[發(fā)明專(zhuān)利]一種高純氨生產(chǎn)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310671913.1
• 申請(qǐng)日: 2013-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104709925A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉祥林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南高安新材料有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C01C1/12
• 分類(lèi)號(hào): C01C1/12
• 代理公司: 北京正理專(zhuān)利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)涉及一種高純氨氣生產(chǎn)裝置，特別是純度在“6N”(即6個(gè)“9”，或99.9999％)以上的高純氨氣生產(chǎn)裝置。

背景技術(shù)

高純氨氣在半導(dǎo)體領(lǐng)域有極其重要的用途。然而，氨氣中的水非常難以去除。目前通常用精餾法去除氨中的水分，即利用氨與水的沸點(diǎn)差異將氨中的水分離。但是這種方法很難將氨氣提純到很高的純度，或者說(shuō)即使可以提純到很高的純度也會(huì)付出很高昂的成本，原因是氨與水相溶性太好了。氨和水分子中都含有很強(qiáng)的氫鍵，氨和水在一起很容易通過(guò)氫鍵形成氨水分子(NH₃·H₂O)或者氫氧化銨(NH₄OH)分子。也就是說(shuō)，氨和水通過(guò)“化學(xué)反應(yīng)”生成了一個(gè)分子了。既然是一個(gè)分子，就不可能通過(guò)精餾法(一種物理純化方法)將氨與水分離了。精餾法只能分離兩種或多種沸點(diǎn)不同，但不相互進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。

本發(fā)明的核心是利用化學(xué)方法去除氨中的水。水與堿金屬(鉀、鈉等)會(huì)急劇地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，而氣體氨氣與堿金屬(鉀、鈉等)等不反應(yīng)。利用這一特點(diǎn)，將含有水分的氨氣通過(guò)鉀鈉合金(液體)，其中的水分子與鉀或鈉進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，而氨氣分子不反應(yīng)，這樣就去除了氨氣中的水分，氨氣得到純化。這是本發(fā)明的核心思想——利用化學(xué)方法去除氨中的水，區(qū)別于常規(guī)的精餾法(物理方法)。本裝置處理去除氨氣中的水以外，還可以去除氧氣、一氧化碳、二氧化碳、乙醇等含氧雜質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

一套高純氨生產(chǎn)裝置。該裝置依次由以下部件按順序用不銹鋼管道連接而成，如圖1所示：氨原料罐(1)、鉀鈉合金罐(2)、隔膜壓縮泵(3)、冷凝器(5)、氣液分離罐(6)、以及氨成品罐(8)。在氣液分離罐(6)中放入活性炭過(guò)濾器(7)。冷凝器(5)和氣液分離罐(6)以及活性炭過(guò)濾器(7)放在冷凍箱(4)中。

在鉀鈉合金罐(2)中裝滿(mǎn)鉀鈉合金——是由高純金屬鉀和鈉，按照一定的比例，放在一起融化后生成。其中鉀／鈉比例范圍為0～100％。一般情況下，鉀／鈉比例為1：1，其熔點(diǎn)～25℃，室溫下為液體。鉀鈉合金放置在不銹鋼容器內(nèi)，形成鉀鈉合金罐(2)。鉀鈉合金罐(2)的外殼可以是室溫，也可以用加熱器加熱恒溫，一般情況下控制在40～50℃。

鉀鈉合金罐(2)是本發(fā)明的關(guān)鍵部件。當(dāng)氨氣通過(guò)鉀鈉合金中，氨氣中的氧氣、水、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、乙醇等含有氧元素的氣體都被鉀鈉合金吸收，生成氧化物(或者氫氧化物)浮在鉀鈉合金的表面。這樣氨氣中的含氧物質(zhì)被吸收，氨氣得到純化。具體的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

4Na+O₂＝2Na₂O

4K+O₂＝2K₂O

2Na+2H₂O＝2NaOH+H₂↑

2K+2H₂O＝2KOH+H₂↑

2Na+CO＝Na₂O+C

2K+CO＝K₂O+C

4Na+CO₂＝2Na₂O+2C

4K+CO₂＝2K₂O+2C

2Na+2CH₃CH₂OH＝2CH₃CH₂ONa+H₂↑

2K+2CH₃CH₂OH＝2CH₃CH₂OK+H₂↑

2Na+H₂S＝Na₂S+H₂↑

2K+H₂S＝K₂S+H₂↑