KR102193572B1 - Method for generating high purity diborane using BF3 simultaneous reaction process and apparatus for the same - Google Patents
Method for generating high purity diborane using BF3 simultaneous reaction process and apparatus for the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102193572B1 KR102193572B1 KR1020190005071A KR20190005071A KR102193572B1 KR 102193572 B1 KR102193572 B1 KR 102193572B1 KR 1020190005071 A KR1020190005071 A KR 1020190005071A KR 20190005071 A KR20190005071 A KR 20190005071A KR 102193572 B1 KR102193572 B1 KR 102193572B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- diborane
- gas
- impurities
- reaction
- reaction gas
- 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
- C01B6/00—Hydrides of metals including fully or partially hydrided metals, alloys or intermetallic compounds ; Compounds containing at least one metal-hydrogen bond, e.g. (GeH3)2S, SiH GeH; Monoborane or diborane; Addition complexes thereof
- C01B6/06—Hydrides of aluminium, gallium, indium, thallium, germanium, tin, lead, arsenic, antimony, bismuth or polonium; Monoborane; Diborane; Addition complexes thereof
- C01B6/10—Monoborane; Diborane; Addition complexes thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
- B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
- B01D3/32—Other features of fractionating columns ; Constructional details of fractionating columns not provided for in groups B01D3/16 - B01D3/30
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D8/00—Cold traps; Cold baffles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/20—Capture or disposal of greenhouse gases of methane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Abstract
본 발명은 BF3 동시반응공정을 이용한 고순도의 디보레인 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 디보레인 제조방법은, 상온의 파우더 반응기 내에서 NaBH4(Sodium Borohydride) 분말을 에테르(ether)계 용매에 용해시켜 혼합용액을 생성하는 제1단계와; 상기 혼합용액을 중력과 차압을 이용하여 메인반응기로 이송하고, 상기 메인반응기에 BF3(Boron trifluoride) 가스를 일정속도로 주입하여, 상기 혼합용액과 반응시켜 불순물과 디보레인(B2H6:diborane)가스가 혼합된 제1반응가스를 생성하는 제2단계와; 상기 제1반응가스를 정제공정을 통해 불순물을 제거하여 정제하는 제3단계를 구비한다.The present invention relates to a high-purity diborane production method using a simultaneous BF 3 reaction process and a production apparatus thereof, and the method for preparing diborane according to the present invention comprises NaBH 4 (Sodium Borohydride) powder in a powder reactor at room temperature. a first step of dissolving in an ether)-based solvent to produce a mixed solution; The mixed solution was transferred to the main reactor using gravity and differential pressure, and BF 3 (Boron trifluoride) gas was injected into the main reactor at a constant rate, and reacted with the mixed solution to cause impurities and diborane (B 2 H 6 : a second step of generating a first reaction gas in which diborane) gas is mixed; And a third step of purifying the first reaction gas by removing impurities through a purification process.
Description
본 발명은 BF3 동시반응공정 이용한 고순도의 디보레인 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 독성물질의 누출 위험을 최소화하고, 제조비용을 낮출 수 있고, 고순도로 제조가 가능하여 반도체 공정이나 기타 정밀 산업공정에 사용할 수 있는 디보레인을 제조할 수 있는 BF3 동시반응공정을 이용한 고순도의 디보레인 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a high-purity diborane manufacturing method and a manufacturing apparatus using the BF 3 simultaneous reaction process, and more specifically, to minimize the risk of leakage of toxic substances, lower the manufacturing cost, and can be manufactured with high purity. The present invention relates to a high-purity diborane manufacturing method using a BF 3 simultaneous reaction process capable of manufacturing diborane that can be used in semiconductor processes or other precision industrial processes, and a manufacturing apparatus therefor.
디보레인(diborane, 디보란 또는 다이보레인)은 B2H6 화학식을 갖는, 붕소와 수소를 이루는 화합물이다. 실내 온도에서는 달콤한 향의 무색의 기체이다. 디보레인은 공기와 잘 섞이기 때문에 폭발 혼합물을 만들기 쉬우며, 습기가 찬 공기에 닿으면 자연 발화하는 특성을 가지며 로켓 추진체로 많이 사용되고 있다. 뿐만 아니라, 디보레인 가스는 반도체 장비의 P타입 도펀트(dopant)로 사용되어 전자산업과 그 응용분야에서 널리 활용되고 있다.Diborane (diborane, or diborane) is a compound of hydrogen and boron having the formula B 2 H 6 . At room temperature, it is a colorless gas with a sweet scent. Since Diborane mixes well with air, it is easy to make an explosive mixture. It has the property of spontaneous ignition when it comes into contact with moist air, and is widely used as a rocket propellant. In addition, diborane gas is used as a P-type dopant for semiconductor equipment and is widely used in the electronics industry and its application fields.
디보레인을 제조하기 위한 종래의 기술은 BF3와 LiH를 반응하여 합성하는 방법, BCl3와 LiAlH4를 이용하는 방법, 그리고 NaBH4와 3가지 원료(BF3, 황산, I)를 이용하는 방법 등이 소개되고 있다. 각각의 반응식은 아래와 같다. Conventional techniques for preparing diborane include a method of synthesizing by reacting BF 3 and LiH, a method of using BCl 3 and LiAlH 4 , and a method of using NaBH 4 and three raw materials (BF 3 , sulfuric acid, I). It is being introduced. Each reaction equation is as follows.
1) 8BF3 + 6LiH → 2B2H6 + 6LiBF4 1) 8BF 3 + 6LiH → 2B 2 H 6 + 6LiBF 4
2) 4BCl3 + 3 LiAlH4 → 2B2H6 + 3LiAlCl3 2) 4BCl 3 + 3 LiAlH 4 → 2B 2 H 6 + 3LiAlCl 3
3) 4BF3 + 3NaBH4 → 2B2H6 +3NaBF4 3) 4BF 3 + 3NaBH 4 → 2B 2 H 6 +3NaBF 4
4) 2BH4 - + 2H+(황산) → 2H2 + B2H6 4) 2BH 4 - + 2H + ( sulfuric acid) → 2H 2 + B 2 H 6
5) 4NaBH4 + I2 → 2NaI + H2 + B2H6 5) 4NaBH 4 + I 2 → 2NaI + H 2 + B 2 H 6
그러나 디보레인 제조와 관련된 종래의 기술들은 저순도 디보레인 제조에 중점을 두었기 때문에, 고순도가 필요한 반도체 공정 등에는 적용이 어렵고, 디보레인 가스에는 수소와 고차보레인(higher borane) 등 많은 불순물이 섞여 있기 때문에, 고순도로 제조하는데 필요한 정제시설을 갖추는데 상당한 투자비가 들고 고순도의 디보레인 제조를 위한 비용이 비싸다는 문제점이 있다. However, since conventional technologies related to diborane manufacturing have focused on manufacturing low-purity diborane, it is difficult to apply to semiconductor processes that require high purity. Diborane gas contains many impurities such as hydrogen and higher borane. Because it is mixed, there is a problem that a considerable investment cost is required to equip a purification facility required for manufacturing with high purity, and the cost for manufacturing a high purity diborane is high.
또한 디보레인 제조를 위해 중간체로 생성되는 BF3-adduct 중간체가 매우 불안정하고 위험한 물질로 알려져 있음에도 별도의 공정으로 다루어지는 등 안전에 상당한 비용이 발생하는 단점이 있다.In addition, although the BF 3 -adduct intermediate, which is produced as an intermediate for the manufacture of diborane, is known to be a very unstable and dangerous material, it has a disadvantage in that it is treated as a separate process, which incurs considerable safety costs.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 BF3 동시반응공정을 이용한 고순도의 디보레인 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-purity diborane manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof using a simultaneous BF 3 reaction process capable of overcoming the above-described conventional problems.
본 발명의 다른 목적은 공정을 최소화하고 제조비용을 줄이고 효율을 향상시키며, 안전사고를 원천적으로 방지할 수 있는 BF3 동시반응공정 및 연속식 공정을 이용한 고순도의 디보레인 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a high-purity diborane manufacturing method and a manufacturing apparatus for the BF 3 simultaneous reaction process and continuous process that can minimize the process, reduce manufacturing cost, improve efficiency, and prevent safety accidents at the source. To provide.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 디보레인 제조방법은, 상온의 파우더 반응기 내에서 NaBH4(Sodium Borohydride) 분말을 에테르(ether)계 용매에 용해시켜 혼합용액을 생성하는 제1단계와; 상기 혼합용액을 중력과 차압을 이용하여 메인반응기로 이송하고, 상기 메인반응기에 BF3(Boron trifluoride) 가스를 일정속도로 주입하여, 상기 혼합용액과 반응시켜 불순물과 디보레인(B2H6:diborane)가스가 혼합된 제1반응가스를 생성하는 제2단계와; 상기 제1반응가스를 정제공정을 통해 불순물을 제거하여 정제하는 제3단계를 구비한다.According to the embodiment of the present invention to achieve some of the above technical problems, the method for preparing diborane according to the present invention is to dissolve NaBH 4 (Sodium Borohydride) powder in an ether-based solvent in a powder reactor at room temperature. A first step of generating a mixed solution; The mixed solution was transferred to the main reactor using gravity and differential pressure, and BF 3 (Boron trifluoride) gas was injected into the main reactor at a constant rate, and reacted with the mixed solution to cause impurities and diborane (B 2 H 6 : a second step of generating a first reaction gas in which diborane) gas is mixed; And a third step of purifying the first reaction gas by removing impurities through a purification process.
상기 정제공정은, 상기 제1반응가스가 -60 ~ -80℃ 의 냉동트랩(trap)을 통과하도록 하여, BF3(Boron trifluoride)이 상기 에테르계 용매와 반응하여 형성된 불순물 및 에테르 불순물을 포함하는 제1차 불순물을 냉동 또는 액화시켜 제거하여 제2반응가스를 생성하는 단계와; 상기 제2반응가스를 흡착탑으로 유입시켜, 흡착제를 이용하여 고차보레인, 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 메탄가스(CH4)를 포함하는 제2차 불순물을 제거하여 제3반응가스를 생성하는 단계와; 상기 제3반응가스를 증류탑으로 유입시켜 비점 차이를 이용한 증류공정을 수행하여 수소가스(H2)와 메탄가스(CH4)를 포함하는 제3차불순물을 제거하여 99.99% 이상의 고순도의 디보레인(diborane)을 생성하는 단계를 구비할 수 있다.The purification process includes impurities and ether impurities formed by reacting BF 3 (Boron trifluoride) with the ether solvent by allowing the first reaction gas to pass through a freezing trap at -60 to -80°C. Generating a second reaction gas by removing the first impurities by freezing or liquefying them; The second reaction gas is introduced into the adsorption tower, and secondary impurities including high-order borane, carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O), and methane gas (CH 4 ) are removed using an adsorbent. Generating a reaction gas; Diborane having a high purity of 99.99% or more by removing the third impurity including hydrogen gas (H 2 ) and methane gas (CH 4 ) by introducing the third reaction gas into the distillation column and performing a distillation process using the difference in boiling point ( diborane) may be provided.
상기 증류공정은, 상기 제3반응가스를 증류탑으로 이송하는 이송단계와; 상기 증류탑 내부를 냉매를 이용하여 -100 ~ -140℃ 의 온도로 유지시켜, 디보레인(B2H6:diborane)가스는 액화되어 중력에 의해 증류탑의 하부로 이동하고, 상기 제3차불순물은 기화상태를 유지하여 증류탑의 상부에 모이도록 하여 제거하는 제1차 증류단계와; 액화된 디보레인(diborane)을 기화기를 이용하여 기화시키고 기화된 디보레인(B2H6:diborane)가스를 상기 증류탑에 이송하는 재이송단계와; 상기 증류탑 내부를 냉매를 이용하여 -100 ~ -140℃ 의 온도로 유지시켜, 상기 제1차 증류단계를 통해 제거되지 않은 미세 불순물 가스를 제거하는 제2차 증류단계를 구비할 수 있다.The distillation process includes a transfer step of transferring the third reaction gas to a distillation column; By maintaining the inside of the distillation column at a temperature of -100 to -140°C using a refrigerant, diborane (B 2 H 6 :diborane) gas is liquefied and moved to the bottom of the distillation column by gravity, and the third impurity is A first distillation step of maintaining the vaporized state and collecting and removing it at the top of the distillation column; A retransfer step of vaporizing the liquefied diborane using a vaporizer and transferring the vaporized diborane (B 2 H 6 :diborane) gas to the distillation column; A second distillation step of removing the fine impurity gas that has not been removed through the first distillation step may be provided by maintaining the inside of the distillation column at a temperature of -100 to -140°C using a refrigerant.
상기 제2단계의 상기 메인반응기에서 상기 제1반응가스 생성시에, 상기 파우더 반응기는 NaBH4(Sodium Borohydride) 분말을 에테르(ether)계 용매에 용해시켜 혼합용액을 생성하는 공정을 수행하여 상기 메인반응기에 제공할 수 있다.When the first reaction gas is generated in the main reactor of the second step, the powder reactor performs a process of dissolving NaBH 4 (Sodium Borohydride) powder in an ether-based solvent to generate a mixed solution. It can be provided to the reactor.
상기 에테르계 용매는 triglyme(Triethylene glycol dimethyl ether; C8H18O4) 또는 tetraglyme(Tetraethylene glycol dimethyl ether; C10H22O5) 일 수 있다.The ether-based solvent is triglyme (Triethylene glycol dimethyl ether; C 8 H 18 O 4 ) Alternatively, it may be tetraglyme (Tetraethylene glycol dimethyl ether; C 10 H 22 O 5 ).
상기 제2단계에서 메인반응기는 불순물이 기화하는 것을 최소화하기 위해 반응기 온도가 5~10 ℃ 로 유지될 수 있다.In the second step, in the main reactor, the temperature of the reactor may be maintained at 5 to 10° C. to minimize vaporization of impurities.
상기 제2단계에서 BF3(Boron trifluoride) 가스는 상기 메인 반응기에 3~4kg/hour의 속도로 천천히 주입될 수 있다.In the second step, BF 3 (Boron trifluoride) gas may be slowly injected into the main reactor at a rate of 3 to 4 kg/hour.
상기 흡착탑에는 흡착제로 제올라이트 4A(MS (Molecular sieve) 4A), 활성탄 및 제올라이트 13X(MS 13X)가 1:1:1의 부피비로 하부에서 상부방향으로 순차적으로 충진될 수 있다.Zeolite 4A (MS (Molecular sieve) 4A), activated carbon, and zeolite 13X (MS 13X) as adsorbents may be sequentially filled in the adsorption tower from bottom to top at a volume ratio of 1:1:1.
상기 흡착탑은 흡착공정시에는 반응온도가 -30 ~ -20 ℃ 인 저온흡착을 수행하고, 재생공정시에는 반응온도가 200 ~ 350℃ 인 고온재생을 수행할 수 있다.The adsorption tower may perform low-temperature adsorption at a reaction temperature of -30 to -20°C during the adsorption process, and high-temperature regeneration at a reaction temperature of 200 to 350°C during the regeneration process.
상기 재이송단계에서의 기화기는 불순물이 기화하는 것을 최소화하기 위해 반응 온도가 5~10 ℃ 로 유지될 수 있다.The vaporizer in the retransfer step may be maintained at a reaction temperature of 5 to 10 °C in order to minimize vaporization of impurities.
상기 제2차 증류단계 이후에 불순물이 제거된 디보레인(diborane)을 액화상태로 저장탱크에 저장하는 저장단계를 구비할 수 있다.A storage step of storing diborane from which impurities have been removed after the second distillation step in a liquefied state in a storage tank may be provided.
상기 제1단계 내지 제3단계는 대기압보다 낮은 압력 분위기에서 수행될 수 있다.The first to third steps may be performed in a pressure atmosphere lower than atmospheric pressure.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 다른 구체화에 따라, 본 발명에 따른 디보레인 제조장치는, 상온에서 NaBH4(Sodium Borohydride) 분말을 에테르(ether)계 용매에 용해시켜 혼합용액을 생성하는 파우더(powder) 반응기와; 상기 혼합용액이 중력과 차압을 이용하여 이송되고, 이송된 혼합용액에 BF3(Boron trifluoride) 가스를 일정속도로 주입하여, 상기 혼합용액과 반응시켜 불순물과 디보레인(B2H6:diborane)가스가 혼합된 제1반응가스를 생성하는 메인반응기와; 상기 제1반응가스를 정제공정을 통해 불순물을 제거하여 정제하는 정제유닛을 구비한다. According to another embodiment of the present invention for achieving some of the above technical problems, the diborane production apparatus according to the present invention dissolves NaBH 4 (Sodium Borohydride) powder in an ether-based solvent at room temperature to prepare a mixed solution. A powder (powder) reactor to generate; The mixed solution is transferred using gravity and differential pressure, and BF 3 (Boron trifluoride) gas is injected into the transferred mixed solution at a constant speed, and reacted with the mixed solution to cause impurities and diborane (B 2 H 6 :diborane). A main reactor for generating a first reaction gas in which gas is mixed; And a purification unit that purifies the first reaction gas by removing impurities through a purification process.
상기 정제유닛은, -60 ~ -80℃ 의 온도가 유지되고, 상기 제1반응가스가 통과하면서, BF3(Boron trifluoride)이 상기 에테르계 용매와 반응하여 형성된 불순물 및 에테르 불순물을 포함하는 제1차 불순물을 냉동 또는 액화시켜 제거하여 제2반응가스를 생성하는 냉동트랩(trap)과; 상기 제2반응가스를 유입시켜, 흡착제를 이용하여 고차보레인, 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 메탄가스(CH4)를 포함하는 제2차 불순물을 제거하여 제3반응가스를 생성하는 흡착모듈과; 상기 제3반응가스를 유입시켜 비점 차이를 이용한 증류공정을 수행하여 수소가스(H2)와 메탄가스(CH4)를 포함하는 제3차불순물을 제거하여 디보레인(diborane)을 생성하는 증류탑을 구비할 수 있다.The purification unit maintains a temperature of -60 to -80°C, and while the first reaction gas passes, BF 3 (Boron trifluoride) reacts with the ether-based solvent to form a first containing impurities and ether impurities. A freezing trap for generating a second reaction gas by freezing or liquefying the secondary impurities; The second reaction gas is introduced to remove secondary impurities including high-order borane, carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O), and methane gas (CH 4 ) by using an adsorbent. An adsorption module for generating a; A distillation column for generating diborane by removing third impurities including hydrogen gas (H 2 ) and methane gas (CH 4 ) by introducing the third reaction gas to perform a distillation process using the difference in boiling point. Can be equipped.
상기 증류탑에서 배출되는 액화된 디보레인(diborane)을 기화시켜 상기 증류탑에서 다시 증류공정을 수행하도록 하는 기화기를 더 구비할 수 있다.A vaporizer for vaporizing the liquefied diborane discharged from the distillation column to perform the distillation process again in the distillation column may be further provided.
상기 흡착모듈은, 서로 교번하여 흡착공정과 재생공정을 수행하는 두 개의 흡착탑과, 상기 두 개의 흡착탑으로 연결되는 밸브들의 개폐를 제어하기 위한 밸브박스를 구비하고, 상기 흡착탑은 흡착제로 제올라이트 4A(MS (Molecular sieve) 4A), 활성탄 및 제올라이트 13X(MS 13X)가 1:1:1의 부피비로 하부에서 상부방향으로 순차적으로 충진되는 구조를 가질 수 있다.The adsorption module includes two adsorption towers that alternately perform adsorption and regeneration processes, and a valve box for controlling opening and closing of valves connected to the two adsorption towers, and the adsorption tower is a zeolite 4A (MS (Molecular sieve) 4A), activated carbon, and zeolite 13X (MS 13X) may have a structure in which they are sequentially filled from the bottom to the top in a volume ratio of 1:1:1.
상기 흡착탑은 흡착공정시에는 반응온도가 -30 ~ -20 ℃인 저온흡착을 수행하고, 재생공정시에는 반응온도가 200 ~ 350 ℃인 고온재생을 수행할 수 있다.The adsorption tower may perform low-temperature adsorption at a reaction temperature of -30 to -20°C during the adsorption process, and high-temperature regeneration at a reaction temperature of 200 to 350°C during the regeneration process.
상기 흡착제를 통과하는 상기 제2반응가스의 선속도는 0.01~1Nm/sec 로 상기 밸브박스를 통해 제어될 수 있다.The linear speed of the second reaction gas passing through the adsorbent may be controlled through the valve box at 0.01 to 1 Nm/sec.
상기 메인 반응기에는, BF3(Boron trifluoride) 가스를 상기 메인 반응기에 3~4kg/hour의 속도로 균등주입하기 위한 플로우미터(flowmeter) 또는 MFC(Mass Flow Controller)가 구비될 수 있다. In the main reactor, a flowmeter or a mass flow controller (MFC) may be provided for uniformly injecting BF 3 (Boron trifluoride) gas into the main reactor at a rate of 3 to 4 kg/hour.
상기 증류탑의 L(length)/D(Depth)는 10~15 일 수 있다.L (length) / D (Depth) of the distillation column may be 10 to 15.
상기 증류탑을 거쳐 불순물이 제거된 디보레인(diborane)을 액화시켜 저장하기 위한 저장탱크와; 상기 저장탱크에 저장된 디보레인(diborane)을 실린더에 충전하는 충전유닛을 더 구비할 수 있다.A storage tank for liquefying and storing diborane from which impurities have been removed through the distillation column; A charging unit for filling the cylinder with diborane stored in the storage tank may be further provided.
본 발명에 따르면, 공정을 최소화하는 것이 가능하고, BF3 동시반응공정 및 연속식 공정으로 제조 효율과 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 전체 제조/정제 공정이 대기압이하(0 barg 이하) 진공 프로세스로 이루어져 내부 발화, 대기 오염 등으로 인한 위험요소를 완전히 제거하여 안전을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고순도 디보레인(B2H6(99.99% 이상)) 가스 제조가 가능하며 반도체 공정뿐만 아니라 다양한 산업공정에 적용될 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to minimize the process, and the manufacturing efficiency and cost can be drastically reduced through the simultaneous reaction process and continuous process of BF 3 , and the entire manufacturing/refining process is under atmospheric pressure (less than 0 bar g ) vacuum Consisting of a process, it has the effect of maximizing safety by completely removing risk factors caused by internal ignition and air pollution. In addition, it is possible to manufacture high-purity diborane (B 2 H 6 (99.99% or more)) gas and has an advantage that can be applied not only to semiconductor processes but also to various industrial processes.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 디보레인(B2H6:diborane)을 제조하기 위한 디보레인 제조장치의 개략적 블록도이고,
도 2는 도 1의 구체 블록도이고,
도 3은 각 실시예들 및 대조예에 따른 제조 조건과 생산량 및 회수율을 나타낸 표이다.1 is a schematic block diagram of a diborane manufacturing apparatus for manufacturing a high-purity diborane (B 2 H 6 :diborane) according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a concrete block diagram of Figure 1,
3 is a table showing manufacturing conditions, production amount, and recovery rate according to each of the Examples and Control Examples.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, without any intention other than to provide a thorough understanding of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 디보레인(B2H6:diborane)을 제조하기 위한 디보레인 제조장치의 개략적 블록도이고, 도 2는 도 1의 구체 블록도이다. 1 is a schematic block diagram of a diborane manufacturing apparatus for manufacturing a high-purity diborane (B 2 H 6 :diborane) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a detailed block diagram of FIG. 1.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디보레인(B2H6:diborane) 제조장치는 반응유닛(100)과 정제유닛(200)을 구비한다. 추가적으로 저장유닛(300)을 구비할 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the apparatus for producing diborane (B 2 H 6 :diborane) according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명은 NaBH4(Sodium Borohydride)와 BF3(Boron trifluoride)를 반응시켜 불순물이 포함된 디보레인(B2H6:diborane)을 제조하고 흡착과 증류를 통하여 정제하여 고순도의 디보레인(B2H6:diborane)을 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. The invention NaBH 4 (Sodium Borohydride) and BF 3 by reacting (Boron trifluoride) diborane lane containing the impurities to prepare the (B 2 H 6 diborane), and purified through the adsorption and distillation of high purity diborane lane (B 2 H 6 : It relates to a method and an apparatus for producing diborane).
상기 반응유닛(100)에서는 디보레인(B2H6:diborane)을 제조하기 위해서, ether계열의 용매(예를 들면, triglyme ; Triethylene glycol dimethyl ether; C8H18O4 또는 tetraglyme; Tetraethylene glycol dimethyl ether; C10H22O5, 등)를 사용하였고, 이를 통해 BF3와 에테르(ether)의 adduct 물질인 중간체가 만들어지도록 하였으며, 이러한 공정이 동시에(또는 연속적으로) 한번에 진행되도록 구성하였다. In the
즉 에테르(ether)계열 용매에 NaBH4를 녹이고 BF3를 주입하여 BF3와 에테르(ether)의 adduct 물질인 중간체가 만들어짐과 동시에 디보레인(B2H6)이 제조되도록 하는 공정 및 장치를 사용하고 있다. 이 경우, BF3를 천천히 공급하여 디보레인(B2H6)을 제조하는 동안 다른 반응기(즉 파우더 반응기(110))에서는 NaBH4 solution을 제조하여 단계별로 디보레인(B2H6)을 제조하게 된다.I.e., an ether (ether) a process and apparatus to melt the NaBH 4 in series solvent by injecting BF 3 creates the intermediate adduct material of BF 3 with ether (ether) is diborane lane (B 2 H 6) produced at the same time load I'm using it. In this case, while preparing diborane (B 2 H 6 ) by slowly supplying BF 3 , NaBH 4 solution was prepared in another reactor (ie, powder reactor 110) to prepare diborane (B 2 H 6 ) step by step. Is done.
이를 요약하면, 아래 반응식과 같다. Summarizing this, it is as follows.
[반응식][Reaction Scheme]
4BF3(BF3ㆍether) + 3NaBH4 → 2B2H6 + 3NaBF4 (에테르(ether)계열 용매 존재하에서 진행) 4BF 3 (BF 3 ether) + 3NaBH 4 → 2B 2 H 6 + 3NaBF 4 (proceed in the presence of an ether-based solvent)
상기 반응식을 통한 디보레인(B2H6)의 제조는 반응온도는 0∼40 ℃, 반응압력은 대기압 이하 (0∼-1 barg)에서 진행하는 것을 특징으로 한다.The preparation of diborane (B 2 H 6 ) through the reaction formula is characterized in that the reaction temperature is 0 to 40 ℃, the reaction pressure is carried out at less than atmospheric pressure (0 to -1 barg).
상기 반응유닛(100)을 통해 디보레인(B2H6)이 제조되는 경우, 종래와 달리 한 번에 연속적으로 동시에 반응을 진행하기 때문에 중간에 불순물을 제거할 공정이 없다. 따라서 에테르(ether)계열 용매가 분해하며 발생한 불순물(고차보레인(higher borane), 메탄, CO2, Hydrocarbon, diethylene glycol monomethylether, 알코올류 등)의 비율이 다소 높을 수 있다. 그러나 한 번에 연속적으로 반응을 진행하여 공정이 간단하고 중간체를 따로 다루지 않아 안전하며, 도 3에 나타난 바와 같이, 전환율(대조예1, 약 50.9%→실시예 1, 74.1%)이 상당히 높아짐을 알 수 있다. 이 경우 발생한 불순물은 상기 정제유닛(200)에서 정제공정인 흡착공정(고차보레인(higher borane), CO2 등 제거)과 증류공정(메탄, 수소 등 제거))으로 제거된다. When diborane (B 2 H 6 ) is manufactured through the
상기 정제유닛(200)은 정제공정인 흡착공정 및 증류공정을 통해 고차보레인(higher borane), 이산화탄소(CO2), 메탄, 수소 등의 불순물을 제거하여 고순도의 디보레인(B2H6)을 제조하게 된다.The
상기 저장유닛(300)은 저장탱크와 충전유닛을 구비하여, 고순도로 제조된 디보레인(B2H6)을 저장하고 다양한 목적으로 사용되거나 다양한 가스와 혼합되어 이용되기 위해 충전실린더에 충전되도록 한다. The
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반응유닛(100)은 파우더(powder) 반응기(110) 및 메인 반응기(120)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the
상기 파우더 반응기(110)의 부피는 300L이고 상기 메인반응기(120)의 부피는 500L이며 내부는 전해연마처리가 된 구조를 가질 수 있다. 상기 파우더 반응기(110) 및 상기 메인 반응기(120) 내부에는 용액이 잘 섞이도록 믹서가 내장될 수 있다. The volume of the
또한 상기 파우더 반응기(110)에는 NaBH4와 에테르(ether)계 용매(예를 들면, triglyme or tetraglyme)를 안정적으로 공급하도록 분체이송펌프(미도시), 액체펌프(미도시) 등이 더 구비될 수 있다.In addition, the
디보레인(B2H6)이 제조를 위해, 상온(25℃)의 파우더 반응기(110)에서 NaBH4(Sodium Borohydride) 분말을 에테르(ether)계 용매(예를 들면, triglyme ; Triethylene glycol dimethyl ether; C8H18O4 또는 tetraglyme; Tetraethylene glycol dimethyl ether; C10H22O5, 등)에 충분히(대략 4~5시간) 용해시켜 혼합용액을 생성한다.Diborane (B 2 H 6 ) For this preparation, NaBH 4 (Sodium Borohydride) powder was added to an ether solvent (eg, triglyme; Triethylene glycol dimethyl ether) in a
에테르계 용매인 triglyme과 tetraglyme에서 NaBH4의 용해도는 상온(25℃)에서 약 4M인 것으로 알려져 있으므로, 상온에서 약간 과량으로 5M 이내(바람직하게는 4.5∼3M)에서 용해되도록 조절하여 공정상에서 파티클(particle)로 인한 밸브 막힘 현상 등의 문제가 발생되지 않도록 한다.Since the solubility of NaBH 4 in triglyme and tetraglyme, which is an ether solvent, is known to be about 4M at room temperature (25℃), it is controlled to dissolve within 5M (preferably 4.5~3M) in a slight excess at room temperature. Prevent problems such as valve clogging caused by particles).
상기 파우더 반응기(110)에서는 내장된 믹서를 통하여 에테르계 용매에 NaBH4가 적절하게 용해되도록 한다. 이때 파우더 반응기(110) 내의 원료 상부는 질소 등 불활성 가스로 불순물을 제거하고 진공 펌프를 이용하여 대기압보다 낮은 압력(게이지 압력으로 0 atmg 이하)으로 한다. In the
상기 메인반응기(120)는 상기 파우더 반응기(110)에서 상기 혼합용액이 주입되기 전에, 불활성 가스로 퍼지(perge) 하여 불순물 제거 후 상기 파우더 반응기(110)보다 낮은 압력을 유지하도록 한다. 또한 상기 메인 반응기(120)는 상기 파우더 반응기(110)보다 낮은 위치에 위치하도록 하여 중력을 이용할 수 있도록 한다. The
이에 따라, 상기 혼합용액은 상기 파우더 반응기(110)와 상기 메인 반응기(120) 사이에 연결된 배관라인(L1) 및 밸브(V1) 제어를 통해 중력과 차압을 통하여 상기 파우더 반응기(110)에서 상기 메인 반응기(120)로 이송되게 된다.Accordingly, the mixed solution is in the
상기 메인반응기(120)에서는 BF3(Boron trifluoride) 가스를 일정속도로 주입하여, 상기 혼합용액과 반응시켜 불순물과 디보레인(B2H6:diborane)가스가 혼합된 형태의 제1반응가스가 생성되게 된다. In the
상기 메인 반응기(120)에서는 상기 혼합용액에 BF3를 직접 주입하여 반응시킨다. BF3는 가스 상으로 플로우 미터(flowmeter) 혹은 MFC (Mass Flow Controller) 등을 이용하여 반응 당량비 보다 약간 과량으로 주입하는 것이 바람직하다. 상기 BF3는 에테르(ether)계 용매와 adduct 중간체를 합성하도록 유도하기 위하여 천천히 주입(예를들어, 3~4kg/hour 의 속도로 주입)한다. 예를 들어, BF3 전체 주입량이 24.4 kg 인 경우 이를 7시간 이상으로 나누어 균등하게 주입한다. In the
상기 메인 반응기(120)는 진공상태로 유지한 상태에서 반응이 진행되면 진공 상태의 상기 메인 반응기(120)에는 일부 분순물이 포함되지만 디보레인(B2H6) 가스가 주로 생성되어 채워지게 된다. 이때 상기 메인반응기(120) 온도는 5∼10도로 유지하여 불순물이 기화하는 것을 최소화 한다. 여기서 불순물과 디보레인(B2H6) 가스가 혼합된 혼합가스를 제1반응가스로 칭하기로 한다.When the reaction proceeds while the
상기 메인 반응기(120)에서 상기 제1반응가스를 생성하는 동안에 상기 파우더 반응기(110)는 상기 혼합용액을 생성하고 상기 메인 반응기(120)에 제공하는 공정을 계속적으로 수행하게 된다. 이때 상기 파우더 반응기(110)는 질소 등의 불활성 가스를 이용하는 불순물 제거공정을 수행한 이후에 상기 혼합용액을 생성하는 공정을 수행할 수 있다. 즉 혼합용액을 생성하여 상기 메인반응기(120)에 제공하게 되면, 불순물 제거공정을 수행한 이후에 상기 혼합용액을 생성하는 공정을 수행하게 된다. While the
한편 상기 제1반응가스를 생성하는 반응이 마무리되면 상기 메인 반응기(120)에서는 폐용액은 벤트(vent)하여 폐용액 저장 탱크(미도시)로 이송하고, 상기 제1반응가스는 정제유닛(200)으로 보내게 된다. Meanwhile, when the reaction for generating the first reaction gas is completed, the
이에 따라 상기 제1반응가스는 상기 파우더 반응기(110)와 상기 메인 반응기(120)에 거쳐 지속적으로 생성되고 정제유닛(200)으로 보내지고, 정제유닛(220)에서 정제된 디보레인은 저장유닛(300)으로 이송되는 연속적 흐름을 가지게 된다. Accordingly, the first reaction gas is continuously generated through the
상기 제1반응가스에는 수소와 고차보레인(higher borane) 등 많은 불순물이 섞여 있어서, 고순도를 위해서는 상기 제1반응가스에 대한 정제가 필수적이다.Since a large number of impurities such as hydrogen and higher borane are mixed in the first reaction gas, purification of the first reaction gas is essential for high purity.
정제공정은 상기 정제유닛(200)을 통해 수행된다.The purification process is performed through the
상기 정제유닛(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉동 트랩(210), 흡착모듈(220), 증류탑(240)을 구비한다. 추가적으로, 기화기(250)를 더 구비할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
상기 냉동트랩(210)은 -60 ~ -80℃ 로 온도가 유지되고, 상기 제1반응가스가 통과하면서, BF3(Boron trifluoride)이 상기 에테르(ether)계 용매와 반응하여 형성된 불순물 및 에테르 불순물을 포함하는 제1차 불순물을 냉동 또는 액화시켜 제거하여 제2반응가스를 생성하게 된다.The freezing
상기 흡착모듈(220)은 상기 제2반응가스를 유입시켜, 흡착제를 이용하여 고차보레인, 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 메탄가스(CH4)를 포함하는 제2차 불순물을 제거하여 제3반응가스를 생성하게 된다. 여기서 고차보레인(higher borane)이란 디보레인(diborane)보다 붕소(B)의 결합수(3 이상)가 많은 물질을 의미할 수 있다. The
상기 흡착모듈(220)은, 서로 교번하여 흡착공정과 재생공정을 수행하는 두 개의 흡착탑(220a,220b)과, 상기 두 개의 흡착탑(220a,220b)으로 연결되는 밸브들의 개폐를 제어하기 위한 밸브박스(222a,222b)를 구비한다. 또한 상기 흡착탑(220a,220b)은 흡착제로 제올라이트 4A(MS (Molecular sieve) 4A), 활성탄 및 제올라이트 13X(MS 13X)가 1:1:1의 부피비로 하부에서 상부방향으로 순차적으로 충진되는 구조를 가질 수 있다. 상기 흡착모듈(220)은 밸브박스(222a,222b)의 밸브개폐제어를 통해 제1흡착탑(220a)과 제2흡착탑(220b)을 번갈아가며 사용하게 된다. 상기 흡착탑(220a,220b)의 부피는 각각 50L로 구비할 수 있다.The
상기 흡착탑(220a,220b)은 -40∼400℃로 운영되는 열매체유를 사용하여 고온 재생과 저온 흡착을 운영하거나, -30 ~ -20℃의 냉매를 순환하여 저온 흡착하고 히터(224)로 질소를 가열하여 고온 재생(200 ~ 350℃)하는 방식을 운영하여도 된다. 이때 고온으로 인하여 냉매가 기화하지 않도록 냉매를 분리한다. 즉 흡착탑(220a,220b) 각각에서 흡착공정시에는 흡착탑의 반응온도가 -30 ~ -20℃로 저온흡착을 수행하고, 재생공정시에는 흡착탑의 반응온도가 200 ~ 350℃가 되도록 하여 고온재생을 수행하는 것이 가능하다. The
상기 증류탑(240)은 상기 제3반응가스를 유입시켜 비점 차이를 이용한 제1차 증류공정을 수행하여 수소가스(H2)와 메탄가스(CH4)를 포함하는 제3차불순물을 제거하여 디보레인(diborane)을 생성하게 된다. 상기 증류탑(240) 내부에는 기체와 액체가 잘 만나도록 충진재를 구비할 수 있다. 또한 상기 증류탑의 부피는 150L로하고 길이 대 깊이비(L(length)/D(Depth))를 10 이상(바람직하게는 10∼15)으로 하여 충분히 증류가 일어나도록 할 수 있다. The
상기 기화기(250)는 상기 증류탑(240)에서 배출되는 액화된 디보레인(diborane)을 기화시켜 상기 증류탑(240)에서 다시 증류공정을 수행하는 제2차 증류공정을 수행하도록 한다. The
상기 정제유닛(200)을 통한 정제공정을 간단히 살펴보면, 우선, 상기 반응유닛(100)에서 생성된 상기 제1반응가스는 상기 냉동트랩(210)을 거치게 된다. 상기 냉동트랩(210)은 상기 메인 반응기(120)에서 넘어오는 에테르(ether) 불순물과 BF3-adduct 중간체가 형성되다 분해된 불순물(chain이 짧은 에테르(ether)류 등의 불순물)이 1차적으로 걸러지도록 하여 제2반응가스가 생성되도록 한다.Briefly looking at the purification process through the
상기 제2반응가스는 상기 냉동트랩(210)과 밸브박스(222a)를 연결하는 배관(L3)을 통하여 상기 밸브박스(222a)로 인입된다. 상기 밸브박스(222a,222b)의 제어를 통해 상기 제1흡착탑(220a)이 흡착공정, 상기 제2흡착탑(220b)가 재생공정을 수행하는 경우 상기 제2반응가스는 상기 제1흡착탑(220a)을 통해 흐르게 되고, 흡착제(활성탄을 부피비로 1/3가량 충전하고 MS (Molecular sieve) 4A를 부피로 1/3, 그리고 나머지 1/3을 MS 13X로 충전)를 통해 고차보레인(higher borane), 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2), CH4 등의 제2차불순물의 상당량을 제거하는 것이 가능하고, 이에 따라 제3반응가스가 생성되게 된다. 이때 흡착공정을 수행하는 제1흡착탑(220a)의 반응온도는 -30∼-20℃로 유지되며, 이를 위해 냉매가 사용될 수 있다. The second reaction gas is introduced into the
흡착제를 통과하는 상기 제2반응가스의 선속도는 약 0.01∼1 Nm/sec가 되도록 상기 밸브박스(222a,222b)가 조절될 수 있다. The
상기 제2흡착탑(220b)의 경우 재생공정이 수행되며, 이 경우 반응온도를 200∼350℃로 불활성가스를 가열하거나 열매체 등을 사용하여 승온한다. 즉 -40∼400℃까지 사용가능한 열매체유를 사용하거나 각각 독립적으로 사용하는 경우 냉매가 기화하지 않도록 벤트한다. 재생공정이 마무리되면 상기 제1흡착탑(220a)이 재생공정, 상기 제2흡착탑(220b)이 흡착공정을 수행하도록 흡착탑의 교체가 이루어지며, 제1흡착탑(220a)에서 제2흡착탑(220b)으로 교체되기 전에 진공펌프(230)를 이용한 진공공정(대기압 이하 0 ∼ -1 barg)을 거쳐 흡착탑 내부의 불순물을 최종 제거한다. In the case of the second adsorption tower 220b, a regeneration process is performed, and in this case, the reaction temperature is heated to 200-350° C. by heating an inert gas or by using a heat medium or the like. In other words, if a heat medium oil that can be used up to -40 to 400°C is used, or each independently used, vent the refrigerant so that it does not vaporize. When the regeneration process is completed, the adsorption tower is replaced so that the
상기 흡착모듈(220)에서 제2차 불순물이 제거되어 생성된 제3반응가스는 배관(L4)를 따라 상기 증류탑(240)으로 이송된다. The third reaction gas generated by removing the second impurities from the
상기 증류탑(240)에서는 디보레인(B2H6)의 비점(boiling point : -92.5℃) 차이를 이용하여 통하여 H2(bp : -252.76℃)와 CH4(bp : 161.5℃) 등 제3차 불순물을 제거하는 제1차 증류공정이 수행된다.In the
상기 증류탑(240) 내부는 냉매(LN2 혹은 냉각할 수 있는 냉매류 등)를 이용하여 -100∼-140℃ 사이를 유지하도록 하여, 디보레인(B2H6)은 액화하여 중력방향 하부로 떨어지고 수소가스(H2)와 메탄가스(CH4)를 포함하는 제3차불순물은 기화하여 상부에 모이도록 하여 밸브(V5)를 이용하여 외부로 배출한다. The inside of the
그리고, 증류탑(240) 하부에서는 액화된 디보레인(B2H6)을 상기 기화기(250)를 통해 다시 기화시켜 상기 증류탑(240)으로 보내 다시 증류공정을 수행하는 제2차 증류공정을 수행하도록 하여 미세 불순물을 제거하는 것이 가능하다. 이때 기화기(250) 온도는 상기 반응기(120) 온도와 유사하게 5∼10℃ 정도로 유지하여 고온으로 인한 고차보레인 생성을 억제하는 것이 가능하다. 상기 제2차증류공정은 상기 제1차 증류공정과 동일 방식으로 수행되며, 상기 제2차 증류공정의 수행을 위해 상기 증류탑(240)과 상기 기화기(250)를 연결하는 배관(L6)에는 액화 펌프를 설치 할 수도 있다. In the lower part of the
상기 증류공정이 수행되어 불순물이 제거된 액화상태의 디보레인(diborane)은 상기 증류탑(240)과 상기 저장탱크(310)를 연결하는 배관(L6)을 통해 상기 저장유닛(300)으로 이송되어 저장되고 필요에 따라 충전되게 된다.Diborane in a liquefied state from which impurities have been removed by the distillation process is transferred to the
상기 증류탑(240) 내부에 불순물이 제거되어 정제된 가스상태의 디보레인(diborane)은 상기 증류탑(240)과 상기 저장탱크(310)를 연결하는 상부배관(L5)을 통해 상기 저장탱크(310)로 이송된다. The gaseous diborane purified by removing impurities in the
상기 정제유닛(200)을 통해 정제되어 제조된 고순도의 디보레인(B2H6)은 GC-DID(Gas Chromatograph-Discharge Ionization Detector), GC-MS(Mass Spectrometry), FT-IR(Fourier Transform Infrared), ICP-MS(Inductively Coupled Plasma) 등으로 분석하는 경우 99.99%이상 순도를 가지도록 정제가 가능함을 확인하였다.Diborane (B 2 H 6 ) of high purity prepared by being purified through the
상기 저장유닛(300)은 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(310) 및 충전유닛(330)을 구비할 수 있다.The
상기 저장탱크(310)는 상기 증류탑(240)을 거쳐 불순물이 제거된 디보레인(diborane)을 저장하기 위한 것이고, 상기 충전유닛(330)은 상기 저장탱크(310)에 저장된 디보레인(diborane)을 실린더에 충전하기 위한 것이다.The
상기 저장탱크(310)는 고순도 디보레인(B2H6)을 액화온도(-100∼-140도)에서 저장하며, 부피는 250L로 구비될 수 있다. 또한 냉매(LN2 혹은 냉각할 수 있는 냉매류 등)을 이용하여 저장탱크(310) 온도를 유지하도록 할 수 있고, 기화기(320)를 구비할 수 있다. 기화기(320) 역시 5∼10℃ 정도로 유지하여 고차보레인 생성을 억제하였다.The
상기 충전유닛(330)은 다양한 이용을 위해 다양한 가스와 혼합하거나 단일 가스를 충전하게 된다. The charging
상술한 바와 같은 구성을 가지는 BF3 동시반응공정을 이용한 고순도의 디보레인 제조방법 및 그 제조장치의 구체 실시예 및 대조예는 다음과 같다.Specific examples and control examples of the high-purity diborane production method using the simultaneous BF 3 reaction process having the above-described configuration and the production apparatus thereof are as follows.
[실시예 1](사용용매 : triglyme(Triethylene glycol dimethyl ether; C8H18O4))[Example 1] (Solvent: triglyme (Triethylene glycol dimethyl ether; C 8 H 18 O 4 ))
NaBH4 9.86kg과 Triglyme 185kg을 상기 파우더 반응기(110)에 도입하고 믹서로 상온에서 충분히(바람직하게는 4∼5시간) 용해시킨다. 용해시킨 후 외부오염 및 안전을 위하여 반응기(110) 내부를 질소로 충분히 퍼지(purge)한 후 대기압보다 낮은(바람직하게는 500 mmHga이하) 압력으로 유지한다. 상기 메인 반응기(120)는 질소로 충분히 퍼지(purge)한 후 대기압보다 낮은(바람직하게는 200 mmHga이하) 압력으로 유지되도록 준비한다. 상기 파우더 반응기(110)에서 용해된 혼합용액(NaBH4 solution)은 중력과 압력차이로 상기 메인반응기(120)로 이송된다. 9.86 kg of NaBH 4 and 185 kg of Triglyme were introduced into the
상기 메인 반응기(120)에서는 믹서로 용액을 혼합하며 용기 바닥까지 투과된 관을 통하여 상기 혼합용액에 직접 BF3를 주입한다. BF3 실린더를 사용하여 7시간 동안 24.4 kg을 천천히 MFC를 통하여 버블시키는 방식(bubbling)으로 주입한다. 상기 메인반응기(120) 다량의 Triglyme과 BF3가 만나 BF3-adduct 중간체를 형성하고, 상술한 반응식에서와 같이, 제1반응가스가 생성되어 상기 메인 반응기(120) 상부에 모이게 된다. 여기서 반응이 급격하게 일어나므로 상기 메인 반응기(120) 온도는 상온보다 낮은 10℃로 유지하고 BF3 공급이 끝난 후에 상온으로 올려 약 한 시간동안 일부 용해된 디보레인(B2H6)을 포집한다. 반응이 완료된 후 폐용액은 폐용액 저장 탱크로 벤트(vent)된다. 이 과정은 증류탑(128)에서 충분히 증류 정제가 일어나도록 1∼5회 반복하여 상기 제1반응가스를 포집한다.In the
상기 정제유닛(200)인 상기 냉동트랩(210)은 초기에 질소로 퍼지(purge)하고 대기압보다 낮은 압력(200 mmHga 이하)로 관리하고, 상기 제1반응가스에 제1차불순물을 제거한다. 상기 제1차 불순물은, 상기 메인 반응기(120)에서 일부 triglyme이 기화하여 상기 제1반응가스와 함께 다음공정으로 넘어가거나 BF3-adduct 중간체를 형성하면서 triglyme이 분해되어 형성된 휘발성 불순물, 상기 반응식을 통하여 부반응이 발생하여 형성된 휘발성 불순물 등을 포함할 수 있다. 이러한 제1차불순물을 액화 응축하기 위하여 상기 냉동 트랩(210)은 -80℃로 운영하였다. The
상기 흡착모듈(220)은 초기에는 질소로 퍼지하고 대기압보다 낮은 압력(200 mmHga 이하)로 관리한다. 상기 흡착모듈(220)을 이용하여 가스상 불순물 CO2, 수분(H2O), CH4 등의 제2차 불순물을 제거한다. 상기 제2차 불순물 제거 시 흡착탑 온도는 -30∼-40℃ 바람직하게는 -35℃로 유지하여 저온에서 흡착 제거한다. 7시간 기준으로 한 탑 교환이 이루어지며 재생 시에는 250℃로 4시간 유지하여 질소로 재생한다. -40∼400℃로 운영되는 열매체유를 사용하여 고온 재생과 저온 흡착을 운영하거나 -35도 냉매를 순환하여 저온 흡착하고 히터로 질소를 가열하여 고온 재생하는 방식을 운영하여도 된다. 이때 고온으로 인하여 냉매가 기화하지 않도록 냉매를 분리 한다. 그리고, 밸브박스(222a,222b)를 조절하여 흡착탑 선속도를 경험상으로 0.01∼1 Nm/sec이 되도록 하였다.The
상기 증류탑(240)의 경우, 상부에는 -130도 이하로 유지할 수 있는 냉매(LN2 혹은 Novec 7200과 같은 Engineered Fluid 등)가 응축기(condenser) 역할을 하도록 별도로 흐르며, 중간에서 인입되는 기상 디보레인(B2H6)이 상부로 올라가다 응축기(condenser)와 만나 액체로 내려가며 상부에서 액체로 내려가 교환이 이뤄지도록 한다. In the case of the
전체 증류탑(240)은 저온을 잘 유지하도록 진공 하우징 혹은 철저한 보온을 유지하여 하부의 온도가 -100℃ 미만이 되도록 한다. 중간에는 충진재가 채워져 접촉 면적이 넓어지도록 설계하였다. 충진재의 재질은 SUS 316L로 구성된다. 증류탑(240) 하부에는 디보레인(B2H6)이 액화하여 포집되도록 공간을 유지하고 일부 디보레인(B2H6)는 기화기(250)를 통하여 10℃ 부근에서 기화하여 리턴되는 구조를 가진다. 이를 통하여 수소가스(H2)와 메탄가스(CH4)를 제3차불순물이 불순물이 증류탑(240) 상부에 모일 수 있도록 유도한다. 상부에 모인 제3차불순물(H2,CH4 등)은 진공펌프(230)를 통하여 주기적으로 벤트(vent)하여 고순도를 유지하도록 한다.The
저장유닛(300)의 경우 증류탑(240)에서 바로 충전유닛(330)으로 연결 가능하며 배관(L6)을 통하여 중력을 이용하거나 혹은 저온 액체 펌프(미도시)를 사용, 저장 탱크(310)로 디보레인(B2H6)을 이송한다. 저장탱크(310) 상부에는 증류탑과 같은 방식으로 상부에는 -130℃ 이하로 유지되도록 하여 전체 저장탱크 내부가 -100℃ 미만이 되도록 보온을 유지한다. 저장탱크에서 고순도 디보레인(B2H6)은 충전유닛(330)으로 연결되어 다양한 가스와 혼합되어 제품을 만든다. In the case of the
이러한 방법으로 제조된 디보레인(B2H6)은 순도 99.99% 이상으로 회수율은 74.1%이며 반도체 등 초미세 공정에 적합하고 BF3 동시반응공정과 진공 시스템으로 생산 및 안전비용을 절감할 수 있다.Diborane (B 2 H 6 ) manufactured by this method has a purity of 99.99% or more, a recovery rate of 74.1%, and is suitable for ultra-fine processes such as semiconductors, and can reduce production and safety costs with a simultaneous BF 3 reaction process and a vacuum system. .
[실시예 2](사용용매 : Tetraglyme (Tetraethylene glycol dimethyl ether; C10H22O5))[Example 2] (Solvent: Tetraglyme (Tetraethylene glycol dimethyl ether; C 10 H 22 O 5 ))
실시예 1과 조건이 동일하고 Tetraglyme의 양을 230.7kg 사용하여 제조를 진행하였다. 상기 실시예 2에 따라 제조된 고순도 디보레인(B2H6)은 99.99% 순도로 제조하였으며 회수율은 70.5%이다.The conditions were the same as in Example 1, and the preparation was carried out using 230.7 kg of Tetraglyme. High-purity diborane (B 2 H 6 ) prepared according to Example 2 was prepared with 99.99% purity, and the recovery rate was 70.5%.
[대조예 1] (사용용매 : Diglyme (Diethylene glycol dimethyl ether, C6H14O3))[Control Example 1] (Solvent: Diglyme (Diethylene glycol dimethyl ether, C 6 H 14 O 3 ))
실시예 1 조건과 동일하나 용매를 Diglyme을 사용하고 파우더 반응기(110)와 메인반응기(120) 각각에서 별도로 상기 혼합용액을 생성하는 방식을 사용하였다. 즉 상기 파우더 반응기(110)에서는 혼합용액을 제조하고, 연속하여 상기 메인반응기(120)에서 BF3-adduct 중간체를 형성하고 제1반응가스가 생성되는 본 발명의 BF3 동시반응공정 및 연속적 공정 대신에, 파우더 반응기(110)에서 혼합용액을 생성하고 제1반응가스를 제조하고, 상기 메인반응기(120)에서도 혼합용액을 생성하고 제1반응가스를 제조하는 방식을 사용하였다. The same as the conditions of Example 1, but the solvent was used as Diglyme, and a method of separately generating the mixed solution in each of the
파우더반응기(110)에서 NaBH4 9.86kg과 diglyme 99.9kg을 혼합하였으나, 상온에서 녹지 않아 외부에서 35도로 승온하여 시도하였으나 일부는 녹지 않았다. 메인반응기(120))에는 Diglyme 42kg에 BF3 24.4kg을 7시간동안 천천히 공급하였다. 이후 메인반응기(120)에 파우더반응기(110)내 혼합용액을 드롭(drop)시켜 제1반응가스를 제조하였다. 이후 정제공정은 상기 실시예 1에 따라 진행하여 제조된 고순도 디보레인(B2H6)은 99.99% 순도이었으나 회수율은 50.9%로 낮았다. In the
대조예에서 회수율이 낮은 이유는 사용용매가 Diglyme 이고, NaBH4 의 용해를 위해 온도를 35도로 승온하였음에도 공정상에서 NaBH4 가 충분히 용해되지 않아 반응에 참여하지 못하였기 때문이며, 본 발명의 실시예 1에서 회수율이 높은 이유는 파우더반응기(110)에서 혼합용액을 생성하고 메인반응기(120)에서 BF3-adduct 중간체를 생성하는 BF3 동시반응공정 및 연속적 공정을 사용하였기 때문으로 추정된다.The reason for the low recovery rate in the control example is that the solvent used is Diglyme, and NaBH 4 Even though the temperature was raised to 35 degrees for dissolution, NaBH 4 was not sufficiently dissolved in the process to participate in the reaction, and the reason why the recovery rate was high in Example 1 of the present invention was to generate a mixed solution in the
[대조예 2](사용용매 : Triglyme (Triethylene glycol dimethyl ether; C8H18O4))[Control Example 2] (Used solvent: Triglyme (Triethylene glycol dimethyl ether; C 8 H 18 O 4 ))
상기 대조예 1과 조건이 동일하고 NaBH4 9.86kg과 용매는 Triglyme을 사용하여 제조하였으며 메인반응기(120)에는 Triglyme 55.8kg과 파우더반응기(110)에는 Triglyme 132.7kg을 넣어 제조를 진행하였다. 상기 대조예에 따라 제조된 고순도 디보레인(B2H6)은 99.99% 순도로 제조하였으며 회수율은 33.7%이다.The conditions were the same as in Comparative Example 1, and 9.86 kg of NaBH 4 and the solvent were prepared using Triglyme, and 55.8 kg of Triglyme and 132.7 kg of Triglyme were added to the
도 3은 각 실시예들 및 대조예에 따른 제조 조건과 생산량 및 회수율을 나타내었다. 3 shows the manufacturing conditions, production amount, and recovery rate according to each example and control example.
도 3에 도시된 바와 같이, 대조예1,2에 비교하는 경우 본 발명에 따른 실시예1 및 실시예2는 약 70%이상의 회수율로 99.99% 고순도 디보레인(B2H6)를 얻을 수 있음을 알 수 있다. As shown in Figure 3, when compared to Comparative Examples 1 and 2, Examples 1 and 2 according to the present invention can obtain 99.99% high purity diborane (B 2 H 6 ) with a recovery rate of about 70% or more. Can be seen.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 공정을 최소화하는 것이 가능하고, BF3 동시반응공정으로 제조 효율과 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 전체 제조/정제 공정이 대기압이하(0 barg 이하) 진공 프로세스로 이루어져 내부 발화, 대기 오염 등으로 인한 위험요소를 완전히 제거하여 안전을 극대화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 고순도 디보레인(B2H6(99.99% 이상)) 가스 제조가 가능하며 반도체 공정뿐만 아니라 다양한 산업공정에 적용될 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to minimize the process, and the BF 3 simultaneous reaction process can significantly reduce manufacturing efficiency and cost, and the entire manufacturing/refining process is below atmospheric pressure (0 bar g or less). It consists of a vacuum process, and it has the effect of maximizing safety by completely removing risk factors caused by internal ignition and air pollution. In addition, it is possible to manufacture high-purity diborane (B 2 H 6 (99.99% or more)) gas and has an advantage that can be applied not only to semiconductor processes but also to various industrial processes.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다. Since the description of the above-described embodiment is merely an example with reference to the drawings for a more thorough understanding of the present invention, it should not be construed as limiting the present invention. In addition, it will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that various changes and changes can be made without departing from the basic principles of the present invention.
110 : 파우더 반응기 120 : 메인 반응기
210 : 냉동트랩 220 : 흡착모듈
240 : 증류탑 310 : 저장탱크110: powder reactor 120: main reactor
210: refrigeration trap 220: adsorption module
240: distillation column 310: storage tank
Claims (21)
상기 혼합용액을 중력과 차압을 이용하여 메인반응기로 이송하고, 상기 메인반응기에 BF3(Boron trifluoride) 가스를 일정속도로 주입하여, 상기 혼합용액과 반응시켜 불순물과 디보레인(B2H6:diborane)가스가 혼합된 제1반응가스를 생성하는 제2단계와;
상기 제1반응가스를 정제공정을 통해 불순물을 제거하여 정제하는 제3단계를 구비하고,
상기 제2단계의 상기 메인반응기에서 상기 제1반응가스가 생성되는 동안에 상기 파우더 반응기에서는 상기 혼합용액을 생성하는 공정을 반복적으로 수행하여, 상기 메인반응기에 상기 혼합용액이 연속적으로 제공되어 연속적인 반응이 가능하도록 하며,
상기 정제공정은,
상기 제1반응가스가 -60 ~ -80℃ 의 냉동트랩(trap)을 통과하도록 하여, BF3(Boron trifluoride)이 상기 에테르계 용매와 반응하여 형성된 불순물 및 에테르 불순물을 포함하는 제1차 불순물을 냉동 또는 액화시켜 제거하여 제2반응가스를 생성하는 단계와;
상기 제2반응가스를 흡착탑으로 유입시켜, 흡착제를 이용하여 고차보레인, 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 메탄가스(CH4)를 포함하는 제2차 불순물을 제거하여 제3반응가스를 생성하는 단계와;
상기 제3반응가스를 증류탑으로 유입시켜 비점 차이를 이용한 증류공정을 수행하여 수소가스(H2)와 메탄가스(CH4)를 포함하는 제3차불순물을 제거하여 99.99% 이상의 고순도의 디보레인(diborane)을 생성하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.A first step of dissolving NaBH 4 (Sodium Borohydride) powder in an ether-based solvent in a powder reactor at room temperature to produce a mixed solution;
The mixed solution was transferred to the main reactor using gravity and differential pressure, and BF 3 (Boron trifluoride) gas was injected into the main reactor at a constant rate, and reacted with the mixed solution to cause impurities and diborane (B 2 H 6 : a second step of generating a first reaction gas in which diborane) gas is mixed;
A third step of purifying the first reaction gas by removing impurities through a purification process,
While the first reaction gas is generated in the main reactor of the second step, the process of generating the mixed solution is repeatedly performed in the powder reactor, and the mixed solution is continuously supplied to the main reactor for a continuous reaction. Makes this possible,
The purification process,
By allowing the first reaction gas to pass through a freezing trap of -60 to -80°C, BF 3 (Boron trifluoride) reacts with the ether-based solvent to form impurities and primary impurities including ether impurities. Refrigerating or liquefying to remove the second reaction gas;
The second reaction gas is introduced into the adsorption tower, and secondary impurities including high-order borane, carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O), and methane gas (CH 4 ) are removed using an adsorbent. Generating a reaction gas;
Diborane having a high purity of 99.99% or more by removing the third impurity including hydrogen gas (H 2 ) and methane gas (CH 4 ) by introducing the third reaction gas into the distillation column and performing a distillation process using the difference in boiling point ( Diborane manufacturing method comprising the step of generating).
상기 제3반응가스를 증류탑으로 이송하는 이송단계와;
상기 증류탑 내부를 냉매를 이용하여 -100 ~ -140℃ 의 온도로 유지시켜, 디보레인(B2H6:diborane)가스는 액화되어 중력에 의해 증류탑의 하부로 이동하고, 상기 제3차불순물은 기화상태를 유지하여 증류탑의 상부에 모이도록 하여 제거하는 제1차 증류단계와;
액화된 디보레인(diborane)을 기화기를 이용하여 기화시키고 기화된 디보레인(B2H6:diborane)가스를 상기 증류탑에 이송하는 재이송단계와;
상기 증류탑 내부를 냉매를 이용하여 -100 ~ -140℃ 의 온도로 유지시켜, 상기 제1차 증류단계를 통해 제거되지 않은 미세 불순물 가스를 제거하는 제2차 증류단계를 구비함을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.The method according to claim 1, wherein the distillation step,
A transfer step of transferring the third reaction gas to a distillation column;
By maintaining the inside of the distillation column at a temperature of -100 to -140°C using a refrigerant, diborane (B 2 H 6 :diborane) gas is liquefied and moved to the bottom of the distillation column by gravity, and the third impurity is A first distillation step of maintaining the vaporized state and collecting and removing it at the top of the distillation column;
A retransfer step of vaporizing the liquefied diborane using a vaporizer and transferring the vaporized diborane (B 2 H 6 :diborane) gas to the distillation column;
Dibo, characterized in that it comprises a second distillation step of removing the fine impurity gas that has not been removed through the first distillation step by maintaining the inside of the distillation column at a temperature of -100 ~ -140 ℃ using a refrigerant Lane manufacturing method.
상기 에테르계 용매는 triglyme(Triethylene glycol dimethyl ether; C8H18O4) 또는 tetraglyme(Tetraethylene glycol dimethyl ether; C10H22O5) 임을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.The method according to claim 1,
The ether-based solvent is triglyme (Triethylene glycol dimethyl ether; C 8 H 18 O 4 ) Or tetraglyme (Tetraethylene glycol dimethyl ether; C 10 H 22 O 5 ) Diborane production method, characterized in that.
상기 제2단계에서 메인반응기는 불순물이 기화하는 것을 최소화하기 위해 반응기 온도가 5~10 ℃ 로 유지됨을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.The method according to claim 1,
In the second step, the main reactor is a diborane manufacturing method, characterized in that the reactor temperature is maintained at 5 ~ 10 ℃ to minimize the vaporization of impurities.
상기 제2단계에서 BF3(Boron trifluoride) 가스는 상기 메인 반응기에 3~4kg/hour의 속도로 천천히 주입됨을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.The method according to claim 1,
In the second step, BF 3 (Boron trifluoride) gas is slowly injected into the main reactor at a rate of 3 to 4 kg/hour.
상기 흡착탑에는 흡착제로 제올라이트 4A(MS (Molecular sieve) 4A), 활성탄 및 제올라이트 13X(MS 13X)가 1:1:1의 부피비로 하부에서 상부방향으로 순차적으로 충진됨을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.The method according to claim 1,
Diborane manufacturing method, characterized in that the adsorption tower is sequentially filled with zeolite 4A (MS (Molecular sieve) 4A), activated carbon and zeolite 13X (MS 13X) as adsorbents in a volume ratio of 1:1:1 from bottom to top.
상기 흡착탑은 흡착공정시에는 반응온도가 -30 ~ -20 ℃인 저온흡착을 수행하고, 재생공정시에는 반응온도가 200 ~ 350 ℃인 고온재생을 수행함을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.The method according to claim 1,
The adsorption tower is a method for producing diborane, characterized in that during the adsorption process, the reaction temperature is -30 ~ -20 ℃ low temperature adsorption, and during the regeneration process, the reaction temperature is 200 ~ 350 ℃ high temperature regeneration.
상기 재이송단계에서의 상기 기화기는 불순물이 기화하는 것을 최소화하기 위해 반응 온도가 5~10 ℃ 로 유지됨을 특징으로 하는 디보레인 제조방법.The method of claim 3,
Diborane production method, characterized in that the reaction temperature is maintained at 5 ~ 10 ℃ in the vaporizer in the retransfer step to minimize the vaporization of impurities.
상기 제2차 증류단계 이후에 불순물이 제거된 디보레인(diborane)을 액화상태로 저장탱크에 저장하는 저장단계를 구비함을 특징으로 하는 디보레인 제조방법. The method of claim 3,
And a storage step of storing diborane from which impurities have been removed after the second distillation step in a storage tank in a liquefied state.
상기 제1단계 내지 제3단계는 대기압보다 낮은 압력 분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 디보레인 제조방법. The method according to claim 1,
The first to third steps are diborane manufacturing method, characterized in that performed in a pressure atmosphere lower than atmospheric pressure.
상기 혼합용액이 중력과 차압을 이용하여 이송되고, 이송된 혼합용액에 BF3(Boron trifluoride) 가스를 일정속도로 주입하여, 상기 혼합용액과 반응시켜 불순물과 디보레인(B2H6:diborane)가스가 혼합된 제1반응가스를 생성하는 메인반응기와;
상기 제1반응가스를 정제공정을 통해 불순물을 제거하여 정제하는 정제유닛을 구비하고,
상기 메인반응기에서 상기 제1반응가스가 생성되는 동안에 상기 파우더 반응기에서는 상기 혼합용액을 생성하는 공정을 반복적으로 수행하여, 상기 메인반응기에 상기 혼합용액이 연속적으로 제공되어 연속적인 반응이 가능하도록 하며,
상기 정제유닛은,
-60 ~ -80℃의 온도가 유지되고, 상기 제1반응가스가 통과하면서, BF3(Boron trifluoride)이 상기 에테르계 용매와 반응하여 형성된 불순물 및 에테르 불순물을 포함하는 제1차 불순물을 냉동 또는 액화시켜 제거하여 제2반응가스를 생성하는 냉동트랩(trap)과;
상기 제2반응가스를 유입시켜, 흡착제를 이용하여 고차보레인, 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O), 메탄가스(CH4)를 포함하는 제2차 불순물을 제거하여 제3반응가스를 생성하는 흡착모듈과;
상기 제3반응가스를 유입시켜 비점 차이를 이용한 증류공정을 수행하여 수소가스(H2)와 메탄가스(CH4)를 포함하는 제3차불순물을 제거하여 디보레인(diborane)을 생성하는 증류탑을 구비함을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.A powder reactor for generating a mixed solution by dissolving NaBH 4 (Sodium Borohydride) powder in an ether-based solvent at room temperature;
The mixed solution is transferred using gravity and differential pressure, and BF 3 (Boron trifluoride) gas is injected into the transferred mixed solution at a constant speed, and reacted with the mixed solution to cause impurities and diborane (B 2 H 6 :diborane). A main reactor for generating a first reaction gas in which gas is mixed;
And a purification unit for purifying the first reaction gas by removing impurities through a purification process,
While the first reaction gas is generated in the main reactor, the process of generating the mixed solution is repeatedly performed in the powder reactor, so that the mixed solution is continuously supplied to the main reactor to enable a continuous reaction,
The purification unit,
A temperature of -60 to -80°C is maintained, and while the first reaction gas passes, the impurities formed by reacting BF 3 (Boron trifluoride) with the ether-based solvent and the first impurities including the ether impurities are frozen or A freezing trap for generating a second reaction gas by liquefaction and removal;
The second reaction gas is introduced to remove secondary impurities including high-order borane, carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O), and methane gas (CH 4 ) by using an adsorbent. An adsorption module for generating a;
A distillation column for generating diborane by removing third impurities including hydrogen gas (H 2 ) and methane gas (CH 4 ) by introducing the third reaction gas to perform a distillation process using the difference in boiling point. Diborane manufacturing apparatus, characterized in that provided.
상기 증류탑에서 배출되는 액화된 디보레인(diborane)을 기화시켜 상기 증류탑에서 다시 증류공정을 수행하도록 하는 기화기를 더 구비함을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.The method of claim 13,
Diborane production apparatus, characterized in that further comprising a vaporizer to perform the distillation process again in the distillation column by vaporizing the liquefied diborane discharged from the distillation column.
서로 교번하여 흡착공정과 재생공정을 수행하는 두 개의 흡착탑과, 상기 두 개의 흡착탑으로 연결되는 밸브들의 개폐를 제어하기 위한 밸브박스를 구비하고,
상기 흡착탑은 흡착제로 제올라이트 4A(MS (Molecular sieve) 4A), 활성탄 및 제올라이트 13X(MS 13X)가 1:1:1의 부피비로 하부에서 상부방향으로 순차적으로 충진되는 구조를 가짐을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.The method according to claim 13, wherein the adsorption module,
Two adsorption towers that alternately perform an adsorption process and a regeneration process, and a valve box for controlling opening and closing of valves connected to the two adsorption towers,
The adsorption tower has a structure in which zeolite 4A (MS (Molecular sieve) 4A), activated carbon and zeolite 13X (MS 13X) as adsorbents are sequentially filled from the bottom to the top in a volume ratio of 1:1:1. Rain manufacturing equipment.
상기 흡착탑은 흡착공정시에는 반응온도가 -30 ~ -20 ℃인 저온흡착을 수행하고, 재생공정시에는 반응온도가 200 ~ 350 ℃인 고온재생을 수행함을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.The method of claim 16,
The adsorption tower performs low-temperature adsorption at a reaction temperature of -30 to -20°C during the adsorption process, and performs high-temperature regeneration at a reaction temperature of 200 to 350°C during the regeneration process.
상기 흡착제를 통과하는 상기 제2반응가스의 선속도는 0.01~1Nm/sec 로 상기 밸브박스를 통해 제어됨을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.The method of claim 16,
Diborane manufacturing apparatus, characterized in that the linear velocity of the second reaction gas passing through the adsorbent is controlled through the valve box to 0.01 ~ 1 Nm / sec.
상기 메인 반응기에는, BF3(Boron trifluoride) 가스를 상기 메인 반응기에 3~4kg/hour의 속도로 균등주입하기 위한 플로우미터(flowmeter) 또는 MFC(Mass Flow Controller)가 구비됨을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.The method of claim 13,
In the main reactor, a flowmeter or MFC (Mass Flow Controller) for equally injecting BF 3 (Boron trifluoride) gas into the main reactor at a rate of 3 to 4 kg/hour is provided. Device.
상기 증류탑의 길이 대 깊이비(L(length)/D(Depth))는 10~15 임을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.The method of claim 13,
Diborane manufacturing apparatus, characterized in that the length-to-depth ratio (L(length)/D(Depth)) of the distillation column is 10-15.
상기 증류탑을 거쳐 불순물이 제거된 디보레인(diborane)을 액화시켜 저장하기 위한 저장탱크와;
상기 저장탱크에 저장된 디보레인(diborane)을 실린더에 충전하는 충전유닛을 더 구비함을 특징으로 하는 디보레인 제조장치.The method of claim 13,
A storage tank for liquefying and storing diborane from which impurities have been removed through the distillation column;
Diborane manufacturing apparatus, characterized in that further comprising a charging unit for filling the cylinder with diborane stored in the storage tank.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190005071A KR102193572B1 (en) | 2019-01-15 | 2019-01-15 | Method for generating high purity diborane using BF3 simultaneous reaction process and apparatus for the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190005071A KR102193572B1 (en) | 2019-01-15 | 2019-01-15 | Method for generating high purity diborane using BF3 simultaneous reaction process and apparatus for the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200088600A KR20200088600A (en) | 2020-07-23 |
KR102193572B1 true KR102193572B1 (en) | 2020-12-22 |
Family
ID=71894242
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190005071A KR102193572B1 (en) | 2019-01-15 | 2019-01-15 | Method for generating high purity diborane using BF3 simultaneous reaction process and apparatus for the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102193572B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102401925B1 (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-25 | 주식회사 에프알디 | Diborane synthesis and purification apparatus comprising raw material buffer tank |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2759685B2 (en) | 1989-09-05 | 1998-05-28 | 住友精化株式会社 | Diborane manufacturing method |
JP2011046569A (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | Method for producing diborane |
JP2011105528A (en) | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | Method and apparatus for refining crude diborane |
KR101413621B1 (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-01 | 대성산업가스 주식회사 | Method for generating high quality geh_4 and apparatus for generating high quality geh_4 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PL343430A1 (en) | 1998-04-09 | 2001-08-13 | Uhp Materials | Preparation and purification of diborane |
-
2019
- 2019-01-15 KR KR1020190005071A patent/KR102193572B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2759685B2 (en) | 1989-09-05 | 1998-05-28 | 住友精化株式会社 | Diborane manufacturing method |
JP2011046569A (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | Method for producing diborane |
JP2011105528A (en) | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | Method and apparatus for refining crude diborane |
KR101413621B1 (en) * | 2013-01-14 | 2014-07-01 | 대성산업가스 주식회사 | Method for generating high quality geh_4 and apparatus for generating high quality geh_4 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20200088600A (en) | 2020-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1640654B1 (en) | Ionic liquid based mixtures for gas storage and delivery | |
JP6175439B2 (en) | Apparatus and method for the production of trisilylamine by concentrated phase | |
KR20080113014A (en) | Apparatus and method for the concentration and dilution of specific gas | |
KR101413621B1 (en) | Method for generating high quality geh_4 and apparatus for generating high quality geh_4 | |
KR102193572B1 (en) | Method for generating high purity diborane using BF3 simultaneous reaction process and apparatus for the same | |
US20170158518A1 (en) | Cyclohexasilane and method for producing the same | |
CN107253700A (en) | The method of fluorine purifying | |
EP2310111B1 (en) | Purification of a gas stream for removing hydrides or silane by absorption into liquid propane | |
US11407646B2 (en) | Method for synthesizing ammonia, and apparatus for said method | |
KR20200018113A (en) | A cryogenic sulfur hexafluoride refinement system and refining method using the same | |
JP5373508B2 (en) | Production method of diborane | |
JP2014528899A (en) | B2F4 manufacturing process | |
JP5795636B2 (en) | Synthesis of stannanes and deuterated stannanes | |
KR102084294B1 (en) | Method and apparatus for producing high purity nitric oxide for semiconductor using the nitric acid production process | |
JP4014451B2 (en) | Method for producing silicon tetrafluoride | |
KR20100050463A (en) | Hydrogen storage materials, metal hydrides and complex hydrides prepared using low-boiling-point solvents | |
KR101363571B1 (en) | Method for generating high quality GeH₄and Apparatus for generating high quality GeH₄ | |
KR101807841B1 (en) | Medical grade and ultra high purity nitrous oxide synthesis and purification and efficient system control method | |
RU2525415C1 (en) | Production of silicon and its compounds and production line to this end | |
KR20110046380A (en) | Fluid Filtration Method for Substrate Processing Chamber | |
KR102581035B1 (en) | System and method for solvent recovery in the diborane manufacturing process | |
JP2007246342A (en) | Method for producing hydrogen selenide | |
KR101406197B1 (en) | Device for remanufacturing SF6 with high efficiency and mobility and method for remanufacturing SF6 using the same | |
Pang et al. | Synthesis and purification at low temperatures | |
KR101888550B1 (en) | Apparatus for manufacturing high purity neon |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |