KR20240009454A - 유기 아민의 정제 공정 - Google Patents
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Abstract
이는 유기 아민의 정제 공정에 관한 것이다. 본 공정은 다음 단계를 포함한다: (a) 유기 아민을 제1 용기(5)에 제공하는 단계 - 유기 아민은 1 bar에서 표준 비등점을 가짐 -; (b) 제1 용기(5)를 불활성 가스로 충전하는 단계; (c) 제1 용기(5) 내의 유기 아민을 서브 비등 온도(sub-boiling temperature)로 가열하는 단계 - 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 적어도 15℃ 낮음 -; (d) 제1 용기(5)로부터의 증기를 제2 용기(20) 내에서 냉각하여 액체를 제공하는 단계; 및 (e) 유기 아민을 수지 중합체 매트릭스와 접촉시키는 단계 - 수지 중합체 매트릭스는 이미노디아세트산, 아미노메틸포스폰산, 또는 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 아미노 화합물로 내장됨 -.
Description
본 발명은 금속 오염물질 및 다른 불순물을 제거하는 것에 의한 유기 아민의 정제 공정에 관한 것이다.
유기 아민은 금속 이온에 대한 우수한 리간드이며, 따라서 금속 불순물은 유기 아민을 제조할 때 일반적인 이슈이다. 전자 적용의 경우, 금속 및 다른 오염물질은 전자 장치 고장의 주요 핵심 원인일 수 있다. 가공 화학물질은 금속과 같은 불순물을 극도로 낮은 농도로 함유하여야 한다. 종래 기술 및 산업적 경험으로부터, 단일 또는 다수의 정제 공정은 화학물질을 정제하여 전자 등급 표준을 획득하는 데 필수적이다. 관련 시설의 형태는 복잡하며, 사용하기 편하지 않다. 본 발명은 구현하기 용이하고, 순수한 유기 아민을 제조할 수 있도록 하는 정제 공정을 청구한다.
구현하기 용이하고, 고도로 순수한 유기 아민의 제조를 용이하게 하는 정제 공정을 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 유기 아민의 정제 공정에 관한 것이다. 다양한 실시형태에서, 본 발명은 유기 아민을 매우 낮은 수준의 금속 이온 및 다른 오염물질로 정제할 수 있다. 일부 실시형태에서, 본 발명은 이롭게는 종래 접근법보다 구현하기 더 용이한 유기 아민의 정제 공정을 제공한다.
일 실시형태에서, 유기 아민의 정제 공정은 다음 단계를 포함한다: (a) 유기 아민을 제1 용기에 제공하는 단계 - 유기 아민은 1 bar에서 표준 비등점을 가짐 -; (b) 제1 용기를 불활성 가스로 충전하는 단계; (c) 제1 용기 내의 유기 아민을 서브 비등 온도(sub-boiling temperature)로 가열하는 단계 - 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 적어도 15℃ 낮음 -; (d) 제1 용기로부터의 증기를 제2 용기 내에서 냉각하여 액체를 제공하는 단계; 및 (e) 유기 아민을 수지 중합체 매트릭스와 접촉시키는 단계 - 수지 중합체 매트릭스는 이미노디아세트산, 아미노메틸포스폰산, 또는 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 아미노 화합물로 내장됨 -.
본 발명의 다양한 실시형태는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 보다 상세하게 기재된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 아민의 정제 공정을 예시하는 흐름도이다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 하기 제공되는 약어는 문맥 상 달리 분명하게 명시하지 않는 한, 다음 의미를 갖는다: "BV/hr" = 층 부피/시간(들),
μm = 마이크론(들), nm = 나노미터(들), g = 그램(들); mg = 밀리그램(들); L = 리터(들);
mL = 밀리리터(들); ppm = 백만부; ppb = 십억만부; ppt = 1조부;
m = 미터(들); mm = 밀리미터(들); cm = 센티미터(들); min = 분(들); s = 초(들);
hr = 시간(들); ℃ = 섭씨 도(들); % = 백분율, vol% = 부피 백분율; 및
wt% = 중량 백분율.
일반적으로, 본 발명은 유기 아민의 정제 공정에 관한 것이다. 이들 공정의 사용에 의해 정제될 수 있는 유기 아민은 고도로 농축된(1 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 물을 가짐) N-메틸에탄올아민 또는 유사한 화학 구조, 예컨대 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, N-메틸디에탄올아민, 아미노에틸렌에탄올아민 등을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 순수 아민에 가까운 이들은 또한 함께 혼합될 수 있다. 일부 실시형태에서, 정제되는 유기 아민의 점도는 10 cP 내지 100 cP(ASTM D7042에 의해 측정된 바와 같음)의 범위이며, 0.1 mol/L 수용액의 pH 값은 10 내지 13(ASTM E70에 의해 측정된 바와 같음) 범위이다. 본 발명의 공정에 사용하기 위한 유기 아민을 특성화하는 데 중요한 특성 중에는 표준 비등점이 있다. 본원에 사용된 "표준 비등점"은 1 bar에서 측정된 유기 아민의 비등점이다.
일 양태에서, 유기 아민의 정제 공정(본원에 기재된 바와 같음)은 다음 단계를 포함한다: (a) 유기 아민을 제1 용기에 제공하는 단계 - 유기 아민은 1 bar에서 표준 비등점을 가짐 -; (b) 제1 용기를 불활성 가스로 충전하는 단계; (c) 제1 용기 내의 유기 아민을 서브 비등 온도로 가열하는 단계 - 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 적어도 15℃ 낮음 -; (d) 제1 용기로부터의 증기를 제2 용기 내에서 냉각하여 액체를 제공하는 단계; 및 (e) 유기 아민을 수지 중합체 매트릭스와 접촉시키는 단계 - 수지 중합체 매트릭스는 이미노디아세트산, 아미노메틸포스폰산, 또는 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 아미노 화합물로 내장됨 -. 일부 실시형태에서, 단계 (c) 및 (d)는 단계 (e) 전에 수행되며, 단계 (e)에서의 유기 아민은 단계 (d)로부터의 액체이다. 바꾸어 말하면, 이러한 실시형태에서, 서브 비등 분리(sub-boiling separation)가 수지 중합체 매트릭스와 접촉 전에 수행된다. 다른 실시형태에서, 단계 (e)는 단계 (a) 내지 (d) 전에 수행되며, 여기서 유기 아민은 수지 중합체 매트릭스와 접촉한 후 단계 (a)에서의 제1 용기로 제공된다. 바꾸어 말하면, 이러한 실시형태에서, 수지 중합체 매트릭스와의 접촉은 서브 비등 분리 전에 발생한다.
일부 실시형태에서, 공정 단계가 완료된 후, 유기 아민 내의 Na, K, Ca, Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr, 및 Sn의 농도는 각각 10 ppb 이하이다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 공정에 유입되기 전, 유기 아민 중의 총 금속 함량(Na, K, Ca, Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr, 및 Sn)은 최대 5 ppm이다. 일부 실시형태에서, 공정 단계가 완료된 후, 유기 아민 중의 총 금속 함량(Na, K, Ca, Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr, 및 Sn)은 20 ppb 이하이다.
일부 실시형태에서, 제1 용기 내의 물 함량 및 산소 함량은 각각 20 ppm 미만이다.
일부 실시형태에서, 수지 중합체 매트릭스는 폴리아크릴레이트 또는 폴리스티렌-디비닐벤젠을 포함한다. 일부 실시형태에서, 수지 중합체 매트릭스의 기공 크기는 가스 흡착에 의한 고체의 비표면적에 의해 결정된 1 내지 2,000 nm 범위이다. 일부 실시형태에서, 수지 중합체 매트릭스는 수지 비드로서 유기 아민 함유 액체에 도입되고, 상기 비드의 입자 직경은 100 내지 2000 μm의 크기 범위이다.
본 발명의 공정은 서브 비등 단계를 포함한다. 서브 비등 단계는 유기 아민을 유기 아민의 표준 비등점보다 적어도 15℃ 낮은 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 서브 비등 단계에서 유기 아민에 사용하기 위한 최소 온도는 유기 아민의 표준 비등점 및 용융점(예를 들어, 서브 비등 온도는 액체 유기 아민이 결정화할 수 있는 온도 초과인 것이 분명히 필요할 것임)에 좌우될 것이다. 일부 실시형태에서, 유기 아민의 표준 비등점이 적어도 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 160℃ 낮다. 일부 실시형태에서, 유기 아민의 표준 비등점이 적어도 150℃ 내지 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 120℃ 낮다. 일부 실시형태에서, 유기 아민의 표준 비등점이 150℃ 미만인 경우, 최소 서브 비등 온도는 25℃ 초과이다. 일부 실시형태에서, 유기 아민의 표준 비등점이 적어도 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 160℃ 낮고; 유기 아민의 표준 비등점이 150℃ 내지 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 120℃ 낮고; 유기 아민의 표준 비등점이 150℃ 미만인 경우, 최소 서브 비등 온도는 25℃ 초과이다.
서브 비등 단계의 일 실시형태로 돌아가서, 유기 아민은 제1 용기에 제공된다. 제1 용기는 이어서 불활성 가스, 예컨대 질소 또는 아르곤으로 충전된다. 불활성 가스의 순도는 적어도 99.999%이다. 불활성 가스가 제1 용기 내로 흐를 때, 가스의 순도를 유지하기 위해 입자 및 먼지를 제거하도록 가스 필터를 통해 통과하여야 한다. 또한, 물 함량 및 산소 함량은 본원의 교시를 기반으로 당업자에게 알려진 기술을 사용하여 20 ppm 미만으로 제어된다. 제1 용기의 내용물은 이후 유기 아민의 표준 비등점보다 15℃ 낮은 서브 비등 온도를 초과하지 않는 온도로 가열된다. 제1 용기 내의 유기 아민의 가열은 증기를 발생한다. 증기는 제1 용기를 나와서 파이프 또는 다른 도관을 통해 제2 용기 내로 흐른다. 제2 용기에서, 증기는 자연적으로 냉각되고, 액체로 응축되도록 한다. 본원에 고려되는 유기 아민의 경우, 일부 실시형태에서, 제2 용기 내의 액체의 온도는 20℃ 이하로 유지되어야 한다. 따라서, 일부 실시형태에서, 서브 비등 절차는 다음 단계를 포함한다: (a) 유기 아민을 제1 용기로 제공하는 단계; (b) 제1 용기를 불활성 가스로 충전하는 단계; (c) 제1 용기 내의 유기 아민을 서브 비등 온도로 가열하는 단계 - 서브 비등 온도는 유기아민의 표준 비등점보다 적어도 15℃ 낮음 -; 및 (d) 제1 용기로부터의 증기를 제2 용기 내에서 냉각하여 액체를 제공하는 단계.
유기 아민이 서브 비등 전에 수지 중합체 매트릭스와 접촉되지 않았던 경우, 정제된 유기 아민은 사용을 위해 수집될 수 있다. 유기 아민이 수지 중합체 매트릭스를 통해 통과되지 않았던 경우, 서브 비등 단계에서의 제2 용기로부터의 유기 아민은 본원에 추가로 기재되는 수지 중합체 매트릭스 절차로 진행할 수 있다.
유기 아민을 수지 중합체 매트릭스와 접촉시키는 단계는 이미노디아세트산 또는 아미노메틸포스폰산(또는 둘 모두)을 특징으로 하는 이온 교환 수지의 사용을 수반한다. 대개 IDA로 약칭되는 이미노디아세트산, HN(CH2CO2H)2는 디카복실산 아민이다. 이미노디아세테이트 음이온은 세자리 리간드로서 작용하여 금속 이온과 착물을 형성할 수 있다. (AMPA)로 약칭되는 아미노메틸포스폰산, CH6NO3P는 포스폰산 기를 갖는 약한 유기산이며, 주로 포스폰산 기의 산소 원자를 통해 여러 가지 금속 이온에 결합할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 이온 교환 수지는 폴리아크릴레이트 또는 폴리스티렌-디비닐벤젠(또는 둘의 혼합물)으로 구성된 중합체 매트릭스로 설명될 수 있다. IDA 및/또는 AMPA는 이러한 중합체 매트릭스 내에, 전체에 걸쳐, 및/또는 그 상부에 내장된다. IDA 및/또는 AMPA는 중합체 수지의 형성 동안 도입될 수 있으며, 이러한 수지는 비드로 형성되어 수지 비드 내부에 그리고 표면 상에 내장된 AMPA 또는 IDA를 수득할 수 있다. AMPA 또는 IDA는 또한 수지 매트릭스가 형성된 후의 나중 단계에 적용되어 단지 표면 코팅을 수득할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 수지 중의 AMPA 또는 IDA의 농도는 20 중량% 내지 70 중량%, 그리고 보다 바람직하게는 40 중량% 내지 60 중량% 범위이다. 일반적으로, 이용되는 AMPA 또는 IDA의 농도가 높을수록 금속 제거율이 높아지지만, 농도가 너무 높은 경우, 중합체 매트릭스가 불안정해질 수 있다.
중합체 매트릭스의 기공 크기는 달라질 수 있으며, 일 실시형태는 1 내지 2000 nm의 바람직한 범위를 갖는다. 이 기공 크기는 ISO 9277:2010, 가스 흡착에 의한 고체의 비표면적의 결정(BET 방법)을 통해 결정된다. IDA/AMPA 수지 중합체 매트릭스는 비드로 형성될 수 있으며, 입자 직경 분포는 100 내지 2,000 마이크론 범위이다. IDA 및/또는 AMPA 내장된 수지는 100:0 내지 0:100의 비로 서로 혼합될 수 있다. 상이한 기공 크기를 갖는 몇 개의 메시를 사용하여 단계적으로 균일한 크기의 수지 비드를 여과함으로써 일정한 비드 크기가 수득될 수 있다.
추가적으로, 음이온 이온 교환 수지는 또한 IDA 및/또는 AMPA 내장된 킬레이트화 이온 교환 수지와 혼합될 수 있다. 이러한 2개의 음이온 이온 교환 수지는 Amberlite IRA98(메탄아미늄 N,N,N-트리메틸 하이드록시드) 및 Amberjet 9000OH(4차 암모늄)이다. 음이온 이온 교환 수지는 도입되어 하이드록실 음이온(OH-)을 방출한다. 음이온 수지를 갖는 이 단계는 선택적이며, 금속 제거를 감소시키지는 않는다. 유기 아민 중의 일부 금속은 착물 형태로 존재하며, 더 강한 착화 강도를 갖는 킬레이트화 수지가 필요하다. 추가의 음이온 수지는 착물 금속을 직접 포획하지 않을 수 있지만, 이들은 탈착화제로서 작용할 수 있다. 당업계에 알려진 이러한 탈착화에 대한 메커니즘은 OH-를 방출하여 킬레이트화 수지에 의한 포획에 더 용이할 수 있는 금속 수산화물을 형성한다.
유기 아민을 정제할 때, 본원에 개시된 공정은 이미노디아세트산 함유 수지 또는 아미노메틸포스폰계 내장된 수지 비드로 충전된 적어도 하나의 이온 교환 컬럼의 사용을 특징으로 할 수 있다. 이 컬럼은 다른 재료(즉, 각각 아미노메틸포스폰계 내장된 수지 또는 이미노디아세트산 함유 수지)로 충전된 또 다른 이온 교환 컬럼에 직렬로 또는 병렬로 유동적으로 연결될 수 있다. 일 실시형태에서, 유기 아민 함유 액체는 1 내지 30 층 부피(BV)/시간의 유량으로 이들 컬럼을 통해 통과된다. 직렬로 함께 사용될 때, 이들 컬럼 중 하나는 다른 것의 상류에 배치될 수 있다. 추가적으로, 다른 컬럼(들)은 음이온 이온 교환 수지(들)로 로딩되며, IDA 및/또는 AMPA 이온 교환 컬럼(들)의 상류 또는 하류에 연결되어, 일련의 컬럼을 통해 유기 아민 함유 액체를 통과시키고, 극도로 순수한 유기 아민을 생성할 수 있다. 본원에 사용된 "BV"는 층 부피를 의미하며, 동일한 양의 이온 교환 수지의 수화된 습윤 혼합층과 접촉된 액체의 양을 지칭한다. 예를 들어, 120 mL의 이온 교환 수지의 수화된 습윤 혼합층이 사용되는 경우, 1 BV는 120 mL의 유기 용매가 이온 교환 수지의 혼합층과 접촉됨을 의미한다. "BV/hr"은 유량(mL/hr)을 층 부피(mL)로 나누어 계산된다.
또 다른 실시형태에서, 이온 교환 수지(들)와 유기 아민 액체의 단순한 혼합이 또한 이용되어 유기 아민을 정제할 수 있다. 혼합되면, 수지(들)는 유기 아민과 반응하고, 이들로부터 금속을 제거하도록 한다. 이어서, 액체가 여과되어 정제된 유기 아민을 액체 중의 다른 성분으로부터 분리한다.
일반적으로, 유기 용매를 수지 중합체 매트릭스와 접촉시키는 단계 동안 공정 온도는 예를 들어 일 실시형태에서, 0℃ 내지 100℃, 또 다른 실시형태에서 10℃ 내지 60℃, 및 또 다른 실시형태에서 20℃ 내지 40℃를 포함할 수 있다. 온도가 100℃ 초과인 경우, 수지는 손상될 것이며; 온도가 유기 아민의 어는점 미만인 경우, 처리되는 유기 아민은 흐르지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 아민의 정제 공정을 예시한다. 도 1에 나타낸 실시형태에서, 공정은 서브 비등 단계에 이어서 이온 교환 단계(수지 중합체 매트릭스와 접촉)를 포함한다. 상기 언급된 바와 같이, 다른 실시형태에서, 이온 교환 단계(수지 중합체 매트릭스와 접촉)가 먼저이며, 이후 서브 냉각 단계일 수 있다. 도 1에 나타낸 실시형태의 작동으로 돌아가서, 유기 아민(들)은 재료 주입구(10)에서 서브 비등 용기(5) 내로 로딩된다. 서브 비등 용기(5)는 이어서 불활성 가스, 예컨대 질소 및/또는 아르곤으로 충전된다. 일부 실시형태에서, 불활성 가스의 순도는 적어도 99.999%이다. 입자 및 먼지를 제거하고, 불활성 가스를 깨끗하게 유지하기 위해, 불활성 가스는 가스 필터(15)를 통해 통과한다. 용기 내부의 물 함량 및 산소 함량은 각각이 20 ppm 미만이도록 제어된다. 서브 비등 용기(5) 내의 유기 아민은 유기 아민의 서브 비등 온도로 가열되고, 서브 비등 온도는 유기 아민의 표준 비등점보다 적어도 15℃ 낮다. 일부 실시형태에서, 유기 아민의 표준 비등점이 적어도 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 160℃ 낮고; 유기 아민의 표준 비등점이 150℃ 내지 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 120℃ 낮고; 유기 아민의 표준 비등점이 150℃ 미만인 경우, 최소 서브 비등 온도는 25℃ 초과이다. 일부 실시형태에서, 서브 비등 용기(5) 내의 압력은 진공 하 또는 주위 압력일 수 있다. 일부 실시형태에서, 압력은 예를 들어 가스 주입구 압력으로 인해 주위 압력보다 더 높을 수 있다. 서브 비등 용기는 가스 필터로 인한 압력 축적을 방지하고(예를 들어, 안전을 위해), 압력(가스)이 서브 비등 용기(5)로부터 방출될 때, 입자가 공기로 유입하는 것을 방지하기 위한 압력 방출 밸브를 포함한다. 서브 비등 용기 내의 유기 아민의 가열은 이어서 냉각 용기(20) 내로 흐르는 증기를 발생한다. 냉각 용기(20) 내에서, 증기는 자연적으로 냉각된 후에 액체로 응축한다. 일부 실시형태에서, 냉각 용기 내의 온도는 60℃보다 더 낮게 유지된다. 냉각 용기(20)로부터, 유기 아민은 금속 함량의 추가의 감소를 위해 이온 교환 컬럼(25)을 통해 펌핑될 수 있다. 이온 교환 수지는 이미노디아세트산, 아미노메틸포스폰산, 또는 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 아미노 화합물로 내장된 수지 중합체 매트릭스로 로딩된다. 일부 실시형태에서, 유기 아민의 이온 교환 컬럼을 통한 유량은 50 층 부피/시간 이하이다. 이온 교환 컬럼(25)을 빠져나가면, 정제된 유기 아민은 저장 탱크(30) 내에 저장될 수 있다.
일부 실시형태에서, 서브 비등 용기(5), 냉각 용기(20), 이온 교환 컬럼(25), 저장 탱크(30), 및 모든 연결 파이프라인을 포함하는 전체 시스템은 전기도금으로 SAE 316L 등급 스테인리스 강으로 제조되거나, 초순수 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 중합체로 제조된다. 선택적으로, 일부 실시형태에서, 이러한 건축 재료는 250℃ 초과의 온도를 견딜 수 있는 내열성 재료일 수 있으며, 초순수 PFA 또는 PTFE를 로 코팅된 내부 표면은 적어도 2 mm의 코팅 두께를 갖는다.
일반적인 일 실시형태에서, 상기 기재된 공정(서브 비등 및 이온 교환) 후, 유기 아민의 목표 금속 수준은 공급물 용매가 전형적 금속 수준을 함유할 때, 20 ppb(십억만부) 미만이다. 수득된 유기 용매는 상당히 낮은 수준의 금속 및 비금속성 이온 오염물질을 포함한다. 금속성 오염물질은 예를 들어 Na, K, Ca, Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr, 및 Sn을 포함할 수 있다. 이들 금속성 오염물의 각각의 농도는 다양한 실시형태에서 10 ppb 이하이고, 다른 실시형태에서 5 ppb 이하일 수 있다. 따라서, 본 발명의 공정을 사용하여 수득된 유기 용매는 예컨대 의약품 및 전자 재료의 제조 및 특히 예를 들어 반도체 제작 공정에서 사용되기 위한 초순수 생성물이 필요한 적용에서 유용할 수 있다. 높은 금속 제거율은 초순수 생성물을 획득하는 데 필수적이다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 공정은 이롭게는 공정에 공급된 유기 아민 에테르로부터의 상기 열거된 금속의 합의 80% 초과의 금속 제거 효율을 제공한다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 공정은 이롭게는 공정에 공급된 유기 아민 에테르로부터의 상기 열거된 금속의 합의 90% 초과의 금속 제거 효율을 제공한다. 일부 실시형태에서, 본 발명의 공정은 이롭게는 공정에 공급된 유기 아민 에테르로부터의 상기 열거된 금속의 합의 95% 초과의 금속 제거 효율을 제공한다.
본 발명의 일부 실시형태에 따른 공정을 겪은 후에 유기 아민의 순도 변화는 종래의 방법, 예컨대 GC-FID에 의해 측정된 가능한 낮은 것을 또한 원한다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 유기 용매의 순도 변화는 0 백분율(%)이거나, 검출 기기의 검출 한계 미만인 수준(예를 들어, GC 검출기의 선택, 컬럼 선택, 및 기타 측정 조건의 선택에 따라 0%, 예컨대 0.0001%에 근접함)이다. 다른 실시형태에서, 이온 교환 처리 후 용매의 순도 변화는 예를 들어 일 실시형태에서 0.05% 미만이고; 또 다른 실시형태에서 0.01% 미만이다.
실시예
본 발명의 일부 실시형태가 하기의 실시예에서 상세하게 설명된다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 상세하기 추가로 예시하기 위해 제시되는 것이나, 청구범위의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량을 기준으로 한다.
발명예("IE") 및 비교예("CE")에 사용된 다양한 용어 및 명칭은 다음과 같이 설명된다:
"DVB"는 디비닐 벤젠을 나타낸다.
"BV/hr"은 층 부피/시간(들)을 나타낸다.
실시예에 사용된 다양한 원료 또는 성분은 다음과 같이 설명된다:
The Dow Chemical Company로부터 상업적으로 입수 가능한 N-메틸에탄올아미(NMEA).
The Dow Chemical Company로부터 상업적으로 입수 가능한 N-메틸디에탄올아민(MDEA).
PUROMET MTS9300H는 Purolite로부터 상업적으로 입수 가능한 이미노디아세트산 킬레이트화 수지이다. PUROMET MTS9500H는 Purolite로부터 상업적으로 입수 가능한 아미노메틸포스폰산 킬레이트화 수지이다. 이들 이온 교환 수지에 대한 추가의 상세 내용은 표 1에 제공되어 있다:
[표 1]
발명예의 경우, 서브 비등 단계를 먼저 수행한다. 서브 비등 용기, 냉각 용기, 이온 교환 컬럼, 통, 및 연결 파이프라인을 포함하는 전체 시스템은 모두 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA) 재료로 제조한다.
서브 비등을 위한 용기는 4 리터의 부피를 갖는다. 가열 보울(heating bowl)은 용기 내의 재료를 가열하기 위해 서브 비등 용기 아래에 배치한다. 가열 보울을 갖는 서브 비등 용기는 초순수 아르곤(분석치 99.999%)으로 충전된 글로브 박스 내에 배치되어 산소 및 수분을 < 5 ppm으로 제어한다. 입자 제어는 100 클래스 클린룸 수준이다. 압력은 약 1.5 bar이다.
발명예 1 내지 3(IE1-IE3) 및 비교예 1 내지 3(CE1-CE3)
NMEA를 발명예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에서 평가한다. NMEA의 표준 비등점은 156℃이고, 이는 99.0% 초과의 순도를 갖는다. 비교예 1은 서브 비등 또는 이온 교환에 적용되지 않은 NMEA이다.
발명예의 경우, 3 리터의 NMEA를 서브 비등 용기에 첨가한다. NMEA를 70 내지 90℃의 서브 비등 온도로 가열한다. 가열의 결과로서, 증기가 서브 비등 용기 내에서 형성되고, 서브 비등 용기의 최상부로부터 나와서 20℃ 이하의 온도를 유지하는 4 리터의 냉각 용기로 흐른다. 냉각 용기 내에서, 증기는 액체로 응축된다. 발명예 1 내지 3의 경우, 냉각 용기로부터의 샘플을 수집하고, 순도, 금속 함량, 및 물 함량에 대해 시험한다. 물 함량은 칼 피셔 적정을 사용하여 ASTM E203에 따라 측정한다. 용매 샘플 중의 금속 농도는 종래의 장비, 예컨대 Agilent Technology로부터 입수 가능한 ICP-MS(유도 결합 플라즈마-질량 분석법) 기기로 분석하고; 분석 결과를 하기 본원에 이어지는 표에서 설명한다. 원래 금속 수준(농도) 및 금속 원소 비율은 공급 용매 로트에 따라 달라진다. 순도는 GC(가스 크로마토그래피)로 측정한다. 주요 구성성분(100%에서 물을 포함하는 모든 불순물의 합을 뺌)의 피크 영역을 모든 피크 영역의 합으로 나누어 순도를 계산한다.
발명예 3은 다음과 같이 이온 교환 컬럼을 통해 통과시킨다. 이온 교환 컬럼은 100 마이크로리터의 부피를 갖는다. 표 1에서 확인되는 10 밀리리터의 이온 교환 수지를 각각의 수지의 50%를 사용하여 이온 교환 컬럼 내에 로딩한다. 서브 비등 유기 아민의 유량은 발명예 3의 경우 6 층 부피/시간이다. 비교예 2는 NMEA이지만, 비교예 1과 상이한 로트의 NMEA이다. 비교예 3은 발명예 3과 같은 이온 교환 컬럼을 통해 통과된 비교예 2이지만, 비교예 3은 서브 비등 단계를 겪지는 않았다. 이온 교환 컬럼을 통해 통과한 후, 유기 아민을 샘플 통 내에 수집하고, 순도, 물 함량, 및 금속 함량을 상기 기재된 바와 같이 측정한다.
순도, 물 함량, 및 금속 함량 측정은 표 2에서 보여준다:
[표 2]
표 2에 나타낸 바와 같이, 발명예는 서브 비등 단계가 없는 비교예와 비교하여 훨씬 더 적은 금속을 함유한다. 발명예에서의 대부분의 금속의 제거율은 80% 초과이다. 그러나, 발명예 1 및 2의 Ca 및 Ni 제거율은 다른 금속의 제거율보다 더 낮다. 그러나, 발명예 3에서의 이온 교환 단계의 첨가는 Ca 및 Ni 제거율을 유의하게 증가시켰다.
발명예 4(IE4) 및 비교예 4(CE4)
MDEA를 발명예 4 및 비교예 4에서 평가한다. DMEA의 표준 비등점은 243℃이고, 이는 99.0% 초과의 순도를 갖는다. 비교예 1은 서브 비등 또는 이온 교환에 적용되지 않은 DMEA이다.
발명예의 경우, 4 리터의 DMEA를 서브 비등 용기에 첨가한다. DMEA를 90℃의 서브 비등 온도로 가열한다. 가열의 결과로서, 증기가 서브 비등 용기 내에서 형성되고, 서브 비등 용기의 최상부로부터 나와서 20℃ 이하의 온도를 유지하는 4 리터의 냉각 용기로 흐른다. 냉각 용기 내에서, 증기는 액체로 응축한다. 발명예 4의 경우, 냉각 용기로부터의 샘플을 수집하고, 상기 기재된 기술을 사용하여 금속 함량에 대해 시험한다.
금속 함량 측정은 표3에서 보여준다.
[표 3]
표 3에 나타낸 바와 같이, 서브 비등 단계는 DMEA로부터 금속 함량을 96% 초과로 제거하였다.
Claims (10)
- 유기 아민의 정제 공정으로서,
(a) 유기 아민을 제1 용기에 제공하는 단계 - 유기 아민은 1 bar에서 표준 비등점을 가짐 -;
(b) 제1 용기를 불활성 가스로 충전하는 단계;
(c) 제1 용기 내의 유기 아민을 서브 비등 온도(sub-boiling temperature)로 가열하는 단계 - 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 적어도 15℃ 낮음 -;
(d) 제1 용기로부터의 증기를 제2 용기 내에서 냉각하여 액체를 제공하는 단계; 및
(e) 유기 아민을 수지 중합체 매트릭스와 접촉시키는 단계 - 수지 중합체 매트릭스는 이미노디아세트산, 아미노메틸포스폰산, 또는 이의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 아미노 화합물로 내장됨 -;를 포함하는, 유기 아민의 정제 공정. - 제1항에 있어서, 단계 (c) 및 (d)는 단계 (e) 전에 수행되고, 단계 (e)에서의 유기 아민은 단계 (d)로부터의 액체인, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항에 있어서, 단계 (e)는 단계 (a) 내지 (d) 전에 수행되며, 여기서 유기 아민은 수지 중합체 매트릭스와 접촉한 후 단계 (a)에서의 제1 용기로 제공되는, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 아민의 표준 비등점이 적어도 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 160℃ 낮고, 유기 아민의 표준 비등점이 150℃ 내지 200℃인 경우, 최소 서브 비등 온도는 표준 비등점보다 120℃ 낮고, 유기 아민의 표준 비등점이 150℃ 미만인 경우, 최소 서브 비등 온도는 25℃ 초과인, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 단계가 완료된 후, 유기 아민 내의 Na, K, Ca, Al, Fe, Ni, Zn, Cu, Cr, 및 Sn의 농도는 각각 10 ppb 이하인, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 용기 내의 물 함량 및 산소 함량은 각각 20 ppm 미만인, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 중합체 매트릭스는 폴리아크릴레이트 또는 폴리스티렌-디비닐벤젠을 포함하는, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 중합체 매트릭스의 기공 크기는 가스 흡착에 의한 고체의 비표면적에 의해 결정된 1 내지 2,000 nm 범위인, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 중합체 매트릭스는 수지 비드로서 유기 아민 함유 액체에 도입되고, 상기 비드의 입자 직경은 100 내지 2000 μm의 크기 범위인, 유기 아민의 정제 공정.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 아민은 고도로 농축된 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 디메틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, 또는 아미노에틸렌에탄올아민을 포함하는, 유기 아민의 정제 공정.
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