KR101343961B1 - Method for eliminating unwanted substances from a mixed gas comprising chlorine trifluoride and fluorine - Google Patents
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Abstract
적어도 3불화염소 및 불소로 이루어지는 혼합 가스를, 습식 스크러버에 의해 제해 처리하는 방법에 있어서, 습식 스크러버에 의한 제해 처리의 전단계에서, 상기 혼합 가스에, 할로겐 가스 X2(X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)를 첨가하고, 상기 혼합 가스 중의 불소와 할로겐 가스 X2(X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)를 반응시킴으로써, 상기 혼합 가스 중의 불소를 저감시켜, 습식 스크러버에서 생성되는 불화퍼클로릴(ClO3F)의 생성을 미연에 방지하는 것을 특징으로 하는 제해 방법이 개시되어 있다.In the method for removing and treating a mixed gas composed of at least chlorine trifluoride and fluorine with a wet scrubber, the mixed gas may include halogen gas X 2 (X = Cl, Br, or I) at a previous stage of the decontamination treatment with a wet scrubber. ) And reacting the fluorine in the mixed gas with halogen gas X 2 (which represents X = Cl, Br or I), thereby reducing the fluorine in the mixed gas and producing perchloryl fluoride produced by the wet scrubber. A decontamination method is disclosed which prevents the production of (ClO 3 F) in advance.
Description
본 발명은, 3불화염소 및 불소로 이루어지는 혼합 가스의 제해(除害) 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing a mixed gas consisting of chlorine trifluoride and fluorine.
3불화염소(ClF3)는 하기 반응식 1에 나타내는 바와 같이, 염소와 불소의 직접 반응에 의해 합성되는 것이 널리 알려져 있다(비특허문헌 1, 2).Chlorine trifluoride (ClF 3 ) is widely known to be synthesized by the direct reaction of chlorine and fluorine, as shown in the following Scheme 1 (Non Patent Literatures 1 and 2).
[화학식 1][Formula 1]
Cl2+3F2→2ClF3 Cl 2 + 3F 2 → 2ClF 3
일반적인 ClF3의 제조 공정에서는, 반응기에서 생성된 ClF3은 냉각 포집기를 통과하고, 목적의 생성물만이 선택적으로 포집된다.In a typical ClF 3 production process, ClF 3 produced in the reactor passes through a cold collector, and only the desired product is selectively collected.
통상, 냉각 포집기를 통과한 가스 중에는 미반응의 F2 가스나 전부 포집되지 않은 ClF3이 포함되어 있기 때문에, 물이나 알칼리 용액을 사용한 습식 스크러버(배기 가스 처리 장치)에 의해 제해 처리된다.Because normally it is not during the cooling gas passing through the collector are all F 2 or a gas containing the unreacted collected ClF 3, it is treated by the harm-elimination of water or wet scrubber (exhaust gas treatment unit) with alkali solution.
그러나, ClF3과 F2의 혼합 가스를, 물을 사용한 습식 스크러버로 제해 처리하는 경우, 하기 반응식 2에 나타내는 바와 같이 불소가 물과 반응함으로써, 산소 라디칼이 발생한다.However, in the case where the mixed gas of ClF 3 and F 2 is removed and treated with a wet scrubber using water, oxygen radicals are generated when fluorine reacts with water as shown in the
[화학식 2](2)
F2+H2O → 2HF+O* F 2 + H 2 O → 2HF + O *
또한, 하기 반응식 3에 나타내는 바와 같이, 발생한 산소 라디칼이 ClF3과 반응하여, 불화퍼클로릴(ClO3F)이 발생한다.In addition, as shown in the
[화학식 3](3)
ClF3+H2O+2O* → ClO3F+2HFClF 3 + H 2 O + 2O * → ClO 3 F + 2HF
ClO3F는 열적으로 매우 안정적인 화합물로서, 470℃까지 가온하지 않으면 열분해되지 않는다. 또한, 물에 불용이고 산이나 알칼리로 분해할 수 없는 특징이 있다. 또한, 물성이 ClO3F와 유사한 가스 중에 ClO3F가 저농도로 포함되는 경우에는, 증류에 의한 분리나 농축도 어렵기 때문에, 제거가 곤란하다는 문제가 있었다.ClO 3 F is a thermally stable compound and does not pyrolyze unless warmed to 470 ° C. In addition, it is insoluble in water and cannot be decomposed into an acid or an alkali. In addition, when ClO 3 F is contained at a low concentration in a gas similar to that of ClO 3 F, the separation and concentration by distillation are difficult, and thus there is a problem that removal is difficult.
상기 문제의 대책에 있어서, 불소 함유 가스로부터 불소 가스 혹은 산소 불화물을 제거하는 방법으로서, 유황계 환원제와 염기성 화합물을 포함하는 흡수액을 사용하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1).In the countermeasure of the said problem, the method of using the absorption liquid containing a sulfur type reducing agent and a basic compound as a method of removing fluorine gas or oxygen fluoride from a fluorine-containing gas is proposed (patent document 1).
그러나, 특허문헌 1에 제안되어 있는 유황계 환원제와 염기성 화합물을 포함하는 흡수액을 사용하는 방법에서는, 환원제 자체의 가격이 고가이고, 또한, 흡수액 중의 환원제의 농도 관리가 필요하게 되기 때문에, 습식 스크러버를 사용한 제해 처리 공정의 조작이 번잡해지는 문제점이 있었다.However, in the method of using the absorbent liquid containing the sulfur-based reducing agent and the basic compound proposed in Patent Literature 1, since the price of the reducing agent itself is expensive and the concentration control of the reducing agent in the absorbent liquid is required, a wet scrubber is used. There was a problem that the operation of the used decontamination treatment process was complicated.
그래서, 본 발명은, ClF3과 F2를 포함하는 혼합 가스를 습식 스크러버에 의해 제해 처리할 때, 난분해성 물질인 ClO3F의 발생을 억제할 수 있는 제해 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.Thus, the present invention is in the handling of harm-elimination by the mixed gas comprising the ClF 3 and F 2 in the wet scrubber, and I is a problem to provide a detoxicating way to suppress the generation of ClO 3 F decomposable material.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 예의 검토한 결과, ClF3과 F2를 포함하는 혼합 가스를 습식 스크러버에 의해 제해 처리하는 전(前)단계에서, 가열 반응부를 설치하고, 하기 반응식 4에 나타내는 바와 같이, 혼합 가스에 할로겐 가스를 첨가함으로써 미반응의 불소 가스를 할로겐 가스와 반응시키고, 미반응의 불소 가스를 대폭 저감시켜, 종래의 습식 스크러버를 사용하는 ClF3의 제해 방법에 있어서 문제가 되고 있던 난분해성 물질인 ClO3F의 발생을 억제할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에 이르렀다.The present inventors, in order to solve the above problems, example the review, a mixed gas containing ClF 3 and F 2 In the former (前) processing of harm-elimination by the wet scrubber, installing heating the reaction section, and Scheme 4 As can be seen from the above, by adding a halogen gas to the mixed gas, the unreacted fluorine gas is reacted with the halogen gas, and the unreacted fluorine gas is greatly reduced, which is a problem in the method for removing ClF 3 using a conventional wet scrubber. It was found out that the generation of ClO 3 F, which is a hardly decomposable substance, can be suppressed, and the present invention was reached.
[화학식 4][Formula 4]
F2+X2 → 2XF (X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)F 2 + X 2 → 2XF (indicates X = Cl, Br or I)
즉, 본 발명은, 3불화염소 및 불소로 이루어지는 혼합 가스를, 습식 스크러버에 의해 제해 처리하는 방법에 있어서, 습식 스크러버에 의한 제해 처리의 전단계에서, 상기 혼합 가스에, 할로겐 가스 X2(X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)를 첨가하고, 상기 혼합 가스 중의 불소와 할로겐 가스 X2(X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)를 반응시킴으로써, 상기 혼합 가스 중의 불소를 저감시켜, 습식 스크러버에서 생성되는 불화퍼클로릴의 생성을 미연에 방지하는 것을 특징으로 하는 제해 방법을 제공한다.That is, the present invention relates to a method of removing and treating a mixed gas composed of chlorine trifluoride and fluorine with a wet scrubber, wherein the mixed gas includes halogen gas X 2 (X = By adding Cl, Br, or I) and reacting the fluorine in the mixed gas with halogen gas X 2 (indicative of X = Cl, Br, or I), thereby reducing the fluorine in the mixed gas, thereby producing a wet scrubber. The present invention provides a method for preventing the formation of perchloryl fluoride.
도 1은 본 발명에서 사용한 실험 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an experimental apparatus used in the present invention.
본 발명은, ClF3과 F2를 포함하는 혼합 가스를 습식 스크러버에 의해 제해 처리할 때에, 난분해성 물질인 ClO3F의 발생을 대폭 억제할 수 있어, 난분해성 물질인 ClO3F의 처리에 사용되고 있던 고가의 환원제의 사용이나 번잡한 농도 관리를 행할 필요가 없는 간편한 방법을 제공할 수 있게 된다.When the mixed gas containing ClF 3 and F 2 is removed by a wet scrubber, the present invention can greatly suppress the generation of ClO 3 F, which is a hardly decomposable substance, and is effective for treating ClO 3 F, which is a hardly decomposable substance. It is possible to provide a simple method that does not require the use of expensive reducing agents used or complicated concentration control.
또한, 본 발명은, 습식 스크러버에 의한 제해 처리의 전단계에서, 미반응의 불소 가스를 대폭 저감시킬 수 있기 때문에, 습식 스크러버에 있어서 독성이 높은 2불화산소(OF2) 등의 불화산소 화합물의 발생을 억제하는 것에도 효과를 발휘한다.In addition, the present invention can significantly reduce unreacted fluorine gas in the previous step of the decontamination treatment by the wet scrubber, and thus generates an oxyfluoride compound such as oxygen difluoride (OF 2 ) having high toxicity in the wet scrubber. It is also effective to suppress.
이하, 본 발명의 바람직한 실시양태의 일례를 설명한다.Hereinafter, an example of the preferable embodiment of this invention is demonstrated.
처리 대상이 되는 3불화염소와 불소의 혼합 가스에는, ClF5, ClF, BrF5, BrF3, BrF, IF7, IF5, IF3, IF, NF3 등의 다른 인터할로겐 가스가 포함되는 것을 방해하지 않는다.The mixed gas of chlorine trifluoride and fluorine to be treated includes other interhalogen gases such as ClF 5 , ClF, BrF 5 , BrF 3 , BrF, IF 7 , IF 5 , IF 3 , IF, and NF 3 . Do not disturb
미반응의 불소 가스를 저감시키기 위한 원료 가스에는 불소 이외의 할로겐 가스가 사용되고, 염소, 브롬, 또는 요오드를 사용할 수 있다.Halogen gas other than fluorine is used for the raw material gas for reducing unreacted fluorine gas, and chlorine, bromine, or iodine can be used.
첨가하는 불소 이외의 할로겐 가스는, 미반응의 불소 가스에 대해, 1.0 당량 이상 첨가하는 것이 바람직하다.It is preferable to add halogen equivalents other than fluorine to add 1.0 equivalent or more with respect to unreacted fluorine gas.
또한, 첨가하는 불소 이외의 할로겐 가스는, 특별히 희석하지 않고 사용할 수 있으나, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 의해 희석하여 사용할 수도 있다.In addition, although halogen gas other than fluorine to be added can be used without particular dilution, it can also be diluted and used with inert gas, such as nitrogen and argon.
반응기에 사용하는 재질은, 고온에서의 불소 가스 내성이 높고, 또한, 충분한 기계적 강도를 갖는 니켈 또는 모넬을 사용하는 것이 바람직하다.The material used for the reactor is preferably nickel or monel having high fluorine gas resistance at high temperatures and having sufficient mechanical strength.
반응 온도는 반응부의 온도가 200℃∼400℃인 것이 바람직하고, 특히, 바람직하게는 300℃∼350℃가 바람직하다. 200℃보다 낮은 온도에서는 반응이 진행되기 어렵고, 400℃보다 높은 온도에서는, 반응기를 현저하게 부식시킬 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.It is preferable that the temperature of a reaction part is 200 degreeC-400 degreeC, and, as for reaction temperature, 300 degreeC-350 degreeC are especially preferable. The reaction is less likely to proceed at a temperature lower than 200 ° C., and at temperatures higher than 400 ° C., the reactor is significantly corroded, which is not preferable.
불소 농도가 1∼10%인 혼합 가스 중의 불소를 1∼10ppm 정도로 저감시키기 위해서는, 반응기에 도입한 혼합 가스를 적어도 30초 이상 체류시키는 것이 바람직하다.In order to reduce fluorine in the mixed gas having a fluorine concentration of 1 to 10% to about 1 to 10 ppm, it is preferable to hold the mixed gas introduced into the reactor for at least 30 seconds or more.
반응기에 도입하는 3불화염소 및 불소로 이루어지는 혼합 가스 및 할로겐 가스의 공급 방법은, 반응기에 공급 가능하다면 특별히 한정되지 않는다.The supply method of the mixed gas and halogen gas which consist of chlorine trifluoride and fluorine which introduce | transduce into a reactor will not be specifically limited if it can supply to a reactor.
제해 처리에 사용하는 습식 스크러버는, 물 또는 알칼리 용액을 이용한 스크러버를 사용하는 것이 바람직하고, 특히, 1단째에 물 스크러버, 2단째에 알칼리 스크러버를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use the scrubber using water or an alkaline solution, and, as for the wet scrubber used for decontamination process, it is especially preferable to use a water scrubber in the 1st stage and an alkali scrubber in the 2nd stage.
또한, 습식 스크러버에 사용하는 알칼리 용액으로는, KOH 용액, NaOH 용액 등을 사용할 수 있는데, 특히, 물에 대한 용해도가 비교적 높은 KOH 용액을 사용하는 것이 바람직하다.As the alkaline solution used for the wet scrubber, a KOH solution, a NaOH solution, or the like can be used. In particular, it is preferable to use a KOH solution having a relatively high solubility in water.
실시예Example
이하의 실시예에 의해, 본 발명을 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.The following Examples illustrate the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.
도 1에, 본 발명을 이용한 실험의 개략 계통도를 나타낸다. 매스플로우 컨트롤러(1, 2)에 의해, 각각 할로겐 가스 및 3불화염소 가스와 불소 가스의 혼합 가스의 유량을 제어하고, 니켈제 통형 반응기(3)에 가스를 도입한다. 니켈제 통형 반응기(3)는, 외부에 설치되어 있는 히터(4)에 의해 소정 온도로 가열할 수 있다.1 shows a schematic schematic diagram of an experiment using the present invention. The
미리 소정 온도로 가열된 니켈제 통형 반응기(3)에 도입된 가스를 소정 시간 반응시킨 후, 니켈제 통형 반응기(3)의 후단에 연결된 물과 KOH 농도가 0.1㏖/ℓ인 알칼리 용액의 스크러버(배기 가스 처리 장치)(5, 6)에 의해 제해 처리 조작을 행한다.After reacting the gas introduced into the nickel
또한, 스크러버 유통의 출구 가스를 샘플링하고, FT-IR(오츠카 전자사 제조 IG-1000)로 분석하여, ClO3F의 농도를 측정한다.In addition, the outlet gas of the scrubber flow is sampled and analyzed by FT-IR (IG-1000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the concentration of ClO 3 F is measured.
[실시예 1]Example 1
내경 30㎜, 길이 600㎜의 니켈제 통형 반응기(3)의 외벽 온도를 350℃로 설정하고, 매스플로우 컨트롤러(1)를 사용하여, 2.8㏖%의 불소 가스와 3.5㏖%의 ClF3의 혼합 가스를 75㎖/min, 매스플로우 컨트롤러(2)를 사용하여, 3.4㏖%의 염소 가스를 10㎖/min의 유량으로, 니켈제 통형 반응기(3)에 도입하고, 30초 반응시킨 후, 후단에 연결된 물과 KOH 농도가 0.1㏖/ℓ인 알칼리 용액의 스크러버(배기 가스 처리 장치)(5, 6)에 의해 제해 처리한 후, 스크러버 유통의 출구 가스를 샘플링하고, FT-IR(오츠카 전자사 제조 IG-1000)을 사용하여 ClO3F 농도를 분석한 결과, 180volppm이었다.Mixing of 2.8 mol% fluorine gas and 3.5 mol% ClF 3 using the massflow controller 1 by setting the outer wall temperature of the
[비교예 1]Comparative Example 1
염소 가스를 첨가하지 않는 것 이외에는, 실시예 1과 동일 조건으로 행하였다. 그 결과, 샘플링한 가스 중의 ClO3F 농도는 6000volppm이었다.It carried out on the conditions similar to Example 1 except not adding chlorine gas. As a result, the ClO 3 F concentration in the sampled gas was 6000 volppm.
[실시예 2][Example 2]
내경 12.4㎜, 길이 1000㎜의 니켈제 통형 반응기(3)의 외벽 온도를 350℃로 설정하고, 매스플로우 컨트롤러(1)를 사용하여, 5.0㏖%의 불소 가스와 3.0㏖%의 ClF3의 혼합 가스를 493㎖/min, 매스플로우 컨트롤러(2)를 사용하여, 6.0㏖%의 염소 가스를 44㎖/min의 유량으로, 니켈제 통형 반응기(3)에 도입하고, 30초 반응시킨 후, 후단에 연결된 물과 KOH 농도가 0.1㏖/ℓ인 알칼리 용액의 스크러버(배기 가스 처리 장치)(5, 6)에 의해 제해 처리한 후, 스크러버 유통의 출구 가스를 샘플링하고, FT-IR(오츠카 전자사 제조 IG-1000)을 사용하여 ClO3F 농도를 분석한 결과, 4volppm이었다.Mixing 5.0 mol% of fluorine gas and 3.0 mol% of ClF 3 using the massflow controller 1 by setting the outer wall temperature of the
[비교예 2]Comparative Example 2
염소 가스를 첨가하지 않는 것 이외에는, 실시예 2와 동일 조건으로 행하였다. 그 결과, 샘플링한 가스 중의 ClO3F 농도는 3500volppm이었다.It carried out on the conditions similar to Example 2 except not adding chlorine gas. As a result, the ClO 3 F concentration in the sampled gas was 3500 volppm.
[실시예 3][Example 3]
내경 30㎜, 길이 600㎜의 니켈제 통형 반응기(3)의 외벽 온도를 370℃로 설정하고, 매스플로우 컨트롤러(1)를 사용하여, 2.8㏖%의 불소 가스와 3.5㏖%의 ClF3의 혼합 가스를 75㎖/min, 매스플로우 컨트롤러(2)를 사용하여, 3.4㏖%의 염소 가스를 10㎖/min의 유량으로, 니켈제 통형 반응기(3)에 도입하고, 30초 반응시킨 후, 후단에 연결된 물과 KOH 농도가 0.1㏖/ℓ인 알칼리 용액의 스크러버(배기 가스 처리 장치)(5, 6)에 의해 제해 처리한 후, 스크러버 유통의 출구 가스를 샘플링하고, FT-IR(오츠카 전자사 제조 IG-1000)을 사용하여 ClO3F 농도를 분석한 결과, 160volppm이었다.Mixing of 2.8 mol% fluorine gas and 3.5 mol% ClF 3 using the massflow controller 1 was performed by setting the outer wall temperature of the
[비교예 3][Comparative Example 3]
염소 가스를 첨가하지 않는 것 이외에는, 실시예 3과 동일 조건으로 행하였다. 그 결과, 샘플링한 가스 중의 ClO3F 농도는 5600volppm이었다.It carried out on the conditions similar to Example 3 except not adding chlorine gas. As a result, the ClO 3 F concentration in the sampled gas was 5600 volppm.
Claims (3)
습식 스크러버에 의한 제해 처리의 전(前)단계에서, 상기 혼합 가스에, 할로겐 가스 X2(X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)를 첨가하고, 상기 혼합 가스 중의 불소와 할로겐 가스 X2(X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)를 반응시킴으로써, 상기 혼합 가스 중의 불소를 저감시켜, 습식 스크러버에서 생성되는 불화퍼클로릴(ClO3F)의 생성을 미연에 방지하는 것을 특징으로 하는 3불화염소 및 불소를 포함하는 혼합 가스의 제해 방법.In the method of removing the mixed gas containing chlorine trifluoride and fluorine with a wet scrubber,
In a step before decontamination by a wet scrubber, halogen gas X 2 (which represents X = Cl, Br or I) is added to the mixed gas, and fluorine and halogen gas X 2 (X in the mixed gas). Chlorine trifluoride, characterized in that fluorine in the mixed gas is reduced to prevent the generation of perchloryl fluoride (ClO 3 F) produced by a wet scrubber. And a method for removing a mixed gas containing fluorine.
상기 혼합 가스 중의 불소 가스에 대해 1.0 당량 이상의 할로겐 가스 X2(X=Cl 또는 Br 또는 I를 나타낸다)를 첨가하는 것을 특징으로 하는 3불화염소 및 불소를 포함하는 혼합 가스의 제해 방법.The method of claim 1,
A method for removing a mixed gas containing chlorine trifluoride and fluorine, wherein 1.0 equivalent or more of halogen gas X 2 (indicative of X = Cl or Br or I) is added to the fluorine gas in the mixed gas.
상기 혼합 가스 중의 불소와 할로겐 가스 X2(X=Cl, Br 또는 I를 나타낸다)를 200℃∼400℃의 온도 범위에서 반응시키는 것을 특징으로 하는 3불화염소 및 불소를 포함하는 혼합 가스의 제해 방법.3. The method according to claim 1 or 2,
Method for removing a mixed gas containing chlorine trifluoride and fluorine characterized by reacting fluorine in the mixed gas and halogen gas X 2 (which represents X = Cl, Br or I) at a temperature range of 200 ° C to 400 ° C. .
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