專利名稱：氬氣的精制方法及精制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮的氬氣的精制方法和裝置
背景技術：
在例如硅單晶提拉爐、陶瓷燒結爐、制鋼用真空脫氣設備、太陽能電池用硅等離子體熔化裝置、多晶硅鑄造爐等設備中，氬氣被用作爐內氣氛氣體等。從這類設備回收再利用的氬氣因混入氫、一氧化碳、空氣等致使純度降低。因此，為了提高回收的氬氣的純度，實施使吸附劑吸附混入的雜質的處理。還有，為了有效地進行該雜質的吸附，提出了使雜質中的氧與可燃成分反應來作為吸附處理的前處理的技術方案(參見專利文獻1、2)。在專利文獻1所揭示的方法中，將氬氣中的氧量調節(jié)到僅比使氫、一氧化碳等可燃成分完全燃燒所需的化學計量學量稍少一點的程度，然后，以使氫和氧的反應優(yōu)先于一氧化碳和氧的反應的鈀或金為催化劑，使氬氣中的氧與一氧化碳、氫等反應，藉此以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳和水，接著，在常溫下使吸附劑吸附氬氣所含的二氧化碳和水，之后，在-10°c -50°c的溫度下使吸附劑吸附氬氣所含的一氧化碳和氮。在專利文獻2所揭示的方法中，使氬氣中的氧量為足以使氫、一氧化碳等可燃成分完全燃燒的量，接著，使用鈀系催化劑使氬氣中的氧與一氧化碳、氫等反應，藉此以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，接著，在常溫下使吸附劑吸附氬氣所含的二氧化碳和水，之后，在-170°C左右的溫度下使吸附劑吸附氬氣所含的氧和氮。專利文獻1 日本專利第3496079號公報專利文獻2 日本專利第3737900號公報

發(fā)明內容
專利文獻1記載的方法中，在前處理階段使氬氣中的氧量少于使氫、一氧化碳等完全燃燒所需要的化學計量學量，使用使氫和氧的反應優(yōu)先于一氧化碳和氧的反應的催化劑，藉此以殘留一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳和水。但是，未反應的一氧化碳與水蒸汽發(fā)生水煤氣輪換反應而再生成氫，存在無法應對要求減少氫的情況的缺陷。此外，專利文獻1記載的方法中，在使雜質中的氧和可燃成分反應后的吸附處理的階段，在常溫下使吸附劑吸附二氧化碳和水后，在-10°C -50°C使吸附劑吸附一氧化碳和氮。將在這樣的低溫下吸附了一氧化碳和氮的吸附劑再生時，由于一氧化碳與氮相比從吸附劑脫離需要更大的能量， 因此不利于工業(yè)生產。專利文獻2記載的方法中，在前處理階段使氬氣中的氧量為足以使氫、一氧化碳等完全燃燒的量，藉此以殘留氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水。但是，為了吸附氧需要使吸附時的溫度降至-170°C左右。即，由于在吸附處理的前處理中殘留氧，因此吸附處理時的冷卻耗能增大，存在精制負荷增大的問題。本發(fā)明的目的是提供能夠解決上述現有技術的問題的氬氣的精制方法及精制裝置。
本發(fā)明的方法是作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮的氬氣的精制方法，其特征是，在所述氬氣中的氧摩爾濃度為一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2以下時， 通過添加氧將其設定為超過1/2的值，接著，使用催化劑使所述氬氣中的氧與一氧化碳及氫反應，以殘留氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，然后，通過脫水操作減少所述氬氣中的水分含有率，接著，通過使用碳系吸附劑的壓力回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氧和二氧化碳，之后，通過-10°C -50°C下的熱回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氮。本發(fā)明通過使氬氣中的氧與一氧化碳及氫反應，以殘留氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，接著，通過脫水操作減少氬氣的水分含有率。藉此，氬氣的主要雜質變?yōu)檠?、二氧化碳及氮，因此用壓力回轉吸附法吸附雜質時無需吸附水分，使吸附負荷得到減輕，此外，作為壓力回轉吸附法的吸附劑使用氧的吸附效果高的碳系吸附劑。藉此，使用PSA單元的壓力回轉吸附法的氧吸附效果得到增強，因此，其后的使用TSA單元的熱回轉吸附法就無需吸附氧，與吸附氧時相比可以提高熱回轉吸附法的雜質的吸附溫度。由此，即使在吸附處理的前處理中殘留氧，也不會增大冷卻耗能，能夠提高氬氣的回收率及純度。本發(fā)明中基于提高壓力回轉吸附法的氧吸附效果，較好是所述碳系吸附劑為碳分子篩。本發(fā)明的裝置是作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮的氬氣的精制裝置，其特征是，具備被導入所述氬氣的反應器、濃度調節(jié)裝置、干燥機及與所述干燥機相連的吸附裝置，該濃度調節(jié)裝置在被導入所述的反應器的所述氬氣中的氧摩爾濃度為一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2以下時添加氧將其設定為超過1/2的值，該干燥機進行脫水操作減少從所述反應器流出的所述氬氣的水分含有率；向所述反應器填充催化劑，在所述反應器內使所述氬氣中的氧與一氧化碳及氫反應，以氧殘留的狀態(tài)生成二氧化碳和水；所述吸附裝置具有PSA單元和TSA單元，該PSA單元通過使用碳系吸附劑的壓力回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氧及二氧化碳，該TSA單元通過-10°C -50°C下的熱回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氮。利用本發(fā)明的裝置可以實施本發(fā)明的方法。本發(fā)明可以提供能夠通過有效地減少氬氣中的雜質含有率以減少其后的吸附處理的負荷、減少精制所需的能量、以高純度精制氬氣的實用的方法和裝置。


圖1為本發(fā)明的實施方式的氬氣的精制裝置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的實施方式的氬氣的精制裝置中的壓力回轉吸附裝置的結構示意圖。圖3為本發(fā)明的實施方式的氬氣的精制裝置的溫度回轉吸附裝置的結構示意圖。符號說明α 精制裝置，3 反應器，4 濃度調節(jié)裝置，5 干燥機，9 吸附裝置，10 :PSA單元， 20 =TSA 單元。
具體實施方式
圖1所示的氬氣的精制裝置α是將由例如多晶硅鑄造爐這類氬氣供給源1供給的使用過的氬氣回收、精制、使之能夠再利用的裝置，具備加熱器2、反應器3、濃度調節(jié)裝置4、干燥機5、冷卻器8及吸附裝置9。由供給源α供給的氬氣經未圖示的過濾器等除塵、再通過鼓風機等氣體輸送裝置(未圖示)被導入加熱器2。作為精制對象的氬氣所含的微量的雜質至少為氧、氫、一氧化碳及氮，也可以含有二氧化碳、烴、水等其他雜質。對于待精制的氬氣中的雜質的濃度沒有特別的限定，例如為5摩爾ppm 40000摩爾ppm左右。為了完成各反應器3、6中的反應，加熱器2的氬氣的加熱溫度較好為250°C以上，從防止催化劑的壽命縮短的角度出發(fā)， 較好是在450°C以下。經加熱器2加熱過的氬氣被導入反應器3。濃度調節(jié)裝置4在被導入反應器3的氬氣中的氧摩爾濃度為一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2以下時，添加氧將其設定為超過1/2的值。本實施方式的濃度調節(jié)裝置4具有濃度測定器如、氧供給源4b、氧量調節(jié)器4c及控制器4d。濃度測定器如測定被導入反應器3的氬氣中的氧摩爾濃度、一氧化碳摩爾濃度及氫摩爾濃度，將該測定信號送至控制器4d?？刂破?d在所測得的氧摩爾濃度為一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2以下時，將對應達到超過1/2的值所需的氧量的控制信號送至氧量調節(jié)器4c。氧量調節(jié)器如對從氧供給源4b至反應器3的流路作開度調整，以供給與控制信號相對應的量的氧。藉此，作為精制對象的氬氣中的氧摩爾濃度被設定為超過一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2的值。在反應器3內填充使氧與氫及一氧化碳反應的催化劑。藉此，通過在反應器3內使氬氣中的氧與一氧化碳及氫反應，以氧殘留的狀態(tài)生成二氧化碳和水。還有，從多晶硅鑄造爐等回收的氬氣含有作為可燃成分的烴，但其摩爾濃度通常為氫和一氧化碳的合計摩爾濃度的1/100以下。由此，如果通常將氧摩爾濃度設定為僅略微超過一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2，則能夠以氧殘留的狀態(tài)生成二氧化碳和水。填充入反應器3的催化劑只要是使氧與一氧化碳及氫反應的催化劑則沒有特別的限定，可以使用例如鉬、鉬合金、 鈀等負載于氧化鋁等的催化劑。干燥機5通過進行脫水操作減少從反應器3流出的氬氣的水分含有率。干燥機 5可以使用市售的干燥機，例如可以使用將氬氣加壓用吸附劑除去水分，在減壓下再生吸附劑的加壓式脫水裝置；將氬氣加壓冷卻除去凝結的水分的冷凍式脫水裝置；用脫水劑除去氬氣所含的水分，加熱脫水劑使其再生的加熱再生式脫水裝置等；加熱再生式脫水裝置在有效地減少水分含有率方面較為理想，最好是能夠將氬氣中的水分除去約99%左右的裝置。吸附裝置9通過冷卻器8與干燥機5相連。經干燥機5脫水處理而減少了水分含有率的氬氣經冷卻器8冷卻后被導入吸附裝置9。吸附裝9置具有PSA單元10和TSA單元 20。該PSA單元10通過使用碳系吸附劑的常溫下的壓力回轉吸附法至少吸附氬氣中的雜質中的氧及二氧化碳，該TSA單元20通過-10°C -50°C下的熱回轉吸附法至少吸附氬氣中的雜質中的氮。PSA單元10可以使用公知的裝置。例如，圖2所示的PSA單元10是4塔式，具有將從反應器3流出的氬氣壓縮的壓縮機12和4個第1 第4吸附塔13，在各吸附塔13填充碳系吸附劑。該碳系吸附劑從提高氧吸附效果出發(fā)優(yōu)選碳分子篩。
壓縮機12通過轉換閥13b與各吸附塔13的入口 13a連接。吸附塔13的入口 13a 各自通過轉換閥1 及消音器13f連接到大氣中。吸附塔13的出口 1 各自通過轉換閥131與流出配管I^i相連，通過轉換閥13η 與升壓配管13ο相連，通過轉換閥13ρ與均壓 清洗出口側配管13q相連，通過流量控制閥 13r與均壓·清洗入口側配管13s相連。流出配管1 !通過壓力調節(jié)閥13t與TSA單元20相連，被導入TSA單元20的氬氣的壓力被恒定。升壓配管13ο通過流量控制閥13u、流量指示調節(jié)計13v與流出配管1 !相連，升壓配管13ο中的流量被調節(jié)為恒定，藉此防止被導入TSA單元20的氬氣的流量變動。均壓·清洗出口側配管13q和均壓·清洗入口側配管13s通過一對連接配管13w 相互連接，在各連接配管13w設有轉換閥13x。PSA單元10的第1 第4吸附塔13各自依次進行吸附工序、減壓I工序(清洗氣體輸出工序)、減壓II工序(均壓氣體輸出工序)、脫附工序、清洗工序(清洗氣體輸入工序)、升壓I工序(均壓氣體輸入工序)、升壓II工序。S卩，在第1吸附塔13中，僅打開轉換閥1 和轉換閥131，從反應器3供給的氬氣從壓縮機12經轉換閥1 被導入第1吸附塔13。藉此，在第1吸附塔13中進行導入的氬氣中的至少二氧化碳及水分被吸附劑吸附的吸附工序，雜質的含有率得到了減少的氬氣從第1吸附塔13經流出配管1 !被送至TSA單元20。此時，被送至流出配管13m的氬氣的一部分經升壓配管13ο、流量控制閥1 被送至其他的吸附塔(本實施方式為第2吸附塔 13)，在第2吸附塔13中進行升壓II工序。接著，關閉第1吸附塔13的轉換閥13b、131，打開轉換閥13p，打開其他吸附塔(本實施方式中為第4吸附塔13)的流量控制閥13r，打開轉換閥13x中的1個。藉此，第1吸附塔13的上部的雜質含有率較少的氬氣經均壓·清洗入口側配管13s被送至第4吸附塔 13，在第1吸附塔13進行減壓I工序。此時，在第4吸附塔13中轉換閥1 被打開，進行
清洗工序。接著，在打開第1吸附塔13的轉換閥13p和第4吸附塔13的流量控制閥13r的狀態(tài)下，關閉第4吸附塔13的轉換閥13e，藉此在第4吸附塔13進行實施氣體的回收的減壓II工序，直至第1吸附塔13和第4吸附塔13之間的內部壓力達到相互均一或者達到基本均一。此時，轉換閥13x可以根據情況2個均打開。然后，打開第1吸附塔13的轉換閥13e，關閉轉換閥13p，藉此進行從吸附劑脫附雜質的脫附工序，雜質與氣體一起經消音器13f放出至大氣中。接著，打開第1吸附塔13的流量控制閥13r，關閉完成了吸附工序的狀態(tài)的第2吸附塔13的轉換閥13b、131，打開轉換閥13p。藉此，第2吸附塔13的上部的雜質含有率較少的氬氣經均壓 清洗入口側配管13s被送至第1吸附塔13，在第1吸附塔13進行清洗工序。在第1吸附塔13被用于清洗工序的氣體經轉換閥13e、消音器13f被放出至大氣中。 此時，在第2吸附塔13中進行減壓I工序。接著，在打開第2吸附塔13的轉換閥13p和第 1吸附塔13的流量控制閥13r的狀態(tài)下關閉第1吸附塔的轉換閥13e，藉此進行升壓I工序。此時，轉換閥13x可以根據情況2個均打開。之后，關閉第1吸附塔13的流量控制閥13r，暫時處于無工序的待機狀態(tài)。該狀態(tài)持續(xù)到第4吸附塔13的升壓II工序結束。如果第4吸附塔13的升壓結束，吸附工序從第3吸附塔13切換到第4吸附塔13，則打開第1吸附塔的轉換閥13η，從處于吸附工序的其他吸附塔(本實施方式為第4吸附塔13)送至流出配管13m的氬氣的一部分經升壓配管 13ο、流量控制閥1 被送至第1吸附塔13，在第1吸附塔13進行升壓II工序。上述各工序在第1 第4吸附塔13分別依次重復，藉此減少了雜質含有率的氬氣被連續(xù)送至TSA單元20。還有，PSA單元10不限定于圖2所示的單元，例如塔數除了 4以外，還可以是例如 2或3。TSA單元20可以使用公知的裝置。例如，圖3所示的TSA單元20是2塔式，具有將從PAS單元10送出的氬氣預冷的熱交換型預冷器21 ；將經預冷器21冷卻的氬氣進一步冷卻的熱交換型冷卻器22 ；覆蓋第1、第2吸附塔23、各吸附塔23的熱交換部M。熱交換部M在吸附工序時用冷媒冷卻吸附劑，在脫附工序時用熱媒加熱吸附劑。各吸附塔23具有填充了吸附劑的多個內管。該吸附劑使用適合于氮吸附的吸附劑，優(yōu)選使用交換離子為2 價陽離子的X型沸石或Y型沸石，例如可以使用用鈣(Ca)或鋰(Li)進行了離子交換的沸石系吸附劑，還有，該2價陽離子更好是選自鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)中的至少1 種。冷卻器22通過開閉閥23b與各吸附塔23的入口 23a相連。吸附塔23的入口 23a各自通過開閉閥23c通至大氣中。吸附塔23的出口 2 各自通過開閉閥23f與流出配管23g相連，通過開閉閥23h 與冷卻·升壓用配管23i相連，通過開閉閥23j與清洗用配管23k相連。流出配管23g構成預冷器21的一部分，利用從流出配管2 流出的已精制的氬氣冷卻從PSA單元10輸送來的氬氣。已精制的氬氣經一次側壓力控制閥231從流出配管23g 流出。冷卻·升壓用配管23i、清洗用配管23k通過流量計23m、流量控制閥23ο、開閉閥 23η與流出配管23g相連。熱交換部M采用多管式，由外管Ma、冷媒供給源Mb、冷媒用散熱器Mc、熱媒供給源Md、熱媒用散熱器2 構成，該外管2 包圍構成吸附塔23的多個內管。此外，設有多個開閉閥Mf，該開閉閥24f用于切換從冷媒供給源24b供給的冷媒通過外管Ma、冷媒用散熱器2如循環(huán)的狀態(tài)和從熱媒供給源24d供給的熱媒通過外管Ma、熱媒用散熱器2 循環(huán)的狀態(tài)。還有，由從冷媒用散熱器2 分支的配管構成冷卻器22的一部分，利用由冷媒供給源24b供給的冷媒在冷卻器22中冷卻氬氣，該冷媒被回流至容器Mg。在TSA單元20的第1、第2吸附塔23中分別依次進行吸附工序、脫附工序、清洗工序、冷卻工序、升壓工序。即，在TSA單元20中，從PSA單元10供給的氬氣經預冷器21、冷卻器22冷卻后， 通過開閉閥2 被導入第1吸附塔23。此時，第1吸附塔23通過在熱交換器M中冷媒進行循環(huán)而形成為被冷卻至-10°C -50°C的狀態(tài)，開閉閥23c、2!3h、23j被關閉，開閉閥23f 被打開，至少氬氣所含的氮被吸附劑吸附。藉此，在第1吸附塔23進行吸附工序，雜質的含有率得到了減少的精制氬氣從吸附塔23經一次側壓力控制閥231流出。在第1吸附塔23中進行吸附工序期間，在第2吸附塔23進行脫附工序、清洗工序、冷卻工序、升壓工序。S卩，在第2吸附塔23中，吸附工序結束后，為了實施脫附工序，開閉閥2!3b、23f被關閉，開閉閥23c被打開。藉此，在第2吸附塔23中含有雜質的氦氣被釋放至大氣中，壓力基本降至大氣壓。該脫附工序中，將在第2吸附塔23進行吸附工序時使冷媒循環(huán)的熱交換部M的開閉閥24f切換為關閉狀態(tài)，停止冷媒的循環(huán)，將從熱交換部M抽出冷媒返回到冷媒供給源Mb的開閉閥24f切換為打開狀態(tài)。接著，為了在第2吸附塔23實施清洗工序，使第2吸附塔23的開閉閥23c、23j和清洗用配管23k的開閉閥23η呈打開狀態(tài)，經熱交換型預冷器21中的熱交換加熱了的精制氬氣的一部分通過清洗用配管23k被導入第2吸附塔23。藉此，在第2吸附塔23實施雜質從吸附劑的脫附和利用精制氬氣的清洗，被用于該清洗的氬氣從開閉閥23c與雜質一起被放出至大氣中。該清洗工序中，在第2吸附塔23將用于使熱媒循環(huán)的熱交換部M的開閉閥24f切換至打開狀態(tài)。接著，為了在第2吸附塔23實施冷卻工序，使第2吸附塔23的開閉閥23 j和清洗用配管23k的開閉閥23η呈關閉狀態(tài)，使第2吸附塔23的開閉閥2 和冷卻 升壓用配管 23 的開閉閥23η呈打開狀態(tài)，從第1吸附塔23流出的精制氬氣的一部分經冷卻·升壓用配管23i被導入第2吸附塔23。藉此，將冷卻了第2吸附塔23內部的精制氬氣經開閉閥 23c被放出至大氣中。在該冷卻工序中，將用于使熱媒循環(huán)的開閉閥24f切換為關閉狀態(tài)使熱媒循環(huán)停止，將從熱交換部M抽出熱媒返回至熱媒供給源24d的開閉閥Mf切換至打開狀態(tài)。熱媒的抽出結束后，在第2吸附塔23將用于使冷媒循環(huán)的熱交換部M的開閉閥24f 切換為打開狀態(tài)，形成冷媒循環(huán)狀態(tài)。該冷媒循環(huán)狀態(tài)持續(xù)到接著的升壓工序以及再往下的吸附工序的結束為止。接著，為了在第2吸附塔23實施升壓工序，第2吸附塔23的開閉閥23c被關閉， 從第1吸附塔23流出的精制氬氣的一部分被導入，藉此使第2吸附塔23的內部升壓。該升壓工序持續(xù)到第2吸附塔23的內壓與第1吸附塔23的內壓基本相等為止。升壓工序一結束，第2吸附塔23的開閉閥2 和冷卻·升壓用配管23i的開閉閥23η就被關閉，藉此第2吸附塔23的全部的開閉閥2;3b、23c、23f、2;3h、23j都呈關閉的狀態(tài)，第2吸附塔23呈待機狀態(tài)直至下一吸附工序。第2吸附塔23的吸附工序與第1吸附工序23的吸附工序同樣地實施。在第2吸附塔23進行吸附工序期間，在第1吸附塔23與第2吸附塔23同樣地進行脫附工序、清洗
工序、冷卻工序、升壓工序。還有，TSA單元20不限于圖3所示的單元，例如塔數可以為2以上，例如可以為3 或4。利用上述精制裝置α精制至少含有氧、氫、一氧化碳及氮的氬氣時，在該氬氣中的氧摩爾濃度為一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2以下時，通過添加氧將氧摩爾濃度設定為超過一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2的值后，使用催化劑使該氬氣中的氧與一氧化碳及氫反應，藉此以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，接著，通過脫水操作減少該氬氣中的水分含有率。藉此，氬氣的主要雜質變?yōu)檠?、二氧化碳及氮，因此其后所用的壓力回轉吸附法吸附雜質時無需吸附水分，吸附負荷得到減輕，此外，作為壓力回轉吸附法的吸附劑使用氧的吸附效果高的碳系吸附劑。藉此，使用壓力回轉吸附法的氧吸附效果得到增強，因此，其后所用的熱回轉吸附法就無需吸附氧，與吸附氧時相比可以提高熱回轉吸附法的雜質的吸附溫度。由此，即使在吸附處理的前處理中殘留氧，也不會增大冷卻耗能，能夠提高氬氣的回收率及純度。實施例1使用上述精制裝置α進行了氬氣的精制。氬氣中作為雜質分別含有500摩爾ppm 的氧、20摩爾ppm的氧、1800摩爾ppm的一氧化碳、1000摩爾ppm的氮、20摩爾ppm的二氧化碳、20摩爾ppm的水分。在標準狀態(tài)下將該氬氣以3. 74L/min的流量導入反應器3，再在標準狀態(tài)下以3. 4mL/min的流量向該氬氣中添加氧。在反應器3中填充45mL氧化鋁負載的粗鉬催化劑，反應條件為溫度300°C、大氣壓、空間速度5000/h。 將從反應器3流出的氬氣使用作為干燥機5的冷凍式脫水裝置冷卻至_35°C，除去水分，藉此進行脫水操作，減少氬氣的水分含有率。從干燥機5流出的氬氣經冷卻器8冷卻后，通過吸附裝置9減少雜質的含有率。 PSA單元10采用3塔式，在各塔填充1. 25L作為吸附劑的直徑2mm的圓柱狀成型碳的碳分子篩(日本巖拜化學公司(日本工口夕^力X)制3k-172)，吸附壓力為0.9MPa、 脫附壓力為0. IMPa0將經PSA單元10精制的氬氣導入TSA單元20。TSA單元20采用2塔式，在各塔填充1.5L作為吸附劑的CaX型沸石，吸附壓力為0. 8MPa、吸附溫度為-35°C、脫附壓力為 0. IMPa、脫附溫度為40°C。從TSA單元20流出的經精制的氬氣的組成示于下表1。此外，經精制的氬氣中的氧濃度用美國泰勒達因(Teledyne)公司制微量氧濃度計型號311測得，一氧化碳及二氧化碳的濃度使用島津制作所株式會社制GC-FID通過甲烷化裝置(methanizer)測得。氫濃度使用日本GL science公司制GC-PID測得。實施例2除了使氧的添加流量在標準狀態(tài)下為5. 00mL/min以外，與實施例1同樣地精制氬氣。該經精制的氬氣的組成示于下表1。實施例3除了將在TSA單元20使用的吸附劑改為MgX型沸石以外，與實施例1同樣地精制氬氣。該經精制的氬氣的組成示于下表1。實施例4除了將在TSA單元20的吸附溫度改為-50°C以外，與實施例1同樣地精制氬氣。 該經精制的氬氣的組成示于下表1。比較例1除了使氧的添加流量在標準狀態(tài)下為lmL/min以外，與實施例1同樣地精制氬氣。 該經精制的氬氣的組成示于下表1。比較例2除了將在PSA單元10使用的吸附劑改為CaA型沸石以外，與實施例1同樣地精制氬氣。該經精制的氬氣的組成示于下表1。比較例3除了未進行干燥機的脫水操作以外，與實施例1同樣地精制氬氣。該經精制的氬氣的組成示于下表1。表權利要求
1.氬氣的精制方法，它是作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮的氬氣的精制方法， 其特征在于，在所述氬氣中的氧摩爾濃度為一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2以下時，通過添加氧將其設定為超過1/2的值，接著，使用催化劑使所述氬氣中的氧與一氧化碳及氫反應，以殘留氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，然后，通過脫水操作減少所述氬氣中的水分含有率，接著，通過使用碳系吸附劑的壓力回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氧和二氧化碳，之后，通過-10°C -50°C下的熱回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氮。
2.如權利要求1所述的氬氣的精制方法，其特征在于，所述碳系吸附劑為碳分子篩。
3.氬氣的精制裝置，它是作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮的氬氣的精制裝置， 其特征在于，具備被導入所述氬氣的反應器、濃度調節(jié)裝置、干燥機及與所述干燥機相連的吸附裝置，該濃度調節(jié)裝置在被導入所述反應器的所述氬氣中的氧摩爾濃度為一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2以下時添加氧將其設定為超過1/2的值，該干燥機進行脫水操作減少從所述反應器流出的所述氬氣的水分含有率；向所述反應器填充催化劑，在所述反應器內使所述氬氣中的氧與一氧化碳及氫反應，以氧殘留的狀態(tài)生成二氧化碳和水； 所述吸附裝置具有PSA單元和TSA單元，該PSA單元通過使用碳系吸附劑的壓力回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氧及二氧化碳，該TSA單元通過-10°C -50°C下的熱回轉吸附法至少吸附所述氬氣中的雜質中的氮。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠通過有效地減少氬氣的雜質含有率以減少其后的吸附處理的負荷、減少精制所需的能量、以高純度精制氬氣的實用的方法和裝置。在精制作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮的氬氣時，將氬氣中的氧摩爾濃度設定為超過一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2的值，接著，使氧與一氧化碳及氫反應，以殘留氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，然后，通過脫水操作減少水分含有率。接著，通過使用碳系吸附劑的壓力回轉吸附法至少吸附該雜質中的氧和二氧化碳，之后，通過-10℃～-50℃下的熱回轉吸附法至少吸附該雜質中的氮。
文檔編號C01B23/00GK102190290SQ20111004841
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權日2010年2月25日
發(fā)明者中谷光利, 北岸信之, 坂本純一, 岸井充 申請人:住友精化株式會社