氬氣精制方法和氬氣精制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供適合以高收率得到高純度氬氣的方法和裝置，該方法和裝置在利用變壓吸附法進(jìn)行的氬氣的精制中，即使有廢氣量的變動，也可以降低到更低的壓力。本方法通過利用填充有吸附劑的吸附塔（20A?20C)進(jìn)行的變壓吸附法，重復(fù)進(jìn)行包括吸附工序和逆流減壓工序的循環(huán)，在吸附工序中，在吸附塔為相對高壓的狀態(tài)下，向吸附塔導(dǎo)入混合氣體，使該混合氣體中的雜質(zhì)吸附于吸附劑，從該吸附塔導(dǎo)出氬氣富集后的氣體，在逆流減壓工序中，將吸附塔減壓，使雜質(zhì)從吸附劑解吸，從該吸附塔導(dǎo)出氣體，該方法將從處于逆流減壓工序的吸附塔導(dǎo)出的氣體導(dǎo)入到容量變化的儲氣器（3)，且邊將儲氣器（3)內(nèi)的壓力保持為實(shí)質(zhì)上一定，邊將該儲氣器（3)內(nèi)的氣體導(dǎo)出。
【專利說明】氬氣精制方法和氬氣精制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于利用變壓吸附法精制氬氣的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為單晶硅拉晶爐、陶瓷燒結(jié)爐、煉鋼用真空脫氣爐、太陽能電池用硅等離子熔煉 爐、多晶硅鑄造爐等的爐內(nèi)氣氛氣體，使用由深冷分離裝置從空氣中得到的氬氣。因?yàn)闅鍤?在空氣中僅存0.9%，所以與氧、氮相比，其制造成本高達(dá)數(shù)倍以上。因此，當(dāng)暫時將用作氣 氛氣體的氬氣回收進(jìn)行再利用時，很有效，但用作爐內(nèi)氣氛氣體的氬氣混有一氧化碳、二氧 化碳、氫、空氣等雜質(zhì)，純度降低。因此，為了提高回收到的氬氣的純度，并且實(shí)現(xiàn)向爐內(nèi)的 再利用，提出了如下技術(shù)：在使氧與氫、一氧化碳發(fā)生催化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳以后， 通過變壓吸附法（PSA法），去除雜質(zhì)，進(jìn)行精制。PSA法的氬氣的精制例如，通過重復(fù)進(jìn)行 包括如下兩道工序的循環(huán)來進(jìn)行，該兩道工序?yàn)椋涸诟邏合聦⒑袣鍤獾幕旌蠚怏w導(dǎo)入到 填充有吸附劑的吸附塔內(nèi)，使雜質(zhì)吸附于吸附劑，將氬氣富集后的氣體導(dǎo)出的工序；和將吸 附塔內(nèi)減壓，使雜質(zhì)從吸附劑解吸，從吸附塔中導(dǎo)出氣體（廢氣）。關(guān)于利用PSA法精制氬 氣的技術(shù)，例如，在專利文獻(xiàn)1中有所記載。
[0003] 在專利文獻(xiàn)1中，作為精制氬氣的方法，在供給原科氣體的氣體管線上設(shè)有貯存 槽，將從PSA(變壓吸附法）吸附塔和TSA(變熱吸附法）吸附塔導(dǎo)出的廢氣的一部分導(dǎo)入 到上述貯存槽內(nèi)，使要廢棄的廢氣進(jìn)行再循環(huán)，提高氬氣的回收率。在變壓吸附法中，為了 以更高的回收率得到高純度的氬氣，有效的是使解吸時的壓力更快速地降低，并且成為更 低的壓力。當(dāng)在解吸操作時使吸附塔內(nèi)的壓力降低時，從吸附劑解吸出的氣體就會從吸附 塔中作為廢氣被導(dǎo)出，但從吸附塔導(dǎo)出的氣體的量在解吸操作時的初期較多，越接近末期 越少。但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，由于廢氣流動的氣體管線被固定，因此氣體的流動阻力會 因來自吸附塔的氣體量增多而增大，廢氣流動的空間的壓力在解吸操作時會暫時上升。這 種廢氣量的變動造成的壓力上升會使吸附劑的解吸再生效果降低，在提高氬氣的回收率或 純度方面成為阻礙要素，但在上述現(xiàn)有技術(shù)中，沒有考慮廢氣量的變動造成的氬氣的回收 率降低或純度降低的影響。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2010 - 285317號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 本發(fā)明是在這種情況下而完成的發(fā)明，其目的在于，提供一種適合以高收率得到 高純度的氬氣的方法和裝置，其在利用變壓吸附法進(jìn)行的氬氣的精制中，即使有廢氣量的 變動，也可以降低到更低的壓力。
[0009] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0010] 由本發(fā)明的第一方面提供的氬氣精制方法是用于從含有氬氣的混合氣體精制氬 氣的方法，其特征在于：通過利用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn)行的變壓吸附法，重復(fù)進(jìn)行包 括吸附工序和逆流減壓工序的循環(huán)，在上述吸附工序中，在上述吸附塔為相對高壓的狀態(tài) 下，向上述吸附塔導(dǎo)入上述混合氣體，使該混合氣體中的雜質(zhì)吸附于上述吸附劑，從該吸附 塔導(dǎo)出氬氣富集后的氣體，在逆流減壓工序中，將上述吸附塔減壓，使雜質(zhì)從上述吸附劑解 吸，從該吸附塔導(dǎo)出氣體，該氬氣精制方法將從處于上述逆流減壓工序的上述吸附塔導(dǎo)出 的氣體導(dǎo)入到容量變化的儲氣器，并且一邊將上述儲氣器內(nèi)的壓力保持為實(shí)質(zhì)上一定，一 邊導(dǎo)出該儲氣器內(nèi)的氣體。
[0011] 優(yōu)選的是，上述儲氣器具備以隔斷與大氣的接觸的方式收納氣體、隨著該氣體的 量而進(jìn)行移位的隔斷部，上述儲氣器的容量一邊使從上述隔斷部的外側(cè)向內(nèi)側(cè)作用的載荷 和通過內(nèi)部的氣體壓力從上述隔斷部的內(nèi)側(cè)向外側(cè)作用的力保持均衡，一邊進(jìn)行變化。
[0012] 優(yōu)選的是，上述隔斷部包括膜狀部件或蓋形狀的金屬部件。
[0013] 優(yōu)選的是，上述儲氣器具備被上述隔斷部支撐或包含的錘部。
[0014] 優(yōu)選的是，上述變壓吸附法是利用填充有吸附劑的多個吸附塔進(jìn)行的方法，上述 循環(huán)還包括清洗工序，在上述清洗工序中，將結(jié)束了上述吸附工序的一個吸附塔內(nèi)減壓，從 該一個吸附塔中順流導(dǎo)出氣體，并且將導(dǎo)出的氣體作為清洗氣體以逆流導(dǎo)入到結(jié)束了上述 逆流減壓工序的另一個吸附塔，對該另一個吸附塔進(jìn)行清洗，上述清洗工序包括：從該清洗 工序的開始到途中從上述另一個吸附塔導(dǎo)出第一氣體的第一清洗工序；和從該另一個吸附 塔導(dǎo)出第二氣體的上述第一清洗工序后的第二清洗工序，將上述第一氣體導(dǎo)入到上述儲氣 器，并且將上述第二氣體排出到體系外，將從上述儲氣器導(dǎo)出的氣體添加在導(dǎo)入到上述吸 附塔之前的上述混合氣體中。
[0015] 優(yōu)選的是，在將上述混合氣體導(dǎo)入到處于上述吸附工序的吸附塔之前，對上述混 合氣體實(shí)施用于將該混合氣體所含有的雜質(zhì)的至少一部分去除或轉(zhuǎn)化的前處理，將從上述 儲氣器導(dǎo)出的氣體添加在經(jīng)過上述前處理后的氣體中。
[0016] 在變壓吸附方法（PSA法）中，為了從含有一氧化碳、二氧化碳、氫、氧、氮、甲烷等 作為雜質(zhì)的以氬氣為主要成分的混合氣體中得到高純度的氬氣，通常實(shí)施用于使氧與氫、 一氧化碳發(fā)生催化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成水、二氧化碳的前處理。在實(shí)施了前處理以后，通過變壓吸 附法（PSA法），在吸附塔內(nèi)，吸附去除二氧化碳、一氧化碳、水、氮等雜質(zhì)，精制氦氣。為了以 更高的回收率得到精制氬氣，例如，將從吸附塔導(dǎo)出的氣體（廢氣）的一部分添加在導(dǎo)入到 吸附塔之前的混合氣體中，使其進(jìn)行再循環(huán)。在通過PSA法將吸附塔內(nèi)減壓而進(jìn)行解吸時， 當(dāng)使用真空泵時，就會從吸附塔內(nèi)一直到廢氣流動的流路被減壓，所以空氣有可能會漏入， 當(dāng)空氣漏入時，就會導(dǎo)致進(jìn)行再循環(huán)的氣體的雜質(zhì)濃度上升。為了避免這種情況，優(yōu)選不使 用真空泵，而是利用排出壓力進(jìn)行解吸，在其措施中，已知如果使廢氣流動的流路的壓力更 快速地降低并且使其成為更低的壓力，就會使其回收率上升，但未給出具體的對策。
[0017] 本
【發(fā)明者】為了解決這種問題，進(jìn)行了如下分析。關(guān)于解吸操作時的氣壓和氣體的 量，當(dāng)在解吸操作時，使吸附塔內(nèi)的壓力降低時，從吸附塔導(dǎo)出的氣體（廢氣）的量就會在 解吸操作時的初期較多，越接近末期越少。因此，當(dāng)用于廢氣流動的空間被固定時，氣流的 阻力就會因來自吸附塔的氣體量增多而增大，該廢氣流動的空間的壓力就會在解吸操作時 暫時上升。另一方面，當(dāng)解吸操作進(jìn)展且來自吸附塔的氣體量減少時，氣流阻力就會變小， 因此上述空間的壓力就會降低。
[0018] 本
【發(fā)明者】為了解決上述課題，進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：為了不使用真空泵就使 解吸壓力一下子降低、或者使該壓力快速地接近到大氣壓水平，通過不將廢氣流動的流路 的空間固定，而是使其容量可變，能夠使解吸壓力一下子降低，并且使該壓力減小到大氣壓 水平。具體地發(fā)現(xiàn)，通過在接近吸附塔的位置設(shè)置能夠使氣體的容量變化的容量可變式儲 氣器，并且將來自吸附塔的廢氣導(dǎo)入到該儲氣器，可以實(shí)現(xiàn)該效果。
[0019] 另外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)來自吸附塔的廢氣的流路達(dá)到穩(wěn)定在低壓的狀態(tài)時，吸附塔內(nèi)的氣 體壓力就會以更快的速度降低，從吸附劑吸附到的雜質(zhì)就會更快地解吸，減壓再生效果提 高。即，如果一邊使廢氣流動的空間（儲氣器）隨著廢氣量而與大氣壓保持平衡一邊進(jìn)行 增減，就能夠使廢氣的流路以盡可能地接近大氣壓的壓力而一定化，就能夠提高變壓吸附 法的分離性能。
[0020] 由本發(fā)明的第二方面提供的氬氣精制裝置是用于從含有氬氣的混合氣體精制氬 氣的裝置，其特征在于，具備：變壓吸附式氣體分離裝置，用于通過利用填充有吸附劑的吸 附塔進(jìn)行的變壓吸附法，向上述吸附塔導(dǎo)入上述混合氣體，使該混合氣體中的雜質(zhì)吸附于 上述吸附劑，從該吸附塔導(dǎo)出氬氣，并且將上述吸附塔減壓，使雜質(zhì)從上述吸附劑解吸，從 該吸附塔導(dǎo)出廢氣；第一氣體管線，用于向上述吸附塔供給上述混合氣體；容量可變式儲 氣器，用于將從上述吸附塔導(dǎo)出的上述廢氣導(dǎo)入并且導(dǎo)出；和第二氣體管線，用于將從上述 吸附塔導(dǎo)出的上述廢氣供給到上述儲氣器。
[0021] 優(yōu)選的是，上述儲氣器具備：構(gòu)成為容器狀的主體部；和收納在上述主體部的內(nèi) 部、維持與上述主體部之間的氣密狀態(tài)并且能夠移位的隔斷部；隨著上述隔斷部的移位，收 納在由上述主體部和上述隔斷部劃分的氣體收納部的氣體的量發(fā)生變化。
[0022] 優(yōu)選的是，上述隔斷部包括膜狀部件或蓋形狀的金屬部件。
[0023] 優(yōu)選的是，上述儲氣器具備被上述隔斷部支撐或包含的錘部。
[0024] 優(yōu)選的是，具備：第三氣體管線，將上述儲氣器和上述第一氣體管線之間連接，使 得從上述儲氣器導(dǎo)出的氣體能夠添加供給到上述第一氣體管線；和第四氣體管線，與上述 第二氣體管線連接，用于將從上述吸附塔導(dǎo)出的氣體排出到體系外。
[0025] 優(yōu)選的是，用于執(zhí)行前處理的前處理單元設(shè)置于上述第一氣體管線，上述前處理 用于將上述混合氣體所含有的雜質(zhì)的至少一部分去除或轉(zhuǎn)化，上述第三氣體管線與上述第 一氣體管線的上述前處理單元的后段部分連接。
[0026] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面參照附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明，將會更加明確。
[0027] 在從含有氬氣的混合氣體并利用變壓吸附法的氬氣的精制中，貯藏、排出從吸附 塔導(dǎo)出的廢氣的空間（儲氣器）可隨著廢氣量的變動來改變?nèi)萘俊Ｓ纱?，消除了廢氣流動的 空間整體的壓力變動，可保持在一定的低壓，因此減壓再生效果提高，氬氣回收率提高。另 夕卜，其結(jié)果是，再循環(huán)的廢氣量能夠無變動且穩(wěn)定地與原料體系進(jìn)行再循環(huán)混合，整個體系 的氬氣回收率也提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1表示本發(fā)明的氬氣精制裝置的概要構(gòu)成。
[0029] 圖2表示變壓吸附式氣體分離裝置的一個例子的概要構(gòu)成。
[0030] 圖3是表示儲氣器的一個例子的概要構(gòu)成的縱截面圖。
[0031] 圖4表示本發(fā)明的氬氣精制方法的步驟1?6的氣流狀態(tài)。
[0032] 圖5表示本發(fā)明的氬氣精制方法的步驟7?12的氣流狀態(tài)。
[0033] 圖6是表示變壓吸附法的解吸壓力及容量可變式儲氣器和容量固定式氣罐的內(nèi) 部壓力變化的曲線圖。
[0034] 圖7是表示儲氣器的另一個例子的概要構(gòu)成的縱截面圖。
[0035] 圖8是表示儲氣器的另一個例子的概要構(gòu)成的縱截面圖。
[0036] 符號說明
[0037] X氬氣精制裝置
[0038] 1前處理單元
[0039] 11過濾器
[0040] 12鼓風(fēng)機(jī)
[0041] 13加熱器
[0042] 14AU4B 反應(yīng)器
[0043] 15氧供給器
[0044] 16 -氧化碳供給器
[0045] 17、18 冷卻器
[0046] 2 PSA裝置（變壓吸附式氣體分離裝置）
[0047] 20A、20B、20C 吸附塔
[0048] 21氣體壓縮機(jī)
[0049] 22冷卻器
[0050] 23排水槽
[0051] 201、202 氣體通過口
[0052] 3、3A、3B 儲氣器
[0053] 31主體部
[0054] 3IA 殼體
[0055] 311 下部體
[0056] 312 上部體
[0057] 314氣體導(dǎo)入口
[0058] 315氣體排出口
[0059] 316 頂板
[0060] 317 入 口氣嘴
[0061] 318 出 口氣嘴
[0062] 32膜片（隔斷部）
[0063] 32A球（隔斷部）
[0064] 321突緣部
[0065] 322圓筒狀部
[0066] 323 底部
[0067] 33活塞（錘部）
[0068] 33A 錘
[0069] 331活塞筒部 [0070] 332活塞底部
[0071] 334安裝件
[0072] 335 導(dǎo)輥
[0073] 34氣體收納部
[0074] 35 殼體
[0075] 354 入 口氣嘴
[0076] 355 出 口氣嘴
[0077] 36鼓（drum)(隔斷部、錘部）
[0078] 361、362 輥
[0079] 37 液體
[0080] 38支撐部件
[0081] 39氣體收納空間
[0082] 41氣體管線（第一氣體管線）
[0083] 42?44氣體管線
[0084] 45氣體管線（第二氣體管線）
[0085] 46氣體管線（第三氣體管線）
[0086] 47氣體管線（第四氣體管線）
[0087] 41，、42，、43，、44，、45，主干路
[0088] 41A ?41C、42A ?42C、43A ?43C、44A ?44C、45A ?45C 分支路
[0089] 41a ?41c、42a ?42c、43a ?43c、44a ?44c、45a ?45c 自動閥
[0090] 431、441流量調(diào)節(jié)閥
[0091] 451、471 自動閥

【具體實(shí)施方式】
[0092] 下面，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行具體說明。
[0093] 圖1表示本發(fā)明的氬氣精制裝置的概要構(gòu)成。氬氣精制裝置X包括前處理單元1、 變壓吸附式氣體分離裝置2 (以下稱為PSA裝置2)和儲氣器3,以回收含有氬氣的原料氣體 并連續(xù)地精制氬氣的方式構(gòu)成。
[0094] 原料氣體含有氬氣作為主要成分，含有例如氫、氮、一氧化碳和氧等作為雜質(zhì)。主 要雜質(zhì)為例如氫。這種原料氣體是在作為硅拉晶爐、陶瓷燒結(jié)爐、太陽能電池用硅等離子熔 煉爐等的爐內(nèi)氣氛氣體而使用的氬氣中混有因爐內(nèi)的處理而產(chǎn)生的雜質(zhì)的原料氣體，利用 例如真空泵，連續(xù)或斷續(xù)地排出。原料氣體導(dǎo)入到用于向后述的吸附塔20A、20B、20C供給 氣體的氣體管線41。
[0095] 前處理單元1將難以通過在后段的PSA裝置2中執(zhí)行的變壓吸附法（PSA法）進(jìn) 行去除的雜質(zhì)從原料氣體中去除。作為難以通過PSA法進(jìn)行去除的雜質(zhì)，例如可以舉出氧 和氫。其中，氧在將精制后的氬氣作為爐內(nèi)氣氛氣體進(jìn)行再利用時成為障礙，因此去除的必 要性高。如圖1所示，前處理單元1包括過濾器11、鼓風(fēng)機(jī)12、加熱器13、反應(yīng)器14A、14B、 氧供給器15、一氧化碳供給器16和冷卻器17、18。過濾器11、鼓風(fēng)機(jī)12、加熱器13、反應(yīng)器 14A、14B和冷卻器17、18設(shè)置于氣體管線41，串聯(lián)連接在氣體路徑上。
[0096] 過濾器11將大多含在作為來自爐的排氣的原料氣體中的粉塵、金屬粉等固體成 分從原料氣體中去除。從爐（未圖示）中排出而導(dǎo)入到氣體管線41的原料氣體通過過濾 器11進(jìn)行除塵，然后由鼓風(fēng)機(jī)12進(jìn)行升壓，導(dǎo)入到加熱器13中。在加熱器13中，將氣體 加熱到250°C附近，以使其容易發(fā)生氫和一氧化碳的氧化反應(yīng)。
[0097] 接著，原料氣體被導(dǎo)入反應(yīng)器14A內(nèi)。反應(yīng)器14A將原料氣體中的氫、一氧化碳通 過催化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化進(jìn)行實(shí)質(zhì)上去除。在此，通過氧供給器15,在反應(yīng)器14A的入口部添加與 例如氫、一氧化碳的反應(yīng)當(dāng)量的約1.1倍的氧。即，對反應(yīng)器14A過量地添加氧。在反應(yīng)器 14A內(nèi)填充有促進(jìn)氫、一氧化碳的氧化反應(yīng)的催化劑。作為這種催化劑，可以采用例如鈀催 化劑、釕催化劑。在反應(yīng)器14A中，氫和一氧化碳進(jìn)行燃燒而變成水蒸汽和二氧化碳。
[0098] 經(jīng)過了反應(yīng)器14A的氣體在冷卻器17中冷卻到150°C以下的程度，導(dǎo)入到反應(yīng)器 14B。反應(yīng)器14B將導(dǎo)入該反應(yīng)器14B的氣體中的氧通過催化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化進(jìn)行實(shí)質(zhì)上去除。 在此，為了去除在反應(yīng)器14A中過量添加的氧，通過一氧化碳供給器16,在反應(yīng)器14B的入 口部添加例如與氧的反應(yīng)當(dāng)量的約1. 05倍的一氧化碳。即，對反應(yīng)器14B過量地添加一氧 化碳。在反應(yīng)器14B內(nèi)填充有促進(jìn)氧和一氧化碳的反應(yīng)的催化劑。作為這種催化劑，可以 采用貴金屬催化劑，例如，擔(dān)載于氧化鋁的鈀催化劑、釕催化劑。在反應(yīng)器14B中，氧和一氧 化碳進(jìn)行反應(yīng)而變成二氧化碳。其結(jié)果是，過量的氧成為二氧化碳，經(jīng)過了反應(yīng)器14B的氣 體成為容易與一氧化碳、氮一起通過例如利用后述的填充有沸石的吸附塔而進(jìn)行的變壓吸 附法來去除的氣體。接下來，經(jīng)過了反應(yīng)器14B的氣體在冷卻器18中冷卻到常溫。接著， 通過后述的氣體管線46而來自PSA裝置2的廢氣（后述）的一部分與經(jīng)過了冷卻器18的 氣體進(jìn)行再循環(huán)混合。
[0099] 如圖1和圖2所示，PSA裝置2包括例如吸附塔2(^、2(?、20(：、氣體壓縮機(jī)21、冷 卻器22、排水槽23、構(gòu)成氣體流路的管線41?47,通過變壓吸附法（PSA法），連續(xù)地對來 自前處理單元1的氣體所含的作為主要成分的氬氣進(jìn)行濃縮精制。
[0100] 氣體壓縮機(jī)21設(shè)置于氣體管線41。氣體壓縮機(jī)21向吸附塔20A、20B、20C輸送經(jīng) 過了前處理單元1的氣體。經(jīng)過了該前處理單元1的氣體通過氣體壓縮機(jī)21而壓縮到例 如約850kPaG，由冷卻器22對壓縮熱進(jìn)行冷卻去除。接下來，由排水槽23排出水分，使氣體 成為常溫。
[0101] 這樣，經(jīng)由排水槽23而向PSA法提供的氣體（混合氣體）除作為主要成分而含有 的氬氣以外，還含有二氧化碳、一氧化碳、氮等作為雜質(zhì)。如果舉出混合氣體的組成的一個 例子，則氬氣為99. 5摩爾％，二氧化碳為0. 3摩爾％，一氧化碳為0. 02摩爾％，氮?dú)鉃?. 18 摩爾％。
[0102] 各吸附塔20A、20B、20C都在兩端具有氣體通過口 201、202,在氣體通過口 201、202 之間，填充有用于選擇性地吸附混合氣體所含的雜質(zhì)（二氧化碳、一氧化碳、氮）的吸附劑。 作為這種吸附劑，例如可以舉出沸石、碳分子篩、氧化鋁等，這些吸附劑既可以單獨(dú)使用，也 可以并用多種。關(guān)于填充于吸附塔20A、20B、20C內(nèi)的吸附劑的種類、數(shù)量，根據(jù)應(yīng)該由吸附 塔20A、20B、20C去除的雜質(zhì)的種類和數(shù)量來確定。
[0103] 氣體管線41為了將混合氣體供給到吸附塔20A、20B、20C，具有主干路41'和分別 與吸附塔20A?20C的各氣體通過口 201側(cè)連接的分支路41A、41B、41C。在分支路41A? 41C上設(shè)有用于切換開狀態(tài)和閉狀態(tài)的自動閥41a、41b、41c。
[0104] 氣體管線42是從各吸附塔20A?20C導(dǎo)出的產(chǎn)品氣體（氬氣富集后的氣體）的流 路，具有主干路42'和分別與吸附塔20A?20C的各氣體通過口 202側(cè)連接的分支路42A、 42B、42C。在分支路42A?42C上設(shè)有用于切換開狀態(tài)和閉狀態(tài)的自動閥42a、42b、42c。
[0105] 氣體管線43為了將在氣體管線42 (主干路42'）內(nèi)流通的產(chǎn)品氣體的一部分供給 到吸附塔20A?20C，具有與氣體管線42的主干路42'連接的主干路43'和分別與吸附塔 20A?20C的各氣體通過口 202側(cè)連接的分支路43A、43B、43C。在主干路43'上設(shè)有流量 調(diào)節(jié)閥431。在分支路43A?43C上設(shè)有用于切換開狀態(tài)和閉狀態(tài)的自動閥43a、43b、43c。
[0106] 氣體管線44為了將吸附塔20A?20C中的任兩個相互連接，具有與氣體管線43 的主干路43'連接的主干路44'和分別與吸附塔20A?20C的各氣體通過口 202側(cè)連接的 分支路44纟、448、44(：。在主干路44'上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥441。在分支路44纟?44(：上設(shè)有 用于切換開狀態(tài)和閉狀態(tài)的自動閥44a、44b、44c。
[0107] 氣體管線45為了將從各吸附塔20A?20C的氣體通過口 201導(dǎo)出的氣體（廢氣） 導(dǎo)入儲氣器3,具有與儲氣器3連接的主干路45'和分別與吸附塔20A?20C的各氣體通過 口 201側(cè)連接的分支路45A、45B、45C。在分支路45A?45C上設(shè)有用于切換開狀態(tài)和閉狀 態(tài)的自動閥45a、45b、45c。在主干路45'上設(shè)有用于切換開狀態(tài)和閉狀態(tài)的自動閥451。
[0108] 氣體管線46是從儲氣器3導(dǎo)出的廢氣的流路，一端與儲氣器3連接。氣體管線46 的另一端連接在氣體管線41的途中即冷卻器18和氣體壓縮機(jī)21之間。即，氣體管線46 與氣體管線41的前處理單元1的后段連接。
[0109] 氣體管線47是為了將從各吸附塔20A?20C的氣體通過口 201導(dǎo)出的氣體（廢 氣）排出到體系外而設(shè)置的。在氣體管線47上設(shè)有用于切換開狀態(tài)和閉狀態(tài)的自動閥471。 [0110] 儲氣器3用于收納來自吸附塔20A?20C的氣體（廢氣），其容量可變。在本實(shí)施 方式中，如圖3所示，儲氣器3為活塞式，包括主體部31、膜片32、活塞33。
[0111] 主體部31是例如鐵或不銹鋼等金屬制圓筒容器。主體部31具有下部體311和上 部體312,可上下分離，并且通過利用螺栓313將下部體311和上部體312的各自的凸緣彼 此接合，組合為一體。在下部體311的適當(dāng)部位設(shè)有氣體導(dǎo)入口 314和氣體導(dǎo)出口 315。氣 體導(dǎo)入口 314與氣體管線45的主干路45'連接，氣體導(dǎo)出口 315與氣體管線46連接。
[0112] 膜片32是通過將由纖維加強(qiáng)后的合成橡膠進(jìn)行成型而得到的連續(xù)的膜體。膜片 32具有圓環(huán)狀的突緣部321、一端側(cè)與突緣部321的內(nèi)周緣連接而延伸的圓筒狀部322、封 堵圓筒狀部322的另一端側(cè)的底部323。膜片32在突緣部321以密封狀態(tài)夾在下部體311 和上部體312的凸緣間的狀態(tài)下，收納在主體部31的內(nèi)部。膜片32具有作為隔斷部的功 能，在維持與下部體311 (主體部31)之間的氣密狀態(tài)下，可上下移位。而且，由膜片32和 下部體311 (主體部31)劃分的區(qū)域成為用于收納來自吸附塔20A?20C的氣體（廢氣） 的氣體收納部34。
[0113] 活塞33為例如鐵或不銹鋼等金屬制，配置在膜片32的圓筒狀部322的內(nèi)側(cè)?；?塞33具有沿上下方向延伸的圓筒狀的活塞筒部331、與活塞筒部331的下端連接的活塞底 部332?；钊?3在活塞底部332相對于膜片32的底部323對位后的狀態(tài)下，被膜片32支 撐。
[0114] 在活塞筒部331的上端附近，經(jīng)由安裝件334而設(shè)有導(dǎo)輥335。導(dǎo)輥335至少設(shè)有 三個，這些導(dǎo)棍335配置在活塞筒部331的周方向的不同的位置。導(dǎo)棍335優(yōu)選在活塞筒 部331的周方向上隔開一定間隔而配置。各導(dǎo)輥335與上部體312的內(nèi)周面接觸，并且繞 水平軸旋轉(zhuǎn)自如?；钊膊?31的外徑尺寸為例如約1000mm?；钊膊?31的外周面和上 部體312的內(nèi)周面之間的間隙設(shè)為例如50?200mm，優(yōu)選設(shè)為60?150mm。詳細(xì)情況后面 進(jìn)行描述，膜片32和被該膜片32支撐的活塞33通過導(dǎo)輥335, 一邊維持大致一定姿勢，一 邊進(jìn)行上下運(yùn)動。
[0115] 詳細(xì)情況后面進(jìn)行描述，當(dāng)來自吸附塔20A?20C的氣體（廢氣）經(jīng)由氣體導(dǎo)入 口 314而導(dǎo)入氣體收納部34 (儲氣器3內(nèi)）時，氣體收納部34的氣體量就會發(fā)生變化（增 加），隨著其氣體量的變化，活塞33就在被膜片32支撐的狀態(tài)下進(jìn)行上升。氣體收納部34 的壓力（內(nèi)壓）根據(jù)活塞33的重量進(jìn)行確定，最低的壓力能夠設(shè)定到IkPaG以下（G是表 壓的意思。以下相同）。予以說明，在主體部31的例如上部體312上設(shè)有空氣導(dǎo)入孔（未 圖示），使得除活塞33的重量以外，還有大氣壓也作用于膜片32的上面?zhèn)取?br> [0116] 在本實(shí)施方式中，利用具有如上所述的構(gòu)成的氬氣精制裝置X，能夠執(zhí)行本發(fā)明的 氬氣精制方法。在前處理單元1中，鼓風(fēng)機(jī)12進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，氣體升壓。然后，混合氣體依次經(jīng) 過反應(yīng)器14A、14B而供給到PSA裝置2(吸附塔20A、20B、20C)。
[0117] 在PSA裝置2的運(yùn)轉(zhuǎn)時，通過適當(dāng)切換自動閥41a?41c、42a?42c、43a?43c、 44a?44c、45a?45c、451、471和流量控制閥431、441，能夠在裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)所期望的氣流狀 態(tài)，能夠重復(fù)由以下步驟1?12構(gòu)成的一個循環(huán)。在本方法的一個循環(huán)中，由吸附塔20A、 20B、20C的各個進(jìn)行吸附工序、順流減壓工序、均壓（減壓）工序、逆流減壓工序、清洗（第 一清洗）工序、清洗（第二清洗）工序、均壓（升壓）工序和升壓工序。在本實(shí)施方式中， 在各吸附塔20A?20C的內(nèi)部，在下部疊層填充有作為吸附劑的氧化鋁，在上部疊層填充有 作為吸附劑的LiX型沸石。圖4、圖5是示意地表示步驟1?12的PSA裝置2的氣流狀態(tài)。
[0118] 在步驟1中，實(shí)現(xiàn)的是如圖4(a)所示的氣流狀態(tài)，由吸附塔20A進(jìn)行吸附工序，由 吸附塔20B進(jìn)行清洗（第一清洗）工序，由吸附塔20C進(jìn)行順流減壓工序。步驟1的各工 序的操作時間設(shè)為例如60秒。
[0119] 一并參照圖2和圖4(a)可知，在步驟1中，氣體（混合氣體）經(jīng)由氣體管線41而 導(dǎo)入到吸附塔20A的氣體通過口 201側(cè)。處于吸附工序的吸附塔20A內(nèi)維持在規(guī)定的高壓 狀態(tài)，混合氣體中的雜質(zhì)（二氧化碳、一氧化碳、氮?dú)獾龋┪接谖剿?0A內(nèi)的吸附劑，并 且，從吸附塔20A的氣體通過口 202側(cè)，將氬氣濃度高的產(chǎn)品氣體（氬氣富集氣體）導(dǎo)出。 該產(chǎn)品氣體經(jīng)由氣體管線42而回收到裝置外。吸附塔20A的內(nèi)部壓力（吸附壓力）為例 如800kPaG左右。
[0120] 與此同時，從吸附塔20C的氣體通過口 202導(dǎo)出的吸附塔20C內(nèi)的氣體（清洗氣 體）經(jīng)由氣體管線44導(dǎo)入到吸附塔20B的氣體通過口 202側(cè)，對吸附塔20B的內(nèi)部進(jìn)行清 洗，并且將殘留在塔內(nèi)的氣體從氣體通過口 201側(cè)作為廢氣而導(dǎo)出。予以說明，在順流減壓 工序中，由圖2、圖4 (a)可知，吸附塔20C內(nèi)的氣體從氣體通過口 202導(dǎo)出氣體，以與處于吸 附工序的吸附塔20A內(nèi)的氣體導(dǎo)出的方向同方向的氣流（順流）導(dǎo)出氣體。
[0121] 在此，從吸附塔20B的氣體通過口 201側(cè)導(dǎo)出的氣體（廢氣）與后面的步驟2的 清洗（第二清洗）工序相比，雜質(zhì)濃度相對較低，因此經(jīng)由氣體管線45導(dǎo)入到儲氣器3。
[0122] 另外，在步驟1中，在儲氣器3中，一邊隨著氣體量增加而使膜片32上升，一邊將 內(nèi)部的廢氣導(dǎo)出到氣體管線46。然后，在氣體管線46內(nèi)流動的氣體流入與該氣體管線46 連接的氣體管線41，與混合氣體匯合，進(jìn)行再循環(huán)。
[0123] 在步驟2中，實(shí)現(xiàn)的是如圖4(b)所示的氣流狀態(tài)，由吸附塔20A繼續(xù)進(jìn)行吸附工 序，由吸附塔20B進(jìn)行清洗（第二清洗）工序，由吸附塔20C接著進(jìn)行順流減壓工序。步驟 2的各工序的操作時間設(shè)為例如55秒。
[0124] 一并參照圖2和圖4(b)可知，在步驟2中，接著步驟1，混合氣體經(jīng)由氣體管線41 導(dǎo)入到吸附塔20A的氣體通過口 201側(cè)，從吸附塔20A導(dǎo)出產(chǎn)品氣體。產(chǎn)品氣體與步驟1 同樣地進(jìn)行回收。與此同時，在步驟2中，接著步驟1，從吸附塔20C的氣體通過口 202導(dǎo) 出的吸附塔20C內(nèi)的氣體（清洗氣體）經(jīng)由氣體管線44導(dǎo)入到吸附塔20B的氣體通過口 202側(cè)，對吸附塔20B的內(nèi)部進(jìn)行清洗，并且將殘留在塔內(nèi)的氣體從氣體通過口 201側(cè)作為 廢氣而導(dǎo)出。
[0125] 在此，在步驟2中從吸附塔20B導(dǎo)出的氣體（廢氣）與在步驟1中從吸附塔20B 導(dǎo)出的氣體（廢氣）相比，雜質(zhì)濃度相對較高，因此經(jīng)由氣體管線47排出到體系外。
[0126] 另外，在步驟2中，在儲氣器3中，繼續(xù)進(jìn)行內(nèi)部的廢氣向氣體管線46的導(dǎo)出。然 后，在氣體管線46內(nèi)流動的氣體流入氣體管線41內(nèi)，與混合氣體匯合，進(jìn)行再循環(huán)。予以 說明，在步驟2中，不向儲氣器3進(jìn)行氣體的導(dǎo)入，因此儲氣器3內(nèi)的氣體量會減少。
[0127] 在步驟3中，實(shí)現(xiàn)的是如圖4(c)所示的氣流狀態(tài)，由吸附塔20A繼續(xù)進(jìn)行吸附工 序，由吸附塔20B進(jìn)行均壓（升壓）工序，由吸附塔20C進(jìn)行均壓（減壓）工序。步驟3的 各工序的操作時間設(shè)為例如15秒。
[0128] 一并參照圖2和圖4(c)可知，在步驟3中，接著步驟2,混合氣體經(jīng)由氣體管線41 導(dǎo)入到吸附塔20A的氣體通過口 201偵彳，從吸附塔20A導(dǎo)出產(chǎn)品氣體。產(chǎn)品氣體與步驟1同 樣地進(jìn)行回收。與此同時，在步驟3中，從吸附塔20C的氣體通過口 202導(dǎo)出的吸附塔20C 內(nèi)的雜質(zhì)濃度相對較低的氣體經(jīng)由氣體管線44,導(dǎo)入到吸附塔20B的氣體通過口 202偵k
[0129] 另外，在步驟3中，在儲氣器3中，將內(nèi)部的廢氣導(dǎo)出到氣體管線46內(nèi)。然后，在 氣體管線46內(nèi)流動的氣體流入氣體管線41，與混合氣體匯合，進(jìn)行再循環(huán)。予以說明，在步 驟3中，不向儲氣器3進(jìn)行氣體的導(dǎo)入，因此儲氣器3內(nèi)的氣體量繼續(xù)減少。
[0130] 在步驟4中，實(shí)現(xiàn)的是如圖4(d)所示的氣流狀態(tài)，由吸附塔20A繼續(xù)進(jìn)行吸附工 序，由吸附塔20B進(jìn)行升壓工序，由吸附塔IOC進(jìn)行逆流減壓工序。步驟4的各工序的操作 時間設(shè)為例如70秒。
[0131] 一并參照圖2和圖4(d)可知，在步驟4中，接著步驟3,混合氣體經(jīng)由氣體管線41 導(dǎo)入到吸附塔20A的氣體通過口 201側(cè)，從吸附塔20A導(dǎo)出產(chǎn)品氣體。產(chǎn)品氣體與步驟1? 3同樣地進(jìn)行回收，但其一部分經(jīng)由氣體管線43導(dǎo)入到吸附塔20B，進(jìn)行吸附塔20B的升 壓。關(guān)于吸附塔20C，通過在逆流方向上進(jìn)行減壓，從吸附劑上解吸雜質(zhì)，從吸附塔20C的氣 體通過口 201側(cè)將塔內(nèi)的氣體（廢氣）導(dǎo)出。予以說明，在逆流減壓工序中，由圖2、圖4 (d) 可知，吸附塔20C內(nèi)的氣體從氣體通過口 201導(dǎo)出，以與處于吸附工序的吸附塔20A內(nèi)的氣 體導(dǎo)出的方向相反的方向的氣流（逆流）導(dǎo)出氣體。
[0132] 在此，吸附塔20C在步驟1?3中一直被減壓，在步驟4的開始時，吸附塔20C內(nèi) 的壓力相當(dāng)?shù)?，一邊進(jìn)一步減壓到大氣壓附近一邊將從吸附塔20C的氣體通過口 201側(cè)導(dǎo) 出的廢氣經(jīng)由氣體管線45導(dǎo)入到儲氣器3。
[0133] 另外，在步驟4中，在儲氣器3中，一邊隨著氣體量增加而使膜片32上升，一邊將 內(nèi)部的廢氣導(dǎo)出到氣體管線46。然后，在氣體管線46內(nèi)流動的氣體流入氣體管線41，與混 合氣體匯合，進(jìn)行再循環(huán)。
[0134] 步驟1?4相當(dāng)于由步驟1?12構(gòu)成的一個循環(huán)的1/3,其步驟1?4的工序時 間合計為200秒。
[0135] 在步驟5?8中，如圖4(e)、（f)和圖5(g)、（h)所示，在吸附塔20A中，與步驟1? 4的吸附塔20C同樣，進(jìn)行順流減壓工序、均壓（減壓）工序、逆流減壓工序。在吸附塔20B 中，與步驟1?4的吸附塔20A同樣，進(jìn)行吸附工序。在吸附塔20C中，與步驟1?4的吸 附塔20B同樣，進(jìn)行清洗（第一清洗）工序、清洗（第二清洗）工序、均壓（升壓）工序、升 壓工序。
[0136] 在步驟9?12中，如圖5(i)?（1)所示，在吸附塔20A中，與步驟1?4的吸附 塔20B同樣，進(jìn)行清洗（第一清洗）工序、清洗（第二清洗）工序、均壓（升壓）工序、升壓 工序，在吸附塔20B中，與步驟1?4的吸附塔20C同樣，進(jìn)行順流減壓工序、均壓（減壓） 工序、逆流減壓工序。在吸附塔20C中，與步驟1?4的吸附塔20A同樣，進(jìn)行吸附工序。
[0137] 而且，通過在吸附塔20A?20C的各個中重復(fù)進(jìn)行以上說明的步驟1?12,向吸附 塔20A?20C中的任一吸附塔連續(xù)地導(dǎo)入混合氣體，并且連續(xù)地獲得氬氣濃度高的產(chǎn)品氣 體。
[0138] 在本實(shí)施方式中，當(dāng)通過圖4、圖5所示的操作工序（步驟1?12)從處于清洗 (第一清洗）工序、逆流減壓工序中的任一工序的吸附塔20A(20B、20C)導(dǎo)出氣體（廢氣） 時，該廢氣就經(jīng)由氣體管線45、氣體導(dǎo)入口 314導(dǎo)入到儲氣器3,并從氣體導(dǎo)出口 315導(dǎo)出。 在此，因?yàn)閮馄?為容量可變式，所以氣體流動的空間（儲氣器3)的容量隨著從吸附塔 20A?20C導(dǎo)出的廢氣的氣體量而增減。
[0139] 例如，參照圖3可知，當(dāng)導(dǎo)入到儲氣器3的氣體量增多時，在儲氣器3內(nèi)，由膜片32 和下部體311 (主體部31)包圍的區(qū)域（氣體收納部34)的內(nèi)部壓力就要上升。那樣的話， 膜片32和被膜片32支撐的活塞33就會抵抗活塞33的重量（載荷）而被上推，就會儲存 氣體。在圖3中，用假想線表示活塞33上升后的狀態(tài)。另一方面，當(dāng)向儲氣器3導(dǎo)入的氣 體量減少或沒有時，活塞33就通過從氣體導(dǎo)出口 315導(dǎo)出氣體而降低。予以說明，在圖3 中，活塞33位于最下位的實(shí)線所示的狀態(tài)的氣體收納部34的容積與活塞33位于最上位的 假想線所示的狀態(tài)的氣體收納部34的容積之差為儲氣器3 (氣體收納部34)的可增減的容 量。
[0140] 由此可知，在儲氣器3中，一邊使對膜片32向下作用的活塞33的載荷和通過氣體 收納部34的氣體的壓力而對膜片32向上作用的力保持均衡，一邊使儲氣器3 (氣體收納部 34)的容量發(fā)生變化。由此，即使從吸附塔20A?20C導(dǎo)出的氣體（廢氣）的氣體量發(fā)生變 動，儲氣器3的容量也隨著該廢氣量而增減，儲氣器3內(nèi)的壓力也不變，實(shí)質(zhì)上保持為一定。
[0141] 與本實(shí)施方式不同，在容量固定式的氣罐內(nèi)儲存廢氣的情況下，通過來自吸附塔 的廢氣的氣體量的變動，氣罐內(nèi)的壓力發(fā)生變動。在這種情況下，在解吸操作時，當(dāng)將吸附 塔內(nèi)減壓而來自該吸附塔的廢氣的氣體量增多時，氣罐內(nèi)的壓力就會上升，因此難以使解 吸操作時的該吸附塔的氣壓（解吸壓力）降低。與此相對，在本實(shí)施方式中，如上所述，即 使來自吸附塔20A?20C的廢氣的氣體量增多，儲氣器3內(nèi)的壓力也實(shí)質(zhì)上維持為一定，所 以能夠得到解吸操作時的吸附塔20A?20C的減壓速度加快這種效果。其結(jié)果是，吸附塔 20A?20C的減壓再生效果提高，產(chǎn)品氣體的獲得量增加，并且氬氣回收率提高。
[0142] 另外，與本實(shí)施方式不同，在容量固定式的氣罐內(nèi)儲存廢氣的情況下，內(nèi)部的空間 容量被固定。因此，關(guān)于來自吸附塔的廢氣的氣體量的變動，通過伴隨氣罐內(nèi)的壓力變化而 被吸收。因此，在容量固定式氣罐中，為了適當(dāng)吸收氣體量的變動，需要比較大的空間容量， 例如，需要吸附塔的容量的8. 6倍左右的空間容量。與此相對，在如本實(shí)施方式那樣的容量 可變式的儲氣器3內(nèi)儲存廢氣的情況下，不伴隨壓力變化，而通過使膜片32 (隔斷部）隨著 變動后的氣體量而移位，就能夠?qū)⑹占{廢氣的空間的容量增減。由此，在儲氣器3中，作為 最大的空間容量，只要確保吸附塔20A?20C的容量的2. 2倍左右即可，能夠消除氣體貯藏 空間的浪費(fèi)。
[0143] 另外，如上所述，當(dāng)儲氣器3內(nèi)的壓力實(shí)質(zhì)上保持為一定時，經(jīng)由氣體導(dǎo)出口 315 而導(dǎo)出的廢氣量也實(shí)質(zhì)上一定。而且，在本實(shí)施方式中，從儲氣器3導(dǎo)出的廢氣經(jīng)由氣體管 線46添加在氣體管線41中的混合氣體中，進(jìn)行再循環(huán)。因此，這種方法能夠以一定流量使 廢氣穩(wěn)定地再循環(huán)，并且能夠提高氬氣的回收率。
[0144] 在PSA法的氣體分離中，關(guān)于從處于清洗工序的吸附塔20A、20B、20C導(dǎo)出的廢氣 中的、在從清洗工序的開始到途中的第一清洗工序中導(dǎo)出的氣體（第一氣體）和在逆流減 壓工序中導(dǎo)出的氣體，導(dǎo)入到儲氣器3進(jìn)行再循環(huán)，另一方面，關(guān)于在第一清洗工序后的第 二清洗工序中導(dǎo)出的氣體（第二氣體），排出到體系外。根據(jù)這種方法，因?yàn)槿缟纤?，雜質(zhì) 濃度相對低的廢氣進(jìn)行再循環(huán)回收，雜質(zhì)濃度相對高的廢氣排出到體系外，所以適合提高 氬氣的回收率。
[0145] 在本實(shí)施方式中，從儲氣器3導(dǎo)出的廢氣添加在經(jīng)過了前處理單元1的供給到吸 附塔20A、20B、20C之前的混合氣體中。理由是，由于從儲氣器3導(dǎo)出的廢氣實(shí)質(zhì)上不含有 氧和氫，因此在將該廢氣添加在混合氣體中進(jìn)行再循環(huán)時，不需要實(shí)施前處理。而且，根據(jù) 這樣地對經(jīng)過了前處理的混合氣體添加廢氣的方法，與在實(shí)施前處理之前的氣體（原料氣 體）中添加廢氣的情況相比，實(shí)施前處理的氣體的組成沒有變化，因此前處理自身穩(wěn)定。
[0146] 圖6表示在利用3塔的吸附塔從混合氣體中精制氬氣的變壓吸附操作中在廢氣用 的氣體管線上安裝有容量可變式儲氣器時和安裝有容量固定式氣罐時的壓力曲線圖。容量 可變式儲氣器使用圖3所示的活塞式儲氣器3,將儲氣器3 (氣體收納部34)的容量設(shè)為吸 附塔的容量的約2. 2倍。另一方面，容量固定式氣罐的容量設(shè)為吸附塔容量的約8. 6倍。作 為混合氣體，使用氬氣為99. 5摩爾％、二氧化碳為0. 3摩爾％、一氧化碳為0. 02摩爾％、氮 氣為0? 18摩爾％的組成的混合氣體。吸附壓力成為800kPaG，解吸壓力成為lkPaG。
[0147] 圖6所示的容量可變式儲氣器的內(nèi)部壓力關(guān)于上述的步驟1?12中的步驟1? 4進(jìn)行表示，關(guān)于容量固定式氣罐的內(nèi)部壓力，也關(guān)于步驟1?4進(jìn)行表示。關(guān)于吸附塔內(nèi) 的壓力（解吸壓力），關(guān)于步驟1?4的吸附塔20C進(jìn)行表示。
[0148] 由圖6可知，容量固定式氣罐的內(nèi)部壓力在步驟1、4開始后，隨著向該氣罐內(nèi) 導(dǎo)入廢氣而上升，在步驟1中，達(dá)到IOOkPaG(圖6的經(jīng)過約45秒時），在步驟4中，達(dá)到 94kPaG(圖6的經(jīng)過約133秒時）。另一方面，容量可變式儲氣器的內(nèi)部壓力通過步驟1? 4為約IkPaG,實(shí)質(zhì)上保持為一定。
[0149] 另外，由圖6可知，關(guān)于吸附塔內(nèi)的壓力（解吸壓力），在容量固定式氣罐的情況 下，從步驟3切換到步驟4的時間點(diǎn)（圖6的經(jīng)過130秒時）開始緩慢降低，降低到最低壓 力需要約40秒鐘。另一方面，在容量可變式儲氣器的情況下，吸附塔內(nèi)的壓力（解吸壓力） 從步驟3切換到步驟4的時間點(diǎn)開始一下子降低，以20秒以內(nèi)的相當(dāng)快的速度降低到最低 壓力。
[0150] 圖7和圖8表示容量可變式儲氣器的其他例子。
[0151] 圖7所示的儲氣器3A為球式，包括殼體31A、收納在殼體31A的內(nèi)部的球32A、錘 33A。殼體31A為例如鐵或不銹鋼等金屬制，整體設(shè)為圓筒狀，并且具有用于封堵形成于上 部的開口的頂板316。在殼體31A的下部的適當(dāng)部位設(shè)有入口氣嘴317和出口氣嘴318。入 口氣嘴317與氣體管線45的主干路45'連接，出口氣嘴318與氣體管線46連接。球32A 通過由纖維加強(qiáng)后的合成橡膠來成型，在膨脹時，成為半球狀的膜體。球32A的周緣部固定 在設(shè)置于殼體31A的內(nèi)面的安裝金屬件319上。球32A具有作為隔斷部的功能，在維持與 殼體31A之間的氣密狀態(tài)下，可上下移位。而且，由球32A和殼體31A的下部劃分成的區(qū)域 設(shè)為用于收納來自吸附塔20A?20C的氣體（廢氣）的氣體收納部34。錘33A用于調(diào)節(jié) 儲氣器3A的內(nèi)部壓力，固定在球32A的中央上面。氣體收納部34的壓力（內(nèi)壓）根據(jù)錘 33A的重量來確定，最低的壓力可以設(shè)定到IkPaG以下。
[0152] 當(dāng)經(jīng)由入口氣嘴317導(dǎo)入到儲氣器3A的氣體量增多時，在儲氣器3A內(nèi)，由球32A 和殼體31A包圍的氣體收納部34的內(nèi)部壓力就要上升。那樣的話，球32A就會抵抗錘33A 的重量（載荷）而向上方膨脹，就會儲存氣體。在圖7中，用假想線表示球32A膨脹后的 狀態(tài)。另一方面，當(dāng)向儲氣器3A導(dǎo)入的氣體量減少或沒有時，球32A就會通過從出口氣嘴 318導(dǎo)出氣體而向下方萎縮。予以說明，在圖7中，球32A最萎縮的實(shí)線所示的狀態(tài)的氣體 收納部34的容積與球32A最膨脹的假想線所示的狀態(tài)的氣體收納部34的容積之差為儲氣 器3A(氣體收納部34)的可增減的容量。
[0153] 在這種構(gòu)成的儲氣器3A中，一邊使對球32A向下作用的錘33A的載荷和通過廢氣 的壓力而對球32A向上作用的力保持均衡，一邊使儲氣器3A (氣體收納部34)的容量發(fā)生 變化。由此，即使從吸附塔20A?20C導(dǎo)出的廢氣的氣體量發(fā)生變動，儲氣器3A的容量也 隨著該氣體量而增減，儲氣器3A內(nèi)的壓力也不變化，實(shí)質(zhì)上保持為一定。
[0154] 圖8所不的儲氣器3B具備圓筒容器狀的殼體35、收納于殼體35的內(nèi)側(cè)的鼓36。殼 體35為例如鐵或不銹鋼等金屬制，在該殼體35的內(nèi)部填充有水或活性低的有機(jī)液體（油） 等液體37。液體37從設(shè)置于殼體35的供水嘴351導(dǎo)入，并從溢流嘴352連續(xù)地排出到外 部，例如，即使作為液體37的水蒸發(fā)，也會補(bǔ)充減少量。在液體37被污染的情況下，能夠從 排出嘴353排出進(jìn)行更換。
[0155] 鼓36為例如鐵或不銹鋼等金屬制，設(shè)為頂部封閉的圓筒狀。鼓36浸泡在液體37 中，內(nèi)部空間和外部通過該液體37而隔斷。鼓36是具有蓋形狀的隔斷部的一個例子。在鼓 36的下部和上部設(shè)有多個輥361、362。各輥361與殼體35的內(nèi)周面接觸，并且上下移動。 各輥362以分散配置于殼體35的外周部的多個柱狀支撐部件38為導(dǎo)軌進(jìn)行上下移動。由 此，鼓36 -邊通過棍361、362而維持大致一定姿勢，一邊進(jìn)行上下運(yùn)動。
[0156] 在殼體35的下部的適當(dāng)部位設(shè)有入口氣嘴354和出口氣嘴355。入口氣嘴354與 氣體管線45的主干路45'連接，出口氣嘴355與氣體管線46連接。入口氣嘴354和出口 氣嘴355分別在鼓36的內(nèi)側(cè)進(jìn)行直立，上端在液體37的液面更上位進(jìn)行開口。
[0157] 鼓36在通過液體37而維持與該液體37的液面之間的內(nèi)部空間的氣密狀態(tài)下，可 以上下運(yùn)動。而且，由鼓36和液體37劃分成的空間設(shè)為用于收納來自吸附塔20A?20C 的氣體（廢氣）的氣體收納空間39。鼓36具有調(diào)節(jié)儲氣器3B的內(nèi)部壓力的功能。氣體收 納空間39的壓力（內(nèi)壓）根據(jù)漂浮在液體37中的鼓36的重量來確定，最低的壓力可以設(shè) 定到IkPaG以下。
[0158] 當(dāng)經(jīng)由入口氣嘴354導(dǎo)入到儲氣器3B的氣體量增多時，在儲氣器3B內(nèi)，由鼓36 和液體37包圍的區(qū)域（氣體收納空間39)的內(nèi)部壓力就要上升。那樣的話，鼓36就會抵 抗鼓36的重量（載荷）而上升，就會儲存氣體。在圖8中，用假想線表示鼓36上升后的狀 態(tài)。另一方面，當(dāng)向儲氣器3B導(dǎo)入的氣體量減少或沒有時，鼓36就通過從出口氣嘴355導(dǎo) 出氣體而降低。予以說明，在圖8中，鼓36位于最下位的實(shí)線所示的狀態(tài)的氣體收納空間 39的容積與鼓6位于最上位的假想線所示的狀態(tài)的氣體收納空間39的容積之差成為儲氣 器3B(氣體收納空間39)的可增減的容量。
[0159] 在這種構(gòu)成的儲氣器3B中，一邊使對鼓36向下作用的鼓36的載荷和通過廢氣的 壓力而對鼓36向上作用的力保持均衡，一邊使儲氣器3B (氣體收納空間39)的容量發(fā)生變 化。由此，即使從吸附塔20A?20C導(dǎo)出的廢氣的氣體量發(fā)生變動，儲氣器3B的容量也隨 著該氣體量而增減，儲氣器3B內(nèi)的壓力也不變化，實(shí)質(zhì)上保持為一定。
[0160] 以上對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不局限于此，在不脫離發(fā)明 思想的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行種種變更。例如，關(guān)于本發(fā)明的氬氣精制裝置的構(gòu)成氣體流路的氣 體管線的構(gòu)成，也可以采用不同于上述實(shí)施方式的構(gòu)成。關(guān)于吸附塔的數(shù)量，不局限于上述 實(shí)施方式所示的3塔式，在2塔以下或4塔以上的情況下，也能夠期待同樣的效果。
[0161] 【實(shí)施例】
[0162] 接著，通過實(shí)施例和比較例對本發(fā)明的有用性進(jìn)行說明。
[0163] 〔實(shí)施例1〕
[0164] 通過使用具有圖1、圖2所示的概要構(gòu)成的氬氣精制裝置X，并在吸附塔20A、20B、 20C中重復(fù)進(jìn)行由圖4、圖5所示的吸附工序、順流減壓工序、均壓（減壓）工序、逆流減壓 工序、清洗（第一清洗）工序、清洗（第二清洗）工序、均壓（升壓）工序和升壓工序構(gòu)成 的一個循環(huán)（步驟1?12)，從規(guī)定的混合氣體濃縮精制氬氣。
[0165] 本實(shí)施例中使用的各吸附塔20A、20B、20C都為不銹鋼制，具有圓筒形狀（內(nèi)徑為 37mm，內(nèi)尺寸高度為1000mm)，容量為約ldm 3。在各吸附塔內(nèi)填充有Idm3的LiX型沸石作 為吸附劑。關(guān)于儲氣器，使用圖7所示的球式（容量可變式）儲氣器3A，容量為約2. 2dm3。 供給到吸附塔20A、20B、20C的混合氣體的組成是，氬氣為99. 5摩爾％，一氧化碳為0. 02摩 爾％，二氧化碳為0. 3摩爾％，氮?dú)鉃?. 18摩爾％。將該混合氣體以1030Ndm3/h (N表示標(biāo) 準(zhǔn)狀態(tài)，以下也相同）的流量對PSA裝置2持續(xù)供給。在本實(shí)施例中，在各吸附塔20A、20B、 20C中，步驟1、2、3、4分別為60秒鐘、55秒鐘、15秒鐘、70秒鐘，步驟1?4的合計為200秒 鐘，由步驟1?12構(gòu)成的一個循環(huán)的循環(huán)時間為600秒鐘。吸附工序的吸附塔20A?20C 的內(nèi)部的最高壓力設(shè)為800kPaG，解吸操作時的吸附塔20A?20C的內(nèi)部的最低壓力（解吸 壓力）調(diào)節(jié)為lkPaG。
[0166] 在這種條件下進(jìn)行的本實(shí)施例中，關(guān)于濃縮精制了氬氣的產(chǎn)品氣體，氬氣純度為 99. 999摩爾％。關(guān)于產(chǎn)品氣體中的作為雜質(zhì)的一氧化碳和二氧化碳的含有率，在利用氣相 色譜法（島津制作所制的GC - FID)而經(jīng)甲烷轉(zhuǎn)化進(jìn)行測定時，一氧化碳不足1摩爾ppm，二 氧化碳不足1摩爾ppm。關(guān)于產(chǎn)品氣體中的作為雜質(zhì)的氮?dú)獾暮新?，在用Round Science Inc.制的微量氮分析儀進(jìn)行測定時，為0. 6摩爾ppm。獲得的產(chǎn)品氣體量為739Ndm3/h，獲 得氣體的氬氣的回收率為72. 1 %。在本實(shí)施例中，儲氣器3A的內(nèi)部壓力大致一定在IkPaG, 沒有變動。在本實(shí)施例中，將從儲氣器3A導(dǎo)出的廢氣以IkPaG的壓力排出到體系外。特別 是，當(dāng)在清洗（第二清洗）工序（步驟2、6、10)中測定從吸附塔20A、20B、20C導(dǎo)出的廢氣 量時，為146Ndm 3/h，其氣體分析值是，氬氣為98. 0摩爾％，一氧化碳為0. 10摩爾％，二氧化 碳為1. 10摩爾％，氮?dú)鉃?.80摩爾％。將本實(shí)施例的結(jié)果表示在表1中。
[0167] 〔實(shí)施例2〕
[0168] 在本實(shí)施例中，PSA裝置和PSA法的操作條件與實(shí)施例1同樣，但在清洗（第二清 洗）工序中從吸附塔20A、20B、20C導(dǎo)出的廢氣排出到體系外，其余的廢氣{在清洗（第一 清洗）工序（步驟1、5、9)和逆流減壓工序（步驟4、8、12)中從吸附塔20A、20B、20C導(dǎo)出 的廢氣}都添加在導(dǎo)入到吸附塔20A、20B、20C之前的前處理后的混合氣體中，進(jìn)行再循環(huán)。 此時的再循環(huán)氣體的氣體量為145Ndm 3/h，再循環(huán)氣體的組成是，氬氣為98. 47摩爾％，一氧 化碳為0. 05摩爾％，二氧化碳為1. 02摩爾％，氮?dú)鉃?. 47摩爾％。將添加有再循環(huán)氣體 的混合氣體（新前處理后氣體885Ndm3/h和再循環(huán)氣體145Ndm 3/h)以1030Ndm3/h的流量 對PSA裝置2持續(xù)供給。
[0169] 在本實(shí)施例中，濃縮精制了氬氣的產(chǎn)品氣體的氬氣純度為99. 999摩爾％。關(guān)于產(chǎn) 品氣體中的雜質(zhì)的含有率，在用與實(shí)施例1同樣的分析裝置進(jìn)行測定時，一氧化碳不足1摩 爾ppm，二氧化碳不足1摩爾ppm，氮?dú)鉃?? 6摩爾ppm。獲得的產(chǎn)品氣體量為731Ndm3/h，獲 得氣體中的氬氣的回收率為71. 4 %。在本實(shí)施例中，儲氣器3A的內(nèi)部壓力大致在lkPaG，成 為一定、沒有變動。在本實(shí)施例中，廢氣進(jìn)行再循環(huán)之前的混合氣體的流量成為：1030Ndm 3/ h減去再循環(huán)的145Ndm3/h所得的885Ndm3/h，因此氬氣精制裝置X整個體系的氬氣回收率 成為83. 0%。將本實(shí)施例的結(jié)果表示在表1中。
[0170] 〔比較例1〕
[0171] 將上述實(shí)施例1使用的氬氣精制裝置X的儲氣器3A替換為容量固定式的氣罐，通 過壓力吸附變動法，并通過重復(fù)進(jìn)行由圖4、圖5所示的各工序構(gòu)成的操作（步驟1?12)， 從規(guī)定的混合氣體濃縮精制氬氣。氣罐相關(guān)的不同點(diǎn)以外的本比較例使用的精制裝置的構(gòu) 成與氬氣精制裝置X同樣。
[0172] 在本比較例中，在3塔的各吸附塔內(nèi)填充有Idm3的LiX型沸石。作為容量固定式氣 罐，使用容量為約8. 6dm3的容量固定式氣罐?；旌蠚怏w的組成和氣體供給方式與上述實(shí)施 例1同樣。在本比較例中，重復(fù)進(jìn)行由圖4、圖5所示的各工序構(gòu)成的操作（步驟1?12)， 各步驟的切換時期與上述實(shí)施例1同樣。在本比較例中，吸附工序的吸附塔的內(nèi)部的最高 壓力設(shè)為800kPaG，解吸操作時的吸附塔的內(nèi)部的最低壓力（解吸壓力）調(diào)節(jié)為lkPaG。
[0173] 在本比較例中，關(guān)于濃縮精制后的產(chǎn)品氣體，氬氣純度為99. 999摩爾％。關(guān)于產(chǎn) 品氣體中的雜質(zhì)的含有率，在用與實(shí)施例1同樣的分析裝置進(jìn)行測定時，一氧化碳不足1摩 爾ppm，二氧化碳不足1摩爾ppm，氮?dú)鉃?? 8摩爾ppm。獲得的產(chǎn)品氣體量為712Ndm3/h, 獲得氣體的氬氣的回收率為69. 5%。在本比較例中，如圖6所示，氣罐的內(nèi)部壓力在從最小 值IkPaG到最大值IOOkPaG的范圍內(nèi)進(jìn)行變動。在本比較例中，將從氣罐導(dǎo)出的廢氣排出 到體系外。特別是，當(dāng)測定在清洗（第二清洗）工序（步驟2、6、10)中從吸附塔導(dǎo)出的廢 氣量時，為159Ndm3/h，其氣體分析值是，氬氣為98. 00摩爾％，一氧化碳為0. 10摩爾％，二 氧化碳為1. 10摩爾％，氮?dú)鉃椹? 80摩爾％。將本比較例的結(jié)果表示在表1中。
[0174] 〔比較例2〕
[0175] 在本比較例中，PSA裝置和PSA法的操作條件與比較例1同樣，但在清洗（第二清 洗）工序中從吸附塔導(dǎo)出的廢氣排出到體系外，其余的廢氣{在清洗（第一清洗）工序（步 驟1、5、9)和逆流減壓工序（步驟4、8、12)中從吸附塔導(dǎo)出的廢氣}都添加在導(dǎo)入到吸附 塔之前的前處理后混合氣體中，進(jìn)行再循環(huán)。再循環(huán)氣體的氣體量為159Ndm 3/h，再循環(huán)氣 體的組成是，氬氣為98. 76摩爾％，一氧化碳為0. 03摩爾％，二氧化碳為0. 84摩爾％，氮?dú)?為0. 37摩爾％。將該混合氣體（新前處理后氣體871Ndm3/h和再循環(huán)氣體159Ndm3/h)以 1030Ndm 3/h的流量對PSA裝置持續(xù)供給。
[0176] 在本比較例中，濃縮精制了氬氣的產(chǎn)品氣體的氬氣純度為99. 999摩爾％。關(guān)于產(chǎn) 品氣體中的雜質(zhì)的含有率，在用與實(shí)施例1同樣的分析裝置進(jìn)行測定時，一氧化碳不足1摩 爾ppm，二氧化碳不足1摩爾ppm，氮?dú)鉃?? 8摩爾ppm。獲得的產(chǎn)品氣體量為693Ndm3/h, 獲得氣體的氬氣的回收率為67. 7%。特別是，在本比較例中，廢氣進(jìn)行再循環(huán)之前的混合氣 體的流量成為：1030Ndm3/h減去再循環(huán)的159Ndm 3/h所得的871Ndm3/h，因此氬氣精制裝置 整個體系的氬氣回收率成為79. 9%。將本比較例的結(jié)果表示在表1中。
[0177] 【表1】

【權(quán)利要求】
1. 一種氬氣精制方法，其用于從含有氬氣的混合氣體精制氬氣，該氬氣精制方法的特 征在于： 通過利用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn)行的變壓吸附法，重復(fù)進(jìn)行包括吸附工序和逆流減 壓工序的循環(huán)， 在所述吸附工序中，在所述吸附塔為相對高壓的狀態(tài)下，向所述吸附塔導(dǎo)入所述混合 氣體，使該混合氣體中的雜質(zhì)吸附于所述吸附劑，從該吸附塔導(dǎo)出氬氣富集后的氣體， 在所述逆流減壓工序中，將所述吸附塔減壓，使雜質(zhì)從所述吸附劑解吸，從該吸附塔導(dǎo) 出氣體， 該氬氣精制方法將從處于所述逆流減壓工序的所述吸附塔導(dǎo)出的氣體導(dǎo)入到容量變 化的儲氣器，并且一邊將所述儲氣器內(nèi)的壓力保持為實(shí)質(zhì)上一定，一邊導(dǎo)出該儲氣器內(nèi)的 氣體。
2. 如權(quán)利要求1所述的氬氣精制方法，其特征在于： 所述儲氣器具備以隔斷與大氣的接觸的方式收納氣體、隨著該氣體的量而進(jìn)行移位的 隔斷部， 所述儲氣器的容量一邊使從所述隔斷部的外側(cè)向內(nèi)側(cè)作用的載荷和通過內(nèi)部的氣體 壓力從所述隔斷部的內(nèi)側(cè)向外側(cè)作用的力保持均衡，一邊進(jìn)行變化。
3. 如權(quán)利要求2所述的氬氣精制方法，其特征在于： 所述儲氣器具備被所述隔斷部支撐或包含的錘部。
4. 如權(quán)利要求1?3中的任一項(xiàng)所述的氬氣精制方法，其特征在于：所述變壓吸附法 是利用填充有吸附劑的多個吸附塔進(jìn)行的方法， 所述循環(huán)還包括清洗工序，在所述清洗工序中，將結(jié)束了所述吸附工序的一個吸附塔 內(nèi)減壓，從該一個吸附塔順流導(dǎo)出氣體，并且將導(dǎo)出的氣體作為清洗氣體以逆流導(dǎo)入到結(jié) 束了所述逆流減壓工序的另一個吸附塔，對該另一個吸附塔進(jìn)行清洗， 所述清洗工序包括：從該清洗工序的開始到途中從所述另一個吸附塔導(dǎo)出第一氣體 的第一清洗工序；和從該另一個吸附塔導(dǎo)出第二氣體的所述第一清洗工序后的第二清洗工 序， 將所述第一氣體導(dǎo)入到所述儲氣器，并且將所述第二氣體排出到體系外， 將從所述儲氣器導(dǎo)出的氣體添加在導(dǎo)入到所述吸附塔之前的所述混合氣體中。
5. 如權(quán)利要求4所述的氬氣精制方法，其特征在于， 在將所述混合氣體導(dǎo)入到處于所述吸附工序的吸附塔之前，對所述混合氣體實(shí)施用于 將該混合氣體所含有的雜質(zhì)的至少一部分去除或轉(zhuǎn)化的前處理， 將從所述儲氣器導(dǎo)出的氣體添加在經(jīng)過所述前處理后的氣體中。
6. -種氬氣精制裝置，其用于從含有氬氣的混合氣體精制氬氣，該氬氣精制裝置的特 征在于，具備： 變壓吸附式氣體分離裝置，用于通過利用填充有吸附劑的吸附塔進(jìn)行的變壓吸附法， 向所述吸附塔導(dǎo)入所述混合氣體，使該混合氣體中的雜質(zhì)吸附于所述吸附劑，從該吸附塔 導(dǎo)出氬氣，并且將所述吸附塔減壓，使雜質(zhì)從所述吸附劑解吸，從該吸附塔導(dǎo)出廢氣； 第一氣體管線，用于向所述吸附塔供給所述混合氣體； 容量可變式儲氣器，用于將從所述吸附塔導(dǎo)出的所述廢氣導(dǎo)入并且導(dǎo)出；和 第二氣體管線，用于將從所述吸附塔導(dǎo)出的所述廢氣供給到所述儲氣器。
7. 如權(quán)利要求6所述的氬氣精制裝置，其特征在于： 所述儲氣器具備：構(gòu)成為容器狀的主體部；和收納在所述主體部的內(nèi)部、維持與所述 主體部之間的氣密狀態(tài)并且能夠移位的隔斷部， 隨著所述隔斷部的移位，收納在由所述主體部和所述隔斷部劃分的氣體收納部的氣體 的量發(fā)生變化。
8. 如權(quán)利要求7所述的氬氣精制裝置，其特征在于， 所述儲氣器具備被所述隔斷部支撐或包含的錘部。
9. 如權(quán)利要求6?8中的任一項(xiàng)所述的氬氣精制裝置，其特征在于，具備： 第三氣體管線，將所述儲氣器和所述第一氣體管線之間連接，使得從所述儲氣器導(dǎo)出 的氣體能夠添加供給到所述第一氣體管線；和 第四氣體管線，與所述第二氣體管線連接，用于將從所述吸附塔導(dǎo)出的氣體排出到體 系外。
10. 如權(quán)利要求9所述的氬氣精制裝置，其特征在于， 用于執(zhí)行前處理的前處理單元設(shè)置于所述第一氣體管線，所述前處理用于將所述混合 氣體所含有的雜質(zhì)的至少一部分去除或轉(zhuǎn)化， 所述第三氣體管線與所述第一氣體管線的所述前處理單元的后段部分連接。
【文檔編號】B01D53/053GK104211027SQ201410227003
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月28日
【發(fā)明者】岸井充, 春名一生, 志摩康一 申請人:住友精化株式會社