專利名稱：用精餾分離提取7n電子級超純氨的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，具體涉及一種采用工業(yè)級液氨，用精餾分離方法提取7N電子級超純氨，而且可以同時生產(chǎn)出三種不同規(guī)格的高純氨和超純氨成品，并可連續(xù)生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
超純氨是半導(dǎo)體工業(yè)中重要的電子氣體，在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中，氨(NH3)同硅烷 (SiH4) 一起發(fā)生反應(yīng)生成氮化硅膜；在MOCVD設(shè)備上，氨同三甲基鎵作用在藍寶石上通過汽相生長形成氮化鎵發(fā)光二極管即LED。隨著科技的發(fā)展和社會對于電子產(chǎn)品、新型節(jié)能照明器件、清潔能源的需求日益增大，對于超純氨的純度要求也越來越高。例如，在生產(chǎn)高亮度的LED器件時，由于器件的幾何形狀不斷縮小且LED的亮度要求不斷提高，原料氨中的污染物含量對于產(chǎn)品的質(zhì)量是非常重要的。因此，對于氨的純化技術(shù)一直是研究的熱點。由于發(fā)達國家光電子等半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展速猛，極大地推動了氣體公司對氨提高純度的研究。目前，我國許多LED生產(chǎn)用戶所用的進口氨，基本上是美國普萊克斯、APCI、法國液空、德國林德和日本昭和電工等國外公司的產(chǎn)品，他們所采用的超純氨制取方法，基本上都采用將原料氨經(jīng)活性炭吸附器除去部分油，再由分子篩吸附器吸附除去部分水，再經(jīng)脫氧劑吸附器除去部分氧，再經(jīng)過一級或者二級簡單精餾，再經(jīng)過終端純化得到高純氨產(chǎn)品。此類工藝的缺點是吸附處理后的活性碳、分子篩和終端純化器需要再生處理，再生過程中有大量廢氣排出，形成了二次污染；終端純化器在純化過程中會產(chǎn)生副反應(yīng)，影響最終產(chǎn)品的純度；由于通過多道吸附和解吸后的氨氣、廢氣無法再利用，嚴重影響了環(huán)境和產(chǎn)品收率；而且高純氨和超純氨的生產(chǎn)方式都不同，必須分別建設(shè)，分類生產(chǎn)。工藝流程太長，設(shè)備多、投資多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點而提出的。其目的是提供一種只通過精餾分離，同時能夠生產(chǎn)幾種規(guī)格的高純氨和超純氨的生產(chǎn)方法。并能連續(xù)生產(chǎn)。低含量氨汽及液氨可以回收為工業(yè)液氨利用，無二次污染。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，該方法包括以下幾個步驟
(1)液位差自動加料原料工業(yè)液氨向一級精餾提純塔加料是利用加料罐與一級精餾提純塔塔釜液位差來完成的。加料罐上部與一級精餾提純塔塔釜上部的兩個氣相口連通， 保持在0 1. 6Mpa壓力平衡范圍內(nèi)，利用高位加料罐液相口高于一級精餾提純塔塔釜100 cm以上來完成原料的自動加料；
(2)一級精餾提純塔精餾提純保持一級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0 40°C范圍內(nèi)，壓力在0. 5 1. 6Mpa范圍內(nèi)，冷卻水溫度控制在_5 30°C范圍內(nèi)，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1 :30 100范圍內(nèi)，加料量與塔頂放空量之比1 :50 100范圍內(nèi)，在此操作條件下精餾分離，降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，可以從精餾提純塔塔中上部的產(chǎn)品出口產(chǎn)出含量大于99. 9995%的高純氨成品；
(3)二級精餾提純塔精餾提純將上述含量大于99.9995%的高純氨成品輸入二級精餾提純塔進行二次精餾提純，保持二級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0 40°C范圍內(nèi)，壓力在 0. 5 1. 6Mpa范圍內(nèi)，冷卻水溫度控制在_5 30°C范圍內(nèi)，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1 :30 100范圍內(nèi)，加料量與塔頂放空量之比1 :50 100范圍內(nèi)，在此操作條件下精餾分離，進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產(chǎn)品出口可以產(chǎn)出含量大于99. 99994%的超純氨成品；
(4)三級精餾提純塔精餾提純將上述含量大于99.99994%的超純氨成品輸入三級精餾提純塔進行三次精餾提純，保持三級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0 40°C范圍內(nèi)，壓力在0. 5 1. 6Mpa范圍內(nèi)，冷卻水溫度控制在_5 30°C范圍內(nèi)，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1:30 100范圍內(nèi)，加料量與塔頂放空量之比在1:50 100范圍內(nèi)，在此操作條件下精餾分離，更進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產(chǎn)品出口可以生產(chǎn)出含量大于99. 99999%的超純氨成品；
所述的一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔的塔釜及塔內(nèi)件采用306L 不銹鋼制成，表面采用機械打磨拋光與化學(xué)鈍化液拋光相結(jié)合的拋光方法，使光潔度達到 0. Ium以上，該化學(xué)鈍化液為BD-B102型不銹鋼酸洗鈍化液；金屬絲網(wǎng)填料采用306L不銹鋼，比表面積達到1000 m2以上，并經(jīng)BD-B501型不銹鋼清洗劑進行表面處理。所述一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔塔釜中的液氨汽化，都是利用空氣源熱水器加熱塔釜中的翅片式汽化器連續(xù)氣化完成的。所述的加料罐為兩臺并聯(lián)的加料罐，通過其并聯(lián)線路上的閥門控制，可以實現(xiàn)兩臺加料罐交替供料，可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔可以同時分別生產(chǎn)99. 9995%,99. 99994%,99. 99999%這三種不同規(guī)格的氨氣。上述精餾提純過程中的輕組份含量的降低，是在精餾分離過程中，輕組分在塔頂聚集，然后通過與塔頂聯(lián)通的冷凝器的氣相放空方式完成的；上述精餾提純過程中的重組分、水分、金屬離子含量的降低，在精餾分離過程中，在塔釜釜底聚集后的殘液通過塔釜液相出口連續(xù)排出方式完成的。所述與塔頂聯(lián)通的冷凝器的氣相放空口，聯(lián)通一回收冷凝器的氣相口，回收冷凝器的液相口聯(lián)通一回收罐，該回收罐還所述的聯(lián)通塔釜液相出口，接收從其中輸出的殘液， 組成了回收系統(tǒng)。在一級精餾提純塔的產(chǎn)品出口向二級精餾提純塔的原料進口供料的管路上設(shè)有管式精密過濾器，在二級精餾提純塔的產(chǎn)品出口向三級精餾提純塔的原料進口供料的管路上也設(shè)有管式精密過濾器，在三級精餾提純塔的產(chǎn)品出口也設(shè)有管式精密過濾器，該管式精密過濾器內(nèi)的濾芯用K-49型超細玻璃纖維膜制成，可以過濾小于0. Olum的顆粒。本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明的方法，只需要通過精餾分離，系統(tǒng)同時可以生產(chǎn)出三種不同規(guī)格的高純氨和超純氨成品。設(shè)備、工藝簡單，并可連續(xù)生產(chǎn)。低含量氨汽及液氨回收利用，無二次污染。生產(chǎn)出的氨氣可廣泛應(yīng)用于液晶顯示(LCD)、有機電激光顯示 (OLED)和半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)等光電子以及太陽能電池PV等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖中1.原料工業(yè)液氨儲罐，2.液氨泵，3.高位加料罐，4.高位加料罐，5. —級精餾提純塔，6. 二級精餾提純塔，7.三級精餾提純塔，8. —級精餾塔塔頂冷凝器，9. 二級精餾塔塔頂冷凝器，10.三級精餾塔塔頂冷凝器，11.三級精餾塔塔頂放空冷凝器，12. 二級精餾塔塔頂放空冷凝器，13. —級精餾塔塔頂放空冷凝器，14. 一級精餾塔純化氨氣出口超濾器，15. 二級精餾塔塔釜氨氣出口超濾器，16.三級精餾塔純化氨氣出口超濾器，20. 二級精餾塔純化氨氣出口超濾器，17. —級精餾塔塔頂高位槽，18. 二級精餾塔塔頂高位槽，19.三級精餾塔塔頂高位槽，21. —級精餾塔加熱熱水器，22. 二、三級精餾塔加熱熱水器，23.三級精餾塔成品接收罐，24. 二級精餾塔成品接收罐，25. —級精餾塔成品接收罐，26.三級精餾塔成品冷凝器，27. 二級精餾塔成品冷凝器，28. —級精餾塔成品冷凝器，29. —級精餾塔熱水循環(huán)泵，30. 二、三級精餾塔熱水循環(huán)泵，29.工業(yè)液氨回收槽。
具體實施例方式以下，參照附圖1所示的生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖詳細說明本發(fā)明方法。液氨來自槽罐車，將原料液氨卸入原料液氨貯罐1，由液氨泵2采用間隙方法打入高位加料罐3和高位加料罐4進行輪換使用。將高位加料罐3或者4氣相平衡管與一級精餾提純塔塔釜氣相平衡管打開聯(lián)通，通過高位加料罐3或者4與一級一級精餾提純塔的液位差，由液相管向一級精餾提純塔連續(xù)加料。由熱水循環(huán)泵四將熱水器21產(chǎn)生的溫度為5 50°C的熱水，對一級精餾提純塔釜汽化器進行加熱，開啟冷凝器冷凍水，精餾開始精餾分離，控制壓力范圍在0.5 1. 6Mpa。塔頂、塔釜溫度控制在0 40°C，冷卻水溫度控制在_5 30°C。一級精餾提純塔汽化氨氣由塔頂冷凝器8冷卻成液態(tài)，進入高位槽17，回流進入一級精餾提純塔塔頂，使塔內(nèi)產(chǎn)生回流，精餾塔開始分離。原料液氨中的重組份、油、水留在塔釜，由壓力差排向工業(yè)液氨回收罐31作為工業(yè)液氨回收使用。塔頂未冷凝的液氨氣體及低沸點氣體一部份通過放空進入冷凝器13，冷卻后的工業(yè)液氨進入回收罐31作為工業(yè)液氨回收使用。部份經(jīng)過提純的液氨氣體由一級精餾提純塔中部出去經(jīng)過精密超濾器14超濾后進入二級精餾提純塔6中上部則為二級精餾提純塔加料。進入成品冷凝器觀，進入成品接收罐25則為高純氨，含量大于99. 9995%。二級精餾提純塔6中上部加入的一級精餾提純塔提純的氨氣，由塔頂冷凝器9冷卻成液態(tài)，進入高位槽18，回流進入一級精餾提純塔塔頂，使塔內(nèi)產(chǎn)生回流，精餾塔開始分離。液氨中的微量重組份、油、水留在塔釜，由壓力差排向工業(yè)液氨回收罐31作為工業(yè)液氨回收使用。塔頂未冷凝的液氨氣體及微量低沸點氣體一部份通過放空進入冷凝器12，冷卻后的工業(yè)液氨進入回收罐31作為工業(yè)液氨回收使用。部份經(jīng)過提純的液氨氣體由二級精餾提純塔塔釜中部出去經(jīng)過精密超濾器15超濾后進入三級精餾提純塔7塔釜則為三級精餾提純塔加料。由二級精餾提純塔中下部進入成品冷凝器27，進入成品接收罐M則為超純氨成品，含量大于99. 99994%，金屬離子降至ppt。三級精餾提純塔7塔釜加入的二級精餾提純塔提純的氨氣，由塔頂冷凝器10冷卻成液態(tài)，進入高位槽19，回流進入一級精餾提純塔塔頂，使塔內(nèi)產(chǎn)生回流，精餾塔開始分離。 液氨中微量的重組份、油、水留在塔釜，由液體重力作用流向二級精餾提純塔塔釜，由壓力差排向工業(yè)液氨回收罐31作為工業(yè)液氨回收使用。部份由三級精餾提純的氨氣由塔中上部出去經(jīng)過精密超濾器16超濾后進入成品冷凝器沈，進入成品接收罐23則為超純氨成品， 含量大于99. 99999%，水分降至ppb級金屬離子降至ppt級。
通過本方法提純所得的高純氨和超純氨產(chǎn)品純度如表1所示 表1.超純氨中各雜質(zhì)組分含量
權(quán)利要求
1.一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特征在于該方法包括以下幾個步驟(1)液位差自動加料原料工業(yè)液氨向一級精餾提純塔加料是利用加料罐與一級精餾提純塔塔釜液位差來完成的，加料罐上部與一級精餾提純塔上部的兩個氣相口連通，保持在0 1. 6Mpa壓力平衡范圍內(nèi)，利用高位加料罐液相口高于一級精餾提純塔塔釜100 cm以上來完成原料的自動加料；(2)一級精餾提純塔精餾提純保持一級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0 40°C范圍內(nèi)，壓力在0. 5 1. 6Mpa范圍內(nèi)，冷卻水溫度控制在_5 30°C范圍內(nèi)，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1 :30 100范圍內(nèi)，加料量與塔頂放空量之比1 :50 100范圍內(nèi)，在此操作條件下精餾分離，降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，可以從精餾提純塔塔中上部的產(chǎn)品出口產(chǎn)出含量大于99. 9995%的高純氨成品；(3)二級精餾提純塔精餾提純將上述含量大于99.9995%的高純氨成品輸入二級精餾提純塔進行二次精餾提純，保持二級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0 40°C范圍內(nèi)，壓力在 0. 5 1. 6Mpa范圍內(nèi)，冷卻水溫度控制在_5 30°C范圍內(nèi)，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1 :30 100范圍內(nèi)，加料量與塔頂放空量之比1 :50 100范圍內(nèi)，在此操作條件下精餾分離，進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產(chǎn)品出口可以產(chǎn)出含量大于99. 99994%的超純氨成品；(4)三級精餾提純塔精餾提純將上述含量大于99.99994%的超純氨成品輸入三級精餾提純塔進行三次精餾提純，保持三級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0 40°C范圍內(nèi)，壓力在0. 5 1. 6Mpa范圍內(nèi)，冷卻水溫度控制在_5 30°C范圍內(nèi)，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1:30 100范圍內(nèi)，加料量與塔頂放空量之比在1:50 100范圍內(nèi)，在此操作條件下精餾分離，更進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產(chǎn)品出口可以生產(chǎn)出含量大于99. 99999%的超純氨成品。
2.如權(quán)利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特征在于所述的一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔的塔釜及塔內(nèi)件采用306L不銹鋼制成，表面采用機械打磨拋光與化學(xué)鈍化液拋光相結(jié)合的拋光方法，使光潔度達到0. Ium以上，該化學(xué)鈍化液為BD-B102型不銹鋼酸洗鈍化液；金屬絲網(wǎng)填料采用306L不銹鋼，比表面積達到1000 Itl2以上，并經(jīng)BD-B501型不銹鋼清洗劑進行表面處理。
3.如權(quán)利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特征在于所述一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔塔釜中的液氨汽化，都是利用空氣源熱水器加熱塔釜中的翅片式汽化器連續(xù)氣化完成的。
4.如權(quán)利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特征在于所述的加料罐為兩臺并聯(lián)的加料罐，通過其并聯(lián)線路上的閥門控制，可以實現(xiàn)兩臺加料罐交替供料，可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔可以同時分別生產(chǎn)99. 9995%,99. 99994%,99. 99999%這三種不同規(guī)格的氨氣。
5.如權(quán)利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特征在于上述精餾提純過程中的輕組份含量的降低，是在精餾分離過程中，輕組分在塔頂聚集，然后通過與塔頂聯(lián)通的冷凝器的氣相放空方式完成的；上述精餾提純過程中的重組分、水分、金屬離子含量的降低，在精餾分離過程中，在塔釜釜底聚集后的殘液通過塔釜液相出口連續(xù)排出方式完成的。
6.如權(quán)利要求5所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特征在于所述與塔頂聯(lián)通的冷凝器的氣相放空口，聯(lián)通一回收冷凝器的氣相口，回收冷凝器的液相口聯(lián)通一回收罐，該回收罐還所述的聯(lián)通塔釜液相出口，接收從其中輸出的殘液，組成了回收系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特征在于在一級精餾提純塔的產(chǎn)品出口向二級精餾提純塔的原料進口供料的管路上設(shè)有管式精密過濾器， 在二級精餾提純塔的產(chǎn)品出口向三級精餾提純塔的原料進口供料的管路上也設(shè)有管式精密過濾器，在三級精餾提純塔的產(chǎn)品出口也設(shè)有管式精密過濾器，該管式精密過濾器內(nèi)的濾芯用K-49型超細玻璃纖維膜制成，可以過濾小于0. Olum的顆粒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，用工業(yè)級液氨采用精餾分離方法，生產(chǎn)各級別的超純氨。用本發(fā)明的方法，通過一級汽化精餾提純可生產(chǎn)出含量大于99.9995%的高純氨；通過二級精餾提純可生產(chǎn)出含量大于99.99994%的超純氨；通過三級深度精餾提純可生產(chǎn)出含量大于99.99999%的7N電子級超純氨。通過本方法可以里連續(xù)生產(chǎn)出7N電子級超純氫，也可以分等級同時出產(chǎn)品。生產(chǎn)出的氨氣可廣泛應(yīng)用于液晶顯示(LCD)、有機電激光顯示(OLED)和半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED)等光電子以及太陽能電池PV等領(lǐng)域。
文檔編號C01C1/02GK102167355SQ20111005871
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者李英輝, 李荷慶, 金向華 申請人:蘇州金宏氣體股份有限公司