專利名稱：氨精制系統(tǒng)以及氨的精制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對粗氨進(jìn)行精制(提純)的氨精制系統(tǒng)以及氨的精制方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工序以及液晶制造工序中，利用高純度的氨作為用于氮化物被膜的制作等的處理劑。這樣的高純度的氨是通過對粗氨進(jìn)行精制以除去雜質(zhì)來得到的。粗氨中含有氫氣、氮?dú)?、氧氣、氬氣、一氧化氮、二氧化碳等低沸點(diǎn)氣體、烴、水分等作為雜質(zhì)。通常能獲得的粗氨的純度為98 99重量％左右。
作為粗氨中含有的烴，通常以碳原子數(shù)為I 4的烴為主。另外，在制造作為氨的合成原料使用的氫氣時(shí)，裂化氣中的油分的分離不充分，或者在制造時(shí)受到來自泵類的泵油所產(chǎn)生的油污染的情況下，有時(shí)也發(fā)生沸點(diǎn)高、分子量大的烴混入到氨中。另外，如果氨中含有大量水分時(shí)，則有時(shí)會大幅降低使用該氨制造的半導(dǎo)體等的功能，因而需要盡量減少氨中的水分。根據(jù)半導(dǎo)體制造工序以及液晶制造工序中的使用氨的工序的種類不同，氨中的雜質(zhì)的影響方式不同，但作為氨的純度，要求為99. 9999重量％以上(各雜質(zhì)濃度為IOOppb以下)，更優(yōu)選為約99. 99999重量％。近年來，要求氮化鎵這樣的發(fā)光體制造中使用的水分濃度低于30ppb。
作為除去粗氨中含有的雜質(zhì)的方法，已知有使用硅膠、合成沸石、活性炭等吸附劑吸附除去雜質(zhì)的方法、蒸餾除去雜質(zhì)的方法。例如，在日本特開2006-206410號公報(bào)中公開了一種氨精制系統(tǒng)，其具備從液體狀的粗氨中除去揮發(fā)性低的雜質(zhì)的第I蒸餾塔、將從第I蒸餾塔導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)(主要為水分)通過吸附劑吸附除去的吸附塔、和由從吸附塔導(dǎo)出的氣體狀的氨中除去揮發(fā)性高的雜質(zhì)的第2蒸餾塔。另外,在日本特表2008-505830號公報(bào)中公開了一種氨的精制方法,其中，將水分的吸附塔、烴的吸附塔以及蒸餾塔組合而得到高純度的氨。另外，在日本專利第4062710號公報(bào)中公開了一種氨的精制方法，其中，通過蒸餾塔除去沸點(diǎn)低的雜質(zhì)后，通過吸附塔除去水分以及氧氣，由此得到高純度的氨。在日本特開2006-206410號公報(bào)、日本特表2008-505830號公報(bào)以及日本專利第4062710號公報(bào)中公開的對氨進(jìn)行精制的技術(shù)中，通過吸附塔吸附除去粗氨中含有的雜質(zhì)，進(jìn)一步通過蒸餾塔進(jìn)行蒸餾除去，從而對氨進(jìn)行精制。從蒸餾塔導(dǎo)出的精制后的氣體狀的氨被冷凝后，以液體氨的形式被回收。S卩，在日本特開2006-206410號公報(bào)、日本特表2008-505830號公報(bào)以及日本專利第4062710號公報(bào)中公開的對氨進(jìn)行精制的技術(shù)中，將粗氨中的含有的雜質(zhì)進(jìn)行吸附、蒸餾除去，再進(jìn)行冷凝，從而得到精制的液體氨，因此作為對氨進(jìn)行精制的方法，不能說是簡化的方法，對氨進(jìn)行精制需要大量的能量
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供可以通過簡化的方法對氨進(jìn)行精制并且可以抑制能量的消耗從而有效地對氨進(jìn)行精制的氨精制系統(tǒng)以及氨的精制方法。本發(fā)明為一種氨精制系統(tǒng)，其是對粗氨進(jìn)行精制的氨精制系統(tǒng)，其特征在于，包含:貯留部，其貯留液體狀的粗氨，并將該貯留的液體狀的粗氨導(dǎo)出；氣化部，其將從所述貯留部導(dǎo)出的液體狀的粗氨的一部分氣化，并將氣體狀的氨導(dǎo)出；吸附部，其將從所述氣化部導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)通過多孔吸附劑吸附除去，并將氣體狀的氨導(dǎo)出；和 部分冷凝部，其將從所述吸附部導(dǎo)出的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。根據(jù)本發(fā)明，氨精制系統(tǒng)是對含有雜質(zhì)的氨進(jìn)行精制的系統(tǒng)，其包含貯留部、氣化部、吸附部和部分冷凝部。氣化部將從貯留部導(dǎo)出的液體狀的粗氨的一部分氣化，并將氣體狀的氨導(dǎo)出。吸附部將從氣化部導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)通過多孔吸附劑吸附除去，并將氣體狀的氨導(dǎo)出。然后，部分冷凝部將從吸附部導(dǎo)出的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。本發(fā)明的氨精制系統(tǒng)中，由于氣化部將液體狀的粗氨的一部分氣化，因此在粗氨中含有的揮發(fā)性低的雜質(zhì)殘留在液相中，從而可以將揮發(fā)性低的成分得以減少后的氣體狀的氨導(dǎo)出。另外，部分冷凝部由于將通過吸附部吸附除去雜質(zhì)后的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，因此可以以氣相成分的形式分離除去氫氣、氮?dú)?、氧氣、IS氣、一氧化碳、二氧化碳以及碳原子數(shù)為I 8的烴等揮發(fā)性高的雜質(zhì)，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。因此，本發(fā)明的氨精制系統(tǒng)可以在沒有像以往技術(shù)那樣進(jìn)行伴隨著回流的蒸餾的情況下通過簡化的方法對氨進(jìn)行精制，并且可以抑制能量的消耗從而有效地對氨進(jìn)行精制。另外，本發(fā)明的氨精制系統(tǒng)中，優(yōu)選上述吸附部至少具有填充了合成沸石MS-3A作為吸附劑的吸附區(qū)域和填充了合成沸石MS-13X作為吸附劑的吸附區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，吸附部至少具有填充了合成沸石MS-3A作為吸附劑的吸附區(qū)域和填充了 MS-13X作為吸附劑的吸附區(qū)域。合成沸石MS-3A是對水分具有優(yōu)良的吸附能力的吸附劑。MS-13X是對水分以及烴具有優(yōu)良的吸附能力的吸附劑。通過形成具有填充了具有這樣的吸附能力的MS-3A以及MS-13X的吸附區(qū)域的吸附部，可以將從氣化部導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的水分、高級烴等揮發(fā)性低的雜質(zhì)高效地吸附除去。另外，高級烴等雜質(zhì)含量多時(shí)，也可以具有填充了活性炭作為吸附劑的吸附區(qū)域。另外，本發(fā)明的氨精制系統(tǒng)中，優(yōu)選上述吸附部具有串聯(lián)連接的多個(gè)吸附塔，所述多個(gè)吸附塔將從所述氣化部導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)吸附除去。根據(jù)本發(fā)明，吸附部具有串聯(lián)連接的多個(gè)吸附塔。通過吸附部具有串聯(lián)連接的多個(gè)吸附塔，可以提高對從氣化部導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)的吸附除去能力。另外，本發(fā)明為一種氨的精制方法，其是對粗氨進(jìn)行精制的方法，其特征在于，包含:貯留工序，其貯留液體狀的粗氨，并將該貯留的液體狀的粗氨導(dǎo)出；氣化工序，其將在所述貯留工序?qū)С龅囊后w狀的粗氨的一部分氣化，并將氣體狀的氨導(dǎo)出；吸附工序，其將在所述氣 化工序?qū)С龅臍怏w狀的氨中含有的雜質(zhì)通過多孔吸附劑吸附除去；和部分冷凝工序，其將在所述吸附工序中吸附除去了雜質(zhì)的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。根據(jù)本發(fā)明，氨的精制方法為將含有雜質(zhì)的粗氨進(jìn)行精制的方法，其包含貯留工序、氣化工序、吸附工序和部分冷凝工序。氣化工序?qū)⒃谫A留工序中導(dǎo)出的液體狀的粗氨的一部分氣化，并將氣體狀的氨導(dǎo)出。吸附工序?qū)⒃跉饣ば蛑袑?dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)通過多孔吸附劑吸附除去。然后，部分冷凝工序?qū)⒃谖焦ば蛑形匠チ穗s質(zhì)的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。本發(fā)明的氨的精制方法中，由于在氣化工序中將液體狀的粗氨的一部分氣化，因此在粗氨中含有的揮發(fā)性低的雜質(zhì)殘留在液相中，從而可以將揮發(fā)性低的雜質(zhì)得以減少后的氣體狀的氨導(dǎo)出。然后，在部分冷凝工序中，由于將在吸附工序中吸附除去了雜質(zhì)的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，因此可以將氫氣、氮?dú)?、氧氣、気氣、一氧化碳、二氧化碳以及碳原子?shù)為I 8的烴等揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。因此，本發(fā)明的氨的精制方法可以在沒有像以往技術(shù)那樣進(jìn)行伴隨著回流的蒸餾的情況下通過簡化的方法對氨進(jìn)行精制，并且可以抑制能量的消耗從而有效地對氨進(jìn)行精制。


本發(fā)明的目的、特色以及優(yōu)點(diǎn)通過下述詳細(xì)的說明和附圖變得更加明確。圖I是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的氨精制系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。圖2是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的氨精制系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。符號說明I原料貯留罐2氣化器3吸附部4分析部5冷凝器6 制品31,2011 第 I 吸附塔32,2012 第 2 吸附塔33,2013 第 3 吸附塔34第4吸附塔
100,200氨精制系統(tǒng)311,321,331,341,20111,20121,20131 第 I 吸附區(qū)域312,322,332,342,20112,20122,20132 第 2 吸附區(qū)域
具體實(shí)施例方式以下，參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖I是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的氨精制系統(tǒng)100的構(gòu)成的圖。本實(shí)施方式的氣精制系統(tǒng)100為對含有雜質(zhì)的液體狀的粗氣進(jìn)行精制的系統(tǒng)。氨精制系統(tǒng)100包含作為貯留部的原料貯留罐I、作為氣化部的氣化器2、吸附部
3、分析部4、作為部分冷凝部的冷凝器5以及制品罐6來構(gòu)成。另外，氨精制系統(tǒng)100將實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中的氨的精制方法，在原料貯留罐I中實(shí)施貯留工序，在氣化器2中實(shí)施氣化工序，在吸附部3中實(shí)施吸附工序，在冷凝器5中實(shí)施部分冷凝工序。原料貯留罐I用于貯留粗氨。本實(shí)施方式中，在原料貯留罐I中貯留的粗氨的純度為99重量％以上，優(yōu)選純度為99. O 99. 9重量％。原料貯留罐I只要是具有耐壓性以及耐腐蝕性的保溫容器就行，沒有特別的限制。該原料貯留罐I以液體狀的氨的形式貯留粗氨，并被控制以使得溫度以及壓力達(dá)到一定條件。在原料貯留罐I貯留了液體狀的粗氨的狀態(tài)下，在原料貯留罐I的上部形成氣相，在下部形成液相。本實(shí)施方式中，從將粗氨從原料貯留罐I中導(dǎo)出到氣化器2中時(shí)，從上述液相中以液體狀的粗氨的形式導(dǎo)出粗氨。有時(shí)原料粗氨在各個(gè)制品批次中雜質(zhì)濃度的偏差大。這樣，要將雜質(zhì)濃度的偏差大的粗氨從原料貯留罐I的氣相中導(dǎo)出時(shí)，氣相成分的組成偏差大，最終精制的液體氨的純度有可能產(chǎn)生大的偏差。本實(shí)施方式中，氨精制系統(tǒng)100以從原料貯留罐I的液相導(dǎo)出液體狀的粗氨的方式構(gòu)成，因此即使在使用雜質(zhì)濃度的偏差大的粗氨時(shí)，也能夠防止最終精制的液體氨的純度產(chǎn)生大偏差。在原料貯留罐I與氣化器2之間連接有第I配管81，從原料貯留罐I導(dǎo)出的液體狀的粗氨流過第I配管81而供給到氣化器2中。在第I配管81上設(shè)置有開放或關(guān)閉第I配管81中的流路的第I閥門811。液體狀的粗氨向氣化器2中供給時(shí)，第I閥門811開放，液體狀的粗氨從原料貯留罐I朝向氣化器2流過第I配管81內(nèi)。氣化器2將從原料貯留罐I導(dǎo)出的液體狀的粗氨的一部分氣化，即，將液體狀的粗氨加熱從而以規(guī)定的氣化率進(jìn)行氣化從而分離成氣相成分和液相成分，并將氣體狀的氨導(dǎo)出。由于氣化器2將液體狀的粗氨的一部分氣化，因此粗氨中含有的揮發(fā)性低的雜質(zhì)(例如，水分、碳原子數(shù)為9以上的烴等)殘留在液相中，從而能夠?qū)]發(fā)性低的雜質(zhì)得以減少后的氣體狀的氨導(dǎo)出。本實(shí)施方式中，氣化器2將從原料貯留罐I導(dǎo)出的液體狀的氨以90 95體積％的氣化率氣化而分離成氣相成分和液相成分。此時(shí)，從原料貯留罐I導(dǎo)出的液體狀的氨中的90 95體積％為氣相成分,5 10體積％為液相成分。氣化器2上連接有設(shè)置有第2閥門821的第2配管82和設(shè)置有開關(guān)閥門821a的配管82a。另外，第2配管82連接在氣化器2與吸附部3之間。
在氣化器2中從氨中以液相成分的形式分離除去的揮發(fā)性低的雜質(zhì)在開關(guān)閥門821a開放的狀態(tài)下，流過配管82a而排出到系統(tǒng)外部。另外，在氣化器2中以氣相成分的形式得到的氣體狀的氨在第2閥門821開放的狀態(tài)下，流過第2配管82而供給到吸附部3中。吸附部3將從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)通過主要由多孔的合成沸石構(gòu)成的吸附劑吸附除去。本實(shí)施方式中，吸附部3包含作為多個(gè)吸附塔的第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34來構(gòu)成。
第I吸附塔31以及第3吸附塔33與第3配管83并聯(lián)連接。在第3配管83上設(shè)置有開放或關(guān)閉第3配管83中的流路的第3閥門831以及第4閥門832。在第3配管83上，第3閥門831配置在第I吸附塔31的上游側(cè)(即，第I吸附塔31的塔頂部側(cè))，第4閥門832配置在第3吸附塔33的上游側(cè)(即，第3吸附塔33的塔頂部側(cè))。從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨向第I吸附塔31供給時(shí)，第3閥門831開放，第4閥門832關(guān)閉，氣體狀的氨從氣化器2朝向第I吸附塔31流過第3配管83內(nèi)。另外，從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨向第3吸附塔33供給時(shí)，第4閥門832開放，第3閥門831關(guān)閉，氣體狀的氨從氣化器2朝向第3吸附塔33流過第3配管83內(nèi)。這樣，通過吸附部3具有并聯(lián)連接的第I吸附塔31以及第3吸附塔33，可以將從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨以分別區(qū)分開的狀態(tài)向并聯(lián)連接的第I吸附塔31以及第3吸附塔33導(dǎo)入。因此，例如，在用第I吸附塔31進(jìn)行吸附除去的期間，可以對使用完后的第3吸附塔33進(jìn)行再生處理以使得能夠用使用完后的第3吸附塔33再次進(jìn)行吸附除去操作。第2吸附塔32通過第4配管84與第I吸附塔31串聯(lián)連接。S卩，第4配管84的一端部與第I吸附塔31的塔底部連接，另一端部與第2吸附塔32的塔頂部連接。由此，從氣化器2導(dǎo)出且導(dǎo)入第I吸附塔31中的氣體狀的氨流過第4配管84而導(dǎo)入第2吸附塔32中。這樣，通過吸附部3具有串聯(lián)連接的第I吸附塔31以及第2吸附塔32，能夠?qū)臍饣?導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)用第I吸附塔31以及第2吸附塔32吸附除去，因此可以提聞對雜質(zhì)的吸附除去能力。從第2吸附塔32導(dǎo)出的氣體狀的氨流過第5配管85而供給到與冷凝器5連接的第10配管90中。在第5配管85上設(shè)置有開放或關(guān)閉第5配管85中的流路的第5閥門851以及第6閥門852。在第5配管85上，第5閥門851配置在氨的流過方向上游側(cè)(即，第2吸附塔32側(cè))，第6閥門852配置在氨的流過方向下游側(cè)(即，第10配管90側(cè))。從第2吸附塔32導(dǎo)出的氣體狀的氨向第10配管90供給時(shí)，第5閥門851以及第6閥門852開放，氣體狀的氨從第2吸附塔32朝向第10配管90流過第5配管85內(nèi)。另外，本實(shí)施方式的氨精制系統(tǒng)100中，在第5閥門851與第6閥門852之間設(shè)置有從第5配管85分支出來并與分析部4連接的第8配管88。在該第8配管88上設(shè)置有開放或關(guān)閉第8配管88中的流路的第9閥門881。在從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨導(dǎo)入第I吸附塔31以及第2吸附塔32中時(shí)，第9閥門881總是開放，分析所需要的極少量的氨朝向分析部4流過第8配管88內(nèi)。第4吸附塔34通過第6配管86與第3吸附塔33串聯(lián)連接。S卩，第6配管86的一端部與第3吸附塔33的塔底部連接，另一端部與第4吸附塔34的塔頂部連接。由此，從氣化器2導(dǎo)出且導(dǎo)入第3吸附塔33中的氣體狀的氨流過第6配管86而導(dǎo)入第4吸附塔34中。這樣，通過吸附部3具有串聯(lián)連接的第3吸附塔33以及第4吸附塔34，用第3吸附塔33以及第4吸附塔34將從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)吸附除去，因此能夠提高對雜質(zhì)的吸附除去能力。從第4吸附塔34導(dǎo)出的氣體狀的氨流過第7配管87而供給到與冷凝器5連接的第10配管90中。在第7配管87上設(shè)置有開放或關(guān)閉第7配管87中的流路的第7閥門871以及第8閥門872。在第7配管87上，第7閥門871配置在氨的流過方向上游側(cè)(即，第4吸附塔34側(cè))，第8閥門872配置在氨的流過方向下游側(cè)(即，第10配管90側(cè))。從第4吸附塔 34導(dǎo)出的氣體狀的氨向第10配管90供給時(shí)，第7閥門871以及第8閥門872開放，氣體狀的氨從第4吸附塔34朝向第10配管90流過第7配管87內(nèi)。另外，本實(shí)施方式的氨精制系統(tǒng)100中，在第7閥門871與第8閥門872之間設(shè)置有從第7配管87分支出來并與分析部4連接的第9配管89。在該第9配管89上設(shè)置有開放或關(guān)閉第9配管89中的流路的第10閥門891。在從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨導(dǎo)入第3吸附塔33以及第4吸附塔34中時(shí)，第10閥門891總是開放，分析所需要的極少量的氨朝向分析部4流過第9配管89內(nèi)。另外，本實(shí)施方式中，第I吸附塔31具有填充了作為合成沸石的MS_3A(微孔徑為3A的多孔合成沸石)的第I吸附區(qū)域311和填充了作為合成沸石的MS-13X(微孔徑為9A的多孔合成沸石)的第2吸附區(qū)域312。在第I吸附塔31中，第I吸附區(qū)域311與第2吸附區(qū)域3 12串聯(lián)連接，第I吸附區(qū)域311配置在塔頂部側(cè)，第2吸附區(qū)域312配置在塔底部側(cè)。但是，即使第I吸附區(qū)域311與第2吸附區(qū)域312的配置反過來，也沒有任何影響。另外，在高級烴等雜質(zhì)多的情況下，也可以追加填充了作為吸附劑的活性炭的吸附區(qū)域。另外，第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34分別與第I吸附塔31具有同樣的構(gòu)成。具體而言，在第2吸附塔32中，在塔頂部側(cè)配置填充了 MS-3A的第I吸附區(qū)域321，在塔底部側(cè)配置填充了 MS-13X的第2吸附區(qū)域322。在第3吸附塔33中，在塔頂部側(cè)配置填充了 MS-3A的第I吸附區(qū)域331，在塔底部側(cè)配置填充了 MS-13X的第2吸附區(qū)域332。在第4吸附塔34中，在塔頂部側(cè)配置填充了 MS-3A的第I吸附區(qū)域341，在塔底部側(cè)配置填充了 MS-13X的第2吸附區(qū)域342。但是，即使在第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34中第I吸附區(qū)域321、331、341與第2吸附區(qū)域322、332、342的配置反過來，也沒有任何影響。另外，在高級烴等雜質(zhì)多的情況下，也可以追加填充了作為吸附劑的活性炭的吸附區(qū)域。 合成沸石MS-3A是對水分具有優(yōu)良的吸附能力的吸附劑。MS-13X是對水分以及烴具有優(yōu)良的吸附能力的吸附劑。通過形成具有填充了具有這樣的吸附能力的MS-3A的第I吸附區(qū)域以及填充了 MS-13X的第2吸附區(qū)域的第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34，可以將從氣化器2導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的水分、高級烴等揮發(fā)性低的雜質(zhì)有效地吸附除去。本實(shí)施方式中使用的由MS-3A以及MS-13X等合成沸石構(gòu)成的吸附劑以及活性炭可以通過加熱、減壓、加熱以及減壓中的任意一種處理使所吸附的雜質(zhì)(水分以及烴)脫離而再生。例如，通過加熱處理使由吸附劑吸附的雜質(zhì)脫離的情況下，在200 350°C的溫度下進(jìn)行加熱即可。本實(shí)施方式的氨精制系統(tǒng)100中，第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34的溫度被控制為O 60°C，壓力被控制為O. I I. OMPa0在第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34的溫度低于0°C時(shí)，需要進(jìn)行將在吸附除去雜質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的吸附熱加以除去的冷卻，從而能量效率有可能降低。第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34的溫度超過60°C時(shí)，吸附劑對雜質(zhì)的吸附能力有可能降低。另外，第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34的壓力低于O. IMPa時(shí)，吸附劑對雜質(zhì)的吸附能力有可能降低。第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34的壓力超過I. OMPa時(shí)，為了維持在一定壓力下，需要大量的能量，能量效率有可能降低。另外，第I吸附塔31、第2吸附塔32、第3吸附塔33以及第4吸附塔34中的線速度是將每單位時(shí)間中氣體狀的氨供給到各吸附塔31、32、33、34的量換算成NTP(常溫常壓)下的氣體體積并除以各吸附塔31、32、33、34的空塔截面積而求出的值的范圍優(yōu)選為
O.I 5. Om/秒。線速度低于O. Im/秒時(shí)，吸附除去雜質(zhì)需要長時(shí)間，因此不優(yōu)選，線速度超過5. Om/秒時(shí)，吸附除去雜質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的吸附熱沒有被充分除去，吸附劑對雜質(zhì)的吸附能力有可能降低。從第2吸附塔32導(dǎo)出并流過第8配管88的氣體狀的氨或者從第4吸附塔34導(dǎo)出并流過第9配管89的氣體狀的氨被導(dǎo)入分析部4中。分析部4對從第2吸附塔32或第4吸附塔34導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)的濃度進(jìn)行分析。本實(shí)施方式中，分析部4為氣相色譜分析裝置(GC-PDD:脈沖放電型檢測器)。作為氣相分析裝置，例如可以列舉出GC-4000 (GL Sciences株式會社制)?；谠摲治霾?所得到的分析結(jié)果，可以設(shè)定后述冷凝器5將從第2吸附塔32或者第4吸附塔34導(dǎo)出的氣體狀的氨部分冷凝時(shí)的冷凝率。從第2吸附塔32導(dǎo)出并供給到第10配管90中的氣體狀的氨或者從第4吸附塔34導(dǎo)出并供給到第10配管90中的氣體狀的氨流過第10配管90而被導(dǎo)入冷凝器5中。在此，對于本實(shí)施方式的氨精制系統(tǒng)100中的作為部分冷凝部的冷凝器5所進(jìn)行的氣體狀的氨的部分冷凝進(jìn)行說明。冷凝器5將從第2吸附塔32或第4吸附塔34導(dǎo)出的氣體狀的氨進(jìn)行部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將氨中含有的揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。關(guān)于工業(yè)上制造的氨(粗氨)中含有的雜質(zhì)，如果對其種類進(jìn)行大致分類，則通常為氫氣、氮?dú)?、氧氣、氬氣、一氧化碳以及二氧化碳等溶存低沸點(diǎn)氣體、烴類、水分等。作為粗氨中含有的烴，含量最多的是甲烷，除此之外，含量依次較多的是乙烷、丙烷、乙烯以及丙烯等。就碳原子數(shù)而言，碳原子數(shù)為I 3的烴構(gòu)成烴類的主要成分。但是，粗氨中也含有碳原子數(shù)為4以上的烴，多數(shù)情況下含有碳原子數(shù)為4 6的烴，但它們的含量較少。另外，在將工業(yè)上制造的氨氣進(jìn)行液化時(shí)，為了使其壓縮，要使用油泵等。此時(shí)，在粗氨中含有從油泵等混入的來自泵油的油分等具有大分子量的烴。為了制造面向電子產(chǎn)業(yè)的氨，需要制成可以將這些構(gòu)成雜質(zhì)的碳原子數(shù)為寬范圍 的烴類除去的氨的精制系統(tǒng)。本發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)，作為代替精餾的粗氨中的雜質(zhì)的除去方法，通過部分冷凝來實(shí)施的方法是優(yōu)良的。例如，在通過精餾來分離烴時(shí)，通常需要設(shè)置5 20段的精餾塔，以回流比為10 20來進(jìn)行蒸餾。在該蒸餾中，氨中含有的主要是碳原子數(shù)為I 8的烴類是作為揮發(fā)性高的成分從蒸餾塔的塔頂部除去。在通過該精餾操作來得到高純度的氨時(shí)，會產(chǎn)生的問題是將從蒸餾塔的塔頂部廢棄的含有揮發(fā)性高的雜質(zhì)的氨設(shè)定為何種程度的比例，才能得到作為目標(biāo)的高純度的氨。即使在使用雜質(zhì)的含量比較低的粗氨作為原料的情況下，從精餾塔的塔頂部廢棄的比例需要設(shè)定為供給到蒸餾塔中的粗氨的約10%的大比例。表I中示出了氨以及碳原子數(shù)為I 8的飽和直鏈烴的沸點(diǎn)。在碳原子數(shù)為4 8的烴作為純物質(zhì)存在時(shí)，盡管該烴的沸點(diǎn)比氨高，但在精餾操作中會作為揮發(fā)性高的化合物從蒸餾塔的塔頂部排出。表I
權(quán)利要求
1.一種氨精制系統(tǒng)，其是對粗氨進(jìn)行精制的氨精制系統(tǒng)，其特征在于，包含 貯留部，其貯留液體狀的粗氨，并將該貯留的液體狀的粗氨導(dǎo)出； 氣化部，其將從所述貯留部導(dǎo)出的液體狀的粗氨的一部分氣化，并將氣體狀的氨導(dǎo)出； 吸附部，其將從所述氣化部導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)通過多孔吸附劑吸附除去，并將氣體狀的氨導(dǎo)出；和 部分冷凝部，其將從所述吸附部導(dǎo)出的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氨精制系統(tǒng)，其特征在于，所述吸附部至少具有填充了合成沸石MS-3A作為吸附劑的吸附區(qū)域和填充了合成沸石MS-13X作為吸附劑的吸附區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氨精制系統(tǒng)，其特征在于，所述吸附部具有串聯(lián)連接的多個(gè)吸附塔，所述多個(gè)吸附塔將從所述氣化部導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的雜質(zhì)吸附除去。
4.一種氨的精制方法，其是對粗氨進(jìn)行精制的方法，其特征在于，包含 貯留工序，其貯留液體狀的粗氨，并將該貯留的液體狀的粗氨導(dǎo)出； 氣化工序，其將在所述貯留工序?qū)С龅囊后w狀的粗氨的一部分氣化，并將氣體狀的氨導(dǎo)出； 吸附工序，其將在所述氣化工序?qū)С龅臍怏w狀的氨中含有的雜質(zhì)通過多孔吸附劑吸附除去；和 部分冷凝工序，其將在所述吸附工序中吸附除去了雜質(zhì)的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。
全文摘要
本發(fā)明涉及氨精制系統(tǒng)以及氨的精制方法。氨精制系統(tǒng)(100)是對粗氨進(jìn)行精制的系統(tǒng)，其包含氣化器(2)、吸附部(3)和冷凝器(5)。氣化器(2)將液體狀的粗氨的一部分氣化，并將氣體狀的氨導(dǎo)出。吸附部(3)將從氣化器(2)導(dǎo)出的氣體狀的氨中含有的揮發(fā)性低的雜質(zhì)通過多孔吸附劑吸附除去。然后，冷凝器(5)將從吸附部(3)導(dǎo)出的氣體狀的氨部分冷凝而分離成氣相成分和液相成分，由此將揮發(fā)性高的雜質(zhì)以氣相成分的形式分離除去，以液相成分的形式得到精制后的液體狀的氨。
文檔編號C01C1/02GK102730718SQ20111034100
公開日2012年10月17日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者北岸信之, 吉田義則, 田井慎一, 福島豊仁 申請人:住友精化株式會社