KR100420544B1 - 플루오르 화합물의 농축 방법 - Google Patents

플루오르 화합물의 농축 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 방법은 희석된 기체 내에 제1 농도로 존재하는 하나 이상의 플루오르 화합물을 상기 희석된 기체에서 제거하는 방법이다. 이 방법은 온도가 약 -150℉ 이하인 저온액으로 희석된 기체를 직접 접촉시킴으로써 플루오르 화합물이 적은 증기와 제2 농도로 플루오르 화합물이 풍부한 액체를 생성한다. 제2 농도는 제1 농도보다 더 크다.

Description

플루오르 화합물의 농축 방법{A PROCESS FOR CONCENTRATING FLUORINE COMPOUNDS}
본 발명은 다성분 유체에서 플루오르 화합물을 제거하는 방법 및 제거된 플루오르 성분을 농축하는 방법에 관한 것이며, 특히, 하나 이상의 증류 컬럼을 사용하여 분리 공정으로 이송하고자 하는 플루오르 화합물을 농축하는 방법에 관한 것이다.
플루오르 화합물은 반도체 제조에 광범위하게 사용된다. 이들 화합물이 방출된다면, 비용이 많이 들고 환경을 해칠 수 있다.
삼플루오르화질소와 같은 어떤 플루오르 화합물의 제조 공정에서, 질소는 삼플루오르화질소 생성물 스트림 내에 희석제로 보이는 반응 부산물로서 생성된다. 질소 또는 헬륨과 같은 비활성 기체로 희석하는 공정은 공정 장치를 퍼지하거나 공정 중에 플루오르 화합물의 반응성을 감소시키기 위해서 통상적으로 실행된다. 어떤 경우에서는, 희석 공정은 10 부피% 이하의 플루오르 화합물로 유의적이 될 수 있다. 플루오르 화합물은 저온 증류에 의해 제거하여 정제할 수 있다.
플루오르 화합물의 희석 스트림도 반도체 제조 공정에서 생성된다. 플루오르 화합물이 고가이고, 이들 화합물이 환경을 해치기 때문에, 이들 화합물을 회수하여 재사용하는 것이 바람직하다. 플루오르 화합물도 저온 증류에 의해 정제할 수 있다.
희석제 기체에서 플루오르 화합물을 회수하고 정제하는 데 사용되는 저온 증류 장치는 플루오르 화합물을 그렇게 희석시키지 않는다면 그 크기를 상당히 감소시킬 수 있을 것이다. 이러한 크기 감소는 증류 장치의 자재비와 작동 비용을 줄일 것이다.
또한, 희석된 플루오르 화합물 스트림의 유속과 농도는 변할 수 있다. 개선된 작동을 위하여 연속식 증류 시스템에 공급되는 공급물을 안정화시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이것은 공급물을 위한 저장 용적을 생성함으로써 이루어질 수 있다. 이 저장 용적은 비용면에서 효과적이어야 하는데, 그 이유는 농축된 공급물의 부피가 원래의 희석된 공급물 부피와 비교했을 때 감소하기 때문이다.
뱃치식 증류를 사용하는 경우, 그 다음 이용 가능한 배치를 위한 공급물 혼합물을 저장하는 것이 필요하다. 공급물 저장물의 크기 감소는 공급물 내 플루오르 화합물의 초기 농도에 의해 이루어질 수 있다.
초기에, 반응기로부터의 플루오르 화합물의 유속과 반도체 제조 플랜트에서 회수한 플루오르 화합물의 유속은 비교적 낮기 때문에, 희석된 스트림을 예비 농축시키는 문제는 중대하지 않았다. 전자 산업이 발달함에 따라서, 플루오르 화합물에 대한 수요가 상당히 증가하고 있으며, 생산률과 용도가 증가하게 되었다. 이제, 희석된 스트림에서 플루오르 화합물을 예비 농축시키는 문제는 경제적으로, 그리고 환경적으로 관심을 끌고 있다.
미국 특허 제5,832,746호[나가무라(Nagamura)]는 어떤 초기 예비 농축 단계없이 플루오르화질소의 정제를 위한 저온 증류 공정을 개시한다. 미국 특허 제5,502,969호[진(Jin) 등] 및 미국 특허 제5,771,713호[피셔(Fisher)]에는 증류 전에 흡수 컬럼을 사용하여 세척액, 예를 들면 퍼플루오로프로판(C3F8), 프로판, 에탄 또는 이들의 혼합물 중에서 플루오르 화합물을 흡수한다. 새로운 성분(즉, 세척액)을 첨가하는 단점은 저온 증류를 예로 들면, 결국에는 이 성분을 플루오르 성분에서 분리시켜야 한다는 점이다. 또한, 플루오르 화합물을 함유하는 세척액은 희석제 기체와 다른 불순물을 흡수할 수도 있다. 그러나, 미국 특허 제5,626,023호(피셔 등)에 기재된 바와 같이, 세척액은 일정한 플루오르 성분이 고화되지 않게 하고, 플루오르 화합물의 증기압을 감소시킨다.
미국 특허 제5,150,577호[미첼(Mitchell) 등]는 할로카본 화합물, 특히 할론을 회수하여 정제하는 시스템과 방법을 개시한다. 질소 내에 희석된 할로카본 화합물은 냉각액, 예를 들면 액체 질소로 간접 열 교환함으로써 부분적으로 액화한다. 액화된 분류는 수집하고, 증기 분류(질소 및 소량의 할로카본을 포함함)는 탄소 흡착제를 통하여 배출시키는데, 유기 할로카본이 흡착되어 질소 기체에서 효과적으로 제거된다. 흡착된 할로카본은 진공 탈착에 의하여 주기적으로 흡착제로부터 회수하고, 공급물 기체로 다시 재순환시킨다.
플루오르 화합물과 관련된 다른 특허들로는 흡착에 의하거나(미국 특허제5,069,887호; CF4의 제거)[스에나고(Suenago) 등] 화학 탈착에 의하여(미국 특허 제5,183,647호; N2F2의 제거)[하라다(Harada) 등] 플루오르 화합물을 어떤 성분으로부터 정제하는 방법을 다루는 특허 문헌이 있다.
미국 특허 제5,779,863호[하(Ha) 등]는 저온 증류 시스템을 사용하여 퍼플루오로 화합물(PFC)을 분리하여 정제하는 방법을 개시한다.
증류 전에 희석제 기체 내 플루오르 화합물을 예비 농축시킴으로써 플루오르 화합물을 회수하여 정제하는 저온 증류 시스템은 그 자재비와 작동 비용을 줄일 것이 요망된다.
또한, 연속식 저온 증류 시스템은 이러한 증류 시스템으로 들어가는 플루오르 화합물의 유속과 조성을 안정화시키는, 농축된 공급물 스트림을 위한 추가의 저장 용적을 비용 효과적인 방식으로 도입함으로써 그 작동성을 개선할 필요가 있다.
더욱이, 뱃치식 증류를 위한 비용 효과적인(크기가 감소된) 공급물 저장을 제공하는 공정을 갖추는 것이 필요하다.
또한, 환경으로 방출되는 일 없이 안전하고 효과적인 방식으로 플루오르 화합물을 예비 농축시키는 공정을 갖추는 것이 필요하다.
더욱이, 보다 나은 이로운 결과를 제공하기 위하여 종래 기술의 난점과 단점을 극복하는, 다성분 유체 내 제1 농도의 하나 이상의 플루오르 화합물을 상기 다성분 유체에서 제거하여 상기 플루오르 화합물을 농축하는 공정이 요망된다.
본 발명은 희석된 기체 내에 제1 농도로 존재하는 하나 이상의 플루오르 화합물을 희석된 기체에서 제거하여 플루오르 화합물을 농축하는 공정에 관한 것이다. 이 공정은 희석된 기체를 온도가 약 -150℉ 이하인 저온액과 직접 접촉시킴으로써 행하여 플루오르 화합물이 적은 증기와 제2 농도로 플루오르 화합물이 풍부한 액체를 생성한다. 제2 농도는 제1 농도보다 크다.
본 발명에는 여러 가지 변형 방법이 있다. 예를 들면, 희석된 기체는 질소, 산소, 아르곤 및 헬륨으로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 희석제 성분을 함유한다. 각각의 플루오르 화합물은 하나 이상의 플루오르 원자를 함유한다. 또한, 희석된 기체는 삼플루오르화질소(NF3), 프레온-14 또는 테트라플루오로메탄(CF4), 프레온-23 또는 트리플루오로메탄(CHF3) 및 헥사플루오로에탄(C2F6)로 구성된 군 중에서 하나 이상의 플루오르 화합물을 함유할 수 있다.
다른 변형 방법에서, 제1 농도는 약 50 몰% 이하인 것이 바람직하며, 약 20 몰% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또 다른 변형 방법에서, 저온액은 액체 질소, 액체 산소, 액체 아르곤, 액체 헬륨 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다.
또 다른 변형 방법에서, 희석된 기체를 상부와 저부를 갖춘 열 및 물질 전달 장치 내에서 저온액과 직접 접촉시킨다. 이 변형 방법의 변형으로서, 저온액은 열 및 물질 전달 장치의 상부에 도입하고, 희석된 기체는 열 및 물질 전달 장치의 저부에 도입한다.
또 다른 변형 방법에서, 희석된 기체를 플루오르 화합물이 적은 증기로 간접적으로 열 교환한다.
본 발명의 다른 양태에서, 제2 농도로 플루오르 화합물이 풍부한 액체를 하나 이상의 증류 컬럼을 갖춘 분리 유니트로 옮긴다.
본 발명의 다른 구체예는 다성분 유체 내에 제1 농도로 존재하는 하나 이상의 플루오르 화합물을 다성분 유체에서 제거하여 플루오르 화합물을 농축하는 방법이다. 이 방법은 상부, 저부 및 상부와 저부 사이에 열 및 물질 전달 구역을 갖춘 용기를 이용한다. 이 방법은 다단계를 포함한다. 제1 단계는 열 및 물질 전달 구역 아래의 제1 공급 위치에서 다성분 유체를 용기에 공급하는 단계이다. 제2 단계는 열 및 물질 전달 구역 위의 제2 공급 위치에서 저온액을 용기에 공급하는 단계이며, 상기 저온액은 약 -150℉ 이하의 온도를 가진다. 제3 단계는 용기의 상부에서 플루오르 화합물이 적은 증기를 제거하는 단계이다. 제4 단계는 제1 공급 위치 아래의 위치에서 제2 농도의 플루오르 화합물이 풍부한 액체를 용기에서 제거하는 단계이며, 상기 제2 농도는 상기 제1 농도보다 더 크다.
이 구체예도 여러 가지 변형 방법이 있다. 예를 들면, 다성분 유체는 질소, 산소, 아르곤 및 헬륨으로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 희석제 성분을 포함한다. 각각의 플루오르 화합물은 하나 이상의 플루오르 원자를 함유한다. 또한, 다성분 유체는 삼플루오르화질소(NF3), 프레온-14 또는 테트라플루오로메탄(CF4), 프레온-23 또는 트리플루오로메탄(CHF3) 및 헥사플루오로에탄(C2F6)으로 구성된 군 중에서 하나 이상의 플루오르 화합물을 함유할 수 있다.
다른 구체예에서, 제1 농도는 약 50 몰% 이하가 바람직하며, 약 20 몰% 이하가 보다 바람직하다.
또한, 다른 변형 방법도 있다. 예를 들면, 저온액은 액체 질소, 액체 산소, 액체 아르곤, 액체 헬륨 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다. 한 가지 변형 방법에서, 다성분 유체는 열 및 물질 전달 구역에서 저온액과 직접 접촉시킨다. 다른 변형 방법에서, 다성분 유체를 플루오르 화합물이 적은 증기로 간접적으로 열교환한다.
본 발명의 다른 양태에서, 제2 농도로 플루오르 화합물이 풍부한 액체를 하나 이상의 증류 컬럼을 포함하는 분리 유니트에 전달한다.
도 1은 본 발명의 구체예의 개략도이다.
본 발명은 희석된 기체상 스트림으로부터 플루오르 화합물을 농축하는 방법에 관한 것이며, 이 방법에서 플루오르 화합물을 함유하는 희석된 기체상 스트림을 온도가 약 -150℉ 이하인 저온액과 직접 접촉시킴으로써 플루오르 화합물이 적은 증기를 생성하여 플루오르 화합물이 농축된 액상을 수집하며, 액상 내 플루오르 화합물의 상기 농도는 희석된 기체상 스트림 내 농도보다 더 크다.
플루오르 화합물을 함유하는 희석된 기체상 스트림 내 희석제 성분은 질소, 산소, 아르곤, 헬륨 또는 이들의 혼합물을 함유할 수도 있다. 본 발명의 방법은 어떠한 플루오르 화합물에도 적용할 수 있으며, 특히 하기 플루오르 성분 중 임의의 것을 함유하는 혼합물을 농축하는 데 사용할 수 있다: 삼플루오르화질소(NF3), 프레온-14 또는 테트라플루오로메탄(CF4), 프레온-23 또는 트리플루오로메탄(CHF3) 및 헥사플루오로에탄(C2F6).
희석된 기체상 스트림에서 플루오르 화합물을 농축하는 방법은 희석된 기체상 스트림 내 플루오르 화합물의 농도가 50 몰% 미만, 보다 바람직하게는 20 몰% 미만일 경우에 특히 유리하다.
온도가 -150℉ 이하인 어떠한 저온액도 플루오르 화합물을 액상으로 농축하는 데 사용할 수 있다. 그러나, 가장 바람직한 저온액은 액체 질소이다. 패킹 또는 트레이 형태의 물질 전달 구역 접촉 장치를 사용하여 희석된 공급 기체를 저온액과 접촉시키는 것이 바람직하다. 이는 저온액이 접촉 장치의 상부에 도입되고, 희석된 기체상 스트림이 저부에 도입될 때 자연스럽게 일어날 것이다. 그 다음, 플루오르 화합물이 적은 기상은 접촉 장치의 상부에서 배출될 것이며, 플루오르 화합물이 농축된 액상은 접촉 장치의 저부에서 수집할 수 있다. 플루오르 화합물이 농축된 생성된 액상은 플루오르 화합물을 더 정제하여 수집하기 위한 분리 장치(예를 들면, 증류 또는 흡착 유니트)로 이송할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예는 도 1에 나타낸다. 희석제 기체로 희석되고 저온으로 냉각시킨 플루오르 화합물을 스트림(101)으로서 열 및 물질 전달 장치(103)에 도입한다. 스트림(101)은 증기로서 도입할 수도 있으며, 부분적으로 액화시킬 수 있다. 장치(103)는 증류 트레이 또는 패킹 형태로 열 및 물질 전달 구역(105)을 포함하는 용기를 포함한다. 구역(105)에서, 스트림(101)으로부터 상승하는 기체는 스트림(107)으로서 도입되는 저온액과 접촉하여 플루오르 화합물이 없는 희석제 기체가 스트림(109)으로서 제거되고, 액화 형태의 농축된 플루오르 화합물과 희석제 기체의 혼합물이 스트림(111)으로서 제거된다. 저온액[스트림(107)]은 플루오르 화합물이 없는 희석제 기체(109)의 적어도 일부를 액화시키는 외부 공급원 또는 콘덴서(도시하지 않음)로부터 공급될 수 있다.
안정한 조작이 요구되거나 뱃치 공정에서 저장이 필요한 경우에, 이 혼합물도 장착된 배수 용기(113) 내에 저장될 수 있다. 스트림(109) 중에서의 냉각도 스트림(109)보다 더 온도가 높은 어떠한 공정 스트림으로 열 교환에 의해 회복될 수 있다. 예를 들면, 공급 스트림(101)은 열 교환기(이코노마이저)(도시하지 않음) 내에서 스트림(109)과 간접적으로 접촉시킬 수 있다. 공급 스트림은 그것의 이슬점에 근접한 어떠한 온도 또는 심지어 그것의 발포점 온도에 근접한 어떠한 온도로 냉각시킬 수 있다. 스트림(109)으로부터의 냉각이 회복되면, 액화된 희석제 기체(107)의 요구 유량을 감소시킬 수 있다.
희석제 기체(통상, 질소)와 플루오르 화합물(예를 들면, NF3, CF4, CHF3, C2F6) 간의 휘발성이 크기 때문에, 열 및 물질 전달 구역(105)은 비교적 작을 수 있으며, 통상적으로 두 개의 이론적 분리 단계가 플루오르 화합물로부터 존재하는 희석제 기체를 정화하는 데 충분하다. 희석제 질소 기체 내 예비 농축시킨 NF3의 예를 표 1에 나타낸다.
희석제 질소 기체 내 예비 농축시킨 NF3의 예
스트림 유속lb-mol/h 온도℉ 압력psi N2Oppm NF3몰분율 O2몰분율 N2몰분율
101 1.00 -242 17 25 0.100 0.030 0.870
107 0.65 -306 35 0 0 0 1.000
109 1.42 -318 17 0 2E-7 0.010 0.990
111 0.23 -311 17 100 0.435 0.058 0.507
열 및 물질 전달 구역은 예비 농축 장치의 효율적인 작동에 중요하다. 이 구역을 사용하지 않고, 대신에 공급 스트림(101)을 용기 내에서 부분적으로 액화시키고 플래쉬한다면, NF3의 동일한 회수율에서 약 80%의 공급물이 액화시키는 데 필요할 것이다[즉, 스트림(111)의 유속은 약 0.8 lb-mol/h일 것이다). 열 및 물질 전달 구역을 사용하면(바로 그 두 개의 이론적 단계와 동일함), 이 유속은 약 3.5 배, 즉 약 0.8 lb-mol/h 내지 약 0.23 lb-mol/h로 감소하게 된다.
본 발명은 최종 사용자가 저온 증류 전에 희석제 기체 내 플루오르 화합물을 예비 농축시킬 수 있게 한다. 예비 농축도는 종래 방법(예를 들면, 플래쉬)을 사용하는 경우보다 더 높다. 그러므로, 본 발명은 플루오르 화합물의 저온 증류에 대한 자본과 운전 비용을 경감시킨다.
또한, 본 발명은 농축된 공급물 스트림에 대한 추가의 저장 용적을 비용면에서 효과적인 방식으로 도입함으로써 연속식 증류 시스템의 작동성을 개선시킨다. 이것은 증류 시스템으로 들어가는 플루오르 화합물의 유속과 조성을 안정화시킨다. 이 저장 용적은 농축된 공급물의 부피가 본래의 희석된 공급물의 부피와 비교했을때 감소되기 때문에 비용면에서 효과적이다.
또한, 본 발명은 비용면에서 효과적인(크기 감소) 뱃치식 증류를 위한 공급물 저장을 제공한다. 이것은 플루오르 화합물이 환경에 방출되는 것을 방지하기도 한다.
특정한 구체예를 참고하여 본 발명을 예시하고 설명하였지만, 본 발명을 기재된 상세한 설명으로 한정하고자 하는 것은 결코 아니다. 오히려, 본 발명의 사상을 벗어나지 않고, 본 발명의 특허 청구의 범위 내에서 다양한 변형이 상세하게 일어날 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (22)

  1. 하나 이상의 플루오르 화합물이 제1 농도로 존재하는 희석된 기체를 온도가 -150℉ 이하인 저온액과 직접 접촉시켜 상기 희석된 기체에서 상기 플루오르 화합물을 제거하고 상기 플루오르 화합물을 농축시킴으로써 상기 플루오르 화합물이 적은 증기와 제2 농도로 상기 플루오르 화합물이 풍부한 액체를 생성시키는 방법으로서, 상기 제2 농도는 상기 제1 농도보다 더 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 희석된 기체는 질소, 산소, 아르곤 및 헬륨으로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 희석제 화합물을 함유하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 플루오르 화합물은 하나 이상의 플루오르 원자를 함유하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 희석된 기체는 삼플루오르화질소(NF3), 프레온-14 또는 테트라플루오로메탄(CF4), 프레온-23 또는 트리플루오로메탄(CHF3) 및 헥사플루오로에탄(C2F6)으로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 플루오르 화합물을 함유하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 농도는 50 몰% 이하인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저온액은 액체 질소, 액체 산소, 액체 아르곤, 액체 헬륨 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 희석된 기체는 상부와 저부를 갖춘 열 및 물질 전달 장치 내에서 상기 저온액과 직접 접촉시키는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저온액은 상기 열 및 물질 전달 장치의 상부에 도입하고, 상기 희석된 기체는 상기 열 및 물질 전달 장치의 저부에 도입하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 농도로 상기 플루오르 화합물이 풍부한 상기 액체는 하나 이상의 증류 컬럼을 포함하는 분리 유니트로 전달하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 희석된 기체는 상기 플루오르 화합물이 적은 상기 증기로 간접 열 교환시키는 것인 방법.
  11. 다성분 유체에서 상기 다성분 유체 내에 제1 농도로 존재하는 하나 이상의 플루오르 화합물을 제거하여 상기 플루오르 화합물을 농축시키는 방법에 있어서,
    상기 방법은 상부, 저부 및 상부와 저부 사이에 열 및 물질 전달 구역을 갖춘 용기를 사용하며,
    상기 열 및 물질 전달 구역 아래의 제1 공급 위치에서 상기 다성분 유체를 상기 용기에 공급하는 단계;
    상기 열 및 물질 전달 구역 위의 제2 공급 위치에서 온도가 -150℉ 이하인 저온액을 상기 용기에 공급하는 단계;
    상기 용기의 상부에서 플루오르 화합물이 적은 증기를 제거하는 단계; 및
    상기 제1 공급 위치 아래의 한 위치에서 상기 제1 농도보다 큰 제2 농도로 플루오르 화합물이 풍부한 액체를 상기 용기에서 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다성분 유체는 질소, 산소, 아르곤 및 헬륨으로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 희석제 성분을 함유하는 것인 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 각각의 플루오르 화합물은 하나 이상의 플루오르 원자를 함유하는 것인 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 다성분 유체는 삼플루오르화질소(NF3), 프레온-14 또는 테트라플루오로메탄(CF4), 프레온-23 또는 트리플루오로메탄(CHF3) 및 헥사플루오로에탄(C2F6)으로 구성된 군 중에서 하나 이상의 플루오르 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 농도는 50 몰% 이하인 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 저온액은 액체 질소, 액체 산소, 액체 아르곤, 액체 헬륨 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것인 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 다성분 유체는 열 및 물질 전달 구역 내에서 상기 저온액과 직접 접촉시키는 것인 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 제2 농도로 상기 플루오르 화합물이 풍부한 상기 액체는 하나 이상의 증류 컬럼을 포함하는 분리 유니트로 전달하는 것인 방법.
  19. 제11항에 있어서, 다성분 유체는 상기 플루오르 화합물이 적은 상기 증기로 간접 열 교환시키는 것인 방법.
  20. 제1항에 있어서, 제2 농도로 상기 플루오르 화합물이 풍부한 상기 액체의 부분 또는 전부를 저장기 내에 유지시키는 것인 방법.
  21. 제11항에 있어서, 제2 농도로 플루오르 화합물이 풍부한 상기 액체의 부분 또는 전부를 저장기 내에 유지시키는 것인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 저장기는 상기 용기의 상기 저부 또는 그 근방에 있는 것인 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7395823B2 (en) * 2004-04-09 2008-07-08 The Boc Group, Inc. Method and apparatus for local fluorine and nitrogen trifluoride production
JP4846293B2 (ja) 2005-07-28 2011-12-28 昭和電工株式会社 ペンタフルオロエタンの回収方法および該方法を含むペンタフルオロエタンの製造方法
CN113606820B (zh) * 2021-08-27 2022-09-23 中船(邯郸)派瑞特种气体股份有限公司 一种直接与间接制冷相结合的三氟化氮电解气超低温冷阱装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01261208A (ja) 1988-04-11 1989-10-18 Mitsui Toatsu Chem Inc 三弗化窒素ガスの精製方法
JPH0798648B2 (ja) 1990-01-10 1995-10-25 セントラル硝子株式会社 Ｎｆ３ガスの精製方法
US5150577A (en) 1991-06-11 1992-09-29 Mitchell Mark D System and method for recovering and purifying a halocarbon composition
US5626023A (en) 1995-02-16 1997-05-06 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for fluorine compound recovery using additive liquid
US5502969A (en) 1995-02-16 1996-04-02 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for fluorine compound recovery
JP3532345B2 (ja) * 1996-05-14 2004-05-31 日本エア・リキード株式会社 超高純度三弗化窒素製造方法及びその装置
US5779863A (en) 1997-01-16 1998-07-14 Air Liquide America Corporation Perfluorocompound separation and purification method and system
US5771713A (en) 1997-08-20 1998-06-30 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for recovery of fluorine compounds
US6458249B2 (en) 1997-11-10 2002-10-01 E. I. Du Pont De Nemours And Company Process for purifying perfluorinated products

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