KR20190040584A - Method and apparatus for producing high purity nitric oxide for semiconductor using the nitric acid production process - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing high purity nitrogen monoxide for a semiconductor, wherein the method for manufacturing high purity nitrogen monoxide according to the present invention comprises steps of: (a) supplying a mixed gas produced in a nitric acid manufacturing process for manufacturing a nitric acid by oxidizing ammonia and containing low purity nitrogen monoxide; (B) separating and purifying the mixed gas using the boiling point difference; and (c) adsorbing and purifying the separated and purified mixed gas by using an adsorbent.

Description

질산 제조공정을 이용한 반도체용 고순도 일산화질소의 제조방법 및 제조장치{Method and apparatus for producing high purity nitric oxide for semiconductor using the nitric acid production process}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high purity nitric oxide (NO.sub.3)

본 발명은 반도체용 고순도 일산화질소 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상업용 질산 제조공정에서 대량 생성된 반응물질인 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스로부터 연속적으로 고순도 일산화질소를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and an apparatus for producing high purity nitrogen monoxide for semiconductor, and more particularly, to a method for producing high purity nitrogen monoxide from a mixed gas containing low purity nitrogen monoxide, which is a mass- ≪ / RTI >

반도체 소자의 고집적화에 따라서 반도체 소자 상에 막을 이루어 절연하는 산화막 등의 절연막의 두께가 점차로 얇아지는 추세인데, 이렇게 얇은 절연막에 불순물이 침투되면 반도체 소자의 전기적인 특성이 저하되는 현상이 발생한다.The thickness of an insulating film such as an oxide film which is formed as a film on a semiconductor element in accordance with the highly integrated semiconductor device tends to be gradually thinned. When impurities penetrate into such a thin insulating film, the electrical characteristics of the semiconductor device are deteriorated.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 산화막 등의 절연막에 질소(N) 이온을 침적시켜서 질화막을 형성시키는 방법이 개발되어 사용되고 있다. 이러한 질화막은 소자 구동시 유발되는 핫 캐리어 효과(hot carrier effect) 및 후속 열처리에 의한 보론(boron) 등의 불순물 침투를 방지할 수 있다.In order to overcome such a problem, a method of forming a nitride film by depositing nitrogen (N) ions in an insulating film such as an oxide film has been developed and used. Such a nitride film can prevent a hot carrier effect caused by driving the device and impurity penetration such as boron by a subsequent heat treatment.

이러한 질화막을 형성시키는 방법으로는 암모니아(NH3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O) 등의 가스를 이용한 산화방법이 있다.As a method of forming such a nitride film, there is an oxidation method using a gas such as ammonia (NH 3 ), nitrogen monoxide (NO), or nitrous oxide (N 2 O).

이러한 가스 중 공정상 취급이 용이하고, 산화성이 우수한 아산화질소(N2O)가 널리 사용 중이나, 아산화질소는 반도체 제조공정 챔버로 투입되기 전 별도의 챔버에서 램프에 의해 광분해될 때에, 아래의 [화학식 1]과 같이 일산화질소(NO)와 질소(N)가 재결합되고, 에너지 손실량이 증가하기 때문에, 점차 일산화질소를 광분해하여 발생된 질소(N)를 직접 사용하고 있다.Among these gases, nitrous oxide (N 2 O), which is easy to handle in the process and has excellent oxidative properties, is widely used, but when nitrous oxide is photo-decomposed by a lamp in a separate chamber before being introduced into a semiconductor manufacturing process chamber, Nitrogen (NO) and nitrogen (N) are recombined with each other and the amount of energy loss is increased as shown in the formula (1), so nitrogen (N) generated by photolysis of the nitrogen monoxide gradually is directly used.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

N2O + hv → NO + 1/2N2 → N2O + NO + N2 N 2 O + hv? NO + 1 / 2N 2 ? N 2 O + NO + N 2

(여기서, h는 플랑크 상수, v는 광자의 진동수)(Where h is Planck's constant and v is the frequency of the photons)

또한, 일산화질소는 산화막 형성을 위한 고온의 반도체 제조공정의 챔버 내에서 [화학식 2]와 같이 많은 양의 산화 반응성을 가진 산소(O2) 반응라디칼들을 생성하여 산화막 형성에 필요한 주반응 물질과 쉽게 반응하며, 산화막 생성 반도체 공정 수율 및 생산성 향상에 크게 기여할 수 있는 물질이다.In addition, the nitrogen monoxide generates oxygen (O 2 ) reaction radicals having a large amount of oxidation reactivity in the chamber of a high-temperature semiconductor manufacturing process for forming an oxide film, And can greatly contribute to the yield and productivity of the oxide film-forming semiconductor process.

[화학식 2](2)

4NO → N2O3 + N2O 4NO → N 2 O 3 + N 2 O

N2O3 → N2 + 3/2O2 N 2 O 3 → N 2 + 3 / 2O 2

N2O → N2 + 1/2O2 N 2 O → N 2 + 1 / 2O 2

일산화질소는 반도체 제조공정 적용에 있어 분해 후 재결합을 막고 불순물에 의한 반도체 웨이퍼의 결함을 예방하기 위해 고순도가 요구된다.Nitrogen monoxide is required to have high purity in order to prevent recombination after decomposition and to prevent defects of semiconductor wafers due to impurities in the semiconductor manufacturing process application.

이러한, 반도체용 고순도 일산화질소를 제조하는 방법은 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시되어 있다. 이에 의하면, 반응기에 아질산나트륨(NaNO2)과 황산(H2SO4)을 첨가하여 교반기로 교반시켜 혼합함으로써 일산화질소를 생성하는데, 이때 반응은 아래의 [화학식 3]과 같다.Such a method for producing high purity nitrogen monoxide for semiconductors is disclosed in the following prior art documents. According to this process, sodium nitrite (NaNO 2 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) are added to the reactor and mixed with stirring by a stirrer to produce nitrogen monoxide. The reaction is as follows.

[화학식 3](3)

3NaNO2 + H2SO4 → Na2SO4 + NaNO3 + 2NO + H2O3NaNO 2 + H 2 SO 4 ? Na 2 SO 4 + NaNO 3 + 2NO + H 2 O

그러나 이러한 종래의 일산화질소 제조방법은 소량의 제조방식으로서 적용하기에는 과잉 투자 공법이며 대량 제조시 많은 비용 투자와 생산 비용이 소요되어 공급 가격이 고가이다. 반도체 제조사들은 이런 종래의 제조방법을 이용한 고가의 고순도 일산화질소로 인해, 반도체 산화막 공정의 확대 생산 적용에 있어 제한적인 문제를 가지고 있다.However, such a conventional method for producing nitrogen monoxide is an excess investment method for application as a small amount of manufacturing method, and it takes a lot of cost investment and production cost in mass production, and the supply price is high. Semiconductor manufacturers have a limited problem in expanding production applications of the semiconductor oxide film process due to expensive high purity nitrogen monoxide using such conventional manufacturing methods.

이에 종래 일산화질소 제조방법의 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.Accordingly, there is a desperate need for a solution to the problems of the conventional method of producing nitrogen monoxide.

KRKR 10-125779410-1257794 B1B1

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 질산 제조공정에서 질산 제조 목적의 반응물로서 생성되는 대용량의 공업용 저순도 일산화질소를 이용하여 고순도 일산화질소를 연속적으로 제조하는 방법 및 이를 적용하기 위한 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above. One aspect of the present invention is to continuously produce high purity nitrogen monoxide using a large amount of industrial low purity nitrogen monoxide produced as a reactant for nitric acid production in the nitric acid production process And a device for applying the same.

또한, 본 발명의 다른 측면은 질산 제조공정에서 생성된 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스를 비점 차이를 이용해 분리 정제하고, 다시 흡착제를 이용해 흡착공정을 수행함으로써, 2단계에 걸친 연속적 정제공정을 통해, 반도체 제조에 적용 가능한 순도 99.999 % 이상의 고순도 일산화질소를 제조하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is a method for purifying nitric acid, comprising the steps of separating and purifying a mixed gas containing low purity nitrogen monoxide produced in a nitric acid production process using a boiling point difference, and performing an adsorption process using the adsorbent again, To provide a method and an apparatus for producing high purity nitrogen monoxide having a purity of 99.999% or more, which is applicable to semiconductor manufacturing.

본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법은 (a) 암모니아를 산화하여 질산을 제조하는 질산 제조공정에서 생성되고, 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스를 공급하는 단계; (b) 비점 차이를 이용하여, 상기 혼합가스를 분리 정제하는 단계; 및 (c) 흡착제를 이용하여, 분리 정제된 상기 혼합가스를 흡착 정제하는 단계; 를 포함한다.The method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention comprises the steps of: (a) supplying a mixed gas produced in a nitric acid production process for producing nitric acid by oxidizing ammonia and containing low purity nitrogen monoxide; (b) separating and purifying the mixed gas using a boiling point difference; And (c) adsorbing and purifying the separated and purified mixed gas using an adsorbent; .

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법에 있어서, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에, 상기 혼합가스를 냉각하고, 기액 분리하여, 냉각응축 정제하는 단계;를 더 포함한다.Further, in the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, cooling, condensing and purifying the mixed gas by cooling, gas-liquid separation, and cooling are performed between the step (a) and the step (b).

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계는, 제1 증류탑을 이용하여, 상기 혼합가스로부터, 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 높은 고비점 불순물을 제거하는 단계; 및 제2 증류탑을 이용하여, 상기 고비점 불순물이 제거된 상기 혼합가스로부터, 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 낮은 저비점 불순물을 제거하는 단계;를 포함한다.Further, in the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, the step (b) may include the steps of removing high boiling point impurities relatively higher in boiling point than the nitrogen monoxide gas from the mixed gas using the first distillation column; And removing the low boiling point impurities relatively low in boiling point from the mixed gas from which the high boiling point impurities have been removed by using the second distillation column.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에, 상기 저비점 불순물이 제거된 상기 혼합가스를 압축하고, 냉각하여, 냉각응축 정제하는 단계;를 더 포함한다.Also, in the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, a step of compressing, cooling, condensing and purifying the mixed gas from which the low boiling point impurities have been removed is performed between the step (b) and the step (c). .

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 흡착제가 내부에 각각 배치된 한 쌍의 흡착탑을 이용하되, 교대로, 어느 하나의 제1 흡착탑에서 불순물을 흡착 정제하고, 다른 하나의 제2 흡착탑에서 상기 흡착제를 가열하여 재생한다.In addition, in the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, the step (c) may be carried out by using a pair of adsorption towers each having the adsorbent disposed therein, alternately adsorbing the impurities in any one of the first adsorption towers And the adsorbent is heated and regenerated in the other second adsorption column.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계 이후에, 흡착 정제된 상기 혼합가스를 냉각 저장하는 단계;를 더 포함한다.Further, in the method for producing high-purity nitrogen monoxide according to the present invention, the step (c) further includes cooling and storing the adsorbed and purified mixed gas.

한편, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치는 암모니아를 산화하여 질산을 제조하는 질산 제조공정에서 생성되고, 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스를 공급하는 공급부; 리보일러, 칼럼, 및 냉각기를 포함하는 적어도 하나 이상의 증류탑을 포함하고, 비점 차이를 이용해 상기 혼합가스를 정제하는 증류부; 및 내부에 흡착제가 배치된 적어도 하나 이상의 흡착탑을 포함하고, 상기 증류부에서 정제된 상기 혼합가스를 흡착 정제하는 흡착부;를 포함한다.Meanwhile, the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention comprises: a supply unit for supplying a mixed gas produced in a nitric acid production process for producing nitric acid by oxidizing ammonia, the gas mixture containing low purity nitrogen monoxide; A distillation section comprising at least one distillation column including a reboiler, a column, and a cooler, the distillation section purifying the mixed gas using a boiling point difference; And at least one adsorption column in which an adsorbent is disposed, wherein the adsorption unit adsorbs and purifies the purified gas mixed in the distillation unit.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치에 있어서, 상기 증류부는, 상기 증류탑이 한 쌍으로 분리 배치되고, 그 중 어느 하나인 제1 증류탑이 상기 공급부로부터 상기 혼합가스를 공급받아 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 높은 고비점 불순물을 제거하고, 다른 하나인 제2 증류탑이 상기 제1 증류탑에서 정제된 상기 혼합가스를 공급받아 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 낮은 저비점 불순물을 제거한다.Further, in the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, the distillation section may be arranged such that the distillation columns are separated and arranged in pairs, and one of the first distillation columns receives the mixed gas from the supply section, The second distillation tower, which is the other one, receives the purified mixed gas from the first distillation column and removes low boiling point impurities relatively low in boiling point than the nitrogen monoxide.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치에 있어서, 상기 흡착부는, 한 쌍의 상기 흡착탑이 분리 배치되고, 각각의 상기 흡착탑을 가열하는 가열부;를 더 포함하여, 교대로, 한 쌍의 상기 흡착탑 중 어느 하나인 제1 흡착탑이 상기 혼합가스를 흡착 정제하고, 다른 하나인 제2 흡착탑이 상기 흡착제를 재생한다.Further, in the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, the adsorption section may further include a heating section in which a pair of adsorption towers are separately arranged and each of the adsorption towers is heated, The first adsorption tower, which is one of the adsorption towers, adsorbs and purifies the mixed gas, and the second adsorption tower regenerates the adsorbent.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치에 있어서, 상기 공급부로부터 공급되는 상기 혼합가스를 냉각하여, 불순물을 응축하는 제1 냉각 칠러(chiller); 및 응축된 액상의 상기 불순물과 기상의 상기 혼합가스를 분리하여, 기상의 상기 혼합가스를 상기 제1 증류탑으로 공급하는 기액분리기;를 더 포함한다.Further, in the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, a first cooling chiller for cooling the mixed gas supplied from the supply unit and condensing the impurities; And a gas-liquid separator for separating the mixed gas in the gaseous phase from the impurities in the condensed liquid phase and supplying the gaseous mixture gas to the first distillation column.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치에 있어서, 상기 증류부로부터 상기 혼합가스를 공급받아 압축하는 압축기; 및 상기 압축기로부터 압축된 상기 혼합가스를 공급받아 냉각하여, 불순물을 응축 제거하고, 상기 혼합가스를 상기 흡착부로 공급하는 제2 냉각 칠러(chiller);를 더 포함한다.Further, in the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, a compressor for supplying and compressing the mixed gas from the distillation section; And a second cooling chiller that receives and compresses the mixed gas compressed from the compressor to condense and remove impurities and supply the mixed gas to the adsorption unit.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치에 있어서, 상기 흡착부로부터 상기 혼합가스를 공급받아, 소정의 온도로 냉각 저장하는 냉각탱크;를 더 포함한다.Further, in the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, a cooling tank for receiving the mixed gas from the adsorption unit and cooling and storing the mixed gas at a predetermined temperature is further included.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치에 있어서, 상기 냉각탱크는, 상기 혼합가스를 저장할 수 있도록, 내부에 수용공간을 구비하는 탱크부; 상기 수용공간으로 상기 혼합가스를 주입하는 주입관; 내부에 제1 냉매가 흐르는 중공을 구비하고, 상기 탱크부의 외면을 감싸도록 형성된 냉각 자켓; 및 나선형 관 형태로 형성되어 내부에 제2 냉매가 흐르고, 상기 수용공간에 배치되는 냉각관;을 포함한다.Further, in the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention, the cooling tank may include: a tank unit having a storage space therein so as to store the mixed gas; An injection tube for injecting the mixed gas into the accommodation space; A cooling jacket having a hollow through which the first refrigerant flows, the cooling jacket surrounding the outer surface of the tank; And a cooling tube which is formed in a spiral tube shape and in which the second refrigerant flows and which is disposed in the accommodation space.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에 따르면, 공업용 질산의 상업적 제조공정에서 생성된 대량의 저순도 일산화질소를 정제하여 반도체용 고순도 일산화질소를 연속적으로 대량 제조할 수 있는바, 종래기술에서 요구되는 반응공정 설비 투자 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, a large amount of low-purity nitrogen monoxide produced in a commercial production process of industrial nitric acid can be purified to continuously mass-produce high purity nitrogen monoxide for semiconductors, thereby reducing the investment cost of the reaction process equipment required in the prior art can do.

또한, 질산 제조공정 중 암모니아 산화반응 후 생성된 혼합가스를 분리 정제하여 99.98 % 이상의 순도를 갖는 일산화질소를 제조하고, 다시 흡착공정을 통해, 99.999 % 이상의 고순도 일산화질소를 제조하므로, 정제공정이 단순하여 생산 비용을 줄일 수 있다.In addition, the mixed gas produced after the ammonia oxidation reaction in the nitric acid production process is separated and purified to produce nitrogen monoxide having a purity of 99.98% or more, and again, 99.999% or more of high purity nitrogen monoxide is produced through the adsorption process. Thereby reducing production costs.

나아가 본 발명에 따른 고순도 일산화질소의 제조비용 절감은 반도체 산화막 제조공정에서의 생산효율 증대 및 적용 확대로 이어질 수 있다.Further, the production cost reduction of the high purity nitrogen monoxide according to the present invention can lead to an increase in production efficiency and an increase in application in the semiconductor oxide film production process.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고순도 일산화질소 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고순도 일산화질소 제조방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 냉각탱크의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
1 and 2 are flowcharts of a method for producing high purity nitrogen monoxide according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart of a method for producing high purity nitrogen monoxide according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a high purity nitrogen monoxide nitrogen producing apparatus according to the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the cooling tank shown in Fig.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고순도 일산화질소 제조방법의 순서도이다.1 and 2 are flowcharts of a method for producing high purity nitrogen monoxide according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법은 (a) 암모니아를 산화하여 질산을 제조하는 질산 제조공정에서 생성되고, 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스를 공급하는 단계(S100), (b) 비점 차이를 이용하여, 혼합가스를 분리 정제하는 단계(S200), 및 (c) 흡착제를 이용하여, 분리 정제된 혼합가스를 흡착 정제하는 단계(S300)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention comprises the steps of: (a) supplying a mixed gas generated in a nitric acid production process for producing nitric acid by oxidation of ammonia, S100), (b) separating and purifying the mixed gas using the boiling point difference (S200), and (c) adsorbing and purifying the separated and purified mixed gas using the adsorbent (S300).

본 발명은 고순도의 일산화질소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 반도체 제조공정에서 반도체 소자 상에 산화막을 형성하기 위해서, 일산화질소가 사용되는데, 분해 후 재결합 및 불순물에 의한 반도체 웨이퍼 결함을 예방하기 위해서 고순도가 요구된다. 종래에는 아질산나트륨(NaNO2)과 황산(H2SO4)을 교반하여 반도체용 고순도 일산화질소를 제조하였으나, 이는 소량의 제조방식으로서 대량 제조시에 많은 비용 투자와 생산 비용이 소요되고, 이로 인해 반도체 산화막 공정의 확대 생산 적용에 문제를 유발하는바, 이에 대한 해결방안으로서 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법이 안출되었다.The present invention relates to a process for producing high purity nitrogen monoxide. In order to form an oxide film on a semiconductor element in a semiconductor manufacturing process, nitrogen monoxide is used, and high purity is required in order to prevent semiconductor wafer defects due to recombination after decomposition and impurities. Conventionally, sodium nitrite (NaNO 2 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) were stirred to produce high purity nitrogen monoxide for semiconductors. However, this method requires a lot of cost investment and production cost in mass production as a small amount of manufacturing method, As a solution to this problem, a method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention has been found.

구체적으로, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법은 혼합가스 공급단계(S100), 분리 정제단계(S200), 및 흡착 정제단계(S300)를 포함한다.Specifically, the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention includes a mixed gas supply step (S100), a separation purification step (S200), and an adsorption purification step (S300).

먼저, 혼합가스 공급단계(S100)에서는 상업용 질산 제조공정에서 발생된 일산화질소를 분리하여, 후술할 분리 정제단계(S200)로 공급한다. First, in the mixed gas supply step (S100), nitrogen monoxide generated in the commercial nitric acid production process is separated and supplied to a separation and purification step (S200) to be described later.

일반적으로 공업용 질산의 상업적 제조공정은 오스트왈드 공정(Ostwald process)에 기초하는데, 다음과 같은 3개의 주요 공정 단계로 나눌 수 있다.In general, the commercial production process of industrial nitric acid is based on the Ostwald process, which can be divided into three main process steps:

Ⅰ: 암모니아 산화 단계Ⅰ: Ammonia oxidation step

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g)? 4NO (g) + 6H 2 O (g)

Ⅱ: 산화질소 산화 및 이산화질소 이합체화 단계II: Nitric Oxide Oxidation and Nitric Oxide Dimerization Step

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) 2NO (g) + O 2 ( g) → 2NO 2 (g)

2NO2(g) → N2O4(g) 2NO 2 (g) → N 2 O 4 (g)

Ⅲ: 사산화이질소 흡수 단계III: Nitrogen absorption step

3N2O4(g) + 2H2O(l) → 4HNO3(aq) + 2NO(g) 3N 2 O 4 (g) + 2H 2 O (1)? 4HNO 3 (aq) + 2NO (g)

이에 의하면, 귀금속 촉매하에서 암모니아의 고온 산화에 의해 일산화질소를 생성하는데, 여기서 생성된 일산화질소는 산화과정을 거쳐 사산화이질소와 같은 이산화질소 이합체로 전환되며, 사산화이질소는 물과 반응하여 질산을 생성한다. 이때, 생성된 질산은 농도가 50 ~ 69 중량%로, 필요에 따라 농축공정을 추가로 거쳐 90 ~ 98 중량%의 농질산으로 제조된다.According to this method, nitrogen monoxide is produced by high-temperature oxidation of ammonia under a noble metal catalyst, wherein the generated nitrogen monoxide is converted to a nitrogen dioxide complex such as nitrogen tetroxide through an oxidation process and nitrogen tetraoxide reacts with water to produce nitric acid do. At this time, the produced silver nitrate silver concentration is 50 to 69% by weight, and if necessary, the concentration step is further performed to produce 90 to 98% by weight of nitric acid.

본 발명에서는 상기 산업용 질산 제조공정에서 암모니아 고온산화에 의해 발생된 일산화질소의 흐름 일부를 이용하고, 후술할 분리 정제단계(S200), 흡착 정제단계(S300) 등을 거쳐 고순도의 일산화질소를 제조하는바, 혼합가스 공급단계(S100)는 질산 제조공정과 연계되어 실행될 수 있다. 한편, 혼합가스 공급단계(S100)에서 일산화질소는 저순도로 다른 불순물과 혼합된 혼합가스 형태로 공급된다. 즉, 질산 제조공정 중의 암모니아 산화공정 이후, 또는 질산 제조 후 부반응으로 생성되는 혼합가스에는 불순물과 함께 일산화질소가 섞여있는데, 그 혼합가스를 공급하는 것이다. 이러한 혼합가스에는 공기 이외에, 일산화질소, 아산화질소, 이산화질소, 수분, 미반응 암모니아 등이 포함되어 있다. 그 중에는 수분과 아산화질소가 다량 함유되어 있어, 여기에서의 저순도 일산화질소를 직접 반도체용으로 사용하기에는 부적합하다.In the present invention, a high purity nitrogen monoxide is produced by using a part of the flow of nitrogen monoxide generated by the high temperature oxidation of ammonia in the industrial nitric acid production process, a separation purification step (S200), an adsorption purification step (S300) The bar and mixed gas supply step (S100) may be executed in connection with the nitric acid production process. On the other hand, in the mixed gas supply step (S100), nitrogen monoxide is supplied in the form of a mixed gas mixed with other impurities with low purity. That is, the mixed gas generated after the ammonia oxidation step in the nitric acid production step or after the nitric acid production is mixed with nitrogen monoxide together with impurities, and the mixed gas is supplied. These mixed gases include nitrogen monoxide, nitrous oxide, nitrogen dioxide, moisture, unreacted ammonia and the like in addition to air. Among them, moisture and nitrous oxide are contained in a large amount, and therefore, low purity nitrogen monoxide here is not suitable for direct use for semiconductors.

한편, 질산 제조공정으로부터 혼합가스를 전달받아, 이를 공급하기 위해서는, 질산 제조공정에서 생성된 혼합가스 일부를 분리 저장하였다가 사용하거나, 또는 질산 제조공정에서 혼합가스가 흐르는 배관 설비에 별도의 공급관, 및 밸브 등을 설치하여 질산 제조공정상의 혼합가스 흐름 중 일부를 분리하여 직접 사용할 수 있다.Meanwhile, in order to receive and supply the mixed gas from the nitric acid production process, a part of the mixed gas produced in the nitric acid production process is separately stored and used, or a separate supply pipe is connected to the piping facility in which the mixed gas flows in the nitric acid production process, And a valve may be provided to separate a portion of the mixed gas flow at the top of the nitric acid generator and directly use it.

전술한 바와 같이, 본 발명은 별도의 공정을 통해 저순도의 일산화질소를 제조하는 것이 아니라, 산업용 질산 제조공정에서 질산 제조 목적으로 대량 생산되는 저순도의 일산화질소를 이용하는바, 질산 제조공정과 연동하여 연속적이고 대량으로 고순도 일산화질소를 제조할 수 있다.As described above, the present invention does not produce low purity nitrogen monoxide through a separate process but uses low purity nitrogen monoxide which is mass-produced for the purpose of producing nitric acid in an industrial nitric acid production process, To produce a continuous and high-purity nitrogen monoxide.

질산 제조공정에서 혼합가스가 분리되어 공급되면, 분리 정제단계(S200)를 수행한다. 혼합가스를 구성하는 성분들은 서로 다른 비점을 가지므로, 분리 정제단계(S200)에서는 각 성분들의 비점 차이를 이용해 일산화질소 이외의 불순물들을 제거할 수 있다. 이때, 제거되는 주요 불순물은 수분, 아산화질소, 이산화질소, 미반응 암모니아, 질소, 산소 등이다. 이러한 분리 정제는 적어도 하나 이상의 증류탑을 이용해 실행할 수 있다. 증류탑은 리보일러, 칼럼, 및 냉각기를 포함하는데, 그 구조 및 기능은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상 지식에 해당하는바 이에 관한 설명은 생략한다. When the mixed gas is separately supplied in the nitric acid production process, the separation and purification step (S200) is performed. Since the constituents of the mixed gas have different boiling points, in the separation purification step (S200), impurities other than nitrogen monoxide can be removed using the boiling point difference of each component. At this time, the main impurities to be removed are moisture, nitrous oxide, nitrogen dioxide, unreacted ammonia, nitrogen, oxygen and the like. Such separation purification can be carried out using at least one or more distillation columns. The distillation column includes a reboiler, a column, and a cooler, and its structure and function correspond to the conventional knowledge of the present invention, and a description thereof will be omitted.

한편, 일례로, 분리 정제단계(S200)는 한 쌍의 증류탑을 이용해 2단계의 분리 정제공정을 수행할 수 있다. 상세하게는, 한 쌍의 증류탑 중 어느 하나의 제1 증류탑에서 고비점 불순물을 제거하고, 연속적으로 다른 하나의 제2 증류탑에서 저비점 불순물을 제거한다. 일산화질소의 비점은 약 -151.8 ℃이다. 상대적으로, 비점이 대략 -88.8 ℃인 아산화질소를 비롯하여 이산화질소, 미반응 암모니아, 수분 등은 일산화질소보다 비점이 높다. 이렇게 일산화질소에 비해 비점이 높은 성분들을 고비점 불순물이라고 한다. 반면, 혼합가스의 구성성분 중 질소(비점: 약 -198.5 ℃), 산소(비점: 약 -183 ℃) 등과 같이 일산화질소에 비해 비점이 상대적으로 낮은 성분들은 저비점 불순물이라고 한다.On the other hand, for example, the separation and purification step (S200) can perform a two-step separation and purification process using a pair of distillation columns. Specifically, high boiling point impurities are removed from the first distillation column of one of the pair of distillation columns, and low boiling point impurities are continuously removed from the other second distillation column. The boiling point of nitrogen monoxide is about -151.8 ° C. Relatively, nitrogen dioxide, unreacted ammonia, water and the like, including nitrous oxide having a boiling point of approximately -88.8 ° C, have boiling points higher than nitrogen monoxide. The components with a higher boiling point than nitrogen monoxide are called high boiling point impurities. On the other hand, among the components of the mixed gas, the components having relatively low boiling points such as nitrogen (boiling point: about -198.5 ° C.) and oxygen (boiling point: about -183 ° C.) are called low boiling point impurities.

제1 증류탑에서의 분리 정제는 고비점 불순물을 제거하기 위한 목적으로 진행되는바, 액체 질소를 이용하여 상부 냉각기 온도를 -85 ~ -95 ℃로 유지하고, 하부의 리보일러 온도를 -60 ~ -50 ℃로 유지하며, 운전 압력은 3 ~ 5 기압으로 유지한다. 이러한 운전 조건하에서, 저온증류법에 따라, 제1 증류탑 하부에는 고비점 불순물이 응축되어 액상으로 배관을 통해 배출 제거되고, 제1 증류탑 상부에는 일산화질소를 함유한 혼합가스가 배출된다. 여기서, 배출된 혼합가스는 제2 증류탑으로 유입된다.Separation purification in the first distillation column proceeds for the purpose of removing high boiling point impurities. As the temperature of the upper cooler is maintained at -85 to -95 ° C. by using liquid nitrogen and the temperature of the lower reboiler is maintained at -60 to- Keep the temperature at 50 ℃ and keep the operating pressure at 3 ~ 5 atm. According to the low temperature distillation method, under such operating conditions, high boiling point impurities are condensed in the lower part of the first distillation column and discharged through the pipe as a liquid phase, and a mixed gas containing nitrogen monoxide is discharged onto the first distillation tower. Here, the discharged mixed gas flows into the second distillation column.

제2 증류탑에서는 상부 냉각기 온도를 액체 질소를 이용해 -150 ~ -140 ℃로, 하부 리보일러 온도를 -90 ~ -80 ℃로 각각 유지하여, 제2 증류탑 상부와 연결된 배관을 통해 기상의 저비점 불순물을 배출 제거하고, 제2 증류탑 하부를 통해서는 일산화질소가 함유된 혼합가스를 수집한다.In the second distillation tower, the upper cooler temperature is maintained at -150 to -140 ° C. using liquid nitrogen and the lower reboiler temperature is maintained at -90 to -80 ° C., and low-boiling impurities in the gas phase are removed through the piping connected to the upper portion of the second distillation tower And the mixed gas containing nitrogen monoxide is collected through the lower part of the second distillation tower.

여기서, 증류탑의 운전 조건이 반드시 전술한 바에 한정되는 것은 아니므로, 그 운전 조건에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.Here, the operation conditions of the distillation column are not necessarily limited to those described above, and the scope of the present invention is not limited by the operation conditions.

상기 2단계의 분리 정제공정이 진행되는 동안, 혼합가스 내의 일산화질소의 순도가 점차 올라가지만, 반도체 제조용으로 사용하기 위해 요구되는 99.995 % 이상의 고순도 일산화질소를 확보할 수는 없다. 이에 제2 증류탑 하부를 통해 수집된 혼합가스에 대해 흡착 정제단계(S300)를 수행한다.While the purity of nitrogen monoxide in the mixed gas gradually increases during the separation and purification process of the two stages, it is not possible to secure a high purity nitrogen monoxide of 99.995% or more, which is required for use in the production of semiconductors. Then, the adsorption purification step (S300) is performed on the mixed gas collected through the lower part of the second distillation tower.

흡착 정제단계(S300)는 흡착제를 이용하여 분리 정제된 혼합가스를 정제하는 공정이다. 이때, 사용되는 흡착제는 흡착 정제되는 불순물에 따라 정해지는데, 예를 들어 모레큐레시브(Molecular Sieve), 활성탄, 실리카겔, 활성알루미나겔, 및 저온재생겔로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 일산화질소를 흡수하지는 않으면서 불순물을 흡착할 수 있는 세공을 구비한 모레큐레시브가 적합하다. 이러한 흡착제는 흡착탑에 배치되고, 적어도 하나 이상의 흡착탑을 사용해 흡착 정제공정을 수행할 수 있다. The adsorption purification step (S300) is a step of purifying the mixed gas separated and purified by using an adsorbent. At this time, the adsorbent to be used is determined according to the impurities to be adsorbed and purified. For example, the adsorbent is formed by at least one selected from the group consisting of molecular sieve, activated carbon, silica gel, activated alumina gel, . Preferably, a moire cure sieve having pores capable of adsorbing impurities without absorbing nitrogen monoxide is suitable. Such an adsorbent is disposed in the adsorption tower, and the adsorption purification process can be performed using at least one adsorption tower.

한편, 본 발명에서는 흡착 정제공정과 재생공정을 동시에 수행할 수도 있다. 여기서, 재생공정은 불순물과 반응한 흡착제를 재생하는 것으로, 흡착제를 소정의 온도로 가열하는 방식으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 흡착제가 각각 배치된 한 쌍의 흡착탑을 이용하되, 그 중 어느 하나인 제1 흡착탑에서 불순물을 흡착 정제하는 동안, 다른 하나인 제2 흡착탑에서는 흡착제를 재생한다. 여기서, 흡착 정제공정과 재생공정은 제1 흡착탑과 제2 흡착탑 사이에서 교대로 진행된다. 한편, 흡착제를 가열하기 위해서는, 흡착탑에 전기히터 등과 같은 가열부를 설치하는데, 흡착 정제공정이 이루어지는 흡착탑의 온도는 상온으로 유지될 수 있다.In the present invention, the adsorption purification step and the regeneration step may be performed at the same time. Here, the regeneration step regenerates the adsorbent reacting with the impurities, and the adsorbent may be heated to a predetermined temperature. Specifically, a pair of adsorption towers in which the adsorbent is disposed are used, and during the adsorption and purification of the impurities in the first adsorption tower, the adsorbent is regenerated in the second adsorption tower. Here, the adsorption purification step and the regeneration step alternate between the first adsorption tower and the second adsorption tower. On the other hand, in order to heat the adsorbent, a heating unit such as an electric heater is provided in the adsorption tower, and the temperature of the adsorption tower where the adsorption purification step is performed can be maintained at room temperature.

이러한 정제공정을 통해 99.999 % 이상의 고순도 반도체용 일산화질소를 제조할 수 있다.Through this purification process, it is possible to produce nitrogen monoxide for high purity semiconductor of 99.999% or more.

종합적으로, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법에 의하면, 공업용 질산의 상업적 제조공정에서 생성된 대량의 저순도 일산화질소를 정제하여 반도체용 고순도 일산화질소를 연속적으로 대량 제조하고, 이때 질산 제조공정 중 암모니아 산화반응 후 생성된 혼합가스를 분리 정제한 후, 다시 흡착공정을 통해, 99.999% 이상의 고순도 일산화질소를 간단하게 제조하므로, 종래기술에서 요구되는 반응공정 설비 투자 비용 및 생산 비용을 절감할 수 있다. 이를 통해 반도체 산화막 제조공정에서의 생산효율 증대 및 적용 확대를 기대할 수 있다.In general, according to the present invention, a high-purity nitrogen monoxide for semiconductor is purified in a large quantity by continuously mass-producing a large amount of low purity nitrogen monoxide produced in a commercial production process of industrial nitric acid, It is possible to simplify the production of high purity nitrogen monoxide of 99.999% or more through the adsorption process after separating and purifying the produced mixed gas after the ammonia oxidation reaction, thereby reducing investment cost and production cost required in the prior art . This can be expected to increase production efficiency and increase application in the semiconductor oxide film manufacturing process.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고순도 일산화질소 제조방법의 순서도이다.3 is a flow chart of a method for producing high purity nitrogen monoxide according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참고로, 본 발명은 혼합가스 공급단계(S100)와 분리 정제단계(S200) 사이에 냉각응축 정제단계(S150)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the present invention may further include a cooling condensation purification step (S150) between a mixed gas supply step (S100) and a separation purification step (S200).

냉각응축 정제단계(S150)는 질산 제조공정으로부터 전달받아 공급되는 고온의 혼합가스에 대해, 분리 정제단계(S200) 이전에 수행되는 공정이다. 냉각응축 정제단계(S150)에는 먼저 고온의 혼합가스를 냉각하여 혼합가스 내의 불순물 중 일부를 응축한다. 여기서, 혼합가스의 냉각은 열교환기용 냉각 칠러(chiller) 등을 이용할 수 있고, 이때 냉각 칠러의 온도는 -20 ~ -10 ℃로 유지될 수 있다. 다만, 냉각 칠러의 온도가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 과정에서 응축되는 불순물은 주로 수분과 일산화질소 등의 일부이다. The cooling condensation purification step (S150) is a step performed before the separation purification step (S200) for the high temperature mixed gas supplied from the nitric acid production process. In the cooling condensation purification step (S150), first, the high-temperature mixed gas is cooled to condense a part of the impurities in the mixed gas. Here, the cooling of the mixed gas may be performed using a cooling chiller for the heat exchanger, and the temperature of the cooling chiller may be maintained at -20 to -10 ° C. However, the temperature of the cooling chiller is not necessarily limited thereto. The impurities condensed in this process are mainly a part of moisture and nitrogen monoxide.

이렇게 불순물 중 일부가 액상으로 응축되면, 기액 분리를 통해 액상 불순물을 제거하고, 나머지 혼합가스를 분리 정제단계(S200)로 투입한다. 여기서, 기액 분리는 일반적으로 사용되는 기액분리기를 이용할 수 있다.When some of the impurities are condensed in the liquid phase, the liquid impurities are removed through gas-liquid separation, and the remaining mixed gas is introduced into the separation and purification step (S200). Here, the gas-liquid separator may be a commonly used gas-liquid separator.

한편, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법은 분리 정제단계(S200)와 흡착 정제단계(S300) 사이에 냉각응축 정제단계(S250)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the high purity nitrogen monoxide producing method according to the present invention may further include a cooling condensation purification step (S250) between the separation purification step (S200) and the adsorption purification step (S300).

여기서의 냉각응축 정제단계(S250)에서는 저비점 불순물이 제거된 혼합가스를 압축하고, 이를 냉각시켜 혼합가스 내의 잔류 불순물들을 응축하여 추가 제거한다. 여기서, 혼합가스의 압축은 압축기 등을 사용하고, 냉각은 냉각 칠러 등을 사용하며, 이때 냉각 칠러의 온도는 -20 ~ 10 ℃, 바람직하게는 -15 ~ 0 ℃ 범위를 유지한다.In the cooling condensation purification step (S250), the mixed gas from which the low boiling point impurities are removed is compressed and cooled to condense and remove residual impurities in the mixed gas. Here, a compressor or the like is used for compressing the mixed gas, and a cooling chiller or the like is used for cooling. At this time, the temperature of the cooling chiller is kept in the range of -20 to 10 ° C, preferably -15 to 0 ° C.

또한, 본 발명은 흡착 정제단계(S300) 이후에, 냉각 저장단계(S400)를 더 포함할 수 있다.Further, the present invention may further include a cooling storage step (S400) after the adsorption purification step (S300).

냉각 저장단계(S400)에서는 흡착 정제공정을 거친 혼합가스를 소정의 온도로 냉각하여 저장한다. 이를 위해서, 냉각탱크를 사용하는데, 그 온도는 -20 ~ 0 ℃로 유지되고, 내부 압력은 300 ~ 700 psi로 유지될 수 있다. 이러한 조건하에서, 냉각탱크에 저장되는 혼합가스 중 수분 등과 같은 불순물은 냉각탱크 하부에 응축되어 분리된다. 따라서, 냉각탱크 상부를 통해 더욱 순도가 높아진 일산화질소를 얻을 수 있다.In the cooling storage step (S400), the mixed gas subjected to the adsorption purification process is cooled to a predetermined temperature and stored. For this purpose, a cooling tank is used, the temperature of which is maintained at -20 to 0 ° C and the internal pressure can be maintained at 300 to 700 psi. Under these conditions, impurities such as moisture in the mixed gas stored in the cooling tank are condensed and separated in the lower portion of the cooling tank. Therefore, nitrogen monoxide having a higher purity can be obtained through the upper part of the cooling tank.

이하에서는 전술한 고순도 일산화질소 제조방법을 수행할 수 있는 장치에 대해 설명한다. 이에 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다. 다만, 후술하는 장치는 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법이 적용될 수 있는 장치의 일례이므로, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조방법이 반드시 본 장치에 의해서만 실행된다거나, 본 장치에 의해 권리범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, an apparatus capable of performing the above-described method for producing high purity nitrogen monoxide will be described. The description of the overlapping contents is omitted or simply described. However, since the apparatus described below is an example of a device to which the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention can be applied, the method for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention is necessarily performed only by the present apparatus, But is not limited to.

도 4는 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.FIG. 4 is a schematic view showing a high purity nitrogen monoxide nitrogen producing apparatus according to the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치는 암모니아를 산화하여 질산을 제조하는 질산 제조공정에서 생성되고, 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스(1)를 공급하는 공급부(10), 리보일러(21a, 23a), 칼럼, 및 냉각기(21c, 23c)를 포함하는 적어도 하나 이상의 증류탑(21, 23)을 포함하고, 비점 차이를 이용해 혼합가스를 정제하는 증류부(20), 및 내부에 흡착제가 배치된 적어도 하나 이상의 흡착탑(31, 33)을 포함하고, 증류부(20)에서 정제된 혼합가스를 흡착 정제하는 흡착부(30)를 포함한다.4, the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention comprises a supply portion (not shown) for supplying a mixed gas 1 produced in a nitric acid production process for producing nitric acid by oxidizing ammonia and containing low purity nitrogen monoxide A distillation section 20 including at least one or more distillation columns 21 and 23 including a reboiler 21a and 23a, a column and coolers 21c and 23c and purifying the mixed gas using a boiling point difference, And at least one adsorption tower (31, 33) in which an adsorbent is disposed. The adsorption section (30) adsorbs and purifies the purified mixed gas in the distillation section (20).

구체적으로, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치는 공급부(10), 증류부(20), 및 흡착부(30)를 포함한다.Specifically, the apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention includes a supply unit 10, a distillation unit 20, and an adsorption unit 30.

공급부(10)는 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스(1)를 증류부(20)로 공급한다. 이때, 혼합가스(1)는 암모니아를 산화하여 질산을 제조하는 질산 제조공정에서 생성된 것이다. 따라서, 공급부(10)는 질산 제조공정으로부터 생성된 혼합가스(1) 일부를 분리 저장하거나, 또는 그 혼합가스(1) 흐름 중 일부를 연속적으로 분리하여 실시간으로 공급할 수 있도록 구성된다. 일례로, 공급부(10)는 질산 제조공정에서 혼합가스(1)가 흐르는 배관 설비에 별도로 설치되는 공급관, 및 밸브 등으로 형성될 수 있다. 또한, 공급관으로 유도된 혼합가스(1)의 압력을 조절하기 위해서 압력계가 추가 설치되거나, 또는 질산 제조공정에서의 혼합가스(1) 압력이 급격히 낮아지는 것을 방지하기 위해서 공급관이 다수의 분기관으로 구성될 수도 있다. The supply section 10 supplies the distillation section 20 with the mixed gas 1 containing low purity nitrogen monoxide. At this time, the mixed gas (1) is generated in a nitric acid production process for producing nitric acid by oxidizing ammonia. Therefore, the supply unit 10 is configured to separately store a part of the mixed gas 1 produced from the nitric acid production process, or to continuously separate part of the flow of the mixed gas 1 and supply it in real time. For example, the supply unit 10 may be formed of a supply pipe, a valve, or the like, which is separately installed in a piping facility through which the mixed gas 1 flows in the nitric acid production process. Further, in order to control the pressure of the mixed gas (1) introduced into the supply pipe, a pressure gauge is additionally provided, or in order to prevent the pressure of the mixed gas (1) in the nitric acid manufacturing process from being drastically lowered, .

증류부(20)는 적어도 하나 이상의 증류탑(21, 23)을 포함하여, 공급부(10)로부터 공급받은 혼합가스를 정제한다. 증류탑(21, 23)은 하부에 배치되는 리보일러(21a, 23a), 상부에 배치되는 냉각기(21c, 23c), 및 리보일러(21a, 23a)와 냉각기(21c, 23c) 사이에 형성되는 칼럼을 포함하는데, 증류탑(21, 23)은 통상의 기술이므로 이에 관한 설명은 생략한다.The distillation section 20 includes at least one or more distillation columns 21 and 23 to purify the mixed gas supplied from the supply section 10. The distillation columns 21 and 23 are provided with reboilers 21a and 23a disposed at the lower portion thereof, coolers 21c and 23c disposed at the upper portion thereof, and columns 21b and 23c formed between the reboilers 21a and 23a and the coolers 21c and 23c. Since the distillation towers 21 and 23 are conventional techniques, a description thereof will be omitted.

일 실시예로서, 증류탑은 한 쌍으로서, 그 중 어느 하나인 제1 증류탑(21)이 공급부(10)로부터 혼합가스를 공급받아 고비점 불순물(3)을 제거하고, 다른 하나인 제2 증류탑(23)이 제1 증류탑(21)에서 정제된 혼합가스를 공급받아 저비점 불순물(4)을 제거할 수 있다. 여기서, 고비점 불순물(3)은 일산화질소에 비해 비점이 상대적으로 높은 아산화질소, 이산화질소, 미반응 암모니아, 수분 등의 불순물이고, 저비점 불순물(4)은 비점이 상대적으로 낮은 질소, 산소 등의 불순물을 의미한다.In one embodiment, the first distillation tower 21, which is one of the pair of distillation towers, receives the mixed gas from the supply unit 10 to remove the high boiling point impurity 3, and the second distillation tower 23 can be supplied with the purified mixed gas in the first distillation tower 21 to remove the low boiling point impurities 4. The high boiling point impurity 3 is an impurity such as nitrous oxide, nitrogen dioxide, unreacted ammonia, and water having a relatively high boiling point as compared with nitrogen monoxide. The low boiling point impurity 4 is an impurity such as nitrogen or oxygen having a relatively low boiling point .

여기서, 제1 증류탑(21)은 냉각기(21c) 온도가 -85 ~ -95 ℃로, 리보일러(21a) 온도가 -60 ~ -50 ℃로, 운전 압력이 3 ~ 5 기압으로 유지될 수 있는데, 이때 고비점 불순물(3)은 응축되어 액상으로 제1 증류탑(21) 하부에 연결된 배관을 통해 배출되고, 정제된 혼합가스는 제1 증류탑(21) 상부와 연결된 배관을 따라 제2 증류탑(23)으로 유입된다.Here, in the first distillation tower 21, the temperature of the cooler 21c may be maintained at -85 to -95 DEG C, the temperature of the reboiler 21a may be maintained at -60 to -50 DEG C, and the operation pressure may be maintained at 3 to 5 atmospheres , And the high boiling point impurity 3 is condensed and discharged in a liquid phase through a pipe connected to the lower portion of the first distillation tower 21. The purified mixed gas flows through the second distillation tower 23 ).

제2 증류탑(23)은 상부 냉각기(23c) 온도가 -150 ~ -140 ℃로, 하부 리보일러(23a) 온도가 -90 ~ -80 ℃로 각각 유지되며, 기상의 저비점 불순물(4)은 제2 증류탑(23) 상부와 연결된 배관을 통해 배출 제거되고, 정제된 혼합가스는 제2 증류탑(23) 하부의 배관을 통해 흡착부(30)로 전달된다.The second distillation column 23 is maintained at a temperature of -150 to -140 ° C. in the upper cooler 23c and a temperature of -90 to -80 ° C. in the lower reboiler 23a, 2 distillation tower 23, and the purified mixed gas is delivered to the adsorption unit 30 through the piping under the second distillation tower 23.

흡착부(30)는 흡착탑(31, 33)을 포함하여, 증류부(20)에서 정제된 혼합가스를 정제한다. 여기서, 흡착탑(31, 33)은 적어도 하나 이상 배치되는데, 각각의 내부에는 흡착제가 배치된다. 흡착제로는 모레큐레시브(Molecular Sieve), 활성탄, 실리카겔, 활성알루미나겔, 및 저온재생겔로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 형성될 수 있는데, 바람직하게는 모레큐레시브가 적합하다. 이러한 흡착제가 불순물과 반응하여 불순물을 흡착하는바, 흡착부(30)를 통해 고순도의 일산화질소를 얻을 수 있다.The adsorption section 30 includes the adsorption towers 31 and 33 to purify the purified gas mixture in the distillation section 20. Here, at least one adsorption tower (31, 33) is disposed, and an adsorbent is disposed inside each of the adsorption towers (31, 33). The adsorbent may be formed of at least one selected from the group consisting of Molecular Sieve, activated carbon, silica gel, activated alumina gel, and low-temperature regenerated gel, and preferably moireclecib. Since such an adsorbent reacts with impurities to adsorb impurities, high purity nitrogen monoxide can be obtained through the adsorption section 30. [

흡착부(30)의 일 실시예로서, 한 쌍의 흡착탑(31, 33)이 분리 배치되고, 흡착탑(31, 33)에는 가열부(35, 37)가 형성될 수 있다. 가열부(35, 37)는 흡착제를 가열할 수 있는 수단으로서, 예를 들어 전기 히터 등을 사용할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 흡착탑(31, 33) 중 어느 하나인 제1 흡착탑(31)에서 불순물을 흡착 정제하는 동안, 다른 하나인 제2 흡착탑(33)에서는 흡착제를 가열하여 흡착제를 재생할 수 있고, 이러한 흡착 정제공정과 재생공정이 제1 흡착탑(31)과 제2 흡착탑(33) 사이에서 교대로 진행됨으로써, 흡착 정제공정과 재생공정을 동시에 수행할 수 있다.As one embodiment of the adsorption section 30, a pair of adsorption towers 31 and 33 may be separately disposed and heating sections 35 and 37 may be formed in the adsorption towers 31 and 33. The heating units 35 and 37 may be, for example, electric heaters or the like as means for heating the adsorbent. Therefore, while adsorbing and purifying the impurities in the first adsorption tower 31, which is one of the pair of adsorption towers 31 and 33, the adsorption agent can be regenerated by heating the adsorption agent in the second adsorption tower 33, The adsorption purification step and the regeneration step alternate between the first adsorption tower 31 and the second adsorption tower 33, so that the adsorption purification step and the regeneration step can be performed at the same time.

한편, 혼합가스가 증류부(20)로 공급되기 전에, 불순물을 응축하여 제거할 수 있도록, 제1 냉각 칠러(chiller, 40), 및 기액분리기(50)가 더 포함될 수도 있다.On the other hand, a first cooling chiller 40 and a gas-liquid separator 50 may be further included so that impurities can be condensed and removed before the mixed gas is supplied to the distillation section 20.

제1 냉각 칠러(40)는 공급부(10)로부터 고온의 혼합가스를 공급받아, 이를 냉각한다. 여기서, 제1 냉각 칠러(40)의 온도가 -20 ~ -10 ℃로 유지되는바, 혼합가스 중의 수분과 일산화질소 등의 불순물 일부(2)가 응축된다. 액상 응축된 불순물(2)을 함유하는 혼합가스는 배관을 통해 기액분리기(50)로 전달된다.The first cooling chiller 40 receives the high-temperature mixed gas from the supply unit 10 and cools it. Here, when the temperature of the first cooling chiller 40 is maintained at -20 to -10 占 폚, part of the impurities such as moisture and nitrogen monoxide in the mixed gas are condensed. The mixed gas containing the liquid condensed impurities (2) is delivered to the gas-liquid separator (50) through the piping.

기액분리기(50)는 혼합가스 중의 액상 불순물(2)과 나머지 혼합가스를 분리한다. 이때, 액상 불순물(2)은 기액분리기(50)의 하부에 연결된 배관을 통해 분리 배출되고, 혼합가스는 기액분리기(50)의 상부에 연결된 배관을 통해 증류부(20)로 공급된다. 여기서, 증류부(20)로 공급되는 혼합가스는 이송펌프(P)를 통해 임시 저장용 버퍼 탱크(B)로 이송되었다가, 3 ~ 10 기압 이하로 가압되어 상부측 혼합가스가 증류부(20)의 제1 증류탑(21)으로 투입될 수 있다.The gas-liquid separator 50 separates the liquid impurities 2 in the mixed gas from the remaining mixed gas. At this time, the liquid impurities 2 are separated and discharged through piping connected to the lower part of the gas-liquid separator 50, and the mixed gas is supplied to the distillation unit 20 through the piping connected to the upper part of the gas-liquid separator 50. The mixed gas supplied to the distillation unit 20 is transferred to the buffer tank B for temporary storage via the transfer pump P and is then pressurized to 3 to 10 atm or lower so that the upper side mixed gas is supplied to the distillation unit 20 ) Into the first distillation column (21).

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치는 압축기(70), 및 제2 냉각 칠러(80)를 더 포함할 수 있다.The apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention may further comprise a compressor 70 and a second cooling chiller 80.

압축기(70)는 정제된 혼합가스가 흡착부(30)로 유입되기 전에, 증류부(20)로부터 그 혼합가스를 공급받아 이를 압축한다. 이때, 증류부(20)가 제1 증류탑(21) 및 제2 증류탑(23)으로 형성된 경우에는, 제2 증류탑(23)의 하부 배관을 통해 그 혼합가스를 공급받는다.The compressor 70 supplies the mixed gas from the distillation section 20 and compresses the mixed gas before the purified mixed gas flows into the adsorption section 30. At this time, when the distillation section 20 is formed of the first distillation tower 21 and the second distillation tower 23, the mixed gas is supplied through the lower piping of the second distillation tower 23.

압축기(70)에 의해 압축된 혼합가스는 제2 냉각 칠러(80)로 도입되는데, 제2 냉각 칠러(80)의 온도가 -20 ~ 10 ℃, 바람직하게는 -15 ~ 0 ℃로 유지되어, 도입된 혼합가스를 냉각한다. 이에 따라 증류부(20)에서 정제된 혼합가스 내의 잔류 불순물이 제거된 상태로, 혼합가스가 배관을 따라 흡착부(30)로 공급된다.The mixed gas compressed by the compressor 70 is introduced into the second cooling chiller 80. The temperature of the second cooling chiller 80 is maintained at -20 to 10 캜, preferably -15 to 0 캜, The introduced mixed gas is cooled. Thus, the mixed gas is supplied to the adsorption section 30 along the piping, with the residual impurities in the purified mixed gas being removed in the distillation section 20.

또한, 본 발명에 따른 고순도 일산화질소 제조장치는 냉각탱크(60)를 더 포함할 수 있다. The apparatus for producing high purity nitrogen monoxide according to the present invention may further include a cooling tank (60).

냉각탱크(60)는 흡착부(30)로부터 정제된 혼합가스를 공급받아 소정의 온도로 냉각하여 저장한다. 이때, 냉각탱크(60) 내의 온도는 -20 ~ 0 ℃로 유지되고, 내부 압력은 300 ~ 700 psi로 유지될 수 있다. 이러한 조건하에서, 냉각탱크(60)에 저장되는 혼합가스 중 수분 등과 같은 불순물은 냉각탱크(60) 하부에 응축되어 분리된다. 따라서, 냉각탱크(60) 상부를 통해 더욱 순도가 높아진 일산화질소를 얻을 수 있다. The cooling tank 60 receives the purified mixed gas from the adsorption unit 30 and stores the cooled mixed gas at a predetermined temperature. At this time, the temperature in the cooling tank 60 is maintained at -20 to 0 占 폚, and the internal pressure can be maintained at 300 to 700 psi. Under these conditions, impurities such as moisture in the mixed gas stored in the cooling tank 60 are condensed and separated in the lower portion of the cooling tank 60. Therefore, nitrogen monoxide having a higher purity can be obtained through the upper portion of the cooling tank 60.

이하에서는 냉각탱크(60)의 구체적 구조에 대해서 설명한다.Hereinafter, a specific structure of the cooling tank 60 will be described.

도 5는 도 4에 도시된 냉각탱크의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다. 5 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of the cooling tank shown in Fig.

도 5를 참고로, 본 발명에 따른 냉각탱크(60)는 탱크부(61), 주입관(63), 냉각 자켓(65), 냉각관(67)을 포함할 수 있다.5, the cooling tank 60 according to the present invention may include a tank portion 61, an injection pipe 63, a cooling jacket 65, and a cooling pipe 67. [

탱크부(61)는 내부에 수용공간을 구비하는 용기로, 그 수용공간에 혼합가스가 주입되어 저장되도록 형성된다. 여기서, 내부 압력은 300 ~ 700 psi로 유지될 수 있다. 다만, 내부 압력이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The tank portion 61 is a container having a receiving space therein, and is formed such that a mixed gas is injected into the receiving space and is stored. Here, the internal pressure can be maintained at 300 to 700 psi. However, the internal pressure is not necessarily limited thereto.

주입관(63)은 흡착부(30)로부터 이송되는 정제된 혼합가스를 탱크부(61)의 수용공간으로 주입한다.The injection tube 63 injects the purified mixed gas transferred from the adsorption section 30 into the accommodation space of the tank section 61.

냉각 자켓(65)은 탱크부(61)의 외면을 감싸도록 형성되되, 내부에 중공을 구비하고, 그 중공에 제1 냉매(R1)가 수용되거나, 흐르면서 탱크부(61)를 냉각한다. 이러한 냉각 자켓(65)에는 제1 냉매(R1)가 주입되는 제1 냉매 주입관, 및 중공으로부터 제1 냉매(R1)가 배출되는 제1 냉매 배출관이 각각 형성되어, 제1 냉매(R1)를 지속적으로 순환시키면서 혼합가스를 소정의 온도로 냉각할 수 있다.The cooling jacket 65 is formed so as to surround the outer surface of the tank portion 61 and has a hollow inside and cools the tank portion 61 while the first coolant R 1 is stored in the hollow or flows. The cooling jacket 65 is formed with a first refrigerant injection pipe into which the first refrigerant R1 is injected and a first refrigerant discharge pipe through which the first refrigerant R1 is discharged from the hollow, The mixed gas can be cooled to a predetermined temperature while circulating continuously.

냉각관(67)은 탱크부(61)의 수용공간에 배치되어 혼합가스를 냉각한다. 이러한 냉각관(67)은 내부에 흐르는 제2 냉매(R2)를 이용해 혼합가스를 냉각하는데, 구체적으로 나선형 관 형태로 형성되는바, 혼합가스와의 접촉면이 확장되어 효율적으로 혼합가스를 냉각할 수 있다. 한편, 냉각관(67)의 일단에는 제2 냉매(R2)를 공급하는 제2 냉매 주입관(66)이, 냉각관(67)의 타단에는 제2 냉매(R2)를 배출하는 제2 냉매 배출관(68)이 각각 연결되어, 제2 냉매(R2)가 순환하도록 구성될 수 있다.The cooling pipe 67 is disposed in the receiving space of the tank portion 61 to cool the mixed gas. The cooling pipe 67 cools the mixed gas using the second refrigerant R2 flowing therein. Specifically, the cooling pipe 67 is formed in the form of a spiral tube. The contact surface with the mixed gas is expanded to efficiently cool the mixed gas have. A second refrigerant injection pipe 66 for supplying the second refrigerant R2 is connected to one end of the cooling pipe 67 and a second refrigerant pipe 66 for discharging the second refrigerant R2 is connected to the other end of the cooling pipe 67, (68) are connected to each other so that the second refrigerant (R2) circulates.

여기서, 제1 냉매(R1) 및 제2 냉매(R2)는 프레온계 냉매 R22, R407C 등을 사용할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 공조냉동 분야에서 사용될 수 있는 모든 공지의 냉매를 사용할 수 있고, 이때 제1 냉매(R1)와 제2 냉매(R2)는 서로 동일하거나 또는 다른 냉매를 사용해도 무방하다. 이러한 제1 및 제2 냉매(R1, R2)에 의해 냉각탱크(60)의 온도는 -20 ~ 0 ℃로 유지될 수 있다.The first refrigerant R1 and the second refrigerant R2 may be freon refrigerants R22 and R407C. However, the present invention is not limited thereto. Any known refrigerant that can be used in the air conditioning refrigeration field may be used. At this time, the first refrigerant R1 and the second refrigerant R2 may be the same or different from each other. The temperature of the cooling tank 60 can be maintained at -20 to 0 占 폚 by the first and second refrigerants R1 and R2.

이렇게 형성된 냉각탱크(60)에 혼합가스가 냉각되어 저장되면, 혼합가스 중 수분 등과 같은 불순물(5)은 응축되어 탱크부(61) 수용공간의 하부로, 고순도의 일산화질소는 그 수용공간의 상부로 분리되는바, 수용공간의 하부에 연결된 불순물 배출관(64)을 통해 불순물(5)을 배출하고, 수용공간의 상부와 연결된 일산화질소 배출관(62)을 통해 고순도의 일산화질소를 취득할 수 있다.When the mixed gas is cooled and stored in the cooling tank 60 thus formed, the impurities 5 such as moisture in the mixed gas are condensed to the lower part of the space for accommodating the tank part 61, and the high purity nitrogen monoxide reaches the upper part The impurities 5 can be discharged through the impurity discharge pipe 64 connected to the lower part of the accommodation space and the high purity nitrogen monoxide can be obtained through the nitrogen monoxide discharge pipe 62 connected to the upper part of the accommodation space.

이하에서는 구체적인 실시예 및 평가예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of specific examples and evaluation examples.

실시예 1: 냉각응축 정제 및 분리 정제Example 1: Cold condensation purification and separation purification

먼저, 실제 운영되는 상업용 질산 제조공정에서 암모니아 산화기를 통해 배출된 고온의 혼합가스를, 1 ~ 10 L/min의 유량으로 공급받아 열교환기용 냉각 칠러를 이용해 냉각시켰다. 여기서, 냉각 칠러의 온도는 -20 ~ -10℃로 유지하였다. 이때, 혼합 가스 중 수분, 이산화질소 등과 같은 물질들의 일부가 응축되는바, 기액분리기를 사용해 액상과 기상으로 분리하였다. 기액분리기 하부에 액상 응축된 물질 성분은 주로 수분과 이산화질소가 대부분이었다.First, in a commercial nitric acid production process, high temperature mixed gas discharged through an ammonia oxidizer was supplied at a flow rate of 1 to 10 L / min and cooled using a cooling chiller for a heat exchanger. Here, the temperature of the cooling chiller was kept at -20 to -10 ° C. At this time, some of the substances such as moisture, nitrogen dioxide, and the like in the mixed gas are condensed and separated into a liquid phase and a gas phase using a gas-liquid separator. In the lower part of the gas-liquid separator, the liquid condensate was mostly moisture and nitrogen dioxide.

다음에, 기액분리기 상부에 연결된 배관 및 이송펌프를 통해, 혼합가스를 임시 저장용 버퍼 탱크로 이송시키고, 3 ~ 10 기압 이하로 가압하여, 혼합가스를 1차 증류탑으로 투입하였다. 1차 증류탑의 상부 냉각기 온도를 액체 질소를 이용하여 -85 ~ -95 ℃로 유지하였고, 하부의 리보일러 온도는 -60 ~ -50 ℃가 되도록 운전하였으며, 증류탑 내의 운전 압력은 3 ~ 5 기압을 유지하였다. 이에, 제1 증류탑 하부에는 끊는점이 비교적 높아 쉽게 액화된 수분, 이산화질소, 암모니아, 아산화질소 등이, 제1 증류탑 상부에는 일산화질소 등이 저온증류법에 따라 분리되었다. Next, the mixed gas was transferred to the buffer tank for temporary storage through the piping connected to the upper part of the gas-liquid separator and the transfer pump, and pressurized to 3 to 10 atm or lower, and the mixed gas was introduced into the primary distillation tower. The upper cooler temperature of the first distillation column was maintained at -85 to -95 ° C using liquid nitrogen and the reboiler temperature was operated at -60 to -50 ° C. The operating pressure in the distillation column was 3 to 5 atm Respectively. Therefore, easily liquefied moisture, nitrogen dioxide, ammonia, nitrous oxide and the like were blown off at the lower portion of the first distillation tower, and nitrogen monoxide and the like were separated from the first distillation tower by the low temperature distillation method.

하부에 응축된 액상물질들은 액상 배관을 통해 제거하고, 1차 증류탑 상부에 설치된 배관을 통해 1차 불순물이 제거된 혼합가스를 2차 증류탑으로 투입하였다. 2차 증류탑에서는 상부 냉각기 온도를 액체 질소를 이용하여 -150 ~ -140 ℃로 유지하였고, 하부의 리보일러 온도는 -90 ~ -80 ℃가 되도록 하여, 증류탑 하부를 통해 고순도 일산화질소만을 수집하고, 기체상의 불순물(질소와 미반응 산소 등)들은 증류탑 상부 배관을 통해 배출하였다. The liquid substances condensed in the lower part were removed through the liquid pipe, and the mixed gas, from which the first impurities were removed through the piping installed on the first distillation tower, was introduced into the second distillation tower. In the second distillation tower, the upper cooler temperature was maintained at -150 to -140 ° C. using liquid nitrogen and the reboiler temperature at the lower side was -90 to -80 ° C. Only high purity nitrogen monoxide was collected through the bottom of the distillation tower, Gaseous impurities (such as nitrogen and unreacted oxygen) were discharged through the top of the distillation column.

실시예 2: 냉각응축 정제, 흡착 정제, 및 냉각 저장Example 2: Cold condensation purification, adsorption purification, and cold storage

실시예 1에서 분리 정제된 혼합가스를 제2 증류탑의 하부 배관을 통해 압축기로 공급하여, 이를 압축하고 냉각 칠러에 도입하였다. 여기서, 냉각 칠러의 온도는 -15 ~ 0 ℃로 유지하였다.The mixed gas separated and purified in Example 1 was supplied to the compressor through the lower pipe of the second distillation column, compressed and introduced into the cooling chiller. Here, the temperature of the cooling chiller was kept at -15 to 0 占 폚.

다음으로, 냉각 칠러를 거친 혼합가스를 제1 흡착탑 및 제2 흡착탑으로 도입하였다. 이때, 어느 하나의 흡착탑에서는 흡착 정제공정을, 동시에 다른 하나의 흡착탑에서는 재생공정을, 교대로 수행하였다. 여기서, 각각의 흡착탑에 배치된 흡착제는 모레큐레시브 3A를 사용했고, 흡착 정제공정은 흡착탑의 온도가 상온을 유지하도록 하였다.Next, the mixed gas passing through the cooling chiller was introduced into the first adsorption column and the second adsorption column. At this time, the adsorption purification step was carried out in one adsorption tower and the regeneration step was carried out alternately in the other adsorption tower. Here, the adsorbent disposed on each adsorption column used Morecurecib 3A, and the adsorption purification process was performed so that the temperature of the adsorption tower was maintained at room temperature.

마지막으로, 흡착 정제공정을 마친 혼합가스를, 온도가 -20 ~ 0 ℃ 범위로 유지되고, 내부 압력이 300 ~ 700 psi인 냉각탱크로 주입하여 저장하였다.Finally, the mixed gas after the adsorptive purification process was injected into a cooling tank maintained at a temperature of -20 to 0 ° C and an internal pressure of 300 to 700 psi and stored.

평가예 1: 질산 제조공정에서 유입된 혼합가스 성분 분석Evaluation Example 1: Analysis of mixed gas components introduced in the nitric acid production process

실시예 1에서 질산 제조공정으로부터 공급받는 혼합가스를 FT-IR과 GC를 이용하여 분석하였다. 분석 대상이 되는 혼합가스는 질산 제조공정의 암모니아 산화기에서 배출된 혼합가스이다. 분석 결과, 일산화질소는 9.3 Vol%, 아산화질소는 15.3 Vol%, 이산화질소는 7.2 Vol%, 수분은 68.2 Vol%가 존재하였다. 이를 통해, 혼합가스 중에는 수분과 아산화질소가 다량 함유되어 있고, 일산화질소는 반도체용으로 사용하기에는 부적합할 정도로 순도가 낮다는 것을 알 수 있다.The mixed gas supplied from the nitric acid production process in Example 1 was analyzed by FT-IR and GC. The mixed gas to be analyzed is the mixed gas discharged from the ammonia oxidation unit of the nitric acid production process. As a result, nitric oxide was 9.3 vol%, nitrous oxide was 15.3 vol%, nitrogen dioxide was 7.2 vol%, and moisture was 68.2 vol%. As a result, it can be seen that the mixed gas contains a large amount of moisture and nitrous oxide, and the nitrogen monoxide is low in purity to be unsuitable for semiconductor use.

평가예 2: 실시예 1의 증류탑에서 배출된 물질의 조성비 분석Evaluation Example 2: Analysis of the composition ratio of the substance discharged from the distillation column of Example 1

상기 실시예 1의 제1 증류탑과 제2 증류탑에서 배출되는 물질의 조성비(%)를 분석하였는바, 그 결과는 하기 [표 1]과 같다.The composition ratio (%) of the substance discharged from the first distillation column and the second distillation column of Example 1 was analyzed. The results are shown in Table 1 below.

성분물질Ingredient substance 제1 증류탑The first distillation tower 제2 증류탑Second distillation tower 상부Top 하부bottom 상부Top 하부bottom NONO 38.738.7 0.60.6 0.030.03 99.9899.98 N20N 2 O < 0.001<0.001 59.259.2 < 0.001<0.001 0.020.02 NO2 NO 2 < 0.001<0.001 22.122.1 < 0.001<0.001 < 0.001<0.001 H20H 2 O < 0.001<0.001 19.919.9 -- < 0.001<0.001 NH3 NH 3 -- 1.21.2 -- -- N2 N 2 39.639.6 < 0.001<0.001 76.276.2 -- O2 O 2 21.721.7 < 0.001<0.001 23.523.5 --

[표 1]과 같이, 제2 증류탑을 통과한 후, 일산화질소는 증류탑 하부에서 99.98 % 이상의 순도를 얻을 수 있었다. 그러나 반도체 제조용으로 사용되기 위해서는 99.995 % 이상의 고순도가 요구되므로, 실시예 2의 정제 공정을 추가적으로 실행할 필요가 있다.As shown in [Table 1], after passing through the second distillation column, nitrogen monoxide could have a purity of 99.98% or more at the bottom of the distillation column. However, since it is required to have a purity of 99.995% or more in order to be used for semiconductor manufacturing, it is necessary to further carry out the purification step of Example 2. [

평가예 3: 실시예 2의 냉각탱크에서의 불순물 분석Evaluation Example 3: Impurity analysis in the cooling tank of Example 2

상기 실시예 2를 실행한 후, 냉각탱크 내의 상부와 하부에 위치한 불순물의 성분을 분석하였다. 그 결과는 하기 [표 2]와 같다.After executing the second embodiment, the components of the impurities located in the upper and lower parts of the cooling tank were analyzed. The results are shown in Table 2 below.

분석
위치
analysis
location
불순물 (ppm)Impurities (ppm)
H2OH 2 O NO2 NO 2 N2ON 2 O H2 H 2 O2 O 2 N2 N 2 CH4 CH 4 CO2 CO 2 COCO 상부Top 0.2580.258 2.4262.426 0.1880.188 < 0.1&Lt; 0.1 < 0.1&Lt; 0.1 4.1254.125 < 0.1&Lt; 0.1 < 0.1&Lt; 0.1 < 0.1&Lt; 0.1 하부bottom 0.2870.287 2.3652.365 0.1960.196 < 0.1&Lt; 0.1 < 0.1&Lt; 0.1 4.0374.037 < 0.1&Lt; 0.1 < 0.1&Lt; 0.1 < 0.1&Lt; 0.1

[표 2]의 결과를 통해, 본 발명에 따르면, 99.999 % 이상의 고순도 반도체용 일산화질소가 제조될 수 있음을 알 수 있다.According to the results shown in [Table 2], it can be seen that, according to the present invention, nitrogen monoxide for 99.999% or more of high purity semiconductor can be produced.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the present invention. It is obvious that the modification or improvement is possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1: 혼합가스 10: 공급부
20: 증류부 21: 제1 증류탑
23: 제2 증류탑 30: 흡착부
31: 제1 흡착탑 33: 제2 흡착탑
35, 37: 가열부 40: 제1 냉각 칠러
50: 기액분리기 60: 냉각탱크
61: 탱크부 63: 주입관
65: 냉각 자켓 67: 냉각관
70: 압축기 80: 제2 냉각 칠러
1: mixed gas 10:
20: distillation section 21: first distillation tower
23: second distillation column 30: adsorption section
31: first adsorption tower 33: second adsorption tower
35, 37: heating section 40: first cooling chiller
50: gas-liquid separator 60: cooling tank
61: tank portion 63: injection tube
65: cooling jacket 67: cooling pipe
70: compressor 80: second cooling chiller

Claims (13)

(a) 암모니아를 산화하여 질산을 제조하는 질산 제조공정에서 생성되고, 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스를 공급하는 단계;
(b) 비점 차이를 이용하여, 상기 혼합가스를 분리 정제하는 단계; 및
(c) 흡착제를 이용하여, 분리 정제된 상기 혼합가스를 흡착 정제하는 단계;
를 포함하는 고순도 일산화질소 제조방법.
(a) supplying a mixed gas produced in a nitric acid production process for producing nitric acid by oxidizing ammonia and containing low-purity nitrogen monoxide;
(b) separating and purifying the mixed gas using a boiling point difference; And
(c) adsorbing and purifying the separated and purified mixed gas using an adsorbent;
&Lt; / RTI &gt;
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에,
상기 혼합가스를 냉각하고, 기액 분리하여, 냉각응축 정제하는 단계;
를 더 포함하는 고순도 일산화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
Between the step (a) and the step (b)
Cooling the mixed gas, separating the mixed gas by gas-liquid separation, cooling, condensing and purifying;
Further comprising the steps of:
청구항 1에 있어서,
상기 (b) 단계는,
제1 증류탑을 이용하여, 상기 혼합가스로부터, 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 높은 고비점 불순물을 제거하는 단계; 및
제2 증류탑을 이용하여, 상기 고비점 불순물이 제거된 상기 혼합가스로부터, 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 낮은 저비점 불순물을 제거하는 단계;
를 포함하는 고순도 일산화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
Removing a high boiling point impurity relatively higher in boiling point than the nitrogen monoxide from the mixed gas by using the first distillation column; And
Removing low boiling point impurities relatively low in boiling point from the mixed gas from which the high boiling point impurities have been removed using the second distillation column;
&Lt; / RTI &gt;
청구항 3에 있어서,
상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계 사이에,
상기 저비점 불순물이 제거된 상기 혼합가스를 압축하고, 냉각하여, 냉각응축 정제하는 단계;
를 더 포함하는 고순도 일산화질소 제조방법.
The method of claim 3,
Between the step (b) and the step (c)
Compressing the mixed gas from which the low-boiling point impurities have been removed, cooling, cooling, condensing and purifying;
Further comprising the steps of:
청구항 1에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 흡착제가 내부에 각각 배치된 한 쌍의 흡착탑을 이용하되, 교대로, 어느 하나의 제1 흡착탑에서 불순물을 흡착 정제하고, 다른 하나의 제2 흡착탑에서 상기 흡착제를 가열하여 재생하는 고순도 일산화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (c)
Wherein a pair of adsorption towers in which the adsorbents are respectively disposed are used to adsorb and refine impurities in any one of the first adsorption columns and to heat and regenerate the adsorbent in the other one of the second adsorption columns, Way.
청구항 1에 있어서,
상기 (c) 단계 이후에, 흡착 정제된 상기 혼합가스를 냉각 저장하는 단계;
를 더 포함하는 고순도 일산화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
Cooling and storing the adsorbed and purified mixed gas after the step (c);
Further comprising the steps of:
암모니아를 산화하여 질산을 제조하는 질산 제조공정에서 생성되고, 저순도 일산화질소를 함유한 혼합가스를 공급하는 공급부;
리보일러, 칼럼, 및 냉각기를 포함하는 적어도 하나 이상의 증류탑을 포함하고, 비점 차이를 이용해 상기 혼합가스를 정제하는 증류부; 및
내부에 흡착제가 배치된 적어도 하나 이상의 흡착탑을 포함하고, 상기 증류부에서 정제된 상기 혼합가스를 흡착 정제하는 흡착부;
를 포함하는 고순도 일산화질소 제조장치.
A supply part for supplying a mixed gas produced in a nitric acid production process for producing nitric acid by oxidizing ammonia and containing low-purity nitrogen monoxide;
A distillation section comprising at least one distillation column including a reboiler, a column, and a cooler, the distillation section purifying the mixed gas using a boiling point difference; And
An adsorption unit including at least one adsorption column in which an adsorbent is disposed, the adsorption unit adsorbing and purifying the purified gas in the distillation unit;
Wherein the high-purity nitrogen monoxide produced by the high-
청구항 7에 있어서,
상기 증류부는,
상기 증류탑이 한 쌍으로 분리 배치되고, 그 중 어느 하나인 제1 증류탑이 상기 공급부로부터 상기 혼합가스를 공급받아 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 높은 고비점 불순물을 제거하고, 다른 하나인 제2 증류탑이 상기 제1 증류탑에서 정제된 상기 혼합가스를 공급받아 상기 일산화질소보다 비점이 상대적으로 낮은 저비점 불순물을 제거하는 고순도 일산화질소 제조장치.
The method of claim 7,
Wherein the distillation section comprises:
The first distillation column receives the mixed gas from the supply section to remove high boiling point impurities relatively higher in boiling point than the nitrogen monoxide, and the second distillation column, And removing the low boiling point impurities relatively low in boiling point than the nitrogen monoxide by receiving the purified mixed gas in the first distillation column.
청구항 7에 있어서,
상기 흡착부는,
한 쌍의 상기 흡착탑이 분리 배치되고,
각각의 상기 흡착탑을 가열하는 가열부;
를 더 포함하여,
교대로, 한 쌍의 상기 흡착탑 중 어느 하나인 제1 흡착탑이 상기 혼합가스를 흡착 정제하고, 다른 하나인 제2 흡착탑이 상기 흡착제를 가열 재생하는 고순도 일산화질소 제조장치.
The method of claim 7,
The adsorption unit
A pair of the adsorption towers are separated and disposed,
A heating unit for heating each of the adsorption towers;
Further comprising:
Alternately, the first adsorption tower, which is one of the pair of adsorption towers, adsorbs and refines the mixed gas, and the second adsorption tower, which is another one, heats and regenerates the adsorbent.
청구항 7에 있어서,
상기 공급부로부터 공급되는 상기 혼합가스를 냉각하여, 불순물을 응축하는 제1 냉각 칠러(chiller); 및
응축된 액상의 상기 불순물을 분리하여, 상기 혼합가스를 상기 증류탑으로 공급하는 기액분리기;
를 더 포함하는 고순도 일산화질소 제조장치.
The method of claim 7,
A first cooling chiller that cools the mixed gas supplied from the supply unit to condense the impurities; And
A gas-liquid separator for separating the impurities from the condensed liquid phase and supplying the mixed gas to the distillation column;
Further comprising: a high-purity nitrogen monoxide producing device for producing high-purity nitrogen monoxide.
청구항 7에 있어서,
상기 증류부로부터 상기 혼합가스를 공급받아 압축하는 압축기; 및
상기 압축기로부터 압축된 상기 혼합가스를 공급받아 냉각하여, 불순물을 응축 제거하고, 상기 혼합가스를 상기 흡착부로 공급하는 제2 냉각 칠러(chiller);
를 더 포함하는 고순도 일산화질소 제조장치.
The method of claim 7,
A compressor for receiving and compressing the mixed gas from the distillation section; And
A second cooling chiller that receives and compresses the mixed gas compressed from the compressor to condense and remove impurities and supply the mixed gas to the adsorption unit;
Further comprising: a high-purity nitrogen monoxide producing device for producing high-purity nitrogen monoxide.
청구항 7에 있어서,
상기 흡착부로부터 상기 혼합가스를 공급받아, 소정의 온도로 냉각 저장하는 냉각탱크;
를 더 포함하는 고순도 일산화질소 제조장치.
The method of claim 7,
A cooling tank for receiving the mixed gas from the adsorption unit and cooling and storing the mixed gas at a predetermined temperature;
Further comprising: a high-purity nitrogen monoxide producing device for producing high-purity nitrogen monoxide.
청구항 12에 있어서,
상기 냉각탱크는,
상기 혼합가스를 저장할 수 있도록, 내부에 수용공간을 구비하는 탱크부;
상기 수용공간으로 상기 혼합가스를 주입하는 주입관;
내부에 제1 냉매가 흐르는 중공을 구비하고, 상기 탱크부의 외면을 감싸도록 형성된 냉각 자켓; 및
나선형 관 형태로 형성되어 내부에 제2 냉매가 흐르고, 상기 수용공간에 배치되는 냉각관;
을 포함하는 고순도 일산화질소 제조장치.
The method of claim 12,
Wherein the cooling tank includes:
A tank portion having an accommodation space therein so as to store the mixed gas;
An injection tube for injecting the mixed gas into the accommodation space;
A cooling jacket having a hollow through which the first refrigerant flows, the cooling jacket surrounding the outer surface of the tank; And
A cooling pipe formed in a spiral tube shape and having a second refrigerant flowing therein and disposed in the accommodation space;
Wherein the high-purity nitrogen monoxide produced by the high-
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