KR20110032841A - The purification method of hbr and apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An ultra high pure hydrobromide purifier and a method thereof are provided to recover ultra high pure hydrobromide with the purity greater than 99.7%(mol) compare to a conventional device. CONSTITUTION: A purifying method of hydrobromide comprises the following steps: removing the moisture from the hydrobromide containing impurities, by transferring the hydrobromide inside a raw material tank(110) to an absorption tower(120); liquefying the hydrobromide using a heat exchanger(130); and removing air containing oxygen and nitrogen from the liquefied hydrobromide using a distillation tower(140) including a condenser(141), a separator(142), and a re-heater(143).

Description

브롬화수소 정제방법 및 정제장치{The purification method of HBr and apparatus thereof}Hydrogen bromide purification method and purification apparatus

본 발명은 브롬화수소 정제방법 및 정제장치에 관한 것으로, 상세하게는 조질 브롬화수소로부터 불순물인 수분과 산소, 질소 등의 가스성분을 제거하여 고순도의 브롬화수소를 정제하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 가스의 비등점차이에 의해 잔재하는 불순물을 제거하는 증류탑을 이용함으로써 순도를 높이고 수율을 극대화하는 초고순도 브롬화수소 정제방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for purifying hydrogen bromide and a purifying apparatus, and more particularly, to a method and apparatus for purifying hydrogen bromide with high purity by removing impurities, moisture, and gaseous components such as oxygen and nitrogen from crude hydrogen bromide. The present invention also relates to an ultra-high purity hydrogen bromide purification method and apparatus for increasing the purity and maximizing the yield by using a distillation column to remove impurities remaining by the difference in boiling point of the gas.

브롬화수소는 냉각, 제약, 화학섬유 등에 많이 사용되며 진정제와 마취제 등 의약품 합성에도 사용된다. 최근에는 반도체와 LCD, LED 산업의 주요 공정에 사용되는 경우가 많은데 특히 에칭액으로 사용되는 경우 우수한 성능을 발휘하기 위해 가능한 한 높은 순도로 공급하는 것이 요구되고 있다. 따라서 순도를 높이기 위한 기술이 지속적으로 개발되고 있다. Hydrogen bromide is widely used in cooling, pharmaceuticals, chemical fibers, etc. It is also used in the synthesis of pharmaceuticals such as sedatives and anesthetics. Recently, it is often used in major processes of semiconductor, LCD, and LED industries. In particular, when used as an etching solution, it is required to supply as high purity as possible in order to exhibit excellent performance. Therefore, technologies for increasing purity are constantly being developed.

브롬화수소의 불순물은 주로 수분(H2O), 산소, 질소 등이고, 이러한 불순물 을 제거하기 위한 방법으로는 주로 흡착이 이용되는데 흡착을 이용한 염화수소, 브롬화수소(HBr) 등의 수소화물의 정제방법에 관하여 미국특허 제 6,461,411호에는 알루미나를 사용하여 SiH4, H2S, GeH4 등을 제거하는 방법이 기재되어 있으며, 미국특허 제 6,395,070호 및 제 6,110,258호에는 실리카 함량이 높은 제올라이트를 탈수 및 초가열하여 미량의 수분을 제거하는 방법에 관하여 기재되어 있다. 미국특허 제 6,241,955호 및 제 6,221,132호에는 MnOX, MoOX 등의 금속산화물 또는 활성탄에 담지된 MgX2 같은 흡착제를 이용하여 염화수소, 브롬화수소 등의 수소화물을 정제하는 방법에 관하여 기재되어 있다.Impurities of hydrogen bromide are mainly water (H 2 O), oxygen, nitrogen, and the like, and adsorption is mainly used to remove such impurities, and the method of purifying hydrides such as hydrogen chloride and hydrogen bromide (HBr) using adsorption is mainly used. US Pat. No. 6,461,411 describes a method for removing SiH 4 , H 2 S, GeH 4, etc. using alumina. US Pat. Nos. 6,395,070 and 6,110,258 dehydrate and superheat zeolites having high silica content. A method of removing trace amounts of water is described. US Pat. Nos. 6,241,955 and 6,221,132 describe methods for purifying hydrides such as hydrogen chloride and hydrogen bromide using adsorbents such as metal oxides such as MnO X and MoO X or MgX 2 supported on activated carbon.

그 밖에 미국특허 제 4,925,646호에는 기상 할로겐화 수소로부터 수분을 제거하기 위하여 일부 또는 전부가 알킬화된 금속 알킬 화합물 또는 펜단트기가 회합되어 있는 지지체를 포함하는 스캐빈저 전구체 조성물을 공급하는, 기상 할로겐화수소의 건조 방법이 기재되어 있다. In addition, U. S. Patent No. 4,925, 646 discloses drying of gaseous hydrogen halides, which supplies a scavenger precursor composition comprising a support in which some or all alkylated metal alkyl compounds or pendent groups are associated to remove water from gaseous halides. The method is described.

그러나 이와 같은 기술들을 통해 고순도의 브롬화수소를 얻을 수는 있어도 얻게되는 브롬화수소의 수율이 그리 높지 않은 문제점이 있었다. 따라서 고순도의 브롬화수소를 고수율로 회수할 수 있는 기술의 개발이 요구되어 왔다.However, even though high purity hydrogen bromide can be obtained through such techniques, the yield of hydrogen bromide obtained is not so high. Therefore, there has been a demand for the development of a technology capable of recovering high purity hydrogen bromide at high yield.

따라서, 본 발명의 목적은 초고순도의 브롬화수소를 얻을 수 있는 브롬화수소 정제장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydrogen bromide purification device capable of obtaining ultra-high purity hydrogen bromide.

본 발명의 다른 목적은 증류탑을 이용하여 순도를 더욱 높이고 정제 수율을 극대화한 초고순도 브롬화수소 정제장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an ultra-high purity hydrogen bromide purification apparatus using a distillation column to further increase the purity and maximize the purification yield.

본 발명의 또 다른 목적은 초고순도의 브롬화수소를 고수율로 정제하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for purifying ultra high purity hydrogen bromide in high yield.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, (a) 원료탱크 내에 존재하는 불순물이 포함된 브롬화수소를 수분흡착제가 충전된 흡착탑으로 이송시켜 수분을 제거하는 수분제거단계, (b) 수분이 제거된 브롬화수소를 열교환기로 이송시켜 액화하는 액화단계, (c) 액화된 브롬화수소를 상부에 응축기를 구비하고 하부에 재열기를 구비한 증류탑으로 이송시켜 산소 및 질소를 포함하는 공기성분을 제거하는 공기성분제거단계, (d) 정제된 초고순도 브롬화수소를 펌프를 통하여 저장탱크로 이송시키는 저장단계를 포함하는 브롬화수소의 정제방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a water removal step of removing moisture by (a) transferring the hydrogen bromide containing impurities present in the raw material tank to an adsorption tower filled with a moisture adsorbent, and (b) water content. Liquefaction step of transferring the removed hydrogen bromide to the heat exchanger, (c) to transfer the liquefied hydrogen bromide to the distillation column having a condenser at the top and a reheater at the bottom to remove air components containing oxygen and nitrogen It provides a method for purifying hydrogen bromide comprising the step of removing the air component, and (d) transferring the purified ultra-high purity hydrogen bromide to the storage tank through a pump.

바람직하게는 본 발명의 흡착탑은 2개의 흡착탑으로 구성되어 한쪽은 수분제거 기능, 다른 쪽은 흡착제 재생 기능을 상호 교번적으로 수행하며, 방향절환 밸브를 통하여 각각의 흡착탑으로 공급되는 압축 공기의 방향을 절환시키고, 전자밸브 및 타이머가 내장된 제어반을 통하여 이러한 방향절환 밸브의 작동을 제어한다. 이 를 통해 수분제거 능력을 크게 향상시킬 수 있다. Preferably, the adsorption tower of the present invention is composed of two adsorption towers, one of which alternately performs a water removal function and the other of the adsorption regeneration function, and the direction of the compressed air supplied to each of the adsorption towers through a directional valve. It switches and controls the operation of this directional valve via a control panel with integrated solenoid valve and timer. This can greatly improve the water removal capacity.

열교환기는 팽창밸브와 냉동기를 사용하여 수분이 제거된 브롬화수소의 압력을 떨어뜨리고 온도를 낮추어 액화시킨다. 이를 통해 고수율로 고순도 브롬화수소를 얻을 수 있다.The heat exchanger uses an expansion valve and a freezer to liquefy the dehydrogenated hydrogen bromide and lower the temperature. Through this, high purity hydrogen bromide can be obtained in high yield.

증류탑은 내부에 트레이 또는 충전물질을 구비하고, 바람직하게는 상부에 분리기를 더 구비하여 증류탑의 상부로 배출되어 응축기를 통하여 응축된 물질을 분리하여 폐수를 배출하고, 폐수를 제외한 나머지를 증류탑으로 환류시켜 재순환시킨다. 증류탑은 열교환기를 통해 냉각되는 액화과정에서 유실되는 브롬화수소를 회수함으로써 수율을 더욱 높일 수 있고, 액화된 브롬화수소로부터 가스의 비등점 차이를 이용하여 잔재하는 불순물인 산소, 질소를 더욱 많이 제거할 수 있어 순도 또한 향상시킬 수 있으므로 초고순도의 브롬화수소를 높은 수율로 회수할 수 있다.The distillation column is provided with a tray or a filling material therein, and preferably further includes a separator at the top to be discharged to the top of the distillation column to separate the condensed material through the condenser to discharge the waste water, and return the remaining water except the waste water to the distillation column. To recycle. The distillation column can further increase the yield by recovering hydrogen bromide lost in the liquefaction process cooled by the heat exchanger, and can further remove oxygen and nitrogen, which are residual impurities, by using the difference in boiling point of the gas from the liquefied hydrogen bromide. Since purity can also be improved, ultra high purity hydrogen bromide can be recovered in high yield.

또한 본 발명은, (a) 불순물이 포함된 브롬화수소가 저장된 원료탱크, (b) 원료탱크로부터 이송되는 브롬화수소의 수분을 제거하기 위한 수분흡착제가 충전된 흡착탑, (c) 흡착탑을 통하여 수분이 제거된 브롬화수소를 액화하기 위한 열교환기, (d) 열교환기를 통하여 액화된 브롬화수소를 이송시켜 산소 및 질소를 포함하는 공기성분을 제거하기 위한 장치로서 상부에 응축기 및 하부에 재열기를 포함하여 8단으로 구성된 증류탑, (e) 증류탑으로부터 나온 공기성분이 제거된 브롬화수소를 저장탱크로 이송하는 펌프 및 펌프로부터 이송된 브롬화수소를 저장하는 저장탱크로 이루어지는 브롬화수소 정제장치를 제공한다. In addition, the present invention, (a) a raw material tank containing hydrogen bromide containing impurities, (b) an adsorption tower filled with a moisture adsorbent for removing the water of hydrogen bromide transported from the raw material tank, (c) the moisture through the adsorption tower A heat exchanger for liquefying the removed hydrogen bromide, (d) a device for transferring liquefied hydrogen bromide through the heat exchanger to remove air constituents containing oxygen and nitrogen, including a condenser at the top and a reheater at the bottom; Provided is a hydrogen bromide purification device consisting of a distillation column consisting of a stage, (e) a pump for transferring the hydrogen bromide from which the air component from the distillation column is removed to a storage tank, and a storage tank for storing the hydrogen bromide transferred from the pump.

바람직하게는 본 발명의 흡착탑은 수분흡착제로서 활성 알루미나(activated alumina), 실리카겔(silica gel), 알루미나 실리카겔(alumina silica gel), 분자체(molecular sives), 보오크사이트(bouxite), 제올라이트(zeolite) 등과 같은 흡착제가 충전된다.Preferably, the adsorption column of the present invention is an activated alumina, silica gel, alumina silica gel, molecular sieves, bouxite, zeolite as a water adsorbent. Adsorbents such as

증류탑은 내부에 트레이 또는 충전물질을 구비하고, 상부로 배출되어 응축기를 통하여 응축된 물질을 분리하여 폐수를 배출하고, 폐수를 제외한 나머지를 증류탑으로 환류시켜 재순환시키는 분리기를 더 포함한다.The distillation column includes a tray or a filling material therein, and further includes a separator for discharging the condensed material through the condenser to discharge the waste water and recycling the remaining water except the waste water to the distillation column for recycling.

따라서 본 발명의 브롬화수소 정제방법 및 정제장치를 통하여 종전의 기술보다 순도가 높은 초고순도의 브롬화수소를 99.5%(mol) 이상의 극대화된 정제 수율로 회수할 수 있다.Therefore, through the hydrogen bromide purification method and purification apparatus of the present invention, it is possible to recover ultra-high purity hydrogen bromide having a higher purity than the prior art with a maximum purification yield of 99.5% (mol) or more.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 브롬화수소를 초고순도로 정제하는 장치에 있어서, 수분, 산소, 질소가 포함된 조질 브롬화수소를 저장하는 원료탱크, 원료탱크로부터 나온 브롬화수소의 수분(H2O)을 제거하기 위한 흡착탑, 흡착탑으로부터 나온 수분이 제거된 브롬화수소에 포함된 질소, 산소를 제거하기 위해 브롬화수소를 냉각하여 액화하는 열교환기, 액화된 브롬화수소로부터 가스의 비등점 차이에 의해 잔재하는 산소 및 질소와 같은 공기성분을 제거하고 액화단계에서 유실될 수 있는 브롬화수소를 회수하여 초고순도 브롬화수소를 고수율로 얻기 위한 증류탑, 증류탑으로부터 회수되는 초고순도 브롬화수소를 저장탱크로 이송 하는 펌프 및 이송된 초고순도 브롬화수소를 저장하는 저장탱크로 구성되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention is a device for purifying hydrogen bromide with ultra high purity, the raw material tank for storing crude hydrogen bromide containing water, oxygen and nitrogen, the water of hydrogen bromide from the raw material tank The adsorption tower to remove (H 2 O), the nitrogen contained in the hydrogen bromide from which the water from the adsorption tower was removed, the heat exchanger to cool and liquefy hydrogen bromide to remove oxygen, and the difference in boiling point of gas from the liquefied hydrogen bromide. By removing the residual air components such as oxygen and nitrogen and recovering the hydrogen bromide that can be lost in the liquefaction step to transfer ultra-high purity hydrogen bromide recovered from the distillation column, distillation column to obtain ultra-high purity hydrogen bromide in high yield to the storage tank It is characterized by consisting of a storage tank for storing the pump and conveyed ultra-high purity hydrogen bromide .

본 발명의 정제장치에 사용될 수 있는 금속재질은 알루미늄과 이것의 합금, 구리, 구리-아연 합금, 구리-니켈 합금, 구리-주석 합금, 철, 탄소강, 스테인리스강, 니켈-크롬 합금, 은과 이것의 합금, 탄탈룸 및 주석 등을 포함하고, 바람직하게는 구리-아연 합금, 구리-니켈 합금, 구리-주석 합금, 탄소강, 스테인리스강, 니켈-크롬 합금, 은과 이것의 합금, 탄탈룸이며 더욱 바람직하게는 구리-니켈 합금, 구리-주석 합금, 스테인리스강, 니켈-크롬 합금, 탄탈룸이다. 실링물질은 Buna S ®, Buna N ®, Viton ®, Neoprene ®, Kel-F ®, Teflon ® 을 포함하고, 바람직하게는 Viton ®, Neoprene ®, Kel-F ®, Teflon ®이며 더욱 바람직하게는 Kel-F ®, Teflon ®이다.Metal materials that can be used in the refiner of the present invention are aluminum and its alloys, copper, copper-zinc alloys, copper-nickel alloys, copper-tin alloys, iron, carbon steel, stainless steel, nickel-chromium alloys, silver and the like. Alloys, tantalum, tin, and the like, preferably copper-zinc alloy, copper-nickel alloy, copper-tin alloy, carbon steel, stainless steel, nickel-chromium alloy, silver and alloys thereof, tantalum, and more preferably. Are copper-nickel alloys, copper-tin alloys, stainless steels, nickel-chromium alloys, tantalum. Sealing materials include Buna S ®, Buna N ®, Viton ®, Neoprene ®, Kel-F ®, Teflon ®, preferably Viton ®, Neoprene ®, Kel-F ®, Teflon ® and more preferably Kel -F ®, Teflon ®.

도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에는 본 발명에 의한 브롬화수소를 고순도로 정제하는 정제장치를 개략적으로 나타내는 도면이 도시되어 있다. 본 발명의 브롬화수소 정제장치(100)는 수분, 산소 및 질소가 혼합된 브롬화수소가 저장된 원료탱크(110), 원료탱크(110)로부터 나온 브롬화수소로부터 수분을 제거하는 흡착탑(120), 수분이 제거된 브롬화수소에 포함된 공기성분인 산소 및 질소를 제거하기 위해 냉각하여 액화하는 열교환기(130), 액화된 브롬화수소를 가스의 비등점 차이를 이용하여 산소, 질소를 더욱 제거하고 초고순도의 브롬화수소를 높은 수율로 회수하는 증류탑(140), 증류탑으로부터 나온 정제된 초고순도의 브롬화수소를 펌프(150)를 거쳐 저장하는 저장탱 크(160)로 이루어진다. 1 is a view schematically showing a purification apparatus for purifying hydrogen bromide according to the present invention with high purity. Hydrogen bromide purification apparatus 100 of the present invention is a raw material tank 110, the hydrogen bromide mixed with water, oxygen and nitrogen is stored, the adsorption tower 120 for removing water from the hydrogen bromide from the raw material tank 110, the moisture is Heat exchanger 130 for cooling and liquefying to remove oxygen and nitrogen as air components contained in the removed hydrogen bromide, liquefied hydrogen bromide further removes oxygen and nitrogen by using the boiling point difference of the gas, and ultra-high purity bromination Distillation column 140 for recovering hydrogen in a high yield, the storage tank 160 for storing the purified ultra-high-purity hydrogen bromide from the distillation column via the pump 150.

바람직하게는, 흡착탑(120)은 적어도 2개 이상 설치하여 수분제거 능력이 저하되면 스위칭하여 교번 수행 가능하도록 하여 수분제거 능력을 크게 향상시키는 구조로 구성된다. 수분제거는 반드시 흡착제에 의하는데 이는 물과 브롬화수소는 공융화합물이기 때문에(도 2 참조) 상분리기나 액화 등의 방법으로는 제거가 불가능하므로 수분흡착제로 제거하는 것이 안전하기 때문이다. Preferably, the adsorption tower 120 is configured by at least two or more when the water removal ability is reduced is configured to switch to perform alternately to significantly improve the water removal ability. Moisture removal is necessarily due to the adsorbent because water and hydrogen bromide are eutectic compounds (see Fig. 2) because it is impossible to remove by a phase separator or a liquefaction method, so it is safe to remove with a moisture adsorbent.

보다 상세하게는 고형 흡착제에 공기를 접촉시켜 흡착제의 미세공에 흡착되도록 하여 수분을 제거하는 것으로, 이는 열효율 측면에서는 액체에 의한 흡습법, 즉 액상의 흡습성 물질에 공기가 접촉하도록 하여 수분을 제거하는 방법보다 낮지만 수분제거 효율 측면에서는 흡습법보다 높다. 이러한 흡착 공정은 흡착제가 내장된 2개의 흡착탑을 통해 이루어질 수 있으며 이 중 한 쪽은 수분제거 기능, 다른 쪽은 흡착제 재생 기능을 상호 교번적으로 수행하도록 2개의 흡착탑으로 공급되는 압축 공기의 방향을 절환시키는 방향절환 밸브와 이러한 방향절환 밸브의 작동을 제어하는 전자밸브 및 타이머가 내장된 제어반으로 이루어진다.More specifically, the air is contacted with the solid adsorbent to be adsorbed into the micropores of the adsorbent to remove moisture. This is in terms of thermal efficiency. Although lower than the method, it is higher than the hygroscopic method in terms of water removal efficiency. This adsorption process can be accomplished through two adsorption towers with adsorbents, one of which switches the direction of the compressed air supplied to the two adsorption towers to alternately perform the water removal function and the other regeneration of the adsorbent. It consists of a control panel with a built-in directional valve and a solenoid valve and timer to control the operation of the directional valve.

흡착탑(120)은 내부에 수분흡착제로서 활성 알루미나(activated alumina), 실리카겔(silica gel), 알루미나 실리카겔(alumina silica gel), 분자체(molecular sives), 보오크사이트(bouxite), 제올라이트(zeolite) 등과 같은 흡착제가 충전된다. The adsorption tower 120 has activated alumina, silica gel, alumina silica gel, molecular sieves, bouxite, zeolite, zeolite, etc. as a moisture adsorbent therein. The same adsorbent is filled.

공기중의 질소나 산소는 HBr과 섞이지 않는다(도 3 참조). 그리고 배치 방식의 정제를 할 경우 이론단 수단으로 공기 성분 제거가 가능하다. Nitrogen or oxygen in the air is not mixed with HBr (see Fig. 3). In case of batch purification, the air component can be removed by theoretical means.

바람직하게는, 열교환기(130)는 브롬화수소의 압력을 떨어뜨리기 위한 팽창밸브와 브롬화수소를 저온 상태로 만들어 액화하기 위한 냉동기를 포함한다. 흡착탑(120)을 통과한 브롬화수소에는 산소 및 질소와 같은 공기성분이 포함되어 있으므로 이를 제거하여 고순도의 브롬화수소를 정제하기 위한 장치이다. 냉동기는 액화에 사용되는 에너지 1.13 마력에 안전율을 고려하여 1.3 마력의 냉동기를 사용한다.Preferably, the heat exchanger 130 includes an expansion valve for reducing the pressure of the hydrogen bromide and a freezer for liquefying the hydrogen bromide at a low temperature. Since the hydrogen bromide passed through the adsorption tower 120 contains air components such as oxygen and nitrogen, the hydrogen bromide is a device for purifying hydrogen bromide of high purity by removing them. The freezer uses a 1.3 horsepower freezer with a safety factor of 1.13 horsepower used for liquefaction.

회수되는 고순도 브롬화수소의 순도를 더욱 높이고 수율 또한 더욱 향상시키기 위한 증류탑(140)은 바람직하게는, 유체의 점도로 인한 증류탑 효율 상대휘발도를 고려하여 하부에 재열기(143)가 구비되고, 상부에 응축기(141)가 구비된다. 또한, 이론단을 계산하고 적용하여 바람직하게는 8단으로 제작된다. 재열기(143)와 응축기(141) 사이에는 필요한 위치에 충전물로서 일반적인 트레이 또는 기타 불규칙 충전물질이 구비된다. 또한 증류탑(140)의 상부에는 증류탑(140)의 탑정에서 나온 기체를 응축기(141)에 의해 응축한 것을 분리시켜 하부에서 폐수를 배출하고 상부에서 배출되는 유체는 다시 증류탑으로 환류시켜 재순환시키는 분리기(142)가 구비된다. Distillation column 140 for further increasing the purity of the recovered high-purity hydrogen bromide and further improve the yield is preferably, the reheater 143 is provided at the bottom in consideration of the relative efficiency of the distillation column efficiency due to the viscosity of the fluid, The condenser 141 is provided. In addition, the theoretical stages are calculated and applied, preferably eight stages. Between the reheater 143 and the condenser 141 is provided a common tray or other irregular filling material as the filling in the required position. In addition, the upper part of the distillation column 140 to separate the condensation of the gas from the top of the distillation column 140 by the condenser 141 to discharge the waste water from the bottom and the fluid discharged from the upper back to the distillation column to recirculate the separator ( 142 is provided.

이하, 본 발명에 의한 초고순도 브롬화수소를 정제하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method for purifying ultra high purity hydrogen bromide according to the present invention will be described.

원료탱크(110)로부터 나온 수분과 산소, 질소가 포함된 조질 브롬화수소를 흡착탑(120)으로 이송시켜 수분을 제거한다. 흡착탑(120)을 사용하여 수분이 제거된 브롬화수소는 불순물인 산소, 질소를 제거하기 위해 열교환기(130)로 이송시켜 팽창밸브를 열어 압력을 떨어뜨리고 냉동기를 통해 온도를 더욱 낮추어 액화시킨 다. 열교환기(130)를 사용하여 액화된 브롬화수소를 증류탑(140)으로 이송시켜 가스의 비등점 차이를 이용하여 산소, 질소를 더욱 제거하고 액화단계에서 유실되는 브롬화수소를 회수하여 높은 수율로 초고순도의 브롬화수소를 정제한다. 증류탑(140)을 사용하여 정제된 초고순도의 브롬화수소를 펌프(150)를 거쳐 저장탱크(160)에 저장한다.Moisture from the raw material tank 110 and the crude hydrogen bromide containing oxygen, nitrogen is transferred to the adsorption tower 120 to remove the moisture. Hydrogen bromide from which moisture is removed using the adsorption tower 120 is transferred to the heat exchanger 130 to remove oxygen and nitrogen, which are impurities, to open the expansion valve, drop the pressure, and lower the temperature through the freezer to liquefy. The liquefied hydrogen bromide is transferred to the distillation column 140 using the heat exchanger 130 to further remove oxygen and nitrogen by using the difference in boiling point of the gas, and to recover the hydrogen bromide lost in the liquefaction step. Purify the hydrogen bromide. Ultra-high purity hydrogen bromide purified using the distillation column 140 is stored in the storage tank 160 via the pump 150.

이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples.

순도 98%, 수분 0.1%, 질소 0.05%, 산소 0.05%, 생산량으 20kg/hr, 25도, 24Bar로 존재하는 HBr원료를 원료 탱크(110)으로부터 흡착탑(120)으로 이송하여 수분을 제거하였다. 흡착탑(120)을 통해 수분이 제거된 브롬화수소는 산소, 질소를 제거하기 위한 액화를 거치기 위해 열교환기(130)로 이송시켰다. Purity HBr raw material present in 98%, 0.1% moisture, 0.05% nitrogen, 0.05% oxygen, 20kg / hr, 25 degrees, 24Bar of production was transferred from the raw material tank 110 to the adsorption tower 120 to remove water. Hydrogen bromide from which water was removed through the adsorption tower 120 was transferred to the heat exchanger 130 to undergo liquefaction to remove oxygen and nitrogen.

열교환기(130)로 이송된 수분이 제거된 브롬화수소는 팽창밸브와 냉동기를 사용할 경우 압력이 24Bar에서 15Bar로 떨어지고, 온도가 25℃에서 5℃로 냉각되어 액화되었으며, 이러한 공정을 거친 결과를 <표 1>에 나타내었다. 수분이 제거된 브롬화수소(표 1의 S1)를 0.2473㎏-mol/hr의 유체속도로 흘려주었을 때, 액체상태로 회수되는 고순도 브롬화수소(표 1의 S3)의 유체속도는 0.2132㎏-mol/hr로 나타나 86.2%(mol)의 수율로 회수되는 것을 알 수 있다. Hydrogen bromide from which the water transferred to the heat exchanger 130 was removed was liquefied when the pressure was reduced from 24Bar to 15Bar when the expansion valve and the refrigerator were used, and the temperature was cooled from 25 ° C to 5 ° C. Table 1 is shown. When water-removed hydrogen bromide (S1 in Table 1) was flowed at a fluid rate of 0.2473 kg-mol / hr, the fluid velocity of high-purity hydrogen bromide (S3 in Table 1) recovered in a liquid state was 0.2132 kg-mol / It can be seen that the hr is recovered in a yield of 86.2% (mol).

<표 1>TABLE 1

Figure 112009058796110-PAT00001
Figure 112009058796110-PAT00001

열교환기(130)를 통해 액화된 브롬화수소를 순도를 더욱 높이고 수율 또한 더욱 향상시키기 위해 증류탑(140)으로 이송시켰다. 증류탑(140)을 통하여 산소, 질소 등의 공기성분이 포함된 브롬화수소를 비등점의 차이를 이용하여 증류하며, 고비등점 물질인 브롬화수소를 하부에서 초고순도로 회수하여 펌프(150)를 통하여 저장탱크(160)로 이송하고, 저비등점 물질인 산소 및 질소를 상부로 배출하고 이를 응축기(141)를 통해 응축한 후 분리기(142)에서 폐수를 배출하고, 폐수를 제외한 나머지 유체를 증류탑(140)으로 재순환시켰다. The liquefied hydrogen bromide was transferred to the distillation column 140 to further increase the purity and further improve the yield through the heat exchanger 130. Hydrogen bromide containing air components such as oxygen and nitrogen through the distillation column 140 is distilled by using a difference in boiling point, and the hydrogen bromide, which is a high boiling point material, is recovered at a high purity from the bottom and stored in a storage tank through the pump 150. Transfer to the 160, and discharge the oxygen and nitrogen as a low boiling point to the upper and condensate it through the condenser 141 and then discharge the waste water from the separator 142, the remaining fluid except the waste water to the distillation column 140 Recycled.

이하 <표 2>에 증류탑(140)을 거쳐서 초고순도로 정제된 브롬화수소의 실험데이터를 나타내었다. Table 2 shows experimental data of hydrogen bromide purified to ultra high purity through the distillation column 140.

<표 2>TABLE 2

Figure 112009058796110-PAT00002
Figure 112009058796110-PAT00002

열교환기(130)를 통해 액화되어 기체와 액체가 혼합된 상태의 브롬화수소(표 2의 S1)를 0.2473㎏-mol/hr의 유체속도로 흘려주었을 때 액체상태로 회수되는 고순도 브롬화수소(표 2의 S3)의 유체속도는 0.2460㎏-mol/hr로써 99.5%(mol)의 수율을 나타냈다. 이는 열교환기(130)만을 거친 실험데이터 <표 1>에서 나타난 결과로부터 도출되는 86.2%(mol) 수율과 비교하여 보면 고순도 브롬화수소의 수율이 현저히 향상된 것을 알 수 있다. High-purity hydrogen bromide (liquefied through the heat exchanger 130) and recovered in a liquid state when flowing hydrogen bromide (S1 in Table 2) at a fluid rate of 0.2473 kg-mol / hr mixed with gas and liquid (Table 2 The flow rate of S3) was 0.2460 kg-mol / hr, indicating a yield of 99.5% (mol). This can be seen that the yield of high purity hydrogen bromide is significantly improved as compared with the yield of 86.2% (mol) derived from the results shown in the experimental data <Table 1> only through the heat exchanger (130).

뿐만 아니라, 제거되는 산소, 질소의 양도 <표 1>의 2.1418 × 10-4㎏-mol/hr와 비교하여 볼 때, <표 2>에서는 2.3528 × 10-4㎏-mol/hr로 나타나 순도 또한 더욱 향상되어 초고순도의 브롬화수소가 정제됨을 알 수 있다.In addition, the amount of oxygen and nitrogen to be removed is also 2.3528 × 10 −4 kg-mol / hr in Table 2, when compared to 2.1418 × 10 −4 kg-mol / hr in Table 1. It can be seen that the ultra-high purity hydrogen bromide is further refined.

상기 각각의 장치들에는 장치를 제어하기 위해서 필요한 전원, 온도센서, 습도센서, 압력센서, 다양한 종류의 밸브, 각 장치의 현재 상태 등을 표시하는 패널 등을 부가적으로 포함할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 또한 필요에 따라 부가적인 열교환기, 서지탱크, 보일러, 응축기, 피드펌프, 압축기 등을 더 포함하여 설치할 수 있다. Each of the devices may additionally include a power source, a temperature sensor, a humidity sensor, a pressure sensor, various types of valves, a panel displaying a current state of each device, and the like, necessary to control the device. It is obvious to those skilled in the art. In addition, if necessary, additional heat exchangers, surge tanks, boilers, condensers, feed pumps, compressors, etc. may be further included.

도 1은 본 발명에 의한 브롬화수소를 고순도로 정제하는 정제장치를 개략적으로 나타내는 공정도.1 is a process diagram schematically showing a purification apparatus for purifying hydrogen bromide according to the present invention with high purity.

도 2는 물과 HBr에서 HBr의 증기/액체 몰분율 그래프2 is a graph of the vapor / liquid molar fraction of HBr in water and HBr.

도 3은 공기와 HBr에서 HBr의 증기/액체 몰분율 그래프3 is a graph of the vapor / liquid molar fraction of HBr in air and HBr.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100: 브롬화수소 정제장치100: hydrogen bromide purification device

110: 원료탱크, 120: 흡착탑,110: raw material tank, 120: adsorption tower,

130: 열교환기, 140: 증류탑, 130: heat exchanger, 140: distillation column,

141: 응축기, 142: 분리기, 141: condenser, 142: separator,

143: 재열기, 150: 펌프, 143: reheater, 150: pump,

160: 저장탱크160: storage tank

Claims (11)

(a) 원료탱크 내에 존재하는 불순물이 포함된 브롬화수소를 흡착탑으로 이송시켜 수분을 제거하는 수분제거단계;(a) a water removal step of removing water by transferring hydrogen bromide containing impurities present in the raw material tank to an adsorption tower; (b) 수분이 제거된 브롬화수소를 열교환기로 이송시켜 액화하는 액화단계; 및(b) liquefaction step of liquefied by transferring the removed hydrogen bromide to a heat exchanger; And (c) 액화된 브롬화수소를 상부에 응축기 및 분리기를 구비하고 하부에 재열기를 구비한 증류탑으로 이송시켜 산소 및 질소를 포함하는 공기성분을 제거하는 공기성분제거단계를 포함하는 브롬화수소의 정제방법.(c) purifying the hydrogen bromide comprising the air component removal step of removing the air component containing oxygen and nitrogen by transferring the liquefied hydrogen bromide to the distillation column having a condenser and separator at the top and a reheater at the bottom . 제 1항에 있어서, 상기 수분제거는 활성 알루미나, 실리카겔, 분자체, 알루미나 실리카겔, 보오크사이트 및 제올라이트 중 어느 하나 이상의 수분흡착제를 사용하여 행해지는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제방법.The method for purifying hydrogen bromide according to claim 1, wherein the water removal is performed using any one or more moisture adsorbents of activated alumina, silica gel, molecular sieve, alumina silica gel, bauxite and zeolite. 제 1항에 있어서, 상기 흡착탑은 2개의 흡착탑으로 구성되며, 한쪽은 수분제거, 다른 쪽은 흡착제 재생을 상호 교번적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제방법.The method of claim 1, wherein the adsorption tower is composed of two adsorption towers, one of which removes moisture and the other of alternately performing adsorbent regeneration. 제 1항에 있어서, 상기 증류탑의 상부로 배출되어 상기 응축기를 통하여 응축된 물질을 상기 분리기에서 분리하여 폐수를 배출하고, 폐수를 제외한 나머지를 증류탑으로 환류시켜 재순환시키는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제방법.The method for purifying hydrogen bromide according to claim 1, wherein the material discharged to the upper part of the distillation column and condensed through the condenser is separated from the separator to discharge waste water, and the remaining water except the waste water is recycled to the distillation column for recycling. . (a) 불순물이 포함된 브롬화수소가 저장된 원료탱크,(a) a raw material tank containing hydrogen bromide containing impurities; (b) 상기 원료탱크로부터 이송되는 브롬화수소의 수분을 제거하기 위한 수분흡착제가 충전된 흡착탑,(b) an adsorption tower filled with a moisture adsorbent for removing moisture of hydrogen bromide transferred from the raw material tank; (c) 상기 흡착탑을 통하여 수분이 제거된 브롬화수소를 액화하기 위한 열교환기, 및(c) a heat exchanger for liquefying hydrogen bromide from which water is removed through the adsorption tower, and (d) 상기 열교환기를 통하여 액화된 브롬화수소를 이송시켜 산소 및 질소를 포함하는 공기성분을 제거하기 위한 장치로서 상부에 응축기 및 하부에 재열기를 포함하여 구성된 증류탑으로 이루어지는 브롬화수소 정제장치. (d) Hydrogen bromide purification apparatus comprising a distillation column comprising a condenser at the top and a reheater at the bottom to transfer the liquefied hydrogen bromide through the heat exchanger to remove air components including oxygen and nitrogen. 제 5항에 있어서, 상기 증류탑으로부터 나온 공기성분이 제거된 브롬화수소를 저장탱크로 이송하는 펌프 및 상기 펌프로부터 이송된 브롬화수소를 저장하는 저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제장치.6. The hydrogen bromide purification apparatus according to claim 5, further comprising a pump for transferring the hydrogen bromide from which the air component from the distillation column is removed to the storage tank and a storage tank for storing the hydrogen bromide transferred from the pump. 제 5항에 있어서, 상기 흡착탑의 수분흡착제는 활성 알루미나, 실리카겔, 분자체, 알루미나 실리카겔, 보오크사이트 및 제올라이트 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제장치.The hydrobromide purification apparatus according to claim 5, wherein the water adsorbent of the adsorption tower comprises any one or more of activated alumina, silica gel, molecular sieve, alumina silica gel, bauxite and zeolite. 제 5항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 흡착탑은 한쪽은 수분제거 기능, 다른 쪽은 흡착제 재생 기능을 상호 교번적으로 수행하도록 2개의 흡착탑으로 구성되며, 상기 2개의 흡착탑으로 공급되는 압축 공기의 방향을 절환시키는 방향절환 밸브, 상기 방향절환 밸브의 작동을 제어하는 전자밸브 및 타이머가 내장된 제어반을 포함하는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제장치.The method according to claim 5 or 7, wherein the adsorption tower is composed of two adsorption towers alternately performing a water removal function on one side and an adsorbent regeneration function on the other side, and the direction of compressed air supplied to the two adsorption towers. Hydrogen bromide purification apparatus comprising a control panel with a built-in direction switching valve for switching the operation, the solenoid valve for controlling the operation of the direction switching valve and a timer. 제 5항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 수분이 제거된 브롬화수소를 감압시키기 위한 팽창밸브 및 저온상태로 만들기 위한 냉동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제장치.6. The hydrogen bromide refining apparatus according to claim 5, wherein the heat exchanger includes an expansion valve for depressurizing the dehydrogenated hydrogen bromide and a freezer for making it at a low temperature. 제 5항에 있어서, 상기 증류탑은 8단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제장치.6. The hydrogen bromide refining apparatus according to claim 5, wherein the distillation column is composed of eight stages. 제 5항 또는 제 10항에 있어서, 상기 증류탑은 상부로 배출되어 상기 응축기를 통하여 응축된 물질을 분리하여 폐수를 배출하고, 폐수를 제외한 나머지를 증류탑으로 환류시켜 재순환시키는 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브롬화수소 정제장치. The method of claim 5 or 10, wherein the distillation column is discharged to the top to separate the condensed material through the condenser to discharge the waste water, and further comprising a separator for recirculating the remaining water except the waste water to the distillation column. Hydrogen bromide refining apparatus.
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