浅谈超纯氩气工艺流程设计

董 涛，苏耀华，蔡 晋，任少科，姜 涛，张宏雷，高天龙

(中昊光明化工研究设计院有限公司，辽宁 大连 116031)

1 前 言

氩气以其特有的物理性能和相对于其他惰性气体成本较低的特点，广泛应用于微电子材料和器件、分析测试、钢铁冶炼、金属焊接与切割等领域。器件的质量与超纯气体的纯度密切相关，随着相关行业尤其是半导体行业的快速发展，对氩气的纯度要求越来越高。高纯氩气的纯度可以达到99.999%，通过纯化系统可以脱除其含有的H2O、O2、N2等杂质，可以得到纯度为99.9999%的超纯氩，杂质为10-9级。本文对超纯氩气的工艺流程设计进行了探讨，包括低温泵、汽化器的选型，纯化器、充装位及真空系统的设计等。

2 设计条件

产气能力为20 Nm3/h，原料纯度为99.999%，氩气原料具体指标如表1所示。纯化后产品指标优于GB/T 16945—2009《电子工业用气体 氩》的99.9999%。

表1 氩气原料技术指标Table 1 Technical index of argon raw material

3 原理流程

根据原料来源、原料技术指标和产品指标要求等设计工艺流程如图1所示。

图1 超纯氩气工艺流程图Fig.1 Process flow chart of ultra-pure argon

自低温储罐V01来的99.999%氩气原料气经过低温泵P01增压至15 MPa，进入高压汽化器E01气化后进入高压缓冲瓶组X01，再进入气体纯化净化系统G01。首先通过干燥器脱除气体中的CO2、H2O等杂质。然后进入吸气器中，深度脱除气体中的杂质CH4、CO、O2、N2。根据现场状况工作温度为550～600℃。吸气剂为消耗型填料，使用寿命与气体中的杂质含量成反比，吸附饱和后更换。需要避免原料指标大幅度波动引起大量杂质气体进入吸气器造成吸气剂寿命下降的现象；最后进入催化器，深度脱除气体中的氢气杂质。……