一套用mocvd尾气制氢的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型设计了一套用MOCVD尾气制氢的装置，该方法可用于用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生产氮化镓发光二极管(GaN-LED)厂家中，属半导体制备技术领域。
【背景技术】
[0002]以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物已经成为一种重要的半导体材料，以GaN做成的发光二极管(LED)已经成为半导体照明的主要发展方向。
[0003]MOCVD是目前生产氮化镓发光二极管(GaN-LED)的唯一方法。在MOCVD生产GaN-LED的过程中，一方面MOCVD设备需要大量的高纯氢气作为载气，另一方面MOCVD设备又会排放大量尾气(废气)，尾气中主要有氨气、氢气、氮气以及其它杂质气体。
[0004]氢虽然在地壳中非常丰富，但氢通常以“水”的形式存在，地壳表面不存在单质氢气。目前电解水制氢是GaN-LED生产企业中普遍采用的方法。然而电解水制氢需要消耗大量电能，成本较高。如果采用水煤气制氢或者甲烷裂解制氢方法，虽然成本较低，但污染很大而且杂质太多，LED厂家一般不采用这种方法。
[0005]另外，MOCVD生产LED过程中，还会排放大量的尾气，尾气中含有氨气、氢气、氮气等。如果直接将这些废气排放，势必污染环境。目前常用的处理方法是:(i)水(或酸)吸收法。将尾气通入水(或酸溶液)中，尾气中的氨气被水或酸吸收。该方法虽然简单，被大多数GaN-LED生产企业采用，但如何处理氨水(或铵盐)也是一件很麻烦的事情。这只是将一个问题转移到另一个问题，但实质问题并没有最终解决；(ii)高温分解法。将尾气通过600°C?900°C的高温炉中，其中氨气分解成氢气和氮气，然后排放到大气中。该方法最大的缺点就是能耗很高，成本较高，很少被GaN-LED企业采用焚烧法。将尾气与空气混合一起，加钯催化剂，在300°C?500°C温度下焚烧，将氨气分解，排放到大气中。该方法有一个致命的缺点，就是在焚烧过程中会产生氮氧化物及二恶英等有害物质，污染环境，很少被GaN-LED企业采用。
[0006]由于以上原因，近期利用MOCVD尾气制氢引发了人们的关注。中国专利申请号201410062339.4提出了一种用MOCVD尾气制氢的方法。该方法的基本思想为:将MOCVD尾气经过300°C?500°C的反应炉变成氢氮混合气，然后用氢氮混合气通过钯膜纯化器将杂质去除得到高纯度的氢气。该方法有以下严重缺点:(i)反应炉温度较低，氨气分解不充分；(ii)氢氮混合气中氮气含量高达55%以上，钯膜纯化器对如此高浓度的氮气无能为力，而且氢氮混合气中的残余氨气对会钯膜纯化器产生破坏作用。中国专利申请号20141022950.8则提出了另外一种方法:先将MOCVD尾气加压冷冻分离氨(液相)，再将气相通过变压吸附(PSA)装置分离氢。该方法有以下缺点:(i)同时回收氨气和氢气两个产品，需要两套提纯设备，设备投资较大；(ii)这两个产品都无法保证LED厂自给，还需要外购氢气和氨气。
[0007]本实用新型提供了一套利用MOCVD尾气制氢装置。本装置既可解决MOCVD尾气排放造成环境污染问题，又可为MOCVD设备提供原料氢气，而且所得到的氢气成本低于常规用电解水制氢的成本。如考虑到常规MOCVD尾气处理成本和电解水成本，用本装置制造的氢气的成本更低，只有常规MOCVD尾气处理成本和电解水成本的三分之一，适合LED生产厂家使用。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的一个目的在于提供一套用MOCVD尾气制氢的装置。
[0009]—套用MOCVD尾气制氢的装置，所述制氢装置包含:
[0010]用于将含氢的尾气分解为氢氮混合气的分解炉，
[0011]用于除去氢氮混合气中杂质、同时含有可再生吸附剂的变温吸附设备，
[0012]用于将除杂后的氢氮混合气中的氢气浓缩提纯同时产生高压逆放气、低压逆放气的变压吸附设备，和
[0013]用于将未除杂或除杂的氢氮混合气进行加压的氢气压缩机；
[0014]所述分解炉、变温吸附设备和变压吸附设备依次连接；
[0015]所述氢气压缩机设于分解炉与变温吸附设备之间或
[0016]设于变温吸附设备与变压吸附设备之间。
[0017]优选地，所述制氢装置还包含:
[0018]用于将含氢的尾气与氢氮混合气之间进行热交换的热交换器；
[0019]用于将经过热交换的氢氮混合气进行冷却的第一水冷器；
[0020]用于将未除杂或除杂的氢氮混合气进行冷却的第二水冷器；和
[0021]用于将高压逆放气的流量和压强进行缓冲和稳定的逆放气缓冲罐。
[0022]优选地，所述分解炉至少有I个，所述分解炉的加热方式为电加热，加热温度范围为 600。。-900。。。
[0023]优选地，所述氢气压缩机设有用于
[0024]通入未除杂或除杂氢氮混合气的进气口和用于输出未除杂或除杂氢氮混合气的出气口。
[0025]优选地，所述氢气压缩机的级数为1-3级；所述氢气压缩机的数量至少为一台。
[0026]优选地，所述变温吸附设备设有
[0027]用于通入未除杂的氢氮混合气的原料气进口，
[0028]用于输出除杂后的氢氮混合气的原料气出口，
[0029]用于通入令吸附剂再生的再生气体的再生进气口，
[0030]用于输出令吸附剂再生的再生气体的再生出气口 ；
[0031]所述变温吸附设备的再生出气口排出的气体点火燃烧排空或直接排空。
[0032]优选地，所述变温吸附设备包含至少两个吸附塔；所述变温吸附设备可加热或不加热；所述变温吸附设备的加热方式为电加热，或用分解炉余热进行加热，或用氢气压缩机的余热进行加热。
[0033]优选地，所述变压吸附设备设有
[0034]用于通入除杂后的氢氮混合气的原料气进口，
[0035]用于输出浓缩提纯后的高纯氢气的高纯气出口，
[0036]用于输出高压逆放气至逆放气缓冲罐的高压逆放气出口和低压逆放气出口。
[0037]优选地，所述变压吸附设备还包括真空解析装置，并设有真空解析口 ；所述变压吸附设备的低压逆放口和真空解析口排出的气体点火燃烧排空或直接排空。
[0038]本实用新型的有益效果如下:
[0039]本实用新型能够变废为宝，用MOCVD尾气制造氢气，既解决了 MOCVD尾气排放造成环境污染问题，用这套装置生产出来的高纯氢气通过二次提纯以后又可以做MOCVD原料气使用，而且所得到的氢气成本低于常规用电解水制氢的成本，适合LED生产厂家使用。
【附图说明】
[0040]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0041]图1为本实用新型的主体结构图以及实施例1的主体结构示意图；
[0042]图2为本实用新型的实施例2的主体结构示意图；
[0043]图3为含有2个吸附塔的变压吸附设备的结构示意图；
[0044]图4为含有2个吸附塔的变压吸附设备的结构示意图；
[0045]图5为含有6个吸附塔的变压吸附设备的结构示意图；
[0046]图6为含有6个吸附塔的变压吸附设备的结构示意图；
[0047]图7为2个吸附塔变温吸附设备的结构示意图；
[0048]图8是变温吸附设备的3种再生加热结构；
[0049]图9为本实用新型的实施例3的主体结构示意图。
【具体实施方式】
[0050]为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
[0051]实施例1
[0052]结合图1、图3、图4、图5、图6、图7，图8。参见图1，本实用新型的制氢装置包括:分解炉1、热交换器2、氢气压缩机3、变温吸附设备4、变压吸附设备5、逆放