JPH04209708A - 希ガスの精製方法 - Google Patents
希ガスの精製方法Info
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- JPH04209708A JPH04209708A JP2288306A JP28830690A JPH04209708A JP H04209708 A JPH04209708 A JP H04209708A JP 2288306 A JP2288306 A JP 2288306A JP 28830690 A JP28830690 A JP 28830690A JP H04209708 A JPH04209708 A JP H04209708A
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- JP
- Japan
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- getter agent
- getter
- purification
- rare gas
- gas
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野コ
本発明は、希ガスの精製方法に関し、さらに詳細にはヘ
リウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなど
の零族元素、すなわち、希ガス中の不純物を、ゲッター
金属を用いて効率よく除去し、精製するための希ガスの
精製方法に関する。
リウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなど
の零族元素、すなわち、希ガス中の不純物を、ゲッター
金属を用いて効率よく除去し、精製するための希ガスの
精製方法に関する。
希ガス類は、その化学的性質が似通っているため、いず
れの希ガスもゲッターを用いて精製することが常法とな
っている。
れの希ガスもゲッターを用いて精製することが常法とな
っている。
希ガス中でヘリウムやアルゴンは近年目覚しく発展しつ
つある半導体製造工業で盛んに用いられており、その純
度向上への要求は益々強くなっている。また、ネオン、
クリプトン、キセノンは特殊なランプなどを製造するた
めに不可欠のガスであり、これらのガスは特に高価なこ
ともあって、−度使用したガスを循環して使うことが多
い、この場合には循環ガス中の不純物を除去して高純度
に精製することも必要である。
つある半導体製造工業で盛んに用いられており、その純
度向上への要求は益々強くなっている。また、ネオン、
クリプトン、キセノンは特殊なランプなどを製造するた
めに不可欠のガスであり、これらのガスは特に高価なこ
ともあって、−度使用したガスを循環して使うことが多
い、この場合には循環ガス中の不純物を除去して高純度
に精製することも必要である。
このため、希ガス中に、ppmオーダーで存在する窒素
、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水素およ
び水蒸気などをPPbオーダーまで除去して高純度に精
製することが望まれている。
、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水素およ
び水蒸気などをPPbオーダーまで除去して高純度に精
製することが望まれている。
[従来の技術]
希ガス中ではアルゴンの使用量が圧倒的に多いため、従
来技術では一般的にアルゴンの精製方法を中心に検討さ
れている。そしてこれらのの結果は、そのまま他の希ガ
スの精製にも応用しうろことはよく知られている。
来技術では一般的にアルゴンの精製方法を中心に検討さ
れている。そしてこれらのの結果は、そのまま他の希ガ
スの精製にも応用しうろことはよく知られている。
従来、金属ゲッターを用いる希ガスの精製方法としてチ
タンおよびチタン系合金を使用する方法が用いられてき
たが、ゲッター剤の温度を1000℃程度の高温として
接触させる必要があったため、精製筒などに使用できる
材質は、耐熱性の問題から実質的に石英に限定され、加
圧下で使用する場合には破損の虞れがあるなど安全上の
心配があった。
タンおよびチタン系合金を使用する方法が用いられてき
たが、ゲッター剤の温度を1000℃程度の高温として
接触させる必要があったため、精製筒などに使用できる
材質は、耐熱性の問題から実質的に石英に限定され、加
圧下で使用する場合には破損の虞れがあるなど安全上の
心配があった。
そのため、チタンおよびチタン系合金をゲッター剤とし
て使用した精製装置は減少し、代わって低温化を目的と
して、ジルコニウム、ジルコニウム系合金をゲッター剤
に使用した精製装置の開発が試みられてきた。
て使用した精製装置は減少し、代わって低温化を目的と
して、ジルコニウム、ジルコニウム系合金をゲッター剤
に使用した精製装置の開発が試みられてきた。
このようなゲッター材としては、特開昭62−3008
号公報によるZr−シーFe三元合金を用いた精製装置
などが知られており、精製温度が低温化できる。
号公報によるZr−シーFe三元合金を用いた精製装置
などが知られており、精製温度が低温化できる。
しかしながら、このゲッターは不純物の除去能力が比較
的小さく、特に窒素、炭化水素の除去能力が小さいため
、装置が大きくなり、広い設置空間を要するばかりでな
く、装置の製作コストが高くなるなどの欠点があった。
的小さく、特に窒素、炭化水素の除去能力が小さいため
、装置が大きくなり、広い設置空間を要するばかりでな
く、装置の製作コストが高くなるなどの欠点があった。
また、特開平2−118045号公報ではZr−AIV
三元合金ゲッターが、また、英国特許1370208号
ではZr−Ti−Ni三元合金の使用が示されている。
三元合金ゲッターが、また、英国特許1370208号
ではZr−Ti−Ni三元合金の使用が示されている。
しかしながら、これらはいずれも水素除去能力は大きい
ものの窒素除去能力が比較的小さいという欠点があった
。
ものの窒素除去能力が比較的小さいという欠点があった
。
このように、いずれの種類のゲッター剤も全体的に除去
能力が小さいか、または充分に除去し得ない特定の不純
物があるため、全ての不純成分を効率良く除去すること
は困難であった。
能力が小さいか、または充分に除去し得ない特定の不純
物があるため、全ての不純成分を効率良く除去すること
は困難であった。
〔課題を解決するための手段、作用]
本発明者らはこれら従来技術の欠点を解決し、希ガス中
の窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水
素、水蒸気などを10ppb以下、さらには1 ppb
以下まで除去できるとともに、長時間連続に精製でき、
かつ、小型で安全性の高い精製方法を得るべく鋭意研究
を重ねた結果、鉄5〜40重量%、残部ジルコニウムか
らなる合金ゲッターとスポンジジルコニウムを組合せ、
それぞれ特定の温度範囲で使用することにより、希ガス
中の不純物を確実に除去できることを見い出し、本発明
を完成した。
の窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水
素、水蒸気などを10ppb以下、さらには1 ppb
以下まで除去できるとともに、長時間連続に精製でき、
かつ、小型で安全性の高い精製方法を得るべく鋭意研究
を重ねた結果、鉄5〜40重量%、残部ジルコニウムか
らなる合金ゲッターとスポンジジルコニウムを組合せ、
それぞれ特定の温度範囲で使用することにより、希ガス
中の不純物を確実に除去できることを見い出し、本発明
を完成した。
すなわち本発明は、希ガスを、■鉄5〜40重量%、残
部ジルコニウムからなる合金ゲッターと600〜800
℃で接触させた後、■スポンジジルコニウムと500〜
700℃で接触させることにより、該希ガス中に不純物
として含有される窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化
炭素、酸素、水素、水蒸気を除去することを特徴とする
希ガスの精製方法である。
部ジルコニウムからなる合金ゲッターと600〜800
℃で接触させた後、■スポンジジルコニウムと500〜
700℃で接触させることにより、該希ガス中に不純物
として含有される窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化
炭素、酸素、水素、水蒸気を除去することを特徴とする
希ガスの精製方法である。
本発明はヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キ
セノンなどの希ガスの高純度精製に適用される。
セノンなどの希ガスの高純度精製に適用される。
本発明においては、鉄−ジルコニウム合金(以下ゲッタ
ー剤Aと記す)とスポンジジルコニウム(以下ゲッター
剤Bと記す)とが組合せられて用いられる。
ー剤Aと記す)とスポンジジルコニウム(以下ゲッター
剤Bと記す)とが組合せられて用いられる。
ゲッター剤Aは、鉄およびジルコニウムからなり、その
組成は鉄が5〜40重量%、好ましくは15〜30重量
%、残部ジルコニウムからなる合金である。鉄が5重量
%よりも少ないが、または、40重量%よりも多くなる
と不純物の除去能力は全体的に低下する。
組成は鉄が5〜40重量%、好ましくは15〜30重量
%、残部ジルコニウムからなる合金である。鉄が5重量
%よりも少ないが、または、40重量%よりも多くなる
と不純物の除去能力は全体的に低下する。
本発明において、ゲッター剤Aの希ガスとの接触温度範
囲は600〜800℃、好ましくは650〜750℃と
される。温度が600”Cよりも低くなると、不純物の
除去能力、特に、炭化水素および窒素の除去能力が低下
する。また、温度が800℃よりも高くなると精製筒に
ステンレス鋼が使用できなくなるため、安全性が低下す
る。
囲は600〜800℃、好ましくは650〜750℃と
される。温度が600”Cよりも低くなると、不純物の
除去能力、特に、炭化水素および窒素の除去能力が低下
する。また、温度が800℃よりも高くなると精製筒に
ステンレス鋼が使用できなくなるため、安全性が低下す
る。
ゲッター剤Aを得るための鉄としては、例えば市販の還
元鉄など、また、ジルコニウムとしては、市販のスポン
ジジルコニウムなどが好適である。
元鉄など、また、ジルコニウムとしては、市販のスポン
ジジルコニウムなどが好適である。
これらの金属は所定の混合比率に混合された後、電子ビ
ーム溶解、アルゴンアーク溶解、または、真空あるいは
不活性ガス雰囲気での高周波加熱溶解および抵抗加熱溶
解などにより合金化することができる。ここで得られた
合金はボールミル、ショークラッシャー、ロールミルな
どの機械的粉砕により6〜20メツシュ程度に粉砕して
用いるか、あるいは100メツシユ程度の微細粒とした
後にベレット状に成形して用いることができる。
ーム溶解、アルゴンアーク溶解、または、真空あるいは
不活性ガス雰囲気での高周波加熱溶解および抵抗加熱溶
解などにより合金化することができる。ここで得られた
合金はボールミル、ショークラッシャー、ロールミルな
どの機械的粉砕により6〜20メツシュ程度に粉砕して
用いるか、あるいは100メツシユ程度の微細粒とした
後にベレット状に成形して用いることができる。
また、ゲッター剤Bは、主として水素の除去を目的とす
るものであり、これによって、原料希ガス中の水素濃度
など条件によってはゲッター剤Aのみでは除去し切れな
い水素あるいはゲッター剤Aと希ガス中の炭化水素や水
蒸気との反応によって生成する微量の水素などが完全に
除去される。
るものであり、これによって、原料希ガス中の水素濃度
など条件によってはゲッター剤Aのみでは除去し切れな
い水素あるいはゲッター剤Aと希ガス中の炭化水素や水
蒸気との反応によって生成する微量の水素などが完全に
除去される。
ゲッター剤Bとしては、市販のスポンジジルコニウムを
使用することができる。
使用することができる。
希ガスのゲッター剤Bとの接触温度は、500〜700
℃、好ましくは550〜650℃である。温度が500
℃よりも低いか、または、700℃よりも高くなると水
素の除去能力が低下する。
℃、好ましくは550〜650℃である。温度が500
℃よりも低いか、または、700℃よりも高くなると水
素の除去能力が低下する。
ゲッター剤Bの量は、−数的にはゲッター剤Aよりも少
なくてよく、その充填割合としては、通常は、ゲッター
卯JA100重量部に対し、5〜50重量部程置部ある
。
なくてよく、その充填割合としては、通常は、ゲッター
卯JA100重量部に対し、5〜50重量部程置部ある
。
希ガスの精製に際しては、ゲッター剤Aが上流側、ゲッ
ター剤Bが下流側となるようにそれぞれ精製筒に充填し
、ゲッター剤A層の温度を600〜800℃、ゲッター
剤B層の温度を500〜700℃に加熱した状態で希ガ
スを精製筒内に流し、不純物をゲッター剤との反応によ
って捕捉、除去することにより希ガスを連続的に高純度
に精製することができる。
ター剤Bが下流側となるようにそれぞれ精製筒に充填し
、ゲッター剤A層の温度を600〜800℃、ゲッター
剤B層の温度を500〜700℃に加熱した状態で希ガ
スを精製筒内に流し、不純物をゲッター剤との反応によ
って捕捉、除去することにより希ガスを連続的に高純度
に精製することができる。
また、希ガスの精製に先立って、これらのゲッター剤を
あらかじめ真空中、または希ガス中において、例えば7
00〜900℃程度で10〜200分間活性化処理を施
すことが好ましい。
あらかじめ真空中、または希ガス中において、例えば7
00〜900℃程度で10〜200分間活性化処理を施
すことが好ましい。
次に本発明を図面により例示して、具体的に説明する。
第1図は本発明の希ガスの精製装置のフローシートであ
る。
る。
第1図において、ガスの入口1および出口2を有し、内
部にゲッター剤A3が入口1側、その下流側にゲッター
剤B4がそれぞれ充填され、かつ、加熱用のヒーター5
および5′が配設された精製筒の入口1には原料希ガス
の供給管6が接続され、出口2には冷却管7が接続され
ている。また、冷却管7の下流には精製ガスの抜出し管
8が接続されている。
部にゲッター剤A3が入口1側、その下流側にゲッター
剤B4がそれぞれ充填され、かつ、加熱用のヒーター5
および5′が配設された精製筒の入口1には原料希ガス
の供給管6が接続され、出口2には冷却管7が接続され
ている。また、冷却管7の下流には精製ガスの抜出し管
8が接続されている。
希ガスの精製に際しては、ヒーター5および5′で精製
筒のゲッター剤A3およびゲッター剤B4をそれぞれ所
定の温度に加熱した状態で、原料希ガスが供給管6から
入口1を経て精製筒内に供給される。精製筒に入った希
ガスは、最初にゲッター剤A3と接触することにより、
不純物はゲッター剤A3と反応して除去される。
筒のゲッター剤A3およびゲッター剤B4をそれぞれ所
定の温度に加熱した状態で、原料希ガスが供給管6から
入口1を経て精製筒内に供給される。精製筒に入った希
ガスは、最初にゲッター剤A3と接触することにより、
不純物はゲッター剤A3と反応して除去される。
続いて希ガスはゲッター剤B4と接触することにより、
ゲッター剤A3で充分に除去し切れなかった水素、ゲッ
ター剤と炭化水素や水蒸気との反応で生成した微量の水
素などの不純物が完全に除去される。
ゲッター剤A3で充分に除去し切れなかった水素、ゲッ
ター剤と炭化水素や水蒸気との反応で生成した微量の水
素などの不純物が完全に除去される。
不純物が除去された希ガスは、出口2を経て冷却管7に
入り、ここで所定の温度に冷却された後、精製ガスの抜
き出し管8を経由し、高純度精製希ガスとして使用に供
される。
入り、ここで所定の温度に冷却された後、精製ガスの抜
き出し管8を経由し、高純度精製希ガスとして使用に供
される。
本発明において、第1図のようにゲッター剤Aとゲッタ
ー剤Bとを一つの精製筒に充填してもよいが、ゲッター
剤AとBとをそれぞれ別の筒に充填し、ゲッター剤Aの
筒がガスの上流側、ゲッター剤Bの筒が下流側となるよ
うに両者を接続した2筒形の精製装置を用いてもよい。
ー剤Bとを一つの精製筒に充填してもよいが、ゲッター
剤AとBとをそれぞれ別の筒に充填し、ゲッター剤Aの
筒がガスの上流側、ゲッター剤Bの筒が下流側となるよ
うに両者を接続した2筒形の精製装置を用いてもよい。
本発明は鉄−ジルコニウムからなる合金のゲッター剤A
とスポンジジルコニウムからなるゲッター剤Bとを組合
せたものであり、先ず、ゲッター剤Aによって希ガス中
に不純物として含有される炭化水素、一酸化炭素、二酸
化炭素、酸素、窒素、水素、水蒸気を効率良く除去する
とともに、条件によっては僅かに残存する水素などの不
純物がゲッター剤Bによって完全に除去され、極めて高
純度の精製希ガスを得ることができる。
とスポンジジルコニウムからなるゲッター剤Bとを組合
せたものであり、先ず、ゲッター剤Aによって希ガス中
に不純物として含有される炭化水素、一酸化炭素、二酸
化炭素、酸素、窒素、水素、水蒸気を効率良く除去する
とともに、条件によっては僅かに残存する水素などの不
純物がゲッター剤Bによって完全に除去され、極めて高
純度の精製希ガスを得ることができる。
しかも、精製装置の構造も簡単で、小型化でき、安価に
製作できるとともに、半導体製造工場のクリーンルーム
内など費用負担の大きな場所への設置も容易となった。
製作できるとともに、半導体製造工場のクリーンルーム
内など費用負担の大きな場所への設置も容易となった。
また、低温化によりステンレス製など金属性の精製筒が
使用できるため、加圧状態下などにおける安全性に対す
る課題も同時に解決された。
使用できるため、加圧状態下などにおける安全性に対す
る課題も同時に解決された。
[実施例]
実施例1
市販の、スポンジジルコニウムと還元鉄を用い、ジルコ
ニウム75重量%、鉄25重量%の割合で、全量で約5
00gとなるように混合した後、電子ビーム溶解を2回
縁り返して得な合金をアルゴンガス雰囲気としたボール
ミル中で粉砕し、14〜20メツシユの物を振るい分け
てゲッター剤Aとした。
ニウム75重量%、鉄25重量%の割合で、全量で約5
00gとなるように混合した後、電子ビーム溶解を2回
縁り返して得な合金をアルゴンガス雰囲気としたボール
ミル中で粉砕し、14〜20メツシユの物を振るい分け
てゲッター剤Aとした。
また、市販のスポンジジルコニウムを振るい分けて得た
14〜20メツシユのものをゲッター剤Bとした。
14〜20メツシユのものをゲッター剤Bとした。
第1区で示したと同様の構成の精製装置で、精製筒とし
て外径17.3+u、内径14mmのステンレス管を用
い、その入口側にゲッターA剤を6001111、出口
側にゲッター剤Bを200龍それぞれ充填した。
て外径17.3+u、内径14mmのステンレス管を用
い、その入口側にゲッターA剤を6001111、出口
側にゲッター剤Bを200龍それぞれ充填した。
この精製筒を、あらかじめアルゴン気流中720℃で3
時間加熱してゲッター剤の活性化処理を行った。
時間加熱してゲッター剤の活性化処理を行った。
次に、精製筒のゲッター剤A充填部を720℃、ゲッタ
ー剤B充填部を600℃にそれぞれ温度調節しながら、
マスフローコントローラーを用いて各不純物濃度が、窒
素5ppm、水蒸気5 ppm、メタン1ppa+、一
酸化炭素lppm、二酸化炭素1 ppm 、酸素1p
pII+、水素lppmとなるよう不純物を添加したア
ルゴンガスを流速0.89N 1 / yim、圧力4
kgf/cn(で供給して連続的に精製を行った。
ー剤B充填部を600℃にそれぞれ温度調節しながら、
マスフローコントローラーを用いて各不純物濃度が、窒
素5ppm、水蒸気5 ppm、メタン1ppa+、一
酸化炭素lppm、二酸化炭素1 ppm 、酸素1p
pII+、水素lppmとなるよう不純物を添加したア
ルゴンガスを流速0.89N 1 / yim、圧力4
kgf/cn(で供給して連続的に精製を行った。
ガス中の各不純物は、FIDガスクロマトグラフにより
メタン、一酸化炭素および二酸化炭素を、TCDガスク
ロマトグラフにより水素および窒素を、またハーシェ
PPb酸素分析計により酸素を、さらにパナメトリック
露点計により水蒸気を、それぞれ分析した。
メタン、一酸化炭素および二酸化炭素を、TCDガスク
ロマトグラフにより水素および窒素を、またハーシェ
PPb酸素分析計により酸素を、さらにパナメトリック
露点計により水蒸気を、それぞれ分析した。
精製開始時から精製装置の出口ガスを連続的に分析し、
各不純物の破過時間を調べた。
各不純物の破過時間を調べた。
結果を第1表に示す。
比較例1
ゲッター剤Bを充填する代わりに、ゲッター剤Aのみを
精製筒に80011+充填した他は、実施例1と同様に
して希ガスの精製をおこない、各不純物の破過時間を調
べた。結果を第1表に示す。
精製筒に80011+充填した他は、実施例1と同様に
して希ガスの精製をおこない、各不純物の破過時間を調
べた。結果を第1表に示す。
第1表
第1図は希ガスの精製装置のフローシートである。
図面の各番号は以下の通りである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 希ガスを、 (1)鉄5〜40重量%、残部ジルコニウムからなる合
金ゲッターと600〜800℃で接触させた後、 (2)スポンジジルコニウムと500〜700℃で接触
させることにより、該希ガス中に不純物として含有され
る窒素、炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、水
素、水蒸気を除去することを特徴とする希ガスの精製方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2288306A JP2977599B2 (ja) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | 希ガスの精製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2288306A JP2977599B2 (ja) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | 希ガスの精製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04209708A true JPH04209708A (ja) | 1992-07-31 |
| JP2977599B2 JP2977599B2 (ja) | 1999-11-15 |
Family
ID=17728465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2288306A Expired - Fee Related JP2977599B2 (ja) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | 希ガスの精製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2977599B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011093716A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Japan Pionics Co Ltd | 希ガスの精製方法 |
-
1990
- 1990-10-29 JP JP2288306A patent/JP2977599B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011093716A (ja) * | 2009-10-27 | 2011-05-12 | Japan Pionics Co Ltd | 希ガスの精製方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2977599B2 (ja) | 1999-11-15 |
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