CN202893150U - 一种用于吸附分离氨气的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：包括塔体，在塔体的底部设有混合气体进口及氨气出口，在塔体的顶部设有气体排放口，在塔体内设有至少两层上下布置的填料层，在相邻两个填料层之间布置有吸附床，由加热系统对填料层进行解吸加热并由冷却系统对填料层进行吸附冷却。本实用新型通过吸附和解吸，可以将氨气从气体混合物中分离出来，并可以对其进行回收，因高纯氨是相当昂贵的原材料，因此极大地能降低成本；通过回收后，氨气不需要进行排放，因此能有效降低环境污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种吸附分离氨气的装置，用于MOCVD尾气中氨气的分离或者从其它气体混合物中分离出氨气。
背景技术
MOCVD(金属有机物化学气相沉积)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术，是目前生长半导体材料尤其是制造光电子器件必不可少的一种技术。
MOCVD是以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H2的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为500-1200℃，用射频感应加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方)，H2通过温度可控的液态源，鼓泡携带金属有机物到生长区。
典型的GaN蓝光半导体的基本生成方程式如下：
Ga(CH3)3+NH3＝GaN+3CH4；
因为MOCVD生长使用的MO源是易燃、易爆、毒性很大的物质，并且要生长多组分、大面积、薄层和超薄层异质材料。因此在反应时氨气必须大量过量以保证MO源能充分反应。反应气体经反应室后大部分热分解，但还有部分尚未完全分解，因此尾气不能直接排放到大气中，必须先进行处理。由于氨气使用量大，排出氨气也多，排出量约为使用量60～80％。而国标GB8978要求LED厂废水氨氮含量必须降至50ppm(二级标准)甚至更低(一级标准15ppm)。MOCVD尾气组成一般为：极少量粉体(铟、镓、钼等的有机化合物)及大量的氨气、氮气、氢气。
目前常用的MOCVD尾气处理方法主要有：
1、酸溶液吸收：用硫酸水溶液吸收废气中的氨，为了提高氨的吸收效率，酸碱值多控制在pH＝3附近，厂内需贮存足量的强酸。吸收氨后，产生的洗涤塔废液偏酸，还须使用碱进行酸碱中和操作。中和操作后产生之污泥也须进行沉淀、增浓、脱水等过程，最终再委托废弃物处理公司处理污泥。
2、燃烧分解法：以触媒床加热，将氨分解成氢气与氮气，并与空气中之氧反应，将氨燃烧成氮气及水气。废气含有粉尘，虽有经过滤处理仍有阻塞触媒床的顾虑。燃烧分解时，氧气过量有机会产生氮氧化物(NOx)；氧气不足时，氨无法充分燃烧。为了避免产生环保部门更为敏感的氮氧化物以及考虑燃烧效率等问题，初始的设备费成本很高。
上述两种尾气处理方法都是把尾气进行排放后处理，如此不但造成了尾气中一些可利用资源的浪费，而且后期尾气处理后还会带来新的环保问题，环保方面投入的经济成本也很高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能有效回收资源，且经济、环保地对氨气进行吸附回收的装置。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：包括塔体，在塔体的底部设有混合气体进口及氨气出口，在塔体的顶部设有气体排放口，在塔体内设有至少两层上下布置的填料层，在相邻两个填料层之间布置有吸附床，由加热系统对填料层进行解吸加热并由冷却系统对填料层进行吸附冷却。
优选地，所述填料层的体积与容许填料层膨胀的膨胀空间之间的比值为1∶1至1∶6。
优选地，所述填料层的高度为5mm-30mm。
优选地，所述混合气体进口及所述氨气出口共用一个口。
优选地，所述加热系统为内盘管加热结构、外盘管加热结构、外表面电加热结构、外置水浴加热结构、或外置油浴加热结构。
优选地，所述冷却系统为内盘管冷却结构、外盘管冷却结构、或外冰水浴冷却结构。
本实用新型通过吸附和解吸，可以将氨气从气体混合物中分离出来，并可以对其进行回收，因高纯氨是相当昂贵的原材料，因此极大地能降低成本；通过回收后，氨气不需要进行排放，因此能有效降低环境污染。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种用于吸附分离氨气的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，本实用新型提供了一种用于吸附分离氨气的装置，包括由不锈钢材料制成的塔体1，不锈钢材质能耐压和耐温，是很好的设备材料。在塔体1的底部设有混合气体进口及氨气出口，在本实施例中，混合气体进口及氨气出口共用一个口。在塔体1的顶部设有气体排放口。在塔体1内由上至下设有三层填料层2，在相邻两个填料层2之间布置有吸附床3。填料层2内填充有吸附剂，在每层填料层2内设有内置盘管4，所有填料层2内的内置盘管4级联。
由于吸附剂在吸附氨气时需要维持在特定的吸附温度，因吸附过程会放出热量，所以当需要分离混合气体中的氨气时，向内置盘管4内通入冷媒，从而构成冷却系统，由冷媒带走吸附剂放出的热量，使得吸附剂一直保持在吸附温度下对混合气体中的氨气进行吸附，而不吸附混合气体中的其他气体，从而达到分离氨气的目的。
由于吸附剂在解吸氨气时需要维持在特定的解吸温度，因解吸过程会吸收热量，所以当需要解吸出单独的氨气时，向内置盘管4内通入热媒，从而构成加热系统，对吸附剂进行加热，使得吸附剂一种保持在解吸温度下解吸出单独的氨气，从而能达到对氨气回收的目的。
因吸附剂吸附氨气后，吸附剂本身会有一定的膨胀，膨胀空间的大小会影响到吸附剂的吸附和解吸效果，同时还会对吸附剂是否结块产生影响，所以，将填料层2的体积与容许填料层2膨胀的膨胀空间之间的比值控制在1∶1至1∶6。
考虑到吸附效率以及吸附层的阻力，如果填料层2高度太高，填料之间过于紧密，会影响到吸附效果和增加吸附阻力，因此，每层填料层2的高度控制在5mm-30mm之间。
已知本实用新型提供的用于吸附分离氨气的装置的进气组分如下：氨气(80slpm)、氢气(220slpm)、氮气(200slpm)，吸附床采用不锈钢制造，吸附剂采用常见的氯化钙，根据工艺要求，设定填料层2的层数为三层，每层填料层2安装高度在8-10mm左右，设定填料层2本身的体积与填料层2能膨胀的空间比值在1∶4-1∶5，由冷机为内置盘管4提供冷媒，控制吸附温度在0-20度左右，吸附塔解吸时的加热同样通过内盘管3来完成，由热机提供热媒，控制加热温度控制在90-110度左右，将氨气从吸附剂中解吸出来，通过对收集的氨气进行重量计算，可算得整个吸附装置的氨气回收率能达到98％以上。
Claims (6)
1.一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：包括塔体(1)，在塔体(1)的底部设有混合气体进口及氨气出口，在塔体(1)的顶部设有气体排放口，在塔体(1)内设有至少两层上下布置的填料层(2)，在相邻两个填料层(2)之间布置有吸附床(3)，由加热系统对填料层(2)进行解吸加热并由冷却系统对填料层(2)进行吸附冷却。
2.如权利要求1所述的一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：所述填料层(2)的体积与容许填料层(2)膨胀的膨胀空间之间的比值为1∶1至1∶6。
3.如权利要求1所述的一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：所述填料层(2)的高度为5mm-30mm。
4.如权利要求1所述的一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：所述混合气体进口及所述氨气出口共用一个口。
5.如权利要求1所述的一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：所述加热系统为内盘管加热结构、外盘管加热结构、外表面电加热结构、外置水浴加热结构、或外置油浴加热结构。
6.如权利要求1所述的一种用于吸附分离氨气的装置，其特征在于：所述冷却系统为内盘管冷却结构、外盘管冷却结构、或外冰水浴冷却结构。
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|---|---|---|---|---|
| CN107064405A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-08-18 | 南京大学环境规划设计研究院有限公司 | 一种臭氧分解实验装置 |
| CN109157945A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-08 | 江苏科威环保技术有限公司 | 废气的干法解析工艺及其系统 |
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