汤剑波YMOCVD尾气中氨气的回收和循环利用精要.ppt

目 录 前言 MOCVD氨气背景资料 氨气的理化性质 现有氨气尾气处理方法 正帆氨气回收系统介绍 总结 MOCVD背景资料 MOCVD生长GaN的反应中氨气必须大量过量： 氨气的排出量通常约为进气量的70%～80%。 截止至2011年底，国内产业化的MOCVD机台数量已达 700多台。 （数据来源于高工LED产业研究院） 2011年国内的高纯氨消耗大约在20,000吨： 直接排放或者需要处理的氨气量每年多达14,000-16,000吨。 （数据来源于各大气体公司） 氨气的物化性质 在钢瓶内以液氨形式存在 常温常压下，呈无色并具有刺激性的碱性气体 极易溶于水 氨是强结合的稳定化合物 常压下，454℃以上会产生少量分解 液氨沸点-33.43℃, 蒸发热为1,337kJ/kg 在空气中的燃烧范围为16%—25% 半数致死浓度(LC50)为7,338ppm 工作场所限制浓度阈值(TLV-TWA)为25ppm 现有氨气尾气的处理方法 喷淋吸收法 用硫酸水溶液吸收废气中的氨，为了提高氨的吸收效率，吸收液需保持一定的酸度，厂内需贮存大量的硫酸。吸收氨后，产生的洗涤塔废液为硫酸铵，目前大部分企业都是直接稀释排放，造成环境污染；少部分企业会委托专门的废弃物处理公司进行处理。 现有氨气尾气的处理方法 燃烧法 以天然气燃烧或电加热产生高温或低温催化的方法，将分解氨成氢气与氮气，氢气与空气中的氧气进行燃烧反应生成水，因此氨气燃烧处理后变成氮气和水，可直接排放。但燃烧分解时，氧气过量会产生氮氧化物(NOx)；氧气不足时，氨无法充分燃烧。 正帆集团的氨气回收系统 正帆集团的氨气回收系统 过滤系统 除去MOCVD尾气中可能含有的MO源和固体粉末 过滤器外壳：不锈钢 滤材：石英砂 正帆集团的氨气回收系统 吸附剂特点： 化学稳定性好 对氨选择性好 氨吸附容量大 易解吸 再生寿命长 吸附床示意图 吸附床的换热模拟 正帆集团的氨气回收系统 冷凝液化系统 冷凝液化的换热模拟 正帆集团的氨气回收系统 精馏系统 液氨收集罐内收集到的液氨因纯度较低（2N左右）； 液氨中可能含有的杂质一般为水分、碳氢化合物等重组分，以及氢气、氮气等轻组分； 可以通过精馏的方法来将它们除去； 精馏塔体和填料均为316L不锈钢材质； 控制精馏温度； 连续放空塔顶轻组分杂质和塔底重组分杂质； 收集中间馏分即可得到高纯氨气； 分析产品质量可达6N-7N； 可供客户MOCVD机台直接使用。 精馏塔示意图 总结 对氨气进行回收利用； 采用吸附和精馏法； 从根本上避免了氨气的排放或者处理； 采用的吸附剂为常见的化合物，且吸附剂可以重复利用； 吸附温度和解吸温度都比较容易控制实现； 吸附回收的液氨精馏纯化属于常规的精馏过程； 整个回收工序流程清晰，操作方便。 总结 初始成本跟燃烧法相当； 年运行成本大大低于水洗法和燃烧法； 真正意义上的环保回收，实现节能减排和保护环境。 GENTECH CONFIDENTIAL Jacky Tang * Confidential! MOCVD的NH3尾气回收系统 优点 初期设备投入成本低 处理方法简单 缺点 对环境造成的污染大 后续废弃物处理成本高 设备占地面积大，噪声大，气味重 优点 减少了氨氮的排放 设备占地面积小 缺点 初始设备成本高 运行成本高，耗能大 可能会产生氮氧化物，污染环境 工艺流程简图如下： 吸附系统 采用吸附原理让MOCVD尾气经过一个吸附床，使用特定的吸附剂对NH3进行吸附； 吸附床设计为两个并联，一个吸附的同时另一个解吸； 吸附在较低温度下进行，NH3被吸附，而H2、N2则被排放，冷媒由冷冻机提供； 解吸在特定温度下进行，热源由热机提供给吸附床； 解吸出来NH3气通过压缩机加压冷凝成液氨收集至一个收集罐内。 我们选择的吸附剂： 碱土金属氯化物，如氯化钙、氯化镁、氯化锶等。