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JPH0341754B2 - - Google Patents
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JPH0341754B2 - - Google Patents

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JPH0341754B2
JPH0341754B2 JP9551085A JP9551085A JPH0341754B2 JP H0341754 B2 JPH0341754 B2 JP H0341754B2 JP 9551085 A JP9551085 A JP 9551085A JP 9551085 A JP9551085 A JP 9551085A JP H0341754 B2 JPH0341754 B2 JP H0341754B2
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column
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boiling point
impurities
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原料アルゴンから不純物を精留分離
して高純度のアルゴンを採取するアルゴ精製方法
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an argo purification method for extracting highly pure argon by rectifying impurities from raw argon.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

一般に、高純度のアルゴン(以下、高純度アル
ゴンという。)を精留する場合、原料ガスを塔底
部にリボイラーを有しかつ塔頂部にコンデンサー
を有する精製アルゴン塔の中段に供給し、精製ア
ルゴン塔内で、塔下部へ流下する液アルゴンと塔
上部へ上昇する蒸発ガスとの気液接触を行なわ
せ、アルゴンより低沸点の不純物(N2、H2等)
を精留分離により除去して塔下部より製品アルゴ
ンを採取している。窒素(N2)、水素(H2)等
の低沸点不純物を多く含むアルゴン濃度の低いガ
スは、塔上部に上昇し、上部コンデンサーにてア
ルゴンを凝縮し、不純物ガスおよび凝縮されなか
つた一部アルゴンガスは排ガスとして塔頂部から
放出される。このようにして、原料ガス中の低沸
点不純物は精留分離作用によつて除去され、精製
アルゴン塔底部から高純アルゴンが液体または気
体として採取できる。上述した如きアルゴン精製
方法は、例えば特公昭27−5114号公報に開示され
ている。
Generally, when rectifying high-purity argon (hereinafter referred to as high-purity argon), raw material gas is supplied to the middle stage of a purified argon column that has a reboiler at the bottom of the column and a condenser at the top of the column. In the chamber, liquid argon flowing down to the bottom of the column is brought into gas-liquid contact with evaporated gas rising to the top of the column, and impurities with a boiling point lower than that of argon (N 2 , H 2 , etc.) are removed.
The argon product is removed by rectification separation and the product argon is collected from the bottom of the column. Gas with low argon concentration containing many low-boiling point impurities such as nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) rises to the top of the tower, condenses the argon in the upper condenser, and removes impurity gas and the uncondensed part. Argon gas is released from the top of the column as exhaust gas. In this way, low-boiling point impurities in the raw material gas are removed by the rectification separation action, and highly pure argon can be collected as a liquid or gas from the bottom of the purified argon column. The method for purifying argon as described above is disclosed, for example, in Japanese Patent Publication No. 5114/1983.

ところで、アルゴン精製に用いられる原料アル
ゴンとしては、通常空気分離装置の粗アルゴン塔
で精留分離された粗アルゴンを用いており、この
場合の不純物としては、アルゴンよりも低沸点の
窒素、水素と、アルゴンよりも高沸点の酸素が主
なものである。上述した方法では、低沸点の不純
物除去できるけれども、アルゴンよりも高沸点の
酸素等については分離除去ができない。このた
め、原料アルゴンに水素を添加し、これらの混合
ガスを触媒槽に通して原料アルゴン中の酸素と水
素の反応で水を生成させ、更にその混合ガスを冷
却器、乾燥器を通して、酸素のない原料アルゴン
を得る前処理を行なつている。このような酸素を
除去するための前処理を行なつた後の原料ガスを
前述の精製アルゴン塔に供給すれば、酸素分の少
ない高純度アルゴンが得られる。原料アルゴン中
の酸素を上述した方法で除去し、酸素除去後の原
料アルゴンを精製アルゴン塔(高純アルゴン塔)
に供給して高純アルゴンを採取する方法は、例え
ば特公昭56−34790号公報に開示されている。し
かし、この方法では、酸素を除去するために多く
の機器を必要とし、その操作が複雑となり、また
水素を添加する必要があり、運転コストの面で不
利となる。また、このような前処理を行なつた場
合であつても、アルゴンよりも高沸点不純物であ
る酸素等を完全に除去することは難しく、この結
果製品アルゴン中に高沸点不純物が含まれること
になる。
By the way, the raw argon used for argon purification is usually crude argon that has been rectified and separated in a crude argon column of an air separation device, and the impurities in this case include nitrogen, hydrogen, and hydrogen, which have a lower boiling point than argon. The main substance is oxygen, which has a higher boiling point than argon. Although the above-mentioned method can remove impurities with a low boiling point, it cannot separate and remove oxygen, etc., which have a higher boiling point than argon. For this purpose, hydrogen is added to the raw material argon, and the mixed gas is passed through a catalyst tank to generate water through the reaction of oxygen and hydrogen in the raw material argon.The mixed gas is then passed through a cooler and a dryer to remove oxygen. We are conducting pretreatment to obtain raw material argon. If the raw material gas subjected to such pretreatment for removing oxygen is supplied to the above-mentioned purified argon column, high purity argon with a low oxygen content can be obtained. Oxygen in the raw material argon is removed by the method described above, and the raw material argon after oxygen removal is purified in an argon column (high purity argon column).
A method for collecting high-purity argon by supplying it to the atmosphere is disclosed, for example, in Japanese Patent Publication No. 56-34790. However, this method requires many devices to remove oxygen, making the operation complicated, and also requires adding hydrogen, which is disadvantageous in terms of operating costs. Furthermore, even if such pretreatment is performed, it is difficult to completely remove oxygen, which is a higher boiling point impurity than argon, and as a result, high boiling point impurities may be contained in the argon product. Become.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、不純物を含まない非常に高い
純度の製品アルゴンを採取することのできるアル
ゴン精製方法を提供することである。
The object of the present invention is to provide an argon purification method that allows a very high purity product argon to be obtained without any impurities.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、原料アルゴンを精製アルゴン塔に供
給し、この精製アルゴン塔内で精留すると共に、
この精製アルゴン塔の上部から液アルゴンを抜出
し、この液アルゴンを下部にリボイラーを有する
高精製アルゴン塔上部に供給して精留し、この高
精製アルゴン塔下部のリボイラー部から製品アル
ゴンを採取することを特徴とする。すなわち、原
料アルゴン中にN2、H2等の低沸点不純物の他に
O2、炭化水素等の高沸点不純物が含まれている
場合にも、精製アルゴン塔上部から高沸点不純物
のほとんどない液アルゴンを抜出し、この液アル
ゴンを下部にリボイラーを有する高精製アルゴン
塔上部に供給し、ここで低純度不純物を精留除去
し、この高精製アルゴン塔下部のリボイラー部か
ら不純物をほとんど含まない非常に高純部の製品
アルゴンを採取するものである。
The present invention supplies raw material argon to a purified argon column, rectifies it within this purified argon column, and
Extracting liquid argon from the upper part of this purified argon column, supplying this liquid argon to the upper part of a highly purified argon column having a reboiler at the bottom for rectification, and collecting product argon from the reboiler section at the bottom of this highly purified argon column. It is characterized by In other words, in addition to low-boiling point impurities such as N 2 and H 2 in the raw argon,
Even when high-boiling point impurities such as O 2 and hydrocarbons are included, liquid argon with almost no high-boiling point impurities is extracted from the top of the purified argon column, and this liquid argon is transferred to the top of the highly purified argon column, which has a reboiler at the bottom. Here, low-purity impurities are removed by rectification, and a very pure argon product containing almost no impurities is collected from the reboiler section at the bottom of this highly purified argon column.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を具体的実施例により詳細に説明
する。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to specific examples.

第1図は、本発明の一実施例を示す系統図であ
る。この第1図にの全体構成は、熱交換器1、精
製アルゴン塔2、高精製アルゴン塔6、原料アル
ゴンガスを供給する導管11,12、冷媒として
使用される窒素を供給する導管19〜21、塔リ
ボイラー部の吹上げ用として使用される窒素を供
給する導管13〜18、製品アルゴンを送出する
導管29〜31、導管途中に設けた弁35〜3
9、その他からなる。
FIG. 1 is a system diagram showing one embodiment of the present invention. The overall configuration shown in FIG. 1 includes a heat exchanger 1, a purified argon column 2, a highly purified argon column 6, conduits 11 and 12 for supplying raw material argon gas, and conduits 19 to 21 for supplying nitrogen used as a refrigerant. , conduits 13 to 18 that supply nitrogen used for blowing up the tower reboiler section, conduits 29 to 31 that deliver product argon, and valves 35 to 3 provided in the middle of the conduit.
Consisting of 9.Others.

導管11から供給される原料アルゴンガスは、
熱交換器1にて約−165℃まで冷却され、導管1
2、弁35を介して、精製アルゴン塔2の中間部
に設けられるフイード部8から塔2内に供給され
る。液アルゴンを蒸発させるために用いられる窒
素ガスは、導管13から熱交換器1に入り、ここ
で冷却された後、導管14,15を介して、精製
アルゴン塔2の塔底部のリボイラー5に供給さ
れ、リボイラー部内の液アルゴンを蒸発させる。
また、この窒素ガスは、導管16を介して、高精
製アルゴン塔6下部に設けられるリボイラー7に
も供給され、リボイラー部内の液アルゴンを蒸発
させる。精製アルゴン塔2のリボイラー5に供給
され、液アルゴンとの熱交換によつてさらに冷却
された窒素は、導管17を通り、弁36で減圧さ
れ、導管19を通つて導管21に合流する。ま
た、高精製アルゴン塔6のリボイラー7に供給さ
れ、液アルゴンとの熱交換によつて更に冷却され
た窒素は、導管18を通り、弁37で減圧され、
導管20を通つて導管21に合流する。導管19
および20から導管21に合流された窒素は、冷
媒用の窒素の一部として使用される。約−192℃
の液体窒素が導管21から冷媒として供給され、
この窒素は導管19,20からの窒素と合流し
て、精製アルゴン塔2の上部コンデンサー4に導
びかれる。コンデンサー4において、塔内を上昇
してきたアルゴンガスとこの冷媒用の窒素との熱
交換が行なわれ、アルゴンの凝縮が行なわれる。
凝縮により液化されたアルゴンは、塔内の下降液
となる。一方、アルゴンよりも低沸点の不純物
は、コンデンサー4によつて凝縮されず、塔頂部
より排ガスとして排気される。この排ガスは、導
管24を通つて熱交換器1に導入され、ここで熱
交換により温度回復され導管25から排気され
る。コンデンサー4の冷媒として使用された低温
の窒素は、導管22を通つて熱交換器1に導入さ
れ、ここで熱交換により温度回復され導管23を
通つて、窒素の需要先に送られる。この窒素ガス
を、前述のリボイラーの吹上げガスとして利用し
ても良い。
The raw material argon gas supplied from the conduit 11 is
It is cooled to approximately -165℃ in heat exchanger 1, and then the conduit 1
2. Through the valve 35, argon is supplied into the column 2 from the feed section 8 provided in the middle of the purified argon column 2. The nitrogen gas used to evaporate the liquid argon enters the heat exchanger 1 through conduit 13 and is cooled there before being fed via conduits 14 and 15 to the reboiler 5 at the bottom of the purified argon column 2. The liquid argon in the reboiler section is evaporated.
This nitrogen gas is also supplied to the reboiler 7 provided at the lower part of the highly purified argon column 6 via the conduit 16, and evaporates the liquid argon in the reboiler section. The nitrogen fed to the reboiler 5 of the purified argon column 2 and further cooled by heat exchange with liquid argon passes through conduit 17, is depressurized at valve 36, and flows through conduit 19 into conduit 21. Further, the nitrogen supplied to the reboiler 7 of the highly purified argon column 6 and further cooled by heat exchange with liquid argon passes through the conduit 18 and is depressurized by the valve 37.
It passes through conduit 20 and joins conduit 21 . conduit 19
Nitrogen that is combined into conduit 21 from 20 and 20 is used as part of the nitrogen for the refrigerant. Approximately -192℃
liquid nitrogen is supplied as a refrigerant from the conduit 21,
This nitrogen is combined with nitrogen from conduits 19 and 20 and led to the upper condenser 4 of the purified argon column 2. In the condenser 4, heat exchange is performed between the argon gas rising in the tower and the nitrogen for the refrigerant, and the argon is condensed.
The argon liquefied by condensation becomes a descending liquid in the column. On the other hand, impurities having a boiling point lower than that of argon are not condensed by the condenser 4 and are exhausted from the top of the column as exhaust gas. This exhaust gas is introduced into the heat exchanger 1 through the conduit 24, where its temperature is recovered by heat exchange, and then exhausted through the conduit 25. The low-temperature nitrogen used as a refrigerant in the condenser 4 is introduced into the heat exchanger 1 through a conduit 22, where the temperature is recovered by heat exchange, and the nitrogen is sent through a conduit 23 to the nitrogen demand destination. This nitrogen gas may be used as blow-up gas for the above-mentioned reboiler.

精製アルゴン塔2においては、フイード部8か
ら原料アルゴンガスの供給を受け、アルゴンと不
純物との精留分離が行なわれる。すなわち、原料
アルゴンガスは、リボイラー5によつて蒸発され
て上昇するガスと共に上昇しながら、下降する液
アルゴンと気液接触を行ない、ついにはコンデン
サー4によつて凝縮された液アルゴンとして下降
する。この結果、精製アルゴン塔2のリボイラー
部5には、低沸点不純物の除去された液アルゴン
が得られる。しかし、原料アルゴンガス中に高沸
点不純物(O2、CmHn等)が含まれていると、
この高沸点不純物はリボイラー部5の液アルゴン
中に含まれることになる。そこで、精製アルゴン
塔2の上部、すなわち高沸点不純物をほとんど含
まない部分、具体的にはコンデンサー部4ないし
はここからいくぶん下の精留皿上の液アルゴンを
導管27により抜出す。この抜出された液アルゴ
ン(低沸点不純物のみを含む液アルゴン)を高精
製アルゴン塔6の上部に供給する。高精製アルゴ
ン塔6は、下部にリボイラー7を有しており、リ
ボイラー部からの上昇ガスと精製アルゴン塔2側
から供給される液アルゴンとの精留が行なわれ
る。この精留作用によつて、低沸点不純物を多く
含むガスは、高精製アルゴン塔6の頂部から導管
28を介して抜出され、精製アルゴン塔2に戻さ
れる。高精製アルゴン塔6では、供給された液ア
ルゴン中の低沸点不純物が精留作用で分離され、
そのリボイラー部7には非常に高純度の製品アル
ゴンが得られる。つまり、精製アルゴン塔2にお
いて、原料アルゴンガス中の高沸点不純物はその
リボイラー部5に分離され、低沸点不純物は高精
製アルゴン塔6によつてほぼ完全に分離除去され
るので、高精製アルゴン塔6の底部(リボイラー
部)には、低沸点不純物および高沸点不純物の除
去された非常に純度の高いアルゴンが得られるの
である。
In the purified argon column 2, raw argon gas is supplied from the feed section 8, and argon and impurities are separated by rectification. That is, the raw argon gas is evaporated by the reboiler 5 and rises together with the rising gas, while making gas-liquid contact with the descending liquid argon, and finally descends as condensed liquid argon by the condenser 4. As a result, liquid argon from which low-boiling point impurities have been removed is obtained in the reboiler section 5 of the purified argon column 2. However, if the raw argon gas contains high boiling point impurities (O 2 , CmHn, etc.),
This high boiling point impurity will be contained in the liquid argon in the reboiler section 5. Therefore, the liquid argon in the upper part of the purified argon column 2, that is, the part containing almost no high-boiling point impurities, specifically, the condenser part 4 or the rectifying dish slightly below this, is extracted through the conduit 27. The extracted liquid argon (liquid argon containing only low-boiling point impurities) is supplied to the upper part of the highly purified argon column 6. The highly purified argon column 6 has a reboiler 7 at its lower part, and the rising gas from the reboiler section and liquid argon supplied from the purified argon column 2 are rectified. Due to this rectifying action, gas containing many low-boiling point impurities is extracted from the top of the highly purified argon column 6 via the conduit 28 and returned to the purified argon column 2. In the highly purified argon column 6, low-boiling point impurities in the supplied liquid argon are separated by rectification.
In the reboiler section 7, product argon of very high purity is obtained. That is, in the purified argon column 2, high boiling point impurities in the raw argon gas are separated in the reboiler section 5, and low boiling point impurities are almost completely separated and removed by the highly purified argon column 6. At the bottom (reboiler section) of No. 6, extremely pure argon from which low-boiling point impurities and high-boiling point impurities have been removed is obtained.

高精製アルゴン塔6の下部リボイラー部に得ら
れた高純度アルゴンは、これをガスとして抜出す
場合、導管30を介し、更に熱交換器1で温度回
復させ、導管31を介して採取する。また、液体
アルゴンとして取出す場合、導管29を介して採
取する。採取量減少等により塔6下部リボイラー
部7内の高純度アルゴンの液位が高くなると、弁
38、導管32を介して、精製アルゴン塔2の底
部に戻す。なお、精製アルゴン塔2から抜出す液
アルゴンの抜出位置は、より上部であればあるほ
ど高沸点不純物を含まなくなるので好ましいが、
高精製アルゴン塔6の負荷を少なくするには出来
るだけ下の方が良いので、製品アルゴンに許容さ
れる高沸点不純物濃度に応じて適当な位置を選択
すれば良い。特に原料アルゴン中の不純物濃度が
変動する場合には、その変動範囲を考慮して、そ
の抜出位置を精製アルゴン塔の上部に適当な位置
とする。
When the high-purity argon obtained in the lower reboiler section of the high-purity argon column 6 is extracted as a gas, it is passed through a conduit 30, then temperature-recovered in a heat exchanger 1, and collected through a conduit 31. In addition, when taking out liquid argon, it is collected through the conduit 29. When the liquid level of high-purity argon in the lower reboiler section 7 of the column 6 increases due to a decrease in the amount of collected argon, etc., it is returned to the bottom of the purified argon column 2 via the valve 38 and conduit 32. Note that it is preferable that the liquid argon be extracted from the purified argon column 2 at an upper position because it will contain less high-boiling point impurities.
In order to reduce the load on the highly purified argon column 6, it is better to place it as low as possible, so an appropriate position may be selected depending on the allowable concentration of high-boiling point impurities in the product argon. In particular, when the concentration of impurities in the raw argon varies, the range of variation is taken into consideration and the extraction position is set at an appropriate position in the upper part of the purified argon column.

この実施例によれば、原料アルゴンガスの組成
が変動して前処理段階で高沸点不純物を所定値以
下に除去できなかつた場合、あるいは前処理をせ
ず原料アルゴンガス中に高沸点不純物を含んでい
る場合であつても、不純物をほとんど含まない高
純度アルゴンを精製することができる。
According to this example, if the composition of the raw material argon gas fluctuates and high boiling point impurities cannot be removed to a predetermined value or less in the pretreatment step, or if the raw material argon gas contains high boiling point impurities without pretreatment. High purity argon containing almost no impurities can be purified even when

次に、第1図の実施例において、原料アルゴン
ガスを供給してから製品アルゴンを抜出すまでの
主なガス入出力部のガス組成例を示す。
Next, in the embodiment shown in FIG. 1, an example of the gas composition of the main gas input/output sections from supplying raw material argon gas to extracting product argon gas will be shown.

原料アルゴンガス組成 アルゴン……98% 窒素……1% 水素……1% 酸素……1ppm 炭化水素(CH4)……10ppm 精製アルゴン塔2下部リボイラー部から抜出
された液体アルゴンの組成 アルゴン……99.89% 窒素……1ppm以下 水素……1ppm以下 酸素……100ppm 炭化水素……1000ppm 高精製アルゴン塔6下部リボイラー部から気
体として抜出された製品アルゴンの組成 アルゴン……99.999% 窒素……1ppm以下 水素……1ppm以下 酸素……1ppm以下 炭化水素……1ppm以下 高精製アルゴン塔6下部リボイラー部から液
体として抜出された製品アルゴンの組成 アルゴン……99.999% 窒素……1ppm 水素……1ppm 酸素……1.2ppm 炭化水素……10ppm 上述したガス組成から明らかなように、原料ア
ルゴンガス中に、酸素、炭化水素等のアルゴンよ
り高沸点の不純物がわずかに含まれていると、精
製アルゴン塔2の下部リボイラー部にはその不純
物が濃縮され、かなり高濃度の高沸点不純物が含
まれていることが判る。これに対し、高精製アル
ゴン塔6の下部リボイラー部から抜出される製品
アルゴン中には、これら高沸点不純物はごくわず
か含まれるだけとなり、高沸点不純物の除去効果
が顕著であることが判る。特に、製品アルゴンガ
スとして採取する場合は、低沸点不純物および高
沸点不純物が共に1ppm以下となり、非常に高純
度の製品アルゴンが得られることが判る。
Raw material argon gas composition Argon...98% Nitrogen...1% Hydrogen...1% Oxygen...1ppm Hydrocarbon (CH 4 )...10ppm Composition of liquid argon extracted from the lower reboiler section of purified argon column 2 Argon... ...99.89% Nitrogen...1ppm or less Hydrogen...1ppm or less Oxygen...100ppm Hydrocarbons...1000ppm Composition of product argon extracted as a gas from the reboiler section at the bottom of highly purified argon column 6 Argon...99.999% Nitrogen...1ppm Hydrogen: below 1ppm Oxygen: below 1ppm Hydrocarbons: below 1ppm Composition of the product argon extracted as a liquid from the lower reboiler section of the highly purified argon column 6 Argon: 99.999% Nitrogen: 1ppm Hydrogen: 1ppm Oxygen ......1.2ppm Hydrocarbons...10ppm As is clear from the gas composition described above, if the raw argon gas contains a small amount of impurities with a boiling point higher than argon such as oxygen and hydrocarbons, the purified argon column 2 It can be seen that the impurities are concentrated in the lower reboiler section of the reactor, and it contains a fairly high concentration of high boiling point impurities. On the other hand, the product argon extracted from the lower reboiler section of the highly purified argon column 6 contains only a small amount of these high-boiling point impurities, indicating that the removal effect of high-boiling point impurities is remarkable. In particular, when the product argon gas is collected, both low-boiling point impurities and high-boiling point impurities are 1 ppm or less, indicating that extremely high purity product argon can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、原料ア
ルゴン中に低沸点不純物だけでなく高沸点不純物
が含まれている場合でも、それらをほとんど含ま
ない非常に高純度のアルゴンを採取することがで
きる。
As explained above, according to the present invention, even if the raw argon contains not only low-boiling point impurities but also high-boiling point impurities, it is possible to collect extremely high-purity argon that contains almost no impurities. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す図である。 1……熱交換器、2……精製アルゴン塔、4…
…コンデンサー、5……リボイラー、6……高精
製アルゴン塔、7……リボイラー、11〜32…
…導管、35〜39……弁。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. 1... Heat exchanger, 2... Purifying argon column, 4...
... Condenser, 5 ... Reboiler, 6 ... Highly purified argon column, 7 ... Reboiler, 11-32 ...
...Conduit, 35-39...Valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 原料アルゴンを精製アルゴン塔において精留
し、高純度アルゴンを採取するアルゴン精製方法
において、該精製アルゴン塔の上部から液アルゴ
ンを抜出し、該液アルゴンを下部にリボイラーを
有する高精製アルゴン塔上部に供給して精留し、
該高精製アルゴン塔下部のリボイラー部から製品
アルゴンを得ることを特徴とするアルゴン精製方
法。
1. In an argon purification method in which raw argon is rectified in a purified argon column to collect high-purity argon, liquid argon is extracted from the upper part of the purified argon column, and the liquid argon is transferred to the upper part of the highly purified argon column having a reboiler at the bottom. Supply and rectify
An argon purification method characterized in that product argon is obtained from a reboiler section at the bottom of the highly purified argon column.
JP9551085A 1985-05-07 1985-05-07 Argon purification method Granted JPS61256172A (en)

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