JPH0341754B2

JPH0341754B2 -

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Publication number: JPH0341754B2
Application number: JP9551085A
Authority: JP
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1985-05-07
Publication date: 1991-06-25
Also published as: JPS61256172A

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。

〔発明の背景〕

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。

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。

〔発明の目的〕

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。

〔発明の概要〕

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。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を具体的実施例により詳細に説明
する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

【特許請求の範囲】

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。