KR20160134666A - 초고순도 (uhp) 이산화탄소 정제 시스템 및 방법 - Google Patents

초고순도 (uhp) 이산화탄소 정제 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160134666A
KR20160134666A KR1020167024988A KR20167024988A KR20160134666A KR 20160134666 A KR20160134666 A KR 20160134666A KR 1020167024988 A KR1020167024988 A KR 1020167024988A KR 20167024988 A KR20167024988 A KR 20167024988A KR 20160134666 A KR20160134666 A KR 20160134666A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vessel
purification system
carbon dioxide
high purity
inlet
Prior art date
Application number
KR1020167024988A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102371149B1 (ko
Inventor
마르코 수치
크리스티안 란도니
사라 보트
찰스 에이치. 애플가쓰
Original Assignee
사에스 게터스 에스.페.아.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 사에스 게터스 에스.페.아. filed Critical 사에스 게터스 에스.페.아.
Publication of KR20160134666A publication Critical patent/KR20160134666A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102371149B1 publication Critical patent/KR102371149B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/864Removing carbon monoxide or hydrocarbons
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • B01J35/19
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1023Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20753Nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2256/00Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/22Carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/70Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702Hydrocarbons
    • B01D2257/7022Aliphatic hydrocarbons
    • B01D2257/7025Methane
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/20Capture or disposal of greenhouse gases of methane
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
    • Y02P20/156Methane [CH4]

Abstract

본 발명은 그의 첫 번째 측면에서 초고순도 (UHP) 이산화탄소 정제 시스템(20)에 관한 것이고 그의 두 번째 측면에서 UHP 이산화탄소 정제 방법에 관한 것이다. 본 발명은 지지된 니켈 산화물(23) 및 지지된 팔라듐 산화물(24)을 사용하고, 여기서 정제 시스템(20)의 상부 구획(211)은 지지된 니켈 산화물(23)로 적어도 부분적으로 충전되고, 그의 하부 구획(212)은 지지된 팔라듐 산화물(24)로 적어도 부분적으로 충전되고, 여기서 정제 시스템(20)의 상부 및 하부 구획(211, 212)은 물리적 분리를 갖지만 유체 소통된다.

Description

초고순도 (UHP) 이산화탄소 정제 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR ULTRA HIGH PURITY (UHP) CARBON DIOXIDE PURIFICATION}
본 발명은 초고순도 (UHP) 이산화탄소 정제 시스템 및 초고순도 (UHP) 이산화탄소를 수득하기 위한 고순도 (HP) 이산화탄소 정제 방법에 관한 것이다.
UHP 이산화탄소는 가스 내의 불순물 수준의 정밀한 제어를 필요로 하는 많은 산업적인 용도를 갖는다. 순도의 관점에서 가스상 CO2의 가장 까다로운 용도 중에는 특히 가스상 및/또는 임계 및/또는 초임계 CO2를 사용하도록 설계된 리소그래피 장치 제조 공정과 관련된 반도체 제작 공정이 있다. 부가적인 상세한 사항 및 정보는 국제 특허 출원 WO 2004/081666, "이산화탄소를 사용한 액침 리소그래피 방법(Immersion lithography methods using carbon dioxide)" 및 국제 특허 출원 WO 2006/084641, "액침 액체, 노출 장치, 및 노출 방법(Immersion liquid, exposure apparatus, and exposure process)"에서 검색될 수 있다. 이들 방법에서는 고에너지 자외선 빔이 사용된다. 메탄과 같은 탄화수소가 존재하면 이들 빔의 투과 특성이 변할 수 있고 장치 상에 탄소질 침적물이 형성됨으로써 그의 기능이 변하고 손상될 수 있다.
최종 생성물에 방해가 되고 해로울 뿐만 아니라 정제 매질의 성능에 방해가 되기 때문에 우려되는 다른 가스는 황 화합물이며, 황 화합물의 제거 필요성에 대해서는 예를 들어 US 특허 5,674,463을 참조하도록 한다.
이들 모든 응용에서 필요한 출구 순도는 종종 ppb (십억분의 일) 또는 서브-ppb 수준이다. 정제 시스템은, 과도한 교체를 회피하기 위해, 주어진 시간 동안에 이러한 가스 품질을 보장할 수 있어야 하기 때문에, 이러한 시스템은 입구 CO2 가 적어도 3N (3개의 9) 품질을 가질 것을 필요로 하고, 이는 가스의 99.9%가 CO2로 이루어지고 그러므로 다른 가스의 누적 상한 함량은 합해서 0.1% 이하일 수 있음을 의미한다. 이러한 특징을 갖는 이산화탄소는 본 발명의 목적 및 진의를 위해 HP CO2로서 정의되고, 이를 UHP 수준으로 정제하는 시스템은 UHP 이산화탄소 정제 시스템으로서 정의된다.
명료하게 하기 위해, 본 발명은 UHP 이산화탄소 출구 (즉, 4N의 CO2 - 99.99% 가스 품질 이상)를 초래하는 HP 입구 순도 수준을 갖는 이산화탄소의 정제로 국한된다.
상기 설명에 비추어, 본 발명에 따른 정제기는 HP 수준 이상의 입구 가스 품질에서 작동될 수 있다는 것은 확실하다.
상기에 요약된 것 외에도, 정제된 CO2의 필요성 및 사용은 또한 혼합 금속 산화물, 예컨대 구리 및 아연 산화물 (Cu/ZnO); 철 및 망간 산화물 (Fe/MnOx); 니켈 산화물 (NiO) 및 티타늄 산화물 (TiOx); 팔라듐 산화물 (PdOx) 및 세륨 산화물 (CeOx); 및 바나듐 산화물 (VOx)을 이산화탄소 정제에 사용하는 것에 대해 알리고 기술하는 국제 특허 출원 WO 2004/035178에 기술되어 있다.
본 발명은 이산화탄소가 적은 분율로 (전형적으로 10% 미만) 함유된 배기 가스 정제 시스템, 즉 가스 정제를 달성하지 못하고 최상의 경우에도 단지 약간의 농도 증가를 달성하는, 예를 들어 US 특허 출원 2011/165046에 기술된 그러한 시스템과는 완전히 상이한 문제에 대해 논한다는 것을 유념해야 한다.
종래 기술에서 개시된 해결책과는 상이하게, 본 발명의 목적은 주로 UHP 이산화탄소를 수득하기 위해 HP 이산화탄소로부터 메탄을 제거하는 효율적인 해결책에 주안점을 둔다. 본 발명은, 그의 첫 번째 측면에서, 입구 및 출구를 갖는 UHP 이산화탄소 정제 시스템인, 상기 입구에 인접한 그의 상부 구획은 지지된 니켈 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고, 상기 출구에 인접한 그의 하부 구획은 지지된 팔라듐 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고, 여기서 시스템의 상기 상부 구획과 하부 구획은 물리적 분리를 갖지만 유체 소통되는 것을 특징으로 하는, UHP 이산화탄소 정제 시스템으로 이루어진다.
표현 "상기 입구에 인접한"은 지지된 니켈 산화물이 추가로 정제될 HP CO2와 접촉하는 제1 정제 물질임을 나타낸다. 마찬가지로 표현 "상기 출구에 인접한"은 지지된 팔라듐 산화물이 추가로 정제될 HP CO2와 접촉하는 제2 정제 물질임을 나타내거나, 또한 동등하게, 지지된 팔라듐 산화물이 지지된 니켈 산화물에 대해 하류에 있음을 나타낸다.
본 발명은 하기 도면에 의해 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정제 시스템의 첫 번째 실시양태의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정제 시스템의 대안적인 실시양태의 개념도이다.
도면에서, 도시된 요소의 치수 및 치수 비는 정확하지 않을 수 있지만, 일부 경우에는 도면의 가독성을 개선하기 위해 변경되었고, 더욱이 임의적 또는 비-필수적 요소, 예컨대 예를 들어 가열기, 유량 제어기, 추가의 정제 단계는 도시되지 않았다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 정제 시스템(10)을 도시한다. 용기(11)의 파단도(100)는 용기(11)의 상부 구획 내에 존재하는 지지된 니켈 산화물(13) 및 용기(11)의 하부 구획 내에 존재하는 지지된 팔라듐 산화물(14)을 위한 물리적 분리기로서 작용하는 입자 여과기(12)를 도시한다. 도 1에는 또한 샘플링 포트(15)가 도시되어 있다. 용기의 "상부 구획"은 물리적 분리기(12) (이러한 경우에는 입자 여과기)와 용기 입구(16) 사이의 영역이고, 반면에 "하부 구획"은 상응하게 분리기(12)와 용기 출구(17) 사이의 영역이다. 정제 시스템(10)은 또한 각각 입구(16), 출구(17) 및 샘플링 포트(15) 상에 장착된 3개의 차단 밸브(18, 18' 및 18'')를 포함한다.
도 1에 도시된 입자 여과기(12)는 적합한 분리기의 단지 하나의 가능한 예이지만, 원칙적으로 지지된 산화물을 보유할 수 있고 시스템의 상부 구획과 하부 구획 사이의 유체 소통 (즉 이산화탄소 통과)를 허용할 수 있는 임의의 장치 또는 수단, 예컨대 예를 들어 다공질 격벽, 스크린 그리드, 금속성 메쉬, 천공된 금속성 시트 등이 대안적으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 정제 시스템(20)의 대안적인 실시양태가 도 2에 도시되어 있다. 이러한 경우에 지지된 니켈 산화물(23)은 입구(261) 및 출구(271)를 갖는 제1 용기(211) 내에 함유되고, 지지된 팔라듐 산화물(24)은 입구(262) 및 출구(272)를 갖는 제2 용기(212) 내에 함유된다. 각각의 용기(211, 212)의 저부에는 각각 입자 여과기(221, 222)가 배치된다. 시스템은 또한 샘플링 포트(25)를 포함하고, 각각 입구(261), 출구(271), 입구(262), 출구(272) 및 샘플링 포트(25) 상에 장착된 차단 밸브(28, 28', 28'', 28''', 28'''')를 가짐으로써 완성된다. 각각 용기(211, 212) 내에 존재하는 지지된 NiO(23) 및 지지된 PdO(24)는 각각 파단도(211' 및 212')를 통해 명확하게 나타내어져 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 대안적인 실시양태에서, 제1 용기(211)의 출구(271)는, 개재된 차단 밸브(28' 및 28'')를 거쳐, 예를 들어 재밀봉 가능한 기밀 VCR 부품에 의해, 제2 용기(212)의 입구(262)와 직접 연결되어 있다 (대안적으로 이들은 용접될 수 있음). 대안적인 실시양태에서, 하나 이상의 부가적인 요소, 예를 들어 체크-밸브, 입자 여과기, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 차단 밸브 (수동 또는 자동으로 작동됨)가 용기들 사이에 개재될 수 있다.
효율적인 UHP 이산화탄소 정제 방법을 갖기 위해, 용기(11)의 상부 구획의 내부 부피의 20% 이상은 지지된 니켈 촉매 (니켈 산화물)로 충전될 것이며, 용기(11)의 하부 구획의 부피의 20% 이상은 지지된 팔라듐 촉매 (팔라듐 산화물)로 충전될 것이다. 2개의 순차적인 개별 용기의 경우, 이는 바꿔 말하자면, 제1 용기(211)의 경우에 지지된 NiO에 의한 20% 부피 충전, 및 제2 용기(212)의 경우에 지지된 PdO에 의한 20% 부피 충전이다.
임의의 적합한 지지체가 니켈 산화물 및 팔라듐 산화물을 위해 사용될 수 있고, 가장 통상적인 유형의 지지체는 알루미나, 활성 탄소, 및/또는 SiO2이다. 니켈 산화물의 경우에, 지지 요소로서 SiO2를, 일부 경우에 (통상적으로 수 %의 범위의) MgO와의 조합으로서, 사용하는 것이 바람직하고, 반면에 팔라듐 산화물의 경우에 바람직한 지지체는 알루미나이다. 임의의 경우에 두 물질 모두에 있어서 표면적은 바람직하게는 50 ㎡/g 초과이고 이상적으로는 100 ㎡/g 초과이다.
정제 시스템의 수명 동안에, 물질의 속성이 변하고, 특히 NiO가 이산화탄소 스트림 내에 존재하는 황 화합물과 반응하므로, 시간이 경과함에 따라 NiO가 점진적으로 소모되는 반면에, PdO와 메탄의 반응은 순수하게 촉매작용적이어서 산소의 존재에 의해 촉발된다는 것을 명심해야 한다.
감소된 20% 부피 충전은 소모 현상뿐만 아니라 용기의 일부가 다른 정제 물질을 함유할 수 있다는 사실, 예를 들어 용기의 하부 부분이 분자체를 함유할 수 있다는 사실을 감안한 것이다.
또한 정제 시스템의 상부 구획 내에 함유된 지지된 NiO 대 정제 시스템의 하부 구획 내에 함유된 지지된 PdO의 중량비가 10 내지 0.1, 바람직하게는 5 내지 0.2에 포함되는 것이 바람직하다.
게다가, 본 발명에 따른 정제 시스템은 바람직하게는, 2개의 지지된 매질 (NiO, PdO)의 온도를 제어하기 위해, 하나 이상의 가열기 및 온도 감지 장치 (전형적으로 열전대)를 구비한다.
순차적으로 배열된 2개의 용기인, 20% 이상이 지지된 니켈 산화물로 충전된 제1 용기 및 20% 이상이 지지된 팔라듐 산화물로 충전된 제2 용기를 사용하도록 설계된 실시양태에서, 각각의 용기는 전용 가열기 및 온도 감지 장치 (열전대를 사용하는 것이 바람직함)를 구비한다.
이미 요약된 바와 같이, 지지된 PdO에 의한 메탄의 효율적 제거에는 산소의 존재가 필요하고, 따라서 바람직한 실시양태에서 본 발명에 따른 정제 시스템은 산소의 첨가를 위한 부가적인 입구를 갖도록 설계된다. 산소는, 예를 들어 외부 블렌딩 시스템에 의해, 정제될 가스와 예비-혼합될 수 있고, 더욱이 유입되는 정제될 가스가 메탄보다 더 높은 산소 농도를 갖는 경우에, 산소를 첨가하는 것은 불필요할 수 있고 특정한 수준에서는 오히려 해로울 수 있기 때문에, 이러한 부가적인 입구는 임의적이라는 것을 분명히 알아야 한다. 상기 설명에 따라, 임의의 경우에 산소 농도는 50 ppm (백만분의 일) 이하로 유지되어야 하는데, 왜냐하면 본 발명은 UHP 이산화탄소 정제기에 관한 것이기 때문이고, 산소가 또한 제어되어야 하는 가스상 물질이므로, 유입되는 가스의 사양이, 산소 농도가 더 높아지는 것이 해로울 수 있고 산출 가스 품질에 부정적으로 영향을 미치는 그러한 사양이기 때문이다.
추가의 실시양태에서, 본 발명에 따른 정제 시스템은 황 화합물 검출을 위한 가스 샘플링 포트를 갖는다.
2-용기 정제 시스템의 경우에, 이러한 샘플링 포트는 제1 용기와 제2 용기 사이에 배치될 수 있거나, 대안적으로는 제1 용기의 하부 부분 (중점보다 아래)에 위치하지만 출구로부터 적어도 h/20의 거리만큼 떨어져서 위치하는데, 여기서 h는 제1 용기 높이 (입구와 출구 사이의 거리)로서 정의된다.
본 발명에 따른 정제 시스템에서 사용되는 모든 용기는, 통상적으로 금속으로 제조된, 밀폐된 용기이다. 전형적으로 상기 용기는 스테인레스강으로 제조되고 입자 여과기가 바람직하게는 용기의 출구 바로 앞에 배치된다.
용기의 가장 통상적인 기하형상은 높이 대 반경의 비가 바람직하게는 0.1 내지 10에 포함되는 원통형이긴 하지만, 용기의 기하형상 및 구조는 특정한 요건 또는 제약에 구애되지 않는다.
본 발명에 따른 정제 시스템은 더 큰 정제 시스템의 일부일 수 있고, 특히 이는 미반응 산소의 제거와 같은 불순물 제거를 위한 하나 이상의 부가적인 단계(들)이 후속될 수 있는 예비-정제 단계로서 간주될 수 있다는 것을 유념해야 한다.
본 발명은, 그의 두 번째 측면에서, 입구 및 출구를 갖는 정제 시스템인, 상기 시스템의 상부 구획은 지지된 니켈 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고, 그의 하부 구획은 지지된 팔라듐 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고, 여기서 시스템의 상기 상부 구획과 하부 구획은 물리적 분리를 갖지만 유체 소통됨을 특징으로 하는 정제 시스템에, 산소-농후화된 HP CO2 가스상 스트림을 공급함을 포함하는, HP CO2의 정제 또는 예비-정제 방법으로 이루어진다.
바람직하게는, 정제 시스템을 150℃ 내지 400℃, 더 바람직하게는 275℃ 내지 350℃에 포함되는 온도에서 가열함으로써, 본 발명에 따른 정제 방법을 수행한다.
본 발명에 따른 방법의 대안적인 실시양태는 2개의 연결된 개별 정제 용기를 사용하여 물리적 분리 및 유체 소통을 달성하는데, 상기 제1 용기는 지지된 니켈 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고, 입구 및 출구를 갖고, 상기 출구는 지지된 팔라듐 산화물로 적어도 부분적으로 충전된 제2 용기의 입구와 소통한다.
또한, 본 발명에 따른 방법의 이러한 대안적인 실시양태에서, 정제 물질 (지지된 산화물)을 가열하는 것이 바람직한데, 제1 용기를 바람직하게는 150℃ 내지 400℃, 더 바람직하게는 200℃ 내지 350℃에 포함되는 온도에서 가열하고, 제2 용기를 바람직하게는 250℃ 내지 400℃, 더 바람직하게는 275℃ 내지 350℃에 포함되는 온도에서 가열한다.
본 발명에 따른 방법은 산소-농후화된 HP CO2 가스상 스트림에 적용된다. 본 발명의 목적을 위해 산소 농후화는, 산소의 양이 존재하는 메탄의 양의 2배 이상이지만, HP 가스의 특징을 갖지 않는 CO2를 사용하는 것을 회피하기 위해, 임의의 경우에 50 ppm 이하임을 의미한다 (왜냐하면 산소 및 다른 가스가 존재하면 0.1% 상한 누적 농도 한계가 침범될 것이기 때문임). 이러한 유입되는 산소 수준은 자발적으로 일어날 수 있는데, 왜냐하면 이는 정제 시스템에 들어가는 가스의 특징일 수 있기 때문이며, 따라서 이러한 경우에 산소 첨가를 수행할 필요가 없는데, 왜냐하면 HP CO2는 이미 O2를 농후하게 갖고 있기 때문이고, 그렇지 않으면 산소는 유입되는 HP CO2에 첨가되어야 한다. 정제될 이산화탄소 스트림 내의 바람직한 산소 농도는 메탄 농도의 2 내지 50 배, 바람직하게는 2.5 내지 10 배이다. 산소 첨가를, 유입되는 가스의 사양을 고려하여 수행할 수 있거나, 더 바람직하게는 정제 시스템 입구 앞에서 HP CO2 시료를 샘플링하는 메탄 분석기의 판독 정보를 고려하여 블렌딩 시스템을 통해 조절한다. 임의의 경우에 상기 첨가는 상기에 요약된 50 ppm 산소 한계를 넘어서는 안 된다.
본 발명에 따른 방법은, 심지어는 더 큰 용기와 더 높은 이산화탄소 유량을 결합시키는 것이 바람직할 경우에도, 정제될 HP 이산화탄소의 임의의 특정한 유량으로만 제한되지 않는다. 물질의 양과 유량의 적합한 결합의 한 예로서, 바람직한 간격은 10 ㎥/h의 유량의 CO2를 정제하는 경우에 0.1 내지 10 리터의 지지된 PdO이다. 이전의 비-제한적인 예와는 별개로, 상이한 유량에 대해 용기를 특정 치수로 만들고 규모에 맞게 조절하는 것은 관련 기술분야의 통상의 기술자의 표준적인 역량으로 충분히 가능하다는 점을 알아야 한다.
바람직하게는 본 발명에 따른 방법은 황 화합물을 연속적으로 또는 주기적으로 분석하도록 설계된다. 2-용기 구성을 위한 본 발명에 따른 방법의 더 바람직한 실시양태에서, 제1 용기의 출구로부터 나온 가스 또는 제1 용기의 최하부 구획 내의 가스는 황 화합물의 검출을 위해 주기적으로 샘플링된다. 샘플링은 전용 포트를 통해 이루어질 수 있고 수동으로 또는 자동으로 수행될 수 있다. 샘플링된 가스는 즉각적으로 적합한 분석기, 예컨대 총 황 화학발광 검출기 (SCD)에 보내질 수 있거나, 샘플링 수집 시스템, 예컨대 가스 크로마토그래피와 같은, 그러나 이로 제한되지는 않는 오프라인 분석을 위한, 농축기 시스템 또는 가스 저장기에 보내질 수 있다. 두 번째 해결책은 즉각적인 응답을 제공하지 않는다는 단점을 갖지만, 수집 시스템 내의 황 화합물의 농도로 인해 더 높은 감도를 허용한다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법은, 샘플 가스 내의 황 화합물의 농도가, 바람직하게는 10 ppb 내지 50 ppb (십억분의 일)에 포함되는 역치보다 더 높을 때, 제1 용기를 신선한 물질 (지지된 NiO)을 함유하는 새로운 용기로 교체하도록 설계된다.
본 발명에 따른 정제 방법은 독립적인 공정일 수 있거나, 그렇지 않으면 더 복잡한 UHP 이산화탄소 정제 공정의 예비-정제 단계일 수 있다.

Claims (20)

  1. 입구(16; 261) 및 출구(17; 272)를 갖는 초고순도 (UHP) 이산화탄소 정제 시스템(10; 20)이며, 상기 입구(16; 261)에 인접한 그의 상부 구획은 지지된 니켈 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고, 상기 출구(17; 272)에 인접한 그의 하부 구획은 지지된 팔라듐 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고, 여기서 정제 시스템의 상기 상부 구획과 하부 구획은 물리적 분리를 갖지만 유체 소통되는 것을 특징으로 하는, 초고순도 (UHP) 이산화탄소 정제 시스템(10; 20).
  2. 제1항에 있어서, 상기 물리적 분리 및 유체 소통이 상기 상부 구획과 상기 하부 구획 사이에 개재된 금속성 메쉬, 다공질 격벽, 스크린 그리드, 입자 여과기(12) 또는 천공된 금속성 시트 중 하나 이상에 의해 달성되는 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(10).
  3. 제1항에 있어서, 상기 물리적 분리 및 유체 소통이, 지지된 니켈 산화물로 적어도 부분적으로 충전되고 입구(261) 및 출구(271)를 가지며 상기 출구(271)가 지지된 팔라듐 산화물로 적어도 부분적으로 충전된 제2 용기(212)의 입구(262)와 소통하는 것인 제1 용기(211)에 의해 달성되는 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(20).
  4. 제3항에 있어서, 제1 용기(211)의 상기 출구(271)가 제2 용기(212)의 상기 입구(262)와 직접 연결되고, 상기 직접 연결은 바람직하게는 용기들(211, 212) 사이에 배치된 하나 이상의 차단 밸브(28', 28'')를 포함하는 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(20).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 지지된 니켈 산화물 대 지지된 팔라듐 산화물의 중량비가 10 내지 0.1, 바람직하게는 5 내지 0.2에 포함되는 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(10; 20).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상부 구획 부피의 20% 이상이 지지된 니켈 산화물로 충전되고, 하부 구획 부피의 20% 이상이 지지된 팔라듐 산화물로 충전된 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(10; 20).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 가열기 및 하나의 온도 감지 장치가 구비된 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(10; 20).
  8. 제3항에 있어서, 상기 제1 용기(211) 및 상기 제2 용기(212)에 각각 가열기 및 하나 이상의 온도 감지 장치가 구비된 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(20).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 산소 첨가 입구를 추가로 포함하는 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(10; 20).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플링 포트(15; 25)를 추가로 포함하는 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(10; 20).
  11. 제3항 또는 제10항에 있어서, 상기 샘플링 포트(25)가 제1 용기(211)의 입구(261)와 제2 용기(212)의 입구(262) 사이에 위치하는 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(20).
  12. 제11항에 있어서, 상기 샘플링 포트(25)가 제1 용기(211)의 최하부 구획에 위치하는 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(20).
  13. 제11항에 있어서, 상기 샘플링 포트(25)가 제1 용기(211)의 출구(271)와 제2 용기(212)의 입구(262) 사이에 위치하는 것인 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(20).
  14. 고순도 등급 이상의 이산화탄소를 제1항에 따라 제조된 초고순도 이산화탄소 정제 시스템(10; 20)에 공급하는 것을 포함하는, 고순도 (HP) 이산화탄소를 초고순도 (UHP) 수준으로 정제 또는 예비-정제하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 50 ppm 이하의 산소를 유입되는 고순도 이산화탄소 가스상 스트림에 첨가하는 것인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 첨가된 산소가 공칭 입구 메탄 농도의 2 내지 50 배에 포함되는 것인 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정제 시스템(10; 20)을 150℃ 내지 400℃, 바람직하게는 275℃ 내지 350℃에 포함되는 온도에서 가열하는 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 정제 시스템(20)이 지지된 니켈 산화물로 적어도 부분적으로 충전된 제1 용기(211) 및 지지된 팔라듐 산화물로 적어도 부분적으로 충전된 제2 용기(212)를 포함하는 경우, 상기 제1 용기(211)를 150℃ 내지 400℃, 더 바람직하게는 200℃ 내지 350℃에 포함되는 온도에서 가열하고, 상기 제2 용기(212)를 250℃ 내지 400℃, 더 바람직하게는 275℃ 내지 350℃에 포함되는 온도에서 가열하는 것인 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 정제 시스템 내의 가스를 샘플링하고 황 화합물의 수준에 대해 분석하는 것인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 정제 시스템(20)이 지지된 니켈 산화물로 적어도 부분적으로 충전된 제1 용기(211) 및 지지된 팔라듐 산화물로 적어도 부분적으로 충전된 제2 용기(212)를 포함하는 경우, 상기 황 화합물의 수준이 역치 이상일 때, 상기 제1 용기(211)를 신선한 지지된 니켈 산화물을 함유하는 새로운 용기로 교체하고, 이때 상기 역치는 바람직하게는 10 내지 50 ppb에 포함되는 것인 방법.
KR1020167024988A 2014-03-14 2015-03-05 초고순도 (uhp) 이산화탄소 정제 시스템 및 방법 KR102371149B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITMI20140415 2014-03-14
ITMI2014A000415 2014-03-14
PCT/IB2015/051614 WO2015136416A1 (en) 2014-03-14 2015-03-05 System and method for ultra high purity (uhp) carbon dioxide purification

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160134666A true KR20160134666A (ko) 2016-11-23
KR102371149B1 KR102371149B1 (ko) 2022-03-07

Family

ID=50693820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167024988A KR102371149B1 (ko) 2014-03-14 2015-03-05 초고순도 (uhp) 이산화탄소 정제 시스템 및 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9695049B2 (ko)
EP (1) EP3077336B1 (ko)
JP (1) JP6450405B2 (ko)
KR (1) KR102371149B1 (ko)
CN (1) CN106103342B (ko)
TW (1) TWI669271B (ko)
WO (1) WO2015136416A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102318490B1 (ko) 2021-04-13 2021-10-29 주식회사 하이퓨리티 이산화탄소 가스의 정제유닛 및 정제방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110759323A (zh) * 2018-07-27 2020-02-07 隆基绿能科技股份有限公司 一种气体纯化反应器及气体纯化方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030143129A1 (en) * 2001-10-31 2003-07-31 Rabellino Lawrence A. Air purification system and method for maintaining nitrogen and oxygen ratios with regenerative purification units
WO2010129413A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for the purification of a carbon dioxide stream with heating value and use of this process in hydrogen producing processes
US20110165046A1 (en) * 2010-11-24 2011-07-07 Ford Global Technologies, Llc System For Remediating Emissions And Method of Use

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2999008A (en) * 1957-03-20 1961-09-05 Vulcan Cincinnati Inc Purification of carbon dioxide for urea synthesis
US5674463A (en) 1994-08-25 1997-10-07 The Boc Group, Inc. Process for the purification of carbon dioxide
US5902561A (en) * 1995-09-29 1999-05-11 D.D.I. Limited Low temperature inert gas purifier
US6511640B1 (en) 2000-06-29 2003-01-28 The Boc Group, Inc. Purification of gases
TWI263537B (en) * 2002-02-19 2006-10-11 Praxair Technology Inc Method and system for removing contaminants from gases
CN1705504B (zh) * 2002-10-17 2013-10-16 安格斯公司 纯化二氧化碳的方法
JP2006514361A (ja) * 2003-02-07 2006-04-27 ノキア コーポレイション ソフトウェアの配信
US7029832B2 (en) 2003-03-11 2006-04-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Immersion lithography methods using carbon dioxide
KR101211570B1 (ko) 2005-02-10 2012-12-12 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 침지 액체, 노광 장치, 및 노광 프로세스
CN1970133A (zh) * 2005-11-22 2007-05-30 先普半导体技术(上海)有限公司 超高纯度惰性气体纯化装置及纯化方法
JP5766089B2 (ja) * 2011-10-18 2015-08-19 オルガノ株式会社 二酸化炭素回収精製方法及びシステム
US9216364B2 (en) * 2013-03-15 2015-12-22 Air Products And Chemicals, Inc. Onsite ultra high purity chemicals or gas purification

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030143129A1 (en) * 2001-10-31 2003-07-31 Rabellino Lawrence A. Air purification system and method for maintaining nitrogen and oxygen ratios with regenerative purification units
WO2010129413A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for the purification of a carbon dioxide stream with heating value and use of this process in hydrogen producing processes
US20110165046A1 (en) * 2010-11-24 2011-07-07 Ford Global Technologies, Llc System For Remediating Emissions And Method of Use

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102318490B1 (ko) 2021-04-13 2021-10-29 주식회사 하이퓨리티 이산화탄소 가스의 정제유닛 및 정제방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102371149B1 (ko) 2022-03-07
EP3077336A1 (en) 2016-10-12
CN106103342A (zh) 2016-11-09
TW201542455A (zh) 2015-11-16
TWI669271B (zh) 2019-08-21
US9695049B2 (en) 2017-07-04
US20170044019A1 (en) 2017-02-16
EP3077336B1 (en) 2017-05-17
JP6450405B2 (ja) 2019-01-09
CN106103342B (zh) 2018-01-23
JP2017513803A (ja) 2017-06-01
WO2015136416A1 (en) 2015-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100699293B1 (ko) 반응성 기체의 빌트인 정제 장치
US5895519A (en) Method and apparatus for purifying hydrogen gas
US7645431B2 (en) Purification of noble gases using online regeneration of getter beds
KR102476970B1 (ko) 가스 공급 용기
KR101486110B1 (ko) 오염물이 가스 정제기에 도달하는 것을 방지하기 위한 시스템
US20110070149A1 (en) Thin layer fixed bed reactor for the chemical treatment of a finely divided catalytic solid
KR20160134666A (ko) 초고순도 (uhp) 이산화탄소 정제 시스템 및 방법
EP3603769A1 (en) Carbon dioxide removal device and method for recovering carbon dioxide adsorption capacity of adsorbent
US9149756B2 (en) Device for the adsorption treatment of a fluid or fluid stream
WO2008101257A2 (en) Delivery of gases from internally regulated cylinders
KR101866918B1 (ko) 아산화질소 재생가능 실온 정제기 및 방법
US9878278B2 (en) Method of purifying hydrogen from a metal hydride storage system
JP2004122040A (ja) 気体透過膜使用装置
CN101262927A (zh) 除去气体中杂质的方法
Schumacher et al. Seperation of Hydrocarbons in Fixed Beds of Molecular Sieves
Stafford et al. Purification of H 2 Se
JP2017154920A (ja) アンモニア除去設備及び除去方法、水素ガスの製造装置及び製造方法、燃料電池並びに輸送機
JP2009254960A (ja) 水素化スズの除害方法および除害装置

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant