[发明专利]氩气的纯化方法及纯化装置

说明书

技术领域

本发明涉及对作为杂质至少含有氧、氢、一氧化碳、烃和氮的氩气进行纯化的方法和装置。

背景技术

例如单晶硅提拉炉、陶瓷烧结炉、炼钢用真空脱气设备、太阳能电池用硅等离子体熔解装置、多晶硅铸造炉等设备中，氩气被用作炉内气氛气体等。为了再利用而从这样的设备回收的氩气因混入氢、一氧化碳、空气等而纯度下降。于是，为了提高所回收的氩气的纯度，采用使混入的杂质吸附于吸附剂的方法。另外，为了高效地进行这样的杂质吸附，提出了作为吸附处理的预处理使杂质中的氧与可燃成分反应而改性为二氧化碳和水的技术方案(参照专利文献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，在常温下使氩气所含的二氧化碳和水吸附于吸附剂，再在-10℃～-50℃的温度下使氩气所含的一氧化碳和氮吸附于吸附剂。

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，接着使用钯类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，在常温下使氩气所含的二氧化碳和水吸附于吸附剂，再在-170℃左右的温度下使氩气所含的氧和氮吸附于吸附剂。

此外，提出了以下技术方案：从单晶制造炉等排出的氩气中含有油分时，使用装有活性炭等的除油筒、除油过滤器除去该油分，接着使添加的氢与导入催化剂筒的氩气中的氧反应而转化为水，再将导入吸附筒的氩气中的水和二氧化碳吸附除去，然后通过精馏操作进行纯化(参照专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第3496079号公报

专利文献2：日本专利特许第3737900号公报

专利文献3：日本专利特开2000-88455号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1记载的方法中，在使氩气中的杂质中的氧和可燃成分反应后的吸附处理阶段，在常温下使二氧化碳和水吸附于吸附剂后，在-10℃～-50℃下使一氧化碳和氮吸附于吸附剂。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多的能量，因此不利于工业生产。

专利文献2记载的方法中，在预处理阶段使氩气中作为杂质所含的氧量为足以使氢、一氧化碳等完全燃烧的量，从而以残留有氧的状态生成二氧化碳和水。但是，为了吸附氧，必须使吸附时的温度下降至-170℃左右。即，由于在吸附处理的预处理中残留氧，因此吸附处理时的冷却耗能增大，存在纯化负荷增大的问题。

专利文献3记载的方法中，通过将氩气中所含的油分吸附于活性炭而除去。但是，在回收氩气时，例如为了保持气密性等而使用如采用油的油密封式旋转真空泵等机器的情况下，即使有除油用油雾分离器，穿过油雾分离器的油分也会达到例如5～20mg/m³。于是，来源于氩气中所含的油分的烃非常多，甲烷多达数百ppm，碳数2～5的烃(C2～C5)以碳数1的烃(C1)换算多达数千ppm。由于甲烷不能被活性炭吸附，碳数2～5的烃也几乎不会被吸附于活性炭而通过催化剂筒，因此存在之后的精馏负荷增大的缺点。

本发明的目的在于提供可解决如上所述的现有技术的问题的氩气的纯化方法和纯化装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的方法为对作为杂质至少含有氧、氢、一氧化碳、烃和氮的氩气进行纯化的方法，其特征是，判定上述氩气中的氧量是否超过与上述氩气中全部的氢、一氧化碳和烃反应所需的氧的设定量；上述氩气中的氧量在上述设定量以下时，添加氧而使氧量超过上述设定量；接着，使用催化剂使上述氩气中的一氧化碳、氢和烃与氧反应，从而以残留有氧的状态生成二氧化碳和水；接着，使上述氩气与金属接触，从而使上述氩气中的氧与上述金属反应而生成金属氧化物；接着，利用变压吸附法使上述氩气中的二氧化碳、水和氮吸附于吸附剂。根据本发明，氩气中作为杂质所含的氢、一氧化碳及烃通过与氩气中的氧反应生成二氧化碳和水而被除去。此外，通过该反应而残留在氩气中的氧通过用于氧化金属而被除去。藉此，在吸附处理的预处理阶段可防止氩气中残留氧、氢、一氧化碳、烃。因此，在吸附剂再生时无需使一氧化碳脱离，所以能够减少再生耗能。