KR20010104647A - 연속 극저온 증류에 의한 트리플루오르화질소의 정제 방법 - Google Patents

연속 극저온 증류에 의한 트리플루오르화질소의 정제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 공정은 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 공정이다. 본 공정에서는 제1 증류 컬럼과 제2 증류 컬럼을 사용하며, 각 증류 컬럼은 상부 및 저부를 보유한다. 본 공정은 제1 증류 컬럼의 상부 아래의 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 다성분 유체를 공급하는 단계; 제1 또는 제2 증류 컬럼의 상부에 인접한 제1 또는 제2 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 단계; 제1 증류 컬럼으로부터 NF3를 함유하는 혼합물을 배출하는 단계; 제2 공급 위치에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 단계; 제2 증류 컬럼에서 혼합물로부터 NF3를 분리하는 단계; 및 제2 증류 컬럼으로부터 NF3스트림을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

연속 극저온 증류에 의한 트리플루오르화질소의 정제 방법{PURIFICATION OF NITROGEN TRIFLUORIDE BY CONTINUOUS CRYOGENIC DISTILLATION}
본 발명은 플루오르 화합물을 함유하는 다성분 유체로부터 플루오르 화합물을 분리 및 회수하는 방법, 구체적으로 연속 극저온 증류에 의한 트리플루오르화질소(NF3)의 정제 방법에 관한 것이다.
플루오르 화합물은 반도체 제조에 널리 사용된다. 이들 화합물은 비싸고, 방출되면 환경에 유해하다. 트리플루오르화질소는 에칭 가스 및 챔버 세정 가스로서 사용된다.
트리플루오르화질소를 제조하는 공정에 있어서, 트리플루오르화질소, 질소,산소, 아산화질소, 플루오르화수소 및 기타 성분을 함유하는 가스 혼합물이 형성된다. 질소 및 산소는 트리플루오르화질소보다 휘발성이 크지만, 아산화질소 및 플루오르화수소는 휘발성이 적고, 저온 및 고농도에서 고체를 형성할 수 있다. 이어서 고순도 트리플루오르화질소가 필요한 경우, 이 가스 혼합물을 극저온 증류로 정제하여 다량의 활성 플루오르화물 및 중질 성분을 제거한 후에 트리플루오르화질소를 얻을 수 있다.
회분식 증류는, 간단하고 상당히 조작하기 쉽기 때문에, 비교적 소량의 생성물을 정제하는 비용 측면에서 효율적인 방법이다. 그러나, 다량의 생성물을 정제해야 하는 경우 경제성을 상실한다. 이는 회분식 증류에서 생성물 배치간에 중간 생성물 및 공급물을 저장해야 하기 때문이다. 다량의 가스를 저장하는 것은 문제가 있다. 저장 용기내로 압축하여 또는 액화시켜 다량의 가스를 저장할 수 있다. 거대 저장 용기의 자본금 및 빈번한 배치 교체와 관련된 조작 비용으로 인하여 두가지 방법은 모두 비용이 많이 든다.
회분식 처리 공정은 빈번한 교체, 처리 라인 세정 및 저장 용기로부터의 방출 과정에서 환경에 유해한 플루오르 화합물을 방출시키는 원인이 된다.
세척액을 첨가하여 플루오르 화합물을 극저온 증류시키는 방법은 미국 특허 제5,502,969호(Jin 등), 제5,626,023호(Fisher 등) 및 제5,771,713호(Fisher)에 개시되어 있다. 세척액을 첨가하여 캐리어 가스로부터 플루오르 성분을 흡수하거나, 또는 일부 성분이 고화되는 것을 방지한다. 하나(또는 2 또는 3개)의 극저온 증류 컬럼(들)을 사용하여 세척액으로부터 고도의 휘발성 플루오르 화합물을 분리한다.(대안적으로, 후속 컬럼은 세척액 또는 잔여 중질 성분으로부터 휘발성이 작은 플루오르 성분을 분리한다.) 이들 증류 시스템은 모두 회분식 공정을 포함한다.
초고순도 플루오르화질소 생성에 대한 연속 공정은 미국 특허 제5,832,746호(Nagamura)에 개시되어 있다. 이 공정은 플루오르화질소 공급 가스를 가압하는 단계; 수분, CO2, 및 부분적으로 CF4를 공급 가스로부터 제거하는 단계; 공급 가스를 냉각시키고 이를 저온 흡착기에 통과시켜 N2F2, N2F4, N2O를 제거하고 추가로 CF4함량을 감소시키는 단계; 중압 증류 컬럼의 저부 리보일러/응축기에서 공급 가스를 액화시키는 단계; 및 공급 열을 이용하여 그 컬럼내 공급 가스의 중질 성분을 분리하는 단계를 포함한다. 그 다음 생성된 혼합물을 저압 증류 컬럼에 통과시키고, 제2 리보일러/응축기에 의해 중압 증류 컬럼으로 열을 집적한다. 상기 제2 가열기/응축기에서는 증류하여 저부 생성물로서 고순도 NF3와 오버헤드의 폐증기를 제공한다. 이 공정은 NF3공급 가스를 가압해야 하기 때문에 비교적 비싸다. 이 공정은 이중 열 집적(공급 가스와 중압 증류 컬럼 사이 및 중압 증류 컬럼과 저압 증류 컬럼 사이)으로 인하여 제어하기 어렵다.
이들 종래의 모든 증류 공정에서는, 극저온 액체, 예컨대 액체 질소에 대한 오버헤드 증기의 일부를 응축시켜 환류시킨다. 이 때문에 응축기 및 관련된 제어 장치를 사용해야 한다.
일부 성분으로부터 NF3공급 가스를 정제하는 기타 방법은 특허 문헌에 개시되어 있다. 미국 특허 제5,069,887호(Suenage 등)에서, 분자체 상에서의 흡착 공정을 사용하여 CF4로부터 NF3를 분리한다. 미국 특허 제5,183,647호(Harada 등)에는, NF3공급 가스로부터 N2F2를 화학적으로 분해하는 조건이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,779,863호(Ha 등)는 3 또는 4개의 증류 컬럼을 포함하는 증류 컬럼계를 사용하여 NF3를 비롯한 퍼플루오로화합물(PFCs)을 분리 및 정제하는 방법을 개시한다.
트리플루오르화질소의 정제를 위해 안전하고, 경제적인 연속 극저온 증류 공정이 요망되고 있다.
플루오르 화합물을 환경으로 방출하지 않고, 최대 회수율로 바람직한 분리를 달성할 수 있는 공정이 추가로 필요하다.
또한, 종래 기술의 난점과 단점을 극복하여 더욱 우수하고 유리한 결과를 제공하는 다성분 유체로부터 트리플루오르화질소를 회수하는 방법이 필요하다.
본 발명은 연속 증류로 NF3(공급 스트림)를 함유하는 다성분 유체로부터 트리플루오르화질소(NF3)를 회수하는 방법이다.
본 발명의 제1 양태는 제1 휘발성분인 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 공정이다. 이 공정에서는 제1 증류 컬럼과 제2 증류 컬럼을 사용하며, 각 증류 컬럼은 상부 및 저부를 보유한다. 이 공정은 다단계를 포함한다. 제1단계는 다성분 유체를 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 공급하는 것이다. 제2 단계는 제1 공급 위치보다 위에 있는 위치에서 제1 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 것이다. 제3 단계는 제1 증류 컬럼의 상부로부터 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 제거하는 것이다. 제4 단계는 제1 공급 위치 아래의 위치에서 제1 증류 컬럼으로부터 NF3및 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 함유하는 혼합물을 배출하는 것이다. 제5 단계는 제2 공급 위치에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 것이다. 제6 단계는 제2 증류 컬럼에서 혼합물로부터 NF3를 분리하는 것이다. 제7 단계는 제2 증류 컬럼의 상부로부터 NF3스트림을 제거하는 것이다.
제1 양태의 변형예에서, 공정은 추가의 단계를 포함한다. 추가의 단계는 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 함유하는 스트림을 제2 증류 컬럼의 저부로부터 제거하는 것이다.
제2 양태는 제1 양태와 동일한 다단계를 포함하지만, 추가의 3 단계가 있다. 제1 추가 단계는 제2 공급 위치 또는 그 근처에서 제2 증류 컬럼으로부터 액체 스트림을 배출하는 것이다. 제2 추가의 단계는 제1 공급 위치 아래의 위치에서 제1 증류 컬럼에 액체 스트림을 공급하는 것이다. 제3의 추가 단계는 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 함유하는 스트림을 제1 증류 컬럼의 저부로부터 제거하는 것이다.
제3 양태는 제1 휘발성분인 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 공정이다. 이 공정은 제1 증류 컬럼과 제2 증류 컬럼을 사용하며, 각 증류 컬럼은 상부 및 저부를 보유한다. 이 공정은 다단계로 구성된다. 제1 단계는 다성분 유체를 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 공급하는 것이다. 제2 단계는 제1 증류 컬럼 저부로부터 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 제거하는 것이다. 제3 단계는 제1 공급 위치보다 위에 있는 위치에서 제1 증류 컬럼으로부터 NF3및 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 함유하는 혼합물을 배출하는 것이다. 제4 단계는 제2 공급 위치에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 것이다. 제5 단계는 제2 공급 위치보다 위의 위치에서 제2 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 것이다. 제6 단계는 제2 증류 컬럼의 상부로부터 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 제거하는 것이다. 제7 단계는 제2 증류 컬럼의 저부로부터 NF3스트림을 제거하는 것이다.
본 발명의 제4 양태는 제1 휘발성분인 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 공정이다. 이 공정은 제1 증류 컬럼과 제2 증류 컬럼을 사용하며, 각 증류 컬럼은 상부 및 저부를 보유한다. 공정은 다단계로 구성된다. 제1 단계는 다성분 유체를 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 공급하는 것이다. 제2 단계는 제1 공급 위치보다 위에 있는 제2 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 것이다. 제3 단계는 제1 증류 컬럼의 상부로부터 NF3보다 휘발성인 성분을 제거하는 것이다. 제4 단계는 제1 공급 위치와 제2 공급 위치 사이의 중간 위치에서 제1 증류 컬럼으로부터 NF3를 함유하는 혼합물을 배출하는 것이다. 제5 단계는 제2 증류 컬럼의 상부 또는 그 근처에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 것이다. 제6 단계는 제2 증류 컬럼의 상부로부터 증기 스트림을 제거하는 것이다. 제7 단계는 제1 공급 위치보다 위에 있는 위치에서 제1 증류 컬럼에 증기 스트림을 공급하는 것이다. 제8 단계는 제2 증류 컬럼의 저부로부터 NF3스트림을 제거하는 것이다. 제9 단계는 제1 증류 컬럼의 저부로부터 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 제거하는 것이다.
제5 양태는 제1 휘발성분인 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 공정이다. 이 공정은 제1 증류 컬럼과 제2 증류 컬럼을 사용하며, 각 증류 컬럼은 상부 및 저부를 보유한다. 공정은 다단계로 이루어진다. 제1 단계는 제1 증류 컬럼의 상부 아래의 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 다성분 유체를 공급하는 것이다. 제2 단계는 제1 또는 제2 증류 컬럼의 상부에 인접한 제1 또는 제2 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 것이다. 제3 단계는 제1 증류 컬럼으로부터 NF3를 함유하는 혼합물을 배출하는 것이다. 제4 단계는 제2 공급 위치에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 것이다. 제5 단계는 제2 증류 컬럼에서 혼합물로부터 NF3를 분리하는 것이다. 제6 단계는 제2 증류 컬럼으로부터 NF3스트림을 제거하는 것이다.
본 발명의 각종 양태의 몇몇 변형예가 있다. 예를 들어, 극저온 액체는 액체 질소, 액체 아르곤, 액체 헬륨 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택할 수 있다. 한 변형예에서, 다성분 유체 중 NF3의 농도는 약 5 몰% 이상이다. 또 다른 변형예에서 NF3보다 휘발성이 작은 성분으로는 산화질소 및/또는 플루오르화수소가 있으며, NF3보다 휘발성이 큰 성분으로는 질소 및/또는 산소가 있다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참조하여 실시예에 의해 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 양태의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 양태의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제3 양태의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제4 양태의 개략도이다.
본 발명은 연속 증류에 의해 NF3를 함유하는 다성분 유체(공급 스트림)로부터 NF3를 회수하는 공정에 관한 것이다.
극저온으로 냉각하고 경우에 따라 응축시킨 다음, NF3보다 휘발성이 큰 성분 및 휘발성이 작은 성분을 함유하는 NF3공급 스트림을 2개 이상의 증류 컬럼을 포함하는 증류 컬럼계의 제1 증류 컬럼으로 도입하고[이 때, 액체 극저온 스트림(예, 액체 질소)이 도입됨], (i) NF3보다 휘발성이 큰 성분은 제1 증류 컬럼의 상부로부터 제거하고, 공급 위치 아래의 제1 증류 컬럼으로부터 배출된 NF3와 휘발성이 작은 성분을 함유하는 혼합물은 제2 증류 컬럼에 통과시키거나[이 때 NF3는 상부 생성물로서 제거됨] 또는 (ii) NF3보다 휘발성이 작은 성분은 제1 증류 컬럼의 저부로부터 제거하고, 공급 위치 위의 제1 증류 컬럼으로부터 배출된 NF3및 휘발성이 더 큰 성분을 함유하는 혼합물은 제2 증류 컬럼에 통과시킨다[이 때, NF3는 저부 생성물로서제거됨].
NF3공급 스트림내 휘발성이 큰 성분의 예로는 질소 및/또는 산소가 있으며, 휘발성이 작은 성분의 예로는 아산화질소 및 플루오르화수소가 있다. 증류 시스템의 조작 온도보다 용융 온도가 높은 임의의 휘발성이 작은 불순물을, 공급 스트림에서의 농도를 증류계의 모든 지점에서 용해도 하한선 이하를 유지하는 레벨로 감소시킨다. 휘발성이 작은 불순물의 농도를 감소시키는 통상적인 방법으로는 흡수법 및 흡착법이 있다. 예를 들어, 극저온으로 냉각시키기 전에 NF3공급 스트림으로부터 물을 제거한다. 일반적으로, 물은 적절한 흡착제 상에서 흡착시켜 제거한다. 흡착 공정에서, N2O 및 HF의 함량을 감소시킨다.
NF3공급 스트림 중 NF3의 농도에 대한 제약은 없지만, 경제적으로 유리한 증류 공정을 위해서는 NF3공급 스트림 중 NF3의 농도가 높은 것이 좋다. 일반적으로 NF3공급 스트림 중 NF3의 농도는 5 몰% 이상, 바람직하게는 10 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 30 몰% 이상이다.
액체 질소와 같은 극저온 액체를 도입하여 액체 환류를 증류 컬럼에 제공한다. (아르곤, 헬륨 또는 이의 혼합물과 같은 기타 극저온 액체를 액체 질소 대신에 사용할 수 있다). 액체 질소는 일반적으로 증류 컬럼의 상부로 도입한다. 액체 질소는 NF3보다 휘발성이 큰 성분이 거부되는 증류 컬럼으로 도입한다. 즉 증류 컬럼의 상부로부터 나온 증기에는 NF3가 결핍되어 있지만 휘발성이 큰 성분은 풍부하다.
따라서, NF3보다 휘발성이 큰 성분은 제1 증류 컬럼의 상부로부터 제거되는 선택사항 (i)에서는, 액체 질소를 제1 컬럼의 상부로 도입한다. 선택 사항 (ii)에서는, 휘발성이 큰 성분을 제2 증류 컬럼의 상부로부터 제거하는 경우 액체 질소를 제2 증류 컬럼의 상부로 도입한다. 유사하게, 선택 사항 (ii)에서 휘발성이 큰 성분을 제1 증류 컬럼의 상부로부터 제거하는 경우, 액체 질소를 제1 증류 컬럼의 상부로 도입한다. 바람직한 양식에서, 액체 질소는 증류 컬럼의 상부로 직접 도입하고 응축기를 사용하지 않는다.
선택사항 (i)에 따른 본 발명의 양태는 도 1에 도시되어 있다. 공급 스트림(101)을 제1 증류 컬럼(103)으로 도입하면, 이 컬럼에서 공급 스트림은 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 함유하는 오버헤드 증기 스트림(105)과 NF3및 휘발성이 작은 성분을 함유하는 저부 생성물 스트림(107)으로 분리된다. 스트림(107)은 액체, 증기 또는 2상 스트림으로서 제1 증류 컬럼(103)으로부터 배출된다. 그 다음 스트림(107)을 제2 증류 컬럼(109)에 도입하는데, 이 컬럼에서 상기 스트림은 순수한 NF3상부 생성물 스트림(111)과 NF3중 휘발성이 작은 성분의 용액을 함유하는 저부 생성물 스트림(113)으로 분리된다. 순수한 NF3상부 생성물 스트림(111) 또는 그의 일부는 증기 또는 액체로서 배출시킬 수 있다. 스트림(113)을 증류 시스템 상류의 흡착 공정과 같은 정제 단계(도시되지 않음)로 다시 재순환시킬 수 있다.
제1 증류 컬럼(103)은 리보일러(106)를 보유한 반면, 제2 증류 컬럼(109)은 리보일러(112) 및 응축기(110)를 보유한다. 제1 증류 컬럼(103)은 응축기를 보유하지 않으며, 액체 질소 스트림(115)은 제1 증류 컬럼(103)의 상부에서 환류물로서 직접 도입한다. 경우에 따라, 제1 증류 컬럼(103)은 응축기를 보유할 수 있고, 액체 질소 스트림(115)은, 환류물로서 제1 증류 컬럼(103)의 상부로 직접 유입시키는 대신에, 선택적인 응축기내 냉매로서 사용할 수 있다. 그러나, 이 선택적인 방법은 일반적으로 바람직하지 않다.
선택사항 (i)에 따른 본 발명의 또 다른 양태는 도 2에 도시되어 있다. NF3보다 휘발성이 작은 성분을 함유하는 저부 생성물 스트림(113)은 제1 증류 컬럼(103)(제2 증류 컬럼(109)이 아니라)의 저부로부터 배출된다는 점에서 앞서 설명한 양태와는 차이가 있다. 스트림(113)은 증류 시스템의 상류의 흡착 공정과 같은 정제 단계(도시되지 않음)로 다시 재순환시킬 수 있다. 제2 증류 컬럼(109)으로의 공급 스트림(117)은 측면 스트림으로서 제1 증류 컬럼(103)으로부터 배출된다. 공급 스트림(117)의 배출점은 공급 스트림(101)의 위치 아래에 있다. 제1의 증류 컬럼(103)은 리보일러(106)를 보유한다. 제2 증류 컬럼(109)에는 응축기(110)가 구비되어 있지만 리보일러는 없다. 제2 증류 컬럼(109)에서 유래한 저부 액체 스트림(127)은 제1 증류 컬럼(103)으로 재송한다. 액체 질소 스트림(115)은 환류물로서 제1 증류 컬럼(103)의 상부에 직접 도입하는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 제1 증류 컬럼(103)은 응축기를 보유하며(도시되지 않음), 액체 질소 스트림(115)은, 환류물로서 제1 증류 컬럼(103)의 상부로 직접 유입되는 대신에, 선택적인 응축기에서 냉매로서 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 선택적인 방법은 일반적으로 덜 바람직하다.
선택 사항(ii)에 따른 본 발명의 일양태는 도 3에 도시되어 있다. 공급 스트림(101)은 제1 증류 컬럼(103)으로 도입하고, 여기서 공급 스트림은 NF3및 NF3보다 휘발성이 큰 모든 성분을 함유하는 오버헤드 생성물 스트림(137)과 NF3및 휘발성이 작은 성분을 함유하는 저부 생성물 스트림(113)으로 분리된다. 스트림(113)은 증류 시스템의 상부의 흡착 공정과 같은 정제 단계(도시되지 않음)로 다시 재순환시킬 수 있다. 스트림(137)은 증기, 액체 또는 2상 스트림으로서 제1 증류 컬럼(103)으로부터 배출시킬 수 있다. 스트림(137)은 제2 증류 컬럼(109)으로 도입되고, 여기서 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 함유하는 오버헤드 스트림(105)과 순수한 NF3저부 생성물 스트림(111)으로 분리된다.스트림(111)은 액체 또는 증기로서 배출할 수 있다. 제1 증류 컬럼(103)에는 리보일러(106) 및 응축기(108)가 구비되어 있다. 제2 증류 컬럼(109)에는 리보일러(112)가 구비되어 있다. 액체 질소 스트림(115)은 환류물로서 제2 증류 컬럼(109)의 상부로 직접 도입하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 제2 증류 컬럼(109)은 응축기(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 액체 질소 스트림(115)은, 환류물로서 제2 증류 컬럼(109)의 상부로 직접 유입시키는 대신에, 선택적 응축기에서 냉매로서 사용할 수 있다. 그러나, 이 방법은 일반적으로 덜 바람직하다.
선택 사항(ii)에 따른 본 발명의 일양태는 도 4에 도시되어 있다. NF3보다 휘발성이 큰 성분을 함유하는 오버헤드 스트림(105)은 제1 증류 컬럼(103)의 상부로부터 배출된다는 점에서 이전의 양태(도 3)와는 다르다. 제2 증류 컬럼(109)으로의 공급 스트림(147)은 측면 스트림으로서 제1 증류 컬럼(103)으로부터 배출된다. 공급 스트림(147)의 배출점은 공급 스트림(101)의 위치보다 상부에 위치한다. 제1 증류 컬럼(103)은 리보일러(106)를 보유하고, 제2 증류 컬럼(109)은 리보일러(112)를 보유하나, 이들 증류 컬럼은 모두 응축기를 구비하고 있지 않다. 제2 증류 컬럼(109)으로부터의 상부 증기 스트림(157)은 제1 증류 컬럼(103)으로 재송한다. 액체 질소 스트림(115)은 환류물로서 제1 증류 컬럼(103)의 상부로 직접 도입하고, 이 컬럼에는 응축기가 구비되어 있지 않다. 경우에 따라서, 제1 증류 컬럼(103)은 응축기(도시되지 않음)를 포함할 수 있지만, 액체 질소 스트림(115)은, 환류물로서 제1 증류 컬럼(103)의 상부로 직접 유입하는 대신에, 선택적 응축기에서 냉매로서 사용할 수 있다. 그러나, 이 방법은 일반적으로 덜 바람직하다.
도 4에 제시된 양태에 대한 컴퓨터 모의 실험의 실시예가 표 1에 제시되어 있다. 각 세로 행은 8개의 이론적인 단수와 동일한 단 또는 팩킹을 함유한다.
도 4에 제시된 양태에 대한 컴퓨터 모의 실험의 실시예
스트림 유속(lb-몰/h) 온도(℉) 압력(psia) NO2몰분율 NF3몰분율 O2몰분율 N2몰분율
101 1.00 -315 33.0 5.6E-5 0.2241 0.0456 0.7303
105 3.95 -308 30.0 0 0 0.0115 0.9885
111 0.22 -179 31.3 0 1.000 0 0
113 0.005 -205 31.4 0.0100 0.9683 0.0027 0.0190
115 3.17 -306 35.0 0 0 0 1.000
147 1.01 -269 30.9 0 0.6472 0.3040 0.0488
157 0.79 -197 30.9 0 0.5493 0.3884 0.0623
본 발명은 회분식 증류 공정보다 더욱 환경 친화적이고, 대규모 생산에도 경제적인 연속 증류 공정을 제공하기 때문에 가치가 있다. 회분식 증류 공정에서, 공급물 및 중간 생성물은 사용될 때까지 보관해야 한다. 생산 규모가 상당히 증가하면, 여러 용기에 저장해야 하며, 여러 저장 탱크로부터 다량의 재료를 이송하는 것은 노동력이 많이 들고, 환경으로의 제어되지 않은 방출 또는 유출의 더 많은 기회를 제공한다. 또한, 회분식 증류 컬럼의 빈번한 개폐로 생성물 규격에 부합되지 않고, 중간 저장 용기로 이송하여 재순환시켜야 하며, 환경으로 쉽게 방출될 수 있는 더 많은 분획의 재료가 생기게 된다.
본 발명은 트리플루오르화질소를 정제하기 위한 안전하고 경제적인 연속 극저온 증류 공정을 제공한다. 환경으로의 임의의 플루오르 화합물의 방출 없이 최대 회수율로 목적하는 분리 공정을 달성한다. 직접적인 액체 질소 환류물을 사용하면 플루오르화질소가 환경으로 방출되는 것을 막을 수 있다. 또한, 중질 성분 및 NF3를 함유하는 스트림은 연속하여 공정으로 재순환되기 때문에, NF3는 환경으로 방출되지 않는다. 공정의 조작성은 종래 공정의 조작성보다 우수하다.
본 발명을 일부 특정 양태를 참조하여 예시하고 설명하였지만, 본 발명은 제시된 세부 사항에 한정되는 것은 아니다. 그 보다는, 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 청구 범위 및 그와 등가의 범위내에서 세부사항을 다양하게 변형시킬 수 있다.
본 발명은 트리플루오르화질소를 정제하기 위한 안전하고 경제적인 연속 극저온 증류 공정에 관한 것으로서, NF3를 함유하는 스트림은 연속하여 공정으로 재순환시키기 때문에 NF3는 환경으로 방출되지 않는다. 따라서, 본 발명의 연속 공정은 회분식 증류 공정보다 더욱 환경 친화적이고, 대규모 생산시에도 경제적이다.

Claims (9)

  1. 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 다성분 유체를 공급하는 단계;
    상기 제1 공급 위치 위의 위치에서 제1 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 단계;
    제1 증류 컬럼 상부로부터 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 제거하는 단계;
    상기 공급 위치 아래의 위치에서 제1 증류 컬럼으로부터 NF3및 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 함유하는 혼합물을 배출하는 단계;
    제2 공급 위치에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 단계;
    제2 증류 컬럼에서 혼합물로부터 NF3를 분리하는 단계; 및
    제2 증류 컬럼의 상부로부터 NF3스트림을 제거하는 단계를 포함하여, 각각 상부와 저부를 보유하는 제1 증류 컬럼 및 제2 증류 컬럼을 사용하여 제1 휘발성분인 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 증류 컬럼의 저부로부터 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 함유하는 스트림을 제거하는 추가의 단계를 포함하는 것이 특징인 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 공급 위치 또는 그 부근에서 제2 증류 컬럼으로부터 액체 스트림을 배출하는 단계;
    상기 제1 공급 위치 아래의 위치에서 제1 증류 컬럼에 액체 스트림을 공급하는 단계; 및
    NF3보다 휘발성이 작은 성분을 함유하는 스트림을 상기 제1 증류 컬럼의 저부로부터 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것이 특징인 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
  4. 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 다성분 유체를 공급하는 단계;
    제1 증류 컬럼의 저부로부터 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 제거하는 단계;
    제1 공급 위치보다 위에 있는 위치에서 제1 증류 컬럼으로부터 NF3및 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 함유하는 혼합물을 배출하는 단계;
    제2 공급 위치에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 단계;
    제2 공급 위치보다 위의 위치에서 제2 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 단계;
    제2 증류 컬럼의 상부로부터 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 제거하는 단계; 및
    제2 증류 컬럼의 저부로부터 NF3스트림을 제거하는 단계를 포함하여, 각각 상부와 저부를 보유하는 제1 증류 컬럼 및 제2 증류 컬럼을 사용하여 제1 휘발성분인 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
  5. 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 다성분 유체를 공급하는 단계;
    제1 공급 위치보다 위에 있는 제2 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 단계;
    제1 증류 컬럼의 상부로부터 NF3보다 휘발성이 큰 성분을 제거하는 단계;
    제1 공급 위치와 제2 공급 위치 사이의 중간 위치에서 제1 증류 컬럼으로부터 NF3를 함유하는 혼합물을 배출하는 단계;
    제2 증류 컬럼의 상부 또는 그 근처에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 단계;
    제2 증류 컬럼의 상부로부터 증기 스트림을 제거하는 단계;
    제1 공급 위치보다 위에 있는 위치에서 제1 증류 컬럼에 증기 스트림을 공급하는 단계;
    제2 증류 컬럼의 저부로부터 NF3스트림을 제거하는 단계; 및
    제1 증류 컬럼의 저부로부터 NF3보다 휘발성이 작은 성분을 제거하는 단계를포함하여, 각각 상부와 저부를 보유하는 제1 증류 컬럼 및 제2 증류 컬럼을 사용하여 제1 휘발성분의 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
  6. 제1 증류 컬럼의 상부 아래의 제1 공급 위치에서 제1 증류 컬럼에 다성분 유체를 공급하는 단계;
    제1 또는 제2 증류 컬럼의 상부에 인접한 제1 또는 제2 증류 컬럼에 극저온 액체를 공급하는 단계;
    제1 증류 컬럼으로부터 NF3를 함유하는 혼합물을 배출하는 단계;
    제2 공급 위치에서 제2 증류 컬럼에 혼합물을 공급하는 단계;
    제2 증류 컬럼에서 혼합물로부터 NF3를 분리하는 단계; 및
    제2 증류 컬럼으로부터 NF3스트림을 제거하는 단계를 포함하여, 각각 상부와 저부를 보유하는 제1 증류 컬럼 및 제2 증류 컬럼을 사용하여 제1 휘발성분인 NF3, NF3보다 휘발성이 작은 1종 이상의 성분, 및 NF3보다 휘발성이 큰 1종 이상의 성분을 함유하는 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 극저온 액체가 액체 질소, 액체 아르곤, 액체 헬륨 및 이의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것이 특징인 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는방법.
  8. 제6항에 있어서, 다성분 유체 중 NF3의 농도가 약 5 몰% 이상인 것이 특징인 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, NF3보다 휘발성이 작은 성분은 아산화질소 및/또는 플루오르화수소를 포함하고, NF3보다 휘발성이 큰 성분은 질소 및/또는 산소를 포함하는 것이 특징인 다성분 유체로부터 NF3를 회수하는 방법.
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