[发明专利]氩气的精制方法及精制装置

说明书

技术领域

本发明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

背景技术

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℃～-50℃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℃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

发明内容

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℃～-50℃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℃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。

本发明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。

本发明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℃～-50℃下的热回转吸附法至少吸附所述氩气中的杂质中的氮。

本发明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。

本发明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。