KR960002588B1

KR960002588B1 - 메탄을 정제하기 위한 방법

Info

Publication number: KR960002588B1
Application number: KR1019910023403A
Authority: KR
Inventors: 수치 마르코; 솔치아 카롤리나
Original assignee: 사에스 게터스 에스.피.에이.; 에밀리오 크리스틸린
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1996-02-23
Also published as: JPH04300615A; EP0493347A3; EP0493347B1; IT9022455A0; KR920011977A; DE69126008D1; EP0493347A2; DE69126008T2; IT1243494B; IT9022455A1

Abstract

내용 없음.

Description

메탄을 정제하기 위한 방법

제1도는 본 발명의 방법에 유용한 장치를 부분 절단한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 장치 12 : 가스 흡입구

14 : 챔버 16 : 게터(getter)합금

18 : 가스 배출구

본 발명을 CH₄로부터 불순물, 특히 H₂O 및 O₂를 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.

가스 메탄(CH₄)는 인조 다이아몬드의 박막 생산과 같은 분야에 널리 사용된다.

가스의 순도는 매우 중요하다. 불순물의 규모가 층 또는 막에 나타나는 결함의 정도 또는 수와 연관된다고 할 수는 없지만, 사용되는 가스의 순도가 높으면 높을수록 막의 수율이 크다고 할 수 있다.

과거에는 CH₄와 같은 수소함유가스로부터 불순물을 제거하기 위해 유기탄화수소 또는 가소성 물질을 사용하는게 통례였다. 하지만 이들을 사용하면 하나 또는 그 이상의 단점을 갖게 된다.

유기 탄화수소 또는 가소성 흡착제에 의해 조작온도를 증가시킴으로써 순화된 가스의 후 재오염에 의한 불필요한 탄화수소를 방출시킬 수 있다. 이 재료들이 분해하여 불필요한 가스를 생산하는 것은 이 재료들의 특성이다.

수소화된 게터(getter) 금속 또는 합금의 사용은 바람직하지 못한 가스의 일부분만을 흡수되지 못하게 한다. 더욱더 수소화된 게터의 사용은 부가적인 가격상승 및 발생할 수 있는 난점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제거하기 위한 개선된 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 H₂O 및 O₂를 함유한 CH₄로부터 H₂O 및 O₂를 제거하기 위한 개선된 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 CO, CO₂및 N₂를 함유한 CH₄로부터 CO, CO₂및 N₂를 제거하기 위한 개선된 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 유기 지지체 또는 가소성 물질의 사용을 필요로 하지 않는, 불순한 CH₄로부터 불순물을 제거하기 위한 개선된 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 수소화 게터금속 또는 합금의 사용을 필요로 하지 않는, 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제거하기 위한 개선된 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 메탄을 분리시키는 온도를 필요로 하지 않는, 불순한 CH₄로부터 기체상에서의 불순물을 제거하기 위한 개선된 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 이러한 장점, 목적 및 다른 장점, 목적은 첨부된 도면과 상세한 설명에 의해 이 분야 기술자에게 명백히 이해될 것이다.

본 발명은 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제거하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 Zr-V-Fe 합금을 300℃ 내지 950℃의 온도를 가열하는 단계를 포함하고 있다.

이어서 상기 합금은 CH₄의 흡착이 없는 온도 이하로 냉각된다. 이 온도에서 CH₄함유 불순물은 Zr-V-Fe 합금과 접촉한다.

만일 N₂가 불순물들 중 하나가 아니라면, 이 합금은 Zr₂Fe일 수 있다.

도면을 참조하여, 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제거하기 위한 본 발명의 방법을 수행하는데 사용되는 장치(10)를 설명하였다. 장치(10)은 불순 가스 흡입구(12)를 가지며, 이 흡입구를 통해 불순한 CH₄, 가스가 들어간다. 흡입구(12)는 게터합금(18)을 포하하고 있는 CH₄, 정제용 챔버(14)와 유체상태로 소통된다. 챔버(14)는 정제된 가스 배출구(18)과 유체상태로 소통된다. 게터합금(18)은 바람직하게는 500㎛ 이하, 가장 바람직하게는 125㎛ 이하의 입자크기를 갖는 분말형태로 되어있다. 이것은 챔버(14)내에 포함되기에 적합한, 결합제를 가진 또는 결합제가 없는 펠릿의 형태인 것이 바람직하다.

이 합금의 조성은 Zr-V-Fe이다.

본 발명에 따른 3원 합금의 전형적인 조성물은

(1) 45 내지 75wt.%, 바람직하게는 47 내지 70wt.%의 Zr ;

(2) 20 내지 50wt.%, 바람직하게는 24 내지 45wt.%의 V ;

(3) 5 내지 35wt.%, 바람직하게는 5 내지 10wt.%의 Fe를 포함한다.

wt.% Zr, wt.% V 및 wt.% Fe의 3원 조성 다이아그램을 표시할때 wt.%의 다음은 다음과 같다.

(a) 75wt.% Zr-20wt.% V-5wt.% Fe

(b) 45wt.% Zr-20wt.% V-35wt.% Fe

(c) 45wt.% Zr-50wt.% V-5wt.% Fe로 그리고 바람직하게는,

(d) 70wt.% Zr-25wt.% V-5wt.% Fe

(e) 70wt.% Zr-24wt.% V-6wt.% Fe

(f) 66wt.% Zr-24wt.% V-10wt.% Fe

(g) 47wt.% Zr-43wt.% V-10wt.% Fe

(h) 47wt.% Zr-45wt.% V-8wt.% Fe

(i) 50wt.% Zr-45wt.% V-5wt.% Fe

로 형성된 그 포인트들을 코너로서 갖는 다각형태에 놓인다.

본 발명에 유용한 합금은 미합중국 특허출원 제4,312,669호에 공지되어 있다. 소량의 다른 금속이 정제특성을 실질적으로 변경하지 않으면서 사용될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 예를들면, 철을 니켈로 부분적으로 대체하거나 또는 바나듐을 니오븀으로 부분적으로 대체할 수 있다. 기본 3원 합금의 주요 흡수력을 변화시키지 않고 약간의 지르코늄을 티타늄으로 대체하는 것이 유리할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 대체가 동시에 일어날 수 있다.

Zr-V-Fe 합금의 활성화 온도는 공기 노출중에 형성된 산화물 및 질화물로 부터의 입자표면을 세척하기에 충분하도록 높아야 한다. 활성화는 공기내에서 처리하는 동안에 합금상에 형성되는 흡착-억제코팅을 열적으로 파괴하기에 충분한 시간동안 게터합금을 올려진 온도로 가열함으로써 이루어진다. 이 흡착-억제코팅은 통상적으로 대기 산소로부터의 산화물 및 대기 질소로부터의 질화물을 포함하고 있다. 올려진 온도는 약 300 내지 950℃일 수 있다. 이 범위중 낮은 온도 범위에서는 가열은 10분 이상동안 행해져야 한다. 통상적으로 20분이 바람직하다. 오랜 가열 시간은 에너지 소모를 초래하지만 실행에 나쁜 영향은 주지 않는다. 이 범위중 높은 온도범위에서는 합금은 적어도 30초 동안 가열되어야 한다. 통상적으로 2분이 바람직하다. 오랜 가열시간은 에너지 소모를 초래하지만 실행에 나쁜 영향은 주지 않는다. 따라서 4시간동안 400℃에서의 가이드 가열이 충분하다. 이와 마찬가지로 약 40분동안 500℃에서의 가이드 가열이 충분하다. 물론, 가열은 산소, 질소 및 다른 활성 가스가 없는 상태로 행해져야 한다. 이것은 진공에서 또는 아르곤과 같은 회토류 가스내에서 또는 저온에 메탄내에서 가열함으로써 이루어질 수 있다.

CH₄로부터 불순물을 흡착할때, 합금은 CH₄의 분말을 초래하지 않아야 하고 CH₄가 분열을 일으킬 수 있는 해리하는 온도 이하의 온도에서 행해져야 한다. 이 온도는 400℃이거나 또는 400℃이하, 바람직하게 350℃이어야 한다.

만일 N₂가 불순하지 않으면 합금은 Zr₂Fe일 수 있다.

본 발명은 다음에 설명될 실시예를 참조하여 설명된다. 이 실시예들은 본 발명을 어떻게 실시하고 본 발명을 실시하기 위해 현재 알려진 가장 좋은 모드를 이 분야 기술자에게 알리기 위해 기재하였다.

[실시예 1]

장치(10)의 챔버(14)는 70g의 펠릿, 직경 4㎜와 높이 3㎜의 압축성형된 Zr-V-Fe 분말로 채워진다. 공칭 분말조성은 70wt.%Zr-24.6wt.% V-5.4wt.% Fe이다.

게터합금을 활성화를 위해 CH₄흐름내에 4시간 동안 350℃로 가열시킨다.

이어서, 7.6ppm의 산소 및 7.0ppm의 질소를 함유한 CH₄의 흐름을 100㎠/분의 유속으로 챔버(14)를 통과시킨다. 오사까 옥시겐(OSAKA OXYGEN)사에 의해 제조한, 2ppb의 O₂감도를 갖는 산소 분석기 MKIII/Y를 사용하여 배출구에서의 산소 레벨을 측정한다. 20ppb 감도를 갖는 준안정 검출기에 의한 가스크로마토그래프를 사용하여 배출구에서의 질소 레벨을 측정한다.

배출구에서 어떤 산소도 검출되지 않았지만 질소 레벨은 90% 감소된다. 7일간의 연속 흐름후에 어떤 커다란 변화는 관찰되지 않았다.

[실시예 2]

펠릿이 Zr₂Fe로 압축 성형된 분말 팰릿으로 대체되는 것은 제외하고 실시예 1을 반복실시한다.

불순한 메탄이 흐를때 배출구에서의 측정은 미량의 산소도 생기지 않음을 보인다. 다시 7일간의 연속 흐름후에 커다란 변화는 관찰되지 않는다. 하지만 질소 레벨은 7ppm으로 일정하게 유지된다.

비록 본 발명에는 바람직한 특정 실시예만 설명되었지만 다른 변경이 청구범위의 범주에 벗어나지 않으면서 행해질 수 있다는 것을 이분야 기술자들은 인식할 수 있다.

Claims

A. 300℃ 내지 950℃의 온도에서 Zr-V-Fe 합금을 활성화시키고 ; B. 상기 합금을 상당양의 CH₄를 흡착하지 않기에 충분한 낮은 온도이지만 불순물을 흡착하기에 충분히 높은 온도로 가열하고 ; 그리고 C. 불순한 CH₄를 Zr-V-Fe 합금과 접촉시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제거하기 위한 방법.
불순한 CH₄를 Zr-V-Fe의 합금을 포함하고 불순한 가스 흡입구(12)와 정제된 가스 배출구(18)를 갖는 챔버(14)내로 통과시킴으로써 상기 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제정하기 위한 방법에 있어서, A. 가스를 흡착시키기 위해 400℃ 내지 950℃ 온도에서 회토류 또는 불활성 가스나 CH₄흐름에서 또는 진공에서 상기 Zr-V-Fe를 활성화시키고 ; B. 측정할 수 있을 정도의 CH₄가 흡착되지 않도록 상기 합금을 400℃ 이하의 온도로 냉각시키고 ; 그리고 C. 상기 불순한 CH₄를 상기 Zr-V-Fe 합금과 접촉시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제거하기 위한 방법.
불순한 CH₄를 Zr-V-Fe의 합금을 포함하고 불순한 가스 흡입구(12)와 정제된 가스 배출구(18)를 갖는 챔버(14)내로 통과시킴으로써 상기 불순한 CH₄로부터 H₂O, O₂, CO, CO₂및 N₂를 제거하기 위한 방법에 있어서, A. 가스를 흡착시키기 위해 10 내지 30분 동안 300℃ 내지 500℃ 온도에서 CH₄흐름에 상기 Zr-V-Fe 합금을 가열시킴으로써 상기 Zr-V-Fe 합금을 활성화시키고 ; B. 측정할 수 있을 정도의 CH₄가 흡착되지 않도록 상기 합금을 100℃ 내지 400℃ 온도로 유지하고 ; 그리고 C. 불순한 CH₄내에 있는 N₂O, O_2,CO, CO₂및 N₂를 제거하기 위해 불순한 CH₄를 Zr-V-Fe 합금과 접촉시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 불순한 CH₄로부터 H₂O, O_2,CO, CO₂및 N₂를 제거하기 위한 방법.
제3항에 있어서, 단계 A가 4시간동안 350℃에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 단계 B가 350℃에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
A. Zr₄Fe 합금을 300℃ 내지 950℃ 온도로 가열하여 상기 합금을 활성화시키고; B. 상당양의 CH₄가 흡착되는 온도 이하이지만 불순물을 흡착하기에 충분히 높은 온도로 상기 합금을 유지하고 ; 그리고 C. 질소가 없는 불순한 CH₄를 상기 Zr₂Fe 합금과 접촉시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 질소가 없는 불순한 CH₄로부터 불순가스를 제거하기 위한 방법.