專利名稱：使用吸氣劑床的在線再生的稀有氣體的提純的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于包括稀有氣體的氣體物流的提純的方法，所述包括稀有氣
體的氣體物流可被稱為稀有氣體物流或含稀有氣體的氣體物流。稀有氣體物流包括污染 物，如，氫氣和任選地其它可燃的或還原性的污染物。提純是指這種方法能夠提供一種
稀有氣體物流，其中稀有氣體物流中的至少一種吸氣劑可燃物(getter combustible)的組成 (composition)將被降低到小于30ppm，或小于15ppm，或小于lppm。
本發(fā)明提供了一種用于含稀有氣體的氣體的提純方法，其包括以下步驟(a)在 用于將吸氣劑可燃物轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物(例如H20和C02)的條件下，使包括不可接受數(shù)量 的至少一種吸氣劑可燃物的第一稀有氣體物流通過包括金屬吸氣劑氧化物的第一金屬吸 氣劑床，由此形成第一流出物物流，其基本上沒有所述至少一種吸氣劑可燃物并且其中 所述金屬吸氣劑被轉(zhuǎn)化為還原態(tài)；(b)使第二稀有氣體物流通過催化單元并且進行所述至 少一種吸氣劑可燃物的催化燃燒，由此形成氧化物流，所述氧化物流基本上沒有吸氣劑 可燃物并且包括未反應(yīng)的氧氣；(c)使在步驟(b)中形成的氧化物流通過包含還原態(tài)的金 屬吸氣劑的第二金屬吸氣劑床，并且在用于形成金屬吸氣劑氧化物的條件下，由此形成第二流出物物流，其基本上沒有氧氣并且基本上沒有吸氣劑可燃物；和，(d)切換所述第 一稀有氣體物流和所述氧化物流的流動，由此在步驟(b)中形成的氧化物流流向第一金屬 吸氣劑床并且所述第一稀有氣體物流流向第二金屬吸氣劑床。 本發(fā)明進一步提供了一種用于受不可接受數(shù)量的氫氣和任選的可燃污染物污染 的稀有氣體物流的提純方法，其包括(a)將含氧氣的物流引入含還原態(tài)的金屬吸氣劑的 金屬吸氣劑床，從而形成金屬吸氣劑氧化物；(b)將稀有氣體物流引入步驟(a)中使用的 金屬吸氣劑床，其形成金屬吸氣劑氧化物并且將所述稀有氣體物流中的氫氣轉(zhuǎn)化為水， 由此形成基本上沒有氫氣和氧氣的流出物物流；(c)在步驟(a)中形成所述金屬吸氣劑氧化 物后，終止將含氧氣的物流(steam)引入金屬吸氣劑床的步驟，以便在步驟(b)中保持基本 上沒有氫氣和氧氣的流出物物流的形成；(d)繼續(xù)在步驟(b)中將所述稀有氣體物流引入 所述金屬吸氣劑床，以便還原金屬吸氣劑氧化物；禾P， (e)重復(fù)所述步驟(a)至(d)以便進 行所述稀有氣體物流的連續(xù)的回收和提純。 本發(fā)明進一步提供了一種用于具有不可接受數(shù)量的至少一種吸氣劑可燃物的稀 有氣體物流的提純方法，其包括(a)在催化單元中進行所述吸氣劑可燃物的催化燃燒， 由此形成氧化物流，所述氧化物流基本上沒有吸氣劑可燃物并且包括未反應(yīng)的氧氣；(b) 使在步驟(a)中形成的氧化物流通過包含還原態(tài)的金屬吸氣劑的金屬吸氣劑床，并且在用 于形成金屬吸氣劑氧化物的條件下，而形成流出物物流，其基本上沒有所述氧氣和所述 吸氣劑可燃物；(c)在所述流出物物流中的氧氣從所述金屬吸氣劑床中大量泄漏前，終止 所述催化單元中的催化燃燒，以便形成來自所述金屬吸氣劑床的流出物物流，其基本上 沒有吸氣劑可燃物和氧氣；(d)將含有不可接受數(shù)量的吸氣劑可燃物的稀有氣體物流引入 所述金屬吸氣劑床；和，(e)從所述金屬吸氣劑床中回收稀有氣體產(chǎn)物，其已經(jīng)通過步驟 (a)至(d)中所述的方法形成。 與用于稀有氣體物流提純方法有關(guān)的另一實施方案涉及以下步驟(a)在用于 將氫氣轉(zhuǎn)化為燃燒副產(chǎn)物的條件下使稀有氣體物流通過含金屬吸氣劑氧化物的金屬吸氣 劑床并且形成沒有氫氣的流出物物流；(b)在用于保持所述金屬吸氣劑氧化物存在的條 件下，將氧氣添加到金屬吸氣劑床；和，(C)在所述流出物物流中若存在氧氣泄漏的話 (should there be an oxygen breakthrough presence in said effluent stream)， 終止將氧氣弓I入金 屬吸氣劑床的步驟。 在另一實施方案中，將催化單元添加到上述第一實施方案以便允許在金屬吸氣 劑床中未通過金屬吸氣劑氧化物燃燒的雜質(zhì)的燃燒。當在金屬吸氣劑床的上游添加時， 燃燒單元能夠更常規(guī)的操作金屬吸氣劑床，這允許金屬吸氣劑床處于還原方式中或者氧 化方式中，并非同時兩者。 在另一實施方案中，被氫氣、和任選地其它可燃或還原性的雜質(zhì)污染的稀有氣 體物流在這樣的裝置中提純，所述裝置包括催化單元和以交替的氧化和還原方式操作的 多金屬吸氣劑床系統(tǒng)。在這個實施方案中，稀有氣體進料物流(稱為U被分為第一物
流(稱為F》和第二稀有氣體物流(F,g、-Fr)。稱為R的第 一稀有氣體物流被送往以還原方
式操作的含金屬吸氣劑氧化物的第一金屬吸氣劑床，其中金屬吸氣劑氧化物被還原并且 氫氣和一些還原性雜質(zhì)被氧化。氧氣被添加到第二稀有氣體物流或催化單元，其中氫氣
和被催化的可燃的污染物被燃燒。來自催化單元的所得的氧化物流(F。)包含過量的氧氣并且使其通過以氧化方式操作的第二金屬吸氣劑床，即其中的金屬吸氣劑由還原態(tài)轉(zhuǎn)化 為氧化態(tài)。當在來自第一或第二金屬吸氣劑床中的任何一個的流出物物流中檢測到氫氣 或氧氣的泄漏時，將物流流動改線或切換，使得Fr流向第二金屬吸氣劑床并且使含過量 的氧氣的氧化物流(F。)流向第一金屬吸氣劑床。 使用如所述的本發(fā)明的提純方法可以獲得顯著的益處并且這些可以包括以下中 的一種或多種消除了需要采取金屬吸氣劑床的離線再生，因此允許稀有氣體(如氬氣) 的連續(xù)提純和生產(chǎn)，同時通過消除對冷卻和對離線床的加熱的需要而節(jié)約了能量。消除 了對額外的公用工程(如用于排空的氮氣或用于離線床的再生的載體氣體)的需要；禾口， 消除了對使用稀有氣體以便在返回在線之前從金屬吸氣劑床中排空再生氣體的需要。


圖1是從含吸氣劑可燃物的工藝物流中單金屬吸氣劑床提純稀有氣體的流程 圖。 圖2是使用并聯(lián)操作的金屬吸氣劑床從含吸氣劑可燃物的工藝物流中提純氬氣 的流程圖。
具體實施例方式
為便于對本發(fā)明的理解，其涉及提純稀有氣體物流，例如被氫氣污染的氬氣， 用于最終的再次使用，參考附圖。應(yīng)當理解的是，雖然氬氣物流是實施例中待提純的氣 體物流，所述方法可以應(yīng)用于任何種類的氣體(例如，其它惰性氣體如氦氣)物流的提純。 為便于對本文中所述的提純方法的理解，限定了兩類還原性的或污染物雜質(zhì)。 第一類的還原性的污染物或雜質(zhì)定義為"吸氣劑可燃物"。吸氣劑可燃物是指這類的還 原性的雜質(zhì)，其通過金屬吸氣劑氧化物，被燃燒，即，被轉(zhuǎn)化為其氧化物形式。氫氣和 一氧化碳是受污染的稀有氣體物流中存在的吸氣劑可燃物的主要的實例。第二類的還原 性的雜質(zhì)被稱為"被催化的可燃物"。被催化的可燃物被定義為還原性的雜質(zhì)，其在氧 氣和催化劑的存在下被轉(zhuǎn)化為燃燒副產(chǎn)物。根據(jù)定義，被催化的可燃物包括全部吸氣劑 可燃物，如氫氣和CO，以及一些烴，例如，甲烷，乙烷，乙烯，和可燃的有機物。于是 根據(jù)定義在"吸氣劑可燃物"和"被催化的可燃物"之間的區(qū)別在于全部吸氣劑可燃物 被金屬吸氣劑氧化物氧化，然而在操作溫度下許多被催化的可燃物，如甲烷、輕質(zhì)烴和 有機物沒有被這樣的金屬吸氣劑氧化物所氧化。術(shù)語污染物和雜質(zhì)在本文中可互換地使 用并且是指相同的東西。 當用于描述本發(fā)明方法時，術(shù)語"提純"是指一種用于除去進料到所述方法中 的進料氣體物流中存在的至少一種污染物中的至少一些的方法，以便生產(chǎn)具有較少的存 在于產(chǎn)物氣體物流中的那種污染物的產(chǎn)物氣體物流。當用于描述來自提純方法的產(chǎn)物氣 體物流時，術(shù)語"提純(后)的"是指相比于其中至少一種污染物通過所述方法除去的、 進料到所述方法中的進料物流，產(chǎn)物氣體物流具有較少的至少一種污染物。術(shù)語"污染 物"和"雜質(zhì)"將可互換地使用。 術(shù)語"可接受的數(shù)量"用于描述雜質(zhì)的數(shù)量，這種數(shù)量在來自本發(fā)明方法的"提純后的"稀有氣體物流中能夠被容許?？山邮艿臄?shù)量的雜質(zhì)將取決于提純后的稀有氣體物流的下游用途。在一些應(yīng)用中，僅僅1或2ppm(百萬分之)或更小的一或多種類型的污染物，例如，氧氣或氫氣，可能被容許(例如一些電子應(yīng)用)，然而，對于其它應(yīng)用，10ppm(百萬分之)或更小，或15ppm或更小可能被容許(例如熱等靜壓(HIP-ing)，用于金屬加工操作)，對于其它應(yīng)用來說，在提純后的或產(chǎn)物稀有氣體物流中小于20ppm，或小于30ppm，或小于50ppm，或小于100ppm的一或多種類型的污染物可能被容許。
術(shù)語"基本上沒有"可用于描述由本發(fā)明方法產(chǎn)生的產(chǎn)物或提純后的稀有氣體物流中的污染物的數(shù)量?；旧蠜]有與以上所限定的術(shù)語可接受的數(shù)量有關(guān)。對于一些應(yīng)用來說，基本上沒有是指存在于提純后的或產(chǎn)物稀有氣體物流中的僅僅1或2ppm(百萬分之)或更小的至少一種或多種或者全部類型的污染物，或10ppm(百萬分之)或更小，或15ppm或更小，或20ppm或更小，或30ppm或更小，或50ppm或更小，或100ppm或更小的至少一種或多種或者全部類型的污染物。無論是一種還是多于一種類型的污染物或雜質(zhì)被正測量出(are being measured),術(shù)語污染物和雜質(zhì)將被使用。 實際的"泄漏時間"是，在待提純的稀有氣體物流的流動從第一金屬吸氣劑床切換到第二金屬吸氣劑床后，或者當使用單個吸氣劑床時終止氧氣流到催化單元后，離開該(第二 )金屬吸氣劑床的該稀有氣體物流中的氧氣或氫氣(或其它雜質(zhì))在離開那個金屬吸氣劑床的那個稀有氣體物流中被分析儀檢測到所花費的時間。在產(chǎn)物提純后的氣體物流中提純方法可以容許的，泄漏的量，即離開至少一個金屬吸氣劑床的產(chǎn)物或流出物物流中的雜質(zhì)的量，是多少泄漏可以被產(chǎn)物提純后的稀有氣體物流的下游用途所容許的和在下游使用前混合在一起多少產(chǎn)物提純后的稀有氣體物流的函數(shù)。例如，如果收集產(chǎn)物提純后的稀有氣體物流并且將其保持在罐中，并且大部分的產(chǎn)物提純后的稀有氣體物流包含小于lppm的污染物，但是，對于一部分的產(chǎn)物收集時間，即，對于恰好泄漏時間，在泄漏時(at breakthrough)的產(chǎn)物提純后的稀有氣體物流包含30ppm的污染物，于是，當收集并混合時，全部產(chǎn)物稀有氣體物流可以包含小于5ppm的污染物。在下游再次使用中在產(chǎn)物提純后的稀有氣體物流中的污染物的可接受的數(shù)量可以是10ppm，在產(chǎn)物稀有氣體物流被收集、混合后其是令人滿意的，盡管對于泄漏時間的產(chǎn)物稀有氣體物流中的污染物超過該可接受的數(shù)量。 術(shù)語"大量泄漏(substantial breakthrough)"被用來指這樣的泄漏的量，如果未被檢出，其將導(dǎo)致在產(chǎn)物提純后的氣體物流中存在一種或多種污染物，其高于對于一或多種類型的污染物的可接受的數(shù)量。 術(shù)語"稀有氣體"或"稀有氣體物流"是包括主要地稀有氣體和一種或多種污染物的氣體物流。其可以被稱為"包括稀有氣體的氣體物流"或者"(包)含稀有氣體的氣體物流"等等。 不定冠詞"a"禾P "an"，如本文中使用的，當用于說明書和權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的實施方案中的任何特征時，是指一或多。使用"a"和"an"不局限于單個特征的意思，除非這種限制被具體指出。在單數(shù)或復(fù)數(shù)名詞或名詞短語前的定冠詞"the"表示一或多的特定說明的特征并且可以具有單個或多個的內(nèi)涵，這取決于其中使用它的上下文。形容詞"任何"是指無論什么數(shù)量的不加區(qū)別地一個、 一些或全部。在第一實體和第二實體之間放置的術(shù)語"和/或"是指(l)第一實體、(2)第二實體和(3)第一實體和第二實體中的一種。A.催化單元和一個金屬吸氣劑床 參考圖l，控制系統(tǒng)(未標記)，其包括控制單元100，其可以是可編程邏輯控制器(PLC)、計算機等等，流量計102，用于確定吸氣劑可燃物和被催化的可燃物含量的分析儀104和106，和用于含氧氣的氣體供給7的控制閥108。建立控制系統(tǒng)從而便于基本上自動控制提純方法?？刂茊卧?00具有從流量計102和分析儀104和106接收信息的能力，并且基于控制單元100中的編程，從而與控制閥108通訊并且引起控制閥108的調(diào)節(jié)。分析儀、閥等之間的通訊用電或者通過射頻等來發(fā)生。在提純方法中，稀有氣體物流，例如氬氣物流，包括吸氣劑可燃物，通常氫氣，和/或CO和任選地被催化的可燃物，包括摻雜劑，和氧氣，如可能存在于來自高溫金屬或硅爐中的流出物的，并且受其污染，是從這樣的爐或其它上游工藝中捕獲的并且通過管線2輸送到本發(fā)明的提純方法。在一些實施方案中，在稀有氣體物流2中，作為吸氣劑可燃物的氫氣的濃度通常為200-700ppm，但通常其可以為50-1000ppm，而在稀有氣體物流中，其它吸氣劑可燃物，例如CO和被催化的可燃物如甲烷及其他輕質(zhì)有機物的水平，可以為0-1000ppm。在大多數(shù)應(yīng)用中，在可以再次使用污染的氬氣或其它稀有氣體物流之前，吸氣劑雜質(zhì)，以及氧氣，應(yīng)當被除去，以便其總雜質(zhì)水平低于30ppm，優(yōu)選地低于5ppm并且有時如前所述的更低(的值)。可以使用這種提純方法以便提供氧氣或氫氣水平小于30ppm，優(yōu)選地小于5ppm的稀有氣體物流。在所述方法中，優(yōu)選地，待被所述方法除去的全部雜質(zhì)被除去至(或低于)預(yù)先選定的水平。 稀有氣體物流例如氬氣物流2通過流量計102，由( 一或多個)分析儀104分析吸氣劑可燃物和被催化的可燃物的組成(典型地，分析局限于確定物流中的H^ CO，總烴化合物(THC)和氧氣的量)。已知流動速率和組成，人們可以估算或者控制單元可以確定金屬吸氣劑的氧化和還原之間的操作順序。在分析之后，使氬氣物流通過預(yù)熱器4，其中氬氣物流的溫度被升高到操作溫度，其通常是20(T F-500° F，或者至45(T F。 從預(yù)熱器4，其通過管線6來輸送，其中它與化學(xué)計量的過量的氧氣混合，基于分析儀104所測量的吸氣劑可燃物和被催化的可燃物的數(shù)量。通過管線8從罐7引入(例如輸入或注入)管線6中的污染的稀有氣體物流的氧氣的數(shù)量由閥108來控制，所述閥108通過來自控制單元100的信號來操作。氬氣和氧氣的這種混合物然后通過管線10被送到催化單元12。在未示出的上述方法的變化中，氧氣可以直接注入催化單元12，而不是注入管線6或者注入催化單元12和管線6兩者和/或在流量計102后并且在預(yù)熱器4前氧氣可以注入管線2。 通過罐7輸送到所述方法的氧氣優(yōu)選地是含高純度氧氣的氣體，其純度大于99%。然而，如果含氧氣的氣體中的"雜質(zhì)"是氬氣并且待提純的物流是氬氣，可以使用較低純度的含氧氣的氣體?；蛘撸谘鯕庵锌梢匀菰S其它雜質(zhì)如果本發(fā)明方法的下游是額外的提純步驟，其中含氧氣的氣體中的雜質(zhì)將容易地被除去；如果本發(fā)明方法可以容許雜質(zhì)；或者如果提純后的物流的下游用途可以容許存在于氧氣物流中的雜質(zhì)，其可以終結(jié)(endup)于所得的提純后的稀有氣體物流，例如，氧氣供給源中存在的氮氣。
催化單元12包含金屬催化劑，其能夠?qū)⒈淮呋目扇嘉镛D(zhuǎn)化為它們的氧化物形式。鉑或鈀或兩者的混合物，在氧化鋁載體上攜帶，可以被用作催化劑。在催化單元12中，被催化的可燃物，在氧氣存在下，并且在催化條件下，被轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。通常，催化單元12在約200-25(TC的溫度下操作。 來自催化單元12的管線14中的流出物物流沒有或基本上沒有被催化的可燃物，其包括吸氣劑可燃物，如氫氣，CO，和烴。然而，來自催化單元12的管線14中的流出物物流包含未反應(yīng)的氧氣并且有必要從流出物物流中除去氧氣。通過使氧化物流與處于其還原態(tài)的金屬吸氣劑接觸來進行除氧。更具體地說，通過管線14將來自催化單元12的氧化物流輸送到金屬吸氣劑床16，后者包含金屬吸氣劑。當流出物物流通過金屬吸氣劑床16時，金屬吸氣劑被轉(zhuǎn)化成其氧化物形式，而所述方法物流耗盡了其過量的氧氣。
金屬吸氣劑便于提純方法，其中在其金屬氧化物形式中，其能夠釋放氧氣給吸氣劑可燃物如氫氣(形成水)和CO(形成二氧化碳)，并且在其還原態(tài)中，其從物流中除去氧氣，例如，從自催化單元12離開的氧化流出物物流中。金屬吸氣劑的實例是銅吸氣劑材料如BASFR3-11，其包括在氧化鋁載體上的30%銅。其是用于處理氬氣物流的有用的金屬吸氣劑。金屬吸氣劑的其它實例包括金屬氧化物，MnO和MO。
當金屬吸氣劑變成完全被氧化的時候，在管線18中將存在氧氣泄漏，除非中止流動。在該時刻，并且優(yōu)選地略微在大量氧氣泄漏前，或者在氧氣的量高于離開本發(fā)明方法的稀有氣體物流(還稱為產(chǎn)物提純后的稀有氣體物流或提純后的稀有氣體物流等等)的可接受的數(shù)量之前，管線8中的至催化單元12的氧氣流動被終止并且因此催化單元12中的被催化的可燃物的燃燒被終止。由于催化單元12中的被催化的可燃物的燃燒的終止，吸氣劑可燃物的除去從催化單元12移動到金屬吸氣劑床16。由于氧氣從金屬吸氣劑氧化物中釋放并且金屬吸氣劑變成完全被還原，如果不重新開始催化單元12之前或入催化單元12的氧氣的流動，那么將存在自金屬吸氣劑床16的吸氣劑可燃物的最終泄漏。
在圖l實施方案中，在金屬吸氣劑床中的催化單元與金屬吸氣劑的結(jié)合允許使用簡單的控制系統(tǒng)來連續(xù)提純稀有氣體物流。 為防止由大量吸氣劑可燃物或氧氣泄漏所引起的產(chǎn)物污染，來自金屬吸氣劑床16的管線18中的產(chǎn)物氣體物流由分析儀106分析吸氣劑可燃物，典型地氫氣和氧氣。取決于最終的氬氣純度要求，分析樣品可以來自如管線18中所示的金屬吸氣劑床流出物或者其可以位于金屬吸氣劑床16中的任一點處。如果分析儀106的取樣點在金屬吸氣劑床之中(未示)，任選地接近金屬吸氣劑床出口，其例如可以是在距出口 1/4金屬吸氣劑床長度的位置(未示)，那么，在被分析儀檢測污染物(處于過高數(shù)量)后，在從床泄漏前，可以存在著足夠可得的床長度以便將大多數(shù)的，如果不是全部的話，金屬吸氣劑床和管線14中的吸氣劑可燃物氧化。如果存在泄漏，S卩，在物流18中存在至少一種雜質(zhì)令人不滿意的水平，如由分析儀106所檢測的，或者如果泄漏即將發(fā)生(當從床內(nèi)部接收氣體樣品的分析儀檢測到一種或多種的(one of more of)雜質(zhì)處于高于工藝所允許的數(shù)量時)，控制單元100調(diào)節(jié)通過閥108的氧氣流量從而在催化單元12中開始或終止可催化的可燃物轉(zhuǎn)化成其氧化物形式(通過另加的氧氣)并且開始或終止金屬吸氣劑床16的氧化或還原，視情況而定。當含氧氣的氣體被引入催化單元(或者引入到進入催化單元的稀有氣體物流)，如果不通過控制系統(tǒng)對所述方法進行進一步調(diào)節(jié)的話，即，如果不終止氧氣流動的話，氧氣將最終泄漏出金屬吸氣劑床16。當含氧氣的氣體未被引入催化單元(或者未被引入到進入催化單元的稀有氣體物流)，如果不通過控制系統(tǒng)對所述方法進行進一步調(diào)節(jié)的話，即，如果不打開氧氣流動的話，氫氣將最終泄漏出金屬吸氣劑床16。
在圖l所示的實施方案中，提純后的或較潔凈的產(chǎn)物含氬氣的物流在熱交換器20中被冷卻并且通過管線22輸送用于進一步的提純步驟(未示)或再次使用。
在提純稀有氣體物流，如氬氣中使用催化單元和金屬吸氣劑的結(jié)合的益處在于，其允許除去還原性的雜質(zhì)、氫氣和一氧化碳，和在一些情況中，大百分比的被催化的可燃物如烴。即使不是全部的烴被轉(zhuǎn)化為二氧化碳，通過使用裝置的結(jié)合(而實現(xiàn)的)烴和有機雜質(zhì)的水平降低對于氬氣再循環(huán)來說可能是足夠的。除氫氣和一氧化碳減少之外，產(chǎn)物稀有氣體物流，例如氬氣，基本上沒有氧氣。C02、 H^和大部分的剩余烴(HC)可以在隨后的吸附系統(tǒng)中被除去，如果期望的話。B.—個金屬吸氣劑床
在本發(fā)明的另一實施方案中，有可能通過省略或停用(deactivating)催化單元12來使用圖1中所述方法的更簡化的變體。然而，最終產(chǎn)物物流將包含更多的還原性的雜質(zhì)，例如，在金屬吸氣劑床16中未被金屬吸氣劑氧化的烴。當催化單元12從操作中除去的時候，操作員(one)交替地將氧氣流動切換到接通位置，此時金屬吸氣劑處于其還原態(tài)，和關(guān)閉狀態(tài)，此時金屬吸氣劑處于其氧化態(tài)。在金屬吸氣劑床16的初始部分中，于是，金屬吸氣劑可以正在經(jīng)受順次的還原和氧化，其中過量的氧氣通過金屬吸氣劑床并且在金屬吸氣劑床中將平衡的(the balance of)金屬吸氣劑氧化至其氧化形式。優(yōu)選地，恰好在氧氣在金屬吸氣劑床中泄漏之前，終止至金屬吸氣劑床的氧氣流動。提純稀有氣體物流的這種備選方法，雖然在設(shè)備要求方面提供了簡化，但是更難以操作，因為金屬吸氣劑的表觀(apparent)的同時還原和氧化。C.催化單元和兩個金屬吸氣劑床
在提純方法的另一實施方案中，并且如圖2中所描述的，在凈化系統(tǒng)中處理氬氣物流，所述凈化系統(tǒng)包括至少一個催化單元和多個并聯(lián)操作的金屬吸氣劑床。金屬吸氣劑床的并聯(lián)操作，是指在給定的時間點處，多于一個的床是在線的并且加工流程是非順序的方式。通過以待述方式進行操作，有可能在多于一個金屬吸氣劑床中以連續(xù)生產(chǎn)的形式進行操作，而不需為再生而使任何床離線。 為便于對這種實施方案的理解，參考圖2，其包括一個催化單元和兩個金屬吸氣劑床。 類似于圖1中所示的實施方案，控制系統(tǒng)(未標記)包括至少一個控制單元300，至少一個流量計，如所示，流量計302、 304，至少一個控制閥，如所示，控制閥306、318、 320、 322、 324和327，和任選的取樣管線312、 314和316和至少一個分析儀310，其可以是如圖1中所示的一個或多個分析儀。在本發(fā)明的其它實施方案中，控制系統(tǒng)包括至少一個控制單元，至少一個流量計，和至少一個分析儀和任選地至少一個控制閥以便提供這樣的控制系統(tǒng)，其能夠自動地響應(yīng)于所述方法中的變量中的至少一些的變化，如流動速率的變化，稀有氣體物流組成的變化，泄漏或其它的方法變量。在其它實施方案中，控制系統(tǒng)包括至少一個控制單元和下述中的至少一個或多個流量計和/或分析儀和/或閥，以任何組合的方式，只要控制系統(tǒng)能夠檢測并且響應(yīng)于方法變量的變化。
含氬氣的進料物流(稱為U，其是被吸氣劑可燃物如氫氣并且通常地被催化的可燃物污染的，通過管線202而被引入到提純方法中，其中它通過流量計302并且通過分析儀310經(jīng)由取樣管線312來分析組成。在一個實施方案中，流動速率F,g、(由流量計302確定)和氬氣物流的組成分析被通訊至控制單元300，并且使用那種信息，控制單元300可以確定含氬氣的氣體物流的部分(F^、-Fr)以便指向催化劑單元和含氬氣的氣體物流的部分Fr以便指向吸氣劑床之一?？刂崎y306可以自動地被調(diào)節(jié)，經(jīng)由從控制單元300至閥306的通訊，從而提供那些部分。另外或者備選地，可以通過控制單元300來計算金屬吸氣劑床的氧氣需要和周期時間的近似值，并且那種信息可用于通過控制單元對控制閥327、 320、 322、 318、 306和324的控制來控制所述方法。 物流202被分成兩個物流，形成物流204和212，雖然備選地，進料物流(被污染的含氬氣的氣體物流)可以通過兩個或更多進料管線而引入到所述方法中，這取決于設(shè)計偏好。物流204(其在本文中被稱為物流F》的流動速率是通過流量計304來測量的并且經(jīng)由控制單元300通過閥306來控制速率。在預(yù)熱器206中加熱物流204至操作溫度并且經(jīng)由管線208送至金屬吸氣劑床210a或210b。 Ff至金屬吸氣劑床之一的流動方向是分別通過打開和關(guān)閉，或者關(guān)閉和打開閥318或320來控制的。 物流212，具有被稱為F『Fr的流動速率，在預(yù)熱器214中被加熱，并且將02從氧氣源頭(未示)經(jīng)由管線218添加到管線216。經(jīng)由管線218而引入管線216的期望的氧氣流動速率(Fo2)是進行被催化的可燃物的燃燒和在線再生期間將金屬吸氣劑轉(zhuǎn)化成其氧化物形式所需的那種數(shù)量。那種數(shù)量是由等式l中所述的關(guān)系來確定的等式^02 =(F總-Fr)(l/2XH2+l/2Xco+nX，)+Fr(l/2XH2+l/2Xc。+n' X0GC)-F總*X02其中，*是指乘以，F(xiàn)o2是指經(jīng)由管線218輸送至管線216的02的摩爾流動速率，XH2是指在物流F,g,-Fr和Ff中H2的摩爾濃度，Xc。是指在物流F總-Fr和Fr中的CO的摩爾濃度，XTHC是指在物流F總-Fr中的烴的摩爾濃度，和X。^是指在物流Fr中除H2和CO以外的吸氣劑可燃物的摩爾濃度。因子n和n'被選擇用來分別提供總烴和其它吸氣劑可燃物的平衡的燃燒等式。要注意的是所輸送的氧氣的總量是化學(xué)計量過量的(相對于F^-Fr中的可燃物來說)，過量達(l/2XH2+l/2Xc。+n' X。QC-X。2) * R其中X。2是指已經(jīng)存在于進料物流R中的02的摩爾濃度，F(xiàn)總、Fr和(F總-F》分別是管線202、 204和212中的氣體物流的流動速率。
基本上，根據(jù)等式l，將氧氣(經(jīng)由含氧氣的氣體)添加到所述方法，其數(shù)量提供了用于氧化物流F^中的全部吸氣劑可燃物并且使輸送至催化單元222的被催化的可燃物燃燒所需要的大約化學(xué)計量的數(shù)量。本發(fā)明的實施方案提供了添加如等式1所確定的02的基本上化學(xué)計量的數(shù)量，或者添加02的化學(xué)計量數(shù)量的正或負15%、或者正或負10%或者更小。 在氧氣管線218上提供的控制閥327是控制系統(tǒng)的一部分，并且在控制單元300使用來自流量計和分析儀的輸入計算等式l(或等式1的一部分)后，通過從控制單元至那個控制閥327的通訊來控制的。 具有附加的氧氣的預(yù)熱的氬氣物流經(jīng)由管線220通到催化單元222，其中被催化的可燃物被轉(zhuǎn)化成其氧化物形式。如圖l實施方案中的，為了進行被催化的可燃物如H2、 CO和烴的轉(zhuǎn)化，通常在催化單元222中使用金屬催化劑，例如Pd或Pd/氧化鋁。如果操作員根據(jù)等式1的關(guān)系對所述方法進行操作，離開催化單元222的管線224中的氧化物流F。將包含氧氣，其相對于物流R中的吸氣劑可燃物是基本上化學(xué)計量數(shù)量的。
現(xiàn)在包括未反應(yīng)的氧氣的氧化物流224被送到處于其還原態(tài)中的金屬吸氣劑床。通過打開或關(guān)閉閥322或324來控制流動方向。如圖2所示，閥322是打開的并且閥324是關(guān)閉的。在所選擇的床中，氧化物流224中的未反應(yīng)的氧氣將金屬吸氣劑床中所含的金屬吸氣劑氧化，當所述物流從中通過時。假設(shè)在初始循環(huán)中，第二金屬吸氣劑床210b處于其還原形式中，閥324關(guān)閉并且閥322打開，使得流向床210b(如所示)，其 中金屬吸氣劑被F。中的未反應(yīng)的氧氣氧化。 包含流動R的管線204，如前所述，在預(yù)熱器206中被預(yù)熱。預(yù)熱溫度通常小 于25(TC，或者至150-20(TC的溫度。預(yù)熱的物流被送到第一金屬吸氣劑床210a，其處于 其金屬氧化物形式。通過使用閥318和320來引導(dǎo)流動。假設(shè)在第一次初始循環(huán)中，金 屬吸氣劑床210a處于其氧化物形式，任何吸氣劑可燃物，如112，在金屬吸氣劑氧化物存 在下被氧化而形成H20并且所述物流中的任何C0被氧化成CC^。在這個步驟中，金屬 吸氣劑床中的金屬氧化物被還原為金屬。 離開金屬吸氣劑床210b和210a的物流228和230分別沒有或者基本上沒有吸氣 劑可燃物氫氣、 一氧化碳和氧氣，這意味著所述方法提供了 "提純的"含氬氣的物流， 具有其中那些雜質(zhì)的可接受水平。數(shù)量為FrXcc的被催化的可燃物，其中Xcc是被催化的 可燃物的摩爾濃度，將存在于物流230中，因為，如所述的，它們沒有被金屬吸氣劑轉(zhuǎn) 化成相應(yīng)的氧化物。在混合器232中，物流228和物流230被混合在一起，并且經(jīng)由管線 234輸送到后冷卻器236，其中氣體典型地被冷卻至約4(TC。從后冷卻器236，冷卻的物 流，如果期望的話，可以經(jīng)由管線238被輸送到另外的任選的下游的提純步驟和系統(tǒng)(未 示)如吸附系統(tǒng)，其中可以除去氧化產(chǎn)物如&0、 CC^和剩余的THC。 吸附系統(tǒng)還可以 被設(shè)計用于從氬氣物流中除去其它雜質(zhì)如氮氣。 下游的提純吸附系統(tǒng)，如果期望的話，可以是變壓吸附系統(tǒng)(PSA)，變溫吸附系 統(tǒng)(TSA)，熱增強的PSA或者真空變壓吸附系統(tǒng)(VSA)。吸附系統(tǒng)可以具有兩個或更多 個吸附床并且所述床可以具有一層或多層的吸附劑以便除去各種剩余的雜質(zhì)。
最終，在圖2中所述的提純方法的給定循環(huán)中，從催化容器222中接收氧化物流 的金屬吸氣劑床中的金屬吸氣劑將變成被氧化的并且接收Fr流動的金屬吸氣劑床將被還 原。在此刻，至床210a和210b的物流208和224被切換并且改線。通過關(guān)閉閥318和 打開閥320，物流R將流動到金屬吸氣劑床210b。相應(yīng)地，閥322將被關(guān)閉并且閥324 將被打開。管線224中的氧化物流F?，F(xiàn)將直接流到金屬吸氣劑床210a并且將金屬吸氣 劑床210a中的金屬吸氣劑氧化。通過以這種方式操作，在不使得金屬吸氣劑床210a或 210b停工的情況下在線再生金屬吸氣劑床可以被實現(xiàn)，同時實現(xiàn)了氬氣產(chǎn)物(其是一個或 多個提純的氬氣物流)的連續(xù)生產(chǎn)。 為了保持產(chǎn)品純度，控制單元300應(yīng)當在吸氣劑可燃物或氧氣從金屬吸氣劑床 210a或者210b中泄漏或者大量泄漏前，使得物流R和F。改線到其它金屬吸氣劑床。泄 漏可以由來自位于流出物管線228和230中的取樣管線314和316的分析儀310進行檢 測，或者，如果期望的話，雖然未示出，(所述分析儀)來自位于金屬吸氣劑床210b和 210a中的取樣點，如結(jié)合圖l所述的。例如，如果在通過床流動的方向中將取樣點(未 示)放置在距金屬吸氣劑床210a和210b的入口約3/4的床總長度處，那么當氧氣或吸氣 劑可燃物的泄漏被一個或兩個分析儀檢測出并且控制單元使得合適的閥打開和關(guān)閉來引 導(dǎo)R和F。到相反的床時，在金屬吸氣劑床的剩余1/4長度中將存在著充足的金屬吸氣劑 存貨(inventory)以便處理在流過所述床和換向閥(閥318和322或者閥320和324)下游的 氣體物流中的剩余的吸氣劑可燃物或氧氣，來防止不可接受的水平的污染物到達管線228 和230中的產(chǎn)物稀有氣體物流。吸氣劑床中的最佳的取樣位置可以基于分析儀的檢測下限和產(chǎn)物稀有氣體物流的目標最后純度來確定。D.控制床的在線再生
在理想系統(tǒng)中，其中使用兩個具有相同的體積、長度、直徑和其中金屬吸氣劑 的性能特征的金屬吸氣劑床，并且添加到系統(tǒng)中的氧氣流量，F(xiàn)o2，恰好等于使吸氣劑可 燃物和催化可燃物的某一級分燃燒所需的化學(xué)計量數(shù)量，于是，在氫氣穿透接收Fr的床 的同時，氧氣將穿透接收F。的床。在這種理想的系統(tǒng)中，在任何給定的時間，在兩個吸 氣劑床之間存在有總床長度的氧化的金屬。在循環(huán)開始時，總長度是正要接收Fr流量的 床的長度。隨著進料步驟發(fā)展，接收Fr的床的被氧化的長度降低，接收F。的床的被氧化 的長度增加，兩者速率相同，在兩個床中保持了金屬束縛氧(metal bound oxygen)的恒定 存貨(inventory)。 操作中，然而，基于離散時間對進料物流進行組分分析。離散取樣，不恰當?shù)?校準，閥故障及其他干擾可能導(dǎo)致太少或太多的氧氣被注入到系統(tǒng)中。失衡的氧氣計量 加入的征兆是在床泄漏時間方面的差異。在第一個實例中，相比于等式l的規(guī)定，更多 的氧氣被計量加入到系統(tǒng)中，在接收Fr的床被完全還原前，引起接收F。流量的床泄漏氧 氣。結(jié)果，在兩個床內(nèi)的存貨(inventory)中束縛氧(bound oxygen)的總長度等于一個床 長度以上。最后，在泄漏時，系統(tǒng)中的被氧化的部分的總長度將等于接收F。的床的總長 度和接收Fr的床(在(另一床中的02)泄漏時其未被還原完)的長度的一部分，其通常將 是未知的(這一長度可以進行估算，如果在床中在中間距離處進行氣體樣品采取和分析的 話)。為了將系統(tǒng)中的總被氧化的床長度降低到一個床長度的期望水平，必須采取降低氧 氣流量Fcv 在一種控制方法中，將通過接收F。的床的泄漏時間和接收R的床的泄漏時間的 比值來調(diào)節(jié)流量Fo2。被調(diào)節(jié)的Fo2流量在等式2中給出；等式2 : F。2(n+1) = F。2(n) * tF。(n/
tFr(n) 這里，F(xiàn)o2(n+1)是循環(huán)n+1的氧氣流量，F(xiàn)o2(n)是循環(huán)n(恰好n+1以前的循環(huán))的 氧氣流量，^是接收氧化流量F。的床的泄漏時間，W是接收還原流量Fr的床的泄漏時 間，兩者均指循環(huán)n。在實踐中，然而，對于泄漏來說，僅僅第一床的泄漏時間可以被知 道，因此當?shù)谝淮残孤r通常切換床。對于調(diào)節(jié)氧氣流量的實際的選擇是通過監(jiān)控床中 那些位置的氣體物流的組成，使用床中的中間距離的泄漏時間。如果使用在中間距離的 泄漏時間，距床的頂端(或底部)的相同距離必須用于兩個床，除非控制單元程序的編寫 考慮到監(jiān)控設(shè)備的不同位置。此外，優(yōu)選地，床是相同尺寸的，具有相同的金屬吸氣劑 材料，等等，但是在本發(fā)明方法中可以使用不同的金屬吸氣劑床，并且可以編寫控制單 元的程序以便在吸氣劑床和其它設(shè)備件之間考慮到那些區(qū)別來調(diào)節(jié)物流的路徑。此外， 應(yīng)當使用距床的底部顯示出接收F。的床中的氧氣泄漏和接收Fr的床中的氫氣泄漏的第一 取樣點。 在這第一個實例中，其中接收F。的床首先泄漏，泄漏時間的比值，tF。(n/tFR(n^J、 于l(less than unity)并且Fo2被還原。在第二個實例中，其中在接收F。的床被氧氣穿透 前，接收Fr的床被氫氣穿透，泄漏時間的比值大于l(greater than unity),導(dǎo)致下一個循環(huán) 的Fc^的增加。 另一控制方法將是通過實際的泄漏時間與由流量和分析測量值計算的理論的泄 漏時間的比值來降低Fcv實際的泄漏時間是，在金屬吸氣劑床之間切換流動后(或者對
143 . , 一 f /
于單個床實施方案，終止氧氣流到催化單元后)，離開該金屬吸氣劑床的該稀有氣體物流 中的氧氣或氫氣(或其它雜質(zhì))在那個稀有氣體物流中被分析儀檢測到所花費的時間。理
論的泄漏時間，其對于接收F。的床和接收Fr的流動是相同的，由以下等式3給出；等式 Z,綠》，)0 等式3中所用的變量在表1中給出。如果接收F。的床首先泄漏，那么氧氣流〗 應(yīng)當降低達這樣的比例等式4a: F。,+D二tb糾/Ue。(,F。酬 如果接收Fr的床首先泄漏，那么氧氣流量比值應(yīng)當增加達等式4b: F。2(n+1)=
ttheo(n/tbt(n)F"o2(n)表1
描述典型的度 量單位等式2，單位
x膽在測量時間^進料中的氫 氣的體積(摩爾)濃度ppmv摩爾H2/摩爾進料
XcOi在測量時間^進料中的CO 的體積(摩爾)濃度ppmv摩爾CO/摩爾進 料
當進行第i次測量時的時間秒秒
tbt(n)在循環(huán)n中(H2或02)第一次 的泄漏的時間秒秒
在時間^旁路通過催化單 元的進料的流量Scfh摩爾/秒
Cc在操作溫度和壓力一種金 屬吸氣劑的02容量摩爾02
T 丄theo(n)循環(huán)n的理論泄漏時間秒 可以在循環(huán)開始時進行上述實例中的氧氣流量調(diào)節(jié)，其恰好在物流改線或者在 金屬吸氣劑床之間切換后開始。如果在床的中間部分中存在有用于監(jiān)控氫氣和氧氣的取 樣點，在循環(huán)期間通過控制閥327可以進行流量調(diào)節(jié)以便調(diào)節(jié)氧氣存貨(inventory)。
在使用多于一個吸氣劑床(可能存在多于兩個的情況，如果期望的話)的實施方 案中，上述實施方案中的第二吸氣劑床將另外的控制變量提供給一個吸氣劑床的實施方 案。將流量分開，R至F總-R可以通過控制閥306來調(diào)節(jié)，以便滿足另外的操作限制， 如最小氧氣濃度(對于催化單元222)，最大氧氣濃度(金屬吸氣劑床210a和210b)和最高 溫度限制(對于有效的催化劑和吸氣劑操作來說)。控制多少被污染的氬氣進料的流量在 Fr和(F^-Fr)之間的分配還可以容許系統(tǒng)處理進料中更大濃度的吸氣劑可燃物。如果需要
15的話，附加的金屬吸氣劑床、和流量控制和/或進料儲存罐可以被提供以便處理本發(fā)明方 法的被污染的氬氣進料的不均勻的流量。 在多床系統(tǒng)中相應(yīng)的金屬吸氣劑床的順次的氧化和還原使得基本上連續(xù)提純了 稀有氣體物流，而不需使金屬吸氣劑床離線。 本發(fā)明方法的獨立組成部分全部是市售可得的或者可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 來建造。 參考特定的實施方案已經(jīng)描述了本發(fā)明。其它的實施方案對于本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員來說是顯而易見的并且在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種用于含稀有氣體的氣體的提純方法，其包括以下步驟(a)在用于將吸氣劑可燃物轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物的條件下，使包括不可接受數(shù)量的至少一種吸氣劑可燃物的第一稀有氣體物流通過包括金屬吸氣劑氧化物的第一金屬吸氣劑床，由此形成第一流出物物流，其基本上沒有所述至少一種吸氣劑可燃物并且其中所述金屬吸氣劑被轉(zhuǎn)化為還原態(tài)；(b)使第二稀有氣體物流通過催化單元并且進行所述至少一種吸氣劑可燃物的催化燃燒，由此形成氧化物流，所述氧化物流基本上沒有吸氣劑可燃物并且包括未反應(yīng)的氧氣；(c)使在步驟(b)中形成的氧化物流通過包含還原態(tài)的金屬吸氣劑的第二金屬吸氣劑床，并且在用于形成金屬吸氣劑氧化物的條件下，由此形成第二流出物物流，其基本上沒有氧氣并且基本上沒有吸氣劑可燃物；和，(d)切換所述第一稀有氣體物流和所述氧化物流的流動，由此在步驟(b)中形成的氧化物流流向第一金屬吸氣劑床并且所述第一稀有氣體物流流向第二金屬吸氣劑床。
2. 權(quán)利要求1的方法，進一步包括以下步驟(e) 切換所述第一稀有氣體物流和所述氧化物流的流動，由此，在步驟(b)中形成的氧 化物流流向第二金屬吸氣劑床，所述第一稀有氣體物流流向第一金屬吸氣劑床；(f) 收集來自所述第一和第二吸氣劑床的流出物物流；(g) 重復(fù)步驟(d)-(f)。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中稀有氣體物流包括氬氣。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中金屬吸氣劑床包括銅。
5. 權(quán)利要求1的方法，進一步包括以下步驟在步驟(b)之前或期間將一定流速的氧 氣引入第二稀有氣體物流。
6. 權(quán)利要求5的方法，進一步包括以下步驟使用等式l，計算通過所述引入步驟，用于引入的氧氣的摩爾流動速率(Fo》 等式l<formula>formula see original document page 2</formula>其中Fo2是指02的摩爾流動速率，F(xiàn) ^是指通過將第一和第二稀有氣體物流相加而計 算的至所述方法的總稀有氣體進料速率，R是指所述第一稀有氣體物流流動速率，F(xiàn) & 是指第二稀有氣體物流流動速率，XH2是指，分別地，物流(F總-Fr)和Fr中H2的摩爾濃度，Xc。是指物流F總-Fr和Fr的CO的摩爾濃度，XTHC是指在物流F & 中的烴的摩爾濃度，n和n'是用于提供平衡等式的因子，X。QC是指除H2和CO以外的吸氣劑可燃物的摩爾濃度，并隨后在所述引入步驟期間，將正或負15X的所述F02注入所述第二稀有氣體物流。
7. 權(quán)利要求5的方法，在所述切換階段(d)之前進一步包括以下步驟分析來自所述 第一或第二金屬吸氣劑床的所述流出物物流中的至少一個的所述吸氣劑可燃物或所述氧 氣的實際泄漏。
8. 權(quán)利要求7的方法，進一步包括在所述引入步驟中，控制氧氣流動速率的步驟，基 于金屬吸氣劑床中的至少一個的實際的泄漏時間。
9. 權(quán)利要求5的方法，進一步包括在所述引入步驟中控制至所述系統(tǒng)的氧氣流動速率 的步驟，基于實際與理論泄漏時間的比值。
10. 權(quán)利要求1的方法，其中在來自所述第一金屬吸氣劑床或所述第二金屬吸氣劑床 的第一或第二流出物物流中的至少一個中的吸氣劑可燃物或氧氣的實際泄漏前，進行所 述切換步驟(d)。
11. 權(quán)利要求l的方法，其中在來自所述第一金屬吸氣劑床或所述第二金屬吸氣劑床 的第一或第二流出物物流中的至少一個中的吸氣劑可燃物或氧氣的泄漏后立即進行步驟 (d)中的所述切換。
12. 權(quán)利要求1的方法，進一步包括以下步驟在所述切換步驟前，分析所述第一或第二金屬吸氣劑床中的至少一個中的所述氣體 物流中的至少一個的所述吸氣劑可燃物或所述氧的即將發(fā)生的泄漏，并且在來自所述第 一或所述第二金屬吸氣劑床的所述第一或第二流出物物流中的至少一個中的吸氣劑可燃 物或氧氣的所述泄漏前，進行所述切換步驟。
13. —種用于受不可接受數(shù)量的氫氣和任選的可燃污染物污染的稀有氣體物流的提純 方法，其包括(a) 將含氧氣的物流引入含還原態(tài)的金屬吸氣劑的金屬吸氣劑床，從而形成金屬吸氣 劑氧化物；(b) 將稀有氣體物流引入步驟(a)中使用的金屬吸氣劑床，其形成金屬吸氣劑氧化物并 且將所述稀有氣體物流中的氫氣轉(zhuǎn)化為水，由此形成基本上沒有氫氣和氧氣的流出物物 流；(c) 在步驟(a)中形成所述金屬吸氣劑氧化物后，終止將含氧氣的物流引入金屬吸氣劑床的步驟，以便在步驟(b)中保持基本上沒有氫氣和氧氣的流出物物流的形成；(d) 繼續(xù)在步驟(b)中將所述稀有氣體物流引入所述金屬吸氣劑床，以便還原金屬吸氣劑氧化物；禾口，(e) 重復(fù)所述步驟(a)至(d)以便進行所述稀有氣體物流的連續(xù)的回收和提純。
14. 權(quán)利要求13的方法，其中稀有氣體物流包括氬氣。
15. 權(quán)利要求14的方法，其中所述金屬吸氣劑床包括銅。
16. —種用于具有不可接受數(shù)量的至少一種吸氣劑可燃物的稀有氣體物流的提純方 法，其包括(a) 在催化單元中進行所述吸氣劑可燃物的催化燃燒，由此形成氧化物流，所述氧化 物流基本上沒有吸氣劑可燃物并且包括未反應(yīng)的氧氣；(b) 使在步驟(a)中形成的氧化物流通過包含還原態(tài)的金屬吸氣劑的金屬吸氣劑床，并 且在用于形成金屬吸氣劑氧化物的條件下，而形成流出物物流，其基本上沒有所述氧氣 和所述吸氣劑可燃物；(c) 在所述流出物物流中的氧氣從所述金屬吸氣劑床中大量泄漏前，終止所述催化單 元中的催化燃燒，以便形成來自所述金屬吸氣劑床的流出物物流，其基本上沒有吸氣劑 可燃物和氧氣；(d) 將含有不可接受數(shù)量的吸氣劑可燃物的稀有氣體物流引入所述金屬吸氣劑床；和，(e) 從所述金屬吸氣劑床中回收稀有氣體產(chǎn)物，其已經(jīng)通過步驟(a)至(d)中所述的方 法形成。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中金屬吸氣劑包括銅。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中催化單元中的催化劑包括Pd或Pt。
19. 權(quán)利要求18的方法，其中至少一個吸氣劑可燃物是氫氣。
20. 權(quán)利要求19的方法，進一步包括以下步驟(f) 在來自所述金屬吸氣劑床的所述稀有氣體產(chǎn)物物流中的所述吸氣劑可燃物的大量 泄漏前，繼續(xù)步驟(d);(g) 從所述金屬吸氣劑床中回收稀有氣體產(chǎn)物；和(h) 重復(fù)步驟(a)-(g)來進行所述稀有氣體物流的連續(xù)提純和回收。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用吸氣劑床的在線再生的稀有氣體的提純。一種用于回收和提純被少量的氫氣和/或其它吸氣劑可燃物污染的稀有氣體物流的方法。一種方法包括將稀有氣體物流氣體分為第一和第二稀有氣體物流。第一稀有氣體物流被送到含第二金屬吸氣劑的床，其包括氧化態(tài)的金屬吸氣劑，其中氫氣被燃燒。氧氣被添加到第二稀有氣體物流并且使該物流通過催化單元，其中氫氣被燃燒并且隨后通過與第二床并聯(lián)操作的第一金屬吸氣劑床，其中金屬吸氣劑被轉(zhuǎn)化為其氧化物形式。當在任何床中檢測到泄漏時，將第一和第二稀有氣體物流的流動分別改線至另一床。
文檔編號B01D53/04GK101690864SQ200810171399
公開日2010年4月7日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者A·O·韋斯特, J·福托波洛斯, S·R·蘇克德奧 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司