专利名称：用精馏分离提取7n电子级超纯氨的方法
技术领域：
本发明属于一种用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，具体涉及一种采用工业级液氨，用精馏分离方法提取7N电子级超纯氨，而且可以同时生产出三种不同规格的高纯氨和超纯氨成品，并可连续生产。
背景技术：
超纯氨是半导体工业中重要的电子气体，在半导体生产工艺中，氨(NH3)同硅烷 (SiH4) 一起发生反应生成氮化硅膜；在MOCVD设备上，氨同三甲基镓作用在蓝宝石上通过汽相生长形成氮化镓发光二极管即LED。随着科技的发展和社会对于电子产品、新型节能照明器件、清洁能源的需求日益增大，对于超纯氨的纯度要求也越来越高。例如，在生产高亮度的LED器件时，由于器件的几何形状不断缩小且LED的亮度要求不断提高，原料氨中的污染物含量对于产品的质量是非常重要的。因此，对于氨的纯化技术一直是研究的热点。由于发达国家光电子等半导体技术发展速猛，极大地推动了气体公司对氨提高纯度的研究。目前，我国许多LED生产用户所用的进口氨，基本上是美国普莱克斯、APCI、法国液空、德国林德和日本昭和电工等国外公司的产品，他们所采用的超纯氨制取方法，基本上都采用将原料氨经活性炭吸附器除去部分油，再由分子筛吸附器吸附除去部分水，再经脱氧剂吸附器除去部分氧，再经过一级或者二级简单精馏，再经过终端纯化得到高纯氨产品。此类工艺的缺点是吸附处理后的活性碳、分子筛和终端纯化器需要再生处理，再生过程中有大量废气排出，形成了二次污染；终端纯化器在纯化过程中会产生副反应，影响最终产品的纯度；由于通过多道吸附和解吸后的氨气、废气无法再利用，严重影响了环境和产品收率；而且高纯氨和超纯氨的生产方式都不同，必须分别建设，分类生产。工艺流程太长，设备多、投资多。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的。其目的是提供一种只通过精馏分离，同时能够生产几种规格的高纯氨和超纯氨的生产方法。并能连续生产。低含量氨汽及液氨可以回收为工业液氨利用，无二次污染。本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。一种用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，该方法包括以下几个步骤
(1)液位差自动加料原料工业液氨向一级精馏提纯塔加料是利用加料罐与一级精馏提纯塔塔釜液位差来完成的。加料罐上部与一级精馏提纯塔塔釜上部的两个气相口连通， 保持在0 1. 6Mpa压力平衡范围内，利用高位加料罐液相口高于一级精馏提纯塔塔釜100 cm以上来完成原料的自动加料；
(2)一级精馏提纯塔精馏提纯保持一级精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0 40°C范围内，压力在0. 5 1. 6Mpa范围内，冷却水温度控制在_5 30°C范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1 :30 100范围内，加料量与塔顶放空量之比1 :50 100范围内，在此操作条件下精馏分离，降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，可以从精馏提纯塔塔中上部的产品出口产出含量大于99. 9995%的高纯氨成品；
(3)二级精馏提纯塔精馏提纯将上述含量大于99.9995%的高纯氨成品输入二级精馏提纯塔进行二次精馏提纯，保持二级精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0 40°C范围内，压力在 0. 5 1. 6Mpa范围内，冷却水温度控制在_5 30°C范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1 :30 100范围内，加料量与塔顶放空量之比1 :50 100范围内，在此操作条件下精馏分离，进一步降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，在精馏塔中上部的产品出口可以产出含量大于99. 99994%的超纯氨成品；
(4)三级精馏提纯塔精馏提纯将上述含量大于99.99994%的超纯氨成品输入三级精馏提纯塔进行三次精馏提纯，保持三级精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0 40°C范围内，压力在0. 5 1. 6Mpa范围内，冷却水温度控制在_5 30°C范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1:30 100范围内，加料量与塔顶放空量之比在1:50 100范围内，在此操作条件下精馏分离，更进一步降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，在精馏塔中上部的产品出口可以生产出含量大于99. 99999%的超纯氨成品；
所述的一级精馏提纯塔、二级精馏提纯塔、三级精馏提纯塔的塔釜及塔内件采用306L 不锈钢制成，表面采用机械打磨抛光与化学钝化液抛光相结合的抛光方法，使光洁度达到 0. Ium以上，该化学钝化液为BD-B102型不锈钢酸洗钝化液；金属丝网填料采用306L不锈钢，比表面积达到1000 m2以上，并经BD-B501型不锈钢清洗剂进行表面处理。所述一级精馏提纯塔、二级精馏提纯塔、三级精馏提纯塔塔釜中的液氨汽化，都是利用空气源热水器加热塔釜中的翅片式汽化器连续气化完成的。所述的加料罐为两台并联的加料罐，通过其并联线路上的阀门控制，可以实现两台加料罐交替供料，可以实现连续生产，一级精馏提纯塔、二级精馏提纯塔、三级精馏提纯塔可以同时分别生产99. 9995%,99. 99994%,99. 99999%这三种不同规格的氨气。上述精馏提纯过程中的轻组份含量的降低，是在精馏分离过程中，轻组分在塔顶聚集，然后通过与塔顶联通的冷凝器的气相放空方式完成的；上述精馏提纯过程中的重组分、水分、金属离子含量的降低，在精馏分离过程中，在塔釜釜底聚集后的残液通过塔釜液相出口连续排出方式完成的。所述与塔顶联通的冷凝器的气相放空口，联通一回收冷凝器的气相口，回收冷凝器的液相口联通一回收罐，该回收罐还所述的联通塔釜液相出口，接收从其中输出的残液， 组成了回收系统。在一级精馏提纯塔的产品出口向二级精馏提纯塔的原料进口供料的管路上设有管式精密过滤器，在二级精馏提纯塔的产品出口向三级精馏提纯塔的原料进口供料的管路上也设有管式精密过滤器，在三级精馏提纯塔的产品出口也设有管式精密过滤器，该管式精密过滤器内的滤芯用K-49型超细玻璃纤维膜制成，可以过滤小于0. Olum的颗粒。本发明的有益效果是利用本发明的方法，只需要通过精馏分离，系统同时可以生产出三种不同规格的高纯氨和超纯氨成品。设备、工艺简单，并可连续生产。低含量氨汽及液氨回收利用，无二次污染。生产出的氨气可广泛应用于液晶显示(LCD)、有机电激光显示 (OLED)和半导体发光器件(LED)等光电子以及太阳能电池PV等领域。
图1是本发明生产系统的结构图中1.原料工业液氨储罐，2.液氨泵，3.高位加料罐，4.高位加料罐，5. —级精馏提纯塔，6. 二级精馏提纯塔，7.三级精馏提纯塔，8. —级精馏塔塔顶冷凝器，9. 二级精馏塔塔顶冷凝器，10.三级精馏塔塔顶冷凝器，11.三级精馏塔塔顶放空冷凝器，12. 二级精馏塔塔顶放空冷凝器，13. —级精馏塔塔顶放空冷凝器，14. 一级精馏塔纯化氨气出口超滤器，15. 二级精馏塔塔釜氨气出口超滤器，16.三级精馏塔纯化氨气出口超滤器，20. 二级精馏塔纯化氨气出口超滤器，17. —级精馏塔塔顶高位槽，18. 二级精馏塔塔顶高位槽，19.三级精馏塔塔顶高位槽，21. —级精馏塔加热热水器，22. 二、三级精馏塔加热热水器，23.三级精馏塔成品接收罐，24. 二级精馏塔成品接收罐，25. —级精馏塔成品接收罐，26.三级精馏塔成品冷凝器，27. 二级精馏塔成品冷凝器，28. —级精馏塔成品冷凝器，29. —级精馏塔热水循环泵，30. 二、三级精馏塔热水循环泵，29.工业液氨回收槽。
具体实施例方式以下，参照附图1所示的生产系统的结构图详细说明本发明方法。液氨来自槽罐车，将原料液氨卸入原料液氨贮罐1，由液氨泵2采用间隙方法打入高位加料罐3和高位加料罐4进行轮换使用。将高位加料罐3或者4气相平衡管与一级精馏提纯塔塔釜气相平衡管打开联通，通过高位加料罐3或者4与一级一级精馏提纯塔的液位差，由液相管向一级精馏提纯塔连续加料。由热水循环泵四将热水器21产生的温度为5 50°C的热水，对一级精馏提纯塔釜汽化器进行加热，开启冷凝器冷冻水，精馏开始精馏分离，控制压力范围在0.5 1. 6Mpa。塔顶、塔釜温度控制在0 40°C，冷却水温度控制在_5 30°C。一级精馏提纯塔汽化氨气由塔顶冷凝器8冷却成液态，进入高位槽17，回流进入一级精馏提纯塔塔顶，使塔内产生回流，精馏塔开始分离。原料液氨中的重组份、油、水留在塔釜，由压力差排向工业液氨回收罐31作为工业液氨回收使用。塔顶未冷凝的液氨气体及低沸点气体一部份通过放空进入冷凝器13，冷却后的工业液氨进入回收罐31作为工业液氨回收使用。部份经过提纯的液氨气体由一级精馏提纯塔中部出去经过精密超滤器14超滤后进入二级精馏提纯塔6中上部则为二级精馏提纯塔加料。进入成品冷凝器观，进入成品接收罐25则为高纯氨，含量大于99. 9995%。二级精馏提纯塔6中上部加入的一级精馏提纯塔提纯的氨气，由塔顶冷凝器9冷却成液态，进入高位槽18，回流进入一级精馏提纯塔塔顶，使塔内产生回流，精馏塔开始分离。液氨中的微量重组份、油、水留在塔釜，由压力差排向工业液氨回收罐31作为工业液氨回收使用。塔顶未冷凝的液氨气体及微量低沸点气体一部份通过放空进入冷凝器12，冷却后的工业液氨进入回收罐31作为工业液氨回收使用。部份经过提纯的液氨气体由二级精馏提纯塔塔釜中部出去经过精密超滤器15超滤后进入三级精馏提纯塔7塔釜则为三级精馏提纯塔加料。由二级精馏提纯塔中下部进入成品冷凝器27，进入成品接收罐M则为超纯氨成品，含量大于99. 99994%，金属离子降至ppt。三级精馏提纯塔7塔釜加入的二级精馏提纯塔提纯的氨气，由塔顶冷凝器10冷却成液态，进入高位槽19，回流进入一级精馏提纯塔塔顶，使塔内产生回流，精馏塔开始分离。 液氨中微量的重组份、油、水留在塔釜，由液体重力作用流向二级精馏提纯塔塔釜，由压力差排向工业液氨回收罐31作为工业液氨回收使用。部份由三级精馏提纯的氨气由塔中上部出去经过精密超滤器16超滤后进入成品冷凝器沈，进入成品接收罐23则为超纯氨成品， 含量大于99. 99999%，水分降至ppb级金属离子降至ppt级。
通过本方法提纯所得的高纯氨和超纯氨产品纯度如表1所示 表1.超纯氨中各杂质组分含量
权利要求
1.一种用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤(1)液位差自动加料原料工业液氨向一级精馏提纯塔加料是利用加料罐与一级精馏提纯塔塔釜液位差来完成的，加料罐上部与一级精馏提纯塔上部的两个气相口连通，保持在0 1. 6Mpa压力平衡范围内，利用高位加料罐液相口高于一级精馏提纯塔塔釜100 cm以上来完成原料的自动加料；(2)一级精馏提纯塔精馏提纯保持一级精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0 40°C范围内，压力在0. 5 1. 6Mpa范围内，冷却水温度控制在_5 30°C范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1 :30 100范围内，加料量与塔顶放空量之比1 :50 100范围内，在此操作条件下精馏分离，降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，可以从精馏提纯塔塔中上部的产品出口产出含量大于99. 9995%的高纯氨成品；(3)二级精馏提纯塔精馏提纯将上述含量大于99.9995%的高纯氨成品输入二级精馏提纯塔进行二次精馏提纯，保持二级精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0 40°C范围内，压力在 0. 5 1. 6Mpa范围内，冷却水温度控制在_5 30°C范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1 :30 100范围内，加料量与塔顶放空量之比1 :50 100范围内，在此操作条件下精馏分离，进一步降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，在精馏塔中上部的产品出口可以产出含量大于99. 99994%的超纯氨成品；(4)三级精馏提纯塔精馏提纯将上述含量大于99.99994%的超纯氨成品输入三级精馏提纯塔进行三次精馏提纯，保持三级精馏提纯塔塔顶、塔釜温度在0 40°C范围内，压力在0. 5 1. 6Mpa范围内，冷却水温度控制在_5 30°C范围内，塔顶轻组份的放空与回流量之比在1:30 100范围内，加料量与塔顶放空量之比在1:50 100范围内，在此操作条件下精馏分离，更进一步降低了原料中的轻组分、重组分、水分、金属离子的含量，在精馏塔中上部的产品出口可以生产出含量大于99. 99999%的超纯氨成品。
2.如权利要求1所述的用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，其特征在于所述的一级精馏提纯塔、二级精馏提纯塔、三级精馏提纯塔的塔釜及塔内件采用306L不锈钢制成，表面采用机械打磨抛光与化学钝化液抛光相结合的抛光方法，使光洁度达到0. Ium以上，该化学钝化液为BD-B102型不锈钢酸洗钝化液；金属丝网填料采用306L不锈钢，比表面积达到1000 Itl2以上，并经BD-B501型不锈钢清洗剂进行表面处理。
3.如权利要求1所述的用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，其特征在于所述一级精馏提纯塔、二级精馏提纯塔、三级精馏提纯塔塔釜中的液氨汽化，都是利用空气源热水器加热塔釜中的翅片式汽化器连续气化完成的。
4.如权利要求1所述的用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，其特征在于所述的加料罐为两台并联的加料罐，通过其并联线路上的阀门控制，可以实现两台加料罐交替供料，可以实现连续生产，一级精馏提纯塔、二级精馏提纯塔、三级精馏提纯塔可以同时分别生产99. 9995%,99. 99994%,99. 99999%这三种不同规格的氨气。
5.如权利要求1所述的用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，其特征在于上述精馏提纯过程中的轻组份含量的降低，是在精馏分离过程中，轻组分在塔顶聚集，然后通过与塔顶联通的冷凝器的气相放空方式完成的；上述精馏提纯过程中的重组分、水分、金属离子含量的降低，在精馏分离过程中，在塔釜釜底聚集后的残液通过塔釜液相出口连续排出方式完成的。
6.如权利要求5所述的用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，其特征在于所述与塔顶联通的冷凝器的气相放空口，联通一回收冷凝器的气相口，回收冷凝器的液相口联通一回收罐，该回收罐还所述的联通塔釜液相出口，接收从其中输出的残液，组成了回收系统。
7.如权利要求1所述的用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，其特征在于在一级精馏提纯塔的产品出口向二级精馏提纯塔的原料进口供料的管路上设有管式精密过滤器， 在二级精馏提纯塔的产品出口向三级精馏提纯塔的原料进口供料的管路上也设有管式精密过滤器，在三级精馏提纯塔的产品出口也设有管式精密过滤器，该管式精密过滤器内的滤芯用K-49型超细玻璃纤维膜制成，可以过滤小于0. Olum的颗粒。
全文摘要
本发明公开了一种用精馏分离提取7N电子级超纯氨的方法，用工业级液氨采用精馏分离方法，生产各级别的超纯氨。用本发明的方法，通过一级汽化精馏提纯可生产出含量大于99.9995%的高纯氨；通过二级精馏提纯可生产出含量大于99.99994%的超纯氨；通过三级深度精馏提纯可生产出含量大于99.99999%的7N电子级超纯氨。通过本方法可以里连续生产出7N电子级超纯氢，也可以分等级同时出产品。生产出的氨气可广泛应用于液晶显示(LCD)、有机电激光显示(OLED)和半导体发光器件(LED)等光电子以及太阳能电池PV等领域。
文档编号C01C1/02GK102167355SQ20111005871
公开日2011年8月31日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者李英辉, 李荷庆, 金向华 申请人:苏州金宏气体股份有限公司