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KR102256840B1 - Elimination and treatment method of Arsenic compound in hydrogen fluoride for manufacturing of ultra-high-purity hydrogen fluoride - Google Patents

Elimination and treatment method of Arsenic compound in hydrogen fluoride for manufacturing of ultra-high-purity hydrogen fluoride Download PDF

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Publication number
KR102256840B1
KR102256840B1 KR1020200181967A KR20200181967A KR102256840B1 KR 102256840 B1 KR102256840 B1 KR 102256840B1 KR 1020200181967 A KR1020200181967 A KR 1020200181967A KR 20200181967 A KR20200181967 A KR 20200181967A KR 102256840 B1 KR102256840 B1 KR 102256840B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
asf
gas
hydrogen fluoride
reactor
ahf
Prior art date
Application number
KR1020200181967A
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Korean (ko)
Inventor
우병원
정순길
김동현
안현근
문정헌
Original Assignee
(주)후성
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by (주)후성 filed Critical (주)후성
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Abstract

The present invention relates to an elimination and treatment method of an arsenic compound in hydrogen fluoride during manufacture of ultra-high-purity hydrogen fluoride, which comprises: a first step of introducing natural-hydrofluoric acid (crude-AHF) containing AsF_3 and F_2 gas as an oxidizing agent into a reactor; a second step of producing AsF_5 gas by an oxidation reaction of the AsF_ 3 and F_2 gas; a third step of forming an XAsF_x(OH)_y compound (X is one selected from Na, K, Li, Ca, and Ba, x is 5-7 and y is 0 or 1) by reacting the produced AsF_5 gas with an absorption liquid; and a fourth step of discharging the AsF_5 gas that did not react with the absorption liquid in the third step to the atmosphere. According to the present invention, by using a method of maximizing a contact time to increase a conversion rate during oxidation of AsF_3 using F_2 gas, the arsenic compound in the hydrogen fluoride can be removed with high efficiency when producing the ultra-high-purity hydrogen fluoride, and a gaseous arsenic compound generated during a manufacturing process can be effectively treated.

Description

초고순도 불화수소 제조 중 불화수소 내 비소화합물의 제거 및 처리방법{Elimination and treatment method of Arsenic compound in hydrogen fluoride for manufacturing of ultra-high-purity hydrogen fluoride}Elimination and treatment method of Arsenic compound in hydrogen fluoride for manufacturing of ultra-high-purity hydrogen fluoride}

본 발명은 초고순도 불화수소 제조 중 불화수소 내 비소화합물의 제거 및 처리방법에 관한 것으로, 상세하게는 반도체 에칭용 초고순도 불화수소를 제조하는데 있어 불화수소 내 비소화합물을 제거 및 대기 중으로 방출되는 기상 비소화합물의 효과적인 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing and treating arsenic compounds in hydrogen fluoride during the production of ultra-high purity hydrogen fluoride, and in detail, in the production of ultra-high purity hydrogen fluoride for semiconductor etching, arsenic compounds in hydrogen fluoride are removed and gaseous phase released into the atmosphere. It relates to an effective treatment method of arsenic compounds.

유리 세정제나 석유화학용 촉매 등을 제조하는 공업용 규격의 불화수소(Hydrogen Fluoride, HF)의 경우 불순물의 농도에 크게 제약을 받지 않으나, 반도체 공정에 쓰이는 불화수소의 경우 용도에 따라서 금속 불순물(Metal impurities) 함량이 10ppb 이하의 초고순도급이 요구되고 있다.Hydrogen Fluoride (HF), which is an industrial standard that manufactures glass cleaners and catalysts for petrochemicals, is not significantly restricted by the concentration of impurities. However, in the case of hydrogen fluoride used in semiconductor processes, metal impurities depending on the application. ) Ultra-high purity contracting with a content of 10 ppb or less is required.

일반적으로 반도체 공정에 쓰이는 불화수소는 제조 시 공업용 규격의 불화수소를 정제하여 사용하고 있다. 공업용 규격의 불화수소는 불산 99.9%, SO2 50ppm 이하, H2SiF6 10ppm 내외, H2SO4 20~30ppm, H2O 5~10ppm 및 비소(As), 철(Fe) 등의 금속형태의 불순물이 미량 포함되어 있다. 이 중에서 SO2, H2SiF6, H2SO4, H2O 및 일부 금속의 경우 이미 알려진 증류방법으로 제거가 가능하다. 하지만 불화수소 중에 잔존하는 비소(As) 화합물의 경우 일반적인 증류공정으로 분리가 어렵다. In general, hydrogen fluoride used in semiconductor processes is used by purifying industrial standard hydrogen fluoride during manufacturing. Hydrogen fluoride, industrial standard, hydrofluoric acid 99.9%, SO 2 50ppm or less, H 2 SiF 6 10ppm and out, H 2 SO 4 20 ~ 30ppm , H 2 O 5 ~ 10ppm and the arsenic metal form, such as (As), iron (Fe) Contains a trace amount of impurities. Among them, SO 2 , H 2 SiF 6 , H 2 SO 4 , H 2 O and some metals can be removed by a known distillation method. However, in the case of the arsenic (As) compound remaining in hydrogen fluoride, it is difficult to separate it through a general distillation process.

이러한 불화수소 내 존재하는 비소화합물은 대부분 AsF3(Arsenic Trifluoride; B.P = 63℃) 형태로 존재하는데, 불화수소(Hydrogen Fluoride; B.P = 19.5℃) 존재하에서 공비점 혼합물을 형성하기 때문에 증류공정으로 분리가 어렵다. Most of these arsenic compounds present in hydrogen fluoride exist in the form of AsF 3 (Arsenic Trifluoride; BP = 63℃), but they are separated by a distillation process because they form an azeotropic mixture in the presence of hydrogen fluoride (BP = 19.5℃). Is difficult.

이와 같은 이유로 초고순도급의 불화수소를 제조하기 위해서는 흡착, 반응 등의 공정을 거쳐 비소화합물을 제거하는 것이 통상적인 방법이다. 그러나, 이 방법의 경우, 다른 형태로 전환된 비소화합물이 대기로 노출될 경우 환경오염 문제가 심각히 발생될 수 있다는 것이다. 현재 국내의 경우, 대기 중 비소화합물의 허용 배출농도를 0.5ppm 으로 엄격히 관리하고 있기에 대기 중으로 배출되기 전에 비소화합물의 배출농도를 허용 배출농도 이하로 반드시 처리하여야 한다.For this reason, in order to produce hydrogen fluoride of ultra-high purity, it is a common method to remove arsenic compounds through processes such as adsorption and reaction. However, in the case of this method, when the arsenic compounds converted to other forms are exposed to the atmosphere, environmental pollution problems may be seriously generated. Currently, in Korea, the allowable emission concentration of arsenic compounds in the air is strictly managed at 0.5 ppm, so the emission concentration of arsenic compounds must be treated below the allowable emission concentration before being discharged into the atmosphere.

이러한 비소화합물의 처리에 대한 종래 기술을 살피면, 일본등록특허 제2,821,947호에서는 AsF3를 제거하기 위해 반응 촉진제로 KMnO4를 사용하여 분리하기 쉬운 AsOF3 형태로 전환시켜 불화수소 중 비소화합물의 농도를 낮춘다고 보고되어 있을 뿐, 비소화합물의 처리에 관한 내용은 제시하지 못하였다. Looking at the prior art for the treatment of such arsenic compounds, Japanese Patent No. 2,821,947 uses KMnO 4 as a reaction accelerator to remove AsF 3 and converts it into an easy-to-separate AsOF 3 form to reduce the concentration of arsenic compounds in hydrogen fluoride. It is reported that it is lowered, but it has not been able to provide information on the treatment of arsenic compounds.

또한, 한국 등록특허 10-1308051의 예시를 보면 초고순도급 불산을 정제 제조시에 비소화합물과 반응하기 쉬운 F2, KMnO4, H2O2 등을 첨가하고 반응함에 있어, 반응을 충분히 촉진시키기 위해 초음파 진동을 가하면서 반응시키는 방법으로 불산 중 비소화합물의 농도를 낮춘다고 보고되어 있는데 이 또한 AsOF3 형태로 전환된 비소화합물의 처리에 관한 내용은 제시하지 못하였다. In addition, looking at the example of Korean Patent Registration 10-1308051, F 2 , KMnO 4 , H 2 O 2 and the like, which are easy to react with arsenic compounds, are added and reacted with ultra-high-purity hydrofluoric acid at the time of tablet manufacturing, so that the reaction is sufficiently accelerated. It has been reported that the concentration of arsenic compounds in hydrofluoric acid is lowered by reacting while applying ultrasonic vibrations, but it has not been able to present any details on the treatment of arsenic compounds converted to AsOF 3 form.

일본등록특허 제2,821,947호Japanese Patent No. 2,821,947 한국 등록특허 10-1308051Korean Patent Registration 10-1308051

이에 본 발명은 초고순도급 불화수소를 제조하는데 있어서 높은 효율로 불화수소 내 비소화합물을 제거하는 방법 및 제조 공정 중 발생하는 기상 비소화합물을 허용 배출농도(0.5ppm) 이하로 처리하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Accordingly, the present invention provides a method of removing arsenic compounds in hydrogen fluoride with high efficiency in manufacturing ultra-high purity grade hydrogen fluoride, and a method of treating gaseous arsenic compounds generated during the manufacturing process to an allowable emission concentration (0.5 ppm) or less. For that purpose.

본 발명에 따른 초고순도 불화수소가스 제조시 불화수소 내 비소화합물의 제거 및 처리방법은 AsF3를 포함하는 천연-무수 불산(Crude-AHF)과 산화제인 F2 가스를 반응기에 투입하는 제1단계, 상기 AsF3 와 F2 가스의 산화반응으로 AsF5 가스를 제조하는 제2단계, 상기 제조된 AsF5 가스와 흡수액을 반응시켜 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물을 형성시키는 제3단계, 및 상기 제3단계에서 흡수액과 반응하지 않은 AsF5 가스를 대기로 배출시키는 제4단계를 포함하여 이루어질 수 있다.The method for removing and treating arsenic compounds in hydrogen fluoride when producing ultra-high purity hydrogen fluoride gas according to the present invention is a first step of introducing natural-anhydrous hydrofluoric acid (Crude-AHF) including AsF 3 and F 2 gas as an oxidizing agent into the reactor. the AsF 3 and a second step of producing a AsF 5 gas to the oxidation reaction of F 2 gas, and the reacted by-produced AsF 5 gas and absorbing liquid XAsF x (OH) y (X = Na, K, Li, Ca, It is selected from Ba; x = 5 to 7; y = 0 or 1) A third step of forming a compound, and a fourth step of discharging the AsF 5 gas that has not reacted with the absorbent in the third step to the atmosphere It can be done by doing.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1단계의 Crude-AHF 내에 존재하는 비소화합물(AsF3)의 농도는 0.5~1,000ppm인 것이 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, the concentration of the arsenic compound (AsF 3 ) present in the Crude-AHF of the first step is preferably 0.5 to 1,000 ppm.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1단계의 AsF3과 F2 가스는 1 : 5~100의 몰 비율로 투입되는 것이 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, the AsF 3 and F 2 gas of the first step are preferably introduced in a molar ratio of 1:5 to 100.

상기 제2단계의 산화 반응시간은 4~36시간인 것이 바람직하다. It is preferable that the oxidation reaction time of the second step is 4 to 36 hours.

상기 제2단계의 AsF3 와 F2 가스의 산화 반응은;The oxidation reaction of AsF 3 and F 2 gas in the second step;

ⅰ) 상기 F2 가스와 AsF3를 포함하는 Crude-AHF이 상기 반응기와 연결된 컬럼 내에서 향류 접촉되어 1차 이루어짐과 동시에, ⅱ)상기 반응기에 설치된 딥 노즐을 통하여 반응기 내부에서 2차로 이루어지는 것일 수 있다.Ⅰ) The Crude-AHF containing the F 2 gas and AsF 3 is first made by countercurrent contact in the column connected to the reactor, and at the same time, ii) it may be secondly made inside the reactor through the deep nozzle installed in the reactor. have.

또한, 본 발명은 상기 제2단계의 산화 반응에 참여하지 않은 미반응 F2 가스는 반응기 외부로 배출시키지 않고 계속 순환시켜 재사용하는 데 특징을 가진다. In addition, the present invention is characterized in that the unreacted F 2 gas not participating in the oxidation reaction of the second step is continuously circulated and reused without being discharged to the outside of the reactor.

상기 제3단계의 AsF5 가스와 흡수액의 반응은 흡수탑 내에서 이루어지는 것으로; 상기 AsF5 가스는 흡수탑의 하부에서 상부로, 상기 흡수액은 흡수탑의 상부에서 하부로 이송되어 서로 향류 접촉시켜 이루어지는 데 특징이 있다. The reaction of the AsF 5 gas and the absorbent liquid in the third step is performed in the absorption tower; The AsF 5 gas is transported from the bottom of the absorption tower to the top, and the absorbent liquid is transferred from the top of the absorption tower to the bottom of the absorption tower, and makes countercurrent contact with each other.

상기 AsF5 가스의 흡수탑으로의 투입 속도는 100~5,000ml/hr 인 것이 바람직하다. It is preferable that the input rate of the AsF 5 gas into the absorption tower is 100 to 5,000 ml/hr.

상기 흡수액은 NaOH, NaF, LiF, KOH, KF, CaF2, 및 BaF2 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상이며, 그 농도는 0.1~5중량%일 수 있다.The absorption liquid is at least one member selected from the group consisting of NaOH, NaF, LiF, KOH, KF, CaF 2, and BaF 2, its concentration may be from 0.1 to 5% by weight.

상기 흡수탑은 복수 개일 수 있으며, 이들은 직렬로 배열시키는 것이 바람직하다. There may be a plurality of absorption towers, and it is preferable to arrange them in series.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 3단계의 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물은 액체 상태이며, 이대로 배출 및 제거되는 데 특징이 있다.According to an embodiment of the present invention, the third step of XAsF x (OH) y (X = selected from Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 to 7; y = 0 or 1) compound Is in a liquid state, and is characterized by being discharged and removed as it is.

상기 제 4단계의 흡수액과 반응하지 않은 AsF5 가스를 포함한 비소화합물의 농도는 배출허용농도인 0.5ppm 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the concentration of the arsenic compound including the AsF 5 gas that has not reacted with the absorbent liquid in the fourth step is 0.5 ppm or less, which is an allowable emission concentration.

본 발명에 따르면, F2 가스를 이용하여 AsF3의 산화 시 전환율을 높이기 위하여 접촉시간을 극대화시키는 방법을 이용하여, 초고순도 불화수소 제조 시 높은 효율로 불화수소 내 비소화합물을 제거할 수 있고, 제조 공정 중 발생하는 기상의 비소화합물을 효과적으로 처리할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, by using a method of maximizing the contact time in order to increase the conversion rate when oxidizing AsF 3 using F 2 gas, it is possible to remove arsenic compounds in hydrogen fluoride with high efficiency when producing ultra-high purity hydrogen fluoride, It is possible to provide a method that can effectively treat gaseous arsenic compounds generated during the manufacturing process.

본 발명의 방법에 따르면 별도의 산화촉매제를 사용하지 않아 이를 재생하기 위한 공정이 필요치 않고, 비소화합물 제거 공정에서 액상으로 반응을 수행하여 연속적인 반응이 가능하여 기존 방법 대비 경제적인 공정을 운영할 수 있다. 또한, 이와 같은 방법을 통하여 기상으로 배출되는 비소화합물의 농도를 배출허용농도인 0.5ppm 이하로 제어할 수 있는 효과를 가진다.According to the method of the present invention, since a separate oxidation catalyst is not used, a process for regenerating it is not required, and a continuous reaction is possible by performing a reaction in a liquid phase in the arsenic compound removal process, so that an economical process can be operated compared to the existing method have. In addition, through such a method, it has the effect of controlling the concentration of arsenic compounds discharged to the gas phase to less than the allowable emission concentration of 0.5 ppm.

도 1은 본 발명에 따른 처리 및 제거방법을 나타낸 모식도이고,
도 2는 본 발명에 따른 초고순도 불화수소가스 제조 중 불화수소 내 비소화합물 제거 및 처리하는 컨셉을 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram showing a treatment and removal method according to the present invention,
2 shows the concept of removing and treating arsenic compounds in hydrogen fluoride during production of ultra-high purity hydrogen fluoride gas according to the present invention.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.The terms used in this specification are used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly indicates another case. In addition, when used herein, "comprise" and/or "comprising" refers to the presence of the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements, and/or groups thereof. And does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, actions, members, elements and/or groups.

본 발명은 초고순도 불화수소 제조 시 높은 효율로 불화수소 내 비소화합물을 제거 및 제조 공정 중 발생하는 기상의 비소화합물을 배출 허용농도인 0.5ppm 이하로 처리하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method of removing arsenic compounds in hydrogen fluoride with high efficiency when producing ultra-high purity hydrogen fluoride and treating arsenic compounds in gaseous phase generated during the manufacturing process to an allowable emission concentration of 0.5 ppm or less.

본 발명에서 사용된 ‘초고순도 불화수소’는 순도 99.9999% 이상을 가지는 것을 의미한다. “Ultra-high purity hydrogen fluoride” used in the present invention means having a purity of 99.9999% or more.

본 발명에 따른 방법은 AsF3를 포함하는 천연-무수 불산(Crude-AHF, Crude-Anhydrous Hydrogen Fluoride)와 산화제인 F2 가스를 반응기에 투입하는 제1단계, 상기 AsF3 와 F2 가스의 산화반응으로 AsF5 가스를 제조하는 제2단계, 상기 제조된 AsF5 가스와 흡수액을 반응시켜 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물을 형성시키는 제3단계, 및 상기 제3단계에서 흡수액과 반응하지 않은 AsF5 가스를 대기로 배출시키는 제4단계를 포함하며, 다음 도 1과 2를 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.Natural that the method according to the invention comprises a AsF 3 - anhydrous hydrofluoric acid (Crude-AHF, Crude-Anhydrous Hydrogen Fluoride) with the oxidation of the step, the AsF 3 and F 2 gas 1 to inject the oxidant F 2 gas to the reactor a second step of producing a AsF 5 gas to react, by reacting the above prepared AsF 5 gas and the absorbing liquid is selected from the XAsF x (OH) y (x = Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 ~ 7 ; y = 0 or 1) a third step of forming a compound, and a fourth step of discharging the AsF 5 gas that has not reacted with the absorbent in the third step to the atmosphere, and referring to FIGS. 1 and 2 It will be described in detail below.

1. Crude-AHF 및 F1.Crude-AHF and F 22 가스 투입공정 Gas input process

본 공정은 불화수소와 공비점 물질인 AsF3를 산화시켜 분리하기 쉬운 AsF5 형태로 전환시키기 위해 원료와 반응물을 투입하는 공정이다.In this process, raw materials and reactants are added to convert hydrogen fluoride and AsF 3 , an azeotropic substance, into an easy-to-separate AsF 5 form.

1)천연-무수 불산(Crude-AHF, Anhydrous Hydrogen Fluoride)와 산화제인 F2 가스를 투입하기 전 반응기(10)의 열원을 제거하고 열교환기(20)의 냉각수를 미리 순환시킨다.1) Before introducing the natural-anhydrous hydrofluoric acid (Crude-AHF, Anhydrous Hydrogen Fluoride) and the oxidizing agent F 2 gas, the heat source of the reactor 10 is removed and the cooling water of the heat exchanger 20 is circulated in advance.

2)Crude-AHF를 line ①을 통하여 반응기(10)에 공급한다. 공급되는 Crude-AHF 내 존재하는 비소화합물(AsF3)의 농도는 보통 1,000ppm 이하, 바람직하게는 100ppm 이하, 아주 바람직하게는 10ppm 이하이다. 2) Crude-AHF is supplied to the reactor 10 through line ①. The concentration of the arsenic compound (AsF 3 ) present in the supplied Crude-AHF is usually 1,000 ppm or less, preferably 100 ppm or less, and very preferably 10 ppm or less.

3)반응기(10)에 Crude-AHF 공급이 끝나면 산화제인 F2 가스를 line ②를 통하여 반응기(10)에 공급한다. 투입되는 비소화합물(AsF3)과 F2 가스의 비율은 몰 기준 1 : 5~100이 바람직하다. 상기 투입되는 비소화합물(AsF3)과 F2 가스의 몰 비율이 1:5 미만인 경우에는 AsF5 형태로의 전환율이 떨어져 바람직하지 못하고, 또한 투입되는 비소화합물(AsF3)과 F2 가스의 몰 비율이 1:100을 초과하는 경우에는 전환율의 상승 효과가 미비하다. 3) When Crude-AHF is supplied to the reactor 10, the oxidizing agent F 2 gas is supplied to the reactor 10 through line ②. The ratio of the arsenic compound (AsF 3 ) and the F 2 gas to be introduced is preferably 1: 5 to 100 on a molar basis. If the molar ratio of the arsenic compound (AsF 3 ) and the F 2 gas to be introduced is less than 1:5, the conversion rate to the AsF 5 form is lowered, which is not preferable, and the mole of the arsenic compound (AsF 3 ) and the F 2 gas to be introduced When the ratio exceeds 1:100, the synergistic effect of the conversion rate is insufficient.

2. AsF2. AsF 33 + F + F 22 → AsF → AsF 55 산화(Oxidation) 공정 Oxidation process

본 공정은 불화수소와 공비점 물질인 AsF3를 F2 가스를 이용하여 산화시켜 분리하기 쉬운 AsF5 형태로 전환하는 공정이다.This process converts hydrogen fluoride and AsF 3 , an azeotropic substance, into AsF 5 form, which is easy to separate by oxidizing it using F 2 gas.

1)상기와 같이 Crude-AHF 및 F2 가스의 투입이 완료되면 F2 컴프레셔(30)을 가동시켜 F2 가스를 순환시킨다. 이때 F2 가스는 반응기(10)에 설치되어있는 딥 노즐(dip Nozzle, 11)을 통하여 버블링(bubbling)되어 투입된다. 여기서 F2 가스의 순환은 반응기(10) → 컬럼(40) → line ③ → 열교환기(20) → line ③ → 컴프레셔(30) → line ③ → 반응기(10) 순으로 하부에서 상부로 순환된다.1) When the injection of Crude-AHF and F 2 gas is completed as described above, the F 2 compressor 30 is operated to circulate the F 2 gas. At this time, the F 2 gas is bubbled and introduced through a dip nozzle 11 installed in the reactor 10. Here, the F 2 gas is circulated from the bottom to the top in the order of the reactor 10 → column 40 → line ③ → heat exchanger 20 → line ③ → compressor 30 → line ③ → reactor 10.

2)F2 컴프레셔(30)이 정상 가동되면 AHF 순환 펌프(50)을 가동시켜 AHF를 순환시킨다. 이때 AHF는 반응기(10) → AHF 순환 펌프(50) → line ④ → 컬럼(40)→ 반응기(10) 순으로 상부에서 하부로 순환된다. 2) When the F 2 compressor 30 operates normally, the AHF circulation pump 50 is operated to circulate the AHF. At this time, AHF is circulated from top to bottom in the order of reactor 10 → AHF circulation pump 50 → line ④ → column 40 → reactor 10.

이때 상기 Crude-AHF 내 존재하는 비소화합물(AsF3)과 F2 가스를 반응시키게 되는데, 반응 시간은 36시간 이하, 바람직하게는 24시간 이하, 아주 바람직하기에는 4시간 ~ 24시간 이다. 상기 반응시간이 4시간 미만인 경우에는 전환율이 떨어져 바람직하지 못하고, 또한 36시간을 초과하는 경우에는 전환율 상승이 미비한 점이 있다.At this time, the arsenic compound (AsF 3 ) present in the Crude-AHF and the F 2 gas are reacted, and the reaction time is 36 hours or less, preferably 24 hours or less, and very preferably 4 hours to 24 hours. When the reaction time is less than 4 hours, the conversion rate decreases, which is not preferable, and when the reaction time exceeds 36 hours, there is a point in which the increase in the conversion rate is insufficient.

3) 또한, 본 공정의 핵심은 F2 컴프레셔(30)와 AHF 순환 펌프(50)를 이용하여 F2 가스와 AHF가 매우 빠른 속도로 컬럼(Column, 40) 내에서 향류 접촉되어 반응이 수행됨과 동시에 반응기(10)에 설치되어있는 딥 노즐(11)을 통하여 반응기 내부에서 또 한번 반응이 수행되어 AsF3 + F2 → AsF5 로의 전환율을 극대화 시키는데 있다. 3) In addition, the core of this process is that the F 2 gas and AHF are in countercurrent contact within the column 40 at a very high speed using the F 2 compressor 30 and the AHF circulation pump 50 to perform the reaction. At the same time, the reaction is carried out in the reactor again through the deep nozzle 11 installed in the reactor 10 to maximize the conversion rate of AsF 3 + F 2 → AsF 5.

또한 산화반응에 참여하지 않은 미반응 F2 가스는 반응기 외부로 배출시키지 않고 계속 순환시킴으로써 F2 가스 사용량을 줄여 경제적인 제품 생산이 가능하다는 것이다. In addition, the unreacted F 2 gas that has not participated in the oxidation reaction is continuously circulated without being discharged to the outside of the reactor, thereby reducing the amount of F 2 gas used, thus enabling economic product production.

3. AsF3. AsF 55 흡수 공정 Absorption process

본 단계는 상기 산화시킨 AsF5 가스를 흡수액과 반응시켜 액상의 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물을 형성하여 그대로 배출시키과 동시에, 상기 반응에 참여하지 않은 AsF5 가스는 대기로 방출하는 공정이다. This step is selected from liquid XAsF x (OH) y (X = Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 to 7; y = 0 or 1 by reacting the oxidized AsF 5 gas with an absorbent liquid. ) It is a process of forming a compound and discharging it as it is, and at the same time discharging AsF 5 gas that did not participate in the reaction to the atmosphere.

본 공정에서 AsF5 가스를 흡수하기 위한 흡수액으로 NaOH, NaF, LiF, KOH, KF, CaF2, 및 BaF2 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 루이스 염기가 바람직하며, 이외에도 강한 루이스 염기력을 가지면서 가격이 비싸지 않은 물질은 어느 것이나 무방하다.At least one Lewis base selected from the group consisting of NaOH, NaF, LiF, KOH, KF, CaF 2 , and BaF 2 is preferable as an absorbent for absorbing AsF 5 gas in this process. Any material that is inexpensive and inexpensive can be used.

본 발명에서 사용되는 상기 각 흡수액의 농도는 0.1~5중량%인 것이 흡수액과 AsF5 가스의 반응율을 높이는 데 있어 바람직하나, 각 물질별 물에 대한 용해도가 다르므로 적절한 농도를 선정하여야 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물 형성에 있어 흡수율을 높일 수 있을 것이다. The concentration of each of the absorbing solution used in the present invention is 0.1, so a preferable to increase the reaction rate of not-absorbed solution and AsF 5 gas was 5% by weight, different solubility to each substance by water should be selected an appropriate concentration XAsF x ( OH) y (X = selected from Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 ~ 7; y = 0 or 1) It will be able to increase the absorption rate in compound formation.

물론, 상기 대기로 방출되는 미반응 AsF5 가스를 포함한 비소화합물은 허용 배출농도인 0.5ppm 이하이다. (도 2 참조) Of course, the arsenic compounds including unreacted AsF 5 gas released to the atmosphere are less than 0.5 ppm, which is an allowable emission concentration. (See Fig. 2)

구체적인 공정을 설명하면 다음과 같다.The detailed process is as follows.

1)반응기(10)에서 산화반응이 완료되면 우선 AHF 순환펌프(50)의 가동을 중지한 후, F2 컴프레셔(30)의 가동을 중지한다.1) When the oxidation reaction in the reactor 10 is completed, the operation of the AHF circulation pump 50 is first stopped, and then the operation of the F 2 compressor 30 is stopped.

2)반응기(10) 외부에 장착되어 있는 재킷(Jacket, 60) 내부로 스팀을 투입하여 반응기 내부의 AHF를 Total Reflux 시킨다.2) Steam is injected into the jacket 60 installed outside the reactor 10 to total reflux the AHF inside the reactor.

3)흡수율을 높이기 위하여 액체 순환펌프(70a)을 가동시킨다.3) The liquid circulation pump 70a is operated to increase the absorption rate.

4)액체 순환펌프(70a)가 정상 순환되는 것을 확인 후 열교환기(20) 상부를 통하여 제 1 흡수탑(80a) 하단 부위로 AsF5 가스를 천천히 흘려보낸다. 즉, 흡수율을 높이기 위하여 AsF5 가스는 line ⑤를 통하여 흡수탑 하부로 투입되고, 흡수액은 액체 순환펌프(70a)을 통하여 상부 → 하부(line ⑧)로 제 1 흡수탑(80a)로 투입되어 서로 향류 접촉하게 한다. 4) After confirming that the liquid circulation pump 70a is circulating normally, AsF 5 gas is slowly flowed through the upper portion of the heat exchanger 20 to the lower portion of the first absorption tower 80a. That is, in order to increase the absorption rate, AsF 5 gas is injected into the lower part of the absorption tower through line ⑤, and the absorption liquid is injected into the first absorption tower 80a through the liquid circulation pump 70a from the top to the bottom (line ⑧). Make countercurrent contact.

5)이렇게 제거된 가스는 ⑥번 이동경로를 통하여 제 2 흡수탑(80b) 하부로 유입되어지며, 상기 3), 4)와 같은 방법으로 미반응 AsF5를 추가적으로 제거한다.5) The gas removed in this way is introduced into the lower portion of the second absorption tower 80b through the movement path ⑥, and unreacted AsF 5 is additionally removed in the same manner as in 3) and 4) above.

본 단계에서 산화시킨 AsF5 가스를 흡수액과 반응시켜 액상의 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물을 형성하는 데 있어, 흡수율(반응성)을 높일 수 있는 첫 번째 방법은 투입되는 AsF5 가스의 속도 조절을 통해 이루어질 수 있다. 즉, AsF5 가스의 투입 속도는 100~5,000ml/hr 인 것이 흡수율을 높일 수 있는 바람직한 속도라 할 수 있다. AsF 5 gas oxidized in this step is reacted with an absorbent liquid to react with liquid XAsF x (OH) y (X = selected from Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 to 7; y = 0 or 1) In forming the compound, the first method to increase the absorption rate (reactivity) can be achieved by controlling the rate of the injected AsF 5 gas. That is, it can be said that the rate of introduction of the AsF 5 gas is 100 to 5,000 ml/hr, which is a desirable rate capable of increasing the absorption rate.

또한, 흡수율을 높이는 두 번째 방법으로는 AsF5 가스는 하부에서 상부로; 흡수액은 액체 순환 펌프(70a)을 통하여 상부에서 하부로 이송시켜 흡수탑(80a, 80b)내에서 서로 향류 접촉시켜 반응하도록 하는 것이다.In addition, as a second method of increasing the absorption rate, AsF 5 gas is used from the bottom to the top; The absorbent liquid is transferred from the top to the bottom through the liquid circulation pump 70a so as to react in countercurrent contact with each other in the absorption towers 80a and 80b.

또한, 흡수율을 높이는 세 번째 방법으로는 흡수탑을 직렬로 배열하는 것이다. 상기 도식된 흡수탑(80a, 80b)는 2개이나, 이에 한정되지 않고 투입 속도나 처리량에 따라 흡수탑 개수를 증가하는 것은 무방하다.In addition, a third way to increase the absorption rate is to arrange the absorption towers in series. The illustrated absorption towers 80a and 80b are two, but are not limited thereto, and the number of absorption towers may be increased according to the input rate or throughput.

즉, 상기와 같은 과정을 거쳐 AsF5 가스가 최대한 흡수액으로 흡수되도록 함으로써 차후 대기로 배출되는 미반응 AsF5 가스 포함 비소화합물의 농도를 최소화시킬 수 있도록 한 것이다. That is, the AsF 5 gas is absorbed into the absorption liquid as much as possible through the above process, thereby minimizing the concentration of arsenic compounds including the unreacted AsF 5 gas that is subsequently discharged to the atmosphere.

4. 비소화합물 배출 공정4. Arsenic compound discharge process

본 공정은 상기 제3단계에서 흡수액과 반응하지 않은 AsF5 가스를 대기로 배출시키는 공정이다. 흡수탑(80a, 80b)를 통과한 가스는 ⑦번 흐름을 통하여 대기로 배출되어진다. 이때, 흡수액과 반응하지 않은 AsF5 가스 포함 비소화합물의 농도는 배출허용농도인 0.5ppm 이하로 유지되는 것이기 때문에 대기로 배출시켜도 무방한 효과를 가진다. This process is a process of discharging the AsF 5 gas, which has not reacted with the absorbent liquid in the third step, to the atmosphere. The gas that has passed through the absorption towers 80a and 80b is discharged to the atmosphere through flow ⑦. At this time, since the concentration of the arsenic compound including AsF 5 gas that has not reacted with the absorbent liquid is maintained below 0.5 ppm, which is the allowable emission concentration, it can be discharged to the atmosphere.

이러한 본 발명에 따른 F2 가스를 이용하여 As를 제거하는 전체적인 컨셉은 다음 도 2에 모식한 바와 같다.The overall concept of removing As by using the F 2 gas according to the present invention is schematically shown in FIG. 2 below.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당 업자에게 자명하다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. The following examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by these examples. In addition, in the following examples, specific compounds are used, but it is obvious to those skilled in the art that even when their equivalents are used, an effect of an equal or similar degree can be exhibited.

실시예 : 초고순도 불화수소 제조Example: Preparation of ultra-high purity hydrogen fluoride

1) Crude-AHF 및 F1) Crude-AHF and F 22 가스 투입공정 Gas input process

다음 표 1과 같은 농도로 비소화합물(AsF3)을 포함하는 Crude-AHF를 line ①을 통하여 반응기(10)에 공급시켰다. 반응기(10)에 Crude-AHF 공급이 끝나면, 산화제인 F2 가스를 line ②를 통하여 반응기(10)에 공급시켰다. 이때, 투입되는 비소화합물 (AsF3)과 F2 가스의 몰 비는 다음 표 1에 나타내었다. Crude-AHF containing an arsenic compound (AsF 3 ) at the concentration shown in Table 1 below was supplied to the reactor 10 through line ①. When the supply of Crude-AHF to the reactor 10 was finished, F 2 gas, an oxidizing agent, was supplied to the reactor 10 through line ②. At this time, the molar ratio of the arsenic compound (AsF 3 ) and F 2 gas to be introduced is shown in Table 1 below.

2) AsF2) AsF 33 + F + F 22 → AsF → AsF 55 로의 산화(oxidation) 공정 Furnace oxidation process

본 단계는 HF와 공비점 물질인 AsF3를 F2 가스를 이용하여 산화시켜 분리하기 쉬운 AsF5 형태로 전환하는 공정이다.This step is a process of converting HF and AsF 3 , an azeotropic substance, into an easy-to-separate AsF 5 form by oxidizing it using F 2 gas.

상기 Crude-AHF 및 F2 가스의 투입이 완료되면 F2 컴프레셔(30)을 가동시켜 F2 가스를 순환시켰다. 이때 F2 가스는 반응기(10)에 설치되어있는 딥 노즐(11)을 통하여 버블링(bubbling)시켜 투입시켰다. F2 가스의 순환은 반응기(10) → 컬럼(40) → line ③→ 열교환기(20) → line ③ → F2 컴프레셔(30) → line ③→ 반응기(10) 순으로 하부에서 상부로 순환시켰다. When the injection of the Crude-AHF and F 2 gas was completed, the F 2 compressor 30 was operated to circulate the F 2 gas. At this time, the F 2 gas was introduced by bubbling through the dip nozzle 11 installed in the reactor 10. The F 2 gas was circulated from bottom to top in the order of reactor (10) → column (40) → line ③ → heat exchanger (20) → line ③ → F 2 compressor (30) → line ③ → reactor (10). .

F2 컴프레셔(30)가 정상 가동되면, AHF 순환 펌프(50)을 가동시켜 AHF를 순환시켰다. 이때 AHF는 반응기 바닥에서 컬럼(40)으로 유입되어 반응기로 다시 순환되도록 하였다. 이때 반응시간은 1~36hr 이다.When the F 2 compressor 30 operates normally, the AHF circulation pump 50 is operated to circulate AHF. At this time, AHF was introduced into the column 40 from the bottom of the reactor to be circulated back to the reactor. At this time, the reaction time is 1~36hr.

상기 산화 반응이 잘 진행되었는지 여부를 확인하기 위하여 반응 완료 후 기체 상태의 AsF5를 반응기 내부에서 제거한 후, 반응기 내부의 AHF를 액체 상태로 채취하여 JIS K8819에 따라 ICP 분석을 실시하여 Arsenic(AsF5) 농도를 측정하였다.In order to check whether the oxidation reaction proceeded well, the gaseous AsF 5 was removed from the inside of the reactor after the reaction was completed, and then the AHF inside the reactor was collected in a liquid state, and ICP analysis was performed according to JIS K8819 to Arsenic (AsF 5). ) The concentration was measured.

하기 표 1에서는 AsF3 + F2 → AsF5 Oxidation로의 산화반응 시 Crude AHF : F2 몰 비에 따른 AsF3 → AsF5 로의 전환율을 나타낸 것이고, 다음 표 2에서는 상기 실시예의 조건으로 Crude AHF : F2 몰 비는 1:5로 고정하고, 반응시간을 다음 표 2와 같이 변화시키면서 반응시간에 따른 전화율을 측정하였다. 전환율은 다음과 같은 식으로 계산을 하였다.Table 1 below shows the conversion rate of AsF 3 to AsF 5 according to the Crude AHF: F 2 molar ratio during the oxidation reaction to AsF 3 + F 2 → AsF 5 Oxidation, and in Table 2 below, Crude AHF: F The 2 molar ratio was fixed at 1:5, and the conversion rate according to the reaction time was measured while changing the reaction time as shown in Table 2 below. Conversion rate was calculated by the following equation.

Figure 112020140289550-pat00001
Figure 112020140289550-pat00001

Crude AHF : F2 투입 몰비Crude AHF: F 2 input molar ratio 반응 후 AHF 내 Arsenic(AsF3) 농도 (ppm)Arsenic(AsF 3 ) concentration in AHF after reaction (ppm) 전환율 (%)Conversion rate (%) 1 : 1001: 100 0.040.04 99.2099.20 1 : 501: 50 0.0420.042 99.1699.16 1 : 51: 5 0.0500.050 99.0099.00 1 : 11: 1 1.0001.000 80.0080.00 반응시간 : 36hr, Crude AHF 내 Arsenic 농도 : 5ppmReaction time: 36hr, Arsenic concentration in Crude AHF: 5ppm

상기 표 1의 결과를 참조하면, F2 가스 투입 몰비가 높을수록 전환율이 증가함을 확인하였다. Crude AHF : F2 몰 비는 1 : 5 이상에서, 1:5~100의 몰 비율 범위에서 99% 이상의 전환율을 보임을 확인하였다. Referring to the results of Table 1, it was confirmed that the higher the molar ratio of the F 2 gas input, the higher the conversion rate. It was confirmed that the Crude AHF:F 2 molar ratio showed a conversion rate of 99% or more in the molar ratio range of 1:5 or more and 1:5 to 100.

반응시간 (hr)Reaction time (hr) 반응 후 AHF 내 Arsenic 농도 (ppm)Arsenic concentration in AHF after reaction (ppm) 전환율 (%)Conversion rate (%) 3636 0.0500.050 99.0099.00 2424 0.0520.052 98.9698.96 44 0.4900.490 90.290.2 1One 3.8003.800 24.0024.00 Crude AHF : F2 투입 몰비 = 1 : 5, Crude AHF 내 Arsenic 농도 : 5ppmCrude AHF: F 2 input molar ratio = 1: 5, Arsenic concentration in Crude AHF: 5ppm

상기 표 2의 결과를 참조하면, 반응시간이 길수록 전환율이 증가하였고 반응시간 4시간 이상에서 90% 이상의 전환율을 나타냄을 확인하였다.Referring to the results of Table 2, it was confirmed that the conversion rate increased as the reaction time increased, and the conversion rate was 90% or more at the reaction time of 4 hours or more.

3) AsF3) AsF 55 흡수 공정 Absorption process

본 공정은 상기 산화시킨 AsF5 가스를 흡수액과 반응시켜 액상의 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물을 형성하여 그대로 배출시키과 동시에, 상기 반응에 참여하지 않은 AsF5 가스 포함 비소화합물은 허용 배출농도인 0.5ppm 이하의 농도로 대기로 방출하는 공정이다. This process is selected from liquid XAsF x (OH) y (X = Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 to 7; y = 0 or 1 by reacting the oxidized AsF 5 gas with an absorbent liquid. ) The compound is formed and discharged as it is, and at the same time, the arsenic compound containing AsF 5 gas that does not participate in the reaction is It is a process that discharges to the atmosphere at a concentration of 0.5ppm or less, which is the allowable emission concentration.

상기 2)에서 산화반응이 완료되면 다음 도 1과 같이 AHF 순환펌프(50)의 가동을 중지한 후, F2 컴프레셔(30)의 가동을 중지시켰다. 또한, 반응기(10) 외부에 장착되어 있는 재킷(60) 내부로 스팀을 투입하여 반응기 내부의 AHF를 Total Reflux 시켰다.When the oxidation reaction in the above 2) was completed, the operation of the AHF circulation pump 50 was stopped as shown in FIG. 1, and then the operation of the F 2 compressor 30 was stopped. In addition, steam was injected into the jacket 60 mounted outside the reactor 10 to total reflux the AHF inside the reactor.

반응율을 높이기 위하여 액체 순환 펌프(70a)을 가동시킨 후 열교환기(20) 상부를 통하여 제 1 흡수탑(80a) 하단 부위로 AsF5 가스를 투입한다. 투입속도는 이하의 표에 기재된 바와 같이 각각 흘려보냈다. 제 1 흡수탑(80a)을 통과한 가스는 ⑥번 이동경로를 통하여 제 2 흡수탑 (80b) 하부로 유입되어지며 제 1 흡수탑 (80a)에서 제거하지 못한 미반응 AsF5를 추가적으로 제거시켰다. In order to increase the reaction rate, the liquid circulation pump 70a is operated, and then AsF 5 gas is injected into the lower portion of the first absorption tower 80a through the upper portion of the heat exchanger 20. The input rate was passed through each as described in the table below. The gas that passed through the first absorption tower 80a was introduced into the lower portion of the second absorption tower 80b through the movement path ⑥, and additionally removed unreacted AsF 5 that could not be removed from the first absorption tower 80a.

또한, 상기 AsF5 가스를 흡수하기 위한 흡수액은 다음 표 3과 같이 변화시키면서 제 1 흡수탑(80a)으로 주입시켰다.In addition, the absorbent liquid for absorbing the AsF 5 gas was injected into the first absorption tower 80a while changing as shown in Table 3 below.

실험예 1 : AsFExperimental Example 1: AsF 55 흡수율 측정 Absorption rate measurement

상기 각 실시예에서 제 1 흡수탑(80a) 투입 전 AsF5 농도 4.948ppm에 대하여 제 1 흡수탑(80a)과 제 2흡수탑(80b)을 각각 통과 후의 AsF5 농도를 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 3과 4에 나타내었다. 다음 표 3과 4는 대기로 방출되는 비소화합물의 농도를 낮추기 위하여 산화 공정에서 전환된 AsF5 가스를 흡수탑에서 흡수시 흡수액 종류(표 3) 및 흡수액 투입속도(표 4)에 따른 비소화합물의 출구 농도를 나타낸 것이다.Was first absorber (80a) measuring the concentration deployment.Whoa AsF 5 4.948ppm first absorber (80a) and the second absorption tower 5 AsF density after (80b) passing through each in respect to the above embodiments, the result It is shown in Tables 3 and 4 below. Tables 3 and 4 below show arsenic compounds according to the type of absorbent (Table 3) and absorption rate (Table 4) when AsF 5 gas converted in the oxidation process is absorbed in the absorption tower in order to reduce the concentration of arsenic compounds released to the atmosphere. It shows the outlet concentration.

흡수액Absorbent 제 1 흡수탑 통과 후 Arsenic(AsF5) 농도 (ppm) Arsenic (AsF 5 ) concentration after passing through the first absorption tower (ppm) 제 2 흡수탑 통과 후 Arsenic(AsF5) 농도 (ppm) Arsenic (AsF 5 ) concentration after passing through the second absorption tower (ppm) 4중량%-NaOH4% by weight-NaOH 0.9890.989 0.1970.197 4중량%-NaF4% by weight-NaF 1.1871.187 0.2850.285 0.25중량%-LiF0.25% by weight-LiF 1.5681.568 0.4970.497 제 1 흡수탑 투입 전 AsF5 농도 : 4.948ppm, 투입 속도 : 1,000ml/hr AsF 5 concentration before the first absorption tower input: 4.948ppm, input rate: 1,000ml/hr

상기 표 3의 결과를 참조하면, 흡수탑 투입 전 AsF5의 농도가 5ppm 이하에서 투입 속도를 1,000ml/hr 로 하였을 경우, 0.1~5중량%의 농도를 가지는 NaOH, NaF, LiF 모두 흡수탑 통과 후 비소화합물 허용배출 농도를 만족함을 확인하였다.Referring to the results of Table 3, when the concentration of AsF 5 before the absorption tower is added is 5 ppm or less and the input rate is set to 1,000 ml/hr, Having a concentration of 0.1 to 5% by weight It was confirmed that NaOH, NaF, and LiF all satisfied the allowable discharge concentration of arsenic compounds after passing through the absorption tower.

투입 속도 (ml/hr)Dosing speed (ml/hr) 제 1 흡수탑 통과 후 Arsenic 농도 (ppm)Arsenic concentration after passing through the first absorption tower (ppm) 제 2 흡수탑 통과 후 Arsenic 농도 (ppm)Arsenic concentration after passing through the second absorption tower (ppm) 5,0005,000 1.5481.548 0.4840.484 1,0001,000 0.9890.989 0.1970.197 100100 0.4300.430 0.0370.037 제 1 흡수탑 투입 전 AsF5 농도 : 4.948ppm, 흡수액 : 4%-NaOH AsF 5 concentration before the first absorption tower input: 4.948ppm, absorption liquid: 4%-NaOH

또한, 상기 표 4의 결과를 참조하면, 흡수액으로 4% NaOH를 사용할 시, 투입 속도가 빠를수록 흡수율이 떨어졌으며, 1,000ml/hr 내외의 투입속도가 경제적으로 가장 적당함을 확인하였다. 하지만 투입속도는 본 발명에 있어서 예시일 뿐 흡수액 순환량 및 흡수탑 내부 설계에 따라서 달라질 수 있다. In addition, referring to the results of Table 4, when using 4% NaOH as the absorption liquid, the faster the injection rate, the lower the absorption rate, and it was confirmed that the injection rate of about 1,000 ml/hr is economically most suitable. However, the input rate is only an example in the present invention and may vary depending on the amount of circulation of the absorbent liquid and the internal design of the absorption tower.

이러한 결과로부터, 본 발명에서는 초고순도급 불화수소 제조 시, 100% F2 가스 사용 및 접촉효율을 극대화하기 위하여 F2 가스와 Crude AHF 액을 향류 접촉시켜 리사이클시키는 방법이 효과적임을 확인하였으며, 상기와 같은 방법으로 전환된 AsF5 형태의 비소화합물의 제거를 NaOH, NaF, LiF 수용액 상에서 연속으로 제거가능함을 확인하였다. 특히 본 공정은 비소화합물 처리를 위한 산화촉매제를 사용하지 않아 재생공정이 없어 경제적인 방법으로 비소화합물을 제거할 수 있음을 확인하였다.From these results, in the present invention, it was confirmed that the method of recycling by countercurrent contacting the F 2 gas and the Crude AHF liquid in order to maximize the use of 100% F 2 gas and the contact efficiency when producing ultra-high purity hydrogen fluoride. It was confirmed that the removal of the arsenic compound in the form of AsF 5 converted by the same method can be continuously removed in NaOH, NaF, and LiF aqueous solutions. In particular, since this process does not use an oxidation catalyst for treating arsenic compounds, it has been confirmed that there is no regeneration process, so that arsenic compounds can be removed in an economical way.

Claims (12)

AsF3를 포함하는 천연-무수 불산(Crude-AHF)과 산화제인 F2 가스를 반응기에 투입하는 제1단계,
ⅰ) 상기 F2 가스와 AsF3를 포함하는 천연-무수 불산(Crude-AHF)이 상기 반응기와 연결된 컬럼 내에서 향류 접촉되어 1차 이루어짐과 동시에,
ⅱ)상기 반응기에 설치된 딥 노즐을 통하여 반응기 내부에서 2차로 이루어지는 것으로 구성된 상기 AsF3 와 F2 가스의 산화반응으로 AsF5 가스를 제조하는 제2단계,
상기 제조된 AsF5 가스와 흡수액을 반응시켜 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물을 형성시키는 제3단계, 및
상기 제3단계에서 흡수액과 반응하지 않은 AsF5 가스를 대기로 배출시키는 제4단계를 포함하는 초고순도 불화수소가스 제조 시 불화수소 내 비소화합물의 제거 및 처리방법.
The first step of introducing natural-anhydrous hydrofluoric acid (Crude-AHF) containing AsF 3 and F 2 gas as an oxidizing agent into the reactor,
I) The F 2 gas and natural-anhydrous hydrofluoric acid (Crude-AHF) containing AsF 3 are first brought into countercurrent contact in a column connected to the reactor, and at the same time,
Ii) a second step of producing AsF 5 gas by oxidation reaction of the AsF 3 and F 2 gas, which is configured to be secondary inside the reactor through a dip nozzle installed in the reactor,
XAsF x (OH) y (X = selected from Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 to 7; y = 0 or 1) to form a compound by reacting the prepared AsF 5 gas with an absorbent liquid Step 3, and
A method for removing and treating arsenic compounds in hydrogen fluoride when producing ultra-high purity hydrogen fluoride gas comprising a fourth step of discharging the AsF 5 gas that has not reacted with the absorbent liquid in the third step to the atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 제1단계의 천연-무수 불산(Crude-AHF) 내에 존재하는 비소화합물(AsF3)의 농도는 0.5~1,000ppm인 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
The removal and treatment method that the concentration of the arsenic compound (AsF 3 ) present in the natural-anhydrous hydrofluoric acid (Crude-AHF) of the first step is 0.5 to 1,000 ppm.
제1항에 있어서,
상기 제1단계의 AsF3과 F2 가스는 1 : 5~100의 몰 비율로 투입되는 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
The removal and treatment method that the AsF 3 and F 2 gas of the first step are introduced in a molar ratio of 1:5 to 100.
제1항에 있어서,
상기 제2단계의 산화 반응시간은 4~36시간인 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
The removal and treatment method that the oxidation reaction time of the second step is 4 to 36 hours.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2단계의 산화 반응에 참여하지 않은 미반응 F2 가스는 반응기 외부로 배출시키지 않고 계속 순환시켜 재사용하는 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
The removal and treatment method that the unreacted F 2 gas that did not participate in the oxidation reaction of the second step is continuously circulated and reused without being discharged to the outside of the reactor.
제1항에 있어서,
상기 제3단계의 AsF5 가스와 흡수액의 반응은 흡수탑 내에서 이루어지는 것으로;
상기 AsF5 가스는 흡수탑의 하부에서 상부로, 상기 흡수액은 흡수탑의 상부에서 하부로 이송되어 서로 향류 접촉시켜 이루어지는 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
The reaction of the AsF 5 gas and the absorbent liquid in the third step is performed in the absorption tower;
The AsF 5 gas is transferred from the bottom of the absorption tower to the top, and the absorption liquid is transferred from the top of the absorption tower to the bottom of the absorption tower to make countercurrent contact with each other.
제7항에 있어서,
상기 AsF5 가스의 흡수탑으로의 투입 속도는 100~5,000ml/hr 인 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 7,
The removal and treatment method that the AsF 5 gas is introduced into the absorption tower at a rate of 100 to 5,000 ml/hr.
제1항에 있어서,
상기 흡수액은 NaOH, NaF, LiF, KOH, KF, CaF2, 및 BaF2 로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상으로, 그 농도는 0.1~5중량%인 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
The absorbing solution is NaOH, NaF, LiF, KOH, KF, CaF 2, and with at least one member selected from the group consisting of BaF 2, the concentration is 0.1 to the removal and treatment method of a 5% by weight.
제7항에 있어서,
상기 흡수탑은 복수개일 수 있으며, 이들은 직렬로 배열되는 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 7,
The absorption tower may be plural, and they are arranged in series.
제1항에 있어서,
상기 제 3단계의 XAsFx(OH)y(X = Na, K, Li, Ca, Ba 중에서 선택되며; x = 5 ~ 7; y = 0 또는 1임) 화합물은 액체 상태이며, 이대로 배출 및 제거되는 것인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
The third step of XAsF x (OH) y (X = selected from Na, K, Li, Ca, Ba; x = 5 to 7; y = 0 or 1) compound is in a liquid state, and discharged and removed as it is. Removal and treatment method that is to be.
제1항에 있어서,
상기 제 4단계의 흡수액과 반응하지 않은 AsF5 가스를 포함한 비소화합물은 배출허용농도인 0.5ppm 이하인 제거 및 처리방법.
The method of claim 1,
Arsenic compounds including AsF 5 gas that did not react with the absorbent liquid of the fourth step is a removal and treatment method having an allowable emission concentration of 0.5 ppm or less.
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