气液分离装置的制作方法

本发明涉及一种气液分离装置。

背景技术：

在利用化学反应产生气体时有时使用溶剂。例如，在生成乙硼烷气体的情况下已知有如下的方法：即，通过向有机溶剂中添加还原剂，并且吹入原料气体，从而生成乙硼烷气体。另外，已知有通过向包含锗化合物和还原剂的水溶液中添加酸溶液而生成锗烷气体的方法。另外，已知有通过使硫酸与砷原料反应而生成砷化氢气体的方法。另外，已知有通过向硝酸水溶液吹入二氧化硫而生成一氧化氮的方法。此外，已知有通过使蚁酸和硫酸反应而生成一氧化碳的方法。

但是，在回收经由化学反应生成的气体(以下，称为“生成气体”)的情况下使用如下的方法：即，通过向溶剂中吹入氮、氩及氦等的惰性气体或氢气，从而回收溶存于溶剂中的生成气体。例如，在专利文献1中记载有通过在溶剂的存在下使硼氢化钠(nabh4)和三氯化硼(bcl3)反应而生成乙硼烷的方法，并且公开了通过向反应溶液中吹入氦而回收溶存的乙硼烷的方法。

专利文献1：日本专利公开平03-093603号公报

然而，对于专利文献1所公开的现有方法来说，如果是乙硼烷等易溶解于溶剂的气体的情况下具有如下的问题：即，由于溶剂中包含相当多量的目标气体，因此即使吹入大量的惰性气体也难以充分回收该目标气体，从而回收效率下降。另外，在无法从溶剂中充分回收目标气体的情况下，溶剂中包含较多的有害气体，因此具有难以处理溶剂的问题。

另外，由于利用惰性气体来稀释目标气体，因此在需要高浓度的气体的情况下具有需进行对所稀释的气体进行浓缩的工序的问题。另外，由于花费除原料以外使用的惰性气体的费用，因此具有导致生产率下降的问题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供一种能够从至少将气体和液体以气液共存状态包含的混合物中高效地回收目标气体的气液分离装置。

为了解决上述问题，本发明具有以下结构。

(1)一种气液分离装置，从以气液共存状态包含气体和液体的混合物中分离并回收所述气体和所述液体，所述气液分离装置具备：气密空间，以气液共存状态包含所述气体和所述液体的混合物被供给到所述气密空间中，所述气密空间用于将该混合物作为分离为气体和所述液体的混合物来储存；供给路径，用于将以气液共存状态包含气体和液体的所述混合物供给到所述气密空间中；气体回收路径，用于将所述气密空间内的气体排出到该气密空间的外侧；第一减压装置，设置于所述气体回收路径，并用于从所述气密空间回收所述气体；液体回收路径，用于将所述气密空间内的液体排出到该气密空间的外侧；和第二减压装置，设置于所述液体回收路径，并用于从所述气密空间回收所述液体。

(2)根据(1)所述的气液分离装置，其中，具备：气液分离仪器，设置于所述液体回收路径，从所述液体中分离所述气体而回收该液体及该气体。

(3)根据(1)或(2)所述的气液分离装置，其中，进一步具备：液面检测仪器，用于检测所述气密空间内的液面的高度；开闭装置，设置于所述液体回收路径；和控制装置，与所述液面检测仪器及所述开闭装置电连接。

(4)根据(1)至(3)中的任一项所述的气液分离装置，其中，所述气体为乙硼烷气体、二氧化碳、氯气、锗烷气体、砷化氢气体、一氧化碳或一氧化氮。

本发明的气液分离装置为简便的结构，能够在不使用惰性气体的情况下，从以气液共存状态包含气体和液体的混合物中高效地回收目标气体。

附图说明

图1是示意性地表示应用本发明的一实施方式的气液分离装置的结构的一例的系统图。

具体实施方式

下面，对应用本发明的一实施方式的气液分离装置的结构及该气液分离装置的运转方法进行详细说明。此外，为了便于理解特征，在以下说明中使用的附图中为了方便而有时放大表示作为特征的部分，各结构要素的尺寸比率等并不一定与实际相同。

首先，对应用本发明的一实施方式的气液分离装置的结构进行说明。图1是示意性地表示应用本发明的一实施方式的气液分离装置的结构的一例的系统图。

如图1所示，本实施方式的气液分离装置1大致构成为具备：第一气液分离器(气密空间)2；设置为与该第一气液分离器2的内侧空间连通的供给路径l1、气体回收路径l2和液体回收路径l3；第一减压装置3；第二减压装置4；第二气液分离器(气液分离仪器)5；及控制装置6。该气液分离装置1为从至少将气体和液体以气液共存状态包含的混合物中分离气体和液体而分别回收该气体和液体的装置。

第一气液分离器(气密空间)2为能够将以气液共存状态包含气体和液体的混合物分离为气体和液体并分别储存到设置于内侧的气密空间中的容器。另外，第一气液分离器2内的气密空间被划分为气相2a和液相2b。

在此，第一气液分离器2只要是能够将以气液共存状态包含气体和液体的混合物分离为气体和液体并分别储存到设置于内侧的气密空间中的部件，则并不特别限定于容器。具体而言，例如也可以构成为通过将连结供给路径l1和液体回收路径l3之间的管道的一部分设为至少大于供给路径l1的直径而设置气密空间。通过这种结构，能够将以气液共存状态包含气体和液体的混合物分离为气体和液体并分别储存到设置于内侧的气密空间中。

为了检测第一气液分离器2的内侧的空间的气相2a与液相2b之间的界面(即，液面)高度，在第一气液分离器2中设置有液面仪(液面检测仪器)7。在此，液面仪7只要是能够检测第一气液分离器2内的液面高度的液面仪则不受特别限定。具体而言，例如可使用浮动式、反射式、管式或透视式等的液面仪。

供给路径l1是为了向第一气液分离器2供给以气液共存状态包含气体和液体的混合物而设置在第一气液分离器2与混合物的供给部(以下，有时还简称为“供给部”)50之间的管道。另外，在供给路径l1上设置有开闭阀8。在此，通过将开闭阀8设为开启状态，能够开始从供给部50向第一气液分离器2的混合物的供给。另一方面，通过将开闭阀8设为关闭状态，能够停止从供给部50向第一气液分离器2的混合物的供给。

构成供给路径l1的管道的材质只要是不会因气体和液体而腐蚀的材质则不受特别限定，可根据混合物的组成进行适当选择。具体而言，例如可列举聚氯乙烯等树脂制管道或sus等金属制管道。

构成供给路径l1的管道的直径不受特别限定，可根据向第一气液分离器2供给的混合物的供给量进行适当选择。具体而言，例如可使用外径为1～30mm的管道。

供给部50的结构只要是能够将以气液共存状态包含气体和液体的混合物经由供给路径l1供给到第一气液分离器2的结构，则不受特别限定。在此，在本实施方式的气液分离装置1中，以气体为乙硼烷气体的情况为一例，对供给部50的结构进行说明。

具体而言，如图1所示，供给部50大致被构成为具备：气体原料(bf3、bcl3等的三卤化硼气体)的供给源51；液体原料(包含nah、nabh4等还原剂的四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚等的醚类溶剂)的供给源52；气体原料的供给路径l51；液体原料的供给路径l52；设置于两个供给路径l51、l52的合流部且与供给路径l1连接的混合器(搅拌器)53；以及设置于混合器53与开闭阀8之间的供给路径l1上的背压阀54。另外，在气体原料的供给路径l51上从一次侧(上游侧)起设置有压力调整阀55及质量流量控制器56。此外，在液体原料的供给路径52上设置有送液泵57。即，在本实施方式的气液分离装置1中，供给部50为乙硼烷气体的生成装置。

根据这种结构的供给部50，通过将气体原料和液体原料供给到混合器53并进行混合，从而能够将以气液共存状态包含乙硼烷气体和溶剂的混合物经由设置于供给路径l1的背压阀54连续供给到第一气液分离器2中。

此外，在将混合物连续供给到第一气液分离器2的情况下，通过在第一气液分离器2的一次侧(上游侧)设置背压阀54，能够以稳定的流量供给混合物。另外，能够维持第一气液分离器2的减压状态的同时，将混合物连续供给到第一气液分离器2中。

气体回收路径l2是为了将第一气液分离器2内的气体排出供给到该第一气液分离器2的外侧而设置为与第一气液分离器2的气相2a连通的管道。另外，在气体回收路径l2上从一次侧(上游侧)起按顺序设置有压力控制装置9、止回阀10和第一减压装置3。

构成气体回收路径l2的管道的材质不受特别限定，可应用与上述供给路径l1同样的材质。另外，构成气体回收路径l2的管道的直径不受特别限定，可使用与上述供给路径l1同样的直径的管道。

为了从上述第一气液分离器2内的气相2a中抽吸并回收气体(乙硼烷气体)，在气体回收路径l2上设置有第一减压装置3。根据本实施方式的气液分离装置1，通过运转及控制第一减压装置3和压力控制装置9，控制为第一气液分离器2的气相2a的压力为大气压以下、例如为50～500hpa左右的一定的减压状态。并且，能够从第一减压装置3的二次侧(下游侧)回收气体(乙硼烷气体)。

第一减压装置3的能力只要是能够将第一气液分离器2的气相2a减压为所需的压力(例如，50～500hpa左右)，则不受特别限定，可根据供给到第一气液分离器2内的混合物的成分进行适当选择。具体而言，作为第一减压装置3，可使用市场上销售的真空减压泵(例如，日本易威奇公司(iwakico.,ltd.)制的“ba-106f”等)。

此外，在气体回收路径l2的第一减压装置3的二次侧也可以设置有用于提纯回收的气体的提纯器等。另外，在气体回收路径l2的第一减压装置3的二次侧也可以设置有后段的反应装置等。

液体回收路径l3是为了将第一气液分离器2内的液体排出供给到该第一气液分离器2的外侧而设置为与第一气液分离器2的液相2b连通的管道。另外，在液体回收路径l3上从一次侧(上游侧)起按顺序设置有开闭阀(开闭装置)11、第二气液分离器(气液分离仪器)5和第二减压装置4。

构成液体回收路径l3的管道的材质不受特别限定，可使用与上述供给路径l1乃至气体回收路径l2同样的材质。另外，构成液体回收路径l3的管道的直径不受特别限定，可使用与上述供给路径l1乃至气体回收路径l2同样的直径的管道。

为了从上述第一气液分离器2内的液相2b中抽吸并回收液体(醚类溶剂)，在液体回收路径l3上设置有第二减压装置4。在此，根据本实施方式的气液分离装置1，第一气液分离器2内为减压状态，因此通过运转第二减压装置4而进行减压，能够从液相2b中回收液体。

第二减压装置4的能力只要是能够减压至与第一气液分离器2内的压力(气相2a的压力)相等或其以上的压力，则不受特别限定，可根据第一减压装置3的能力进行适当选择。具体而言，与第一减压装置3同样，作为第二减压装置4可使用市场上销售的真空泵(例如，日本柴田科学株式会社(sibatascientifictechnologyltd.)制的“v-710”等)。另外，第二减压装置4也可以与第一减压装置3相同，或者也可以与第一减压装置3不同。由此，能够从第二减压装置4的二次侧回收液体(醚类溶剂)。

在液体回收路径l3的第二减压装置4的一次侧(上游侧)设置有开闭阀11。在此，通过将开闭阀11设为开启状态，能够开始从第一气液分离器2内向液体回收路径l3的液体的排出。另一方面，通过将开闭阀11设为关闭状态，能够停止从第一气液分离器2向液体回收路径l3的液体的排出。

为了分离并回收溶存于从第一气液分离器2排出到液体回收路径l3的液体中的气体，在液体回收路径l3的上述第二减压装置4的一次侧(上游侧)设置有第二气液分离器5。根据本实施方式的气液分离装置1，能够通过设置第二气液分离器5而回收溶存于从第一气液分离器2排出的液体中的气体，因此能够高效地回收目标气体。同时，能够提纯从第一气液分离器2排出到液体回收路径l3的液体。

在此，第二气液分离器5只要是能够将溶解于液体中的气体分离为气体和液体的分离器，则不受特别限定。作为第二气液分离器5，具体而言例如可使用旋转气化器或能够冷凝溶剂的溶剂回收装置等。

控制装置6作为运转控制系统具备进行各驱动部的驱动的控制器和进行各控制器的控制的控制部。各控制器例如由pid控制器等形成，并且与设置于液面仪7、开闭阀8、压力控制器9及开闭阀11等的驱动器、第一减压装置3和第二减压装置4等电连接，进行各部分的启动、停止及调整等。

接着，对上述的本实施方式的气液分离装置1的运转方法的一例进行说明。

首先，在供给部50连续生成以气液共存状态包含乙硼烷气体(气体)和醚类溶剂(液体)的混合物。

具体而言，从气体原料的供给源51经由气体原料的供给路径l51，通过质量流量控制器56调整流量的同时将原料气体供给到混合器53中。同样，从液体原料的供给源52经由液体原料的供给路径l52，通过送液泵57调整流量的同时将包含还原剂的醚类溶剂供给到混合器53中。作为原料气体，可使用bf3、bcl3等的三卤化硼气体。作为还原剂，可使用nah及lialh4等的碱金属氢化物以及nabh4等的碱金属氢化物。作为醚类溶剂，可使用四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚及三乙二醇二甲醚等的醚类溶剂等。

在此，原料气体的供给条件不受特别限定，可根据各种要素进行适当选择。具体而言，例如压力为0.01～9mpa，优选为0.1～5mpa，更优选为0.1～0.9mpa。流量为10～5000ml/分钟，优选为100～1000ml/分钟。

同样，液体原料的供给条件不受特别限定，可根据各种要素进行适当选择。具体而言，流量为30～5000ml/分钟，优选为30～300ml/分钟。浓度为0.01～5mol/l，优选为0.05～1mol/l。

在混合器53中，使气体原料和液体原料反应而连续生成以气液共存状态包含乙硼烷气体(气体)和醚类溶剂(液体)的混合物。经由设置于供给路径l1的背压阀54及开闭阀8，向第一气液分离器2内维持减压状态的同时以稳定流量供给生成的混合物。

接着，通过设置在与气相2a连通的气体回收路径l2上的第一减压装置3，第一气液分离器2内被减压至大气压以下、例如50～500hpa。此外，通过第一减压装置3和压力控制装置9，该减压状态被控制为保持一定。

供给到第一气液分离器2内的混合物被分离为乙硼烷气体(气体)和醚类溶剂(液体)，并且在该第一气液分离器2内分别形成气相2a和液相2b。

在此，从第一减压装置3的二次侧回收第一气液分离器2内的乙硼烷气体(气体)。此外，关于回收的乙硼烷气体，也可以利用设置于后段的提纯器等来提纯之后进行回收，也可以向设置于后段的反应装置等供给。

但是，如果向第一气液分离器2内连续供给混合物并进行乙硼烷气体(气体)的回收，则该第一气液分离器2内的液相2b会增加，液面会上升。

如果上述液面的位置达到输入到液面传感器7的规定的设定值，则向控制装置6发送该信号值，并从控制装置6向第二减压装置4发送运转信号。接着，第二减压装置4在如压力低于第一气液分离器2内的压力的条件下开始运转。

在液体回收路径l3内的压力值低于第一气液分离器2内的压力值的情况下，从控制装置6向开闭阀11发送开启信号。接受信号的开闭阀11成为开启状态，第一气液分离器2内的醚类溶剂(液体)被排出到液体回收路径l3。

但是，由于如上述那样第一气液分离器2内为减压状态，因此如果直接将开闭阀11设为开启状态，则导致空气经由液体回收路径l3进入到第一气液分离器2内，无法回收液体。根据本实施方式的气液分离装置1，能够通过设置第二减压装置4而将液体回收路径l3设为比第一气液分离器2内更减压的状态，因此能够从第一气液分离器2内排出液相。

接着，如果第一气液分离器2内的液相2b减少则液面会下降，如果上述液面的位置达到输入到液面传感器7的规定的设定值，则向控制装置6发送该信号值，并且从控制装置6向开闭阀11发送关闭信号。接受信号的开闭阀11成为关闭状态，停止向液体回收路径l3排出第一气液分离器2内的醚类溶剂(液体)。

在此，从第一气液分离器2内排出的醚类溶剂(液体)被导入到设置于液体回收路径l3的第二气液分离器5内。能够在该第二气液分离器5中分离并回收溶存于醚类溶剂(液体)中的乙硼烷气体(气体)。由此，能够高效地回收目标乙硼烷气体(气体)，并且能够提纯醚类溶剂(液体)以进行再利用。此外，醚类溶剂(液体)中混有的固体与溶剂相分离，作为干燥的固体被废弃。

如以上说明的那样，根据本实施方式的气液分离装置1，能够在不使用惰性气体等的情况下，通过简便的结构，从以气液共存状态包含乙硼烷气体(气体)和醚类溶剂(液体)的混合物中高效地回收目标乙硼烷气体(气体)。

另外，由于无需使用惰性气体等，因此能够在无需附加目标乙硼烷气体(气体)的浓缩工序的情况下，回收高浓度的乙硼烷气体(气体)。另外，也不会导致惰性气体等的费用增加而很经济，能够提高生产率。

另外，根据本实施方式的气液分离装置1，在液体回收路径l3上设置有第二气液分离器5，因此能够分离并回收溶存于回收的醚类溶剂(液体)中的乙硼烷气体(气体)。如此，通过组合使用第一气液分离器2和第二气液分离器5，能够更高效地回收目标乙硼烷气体(气体)。

另外，由于能够利用第二气液分离器5来降低醚类溶剂(液体)中的乙硼烷气体(气体)的残留量，因此即使在目标气体为毒性气体的情况下也能够简便地进行溶液处理及再利用。

另外，根据本实施方式的气液分离装置1，能够连续进行混合物的制造及供给和来自第一气液分离器2的气体及液体的回收，因此能够提高每小时的生产率。

另外，由于能够利用控制装置6来进行自动运转，因此能够防止操作员的误操作。

此外，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够加以各种变更。例如，根据上述实施方式的气液分离装置1，作为混合物的供给部50的结构具备气体原料的供给源51、液体原料的供给源52和混合器(搅拌器)53且生成包含乙硼烷气体的混合物的情况为一例进行了说明，但并不限定于此。即，只要是具备一个以上的固体状态、液体状态或气体状态的原料(包含溶剂、催化剂等)供给源且能够供给以气液共存状态包含气体和液体的混合物的结构。

具体而言，例如也可以是使用醋酸、盐酸等酸和nah、nabh4等氢化金属作为原料，生成(制造)以气液共存状态包含氢(气体)和醚类溶剂(液体)的混合物的结构。另外，也可以是生成作为易溶解于反应中使用的溶剂(液体)的气体的二氧化碳、氯气、锗烷、砷化氢、一氧化氮及一氧化碳的结构。特别是，锗烷、砷化氢及一氧化氮是即便吹入大量的惰性气体也难以充分回收、并且具有毒性，因此当无法从溶剂中充分回收目标气体的情况下具有难以处理溶剂的问题，从而优选。

例如，也可以是使用碳酸钙和盐酸作为原料来生成(制造)以气液共存状态包含二氧化碳(气体)和水(液体)的混合物的结构。另外，也可以是使用过盐酸和盐酸作为原料来生成(制造)以气液共存状态包含氯气(气体)和水(液体)的结构。

另外，也可以是通过使碱金属硼氢化物水溶液(液体)和甲烷锗酸钠反应作为原料而生成(制造)以气液混合状态包含锗烷(气体)和水溶液(液体)的混合物的结构。另外，也可以是通过使酸水溶液(液体)与二氧化锗溶液和碱金属硼氢化物水溶液(液体)的混合液反应，而产生以气液混合状态包含锗烷(气体)和水溶液(液体)的混合物的结构。

另外，也可以是通过使硫酸(2～80％)水溶液与砷化金属(ca、zn等)反应，生成(制造)以气液混合状态包含砷化氢(气体)和水溶液(液体)的混合物的结构。

另外，也可以是通过使二氧化硫与硝酸、硫酸(2～100％)水溶液等的酸水溶液反应，生成(制造)以气液混合状态包含一氧化氮(气体)和水溶液(液体)的混合物的结构。

此外，也可以是通过使蚁酸和硫酸(2～100％)水溶液反应，生成(制造)以气液混合状态包含一氧化碳(气体)和水溶液(液体)的混合物的结构。

另外，根据上述实施方式的气液分离装置1，分离并回收溶存于从第一气液分离器2排出到液体回收路径l3的液体中的气体，因此以在液体回收路径l3的上述第二减压装置4的一次侧(上游侧)设置有第二气液分离器5的结构为一例进行了说明，但并不限定于此。具体而言，例如暂时储存从第一气液分离器2排出到液体回收路径l3的液体，因此也可以是设置缓冲罐(储存容器)以代替上述第二气液分离器5的结构。此外，也可以是在液体回收路径l3的上述第二减压装置4的一次侧(上游侧)与上述第二气液分离器5一起设置有缓冲罐的结构。

另外，根据上述实施方式的气液分离装置1，以连续进行混合物的制造及供给和来自第一气液分离器2的气体及液体的回收的结构为一例进行了说明，但并不限定于此。具体而言，例如也可以是以分批式进行混合物供给、气体回收及液体回收中的至少一部分或全部的结构。

另外，根据上述实施方式的气液分离装置1，以通过设置控制装置6而自动运转的结构为一例进行了说明，但并不限定于此。具体而言，例如也可以是在不设置控制装置6的情况下操作者手动进行运转的结构。

下面，使用实施例及比较例对本发明的效果进行详细说明。但本发明并不限定于以下实施例的内容。

(实施例)

使用图1所示的气液分离装置1来制造乙硼烷。

具体而言，以0.3mpag的压力、100～300ml/分钟向混合器53送入bf3作为乙硼烷原料气体。另外，使用送液泵57以50～300ml/分钟向混合器53送入溶解于醚类溶剂的还原剂(nabh4)0.1～5mol/l。

利用真空泵(第一减压装置3)对第一气液分离器2的气相2a部分进行减压，回收作为目标气体的乙硼烷气体。此外，第一气液分离器2内维持在约200hpa。

另外，利用真空泵(第二减压装置4)对作为溶剂提纯装置的旋转气化器(第二气液分离器5)进行减压并维持在约200pa。此外，利用液面仪7和控制装置6来监视第一气液分离器2内的反应溶液的液面，如果液面到达上限接触点则开启空气工作阀(开闭阀11)，如果液面到达下限接触点则关闭空气工作阀(开闭阀11)。

如上述，回收的目标气体为乙硼烷的纯度为99体积％的高纯度气体。另外，利用ft-ir来分析由旋转气化器回收的溶剂，其结果未确认到原料bf3气体的残留。另外，能够以10g/h～500g/h制造乙硼烷。另外，包含在溶剂中的残留乙硼烷量为约1体积％，与后述的比较例相比较能够降低至约1/5。

此外，由于在送入溶剂的旋转气化器中也抑制因产生气体导致的压力上升，因此能够以一定压力进行运转，并且能够有效地回收溶剂。

(比较例)

在图1所示的气液分离装置1中，代替第一气液分离器2的第一减压装置3，进行作为惰性气体的氮气的起泡，并进行乙硼烷的回收。

所得到的乙硼烷纯度为该乙硼烷与赶出气体时使用的气体的混合气体的5体积％，想要成为高纯度的乙硼烷还需要大型的提纯设备。另外，反应溶液中的乙硼烷残留量为约5体积％。

附图标记说明

1…气液分离装置

2…第一气液分离器(气密空间)

2a…气相

2b…液相

3…第一减压装置

4…第二减压装置

5…第二气液分离器(气液分离仪器)

6…控制装置

7…液面仪(液面检测仪器)

8…开闭阀

9…压力控制装置

10…止回阀

11…开闭阀(开闭装置)

50…混合物的供给部(供给部)

51…气体原料的供给部

52…液体原料的供给部

53…混合器(搅拌器)

54…背压阀

55…压力调整阀

56…质量流量控制器

57…送液泵

l1…供给路径

l2…气体回收路径

l3…液体回收路径