CN211971779U - 一种回收高纯氨的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种回收高纯氨的装置，属于环境与资源利用技术领域。主要技术方案为：包括依次连接的尾气缓冲罐、多级压缩机和低温再沸脱气氨液化装置，以及阀门、管道管件和控制系统；所述的低温再沸脱气氨液化装置包括透平膨胀机、主换热器、冷凝塔、再沸脱气塔、液氨储存釜，在液氨储存釜内部设有次换热器，再沸脱气塔的底部与液氨储存釜连接。本实用新型大大地降低了LED和化合物半导体生产的成本，提高了器件生产产量，具有回收效率高、回收的液氨纯度高、纯化深度好、回收成本低的显著特点，同时实现节能减排、节能环保和资源综合利用的目的，促进本领域发展，具有无可比拟的技术优势和广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于环境与资源利用技术领域，具体涉及一种回收高纯氨的装置。
背景技术
在化合物半导体的生产过程中，需要使用大量的氮气、氢气和超纯氨的混合气体(一般情况下其浓度为：氮气30～80％，氢气10～40％，超纯氨10～30％)，这些气体在通过生产工艺后就直接放空，即浪费了宝贵的气体资源，又污染了环境。随着全球对节能环保和循环经济的深入实施，对于有一定经济价值但对环境有一定污染的工业项目在应用过程中往往受限。而氨气的排放，直接污染了环境，使化合物半导体的生产受到严格的限制。因此目前的解决方案是使用水洗的方法，将氨气溶解于水中，使昂贵的高纯、超纯氨气，变成了廉价的氨水。
目前，国内外尚无成熟的化合物半导体尾气回收高纯氨的技术和方法。
实用新型内容
为弥补现有技术的不足，本实用新型提供了一种回收高纯氨的装置及方法，该方法具有氨气回收率、回收纯度高的优势。且本实用新型的装置和方法可以实现在回收高纯氨后的尾气的安全排放(符合国家环保排放标准)。
本实用新型的实用新型构思是：利用加压、低温再沸脱气氨液化分离的方法将氨气液化回收利用，具有回收的氨的纯度高和回收率高、排放的气体中的有害物符合国家环保标准的显著特点。
本实用新型采用以下技术方案：一种回收高纯氨的装置，包括依次连接的尾气缓冲罐、多级压缩机和低温再沸脱气氨液化装置，以及阀门、管道管件和控制系统；
所述的低温再沸脱气氨液化装置包括透平膨胀机、主换热器、冷凝塔、再沸脱气塔、液氨储存釜，在液氨储存釜内部设有次换热器，再沸脱气塔的底部与液氨储存釜连接；
所述的液氨储存釜经主换热器连接高纯氨出口；
所述的多级压缩机的出口经管道A与主换热器、透平膨胀机、冷凝塔、不凝气体出口依次连接；所述的多级压缩机的出口经管道B连接次换热器；
所述的再沸脱气塔上方连接冷凝塔，所述的冷凝塔经主换热器连接不凝气出口。
进一步的，所述的尾气缓冲罐采用无阻力的集中排放管道、储气罐或气囊中任一种装置；所述的多级压缩机为无油的多级压缩机。
进一步的，所述的再沸脱气塔用金属格栅分隔开上下两部分，分别填装金属填料。
整个系统中，所有的温度、压力、流量以及仪器、仪表和阀门等均有控制系统控制。
原料气压缩机来的尾气经过主换热器与再沸脱气塔上部排出的不凝气体和复热的液氨交换热量后经过透平膨胀机降温，再经过节流阀进入到再沸脱气塔上部的冷凝塔中，在这里部分氨气被液化并随着不凝的气体从两段填料的中间通入到再沸脱气塔中，在再沸脱气塔的上部设有冷凝塔，在冷凝塔的顶部设有不凝气体排放口，并与主换热器相连接，进入到再沸脱气塔的尾气中的氨气，在经过冷凝塔时被液化为液氨，在重力的作用下流向再沸脱气塔底部的液氨储存釜。不凝气体(氮气、氢气和微量的氨气)经过冷凝塔从再沸脱气塔顶部的排放口排出并与多级压缩机来的原料尾气充分交换热量后排入大气中。
进入主换热器的原料尾气，有一部分经过调节阀后进入到到液氨储存釜的次换热器中，使部分液氨再沸汽化，将液氨中的不凝气体气提出来，以便提高液氨的纯度。高纯液氨由屏蔽泵输出液氨储存釜，经主换热器与原料尾气换热后输出界区。
从化合物半导体尾气回收高纯氨的方法，利用加压和低温再沸脱气液化的工艺，将尾气中的氨气分离纯化为液氨。具体包括以下步骤：
S1.将化合物半导体生产过程产生尾气集中到尾气缓冲罐中，再由多级压缩机将其加压到0.6～2.0Mpa；
S2.经加压后的尾气经过透平膨胀机和主换热器后降温到-50℃～-100℃；
S3.将步骤S2处理后的尾气经过低温再沸脱气塔将氨气液化获得99.999％的液氨；
S4.将一部分原料尾气通过液氨储存釜中的次换热器，在液氨储存釜装置中设计有次换热器，可以将液氨储存釜中的部分液氨汽化向再沸脱气塔上部流动，在填料中汽化的氨溶解在下行的液态氨中，将氨中的氢气、氮气交换出来，未被溶解的氨在经过顶部冷凝塔时被冷凝下来向下流向液氨储存釜，使液氨进一步纯化，而不凝气体由顶部排出。
进一步的，所述步骤S3中低温再沸塔装置中的不凝的氢气、氮气和微量氨气由再沸脱气塔的顶部经过主换器后排出。
本实用新型提供的装置具有以下特点：
1、氨气回收率高，一般情况下可达99.9％以上，经济运行回收率为98％。
2、氨气回收纯度高，在经济回收率下，其回收纯度到达99.999％以上。
3、排放的不凝气体中，氨气含量低于2％，可以直接排放。
4、综合利用效果好，本实用新型首次实现可以在一套装置中，获得液氨和合格的排放气体，最大限度地回收利用了资源，使昂贵的液氨得以重复利用，节约生产和运行成本。
5、我国近年来对环保提出严格的要求，本实用新型的排放气体完全符合国家的环保要求，减少了工业生产对环境的影响。
本实用新型的有益效果：
本实用新型可以将传统工艺中使用一次就放空的昂贵液氨大量的回收，并通过分离净化方法使其再重新投入生产过程，大大地降低了LED和化合物半导体生产的成本，提高了器件生产产量，具有回收效率高、回收的液氨纯度高、纯化深度好、回收成本低的显著特点，同时实现节能减排、节能环保和资源综合利用的目的，促进本领域发展，具有无可比拟的技术优势和广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型尾气回收液氨纯化工艺流程图。
图2为本实用新型低温再沸氨分离装置结构示意图。
其中，1、尾气缓冲罐，2、多级压缩机，3、低温再沸脱气氨液化装置，4、透平膨胀机，5、主换热器，6、冷凝塔，7、再沸脱气塔，8、次换热器，9、液氨储存釜，10、原料气入口，11、不凝气高位排空，12、液氨出口，13、不凝气体出口，14、高纯氨出口，15、来自压缩工序的原料气。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详述本实用新型，但不限制本实用新型的保护范围。
实施例1
本实施例是在表1所示尾气指标下进行的回收纯化工艺。
表1尾气的性质
| 组份 | H<sub>2</sub> | N<sub>2</sub> | NH<sub>3</sub> | O<sub>2</sub> | SiH<sub>4</sub> | Mo源 |
| 含量V％ | 20.0 | 60 | 20 | ≤50ppm | 微量 | 微量 |
操作条件：
流量：2000Nm3/h
压力：常压
温度：40-50℃
操作方法：
S1.将化合物半导体生产过程产生尾气集中到尾气缓冲罐1中，再由多级压缩机2将其加压到1.7Mpa；
S2.经加压后的尾气经过与主换热器5换热后进入透平膨胀机4，使尾气降温-70℃到-90℃的温度；
S3.经过上低温的尾气经过节流进入到低温再沸脱气氨液化装置3的冷凝塔6中，在冷凝塔6中形成低于-90℃的温度区域，然后尾气(气液混和)将由再沸脱气塔7的中部进入，在重力的作用下液氨下行进入液氨储存釜9中，不凝气体和部分氨气向上流经冷凝塔6，在这里将未液化的氨气冷凝下来，不凝的氮气、氢气和微量氨气由再沸脱气塔7的顶部排出。
S4.将一部分原料尾气通过液氨储存釜9中的次换热器8，在液氨储存釜9装置中设计有次换热器8，可以将液氨储存釜9中的部分液氨汽化向再沸脱气塔7上部流动，在填料中汽化的氨溶解在下行的液态氨中，将氨中的氢气、氮气交换出来，未被溶解的氨在经过顶部冷凝塔6时被冷凝下来向下流向液氨储存釜9，使液氨进一步纯化从而获得99.999％的液氨，而不凝气体由顶部排出。
如表2所示为回收的气体状态。
表2：回收的气体状态
以上所述，仅为本实用新型创造较佳的具体实施方式，但本实用新型创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型创造披露的技术范围内，根据本实用新型创造的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型创造的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种回收高纯氨的装置，其特征在于，包括依次连接的尾气缓冲罐(1)、多级压缩机(2)和低温再沸脱气氨液化装置(3)，以及阀门、管道管件和控制系统；
所述的低温再沸脱气氨液化装置(3)包括透平膨胀机(4)、主换热器(5)、冷凝塔(6)、再沸脱气塔(7)、液氨储存釜(9)，在液氨储存釜(9)内部设有次换热器(8)，再沸脱气塔(7)的底部与液氨储存釜(9)连接；
所述的液氨储存釜(9)经主换热器(5)连接高纯氨出口；
所述的多级压缩机(2)的出口经管道A与主换热器(5)、透平膨胀机(4)、冷凝塔(6)、不凝气体出口依次连接；所述的多级压缩机(2)的出口经管道B连接次换热器(8)；
所述的再沸脱气塔(7)上方连接冷凝塔(6)，所述的冷凝塔(6)经主换热器(5)连接不凝气出口。
2.如权利要求1所述的回收高纯氨的装置，其特征在于，所述的尾气缓冲罐(1)采用无阻力的集中排放管道、储气罐或气囊中任一种装置；所述的多级压缩机(2)为无油的多级压缩机。
3.如权利要求1所述的回收高纯氨的装置，其特征在于，所述的再沸脱气塔(7)用金属格栅分隔开上下两部分，分别填装金属填料。
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