JPH0710228Y2 - 空気液化分離装置の前処理装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、空気液化分離装置の前処理装置に関し、特に
空気を原料として深冷液化分離方法により水素や一酸化
炭素等の不純物の少ない高純度窒素ガスを採取する空気
液化分離装置の前処理装置に設けられる触媒接触装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来から、半導体製造工程では、窒素ガスを大量に使用
しているが、該工程に用いる窒素ガスには、特に純度の
高いものが要求されている。このような高純度窒素ガス
を得る手段としては、通常、原料空気を圧縮，精製，冷
却し、精留塔に導入して液化精留分離を行う深冷液化分
離方法により得ている。ところが、このような深冷液化
分離方法では、窒素よりも沸点の高い酸素等は容易に分
離することができるが、窒素よりも沸点の低い水素や、
沸点の近似した一酸化炭素を分離することが困難であっ
た。

そのため、実開昭61−123389号公報や特開昭61−225568
号公報等に記載されているように、あらかじめ、前処理
装置で原料空気をパラジウム等の触媒に接触させて上記
水素や一酸化炭素を、空気中の酸素と燃焼反応させてそ
れぞれ水や二酸化炭素に変換し、これらを原料空気中に
含まれていた水分や二酸化炭素と共に、吸着や冷却によ
り分離除去することが行われている。

第２図は、上記実開昭61−123389号公報に示される前処
理装置である。この前処理装置１は、圧縮機２で圧縮し
た原料空気を、熱交換器３及び加熱器４で所定の温度、
例えば190℃まで加温した後に触媒筒５に導入し、含有
する水素及び一酸化炭素を酸素と反応させて水及び二酸
化炭素に変換するとともに、触媒筒５から導出した原料
空気を、前記熱交換器３及び冷却器６で常温に冷却し、
次いで吸着器７で大気中に含まれる水，二酸化炭素と同
時に上記水及び二酸化炭素等を除去して図示しない空気
液化分離装置本体部に導入している。

このような触媒筒５においては、原料空気中に含有され
る各種不純物、例えばパーティクル，油分あるいは硫黄
化合物，塩素化合物等が触媒の表面に吸着し、これらが
触媒毒として作用して触媒の寿命を縮める原因となって
いた。

また、上記触媒筒５の触媒は、大気中の水素，一酸化炭
素濃度の変動や、触媒の能力低下に対処するために、通
常の運転時に必要な触媒量に比べてかなり大量に充填さ
れており、触媒の交換時には、その全量を交換しなけれ
ばならないために触媒のコストも多大なものであった。

そこで、上記前処理装置１には、触媒筒５の入口側管路
5aと出口側管路5bとを短絡するバイパス回路８を設け
て、該バイパス回路８及び触媒筒出口側管路5bに設けた
弁9a,9bを開閉して原料空気の流路を変更し、水素や一
酸化炭素を除去する必要のない場合、例えば使用環境の
大気中に水素や一酸化炭素が極めて少ない場合、あるい
は採取する窒素ガスの純度をそれほど必要としない場合
等に、触媒筒５を休止させて触媒の延命を図っている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、近来は、半導体製造工程用の窒素ガスと
して、より高純度のものが求められており、このような
高純度窒素ガスを採取する使用状態においては、連続的
に触媒筒を作動させる必要があり、上記のごとき触媒筒
を単にバイパスするだけのバイパス回路では触媒の寿命
を伸ばすことが困難となりつつある。

そこで本考案は、連続的に触媒筒を作動させて水素や一
酸化炭素を所定の濃度以下に変換しながら、触媒筒に充
填された触媒の延命を図ることができる空気液化分離装
置の前処理装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記した目的を達成するために、本考案の空気液化分離
装置の前処理装置は、原料空気を触媒に接触させて、該
原料空気中の水素及び／又は一酸化炭素を触媒反応によ
り水又は二酸化炭素に変換する触媒接触装置を備えた空
気液化分離装置の前処理装置において、前記触媒を上流
側の第一触媒と、下流側の第二触媒とに分割し、該第一
触媒と第二触媒との間に、第一触媒通過後の原料空気を
導出するバイパス回路を設け、該バイパス回路と前記第
二触媒出口側回路とを接続するとともに、第一触媒出口
部に前記原料空気中の水素及び／又は一酸化炭素の濃度
を検出する分析計を設け、該分析計の出力により開閉を
制御される自動弁を、前記バイパス回路及び第二触媒出
口側回路のそれぞれに配設したことを特徴としている。

〔作用〕

上記のごとく構成して、第一触媒出口部における水素及
び／又は一酸化炭素濃度が基準値以下の場合には、第一
触媒通過後の原料空気をバイパス回路に導出することに
より、第二触媒を使用せずに第二触媒の延命を図ること
ができる。また原料空気中の水素及び／又は一酸化炭素
濃度が高い場合や、第一触媒の能力が低下して第一触媒
通過後の水素及び／又は一酸化炭素濃度が基準値以上と
なった場合には、該バイパス回路を閉じて第二触媒に接
触させることにより、水素及び／又は一酸化炭素濃度を
基準値以下とすることができる。

〔実施例〕

以下、本考案の一実施例を第１図に基づいて説明する。
尚、以下の説明において前記第２図に示した従来例と同
一要素のものには同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。

本考案の前処理装置11も、前記従来の前処理装置１と略
同様に構成されており、圧縮機2,熱交換器3,加熱器4,冷
却器6,吸着器７等を備えている。

そして、この前処理装置11に設けられる触媒接触装置12
は、内部に第一触媒層13と第二触媒層14の二段階の触媒
層が分割充填された触媒筒15と、第一触媒層13と第二触
媒層14の間、即ち第一触媒層出口部13aに設けられるバ
イパス回路16と該出口部13aの原料空気中の水素及び／
又は一酸化炭素の濃度を検出する分析計17とで構成され
ている。

上記バイパス回路16は、第一触媒層13を通過した原料空
気を、第二触媒層14を通さずに触媒筒15から第二触媒層
出口側回路14aの末端に導出するもので、該バイパス回
路16と前記第二触媒層出口側回路14aには、それぞれ原
料空気の流路を切換えるための自動弁18,19が設けられ
ている。

上記両自動弁18,19は、前記分析計17の出力によって開
閉制御されるもので、前記第一触媒層13を通過後の原料
空気に含有される水素及び／又は一酸化炭素濃度が基準
値以下の場合には、バイパス回路16の自動弁18を開くと
ともに第二触媒層出口側回路14aの自動弁19を閉じて、
第一触媒層13通過後の原料空気を、第二触媒層14に接触
させることなくバイパス回路16を介して熱交換器３に導
入する。

また、第一触媒層13通過後の原料空気に含有される水素
及び／又は一酸化炭素濃度が基準値以上の場合には、バ
イパス回路16の自動弁18を閉じるとともに第二触媒層出
口側回路14aの自動弁19を開いて、原料空気を第二触媒
層14に接触させて水素及び／又は一酸化炭素を触媒反応
により水又は二酸化炭素に変換した後に、第二触媒層出
口側回路14aに導出する。

このように、触媒接触装置12を形成することにより、通
常の操業時には、第一触媒層13のみで十分な触媒作用を
得ることができ、原料空気中の水素及び／又は一酸化炭
素の変換を行うことができる。また、原料空気中の不純
物成分の異常上昇や、第一触媒層13の能力低下等によ
り、第一触媒層13通過後の原料空気中の水素及び／又は
一酸化炭素濃度が増加した場合には、分析計17からの信
号により前述のごとく自動弁18,19がそれぞれ開閉し、
原料空気を第二触媒層14に導入するので、原料空気中の
水素及び／又は一酸化炭素濃度を基準値以下にすること
ができる。

従って、第一触媒層13として用いる触媒の量は、通常の
運転に必要な量より僅かに多くするだけでよくなり、該
第一触媒層13の触媒交換コストを低減することができ
る。また、第二触媒層14は、通常は原料空気が導入され
ないので交換期間を大幅に延長することができる。これ
により、触媒にかかるコストを大幅に低減することが可
能となる。さらに、前記分析計17の出力により原料空気
の流路を自動的に切換えるので、大気中の濃度変動等に
対する時間遅れもほとんどなく、高品質の製品を得るこ
とができ、弁の開閉に必要な労力も必要としない。

尚、前処理装置の構成は、適宜設定できるもので、例え
ば圧縮機を触媒筒より後段に配置したり、熱交換器を省
略したり、様々な構成を採用することができる。また触
媒筒を第一触媒筒と第二触媒筒の２つに分離して第一触
媒筒の出口部にバイパス回路を接続することもでき、さ
らに三段以上に分割して形成することも可能である。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の空気液化分離装置の前処
理装置は、触媒を第一触媒と第二触媒とに分割するとと
もに第二触媒をバイパスするバイパス回路を設け、前記
第一触媒出口部に設けた分析計の出力により開閉する自
動弁を設けたから、通常運転の際には第二触媒を原料空
気と接触させないので、該第二触媒の寿命を大幅に延長
でき、触媒全体としての寿命を延長として触媒交換にか
かるコストを低減し、運転コストの低減を図ることがで
きる。

また、大気中の水素及び／又は一酸化炭素濃度が上昇し
て第一触媒における触媒反応が不十分の場合でも、分析
計の出力により自動弁が作動して原料空気の流路をバイ
パス側から第二触媒側に切換えるので、水素及び／又は
一酸化炭素を第二触媒で反応させて水等に変換させるこ
とができ、水素等の濃度を基準値以下に保つことができ
る。

さらに、原料空気の流路を切換える弁を分析計の出力で
自動的に開閉するようにしたので、濃度変化に対する時
間遅れをほとんどなくすことができ、弁の開閉労力も必
要とせず、長期自動継続運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の前処理装置の一実施例を示す系統図、
第２図は従例来を示す系統図である。 11……前処理装置、12……触媒接触装置 13……第一触媒層、13a……第一触媒層出口部 14……第二触媒層、14a……第二触媒層出口側回路 15……触媒筒、16……バイパス回路 17……分析計、18,19……自動弁

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】原料空気を触媒に接触させて、該原料空気
   中の水素及び／又は一酸化炭素を触媒反応により水又は
   二酸化炭素に変換する触媒接触装置を備えた空気液化分
   離装置の前処理装置において、前記触媒を上流側の第一
   触媒と、下流側の第二触媒とに分割し、該第一触媒と第
   二触媒との間に、第一触媒通過後の原料空気を導出する
   バイパス回路を設け、該バイパス回路と前記第二触媒出
   口側回路とを接続するとともに、第一触媒出口部に前記
   原料空気中の水素及び／又は一酸化炭素の濃度を検出す
   る分析計を設け、該分析計の出力により開閉を制御され
   る自動弁を、前記バイパス回路及び第二触媒出口側回路
   のそれぞれに配設したことを特徴とする空気液化分離装
   置の前処理装置。