JPH06234503A - 空気中又は不活性ガス中の水素の除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気及び不活性ガス中の水素を効率よく、低
コストにより除去したい。 【構成】 原料ガスをコンプレッサー１で昇圧して８０
〜１２０℃に加熱し、これを銀を含む触媒反応器２で反
応させて水素を水に代え、この水を吸着器３で吸着除去
することにより、原料ガス中に含まれている水素を除去
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気中または酸素含有
不活性ガス中の水素を、触媒を使用して酸化、除去する
ことにより、不純物成分である水素の極めて少ない高純
度の液化窒素、液化酸素、液化アルゴン等の工業ガスを
製造することができる空気中又は不活性ガス中の水素の
除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気中には自然の発生源および自動車等
の人工発生源から発生する水素が含まれているので、空
気を原料として、低温精溜によって液化窒素等の工業ガ
スを製造する場合、微量の水素が製品中に不純物として
混入する。

【０００３】液化窒素等の工業ガスは、半導体工業にお
いて多く使われているが、近年、ＩＣ製造技術の進歩に
ともなって、水素等の不純物の極めて少ない一層高純度
のガスが必要になっている。

【０００４】そこで従来は、窒素中の微量の水素を除去
するために、製品の液化窒素を再精溜したり、または原
料空気中の一酸化炭素を白金属系の貴金属を含む触媒に
より酸化、除去する際に、一部の水素も合わせて除去す
る方法がとられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、再精溜は、水
素を除去するには適している方法であるが、製品を再処
理するためコスト高となる。

【０００６】また、貴金属触媒により水素を効率よく除
去するには反応温度を百数十度以上に保つ必要がある。
このため空気を加熱することが必要で、高価な貴金属触
媒（パラジウム等）のコストに加えて加熱のためのラン
ニングコストがかかる。

【０００７】本発明の目的は、前述のように製品の再処
理や貴金属触媒を使用することなく、より低廉な触媒を
使用して、加熱のための費用もかからず低コストで行う
ことができる空気中又は不活性ガス中の水素の除去方法
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、水素の除去触媒としてパラジウム等の貴
金属よりも低廉でかつ低温活性のある、銀を含む触媒を
使用することを特徴とする。すなわち、空気中に含まれ
る微量の水素を、銀を含む触媒により、空気中の酸素と
反応させて除去するもので、酸素を含む不活性ガス中の
水素の場合も、銀を含む触媒により、酸素と反応させて
除去することができる。

【０００９】触媒中の銀の含有量は、通常、金属として
２〜３０％好ましくは５〜１５％である。

【００１０】触媒の担体としては、アルミナ、シリカ・
アルミナ、シリカ、ゼオライト等があげられるが好まし
くはアルミナ、特にγ−アルミナが好適である。

【００１１】反応は６０〜２００℃の範囲で可能である
が、高温で反応させるためには加熱のためのコストが増
大するため好ましくなく、また温度が低すぎる場合は十
分な活性を示さない。

【００１２】従って、コンプレッサーによる昇温の温度
（１００℃前後）で反応させることが、反応効率、経済
性の面から最適である。また反応の圧力は常圧でも加圧
下でも可能であるが、加圧下の方が好適である。

【００１３】

【作用】空気または酸素含有の不活性ガスをコンプレッ
サーにより圧縮することにより、ガスの温度を８０〜１
２０℃に上昇させる。この圧縮ガスを加熱することなく
そのまま触媒反応器に導入する。反応器中では、原料ガ
ス中の酸素と水素が触媒の働きにより反応して水とな
り、後段の水分吸着器で吸着、除去される。これによ
り、原料ガス中に０．５〜２ｐｐｍ含まれている水素を
０．０５ｐｐｍ以下の濃度に低下させることができる。

【００１４】

【実施例】

１）触媒の調製 本発明で使用する触媒は、硝酸銀の水溶液を担体（γ−
アルミナまたはゼオライト）に含浸させ、乾燥、熱処理
して作る通常の製法（含浸法）で調製した。 ２）銀触媒による空気中の水素の除去例 空気中には触媒の性能を劣化させる硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ）があり、これが触媒の寿命に影響する。触媒が実効
性を持つためには触媒の性能が長期間にわたり維持され
なければならない。

【００１５】そこで、触媒の性能と寿命を確認するため
触媒毒である硫黄酸化物の濃度を高めて触媒の加速耐久
試験を行った。 実験−１（加速耐久試験−１） 実験条件 ・触 媒 銀触媒（銀 ５％、３ｍｍφ球状γ−アルミナに担持） ２００ｍｌ ・反応温度 １００℃ ・反応圧力 １．１Ｋｇ／ｃｍ² Ｇ ・空間速度 ５，０００ｈ^-1 ・空気中の不純物成分 ＳＯｘ １ｐｐｍ（大気中の濃度 約０．０１ｐｐｍの１００倍を添加） 水素 ０．５〜１．５ｐｐｍ（大気中の濃度の変動範囲） 一酸化炭素 ０．５〜１．５ｐｐｍ（ 〃 ） 実験結果 ・触媒反応後の水素の濃度は０．０１〜０．０２ｐｐｍ
となり、水素の除去率は２５，０００時間（１００倍加
速実験における相当時間）以上にわたり９８〜９９％を
維持した（図１）。

【００１６】・水素と同じ還元性ガスである一酸化炭素
についても約２０，０００時間以上にわたり９５〜９９
％の除去率を維持した（図２）。 実験−２（加速耐久試験−２） 実験条件 ・触 媒 銀触媒（銀 １０％、３ｍｍφ球状γ−アルミナに担持） ２００ｍｌ ・反応温度 １００℃ ・反応圧力 １．１Ｋｇ／ｃｍ² Ｇ ・空間速度 ５，０００ｈ^-1 ・空気中の不純物成分 ＳＯｘ １ｐｐｍ（大気中の濃度 約０．０１ｐｐｍの１００倍を添加） 水素 ０．５〜１．５ｐｐｍ（大気中の濃度の変動範囲） 一酸化炭素 ０．５〜２ｐｐｍ （ 〃 ） 実験結果 ・触媒中の銀の含有率を高める（５→１０％）ことによ
り、水素の除去性能、触媒の耐久性ともに向上した。

【００１７】触媒反応後の水素の濃度は０〜０．０１ｐ
ｐｍとなり除去率は２５，０００時間（１００倍加速の
実験における相当時間）以上にわたり９９〜１００％を
維持した（図３）。

【００１８】・水素と同じ還元性ガスである一酸化炭素
についても、２５，０００時間以上にわたり９９〜１０
０％の除去率を示した（図４）。 実験−３（銀の含有率の試験） 触媒中の銀の含有率と触媒活性との関係を試験した。試
験結果によれば銀の含有率を高めると当初、活性も高ま
るが、含有率が高すぎると逆に活性は低下傾向を示し
た。試験結果によれば銀の含有率（γ−アルミナ担持）
として５〜１５％、特に１０％程度が最適である。２
０，０００時間使用後（加速相当時間、以下同じ）にお
ける水素の除去率を示す（表１）

【００１９】

【表１】

【００２０】実験−４（触媒担体の試験） 触媒の担体の種類により、触媒活性が変わるが試験の結
果γ−アルミナが好適であった。

【００２１】２０，０００時間使用後における水素の除
去率を示す。（表２）（いずれも銀担持量 １０％）

【００２２】

【表２】

【００２３】実験−５（反応温度の試験） 反応温度が高いほうが、触媒活性が高くなるのが通例で
あるが、一方、反応温度を高くするためには、加熱のエ
ネルギーが必要で経済的負担が大きくなる。

【００２４】試験結果によれば、銀触媒は、コンプレッ
サーによる圧縮時の温度のみで、その他に特別の加熱を
行うことなく、１００℃で効率よく水素を除去できた。

【００２５】以下に反応温度と水素の除去率の関係を、
貴金属触媒（バラジウム１％、γ−アルミナ担持）と対
比して示す。（表３）なお数値はいずれも２０，０００
時間使用後の数値である。

【００２６】

【表３】

【００２７】図５は本発明を実施するための装置の一例
を示すもので、１は原料ガス（空気又は不活性ガス）ラ
インから送られて来た原料ガスを圧縮するためのコンプ
レッサー、２は触媒２ａを組み込んだ触媒反応器、３は
冷却器、４は吸着剤４ａを組み込んだ吸着器にして、コ
ンプレッサー１により圧縮されて８０〜１２０℃に温度
上昇した圧縮ガスは触媒反応器２内に入り、ここで銀を
含む触媒２ａで反応し、水素は水となり、この水は吸着
器４の吸着剤４ａに吸着除去される。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、空気または酸素含有不
活性ガス中の微量の水素を８０〜１２０℃の温度で効率
良くかつ、低コストで除去できる。

【００２９】また、水素とともに、同じ還元性のガスで
ある一酸化炭素も同時に効率良く除去でき、高純度の工
業ガスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反応後の水素の濃度と除去率（５％の銀触媒）
の説明図。

【図２】反応後の一酸化炭素の濃度と除去率（５％銀触
媒）の説明図。

【図３】反応後の水素の濃度と除去率（１０％銀触媒）
の説明図。

【図４】反応後の一酸化炭素の濃度と除去率（１０％銀
触媒）の説明図。

【図５】本発明を実施するための装置の説明図。

【符号の説明】

１ コンプレッサー ２ 触媒反応器 ２ａ 触媒 ３ 冷却器 ４ 吸着器 ４ａ 吸着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 洋 神奈川県横浜市緑区あざみ野３−２−15− 106 (72)発明者 鈴木 一成 神奈川県横須賀市湘南鷹取１−６−４

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気中に含まれる微量の水素を、銀を含
   む触媒により、空気中の酸素と反応させて除去すること
   を特徴とする空気中の水素の除去方法。
2. 【請求項２】 酸素を含む不活性ガス中の水素を、銀を
   含む触媒により、酸素と反応させて除去することを特徴
   とする不活性ガス中の水素の除去方法。