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TWI478761B - 氬氣之純化方法及純化裝置 - Google Patents

氬氣之純化方法及純化裝置 Download PDF

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TWI478761B
TWI478761B TW100102680A TW100102680A TWI478761B TW I478761 B TWI478761 B TW I478761B TW 100102680 A TW100102680 A TW 100102680A TW 100102680 A TW100102680 A TW 100102680A TW I478761 B TWI478761 B TW I478761B
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argon gas
oxygen
adsorption
hydrogen
adsorption tower
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TW100102680A
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TW201136654A (en
Inventor
Mitsutoshi Nakatani
Mitsuru Kishii
Junichi Sakamoto
Nobuyuki Kitagishi
Original Assignee
Sumitomo Seika Chemicals
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Publication date
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Description

氬氣之純化方法及純化裝置
本發明係關於一種對作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳、及氮之氬氣進行純化之方法及裝置。
例如，於如矽單晶提拉爐、陶瓷燒結爐、製鋼用真空脫氣設備、太陽電池用矽電漿溶解裝置、多晶矽鑄造爐之設備中，氬氣用作爐內環境氣體等。為了再利用而自此種設備回收之氬氣因氫、一氧化碳、空氣等之混入而導致純度降低。因此，為了提高所回收之氬氣之純度，使所混入之雜質吸附於吸附劑。進而，為了高效地對此種雜質進行吸附，提出使雜質中之氧與可燃成分進行反應，作為吸附處理之前處理(參照專利文獻1、2)。
於專利文獻1所揭示之方法中，調節氬氣中之氧之量，使其稍微小於為了使氫、一氧化碳等可燃成分完全燃燒而必需之化學計量，其次，將使氫與氧之反應優先於一氧化碳與氧之反應之鈀或金作為觸媒，使氬氣中之氧與一氧化碳、氫等進行反應，藉此以殘留一氧化碳之狀態生成二氧化碳及水，接著，使氬氣中所含之二氧化碳及水在常溫下吸附於吸附劑，此後，使氬氣中所含之一氧化碳及氮在-10℃~-50℃之溫度下吸附於吸附劑。
於專利文獻2所揭示之方法中，將氬氣中之氧之量設為足以使氫、一氧化碳等可燃成分完全燃燒之量，其次，使用鈀系之觸媒使氬氣中之氧與一氧化碳、氫等進行反應，藉此以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水，接著，使氬氣中所含之二氧化碳及水在常溫下吸附於吸附劑，此後，使氬氣中所含之氧及氮在-170℃左右之溫度下吸附於吸附劑。
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
於專利文獻1所記載之方法中，在前處理之階段中使氬氣中之氧之量少於為了使氫、一氧化碳等完全燃燒而必需之化學計量，且使用使氫與氧之反應優先於一氧化碳與氧之反應之觸媒，藉此以殘留一氧化碳之狀態生成二氧化碳及水。然而，存在藉由未反應之一氧化碳與水蒸氣發生水煤氣轉移反應而再生成氫，從而無法對應於要求氫之降低之情形之缺點。又，於專利文獻1所記載之方法中，於使雜質中之氧與可燃成分進行反應後之吸附處理之階段中，在使二氧化碳及水於常溫下吸附於吸附劑後，使一氧化碳及氮於-10℃~-50℃下吸附於吸附劑。於在此種低溫下再生吸附一氧化碳及氮之吸附劑之情形時，一氧化碳與氮相比，因為了自吸附劑脫離需要能量，故工業性上不利。
於專利文獻2所記載之方法中，在前處理之階段中將氬氣中之氧之量設為足以使氫、一氧化碳等完全燃燒之量，藉此以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水。然而，為了吸附氧，需要將吸附時之溫度降至-170℃左右。即，存在為了於吸附處理之前處理中殘留氧，吸附處理時之冷卻能量增大，純化負擔變大之問題。
本發明之目的在於提供一種可解決此種先前技術之問題之氬氣之純化方法及純化裝置。
本發明方法之特徵在於，其係對作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳、及氮之氬氣進行純化者，且於上述氬氣中之氧莫耳濃度為一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2以下之情形時，藉由添加氧而設定成超過1/2之值，其次，使用觸媒使上述氬氣中之氧與一氧化碳及氫進行反應，藉此以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水，其次，藉由脫水操作降低上述氬氣中之水分含有率，接著，藉由使用碳系吸附劑之變壓式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氧及二氧化碳，此後，藉由-10℃~-50℃下之變溫式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氮。
根據本發明，使氬氣中之氧與一氧化碳及氫進行反應，藉此以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水，其次，藉由脫水操作降低氬氣之水分含有率。藉此，由於氬氣之主要之雜質成為氧、二氧化碳、及氮，故而於利用變壓式吸附法吸附雜質時無需吸附水分且吸附負擔減輕，又，作為變壓式吸附法之吸附劑，可使用氧之吸附效果較高之碳系吸附劑。藉此，由於使用PSA(pressure swing adsorption，變壓吸附)單元之變壓式吸附法之氧吸附效果提高，故而無需此後利用使用TSA(Temperature swing adsorption，變溫吸附)單元之變溫式吸附法進行氧之吸附，從而與吸附氧之情形相比，可提高變溫式吸附法之雜質之吸附溫度。藉此，即便於吸附處理之前處理中殘留氧，亦可不會增大冷卻能量而提高氬氣之回收率及純度。
於本發明中，就提高變壓式吸附法之氧吸附效果之方面而言，上述碳系吸附劑較佳為碳分子篩。
本發明裝置之特徵在於，其係對作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳、及氮之氬氣進行純化者，且包含：反應器，其被導入有上述氬氣；濃度調節裝置，其於導入至上述反應器內之上述氬氣中之氧莫耳濃度為一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2以下之情形時，藉由添加氧而設定成超過1/2之值；乾燥器，其藉由進行脫水操作降低自上述反應器流出之上述氬氣之水分含有率；及吸附裝置，其連接於上述乾燥器；上述反應器內填充有觸媒，以使得藉由於上述反應器內上述氬氣中之氧與一氧化碳及氫進行反應，而以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水，且上述吸附裝置包含：PSA單元，其藉由使用碳系吸附劑之變壓式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氧及二氧化碳；及TSA單元，其藉由-10℃~-50℃下之變溫式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氮。
根據本發明裝置，可實施本發明方法。
根據本發明，可提供一種藉由有效地降低氬氣之雜質含有率，而減輕此後之吸附處理之負擔，減少純化所需之能量，可以高純度對氬氣進行純化之實用性之方法及裝置。
圖1所示之氬氣之純化裝置α係以可將自如例如多晶矽鑄造爐之氬氣供給源1供給之經使用過之氬氣回收並再利用之方式進行純化者，且包含加熱器2、反應器3、濃度調節裝置4、乾燥器5、冷卻器8、及吸附裝置9。
自供給源α供給之氬氣係藉由圖外之過濾器等而除塵，從而經由鼓風機等氣體輸送機構(省略圖示)導入至加熱器2。純化對象之氬氣中所含之微量之雜質至少為氧、氫、一氧化碳、及氮，但亦可含有二氧化碳、烴、水等其他雜質。純化之氬氣中之雜質之濃度並無特別限定，可設為例如5莫耳ppm~40000莫耳ppm左右。就加熱器2之氬氣之加熱溫度而言，為了完成反應器3中之反應，較佳設為250℃以上，而自防止觸媒之壽命縮短之觀點出發，較佳設為450℃以下。
藉由加熱器2所加熱之氬氣被導入至反應器3內。濃度調節裝置4係於導入至反應器3內之氬氣中之氧莫耳濃度為一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2以下之情形時，藉由添加氧而設定成超過1/2之值。本實施形態之濃度調節裝置4包含濃度測定器4a、氧供給源4b、氧量調整器4c、及控制器4d。濃度測定器4a係測定導入至反應器3內之氬氣中之氧莫耳濃度、一氧化碳莫耳濃度、及氫莫耳濃度，並將該測定信號發送至控制器4d。控制器4d係於測定出之氧莫耳濃度為一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2以下之情形時，將與為了成為超過1/2之值所需的氧量對應之控制信號發送至氧量調整器4c。氧量調整器4c係將自氧供給源4b至反應器3之流路，以供給對應於控制信號之量的氧之方式進行開度調整。藉此，純化對象之氬氣中之氧莫耳濃度設定成超過一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2之值。
於反應器3內，填充有使氧與氫及一氧化碳進行反應之觸媒。藉此，於反應器3內，藉由氬氣中之氧與一氧化碳及氫進行反應，而以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水。再者，自多晶矽鑄造爐等回收之氬氣中包含烴作為可燃成分，但其莫耳濃度通常係，氫與一氧化碳之合計莫耳濃度為1/100以下。藉此，若通常以稍微超過一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2之方式設定氧莫耳濃度，則可以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水。填充於反應器3內之觸媒若為使氧與一氧化碳及氫進行反應者則無特別限定，例如可使用由氧化鋁等承載鉑、鉑合金、鈀等之觸媒。
乾燥器5係藉由進行脫水操作降低自反應器3流出之氬氣之水分含有率。作為乾燥器5，只要使用市售者即可，例如可使用對氬氣進行加壓而藉由吸附劑去除水分並於減壓狀態下再生吸附劑之加壓式脫水裝置、對氬氣進行加壓冷卻而去除經冷凝之水分之冷凍式脫水裝置、藉由脫水劑去除氬氣中所含之水分並對脫水劑進行加熱而使其再生之加熱再生式脫水裝置等，加就有效地降低水分含有率之方面而言熱再生式脫水裝置較佳，且可將氬氣中之水分去除約99%左右者較佳。
吸附裝置9經由冷卻器8而連接於乾燥器5。藉由乾燥器5而受到脫水處理並降低了水分含有率之氬氣係，於藉由冷卻器8冷卻後被導入至吸附裝置9。吸附裝置9具有PSA單元10及TSA單元20。PSA單元10係藉由使用碳系吸附劑之常溫下之變壓式吸附法，吸附氬氣中之雜質中之至少氧及二氧化碳。TSA單元20係藉由-10℃~-50℃下之變溫式吸附法，吸附氬氣中之雜質中之至少氮。
PSA單元10可使用公知者。例如，圖2所示之PSA單元10為4塔式，具有對自反應器3流出之氬氣進行壓縮之壓縮機12、及4個第1~第4吸附塔13，且於各吸附塔13中填充有碳系吸附劑。作為該碳系吸附劑，就提高氧吸附效果之方面而言，較佳為碳分子篩。
壓縮機12經由切換閥13b而連接於各吸附塔13之入口13a。吸附塔13之入口13a分別經由切換閥13e及消音器13f而連接於大氣中。
吸附塔13之出口13k係分別經由切換閥131而連接於流出配管13m，經由切換閥13n而連接於升壓配管13o，經由切換閥13p而連接於均壓‧清潔出側配管13q，經由流量控制閥13r而連接於均壓‧清潔入側配管13s。
流出配管13m經由壓力調節閥13t而連接於TSA單元20，從而導入至TSA單元20之氬氣之壓力成為固定。
升壓配管13o經由流量控制閥13u、流量指示調節計13v而連接於流出配管13m，將升壓配管13o中之流量調節成固定，藉此可防止導入至TSA單元20之氬氣之流量變動。
均壓‧清潔出側配管13q與均壓‧清潔入側配管13s係經由一對連結配管13w彼此連接，且於各連結配管13w上設置有切換閥13x。
於PSA單元10之第1~第4吸附塔13中，分別依次進行吸附步驟、減壓I步驟(清潔氣體排出步驟)、減壓II步驟(均壓氣體排出步驟)、脫附步驟、清潔步驟(清潔氣體流入步驟)、升壓I步驟(均壓氣體流入步驟)、升壓II步驟。
即，於第1吸附塔13中，僅打開切換閥13b及切換閥131，從而自反應器3供給之氬氣自壓縮機12經由切換閥13b導入至第1吸附塔13。藉此，於第1吸附塔13中，藉由所導入之氬氣中之至少二氧化碳及水分吸附於吸附劑而進行吸附步驟，雜質之含有率降低之氬氣自第1吸附塔13經由流出配管13m輸送至TSA單元20。此時，輸送至流出配管13m之氬氣之一部分經由升壓配管13o、流量控制閥13u而輸送至另一吸附塔(於本實施形態中為第2吸附塔13)，於第2吸附塔13中進行升壓II步驟。
其次，關閉第1吸附塔13之切換閥13b、131，打開切換閥13p，打開另一吸附塔(於本實施形態中為第4吸附塔13)之流量控制閥13r，打開切換閥13x中之1個。藉此，第1吸附塔13之上部之雜質含有率比較少之氬氣經由均壓‧清潔入側配管13s而輸送至第4吸附塔13，於第1吸附塔13中進行減壓I步驟。此時，於第4吸附塔13中，打開切換閥13e，進行清潔步驟。
接著，打開第1吸附塔13之切換閥13p及第4吸附塔13之流量控制閥13r，於該狀態下，關閉第4吸附塔13之切換閥13e，藉此於第4吸附塔13中進行實施氣體之回收之減壓II步驟，直至於第1吸附塔13與第4吸附塔13之間，內部壓力變得彼此均勻、或大致均勻為止。此時，切換閥13x亦可根據情形打開2個。
然後，打開第1吸附塔13之切換閥13e，關閉切換閥13p，藉此進行自吸附劑脫附雜質之脫附步驟，雜質連同氣體一併經由消音器13f而排出至大氣中。
之後，打開第1吸附塔13之流量控制閥13r，關閉處於已結束吸附步驟之狀態的第2吸附塔13之切換閥13b、131，打開切換閥13p。藉此，第2吸附塔13之上部之雜質含有率比較少之氬氣經由均壓‧清潔入側配管13s而輸送至第1吸附塔13，於第1吸附塔13中進行清潔步驟。於第1吸附塔13中，清潔步驟中所使用之氣體經由切換閥13e、消音器13f而排出至大氣中。此時，於第2吸附塔13中，進行減壓I步驟。其次，打開第2吸附塔13之切換閥13p及第1吸附塔13之流量控制閥13r，於該狀態下，關閉第1吸附塔之切換閥13e，藉此進行升壓I步驟。此時，切換閥13x亦可根據情形打開2個。
此後，關閉第1吸附塔13之流量控制閥13r，暫時成為無步驟之待機狀態。該待機狀態持續至第4吸附塔13之升壓II步驟完成為止。若第4吸附塔13之升壓完成，吸附步驟自第3吸附塔13切換至第4吸附塔13，則打開第1吸附塔之切換閥13n，自處於吸附步驟之另一吸附塔(於本實施形態中為第4吸附塔13)輸送至流出配管13m之氬氣之一部分經由升壓配管13o、流量控制閥13u而輸送至第1吸附塔13，於第1吸附塔13中進行升壓II步驟。
上述各步驟分別於第1~第4吸附塔13中依次重複進行，藉此，雜質含有率降低之氬氣被連續輸送至TSA單元20。
再者，PSA單元10並不限定於圖2所示者，例如塔數量可為4個以外，例如2、3個均可。
TSA單元20可使用公知者。例如，圖3所示之TSA單元20為2塔式，具有對自PSA單元10輸送來之氬氣進行預冷之熱交換型預冷器21、對藉由預冷器21所冷卻之氬氣進一步進行冷卻之熱交換型冷卻器22、第1、第2吸附塔23、及覆蓋各吸附塔23之熱交換器24。熱交換器24係於吸附步驟時藉由冷媒將吸附劑冷卻，於脫附步驟時藉由熱媒將吸附劑加熱。各吸附塔23具有填充有吸附劑之多個內管。作為該吸附劑，可使用適於吸附氮者，較佳為使用交換離子為2價之陽離子之X型沸石或Y型沸石，例如可使用藉由鈣(Ca)或鋰(Li)進行離子交換之沸石系吸附劑，進而，該2價之陽離子更佳為選自鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)中之至少1種。
冷卻器22經由開關閥23b而連接於各吸附塔23之入口23a。
吸附塔23之入口23a分別經由開關閥23c而通向大氣中。
吸附塔23之出口23e係分別經由開關閥23f而連接於流出配管23g，經由開關閥23h而連接於冷卻‧升壓用配管23i，經由開關閥23j而連接於清潔用配管23k。
流出配管23g構成預冷器21之一部分，且藉由自流出配管23g流出之經純化之氬氣將自PSA單元10輸送來之氬氣冷卻。自流出配管23g經純化之氬氣經由一次側壓力控制閥231流出。
冷卻‧升壓用配管23i、清潔用配管23k經由流量計23m、流量控制閥23o、開關閥23n而連接於流出配管23g。
熱交換器24設為多管式，且由包圍構成吸附塔23之多個內管的外管24a、冷媒供給源24b、冷媒用散熱器24c、熱媒供給源24d、熱媒用散熱器24e構成。又，設置有複數個開關閥24f，該等開關閥24f係用以切換為使自冷媒供給源24b供給之冷媒經由外管24a、冷媒用散熱器24c而循環之狀態、及使自熱媒供給源24d供給之熱媒經由外管24a、熱媒用散熱器24e而循環之狀態。進而，藉由自冷媒用散熱器24c分支出之配管構成冷卻器22之一部分，藉由自冷媒供給源24b供給之冷媒而使氬氣於冷卻器22中冷卻，該冷媒回流至貯槽24g。
於TSA單元20之第1、第2吸附塔23中，分別依次進行吸附步驟、脫附步驟、清潔步驟、冷卻步驟、升壓步驟。
即，於TSA單元20中，自PSA單元10供給之氬氣於在預冷器21、冷卻器22中冷卻後，經由開關閥23b而被導入至第1吸附塔23。此時，第1吸附塔23成為藉由熱交換器24中冷媒之循環而冷卻至-10℃~-50℃之狀態，且開關閥23c、23h、23j關閉，開關閥23f打開，氬氣中所含之至少氮吸附於吸附劑。藉此，於第1吸附塔23中進行吸附步驟，從而雜質之含有率降低之純化氬氣自吸附塔23經由一次側壓力控制閥231流出。
於在第1吸附塔23中進行吸附步驟期間，於第2吸附塔23中進行脫附步驟、清潔步驟、冷卻步驟、升壓步驟。
即，於第2吸附塔23中，為了在吸附步驟結束後實施脫附步驟而關閉開關閥23b、23f，打開開關閥23c。藉此，於第2吸附塔23中，包含雜質之氦氣排出至大氣中，且壓力大致降至大氣壓。於該脫附步驟中，將在第2吸附塔23中於吸附步驟時使冷媒循環之熱交換部24之開關閥24f切換為關閉狀態而使冷媒之循環停止，且將使冷媒自熱交換部24抽出而返回至冷媒供給源24b之開關閥24f切換為打開狀態。
其次，為了於第2吸附塔23中實施清潔步驟，第2吸附塔23之開關閥23c、23j及清潔用配管23k之開關閥23n成為打開狀態，將藉由熱交換型預冷器21之熱交換所加熱之純化氬氣之一部分經由清潔用配管23k而導入至第2吸附塔23。藉此，於第2吸附塔23中，實施雜質自吸附劑之脫附、及藉由純化氬氣之清潔，且該清潔所使用之氬氣連同雜質一併自開關閥23c排出至大氣中。於該清潔步驟中，將於第2吸附塔23中用以使熱媒循環之熱交換部24之開關閥24f切換為打開狀態。
接著，為了於第2吸附塔23中實施冷卻步驟，第2吸附塔23之開關閥23j、及清潔用配管23k之開關閥23n成為關閉狀態，第2吸附塔23之開關閥23h、及冷卻‧升壓用配管23i之開關閥23n成為打開狀態，將自第1吸附塔23流出之純化氬氣之一部分經由冷卻‧升壓用配管23i導入至第2吸附塔23。藉此，已於第2吸附塔23內冷卻之純化氬氣經由開關閥23c而排出至大氣中。於該冷卻步驟中，將用於使熱媒循環之開關閥24f切換為關閉狀態而使熱媒停止循環，且將使熱媒自熱交換部24抽出而返回至熱媒供給源24d之開關閥24f切換為打開狀態。於結束熱媒之抽出後，將於第2吸附塔23中用以使冷媒循環之熱交換部24之開關閥24f切換為打開狀態，從而成為冷媒循環狀態。該冷媒循環狀態持續至下一升壓步驟、及後續之吸附步驟結束為止。
之後，為了於第2吸附塔23中實施升壓步驟，關閉第2吸附塔23之開關閥23c，導入自第1吸附塔23流出之純化氬氣之一部分，藉此使第2吸附塔23之內部升壓。該升壓步驟係持續至第2吸附塔23之內壓變得與第1吸附塔23之內壓大致相等為止。若升壓步驟結束，則第2吸附塔23之開關閥23h、及冷卻‧升壓用配管23i之開關閥23n關閉，藉此，第2吸附塔23之全部之開關閥23b、23c、23f、23h、23j成為關閉狀態，從而直至下一吸附步驟為止，第2吸附塔23成為待機狀態。
第2吸附塔23之吸附步驟係與第1吸附塔23之吸附步驟相同地實施。於在第2吸附塔23中進行吸附步驟期間，於第1吸附塔23中，與第2吸附塔23相同地進行脫附步驟、清潔步驟、冷卻步驟、升壓步驟。
再者，TSA單元20並不限定於圖3所示者，例如塔數量可為2個以上，例如3、4個均可。
根據上述純化裝置α，於對至少含有氧、氫、一氧化碳及氮之氬氣進行純化時，當該氬氣中之氧莫耳濃度為一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2以下之情形時，藉由添加氧而設定成超過一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2之值後，使用觸媒使該氬氣中之氧與一氧化碳及氫進行反應，藉此以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水，接著，藉由脫水操作降低該氬氣中之水分含有率。藉此，由於氬氣之主要雜質成為氧、二氧化碳、及氮，故而於此後利用變壓式吸附法吸附雜質時無需吸附水分從而吸附負擔減輕，又，作為變壓式吸附法之吸附劑，可使用氧之吸附效果較高之碳系吸附劑。藉此，由於變壓式吸附法之氧吸附效果提高，故而無需此後利用變溫式吸附法吸附氧，從而與吸附氧之情形相比，可提高變溫式吸附法之雜質之吸附溫度。藉此，即便於吸附處理之前處理中殘留氧，亦可不會增大冷卻能量而提高氬氣之回收率及純度。
實施例1
使用上述純化裝置α對氬氣進行純化。氬氣中，作為雜質分別含有氧500莫耳ppm、氫20莫耳ppm、一氧化碳1800莫耳ppm、氮1000莫耳ppm、二氧化碳20莫耳ppm、水分20莫耳ppm。將該氬氣以標準狀態且以3.74 L/min之流量導入至反應器3，進而，向該氬氣以標準狀態且以3.4 mL/min之流量添加氧。向反應器3內填充45 mL之氧化鋁承載之鉑觸媒，且反應條件設為溫度300℃、大氣壓、空間速度5000/h。
對自反應器3流出之氬氣，使用冷凍式脫水裝置作為乾燥器5而冷卻至-35℃並去除水分，藉此進行脫水操作，降低氬氣之水分含有率。
於藉由冷卻器8將自乾燥器5流出之氬氣冷卻後，藉由吸附裝置9降低雜質之含有率。PSA單元10設為3塔式，向各塔中填充1.25 L之直徑為2 mm之圓柱狀成形碳之碳分子篩(日本Enviro Chemicals製3k-172)作為吸附劑，且吸附壓力設為0.9 Mpa，脫附壓力設為0.1 MPa。
將藉由PSA單元10所純化之氬氣導入至TSA單元20。TSA單元20設為2塔式，向各塔中填充1.5 L之CaX型沸石作為吸附劑，且吸附壓力設為0.8 Mpa，吸附溫度設為-35℃，脫附壓力設為0.1 Mpa，脫附溫度設為40℃。
將自TSA單元20流出之經純化之氬氣之組成示於以下之表1中。再者，經純化之氬氣中之氧濃度係藉由Teledyne公司製造之微量氧濃度計型式311測定，一氧化碳及二氧化碳之濃度係使用島津製作所製造之GC-FID並經由甲烷化器(Methanizer)測定。對於氫濃度係使用GLscience公司製造之GC-PID測定。
實施例2
除將氧之添加流量以標準狀態設為5.00 mL/min外，與實施例1相同地對氬氣進行純化。將該經純化之氬氣之組成示於以下之表1中。
實施例3
除將TSA單元20中所使用之吸附劑設為MgX型沸石外，與實施例1相同地對氬氣進行純化。將該經純化之氬氣之組成示於以下之表1中。
實施例4
除將TSA單元20中之吸附溫度設為-50℃外，與實施例1相同地對氬氣進行純化。將該經純化之氬氣之組成示於以下之表1中。
比較例1
除將氧之添加流量以標準狀態設為1 mL/min外，與實施例1相同地對氬氣進行純化。將該經純化之氬氣之組成示於以下之表1中。
比較例2
除將PSA單元10中所使用之吸附劑設為CaA型沸石外，與實施例1相同地對氬氣進行純化。將該經純化之氬氣之組成示於以下之表1中。
比較例3
除未利用乾燥器進行脫水操作外，與實施例1相同地對氬氣進行純化。將該經純化之氬氣之組成示於以下之表1中。
根據上述表1可明確，各實施例較之各比較例之氬氣純度更高，較之比較例2、3之氧濃度更低，較之比較例1之一氧化碳濃度更低，且較之比較例1、3之氫濃度更低。
1．．．氬氣供給源
2．．．加熱器
3．．．反應器
4．．．濃度調節裝置
4a．．．濃度測定器
4b．．．氧供給源
4c．．．氧量調整器
4d．．．控制器
5．．．乾燥器
8、22．．．冷卻器
9．．．吸附裝置
10．．．PSA單元
12．．．壓縮機
13、23．．．吸附塔
13a．．．吸附塔13之入口
13b、13e、131、．．．切換閥
13n、13p、13x
13f．．．消音器
13k．．．吸附塔13之出口
13m、23g．．．流出配管
13o．．．升壓配管
13q．．．均壓及清潔出側配管
13r、13u．．．流量控制閥
13s．．．均壓及清潔入側配管
13t．．．壓力調節閥
13v．．．流量指示調節計
13w．．．連結配管
20．．．TSA單元
21．．．預冷器
23a．．．吸附塔23之入口
23b、23c、23f、．．．開關閥
23h、23j、23n、
24f
23e．．．吸附塔23之出口
23i．．．冷卻‧升壓用配管
23k．．．清潔用配管
23l．．．一次側壓力控制閥
23m．．．流量計
23o．．．流量控制閥
24．．．熱交換器
24a．．．外管
24b．．．冷媒供給源
24c．．．冷媒用散熱器
24d．．．熱媒供給源
24e．．．熱媒用散熱器
24g．．．貯槽
α．．．純化裝置
圖1係本發明之實施形態之氬氣之純化裝置的構成說明圖。
圖2係本發明之實施形態之氬氣之純化裝置中的變壓式吸附裝置之構成說明圖。
圖3係本發明之實施形態之氬氣之純化裝置中的變溫式吸附裝置之構成說明圖。
1．．．氬氣供給源
2．．．加熱器
3．．．反應器
4．．．濃度調節裝置
4a．．．濃度測定器
4b．．．氧供給源
4c．．．氧量調整器
4d．．．控制器
5．．．乾燥器
8．．．冷卻器
9．．．吸附裝置
10．．．PSA單元
20．．．TSA單元
α．．．純化裝置

Claims (3)

  1. 一種氬氣之純化方法，其係對作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮之氬氣進行純化者，且於上述氬氣中之氧莫耳濃度為一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2以下之情形時，藉由添加氧而設定成超過1/2之值；其次，使用觸媒使上述氬氣中之氧與一氧化碳及氫進行反應，藉此以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水；接著，藉由脫水操作降低上述氬氣中之水分含有率；然後，藉由使用碳系吸附劑之常溫下之變壓式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氧及二氧化碳；此後，藉由-10℃~-50℃下之變溫式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氮。
  2. 如請求項1之氬氣之純化方法，其中上述碳系吸附劑為碳分子篩。
  3. 一種氬氣之純化裝置，其特徵在於：其係對作為雜質至少含有氧、氫、一氧化碳及氮之氬氣進行純化者，且包含：反應器，其被導入上述氬氣；濃度調節裝置，其於導入於上述反應器之上述氬氣中之氧莫耳濃度為一氧化碳莫耳濃度與氫莫耳濃度之和的1/2以下之情形時，藉由添加氧而設定成超過1/2之值；乾燥器，其藉由進行脫水操作而降低自上述反應器流出之上述氬氣之水分含有率；及 吸附裝置，其連接於上述乾燥器；於上述反應器內填充有觸媒，以使得藉由於上述反應器內上述氬氣中之氧與一氧化碳及氫進行反應，而以殘留氧之狀態生成二氧化碳及水；上述吸附裝置包含：PSA單元，其藉由使用碳系吸附劑之常溫下之變壓式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氧及二氧化碳；及TSA單元，其藉由-10℃~-50℃下之變溫式吸附法吸附上述氬氣中之雜質中之至少氮。
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