[實用新型]高純氨制備工藝中冷量利用裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220590163.6
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN202880910U
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 鮑堅仁;鮑堅斌
• 申請（專利權）人: 湖南高安新材料有限公司
• 主分類號: C01C1/12
• 分類號: C01C1/12
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本實用新型屬于節(jié)能領域，涉及一種合成高純氨中能量利用裝置，尤其是涉及一種高純氨制備工藝中冷量利用裝置。

背景技術

現代微電子和光電子等工業(yè)的發(fā)展對氮化物特別是氮化鎵（GaN）和氮化硅（Si₃N₄）提出了更高的質量要求。在制備高質量的氮化物中，必須要使用高純度的氨氣（高純氨），通常高純氨的純度需要在99.9999%以上。中國專利ZL2009100662709.3，名稱為“氨催化裂解、氫氮氣純化和氨合成三步集成制備高純氨的方法”公開了一種區(qū)別于傳統(tǒng)的通過精餾獲得高純氨的新方法：在該專利中獲得高純氨的工藝，既有高溫流程：比如氨催化裂解所需的高溫（約800℃）和氨合成所需的高溫（約400℃），也有低溫流程：氨合成后需要把介質(包括氨氣、氫氮混合氣)降低至低溫（通常在－25℃以下）。這些過程都需要消耗相當多的能量，如何在這些工藝流程降低能耗是一個重要的課題，因為降低能耗意味著降低成本。在該專利中在能量的利用方面還存在如下缺陷：

1）在三步法的氨合成這一步中，在得到高純氨氣后，還需要把氨氣跟氫氮混合氣分離出來，為了盡可能分離氨氣和氫氮混合氣，分離通常需要對介質制冷降至－25～－50℃以下的低溫，通過把氨氣液化成液氨后跟氫氮混合氣分離，這一步制冷需要消耗相當多的能量。

2）在三步法的氨催化裂解這一步中，又需要把低純氨（通常為液氨而不是氨氣）加熱氣化然后再升溫至約800℃的高溫，然后分解為氫氮混合氣，這一步也要消耗相當多的能量，能量的消耗可以分為三部分：液氨的氣化、氣化后的氨氣的升溫和氨分解作為一個吸熱反應要消耗的能量，其中前兩部分消耗的能量基本相當。液氨的氣化潛熱很大，在一個大氣壓的條件下，1克氨的氣化潛熱為1368焦耳，這一方面意味著液氨氣化需要大量的能耗，另一方面也意味著液氨含有大量的冷量。

3）前面跟液氨分離出來的氫氮混合氣需要重新進入合成塔，剛分離出來的氫氮混合氣也含有相當多的冷量，這些冷量沒能得到充分的利用。

4）在高純氨制造過程中，需要消耗相當多的氮氣，主要用于純化系統(tǒng)的再生或者管道、容器的吹掃等，這些氮氣往往通過液氮氣化而得，而液氮是一種非常好的冷源，而該液氮冷源也未能得到充分的運用。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種高純氨制備工藝中冷量的利用裝置。該裝置是在中國專利ZL?2009100662709.3提供的技術方案的基礎上，能充分利用好該技術中產生的冷量來降低能耗，這些冷量幾乎達到整個制冷所需冷量的50～85%，生產成本大大降低。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下的技術方案：

一種高純氨制備工藝中冷量的利用裝置，包括換冷器、氨冷器、深冷器、液氮換冷器和氨分離器；

所述換冷器包括橫向通道和縱向通道，橫向通道和縱向通道互不連通；

所述氨冷器包括橫向通道和縱向通道，橫向通道和縱向通道互不連通；

所述深冷器包括橫向通道和縱向通道，橫向通道和縱向通道互不連通；

所述液氮換冷器包括橫向通道和縱向通道，橫向通道和縱向通道互不連通；

高純氨合成氨出塔氣經過冷卻降至室溫后，氣體通過換冷器的橫向通道進口端進入換冷器，換冷器的橫向通道出口端通過第一管道與氨冷器橫向通道進口端連接相通，所述氨冷器橫向通道出口端通過第二管道與深冷器橫向通道進口端連接相通，所述深冷器橫向通道出口端通過第三管道與液氮換冷器橫向通道進口端連接相通，所述液氮換冷器橫向通道出口端通過第四管道與氨分離器進口端連接相通，所述氨分離器設有兩個出口端，第一出口端通過第五管道與換冷器縱向通道入口端連接相通，第二出口端連接高純液氨排出管；

所述氨冷器縱向通道進口端連接低純液氨輸入管，出口端連接氨氣出口管；

所述深冷器縱向通道進口端連接制冷介質輸入管，出口端連接制冷介質出口管；

所述液氮換冷器縱向通道進口端連接液氮輸入管，出口端連接氮氣出口管。

優(yōu)選地，所述換冷器、氨冷器、深冷器和液氮換冷器采用管殼式換熱器結構。

優(yōu)選地，所述換冷器、氨冷器、深冷器和液氮換冷器采用不銹鋼或碳鋼材質。

利用上述裝置對高純氨制備工藝中冷量的利用方法，包括如下步驟：