[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、烃、油分和氮的氩气进行提纯的方法及装置。

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、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以使其转化为二氧化碳和水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，在从单晶制造炉等排出的氩气中含有油分的场合下，使用加入了活性炭等的除油筒、除油滤器来除去该油分。然后，使导入催化剂筒的氩气中的氧与所添加的氢进行反应而转化成水。接着，导入吸附筒的氩气中的水与二氧化碳被吸附除去，之后经精馏操作而提纯。

在专利文献4所公开的方法中，为对含有一氧化碳、氢、氧、氮作为杂质的氩气进行提纯，通过使氩气中的一氧化碳和氢与氧进行反应，以残留一氧化碳的状态生成二氧化碳和水。然后，在10～50℃下使氩气中的二氧化碳、水、氮和一氧化碳被吸附剂吸附，在150～400℃下使该吸附剂再生。此外，为吸附氩气中的氮，使用了铜离子交换ZSM-5型沸石(铜离子交换率121％)作为吸附剂。

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2000-88455号公报

专利文献4：日本专利特开2006-111506号公报

发明内容

专利文献1记载的方法中，在前处理的第1阶段反应中以氩气中残留一氧化碳的状态生成二氧化碳和水。但是，在氩气中含有较多烃的场合下，由于必需提高反应温度而导致一氧化碳也与氧进行反应，难以使一氧化碳残留。因此，不能在后续的常温下的吸附处理中吸附除去氢，所以氩气中的氢残留，存在不能以高纯度对氩气进行提纯的问题。

专利文献2记载的方法中，通过在前处理阶段中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，之后为了吸附该残留的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，氩气中所含的油分通过被活性炭吸附而除去。但是，在回收氩气时，在采用例如为保持气密性等而使用油的油旋转真空泵这类设备的场合下，油发生热分解而产生烃成分，即使存在除油用的湿气分离器也会漏出湿气分离器。因此，来自氩气中所含的油分的烃非常多，多达甲烷在几十ppm以上、碳数2～5的烃(C2～C5)以碳数1的烃(C1)换算在几百ppm以上的程度。甲烷不能被活性炭吸附、碳数2～5的烃也几乎不被活性炭吸附而漏出催化剂筒，因此存在后续的精馏负荷增大的缺点。

专利文献4记载的方法中，对氩气所含的油分或油分分解而作为副产物生成的烃的除去没有任何揭示。

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。