[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、油分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溶解装置、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)。

专利文献1公开的方法中，首先将氩气中的氧量调节为比与氢、一氧化碳等可燃成分完全燃烧所需要的化学计算量略少。接着，使用使氢和氧的反应优先于一氧化碳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，从而在仅有一氧化碳残留的状态下生成二氧化碳和水。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所公开的方法中，通过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，从而以氧残留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。

专利文献3所公开的方法中，从单晶制造炉等排出的氩气中含有油分的情况下，使用装有活性炭等的除油筒、除油过滤器除去该油分。接着，使引入催化剂筒的氩气中的氧与添加氢反应从而转化成水。接着，吸附除去引入吸附筒的氩气中的水与二氧化碳，然后通过精馏操作纯化。

专利文献4所公开的方法中，为了纯化含有一氧化碳、氢、氧、氮作为杂质的氩气，通过使氩气中的一氧化碳和氢与氧反应，在一氧化碳残留的状态下生成二氧化碳和水。接着，使氩气中的二氧化碳、水、氮和一氧化碳在10～50℃吸附于吸附剂，在150～400℃下再生该吸附剂。此外，为了吸附氩气中的氮，使用铜离子交换ZSM-5型沸石（铜离子交换率121％）作为吸附剂。

现有技术文献

专利文献

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，在预处理的第一阶段的反应中以氩气中残留有一氧化碳的状态生成二氧化碳和水。但是，氩气中含有的烃较多的情况下，需要提高反应温度，因此一氧化碳也与氧反应，难以使一氧化碳残留。所以，由于在其后的常温下的吸附处理中无法吸附除去氢，故而存在氩气中的氢残留从而无法将氩气纯化为高纯度的问题。

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，随后，为了吸附该残留的氧，需要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阶段氧残留，因此吸附处理时的冷却能耗增大，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，回收氩气时，例如为了保持气密性等使用采用油的油密封旋转真空泵之类的机器的情况下，产生油热解的烃成分。即使有除油用油雾分离器，所述的烃成分也会从油雾分离器中逃逸。于是，来源于氩气中所含的油分的烃变得非常多，其中甲烷多达数十ppm以上，碳数2～6的烃(C2～C6)以碳数1的烃(C1)换算多达数百ppm以上。由于甲烷不能被活性炭吸附，碳数2～6的烃也几乎不会被吸附于活性炭从而从催化剂筒中逃逸，因此存在之后的精馏负荷增大的缺点。

专利文献4中，没有公开任何有关除去氩气中含有的油分和由油分分解产生的烃的内容。

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。