(57)【要約】  アンモニア精製システムは、ガス状アンモニアから吸着により炭化水素を除去する炭化水素除去ステーション；ガス状アンモニアから吸着により水を除去する水分除去ステーション；および、アンモニアからの不純物除去並びにガス状アンモニアの凝縮を促進して、精製液体アンモニア産物を形成するめのコンデンサーに接続された蒸留カラムを備える蒸留ステーションを具備する。該システムは、精製アンモニアを収容するための貯蔵タンク、該貯蔵タンクに接続された遠隔ステーション、および該貯蔵タンクに接続された蒸発器を更に具備する。該蒸発器は、貯蔵タンクから液体アンモニアを収容し蒸発させ、ガス状アンモニアを貯蔵タンクに戻すことにより、貯蔵タンク内の設定された蒸気圧に基づき遠隔ステーションへのアンモニアのポンピングを促進するよう設定されている。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状アンモニアから吸着により炭化水素を除去する炭化水素除去ステーション；
ガス状アンモニアから吸着により水を除去する水分除去ステーション；および
アンモニアからの不純物除去およびガス状アンモニアの凝縮を促進して精製液体アンモニア産物を形成するためにコンデンサーに接続された蒸留カラムを備える蒸留ステーション；
を具備するアンモニア精製システム。
【請求項２】
前記水分除去ステーションが前記炭化水素除去ステーションの下流に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記炭化水素除去ステーションと前記水分除去ステーションとの間に配置された濾過ユニットであり、該濾過ユニットを通過するガス状アンモニアから粒状物質を除去する濾過ユニットを更に具備する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記蒸留ステーションが前記水分除去ステーションの下流に配置されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記水分除去ステーションと前記蒸留ステーションとの間に配置された濾過ユニットであり、該濾過ユニットを通過するガス状アンモニアから粒状物質を除去する濾過ユニットを更に具備する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
システムの作動中に、１又は２以上のステーションを通るアンモニアの複数の選択的流路を提供するために前記炭化水素除去ステーション、前記水分除去ステーションおよび前記蒸留ステーションを互いに接続する複数の流体フローライン更に具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記炭化水素除去ステーションが、システム作動中に、一の吸着床から他の吸着床へのアンモニア流体の流れの選択的な入れ替えを促進するために、システム内に配置された複数の吸着床を具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記水分除去ステーションが、システム作動中に、一の吸着床から他の吸着床へのアンモニア流体の流れの選択的な入れ替えを促進するために、システム内に配置された複数の吸着床を具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記水分除去ステーションの吸着床が硫酸カルシウムを含有する粒状物質を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
システム内の任意の位置に配置され、システム作動中に、アンモニア流内の少なくとも一の不純物濃度を決定するために分析器にシステム内を流れるアンモニア流からサンプルを抽出するよう設定された少なくとも１のサンプリングラインを更に具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記蒸留ステーションの蒸留カラムが、該蒸留カラム上の様々な位置にガス状アンモニアを収容するために設計された複数の入口を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コンデンサーに接続され、システムの作動中に、コンデンサー内で凝縮するアンモニアから分離するガス状不純物を排出するよう設計された排出ラインを更に具備する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記蒸留ステーションが、
前記蒸留カラムと流体連結した蒸留タンク；および
前記蒸留カラムへ前記コンデンサーの出口を接続する還流ライン
を更に具備し、該還流ラインは、コンデンサーから蒸留タンク蒸留カラムを介して蒸留タンクへの移送のために、精製液体アンモニア産物の少なくとも一部を移送するために設計されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記蒸留タンクの出口と前記蒸留カラムの少なくとも一つの入口との間に接続され、該蒸留タンクから収容された液体アンモニアの気化を促進し、気化したアンモニアを任意の流速において前記蒸留カラムに戻すための蒸発器を更に具備する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
精製液体アンモニア産物が前記蒸留タンクから充填ステーションに直接移送することを促進するために前記蒸留タンクの出口が充填ステーションに接続されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記炭化水素除去ステーション、前記水分除去ステーションおよび前記蒸留ステーションの少なくとも一つに直接粗アンモニアを移送するように設計された粗アンモニアタンク；および
該粗アンモニアタンクに接続された蒸発器
を更に具備し、該蒸発器は粗アンモニアタンクから粗液体アンモニアを収容し気化させ、粗ガス状アンモニアを粗アンモニアタンクに戻すように設計されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コンデンサーの下流に配置され、該コンデンサーから精製液体アンモニア産物を収容するよう設計された貯蔵タンク；
該貯蔵タンクに接続された蒸発器、
を更に具備し、該蒸発器は、精製液体アンモニア産物を遠隔部にポンピングさせるための貯蔵タンク内の任意の蒸気圧を設定するために、貯蔵タンクから精製液体アンモニア産物を収容し気化させ、精製ガス状アンモニアを貯蔵タンクに戻すよう設計されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記遠隔部が、前記貯蔵タンクに接続された複数のシリンダーを備える充填ステーションを具備する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
液体アンモニアを含む貯蔵タンク；
該貯蔵タンクに接続された収容ステーション；および
該貯蔵タンクに接続された蒸発器
を更に具備し、該蒸発器は、ガス状又は液状のアンモニアを収容ステーションに移送するために貯蔵タンク内の任意の蒸気圧を設定するために、貯蔵タンクから液体アンモニアを収容し気化させ、ガス状アンモニアを貯蔵タンクに戻すよう設計されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記収容ステーションが、アンモニアを貯蔵し、またはアンモニアを少なくとも一の容器に移送するよう設計されている、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
システムへの粗ガス状アンモニアの供給を提供すること；
ガス状アンモニアから吸着により炭化水素を除去するための炭化水素除去ステーションを提供すること；
ガス状アンモニアから吸着により水を除去するための水分除去ステーションを提供すること；
アンモニアからの不純物除去およびガス状アンモニアの凝縮を促進して精製液体アンモニア産物を形成するためにコンデンサーに接続された蒸留カラムを備える蒸留ステーションを提供すること；および
アンモニアの流れを、前記炭化水素除去ステーション、前記水分除去ステーションおよび前記蒸留ステーションの少なくとも一を通る向きに向けること、
を含むシステムにおけるアンモニアの精製方法。
【請求項２２】
前記水分除去ステーションが前記炭化水素除去ステーションの下流に配置され、アンモニアの流れが、炭化水素除去ステーションを通り、次いで水分除去ステーションを通る向きに向けられている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
アンモニアが、アンモニア内の粒状物質を除去するために前記炭化水素除去ステーションと前記水分除去ステーションとの間に配置されている濾過ユニットを通る向きに向けられていることを更に含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記蒸留ステーションが前記水分除去ユニットの下流に配置され、前記水分除去ユニットから出て来るアンモニアが蒸留ステーションを通る向きに向けられている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
アンモニアが、アンモニア内の粒状物質を除去するために前記水分除去ステーションと前記蒸留ステーションとの間に配置されている濾過ユニットを通る向きに向けられていることを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
システム作動中に、１又は２以上のステーションを通る複数の選択的流路を介するアンモニアの流れを促進するために、前記炭化水素除去ステーション、前記水分除去ステーションおよび前記蒸留ステーションを互いに接続する複数の流体フローラインを提供することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記炭化水素除去ステーションが、アンモニアが該炭化水素除去ステーションを通る向きに向けられた時に、一の吸着床から他の吸着床へのアンモニア流体の流れの選択的な入れ替えを促進するために、システム内に配置された複数の吸着床を具備する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記水分除去ステーションが、アンモニアが該水分除去ステーションを通る向きに向けられた時に、一の吸着床から他の吸着床へのアンモニア流体の流れの選択的な入れ替えを促進するために、システム内に配置された複数の吸着床を具備する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記水分除去ステーションの吸着床各々が硫酸カルシウムを含有し、アンモニアが該水分除去ステーションの第一の吸着床を通る向きに向けられている請求項２８に記載の方法であって、
該方法が、
第一の吸着床が任意の量の水で飽和した時に、アンモニアの流れを第二の吸着床を通る向きに転換することにより、第一の吸着床をオフラインとすること；
徐々に高くなる複数の温度において、任意の時間間隔をおいて、第一の吸着床内の硫酸カルシウムを加熱するために第一の吸着床を介して媒体を流し、次いで第一の吸着床内の硫酸カルシウムを冷却温度まで急冷すること
を更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
システム内の任意の位置に配置された少なくとも一のサンプリングラインから少なくとも一のアンモニアサンプルを抽出すること；および
少なくとも一の抽出アンモニアサンプル中の少なくとも一の不純物濃度を分析器により測定すること
を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
少なくとも一の抽出サンプル中の少なくとも一の不純物の測定濃度に基づき、システムを通るアンモニア流の向きを調整することを更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記蒸留カラムが、該蒸留カラム上の様々な位置に配置される複数の入口を具備し、アンモニア流の向きが、少なくとも一の抽出サンプル中の少なくとも一の不純物の測定濃度に基づき、蒸留カラムの少なくとも一の入口にガス状アンモニアが向かうことを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
ガス状アンモニアが、前記蒸留ステーションを通る向きに向けられた請求項２１に記載の方法であって、前記コンデンサー中で凝縮された液体アンモニアからガス状不純物を前記コンデンサーに接続された排出ラインを介して分離することを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３４】
前記蒸留ステーションが、前記蒸留カラムと流体連結した蒸留タンク、および前記コンデンサーと前記蒸留カラムとの間に接続された還流ラインを更に具備し、
ガス状アンモニアが前記蒸留カラムを通る向きに向けること；
前記コンデンサー内で精製液体アンモニア産物を形成すること；
任意の量の精製液体アンモニア産物を、前記コンデンサーから前記還流ラインおよび前記蒸留カラムを通って前記蒸留タンクに向けること；
によりアンモニアが前記蒸留ステーションを通る向きに向けられている、請求項２１に記載の方法。
【請求項３５】
アンモニアの向きが、
粗ガス状アンモニアを、炭化水素除去ステーションを通る向きに向けること；
炭化水素除去ステーションから出てくるガス状アンモニアを、水分除去ステーションを通る向きに向けること；および
水分除去ステーションから出てくるガス状アンモニアを、蒸留タンク内に精製液体アンモニア産物が蓄積するよう蒸留ステーションを通る向きに向けること；
を更に含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
アンモニアの向きが、
前記蒸留タンク内に任意の量の精製液体アンモニア産物がたまった時、炭化水素除去ステーションおよび水分除去ステーションを通る粗ガス状アンモニアの流れを止めること；
精製液体アンモニア産物を、精製ガス状アンモニア産物を形成するために蒸留タンクから蒸発器を通る向きに向けること；および
精製ガス状アンモニア産物を蒸留カラムの少なくとも一の入口に向けること
を更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
精製液体アンモニア産物を、コンデンサーおよび蒸留タンクの少なくとも一から充填ステーションへ向けることにより、アンモニアが前記蒸留ステーションを通る向きに向けられている、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
システムへの粗ガス状アンモニアの提供が、
粗ガス状アンモニアを形成するために、任意の量の粗液体アンモニアを、粗アンモニアタンクから蒸発器へ向けること；および
粗アンモニアタンクから、前記炭化水素除去ステーション、前記水分除去ステーションおよび前記蒸留ステーションの少なくとも一へ、アンモニアを押し出す粗アンモニアタンク内の任意の蒸気圧を設定するために、粗ガス状アンモニアを粗アンモニアタンクに戻す向きに向けること
を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３９】
システムが、コンデンサーから精製液体アンモニア産物を収容するために、該システム内に配置された貯蔵タンクを更に具備する請求項２１に記載の方法であって、
精製ガス状アンモニア産物を形成するために、貯蔵タンクから任意の量の精製液体アンモニア産物を、蒸発器を通る向きに向けること；
精製液体アンモニア産物を産物タンクから遠隔部に押し出す産物タンク内の任意の蒸気圧を設定するために、精製ガス状アンモニア産物を産物タンク内に戻す向きに向けること；
を更に具備する、請求項２１に記載の方法。
【請求項４０】
前記遠隔部が、前記貯蔵タンクに接続された複数のシリンダーを備える充填ステーションを具備する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記遠隔部が、電子部材製造システムを具備する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
液体アンモニアを含有する貯蔵タンクを提供すること；
該貯蔵タンクに接続された蒸発器であって、該貯蔵タンクから液体アンモニアを収容し蒸発させ、貯蔵タンク内の任意の蒸気圧を設定するために、貯蔵タンクにガス状アンモニアを戻すように設計された蒸発器を提供すること；および
貯蔵タンク内の蒸気圧を設定した結果として、貯蔵タンクと収容ステーションとの間の圧力差により貯蔵タンクから収容ステーションにガス状または液状のアンモニアを向けること；
を更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項４３】
前記収容ステーションが、アンモニアを貯蔵し、あるいは少なくとも一の容器へ移送するよう設計されている、請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高純度のアンモニア産物を得るためのアンモニアの精製方法および装置に関するものであり、特に半導体製造および関連装置において使用するための超高純度のアンモニア産物を得るためのアンモニアの精製方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンモニアは、典型的には、半導体チップ、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）およびフラットパネルディスプレイデバイス等の電子デバイスの製造において、特殊デバイスの形成の間に薄い窒化フィルムを堆積させるための窒素源として利用される（例えば、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ガリウムおよび窒化ケイ素）。例えば、銅相互接続を具備する半導体チップの典型的な製造においては、相互接続に隣接する領域内への銅のマイグレーションを阻止するために、金属窒化物のバリア層が金属前駆体（例えば、チタン、タンタルまたはケイ素）とアンモニアガスとの反応により形成される。
【０００３】
このような製造プロセスにおいて使用される場合には、製造されているデバイス上に堆積する金属窒化物フィルム層内に不純物が形成することを抑制するために、アンモニアガスは、実質的に極度に純粋でなければならない。堆積するフィルム中に存在する痕跡不純物でさえ、フィルム品質および性能を劣化させ得る。例えば、ＬＥＤデバイスの製造に使用されるアンモニアガス中の痕跡量の酸素（例えば、１０億分の１０部（１０ｐｐｂ）以下）は、格子欠陥の原因となり得、ＬＥＤ性能に望ましいバンドギャップ特性に対し有害となる。アンモニアガス中の他成分の痕跡不純物、例えば、水分又は水、炭化水素及び炭素酸化物（例えば、二酸化炭素）なども有害であり、形成される窒化物フィルム中に存在する場合には、最終産物の品質を下げることになり得る。更に、水分のような特定の不純物は、１００万分率（ｐｐｍ）レベル以下までアンモニアガスから除去することは極めて困難である。
【０００４】
現在、ｐｐｂレベルにおいてアンモニアから水分を除去することができる商業的に入手可能な清浄装置は、極めて高価であることが多く、約１００リットル／分（ｌｐｍ）以上の大スケールのプロセスフローには適切ではない。半導体、ＬＥＤおよびフラットパネル製造プロセスを含むハイテクノロジー製品に対する消費者需要は増加しているので、超高純度のアンモニアを多量（トンレベル）に、更に効率的且つ経済的な態様において製造され得ることに対する要求も増加している。アンモニア精製システムは、第二の不純物を発生させることなく種々の不純物を処理し減少させるために、入ってくる原料の変化性、または市販グレードのアンモニア流を許容し得るものでなければならない。そのようなシステムは、水分及び／又は他の汚染物質をｐｐｍレベル以下に効率的に除去するために繰り返し再生利用することのできる吸着性物質を更に含む。さらに、タンク又はシリンダーの移送充填（transfilling）を含むアンモニアの処理は、精製アンモニアの金属汚染を抑制、もしくは実質的には最小限とするために注意深く実施されることが必要である。
【０００５】
したがって、能率的且つ経済的でありつつ、超高純度レベルのアンモニアを多量（たとえば、トンレベルにおける多量）に提供することのできるシステムを提供する必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、超高純度レベルのアンモニアを提供すること、更に該超高純度レベルのアンモニアを大商業的な供給スケール（例えば、トンレベルにおける多量）において提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、超高純度レベルのアンモニアを効率的且つ経済的に提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、アンモニアが所望される位置に供給される際にアンモニアを超高純度に維持するアンモニアの移送充填方法およびシステムを提供することである。
【０００９】
上記目的は、個別に及び／又は組み合わせにおいて達成されるが、本特許請求の範囲により特に規定されない限り、本発明が２以上の目的が組み合わされることを要求しているように解釈されることを意図するものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、本発明は、ガス状アンモニアから吸着により炭化水素を除去する炭化水素除去ステーション、ガス状アンモニアから吸着により水を除去する水分除去ステーション、および、アンモニアからの不純物の除去およびガス状アンモニアの凝縮を促進し、精製液体アンモニア産物を形成するためにコンデンサーに接続された蒸留カラムを備えた蒸留ステーションを具備するアンモニア精製システムである。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、本発明は、以下の段階：
システムへの粗ガス状アンモニアの供給を提供すること、ガス状アンモニアから吸着により炭化水素を除去するための炭化水素除去ステーションを提供すること、ガス状アンモニアから吸着により水を除去するための水分除去ステーションを提供すること、アンモニアからの不純物除去およびガス状アンモニアの凝縮を促進して精製液体アンモニア産物を形成するためにコンデンサーに接続された蒸留カラムを備える蒸留ステーションを提供すること、および粗ガス状アンモニアを、前記炭化水素除去ステーション、前記水分除去ステーションおよび前記蒸留ステーションの少なくとも一つを通る向きに向けること、を含む、システムにおけるアンモニアの精製方法である。
【００１２】
システムの作動中、１または２以上のステーションを介するアンモニアの複数の任意の流路を提供するために、複数の流体フローラインが炭化水素除去ステーション、水分除去ステーションおよび蒸留ステーション各々を接続することが好ましい。加えて、システムに複数のアンモニアタンクが提供され、該タンクはそのタンク内の蒸気圧を任意に設定するために、該タンク内の液体アンモニアを気化するための蒸発器を備えることが好ましい。タンク内の蒸気圧を設定すると、各タンクとアンモニア流の移送先との間に生ずる圧力差により、システムの他の部分へのアンモニアのポンピングが促進される。
【００１３】
また、本発明の他の態様によれば、本発明は、液体媒体を含有する貯蔵タンク、該貯蔵タンクに接続された遠隔ステーション、および該貯蔵タンクに接続された蒸発器を具備する媒体移送システムである。蒸発器は、貯蔵タンクからの液体媒体を収容して気化し、且つ、貯蔵タンク内の設定される蒸気圧に基づくガス状又は液状媒体の遠隔ステーションへのポンピングを促進するために、ガス状媒体を貯蔵タンクに戻すよう設計されている。
【００１４】
さらに、本発明の他の態様によれば、本発明は、流体媒体の純度を維持しつつ流体媒体を移送する方法であり、該方法は、液状媒体を含有する貯蔵タンクを提供すること、該貯蔵タンクに接続された蒸発器であって、貯蔵タンクから液体媒体を収容して気化し、且つ貯蔵タンク内の任意の蒸気圧を設定するためにガス状媒体を貯蔵タンクに戻すよう設定された蒸発器を提供すること、および、貯蔵タンク内の蒸気圧を設定する結果として貯蔵タンクと遠隔部との間に生じる圧力差により、貯蔵タンクに接続された遠隔ステーションに流体媒体をポンピングすることを含む。
【００１５】
本発明の更なる態様によれば、本発明は、水で飽和した硫酸カルシウムを含有する充填床の回復方法であり、該方法は、硫酸カルシウムの粒子サイズおよび吸着容量を増加させながら硫酸カルシウムから水を除去するために、任意の時間、複数の連続的に増加する温度において、充填床を介して加熱ガスを流すこと、硫酸カルシウムの増加した吸着容量を維持するために、加熱段階後、硫酸カルシウムを急冷すること、を含む。
【００１６】
本発明のアンモニア精製並びに移送充填プロセスおよびシステムは、異なる純度（例えば、９９．０％以下）において供給される市販グレードのアンモニア原料を９９．９９９５％以上の超高純度に精製することができる。更に、本システムは、超高純度アンモニアを、その純度を維持したまま他のプロセス及び／又は貯蔵部に移送することができる。
【００１７】
上述した本発明の目的、特徴及び利点は、以下に示すその特定態様に関する詳細な説明により、特に添付の図面と共に考慮されることにより明確になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明において、アンモニア精製および移送／移送充填（transport/transfilling）システムは、供給源（例えば、供給タンク）から粗アンモニアを受け、例えば（但し、限定するものではない。）、アンモニアから炭化水素を除去するための吸着ユニット、アンモニアから水又は水分を除去するための化学収着および吸着ユニット、およびアンモニアから軽量気体を除去するための１又は２以上の蒸留ユニット等、多くの異なる精製ユニットを具備する。該精製ユニットは、様々な流速でのアンモニア処理を促進し、並びに１又は２以上の精製ユニットが不活性になったりオフライン状態になった時に、システム操業の維持を促進するために、２又は３以上の一連の同種のユニットが、一列および／または並列に並べられた態様を含め、好適ないかなる態様においても整列され得る。本システムは、精製アンモニア産物を半導体、ＬＥＤ、フラットパネル及び／又は他の電子部材製造プロセスにおける使用に好適なものとするために、広範囲の純度レベル（例えば、９９．０％以下）において供給される粗アンモニアを９９．９９９５％以上の超高純度レベルまで精製することができる。
【００１９】
本システムは、更に、精製アンモニアを、その超高純度に精製された状態を維持しながらシステム内の様々な位置、およびシステムから離れた位置へ移送することを促進する移送充填装備を利用する。特に、本システムは、外部蒸発器に連結された貯蔵タンクを具備し、該蒸発器は、システムの作動中、アンモニアのポンピングおよび移送を促進するために、タンク内および対応するフローラインにおける好適な圧力差を設定する。本移送充填システムの設計により、アンモニア産物へ不純物を混入させ得る機械ポンプ（例えば、ロータリー）の必要性がなくなり、及び／又は、高価な不活性ガス（例えば、ヘリウムまたはアルゴン）を用いたポンピングの必要性がなくなる。特に、移送充填システムにより（すなわち、アンモニア産物へ第二の汚染物質の混入が抑制され、もしくは実質的に最小限にされることにより）、超高純度化されたアンモニア産物の移送中におけるシステム操作費用を最小限としながら、アンモニア産物の純度が確保される。
【００２０】
本発明のシステムおよび対応する方法は、柔軟性をもって設計され、要求されるアンモニアの流速、純度レベル及び／又は粗アンモニア供給物中に存在する異なる汚染物質の量などのような多くのファクターに応じて、バッチ、半連続的及び／又は連続的様式において作動することができる。本システムおよび対応する方法は、更に、大気中および周囲環境に流出する排出物の好適化・最小化のために設計される。水分吸着ユニットは、好適に再利用できる状態に回復したとき、ユニットの吸着性能を低下させることなく、ユニット内の吸着材の複数再生サイクルおよび反復使用を促進する、以下に示す機能強化された設計および再生プロセスを具備する。
【００２１】
本発明に係る具体的なアンモニア精製及び移送充填システムが図１に示されている。特に、システム２は、粗アンモニア供給源、該システム内で処理されるアンモニア流の多くの異なる流体の流路を促進するために、供給ラインと相互に連結された一連の精製ユニットまたはステーション、および前記供給源および精製ユニットの下流に配置された貯蔵シリンダーおよび産物タンクを含む精製アンモニア貯蔵および移送充填システムを具備する。
【００２２】
粗アンモニアタンク４は本システムにアンモニアを供給し、入口ライン３を介して供給源（図示せず）から粗液体アンモニアを受け取る。ここで、入口ライン３は、タンク内への液体アンモニアの流れを任意に調節するためのバルブＶ５を備える。液体アンモニアは、例えば（但し、限定するものではない。）、システム２に接続されるアンモニア製造設備、または他の供給源（例えば、移送タンカー等）を含む好適なすべての源から供給され得る。タンク４に供給される粗アンモニアは、いかなる純度レベルであってもよい（例えば、９９．０％以下）。しかしながら、純度レベルに関係なく、粗アンモニアは典型的に、潤滑剤やアンモニア製造過程および／またはタンク４への搬送前のアンモニア処理に由来し得る他の炭化水素等の汚染物質を含有する。炭化水素、水分及び他のいかなる汚染物質も、システム２により取り除き、超高純度レベル（例えば、純度９９．９９９５％以上）にして上記に示したような電子部材の製造における使用に好適なものとしなければならない。
【００２３】
蒸発器６が、タンクからの液体アンモニアの流れを促進するために、流体ライン５および７を介して粗アンモニアタンク４に接続され、タンク内の蒸気圧を任意値に増加させるために該蒸発器を通して蒸気または気体としてタンク内に戻す。
【００２４】
本明細書に記載の様々な蒸発器は、所望される流速および蒸気圧における気化したアンモニア流を本システム内又は外の他の位置に促進するために、液体アンモニアを任意の温度および圧力まで加熱し気化する機能を果たす好適なすべてのタイプの熱交換機であり得る。タンク４から蒸発器６へ液体アンモニアを移送する流体ライン５上には、任意の操作により該ラインを通るアンモニア流を調節するための二つのバルブＶ３およびＶ１が備えられている。加えて、分岐フローライン８が、バルブＶ３およびＶ１の間の位置においてフローライン５から他のフローライン７４に延び、システム２におけるバイパスラインとして機能する（後掲において更に詳細に説明する。）。該分岐フローライン８には、システムの作動中、ライン８を通りフローライン７４に向かうアンモニア流を調節するために任意に操作されるバルブ２が備えられている。
【００２５】
流体ライン７は、蒸発した若しくは気化したアンモニアを蒸発器６からタンク４へ運搬する。流体ライン７には、該ライン上に配置されたバルブであって、タンク内に戻るアンモニア蒸気の流れを調節するために任意に操作されるバルブＶ４が備えられている。流体ライン７には、更に、蒸発器６とバルブＶ４との間のライン上に設けられた調節器１０が備えられている。該調節器は、タンク４内がアンモニアの最大所望蒸気圧に対応する閾圧力に一旦到達すると、蒸発器から粗アンモニアタンクへのアンモニアの更なる流れを抑制するよう機能する。タンク４内の圧力を監視するために、圧力センサー１１も提供されており、粗アンモニア蒸気出口ライン１２が、該ライン上に設けられたバルブＶ６と共に提供される。該バルブＶ６は、所望によりタンクからアンモニア蒸気を任意に除去し、システムの必要条件に従いタンク４内の蒸気圧を調節するために操作される。
【００２６】
供給ライン１４は、アンモニア流から油および他の炭化水素を除去する第一の精製ステーションに粗アンモニア蒸気又は気体を提供するために、タンク４の出口に接続されている。図1において、第一の精製ステーションには、一対の炭化水素除去床が備えられており、該炭化水素除去床は、好ましくは、アンモニア中に存在する炭化水素を除去するのに好適な、商業的に入手可能な活性粒状カーボンを含有する充填床である。しかしながら、他の好適な一又は二以上のいずれの型の炭化水素精製ユニットも、アンモニアから炭化水素を除去するために提供され得る。バルブＶ７がライン１４上に設けられ、システムの作動中、所望によりタンク４からアンモニア蒸気の流れを調節するために任意に操作される。
【００２７】
供給ライン１４は、バルブＶ７の下流の位置で逆流ライン１６と交差する。ここで、逆流ライン１６は、（以下に更に詳細に説明するように）第一の炭化水素除去床１８と、供給ライン１４の下流に位置するフローライン８０との間に延びている。逆流ライン１６には、該逆流ライン上で、且つ供給ライン１４とライン１６との交差点に対峙して設けられたバルブＶ８およびＶ９が備えられている。供給ライン１４は、ライン１６との交差点を越えて第二の炭化水素除去床２０まで更に延び、ライン１４および１６の交差点と床２０の入口との間のライン１４上に設けられた一対のバルブＶ１１およびＶ１２が備えられている。出口ライン２２は、第一の炭化水素除去床１８から第二の精製ステーションに向かって延びており、第二の精製ステーションの上流のライン２２に設けられた一対のバルブＶ１０およびＶ１４が備えられ、該バルブは炭化水素除去床から第二の精製ステーションへのアンモニア蒸気の流れを調節するために任意に操作される。同様に、任意に調節されるバルブ１３を備える出口ライン２４が第二の炭化水素除去床２０から延びており、バルブＶ１０およびＶ１４の間の位置で出口ライン２２と接続している。
【００２８】
上記記載および図１に示したシステム形態からわかるように、バルブＶ８、Ｖ９、Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２およびＶ１３は任意に且つ独立に開又は閉状態に操作されることにより、タンク４から床１８および２０の一方へ、あるいは同時に双方への粗アンモニア蒸気の流れを促進することができる。このように、本システムでは、一方が飽和し再生のためにオフラインにする必要のある場合には、流体の流れを一の床へ転換するために床１８および２０の間で流れを入れ替えることが可能である。あるいは、システムに要求される条件によっては、より多くの流体が流れることを可能とするために双方の床を同時に使用することが可能である。
【００２９】
フローライン２２は、バルブＶ１４を越えて粒子フィルター２６へ延びている。フィルター２６は、第二の精製ステーションでの水分除去に先立ち、床１８および２０を出るアンモニア蒸気に混入し得る粒状物質を濾過することのできる好適なタイプであればいずれでもよい。好ましくは、フィルター２６のスクリーン孔サイズは、該フィルターを通過するアンモニア流から、炭素及び／又は約０．０３マイクロメーター（ミクロン）もしくはそれ以下の大きさの他の粒状物質を保持する。
【００３０】
フローライン２７は、フィルター２６の出口から延び、第二の精製ステーションへの流体の流れを調節するために任意に操作されるバルブＶ１５が備えられている。フローライン２７は、Ｔ型交差点で、第二の精製ステーションである一対の水分除去ユニット３０および３２の入口の間を延びるフローライン２８に接続する。フローライン２８には、該ライン上に配置され任意に調節されるバルブＶ１６、１８および１９が備えられている。バルブＶ１６は、ユニット３０と、ライン２７および２８の交差点との間に配置され、バルブＶ１８は、ライン２７および２８の交差点と、ユニット３２の入口との間に配置され、バルブＶ１９は、バルブ１８とユニット３２への入口との間に配置されている。
【００３１】
水除去ユニット３０および３２は、各々が、該ユニットを通過するアンモニア流から水分を除去するための吸着材を備える。水除去ユニットは、吸着および化学収着によりアンモニアから水を除去するために硫酸カルシウム（例えば、Ｗ．Ａ．Ｈａｍｍｏｎｄ  Ｄｒｉｅｒｉｔｅ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，（オハイオ州ジーニア）から商業的に入手可能である。）を備えることが好ましいが、好適な他のいかなる吸着剤等（adsorbent or dessicant）もアンモニア流から水分を除去するために利用することができる。
【００３２】
出口ライン３４が、第一の水分除去ユニット３０から第三の精製ステーションへ向かって延びており、第三の精製ステーションの上流においてライン３４に配置されたバルブＶ１７およびＶ２１が備えられている。これらバルブは、水分除去ユニットから第三の精製ステーションへのアンモニア蒸気の流れを調節するために任意に操作される。同様に、任意に調節されるバルブＶ２０が備えられた出口ライン３６が、第二の水分除去ユニット３２から延び、バルブＶ１７およびＶ２１の間の位置でアウトライン３４に接続している。
【００３３】
上記記載および図１に示したシステム形態からわかるように、バルブＶ１６、Ｖ１７、Ｖ１８、Ｖ１９、Ｖ２０およびＶ２１は任意に且つ独立に開又は閉状態に操作されることにより、フィルター２６から水分除去ユニット３０および３２の一方へ、あるいは同時に双方へのアンモニア蒸気の流れを促進することができる。このように、本システムでは、一方が水分で飽和し再生のためにオフラインにする必要のある場合には、流体の流れを他方のユニットへ転換するために二つのユニット３０および３２の間で流れを入れ替えることが可能である。あるいは、システムに要求される条件によっては、より多くの流体が流れることを可能とするために双方のユニットを同時に使用することが可能である。飽和した水分除去ユニットを再使用に好適な状態に回復させるためのユニーク且つ高効率的な再生方法およびその装置を以下に説明する。
【００３４】
フローライン３４が、バルブＶ２１を越えて粒子フィルター３８に延びている。粒子フィルター３８は、水除去ユニット３０および３２から出てくるアンモニア流に混入する微粒子物質（例えば、硫酸カルシウム粉末）を濾過する。フィルター３８のスクリーン孔サイズは、アンモニア流から約０．０３ミクロン以下の粒子物質を濾過するのに十分小さいことが好ましい。フローライン３９が、フィルター３８の出口から第三の精製ステーションまで延びている。一対の任意に調節されるバルブＶ２２およびＶ２３がライン３９上に設けられている。
【００３５】
第三の精製ステーションには、蒸留カラム４０が設けられており、その低端部出口において蒸留タンク４２に接続されている。ここで、タンク４２には、カラムを通して還流される液体アンモニアが収容される。さらに、コンデンサー４４が、カラムの上端部出口に設けられ、精製アンモニア蒸気を収容し、以下に記載の更なる処理のために蒸気を凝縮して液体にするよう設計されている。蒸留カラム４０は、アンモニアから汚染物質又は不純物を分離する。特に、例えば酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等の軽量のガス状不純物がアンモニアから分離され、コンデンサー４４のヘッドスペースに収集され、システムの作動中に除去される。好ましい数の温度センサー（例えば、図１に記載のセンサー４１）を蒸留カラム上の好適な位置に配置することができ、設置されたカラム内の位置の内部温度に関する情報を提供する。
【００３６】
フローライン３９が、カラム４０の低端部又は底部に近い第一の入口まで延び、第一のカラム入口へのアンモニア流の流れを任意の操作により調節するバルブＶ３１を備える。分岐ライン４５が、バルブＶ３１の上流の位置においてフローライン３９から延び、カラムの第一の入口から好適な距離を隔てた第二の入口まで延びている。例えば、第二の入口は、（図１に示されているように）蒸留カラムの略中間部に配置されてもよいし、またはカラム上の他の好適な位置に配置されてもよい。さらに、カラムには、好適な数の入口（例えば、３または４以上）を該カラム上の様々な位置に配置することもできる。バルブＶ３２が分岐ライン４５上に設けられ、任意の操作により第二のカラム入口へ入るアンモニア流の流れを調節する。このように、バルブ３１および３２は、フローライン３９を流れるアンモニア中に残っている不純物又は汚染物質量に応じ、カラムの第一及び第二の入口に入るアンモニア量を任意の操作により調節することができる。
【００３７】
サンプリングライン４６が、フローライン３９から、バルブＶ２３とフローライン４６の間の位置において分岐し、該ラインに設けられたバルブＶ２６を任意の操作により開又は閉状態とすることにより、ガス流中の不純物濃度検出のためのアンモニアガスサンプルの取り出しを促進する。サンプリングライン４６は、サンプリングステーション（図示せず）まで延びている。サンプリングステーションには、アンモニア流中に存在し得る１または２以上の不純物（たとえば、上記水分又は軽量ガス状不純物）の濃度を測定するために、１または２以上の分析器を備えることができる。典型的な態様において、サンプリングステーションは、アンモニアガス中の水分含有率を決定するための水分分析器を具備し、その測定データが水除去ユニットを通るアンモニア流を調節するために使用され得る（例えば、処理流を一方のユニットから他方のユニットに交替する、処理流を増加させ、もしくは減少させるなど。）。あるいは、水分含有率の測定に加え、サンプリングステーションにアンモニア流中の酸素、窒素、炭化水素等の濃度を測定するための１又は２以上のガスクロマトグラフを設置してもよく、測定データを蒸留カラムへの第一及び第二の入口の一方または双方を通るアンモニアガスの流路を決定するために使用することができる。
【００３８】
フローライン４８が、カラム頂上近くの出口からコンデンサー４４の入口まで延びている。フローライン４８には、一対のバルブＶ３３およびＶ３６が備えられ、任意の操作によりカラム４０から出てコンデンサー内に移動するアンモニア蒸気の流れが調節される。
【００３９】
コンデンサー４４には、該コンデンサーを通って延びる冷却液コイル５０が設置され、コイルの入口と出口位置にバルブＶ３４およびＶ３５が備えられ、任意の操作によりシステム作動中にコイルを通る冷却液の量を調節が調節される。好適な冷却液媒体（例えば、冷水、グリコール、液体窒素等）がコイル５０内を循環し、コンデンサー内の作動温度を任意の範囲に調節することにより、液化およびコンデンサーに入るアンモニア蒸気からの不純物の分離を最大にする。好ましくは、コンデンサー内の作動温度は、コンデンサー内において液化アンモニアからの上記の軽量ガス状不純物の除去を促進するために、約−７０°Ｆ〜約３５°Ｆ（約−５６．７℃〜約１．６７℃）の範囲内に調節される。温度センサー４９は、システム作動中のコンデンサー内の厳密な温度調節を促進するために、コンデンサー４４内の温度を測定する。
【００４０】
上記の軽量ガス状不純物のような不純物ガスは、排出ライン５１を介してコンデンサー４４から除去される。排出ライン５１には、一対のバルブＶ３７およびＶ３８が備えられ、これらは任意の操作により洗浄機または他の処理ステーション（図示せず）へ移送するためにコンデンサーから気体を排出する。さらに、サンプルライン５２がバルブＶ３７とＶ３８の間の位置においてベントライン５１から分岐し、不純物濃度測定（例えば、１又は２以上のガスクロマトグラフを介して）のためにサンプリングステーション（図示せず）へ延びている。バルブＶ３９が、サンプリングライン５２上に配置され、任意の操作によりシステム作動中の様々な時間にサンプルライン中へのガスサンプルの抽出を促進する。
【００４１】
フローライン５４が、コンデンサーから貯蔵部及び／又は直接的に製造及び／又は他のプロセスに液化精製アンモニアを移送するためにコンデンサー出口に接続され、該ライン上に配置されたバルブＶ４１により、このラインを通って流れる液体アンモニア産物の流速が任意に調節される。返還または還流ライン５５もまたコンデンサー４４およびカラム４０の頂上部の間に接続され、ライン５５上に配置されたバルブＶ４２がカラムに還流されて戻る液体アンモニアの量（例えば、一部、全部もしくは無し）を任意に調節する。
【００４２】
サンプリングライン５３が、フローライン５４から、コンデンサー出口とバルブＶ４１の間の位置において分岐している。サンプリングライン５３には、バルブＶ４０がそのライン上に配置され、任意の操作によりサンプリングステーション（図示せず）への液体アンモニアサンプルの流れを調節する。サンプリングステーションには、精製液体アンモニア産物中の不純物量を測定するために分析器（例えば、ガスクロマトグラフ）が好適な数において備えられている。
【００４３】
フローライン５４は、産物アンモニア貯蔵タンク５６まで延びている。バルブＶ５０が、バルブＶ４１の下流であって貯蔵タンク入口近くにおいてフローライン５４上に配置され、任意の操作により貯蔵タンクに入る精製液体アンモニアの流れを調節する。貯蔵タンク５６は、製造または他のプロセスにおける使用のために他の場所へ移送される前に、貯蔵用に十分な量の精製アンモニアを収集するよう設計されている。蒸発器５８が、タンクからの液体アンモニアの流れを促進するために、流体ライン５７および５９を介して貯蔵タンク５６に接続され、タンク内の蒸気圧を任意の値に増加させるために液体アンモニアが蒸発器を通り蒸気としてタンクに戻る。液体アンモニアをタンク５６から蒸発器５８に移送する流体ライン５７には、任意の操作により該ラインを通るアンモニア流を調整するために配置されたバルブＶ５２が備えられている。流体ライン５９は、蒸発器５８からタンク５６へ蒸発したアンモニアを移送し、該ライン上に配置されたバルブＶ５１を備え、任意の操作によりタンクへ戻るアンモニア蒸気の流れを調整する。流体ライン５９は、更に、蒸発器５８とバルブ５１との間のライン５９上に配置された調節装置６０を備える。この調節装置は、タンク５６内がアンモニアの最大所望蒸気圧に対応する閾圧力にいったん到達すると、蒸発器から産物アンモニアタンクへのアンモニアの更なる流れを抑制するよう機能する。圧力センサー６１もタンク５６内の圧力を監視するために提供される。
【００４４】
フローライン６２が、フローライン５４から、バルブＶ４１とＶ５０との間の位置において分岐し、充填ステーション６４まで延びている。フローライン６２には、ライン上に配置されたバルブＶ４５が備えられ、任意の操作により充填ステーションへ該ラインを通るアンモニアの量を調節する。充填ステーション６４は、連続シリンダーに接続された多岐管網（manifold piping network）を具備する。圧力センサー６５がライン６２に接続され、該ラインを移動するアンモニアの圧力を監視する。このように、フローライン６２は、ステーション６４におけるコンデンサー４４からの液体アンモニアのシリンダーへの直接充填を促進する。あるいは、液体アンモニアはまた、タンク５６の出口とフローライン６２とを充填ステーション６４に近接した位置において接続する供給ライン６６を介して、産物アンモニアタンク５６から移送され得る。供給ライン６６は、該ライン上に配置されたバルブＶ４９を備え、任意の操作によりタンク５６から充填ステーション６４への液体アンモニアの流れを調節する。タンク５６内の圧力は、アンモニア蒸気により調節され、該アンモニア蒸気は次いで蒸発器５８の操作により調節され、これがタンク５６から充填ステーション６４への液体アンモニアの流速を調節する。
【００４５】
ガスポンプライン６８が、バルブＶ４５の下流においてフローライン６２に接続され、ライン６８上に配置されたバルブＶ４６の任意の操作により、該ラインを通るガスの流れが調節される。ガスポンプラインは、充填ステーション６４においてシリンダー中へ液体アンモニアを送り込むために必要に応じて不活性ガス（例えば、ヘリウム）を利用する。加えて、真空ポンプ７０および洗浄機７２（任意に操作されるバルブＶ４７およびＶ４８各々を備える。）もまた、フローライン６２に、ポンプライン６８とフローライン６２との接続部より下流において接続され、充填ステーション６４においてシリンダーから取り除かれた材料の吸引回収および／または洗浄を任意に促進する。
【００４６】
第三の精製ステーションに再度言及すると、蒸留タンク４２は、フローライン７４に接続された出口を備え、該ラインは次いで蒸発器７６に延びている。一対のバルブＶ２９およびＶ３０がフローライン７４上に設けられ、任意の操作によりタンク４２から蒸発器７６への液体アンモニアの流れを調節する。任意に操作されるバルブＶ４３を備えるサンプリングライン７８はまた、タンク４２に接続され、サンプリングステーション（図示せず）における分析のためにアンモニア蒸気サンプルの任意の回収を促進する。サンプリングステーションは、アンモニアガスサンプル内のいずれもの不純物（例えば、水分、炭化水素、酸素、窒素等）の１または２以上の含有率を測定するために、好適な数において分析器を具備し得る。圧力センサー７７もタンク内の圧力を監視するためにタンク４２に接続されている。更なるフローライン７９が、蒸留タンク４２の第二の出口に接続され、所望により該ライン７９を通るタンクからのアンモニアの任意の除去を促進するために該ライン上に配置されたバルブＶ５３を備える。
【００４７】
フローライン８０は、蒸発器７６の出口をバルブＶ２３とサンプリングライン４６との間の位置でフローライン３９に接続する。バルブＶ２５がフローライン８０上に配置され、任意の操作により、上記蒸留カラム４０の１又は２以上の入口への移動のために、蒸発器７６からフローライン３９へのアンモニア蒸気の流れを調節する。さらに、フローライン７４（バルブＶ２９とバルブＶ３０との間の位置において）とフローライン６２（バルブＶ４５の下流において）との間にフローライン８４が接続されている。一対のバルブＶ２７およびＶ４４がフローライン８４上に配置され、任意の操作により、システム作動中に液体アンモニアの蒸留タンク４２から直接的に充填ステーション６４へ流れを転換する。
【００４８】
上述したように、逆流ライン１６は、フローライン８０とフローライン１４との間に延び、これらを接続している。バルブＶ２４が、ライン１６と８０との交差点と、バルブＶ８との間において逆流ライン１６上に配置され、該バルブ２４は、任意の操作によりシステム作動中に、第一の蒸留ステーションへアンモニア蒸気の流れを転換する（すなわち、ライン８０および３９を介しての蒸留カラムへの流れに替える。）。
【００４９】
さらに上述したように、フローライン８が、フローライン５（粗アンモニアタンクにおいて）からフローライン７４（ライン７４と８４との接続点と、バルブＶ２９との間の位置において）まで延び、システム作動中における粗アンモニアの第三精製ステーションへの直接的な移送のために、粗アンモニアの第一及び第二精製ステーションからのバイパスを促進している。バルブＶ２８が、フローライン８上に、ライン８と７４との間の接続点近傍の位置に配置され、任意の操作により、（ライン８０および３９を介した）蒸留カラム４０への運搬前における蒸発器７６への液体アンモニアの流れを調節する。
【００５０】
上記し且つ図１に示す本システムは、柔軟性をもって設計され、多数の操作態様を有し、アンモニア流は、所望により、また要求される特定の適用及び精製の種類に応じて精製ステーションをバイパスするために異なる回路に送られ得る。システムは、特定の適用において所望される好適ないずれの温度及び圧力においても作動され得る。システム作動の様々な態様について以下に説明する。
【００５１】
初めに、粗アンモニア液体がライン３を介して粗アンモニアタンク４に移送される。バルブＶ３、Ｖ１およびＶ４を開き、粗アンモニアがライン５を通って蒸発器６へ流れ、ライン７を通ってタンク４に戻ることにより、タンク４中の粗アンモニアの一部が気化する。タンク４内の蒸気圧が好適な範囲内に一旦なると、バルブＶ３、Ｖ１およびＶ４が閉じられ、タンク４及びシステムの他の部分間において設けられた圧力差により、粗アンモニア（蒸気状又は液体状）がシステムの他の部分へ（ライン１４またはライン８を介して）移動または送り込まれ得る。タンク４内の蒸気圧が下がり始めると、バルブＶ３、Ｖ１およびＶ４が再び開けられ、タンク内の蒸気圧を増加させてタンク内のアンモニアの気化を促進する。蒸発器６を用いた粗アンモニアの気化によっても、精製ステーションに移送するに先立ちアンモニア中に存在し得る金属酸化物等の特定の汚染物質が除去され粗アンモニアが精製される。
【００５２】
バッチ式精製態様において、粗アンモニア蒸気が第一および／または第二の炭化水素除去床１８及び２０を通る向きに向けられるかに応じて、バルブＶ７と、バルブＶ９、Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２及びＶ１３の１又は２以上を開けることにより（但し、バルブＶ２およびＶ８は閉じている。）、タンク４から第一精製システムへ移送される。例えば、（バルブＶ９及びＶ１０を開け、バルブＶ１１、Ｖ１２及びＶ１３を閉じることにより）最初はアンモニア流を床１８を通るよう送ることができる。床１８が飽和した時は、（バルブＶ９及びＶ１０を閉じ、バルブＶ１１、Ｖ１２及びＶ１３を開けることにより）アンモニア流は次いで床２０に移送される。これにより、飽和した床を再生又は回復させながら、第一精製ステーションにおけるアンモニアの連続処理が可能となる。あるいは、上述したように、（バルブＶ９、Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２及びＶ１３を開けることにより）アンモニア蒸気流の精製のために床１８及び２０の双方を同時に使用することもできる。第一精製ステーションの炭化水素除去床は、好ましくは、アンモニア蒸気流から炭化水素を効率的に除去するために、周囲温度又は室温にて操作される。
【００５３】
典型的な態様において、飽和した炭化水素除去床は、超高純度窒素（例えば、約１５〜２５ｐｓｉｇ、又は約１０３．４〜１７２．４ｋＰａ）を該床を通して流し、次いで洗浄機（図示せず）により回復する。回復処理が施される床内の回復温度は、好ましくは約３００〜３５０℃において充分な時間間隔（例えば、床の大きさに応じて５０時間まで）をもって維持される。
【００５４】
第一精製ステーションを離れる際のアンモニア蒸気流は、炭化水素を実質的に含有せず、粒子フィルター２６に送られ、炭素および／またはアンモニアに混入した約０．０３ミクロン以下のサイズの他の粒状物質がフィルターによりアンモニア蒸気流から除去される。次いで、アンモニア蒸気流は、フローライン２７を介して第二の精製ステーションへ送られる。
【００５５】
第二精製ステーションにおいて、アンモニア蒸気は、水除去ユニット３０および３２の一方又は双方において水分が除去され、更に精製される。例えば、バルブＶ１６及びＶ１７を開け、バルブＶ１８、Ｖ１９及びＶ２０を閉じることにより、アンモニア蒸気は最初はユニット３０を通るよう送られ得る。ユニット３０が水分で飽和した場合には、バルブＶ１６及びＶ１７を閉じ、バルブＶ１８、Ｖ１９及びＶ２０を開けることにより、アンモニア蒸気は次いでユニット３２に送られ得る。第一の精製ステーションと同様に、第二精製ステーションの設計は、ユニット３０および３２の間におけるアンモニア流の選択的な転換を可能とするものであり、第二精製ステーションを通るアンモニア流を維持しつつ、飽和したユニットを回復させるためにオフラインとすることが促進される。さらに、ユニット３０および３２は、（バルブＶ１６、Ｖ１７、Ｖ１８、Ｖ１９及びＶ２０を開けることにより）所望によりアンモニア蒸気を精製するために双方同時に使用されることもできる。水分除去ユニットは、好ましくは、室温において操作される。水で飽和した床の本発明による好ましい回復方法を以下に述べる。
【００５６】
第二精製ステーションから出てくるアンモニア蒸気は、フローライン３４を介して粒子フィルター３８に向けられ、アンモニアが該フィルターを通る時にアンモニア流に混入した微粒子物質（例えば、硫酸カルシウム粉末）が除去される。濾過されたアンモニア流は、次いでフローライン３９を介して第三精製ステーションに移送される。上述したように、サンプリングライン４６がフローライン３９上に配置され、アンモニア流からサンプルをサンプリングステーションへ任意に転換し、当該流内のアンモニア蒸気中の任意の１又は２以上の不純物（例えば、水分、炭化水素、酸素、窒素等）が検出され、床１８および２０、ユニット３０および３２、および／または蒸留カラム４０上に配置される入口位置への（すなわち、ライン３９および４５を介した）アンモニア流の流れの調節が促進される。
【００５７】
アンモニア蒸気流は、（バルブＶ３１およびＶ３２を開および閉状態に任意に操作することにより）蒸留カラム４０の第一および／または第二の出口に向けられ、ライン３９および４５各々を通りカラムに入るアンモニアの流れは、アンモニア流の不純物含有率に基づき任意に調節される。カラム４０を上方へ移動するアンモニア蒸気が、フローライン４８を介してコンデンサー４４に入り、そこでは軽量ガス状不純物（例えば、窒素、酸素、二酸化炭素等）がコンデンサーのヘッドスペース内で凝縮され、液化アンモニアから分離される。コンデンサーは、好ましくは、約−５７℃〜約２℃において操作されることにより、液体アンモニアからの軽量ガス状不純物の分離が促進される。所望温度における操作条件を維持するために、冷却液がフローライン５０を介してコンデンサー内に流される。
【００５８】
コンデンサー４４内で濃縮されたアンモニア液体は、バッチ式精製態様の間に一部又は全量が、フローライン５５を介してカラム４０に還流還元される。還流された液体アンモニアは、蒸留タンク４２内に溜められる。粗蒸気アンモニアが第一および第二精製システムを介して蒸留カラム４０内へ移送されることを含む全バッチ式精製処理は、蒸留タンク４２内に溜められる液体アンモニアが好適な量（例えば、約９０ｋｇ）になるまで実行される。
【００５９】
タンク４２内に好適な量の液体アンモニアが収集された時、第一および第二精製ステーションを介するカラム４０内への粗アンモニア蒸気の移送は、一時停止され（例えば、バルブＶ７を閉じてタンク４から第一精製ステーションへのアンモニアの流れを抑制する。）、蒸留カラムにおいて収集されたアンモニアの精製のみが実施される。特に、液体アンモニアがタンク４２から蒸発器７６へ任意の流速において流れるようにするために、フローライン７４のバルブＶ３０が開けられる。蒸発器７６は、アンモニア蒸気を、（バルブＶ３１およびＶ３２を任意に操作することにより）好適な蒸気圧および流速において第一および／または第二の出口を介して蒸留カラム４０に戻すよう操作される。フローライン３９および／またはフローライン４５を介してカラムに入る気化アンモニアの量は、例えば、サンプリングライン７８を介してタンク４２中のアンモニアの抽出サンプルにより測定されたアンモニア中の測定不純物濃度に基づき、任意に調節される。
【００６０】
蒸留カラムへの好適な流速におけるアンモニア蒸気の移送に加え、蒸発器７６は、アンモニアが蒸気に変換される時に液体アンモニア中に存在し得る特定の不純物を更に除去する。タンク４２からカラム４０への液体アンモニアの再循環プロセスの間はいつでも、（上記の）タンク４からタンク４２へ粗アンモニア蒸気の移送が一時停止されたプロセスを再開始することができる。例えば、蒸留タンク内の液体アンモニアの質量が、閾値以下に低下した場合に、粗気化アンモニア原料が、タンク４から第一および第二精製ステーションに向けられ得、アンモニアは最終的には蒸留カラム４０を介してコンデンサー４４へ、次いで蒸留タンク４２を通る。
【００６１】
コンデンサー４４内で液化したアンモニアは、上記した種々のフローラインを介して産物アンモニアタンク５６および／または充填ステーション６４に移送され得る。任意に、例えば、ライン５４中を通る精製液体アンモニア産物からサンプリングライン５３により抽出されるアンモニアサンプルにより測定されるアンモニアの純度レベルにより、コンデンサーから液体アンモニアの任意の量が蒸留カラム４０へ還流還元され得る。さらに、蒸留タンク４２中に収集された精製液体アンモニア産物の純度レベルにより（上記のようにサンプリングライン７８を介してタンク４３から抽出されたサンプルにより決定され得る。）、この精製アンモニアもまた、（バルブＶ２７およびＶ４４を開けている時に）フローライン８４を介して、充填ステーション６４に直接的に移送され得る。
【００６２】
液化アンモニアから分離されたコンデンサー中のガス状不純物は、（バルブＶ３７およびＶ３８を開くことにより）フローライン５１を介して取り除かれ、上記のように洗浄機に移送される。フローライン５１を通る不純物の気相抽出を促進するために、コンデンサーは、凝縮アンモニア液体から分離するためのガス状不純物用の適切なヘッドスペースを提供するように設計される。より多くの不純物がコンデンサーから排出されると、蒸留時間は減少し、充填ステーションおよび／または産物貯蔵タンクへ移送される精製液体アンモニア産物のより効率的な製造がもたらされる。
【００６３】
上述した方法は、粗アンモニア内の不純物濃度レベル、および所望されるアンモニア産物の超高純度レベルを達成するために還流が要求されるか否かに応じ、連続的態様において作動し得る。例えば、粗アンモニア原料内の軽量ガス状不純物が１０００ｐｐｍというよりは１００ｐｐｍ程度である場合に、液化アンモニア産物がコンデンサー４４から直接充填ステーション６４および／または産物アンモニアタンク５６に流れることができるようにするために、還流フローライン５５を閉じる（すなわち、バルブV４２を閉じることにより）ことができる。このように、システムは、アンモニアが第一、第二および第三精製ステーションを通り、次いで貯蔵室および／または製造又は他の処理システムへ連続的に流れるために作動する。
【００６４】
上述したバッチ式精製処理の他の変形において、粗アンモニアの方向を転換させて第一および第二精製ステーションをバイパスし、第三精製ステーションに直接粗アンモニアを移送することができる。この操作態様は、粗アンモニアが実質的に特定の炭化水素および／または水分を含有せず、ゆえに第一および第二精製ステーションにおけるアンモニア処理の必要性を事前に回避する場合に実用的である。この精製処理において、バルブＶ１、Ｖ７、Ｖ２３、Ｖ２４、Ｖ２７およびＶ２９を閉じ、バルブＶ３、Ｖ２、Ｖ２８およびＶ３０を開けることにより、アンモニアをタンク４からフローライン８および７４を通ってタンク４２に直接移送して蒸留タンク４２を充填することができる。タンク４２内のアンモニアが所望される収量（例えば、約９０ｋｇ）となったとき、バルブＶ３、Ｖ２およびＶ２８を閉じ、バルブＶ２９、Ｖ２５、Ｖ３１およびＶ３５を開け（バルブＶ２３およびＶ２４は閉じたままとする）、アンモニア液体をタンク４２から蒸発器７６を介して蒸留カラム４０に流す。蒸留カラムの操作は、先の操作態様について上述したのと同様の態様において実施され、コンデンサーからカラムに戻される液化アンモニアの任意の量（例えば、全部、一部もしくは無し）が還元され、一方残りの超高純度アンモニア液体産物は充填ステーション６４および／またはタンク５６に移送される。また、粗アンモニアは、蒸留タンク４２中にまず溜められるのではなく、直接蒸発器７６に送られることもでき、アンモニア蒸気は次いで超高純度アンモニア産物へ精製するために連続的態様においてカラム４０に移送される。
【００６５】
粗アンモニア蒸気を蒸留し、次いで蒸留アンモニア中に残存する炭化水素および水分を吸着することが望ましい状態において、粗液体アンモニアは、まず上記の態様において蒸留カラム４０に向けられ、カラム４０およびコンデンサー４４内で、蒸留タンク４２内の還流アンモニア液体中の軽量ガス状不純物の凝縮が好適な範囲内になるまで、気化、精製される。タンク４２内の液体アンモニアは、次いで蒸発器７６に向けられ、バルブＶ２５を閉じ、バルブＶ２４およびＶ８を開けてアンモニア蒸気が逆流ライン１６を通って第一精製ステーションへ流れるようにする。次いで、アンモニア蒸気を、上記連続処理と同様の態様において連続的に第一、第二および第三精製ステーションを通して流し、コンデンサー４４から出てくる超高純度アンモニア産物は次いで充填ステーション６４および／または産物アンモニアタンク５６に向けられる。
【００６６】
各アンモニアタンクは、上記態様において蒸発器に接続され、機械的または他のポンピング機構を要件としない、蒸気または液体アンモニア移送および／またはシリンダーの移送充填を促進する。蒸発器は、任意の操作により、タンク内の蒸気圧を確実に好適なものとし（例えば、気化アンモニアによりタンクを周囲温度又は室温でのアンモニア蒸気圧よりも高い圧力まで加圧する、および／または、タンク内の蒸気または液体が他の指定された精製処理ステーション、収容容器、および／またはシステム内又はシステムから遠隔の位置に流れることを可能とするのに充分なほど圧力が高い。）、今度は、処理要件によりタンクからのアンモニア蒸気又は液体の流速を任意に調節する。特に、タンクからアンモニア蒸気１ｌｂ（４５４ｇ）が引き抜かれるごとに、約６００ＢＴＵ（６３３ｋＪ）の熱エネルギーがタンクから失われる。したがって、タンク内の所望される蒸気圧、並びに、故に各タンクとアンモニアが送られる所望の位置との間の好適な圧力差を維持するために、気化アンモニアが引き抜かれるときは、熱がタンクに供給されなければならない。（上記した）各蒸発器に利用される背圧調整器は、接続されるタンクが加圧され過ぎることを抑制するため、圧力調整器の閾圧にいったん到達すると、蒸発器からタンクへ戻る気化アンモニアの流れを抑制するための安全遮断特性を提供する。
【００６７】
上述のように、機械装置による超高純度アンモニアのポンピングは、金属粒子、炭化水素潤滑剤および／または他の不純物をアンモニア流に取り込み得る。さらに、ヘリウム又はアルゴン等の不活性ガスを使用することにより極端に費用が高くなり、結果として作動コストがよりかかる。液体又は気化アンモニアを所望される位置へ移送するために、好適な圧力差を設けるべくアンモニア蒸気圧を利用する本発明の移送充填システムは、システムコストを最小限とし、超高純度アンモニア産物中への不純物混入の可能性を低下させるのに非常に効果的である。加えて、上述したように、タンク４中の粗アンモニアの気化により、すべての精製ステーションにおける粗気化アンモニアの精製に先立ち、粗液体アンモニア中に存在し得る特定の不純物（金属酸化物等）が粗気化アンモニアから更に分離される。
【００６８】
粗アンモニアタンク４に言及すると、粗アンモニア蒸気がタンク４からライン１４を介して第一精製ステーションに移送される。あるいは、粗液体アンモニアは、第一および第二精製ステーションを少なくとも最初は迂回することが望ましい状態において、ライン８を介して蒸留タンク４２または蒸発器７６に直接移送され得る。蒸発器６は、タンク４内の蒸気圧を調節することにより、精製処理中にシステム内の様々な位置に任意の流速において粗アンモニア蒸気又は粗アンモニア液体のいずれかの移送を促進する。同様に、蒸発器７６は、蒸留タンク４２内の蒸気圧を調節することにより、（ライン８４を介して）任意の流速において蒸留カラム４０へのアンモニア蒸気の移送、または充填ステーション６４へのアンモニア液体の移送を促進する。アンモニア産物タンク５６はまた、超高純度液体アンモニアを、システム作動中に所望される流速において（フローライン６６を介して）充填ステーション６４へ、あるいは他の好適な位置（例えば、直接半導体又はたの製造プロセス）へポンピングすることを促進するために、タンク５６内の蒸気圧を調節すべく、蒸発器５８に接続される。このように、ガス状又は液体アンモニアをシステム内の様々な位置、貯蔵／充填位置、他の位置（例えば製造プロセス）へ移送し、移送充填することは、
システム作動中に二次的な汚染物質と共にアンモニアの汚染物質を抑制または実質的に最小限化する態様において実行される。
【００６９】
上述し且つ図１に示した本システムは、システムを通る気化および液体アンモニアの流路および流速を、手動または自動的調節により、選択的に交替させることができる。例えば、バルブを開又は閉状態に独立且つ自動的に操作することができ（例えば、空気制御により）、上記のいずれのバッチ式および連続式操作態様の間においても、１又は２以上の好適なプログラムで制御できる論理制御器が提供されることにより、システム内に配置されるバルブを自動的に開けること、又は閉じることを促進することができる。（１又は２以上の）制御器は、いずれの好適な態様においても（例えば、電気配線および／または無線接続を介して）、バルブ、圧力及び温度センサー、およびいずれかのサンプリングステーションにおける分析器と連結することができる。したがって、（１又は２以上の）制御器は、各アンモニアタンク内の蒸気圧、並びに、タンク又は蒸留カラム内で測定される圧力および／または温度データ、および１又は２以上のサンプリングステーションにおいて決定される測定不純物濃度データに基づき、上述した好適な流速および好適な流路におけるアンモニア流を調節するためにプログラミングされ得る。
【００７０】
本発明の他の態様において、水分で飽和した後の第二精製ステーションの水分除去ユニットを、元の状態に回復させるために回復処置が施される。吸着材は、アンモニアから痕跡量の水分を経済的且つ効率的に除去することができ、且つ、回復時においてその吸着性能が維持されるものであることが望ましい。本発明の水分除去ユニットにおける使用に好適な吸着材の典型例は、Ｗ．Ａ．Ｈａｍｍｏｎｄ  Ｄｒｉｅｒｉｔｅ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．(オハイオ州ジーニア）から商業的に入手可能な硫酸カルシウム粒子製品である。
【００７１】
典型的な水分除去ユニットは、好適な材料で構成された容器を具備する（例えば、フランジでシールされ、１インチの入口と出口を有する６インチスケジュール  ９０  ３１６Ｌ  ステンレススチールパイプ）。該ユニットは、硫酸カルシウム粒子製品を詰め込まれている。水分除去ユニットが飽和するとオフラインとなり（例えば、上述した態様において）、ユニットを連続的に流れる実質的に純粋な窒素を用いた吸着床の緩やかな加熱を伴う回復処理が施される。
【００７２】
実質的に純粋な窒素流により緩やか且つ連続的に加熱し、次いで迅速に冷却することを伴う好ましい回復プロセスには、以下の連続的に施される段階が含まれる：（１）硫酸カルシウムが充填された床を約１００℃まで約１２時間加熱する；（２）床を約１５０℃まで約２４時間加熱する；（３）床を約２００℃まで約３６時間加熱する；（４）床を約２５０℃まで約４８時間加熱する；（５）床を約３００℃まで約４８時間加熱する；（６）床を約３５０℃まで約４８時間加熱する；（７）床を室温（約２５℃）まで急冷する。
【００７３】
この緩やか且つ連続的な加熱処理の間に、床中の粒状吸着材の表面から水分および他の揮発性化合物が取り除かれ、吸着材の格子構造の再組織化又は再配列がもたらされる。更に、格子構造の再配列により、吸着材の充填床内での孔のシフト又は再形成、並びに拡大までもたらされ、孔の全表面積および容積が増大し、これにより充填床内での吸着性能が増大する。緩やか且つ連続的加熱処理により形成される新たに構築された孔構造は、３５０℃から室温まで床を急速に冷却（例えば、任意温度における液体窒素またはガス状窒素を用いて）することにより充填床内で維持される。
【００７４】
充填床が室温に到達した後、吸着材は、材料中に存在し得る固体残渣（例えば、金属酸化物、カーボネイト等）を除去するために更に処理することができる。かかる残渣は、任意の圧力において（例えば、約３０〜５０ｐｓｉｇ又は２０６〜３４５ｋＰａ）、アンモニア蒸気を充填床内に流し、好適な時間（例えば、約３〜５時間）そこに留めておくことにより除去される。その後、アンモニア蒸気は充填床から排気され、次いで実質的に純粋な窒素が任意の加熱サイクルにおいてユニットに連続的に流される。実質的に純粋な窒素の連続フローを使用する好ましい加熱／冷却サイクルには、以下の連続的に施される段階が含まれる：（１）床を約１５０℃まで約２４時間加熱する；（２）床を約２５０℃まで約２４時間加熱する；（３）床を約３５０℃まで約２４時間加熱する；（４）床を室温（約２５℃）まで急冷する。例えば、急冷は何分間かをかけて行うことができる（例えば、１０分以下）。
【００７５】
上述した回復処理により、水分除去床が、ユニット内に配置される充填吸着材の反復使用に極めて有効なものとなる。特に、回復した硫酸カルシウムは、アンモニア中の水分を約５０ｐｐｍの濃度に低減することができ、約０．５ｐｐｍ以下の精製濃度より高い。
【００７６】
このように、上述した本システムおよび様々な方法は、粗アンモニアから超高純度アンモニア（例えば、９９．９９９５％以上の純度）を提供することができ、さらに、アンモニアの超高純度性を維持しながら、機械ポンプや高価な不活性ガスを使用することなく、効率的且つ経済的な態様においてアンモニアを移送することができる。金属酸化物、水分、炭化水素および軽量ガス状不純物等のアンモニア中の不純物濃度は、ｐｐｍレベルからｐｐｂレベルまで低減させることができる。さらに、水分除去床中の硫酸カルシウムの回復により、床内における吸着性能を失うことなく、硫酸カルシウムの連続的再使用が可能となる。
【００７７】
アンモニアの純度は、精製処理の有効性、並びに、処理フローが、上記流路のいずれかにおいてシステム内の別の経路に切り替えられることを必要とするか否かを決定するために、システム内の様々な位置において、ガス状および液状双方についてサンプリングされる。精製液体アンモニアの一部または全部が、コンデンサーから出てくるアンモニアの純度に応じて、産物アンモニアタンク、充填ステーションにあるシリンダー内に充填され得、
および／または、ユースポイント（例えば、製造プロセス）へ直接移送され得る。これにより、超高純度アンモニアの高速製造がもたらされる。
【００７８】
さらに、上述し且つ図１に示されるシステムは、修飾により、１又は２以上の異なる精製ステーションを通る好適な様々ないずれもの流路におけるアンモニアの流れを促進することができる。例えば、粗アンモニアが精製ステーションのいずれかに直接供給されるように（例えば、水分除去ステーションに直接供給されるように）システムを修飾することができる。また、好適な数のバイパス又はフロー転換ラインを導入して、１又は２以上の精製ステーションを通るアンモニア流を連続的に順に交替させることもできる。例えば、アンモニア流が、第二精製ステーションを通り、次いで第一精製ステーションを通り、次いで第三精製ステーションを通るように修飾することができる。
【００７９】
アンモニアの精製および移送充填のための新規システムおよび方法を記載したことにより、他の修飾、変形および変更は本明細書に開示の教示により当業者に示唆されていると思料される。ゆえに、かかる変形、修飾および変更のすべては添付の特許請求の範囲において規定される本発明の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係るアンモニアの精製および移送充填システムの具体的態様を示す図。
【図１】
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【国際調査報告】
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2008505830.tif 000004
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