CN102963909B - 氨水法回收led制造中废氨气再利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨水法回收LED制造中废氨气再利用的方法，将LED制造过程中排放的废氨气吸收为氨水，达到回收废氨气的目的；再将氨水蒸发使氨气与水、金属离子得到分离，达到去除水、金属离子的目的；再通过将氨气冷凝为液氨过程中使轻组份与液氨分离达到去除轻组份的目的；提纯的液氨能达到7N含量的超纯氨质量，继续给LED制造中循环使用。过程中的稀氨水循环使用无污染，彻底解决了目前在LED制造过程中废氨气排放的污染问题。并且回收投资少，回收、提纯成本远远低于用工业液氨制造LED用超纯氨，大大降低了LED制造成本。
Description
技术领域
本发明属于一种废气再利用的方法，具体涉及一种LED制造过程中废氨气用氨水吸收法吸收为氨水的方法，达到回收废氨气的目的。
背景技术
超纯氨是太阳能电池、LED发光二极管、半导体工业中重要的电子气体。特别是 在MOCVD设备上，氨同三甲基镓作用在蓝宝石上通过汽相生长形成氮化镓发光二极管即LED。LED发光二极管是节能产品，国内外正在大力发展，国家也给予大力支持。到目前为止我国用于制造LED发光二极管的MOCVD炉已达到上千台，每台MOCVD每天使用超纯氨约40㎏，几乎全部需要排出。行业中为了达到国家排污标准：废水中氨氮含量只能在25 mg/l，只能采取用自来水稀释的办法，这样每台MOCVD每天要排放的含废氨水量约在1600吨左右。按照我国拥有1000台MOCVD炉计算，每天需要使用超纯氨40吨，每年约需要12000吨超纯氨，年排放的废氨水总量约48000万吨。给LED行业带来了极大的环保负担，也给环保部门带去了沉重的负担，更给我国环境造成了极大的影响。因此，解决MOCVD炉排放废氨气的回收问题已成为LED生产厂家、属地环保部门、社会环境迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述背景技术的不足，提供一种回收LED制造中废氨气的回收、再利用的方法。用氨水蒸发为氨气去除金属离子、水分，氨气经冷凝为液氨后经过再蒸发得到初步提纯。初步提纯的液氨再经过蒸发再得到提纯。最后用精馏分离提取＞9.99999%成品液氨，经汽化再给LED制造MOCVD炉继续使用。
本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。
一种氨水法回收LED制造中废氨气再利用的方法，该方法包括以下几个步骤：
（1）废氨气吸收为氨水：由MOCVD炉排出的废氨气进入缓冲罐入口,缓冲罐出气口与饱和氨水吸收罐入口相连通,在-0.05～-0.01Mpa的微负压下范围内吸收为25%以上的饱和氨水，将废氨气回收。吸收的饱和氨水由循环泵打入氨气蒸发器。饱和以后无法吸收的多余氨气排出，进入文丘里真空发生器，将多余氨气吸收为15%以下的稀氨水。15%以下的稀氨水返回饱和氨水吸收罐，继续参与吸收为25%以上的饱和氨水，废氨气中的金属离子在氨水中呈氢氧化物状反复循环完成废氨气回收任务；
（2）氨水蒸发为氨气冷凝为液氨：吸收的25%以上的饱和氨水由循环泵打入金属离子过滤器，将呈氢氧化物状的金属离子过滤出。过滤去氢氧化物状的金属离子的25%的饱和氨水进入氨气蒸发器内，经20～30℃热水加热汽化为含水量＜1%的氨气，氨气经过二道能去除0.1um颗粒的不锈钢除沫器，将氨气中的颗粒物体挡在氨气蒸发器内，从氨气蒸发器顶排出的纯氨气进入冷凝器，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨。冷凝的液氨由于重力作用流入下面液氨接收罐。未冷凝的不凝杂质气体由冷凝器排放口排出，进入尾气中和排放塔。在此操作条件下冷凝的液氨含水量＜1%，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜1000ppm，主含量＞98%；
（3）液氨初级提纯：将上述含量＞98%输入氨气蒸发器，经20～30℃热水加热汽化为含水量＜1ppm的氨气，氨气经过二道能去除0.1um颗粒的不锈钢除沫器，将氨气中的颗粒物体再次挡在氨气蒸发器内，从氨气蒸发器顶排出的纯氨气进入冷凝器，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨。冷凝的液氨由于重力作用流入精馏提纯塔。未冷凝的不凝杂质气体由冷凝器排放口排出，进入尾气中和排放塔。在此操作条件下冷凝的液氨含水量＜1ppm，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜10ppm，主含量＞99.9999%；
（4）精馏提纯塔精馏提纯：将上述含量大于99.9999%的液氨输入精馏提纯塔，进行精馏提纯，保持精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0～40℃范围内，压力在0.5～1.6Mpa范围内，冷却水温度控制在-5～30℃范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1:30～50范围内，加料量与塔顶放空量之比在1:50～100范围内，在此操作条件下精馏分离，更进一步降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，在精馏塔中上部的产品出口可以生产出含量大于99.99999%的超纯氨成品；
（5）成品液氨接收与汽化再利用：由上述提纯的含量大于99.99999%的超纯氨成品经成品高位槽，由重力作用流入成品接收罐，成品接收罐的液氨成品由重力作用流入成品汽化器，汽化器经20～30℃热水加热汽化为成品氨气，成品氨气经减压至0.1～0.2Mpa范围内供给MOCVD炉使用。
所述的成品液氨接收与汽化再利用为：成品液氨经高位槽是由重力作用进入成品接收罐的，汽化器加料成品液氨也是由成品罐内液氨重力作用进入汽化器，成品氨气经汽化、减压至MOCVD炉再使用。
本发明的有益效果是利用本发明的方法，只需通过将废氨气回收为饱和氨水，解决目前采用的将废氨气用大量水稀释排入环境的环保问题。再将饱和氨水蒸发提纯、液化为液氨作为生产超纯氨的原料。然后经过回收的液氨蒸发提纯、精馏提纯为超纯氨成品。再将超纯氨成品经汽化重复给MOCVD炉使用。如此循环回收、重复使用，解决了环保、物资再利用的问题。本方法设备、工艺简单，并可连续生产。
附图说明
图1是本发明生产系统的结构图；
图中：1.MOCVD炉排放废气总管, 2.缓冲罐，3.饱和氨水吸收罐，4.稀氨水吸收罐，5.文丘里真空发生器，6. 循环泵，7.循环泵，8.金属离子过滤器，9.氨气蒸发器，10.冷凝器，11.液氨接收罐，12.氨气蒸发器，13.冷凝器，14. 液氨接收罐，15.精馏塔提纯塔，16.冷凝器，17.成品高位槽，18.成品接收罐，19.成品汽化器，20.成品氨气出口，21.轻组份排放管口，22. 轻组份排放管口，23. 轻组份排放管口。
具体实施方式
以下，参照附图1所示的生产系统的结构图详细说明本发明方法。
废氨气来自MOCVD炉排放废气总管1，进入缓冲罐2，缓冲罐2上出口与饱和氨水吸收罐3之间进行管道连接，使废氨气进入饱和氨水吸收罐3吸收为25%以上的饱和氨水，饱和氨水吸收罐3气相口与文丘里真空发生器5入口相联通，使饱和后的多余氨气进入文丘里真空发生器5吸收为15%以下的稀氨水，文丘里真空发生器5下喷射口与稀氨水吸收罐4上口相联通，将稀氨水喷入稀氨水吸收罐4，稀氨水吸收罐4底部与饱和氨水吸收罐3上部相连接，使15%以下的稀氨水循环再吸收为25%以上的饱和氨水，循环利用。完成废氨气吸收为氨水。
循环泵6入口与稀氨水吸收罐4底部相连接，循环泵6出口与文丘里真空发生器5上口相联通，通过循环泵将稀氨水打循环形成-0.05～-0.01Mpa的微负压，将氨气吸入。循环泵7入口与饱和氨水吸收罐3底部相连接，循环泵7出口与金属离子过滤器8入口相连接，金属离子过滤器8出口与氨气蒸发器9相联通，将饱和氨水中的呈氢氧化物的金属离子过滤掉。无金属离子的饱和氨水进入氨气蒸发器9。完成氨水蒸发为氨气冷凝为液氨
由氨气蒸发器9中的汽化器经20～30℃由空气源加热的热水加热汽化为氨汽，氨汽经过二道能去除0.1um颗粒的不锈钢除沫器，将氨气中的颗粒物体挡在氨气蒸发器内，从氨气蒸发器9顶排出的纯氨气进入冷凝器10，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨。冷凝的液氨由于重力作用流入下面液氨接收罐11，未冷凝的不凝杂质气体由冷凝器10轻组份排放口21排出，进入尾气中和排放塔。在此操作条件下冷凝的液氨含水量＜1%，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜1000ppm，主含量＞98%。完成液氨初级提纯；
将液氨接收罐11中含量＞98%液氨由于重力作用流入下道液氨蒸发器12，经20～30℃热水加热汽化为含水量＜1ppm的氨气，氨气经过液氨蒸发器12中二道能去除0.1um颗粒的不锈钢除沫器，将氨气中的颗粒物体再次挡在氨气蒸发器12内，从氨气蒸发器12顶排出的纯氨气进入冷凝器13，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨。冷凝的液氨由于重力作用流入液氨接收罐14，未冷凝的不凝杂质气体由冷凝器13轻组份排放口22排出，进入尾气中和排放塔。在此操作条件下冷凝的液氨含水量＜1ppm，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜10ppm，主含量＞99.9999%。完成液氨初级提纯：；
将液氨接收罐14中主含量＞99.9999%的液氨在重力作用流入下道精馏提纯塔15，进行精馏提纯，保持精馏提纯塔15塔顶、塔釜温度在10～30℃范围内，压力在0.4～1.3Mpa范围内，塔顶冷凝器16的冷却水温度控制在-5～15℃范围内，塔顶轻组份从轻组份排放口23排出的与回流量之比在1:10～60范围内，加料量与塔顶放空量之比在1:20～80范围内。塔顶塔顶冷凝器16冷凝的液氨由重力作用流入成品高位槽17，成品高们槽17中的成品液氨部分回到精馏提纯塔15，部分流入成品接收罐18，其比例控制在1：3～10范围内。
在此操作条件下精馏分离，更进一步降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，在精馏塔中上部的产品出口可以生产出含量大于99.99999%的超纯氨成品，水分降≤30ppb，轻组份≤60ppb，金属离子降至ppt级。完成全部回收、提纯工艺，供一道LED外延MOCVD炉供超纯氨气使用；
通过本方法回收、提纯所得的超纯氨产品纯度如表1所示：
表1.超纯氨中各杂质组分含量
成品接收罐18中含量大于99.99999%的超纯氨成品，由重力作用流入成品汽化器19，成品汽化器19中的汽化器经20～30℃热水加热汽化为成品氨气，成品氨气经减压至0.1～0.2Mpa范围内，经成品氨气出口20供给MOCVD炉使用。
Claims (3)
1.一种氨水法回收LED制造中废氨气再利用的方法，其特征在于：该方法包括以下几个步骤：
（1）废氨气吸收为氨水：由MOCVD炉排出的废氨气进入缓冲罐入口,缓冲罐出气口与饱和氨水吸收罐入口相联通,在-0.05～-0.01Mpa的微负压下范围内吸收为25%以上的饱和氨水，将废氨气回收，吸收的饱和氨水由循环泵打入氨气蒸发器，饱和以后无法吸收的多余氨气排出，进入文丘里真空发生器，将多余氨气吸收为15%以下的稀氨水，15%以下的稀氨水返回饱和氨水吸收罐，继续参与吸收为25%以上的饱和氨水，废氨气中的金属离子在氨水中呈氢氧化物状反复循环完成废氨气回收任务；
（2）氨水蒸发为氨气冷凝为液氨：吸收的25%以上的饱和氨水由循环泵打入金属离子过滤器，将呈氢氧化物状的金属离子过滤出，过滤去氢氧化物状的金属离子的25%的饱和氨水进入氨气蒸发器内，经20～30℃热水加热汽化为含水量＜1%的氨气，氨气经过二道能去除0.1μm颗粒的不锈钢除沫器，将氨气中的颗粒物体挡在氨气蒸发器内，从氨气蒸发器顶排出的纯氨气进入冷凝器，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨，冷凝的液氨由于重力作用流入下面液氨接收罐，未冷凝的不凝杂质气体由冷凝器排放口排出，进入尾气中和排放塔，在此操作条件下冷凝的液氨含水量＜1%，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜1000ppm，主含量＞98%；
（3）液氨初级提纯：将上述含量＞98%输入氨气蒸发器，经20～30℃热水加热汽化为含水量＜1ppm的氨气，氨气经过二道能去除0.1μm颗粒的不锈钢除沫器，将氨气中的颗粒物体再次挡在氨气蒸发器内，从氨气蒸发器顶排出的纯氨气进入冷凝器，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨，冷凝的液氨由于重力作用流入精馏提纯塔，未冷凝的不凝杂质气体由冷凝器排放口排出，进入尾气中和排放塔，在此操作条件下冷凝的液氨含水量＜1ppm，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜10ppm，主含量＞99.9999%；
（4）精馏提纯塔精馏提纯：将上述含量大于99.9999%的液氨输入精馏提纯塔，进行精馏提纯，保持精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0～40℃范围内，压力在0.5～1.6Mpa范围内，冷却水温度控制在-5～30℃范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1:30～50范围内，加料量与塔顶放空量之比在1:50～100范围内，在此操作条件下精馏分离，更进一步降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，在精馏塔中上部的产品出口可以生产出含量大于99.99999%的超纯氨成品；
（5）成品液氨接收与汽化再利用：由上述提纯的含量大于99.99999%的超纯氨成品经成品高位槽，由重力作用流入成品接收罐，成品接收罐的液氨成品由重力作用流入成品汽化器，汽化器经20～30℃热水加热汽化为成品氨气，成品氨气经减压至0.1～0.2Mpa范围内供给MOCVD炉使用。
2.如权利要求1所述的氨水法回收LED制造中废氨气再利用的方法，其特征在于：所述的以氨水蒸发为氨气冷凝为液氨，完成初级提纯的，经过二道0.1μm颗粒的不锈钢除沫器，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨，未冷凝的不凝杂质气体是由冷凝器排放口排出，冷凝的液氨含水量＜1%，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜1000ppm，主含量＞98%。
3.如权利要求1所述的氨水法回收LED制造中废氨气再利用的方法，其特征在于：所述的液氨初级提纯是将上述含量＞98%液氨，经20～30℃热水加热汽化为氨气，经过二道能去除0.1μm颗粒的不锈钢除沫器，经-5～0℃冷却水冷凝为液氨，未冷凝的不凝杂质气体是由冷凝器排放口排出，在此操作条件下冷凝的液氨含水量＜1ppm，无重组分、金属离子，不凝杂质气体含量＜10ppm，主含量＞99.9999%。
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