실리콘 웨이퍼 절단공정(切斷工程)에서 발생(發生)하는 실리콘 카바이드 슬러지로부터 철(鐵), 실리콘 제거(除去)

박회경,고봉환,박균영,강태원,장희동,Park, Hoey Kyung,Go, Bong Hwan,Park, Kyun Young,Kang, Tae Won,Jang, Hee Dong 한국자원리싸이클링학회 2013 資源 리싸이클링 Vol.22 No.2

실리콘 슬러지로부터 원심분리에 의해 1 단계로 실리콘(Si)을 분리 한 후 남게 되는 실리콘 카바이드(SiC) 농축물 내에 포함되어 있는 철과 잔존하는 실리콘을 추가적으로 제거함으로써 실리콘 카바이드의 순도를 향상 시킬 수 있는 가능성을 탐색해 보았다. 실리콘 카바이드 농축물을 대상으로 하여 염산(HCl)/수산화나트륨(NaOH)에 의한 액상 침출법과 염소 가스에 의한 기상 염소화법을 비교해 보았다. 실리콘 카바이드 농축물을 1 M 염산 수용액에서 $80^{\circ}C$에서 1 시간 동안 침출시킴으로써 회수된 실리콘 카바이드에 잔류하는 철의 농도를 49 ppm 까지 제거하였으며, 1 M 수산화나트륨 수용액에서 $50^{\circ}C$에서 1 시간 동안 침출시킴으로써 실리콘 카바이드 내 잔류하는 실리콘의 농도를 860 ppm 까지 제거하였다. 기상 염소화 반응은 직경 2.4 cm, 길이 32 cm의 전기로에 의해 가열되는 알루미나 튜브의 중심에 실리콘 카바이드 농축물을 위치시키고, 질소와 염소의 혼합가스를 흘려보내는 방식에 의해 이루어졌는데, 반응온도 $500^{\circ}C$, 반응시간 4 시간, 가스유량 300 cc/min, 염소 몰분율 10%의 조건 하에서 실리콘 카바이드 내 철과 실리콘의 잔류 농도를 48 ppm과 405 ppm 까지 낮출 수 있었다. In the present study, the possibility of recovering and recycling the silicon carbide(SiC) from a silicon sludge by removing Fe and Si impurities was investigated. Si and SiC were separated from the silicon sludge using centrifugation. The separated SiC concentrate consisted of Fe, Si and SiC, in which Fe and Si were removed to recover the pure SiC. Leaching with acid/alkali solution was compared with the vapor-phase chlorination. The Fe concentration removed in the SiC was 49 ppm, and it was separated by leaching with 1 M HCl solution at $80^{\circ}C$ for 1 h. The Si concentration removed in the SiC was 860 ppm, and it was separated by leaching with 1M NaOH solution at $50^{\circ}C$ for 1 h. The SiC concentrate was chlorinated in a tubular reactor, 2.4 cm in diameter and 32 cm in length. The boat filled with SiC concentrate was located at the midpoint of the alumina tube, then, the chlorine and nitrogen gas mixture was introduced. The Fe and Si concentration removed in the SiC were 48 ppm and 405 ppm, respectively, at $500^{\circ}C$ reactor temperature, 4 h reaction time, 300 cc/min gas flow rate, and 10% $Cl_2$ gas mole fraction.

1-프로판올과 벤젠 혼합물의 압력변환 증류공정을 통한 전산모사 및 공정 최적화

박회경(Hoey Kyung Park),조정호(Jungho Cho) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.6

압력변환 증류공정(Pressure-Swing Distillation, PSD)을 통해서 1-프로판올과 벤젠 이성분계 혼합물의 분리공정에 대한 전산모사 및 공정 최적화를 수행하였다. Schneider Electric사의 PRO/II with PROVISION V10.0을 사용하였으며, 열역학 모델식으로는 NRTL 액체 활동도계수 모델식을 적용하였다. 고압에서 저압 증류탑 배열 공정과 저압에서 고압 증류탑 배열 공정에 대한 재비기의 총 heat dirty의 소모량의 합을 서로 비교하였다. 유틸리티 소모량을 최소화하기 위해서 각 공정의 저압 증류탑과 고압 증류탑 상부 벤젠의 포성, 이론단수와 원료 주입단의 위치를 최적화하였으며, 각각의 증류탑의 환류비를 조절하였다. 공정 최적화 수행결과, 총 재비기 heat duty 값은 각각 고압에서 저압 중류탑 배열 공정의 경우 3.10×10<SUP>6</SUP> kcal/h 이었으며, 저압에서 고압 증류탑 배열 공정의 경우 2.75×10<SUP>6</SUP> kcal/h로 나타났다. 또한, 저압-고압 증류탑 배열 공정에 열통합 공정 (heat integration)을 적용한 경우 재비기의 총 heat duty 값이 고압-저압 증류탑 배열 공정에 비해서 약 57.36%정도 적게 추산 되었다. Computer modeling and optimization works have been performed for the separation of the binary mixture of 1-propanol and benzene through a pressure-swing distillation. PRO/II with PRIVISION V10.0 at Schneider Electric company and NRTL liquid activity coefficient model were utilized. The sum of the total reboiler heat duties of the low-high and high-low pressure column configurations were compared. To minimize the utility consumptions, low column, and high column to obtain pure benzene at the top, the number of theoretical stages and optimal feed tray locations for each distillation column were determined and the reflux ratios for each distillation column were also adjusted. As a result of the optimization works, the sum of the total reboiler heat duties for the high-low and low-high pressure configurations were 3.10×10<SUP>6</SUP> kcal/h and 2.75×10<SUP>6</SUP> kcal/h, respectively. In the case where heat integration was applied to low-high pressure configurations, 57.36 % of the total reboiler heat duties could be saved compared to the high-low pressure configurations.

압력변환 증류공정을 이용한 Methyl Ethyl Ketone-Cyclohexane 공비혼합물의 전산모사

박회경(Park, Hoey Kyung),안준수(Ahn, June-Shu),조정호(Cho, Jung-Ho) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.3

Methyl Ethyl Ketone(MEK)-Cyclohexane(CH) 이성분계 공비 혼합물의 분리를 위해 압력변환 증류공정(Pressure-Swing Distillation, PSD)을 사용하여 저압-고압 컬럼 배열 공정과 고압-저압 컬럼 배열 공정에 전산모사 및 공정 최적화를 수행하였다. 저압 컬럼과 고압 컬럼 상부 MEK의 조성, 이론단수, 원료 주입단 순으로 공정 최적화를 수행하였다. 공정 최적화 수행 결과, 저압-고압 컬럼 배열 공정의 총 재비기의 heat duty 값은 11.7667 Mkcal/h이었으며, 고압-저압 배열 공정의 총 재비기의 heat duty 값은 10.3484 Mkcal/h로 고압- 저압 공정의 heat duty 값이 저압-고압 공정 보다 약 12.05%정도 감소됨을 확인 할 수 있었다. The modelling and optimization of Methyl Ethyl Ketone (MEK)-Cyclohexane (CH) separation process were performed using pressure-swing distillation with a low-high pressure column and a high-low pressure column configuration. The optimization was performed for the number of theoretical stages, and the location of the feed tray of low column and high column to obtain high-purity MEK at the top. The total reboiler heat duty at the low-high pressure column configuration and high-low pressure column configuration were at 11.7667 Mkcal/h and at 10.3484 Mkcal/h, respectively. The results showed that total reboiler heat duty could be reduced to 12.05% using a high-low pressure column configuration.

헬륨 냉동 사이클을 이용한 수소액화 공정 모사 연구

박회경(Hoey Kyung Park),박진수(Jin-Soo Park) 한국신재생에너지학회 2019 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

염화알미늄 증기의 부분가수분해를 통한 알파 알루미나 나노입자 제조

박회경 ( Hoey Kyung Park ),유연석 ( Youn Sug Yoo ),박균영 ( Kyun Young Park ),정경열 ( Kyeong Youl Jung ) 한국화학공학회 2011 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.49 No.5

Spherical alumina precursors represented by (AlO)x(Cl)y(OH)z, 30~200 nm in particle diameter, were prepared by partial hydrolysis of AlCl3 vapor in a 500 ml reactor. Investigated on the particle morphology and size were the effects of the reaction time, the stirring speed and the reaction temperature. The particle morphology and size was insensitive to the reaction time in the range 20 to 300 s. The variation of the stirring speed from 0 to 300 and 800 rpm showed that the particle size was the largest at 0 rpm. As the temperature was varied from 180 to 190, 200, 140 °C, the particle size showed a maximum at 190 ˚C. By calcination of the as-produced particles at 1,200 °C for 6h with a heating rate of 10 °C/min, α-alumina particles 45 nm in surface area equivalent diameter were obtained. The particle shape after calcination turned wormlike due to sintering between neighboring particles. A rapid calcination at 1400 °C for 0.5 h with a higher heating rate of 50 °C/min reduced the sintering considerably. An addition of SiCl4 or TMCTS(2,4,6,8-tetramethylcyclosiloxane) to the AlCl3 reduced the sintering effectively in the calcination step; however, peaks of γ or mullite phase appeared. An addition of AlF3 to the particles obtained from the hydrolysis resulted in a hexagonal disc shaped alumina particles.

단분산에 가까운 구형 실리카의 건식 제조

박회경 ( Hoey Kyung Park ),박균영 ( Kyun Young Park ) 한국화학공학회 2007 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.45 No.6

Ethanol-Benzene 공비혼합물의 분리를 위한 압력변환 증류공정의 전산모사

박회경 ( Hoey Kyung Park ),김동선 ( Dong Sun Kim ),조정호 ( Jung Ho Cho ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.4

본 연구에서는 압력변환 증류공정(Pressure-Swing Distillation, PSD)을 사용하여 에탄올-벤젠 공비혼합물의 분리공정에 대한 전산모사 및 공정 최적화를 수행하였다. 신뢰성 있는 공정 최적화 결과를 도출하기 위해 에탄올-벤젠 이성분계에 대한 기-액 상평형 실험을 수행한 후, 열역학 모델식의 회귀분석을 통해 이성분계 상호작용 매개변수를 도출하였다. 저압-고압 컬럼 배열, 고압-저압 컬럼 배열을 통한 압력변환 증류공정을 적용하여 고순도 에탄올과 고순도 벤젠을 얻기 위한 공정 최적화를 수행하였으며, 재비기의 heat duty량을 비교하였다. In the present study, modelling and optimization of ethanol-benzene separation process were performed using pressure-swing distillation. Order to obtain a reliable results, vapour-liquid equilibrium (VLE) experiments of ethanol-benzene binary system were performed. The parameters of thermodynamic equation were determined using experimental data and the regression. The pressure-swing distillation process optimization was performed to obtain high purity ethanol and high purity benzene into a low-high pressure columns configuration and a high-low pressure columns configuration. The heat duty values of the reboiler from simulation were compared, and the process was optimized to minimize the heat duty.

헬륨 냉동사이클을 이용한 수소액화 공정모사 연구

박회경 ( Hoey Kyung Park ),박진수 ( Jin-soo Park ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.2

액체 수소는 기체 수소 부피의 약 1/800로 감소시킬 수 있어 동일 압력에서 기체 수소 대비 800배의 체적 에너지 밀도를 가지고 있고, 기체 수소에 비해 폭발 위험성이 낮고 수송이 용이하다는 장점이 있다. 하지만 수소 액화를 위해서는 대규모 시설투자가 필요하고, 단순 압축 저장방식에 비해 많은 에너지가 필요함으로써 경제성 문제가 수반된다. 따라서 에너지 절감형 수소액화공정 연구는 매우 중요하다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 수소 액화를 위한 주요 공정으로 헬륨/네온(몰 비 80 : 20) 냉동사이클을 선정하고 화학공정모사기 AVEVA 사의 PRO/II ver. 10.2를 이용하여 공정모사 및 에너지 사용량을 도출하였다. 수소 액화를 위해 헬륨/네온 냉동사이클만을 사용하는 경우, SMR+헬륨/네온 냉동사이클을 사용하는 경우, C3-MR+헬륨/네온 냉동사이클을 사용하는 경우 에너지 사용량을 상호 비교하였다. 그 결과 수소 1 kg을 액화하는데 소요되는 압축기 총 소요 동력은 각각 16.3, 7.03, 6.64 kWh이었다. 헬륨/네온 냉동사이클만을 사용하는 것보다 상용화되어 있는 SMR 공정이나 C3-MR 공정을 사용하여 예냉하는 경우 에너지를 크게 절감할 수 있는 것을 확인하였다. Compared to gaeous hydrogen, liquid hydrogen has approximately 1/800 volume, 800 times higher volumetric energy density at the same pressure, and the advantage of lower explosion risk and easier transportation than gaseous hydrogen. However, hydrogen liquefaction requires larger scale facility investment than simple compression storage method. Therefore, the research on energy-saving hydrogen liquefaction processes is highly necessary. In this study, helium/neon (mole ratio 80 : 20) refrigeration cycle was investigated as the main refrigeration process for hydrogen liquefaction. Process simulation for less energy consumption were carried out using PRO/II with PROVISION V10.2 of AVEVA. For hydrogen liquefaction, energy consumption was compared in three cases: Using a helium/neon refrigerant cycle, a SMR+helium/neon refrigerant cycle, and a C3-MR+helium/neon refrigerant cycle. As a result, the total power consumptions of compressors required to liquefy 1 kg of hydrogen are 16.3, 7.03 and 6.64 kWh, respectively. Therefore, it can be deduced that energy usage is greatly reduced in the hydrogen liquefaction process when the pre-cooling is performed using the SMR process or the C3MR process, which have already been commercialized, rather than using only the helium/neon refrigeration cycle for the hydrogen liquefaction process.

Effect of Ionomer Binder Dispersions on Performance and Durability of PEM Fuel Cells

Jong-Hyeok Park(박종혁),SeoHee Lim(임서희),Hoey Kyung Park(박회경),Jin-Soo Park(박진수) 한국신재생에너지학회 2019 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

단신 : 실리콘의 염소화반응에 의한 사염화규소 제조

박균영 ( Kyun Young Park ),이미선 ( Mi Sun Lee ),김민철 ( Min Cheol Kim ),이찬희 ( Chan Hee Lee ),박회경 ( Hoey Kyung Park ),강태원 ( Tae Won Kang ),정해성 ( Hae Seong Jeong ),한경아 ( Kyoung Ah Han ),허원회 ( Weon Hoe Huh ),유지 한국화학공학회 2013 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.51 No.3

직경 25 mm의 파이렉스 튜브 내에서 실리콘의 유동층 염소화 반응이 수행되었다. 반응기에 공급되는 질소 유량0.8~1.0 L/min, 염소 유량 0.2 L/min, 반응온도 450℃, SiCl4 응축기의 냉매온도는 -5℃로 설정하였다. 반응기에 도입되는 가스 내 염소의 몰분율이 증가하면 SiCl4의 수율이 증가하였다. 반응가스 중 염소의 몰분율 0.2의 조건에서 SiCl4의 수율은 28% 이었다. 염소의 몰분율 증가는 반응열 상승에 의해 반응온도 상승을 가져옴으로써 안전을 고려하여 염소의 몰분율을 0.2 이상으로 올리지 못했다. 실리콘의 유동층 염소화 반응에 의한 사염화실리콘의 제조 가능성이 입증되 었으며, 향후 보다 가혹한 조건에서의 실용화 연구를 위한 기초로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. The chlorination of a metallurgical-grade silicon was carried out in a fluidized bed reactor, 25 mm in diameter. The flow rate of the chlorine admitted into the reactor was 0.2 L/min and that of the carrier nitrogen was 0.8~1.0 L/ min. The reactor temperature was maintained at 450℃ and the temperature of the coolant at the SiCl4 condenser was at -5℃. The SiCl4 yield increased with increasing the mole fraction of chlorine in the feed gas, exhibiting 28% at the mole fraction of 0.2. Further increase of the chlorine mole fraction was not attempted in a worry that the reactor might be failed due to the high exothermicity of the reaction. The production of SiCl4 from silicon by fluidized bed chlorination was demonstrated on a laboratory scale, which is a stepping stone for future studies under more severe conditions toward industrial application.