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KR101462751B1 - Method for the production of nitrogen trifluoride - Google Patents

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KR101462751B1
KR101462751B1 KR1020130007925A KR20130007925A KR101462751B1 KR 101462751 B1 KR101462751 B1 KR 101462751B1 KR 1020130007925 A KR1020130007925 A KR 1020130007925A KR 20130007925 A KR20130007925 A KR 20130007925A KR 101462751 B1 KR101462751 B1 KR 101462751B1
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Abstract

본 발명은 삼불화질소 제조방법에 관한 것으로서, 1) 제1전해조에서 불산(HF)을 전해하여 불소(F2) 가스를 발생시키는 단계; 2) 불소화 반응기에서 상기 불소(F2) 가스와 암모니아(NH3)를 반응시켜 삼불화질소(NF3)를 얻고, 부산물로서 제1산성불화암모늄(AAF-1)을 생성하는 단계; 3) 상기 제1산성불화암모늄(AAF-1)에 불산(HF), 암모니아(NH3) 또는 이들을 함께 첨가하여 암모니아에 대한 불산의 몰비를 조정한 제2산성불화암모늄(AAF-2)을 생성하는 단계; 4) 상기 제2산성불화암모늄(AAF-2)을 제2전해조에서 전해하여 삼불화질소(NF3)를 생성하는 단계; 및 5) 상기 단계 2)의 불소화 반응기에서 얻은 삼불화질소(NF3)와 상기 단계 4)에서 얻은 삼불화질소(NF3)를 합하여 최종 제품으로 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 NF3 제조방법은 NF3 생산에 필요한 전력사용량 및 HF와 NH3 사용량이 적어 경제성이 매우 높아 공업적으로 적용하기에 획기적인 NF3 제조방법이다. The present invention relates to a method for producing nitrogen trifluoride, comprising the steps of: 1 ) generating fluorine (F 2 ) gas by electrolyzing hydrofluoric acid (HF) in a first electrolyzer; 2) reacting the fluorine (F 2 ) gas with ammonia (NH 3 ) in a fluorination reactor to obtain nitrogen trifluoride (NF 3 ) and producing a first acid ammonium fluoride (AAF-1) as a byproduct; 3) A second acidic ammonium fluoride (AAF-2) is prepared by adjusting the molar ratio of hydrofluoric acid (HF), ammonia (NH 3 ) or the like to the first acid ammonium fluoride (AAF-1) ; 4) electrolyzing the second acid ammonium fluoride (AAF-2) in a second electrolytic cell to produce nitrogen trifluoride (NF 3 ); And 5) is characterized in that by adding the nitrogen trifluoride (NF 3), obtained in three nitrogen trifluoride obtained in the fluorination reactor (NF 3) and step 4) of said step 2) comprises the step of obtaining a final product. The NF 3 of the present invention The production method is very economical due to low electric power consumption and HF and NH 3 consumption for NF 3 production. Therefore, NF 3 Lt; / RTI >

Description

삼불화질소 제조 방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF NITROGEN TRIFLUORIDE}METHOD FOR THE PRODUCTION OF NITROGEN TRIFLUORIDE < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 보다 경제적으로 삼불화질소(이하 NF3 라고 함)를 공업적 규모로 제조할 수 있도록 하는 신규한 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a novel method for economically producing nitrogen trifluoride (hereinafter referred to as NF 3 ) on an industrial scale.

삼불화 질소(NF3)는 비점이 약 -129℃이고, 융점은 약 -208℃인 무색의 가스로서, 통상 CVD 장치의 플라즈마 세정용 가스 및 실리콘, 폴리실리콘, Si3N4, WSi2, MoSi2 등의 반도체 드라이 에칭용 가스 및 엑시머 레이저용 가스로 사용되고 있으며, 또한 최근 들어서는 불소보다 활성이 낮은 불소원으로서, 특히 플루오르올레핀의 제조시 불소원으로서, 그리고 고(高) 에너지 연료의 산화제로서 사용되는 공업적으로 중요한 가스이다.Nitrogen trifluoride (NF 3 ) is a colorless gas having a boiling point of about -129 ° C and a melting point of about -208 ° C, and is usually used as a gas for plasma cleaning of a CVD apparatus and a gas for plasma cleaning such as silicon, polysilicon, Si 3 N 4 , WSi 2 , MoSi 2, etc., and gases for excimer lasers. Recently, fluorine sources that are less active than fluorine have been used as fluorine sources in the production of fluoroolefins and as oxidants of high-energy fuels It is an industrially important gas used.

특히, 반도체의 집적화와 소형화 및 정밀도에 따른 원료와 재료의 고 순도 관리가 끊임없이 요구되는 반도체 분야의 특수성을 고려해 볼 때, 상기한 용도에 사용되는 삼불화질소는 가능한 불순물을 거의 포함하지 않는 고 순도의 품질과 제조 원가 절감이 절실히 요구되고 있다.In particular, considering the specificity of the semiconductor field, which is constantly demanded for high purity control of raw materials and materials in accordance with the integration and miniaturization of semiconductors and precision, nitrogen trifluoride used in the above-mentioned applications has high purity Quality and manufacturing cost reduction are urgently required.

NF3 가스의 공업적 제조방법은 크게, 직접불소화법(Direct fluorination: 이하 DF법이라고 함)과 전기화학적 불소화법(Electrical chemical fluorination: 이하 ECF법이라고 함)으로 구분될 수 있다.NF 3 The industrial production method of the gas can be largely divided into direct fluorination (hereinafter referred to as DF method) and electrochemical fluorination (hereinafter referred to as ECF method).

DF법의 특징은 제1단계에서 HF의 전해(電解)에 의해 불소(F2)가스를 제조하고, 제2단계에서 제1단계에서 얻은 F2 가스와 NH3 가스를 산성불화암모늄의 액상 중에서 110℃~135℃로 반응시키는 것에 의해 조(粗) NF3 가스를 제조하는 것이다 (미국특허 제4091081호 참조).The DF method is characterized in that a fluorine (F 2 ) gas is produced by electrolysis (electrolysis) of HF in the first step, and the F 2 gas and NH 3 gas obtained in the first step in the second step are reacted in a liquid phase of acid ammonium fluoride (Crude) NF 3 gas by reacting at a temperature of 110 ° C to 135 ° C (see US Pat. No. 4,091,081).

한편, ECF법의 특징은 NH3 및 HF로 이루어진 비수용액계 용융염(예를 들면NH3·2.6HF)을 전해액으로 하고, 이를 110℃~135℃로 직접 전해하는 것에 의해 조NF3 가스를 제조하는 것이다(일본특허 제3986175호 참조).On the other hand, the characteristics of the ECF process is NH 3 and a non-aqueous molten salt consisting of HF (for example, NH 3 · 2.6HF) in the electrolyte solution, and the crude NF 3 gas by electrolysis and directly to 110 ℃ ~ 135 ℃ (See Japanese Patent No. 3986175).

DF 법 및 ECF법으로 얻은 조NF3가스는 정제되어 제품 NF3가 얻어진다(일본특허 제1446989호 참조).The crude NF 3 gas obtained by the DF method and the ECF method is purified to obtain the product NF 3 (see Japanese Patent No. 1446989).

DF법은 NF3의 반응수율이 약 90%로 높고, 전해에 사용되는 전력이 적다는 이점이 있지만, NF3 반응시에 부생한 HF가 반응기내에서 NH3 와 반응하여 산성불화암모늄(NH3·nHF, 이하 AAF라고 함)을 생성한다. 이 산성불화암모늄(AAF)은 계 외로 제거 및 폐기되어야 하며, 결과적으로 원료 HF와 NH3의 사용량 증가로 이어진다. The DF method has the advantage that the reaction yield of NF 3 is as high as about 90% and the electric power used for electrolysis is small. However, the NF 3 In the reaction, the by-product HF is reacted with NH 3 (NH 3 · nHF, hereinafter referred to as AAF), which must be removed and discarded out of the system, resulting in an increase in the amount of raw HF and NH 3 used.

한편, ECF법은 산성불화암모늄(AAF)을 전해하기 때문에 AAF를 계 외로 제거 및 폐기할 필요가 없어 HF와 NH3의 사용량은 적지만, NF3 반응수율이 약 70%로 낮고 전해에 사용되는 전력량이 크다는 결점이 있다. On the other hand, ECF method do not need to be removed and discarded out of the system because the AAF deliver the ammonium acid fluoride (AAF) The amount of HF and NH 3 is low, NF 3 There is a drawback that the reaction yield is as low as about 70% and the electric power used for electrolysis is large.

DF법 NF가스의 공업적 제조방법의 개요는 다음과 같다. DF method An outline of an industrial production method of NF 3 gas is as follows.

제1전해조에서 HF를 KF존재 하에 전해하여 양극으로부터 F2, 음극으로부터 H2를 생성시키고, 이 F2를 제거하여 산성불화암모늄(이하 DF법의 산성불화암모늄은 AAF-1이라 함) 존재 하에서 NH3와 반응시켜 NF3가스를 얻는다. 반응식은 이하와 같다. In the first electrolytic cell, HF was electrolyzed in the presence of KF to produce F 2 from the anode and H 2 from the cathode. The F 2 was removed and the acid ammonium fluoride (hereinafter abbreviated as AAF-1) NH 3 to obtain NF 3 gas. The reaction formula is as follows.

제1단계 반응:Step 1:

6HF → 3H2 + 3F2 6HF? 3H 2 + 3F 2

제2단계 반응:Second-step reaction:

3F2 + NH3 → NF3 + 3HF3F 2 + NH 3 - > NF 3 + 3HF

mNH3 + 3HF → m(NH3·nHF) = m(AAF-1)mNH 3 + 3HF? m (NH 3 .nHF) = m (AAF-1)

(상기 식에서, n = 1.5 ~ 3, n×m = 3, m = 1 ~ 2)(N = 1.5 to 3, n 占 m = 3, and m = 1 to 2)

상기 반응식을 합하여 하나의 반응식으로 나타내면 다음과 같다. The above reaction schemes are summarized as one reaction formula.

(1+m)NH3 + 6HF → NF3 + 3H2 + mAAF-1 (1 + m) NH 3 + 6HF → NF 3 + 3H 2 + mAAF-1

DF법의 불소화 반응기에서 부생하는 AAF-1은 통상 폐기된다. NF3를1kg생산하는데 필요한 HF의 이론값은 1.69 이고, NH3는 0.48 ~ 0.72이다. AAF-1 produced as a by-product in the fluorination reactor of the DF method is usually discarded. The theoretical value of HF required to produce 1 kg of NF 3 is 1.69 and NH 3 is 0.48 to 0.72.

한편, ECF법 NF3가스의 공업적 제조방법의 개요는 다음과 같다. On the other hand, an outline of an industrial production method of the ECF method NF 3 gas is as follows.

전해액은 산성불화암모늄(이하 ECF법의 산성불화암모늄은 AAF-2라 함)이고, 공업적으로 입수할 수 있는 암모니아(NH3), 불화암모늄(NH3·HF) 또는 산성불화암모늄 (NH3·2HF)과, 무수불화수소(HF)로 제조한다. 이 전해액을 니켈제 양극으로 전해한다. NF3 가스는 양극으로부터 발생하고, 질소를 주불순물로 하는 조NF3 가스가 얻어진다. 반응식은 다음과 같다. The electrolytic solution is acidic ammonium fluoride (hereinafter abbreviated as AAF-2 in the ECF method) and commercially available ammonia (NH 3 ), ammonium fluoride (NH 3 .HF) or acid ammonium fluoride (NH 3 2HF) and anhydrous hydrogen fluoride (HF). This electrolytic solution is electrolyzed to a nickel anode. NF 3 The gas is generated from the anode, and the crude NF 3 Gas is obtained. The reaction formula is as follows.

   NH3 + 3HF → NF3 + 3H2 NH 3 + 3HF? NF 3 + 3H 2

NF3를 1kg 생산하는데 필요한 HF의 이론값은 0.85이고, NH3은 0.24이다. 즉, ECF법은 NF3 생산에 필요한 HF와 NH3 사용량이 DF법의 절반 수준이지만, 전력사용량이 크다. The theoretical value of HF required to produce 1 kg of NF 3 is 0.85 and NH 3 is 0.24. That is, although the amount of HF and NH 3 required for the production of NF 3 is half the level of the DF method, the ECF method uses a large amount of power.

이상과 같이, DF 법은 전력사용량은 적지만 원료사용량이 많고 ECF법은 반대로 전력사용량이 많은 대신 원료사용량이 적다. 따라서 양 방법의 장점을 모두 구비한 NF3 제조공정 개발이 절실히 필요하다.
As described above, the DF method consumes a small amount of raw material but consumes a small amount of raw material instead of using a large amount of raw material and a large amount of electricity in contrast to the ECF method. Therefore, NF 3 Development of the manufacturing process is urgently needed.

미국특허 제4091081호U.S. Patent No. 4091081 일본특허 제3986175호Japanese Patent No. 3986175 일본특허 제1446989호Japanese Patent No. 1446989

따라서 본 발명은 DF법의 장점, 즉 전력사용량이 적다는 점과 함께, ECF법의 장점, 즉 HF나 NH3의 사용량이 적다는 점, 즉 두 방법의 장점을 모두 구비한 신규한 NF3제조 공정을 구축하고자 한다.
Accordingly, the present invention with that the advantages of the DF method, that is, less power usage, and advantages of the ECF method, i.e. HF and a small amount of NH 3 is that, that a novel With all advantages of the two methods NF 3 production Process.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, According to an aspect of the present invention,

1) 제1전해조에서 불산(HF)을 전해하여 불소(F2) 가스를 발생시키는 단계;1) electrolyzing fluoric acid (HF) in a first electrolytic cell to generate fluorine (F 2 ) gas;

2) 불소화 반응기에서 상기 불소(F2) 가스와 암모니아(NH3)를 반응시켜 삼불화질소(NF3)를 얻고, 부산물로서 제1산성불화암모늄(AAF-1)을 생성하는 단계;2) reacting the fluorine (F 2 ) gas with ammonia (NH 3 ) in a fluorination reactor to obtain nitrogen trifluoride (NF 3 ) and producing a first acid ammonium fluoride (AAF-1) as a byproduct;

3) 상기 제1산성불화암모늄(AAF-1)에 불산(HF), 암모니아(NH3) 또는 이들을 함께 첨가하여 암모니아에 대한 불산의 몰비를 조정한 제2산성불화암모늄(AAF-2)을 생성하는 단계;3) A second acidic ammonium fluoride (AAF-2) is prepared by adjusting the molar ratio of hydrofluoric acid (HF), ammonia (NH 3 ) or the like to the first acid ammonium fluoride (AAF-1) ;

4) 상기 제2 산성불화암모늄(AAF-2)을 제2전해조에서 전해하여 삼불화질소(NF3)를 생성하는 단계; 및4) electrolyzing the second acid ammonium fluoride (AAF-2) in a second electrolytic cell to produce nitrogen trifluoride (NF 3 ); And

5) 상기 단계 2)의 불소화 반응기에서 얻은 삼불화질소(NF3)와 상기 단계 4)에서 얻은 삼불화질소(NF3)를 합하여 최종 제품으로 얻는 단계를 포함하는 5) combining the nitrogen trifluoride (NF 3), obtained in three nitrogen trifluoride (NF 3) obtained in the fluorination reactor and the three-step 4) of said step 2) comprises the step of obtaining a final product

삼불화질소 제조방법을 제공한다.
A method for producing nitrogen trifluoride is provided.

본 발명의 NF3 제조방법은 NF3 생산에 필요한 전력사용량 및 HF와 NH3 사용량이 적어 경제성이 매우 높아 공업적으로 적용하기에 획기적인 NF3 제조방법이다.
The NF 3 of the present invention The production method is very economical due to low electric power consumption and HF and NH 3 consumption for NF 3 production. Therefore, NF 3 Lt; / RTI >

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 NF3 제조방법의 개략적인 공정도이다. 1 is a schematic process diagram of a method for producing NF 3 according to a preferred embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명한다. 특별한 언급이 없는 한 %는 중량%를 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. Unless otherwise noted,% refers to% by weight.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 개략적인 공정 구성도이다.1 is a schematic process configuration diagram of a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 삼불화질소를 경제적으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것으로서, The present invention relates to a method for economically producing nitrogen trifluoride,

1) 제1전해조(21)에서 불산(HF)을 전해하여 불소(F2) 가스를 발생시키는 단계;1) generating fluorine (F 2 ) gas by electrolyzing hydrofluoric acid (HF) in the first electrolyzer 21;

2) 불소화 반응기(25)에서 상기 불소(F2) 가스와 암모니아(NH3)를 반응시켜 삼불화질소(NF3)를 얻고, 부산물로서 제1산성불화암모늄(AAF-1)을 생성하는 단계;2) reacting the fluorine (F 2 ) gas with ammonia (NH 3 ) in the fluorination reactor 25 to obtain nitrogen trifluoride (NF 3 ) and producing a first acid ammonium fluoride (AAF-1) ;

3) 상기 제1산성불화암모늄(AAF-1)에 불산(HF), 암모니아(NH3) 또는 이들을 함께 첨가하여 암모니아에 대한 불산의 몰비를 조정한 제2산성불화암모늄(AAF-2)을 생성하는 단계;3) A second acidic ammonium fluoride (AAF-2) is prepared by adjusting the molar ratio of hydrofluoric acid (HF), ammonia (NH 3 ) or the like to the first acid ammonium fluoride (AAF-1) ;

4) 상기 제2 산성불화암모늄(AAF-2)을 제2전해조(26)에서 전해하여 삼불화질소(NF3)를 생성하는 단계; 및4) electrolyzing the second acid ammonium fluoride (AAF-2) in a second electrolytic bath 26 to produce nitrogen trifluoride (NF 3 ); And

5) 상기 단계 2)의 불소화 반응기에서 얻은 삼불화질소(NF3)와 상기 단계 4)에서 얻은 삼불화질소(NF3)를 합하여 최종 제품으로 얻는 단계를 포함하는 5) combining the nitrogen trifluoride (NF 3), obtained in three nitrogen trifluoride (NF 3) obtained in the fluorination reactor and the three-step 4) of said step 2) comprises the step of obtaining a final product

삼불화질소 제조방법을 제공한다. A method for producing nitrogen trifluoride is provided.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1산성불화암모늄(AAF-1)은 암모니아에 대한 불산의 몰비가 1.5~3이다. According to a preferred embodiment of the present invention, the molar ratio of hydrofluoric acid to ammonia in the first acid ammonium fluoride (AAF-1) is 1.5 to 3.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제2산성불화암모늄(AAF-2)은 암모니아에 대한 불산의 몰비가 2~3.5로 조정될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the molar ratio of hydrofluoric acid to ammonia in the second acidic ammonium fluoride (AAF-2) may be adjusted to 2 to 3.5.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계 1)의 제1전해조(21)에서 발생한 불소가스를 상기 단계 2)의 불소화 반응기(25)에 도입하기 전에 제1정제탑(24)에서 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the fluorine gas generated in the first electrolyzer 21 of the step 1) is refined in the first refining tower 24 before the fluorine gas introduced into the fluorination reactor 25 of the step 2) Step < / RTI >

나아가, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계 4)의 제2전해조(26)에서 발생한 삼불화질소를 상기 단계 4)에서 얻은 삼불화질소와 합치기 전에 제2정제탑(29)에서 정제하는 단계를 더 포함할 수 있다. Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the nitrogen trifluoride generated in the second electrolytic bath 26 of the step 4) is purified in the second purification tower 29 before the nitrogen trifluoride obtained in the step 4) is combined with nitrogen trifluoride Step < / RTI >

본 발명은 DF법에 있어서, HF를 제1전해조(21)에서 전해하여 얻은 F2와 NH3를 불소화 반응기에서 반응시켜 NF3를 생성한 다음 여기에서 부생하는 제1 산성불화암모늄(NH3·nHF, n은 1.5 ~ 3)을 취출하여, HF 및/또는 NH3를 가함으로써 HF/NH3 몰비를 2 ~ 3.5로 조정한 제2 산성불화암모늄으로 한 다음, 이것을 ECF법 제2전해조(26)에 도입하여 전해하고, 상기 불소화 반응기로부터 얻은 NF3와 함께 제품 NF3로 하는 NF3 의 신규제조방법이다. The present invention, in the DF method, the first acidic ammonium fluoride by reacting the F 2 and NH 3 is obtained by electrolysis of HF in a first electrolytic bath 21 in the fluorination reactor that produced NF 3, and then by-product herein (NH 3 · nHF, n is 1.5 to 3) are taken out and HF and NH 3 are added by adding HF and / or NH 3 The molar ratio a in a second acidic ammonium fluoride is adjusted to 2 to 3.5, and then, this ECF method of claim 2, NF 3 to be delivered is introduced into the electrolytic bath 26, and from the fluorination reactor to the product NF 3 with a NF 3 obtained new Lt; / RTI >

보다 구체적으로, 본 발명의 방법은 불산(HF)을 제1전해조(21)에서 전해하여 발생한 불소(F2)를 암모니아 (NH3)와 함께 불소화 반응기에서 AAF-1 존재 하, 110℃ ~ 135℃에서 반응시켜 NF3를 생성하는 반응에서, 부생하는 AAF-1에 HF 및/또는 NH3를 가하여 얻은 AAF-2를 제2전해조(26)에 공급하고, 50 ~ 200 A/dm2의 전류밀도로 전해하여 NF3를 생성시킴으로써, 불소화 반응기(25)로부터의 NF3와 제2전해조(26)로부터 NF3를 함께 제품 NF3를 얻는 매우 경제적인 NF3 제조방법이다. More specifically, the method of the present invention is characterized in that fluorine (F 2 ) generated by electrolyzing hydrofluoric acid (HF) in the first electrolytic cell 21 is reacted with ammonia (NH 3 ) in a fluorination reactor in the presence of AAF- 2 obtained by adding HF and / or NH 3 to AAF-1 as a by-product in the reaction for producing NF 3 at a temperature of 50 to 200 A / dm 2 and it passes to the density is a very economical NF 3 production process to obtain a product NF 3 with the NF 3 from NF 3 and a second electrolytic cell (26) from the generation by the NF 3, fluorination reactor (25).

DF법은 전술한 바와 같이, 일반적으로는 HF를 KF 존재하에 카본전극, 전류밀도 100 ~ 300 A·dm-2의 조건으로 제1전해조(21)에서 전해하고, 양극(22)으로부터 조 F2 를, 음극(23)으로부터 H2를 발생시킨다. 양극(22)으로부터 발생하는 HF등의 불순물을 포함하는 양극가스를 제1 정제탑(24)에서 정제하여 F2를 취출하여 불소화반응기(25)로 도입하고, AAF-1의 존재하에 NH3와110℃~135℃의 온도에서 반응시킨다. 여기에서 조 NF3 의 수율은 90% 정도로 고수율이다. 가스상 부반응 불순물의 대부분은 N2이고, 대략적인 조성은 NF3 90%, N2 10%이다. DF method is found in F 2 from, generally, the carbon electrode of HF under KF present, a current density of 100 ~ 300 · A first electrolytic bath 21, and electrolysis, the anode 22 in the condition as described above, the dm -2 And H 2 from the cathode 23. The anode gas containing impurities such as HF generated from the anode 22 is purified in the first purification column 24 and F 2 is taken out and introduced into the fluorination reactor 25 and NH 3 and NH 3 are introduced into the fluorination reactor 25 in the presence of AAF- And reacted at a temperature of 110 ° C to 135 ° C. Here, the yield of crude NF 3 is as high as 90%. Most of the gaseous side reaction impurities are N 2 , and the approximate compositions are 90% NF 3 and 10% N 2 .

불소화반응에서 생성된 HF는 액상 원료인 NH3와 반응하고, 액상 부산물 AAF-1을 생성한다. AAF-1의 n은 반응온도 등에 따라 결정되나, 통상 1.5~3 정도이다. The HF produced in the fluorination reaction reacts with the liquid raw material, NH 3 , to produce the liquid by-product AAF-1. The n of AAF-1 is determined depending on the reaction temperature and the like, but is usually about 1.5 to 3.

상기 AAF-1은 불소화반응기(25)로부터 취출된 다음, HF및/또는 NH3를 가하여 AAF의n을2 ~3.5로 조정함으로써 AAF-2 가 된다. AAF-2를 ECF법 제2전해조(26)에 공급하고, 니켈 양극(27)으로 전해하여, 양극(27)으로부터 조 NF3가스를 얻는다. 음극(28)에서는 조 H2가 발생한다. 제2전해조(26)에서의 NF3 수율은 70% 정도이다. 제2전해조(26)의 가스상 부반응 불순물의 대부분은 N2이며, 대략적인 조성은 NF3 70%, N2 30%이다. 제2전해조(26)에서는 AAF-2가 폐기되지 않고 전량 사용된다.The AAF-1 is taken out of the fluorination reactor 25, and then HF and / or NH 3 is added to adjust the n of the AAF to 2 to 3.5, resulting in AAF-2. AAF-2 is supplied to the second electrolytic cell 26 of the ECF method and is delivered to the nickel anode 27 to obtain crude NF 3 gas from the anode 27. In the cathode 28, H 2 is generated. NF 3 in the second electrolytic bath 26 The yield is about 70%. Most of the gaseous side-reaction impurities of the second electrolytic bath 26 are N 2 , and the approximate composition is 70% of NF 3 and 30% of N 2 . In the second electrolytic bath 26, the entire amount of AAF-2 is used without being discarded.

ECF 전해조(26)의 전류밀도는 50 ~ 200A·dm-2이고, 전해온도는 110℃ ~ 135℃ 가 바람직하다. 전류밀도의 하한값 미만에서는 NF3가스의 생산성이 감소하지만 기술적인 제약은 없다. 전류밀도의 상한값을 초과하면 전극 부근에서 발생하는 열이 전류밀도에 거의 비례하기 때문에 전류밀도가 현저하게 높아지면 전해액의 온도가 국부적으로 높아지고 그 결과 전해액의 조성이 안정되지 않고 반응수율이 저하되는 등 문제가 발생한다. 상기 전류밀도의 범위는 더욱 바람직하게는 60~150A·dm-2의 범위이다.The current density of the ECF electrolyzer 26 is 50 to 200 A · dm -2 and the electrolytic temperature is 110 to 135 ° C. . Below the lower limit of the current density, the productivity of NF 3 gas decreases but there is no technical limitation. If the upper limit of the current density is exceeded, the heat generated in the vicinity of the electrode is almost proportional to the current density. Therefore, if the current density is remarkably increased, the temperature of the electrolyte locally becomes higher and the composition of the electrolyte is not stabilized. A problem arises. The range of the current density is more preferably in the range of 60 to 150 A · dm -2 .

한편, 전해에 사용되는 음극(27)으로는 철, 스테인레스스틸, 니켈, 모넬 등이 사용될 수 있다.On the other hand, as the cathode 27 used for electrolysis, iron, stainless steel, nickel, monel and the like can be used.

제2전해조(26)의 양극(27)으로부터 얻은 조 NF3 가스는 제2정제탑(29)을 거쳐 정제되어 배관(13)을 통해 불소화반응기(25)로부터 나오는 NF3와 합쳐져 제품 NF3가 된다. Article 2 NF 3 gas obtained from the anode 27 of the electrolytic cell 26 and a second purifying column (29), the NF 3 and the combined product NF 3 is purified coming from the fluorination reactor 25 through the pipe 13 via do.

<실시예><Examples>

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 예시일 뿐이므로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the following examples are only illustrative examples of the present invention, and thus the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1 One

DF법 제1전해조(21)에 배관(1)에 의해 HF를 2.20 kg/h로 공급하여 전해하고, 정제탑(24)을 통해 1.99kg/h의 F2를 얻었다. 이 F2를 배관(5)에 의해 불소화 반응기(25)에 공급하고, 배관(2)에 의해 NH3를 0.77kg/h로 공급하였다. 불소화반응기(25)로부터 배관(7)에 의해 1.10 kg/h의 NF3와 0.05 kg/h의 N2를 얻었다. 배관(8)에 의해 1.60 kg/h의 AAF-1(NH3·2.2HF)이 배출되었다. 또한 전력의 사용량은 38 kWh이었다. 배관(8)의 AAF-1에, 배관(9)에 의해 HF를 0.21 kg/h로 첨가하여 1.81 kg/h의 AAF-2를 제조하여 배관(10)에 의해 ECF법 제2전해조(26)에 공급하였다. 제2전해조(26)에서의 전해에 의해 배관(13)으로부터 1.13 kg/h의 NF3와 0.19 kg/h의 N2를 얻었다. 전력사용량은 45 kWh이었다. 배관(15)에서는 2.23 kg/h의 NF3와 0.24 kg/h의 N2가 얻어졌다. 이 제조방법에서 HF 원단위는 1.08, NH3 원단위는 0.35, 전력 원단위는 37.2 kWh 이었다.
DF method HF was supplied to the first electrolytic cell 21 at a rate of 2.20 kg / h by the piping 1 and electrolyzed to obtain 1.99 kg / h of F 2 through the refining tower 24. This F 2 was supplied to the fluorination reactor 25 by the pipe 5, and NH 3 was supplied at 0.77 kg / h by the pipe 2. 1.10 kg / h of NF 3 and 0.05 kg / h of N 2 were obtained by the pipe 7 from the fluorination reactor 25. This was discharged AAF-1 (NH 3 · 2.2HF ) of 1.60 kg / h by the pipe 8. The power consumption was 38 kWh. The HF was added to the AAF-1 of the pipe 8 at 0.21 kg / h by the pipe 9 to produce 1.81 kg / h of AAF-2, and the ECF-method second electrolytic bath 26 was produced by the pipe 10, . 1.13 kg / h of NF 3 and 0.19 kg / h of N 2 were obtained from the pipe 13 by electrolysis in the second electrolytic bath 26. The power consumption was 45 kWh. In the pipe 15, 2.23 kg / h of NF 3 and 0.24 kg / h of N 2 were obtained. In this manufacturing method, the HF unit was 1.08, the NH 3 unit was 0.35, and the power unit was 37.2 kWh.

비교예Comparative Example 1 One

실시예 1에서 DF법 단독으로 NF3를 생산하였으며, 이 경우 HF 원단위는2.00, NH3 원단위는 0.70, 전력 원단위는 34.5 kWh이었다.
In Example 1, the DF method alone produced NF 3 , where the HF unit was 2.00, the NH 3 unit was 0.70, and the power unit was 34.5 kWh.

비교예Comparative Example 2 2

실시예 1에서 ECF법 단독으로 NF3를 생산하였으며, 이 경우 HF 원단위는 1.20, NH3 원단위는 0.40, 전력 원단위는 39.8 kWh 이었다.
In Example 1, the ECF method alone produced NF 3 , where the HF unit was 1.20, NH 3 The basic unit was 0.40 and the electric power unit was 39.8 kWh.

상기 실시예와 비교예들로부터 이해되는 바와 같이 본 발명의 제조방법은 HF 및 NH3 원단위가 낮고 전력사용량 또한 적어 경제성이 매우 높은 획기적인 NF3제조방법이다.
As can be understood from the above examples and comparative examples, the production method of the present invention is an epoch-making NF 3 production method having a low basic unit of HF and NH 3 and an economical efficiency because of low electric power consumption.

배관
1. HF 9. HF
2. NH3 10. AAF-2
3. HF + F2 11. NF3 + HF
4. H2 12. H2
5. F2 13. NF3
6. HF 14. HF
7. NF3 15. NF3
8. AAF-1 16. H2
장치
21. 제1전해조
22. 양극
23. 음극
24. 제1정제탑
25. 불소화 반응기
26. 제2전해조
27. 양극
28. 음극
29. 제2정제탑
pipe
1. HF 9. HF
2. NH 3 10. AAF-2
3. HF + F 2 11. NF 3 + HF
4. H 2 12. H 2
5. F 2 13. NF 3
6. HF 14. HF
7. NF 3 15. NF 3
8. AAF-1 16. H 2
Device
21. First electrolyzer
22. Anode
23. Cathode
24. First purification tower
25. Fluorination Reactor
26. Second electrolyzer
27. Anode
28. Cathode
29. Second Tablet Tower

Claims (5)

1) 제1전해조에서 불산(HF)을 전해하여 불소(F2) 가스를 발생시키는 단계;
2) 불소화 반응기에서 상기 불소(F2) 가스와 암모니아(NH3)를 반응시켜 삼불화질소(NF3)를 얻고, 부산물로서 제1산성불화암모늄(AAF-1)을 생성하는 단계;
3) 상기 제1산성불화암모늄(AAF-1)에 불산(HF)을 첨가하여 암모니아에 대한 불산의 몰비를 조정한 제2산성불화암모늄(AAF-2)을 생성하는 단계;
4) 상기 제2산성불화암모늄(AAF-2)을 제2전해조에서 전해하여 삼불화질소(NF3)를 생성하는 단계; 및
5) 상기 단계 2)의 불소화 반응기에서 얻은 삼불화질소(NF3)와 상기 단계 4)에서 얻은 삼불화질소(NF3)를 합하여 최종 제품으로 얻는 단계를 포함하는
삼불화질소 제조방법.
1) electrolyzing fluoric acid (HF) in a first electrolytic cell to generate fluorine (F 2 ) gas;
2) reacting the fluorine (F 2 ) gas with ammonia (NH 3 ) in a fluorination reactor to obtain nitrogen trifluoride (NF 3 ) and producing a first acid ammonium fluoride (AAF-1) as a byproduct;
3) adding a hydrofluoric acid (HF) to the first acid ammonium fluoride (AAF-1) to produce a second acid ammonium fluoride (AAF-2) in which the molar ratio of hydrofluoric acid to ammonia is adjusted;
4) electrolyzing the second acid ammonium fluoride (AAF-2) in a second electrolytic cell to produce nitrogen trifluoride (NF 3 ); And
5) combining the nitrogen trifluoride (NF 3), obtained in three nitrogen trifluoride (NF 3) obtained in the fluorination reactor and the three-step 4) of said step 2) comprises the step of obtaining a final product
A method for producing nitrogen trifluoride.
제1항에 있어서,
상기 제1산성불화암모늄(AAF-1)은 암모니아에 대한 불산의 몰비가 1.5~3인 것을 특징으로 하는 삼불화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first acidic ammonium fluoride (AAF-1) has a molar ratio of hydrofluoric acid to ammonia of 1.5-3.
제1항에 있어서,
상기 제2산성불화암모늄(AAF-2)은 암모니아에 대한 불산의 몰비가 2~3.5로 조정된 것임을 특징으로 하는 삼불화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second acidic ammonium fluoride (AAF-2) has a molar ratio of hydrofluoric acid to ammonia adjusted to 2 to 3.5.
제1항에 있어서,
상기 단계 1)의 제1전해조에서 발생한 불소가스를 상기 단계 2)의 불소화 반응기에 도입하기 전에 제1정제탑에서 정제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼불화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of purifying the fluorine gas generated in the first electrolytic cell of the step 1) in the first purification tower before introducing the fluorine gas into the fluorination reactor of the step 2).
제1항에 있어서,
상기 단계 4)의 제2전해조에서 발생한 삼불화질소를 상기 단계 4)에서 얻은 삼불화질소와 합치기 전에 제2정제탑에서 정제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼불화질소 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising purifying the nitrogen trifluoride in the second purification tower before combining the nitrogen trifluoride generated in the second electrolytic cell in step 4) with the nitrogen trifluoride obtained in step 4).
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