KR100918567B1 - Manufacturing Method of Ultre Purity Nitrous Oxide for Semiconductor and Display Industry - Google Patents
Manufacturing Method of Ultre Purity Nitrous Oxide for Semiconductor and Display Industry Download PDFInfo
- Publication number
- KR100918567B1 KR100918567B1 KR1020050130836A KR20050130836A KR100918567B1 KR 100918567 B1 KR100918567 B1 KR 100918567B1 KR 1020050130836 A KR1020050130836 A KR 1020050130836A KR 20050130836 A KR20050130836 A KR 20050130836A KR 100918567 B1 KR100918567 B1 KR 100918567B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nitrous oxide
- distillation column
- purity
- ultrapure
- low
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
- C01B21/22—Nitrous oxide (N2O)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체 및 디스플레이 분야에서 세정제로 사용되는 초순수 아산화질소(N2O)의 신규한 제조방법을 제공하는 것으로서, 질산암모늄(NH4NO3)을 직접 가열하는 방식으로 열분해 하는 단계, 열분해 부산물 중 워터샤워링 및 흡착컬럼을 통과시켜 저농도의 아산화질소를 제조하는 단계 및 증류에 의한 초고순도의 아산화질소를 제조하는 단계로 구성되는 초고순도의 N2O를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a novel method for preparing ultrapure nitrous oxide (N 2 O), which is used as a cleaning agent in the semiconductor and display field, and pyrolyzing ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) by direct heating. It provides a method for producing ultra-high purity N 2 O consisting of the step of producing a low concentration of nitrous oxide by passing through the water showering and adsorption column and the production of ultra-high purity nitrous oxide by distillation.
아산화질소, 초순수 Nitrous oxide, ultrapure water
Description
도 1. NH4NO3 의 열분해에 의한 N2O의 제조공정의 간략도Figure 1. Schematic diagram of the manufacturing process of N 2 O by pyrolysis of NH 4 NO 3
도 2. 고순도 아산화질소의 제조공정의 블록다이아 그램Figure 2. Block diagram of the manufacturing process of high purity nitrous oxide
도 3. 저순도 N2O 생산시스템의 블럭다이아그램Figure 3. Block diagram of a low purity N 2 O production system
도 4. 원료 N2O로부터 정제된 N2O를 생산해 내는 공정에 대한 개요도Figure 4. Overview of the process that produces the N 2 O N 2 O is also purified from the raw material
도 5. 패킹컬럼의 상부 콘덴서5. Upper condenser of packing column
도 6. 패킹컬럼의 하부 보일러6. Bottom boiler of packing column
본 발명은 반도체 및 디스플레이분야에서 세척제, 수술용 마취제, 로켓연료용 첨가물, 의약, 화장품 또는 식품산업에서는 분무용 추진제 등에 사용되는 N2O를 제공하는 것으로서 특히, 반도체 및 디스플레이 분야에 적합한 초순수 N2O를 제조하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to provide a N 2 O used in the from of Semiconductor Field cleaners, surgical anesthesia for rocket fuel additives, pharmaceutical, cosmetic or food industry for spraying propellant in particular, semiconductors, and ultra pure N 2 O suitable for display applications It is to provide a new method for manufacturing.
TFT-LCD 산업의 경우 브라운관 대체 수요 증가 및 대형화 요구추세에 따라 시장규모가 급속히 확대되고 있으며, 반도체 산업은 300㎜ 웨이퍼 및 90㎚ 기술이 접목된 차세대 반도체 및 유기화합물 반도체 양산이 본격화가 추진되고 있어 고순도 특수가스 시장은 급속히 성장하고 있다.In the case of the TFT-LCD industry, the market size is rapidly expanding due to the increase in demand for replacement of CRT and demand for larger size.In the semiconductor industry, mass production of next-generation semiconductors and organic compound semiconductors with 300mm wafer and 90nm technology is in full swing. The high purity special gas market is growing rapidly.
그중 반도체, 디스플레이 산업 및 IT산업과 발맞추어 디스플레이 및 반도체 공정에서 세정용으로 사용되는 N2O 또한 그 사용이 증대되고 있으며, 이의 초고순도 제품의 제조 및 정제기술에 대한 기술개발이 활발하게 이루어지고 있다. Among them, N 2 O, which is used for cleaning in the display and semiconductor processes in line with the semiconductor, display and IT industries, is also increasing in use, and the technical development of manufacturing and refining technology of ultra-high purity products is actively performed. have.
반도체 및 디스플레이 공정에서의 N2O는 반도체 소자의 박막형성에 있어서 박막특성을 높이는데 사용되며, 실리콘옥시드 및 실리콘옥시나이트라이드와 같은 증착 필름용 화학증착(CVD) 공정 가스로서 이용되는 것으로, 고순도 물질을 사용하는 것은 웨이퍼의 오염과 가동되는 공정에 미치는 궁극적으로 최종 생성물의 수율의 저하를 초래하는 기타 유해효과를 방지하는데 있어서 중요한 역할을 하는 물질이다. 반도체 및 디스플레이 공정용 아산화질소는 순도 99.99% 이상의 고순도가 보장되어야 증착중에 균일한 필름 성장을 보장하므로 의료용에 비해 한 차원 높은 수준의 정제기술력과 관리능력이 요구된다. N 2 O in semiconductor and display processes is used to enhance thin film characteristics in the formation of thin films of semiconductor devices, and is used as a chemical vapor deposition (CVD) process gas for deposition films such as silicon oxide and silicon oxynitride. The use of high purity materials is a material that plays an important role in preventing contamination of wafers and other detrimental effects that ultimately lead to lower yields of the final product. Nitrous oxide for semiconductor and display processes must guarantee high purity of 99.99% or higher to ensure uniform film growth during deposition, which requires a higher level of refining technology and management ability than medical use.
N2O의 제조방법에 대한 종래의 기술로는 일반적으로 질산암모늄에 10~20%의 물을 첨가하여 열분해함으로써 N2O를 수득하는 방법이 있는데, 이 경우, 대량 생산 공정에는 가장 경제성 있는 공정으로 판단되며, 양산중인 기업의 대부분이 이 방식을 채택하고 있다. 이와 관련된 기술은 스위스의 Plant 업체인 Socsil社의 장치가 가장 널리 보급되어 있으나, N2O의 불순물로서 수분이 많아 반도체 및 디스플레이 공정에는 사용이 어려운 단점이 있다.Conventional techniques for the production of N 2 O generally include a method of obtaining N 2 O by pyrolysis by adding 10-20% of water to ammonium nitrate, in which case the most economical process for mass production processes. Most companies in production use this method. In related technology, the device of Socsil Co., a Swiss plant company, is most widely used, but it has a disadvantage in that it is difficult to use in semiconductor and display processes due to high moisture as an impurity of N 2 O.
또 다른 공정으로는 하기의 화학식 1과 같이 반응시킴으로써 분사물로 N2O를 얻는 방법이 있는데 이 경우는 부산물로 얻으므로 경제성 있는 공정으로는 적합하지 않다.As another process, there is a method of obtaining N 2 O by injection by reacting as shown in Chemical Formula 1, which is not suitable as an economical process because it is obtained as a byproduct.
2NaNO2 + 2NaHSO3 → N2O + 2Na2SO4 + H2O (화학식 1)2NaNO 2 + 2NaHSO 3 → N 2 O + 2Na 2 SO 4 + H 2 O (Formula 1)
또 다른 공정으로는 하기의 화학식 2와 같이 Hoechst Aktiengesellschft, Germany이 개발한 이산화황과 NaNO2를 반응시켜 제조하는 방법이 있는데 , 이 경우 100℃ 이하의 낮은 온도에서 운전한다는 장점이 있으나, 대량 생산에 적합하지 않다.Another process is a method of preparing by reacting sulfur dioxide and NaNO 2 developed by Hoechst Aktiengesellschft, Germany, as shown in the following formula 2, in this case has the advantage of operating at a low temperature below 100 ℃, but suitable for mass production Not.
2NaNO2 + 2SO2 + H2O → N2O + 2NaHSO4 (화학식 2)2NaNO 2 + 2SO 2 + H 2 O → N 2 O + 2 NaHSO 4 (Formula 2)
또 다른 공정으로는 하기 화학식 3과 같이 일산화탄소와 일산화질소를 반응시켜 제조하는 방법이 있는데, 25℃에서 작용하는 공정상의 장점이 있으나, PdCl2 등 고가의 촉매 및 Solution을 사용해야하므로, 실험실 스케일에만 적합한 반응 공정이다. As another process, there is a method for preparing carbon monoxide by reacting with nitrogen monoxide as shown in Chemical Formula 3, but there is an advantage in the process of operating at 25 ° C., but an expensive catalyst and solution such as PdCl 2 should be used, so it is suitable for laboratory scale only. Reaction process.
· 2NO + CO → CO2 + N2O (화학식 3)2NO + CO → CO 2 + N 2 O (Formula 3)
또 N2O의 생산공정으로는 하기와 같이 황산을 사용하고 암모늄카보네이트 및 질산을 이용하는 방법이 있으나, 반응공정이 불안정하고 대형공정에는 적합하지 않는 단점이 있다In addition, there is a method of using sulfuric acid and ammonium carbonate and nitric acid as the production process of N 2 O, but there are disadvantages in that the reaction process is unstable and not suitable for large process.
2(NH2)2CO+2HNO3+H2SO4 → 2N2O+2CO2+(NH4)2SO4+2H2O (화학식 4)2 (NH 2 ) 2 CO + 2HNO 3 + H 2 SO 4 → 2N 2 O + 2CO 2 + (NH 4 ) 2 SO 4 + 2H 2 O (Formula 4)
미국특허 4154806호에서는 용융공정에 의해 제조되는 공정으로 NH4NO3에 NH4HSO4와 (NH4)2SO4을 녹여서 200~240℃에서 열분해하여 제조하는 방법이 공지되어있지만 수율이 좋은 것이 아니고 또한 혼합물이 많아 처리가 곤란한 단점이 있다. In US Pat. No. 4,154,806, a process produced by the melting process is known to produce by dissolving NH 4 HSO 4 and (NH 4 ) 2 SO 4 in NH 4 NO 3 and pyrolyzing at 200-240 ° C., but the yield is good. In addition, there is a disadvantage that a lot of the mixture is difficult to process.
또 다른 방법으로는, 수용액을 질산암모늄에 Cl2와 HNO3를 포함하는 수용액을 이용하는 방법이 있으며 약 100~160℃에서 쉽게 분해되어 얻을 수 있는데, 이 반응의 중요 부산물은 N2, NO, NO2, NH3 등의 가스로서 지금의 산업과정에서 일반적인 방법으로 적용하여 사용하고 있으나 대형 공정에 적합하지 못한 단점이 있다.Another method is to use an aqueous solution containing Cl 2 and HNO 3 in ammonium nitrate, which can be easily decomposed at about 100 to 160 ° C. The important by-products of this reaction are N 2 , NO, NO 2 , NH 3, etc., is used as a general method in the current industrial process, but has disadvantages that are not suitable for large processes.
수용액상에서 제조하는 또 다른 방법으로는 수용액상에서 Hydroxylamine이나 Hydrogen Azide와 HNO2의 산화반응으로 형성되는 N2O 수득하는 하기의 반응식으로 이루어지는 방법이 알려져 있지만 대형공정에는 역시 부적합하고 경제적으로도 제조하기 어려운 단점이 있다.As another method of preparing in aqueous solution, a method consisting of N 2 O obtained by the oxidation reaction of Hydroxylamine or Hydrogen Azide with HNO 2 in aqueous solution is known. There are disadvantages.
NH2OH (aq) + HNO2 (aq) → N2O + 2H2ONH 2 OH (aq) + HNO 2 (aq) → N 2 O + 2H 2 O
NH3 (aq) + HNO2 (aq) → N2O + N2 + H2ONH 3 (aq) + HNO 2 (aq) → N 2 O + N 2 + H 2 O
본 출원인은 N2O의 초순수 그레이드를 제조하기 위한 보다 경제적인 신규한 방법을 제공하고자, 연구한 결과 N2O 생산을 위하여 질산암모늄(NH4NO3)을 직접적으로 200 ~ 240℃의 열을 가하여 열분해(Thermal Decomposition) 하고, 특정의 분리공정을 거침으로써 용이하게 고순도의 N2O를 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.The Applicant intends to provide a new, more economical way to produce ultrapure water grades of N 2 O. As a result, the present inventors have found that ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) is directly heated to 200 to 240 ° C. for the production of N 2 O. The present invention was completed by being pyrolyzed (Thermal Decomposition) and going through a specific separation process to easily produce high purity N 2 O.
따라서, 본 발명은 고순도의 N2O를 제조할 수 있는 신규한 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, an object of the present invention is to provide a novel production method capable of producing high purity N 2 O.
본 발명은 또한 99.999%이상의 초고순도 아산화질산을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims to provide ultra high purity nitrous acid of 99.999% or more.
본 발명의 또 다른 목적은 간단한 공정으로 대량생산가능한 아산화질산의 생산방법을 제공한다.Still another object of the present invention is to provide a method for producing nitrous acid, which can be mass produced in a simple process.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 출원인은 많은 연구를 한 결과, 질산암모늄을 직접적으로 다른 성분과 혼합하지 않고 열분해하고, 이를 반응기와 인접된 분리기를 통하여 불순물을 분리하여 저순도의 아산화질소를 제조하고, 다시 이를 증류탑을 이용한 정제공정을 거쳐 초고순도의 이산화질소를 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.In order to achieve the above object, the present inventors have conducted a lot of research, and as a result, pyrolysis of ammonium nitrate without mixing directly with other components, and the separation of impurities through a separator adjacent to the reactor to produce low-purity nitrous oxide In addition, it was found that through the purification process using a distillation column, it was possible to produce ultra-high purity nitrogen dioxide, thereby completing the present invention.
따라서 본 발명의 고순도 아산화질소는 질산암모늄을 200~240℃에서 열분해하는 단계; 상기 열분해 된 아산화질소에 포함되는 부산물을 수분을 트랩하고 기타 불순물을 흡착하여 정제함으로서 저순도의 아산화질소를 제조하는 단계; 상기 저순도의 아산화질소 혼합물을 저온응축하여 증류는 단계; 증류한 아산화질소를 흡착시켜 이산화탄소와 수분을 포함하는 불순물을 제거하는 단계로 구성되는 99.999%이상의 초순수 아산화질소를 제조하는 방법을 제공한다.Therefore, high purity nitrous oxide of the present invention comprises the steps of pyrolyzing ammonium nitrate at 200 ~ 240 ℃; Preparing low-purity nitrous oxide by trapping water and purifying the by-products included in the pyrolyzed nitrous oxide by adsorbing other impurities; Condensing and distilling the low purity nitrous oxide mixture at low temperature; Adsorption of distilled nitrous oxide provides a method for producing more than 99.999% ultrapure nitrous oxide comprising the step of removing impurities including carbon dioxide and water.
또한 본 발명은 상기 저온응축단계에서 증류탑의 상부에 콘덴서를 설치하고 하부에 보일러를 설치함으로써 고효율의 고순도의 아산화질소를 제공하는 것을 또한 특징으로 한다. 본 발명에서 상기 콘덴서는 아산화질소에 포함되는 저비점의 불순물을 외부로 유출하지만 아산화질소는 다시 냉각에 의해 증류탑으로 이송시켜 생산성을 증가시키는 역할을 하고, 하부의 보일러는 아산화질소에 포함되거나 용해되어 있는 저농도의 미세 불순물을 증발시켜 외부로 유출시켜 고순도의 아산화질소만 이 얻을 수 있도록 하는 기능을 하는 것을 특징으로 한다. 상기 증류탑은 아산화질소가 응축가능 하는 온도와 압력이라면 크게 제한을 받지 않는데 통상 5℃ 내외에서 작업을 하는 것이 좋다.In another aspect, the present invention is characterized by providing a high-efficiency high-purity nitrous oxide by installing a condenser at the top of the distillation column and a boiler at the bottom in the low temperature condensation step. In the present invention, the condenser discharges low-boiling impurities contained in nitrous oxide to the outside, but nitrous oxide is transferred to the distillation column by cooling again to increase productivity, and the lower boiler is contained or dissolved in nitrous oxide. It is characterized in that the function to ensure that only high-purity nitrous oxide can be obtained by evaporating the low concentration of fine impurities to the outside. The distillation column is not particularly limited as long as the temperature and pressure of nitrous oxide can be condensed, it is usually good to work around 5 ℃.
이하는 본 발명의 구체적인 제조방법에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 저농도 아산화질소를 제조하는 공정을 도식화한 것이다. Hereinafter, the specific manufacturing method of this invention is demonstrated. Figure 1 is a schematic of the process for producing a low concentration of nitrous oxide of the present invention.
먼저 반응기(Reactor)에 NH4NO3를 투입하고, 히터를 이용하여 반응기를 200~240 ℃로 가열한다. 히터는 NH4NO3의 반응온도를 일정하게 유지하기 위하여 온도컨트롤러로 제어한다. 반응기에서 생성되는 생성물의 대부분은 이론적으로 N2O와 수분이며 온도에 따라 질소, 질소화합물 등이 발생할 수 있다. 생성된 아산화질소 혼합물은 1단 이상의 컬럼으로 이루어진 수분제거컬럼트랩 (Moisture Trap)를 거치고 molecular sieve를 통과시켜 나머지 불순물을 흡착시켜 98~99.8%의 농도의 저농도 아산화질소를 제조한다. 이때 저농도 아산화질소의 제조의 농도는 수분의 트랩장치의 컬럼의 수를 조절함으로써 원하는 농도를 조절할 수 있다. First, NH 4 NO 3 is added to the reactor, and the reactor is heated to 200 to 240 ° C. using a heater. The heater is controlled by a temperature controller to keep the reaction temperature of NH 4 NO 3 constant. Most of the products produced in the reactor are theoretically N 2 O and water, and depending on the temperature, nitrogen, nitrogen compounds, etc. may occur. The resulting nitrous oxide mixture is subjected to a water removal column trap consisting of one or more columns and passed through a molecular sieve to adsorb the remaining impurities to produce a low concentration of nitrous oxide having a concentration of 98-99.8%. At this time, the concentration of the production of low concentration nitrous oxide can be adjusted to the desired concentration by controlling the number of columns of the trap device of water.
본 발명의 아산화질소의 농도는 통상적인 개스크로마토그라피를 이용하여 측정하였다. 표준물질은 한국표준과학연구원에서 구입한 표준개스를 이용하여 실시하였다. The concentration of nitrous oxide of the present invention was measured using conventional gas chromatography. Standard materials were carried out using standard gas purchased from Korea Research Institute of Standards and Science.
본 발명에 따른 전체공정은 도 2와 같이 원료로부터 저순도 N2O를 만들기 위 한 공정 및 고순도 정제공정 그리고 제품 출하를 위한 충전 (transfilling)에 이르는 공정을 그 블럭다이아그램으로 작성하였다. In the overall process according to the present invention, as shown in FIG. 2, a process for making low purity N 2 O from raw materials, a high purity purification process, and a process leading to transfilling for shipping a product are prepared in the block diagram.
먼저 상기 공정 중 저순도 아산화질소를 제조하는 단계의 장치에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 저순도 아산화질소를 제조하는 공정으로 아래와 같이 5단계를 거쳐 제조하였다. 먼저 암모늄나이트레이트를 200~240℃에서 반응기 내에서 열분해하여 N2O를 제조하고, 반응생성물을 컬럼(컬럼A)을 통하여 반응기에서 유도되는 생성물 및 혼합물 중 NH3 및 질소, 질소산화물 등을 컬럼의 상부에서 H2O 샤워(Shower)를 하여 제거한다. 이때 컬럼은 2개의 트윈컬럼을 이용하여 불순물을 충분히 제거하는 것이 좋은데 이는 필요에 의해 조절가능하다.First, a description will be given of a device of the step of producing low-purity nitrous oxide in the process as follows. In the present invention, a low-purity nitrous oxide was prepared through five steps as follows. First, ammonium nitrate is pyrolyzed in a reactor at 200-240 ° C. to prepare N 2 O, and the reaction product is columned with NH 3 and nitrogen, nitrogen oxides, etc. in the product and mixture derived from the reactor through the column (column A). Remove with H 2 O shower (Shower) at the top. In this case, it is preferable to remove impurities sufficiently using two twin columns, which can be adjusted as necessary.
다음 단계에서는 상분리컬럼을 통하여 저온에서 응축시켜 대부분의 물을 제거하게 된다.In the next step, most of the water is removed by condensation at low temperature through a phase separation column.
대부분의 수분이 제거된 N2O 스트림은 스트림 내에 존재하는 미량의 수분을 충분히 제거하기 위하여 수분흡착 Column으로서 Zeolite, Molecular Sieves, Silica Gel 등을 충전한 컬럼에(컬럼C) 생성물 스트림을 통과시킴으로써 미량의 수분까지 제거하고, 마지막으로 제거되지 않은 CO 및 CO2를 화합물을 이용하여 제거함으로써 98~99%의 순도로 N2O를 제조한다.Most water-removed N 2 O streams are traced by passing the product stream through a column (column C) packed with Zeolite, Molecular Sieves, Silica Gel, etc. as a water adsorption column to sufficiently remove traces of water present in the stream. N 2 O is produced in a purity of 98-99% by removing water until finally removing CO and CO 2 that are not removed using a compound.
본 발명에서 열분해 반응기는 2개의 반응기를 연결하여 제작할 수도 있다. 즉, 불순물의 발생효율을 저감하기 위하여 1차반응기와 2차반응기의 온도를 달리하 여 불순물을 최소화 시킬 수 있다. 본 발명에 따른 열분해 반응과 저순도 정제과정을 거칠 경우 질산암모늄으로부터 생산 가능한 N2O의 양은 55%정도 생산가능 하였는데 이는 일반적인 종래기술의 40%정도와 대비할 경우 매우 높은 수율로 얻어짐을 알 수 있었다. In the present invention, the pyrolysis reactor may be manufactured by connecting two reactors. That is, impurities may be minimized by varying the temperatures of the primary reactor and the secondary reactor in order to reduce the generation efficiency of the impurities. When the pyrolysis reaction and low-purity purification process according to the present invention were carried out, the amount of N 2 O that could be produced from ammonium nitrate was about 55%. .
다음은 저농도의 N2O를 초순수의 99.999%이상으로 분리하는 고순도 공정에 대하여 설명하면 다음과 같다. Next, a high purity process for separating low concentration of N 2 O to more than 99.999% of ultrapure water will be described.
통상 조 N2O(crude N2O)는 O2, N2, H2, CO, CO2 및 CH4 등의 불순물이 포함되어 있는 Crude N2O 혼합물로서, 이는 증류공정을 통하여 비점이 낮은 불순물의 경우는 증류공정을 통하여 불순물을 탑상부로 제거하도록 하여 순도가 99.9999% 이상의 고순도로 정제된 제품을 얻을 수 있다. Conventional crude N 2 O (crude N 2 O ) is O 2, N 2, as Crude N 2 O mixture containing the impurities such as H 2, CO, CO 2 and CH 4, which low boiling point by the distillation process In the case of impurities, impurities are removed to the top through a distillation process to obtain a product purified with high purity of 99.9999% or more.
이하는 본 발명에 따른 초고순도 아산화질소를 제조하는 정제단계에 대하여 설명한다.Hereinafter will be described a purification step for producing ultra-high purity nitrous oxide according to the present invention.
본 발명에 따른 분리장치는 도 4에 도시한 바와 같다. 즉, 상기의 조성으로 구성된 본 발명에 의한 저농도 N2O 혼합물을 저장하고 있는 원료저장탱크(Raw Tank)로부터 액체상태로 저장되어 있다가 펌프를 통하여 이송하여 Vaporizer를 통하여 증발시킨 후에 증류탑인 패킹컬럼(Intalox wire gauze packing - No: SP-700Y gauze)의 상부로 주입한다. Separation device according to the invention is as shown in FIG. That is, the packing column, which is stored in a liquid state from a raw tank storing a low concentration N 2 O mixture according to the present invention having the composition described above, is transported through a pump and evaporated through a vaporizer and then packed with a distillation column. Inject into the top of (Intalox wire gauze packing-No: SP-700Y gauze).
본 발명에서는 증류탑에 아산화질소를 투입하기 전에, N2O의 정제하고자 하는 저농도 혼합물이 N2O보다 끓는점이 높은 성분인 CO2와 H2O가 존재하는 관계로 탑저에서 N2O의 순도는 99.9999%를 얻기가 어려우므로, 우선 미리 CO2와 H2O를 전처리 공정인 모레큘라시브(Molecular Sieve)를 통해서 우선 제거하는 단계를 가지는 것이 좋다. The purity of this before its use nitrous oxide in the distillation column in the invention, N 2 O the low-concentration mixture N 2 O in the column bottom in relation to that of CO 2 and H 2 O with high boiling point components are present than the N 2 O to be purified of the Since it is difficult to obtain 99.9999%, it is a good idea to first remove CO 2 and H 2 O in advance through the pretreatment Molecular Sieve.
패킹컬럼은 N2O의 응축이 가능한 온도에서 분리하게 되는 데, 본 발명에서는 증기를 응축하고 난 후의 온도는 조건에 맞도록 설정하게 되며 대체적으로 1~10℃정도가 적절하며, 좋게는 5℃정도에서 패킹컬럼의 온도가 유지되게 하는 것이 좋다. 이때, 패킹 컬럼의 탑저의 온도는 5~10℃정도 좋게는 약 9℃ 정도가 되게 하는 것이 좋다. 또한 증류탑의 온도분포 곡선은 컬럼 내의 온도차이가 탑상에서 탑저까지 1℃이하로 하는 것이 좋다. 패킹컬럼의 형태로는 증류탑을 조업하게 되므로 컬럼내에 분배기를 잘 설치하여 채널(Channeling)현상이 일어나지 않도록 하여 증류탑 내부의 온도분포가 역전이 되어 증류탑의 효율이 저하되지 않도록 유의하여서 조업하여야 할 것이다. 증류탑은 증류효율을 증가시키기 위하 증류단이 많은 수록 좋지만 초순도를 가지는 아산화질소를 제조하기 위해서는 대략 20내지 30단의 단수를 가지는 컬럼을 사용하는 것이 좋다.The packing column is separated at a temperature capable of condensation of N 2 O. In the present invention, the temperature after condensing the steam is set to meet the conditions, and generally 1 to 10 ° C. is appropriate, preferably 5 ° C. It is advisable to keep the packing column temperature at a degree. At this time, the temperature of the bottom of the packing column is preferably about 5 ~ 10 ℃ to about 9 ℃. In addition, the temperature distribution curve of the distillation column is preferably a temperature difference of less than 1 ℃ from the top to the bottom of the column. In the form of a packing column, the distillation column is operated so that the distributor is well installed in the column so that channeling does not occur so that the temperature distribution inside the distillation column is reversed so that the efficiency of the distillation column does not decrease. In the distillation column, it is better to have more distillation stages to increase the distillation efficiency, but it is preferable to use a column having approximately 20 to 30 stages to prepare nitrous oxide having high purity.
본 발명에서 패킹컬럼의 냉매로는 HCFC-22(Chlorodifluoromethane, CHClF2, or R22)를 이용하는 것이 좋다.In the present invention, the refrigerant of the packing column is preferably HCFC-22 (Chlorodifluoromethane, CHClF 2 , or R22).
도 5와 도 6는 증류탑인 패킹컬럼의 상부와 하부에 연결되어 있는 상부 컨덴서(Overhead Condenser) (도 5)와 하부 보일러(Bottom Reboiler) (도 6)에 대한 모사결과를 나타낸 것이다. 도에서 보듯이 Overhead Condenser는 증류탑 탑상의 증기류(Stream Number 1)가 부분 응축되어 액체는 전량 증류탑으로 환류시키고 응축되지 않는 증기성분은 탑상에서 증기상태로 뽑아낸다. 또한 증류탑 하부의 액체를 일부 증발시키고 나머지는 하부 제품으로 거의 순수한 N2O를 얻어낸다. 5 and 6 show simulation results for an overhead condenser (FIG. 5) and a bottom boiler (FIG. 6) connected to the upper and lower portions of the packing column, which is a distillation column. As shown in the figure, the overhead condenser partially condenses the steam stream (Stream Number 1) on the distillation column tower, and the liquid is refluxed to the distillation column. The liquid at the bottom of the distillation column is also partially evaporated and the remainder yields nearly pure N 2 O as the bottom product.
증류탑의 상부리플럭스드럼(Overhead Reflux Drum)의 운전온도가 5℃이므로 냉각수로는 냉각할 수 없다. 따라서 HCFC-22 냉매를 사용하여 냉동사이클을 구성하여야 한다. 전형적인 냉동사이클은 압축, 응축, 감압, 증발의 네 가지 사이클로 구성되어 있다. Cooling water cannot be cooled because the operating temperature of the overhead reflux drum of the distillation column is 5 ℃. Therefore, a refrigeration cycle should be constructed using HCFC-22 refrigerant. A typical refrigeration cycle consists of four cycles: compression, condensation, depressurization and evaporation.
이하는 본 발명의 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 하기 실시예를 기초로하여 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 하나의 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 국한되지는 않는다.The following will be described based on the following examples in order to explain in more detail the present invention. However, the following examples are only one embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.
실시예.Example.
암모늄나이트레이트를 200kg/hr의 투입속도로 220℃의 반응기에 투입하고, 250rpm로 교반하면서 반응을 실시하였다. 이어서 분해된 저농도 N2O를 제조하고, 모레큘라시브(3A, 13X)를 통과시켜 불순물을 제거하였다. 이어서 응축기에 투입한 후 냉매로 R125를 사용하여 -5℃로 순환시켰다. 응축된 N2O를 이어서 증류탑으로 이송하였다. 증류탑은 총 이론단수 30단으로서 30kg/㎠으로 5℃에서 작업을 실시하였다. 증류탑의 상부는 8.1℃이고 하단부의 온도는 8.5℃로 유지하였으며, 증류된 N2O를 응축기에서 응축하여 99.9999%로서 매우 우수한 순도의 고순도 N2O를 제조하였다. Ammonium nitrate was added to a reactor at 220 ° C. at a rate of 200 kg / hr, and the reaction was performed while stirring at 250 rpm. The decomposed low concentration N 2 O was then prepared and passed through the molecular sieves 3A, 13X to remove impurities. Subsequently, it was fed to a condenser and then circulated to -5 ° C using R125 as a refrigerant. Condensed N 2 O was then transferred to the distillation column. The distillation column was operated at 5 ° C. at 30 kg / cm 2 as the total theoretical number of 30 stages. The top of the distillation column was 8.1 ℃ and the temperature of the bottom portion was maintained at 8.5 ℃, condensed distilled N 2 O in a condenser to produce a high purity N 2 O of very good purity of 99.9999%.
표 1. 저농도 N2O 혼합물을 분석 결과 Table 1. Analysis of low concentration N 2 O mixture
본 발명의 새로운 제조방법에 의하여 간단한 공정을 연속적으로 실시함으로써 경제성 있는 고순도의 N2O를 제조할 수 있고, 상업적 생산규모를 쉽게 도달할 수 있어서, 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공한다. According to the novel production method of the present invention, by continuously performing a simple process, it is possible to produce N 2 O of economical high purity and to easily reach a commercial production scale, thereby providing a method of economically manufacturing.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050130836A KR100918567B1 (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Manufacturing Method of Ultre Purity Nitrous Oxide for Semiconductor and Display Industry |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050130836A KR100918567B1 (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Manufacturing Method of Ultre Purity Nitrous Oxide for Semiconductor and Display Industry |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070068815A KR20070068815A (en) | 2007-07-02 |
| KR100918567B1 true KR100918567B1 (en) | 2009-09-21 |
Family
ID=38504670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050130836A KR100918567B1 (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Manufacturing Method of Ultre Purity Nitrous Oxide for Semiconductor and Display Industry |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100918567B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110329999A (en) * | 2019-07-17 | 2019-10-15 | 欧中汇智电子材料研究院(重庆)有限公司 | Wet Decomposition ammonium nitrate produces the generator and method of nitrous oxide |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4102986A (en) | 1975-01-22 | 1978-07-25 | South African Inventions Development Corporation | Process for the continuous manufacture of nitrous oxide |
| US4154806A (en) * | 1976-12-30 | 1979-05-15 | Eotvos Lorand Tudomanyegyetem | Process for the production of nitrous oxide |
| JPH0735470A (en) * | 1993-07-26 | 1995-02-07 | Teisan Kk | Method and device for manufacturing superhigh purity dinitrogen monoxide |
| KR20010076170A (en) * | 1999-08-13 | 2001-08-11 | 쉬에르 피에르 | Nitrous oxide purification system and process |
-
2005
- 2005-12-27 KR KR1020050130836A patent/KR100918567B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4102986A (en) | 1975-01-22 | 1978-07-25 | South African Inventions Development Corporation | Process for the continuous manufacture of nitrous oxide |
| US4154806A (en) * | 1976-12-30 | 1979-05-15 | Eotvos Lorand Tudomanyegyetem | Process for the production of nitrous oxide |
| JPH0735470A (en) * | 1993-07-26 | 1995-02-07 | Teisan Kk | Method and device for manufacturing superhigh purity dinitrogen monoxide |
| KR20010076170A (en) * | 1999-08-13 | 2001-08-11 | 쉬에르 피에르 | Nitrous oxide purification system and process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20070068815A (en) | 2007-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10669232B2 (en) | Processes and systems for recovering methanesulfonic acid in purified form | |
| KR100654286B1 (en) | Process for the purification of ??3 | |
| KR101579997B1 (en) | Process for purifying n2o | |
| RU2592794C2 (en) | Method and system for production of high-purity hydrogen chloride | |
| EP3061727A1 (en) | Method for manufacturing polycrystalline silicon | |
| KR101581062B1 (en) | Process for purifying dinitrogen monoxide | |
| KR20090087474A (en) | Method for isolating n2o | |
| US4515762A (en) | Process for processing waste gases resulting during the production of silicon | |
| CN107848798B (en) | Method for producing hydrogen chloride | |
| CN102757027A (en) | System and method for preparing high-purity phosphorus pentafluoride | |
| KR100918567B1 (en) | Manufacturing Method of Ultre Purity Nitrous Oxide for Semiconductor and Display Industry | |
| EP1938888B1 (en) | Isotope concentration method | |
| US7906094B2 (en) | Method for producing a high purity trisilane product from the pyrolysis of disilane | |
| KR101183367B1 (en) | Method for producing silicon tetrafluoride and appartus used therefor | |
| WO2016047736A1 (en) | Pentachlorodisilane production method and pentachlorodisilane produced by same | |
| HU217418B (en) | Chemical procedure for making of water with low deuterium-content | |
| KR101807841B1 (en) | Medical grade and ultra high purity nitrous oxide synthesis and purification and efficient system control method | |
| KR100403244B1 (en) | A method of ammonia gas purification for manufacturing highly pure nitrogen trifluoride | |
| EA007593B1 (en) | Method for the production of an aqueous hydroxylamine solution | |
| JPS62288109A (en) | Production of trichlorosilane | |
| JP2003128412A (en) | Method for purifying silicon tetrafluoride | |
| KR100481795B1 (en) | A method for preparing highly pure nitrogen trifluoride gas | |
| CN116425202A (en) | Preparation method of tungsten hexafluoride gas | |
| RU2525415C1 (en) | Production of silicon and its compounds and production line to this end | |
| KR101462752B1 (en) | Method for recovering nitrogen trifluoride from exhaust gas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120831 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130816 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140901 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150908 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160902 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |