TWI600616B - 電子級氨水製造系統及其方法 - Google Patents

Description

電子級氨水製造系統及其方法

本發明有關一種電子級氨水製造系統及其方法，主要是將氫氧化鈉或氫氧化鉀與硫酸銨混合以產生氨水，再依序透過蒸餾、冷凝及吸收的過程，使氨水成為電子級氨水。

氨是工業上常用的物質，但使用後往往會產生含氨的廢水，一般會使用氣提法(Air Stripping)將廢水中的氨吹出成為氨氣，再使用硫酸吸收氨氣，而產生硫酸銨水溶液。通常為了提升硫酸吸收氨氣的效率，會使用過量的硫酸，因此所產生的硫酸銨水溶液大多偏酸性。

硫酸銨水溶液多半會被乾燥成為固體硫酸銨，由於硫酸沸點高且不易氣化，因此乾燥產出的固體硫酸銨仍然偏酸性，而不適合用於化工產業，只能作為氮肥銷售利用。

然而，由工業含氨廢水所製造出的硫酸銨偏酸性，若長期作為氮肥使用，會破壞土壤的生產力。此外，部分國家的法規規定工業廢棄物不可在農業中使用，因此將工業廢水所製造出的硫酸銨作為氮肥使用，並不是一個好的資源再利用方式。

本發明之一目的，在於提供一種電子級氨水製造方法，是將硫酸銨水溶液及氫氧化鈉(或氫氧化鉀)混合，產生一包括氨水及水的混合液，並依序透過加熱及冷卻混合液的過程，產生一含水率在10ppm以下的混合氣體，其中混合氣體包括氨氣及水氣。而後使用純水吸收混合氣體以產生一重金屬含量小於等於1ppb或是重量百分濃度為29%±0.3%的電子級氨水。

本發明之另一目的，在於將本發明所述之電子級氨水製造方法，應用於一電子級氨水製造系統。其中電子級氨水製造系統主要包括一蒸餾單元、一冷凝單元、一純化單元以及一吸收單元。蒸餾單元包括至少一第一殼管式蒸餾器以及至少一第二殼管式蒸餾器，用以加熱混合液以產生混合氣體。冷凝單元包括至少一殼管式冷凝器，用以由蒸餾單元接收並冷卻混合氣體，以去除混合氣體中的部分水份，並提高混合氣體的含氨濃度至90%以上。純化單元包括至少一殼管式純化器，由冷凝單元接收並冷卻混合氣體，去除混合氣體中的部分水份，並降低混合氣體的含水率至10ppm以下。吸收單元由純化單元接收混合氣體，並使用純水吸收混合氣體，以產生一重金屬含量小於等於1ppb或是重量百分濃度為29%±0.3%的電子級氨水。

為達到上述目的，本發明提供一種電子級氨水製造方法，包括以下步驟：混合一硫酸氨水溶液及一強鹼，以產生一混合液，其中混合液包括氨水及水；加熱混合液以產生一混合氣體，其中混合氣體包括氨氣 及水氣；冷卻混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體；及使用一純水吸收混合氣體中的氨氣以產生一電子級氨水。

為達到上述目的，本發明提供一電子級氨水製造系統，包括一蒸餾單元，包括：至少一第一殼管式蒸餾器，包括至少一第一蒸餾導管及一第一蒸餾殼體，且第一蒸餾殼體包覆第一蒸餾導管，並以第一蒸餾導管加熱第一蒸餾殼體內的一混合液，其中混合液包括氨水及水；至少一第二殼管式蒸餾器，連接第一殼管式蒸餾器，並包括至少一第二蒸餾導管及一第二蒸餾殼體，且第二蒸餾殼體包覆第二蒸餾導管，其中第二殼管式蒸餾器由第一殼管式蒸餾器接收混合液，並將混合液輸送至第二蒸餾導管，第二蒸餾殼體加熱第二蒸餾導管內的混合液，並產生一混合氣體及一殘餘熱混合液，其中混合氣體包括氨氣及水氣；一冷凝單元，連接蒸餾單元，並包括至少一殼管式冷凝器，殼管式冷凝器包括至少一冷凝導管及一冷凝殼體，且冷凝殼體包覆冷凝導管，其中冷凝單元由蒸餾單元接收混合氣體，並將混合氣體輸送至冷凝導管，以冷凝殼體冷卻冷凝導管內的混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體；一純化單元，連接冷凝單元，並包括至少一殼管式純化器，殼管式純化器包括至少一純化導管及一純化殼體，且純化殼體包覆純化導管，其中純化單元接收冷凝單元傳送的混合氣體，並將混合氣體輸送至純化導管，純化殼體冷卻純化導管內的混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體；及一吸收單元，包括一水槽，用以容置一純水，其中吸收單元連接純化單元，並接收純化單元傳送的混合氣體，使純水吸收混合氣體中的氨氣以產生一電子級氨水。

在本發明電子級氨水製造方法一實施例中，其中強鹼為氫氧 化鈉、氫氧化鉀或其混合物。。

在本發明電子級氨水製造方法一實施例中，其中強鹼的用量為所須當量數的1.05至1.2倍。

在本發明電子級氨水製造方法一實施例中，還包括以下步驟：冷卻混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含氨濃度提升至90%以上；及冷卻含氨濃度90%以上混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含水率下降至10ppm以下。

在本發明電子級氨水製造方法一實施例中，還包括以下步驟：透過至少一殼管式蒸餾器接收並加熱混合液，以產生混合氣體，其中混合氣體包括氨氣及水氣；透過至少一殼管式冷凝器由殼管式蒸餾器接收並冷卻混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含氨濃度提升至90%以上；及透過至少一殼管式純化器由殼管式冷凝器接收並冷卻混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含水率下降至10ppm以下。

在本發明電子級氨水製造方法一實施例中，還包括以下步驟：混合硫酸氨水溶液及強鹼後，產生混合液及至少一固體雜質；及過濾混合液，以濾除混合液中的固體雜質。

在本發明電子級氨水製造方法一實施例中，其中硫酸氨水溶液包括至少一重金屬，強鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀或其混合物，而固體雜質包括硫酸鈉、硫酸鉀或重金屬的氫氧化物。

在本發明電子級氨水製造方法一實施例中，還包括以下步驟：加熱混合液使得混合氣體的操作壓力在3至7bar之間。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，還包括一混合槽，連接蒸餾單元，並用以混合一硫酸氨水溶液以及一強鹼，以產生混合液。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中強鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀或其混合物。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，還包括一過濾器，位於混合槽及蒸餾單元之間，並由混合槽接收並過濾混合液，其中過濾器的過濾孔徑小於或等於1μm。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中蒸餾單元包括複數個第一殼管式蒸餾器以及複數個第二殼管式蒸餾器，且些第一殼管式蒸餾器以及些第二殼管式蒸餾器以串接方式連接。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中第一殼管式蒸餾器與第二殼管式蒸餾器的數目總和為八個至十二個。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中蒸餾單元的操作壓力介於3至7bar之間。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中純化單元由冷凝單元接收的混合氣體的含氨濃度為90%以上，而吸收單元由純化單元接收的混合氣體的含水率為10ppm以下。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中第一殼管式蒸餾器由第二殼管式蒸餾器接收混合氣體，並將混合氣體輸送至第一蒸餾導管，以加熱第一蒸餾殼體內的混合液。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中第二殼管式 蒸餾器還包括一第二蒸餾水槽、一第二蒸餾氣槽及一第二蒸餾傳輸管，第二蒸餾水槽以及第二蒸餾氣槽分別透過第二蒸餾導管以及第二蒸餾傳輸管連通，第二蒸餾水槽連接第一蒸餾殼體，並由第一蒸餾殼體接收混合液，而後依序將混合液傳輸至第二蒸餾傳輸管、第二蒸餾氣槽及第二蒸餾導管，使第二蒸餾殼體加熱第二蒸餾導管內的混合液，並產生混合氣體及殘餘熱混合液。

在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，其中第二殼管式蒸餾器還包括一第二蒸餾水槽及一第二蒸餾氣槽，第二蒸餾水槽以及第二蒸餾氣槽透過第二蒸餾導管連通，第二蒸餾氣槽連接第一蒸餾殼體，並由第一蒸餾殼體接收混合液，而後將混合液傳輸至第二蒸餾導管，第二蒸餾殼體加熱第二蒸餾導管內的混合液，並產生混合氣體及殘餘熱混合液。

20‧‧‧電子級氨水製造系統

21‧‧‧蒸餾單元

211‧‧‧第一殼管式蒸餾器

2111‧‧‧第一蒸餾水槽

2112‧‧‧第一蒸餾氣槽

2113‧‧‧第一蒸餾導管

2114‧‧‧第一蒸餾殼體

212‧‧‧第二殼管式蒸餾器

2121‧‧‧第二蒸餾水槽

2122‧‧‧第二蒸餾氣槽

2123‧‧‧第二蒸餾導管

2124‧‧‧第二蒸餾殼體

2125‧‧‧第二蒸餾傳輸管

22‧‧‧冷凝單元

220‧‧‧殼管式冷凝器

221‧‧‧冷凝水槽

222‧‧‧冷凝器槽

223‧‧‧冷凝導管

224‧‧‧冷凝殼體

23‧‧‧純化單元

230‧‧‧殼管式純化器

231‧‧‧純化水槽

232‧‧‧純化氣槽

233‧‧‧純化導管

234‧‧‧純化殼體

24‧‧‧吸收單元

241‧‧‧水槽

25‧‧‧混合槽

26‧‧‧過濾器

27‧‧‧熱能供應器

30‧‧‧電子級氨水製造系統

31‧‧‧蒸餾單元

312‧‧‧第二殼管式蒸餾器

3121‧‧‧第二蒸餾水槽

3122‧‧‧第二蒸餾氣槽

3123‧‧‧第二蒸餾導管

3124‧‧‧第二蒸餾殼體

第1圖：為本發明電子級氨水製造方法一實施例的步驟流程圖。

第2圖：為本發明電子級氨水製造系統第一實施例的構造示意圖。

第3A圖至第3B圖：為本發明電子級氨水製造系統第一實施例的傳輸路徑流程示意圖。

第4圖：為本發明電子級氨水製造系統第二實施例的構造示意圖。雖然已透過舉例方式在圖式中描述了本發明的具體實施方式，並在本文中 對其作了詳細的說明，但是本發明還允許有各種修改和替換形式。本發明之圖式內容可為不等比例，圖式及其詳細的描述僅為特定型式的揭露，並不為本發明的限制，相反的，依據本發明的專利範圍之精神和範圍內，進行修改、均等構件及其置換，皆為本發明所涵蓋的範圍。

請參閱第1圖，為本發明電子級氨水製造方法一實施例的步驟流程圖。如圖所示，本發明所述的氨分解方法可包括步驟S101、S103、S105及S107。步驟S101為混合一硫酸銨水溶液及一強鹼，以產生一混合液，其中混合液包括氨水及水。

在本發明一實施例中，硫酸銨水溶液由工業含氨廢水氣提(Air Stripping)出氨氣之後，再使用過量的硫酸吸收所產生，因此硫酸銨水溶液中還包括硫酸。氣提法(Air Stripping)為本領域具有通常知識者所習知，於此便不再贅述。

本發明所述之強鹼可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀或其混合物，以強鹼為氫氧化鈉為例，將包括硫酸的硫酸銨水溶液與氫氧化鈉混合後，會產生包括氨水、硫酸鈉以及水的混合液，請參考下列的化學方程式：m(NH₄)₂SO₄+nH₂SO₄+2(m+n)NaOH→2mNH₄OH+(m+n)Na₂SO₄+2(m+n)H₂O其中m為硫酸銨水溶液中的硫酸銨的莫耳數，n為硫酸銨水溶液中的硫酸的莫耳數。若將強鹼換成氫氧化鉀，並將包括硫酸的硫酸銨水溶液與氫氧化鉀混合，則會產生包括氨水、硫酸鉀以及水的混合液。

為了使硫酸銨水溶液中的氨儘可能全部反應生成氨水，並且提高本發明電子級氨水製造方法後續步驟的效率。在本發明一實施例中，強鹼的使用量可超過實際參與反應所需要的用量，例如強鹼的使用量為所須當量數的1至1.5倍，在本發明一較佳實施例中，強鹼的使用量為所須當量數的1.05至1.2倍。此外透過添加過量的強鹼，亦可使得混合液偏向鹼性，以提高後續加熱使混合液中的氨水蒸發成為氨氣的效率。

本發明所述之當量數，是指平衡上數化學方程式所須使用的強鹼莫耳數。以上述化學方程式為例，平衡該方程式所須的氫氧化鈉莫耳數為2(m+n)，而氫氧化鈉所須當量數的1倍至1.5指的即是氫氧化鈉莫耳數為2(m+n)至3(m+n)。

在本發明一實施例中，混合液可能還包括至少一固體雜質，例如固體雜質包括硫酸鈉、硫酸鉀及/或重金屬的氫氧化物。具體來說，當硫酸銨水溶液的硫酸銨濃度較高時，在加入強鹼之後可能會有固體雜質析出，例如在硫酸銨水溶液中加入氫氧化鈉及/或氫氧化鉀，會產生包括硫酸鈉及/或硫酸鉀的混合液，當混合液中的硫酸鈉及/或硫酸鉀飽和時，便會產生固體硫酸鈉或固體硫酸鉀。

在本發明一實施例中，硫酸銨水溶液可能包括至少一種重金屬，因此在將強鹼加入硫酸銨水溶液之後，將可能產生重金屬的氫氣化物，使得混合液中的固體雜質可能包括重金屬的氫氧化物。具體來說，由於硫酸銨水溶液可以由工業含氨廢水製造產生，而工業含氨廢水中可能包括重金屬離子，重金屬離子與氫氧化鈉或氫氧化鉀反應之後，會產生重金屬的氫氧化物，當混合液中的重金屬的氫氧化物飽和時，便會產生重金屬 的氫氧化物固體，而形成固體雜質。

由於混合液中的固體雜質會干擾本發明電子級氨水製造方法後續步驟的運作，為此在本發明一實施例中，可在進行後續加熱混合液的步驟之前，先過濾混合液，以濾除混合液中的固體雜質，例如硫酸鈉、硫酸鉀或重金屬的氫氧化物。

步驟S103為加熱混合液以產生一混合氣體，其中混合氣體包括氨氣及水氣。在本發明一實施例中，可透過至少一殼管式蒸餾器接收並加熱混合液，以產生包括氨氣及水氣的混合氣體。

在本發明一實施例中，可將加熱混合液以產生混合氣體的操作壓力控制在3至7bar之間。

如前所述，由於步驟S101的混合液可能包括溶解在混合液中的重金屬，而在步驟S103的加熱過程中，重金屬會夾雜在混合氣體中，其中重金屬會與水以及氨結合形成含氨錯鹽。因此在降低混合氣體中所含的水氣的同時，亦可降低混合氣體中的重金屬含量，被去除的水份可將含重金屬及/或氨錯鹽帶離混合氣體，並提升混合氣體的含氨濃度。

如步驟S105所述冷卻混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，其中重金屬及/或含氨錯鹽會隨著水氣冷凝而溶解在液體中，或是以固體的形態隨著液體一同脫離混合氣體，如此可降低混合氣體中的含水率、重金屬及/或含氨錯鹽的濃度，並提升混合氣體的含氨濃度。

在本發明一實施例中，可分兩個階段冷卻混合氣體。第一階段為初次冷卻混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含氨濃度提升至90%以上。第二階段則是將含氨濃度90%以上的混 合氣體再次冷卻，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含水率下降至10ppm以下。

在本發明一實施例中，可透過至少一殼管式冷凝器進行初次冷卻混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含氨濃度提升至90%以上，例如透過殼管式冷凝器由殼管式蒸餾器接收並冷卻混合氣體。在本發明一實施例中，可透過至少一殼管式純化器將含氨濃度90%以上的混合氣體再次冷卻，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使混合氣體的含水率下降至10ppm以下，例如透過殼管式純化器由殼管式冷凝器接收並冷卻混合氣體。

步驟S107為使用一純水吸收混合氣體中的氨氣以產生一電子級氨水。本發明所述的電子級氨水，為重金屬濃度小於1ppb以下的氨水或是重量百分濃度為29%±0.3%的氨水，可供電子業的製程使用。

本發明所述的電子級氨水製造方法是使用純水吸收氨氣，每公斤的氨氣溶於水會放熱489千卡，相較之下以純水吸收液氨來製造氨水僅放熱327千卡。雖然使用純水吸收氨氣所放的熱量相對來得高，但以純水吸收液氨所製造出來的氨水品質並不穩定，較難符合電子級氨水的要求，例如容易含有過量的重金屬，或是重量百分濃度不足的問題。在本發明一實施例中，可以使用熱交換器移除氨氣溶於水時所產生的溶解熱，其中熱交換器可為板式熱交換器、殼管式熱交換器或蛇管式熱交換器。

本發明所述的電子級氨水製造方法，可以進一步應用在一電子級氨水製造系統中。

請參閱第2圖，為本發明電子級氨水製造系統第一實施例 的構造示意圖。如圖所示，電子級氨水製造系統20包括一蒸餾單元21、一冷凝單元22、一純化單元23以及一吸收單元24。

蒸餾單元21包括至少一第一殼管式蒸餾器211以及至少一第二殼管式蒸餾器212。第一殼管式蒸餾器211包括至少一第一蒸餾導管2113及一第一蒸餾殼體2114，其中第一蒸餾殼體2114包覆第一蒸餾導管2113。第一蒸餾殼體2114用以接收混合液，並透過第一蒸餾導管2113加熱第一蒸餾殼體2114內的混合液，其中混合液包括氨水及水。

在本發明一實施例中，本發明所述之電子級氨水製造系統20，還包括一混合槽25。混合槽25連接蒸餾單元21，例如混合槽25連接第一殼管式蒸餾器221的第一殼體2114，如第2圖所示。混合槽25用以混合一硫酸氨水溶液以及一強鹼，以產生混合液，其中強鹼為氫氧化鈉、氫氧化鉀或其混合物，混合液包括氨水及水。

由於混合液可能還包括至少一固體雜質，例如固體雜質包括硫酸鈉、硫酸鉀及/或重金屬的氫氧化物。為此在本發明一實施例中，電子級氨水製造系統20還包括一過濾器26，過濾器26連接混合槽25以及蒸餾單元21，例如過濾器26連接混合槽25以及第一殼管式蒸餾器221的第一殼體2114，如第2圖所示。過濾器26由混合槽25接收並過濾混合液，其中過濾器的過濾孔徑小於或等於1μm。

第二殼管式蒸餾器212包括至少一第二蒸餾導管2123及一第二蒸餾殼體2124，其中第二蒸餾殼體2124包覆第二蒸餾導管2123。第二殼管式蒸餾器212由第一殼管式蒸餾器211接收混合液，例如第二殼管式蒸餾器212的第二蒸餾導管2123由第一殼管式蒸餾器211的第一蒸餾殼體2114 接收混合液，並以第二蒸餾殼體2124加熱第二蒸餾導管2123內的混合液，以產生一混合氣體及一殘餘熱混合液，其中混合氣體包括氨氣及水氣。

第二蒸餾殼體2124可以進一步連接一熱能供應器27，並透過熱能供應器27提供熱能給第二蒸餾殼體2124，例如熱能供應器27可傳送蒸汽或熱水至第二蒸餾殼體2124，以加熱第二蒸餾殼體2124內的第二蒸餾導管2123以及第二蒸餾導管2123內的混合液。

在本發明一實施例中，第一殼管式蒸餾器211可由第二殼管式蒸餾器212接收混合氣體，並將混合氣體輸送至第一蒸餾導管2113，以加熱第一蒸餾殼體2114內的混合液。由於混合氣體是混合液被加熱後所產生，因此混合氣體的溫度會比混合液高，藉此可利用第一蒸餾導管2113中的混合氣體加熱第一蒸餾殼體2114中的混合液，使得混合液在被輸送至第二蒸餾導管2124前預先被加熱，以減少第二蒸餾殼體2124加熱第二蒸餾導管2124內的混合液所需的熱能。

在本發明一實施例中，第一殼管式蒸餾器211還可包括一第一蒸餾水槽2111及一第一蒸餾氣槽2112，其中第一蒸餾水槽2111透過第一蒸餾導管2113連接第一蒸餾氣槽2112，而第一蒸餾殼體2114則不與第一蒸餾水槽2111、第一蒸餾氣槽2112及第一蒸餾導管2113相連通。

第二殼管式蒸餾器212還可包括一第二蒸餾水槽2121、一第二蒸餾氣槽2122及一第二蒸餾傳輸管2125，其中第二蒸餾水槽2121以及第二蒸餾氣槽2122分別透過第二蒸餾導管2123以及第二蒸餾傳輸管2125連接，而第二蒸餾殼體2124則不與第二蒸餾水槽2121、第二蒸餾氣槽2122及第二蒸餾導管2123相連通。此外，第二蒸餾水槽2121與第一蒸餾殼體2114 連接，而第二蒸餾氣槽2122則與第一蒸餾水槽2111連接。

請配合參閱第3A圖至第3B圖，為本發明電子級氨水製造系統第一實施例的傳輸路徑流程示意圖。在實際應用時可將混合液輸送至第一蒸餾殼體2114，並依序經由第二蒸餾水槽2121、第二蒸餾傳輸管2125及第二蒸餾氣槽2121傳送至第二蒸餾導管2123，如第3A圖所示。

第二蒸餾導管2123內的混合液將會被第二蒸餾殼體2124加熱，並產生混合氣體及殘餘熱混合液，其中混合氣體將會被輸送至第二蒸餾氣槽2122，而殘餘熱混合液則會被傳送至第二蒸餾水槽2121。第一蒸餾水槽2111由第二蒸餾氣槽2122接收混合氣體，並將混合氣體經由第一蒸餾導管2113傳送至第一蒸餾氣槽2112，如第3B圖所示。

如前述實施例所提，第一蒸餾導管2113內的混合氣體可用以加熱第一蒸餾殼體2114內的混合液，使得混合液在被輸送至第二蒸餾導管2124前預先被加熱，以減少第二蒸餾殼體2124加熱第二蒸餾導管2124內的混合液所需的熱能。

在本發明一實施例中，蒸餾單元21包括複數個第一殼管式蒸餾器211以及複數個第二殼管式蒸餾器212，且複數個第一殼管式蒸餾器211以及複數個第二殼管式蒸餾器212以串接方式連接。例如複數個第一殼管式蒸餾器211串接形成一第一殼管式蒸餾器串，同時複數個第二殼管式蒸餾器212串接形成一第二殼管式蒸餾器串，且第一殼管式蒸餾器串與第二殼管式蒸餾器串以串接方式連接。

在本發明一實施例中，第一殼管式蒸餾器211與第二殼管式蒸餾器212的數目總和為八個至十二個。

在本發明一實施例中，蒸餾單元21的操作壓力範圍介於3至7bar之間。

冷凝單元22連接蒸餾單元21，並包括至少一殼管式冷凝器220。殼管式冷凝器220包括至少一冷凝導管223及一冷凝殼體224，其中冷凝殼體224包覆冷凝導管223。冷凝單元22由蒸餾單元21接收混合氣體，並將混合氣體輸送至冷凝導管223，其中混合氣體包括氨氣及水氣。冷凝殼體224用以冷卻冷凝導管223內的混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，而混合氣體中的氨氣則維持在氣相，例如將冰水通入冷凝殼體224中，以冷卻冷凝殼體224內的冷凝導管223以及冷凝導管223中的混合氣體。

在本發明一實施例中，殼管式冷凝器220還包括一冷凝水槽221及一冷凝氣槽222。冷凝水槽221以及冷凝氣槽222透過冷凝導管223連通，而冷凝殼體224則不與冷凝水槽221、冷凝氣槽222及冷凝導管223相連通。冷凝水槽221可由蒸餾單元21接收混合氣體，並將混合氣體傳送至冷凝導管223，例如冷凝水槽221可連接第一蒸餾氣槽2112，冷凝水槽221由第一殼管式蒸餾器221的第一蒸餾氣槽2112接收混合氣體，並將混合氣體依序傳送至冷凝導管223及冷凝氣槽222，如第3B圖所示。

具體來說，冷凝導管223中的混合氣體冷卻後，混合氣體中的部分水氣會在冷凝導管223的管壁冷凝成液體，並回流至冷凝水槽221，而後可由冷凝水槽221排出冷凝單元22。而維持在氣相的混合氣體則會被傳送至冷凝氣槽222，並由冷凝氣槽222排出冷凝單元22。在本發明一實施例中，被傳送至冷凝氣槽222的混合氣體，其含氨濃度為90%以上。

純化單元23連接冷凝單元22，並包括至少一殼管式純化器 230。殼管式純化器230包括至少一純化導管233及一純化殼體234，且純化殼體234包覆純化導管233。純化單元23由冷凝單元22接收的混合氣體，並將混合氣體輸送至純化導管233，例如純化單元23由冷凝單元22接收含氨濃度為90%以上的混合氣體的。純化殼體234用以冷卻純化導管233內的混合氣體，使混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，例如將冰水通入純化殼體234中，以冷卻純化殼體234內的純化導管233以及純化導管233中的混合氣體。

在本發明一實施例中，殼管式純化器230還包括一純化水槽231及一純化氣槽232。純化水槽231以及純化氣槽232透過純化導管233連通，而純化殼體234則不與純化水槽231、純化氣槽232及純化導管233相連通。純化水槽231可由純化單元22接收混合氣體，並將混合氣體傳送至純化導管233，例如純化水槽231可連接冷凝氣槽222，純化水槽231由冷凝氣槽222接收混合氣體，並將混合氣體依序傳送至純化導管233及純化氣槽232，如第3B圖所示。

具體來說，純化導管233中的混合氣體冷卻後，混合氣體中的部分水氣會在純化導管233的管壁冷凝成液體，回流至純化水槽231，而後由純化水槽231排出純化單元23，而仍維持在氣相的混合氣體則會被傳送至純化氣槽232，並由純化氣槽232排出純化單元23。在本發明一實施例中，被傳送至純化氣槽232的混合氣體，其含水率為10ppm以下。

吸收單元24包括一水槽241，用以容置一純水，其中吸收單元24連接純化單元23，接收由純化單元24傳送的混合氣體，並將混合氣體傳送至水槽241，使水槽241內的純水吸收混合氣體中的氨氣以產生一電子級氨水，例如吸收單元24由純化單元23接收含水率為10ppm以下的混合氣體 的，使水槽241內的純水吸收混合氣體中的氨氣，以產生一重金屬含量小於等於1ppb或重量百分濃度為29%±0.3%的電子級氨水。

如本發明前述電子級氨水製造方法的實施例中所提，混合氣體中可能包括至少一重金屬，而重金屬會與水以及氨結合形成含氨錯鹽。因此在降低混合氣體中所含的水氣的同時，亦可降低混合氣體中的重金屬含量，被去除的水份可將含重金屬及/或氨錯鹽帶離混合氣體。重金屬及/或含氨錯鹽會隨著水氣冷凝而溶解在液體中，或是以固體的形態隨著液體一同脫離混合氣體，如此可降低混合氣體中的含水率、重金屬及/或含氨錯鹽的濃度，並提升混合氣體的含氨濃度。

如本發明前述電子級氨水製造方法的實施例中所提，由於每公斤的氨氣溶於水會放熱489千卡，為此在本發明電子級氨水製造系統一實施例中，吸收單元24還可包括一熱交換器(未顯示)，用以移除混合氣體中的氨氣溶於水所產生的溶解熱。其中熱交換器可為板式熱交換器、殼管式熱交換器或蛇管式熱交換器。

請參閱第4圖，為本發明電子級氨水製造系統第二實施例的構造示意圖。如圖所示，電子級氨水製造系統30包括一蒸餾單元31、一冷凝單元22、一純化單元23以及一吸收單元24。

蒸餾單元31包括至少一第一殼管式蒸餾器211以及至少一第二殼管式蒸餾器312。蒸餾單元31與第一實施例中電子級氨水製造系統20的蒸餾單元21類似，主要差異在於蒸餾單元31的第二殼管式蒸餾器312不包括第二蒸餾傳輸管2125，且第一殼管式蒸餾器211以及第二殼管式蒸餾器312的連接方式與蒸餾單元21不同。

第一殼管式蒸餾器211包括一第一蒸餾水槽2111及一第一蒸餾氣槽2112，其中第一蒸餾水槽2111透過第一蒸餾導管2113連接第一蒸餾氣槽2112，而第一蒸餾殼體2114則不與第一蒸餾水槽2111、第一蒸餾氣槽2112及第一蒸餾導管2113相連通。

第二殼管式蒸餾器312包括一第二蒸餾水槽3121及一第二蒸餾氣槽3122，其中第二蒸餾水槽3121透過第二蒸餾導管3123連接第二蒸餾氣槽3122，而第二蒸餾殼體3124則不與第二蒸餾水槽3121、第二蒸餾氣槽3122及第二蒸餾導管3123相連通。此外，第二蒸餾氣槽3122與第一蒸餾殼體2114以及第一蒸餾水槽2111連接。

在實際應用時可將混合液輸送至第一蒸餾殼體2114，並依序經由第二蒸餾氣槽3122及第二蒸餾導管3123傳送至第二蒸餾水槽3121。第二蒸餾導管3123及第二蒸餾導管3123內的混合液將會被第二蒸餾殼體3124加熱並產生混合氣體及殘餘熱混合液，其中混合氣體將會被輸送至第二蒸餾氣槽3122，而殘餘熱混合液則會被傳送至第二蒸餾水槽3121。

第一蒸餾水槽2111由第二蒸餾氣槽3122接收混合氣體，並將混合氣體經由第一蒸餾導管2113傳送至第一蒸餾氣槽2112。第一蒸餾導管2113內的混合氣體可用以加熱第一蒸餾殼體2114內的混合液，使得混合液在被輸送至第二蒸餾導管3123前預先被加熱，以減少第二蒸餾殼體3124加熱第二蒸餾導管3123內的混合液所需的熱能。

本發明實施例中的冷凝單元22、純化單元23以及吸收單元24的構造以及具體實施方式，已於本發明電子級氨水製造系統第一實施例中詳細說明，於此便不再贅述。

說明書中所描述之也許、必須及變化等字眼並非本發明之限制。說明書所使用的專業術語主要用以進行特定實施例的描述，並不為本發明的限制。說明書所使用的單數量詞(如一個及該個)亦可為複數個，除非在說明書的內容有明確的說明。例如說明書所提及之一個裝置可包括有兩個或兩個以上之裝置的結合，而說明書所提之一物質則可包括有多種物質的混合。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

20‧‧‧電子級氨水製造系統

21‧‧‧蒸餾單元

211‧‧‧第一殼管式蒸餾器

2111‧‧‧第一蒸餾水槽

2112‧‧‧第一蒸餾氣槽

2113‧‧‧第一蒸餾導管

2114‧‧‧第一蒸餾殼體

212‧‧‧第二殼管式蒸餾器

2121‧‧‧第二蒸餾水槽

2122‧‧‧第二蒸餾氣槽

2123‧‧‧第二蒸餾導管

2124‧‧‧第二蒸餾殼體

2125‧‧‧第二蒸餾傳輸管

22‧‧‧冷凝單元

220‧‧‧殼管式冷凝器

221‧‧‧冷凝水槽

222‧‧‧冷凝器槽

223‧‧‧冷凝導管

224‧‧‧冷凝殼體

23‧‧‧純化單元

230‧‧‧殼管式純化器

231‧‧‧純化水槽

232‧‧‧純化氣槽

233‧‧‧純化導管

234‧‧‧純化殼體

24‧‧‧吸收單元

241‧‧‧水槽

25‧‧‧混合槽

26‧‧‧過濾器

27‧‧‧熱能供應器

Claims (3)

1. 一種電子級氨水製造方法，包括以下步驟：混合一硫酸氨水溶液及一強鹼，以產生一混合液，其中該混合液包括氨水及水；加熱該混合液以產生一混合氣體，其中該混合氣體包括氨氣及水氣；冷卻該混合氣體，使該混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使該混合氣體的含氨濃度提升至90%以上；冷卻含氨濃度90%以上該混合氣體，使該混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使該混合氣體的含水率下降至10ppm以下；及使用一純水吸收該混合氣體中的氨氣以產生一電子級氨水。
2. 一種電子級氨水製造方法，包括以下步驟：混合一硫酸氨水溶液及一強鹼，以產生一混合液，其中該混合液包括氨水及水；透過至少一殼管式蒸餾器接收並加熱該混合液，以產生該混合氣體，其中該混合氣體包括氨氣及水氣；透過至少一殼管式冷凝器由該殼管式蒸餾器接收並冷卻該混合氣體，使該混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使該混合氣體的含氨濃度提升至90%以上；透過至少一殼管式純化器由該殼管式冷凝器接收並冷卻該混合氣體，使該混合氣體中的部分水氣冷凝成液體，並使該混合氣體的含水率下降至10ppm以下；及使用一純水吸收該混合氣體中的氨氣以產生一電子級氨水。
3. 一種電子級氨水製造方法，包括以下步驟：混合一硫酸氨水溶液及一強鹼，以產生一混合液，其中該混合液包括氨水及水；加熱該混合液以產生一混合氣體，其中該混合氣體包括氨氣及水氣，且加熱該混合液使得該混合氣體的操作壓力在3至7bar之間；冷卻該混合氣體，使該混合氣體中的部分水氣冷凝成液體；及 使用一純水吸收該混合氣體中的氨氣以產生一電子級氨水。