CN218421086U

CN218421086U - 一种7n级超纯氨现场制气系统

Info

Publication number: CN218421086U
Application number: CN202222625975.6U
Authority: CN
Inventors: 王晓琳; 王敏华; 聂俊国; 孔超; 孙猛
Original assignee: Jinhong Gas Co ltd
Current assignee: Jinhong Gas Co ltd
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2032-09-30

Abstract

本申请公开了一种7N级超纯氨现场制气系统，包括：原料氨储罐；脱轻塔，与原料氨储罐相连，脱轻塔底部设有脱轻塔再沸器，脱轻塔顶部设有脱轻塔冷凝器；脱重塔，与脱轻塔相连，脱重塔底部设有脱重塔再沸器，脱重塔顶部设有脱重塔冷凝器和脱重塔回流罐；三个并联的超纯氨缓冲罐，分别与脱重塔回流罐的排出口相连，三个超纯氨缓冲罐分别用于向气端供气、充装和分析；水浴汽化器，与三个超纯氨缓冲罐的出口相连；超纯氨气相缓冲罐，与水浴汽化器相连；和安保纯化器，与超纯氨气相缓冲罐相连。采用本申请的超纯氨现场制气系统，降低了大型LED工厂使用超纯氨的运输成本，减少了运输过程中的CO₂排放，同时避免了危化品运输过程中隐藏的事故风险。

Description

一种7N级超纯氨现场制气系统

技术领域

本实用新型涉及超纯氨技术领域，具体涉及一种7N级超纯氨现场制气系统。

背景技术

7N超纯氨是指氨纯度达到99.99999％的电子级超纯氨，属于特种气体的一种，超纯氨主要应用于新型光电子材料领域，是MOCVD技术制备GAN的重要基础材料，可应用于液晶面板、光伏光纤、LED、集成电路等领域。近年来随着我国LED技术及相关产业的迅猛发展，行业中的单体设计产能出现爆发式的增长，超纯氨年消耗量千吨级以上的半导体企业也越来越多。

目前LED生产过程中超纯氨的供气模式普遍采用在超纯氨工厂将超纯氨产品充装至T/Y钢瓶或ISO槽车，经汽车运输至LED生产现场，然后将液氨汽化成气相送至LED生产线。

这种供气模式仅适用于中小型LED工厂，对于超纯氨年消耗量千吨级以上的工厂，采用ISO槽车运输方式存在以下问题：

①从精馏纯化装置生产出来的合格超纯氨在充装过程中可能会被污染，导致产品不合格，需要用合格产品对ISO槽车进行多次置换处理，浪费产品，增加成本

②氨属于危险化学品，从超纯氨工厂运输至客户现场的路途中可能会车祸等不可预见的状况，存在事故隐患。

③采用ISO槽车运输，汽车在运输过程中会排放CO2气体，不符合国家的“双碳装略”。

因此，亟需一种可在LED生产现场制备7N级超纯氨的装置，以避免上述的缺陷。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种7N级超纯氨现场制气系统，包括：

原料氨储罐，用于储存原料氨；

脱轻塔，与所述原料氨储罐相连，所述脱轻塔底部设有脱轻塔再沸器，所述脱轻塔顶部设有脱轻塔冷凝器；

脱重塔，与所述脱轻塔相连，所述脱重塔底部设有脱重塔再沸器，所述脱重塔顶部设有脱重塔冷凝器和脱重塔回流罐；

三个并联的超纯氨缓冲罐，分别与所述脱重塔回流罐的排出口相连，用于接收经过处理达到7N级的超纯氨产品，三个所述超纯氨缓冲罐分别用于向气端供气、充装和分析；

水浴汽化器，与三个所述超纯氨缓冲罐的出口相连，用于对所述超纯氨产品进行汽化；

超纯氨气相缓冲罐，与所述水浴汽化器相连；和

安保纯化器，与所述超纯氨气相缓冲罐相连，所述安保纯化器用于向客户端供气。

可选地，所述原料氨储罐与所述脱轻塔之间设有原料泵。

可选地，所述脱轻塔的进料口位于所述脱轻塔的中上部；所述脱重塔的进料口位于所述脱重塔的中下部。

可选地，所述脱重塔回流罐与三个所述超纯氨缓冲罐之间设有精密过滤器。

可选地，所述水浴汽化器入口端设有第一压力调节阀，用于调节超纯氨进入水浴汽化器的流量。

可选地，还包括超纯氨应急罐，所述超纯氨应急罐的入口与所述脱重塔回流罐的排出口相连，所述超纯氨应急罐的出口与所述超纯氨气相缓冲罐相连。

可选地，所述超纯氨应急罐与所述超纯氨气相缓冲罐之间设有第二压力调节阀，用于调节超纯氨进入所述第二超纯氨的流量。

可选地，所述超纯氨应急罐外部设有电磁加热装置。

可选地，还包括超纯氨ISO槽车工位，用于停放ISO槽车。

可选地，三个所述超纯氨缓冲罐的出口还与所述原料氨储罐的入口相连。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

(1)本申请的7N级超纯氨现场制气系统，通过设置3个并联的第一纯氨缓冲罐，分别用于向用气端供气、充装和分析备用，这样在制气后保留部分的超纯氨用于检测其纯度，而检测过程不影响用气端使用，同时，还保留部分的超纯氨用于充装和备用。

(2)本申请为保证用气端压力稳定，设有超纯氨气相缓冲罐同时设有压力串级调节回路，通过调节第一压力调节阀开度控制超纯氨进入水浴汽化器的流量，从而将第二超纯氨气相缓冲罐内的压力控制在0.7～0.8MPa，同时为进一步保证供气压力稳定，超纯氨应急罐外部设有电磁加热装置；采用超纯氨气相缓冲罐罐与水浴汽化器相结合，超纯氨应急罐内的工作压力保持在0.9-1.2MPa，当超纯氨气缓冲罐内的压力小于0.7MPa时，通过调节第二压力调节阀开度超纯氨应急罐内的氨气自动补充至第二超纯氨气缓冲罐，保障客户用气系统稳定。

(3)本申请为保证用气端超纯氨质量稳定，在客户用气端前设置一级安保纯化器，保证送入客户端的超纯氨气中的水分、颗粒物及金属离子满足用气端用气要求。

附图说明

图1为本申请实施例的7N级超纯氨现场制气系统的系统连接图。

附图标记：

原料氨储罐-1；原料泵-2；脱轻塔-3；脱轻塔冷凝器-4；脱轻塔再沸器-5；质量流量计-6；流量调节阀-7；脱重塔-8；脱重塔再沸器-9；脱重塔冷凝器-10；脱重塔回流罐-11；精密过滤器-12；超纯氨缓冲罐-13；超纯氨应急罐-14；水浴汽化器-15；超纯氨气相缓冲罐-16；安保纯化器-17；第一压力调节阀-18；第二压力调节阀-19；超纯氨ISO槽车工位-20；进口开关阀-21；出口开关阀-22。

具体实施方式

结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本申请实施例的7N级超纯氨现场制气系统的系统连接图。参见图1，本申请实施例提供了7N级超纯氨现场制气系统，包括：原料氨储罐1、脱轻塔3、脱重塔8、三个超纯氨缓冲罐13、水浴汽化器15、超纯氨气相缓冲罐16、安保纯化器17、超纯氨应急罐14和超纯氨ISO槽车工位20。

如图1所示，原料氨储罐1用于储存原料氨。脱轻塔3与所述原料氨储罐1相连，所述脱轻塔3的进料口位于所述脱轻塔3的中上部。所述原料氨储罐1与所述脱轻塔3之间设有原料泵2。原料泵2优选三泵头隔膜计量泵，同时原料泵2出口设置阻尼器，保证进入脱轻塔3的原料流量稳定。

如图1所示，所述脱轻塔3底部设有脱轻塔再沸器5，所述脱轻塔3顶部设有脱轻塔冷凝器4。脱轻塔3用于脱除轻组分。由于脱轻塔3主要功能为脱除氢气、氮气、氧气、一氧化碳及甲烷等轻组分杂质，本申请中的脱轻塔冷凝器4采用精馏塔一体立式回流冷凝器，冷凝液沿管壁向下流动全回流至脱轻塔3，轻组分不凝气自上端口管箱放气口排出，通过设置质量流量计控制脱轻塔3塔顶不凝气排放量。

如图1所示，脱重塔8与所述脱轻塔3相连，所述脱重塔8的进料口位于所述脱重塔8的中下部。脱重塔8用于脱除重组分、水分和金属等杂质。所述脱重塔8底部设有脱重塔再沸器9，所述脱重塔8顶部设有脱重塔冷凝器10和脱重塔回流罐11。

塔釜再沸器热源使用温度≥60℃的热水，通过调节热水流量控制塔釜温度在45～50℃，塔顶冷凝器冷源使用循环水，脱轻塔3通过调节循环水流量控制塔顶压力在1.7～2.0MPa，脱重塔8通过控制回流量，保证回流比≥1。

脱重塔8回流管线设有流量调节回路，保证足够且稳定的回流量，同时脱重塔8塔顶采出管线设有液位调节阀保证脱重塔回流罐11液位稳定。

为避免脱轻塔冷凝器4使用冷冻水，脱轻塔3工作压力为1.7～2.0MPa，脱重塔8工作压力略低于脱轻塔3，脱轻塔3塔釜液氨通过压差送至脱重塔8中下部。因为脱轻塔3塔釜液氨为饱和液体，经过调节阀和流量计时由于阻力损失会出现部分汽化现象，从而导致流量计量不准确，为避免此状况，在脱轻塔3塔釜采出管线调节阀前设有循环水夹套对饱和液氨进行轻度降温，避免经过调节阀和流量计时出现气液两相，从而保证脱轻塔3塔釜采出流量的准确性。

三个并联的超纯氨缓冲罐13分别与所述脱重塔回流罐11的排出口相连，用于接收经过处理达到7N级的超纯氨产品，三个所述超纯氨缓冲罐13分别用于向气端供气、充装和分析。3个超纯氨缓冲罐13分别设为1#超纯氨缓冲罐13、2#超纯氨缓冲罐13、3#超纯氨缓冲罐13。

3个超纯氨缓冲罐13中液位计优选顶装雷达液位计，可避免液位计对超纯氨产品造成污染。同时3个超纯氨缓冲罐13进液管、出液管设有隔膜开关阀，设有高、低液位联锁。当1#超纯氨缓冲罐13液位高于设定值时，关闭1#超纯氨缓冲罐13的进口开关阀21，同时打开2#超纯氨缓冲罐13进口开关阀21，当2#超纯氨缓冲罐13液位高于设定值时，关闭2#超纯氨缓冲罐13进口开关阀21，同时打开3#超纯氨缓冲罐13进口开关阀21，当3#超纯氨缓冲罐13液位高于设定值时，关闭3#超纯氨缓冲罐13进口开关阀21，同时打开1#超纯氨缓冲罐13进口开关阀21，按此控制逻辑依次进行。当1#超纯氨缓冲罐13液位低于设定值时，关闭1#超纯氨缓冲罐13出口开关阀22，同时打开2#超纯氨缓冲罐13出口开关阀22，当2#超纯氨缓冲罐13液位低于设定值时，关闭2#超纯氨缓冲罐13出口开关阀22，同时打开3#超纯氨缓冲罐13出口开关阀22，当3#超纯氨缓冲罐13液位低于设定值时，关闭3#超纯氨缓冲罐13出口开关阀22，同时打开1#超纯氨缓冲罐13出口开关阀22，按此控制逻辑依次进行。

如图1所示，水浴汽化器15与三个所述超纯氨缓冲罐13的出口相连，用于对所述超纯氨产品进行汽化。超纯氨气相缓冲罐16与所述水浴汽化器15相连。所述水浴汽化器15入口端设有第一压力调节阀18，用于调节超纯氨进入水浴汽化器15的流量。

如图1所示，三个所述超纯氨缓冲罐13的出口还与所述原料氨储罐1的入口相连。若超纯氨缓冲罐13内的超纯氨产品复检不合格，则返回原料氨储罐1重新进行精馏纯化。

如图1所示，所述脱重塔回流罐11与三个所述超纯氨缓冲罐13之间设有精密过滤器12。通过精密过滤器12对经脱重处理的产品进行再次过滤，提高其纯度。

如图1所示，安保纯化器17与所述超纯氨气相缓冲罐16相连，所述安保纯化器17用于向客户端供气。

为保证用气端压力稳定，本申请设有超纯氨气相缓冲罐16同时设有压力串级调节回路，通过调节第一压力调节阀18开度控制超纯氨进入水浴汽化器15的流量，从而将超纯氨气相缓冲罐16内的压力控制在0.7～0.8MPa。为保证用气端超纯氨质量稳定，在客户用气端前设置一级安保纯化器17，保证送入客户端的超纯氨气中的水分、颗粒物及金属离子满足用气端用气要求。

如图1所示，所述超纯氨应急罐14的入口与所述脱重塔回流罐11的排出口相连，所述超纯氨应急罐14的出口与所述所述超纯氨气相缓冲罐16相连。所述超纯氨应急罐14外部设有电磁加热装置。所述超纯氨应急罐14与所述超纯氨气相缓冲罐16之间设有第二压力调节阀19，用于调节超纯氨进入所述第二超纯氨的流量。

为避免精馏系统检修或故障影响客户生产进程，本申请案设有超纯氨应急罐14，同时为进一步保证供气压力稳定，超纯氨应急罐14外部设有电磁加热装置，采用超纯氨气相缓冲罐16与水浴汽化器15相结合，超纯氨应急罐14内的工作压力保持在0.9-1.2MPa，当超纯氨气缓冲罐内的压力小于0.7MPa时，通过调节第二压力调节阀19开度应急罐内的氨气自动补充至超纯氨气相缓冲罐16，保障客户用气系统稳定。

本申请设有超纯氨ISO槽车工位20，超纯氨ISO槽车工位20用于停放ISO槽车。主要是为避免精馏系统长期停车影响客户生产，当超纯氨应急罐14内的液位低于某一值时则联系超纯氨工厂进行ISO槽车供应超纯氨。

本申请的整个制氨系统采用DCS自动控制，设有SIS系统，关键点位设有在线检测仪器，确保整个供气系统安全、平稳、保质保量的供气。

本申请的7N级超纯氨现场制气系统在使用时，原料氨储罐1中的液氨通过原料泵2加压后从脱轻塔3中上部进入，脱除轻组分的氨从脱轻塔3塔釜采出经流量调节阀7调节流量后进入脱重塔8中下部，在脱重塔8塔釜进一步除去水分和金属等杂质，此时脱重塔8塔顶氨浓度可达到99.99999％，在线分析合格的超纯氨进入超纯氨缓冲罐13。每个缓冲罐内的超纯氨必须经复检分析合格方可进入水浴汽化器15汽化，然后进入超纯氨气相缓冲罐16稳压后经安保纯化器17送至客户用气点。若超纯氨缓冲罐13内的超纯氨产品复检不合格，则返回原料氨储罐1重新进行精馏纯化。

采用本申请的超纯氨现场制气系统，大大的降低了大型LED工厂使用超纯氨的运输成本，减少了运输过程中的CO₂排放，同时避免了危化品运输过程中隐藏的事故风险。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，包括：

原料氨储罐，用于储存原料氨；

超纯氨气相缓冲罐，与所述水浴汽化器相连；和

2.根据权利要求1所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，所述原料氨储罐与所述脱轻塔之间设有原料泵。

3.根据权利要求1所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，所述脱轻塔的进料口位于所述脱轻塔的中上部；所述脱重塔的进料口位于所述脱重塔的中下部。

4.根据权利要求1所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，所述脱重塔回流罐与三个所述超纯氨缓冲罐之间设有精密过滤器。

5.根据权利要求1所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，所述水浴汽化器入口端设有第一压力调节阀，用于调节超纯氨进入水浴汽化器的流量。

6.根据权利要求1所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，还包括超纯氨应急罐，所述超纯氨应急罐的入口与所述脱重塔回流罐的排出口相连，所述超纯氨应急罐的出口与所述超纯氨气相缓冲罐相连。

7.根据权利要求6所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，所述超纯氨应急罐与所述超纯氨气相缓冲罐之间设有第二压力调节阀，用于调节超纯氨进入所述超纯氨气相缓冲罐的流量。

8.根据权利要求6所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，所述超纯氨应急罐外部设有电磁加热装置。

9.根据权利要求1所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，还包括超纯氨ISO槽车工位，用于停放ISO槽车。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的7N级超纯氨现场制气系统，其特征在于，三个所述超纯氨缓冲罐的出口还与所述原料氨储罐的入口相连。