(57)【要約】【課題】  工業用として市販されている安価な粗アンモニア、及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から回収される粗アンモニアから、気相成長に悪影響を及ぼす原因となる油分等の不純物を除去し、連続して窒化ガリウム系化合物半導体プロセスに供給することが可能なアンモニアの精製手段を提供する。【解決手段】  不純物として油分を含む粗アンモニアから、油分を除去する油分除去装置であって、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子が収納された油分フィルター筒、及び活性炭が充填された油分吸着筒からなる油分除去装置とする。さらに、前記の油分除去装置のほか、ニッケルを有効成分とする触媒が充填された触媒筒、及び合成ゼオライトが充填された吸着筒を備えたアンモニア精製装置とする。【選択図】  図１１
2016216313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物として油分を含む粗アンモニアから、油分を除去する油分除去装置であって、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子が収納された油分フィルター筒、及び活性炭が充填された油分吸着筒からなることを特徴とする油分除去装置。
【請求項２】
油分吸着筒が油分フィルター筒の内部に設けた請求項１に記載の油分除去装置。
【請求項３】
粗アンモニアとろ過素子との接触により、粗アンモニアに含まれるミスト状の油分を粗アンモニアから除去し、粗アンモニアと活性炭との接触により、粗アンモニアに含まれる気体状の油分を除去する請求項１に記載の油分除去装置。
【請求項４】
油分吸着筒の下流側に、油分の分析器を設けた請求項１に記載の油分除去装置。
【請求項５】
不純物として、酸素、二酸化炭素、及び水から選ばれる一種以上と、油分を含む粗アンモニアから、前記の不純物を除去するアンモニアの精製装置であって、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子が収納された油分フィルター筒、活性炭が充填された油分吸着筒、ニッケルを有効成分とする触媒が充填された触媒筒、及び合成ゼオライトが充填された吸着筒からなることを特徴とするアンモニアの精製装置。
【請求項６】
さらに、油分の分析器、及び、油分吸着筒と触媒筒の間の配管に、該分析器に分析対象のガスを導入するためのサンプリング口を設けた請求項１に記載の油分除去装置。
【請求項７】
粗アンモニアが、工業用として市販されている粗アンモニアである請求項５に記載のアンモニアの精製装置。
【請求項８】
粗アンモニアが、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から排出される排ガスを水と接触させて排ガスに含まれるアンモニアを水に溶解し、アンモニアを溶解させたアンモニア水を蒸留してアンモニアと水とを分離し、分離したアンモニアを液化して回収した粗アンモニアである請求項５に記載のアンモニアの精製装置。
【請求項９】
粗アンモニアが、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から排出される排ガスを加圧処理及びヒートポンプによる冷却処理を行なうことにより、アンモニアを液化して水素及び窒素と分離し回収した粗アンモニアである請求項５に記載のアンモニアの精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体の原料として用いられる、油分等を不純物として含む粗アンモニアから、油分を除去する油分除去装置、及びそれを用いたアンモニアの精製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム系化合物半導体が、発光ダイオードやレーザーダイオード等の素子として多用されている。この窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程（窒化ガリウム系化合物半導体プロセス）は、通常はＭＯＣＶＤ法によってサファイア等の基板に窒化ガリウム系化合物を気相成長させることにより行なわれており、これに用いられる原料ガスとしては、例えばIII族の元素を含むトリメチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウムのほか、Ｖ族の元素を含むアンモニアが使用されている。
【０００３】
一般的に工業用として市販されている粗アンモニア（工業用の粗アンモニア）には、水素、窒素、酸素、二酸化炭素、水等が含まれている。また、比較的高純度のアンモニアとしては、これをさらに蒸留あるいは精留することにより得られた形態、またはこれを高純度の不活性ガスで希釈した形態で市販されている。しかし、窒化ガリウム系化合物半導体プロセスにおいては、原料として極めて高い純度のアンモニアが要求されるため、工業用のアンモニアを蒸留あるいは精留して得られた比較的高純度のアンモニアをさらに精製して使用されている。
【０００４】
従来から、粗アンモニアを精製する方法として、ニッケル触媒等を用いたアンモニアの精製方法が開発されている。例えば、粗アンモニアを連続して精製する方法として、該粗アンモニアをニッケルを主成分とする触媒と接触させて不純物を除去する方法がある。（特開平５−１２４８１３、特開平６−１０７４１２）また、工業用のアンモニアを、連続して精製し窒化ガリウム系化合物半導体プロセスに供給する方法として、該粗アンモニアをニッケルを有効成分とする触媒と接触させた後、さらに細孔径が４〜１０Å相当の合成ゼオライトと接触させて、粗アンモニアに含まれる不純物を除去する方法（特開２００２−３７６２４）がある。
【０００５】
一方、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から排出される排ガスに含まれるアンモニアを回収する方法として、排ガス中のアンモニアを水に溶解させ、アンモニアを溶解させたアンモニア水を蒸留してアンモニアと水とを分離し、分離したアンモニアを液化してアンモニアを回収する方法（特開２００８−７３７８）、排ガスに対して加圧処理及びヒートポンプによる冷却処理を行なうことにより、アンモニアを液化して水素及び窒素と分離してアンモニアを回収する方法（特開２０１３−２４５１３１）がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１２４８１３号公報
【特許文献２】特開平６−１０７４１２号公報
【特許文献３】特開２００２−３７６２４号公報
【特許文献４】特開２００８−７３７８号公報
【特許文献５】特開２０１３−２４５１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に記載されたアンモニアの精製方法は、工業用として市販されている安価な粗アンモニアを、蒸留あるいは精留することなく、連続して窒化ガリウム系化合物半導体プロセスに供給することが可能である。しかしながら、アンモニアを精製し窒化ガリウム系化合物半導体プロセスに供給するに際し、工業用の粗アンモニアを特許文献３に記載されたアンモニアの精製方法のみにより精製した場合は、アンモニアを極めて高純度に精留した場合と比較して、基板の表面に成長する窒化ガリウム系化合物の気相成長速度が若干低下する傾向があることが判明した。また、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から回収されるアンモニアについても、同様に気相成長速度が若干低下する傾向を示す場合があった。
【０００８】
前記のアンモニアの精製方法により得られる精製アンモニア、及びアンモニアの回収方法により得られる精製アンモニアにおいては、窒化ガリウム系化合物の気相成長速度が低下する原因が解明され、基板の表面に効率よく窒化ガリウム系化合物が成長可能な方法が開発されることが望まれる。従って、本発明が解決しようとする課題は、工業用として市販されている安価な粗アンモニア、及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から回収される粗アンモニアから、気相成長に悪影響を及ぼす原因となる油分等の不純物を除去し、連続して窒化ガリウム系化合物半導体プロセスに供給することが可能なアンモニアの精製手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前述の課題を解決すべく鋭意検討した結果、（１）水素及び窒素から合成される工業用のアンモニアの製造工程、及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から排出されるアンモニアの回収工程には、ガス圧縮工程があり、該工程においてコンプレッサーに用いられる油分（潤滑性、防錆性等を向上させるためのオイル）がアンモニアに混入され得ること、（２）油分は微量であっても窒化ガリウム系化合物の気相成長に悪影響を及ぼす可能性があること、（３）前記粗アンモニア中の油分は、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜及び活性炭と接触させることにより、効率よく容易に除去できること等を見出し、本発明の油分除去装置及びそれを用いたアンモニアの精製装置に到達した。
【００１０】
すなわち本発明は、不純物として油分を含む粗アンモニアから、油分を除去する油分除去装置であって、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子が収納された油分フィルター筒、及び活性炭が充填された油分吸着筒からなることを特徴とする油分除去装置である。
また、本発明は、不純物として、酸素、二酸化炭素、及び水から選ばれる一種以上と、油分を含む粗アンモニアから、前記の不純物を除去するアンモニアの精製装置であって、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子が収納された油分フィルター筒、活性炭が充填された油分吸着筒、ニッケルを有効成分とする触媒が充填された触媒筒、及び合成ゼオライトが充填された吸着筒からなることを特徴とするアンモニアの精製装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の油分除去装置及びアンモニアの精製装置は、蒸留あるいは精留することなく、粗アンモニアから、窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長に悪影響を与える油分等の不純物を除去することができる。また、ろ過膜がプリーツ状、ハニカム状、または立体構造状であるので、機械的強度が高くかつ粗アンモニアとの接触面積が大きく効率よく油分を除去することができる。その結果、安価な工業用の粗アンモニアまたは窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から回収される粗アンモニアを、連続して効率よく精製し、原料ガスとして、窒化ガリウム系化合物半導体プロセスに供給することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、不純物として油分を含む粗アンモニアから油分を除去する装置、及び、不純物として、酸素、二酸化炭素、及び水から選ばれる一種以上と、油分を含む粗アンモニアから、これらの不純物を除去する装置に適用される。
本発明において処理の対象である粗アンモニアは、工業用のアンモニアとして、水素と窒素の高圧反応で合成され、液体アンモニアとしてボンベ等に詰められて市販されている粗アンモニア、あるいは窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から回収される粗アンモニア等である。
【００１３】
前記の窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から回収される粗アンモニアとしては、該製造工程から排出される排ガスを水と接触させて排ガスに含まれるアンモニアを水に溶解し、アンモニアを溶解させたアンモニア水を蒸留してアンモニアと水とを分離し、分離したアンモニアを液化して回収した粗アンモニア、あるいは、該製造工程から排出される排ガスを加圧処理及びヒートポンプによる冷却処理を行なうことにより、アンモニアを液化して水素及び窒素と分離し回収した粗アンモニアを例示することができる。
【００１４】
例えば、ボンベ等に詰められて市販されている粗アンモニアは、９９．９％または９９．９９％の純度が保証されているが、酸素、二酸化炭素、及び水以外の不純物として、製造の際のガス圧縮工程においてコンプレッサーに用いられる油分（潤滑性、防錆性等を向上させるためのオイル）が含まれている。前記の油分は、液体アンモニアを気化した後においても、ミスト状（主に０．０１〜１００μｍ程度の径を有するオイルミスト）及び気体状の形態で粗アンモニアガス中に長期間浮遊する。粗アンモニアに含まれる油分の含有量は、通常は５〜５０ｍｇ／ｍ３である。
【００１５】
以下、本発明の油分除去装置及びそれを用いたアンモニアの精製装置について、図１〜図１４に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
尚、図１は、本発明に使用する油分フィルター筒の構成の一例を示す斜視図、図２は、本発明に使用する油分フィルター筒の垂直断面の一例を示す構成図、図３〜図６は、各々本発明に使用する油分フィルター筒の水平断面の一例を示す構成図である。図７は、本発明の油分除去装置の一例を示す構成図、図８は、本発明の油分除去装置の垂直断面の一例を示す構成図、図９、図１０は、各々本発明の油分除去装置の水平断面の一例を示す構成図、図１１、図１２は、各々本発明のアンモニアの精製装置の一例を示す構成図である。図１３は、本発明に使用する油分の分析器の構成図、図１４は、油分の分析器を用いた場合の本発明のアンモニアの精製装置の一例を示す構成図である。
【００１６】
本発明の油分除去装置は、不純物として油分を含む粗アンモニアから、油分を除去する油分除去装置であって、図７に示すように、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子が収納された油分フィルター筒１、及び活性炭が充填された油分吸着筒２からなる装置である。尚、本発明の油分除去装置は、図８に示すように、油分吸着筒２を油分フィルター筒１の内部に設けた構成とすることができる。
【００１７】
本発明に使用されるろ過素子５は、図１の斜視図、図２の垂直断面の構成図、図３〜図６の水平断面の構成図に示すように、プリーツ状（５ａ）、ハニカム状（５ｂ）、または立体構造状（５ｃ）に加工されたろ過膜６を円筒状に成形してなるものである。ろ過素子５は、その上端及び下端において、円形固定板７、８によりろ過素子５が気密性を維持するように取付けられる。
図２に示すように、上端の円形固定板７の中央部には、ろ過処理後のガスの排出口１０が設けられる。また、ろ過素子５が収納されるケース１１は、上面が開口し、側面に粗アンモニアの導入口９が設けられた外形が円柱形のケース本体１１ａ及び蓋１１ｂからなり、蓋１１ｂの中央部にはろ過処理後のガスの排出管１３が接続される。
【００１８】
尚、プリーツ状に加工されたろ過膜６を円筒状に成形してなるろ過素子５ａは、通常は偏平状のろ過膜が用いられる。ハニカム状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子５ｂは、通常は外側に目が粗いろ過膜、内側に目が細かいろ過膜が用いられる。本発明において、ハニカム状とは、正六角柱に限らず立体図形を隙間なく並べたものをいう。また、立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子５ｃとしては、例えば表面に凹凸を有するろ過膜で構成されたろ過素子、内部まで細孔のような空間が設けられた構成を有するろ過素子等を挙げることができる。
【００１９】
本発明において使用されるろ過膜６の構成材料としては、アンモニアに対する耐腐食性があり、ミスト状の油分を除去することができれば特に制限されることはないが、例えば、セラミック繊維、ガラス繊維、金属繊維等からなるものを用いることができる。また、図４、図５に示すように、複数のろ過素子５を用いることができ、さらに図６に示すように異なった構造のろ過素子を１つの装置に用いることもできる。複数のろ過素子を用いる場合、目の粗さが互いに異なる複数枚のろ過膜が設けられ、粒径の大きなミスト状の油分から順に除去するような構成であることが好ましい。
【００２０】
油分フィルター筒１の下流側に設けられる油分吸着筒２には、活性炭が充填される。本発明において使用される活性炭は、アンモニアに対する耐腐食性があり、気体状の油分を除去することができれば特に制限されることはないが、例えば、椰子殻炭、木粉炭、ピート炭等を用いることができる。これらの活性炭のうち、ＢＥＴ比表面積が５００ｍ２／ｇ以上のものが好ましい。油分吸着筒２に充填される活性炭の充填長は、通常は５〜１５０ｃｍである。尚、本発明において使用される活性炭は、予め主に活性炭に含まれる水分等を除去する目的で、通常は使用する前に２００℃以下の温度で加熱しながら窒素等の不活性ガスを流す処理、あるいは２００℃以下の温度に加熱された不活性ガスを流す処理が行なわれる。
【００２１】
前記のような構成において、装置全体の小型化を図るために、図８に示すように、フィルター筒１の円筒状のろ過素子５の内部に、油分吸着筒２を設けた構成とすることができる。このような場合、例えば図８に示すように、油分吸着筒２は、その上端と下端に開口部を有する構成として、ろ過膜６を通過したガスを下端から導入し、活性炭１４の充填層を通過したガスを、上端（排出口１０）から排出するような構成とすることができる。しかし、これに限定されることなく、上端からガスを導入し下端からガスを排出する構成、あるいは筒の側面にガスの導入口とガスの排出口を有する構成とすることもできる。
【００２２】
本発明の油分除去装置においては、さらに図１３に示すような油分の分析器１６を油分吸着筒２の下流側に設けることができる。そのような場合、図１４に示すように、後述するアンモニアの精製装置の油分吸着筒２と触媒筒３の間の配管に、油分分析のためのサンプリング口１５が設けられる。油分の分析器１６は、例えば油分フィルター筒１及び油分吸着筒２を長期にわたり使用し続けた結果、粗アンモニアから油分を除去する効果が低下して油分を充分に除去できなくなり、下流側に油分を含んだアンモニアを流出することを防止するために設けられるものである。その構成は、例えば油分の吸着剤を充填した吸着部１７と、吸着剤から脱着させた油分を分析する分析部１８を備えてなるものとすることができる。
【００２３】
本発明における油分の分析器１６は、常温で分析対象のガスを分析対象ガス導入管１９から吸着部１７に導入してガスに含まれる油分のみを吸着剤に吸着させた後、分析対象のガスの導入を中止し、吸着部１７の上流側及び下流側のバルブを切替えて、吸着剤を加熱（２００〜４００℃）するとともに、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを、不活性ガス導入管２０から吸着部１７に導入して吸着剤から油分を脱着させ、これを分析部１８に導入し油分の量を測定するものである。前記の吸着剤としては、アンモニアによる腐食等の悪影響を受けず、油分を吸着可能な吸着剤であれば特に限定されることはないが、活性アルミナ、珪藻土、合成ゼオライト、活性炭等の無機系吸着剤、ＴＥＮＡＸ（登録商標）等のポリマー系吸着剤を例示することができる。本発明に用いられる吸着剤には、ＴＥＮＡＸ（登録商標）を用いることが特に好ましいが、ＴＥＮＡＸ（登録商標）に限定されることはない。
【００２４】
分析部１８において油分を分析する手段は、油分に対して感度を有し、アンモニアに対して実質的に感度を有しない分析手段であることが好ましく、例えばＦＩＤであることが好ましい。吸着剤からの油分の脱着時には油分の他に微量のアンモニアも脱着し得るが、このような分析手段を用いることにより、油分のみを分析部１８で定量することができる。また、脱着した油分が同伴された不活性ガスを分析部１８に導入し、分析部１８で油分が検出されなくなるまで脱着を継続することにより、吸着剤に吸着された油分の量をメタン換算で定量することができる。本発明においては、分析で測定された油分の量と、吸着剤への分析対象のガスの流通量から、分析対象のガスに含まれる油分の量を算出することができる。その際の計算式は、例えば、（アンモニア中の油分の濃度［ｖｏｌｐｐｍ］）＝｛（分析部で検出された油分の量［ｍｌ］）／（吸着部へのアンモニア流通量［ｍｌ］）｝×１，０００，０００［ｖｏｌｐｐｍ］である。
【００２５】
本発明のアンモニアの精製装置は、不純物として、酸素、二酸化炭素、及び水から選ばれる一種以上と、油分を含む粗アンモニアから、前記の不純物を除去するアンモニアの精製装置であって、図１１に示すように、プリーツ状、ハニカム状、または立体構造状に加工されたろ過膜を円筒状に成形してなるろ過素子が収納された油分フィルター筒１、活性炭が充填された油分吸着筒２、ニッケルを有効成分とする触媒が充填された触媒筒３、及び合成ゼオライトが充填された吸着筒４からなる装置である。尚、本発明のアンモニアの精製装置は、図１２に示すように、ニッケルを有効成分とする触媒が充填された触媒筒３と合成ゼオライトが充填された吸着筒４を一つの筒の内部に充填した構成とすることができる。また、油分フィルター筒１及び活性炭が充填された油分吸着筒２は、前述の油分除去装置に使用されるものと同一のものが利用できる。
【００２６】
本発明において使用されるニッケルを有効成分とする触媒は、金属ニッケルまたはニッケルの酸化物等還元され易いニッケル化合物を主成分とするものである。また、ニッケル以外の金属成分としてクロム、鉄、コバルト、銅などの金属が少量含まれているものであってもよい。これらのニッケルは単独で用いてもよく、また、触媒担体などに担持させた形態で用いてもよいが、ニッケルの表面とガスとの接触効率を高める目的等から、通常は触媒担体などに担持させた形態で使用することが好ましい。
【００２７】
ニッケルを有効成分とする触媒のＢＥＴ比表面積は、通常は１０〜３００ｍ２／ｇ、好ましくは３０〜２５０ｍ２／ｇである。また、触媒全体に対するニッケルの含有率は、通常は５〜９５ｗｔ％、好ましくは２０〜９５ｗｔ％である。ニッケルの含有量が５ｗｔ％よりも少なくなると酸素の除去能力が低くなり、また９５ｗｔ％よりも高くなると水素による還元の際にシンタリングが生じて活性が低下する虞がある。ニッケルを有効成分とする触媒は、通常は使用する前にこれらを活性化するために、水素還元が行なわれる。水素還元の際は、例えば３５０℃以下程度で水素と窒素の混合ガスを空筒線速度（ＬＶ）５ｃｍ／ｓｅｃ程度で通すことによって行なうことができる。
【００２８】
本発明において使用される合成ゼオライトは、化学的には合成結晶アルミノシリケート含水ナトリウム塩のナトリウムの一部をカリウムで置換した合成ゼオライトである。この合成ゼオライト結晶は内部に多数の細孔を有し、その細孔径がほぼ揃っていることが特徴である。これらの合成ゼオライトは効率よく使用できるように、通常は４〜２０ｍｅｓｈの球状物、直径１．５〜４ｍｍ、高さ５〜２０ｍｍの柱状物等に成形されて用いられる。尚、本発明においては、好ましくは、細孔径が４〜１０Å相当の合成ゼオライトが使用される。合成ゼオライトは、通常は使用する前に２００〜３５０℃程度の温度で不活性ガスを通気しながら活性化される。
【００２９】
本発明の油分除去装置及びアンモニアの精製装置においては、粗アンモニアとろ過素子との接触により、粗アンモニアから主にミスト状の油分が除去され、粗アンモニアと活性炭との接触により、粗アンモニアから主に気体状の油分が除去される。また、油分除去後の粗アンモニアがニッケルを有効成分とする触媒と接触することにより、該粗アンモニアから主に酸素と二酸化炭素が除去され、該粗アンモニアが合成ゼオライトと接触することにより、該粗アンモニアから主に二酸化炭素及び水が除去される。
【００３０】
粗アンモニアと、ろ過素子、活性炭、ニッケルを有効成分とする触媒、または合成ゼオライトとの接触温度は１００℃以下であるが、通常はいずれも常温でよく、特に加熱や冷却を必要としない。また、圧力にも特に制限はなく、常圧、減圧、加圧のいずれでも処理が可能であるが、通常は常圧ないし０．３ＭＰａの加圧下で行なわれる。また、活性炭、ニッケルを有効成分とする触媒、及び合成ゼオライトの各充填層における粗アンモニアの空筒線速度（ＬＶ）は、通常は１００ｃｍ／ｓｅｃ以下、好ましくは３０ｃｍ／ｓｅｃ以下である。
【００３１】
尚、粗アンモニアに含まれる、酸素、二酸化炭素、及び水から選ばれるいずれの不純物は、ろ過素子と接触しても粗アンモニアから除去されず、活性炭と接触してもきわめて微量に活性炭に保持され得る程度で粗アンモニアからほとんど除去されない。（常温の活性炭による吸着のされやすさ：気体状の油分＞アンモニア＞二酸化炭素等）また、粗アンモニアを予めろ過素子と接触させない場合は、活性炭の表面にミスト状の油分が付着し、時間の経過とともに気体状の油分の吸着が妨げられるようになる。さらに、予め粗アンモニアから油分（ミスト状の油分及び気体状の油分）を除去しない場合は、通常の条件では、ニッケルを有効成分とする触媒、あるいは合成ゼオライトにより油分を除去することができない。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。
【００３３】
［実施例１］
（油分フィルター筒の製作）
２枚のろ過膜をプリーツ状に加工し円筒状に成形して、図４に示すような２重構造のろ過素子５ａ（外径：１５０ｍｍ、内径：１００ｍｍ、高さ：２００ｍｍ、外側のろ過膜の目の粗さ：約０．５μｍ以上の径を有するオイルミストを除去、内側のろ過膜の目の粗さ：約０．０１μｍ以上の径を有するオイルミストを除去）を製作した。これらのろ過素子５ａを、気密性が維持されるように、中央部にガスの排出口１０が設けられた円形固定板７と円形固定板８に挟持して固定し、側面に粗アンモニアの導入口９が設けられたケース本体１１ａ（外径：２００ｍｍ、高さ：２５０ｍｍ）に収納した。次に、円形固定板７の上面に、ケースの蓋１１ｂを密着して取付けて、図２に示すような油分フィルター筒を製作した。
【００３４】
（油分除去装置の製作）
活性炭（ＢＥＴ比表面積約１０００ｍ２／ｇ）を、上端と下端に各々ガスの導入口と排出口を有するステンレス製の筒（内径８０ｍｍ、長さ１８０ｍｍ）に、充填長が１２０ｍｍとなるように充填して油分吸着筒２を製作した。この油分吸着筒を前記の油分フィルター筒１のろ過素子５ａの内部に設置して、図８に示すような油分除去装置を製作した。
さらに、内径３ｍｍ、長さ２００ｍｍの円筒形を有するステンレス製の筒に、吸着剤としてＴＥＮＡＸ（登録商標）０．４ｇ（充填長１５０ｍｍ）を充填し、その外側にヒータを装着して吸着部１７を製作した後、これにＦＩＤからなる分析部１８を接続して、図１３に示すような油分の分析器１６を製作した。
【００３５】
（油分の除去試験）
油分除去装置の下流側のガスの排出管１３にサンプリング口１５を設け、油分の分析器１６を接続し、活性炭の乾燥等の前処理を行なった後、油分、酸素、二酸化炭素、及び水を含む工業用の粗アンモニアを、常温、常圧、流量１０Ｌ／ｍｉｎの条件で５時間流通して油分の除去試験を行なった。その間、３０分間隔でサンプリング口１５からサンプリングしたアンモニアを油分の分析器１６により分析したが油分は検出されなかった。また、サンプリングしたアンモニアを熱伝導度検出器（ＧＣ−ＴＣＤ）、水素炎イオン化検出器（ＧＣ−ＦＩＤ）、及びフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）により分析した結果、不純物として、酸素、二酸化炭素、及び水が、各々５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ含まれていた。
【００３６】
その後、前記と同様の粗アンモニアを、油分除去装置を経由させることなく、油分の分析器１６により分析した結果、メタン換算で約１ｐｐｍの油分を含んでいることが確認された。これらの結果から、前記の油分除去装置は、油分、酸素、二酸化炭素、及び水を含む工業用の粗アンモニアから、油分のみを充分に除去することが可能であることがわかった。但し、酸素、二酸化炭素、及び水については、充分に除去できなかった。
【００３７】
［実施例２］
（油分除去装置の製作）
実施例１の油分フィルター筒の製作において、図１０に示すようなろ過素子５ａと５ｂを用いた構成の油分フィルター筒を用い、油分フィルター筒１と油分吸着筒２を分離したほかは、実施例１と同様にして、図７に示すような構成の油分除去装置を製作した。尚、ろ過素子５ａは、約０．０１μｍ以上の径を有するオイルミストを除去できるろ過膜からなるろ過素子であり、ろ過素子５ｂは、外側が約０．５μｍ以上の径を有するオイルミストを除去でき、内側が約０．０５μｍ以上の径を有するオイルミストを除去できるろ過膜からなるハニカム状のろ過素子であった。
【００３８】
（アンモニアの精製装置の製作）
市販のニッケル触媒を、ステンレス製の触媒筒３に充填し、市販の４Å相当の合成ゼオライトを、触媒筒３の下流に設けられるステンレス製の吸着筒４に充填した。次に、実施例１と同様に製作した油分除去装置の下流側に、触媒筒３及び吸着筒４を設けるとともに、油分吸着筒２と触媒筒３の間の配管に、油分分析のためのサンプリング口１５を設け、さらに油分の分析器１６を接続して、図１４に示すようなアンモニア精製装置を製作した。
【００３９】
（アンモニアの精製試験）
活性炭の乾燥、ニッケル触媒、合成ゼオライトの活性化等の前処理を行なった後、実施例１で使用したものと同様の工業用の粗アンモニアを、常温、常圧、流量１０Ｌ／ｍｉｎの条件で５時間流通してアンモニアの精製試験を行なった。その間、３０分間隔でサンプリング口１５からサンプリングしたアンモニアを油分の分析器１６により分析するとともに、吸着筒４の排出口から得られた精製アンモニアを熱伝導度検出器（ＧＣ−ＴＣＤ）、水素炎イオン化検出器（ＧＣ−ＦＩＤ）、及びフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）により分析した。その結果、サンプリング口１５からサンプリングしたアンモニアから油分は検出されなかった。また、吸着筒４の排出口から得られた精製アンモニアから、酸素、二酸化炭素、及び水は検出されなかった。
【００４０】
［比較例１］
実施例２のアンモニアの精製装置の製作において、油分除去装置を使用しなかったほかは実施例２と同様にしてアンモニア精製装置を製作した。
ニッケル触媒、合成ゼオライトの活性化等の前処理を行なった後、実施例１で使用したものと同様の工業用の粗アンモニアを、常温、常圧、流量１０Ｌ／ｍｉｎの条件で５時間流通してアンモニアの精製試験を行なった。その間、３０分間隔で吸着筒４の排出口から得られた精製アンモニアを油分の分析器１６により分析した。その結果、試験開始後１時間経過した時点から、メタン換算で約０．１〜１ｐｐｍの油分が検出された。
【００４１】
以上の通り、本発明の油分除去装置及びアンモニアの精製装置は、蒸留あるいは精留することなく、油分を含む粗アンモニアから効率よく油分を除去することができる。その結果、安価な工業用の粗アンモニアまたは窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程から回収される粗アンモニアを、連続して効率よく精製し、原料ガスとして、窒化ガリウム系化合物半導体プロセスに供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に使用する油分フィルター筒の構成の一例を示す斜視図
【図２】本発明に使用する油分フィルター筒の垂直断面の一例を示す構成図
【図３】本発明に使用する油分フィルター筒の水平断面の一例を示す構成図
【図４】本発明に使用する図３以外の油分フィルター筒の水平断面の一例を示す構成図
【図５】本発明に使用する図３、図４以外の油分フィルター筒の水平断面の一例を示す構成図
【図６】本発明に使用する図３〜図５以外の油分フィルター筒の水平断面の一例を示す構成図
【図７】本発明の油分除去装置の一例を示す構成図
【図８】本発明の油分除去装置の垂直断面の一例を示す構成図
【図９】本発明の油分除去装置の水平断面の一例を示す構成図
【図１０】本発明の図９以外の油分除去装置の水平断面の一例を示す構成図
【図１１】本発明のアンモニアの精製装置の一例を示す構成図
【図１２】本発明の図１１以外のアンモニアの精製装置の一例を示す構成図
【図１３】本発明に使用する油分の分析器の構成図
【図１４】油分の分析器を用いた場合の本発明のアンモニアの精製装置の一例を示す構成図
【符号の説明】
【００４３】
１  油分フィルター筒
２  油分吸着筒
３  触媒筒
４  吸着筒
５  ろ過素子
６  ろ過膜
７  円形固定板
８  円形固定板
９  粗アンモニアの導入口
１０  排出口
１１  ケース
１２  粗アンモニアの導入管
１３  ガスの排出管
１４  活性炭
１５  サンプリング口
１６  油分の分析器
１７  吸着部
１８  分析部
１９  分析対象ガス導入管
２０  不活性ガス導入管
２１  分析後のガスの排出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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