[发明专利]氩气的纯化方法及纯化装置

说明书

技术领域

本发明涉及适合于将至少含有氧、氢、一氧化碳和氮作为杂质的回收并纯化氩气的方法和装置。

背景技术

在例如单晶硅直拉炉、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融装置、多晶硅铸造炉之类的设备中，使用氩气作为炉内气氛气体等。从这样的设备中为了再利用而回收的氩气因为氢、一氧化碳、空气等的混入而纯度降低。于是，为了提高回收的氩气的纯度，使杂质吸附于吸附剂。为了高效地进行该杂质的吸附，还提出了作为吸附处理的预处理使杂质中的氧与可燃性成分反应的技术方案(参照专利文献1～3)。

专利文献1公开的方法中，将氩气中的氧的量调节至比使氢、一氧化碳等可燃性成分完全燃烧所需的化学计算量略少，接着，以与一氧化碳和氧的反应相比更优先进行氢和氧的反应的钯或金作为催化剂，使氩气中的氧与一氧化碳、氢等反应，从而以残留有一氧化碳的状态生成二氧化碳和水，接着，通过变压吸附法在常温下使氩气中含有的二氧化碳和水吸附于吸附剂，然后，通过变温吸附法在-10℃～-50℃的温度下使氩气中含有的一氧化碳和氮吸附于吸附剂。

专利文献2公开的方法中，使氩气中的氧的量达到足以使氢、一氧化碳等可燃性成分完全燃烧的量，接着，用钯类催化剂使氩气中的氧与一氧化碳、氢等反应，从而以残留有氧的状态生成二氧化碳和水，接着，通过变压吸附法在常温下使氩气中含有的二氧化碳和水吸附于吸附剂，然后，通过变温吸附法在-170℃左右的温度使氩气中含有的氧和氮吸附于吸附剂。

专利文献3记载的方法中，使氩气中的氧的量达到足以使氢、一氧化碳等可燃性成分完全燃烧的量，使氧与一氧化碳、氢等反应，从而以残留有氧的状态生成二氧化碳和水，接着，通过变压吸附法在常温下使氩气中含有的氧、氮、二氧化碳和水吸附于吸附剂，该吸附剂由LiX型沸石和3A型碳分子筛构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平07-138007号公报

专利文献2：日本专利特开2000-233909号公报

专利文献3：日本专利特开2012-101976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，在预处理阶段以氩气中残留有一氧化碳的状态生成二氧化碳和水，在随后的吸附处理阶段，在常温下使二氧化碳和水吸附于吸附剂，然后在-10℃～-50℃下使一氧化碳和氮吸附于吸附剂。但是，因为一氧化碳有毒，所以直到吸附于吸附剂为止氩气的操作都很困难，而且为了将吸附的一氧化碳气体废弃，需要将其无害化的废气处理设备。

专利文献2记载的方法中，在预处理阶段以残留有氧的状态生成二氧化碳和水，在随后的吸附处理阶段，在常温下使二氧化碳和水吸附于吸附剂，然后在-170℃左右的温度下使氧和氮吸附于吸附剂。但是，如果进行-170℃左右的超低温下的吸附处理，则存在冷却能量增大、纯化负荷增大的问题。

专利文献3记载的方法中，使回收的氩气中所含的一氧化碳、氢与氧反应，使得氩气中所含的杂质至少有氧、二氧化碳、氮、水，用LiX型沸石和3A型碳分子筛通过变压吸附法将这些杂质吸附除去。但是，虽然在杂质为微量时良好，但在以数百分比级混入有空气的情况下，需要使用大量的吸附剂，高纯度品的回收率低，不实用。

本发明的目的是提供一种能解决上述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

本发明方法的特征在于，在纯化至少含有氢、一氧化碳、氮和氧作为杂质、最初含有的氧量比与最初含有的全部的氢和一氧化碳反应所需的化学计算量多的氩气时，包括：第一反应工序，该工序中，利用催化剂使所述氩气中最初含有的氢和一氧化碳与最初含有的氧反应；氢添加工序，该工序中，向所述氩气中添加氢，该氢的量少于与通过实施所述第一反应工序而残留在所述氩气中的全部的氧反应所需的化学计算量；第二反应工序，该工序中，利用催化剂使通过实施所述第一反应工序而残留在所述氩气中的氧与所述氢添加工序中添加的氢反应；冷却工序，该工序中，将实施所述第二反应工序后的所述氩气冷却，以使其含水量减少；脱水工序，该工序中，通过脱水操作来减少实施所述冷却工序后的所述氩气的水分含有率；变压吸附工序，该工序中，通过变压吸附法使所述脱水操作后残留在所述氩气中的至少是二氧化碳、氮和氧吸附于吸附剂；所述吸附剂包含活性氧化铝、沸石类吸附剂和碳分子筛。