專利名稱：氦氣的純化方法及純化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合于對(duì)例如在光纖的制造工序中使用后回收的氦氣之類的至少含有氫、一氧化碳、來源于空氣的氮和氧作為雜質(zhì)的氦氣進(jìn)行純化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于例如在光纖的拉絲工序中使用、使用后散發(fā)至大氣中的氦氣，有時(shí)將其回收再利用。上述回收氦氣中含有作為雜質(zhì)的在光纖的拉絲工序中混入的氫、一氧化碳、由于使用后散發(fā)至大氣中而混入的來源于空氣的氮和氧等，因此需要進(jìn)行純化來提高純度。于是，已知如下方法通過以液氮作為制冷源的深冷操作將純化前的氦氣中所含的雜質(zhì)液化除去，通過吸附劑將殘余的微量雜質(zhì)吸附除去(參照專利文獻(xiàn)I)。還已知如下方法在純化前的氦氣中添加氫，使該氫與作為雜質(zhì)的空氣成分中的氧反應(yīng)而生成水分，除去該水分后通過膜分離方法除去殘留的雜質(zhì)(參照專利文獻(xiàn)2)。還已知如下方法使純化前的氦等稀有氣體中所含的雜質(zhì)與合金吸氣劑接觸，從而將其除去(參照專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)I :日本專利特開平10-311674號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開2003-246611號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本專利特開平4-209710號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
專利文獻(xiàn)I記載的方法中，因?yàn)樾枰靡旱M(jìn)行深冷操作，所以冷卻能量增大；專利文獻(xiàn)2記載的方法中，因?yàn)樾枰し蛛x模塊，所以設(shè)備成本高；任一種方法的氦氣的回收收益均較小。此外，專利文獻(xiàn)2記載的方法中，通過在作為純化對(duì)象的氦氣中添加氫來除去氧，但并未考慮到氫的充分除去，可能會(huì)對(duì)光纖原材料之類的會(huì)因氫而導(dǎo)致劣化加劇的材料造成不良影響。專利文獻(xiàn)3記載的方法中，因?yàn)楹辖鹞鼩鈩┑哪芰π?，所以只能用于將雜質(zhì)濃度為ppm級(jí)的低純度氦氣純化至超高純度的情況，無法直接用于混入較多雜質(zhì)的情況。本發(fā)明的方法是對(duì)至少含有氫、一氧化碳、來源于空氣的氮和氧作為雜質(zhì)且其氧含量大于氫含量及一氧化碳含量的氦氣進(jìn)行純化的方法，該方法的特征是，在所述氦氣中添加氫，使得該氦氣中的氫含量大于氧含量的同時(shí)使氧摩爾濃度超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2，然后以釕或鈀作為催化劑使所述氦氣中的氧與氫及一氧化碳反應(yīng)， 從而以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，接著使用脫水裝置減少所述氦氣的水分含有率，再在所述氦氣中添加一氧化碳，使得該氦氣中的一氧化碳摩爾濃度超過氧摩爾濃度的2 倍，然后以釕或鈀作為催化劑使所述氦氣中的氧與一氧化碳反應(yīng)，從而以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳，接著用吸附劑通過變壓吸附法至少吸附所述氦氣中的一氧化碳、二氧化碳和水。根據(jù)本發(fā)明，作為純化對(duì)象的氦氣中的氧含量大于氫及一氧化碳的含量時(shí)，通過添加氫，以殘留有氧的狀態(tài)進(jìn)行生成二氧化碳和水的反應(yīng)，從而減少氧含量。藉此，使該殘留的氧與添加的一氧化碳反應(yīng)而以一氧化碳?xì)埩舻臓顟B(tài)生成二氧化碳時(shí)，可減少一氧化碳的添加量。即，能夠減少價(jià)高且毒性較高的一氧化碳的添加量。另外，通過在所含的氧量大于氫量的作為純化對(duì)象的氦氣添加氫而使氫含量大于氧含量，但由于使氧摩爾濃度超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2，因此可除去氫。另外，通過在各反應(yīng)中使用釕或鈀作為催化劑，并且利用脫水裝置5減少氦氣的水分含有率，可防止由一氧化碳和水蒸汽生成氫的水性氣體轉(zhuǎn)移反應(yīng)(日文水性力' 7 7卜反応)。藉此，很難通過吸附法從氦氣分離出的氫無殘留，使氦氣的主要雜質(zhì)變?yōu)榈⒍趸?、水及殘留的微量的一氧化碳，可用于要求減少氫的場(chǎng)合。而且，不需要氧的吸附，用吸附劑通過變壓吸附法至少吸附二氧化碳、一氧化碳及水即可，因此不用增加冷卻能量。此外，作為純化對(duì)象的氦氣中的氧濃度高時(shí)，通過氧和氫的反應(yīng)生成大量的水分，但通過利用脫水裝置減少水分含有率，可減少水分對(duì)吸附劑的吸附負(fù)荷，從而提高氦氣的回收率及純度。作為以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水的所述反應(yīng)中的催化劑，以及以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳的所述反應(yīng)中的催化劑，優(yōu)選分別使用釕，且各反應(yīng)溫度在 2000C以下。通過使用釕作為催化劑，可將各反應(yīng)溫度控制在200°C以下，因此可減少能耗。優(yōu)選使用氣液分離器(加壓冷卻氣體后除去凝縮的水分的冷凍式脫水裝置)來降低所述氦氣中的水分含有率。另外，也可使用通過吸附劑從經(jīng)加壓的氣體除去水分后在減壓下使吸附劑再生的加壓式脫水裝置，或者通過脫水劑除去氣體所含的水分后加熱脫水劑使其再生的加熱再生式脫水裝置等。通過使用釕或鈀作為催化劑，可防止一氧化碳和水蒸氣的水性氣體轉(zhuǎn)移反應(yīng)，另外，通過在變壓吸附工序中使用氧化鋁或碳分子篩等具有水分吸附功能的吸附劑，氦氣中可吸附處于飽和狀態(tài)的水蒸汽，因此作為脫水裝置使用從氦氣除去凝縮的水分的氣液分離器即可。藉此，脫水裝置無需價(jià)格高昂的設(shè)備，可削減成本。此外，如果為防止水性氣體轉(zhuǎn)移反應(yīng)而進(jìn)一步減少水分量，則氧和一氧化碳的反應(yīng)可在溫和的條件下(例如反應(yīng)溫度降低)進(jìn)行，有利于投入能量的削減。本發(fā)明中，優(yōu)選通過變壓吸附法將氦氣中的一氧化碳、二氧化碳、水分的含有率降至較好為ppm級(jí)以下，且將氮含有率降至較好為數(shù)百ppm級(jí),例如100 200摩爾ppm。需要進(jìn)一步降低氦氣中的氮濃度時(shí)，優(yōu)選在利用所述變壓吸附法進(jìn)行的吸附后，用吸附劑通過-10°C _50°C的變溫吸附法至少吸附所述氦氣的雜質(zhì)中的氮。通過變溫吸附法可將氦氣中的氮含有率降至低于I摩爾PPm的水平。變溫吸附法中，由于吸附溫度越低吸附能力越高，因此如果單純地僅考慮降低氮濃度，則吸附溫度越低越好。但是，用于工業(yè)領(lǐng)域時(shí)，必須要考慮產(chǎn)生冷熱的成本，因此優(yōu)選以-10°C _50°C的吸附溫度采用市售的工業(yè)用冷凍機(jī)。本發(fā)明的裝置是對(duì)至少含有氫、一氧化碳、來源于空氣的氮和氧作為雜質(zhì)且其氧含量大于氫含量及一氧化碳含量的氦氣進(jìn)行純化的裝置，該裝置的特征是，具備導(dǎo)入所述氦氣的第I反應(yīng)器，在導(dǎo)入所述第I反應(yīng)器的所述氦氣中添加氫而使該氦氣中的氫含量大于氧含量的同時(shí)使氧摩爾濃度超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2的氫濃度調(diào)節(jié)裝置，導(dǎo)入從所述第I反應(yīng)器流出的所述氦氣的第2反應(yīng)器，在導(dǎo)入所述第2反應(yīng)器的所述氦氣中添加一氧化碳而使該氦氣中的一氧化碳摩爾濃度超過氧摩爾濃度的2倍的一氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置，在所述第I反應(yīng)器和所述第2反應(yīng)器之間用于減少所述氦氣的水分含有率的脫水裝置，與所述第2反應(yīng)器連接的吸附裝置；在所述第I反應(yīng)器中填充了作為催化劑的釕或鈀，在所述第2反應(yīng)器中填充了作為催化劑的釕或鈀；所述吸附裝置具有通過使用吸附劑的變壓吸附法至少吸附所述氦氣中的一氧化碳、二氧化碳和水的變壓吸附單
J Li o利用本發(fā)明的裝置，在第I反應(yīng)器內(nèi)通過使氦氣中的氧與氫及一氧化碳反應(yīng)，可以殘留氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，用脫水裝置可降低氦氣的水分含有率，在第2反應(yīng)器內(nèi)通過使氦氣中的氧與一氧化碳反應(yīng)，可以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳，可通過變壓吸附單元至少吸附氦氣中的一氧化碳、二氧化碳及水。藉此，可實(shí)施本發(fā)明的方法。較好是所述吸附裝置在通過所述變壓吸附法吸附雜質(zhì)后，具有用吸附劑通過-10°C -50°c的變溫吸附法至少吸附所述氦氣的雜質(zhì)中的氮的變溫吸附單元。藉此，可將氦氣中的氮含有率降至低于I摩爾PPm的水平。利用本發(fā)明，在純化所回收的氦氣時(shí)無需大量的純化能量就可有效地降低雜質(zhì)含有率，因此能夠提供低成本、高純度地純化氦氣的實(shí)用的方法和裝置。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施方式中的氦氣的純化裝置的構(gòu)成說明圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式中的氦氣的純化裝置中的PSA單元的構(gòu)成說明圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式中的氦氣的純化裝置中的TSA單元的構(gòu)成說明圖。符號(hào)說明a :純化裝置，2 :加熱器，3 :第I反應(yīng)器，4 :氫濃度調(diào)節(jié)裝置，5 :脫水裝置，6 :—氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置，7 :第2反應(yīng)器，9 :吸附裝置，10 :PSA單元，20 :TSA單元
具體實(shí)施例方式圖I所示的氦氣純化裝置a包括作為純化對(duì)象的氦氣的供給源I、加熱器2、第 I反應(yīng)器3、氫濃度調(diào)節(jié)裝置4、脫水裝置5、一氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置6、第2反應(yīng)器7、冷卻器 8及吸附裝置9。從供給源I供給的作為純化對(duì)象的氦氣通過未圖示的過濾器等除塵，經(jīng)由鼓風(fēng)機(jī)等氣體輸送單元(省略圖示)導(dǎo)入加熱器2。作為純化對(duì)象的氦氣除了氦(He)以外至少含有氫(H2)、一氧化碳(CO)、來源于空氣的氮(N2)和氧(O2)作為雜質(zhì),還可以含有其它微量雜質(zhì)。作為純化對(duì)象的氦氣中的氧含量大于氫含量及一氧化碳含量，例如，將在光線的拉絲工序中使用后散發(fā)至大氣中的氦氣回收的情況下，所回收的氦氣中的空氣濃度為10 50摩爾％，通常為20 40摩爾％，氫濃度及一氧化碳濃度分別為10 90摩爾ppm。純化對(duì)象氦氣中作為雜質(zhì)包含的氫和一氧化碳包括空氣中微量含有的氫和一氧化碳，但其主要來源并不是空氣而是在氦氣的使用環(huán)境中混入的氫和一氧化碳。例如，將在光線的拉絲工序中使用后散發(fā)至大氣中的氦氣回收的情況下，氦氣中除了含有在拉絲工序中混入的氫和一氧化碳以及回收時(shí)混入的來源于空氣的氮和氧以外，還含有來源于該空氣的二氧化碳和烴等可以忽略的程度的微量雜質(zhì)。作為純化對(duì)象的氦氣中在混入有空氣的情況下會(huì)含有氬(Ar)， 但空氣中的氬的含有率低于氧和氮，且經(jīng)純化的氦氣的用途為利用作為惰性氣體的特性的情況下可以用氬氣代替，所以可以不將氬作為雜質(zhì)而忽略它。
加熱器2對(duì)氦氣的加熱溫度最好如下設(shè)定在各反應(yīng)器3、7中使用釕(Ru)作為催化劑時(shí)，該加熱溫度設(shè)定為使得各反應(yīng)器3、7中的反應(yīng)溫度達(dá)到150°C以上有利于完成反應(yīng)，另一方面，從防止催化劑的使用壽命縮短的角度考慮，該加熱溫度設(shè)定為使反應(yīng)溫度在 2500C以下，另外，為了減少能耗，該加熱溫度更好是設(shè)定為使反應(yīng)溫度在200°C以下。各反應(yīng)器3、7中使用含鈀(Pd)的催化劑時(shí)，較好是將氦氣的加熱溫度設(shè)定為使各反應(yīng)器3、7中的反應(yīng)溫度達(dá)到200°C 350°C。經(jīng)加熱器2加熱的氦氣被導(dǎo)入第I反應(yīng)器3。氫濃度調(diào)節(jié)裝置4通過在導(dǎo)入第I 反應(yīng)器3的氦氣中添加氫而使該氦氣中的氫摩爾濃度高于氧摩爾濃度的同時(shí)將氧摩爾濃度設(shè)定為超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2的值。較好是通過利用氫濃度調(diào)節(jié)裝置4在氦氣中添加氫，使得氦氣中的氧摩爾濃度略高于氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2，S卩，I. 03倍 I. 08倍摩爾。本實(shí)施方式的氫濃度調(diào)節(jié)裝置4具有氫供給源 4a和氫量調(diào)整器4b，該氫量調(diào)整器4b由用于進(jìn)行將氫供給源4a和第I反應(yīng)器3連接的配管的開度調(diào)整的流量控制閥等構(gòu)成。本實(shí)施方式中，預(yù)先測(cè)定從供給源I供給的氦氣的氧摩爾濃度、氫摩爾濃度、一氧化碳摩爾濃度，并且預(yù)先確定從供給源I向第I反應(yīng)器3的氦氣的供給流量，從而預(yù)先求出要將導(dǎo)入第I反應(yīng)器的氦氣中的氧摩爾濃度設(shè)定為略高于氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2的值所需的氫的添加流量，按照所求得的添加流量利用氫量調(diào)整器4b進(jìn)行配管的開度調(diào)整。第I反應(yīng)器3中填充有使氧與氫及一氧化碳反應(yīng)的催化劑。藉此，第I反應(yīng)器3 內(nèi)的氦氣中所含的氧與氫及一氧化碳反應(yīng)，以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水。填充于第I反應(yīng)器3的催化劑為釕或鈀，例如可將釕或鈀承載于氧化鋁等后使用。作為催化劑使用釕時(shí)，作為副反應(yīng)由一氧化碳和氫生成甲烷，但甲烷被氧分解而生成二氧化碳和氫。通過在該第I反應(yīng)器3中的反應(yīng)，氦氣包含的主要的雜質(zhì)變?yōu)榈?、二氧化碳、水，并且作為其它的微量的雜質(zhì)含有殘留的氧及烴等。所回收的氦氣中含有作為可燃成分的烴時(shí)，烴與氧反應(yīng)而生成二氧化碳，但烴的摩爾濃度通常為氫和一氧化碳的總摩爾濃度的1/100以下，是可忽略不計(jì)的微量，因此通常只要將氧摩爾濃度設(shè)定為超過一氧化碳摩爾濃度和氫摩爾濃度之和的1/2，就可以以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水。另外，即使有微量的烴殘留也能夠通過變壓吸附法容易地使其吸附于吸附劑而除去。總而言之，調(diào)整氫添加量以使在第I 反應(yīng)器3中能夠以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水即可。脫水裝置5在第I反應(yīng)器3和第2反應(yīng)器7之間用于降低從第I反應(yīng)器3流出的氦氣中的水分含有率。本實(shí)施方式中，作為脫水裝置5，采用從氦氣分離出通過凝縮變?yōu)橐合嗟乃值臍庖悍蛛x器。藉此，在第2反應(yīng)器7中使用釕或鈀作為催化劑時(shí)可防止水性氣體轉(zhuǎn)移反應(yīng)。另外，也可用冷卻器8除去氦氣中的水分。此外，需要嚴(yán)格地降低氦氣的水分含有率時(shí)，通過使用了作為脫水裝置5的冷凍機(jī)或填充有除濕劑的柱等的脫水操作將水分含有率降至ppm級(jí)即可。例如可使用對(duì)氦氣加壓并通過吸附劑除去水分后在減壓下使吸附劑再生的加壓式脫水裝置、將氦氣加壓冷卻來除去凝縮的水分的冷凍式脫水裝置、通過脫水劑除去氦氣中所含的水分后對(duì)脫水劑加熱使其再生的加熱再生式脫水裝置等。從嚴(yán)格且有效地降低水分含有率方面考慮，優(yōu)選加熱再生式脫水裝置，可將氦氣中所含的水分除去約99摩爾％或以上。從第I反應(yīng)器3流出并通過脫水裝置5降低了水分含有率的氦氣被導(dǎo)入第2反應(yīng)器7。一氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置6用于在導(dǎo)入第2反應(yīng)器7中的氦氣中添加一氧化碳使得該氦氣中的一氧化碳摩爾濃度超過氧摩爾濃度的2倍。本實(shí)施方式的一氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置 6具有濃度測(cè)定器6a、一氧化碳供給源6b、一氧化碳量調(diào)整器6c、控制器6d。濃度測(cè)定器 6a測(cè)定導(dǎo)入第2反應(yīng)器7的氦氣中的氧摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度，將其測(cè)定信號(hào)發(fā)送至控制器6d?？刂破?d根據(jù)各測(cè)定值將與使一氧化碳摩爾濃度達(dá)到超過氧摩爾濃度的2 倍的值所需添加的一氧化碳的流量對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)發(fā)送至一氧化碳量調(diào)整器6c。一氧化碳量調(diào)整器6c對(duì)從一氧化碳供給源6b到第2反應(yīng)器7的流路進(jìn)行開度調(diào)整，從而供給與控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的流量的一氧化碳。藉此，可使第2反應(yīng)器7中的作為純化對(duì)象的氦氣中的一氧化碳摩爾濃度達(dá)到超過氧摩爾濃度的2倍的值。較好的是通過在氦氣中添加一氧化碳， 使氦氣中的一氧化碳摩爾濃度達(dá)到氧摩爾濃度的2. 05 2. 2倍的值,通過設(shè)為2. 05倍以上，可切實(shí)地減少氧，通過設(shè)為2. 2倍以下，一氧化碳濃度不會(huì)高于必需值。第2反應(yīng)器7中填充有使氧與一氧化碳反應(yīng)的催化劑。藉此，第2反應(yīng)器7內(nèi)的氦氣中的氧與一氧化碳反應(yīng)，以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳和水。填充于第2反應(yīng)器7中的催化劑與填充于第I反應(yīng)器3中催化劑同樣，可使用釕或鈀作為催化劑。藉此， 氦氣中的氧含有率被降至約I摩爾PPm的水平，一氧化碳?xì)埩羧舾闪?，較好是被降至百摩爾 ppm或以下。第2反應(yīng)器7介以冷卻器8與吸附裝置9連接。從第2反應(yīng)器7流出的氦氣被冷卻器8冷卻后被導(dǎo)入吸附裝置9。吸附裝置9具有PSA(變壓吸附)單元10和TSA(變溫吸附)單元20。PSA單元10使用吸附劑通過常溫下的變壓吸附法吸附氦氣中的雜質(zhì)中的一氧化碳、二氧化碳、水和氮。通過PSA單元10，將氦氣中的一氧化碳、二氧化碳及水的含有率降至例如低于I摩爾ppm,氮含有率降至例如100 300摩爾ppm。TSA單元20在通過該變壓吸附法的雜質(zhì)的吸附后，使用吸附劑通過-10°C -50°C的變溫吸附法吸附氦氣中的雜質(zhì)中的氮。通過TSA單元20，可將氦氣中的氮含有率降至例如低于I摩爾ppm的水平。PSA單元10可使用公知的單元。例如圖2所示的PSA單元10為四塔式，具有對(duì)從第2反應(yīng)器7流出的氦氣進(jìn)行壓縮的壓縮機(jī)12和四個(gè)第I 第4吸附塔13，各吸附塔13 中填充有吸附劑。作為該吸附劑，使用適合于一氧化碳、二氧化碳、水分及氮的吸附的吸附劑，例如，層疊填充氧化鋁以吸附二氧化碳和脫水，層疊填充碳類吸附劑以主要吸附二氧化碳，層疊填充沸石類吸附劑以主要除去一氧化碳和氮。碳類吸附劑和沸石類吸附劑可層疊2 層也可交替層疊3層以上。作為沸石類吸附劑，優(yōu)選一氧化碳及氮的吸附效果好的沸石分子篩，具體優(yōu)選A型及X型的沸石。壓縮機(jī)12介以轉(zhuǎn)換閥13b與各吸附塔13的入口 13a連接。吸附塔13的入口 13a分別介以轉(zhuǎn)換閥13e和消聲器13f連接至大氣中。吸附塔13的出口 13k分別介以轉(zhuǎn)換閥131與流出配管13m連接，介以轉(zhuǎn)換閥13n 與升壓配管13o連接，介以轉(zhuǎn)換閥13p與均壓 清洗出側(cè)配管13q連接，介以轉(zhuǎn)換閥13r與均壓 清洗入側(cè)配管13s連接。流出配管13m介以入口側(cè)壓力調(diào)節(jié)閥13t與TSA單元20連接，使導(dǎo)入TSA單元20 的氦氣的壓力恒定。升壓配管13o介以流量控制閥13u、流量指示調(diào)節(jié)計(jì)13v與流出配管13m連接，升壓配管13o中的流量被調(diào)節(jié)至恒定，從而防止導(dǎo)入TSA單元20的氦氣的流量變化。
均壓 清洗出側(cè)配管13q和均壓 清洗入側(cè)配管13s介以一對(duì)連接配管13w相互連接，各連接配管13w設(shè)有轉(zhuǎn)換閥13x。PSA單元10的第I 第4吸附塔13中分別依次進(jìn)行吸附工序、減壓I工序(清洗氣體出工序)、減壓II工序(均壓氣體出工序)、解吸工序、清洗工序(清洗氣體入工序)、升壓I工序(均壓氣體入工序)、升壓II工序。以第I吸附塔13為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各工序進(jìn)行說明。S卩，在第I吸附塔13中僅轉(zhuǎn)換閥13b和轉(zhuǎn)換閥131打開，從第2反應(yīng)器7供給的氦氣從壓縮機(jī)12經(jīng)轉(zhuǎn)換閥13b導(dǎo)入第I吸附塔13。藉此，第I吸附塔13中所導(dǎo)入的氦氣中至少一氧化碳、二氧化碳、水分及氮的一大半被吸附于吸附劑，從而進(jìn)行吸附工序，雜質(zhì)含有率降低后的氦氣從第I吸附塔13經(jīng)流出配管13m送至TSA單元20。這時(shí)，被送至流出配管13m的氦氣的一部分經(jīng)升壓配管130、流量控制閥13u被送至另外的吸附塔(本實(shí)施方式中為第2吸附塔13)，在第2吸附塔13中進(jìn)行升壓II工序。接著，關(guān)閉第I吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13b、131，打開轉(zhuǎn)換閥13p，打開另外的吸附塔 (本實(shí)施方式中為第4吸附塔13)的轉(zhuǎn)換閥13r，打開轉(zhuǎn)換閥13x中的I個(gè)。藉此，第I吸附塔13上部的雜質(zhì)含有率較少的氦氣經(jīng)均壓 清洗入側(cè)配管13s送至第4吸附塔13，在第 I吸附塔13中進(jìn)行減壓I工序。這時(shí)，第4吸附塔13中轉(zhuǎn)換閥13e打開，進(jìn)行清洗工序。接著，在打開第I吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13p和第4吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13r的狀態(tài)下，關(guān)閉第4吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13e，從而進(jìn)行回收氣體至第4吸附塔13直至第I吸附塔 13與第4吸附塔13之間內(nèi)部壓力相互均一或大致均一的減壓II工序。這時(shí)，轉(zhuǎn)換閥13x可根據(jù)情況打開2個(gè)。接著，打開第I吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13e，關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥13p，從而進(jìn)行將雜質(zhì)從吸附劑解吸的解吸工序，雜質(zhì)與氣體一起經(jīng)消聲器13f釋放至大氣中。接著，打開第I吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13r，關(guān)閉吸附工序結(jié)束后的狀態(tài)的第2吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13b、131，打開轉(zhuǎn)換閥13p。藉此，第2吸附塔13上部的雜質(zhì)含有率較少的氦氣經(jīng)均壓 清洗入側(cè)配管13s送至第I吸附塔13，在第I吸附塔13中進(jìn)行清洗工序。第 I吸附塔13中的清洗工序所用的氣體經(jīng)轉(zhuǎn)換閥13e、消聲器13f釋放至大氣中。這時(shí)，第2 吸附塔13中進(jìn)行減壓I工序。接著，在打開第2吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥13p和第I吸附塔13 的轉(zhuǎn)換閥13r的狀態(tài)下關(guān)閉第I吸附塔的轉(zhuǎn)換閥13e，從而進(jìn)行升壓I工序。這時(shí)，轉(zhuǎn)換閥 13x可根據(jù)情況打開2個(gè)。然后，關(guān)閉第I吸附塔13的轉(zhuǎn)換閥131■，暫時(shí)處于無工序的待機(jī)狀態(tài)。該待機(jī)狀態(tài)持續(xù)至第4吸附塔13的升壓II工序結(jié)束。如果第4吸附塔13的升壓結(jié)束，吸附工序從第3吸附塔13切換至第4吸附塔13，則打開第I吸附塔的轉(zhuǎn)換閥13n，從處于吸附工序的另外的吸附塔(本實(shí)施方式中為第4吸附塔13)送至流出配管13m的氦氣的一部分經(jīng)升壓配管130、流量控制閥13u送至第I吸附塔13，在第I吸附塔13中進(jìn)行升壓II工序。通過在第I 第4吸附塔13中分別依次反復(fù)進(jìn)行上述的各工序，雜質(zhì)含有率降低后的氦氣被連續(xù)地送至TSA單元20。還有，PSA單元10并不局限于圖2所示的單元，例如塔數(shù)可以為4以外的數(shù)目，例如2或3。TSA單元20可使用公知的單元。例如圖3所示的TSA單元20為二塔式，具有對(duì)從 PSA單元10送來的氦氣進(jìn)行預(yù)冷的熱交換型預(yù)冷器21、對(duì)經(jīng)預(yù)冷器21冷卻的氦氣進(jìn)一步進(jìn)行冷卻的熱交換型冷卻器22、第I和第2吸附塔23、覆蓋各吸附塔23的熱交換部24。熱交換部24在吸附工序時(shí)通過致冷劑冷卻吸附劑，在解吸工序時(shí)通過載熱體加熱吸附劑。各吸附塔23具有填充有吸附劑的多根內(nèi)管。作為該吸附劑，使用適用于氮的吸附的吸附劑， 優(yōu)選使用例如以鈣(Ca)或鋰(Li)進(jìn)行了離子交換的沸石類吸附劑，另外，離子交換率特好為70%以上，比表面積特好為600m2/g以上。冷卻器22介以轉(zhuǎn)換閥23b與各吸附塔23的入口 23a連接。吸附塔23的入口 23a分別介以轉(zhuǎn)換閥23c連通至大氣中。吸附塔23的出口 23e分別介以轉(zhuǎn)換閥23f與流出配管23g連接，介以轉(zhuǎn)換閥23h 與冷卻 升壓用配管23i連接，介以轉(zhuǎn)換閥23j與清洗用配管23k連接。流出配管23g構(gòu)成預(yù)冷器21的一部分，從PSA單元10送來的氦氣被從流出配管 23g流出的經(jīng)純化的氦氣冷卻。經(jīng)純化的氦氣從流出配管23g經(jīng)入口側(cè)壓力控制閥231流出。冷卻 升壓用配管23i、清洗用配管23k介以流量計(jì)23m、流量控制閥23o、轉(zhuǎn)換閥 23n與流出配管23g連接。熱交換部24采用多管式，由包圍構(gòu)成吸附塔23的多根內(nèi)管的外管24a、致冷劑供給源24b、致冷劑用輻射體24c、載熱體供給源24d、載熱體用輻射體24e構(gòu)成。此外，設(shè)有多個(gè)轉(zhuǎn)換閥24f，用于在使從致冷劑供給源24b供給的致冷劑通過外管24a、致冷劑用輻射體 24c循環(huán)的狀態(tài)與使從載熱體供給源24d供給的載熱體通過外管24a、載熱體用輻射體24e 循環(huán)的狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。另外，由從致冷劑用輻射體24c分支的配管構(gòu)成冷卻器22的一部分，氦氣在冷卻器22被從致冷劑供給源24b供給的致冷劑冷卻，該致冷劑回流至罐24g。TSA單元20的第I、第2吸附塔23中分別依次進(jìn)行吸附工序、解吸工序、清洗工序、 冷卻工序、升壓工序。g卩，TSA單元20中，從PSA單元10供給的氦氣在預(yù)冷器21、冷卻器22中被冷卻后，經(jīng)轉(zhuǎn)換閥23b導(dǎo)入第I吸附塔23。這時(shí)，第I吸附塔23處于通過致冷劑在熱交換部24 中循環(huán)而被冷卻至-10°C _50°C的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換閥23c、23h、23j關(guān)閉，轉(zhuǎn)換閥23f打開，至少氦氣中所含的氮被吸附于吸附劑。藉此，在第I吸附塔23中進(jìn)行吸附工序，雜質(zhì)含有率降低后的純化氦氣從第I吸附塔23經(jīng)入口側(cè)壓力控制閥231流出。第I吸附塔23中進(jìn)行吸附工序期間，第2吸附塔23中進(jìn)行解吸工序、清洗工序、 冷卻工序、升壓工序。S卩，第2吸附塔23中，吸附工序結(jié)束后，為了實(shí)施解吸工序，關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥23b、23f， 打開轉(zhuǎn)換閥23c。藉此，第2吸附塔23中，含雜質(zhì)的氦氣被釋放至大氣中，壓力下降至大氣壓左右。該解吸工序中，將第2吸附塔23中在吸附工序時(shí)有致冷劑循環(huán)的熱交換部24的轉(zhuǎn)換閥24f切換為關(guān)閉狀態(tài)而停止致冷劑的循環(huán)，將使致冷劑從熱交換部24排出而回到致冷劑供給源24b的轉(zhuǎn)換閥24f切換為打開狀態(tài)。接著，為了在第2吸附塔23中實(shí)施清洗工序，第2吸附塔23的轉(zhuǎn)換閥23c、23j和清洗用配管23k的轉(zhuǎn)換閥23n被設(shè)為打開狀態(tài)，通過熱交換型預(yù)冷器21中的熱交換而被加熱的純化氦氣的一部分經(jīng)清洗用配管23k導(dǎo)入第2吸附塔23。藉此，第2吸附塔23中，實(shí)施自吸附劑的雜質(zhì)的解吸和采用純化氦氣的清洗，該清洗所用的氦氣從轉(zhuǎn)換閥23c與雜質(zhì)一起被釋放至大氣中。該清洗工序中，將第2吸附塔23中用于使載熱體循環(huán)的熱交換部24的轉(zhuǎn)換閥24f切換為打開狀態(tài)。接著，為了在第2吸附塔23中實(shí)施冷卻工序，第2吸附塔23的轉(zhuǎn)換閥23j和清洗用配管23k的轉(zhuǎn)換閥23n被設(shè)為關(guān)閉狀態(tài)，第2吸附塔23的轉(zhuǎn)換閥23h和冷卻 升壓用配管23i的轉(zhuǎn)換閥23n被設(shè)為打開狀態(tài)，從第I吸附塔23流出的純化氦氣的一部分經(jīng)冷卻 升壓用配管23i導(dǎo)入第2吸附塔23。藉此，對(duì)第2吸附塔23內(nèi)部進(jìn)行了冷卻的純化氦氣經(jīng)轉(zhuǎn)換閥23c被釋放至大氣中。該冷卻工序中，將用于使載熱體循環(huán)的轉(zhuǎn)換閥24f切換為關(guān)閉狀態(tài)而停止載熱體的循環(huán)，將使載熱體從熱交換部24排出而回到載熱體供給源24d 的轉(zhuǎn)換閥24f切換為打開狀態(tài)。載熱體排出結(jié)束后，將第2吸附塔23中用于使致冷劑循環(huán)的熱交換部24的轉(zhuǎn)換閥24f切換為打開狀態(tài)，使其呈致冷劑循環(huán)狀態(tài)。該致冷劑循環(huán)狀態(tài)持續(xù)至接著的升壓工序、其后的吸附工序結(jié)束為止。接著，為了在第2吸附塔23中實(shí)施升壓工序，關(guān)閉第2吸附塔23的轉(zhuǎn)換閥23c， 導(dǎo)入從第I吸附塔23流出的純化氦氣的一部分，從而使第2吸附塔23的內(nèi)部升壓。該升壓工序持續(xù)至第2吸附塔23的內(nèi)壓與第I吸附塔23的內(nèi)壓大致相等為止。升壓工序結(jié)束后，關(guān)閉第2吸附塔23的轉(zhuǎn)換閥23h和冷卻 升壓用配管23i的轉(zhuǎn)換閥23n，藉此形成第2 吸附塔23的所有轉(zhuǎn)換閥23b、23c、23f、23h、23j關(guān)閉的狀態(tài)，第2吸附塔23保持待機(jī)狀態(tài)至接著的吸附工序?yàn)橹?。?吸附塔23的吸附工序與第I吸附塔23的吸附工序同樣地實(shí)施。第2吸附塔 23中進(jìn)行吸附工序期間，第I吸附塔23中與第2吸附塔23同樣地進(jìn)行解吸工序、清洗工序、冷卻工序、升壓工序。還有，TSA單元20并不局限于圖3所示的單元，例如塔數(shù)可以為2以上的數(shù)目，例如3或4。利用上述純化裝置a，通過氫濃度調(diào)節(jié)裝置4在氦氣中添加氫使得氦氣中的氫含量大于氧含量的同時(shí)使氧摩爾濃度超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2。然后， 在第I反應(yīng)器3中用催化劑使氦氣中的氧與氫和一氧化碳反應(yīng)，以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水。藉此，可除去作為純化對(duì)象的氦氣中的大部分氧。因此，使該殘留的氧與添加的一氧化碳反應(yīng)而以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳時(shí)，可減少添加的一氧化碳的量。此外，通過在所含氧量大于氫量的作為純化對(duì)象的氦氣中添加氫，使得氫含量大于氧含量，但通過使氧摩爾濃度超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2，可除去氫。另外，通過在各反應(yīng)器3、7的反應(yīng)中使用釕或鈀作為催化劑，并且在兩反應(yīng)器3、7之間利用脫水裝置5降低氦氣的水分含有率，可防止由一氧化碳和水蒸汽生成氫的水性氣體轉(zhuǎn)移反應(yīng)。藉此，很難通過吸附法從氦氣分離出的氫無殘留，使氦氣的主要雜質(zhì)變?yōu)榈⒍趸?、水及殘留的微量的一氧化碳，可用于要求減少氫的場(chǎng)合。而且，通過一氧化碳調(diào)節(jié)裝置6在氦氣中添加了一氧化碳使氦氣中的一氧化碳摩爾濃度超過氧摩爾濃度的2倍后,在第2反應(yīng)器7中使殘存的氧與一氧化碳反應(yīng)而以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳和水。藉此，氦氣的主要雜質(zhì)變?yōu)榈?、二氧化碳、水及殘留的微量的一氧化碳，無需氧的吸附。因此，之后只要在PSA單元10中用吸附劑通過變壓吸附閥吸附氦氣中的一氧化碳、二氧化碳、水即可，所以不需要增加冷卻能量。此外，作為純化對(duì)象的氦氣中的氧濃度高時(shí)，通過氧和氫的反應(yīng)生成大量的水分，但可通過脫水裝置5降低水分含有率，藉此可減少水分對(duì)吸附劑的吸附負(fù)荷，提高氦氣的回收率及純度。作為脫水裝置5使用了氣液分離器，這樣無需價(jià)格高昂的設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)成本的下降。另外，通過在TSA 單元20中用吸附劑通過-10°C -50°C的變溫吸附法至少吸附氦氣的雜質(zhì)中的氮，可將氦氣中的氮含有率降至低于I摩爾PPm的水平。[實(shí)施例I]使用上述純化裝置a進(jìn)行氦氣的純化。作為回收的氦氣，使用作為雜質(zhì)分別含有 23. 43摩爾％的氮、6. 28摩爾％的氧、50摩爾ppm的氫、30摩爾ppm的一氧化碳、50摩爾ppm 的二氧化碳、2摩爾ppm的甲烷、20摩爾ppm的水分的氦氣?；厥盏暮庵泻袣澹珜⑵浜雎?。將該氦氣以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)為3. 31升/分鐘的流量導(dǎo)入第I反應(yīng)器3，然后在該氦氣中以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)計(jì)為400毫升/分鐘的流量添加氫。理論上氫添加量是使氦氣中的氧濃度為氫和一氧化碳的濃度之和的1/2的I. 04倍摩爾的量。在第I反應(yīng)器3中填充45mL承載于氧化鋁的釕催化劑(斯多化學(xué)公司(文一 K ’ ^ 一社)制，型號(hào)RuA3MM)，反應(yīng)條件為溫度 190°C、大氣壓、空間速度5000/h。使用氣液分離器作為脫水裝置5對(duì)從第I反應(yīng)器3流出的氦氣進(jìn)行氣液分離操作，排干，除去水，將氦氣的水分含有率降至25°C下飽和狀態(tài)(全壓為大氣壓時(shí)約3% )。將從脫水裝置5流出的氦氣導(dǎo)入第2反應(yīng)器7，測(cè)定導(dǎo)入該第2反應(yīng)器7的氦氣的氧、一氧化碳的濃度，在氦氣中添加一氧化碳使得一氧化碳摩爾濃度超過氧摩爾濃度的2倍。第2反應(yīng)器7的尺寸與第I反應(yīng)器3相同，以同樣地方式填充與填充于第I反應(yīng)器的催化劑相同的催化劑。將從第2反應(yīng)器7流出的氦氣用冷卻器8冷卻后，用吸附裝置9降低雜質(zhì)的含有率。PSA單元10為四塔式，各塔中填充有I. 25L作為吸附劑的脫水用活性氧化鋁(住友化學(xué)株式會(huì)社制，型號(hào)KHD-24)和CaA型沸石分子篩(日本尤尼渥昭和株式會(huì)社(工二才 >昭和社)制，型號(hào)5A-HP)。此時(shí)的吸附劑以氧化鋁/CaA = 10/90的容量比在各吸附塔內(nèi)層疊。吸附壓力為0.9MPa，解吸壓力為0.03MPa。循環(huán)時(shí)間設(shè)定為250秒。從PSA單元10流出的經(jīng)純化的氦氣的組成如表I所示并如下所述。因?yàn)閷⒆鳛榧兓瘜?duì)象的氦氣中所含的氬忽略，所以表I中的氦純度是除去了氬而求得的純度。經(jīng)純化的氦氣的氧濃度使用泰里達(dá)因技術(shù)公司(Teledyne)制微量氧濃度計(jì)型號(hào) 311測(cè)定；甲烷濃度使用株式會(huì)社島津制作所制GC-FID測(cè)定；一氧化碳和二氧化碳的濃度同樣使用株式會(huì)社島津制作所制GC-FID經(jīng)由甲烷轉(zhuǎn)化器進(jìn)行測(cè)定。氫濃度使用GL科學(xué)公司(GL Science)制GC-PID測(cè)定。氮濃度用株式會(huì)社島津制作所制GC-PDD測(cè)定。水分用日本GE傳感與檢測(cè)科技公司(GE Sensing)制的露點(diǎn)計(jì)DEWMET-2測(cè)定。PSA單元10的出口處的經(jīng)純化的氦氣中的雜質(zhì)的組成為氧低于I摩爾ppm、氮150 摩爾ppm、氫低于I摩爾ppm、一氧化碳低于I摩爾ppm、二氧化碳低于I摩爾ppm、甲烷低于 I摩爾ppm、水分低于I摩爾ppm。[實(shí)施例2]除了將填充于各反應(yīng)器3、7的催化劑的種類由釕改為鈀(恩億凱姆有限公司(N. E.夕A今W卜)制，型號(hào)DASH-220D)，并將各反應(yīng)器3、7中的反應(yīng)溫度改為250°C以外，與實(shí)施例I同樣操作進(jìn)行氦氣的純化。PSA單元10的出口的經(jīng)純化的氦氣的組成如表 I所示并如下所述。氧低于I摩爾ppm、氮160摩爾ppm、氫低于I摩爾ppm、一氧化碳低于I摩爾ppm、 二氧化碳低于I摩爾ppm、甲烷低于I摩爾ppm、水分低于I摩爾ppm。[實(shí)施例3]實(shí)施例I中測(cè)定了從PSA單元10流出的經(jīng)純化的氦氣的組成，本實(shí)施例中，測(cè)定了從TSA單元20流出的經(jīng)純化的氦氣的組成。TSA單元20為二塔式，各吸附塔中填充有
I.5L作為吸附劑的CaX型沸石(東曹株式會(huì)社(東〃 一社)制，型號(hào)SA600A)。吸附壓力為0. 8MPa，解吸壓力為0. 03MPaG,吸附溫度為_35°C，解吸溫度為40°C。其它與實(shí)施例I相同。TSA單元20的出口的經(jīng)純化的氦氣的組成如表I所示并如下所述。氧低于I摩爾ppm、氮低于I摩爾ppm、氫低于I摩爾ppm、一氧化碳低于I摩爾 ppm、二氧化碳低于I摩爾ppm、甲烷低于I摩爾ppm、水分低于I摩爾ppm。[實(shí)施例4]除了 PSA單元10中填充的沸石分子篩變?yōu)長iX型沸石分子篩(東曹株式會(huì)社制， 型號(hào)NSA-700)，吸附劑的填充量為0. 7L以外，與實(shí)施例I同樣操作進(jìn)行氦氣的純化。PSA 單元10的出口的經(jīng)純化的氦氣的組成如表I所示并如下所述。氧低于I摩爾ppm、氮110摩爾ppm、氫低于I摩爾ppm、一氧化碳低于I摩爾ppm、 二氧化碳低于I摩爾ppm、甲烷低于I摩爾ppm、水分低于I摩爾ppm。[比較例I]除了各反應(yīng)器3、7中填充的催化劑的種類由釕變?yōu)殂f(恩億凱姆有限公司制，型號(hào)DASH-220)，并將各反應(yīng)器3、7中的反應(yīng)溫度改為300°C以外，與實(shí)施例I同樣操作進(jìn)行氦氣的純化。PSA單元10的出口的經(jīng)純化的氦氣的組成如表I所示并如下所述。氧低于I摩爾ppm、氮160摩爾ppm、氫120摩爾ppm、一氧化碳低于I摩爾ppm、二氧化碳低于I摩爾ppm、甲烷低于I摩爾ppm、水分低于I摩爾ppm。[比較例2]除了未利用脫水裝置5進(jìn)行氣液分離操作以外，與實(shí)施例4同樣操作進(jìn)行氦氣的純化。PSA單元10的出口的經(jīng)純化的氦氣的組成如表I所示并如下所述。氧低于I摩爾ppm、氮110摩爾ppm、氫12摩爾ppm、一氧化碳低于I摩爾ppm、二氧化碳低于I摩爾ppm、甲烷低于I摩爾ppm、水分低于I摩爾ppm。
從以上的表I可確認(rèn)，各實(shí)施例中通過在各反應(yīng)器3、7中使用釕或鈀作為催化劑， 與使用鉬催化劑時(shí)相比，可減少氦氣中的氫，還可降低反應(yīng)溫度。此外，各實(shí)施例中通過利
權(quán)利要求
1.氦氣的純化方法，該方法是對(duì)至少含有氫、一氧化碳及來源于空氣的氮和氧作為雜質(zhì)且其氧含量大于氫含量及一氧化碳含量的氦氣進(jìn)行純化的方法，其特征在于，在所述氦氣中添加氫，使得該氦氣中的氫含量大于氧含量的同時(shí)使氧摩爾濃度超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2，然后，以釕或鈀作為催化劑使所述氦氣中的氧與氫及一氧化碳反應(yīng)，從而以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水，接著，使用脫水裝置減少所述氦氣的水分含有率，然后，在所述氦氣中添加一氧化碳，使得該氦氣中的一氧化碳摩爾濃度超過氧摩爾濃度的2倍，接著，以釕或鈀作為催化劑使所述氦氣中的氧與一氧化碳反應(yīng)，從而以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳，然后，用吸附劑通過變壓吸附法至少吸附所述氦氣中的一氧化碳、二氧化碳和水。
2.如權(quán)利要求I所述的氦氣的純化方法，其特征在于，以殘留有氧的狀態(tài)生成二氧化碳和水的所述反應(yīng)中的催化劑，以及以殘留有一氧化碳的狀態(tài)生成二氧化碳的所述反應(yīng)中的催化劑均使用釕，各反應(yīng)溫度均在200°C以下。
3.如權(quán)利要求I或2所述的氦氣的純化方法，其特征在于，使用氣液分離器作為脫水裝置來降低所述氦氣的水分含有率。
4.如權(quán)利要求I或2所述的氦氣的純化方法，其特征在于，所述利用變壓吸附法進(jìn)行的吸附后，用吸附劑通過-10°C -50°C的變溫吸附法至少吸附所述氦氣的雜質(zhì)中的氮。
5.如權(quán)利要求3所述的氦氣的純化方法，其特征在于，所述利用變壓吸附法進(jìn)行的吸附后，用吸附劑通過-10°C -50°C的變溫吸附法至少吸附所述氦氣的雜質(zhì)中的氮。
6.氦氣的純化裝置，該裝置是對(duì)至少含有氫、一氧化碳及來源于空氣的氮和氧作為雜質(zhì)且其氧含量大于氫含量及一氧化碳含量的氦氣進(jìn)行純化的裝置，其特征在于，具備導(dǎo)入所述氦氣的第I反應(yīng)器，在導(dǎo)入所述第I反應(yīng)器的所述氦氣中添加氫而使該氦氣中的氫含量大于氧含量的同時(shí)使氧摩爾濃度超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2的氫濃度調(diào)節(jié)裝置，導(dǎo)入從所述第I反應(yīng)器流出的所述氦氣的第2反應(yīng)器，在導(dǎo)入所述第2反應(yīng)器的所述氦氣中添加一氧化碳而使該氦氣中的一氧化碳摩爾濃度超過氧摩爾濃度的2倍的一氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置，在所述第I反應(yīng)器和所述第2反應(yīng)器之間用于減少所述氦氣的水分含有率的脫水裝置，與所述第2反應(yīng)器連接的吸附裝置；在所述第I反應(yīng)器中填充作為催化劑的釕或鈀，在所述第2反應(yīng)器中填充作為催化劑的釕或鈀；所述吸附裝置具有通過使用了吸附劑的變壓吸附法至少吸附所述氦氣中的一氧化碳、 二氧化碳和水的變壓吸附單元。
7.如權(quán)利要求6所述的氦氣的純化裝置，其特征在于，所述吸附裝置在通過所述變壓吸附法吸附雜質(zhì)后，具有用吸附劑通過-10°C -50°C的變溫吸附法至少吸附所述氦氣的雜質(zhì)中的氮的變溫吸附單元。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠以低成本、高純度來純化所回收的氦氣的實(shí)用的方法和裝置。在含有氫、一氧化碳及來源于空氣的氮和氧作為雜質(zhì)且其氧含量大于氫及一氧化碳的含量的氦氣中添加氫，使得氫含量大于氧含量，并使氧摩爾濃度達(dá)到超過氫摩爾濃度和一氧化碳摩爾濃度之和的1/2的值。以釕或鈀作為催化劑使該氧與氫及一氧化碳反應(yīng)，使氧殘留并生成二氧化碳和水。然后，用脫水裝置減少氦氣的水分含有率。再添加一氧化碳使一氧化碳摩爾濃度達(dá)到超過氧摩爾濃度的2倍的值，用含有釕或鈀的催化劑使氧與一氧化碳反應(yīng)，使一氧化碳?xì)埩舨⑸啥趸?。接著，通過變壓吸附法將一氧化碳、二氧化碳和水吸附于吸附劑。
文檔編號(hào)C01B23/00GK102602899SQ20121002126
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者中谷光利, 住田俊彥, 北岸信之, 尤瓏 申請(qǐng)人:住友精化株式會(huì)社