氩气的精制方法及精制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供能够通过有效地减少氩气的杂质含有率以减少其后的吸附处理的负荷、减少精制所需的能量、以高纯度精制氩气的实用的方法和装置。在精制作为杂质至少含有氧、氢、一氧化碳及氮的氩气时，将氩气中的氧摩尔浓度设定为超过一氧化碳摩尔浓度和氢摩尔浓度之和的1/2的值，接着，使氧与一氧化碳及氢反应，以残留氧的状态生成二氧化碳和水，然后，通过脱水操作减少水分含有率。接着，通过使用碳系吸附剂的压力回转吸附法至少吸附该杂质中的氧和二氧化碳，之后，通过-10℃～-50℃下的热回转吸附法至少吸附该杂质中的氮。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及杂质至少含有氧、氢、一氧化碳及氮的氩气的精制方法和装置
技术介绍
在例如硅单晶提拉炉、陶瓷烧结炉、制钢用真空脱气设备、太阳能电池用硅等离子体熔化装置、多晶硅铸造炉等设备中，氩气被用作炉内气氛气体等。从这类设备回收再利用的氩气因混入氢、一氧化碳、空气等致使纯度降低。因此，为了提高回收的氩气的纯度，实施使吸附剂吸附混入的杂质的处理。还有，为了有效地进行该杂质的吸附，提出了使杂质中的氧与可燃成分反应来作为吸附处理的前处理的技术方案(参见专利文献1、2)。在专利文献1所揭示的方法中，将氩气中的氧量调节到仅比使氢、一氧化碳等可燃成分完全燃烧所需的化学计量学量稍少一点的程度，然后，以使氢和氧的反应优先于一氧化碳和氧的反应的钯或金为催化剂，使氩气中的氧与一氧化碳、氢等反应，藉此以残留有一氧化碳的状态生成二氧化碳和水，接着，在常温下使吸附剂吸附氩气所含的二氧化碳和水，之后，在-10°c -50°c的温度下使吸附剂吸附氩气所含的一氧化碳和氮。在专利文献2所揭示的方法中，使氩气中的氧量为足以使氢、一氧化碳等可燃成分完全燃烧的量，接着，使用钯系催化剂使氩气中的氧与一氧化碳、氢等反应，藉此以残留有氧的状态生成二氧化碳和水，接着，在常温下使吸附剂吸附氩气所含的二氧化碳和水，之后，在-170°C左右的温度下使吸附剂吸附氩气所含的氧和氮。专利文献1 日本专利第3496079号公报专利文献2 日本专利第3737900号公报
技术实现思路
专利文献1记载的方法中，在前处理阶段使氩气中的氧量少于使氢、一氧化碳等完全燃烧所需要的化学计量学量，使用使氢和氧的反应优先于一氧化碳和氧的反应的催化剂，藉此以残留一氧化碳的状态生成二氧化碳和水。但是，未反应的一氧化碳与水蒸汽发生水煤气轮换反应而再生成氢，存在无法应对要求减少氢的情况的缺陷。此外，专利文献1记载的方法中，在使杂质中的氧和可燃成分反应后的吸附处理的阶段，在常温下使吸附剂吸附二氧化碳和水后，在-10°C -50°C使吸附剂吸附一氧化碳和氮。将在这样的低温下吸附了一氧化碳和氮的吸附剂再生时，由于一氧化碳与氮相比从吸附剂脱离需要更大的能量， 因此不利于工业生产。专利文献2记载的方法中，在前处理阶段使氩气中的氧量为足以使氢、一氧化碳等完全燃烧的量，藉此以残留氧的状态生成二氧化碳和水。但是，为了吸附氧需要使吸附时的温度降至-170°C左右。即，由于在吸附处理的前处理中残留氧，因此吸附处理时的冷却耗能增大，存在精制负荷增大的问题。本专利技术的目的是提供能够解决上述现有技术的问题的氩气的精制方法及精制装置。本专利技术的方法是作为杂质至少含有氧、氢、一氧化碳及氮的氩气的精制方法，其特征是，在所述氩气中的氧摩尔浓度为一氧化碳摩尔浓度和氢摩尔浓度之和的1/2以下时， 通过添加氧将其设定为超过1/2的值，接着，使用催化剂使所述氩气中的氧与一氧化碳及氢反应，以残留氧的状态生成二氧化碳和水，然后，通过脱水操作减少所述氩气中的水分含有率，接着，通过使用碳系吸附剂的压力回转吸附法至少吸附所述氩气中的杂质中的氧和二氧化碳，之后，通过-10°C -50°C下的热回转吸附法至少吸附所述氩气中的杂质中的氮。本专利技术通过使氩气中的氧与一氧化碳及氢反应，以残留氧的状态生成二氧化碳和水，接着，通过脱水操作减少氩气的水分含有率。藉此，氩气的主要杂质变为氧、二氧化碳及氮，因此用压力回转吸附法吸附杂质时无需吸附水分，使吸附负荷得到减轻，此外，作为压力回转吸附法的吸附剂使用氧的吸附效果高的碳系吸附剂。藉此，使用PSA单元的压力回转吸附法的氧吸附效果得到增强，因此，其后的使用TSA单元的热回转吸附法就无需吸附氧，与吸附氧时相比可以提高热回转吸附法的杂质的吸附温度。由此，即使在吸附处理的前处理中残留氧，也不会增大冷却耗能，能够提高氩气的回收率及纯度。本专利技术中基于提高压力回转吸附法的氧吸附效果，较好是所述碳系吸附剂为碳分子筛。本专利技术的装置是作为杂质至少含有氧、氢、一氧化碳及氮的氩气的精制装置，其特征是，具备被导入所述氩气的反应器、浓度调节装置、干燥机及与所述干燥机相连的吸附装置，该浓度调节装置在被导入所述的反应器的所述氩气中的氧摩尔浓度为一氧化碳摩尔浓度和氢摩尔浓度之和的1/2以下时添加氧将其设定为超过1/2的值，该干燥机进行脱水操作减少从所述反应器流出的所述氩气的水分含有率；向所述反应器填充催化剂，在所述反应器内使所述氩气中的氧与一氧化碳及氢反应，以氧残留的状态生成二氧化碳和水；所述吸附装置具有PSA单元和TSA单元，该PSA单元通过使用碳系吸附剂的压力回转吸附法至少吸附所述氩气中的杂质中的氧及二氧化碳，该TSA单元通过-10°C -50°C下的热回转吸附法至少吸附所述氩气中的杂质中的氮。利用本专利技术的装置可以实施本专利技术的方法。本专利技术可以提供能够通过有效地减少氩气中的杂质含有率以减少其后的吸附处理的负荷、减少精制所需的能量、以高纯度精制氩气的实用的方法和装置。附图说明图1为本专利技术的实施方式的氩气的精制装置的结构示意图。图2为本专利技术的实施方式的氩气的精制装置中的压力回转吸附装置的结构示意图。图3为本专利技术的实施方式的氩气的精制装置的温度回转吸附装置的结构示意图。符号说明α 精制装置，3 反应器，4 浓度调节装置，5 干燥机，9 吸附装置，10 :PSA单元， 20 =TSA 单元。具体实施方式图1所示的氩气的精制装置α是将由例如多晶硅铸造炉这类氩气供给源1供给的使用过的氩气回收、精制、使之能够再利用的装置，具备加热器2、反应器3、浓度调节装置4、干燥机5、冷却器8及吸附装置9。由供给源α供给的氩气经未图示的过滤器等除尘、再通过鼓风机等气体输送装置(未图示)被导入加热器2。作为精制对象的氩气所含的微量的杂质至少为氧、氢、一氧化碳及氮，也可以含有二氧化碳、烃、水等其他杂质。对于待精制的氩气中的杂质的浓度没有特别的限定，例如为5摩尔ppm 40000摩尔ppm左右。为了完成各反应器3、6中的反应，加热器2的氩气的加热温度较好为250°C以上，从防止催化剂的寿命缩短的角度出发， 较好是在450°C以下。经加热器2加热过的氩气被导入反应器3。浓度调节装置4在被导入反应器3的氩气中的氧摩尔浓度为一氧化碳摩尔浓度和氢摩尔浓度之和的1/2以下时，添加氧将其设定为超过1/2的值。本实施方式的浓度调节装置4具有浓度测定器如、氧供给源4b、氧量调节器4c及控制器4d。浓度测定器如测定被导入反应器3的氩气中的氧摩尔浓度、一氧化碳摩尔浓度及氢摩尔浓度，将该测定信号送至控制器4d。控制器4d在所测得的氧摩尔浓度为一氧化碳摩尔浓度和氢摩尔浓度之和的1/2以下时，将对应达到超过1/2的值所需的氧量的控制信号送至氧量调节器4c。氧量调节器如对从氧供给源4b至反应器3的流路作开度调整，以供给与控制信号相对应的量的氧。藉此，作为精制对象的氩气中的氧摩尔浓度被设定为超过一氧化碳摩尔浓度和氢摩尔浓度之和的1/2的值。在反应器3内填充使氧与氢及一氧化碳反应的催化剂。藉此，通过在反应器3内使氩气中的氧与一氧化碳及氢反应，以氧残留的状态生成二氧化碳和水。还有，从多晶硅铸造炉等回收的氩气含有作为可燃成分的烃，但其摩尔浓度通常为氢和一氧化碳的合计摩尔浓度的1/100以下。由此，如果通常将本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．氩气的精制方法，它是作为杂质至少含有氧、氢、一氧化碳及氮的氩气的精制方法，其特征在于，在所述氩气中的氧摩尔浓度为一氧化碳摩尔浓度和氢摩尔浓度之和的１／２以下时，通过添加氧将其设定为超过１／２的值，接着，使用催化剂使所述氩气中的氧与一氧化碳及氢反应，以残留氧的状态生成二氧化碳和水，然后，通过脱水操作减少所述氩气中的水分含有率，接着，通过使用碳系吸附剂的压力回转吸附法至少吸附所述氩气中的杂质中的氧和二氧化碳，之后，通过－１０℃～－５０℃下的热回转吸附法至少吸附所述氩气中的杂质中的氮。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中谷光利，岸井充，坂本纯一，北岸信之，
申请(专利权)人：住友精化株式会社，
类型：发明
国别省市：JP