專利名稱：一種用于吸附分離氨氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種吸附分離氨氣的裝置，用于MOCVD尾氣中氨氣的分離或者從其它氣體混合物中分離出氨氣。
背景技術(shù)：
MOCVD (金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積)是在氣相外延生長(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術(shù)，是目前生長半導(dǎo)體材料尤其是制造光電子器件必不可少的一種技術(shù)。MOCVD是以III族、II族元素的有機(jī)化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進(jìn)行氣相外延，生長各種II1-V族、I1-VI族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。通常MOCVD系統(tǒng)中的晶體生長都是在常壓或低壓(lO-lOOTorr)下通H2的冷壁石英(不銹鋼)反應(yīng)室中進(jìn)行，襯底溫度為500-1200°C，用射頻感應(yīng)加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方)，H2通過溫度可控的液態(tài)源，鼓泡攜帶金屬有機(jī)物到生長區(qū)。典型的GaN藍(lán)光半導(dǎo)體的基本生成方程式如下Ga (CH3) 3+NH3 = GaN+3CH4 ；因?yàn)镸OCVD生長使用的MO源是易燃、易爆、毒性很大的物質(zhì)，并且要生長多組分、大面積、薄層和超薄層異質(zhì)材料。因此在反應(yīng)時氨氣必須大量過量以保證MO源能充分反應(yīng)。反應(yīng)氣體經(jīng)反應(yīng)室后大部分熱分解，但還有部分尚未完全分解，因此尾氣不能直接排放到大氣中，必須先進(jìn)行處理。由于氨氣使用量大，排出氨氣也多，排出量約為使用量60 80%。而國標(biāo)GB8978要求LED廠廢水氨氮含量必須降至50ppm(二級標(biāo)準(zhǔn))甚至更低(一級標(biāo)準(zhǔn)15ppm)。MOCVD尾氣組成一般為極少量粉體(銦、鎵、鑰等的有機(jī)化合物)及大量的氨氣、氮?dú)?、氫氣。目前常用的MOCVD尾氣處理方法主要有1、酸溶液吸收用硫酸水溶液吸收廢氣中的氨，為了提高氨的吸收效率，酸堿值多控制在pH = 3附近，廠內(nèi)需貯存足量的強(qiáng)酸。吸收氨后，產(chǎn)生的洗滌塔廢液偏酸，還須使用堿進(jìn)行酸堿中和操作。中和操作后產(chǎn)生之污泥也須進(jìn)行沉淀、增濃、脫水等過程，最終再委托廢棄物處理公司處理污泥。2、燃燒分解法以觸媒床加熱，將氨分解成氫氣與氮?dú)?，并與空氣中之氧反應(yīng)，將氨燃燒成氮?dú)饧八畾?。廢氣含有粉塵，雖有經(jīng)過濾處理仍有阻塞觸媒床的顧慮。燃燒分解時，氧氣過量有機(jī)會產(chǎn)生氮氧化物(NOx);氧氣不足時，氨無法充分燃燒。為了避免產(chǎn)生環(huán)保部門更為敏感的氮氧化物以及考慮燃燒效率等問題，初始的設(shè)備費(fèi)成本很高。上述兩種尾氣處理方法都是把尾氣進(jìn)行排放后處理，如此不但造成了尾氣中一些可利用資源的浪費(fèi)，而且后期尾氣處理后還會帶來新的環(huán)保問題，環(huán)保方面投入的經(jīng)濟(jì)成本也很高。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能有效回收資源，且經(jīng)濟(jì)、環(huán)保地對氨氣進(jìn)行吸附回收的裝置。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了 一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于包括塔體，在塔體的底部設(shè)有混合氣體進(jìn)口及氨氣出口，在塔體的頂部設(shè)有氣體排放口，在塔體內(nèi)設(shè)有至少兩層上下布置的填料層，在相鄰兩個填料層之間布置有吸附床，由加熱系統(tǒng)對填料層進(jìn)行解吸加熱并由冷卻系統(tǒng)對填料層進(jìn)行吸附冷卻。優(yōu)選地，所述填料層的體積與容許填料層膨脹的膨脹空間之間的比值為1:1至I 6。優(yōu)選地，所述填料層的高度為5mm-30mm。優(yōu)選地，所述混合氣體進(jìn)口及所述氨氣出口共用一個口。優(yōu)選地，所述加熱系統(tǒng)為內(nèi)盤管加熱結(jié)構(gòu)、外盤管加熱結(jié)構(gòu)、外表面電加熱結(jié)構(gòu)、外置水浴加熱結(jié)構(gòu)、或外置油浴加熱結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述冷卻系統(tǒng)為內(nèi)盤管冷卻結(jié)構(gòu)、外盤管冷卻結(jié)構(gòu)、或外冰水浴冷卻結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型通過吸附和解吸，可以將氨氣從氣體混合物中分離出來，并可以對其進(jìn)行回收，因高純氨是相當(dāng)昂貴的原材料，因此極大地能降低成本；通過回收后，氨氣不需要進(jìn)行排放，因此能有效降低環(huán)境污染。

圖1為本實(shí)用新型提供的一種用于吸附分離氨氣的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種用于吸附分離氨氣的裝置，包括由不銹鋼材料制成的塔體1，不銹鋼材質(zhì)能耐壓和耐溫，是很好的設(shè)備材料。在塔體I的底部設(shè)有混合氣體進(jìn)口及氨氣出口，在本實(shí)施例中，混合氣體進(jìn)口及氨氣出口共用一個口。在塔體I的頂部設(shè)有氣體排放口。在塔體I內(nèi)由上至下設(shè)有三層填料層2，在相鄰兩個填料層2之間布置有吸附床3。填料層2內(nèi)填充有吸附劑，在每層填料層2內(nèi)設(shè)有內(nèi)置盤管4，所有填料層2內(nèi)的內(nèi)置盤管4級聯(lián)。由于吸附劑在吸附氨氣時需要維持在特定的吸附溫度，因吸附過程會放出熱量，所以當(dāng)需要分離混合氣體中的氨氣時，向內(nèi)置盤管4內(nèi)通入冷媒，從而構(gòu)成冷卻系統(tǒng)，由冷媒帶走吸附劑放出的熱量，使得吸附劑一直保持在吸附溫度下對混合氣體中的氨氣進(jìn)行吸附，而不吸附混合氣體中的其他氣體，從而達(dá)到分離氨氣的目的。由于吸附劑在解吸氨氣時需要維持在特定的解吸溫度，因解吸過程會吸收熱量，所以當(dāng)需要解吸出單獨(dú)的氨氣時，向內(nèi)置盤管4內(nèi)通入熱媒，從而構(gòu)成加熱系統(tǒng)，對吸附劑進(jìn)行加熱，使得吸附劑一種保持在解吸溫度下解吸出單獨(dú)的氨氣，從而能達(dá)到對氨氣回收的目的。因吸附劑吸附氨氣后，吸附劑本身會有一定的膨脹，膨脹空間的大小會影響到吸附劑的吸附和解吸效果，同時還會對吸附劑是否結(jié)塊產(chǎn)生影響，所以，將填料層2的體積與容許填料層2膨脹的膨脹空間之間的比值控制在1:1至1: 6。考慮到吸附效率以及吸附層的阻力，如果填料層2高度太高，填料之間過于緊密，會影響到吸附效果和增加吸附阻力，因此，每層填料層2的高度控制在5mm-30mm之間。已知本實(shí)用新型提供的用于吸附分離氨氣的裝置的進(jìn)氣組分如下氨氣(80slpm)、氫氣(220slpm)、氮?dú)?200slpm)，吸附床采用不銹鋼制造，吸附劑采用常見的氯化鈣，根據(jù)工藝要求，設(shè)定填料層2的層數(shù)為三層，每層填料層2安裝高度在8-lOmm左右，設(shè)定填料層2本身的體積與填料層2能膨脹的空間比值在1: 4-1 5，由冷機(jī)為內(nèi)置盤管4提供冷媒，控制吸附溫度在0-20度左右，吸附塔解吸時的加熱同樣通過內(nèi)盤管3來完成，由熱機(jī)提供熱媒，控制加熱溫度控制在90-110度左右，將氨氣從吸附劑中解吸出來，通過對收集的氨氣進(jìn)行重量計(jì)算，可算得整個吸附裝置的氨氣回收率能達(dá)到98%以上。
權(quán)利要求1.一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于包括塔體(1)，在塔體(1)的底部設(shè)有混合氣體進(jìn)口及氨氣出口，在塔體(I)的頂部設(shè)有氣體排放口，在塔體(1)內(nèi)設(shè)有至少兩層上下布置的填料層(2)，在相鄰兩個填料層(2)之間布置有吸附床(3)，由加熱系統(tǒng)對填料層(2)進(jìn)行解吸加熱并由冷卻系統(tǒng)對填料層(2)進(jìn)行吸附冷卻。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于所述填料層(2)的體積與容許填料層(2)膨脹的膨脹空間之間的比值為1:1至1: 6。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于所述填料層(2)的高度為5mm-30mm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于所述混合氣體進(jìn)口及所述氨氣出口共用一個口。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于所述加熱系統(tǒng)為內(nèi)盤管加熱結(jié)構(gòu)、外盤管加熱結(jié)構(gòu)、外表面電加熱結(jié)構(gòu)、外置水浴加熱結(jié)構(gòu)、或外置油浴加熱結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于所述冷卻系統(tǒng)為內(nèi)盤管冷卻結(jié)構(gòu)、外盤管冷卻結(jié)構(gòu)、或外冰水浴冷卻結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于吸附分離氨氣的裝置，其特征在于包括塔體，在塔體的底部設(shè)有混合氣體進(jìn)口及氨氣出口，在塔體的頂部設(shè)有氣體排放口，在塔體內(nèi)設(shè)有至少兩層上下布置的填料層，在相鄰兩個填料層之間布置有吸附床，由加熱系統(tǒng)對填料層進(jìn)行解吸加熱并由冷卻系統(tǒng)對填料層進(jìn)行吸附冷卻。本實(shí)用新型通過吸附和解吸，可以將氨氣從氣體混合物中分離出來，并可以對其進(jìn)行回收，因高純氨是相當(dāng)昂貴的原材料，因此極大地能降低成本；通過回收后，氨氣不需要進(jìn)行排放，因此能有效降低環(huán)境污染。
文檔編號B01D53/04GK202893150SQ20122053534
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者湯劍波, 李東升, 宋常征, 柳珉敏, 張敏 申請人:上海正帆科技有限公司, 合肥正帆電子材料有限公司