KR20230011727A - System and method for solvent recovery in the diborane manufacturing process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디보란 제조시 용제 회수 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용기부 내의 폐용제를 증류하여 용제 회수시, 용기 내부에 남아있는 슬러리 상태의 폐용제 배출시기를 최적화하여 용제 회수율 및 장치 안정성을 높일 수 있는 용제 회수 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solvent recovery system and method for producing diborane, and more particularly, when recovering the solvent by distilling the waste solvent in the container, optimizing the discharge timing of the waste solvent remaining in the slurry state in the container to obtain a solvent recovery rate and It relates to a solvent recovery system and method capable of increasing device stability.
디보란(diborane, 디보레인 또는 다이보레인)은 B2H6 화학식을 갖는, 붕소와 수소로 이루어지는 화합물이다. 실내온도에서는 달콤한 향의 무색의 기체이다. 디보란은 공기와 잘 섞이기 때문에 폭발 혼합물을 만들기 쉬우며, 습기가 찬 공기에 닿으면 자연 발화하는 특성을 가지며 로켓 추진체로 많이 사용되고 있다. 뿐만 아니라, 디보란 가스는 반도체 장비의 P타입 도펀트(dopant)로 사용되어 전자산업과 그 응용분야에서 널리 활용되고 있다.Diborane (diborane or diborane) is a compound composed of boron and hydrogen, having the formula B 2 H 6 . At room temperature, it is a colorless gas with a sweet odor. Since diborane mixes well with air, it is easy to make an explosive mixture, and it is widely used as a rocket propellant because it has the property of spontaneously igniting when it comes into contact with moist air. In addition, diborane gas is used as a P-type dopant in semiconductor equipment and is widely used in the electronic industry and its applications.
디보란을 제조하기 위한 종래의 기술은 BF3와 LiH를 반응하여 합성하는 방법, BCl3와 LiAlH4를 이용하는 방법, 그리고 NaBH4와 3가지 원료(BF3, 황산, I)를 이용하는 방법 등이 소개되고 있다.Conventional technologies for producing diborane include a method of synthesizing by reacting BF 3 and LiH, a method of using BCl 3 and LiAlH 4 , and a method of using NaBH 4 and three raw materials (BF3, sulfuric acid, and I). It is becoming.
NaBH4(Sodium Borohydride)와 BF3(Boron trifluoride)를 반응시켜 불순물이 포함된 디보란(B2H6:diborane)을 제조하고 흡착과 증류를 통하여 정제하여 고순도의 디보란(B2H6:diborane)을 제조할 수 있다. 반응유닛에서 디보란(B2H6:diborane)을 제조하기 위해서, ether 계열의 용매(예를 들면, triglyme; Triethylene glycol dimethyl ether; C8H18O4 또는 tetraglyme; Tetraethylene glycol dimethyl ether;NaBH 4 (sodium borohydride) and BF 3 (Boron trifluoride) are reacted to produce diborane (B 2 H 6 : diborane) containing impurities, and purified through adsorption and distillation to obtain high-purity diborane (B 2 H 6 : diborane). diborane) can be produced. In order to prepare diborane (B 2 H 6 :diborane) in the reaction unit, an ether-based solvent (eg, triglyme; triethylene glycol dimethyl ether; C 8 H 18 O 4 or tetraglyme; tetraethylene glycol dimethyl ether;
C10H22O5, Diglyme; Diethylene glycol dimethyl ether;C6H14O3 등)를 사용할 수 있다. C 10 H 22 O 5 , Diglyme; Diethylene glycol dimethyl ether; C 6 H 14 O 3 etc.) can be used.
선행문헌 : 한국 공개특허 10-2021-0016075Prior literature: Korean Patent Publication 10-2021-0016075
상기 선행문헌은 디보란 제조공정에 대해 개시하고 있으며, 디보란 제조 공정시 사용된 에테르계 용매를 에바포레이터에서 증류 공정에 의해 회수하는 공정이 개시되어 있다. The prior literature discloses a diborane manufacturing process, and a process of recovering an ether-based solvent used in the diborane manufacturing process by a distillation process in an evaporator.
이렇게 디보란 합성공정에서 사용된 유기용제는 디보란 가스 제조 후 증류공정에 의해 회수하여 다시 사용할 수 있다. 이 때 유기용제의 회수효율을 높이기 위한 방법들이 연구되고 있다. The organic solvent used in the diborane synthesis process can be recovered and reused by a distillation process after diborane gas is produced. At this time, methods for increasing the recovery efficiency of organic solvents are being studied.
본 발명의 일실시형태에서는, 상기한 문제점을 해결하기 위해서 유기용제의 회수효율을 높이는 동시에, 용기 내부에 남아있는 슬러리 상태의 폐용제 배출시기를 최적화 할수 있는 용제 회수 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In one embodiment of the present invention, in order to solve the above problems, while increasing the recovery efficiency of the organic solvent, while optimizing the discharge timing of the waste solvent in the slurry state remaining inside the container, the purpose is to provide a solvent recovery system and method to be
본 발명의 일실시형태는, 액체투입구를 통해 투입된 액상의 폐용제를 보관하며 용제를 증발시키는 용기부와, 상기 용기부의 상부 영역에 형성되며, 용기부에서 증발되는 기체를 배출하는 기체추출구와, 상기 기체추출구로 배출된 기체가 냉각되어 액체상태로 보관되는 회수 용제 보관부와, 상기 용기부의 하부 영역에 형성되며, 용기부 내에 남아있는 폐용제를 배출하는 액체 추출구와, 상기 용기부 내에서 폐용제를 교반하는 교반장치와, 상기 액체 추출구의 개폐를 조절하는 조절부, 및 상기 용기부 내부의 폐용제 농도에 따라 상기 조절부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 디보란 제조시 용제 회수 시스템을 제공할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a storage unit for storing liquid waste solvent introduced through a liquid inlet and evaporating the solvent, a gas outlet formed in an upper region of the storage unit and discharging gas evaporated from the storage unit; A recovered solvent storage unit in which the gas discharged through the gas outlet is cooled and stored in a liquid state, a liquid outlet formed in the lower region of the container unit and discharging the waste solvent remaining in the container unit, and a waste solvent storage unit in the container unit. Providing a solvent recovery system when producing diborane, including an agitator for stirring the solvent, a control unit for controlling the opening and closing of the liquid outlet, and a control unit for controlling the operation of the control unit according to the concentration of the waste solvent inside the container unit can do.
상기 용제 회수 시스템은, 상기 교반장치의 토크를 감지하는 토크 감지부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 토크 감지부에서 감지된 값에 따라 폐용제 농도를 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다. The solvent recovery system may further include a torque sensing unit for sensing a torque of the stirring device, and the control unit may calculate a waste solvent concentration according to a value detected by the torque sensing unit.
상기 교반장치는, 상기 용기부의 중앙에 상하방향으로 배치되는 중심축과, 상기 중심축의 하부에 배치되는 제1 회전부, 및 상기 중심축의 중앙부에 배치되는 제2 회전부를 포함할 수 있다. The stirring device may include a central axis disposed vertically at the center of the container unit, a first rotation unit disposed below the central axis, and a second rotation unit disposed at the center of the central axis.
상기 용제 회수 시스템은, 상기 용기부에 배치되어 용기부내 폐용제의 용량을 측정하는 제1 레벨센서, 및 상기 회수 용제 보관부에 배치되어 회수된 용제의 용량을 측정하는 제2 레벨센서를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 레벨센서 및 제2 레벨센서의 측정량으로부터 용제 회수율을 계산하여 상기 폐용제의 농도를 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다. The solvent recovery system further includes a first level sensor disposed in the container unit to measure the amount of waste solvent in the container unit, and a second level sensor disposed in the recovered solvent storage unit to measure the volume of the recovered solvent. And, the control unit may be characterized in that the concentration of the waste solvent is calculated by calculating the solvent recovery rate from the measured amounts of the first level sensor and the second level sensor.
상기 용제 회수 시스템은, 상기 용제회수율이 55% 내지 60% 일 때 상기 제어부는 상기 조절부를 개방하는 것을 특징으로 할 수 있다.The solvent recovery system may be characterized in that the control unit opens the control unit when the solvent recovery rate is 55% to 60%.
본 발명의 다른 실시형태에서는, 액체투입구를 통해 용기부로 투입된 디보란 합성 공정 후 액상의 폐용제를 증류하여 용제를 증발시키는 단계와, 상기 용기부 내에 존재하는 폐용제의 농도를 감지하는 단계, 및 상기 용기부 내의 폐용제의 농도가 소정 농도 이상이 되면 상기 용기부 내의 폐용제를 외부로 배출시키는 단계를 포함하는 디보란 제조시 용제 회수 방법을 제공할 수 있다. In another embodiment of the present invention, after the diborane synthesis process introduced into the storage unit through the liquid inlet, distilling the liquid waste solvent to evaporate the solvent, detecting the concentration of the waste solvent present in the storage unit, and When the concentration of the waste solvent in the storage unit exceeds a predetermined concentration, a method for recovering the solvent in diborane production may be provided, comprising discharging the waste solvent in the storage unit to the outside.
상기 용제를 증발시키는 단계는, 상기 용기부 내부를 진공으로 유지하고, 상기 용기부 내부의 온도를 90℃이하로 유지할 수 있다.In the step of evaporating the solvent, the inside of the container part may be maintained in a vacuum, and the temperature inside the container part may be maintained at 90° C. or less.
본 발명의 일실시 형태에 따르면, 디보란 제조 공정에서 유기용제의 회수효율을 높이는 동시에, 용기 내부에 남아있는 슬러리 상태의 폐용제 배출시기를 최적화 할수 있는 용제 회수 시스템 및 방법을 얻을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to obtain a solvent recovery system and method capable of optimizing the discharge timing of waste solvent in a slurry state remaining in a container while increasing the recovery efficiency of the organic solvent in the diborane manufacturing process.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 시스템의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 시스템의 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 시스템의 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 방법의 공정 순서도이다. 1 is a block diagram of a solvent recovery system when producing diborane according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a solvent recovery system when producing diborane according to another embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a solvent recovery system when producing diborane according to another embodiment of the present invention.
4 is a process flow chart of a solvent recovery method in producing diborane according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a solvent recovery system in producing diborane according to an embodiment of the present invention.
본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템(100)은 디보란 합성 시스템의 일부를 구성할 수 있다. 도 1에는 디보란 합성 시스템 전체의 일예를 도시하였다.The
도 1을 참조하면, 제1 챔버(101)에서는 에테르(ether)계 용제(예를 들어, 디글라임)와 NaBH4 분말을 각각 투입하고 혼합하여 혼합용액을 만들 수 있다. 상기 제1 챔버(101)에 NaBH4 분말 및 디글라임 용제를 안정적으로 공급하도록 분체이송펌프, 액체 펌프 등이 더 구비될 수 있다. 디보란(B2H6) 제조를 위해 상온(25℃)의 제1 챔버에서 NaBH4 분말을 디글라임에 용해시켜 혼합용액을 생성할 수 있다. 상기 제1 챔버(101)에서는 내장된 교반기를 통해 디글라임 용제에 NaBH4가 용해되도록 할 수 있다. 이 때 상기 제1 챔버 내의 원료 상부는 질소 등 불활성 가스로 불순물을 제거하고 진공펌프를 이용하여 대기압보다 낮은 압력으로 유지할 수 있다. Referring to FIG. 1 , in the
이렇게 혼합된 혼합용액은 제2 챔버(102)로 주입될 수 있다. 상기 제2 챔버(102)에 혼합용액이 주입되기 전에 불활성 가스로 퍼지(purge)하여 불순물 제거후 상기 제1 챔버(101)의 압력보다 낮은 압력을 유지하도록 할 수 있다. 또한, 상기 제2 챔버(102)는 상기 제1 챔버(101)보다 낮은 위치에 위치시켜 중력을 이용하여 혼합용액이 주입되도록 할 수 있다. 상기 혼합용액은 제1 챔버(101)와 제2 챔버(102) 사이에 연결된 배관 및 밸브 제어를 통해 제1 챔버(101)에서 제2 챔버(102)로 이송될 수 있다. 상기 제2 챔버(102)에서는 BF3 가스를 일정속도로 주입하여 상기 혼합용액과 BF3 가스의 반응에 의해 불순물과 디보란 가스가 혼합된 형태의 반응가스가 형성될 수 있다. 상기 제2 챔버(102)에서는 상기 혼합용액에 BF3 가스를 직접 주입하여 반응시킨다. 상기 BF3 가스는 용매와 중간체를 합성하도록 유도하기 위해 주입속도를 조절할 수 있다. The mixed solution mixed in this way may be injected into the
본 실시형태에서는, 제1 챔버(101)와 제2 챔버(102)를 별도로 도시하여 설명하였으나, 하나의 챔버에 용제인 디글라임, NaBH4 분말 및 BF3 가스를 동시에 주입할 수도 있다. 본 실시형태에서 도시된 바와 같이 제1 챔버와 제2 챔버를 구분하여 설치하는 경우에는 제2 챔버(102)에 투입되는 NaBH4 및 BF3 가스의 투입량을 조절함으로서 제2 챔버에서의 혼합 및 반응을 연속적으로 진행시킬 수 있다. 또한, 제2 챔버에서 디보란 가스가 합성되는 동안에 제1 챔버에서 혼합용액을 생성하여 제2 챔버로 제공하는 공정을 지속적으로 수행할 수 있다. 이에 반해, 하나의 챔버에 디글라임, NaBH4 분말 및 BF3 가스를 동시에 주입하는 경우에는 일단 주입된 재료들에 의한 디보란 가스 공정이 끝날때까지는 추가적인 작업을 진행할 수 없는 단점이 있으나, 원재료의 비율을 정확히 투입함으로써 합성되는 디보란 가스의 농도를 일정하게 유지할 수 있다.In this embodiment, although the
상기 제2 챔버(102)에서 합성된 가스는 디보란 가스와 기체상태의 불순물들이 혼합된 혼합기체이다. 따라서, 상기 제2 챔버(102)에서 합성된 혼합 가스에서 불순물을 제거하는 정제공정을 통해 불순물이 제거된 디보란 가스를 얻을 수 있다. 상기 정제공정은 흡착제를 이용한 흡착 방법과 가스의 비점차이를 이용한 방법이 사용될 수 있다.The gas synthesized in the
본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템(100)은 합성챔버(102)에서 반응후 잔존하는 폐용제를 유입받아 소정의 정제 공정을 통해 디글라임 용제를 회수하고, 회수된 디글라임 용제를 상기 제1 챔버(101)에 다시 전달할 수 있다. The
본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템(100)은, 용기부(110), 기체추출구(120), 회수 용제 보관부(130), 액체 추출구(140), 교반장치(150), 조절부(160) 및 제어부(170)를 포함할 수 있다. The
용기부(110)는 반응챔버(102) 후단에 연결되어, 반응챔버(102)에서 반응후 잔존하는 폐용제를 주입받을 수 있다. 상기 용기부(110)로 유입되는 폐용제에는 NaBH4와 BF3가 반응한 이후 남은 불순물이 디글라임 용제에 용해되어 있다. 상기 용기부(110)에는 불순물이 함유된 폐용제로부터 순수한 디글라임 용제를 회수하기 위해 상기 폐용제를 가열하기 위한 수단이 장착될 수 있다. 상기 용기부(110)에서 폐용제를 가열하여 증류 공정에 의해 순수한 디글라임 용제를 기체 상태로 증발시킬 수 있다. 용기부 내에서 디글라임 용제의 증발 효율을 높이기 위해 상기 용기부 내부는 일정 수준의 진공도를 유지할 수 있다. 진공도를 유지하기 위해서 상기 용기부에는 일정 유량의 질소를 공급할 수 있다. 이처럼 용기부 내부의 압력을 대기압보다 낮추면 디글라임의 끓는 온도를 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 용기부를 이중 용기로 구성하고 그 내부의 내조 용기와 외부의 외조 용기 사이에 핫 오일(Hot Oil)을 공급하고, 내조용기 내부의 압력을 50~100 torr로 유지함으로써 대기압에서 끓는점이 약 162℃ 인 디글라임의 끊는 온도를 약 87℃ 정도로 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 용기부 내부의 온도를 90℃ 이하로 유지하면서 증류공정을 실시할 수 있다.The
상기 기체추출구(120)는 상기 용기부에서 증발된 디글라임 용제를 회수 용제보관부(130)로 추출하는 통로이다. 상기 기체추출구(120)에는 추가적으로 밸브가 형성되어 상기 용기부(110)에서 추출되는 기체 성분의 디글라임 용제의 추출량을 조절할 수도 있다. The
상기 회수 용제 보관부(130)는 상기 용기부(110)에서 증발된 기체 성분의 디글라임 용제를 냉각시켜 액체 상태의 디글라임 용제로 보관할 수 있다. 상기 회수 용제 보관부(130)는 기체상태로 주입된 디글라임 용제를 냉각시키기 위한 콜드트랩, 냉각된 디글라임 용액을 보관하는 보관부 및 보관된 디글라임 용액을 제1 챔버로 전송하기 위한 펌프를 포함할 수 있다. The recovered
상기 액체추출구(140)는 용기부(110)내에서 증류 과정을 통해 용제를 증발시키고 남는 슬러리 상태의 폐용제를 배출하는 통로이다. 상기 액체 추출구(140)는 용기부(110)의 하단에 배치되어 중력에 의해 폐용제를 외부로 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 액체 추출구에는 별도의 펌프가 연결되어 상기 슬러리 상태의 폐용제 배출을 용이하게 할 수도 있다. The
상기 교반장치(150)는 상기 용기부 내에서 폐용제를 교반시켜 증류 공정시 증발 효율을 높일 수 있다. 상기 교반장치(150)는 회전날개 형태로 구현될 수 있으며, 상기 교반장치를 회전시키기 위한 모터가 장착될 수 있다. The stirring
상기 조절부(160)는 상기 액체 추출구(140)에 배치되어 액체 추출구의 개폐를 조절할 수 있다. 상기 조절부의 개폐 동작에 의해 용기부 내의 폐용제의 배출시기가 정해질 수 있다. The
상기 제어부(170)는 상기 용기부 내부의 폐용제 농도에 따라 상기 조절부의 개폐 작동을 제어할 수 있다. 상기 제어부(170)가 용기부 내부의 폐용제 농도를 감지하는 방법은 다양하게 구현될 수 있으며, 용기부 내부의 폐용제 농도가 소정의 농도가 될 때까지는 상기 조절부(160)를 닫아서 용기부 내부에서 증류 공정이 진행되도록 하고, 폐용제 농도가 일정 농도 이상으로 감지되면 상기 조절부(160)를 열어서 슬러리 상태의 폐용제를 배출시킬 수 있다. The
상기 용기부 내에서 증류공정에 의해 폐용제로부터 디글라임을 분리하는 공정은 오래 진행할 수록, 즉 폐용제 내의 분말 농도가 높아질수록 디글라임 추출량이 많아진다. 그러나, 폐용제 내의 분말농도가 너무 높아지면 슬러리의 유동성이 줄어들어 폐용제를 배출하는 액체 추출구(140)가 막히거나 고체 상태의 슬러리가 용기부 내부에 잔존하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 액체 추출구(140)가 막히거나 용기부 내부에 잔존하지 않을 정도의 슬러리 농도를 유지하면서 디글라임의 회수율을 극대화할 수 있는 시간동안 상기 용기부 내에서 증류 공정을 진행하는 것이 중요하다. 본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템에서는 제어부(170)에서 용기부 내의 폐용제 농도를 감지하고 이에 설정된 농도에 도달하면 조절부(160)를 개방시켜 폐용제를 배출시키도록 할 수 있다. 따라서, 폐용제에서 디글라임의 회수율을 높이고, 공정 장비 활용을 높일 수 있다. The longer the process of separating diglyme from the waste solvent by the distillation process in the container part increases, that is, the higher the powder concentration in the waste solvent, the higher the amount of diglyme extraction. However, if the powder concentration in the waste solvent is too high, the flowability of the slurry may be reduced, causing problems such as clogging of the
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a solvent recovery system when producing diborane according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템(200)은, 용기부(210), 기체추출구(220), 회수 용제 보관부(230), 액체 추출구(240), 교반장치(250), 조절부(260), 제어부(270)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the
용기부(210)는 반응챔버(미도시) 후단에 연결되어, 반응챔버에서 반응후 잔존하는 폐용제를 주입받을 수 있다. 상기 용기부(210)로 유입되는 폐용제에는 NaBH4와 BF3가 반응한 이후 남은 불순물이 디글라임 용제에 용해되어 있다. 상기 용기부(210)에는 불순물이 함유된 폐용제로부터 순수한 디글라임 용제를 회수하기 위해 상기 폐용제를 가열하기 위한 수단이 장착될 수 있다. 상기 용기부(210)에서 폐용제를 가열하여 증류 공정에 의해 순수한 디글라임 용제를 기체 상태로 증발시킬 수 있다. 상기 용기부 내에서 디글라임 용제의 증발 효율을 높이기 위해 상기 용기부(210) 내부는 일정 수준의 진공도를 유지할 수 있다. 진공도를 유지하기 위해서 상기 용기부(210)에는 일정 유량의 질소를 공급할 수 있다. 이처럼 용기부 내부의 압력을 대기압보다 낮추면 디글라임의 끓는 온도를 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 용기부를 이중 용기로 구성하고 그 내부의 내조 용기와 외부의 외조 용기 사이에 핫 오일(Hot Oil)을 공급하고, 내조용기 내부의 압력을 50~100 torr로 유지함으로써 대기압에서 끓는점이 약 162℃ 인 디글라임의 끊는 온도를 약 87℃ 정도로 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 용기부 내부의 온도를 90℃ 이하로 유지하면서 증류공정을 실시할 수 있다.The
상기 기체추출구(220)는 상기 용기부에서 증발된 기체상태의 디글라임 용제를 회수 용제보관부(230)로 추출하는 통로이다. 상기 기체추출구(220)에는 추가적으로 밸브가 형성되어 상기 용기부(210)에서 추출되는 기체 성분의 디글라임 용제의 추출량을 조절할 수도 있다. The
상기 회수 용제 보관부(230)는 상기 용기부(210)에서 증발된 기체 성분의 디글라임 용제를 냉각시켜 액체 상태의 디글라임 용제로 보관할 수 있다. 상기 회수 용제 보관부(230)는 기체상태로 주입된 디글라임 용제를 냉각시키기 위한 콜드트랩, 냉각된 디글라임 용액을 보관하는 보관부 및 보관된 디글라임 용액을 제1 챔버로 전송하기 위한 펌프를 포함할 수 있다. The recovered
상기 액체추출구(240)는 용기부(130)내에서 증류 과정을 통해 용제를 증발시키고 남는 슬러리 상태의 폐용제를 배출하는 통로이다. 상기 액체 추출구(240)는 용기부(230)의 하단에 배치되어 중력에 의해 폐용제를 외부로 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 액체 추출구에는 별도의 펌프가 연결되어 상기 슬러리 상태의 폐용제 배출을 용이하게 할 수도 있다. The
상기 조절부(260)는 상기 액체 추출구(240)에 배치되어 액체 추출구의 개폐를 조절할 수 있다. 상기 조절부의 개폐 동작에 의해 용기부 내의 폐용제의 배출시기가 정해질 수 있다. The
상기 제어부(270)는 상기 용기부 내부의 폐용제 농도에 따라 상기 조절부의 개폐 작동을 제어할 수 있다. 상기 제어부(270)가 용기부 내부의 폐용제 농도를 감지하는 방법은 다양하게 구현될 수 있으며, 용기부 내부의 폐용제 농도가 소정의 농도가 될 때까지는 상기 조절부(260)를 닫아서 용기부 내부에서 증류 공정이 진행되도록 하고, 폐용제 농도가 일정 농도 이상으로 감지되면 상기 조절부(260)를 열어서 슬러리 상태의 폐용제를 배출시킬 수 있다. The
본 실시형태에서는, 상기 용기부(210) 내부에 교반장치(250)가 배치될 수 있다. 교반장치(250)는 상기 용기부 내에서 폐용제를 교반시켜 증류 공정시 증발 효율을 높일 수 있다. 본 실시형태에서 교반장치(250)는 상기 용기부의 중앙에 상하방향으로 배치되는 중심축(251), 상기 중심축의 하부에 배치되는 제1 회전부(252), 상기 제1 회전부의 상부에 배치되는 제2 회전부(253)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 중심축을 회전시키도록 용기부 외부에 모터(254)와 연결될 수 있다. 상기 모터의 회전에 의해 용기부 내부의 제1 회전부 및 제2 회전부가 회전하며 폐용제를 교반시킬 수 있다. 상기 제1 회전부 및 제2 회전부의 형태는 다양하게 구현될 수 있다. In this embodiment, the stirring
본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템(200)은, 상기 교반장치(250)의 토크를 감지하는 토크 감지부(290)를 더 포함할 수 있다. 상기 토크 감지부(290)는 상기 교반장치를 회전시키는 모터(254)의 RPM을 측정하는 센서일 수 있다. 상기 교반장치(250)는 용기부 내부의 폐용제를 교반하도록 회전될 수 있다. 용기부 내부의 증류 공정이 진행될수록 상기 폐용제 내의 분말 농도가 증가하므로 교반장치에 걸리는 토크는 더 증가하게 된다. 이에 따라, 교반장치를 회전시키는 모터의 RPM은 더 증가하게 된다. 상기 토크 감지부(290)는 이처럼 교반장치를 회전시키는 모터의 RPM을 감지하여 RPM이 증가하면 용기부 내부의 폐용제의 농도가 증가됐음을 감지할 수 있다. The
상기 제어부(270)에서는 토크 감지부(290)에서 감지되는 모터의 RPM이 소정값 이상으로 감지되면 폐용제의 농도가 일정 농도 이상이 된 것으로 인식하고, 상기 조절부(260)를 개방시켜 용기부 내부의 폐용제를 배출시킬 수 있다. The
일예로, 상기 용기부에 폐용제가 주입될 당시의 폐용제의 분말밀도는 약 5%일 수 있다. 용기부 내에서 증류공정을 진행하는 동안 폐용제의 분말밀도는 점점 증가하게 된다. 폐용제의 분말밀도가 증가하면서 폐용제를 교반하는 교반장치에 걸리는 토크가 증가하게 된다. 따라서, 교반장치를 회전시키는 모터의 RPM도 증가하게 된다. 폐용제의 분말밀도가 약 10~20%에 달했을 때의 교반장치의 토크 및 모터의 RPM 값을 제어부에 사전 입력해 놓으면, 토크감지부에서 감지되는 모터의 RPM 값에 의해 용기부 내 폐용제의 분말밀도를 감지할 수 있다. 토크 감지부에서 감지된 모터의 RPM 값이 폐용제의 분말농도 약 10~20%에 해당하는 값에 이르면, 제어부는 조절부를 개방시켜 용기부 내의 폐용제를 액체 추출구를 통해 배출할 수 있다.For example, the powder density of the waste solvent at the time the waste solvent is injected into the container unit may be about 5%. During the distillation process in the container part, the powder density of the waste solvent gradually increases. As the powder density of the waste solvent increases, the torque applied to the stirring device for stirring the waste solvent increases. Therefore, the RPM of the motor rotating the stirring device also increases. If the torque of the stirring device and the RPM value of the motor when the powder density of the waste solvent reaches about 10 to 20% are pre-entered into the control unit, the powder of the waste solvent in the container unit is determined by the RPM value of the motor detected by the torque sensing unit. density can be detected. When the RPM value of the motor sensed by the torque sensor reaches a value corresponding to about 10 to 20% of the powder concentration of the waste solvent, the controller opens the controller to discharge the waste solvent in the storage unit through the liquid outlet.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 시스템의 구성도이다.3 is a block diagram of a solvent recovery system when producing diborane according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템(300)은, 용기부(310), 기체추출구(320), 회수 용제 보관부(330), 액체 추출구(340), 교반장치(350), 조절부(360), 제어부(370), 및 제1 레벨센서(381)와 제2 레벨센서(382)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the
용기부(310)는 반응챔버(미도시) 후단에 연결되어, 반응챔버에서 반응후 잔존하는 폐용제를 주입받을 수 있다. 상기 용기부(310)로 유입되는 폐용제에는 NaBH4와 BF3가 반응한 이후 남은 불순물이 디글라임 용제에 용해되어 있다. 상기 용기부(310)에는 불순물이 함유된 폐용제로부터 순수한 디글라임 용제를 회수하기 위해 상기 폐용제를 가열하기 위한 수단이 장착될 수 있다. 상기 용기부(310)에서 폐용제를 가열하여 증류 공정에 의해 순수한 디글라임 용제를 기체 상태로 증발시킬 수 있다. 상기 용기부 내에서 디글라임 용제의 증발 효율을 높이기 위해 상기 용기부(310) 내부는 일정 수준의 진공도를 유지할 수 있다. 진공도를 유지하기 위해서 상기 용기부(310)에는 일정 유량의 질소를 공급할 수 있다. 이처럼 용기부 내부의 압력을 대기압보다 낮추면 디글라임의 끓는 온도를 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 용기부를 이중 용기로 구성하고 그 내부의 내조 용기와 외부의 외조 용기 사이에 핫 오일(Hot Oil)을 공급하고, 내조용기 내부의 압력을 50~100 torr로 유지함으로써 대기압에서 끓는점이 약 162℃ 인 디글라임의 끊는 온도를 약 87℃ 정도로 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 용기부 내부의 온도를 90℃ 이하로 유지하면서 증류공정을 실시할 수 있다.The
상기 기체추출구(320)는 상기 용기부에서 증발된 디글라임 용제를 회수 용제보관부(330)로 추출하는 통로이다. 상기 기체추출구(320)에는 추가적으로 밸브가 형성되어 상기 용기부(310)에서 추출되는 기체 성분의 디글라임 용제의 추출량을 조절할 수도 있다. The
상기 회수 용제 보관부(330)는 상기 용기부(310)에서 증발된 기체 성분의 디글라임 용제를 냉각시켜 액체 상태의 디글라임 용제로 보관할 수 있다. 상기 회수 용제 보관부(330)는 기체상태로 주입된 디글라임 용제를 냉각시키기 위한 콜드트랩, 냉각된 디글라임 용액을 보관하는 보관부 및 보관된 디글라임 용액을 제1 챔버로 전송하기 위한 펌프를 포함할 수 있다. The recovered
상기 액체추출구(340)는 용기부(330)내에서 증류 과정을 통해 용제를 증발시키고 남는 슬러리 상태의 폐용제를 배출하는 통로이다. 상기 액체 추출구(340)는 용기부(310)의 하단에 배치되어 중력에 의해 폐용제를 외부로 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 액체 추출구에는 별도의 펌프가 연결되어 상기 슬러리 상태의 폐용제 배출을 용이하게 할 수도 있다. The
상기 교반장치(350)는 상기 용기부 내에서 폐용제를 교반시켜 증류 공정시 증발 효율을 높일 수 있다. 상기 교반장치(350)는 회전날개 형태로 구현될 수 있으며, 상기 교반장치를 회전시키기 위한 모터가 장착될 수 있다. The stirring
상기 조절부(360)는 상기 액체 추출구(340)에 배치되어 액체 추출구의 개폐를 조절할 수 있다. 상기 조절부의 개폐 동작에 의해 용기부 내의 폐용제의 배출시기가 정해질 수 있다. The
상기 제어부(370)는 상기 용기부 내부의 폐용제 농도에 따라 상기 조절부의 개폐 작동을 제어할 수 있다. 상기 제어부(370)가 용기부 내부의 폐용제 농도를 감지하는 방법은 다양하게 구현될 수 있으며, 용기부 내부의 폐용제 농도가 소정의 농도가 될 때까지는 상기 조절부(360)를 닫아서 용기부 내부에서 증류 공정이 진행되도록 하고, 폐용제 농도가 일정 농도 이상으로 감지되면 상기 조절부(360)를 열어서 슬러리 상태의 폐용제를 배출시킬 수 있다. The
본 실시형태에서는, 상기 용기부(310) 내부에 교반장치(350)가 배치될 수 있다. 교반장치(350)는 상기 용기부 내에서 폐용제를 교반시켜 증류 공정시 증발 효율을 높일 수 있다. 본 실시형태에서 교반장치(350)는 상기 용기부의 중앙에 상하방향으로 배치되는 중심축(351), 상기 중심축의 하부에 배치되는 제1 회전부(352), 상기 중심축의 중앙부에 배치되는 제2 회전부(353)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 중심축을 회전시키도록 용기부 외부에 모터(354)와 연결될 수 있다. 상기 모터의 회전에 의해 용기부 내부의 제1 회전부 및 제2 회전부가 회전하며 폐용제를 교반시킬 수 있다. 상기 제1 회전부 및 제2 회전부의 형태는 다양하게 구현될 수 있다. In this embodiment, the stirring
본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템(300)은, 제1 레벨센서(381)와 제2 레벨센서(382)를 포함할 수 있다. 제1 레벨센서(381)는 용기부(310) 내부에 주입된 폐용제의 용량을 측정할 수 있고, 제2 레벨센서(382)는 상기 회수 용제 보관부(330)에 보관되는 용제의 용량을 측정할 수 있다. 본 실시형태에 따른 용제 회수 시스템를 작동시키면, 용기부(310)내의 폐용제는 증류 공정에 의해 폐용제 중 디글라임 용제는 증발하게되므로 용기부 내의 폐용제 용량은 시간이 지남에 따라 줄어들게 된다. 상기 제1 레벨센서는 이와 같이 용기부 내부의 폐용제 용량이 줄어드는 것을 감지할 수 있다. 용기부에서 증발된 디글라임 용제는 액체 상태로 회수 용제 보관부(330)에 저장될 수 있다. 시간이 지남에 따라 회수 용제 보관부(330)에 저장되는 디글라임의 용량은 늘어나게 된다. 상기 제2 레벨센서는 이와 같이 회수 용제 보관부의 디글라임 용제가 늘어나는 것을 감지할 수 있다. The
본 실시형태에서, 제어부(370)는 상기 제1 레벨센서(381) 및 제2 레벨센서(382)로부터 폐용제 용량 및 회수된 디글라임 용제의 용량을 감지할 수 있다. 이렇게 감지된 폐용제 용량 및 회수된 디글라임 용제의 용량을 계산하면 용제회수율 및 현재 용기부에 잔존하는 폐용제의 분말 밀도를 계산할 수 있다. 용제 회수율은 제2 레벨센서에서 측정된 회수된 용제의 용량을 제1 레벨센서에서 측정된 잔존하는 폐용제 용량으로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 폐용제의 농도는 폐용제에 포함된 분말(용질)의 용량을 폐용제에 포함된 디글라임 용제의 용량으로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 폐용제의 분말용량을 실시간으로 계측하기는 어려우나, 용제 회수율을 실시간으로 계산함으로써 폐용제의 농도를 유추할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 제1 레벨센서 및 제2 레벨센서에서 측정된 폐용제의 용량과 회수된 디글라임 용제의 용량을 이용하여 용제 회수율을 계산할 수 있다. 본 실시형태에서 제어부(370)는, 용제 회수율이 일정값에 도달하면 용기부 내의 폐용제 농도가 일정 농도 이상이 된 것으로 인식하고, 상기 조절부(360)를 개방시켜 용기부 내부의 폐용제를 배출시킬 수 있다. In this embodiment, the
일예로, 상기 용기부에 폐용제가 주입될 당시의 폐용제의 분말밀도는 약 5%일 수 있다. 용기부 내에서 증류공정을 진행하는 동안 폐용제의 분말밀도는 점점 증가하게 된다. 제1 레벨센서에 감지된 폐용제의 용량 및 제2 레벨센서에 감지된 회수된 용제의 용량을 이용하여 용제 회수율을 계산하고, 용제 회수율이 55% 내지 60%에 도달하면, 제어부는 조절부를 개방시켜 용기부 내의 폐용제를 액체 추출구를 통해 배출할 수 있다.For example, the powder density of the waste solvent at the time the waste solvent is injected into the container unit may be about 5%. During the distillation process in the container part, the powder density of the waste solvent gradually increases. The solvent recovery rate is calculated using the amount of waste solvent detected by the first level sensor and the amount of recovered solvent detected by the second level sensor, and when the solvent recovery rate reaches 55% to 60%, the control unit opens the control unit. The waste solvent in the storage unit can be discharged through the liquid outlet.
도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 방법의 공정 순서도이다. 4 is a process flow chart of a solvent recovery method in producing diborane according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 디보란 제조시 용제 회수 방법(400)은 용제를 증발시키는 단계(401), 폐용제의 농도를 감지하는 단계(402) 및 폐용제를 외부로 배출시키는 단계(403)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the
상기 용제를 증발시키는 단계(401)는, 디보란 합성 공정에서 기체 디보란이 합성된 이후에 용기부로 투입된 폐용제를 증류공정에 의해 증발시킬 수 있다. 상기 폐용제에는 NaBH4와 BF3가 반응한 이후 남은 불순물이 디글라임 용제에 용해되어 있다. 용기부 내에서 디글라임 용제의 증발 효율을 높이기 위해 상기 용기부 내부는 일정 수준의 진공도를 유지할 수 있다. 진공도를 유지하기 위해서 상기 용기부에는 일정 유량의 질소를 공급할 수 있다. 이처럼 용기부 내부의 압력을 대기압보다 낮추면 디글라임의 끓는 온도를 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 용기부를 이중 용기로 구성하고 그 내부의 내조 용기와 외부의 외조 용기 사이에 핫 오일(Hot Oil)을 공급하고, 내조용기 내부의 압력을 50~100 torr로 유지함으로써 대기압에서 끓는점이 약 162℃ 인 디글라임의 끊는 온도를 약 87℃ 정도로 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 용기부 내부의 온도를 90℃ 이하로 유지하면서 증류공정을 실시할 수 있다.In the
상기 폐용제의 농도를 감지하는 단계(402)는, 증류공정에 의해 용제가 증발된 후 남은 폐용제의 농도를 실시간으로 감지할 수 있다. 상기 폐용제의 농도를 감지하는 방법으로는, 상기 용기부 내에서 폐용제를 교반하는 교반장치에 가해지는 토크를 측정할 수 있다. 용제가 증가할수록 폐용제 내에 섞여 있는 분말의 농도가 증가하므로 교반장치에 가해지는 토크는 증가한다. 따라서, 상기 교반장치에 가해지는 토크를 측정하면 폐용제의 농도를 감지할 수 있다. 다른 방법으로는, 용기부 내부에 투입되는 폐용제 용량과 상기 증류 공정에 의해 증발된 용제의 용량의 비율을 계산하여 폐용제의 농도를 계산할 수도 있다. 폐용제의 농도를 감지하는 방법은 도 2 또는 도 3의 실시형태에 사용된 방법을 사용할 수 있다. In
상기 폐용제를 외부로 배출시키는 단계(403)는, 상기 폐용제의 농도가 일정 수준에 도달하면 용기부 내의 폐용제를 외부로 배출시킬 수 있다. 상기 폐용제의 농도를 감지하는 단계에서 감지된 폐용제의 농도가 기설정된 농도 이상으로 감지되면 증류 공정을 멈추고 폐용제를 외부로 배출시킬 수 있다. 증류 공정에 의해 폐용제의 분말 농도가 너무 높아지면 슬러리의 유동성이 낮아지고 이로 인해 용기부 내부에 슬러리가 남거나 배출구가 막히는 문제가 발생될 수 있다. In
폐용제를 외부로 배출시킨 이후에 용기부 내부를 솔벤트로 세척하는 공정을 추가할 수 있다. 용기부 내에 폐용제의 슬러리가 남아 있는 경우 지속적인 공정에 문제가 될 수도 있으므로, 폐용제 배출후 용기부 내부를 솔벤트로 세척함으로써 폐용제를 증발시키는 용기부 내부의 컨디션을 유지할 수 있다. After discharging the waste solvent to the outside, a process of washing the inside of the container with a solvent may be added. If the slurry of the waste solvent remains in the container part, it may cause a problem in the continuous process. Therefore, the condition inside the container part for evaporating the waste solvent can be maintained by washing the inside of the container part with a solvent after discharging the waste solvent.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를들어, 발명의 상세한 설명에서는 회수되는 용제의 종류를 디글라임으로 기재하여 설명하였으나, 에테르 계열 용제에 모두 적용될 수 있다. 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다. Although the above has been described with reference to the preferred embodiments and examples of the present invention, those skilled in the art will variously modify the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. And it will be understood that it can be changed. For example, in the detailed description of the invention, the type of solvent recovered has been described as diglyme, but it can be applied to all ether-based solvents. These modified implementations should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.
110 : 용기부
130 : 회수 용제 보관부
150 : 교반장치
160 : 조절부
170 : 제어부110: container unit 130: recovery solvent storage unit
150: stirring device 160: control unit
170: control unit
Claims (7)
상기 용기부의 상부 영역에 형성되며, 용기부에서 증발되는 기체를 배출하는 기체추출구;
상기 기체추출구로 배출된 기체가 냉각되어 액체상태로 보관되는 회수 용제 보관부;
상기 용기부의 하부 영역에 형성되며, 용기부 내에 남아있는 폐용제를 배출하는 액체 추출구;
상기 용기부 내에서 폐용제를 교반하는 교반장치;
상기 액체 추출구의 개폐를 조절하는 조절부; 및
상기 용기부 내부의 폐용제 농도에 따라 상기 조절부의 작동을 제어하는 제어부
를 포함하는 디보란 제조시 용제 회수 시스템.
A storage unit for storing liquid waste solvent introduced through the liquid inlet and evaporating the solvent;
a gas outlet formed in an upper region of the container part and discharging gas evaporated from the container part;
a recovery solvent storage unit in which the gas discharged through the gas outlet is cooled and stored in a liquid state;
a liquid outlet formed in a lower region of the container part and discharging the waste solvent remaining in the container part;
A stirring device for stirring the waste solvent in the container portion;
a controller controlling opening and closing of the liquid outlet; and
Control unit for controlling the operation of the control unit according to the concentration of the waste solvent inside the container unit
Solvent recovery system in the manufacture of diborane comprising a.
상기 교반장치의 토크를 감지하는 토크 감지부
를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 토크 감지부에서 감지된 값에 따라 폐용제 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디보란 제조시 용제 회수 시스템.
According to claim 1,
Torque sensing unit for sensing the torque of the stirring device
Including more,
The control unit calculates the waste solvent concentration according to the value detected by the torque sensor.
상기 교반장치는, 상기 용기부의 중앙에 상하방향으로 배치되는 중심축;
상기 중심축의 하부에 배치되는 제1 회전부;
상기 중심축의 중앙부에 배치되는 제2 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디보란 제조시 용제 회수 시스템.
According to claim 1,
The stirring device may include a central axis disposed vertically at the center of the container part;
a first rotation unit disposed below the central axis;
A solvent recovery system for producing diborane, characterized in that it comprises a second rotation part disposed at the center of the central axis.
상기 용기부에 배치되어 용기부내 폐용제의 용량을 측정하는 제1 레벨센서; 및
상기 회수 용제 보관부에 배치되어 회수된 용제의 용량을 측정하는 제2 레벨센서를 더 포함하며,
상기 제어부는, 상기 제1 레벨센서 및 제2 레벨센서의 측정량으로부터 용제 회수율을 계산하여 상기 폐용제의 농도를 계산하는 것을 특징으로 하는 디보란 제조시 용제 회수 시스템.
According to claim 1,
a first level sensor disposed in the container part to measure the capacity of the waste solvent in the container part; and
Further comprising a second level sensor disposed in the recovered solvent storage unit to measure the amount of the recovered solvent,
The control unit calculates the concentration of the waste solvent by calculating the solvent recovery rate from the measured amounts of the first level sensor and the second level sensor.
상기 용제회수율이 55% 내지 60% 일 때 상기 제어부는 상기 조절부를 개방하는 것을 특징으로 하는 디보란 제조시 용제 회수 시스템.
According to claim 4,
When the solvent recovery rate is 55% to 60%, the solvent recovery system for diborane production, characterized in that the control unit opens the control unit.
상기 용기부 내에 존재하는 폐용제의 농도를 감지하는 단계; 및
상기 용기부 내의 폐용제의 농도가 소정 농도 이상이 되면 상기 용기부 내의 폐용제를 외부로 배출시키는 단계
를 포함하는 디보란 제조시 용제 회수 방법.
evaporating the solvent by distilling the liquid waste solvent generated after the diborane synthesis process introduced into the container through the liquid inlet;
detecting the concentration of the waste solvent present in the container part; and
Discharging the waste solvent in the storage unit to the outside when the concentration of the waste solvent in the storage unit exceeds a predetermined concentration
Solvent recovery method in diborane production comprising a.
상기 용제를 증발시키는 단계는,
상기 용기부 내부를 진공으로 유지하고,
상기 용기부 내부의 온도를 90℃이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 디보란 제조시 용제 회수 방법. According to claim 6,
The step of evaporating the solvent,
Keeping the inside of the container part in a vacuum,
Solvent recovery method in the production of diborane, characterized in that for maintaining the temperature inside the container part at 90 ℃ or less.
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KR20000020517A (en) * | 1998-09-22 | 2000-04-15 | 박종덕 | Device for polymerization of thermoplastic resin |
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KR20190020089A (en) * | 2016-08-08 | 2019-02-27 | 다이요 닛산 가부시키가이샤 | Gas-liquid separator |
-
2021
- 2021-07-14 KR KR1020210092347A patent/KR102581029B1/en active IP Right Grant
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