YMOCVD尾气中氨气的回收和循环利用课件.ppt

1、Jacky Tang2Confidential!目 录n 前言前言n MOCVD氨气背景资料氨气背景资料n 氨气的理化性质氨气的理化性质n 现有氨气尾气处理方法现有氨气尾气处理方法n 正帆氨气回收系统介绍正帆氨气回收系统介绍n 总结总结Jacky Tang3Confidential!n MOCVD生长生长GaN的反应中氨气必须大量过量：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氨气的排出量通常约为进气量的70%80%。n 截止至截止至2011年底，国内产业化的年底，国内产业化的MOCVD机台数量已达机台数量已达 700多台。多台。 （数据来源于高工（数据来源于高工LED产业研究院

2、）产业研究院） n 2011年国内的高纯氨消耗大约在年国内的高纯氨消耗大约在20,000吨：吨： 直接排放或者需要处理的氨气量每年多达直接排放或者需要处理的氨气量每年多达14,000-16,000吨。吨。 （数据来源于各大气体公司）（数据来源于各大气体公司） MOCVD背景资料Jacky Tang4Confidential!氨气的物化性质n 在钢瓶内以液氨形式存在在钢瓶内以液氨形式存在n 常温常压下，呈无色并具有刺激性的碱性气体常温常压下，呈无色并具有刺激性的碱性气体n 极易溶于水极易溶于水n 氨是强结合的稳定化合物氨是强结合的稳定化合物n 常压下，常压下，454以上会产生少量分解以上会产生少

3、量分解n 液氨沸点液氨沸点-33.43, 蒸发热为蒸发热为1,337kJ/kgn 在空气中的燃烧范围为在空气中的燃烧范围为16%25%n 半数致死浓度半数致死浓度(LC50)为为7,338ppmn 工作场所限制浓度阈值工作场所限制浓度阈值(TLV-TWA)为为25ppmJacky Tang5Confidential!现有氨气尾气的处理方法n 喷淋吸收法喷淋吸收法 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

4、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；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。少部分企业会委托专门的废弃物处理公司进行处理。 n 优点优点初期设备投入成本低初期设备投入成本低处理方法简单处理方法简单n 缺点缺点对环境造成的污染大对环境造成的污染大后续废弃物处理成本后续废弃物处理成本高高设备占地面积大，噪设备占地面积大，噪声大，气味重声大，气味重Jacky Tang6Confidential!现有氨气尾气的处理方法n 燃烧法燃烧法 以天然气燃烧或电加热产生高温或低温催化的方法，将分解氨成以天然气燃烧或电加热

5、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生氮氧化物(NOx)；氧气不足时，氨无法充分燃烧。；氧气不足时，氨无法充分燃烧。n 优点优点减少了氨氮的排放减少了氨氮的排放设备占地面积小设备占地面积小n 缺点缺点初始设备成本高初始设备成本高运行成本高，耗能大运行成本高，耗能大可能会产生氮氧化物，可能会产生氮氧化物，污染环境污染环境Jacky Tang7Conf

6、idential!工艺流程简图如下：工艺流程简图如下：正帆集团的氨气回收系统Jacky Tang8Confidential!n 过滤系统过滤系统 除去除去MOCVD尾气中可能含有的尾气中可能含有的MO源和固体粉末源和固体粉末 过滤器外壳：不锈钢过滤器外壳：不锈钢 滤材：石英砂滤材：石英砂正帆集团的氨气回收系统n 吸附系统吸附系统 采用吸附原理让采用吸附原理让MOCVD尾气经过一个吸附床，使用特定的吸附剂对尾气经过一个吸附床，使用特定的吸附剂对NH3进行吸附；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，吸附在

7、较低温度下进行，NH3被吸附，而被吸附，而H2、N2则被排放，冷媒由冷冻则被排放，冷媒由冷冻机提供；机提供； 解吸在特定温度下进行，热源由热机提供给吸附床；解吸在特定温度下进行，热源由热机提供给吸附床； 解吸出来解吸出来NH3气通过压缩机加压冷凝成液氨收集至一个收集罐内。气通过压缩机加压冷凝成液氨收集至一个收集罐内。Jacky Tang9Confidential!n 吸附剂特点：吸附剂特点： 化学稳定性好化学稳定性好 对氨选择性好对氨选择性好 氨吸附容量大氨吸附容量大 易解吸易解吸 再生寿命长再生寿命长正帆集团的氨气回收系统n 我们选择的吸附剂：我们选择的吸附剂： 碱土金属氯化物，如氯化钙、氯

8、化镁、氯化锶等。碱土金属氯化物，如氯化钙、氯化镁、氯化锶等。Jacky Tang10Confidential!吸附床示意图Jacky Tang11Confidential!吸附床的换热模拟Jacky Tang12Confidential!正帆集团的氨气回收系统n 冷凝液化系统冷凝液化系统Jacky Tang13Confidential!冷凝液化的换热模拟Jacky Tang14Confidential!n 精馏系统精馏系统 液氨收集罐内收集到的液氨因纯度较低（液氨收集罐内收集到的液氨因纯度较低（2N左右）；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、液氨中可能含有的

9、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；氮气等轻组分； 可以通过精馏的方法来将它们除去；可以通过精馏的方法来将它们除去； 精馏塔体和填料均为精馏塔体和填料均为316L不锈钢材质；不锈钢材质； 控制精馏温度；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；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；收集中间馏分即可得到高纯氨气； 分析产品质量可达分析产品质量可达6N-7N； 可供客户可供客户MOCVD机台直接使用。机台直接使用。 正帆集团的氨气回收系统Jacky Tang15Confidential!精馏塔示意图Jacky Tang16Co

10、nfidential!n 对氨气进行回收利用；对氨气进行回收利用；n 采用吸附和精馏法；采用吸附和精馏法；n 从根本上避免了氨气的排放或者处理；从根本上避免了氨气的排放或者处理；n 采用的吸附剂为常见的化合物，且吸附剂可以重复利用；采用的吸附剂为常见的化合物，且吸附剂可以重复利用；n 吸附温度和解吸温度都比较容易控制实现；吸附温度和解吸温度都比较容易控制实现；n 吸附回收的液氨精馏纯化属于常规的精馏过程；吸附回收的液氨精馏纯化属于常规的精馏过程；n 整个回收工序流程清晰，操作方便。整个回收工序流程清晰，操作方便。总结Jacky Tang17Confidential!n 初始成本跟燃烧法相当；初始成本跟燃烧法相当；n 年运行成本大大低于水洗法和燃烧法；年运行成本大大低于水洗法和燃烧法；n 真正意义上的环保回收，实现节能减排和保护环境。真正意义上的环保回收，实现节能减排和保护环境。 总结Jacky Tang18Confidential!