[发明专利]氩气的提纯方法及提纯装置

说明书

技术领域

本发明涉及对作为杂质至少含有氧、氢、一氧化碳和氮的氩气进行回收并提纯的方法及装置。

背景技术

在例如硅单晶提拉炉、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化装置、多晶硅铸造炉这类设备中，氩气被用作炉内气氛气体等。为了再利用而从这类设备回收的氩气因混入氢、一氧化碳、二氧化碳、空气等而纯度下降。因此，为了提高所回收的氩气的纯度，实施使杂质被吸附剂吸附的处理。还有，为了高效地进行这种杂质吸附，提出了使杂质中的氧与可燃成分进行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所公开的方法中，将氩气中的氧量调节至比使氢、一氧化碳等可燃成分完全燃烧所需的化学计量学量仅仅稍少一些，然后，使用使氢与氧的反应优先于一氧化碳与氧的反应的钯或金作为催化剂，使氩气中的氧与一氧化碳、氢等进行反应，由此以仅残留一氧化碳的状态生成二氧化碳和水。接着，在常温下使氩气中所含的二氧化碳和水被吸附剂吸附，之后在-10℃～-50℃的温度下使氩气中所含的一氧化碳和氮被吸附剂吸附。

在专利文献2所公开的方法中，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、氢等进行反应，由此以残留氧的状态生成二氧化碳和水。然后，在常温下使氩气中所含的二氧化碳和水被吸附剂吸附，之后在-170℃左右的温度下使氩气中所含的氧和氮被吸附剂吸附。

在专利文献3所公开的方法中，使用精馏塔减少了氩气中包含的氧之后，在氩气中加入氢或一氧化碳使该添加量过量于其与氧反应所需的化学计量学量。用含钯或钌的铂族金属催化剂使所添加的氢或一氧化碳与氧反应，生成水及二氧化碳。通过吸附除去该生成的水及二氧化碳，用精馏塔除去残存的氢或一氧化碳。

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

专利文献3：日本专利特开平5-262506号公报

发明内容

专利文献1记载的方法中，以钯或金作为催化剂，使氩气中的氧与一氧化碳、氢等反应。为了完成该反应必需使反应温度达到约250℃以上，因此能量消耗增加。此外，常温下使二氧化碳和水被吸附剂吸附后，在-10℃～-50℃下使一氧化碳和氮被吸附剂吸附。在使于该低温下吸附了一氧化碳和氮的吸附剂再生时，一氧化碳与氮相比需要更多的能量以使其从吸附剂脱附，因此在工业领域并不有利。

专利文献2记载的方法中，使用钯系催化剂使氩气中的氧与一氧化碳、氢等反应。为了完成该反应必需使反应温度达到约250℃以上，因此能量消耗增加。此外，通过使氩气中作为杂质含有的氧的量为足以使氢、一氧化碳等完全燃烧的量，以残留氧的状态生成二氧化碳和水。但是，为了吸附氧必需使吸附时的温度降至-170℃左右。也就是说，由于在吸附处理的前处理阶段中残留氧，因此吸附处理时的冷却能量增大，存在提纯负荷变大的问题。

专利文献3记载的方法中，用精馏塔除去了相较于与氧进行反应所需的化学计量学量过量添加的氢或一氧化碳。因此，存在设备成本增加的问题。此外，记载了使用钌催化剂作为使氢或一氧化碳与氧反应时的催化剂，但未记载使用了钌催化剂的具体实施例。即，由于未对钯催化剂等其它的铂族金属催化剂和钌催化剂加以区别而是并列记载，因此从专利文献3无法确认到使用钌催化剂能够起到特别的作用效果。

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提纯方法及提纯装置。

本发明是基于使氩气中的杂质反应时相较于使用钌催化剂以外的铂族催化剂的情况、使用钌催化剂时可降低反应温度这一发现而完成的发明。

即，本发明的方法是对至少含有氧、氢、一氧化碳和氮作为杂质的氩气进行提纯的方法，其特征在于，判断上述氩气中的氧量是否超过与所述氩气中的氢及一氧化碳的全部进行反应所需的氧的设定量，在上述氩气中的氧量在所述设定量以下时，添加氧以使该氧量超过所述设定量，然后使用第1催化剂使上述氩气中的一氧化碳及氢与氧进行反应，以残留氧的状态生成二氧化碳和水，然后添加一氧化碳以使上述氩气中的一氧化碳量超过与残留的全部氧进行反应所需的一氧化碳的设定量，然后通过使用第2催化剂使上述氩气中的氧与一氧化碳进行反应，以残留一氧化碳的状态生成二氧化碳，然后使上述氩气中至少一氧化碳、二氧化碳、水和氮通过变压吸附法(日文：圧力スイング吸着法)被吸附剂吸附，上述第1催化剂和第2催化剂中的至少一方为钌催化剂，使用上述钌催化剂时的反应温度在200℃以下。