[發明專利]氫回收系統和氫回收方法

在審

• 申請號: 201980029047.1
• 申請日: 2019-05-17
• 公開（公告）號: CN112135790A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 神原信志;早川幸男;三浦友規;池田達也
• 申請（專利權）人: 澤藤電機株式會社;國立大學法人東海國立大學機構
• 主分類號: C01B3/56
• 分類號: C01B3/56;B01D53/04;B01D53/22;C01B3/00;C01B3/04;C23C16/44;H01M8/0606
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 梁春艷

本發明提供了一種氫回收系統和氫回收方法，其能夠從氮化物生產設備排出的廢氣中高收率地凈化高純度氫，并回收。氫回收系統1包括廢氣供應路徑11，其提供從氮化物生產設備2排出的廢氣；氫回收裝置10和氫供應路徑12。氫回收系統1的氫回收裝置10的特征在于包括：等離子體反應容器31，其限定放電空間32的至少一部分；氫分離膜34，其將放電空間32與同氫供應路徑12相連通的氫流路徑33分隔開，通過其一個表面限定放電空間32的至少一部分，通過其另一個表面限定氫流路徑33的至少一部分；電極35，其布置在放電空間32外部；以及吸附劑36，其填充在放電空間32中并吸附所供應的廢氣。

技術領域

本發明涉及一種氫回收系統和氫回收方法，具體地涉及一種通過從金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)設備排出的含氫廢氣中凈化高純度氫來回收氫的氫回收系統，以及從MOCVD設備排出的廢氣中回收氫的方法。

背景技術

近年來，在諸如發光二極管等發光設備中或在高頻設備、功率半導體設備等中，化合物半導體代替常規的硅半導體的使用已經變得廣泛。具體地，針對使用氮化鎵(GaN)的氮化鎵半導體的需求正在增長，并且近年來，用于生產這種半導體的技術得到了快速發展。GaN半導體是通過使用MOCVD在由硅、藍寶石等制成的基板上生長GaN的薄膜晶體來生產的。在用于生產GaN半導體的MOCVD過程中，除了有機金屬之外，生產原料氣體和載氣的成本很高，廢氣處理所需的成本也很高。將用于生產這些氣體并且處理廢氣的成本加起來，它們可能占總生產成本的多達10％至20％。而且，由于在MOCVD過程中使用的設備消耗了大量電力，因此在生產時需要節能。

專利文獻1公開了一種用于從包含從氮化鎵基化合物半導體的生產過程排出的氨、氫、氮和有機金屬化合物的廢氣中回收氫的方法。在專利文獻1中公開的用于再利用氫的方法中，使廢氣與凈化劑接觸以去除有機金屬化合物，然后與氨分解催化劑接觸以將氨分解為氮和氫，并且在上述處理之后，廢氣在加熱條件下進一步與鈀合金膜接觸，以回收透過鈀合金膜的氫。在專利文獻1中公開的用于回收和再利用氫的方法中，需要將鈀合金膜加熱到350至500攝氏度的溫度并加壓到0.3至0.8MPa的表壓。因此，需要加壓泵和電加熱器來使氫分離膜起作用。另外，氫產率為60％至70％，因此需要進一步提高。

如專利文獻2所示，發明人發明了一種使用氨作為原料生產高純度氫的制氫設備。當專利文獻2中公開的設備擴大時，能量效率可能變差，這意味著當需要大規模制氫時，氫產率可能會降低。

相關的現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP2014-214060

專利文獻2：JP2014-70012

發明內容

本發明要解決的問題

鑒于上述情況做出了本發明，并且其目的是提供一種以高產率從氮化物生產設備的廢氣中回收氫并且再利用它作為高純度氫的氫回收系統以及從氮化物生產設備的廢氣中回收氫的方法。

解決問題的手段

根據本發明的用于氮化物生產設備的氫回收系統包括：廢氣供應路徑，其接收從氮化物生產設備排出的廢氣；氫回收裝置，其從廢氣中凈化高純度氫；以及氫供應路徑，其從氫回收裝置向氮化物生產設備供應高純度氫。根據本發明的氫回收系統的氫回收裝置的特征在于，它包括：等離子體反應容器，其限定放電空間的至少一部分；氫分離膜，其將放電空間與同氫供應路徑相連通的氫流路徑分隔開，通過其一個表面限定放電空間的至少一部分，通過其另一個表面限定氫流路徑的至少一部分；電極，其布置在放電空間外部；以及吸附劑，其填充在放電空間中并吸附所供應的廢氣。

在根據本發明的氫回收系統中，優選地，氮化物生產設備為MOCVD設備。

在根據本發明的氫回收系統中，優選地，填充在氫回收裝置的放電空間中的吸附劑為沸石和/或活性氧化鋁。