[發明專利]三塔精餾制取7N光電子級超高純氨的方法

無效

• 申請號: 201110398639.6
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN103130242A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 吳納新
• 申請（專利權）人: 吳納新
• 主分類號: C01C1/02
• 分類號: C01C1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明是采用三塔精餾由99.9％工業液氨制取99.99999％光電子級超高純氨的方法。涉及超高純光電子級特種氣體的純化技術。?

技術背景：

近年來，隨著全球石油等能源資源逐漸減少，世界各國大力發展清潔能源以及節能技術，重點關注低碳經濟。在此背景下，我國的太陽能電池和LED技術及相關產業得到了迅猛發展。在生產制造太陽能電池及LED芯片過程中，都需要用到大量的超純氨作為氮源，尤其是LED芯片在生長時，所用的氨的純度越高，制備的LED功耗越小，發光強度越大。?

LED的外延生長是指應用金屬有機化學氣相沉積工藝MOCVD在一定襯底材料上生長出特定的單晶薄膜。被廣泛用作背光光源的高效藍光LED的制備過程中需要在藍寶石襯底材料上生長GaN單晶膜。其中，Ga來自金屬有機源(MO源)如三甲基鎵(TMG)；N來自超高純氨氮源?？梢姵呒儼笔撬{光LED外延片的三大核心材料之一。而光電子級超高純氨的純度需要達到6N4或7N以上。?

超高純氨的制取一般都是采用工業液氨通過催化吸附、精餾、過濾等物理化學方法來除去氨中各種輕組分(H₂、O₂、N₂、CH₄、CO、CO₂)雜質、高沸物、水和金屬雜質等。工藝過程比較復雜，尤其是采用催化吸附法在除去水和氧等過程中有可能帶入新的化學雜質。因此本發明可由工業液氨為原料直接制取7N超高純氨，可以盡量避免外來污染，達到光電子半導體外延所需的更優良的超高純氨氣。?

發明內容：

根據工業液氨的純度，優級品為99.9％。隨著合成氨廠所采用的煤、石油和天然氣等原料的不同，工業液氨中的雜質組成也有區別，一般分析結果：氨中水為500-1000ppm、其他H₂、O₂、N₂、CH₄、CO、CO₂等都在幾十到幾百ppm、還有少量油類和金屬雜質等。?

本發明采用三級精餾方法，第一級精餾塔可以在塔釜除去水分、高沸物和金屬雜質，第二級精餾塔可以在塔頂除去輕組分，第三級精餾塔可進一步在塔底除去水分等重組分；在塔頂除去輕組分，得到7N超高純氨。具體工藝過程見附圖1。?

原料液氨首先進入氣化器1，然后經過精密過濾器2進入第一級精餾塔3，塔釜再沸器4用熱水加熱蒸發回流液氨，并少量排出含水廢氨，塔頂冷凝器5用冷凍水冷卻液化氨氣通過高位槽6使液氨回流到精餾塔3頂部。高位槽6上部氨氣進入二級精餾塔7，塔釜再沸器8用熱水加熱蒸發回流液氨同時把初步純化的液氨送入三級精餾塔11，塔頂冷凝器9用冷凍水?冷卻液化氨氣，并通過高位槽10使液氨回流到精餾塔7頂部，氨中輕組分雜質通過高位槽10上部排出。進入三級精餾塔11的純氨，進一步通過塔釜再沸器12把回流液氨蒸發和把含水廢氨排出。在塔頂冷凝器13把氨氣液化并通過高位槽14把部分液氨作為回流液送入精餾塔11頂部。把另一部分液氨作為超純氨產品送入產品罐15，通過高位槽14的上部可以進一步把氨中輕組分雜質排出。?

實施舉例：?

年產2000t超高純氨裝置，進入第一級精餾塔3的氨氣量270Kg/h，其中組成為NH₃99.9％、H₂100ppm、O₂100ppm、N₂200ppm、CH₄50ppm、CO?20ppm、CO₂30ppm、水分500ppm。在塔釜再沸器4排出含水廢氨2-3Kg/h，由塔頂冷凝器5下面高位槽6上部的氨氣進入第二級精餾塔7的氨氣中輕組分雜質含量基本不變，水分含量可降至100ppb以下。在第二級精餾塔7的塔頂冷凝器9下面的高位槽10上部可把含氨輕組分廢氣排出3-5Kg/h，在第二級精餾塔7的塔釜再沸器8下部液氨純度可達6N以上，各種雜質組成均在100ppb以下。送入第三級精餾塔11后，在塔釜再沸器12中可把含微量水的液氨廢液排出1-2Kg/h，在塔頂冷凝器13下面的高位槽14的上部可把含少量輕組分雜質的廢氨排出2-4Kg/h，在高位槽14的下部有一部分液氨送精餾塔11塔頂回流，另一部分液氨已達到7N純度送入產品罐15.超高純液氨產量258Kg/h以上，提取率為95％以上。其中氨氣純度為99.99999％，輕組分雜質H₂、O₂、N₂、CH₄、CO、CO₂均少于10ppb，水分少于50ppb。?