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JPH0529834B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0529834B2
JPH0529834B2 JP59010090A JP1009084A JPH0529834B2 JP H0529834 B2 JPH0529834 B2 JP H0529834B2 JP 59010090 A JP59010090 A JP 59010090A JP 1009084 A JP1009084 A JP 1009084A JP H0529834 B2 JPH0529834 B2 JP H0529834B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
argon
decarburization
silicon furnace
reaction
hydrocarbons
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP59010090A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60155881A (en
Inventor
Kazuo Someya
Osamu Kita
Masaomi Tomomura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP59010090A priority Critical patent/JPS60155881A/en
Publication of JPS60155881A publication Critical patent/JPS60155881A/en
Publication of JPH0529834B2 publication Critical patent/JPH0529834B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00Noble gases; Compounds thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、減圧式シリコン炉からのアルゴンを
回収するのに好適なシリコン炉からのアルゴン回
収装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an argon recovery device from a silicon furnace suitable for recovering argon from a reduced pressure silicon furnace.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、シリコン炉からのアルゴン回収は、減圧
式シリコン炉の場合、油回転真空ポンプが利用さ
れるが、同炉からはオイルミストを含む炭化水素
が多く発生し、アルゴンを著しく汚染しているた
め、回収に不適当であり、このため、常圧式シリ
コン炉からの排ガスのみが回収の対象となつてい
る。
Traditionally, argon recovery from silicon furnaces uses oil rotary vacuum pumps in the case of depressurized silicon furnaces, but this furnace generates a lot of hydrocarbons including oil mist, which significantly pollutes the argon. , is unsuitable for recovery, and for this reason only exhaust gas from atmospheric silicon furnaces is subject to recovery.

従来技術を第1図により説明する。 The prior art will be explained with reference to FIG.

常圧式シリコン炉1からの排ガスは、圧縮機2
にて数Kg/cm2Gに昇圧され、加熱器3で所定の温
度に昇温後、脱炭・脱酸装置に送られる。
The exhaust gas from the normal pressure silicon furnace 1 is passed through the compressor 2.
The pressure is increased to several kg/cm 2 G in the heater 3, and after the temperature is raised to a predetermined temperature in the heater 3, it is sent to a decarburization/deoxidation device.

この排ガス中には、N2,O2を主体とする無機
ガスのほか、CH4を始めとする軽質炭化水素が含
まれているが、これらのガスは、例えば特公昭26
−1330号公報、特公昭49−4631号公報および自動
車の排ガス処理技術等に開示されているごとく、
パラジウムや銅等の金属触媒を充填した反応塔
で、炭化水素およびO2の除去を行う。
This exhaust gas contains inorganic gases mainly consisting of N 2 and O 2 as well as light hydrocarbons such as CH 4 .
As disclosed in Publication No. 1330, Japanese Patent Publication No. 49-4631, and automobile exhaust gas treatment technology, etc.
Hydrocarbons and O 2 are removed in a reaction column filled with metal catalysts such as palladium and copper.

昇圧された排ガスにO2を添加し、脱炭反応塔
4で炭化水素の燃焼反応を行なわせる。反応例と
してメタンの場合を次に示す。
O 2 is added to the pressurized exhaust gas, and a combustion reaction of hydrocarbons is carried out in the decarburization reaction tower 4. As a reaction example, the case of methane is shown below.

CH4+2O2→CO2+2H2O+192kcal/mal… (1) この脱炭反応塔4では、通常400℃以上の温度
で反応を行なわせ、これらの炭化水素は所定のア
ルゴン純度を確保するため、脱炭反応塔4出口で
1ppm程度以下まで除去する必要がある。このた
め、約1%程度過剰のO2をあらかじめ余分に添
加する。
CH 4 +2O 2 →CO 2 +2H 2 O + 192kcal/mal... (1) In this decarburization reaction tower 4, the reaction is normally carried out at a temperature of 400°C or higher, and in order to ensure a predetermined argon purity of these hydrocarbons, At the 4th outlet of the decarburization reaction tower
It is necessary to remove it to about 1 ppm or less. For this reason, approximately 1% excess O 2 is added in advance.

この反応余剰O2分は、アルゴンとは深冷分離
装置での分離が難かしいため、脱炭反応塔5では
H2を添加し、以下の反応により反応余剰O2分の
除去を行なわせる。
This reaction surplus O2 is difficult to separate from argon in a cryogenic separator, so it is not used in the decarburization reaction tower 5.
H 2 is added, and the reaction excess O 2 is removed by the following reaction.

H2+1/2O2→H2O+58kcal/mol… (2) この場合も、脱酸反応塔5出口でO2を1ppm以
下まで除去する必要があるため、約1%程度過剰
のH2をあらかじめ余分に添加する。
H 2 + 1/2O 2 → H 2 O + 58 kcal/mol… (2) In this case as well, it is necessary to remove O 2 to 1 ppm or less at the outlet of the deoxidizing reaction tower 5, so approximately 1% excess H 2 must be removed in advance. Add extra.

この脱炭・脱酸反応器4,5で発生したH2O
およびCO2は、例えば深冷空気分離装置で処理さ
れる。即ち、脱酸反応塔より出た排ガスを冷却器
6および冷凍機7で冷却した後、H2OおよびCO2
は、脱水・脱CO2装置であるモレキユラシーブや
アルミナゲル等の吸着剤を充填した温度差スイン
グ式吸着塔(TSA)8で吸着除去され、深冷分
離装置に送られる。この段階では、排ガスはAr
とH2およびN2が主成分となる。
H 2 O generated in the decarburization/deoxidation reactors 4 and 5
and CO 2 are treated, for example, in a cryogenic air separation unit. That is, after the exhaust gas discharged from the deoxidizing reaction tower is cooled by a cooler 6 and a refrigerator 7, it is converted into H 2 O and CO 2 .
is adsorbed and removed by a temperature difference swing adsorption tower (TSA) 8, which is a dehydration/CO 2 dehydration device filled with adsorbents such as molecular sieves and alumina gel, and sent to a cryogenic separation device. At this stage, the exhaust gas is Ar
The main components are H 2 and N 2 .

この吸着塔8は通常2基設置され、一般に4〜
24時間で切換使用され、一方が吸着中には他方は
再生を行なつて交互に再利用されるが、この再生
には、N2ガスを再生加熱器9で200〜300℃に加
熱して行なわれる。
Two adsorption towers 8 are usually installed, and generally four to four adsorption towers 8 are installed.
They are switched and used every 24 hours, and while one is adsorbing, the other is regenerated and reused alternately. For this regeneration, N 2 gas is heated to 200 to 300°C with a regeneration heater 9. It is done.

深冷分離装置では、必要寒冷量を精留塔11の
液面調節計13にて調節し、LN2の寒冷を利用し
てH2およびN2を含むArガスを熱交換器10で深
冷温度まで冷却し、精留塔11ではH2,N2とAr
に精留分離を行ない、製品アルゴンとして回収し
ていた。
In the cryogenic separator, the required amount of refrigeration is adjusted by the liquid level controller 13 of the rectification column 11, and the Ar gas containing H 2 and N 2 is cryogenically cooled in the heat exchanger 10 using the refrigeration of LN 2 . In the rectification column 11, H 2 , N 2 and Ar
It was then subjected to rectification separation and recovered as product argon.

深冷分離装置には、このほか精留塔11のリボ
イラーおよびコンデンサー用の窒素を循環する窒
素ガス圧縮機12が付属する。
In addition, the cryogenic separator is equipped with a nitrogen gas compressor 12 that circulates nitrogen for the reboiler and condenser of the rectification column 11.

しかしながら、この従来のアルゴン回収装置で
は、以下の問題点があつた。
However, this conventional argon recovery device has the following problems.

減圧式シリコン炉の場合、油回転式の真空ポン
プが多用されるが、同真空ポンプからは重質なオ
イルミストが排出される。また、真空ポンプを使
用しない常圧式シリコン炉の排ガスと比較して特
徴的なことは、減圧式シリコン炉からの排ガス中
に含まれるN2,O2を主体とする無機ガスのほか、
CH4を始めとする軽質の炭化水素の濃度が高いこ
とがあげられる。これは、減圧式シリコン炉に使
用するイナートガスとしてのアルゴン量が、常圧
式シリコン炉の半分以下であることに起因する。
このため、真空ポンプ出口においては、軽質炭化
水素のほか、オイルミストを含む重質炭化水素の
濃度が高く、減圧式シリコン炉排ガスの分析例か
らも、メタン濃度換算でも30000ppm程度の濃度
にまで達している。
In the case of low-pressure silicon furnaces, oil rotary vacuum pumps are often used, and heavy oil mist is discharged from the vacuum pumps. In addition, compared to the exhaust gas from a normal pressure silicon furnace that does not use a vacuum pump, the exhaust gas from a reduced pressure silicon furnace contains inorganic gases mainly consisting of N 2 and O 2 .
One example is the high concentration of light hydrocarbons, including CH 4 . This is because the amount of argon used as inert gas in the reduced pressure silicon furnace is less than half that of the normal pressure silicon furnace.
Therefore, at the outlet of the vacuum pump, in addition to light hydrocarbons, the concentration of heavy hydrocarbons including oil mist is high, and an example of analysis of vacuum silicon furnace exhaust gas shows that the concentration reaches approximately 30,000 ppm in terms of methane concentration. ing.

減圧式シリコン炉排ガス組成分析例 無機ガス(N2,O2等) 2mol% 軽質炭化水素(CH4〜C5程度)CH4換算 10000ppm 重質炭化水素(C6以上)CH4換算 20000ppm アルゴンガス 残分 この排ガスを従来の脱炭反応塔にそのまま通し
て反応燃焼させた際には、例えば次の場合を例に
とると、 排ガス量:100Nm3/hとすると メタン濃度:3%(炭化水素のメタン換算値) メタン量:100×0.03=3Nm3/h(同上) (1)式より 発熱量:3/22.4×192000=257000kcal/h アルゴンの比熱:0.222kcal/Nm3℃ 触媒温度上昇:25700/100×0.222=1160℃ となり、反応塔入口温度を40℃とすると、反応塔
出口では約1200℃程度にも達し、通常の材質では
装置構成上対応できないという問題がある。
Example of exhaust gas composition analysis for a vacuum silicon furnace Inorganic gas (N 2 , O 2, etc.) 2 mol% Light hydrocarbons (about CH 4 to C 5 ) 10000 ppm converted to CH 4 Heavy hydrocarbons (more than C 6 ) converted to CH 4 20000 ppm Argon gas Residue When this exhaust gas is directly passed through a conventional decarburization reaction tower and reacted and combusted, for example, in the following case, when the exhaust gas amount is 100Nm 3 /h, the methane concentration is 3% (hydrocarbon (methane conversion value) Methane amount: 100 x 0.03 = 3Nm 3 /h (same as above) From equation (1) Calorific value: 3/22.4 x 192000 = 257000kcal/h Specific heat of argon: 0.222kcal/Nm 3 ℃ Catalyst temperature rise: 25700/100 x 0.222 = 1160°C, and if the temperature at the inlet of the reaction tower is 40°C, the temperature at the outlet of the reaction tower reaches about 1200°C, which poses a problem that cannot be handled with normal materials due to the equipment configuration.

脱炭反応塔4を耐高温特殊仕様にしたとして
も、不純物濃度の低い従来の常圧式シリコン炉を
対象とした場合も含め、次の問題が発生する。
Even if the decarburization reaction tower 4 is specially designed to withstand high temperatures, the following problems occur, including when using a conventional atmospheric pressure silicon furnace with a low impurity concentration.

排ガスは数十基のシリコン炉から排出されるの
で、シリコン炉の稼動状況により、排ガス中の炭
化水素を始めとする不純物濃度が変動しやすく、
脱炭・脱酸装置の脱炭反応塔4での反応温度が安
定せず、十分な反応を行なわせるためには、高価
な触媒を多量に必要とした。
As exhaust gas is emitted from dozens of silicon furnaces, the concentration of impurities such as hydrocarbons in the exhaust gas tends to fluctuate depending on the operating conditions of the silicon furnaces.
The reaction temperature in the decarburization reaction tower 4 of the decarburization/deoxidation device was not stable, and a large amount of expensive catalyst was required to carry out a sufficient reaction.

また、脱酸反応塔5における反応熱で、過剰
O2の量にもよるが、さらに200〜400℃程度脱炭
反応塔4より温度上昇するため、安定した反応を
行なわせるためには、脱炭反応塔4出口での冷
却、すなわち、脱酸反応塔5入口反応温度の調節
ぬきでは、反応制御が不可能であつた。
In addition, due to the reaction heat in the deoxidizing reaction tower 5, excess
Although it depends on the amount of O 2 , the temperature rises by about 200 to 400°C from the decarburization reaction tower 4, so in order to perform a stable reaction, cooling at the outlet of the decarburization reaction tower 4, that is, deoxidation It was impossible to control the reaction without adjusting the reaction temperature at the inlet of the reaction tower 5.

また、炭化水素濃度が高いという問題は、後流
の脱水・脱CO2装置でも発生し、排ガス中の炭化
水素は、前記反応工程ですべてCO2およびH2Oと
なるため、ここで吸着除去されるが、CO2濃度が
前記の例で約3%と非常に高いため、吸着塔への
負荷が大きく、従来の吸着塔の再生方法では、再
生に使用するN2ガスの量が、下記実施例に示す
ごとく、回収アルゴン量の約6倍も必要であり、
窒素ガスコストがかかりすぎることから、アルゴ
ン回収は経済性からしても成立しない。
In addition, the problem of high hydrocarbon concentration also occurs in the downstream dehydration/CO 2 equipment, and the hydrocarbons in the exhaust gas are all converted to CO 2 and H 2 O in the reaction process, so they are adsorbed and removed here. However, since the CO 2 concentration is very high at about 3% in the above example, the load on the adsorption tower is large, and in the conventional adsorption tower regeneration method, the amount of N 2 gas used for regeneration is as follows. As shown in the example, approximately 6 times the amount of recovered argon is required,
Since the cost of nitrogen gas is too high, argon recovery is not economically viable.

以下に従来法による実施例を示す。 Examples using conventional methods are shown below.

実施例 吸着塔 2基 処理アルゴンガス量:6Nm3/h 吸着塔寸法:216.3φ×200×2.8t 吸着剤充填量:41Kg/基 切換時間:8時間 再生加熱器 1基 再生ガス流体:N2ガスdry 再生ガス量:36Nm3/h 再生ガス温度:300℃ 加熱時間:4時間 このため従来法は、炭化水素濃度が低い常圧式
シリコン炉の場合にのみ限定されて成立し、減圧
式シリコン炉から排出されるアルゴンの回収は技
術的に不可能であつた。
Example Adsorption tower 2 units Processing argon gas amount: 6Nm 3 /h Adsorption tower dimensions: 216.3φ×200×2.8t Adsorbent filling amount: 41Kg/unit Switching time: 8 hours Regeneration heater 1 unit Regeneration gas fluid: N 2 Gas drying Regeneration gas amount: 36Nm 3 /h Regeneration gas temperature: 300℃ Heating time: 4 hours For this reason, the conventional method is limited to the case of normal pressure silicon furnaces with low hydrocarbon concentration, and is applicable only to vacuum silicon furnaces. It was technically impossible to recover the argon discharged from the reactor.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、シリコン炉の排ガス中の不純
物、特に炭化水素の濃度が高い減圧式シリコン炉
からのアルゴン回収が可能な、シリコン炉からの
アルゴン回収装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an argon recovery device from a silicon furnace that can recover argon from a reduced pressure silicon furnace in which the concentration of impurities, particularly hydrocarbons, in the exhaust gas of the silicon furnace is high.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、炭化水素を含むアルゴンを主成分と
するシリコン炉からの排ガスを脱炭反応塔および
脱酸反応塔よりなる脱炭・酸装置で炭化水素およ
び酸素を除去し、吸着塔よりなる脱水・脱CO2
置で水分および炭酸ガスを除去した後深冷分離装
置に送入し、精留分離してアルゴンを回収するシ
リコン炉からのアルゴン回収装置において、減圧
式シリコン炉と前記脱炭・酸装置との間に重質炭
化水素除去装置を設置して、油回転真空ポンプに
起因する重質炭化水素を除去することにより脱
炭・酸装置および脱水・脱CO2装置の負荷を軽減
して、減圧式シリコン炉からのアルゴン回収を可
能にしたものである。
The present invention removes hydrocarbons and oxygen from the exhaust gas from a silicon furnace, which mainly consists of argon containing hydrocarbons, using a decarburization/acidification device consisting of a decarburization reaction tower and a deoxidation reaction tower, and dehydrates it using an adsorption tower.・In an argon recovery device from a silicon furnace, which removes moisture and carbon dioxide gas in a CO 2 decarbonization device and then sends it to a cryogenic separation device and performs rectification separation to recover argon, the decarburization and decarburization A heavy hydrocarbon removal device is installed between the acid equipment and the heavy hydrocarbons caused by the oil rotary vacuum pump, reducing the load on the decarboxylation/acidification equipment and dehydration/ CO2 removal equipment. This made it possible to recover argon from a vacuum silicon furnace.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第2図により説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

減圧式シリコン炉21を10Torr程度に減圧す
る油回転式真空ポンプ22かぁの排ガスは、圧縮
機23で数Kg/cm3Gに昇圧されて重質炭化水素除
去装置24に送られる。この排ガス中には、常圧
式の場合にも含まれる軽質炭化水素に加えてオイ
ルミストを含む重質炭化水素が含まれている。
Exhaust gas from the oil rotary vacuum pump 22 that reduces the pressure in the depressurized silicon furnace 21 to about 10 Torr is boosted to several kg/cm 3 G by the compressor 23 and sent to the heavy hydrocarbon removal device 24 . This exhaust gas contains heavy hydrocarbons including oil mist in addition to light hydrocarbons, which are also included in the case of the normal pressure type.

重質炭化水素除去装置24では、金網やグラス
ウール等のろ材を内蔵したオイルミスト分離器2
5で、衝突、拡散原理で機械的にオイルミストを
除去した後、活性炭やアルミナゲル等の吸着剤を
充填した重質炭化水素除去塔26で重質炭化水素
を除去し、残りの軽質炭化水素を含む排ガスは脱
炭・脱酸装置27に送られる。重質炭化水素除去
塔26は必要に応じ複数基設置されて切替使用さ
れる。
The heavy hydrocarbon removal device 24 includes an oil mist separator 2 with a built-in filter material such as wire mesh or glass wool.
In step 5, after mechanically removing the oil mist using the collision and diffusion principle, the heavy hydrocarbons are removed in a heavy hydrocarbon removal column 26 filled with an adsorbent such as activated carbon or alumina gel, and the remaining light hydrocarbons are removed. The exhaust gas containing . A plurality of heavy hydrocarbon removal columns 26 are installed and used selectively as necessary.

脱炭・脱酸装置27では加熱器28で昇温され
た排ガスはO2を添加され、パラジウムや銅等の
金属触媒を充填した脱炭反応塔29で、常圧式と
同様(1)式等の反応を行なわせる。反応温度は炭化
水素を1ppm以下にするに必要な反応温度が得ら
れるよう前述の加熱器28で調節する。
In the decarburization/deoxidation device 27, O 2 is added to the exhaust gas heated by the heater 28, and in the decarburization reaction tower 29 filled with a metal catalyst such as palladium or copper, the exhaust gas is processed by the formula (1) etc. as in the normal pressure type. Let the reaction take place. The reaction temperature is adjusted by the aforementioned heater 28 so as to obtain the reaction temperature necessary to reduce the hydrocarbon content to 1 ppm or less.

この排ガスは、脱炭反応塔29同様金属触媒を
充填した脱酸反応塔30においても、出口酸素濃
度を1ppm以下とするに適切な反応温度が得られ
るよう、予冷器31とバイパス管32の流量調節
により予冷される。予冷された排ガスは、H2
添加され脱酸反応塔30で常圧式と同様(2)式の反
応を行なわせる。
In the deoxidizing reaction tower 30 packed with a metal catalyst like the decarburizing reaction tower 29, the flow rate of this exhaust gas is controlled by the precooler 31 and the bypass pipe 32 so that an appropriate reaction temperature can be obtained to keep the outlet oxygen concentration to 1 ppm or less. Pre-cooled by conditioning. H 2 is added to the precooled exhaust gas, and the reaction of formula (2) is carried out in the deoxidizing reaction tower 30 in the same way as in the normal pressure type.

この脱炭、脱酸反応塔29,30で発生した
H2OおよびCO2は、冷却器33で冷却された後、
脱水・脱CO2装置34でモレキユラシーブやアル
ミナゲルを充填した吸着塔35で吸着除去され、
深冷分離装置36に送られる。
This decarburization occurred in the deoxidizing reaction towers 29 and 30.
After H 2 O and CO 2 are cooled in the cooler 33,
It is removed by adsorption in an adsorption tower 35 filled with molecular sieves and alumina gel in a dehydration/deCO 2 device 34,
It is sent to a cryogenic separator 36.

脱水・脱CO2装置34としては、第3図に吸着
操作原理を示したような、通常使用される温度差
スイング式(TSA)を適用した場合でも、前段
でオイルミストを含む重質炭化水素を分離してい
るので、前述の排ガス例で、排ガス中には1%程
度のCO2を含んでいるだけであり、CO2吸着塔3
5の再生に必要なN2ガス量は、回収アルゴン量
の約2.5倍程度であり、従来の方法に比べてもN2
ガス消費量を半減することができ、アルゴンガス
に比べN2ガスの単価が安いことから、このまま
でも経適的にアルゴン回収は成立する。
Even when the commonly used temperature difference swing type (TSA), whose adsorption operation principle is shown in Fig. 3, is applied to the dehydration/CO 2 removal device 34, heavy hydrocarbons containing oil mist are removed at the front stage. Therefore, in the exhaust gas example mentioned above, the exhaust gas contains only about 1% of CO 2 , and the CO 2 adsorption tower 3
The amount of N 2 gas required for the regeneration of 5 is about 2.5 times the amount of recovered argon, and even compared to the conventional method
Since gas consumption can be halved and the unit price of N 2 gas is lower than that of argon gas, argon recovery can be achieved economically even as it is.

更に好ましくは、吸着装置として第4図に吸着
操作原理を示したような、吸着と脱着時の圧力差
を利用して吸着剤の再生をはかる例えば特開昭56
−78615号公報に開示されているような圧力差ス
イング式吸着装置(PSA)を使用することによ
り、更に再生窒素ガス量の低減が可能となる。
More preferably, the adsorption device is one that regenerates the adsorbent by utilizing the pressure difference between adsorption and desorption, as shown in FIG.
By using a pressure differential swing adsorption device (PSA) as disclosed in Japanese Patent No. 78615, it is possible to further reduce the amount of regenerated nitrogen gas.

この吸着塔は2基ないし3基以上設置し、通常
10〜20分で切換使用され、再生は常温のN2ガス
を利用することができる。
Two or three or more adsorption towers are installed, and usually
It can be switched and used in 10 to 20 minutes, and room temperature N 2 gas can be used for regeneration.

深冷分離装置36は、熱交換器37、精留塔3
8、窒素ガス圧縮機39等から構成されるが、深
冷分離装置36において、必要寒冷量を液面調節
計40にて調節されてチヤージされたLN2は、寒
冷回収されて常温のN2ガスとして出てくるが、
このN2ガスをそのままCO2吸着塔35の再生ガ
スとして利用できるように導管41を設けること
により、再利用が可能となり、更に経済性が増大
する。
The cryogenic separation device 36 includes a heat exchanger 37 and a rectification column 3.
8. It is composed of a nitrogen gas compressor 39, etc. In the cryogenic separator 36, the required amount of refrigeration is adjusted by a liquid level controller 40, and the charged LN 2 is collected in a cold state and converted into room-temperature N 2 It comes out as a gas,
By providing the conduit 41 so that this N 2 gas can be used as it is as regeneration gas for the CO 2 adsorption tower 35, reuse becomes possible and economical efficiency is further increased.

以下、本発明の具体的な実施例について説明す
る。
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.

実施例 1 排ガス中の炭化水素がメタン換算で30000ppm
(内重質炭化水素が20000ppm)とし、その他の条
件は次のとおりでする。
Example 1 Hydrocarbons in exhaust gas are 30,000 ppm in terms of methane
(20,000 ppm of heavy hydrocarbons), and other conditions are as follows.

排ガス量:100Nm3/h メタン濃度:10000ppm (軽質炭化水素のメタン換算値) メタン量:100×0.01Nm3/h(同上) (1)式より 発熱量:1/22.4×192000=8570kcal/h アルゴンの比熱:0.222kcal/Nm3℃ 触媒温度上昇:8570/100×0.222=386℃ 脱炭反応塔29入口温度が200℃の場合 脱炭反応塔29出口温度:200+386=586℃ となるが、前述の加熱器28の負荷は自動調節さ
れて、脱炭反応塔29の反応温度を500℃にセツ
トした場合は、 脱炭反応塔29入口温度:500−386=114℃ に調節されることになる。これは予冷器31にて
約200℃に予冷する。脱酸反応塔30では 排ガス量:100Nm3/h 余剰O2濃度: 1% 余剰O2量:100×0.01=1Nm3/h (2)式により 発熱量:2.0/22.4×58000=5180kcal/h 触媒温度上昇:5180/100×0.222=233℃ したがつて、 脱酸反応塔30出口温度:200+233=433℃ となる。
Exhaust gas amount: 100Nm 3 /h Methane concentration: 10000ppm (methane equivalent value of light hydrocarbons) Methane amount: 100 x 0.01Nm 3 /h (same as above) From equation (1) Calorific value: 1/22.4 x 192000 = 8570kcal/h Specific heat of argon: 0.222 kcal/Nm 3 ℃ Catalyst temperature rise: 8570/100 x 0.222 = 386 ℃ When the decarburization reaction tower 29 inlet temperature is 200 ℃ Decarburization reaction tower 29 outlet temperature: 200 + 386 = 586 ℃, The load on the heater 28 mentioned above is automatically adjusted, and when the reaction temperature of the decarburization reaction tower 29 is set to 500°C, the inlet temperature of the decarburization reaction tower 29 is adjusted to 500-386 = 114°C. Become. This is precooled to about 200°C in a precooler 31. In the deoxidizing reaction tower 30, Exhaust gas amount: 100Nm 3 /h Surplus O 2 concentration: 1% Surplus O 2 amount: 100 × 0.01 = 1Nm 3 /h By equation (2) Calorific value: 2.0 / 22.4 × 58000 = 5180kcal / h Catalyst temperature rise: 5180/100×0.222=233°C. Therefore, deoxidation reaction tower 30 outlet temperature: 200+233=433°C.

重質炭化水素除去装置24の設置によつて、排
ガス中のオイルミストを含む重質炭化水素を除去
することにより、脱炭・脱酸装置27入口の炭化
水素量を10000ppmに低減することができ、同装
置に使用される触媒の量を大幅に低減することが
できる。また、脱炭・脱酸反応塔29,30共に
600℃程度以下とすることができ、装置の材料上
の問題も生じない。
By installing the heavy hydrocarbon removal device 24, the amount of hydrocarbons at the inlet of the decarburization/deoxidation device 27 can be reduced to 10,000 ppm by removing heavy hydrocarbons including oil mist from the exhaust gas. , the amount of catalyst used in the device can be significantly reduced. In addition, both the decarburization and deoxidation reaction towers 29 and 30
The temperature can be kept at about 600°C or less, and there are no problems with the material of the device.

更に、脱炭反応塔29入口に反応温度を自動的
に調節する方法を用いることにより、排ガスの量
および組成の変動時にも安定した反応条件を確保
することができる。
Furthermore, by using a method for automatically adjusting the reaction temperature at the inlet of the decarburization reaction tower 29, stable reaction conditions can be ensured even when the amount and composition of exhaust gas fluctuate.

また、脱酸反応塔30入口に反応温度を適切に
調節できる予冷器31およびバイパス管32を設
置したことにより、排ガス量の増減、組成の変化
にも安定して追従することができる。
Moreover, by installing a precooler 31 and a bypass pipe 32 at the inlet of the deoxidizing reaction tower 30, which can appropriately adjust the reaction temperature, it is possible to stably follow increases and decreases in the amount of exhaust gas and changes in the composition.

更にまた、前段階でオイルミストを含む重質炭
化水素を除去することにより、温度差スイング式
による吸着塔を採用した場合でも、従来の方法に
比べてN2ガス使用量を半減することができるが、
更に、脱水・脱CO2装置34に圧力差スイング式
吸着塔を使用した場合には、温度差スイング式吸
着塔で必要であつた再生加熱器や冷凍機を省略す
ることができ、吸着剤の再生のための必要なN2
ガス量は温度差スイング式ではアルゴン量の約
2.5倍必要であつたのを更に半減することができ
る。
Furthermore, by removing heavy hydrocarbons including oil mist in the previous stage, the amount of N2 gas used can be halved compared to conventional methods even when a temperature swing adsorption tower is used. but,
Furthermore, when a pressure difference swing type adsorption tower is used in the dehydration/deCO 2 equipment 34, the regeneration heater and refrigerator that are required in the temperature difference swing type adsorption tower can be omitted, and the adsorbent Required N2 for regeneration
The gas amount is approximately the same as the argon amount in the temperature difference swing type.
The required 2.5 times the amount required can be further halved.

実施例 2 (TSA方式) 吸着塔 2基 処理アルゴンガス量:6Nm3/h 吸着塔寸法:216.3φ×1700×2.8t 吸着剤充填量:35Kg/基 切換時間 :8時間 再生加熱器 1基 再生ガス流体:N2ガスdry 再生ガス量:15Nm3/h 再生ガス温度:300℃ 加熱時間 :4時間 実施例 3 (PSA方式) 吸着塔 2基 処理アルゴンガス量:18Nm3/h 吸着塔寸法:216.3φ×2600×2.8t 吸着剤充填量:53Kg/基 切換時間 :10分 再生ガス流体:N2ガンdry 再生ガス量 :20Nm3/h 深冷分離装置36の寒冷として使用したN2
直接再生ガスに使用することにより、再に経済性
を高めることができた。すなわち、排ガス量の変
動に応じて再生のN2ガスを増減した方が経済的
であるが、圧力差スイング式吸着塔の場合は、再
生に必要なN2ガス量が、深冷分離装置36の寒
冷として必要なLN2量よりも少なくてもよいこと
から、排ガス量に応じて、容易に調節可能なLN2
量により、間接的に再生に必要なN2ガス量を増
減することができる。
Example 2 (TSA method) Adsorption tower 2 units Processing argon gas amount: 6Nm 3 /h Adsorption tower dimensions: 216.3φ×1700×2.8t Adsorbent filling amount: 35Kg/unit Switching time: 8 hours Regeneration heater 1 unit Regeneration Gas fluid: N2 gas dry Regeneration gas amount: 15Nm 3 /h Regeneration gas temperature: 300℃ Heating time: 4 hours Example 3 (PSA method) Adsorption tower 2 units Processing argon gas amount: 18Nm 3 /h Adsorption tower dimensions: 216.3 φ _ By using it for regeneration gas, we were able to once again improve economic efficiency. In other words, it is more economical to increase or decrease the amount of N 2 gas for regeneration according to fluctuations in the amount of exhaust gas, but in the case of a pressure difference swing type adsorption tower, the amount of N 2 gas required for regeneration is Since the amount of LN 2 required for cooling is less than that required for cooling, LN 2 can be easily adjusted according to the amount of exhaust gas.
Depending on the amount, the amount of N2 gas required for regeneration can be indirectly increased or decreased.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上述べたように、減圧式シリコン炉
と脱炭・酸装置との間にオイルミスト等の重質炭
化水素を除去する重質炭化水素除去装置を設置し
て、排ガス中の重質炭化水素を除去することによ
り、脱炭・酸装置および脱水・脱CO2装置の負荷
を軽減するようにしたものであるから、従来の装
置では技術的に不可能であつた減圧式シリコン炉
からのアルゴン回収を経済的に可能にすることが
できる。
As described above, the present invention installs a heavy hydrocarbon removal device for removing heavy hydrocarbons such as oil mist between the reduced pressure silicon furnace and the decarburization/acidification device, and removes heavy hydrocarbons from exhaust gas. By removing hydrocarbons, the load on the decarburization/acidification equipment and dehydration/CO 2 removal equipment is reduced, so it is possible to replace the reduced pressure silicon furnace, which was technically impossible with conventional equipment. argon recovery can be made economically possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来技術によるシリコン炉からのアル
ゴン回収装置の系統図、第2図は本発明の一実施
例を示すシリコン炉からのアルゴン回収装置の系
統図、第3図は温度差スイング式吸着原理を示し
た線図、第4図は圧力差スイング式吸着原理を示
した線図である。 1…常圧式シリコン炉、2,23…圧縮機、
3,28…加熱器、4,29…脱炭反応塔、5,
30…脱酸反応塔、6,33…冷却器、7…冷凍
機、8…吸着塔(TSA)、9…再生加熱器、1
0,37…熱交換器、11,38…精留塔、1
2,39…窒素ガス圧縮機、13,40…液面調
節計、21…減圧式シリコン炉、22…油回転式
真空ポンプ、24…重質炭化水素除去装置、25
…オイルミスト分離器、26…重質炭化水素除去
塔、27…脱炭・脱酸装置、31…予冷器、32
…バイパス管、34…脱水・脱CO2装置、35…
CO2吸着塔、36…深冷分離装置、41…導管。
Fig. 1 is a system diagram of an argon recovery device from a silicon furnace according to the prior art, Fig. 2 is a system diagram of an argon recovery device from a silicon furnace showing an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a temperature difference swing type adsorption system. Diagram showing the principle. FIG. 4 is a diagram showing the principle of pressure difference swing type adsorption. 1... Ordinary pressure silicon furnace, 2, 23... Compressor,
3,28... Heater, 4,29... Decarburization reaction tower, 5,
30...Deacidification reaction tower, 6,33...Cooler, 7...Freezer, 8...Adsorption tower (TSA), 9...Regeneration heater, 1
0,37... Heat exchanger, 11,38... Rectification column, 1
2, 39...Nitrogen gas compressor, 13,40...Liquid level controller, 21...Reducing pressure type silicon furnace, 22...Oil rotary vacuum pump, 24...Heavy hydrocarbon removal device, 25
...Oil mist separator, 26...Heavy hydrocarbon removal column, 27...Decarburization/deoxidation device, 31...Precooler, 32
...Bypass pipe, 34...Dehydration/ CO2 removal device, 35...
CO 2 adsorption tower, 36... cryogenic separation device, 41... conduit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炭化水素を含むアルゴンを主成分とするシリ
コン炉からの排ガスを脱炭反応塔および脱酸反応
塔よりなる脱炭・酸装置で炭化水素および酸素を
除去し、吸着塔よりなる脱水・脱CO2装置で水分
および炭酸ガスを除去した後深冷分離装置に送入
し、精留分離してアルゴンを回収するシリコン炉
からのアルゴン回収装置において、減圧式シリコ
ン炉と前記脱炭・酸装置との間に重質炭化水素除
去装置を設置したことを特徴とするシリコン炉か
らのアルゴン回収装置。 2 重質炭化水素除去装置をオイルミストを機械
的に除去するオイルミスト分離機と、オイルミス
ト分離機で除去した残りの重質炭化水素を吸着除
去する重質炭化水素除去塔で構成した特許請求の
範囲第1項記載のシリコン炉からのアルゴン回収
装置。 3 脱炭・酸装置の脱炭反応塔の入口側に反応温
度を調節する加熱器を設け、脱酸反応塔の入口側
に反応温度を調節する予冷器を設けた特許請求の
範囲第1項または第2項記載のシリコン炉からの
アルゴン回収装置。 4 脱水・脱CO2装置として圧力差スイング式吸
着塔を用いた特許請求の範囲第1項または第2項
または第3項記載のシリコン炉からのアルゴン回
収装置。
[Scope of Claims] 1. Hydrocarbons and oxygen are removed from the exhaust gas from a silicon furnace, which mainly contains argon and contains hydrocarbons, in a decarburization/acidification device consisting of a decarburization reaction tower and a deoxidation reaction tower, and an adsorption tower. In an argon recovery device from a silicon furnace, water and carbon dioxide are removed in a dehydration/deCO 2 device, which is then sent to a cryogenic separation device, and rectified and separated to recover argon. An argon recovery device from a silicon furnace, characterized in that a heavy hydrocarbon removal device is installed between a decarburization/acidification device. 2. A patent claim in which the heavy hydrocarbon removal device is composed of an oil mist separator that mechanically removes oil mist, and a heavy hydrocarbon removal column that adsorbs and removes the remaining heavy hydrocarbons removed by the oil mist separator. An apparatus for recovering argon from a silicon furnace according to item 1. 3. Claim 1, wherein a heater for adjusting the reaction temperature is provided on the inlet side of the decarburization reaction tower of the decarburization/acidification device, and a precooler for adjusting the reaction temperature is provided on the inlet side of the deacidification reaction tower. Or an argon recovery device from a silicon furnace according to item 2. 4. An argon recovery device from a silicon furnace according to claim 1, 2, or 3, which uses a pressure differential swing type adsorption tower as the dehydration/CO 2 device.
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