一种LED外延片制备工艺废气回收方法及装置与流程

本发明涉及废气回收
技术领域：
，具体涉及一种led外延片制备工艺废气回收方法及装置。
背景技术：
：在led外延片工艺生产过程中，大多采用金属有机物化学气相沉积(mocvd)工艺，工艺温度为700～1100℃，将三甲基镓和氨气等原材料由不同管道导入mocvd系统中，在专用设备反应室中分解成镓、氮等单质，沉积在蓝宝石衬底上生长氮化镓及其合金的薄膜单晶体，led外延片生产过程主要的污染源是mocvd系统排放的含氨废气。各组分的大致构成如下：成分体积分数h250％nh333％n210％tmga4％ch4,thc3％现有对mocvd系统排放的含氨废气主要是将尾气通入至纯水或者稀硫酸溶液中，将氨气进行吸收，并将吸收后的氨水通过加热方式，回收氨水中的氨气，而对不凝组分如氢气，氮气直接排放大气。上述处理过程虽然能够有效的除去尾气中的氨气，但是其对尾气中的三甲基镓(tmga)未经处理进行排放，氢气直接排放造成了能源的浪费，回收的氨气含水量大，品质低。技术实现要素：本发明提供一种led外延片制备工艺废气回收方法及装置，旨在解决现有技术处理led外延片制备工艺尾气处理过程能源浪费、回收的氨水品质低的技术问题。本发明实施例提供的一种led外延片制备工艺废气回收方法，具体包括以下步骤：将led外延片制备工艺废气进行尾气收集，并对尾气进行颗粒杂质过滤获得第一过滤尾气；将所述第一过滤尾气进行增压并加热反应，冷却并过滤除去尾气中的mo源获得第二过滤尾气；将所述第二过滤尾气进行冷凝分离和精馏，获得除氨尾气和工业液氨；将所述除氨尾气进行水喷淋，并进行分子筛脱水和变压吸附，获得高纯氢气。本发明实施例还提供led外延片制备工艺废气回收装置，所述回收装置具体包括：用于将led外延片制备工艺废气进行尾气收集的尾气吸收罐，以及对尾气进行颗粒杂质过滤获得第一过滤尾气的粉尘过滤器；用于将所述第一过滤尾气进行增压并加热反应的设备包括依次连接的压缩机、加热器、回热器和反应器，以及用于冷却的冷却器和过滤去除尾气中mo源获得第二过滤尾气过滤器；用于将所述第二过滤尾气进行冷凝分离和精馏获得除氨尾气的设备包括依次连接的换热器、一级冷凝气液分离器、冰机、二级冷凝气液分离器，以及用于获得工业液氨的氨水精馏装置；以及用于将所述除氨尾气进行水喷淋的喷淋塔和获得高纯氢气的氢气psa(pressureswingadsorption，变压吸附)系统；所述各处理设备之间通过管路连接，所述粉尘过滤器通过管路与压缩机相连，过滤器通过管路与换热器相连，所述二级冷凝气液分离器通过管路与换热器相连，并与喷淋塔相连。本发明实施例提供的led外延片制备工艺废气回收方法通过高温高压反应将三甲基镓(tmga)转化为氮化镓(gan)进行回收，并利用冷凝法和低温精馏发分离废气中的氨气，并获得高纯液氨，同时通过变压吸附制氢技术获得高纯氢气，该回收方法工艺过程简单，且对废气中的氨气、氢气以及三甲基镓(tmga)进行了回收利用，避免了能源的浪费，减少了废气的排放，具有良好的环保性和经济性。附图说明图1为本发明实施例提供的一种led外延片制备工艺废气回收方法流程图；图2为本发明实施例提供的一种led外延片制备工艺废气回收装置。具体实施方式为了更加清楚阐述本发明的技术内容，在此结合具体实施例予以详细说明，显然，所列举的实施例只是本技术方案的优选实施方案，本领域的技术人员可以根据所公开的技术内容显而易见地得出的其他技术方案仍属于本发明的保护范围。如图1所示，本发明实施例提供的一种led外延片制备工艺废气回收方法，具体包括以下步骤：步骤s101,将led外延片制备工艺废气进行尾气收集，并对尾气进行固体杂质过滤获得第一过滤尾气。在本发明的一个实施例中，该步骤先将led外延片制备工艺废气进行尾气收集，再进行过滤，用于除去尾气中带入的颗粒或粉尘污染物，以防该颗粒或粉尘污染物对后续的处理过程造成不良的影响，影响处理设备的使用寿命。步骤s102，将所述第一过滤尾气进行增压并加热反应，冷却并过滤除去尾气中的mo源获得第二过滤尾气。在本发明的一个实施例中，其中mo源为mocvd外延技术中作为基本材料使用的金属或元素有机化合物，本方案中的mo源主要为三甲基镓，主要通过将第一过滤尾气增压至1.5-2.5mpa，然后加热至280-350℃进行反应0.5-1h，使得第一过滤尾气中的三甲基镓(tmga)与氨气发生化学反应生成氮化镓(gan)和甲烷等烃类，其中氮化镓为固体物质，将反应后的混合气体进行冷却后过滤去除其中氮化镓，获得第二过滤尾气。步骤s103，将所述第二过滤尾气进行冷凝分离和精馏，获得除氨尾气和工业液氨。在本发明的一个实施例中，该过程根据氨气易液化的特点，将第二过滤尾气中的氨气部分进行回收，该过程包括将第二过滤尾气与反流低温气体进行热交换，部分氨气冷凝，通过气液分离获得第一冷凝气体，在将第一冷凝气体在温度为零下20-30℃的条件下进行二次冷凝，获得粗液氨和除氨的尾气，该过程中获得的除氨尾气温度较低，可以作为反流低温气体与后续通入的第二过滤尾气进行热交换，可以节约能源；将获得的粗液氮通过低温精馏除去溶解在液氨中的杂质气体，获得工业液氨。步骤s104，将所述除氨尾气进行水喷淋，并进行分子筛脱水和变压吸附，获得高纯氢气。在本发明的一个实施例中，为了进一步除去除氨尾气中含有的少量氨气，将除氨尾气先进行水喷淋，再进行分子筛脱水，最后根据吸附剂对不同气体吸附能力的不同，在加压状态下选择性的吸附混合气体中的非氢组分，获得高纯氢气。如图2所示，本实施例还提供了一种led外延片制备工艺废气回收装置，其中箭头的方向表示处理过程中物料的流向，该回收装置具体包括：在本发明实施例中，用于将led外延片制备工艺废气进行尾气收集的尾气吸收罐1，以及对尾气进行过滤获得第一过滤尾气的粉尘过滤器2，其中尾气吸收罐1通过尾气回收管将各工艺设备产生的尾气进行收集，再将尾气经过气体管路通入粉尘过滤器中，经过粉尘过滤器2的过滤网将尾气中的粉尘进行过滤获得第一过滤尾气。在本发明实施例中，用于将所述第一过滤尾气进行增压并加热反应的设备包括依次连接的压缩机3、加热器4、回热器5和反应器6，以及用于冷却的冷却器7和过滤去除尾气中mo源获得第二过滤尾气过滤器8，将通过粉尘过滤器2的过滤获得的第一过滤气体通过气体管路将其通入至尾气压缩机3中获得增压气体，并经该增压气体通入至加热器4中，该加热器4可以是电加热器，也可以是燃烧腔，再通入回热器5，正流气和反应后的反流气进行换热，回收热能，随后进入反应器6在高温高压条件下进行化学反应，得到含有固体产物氮化镓的固气混合气体，将固气混合气体通入至冷却器7，经冷却后通入过滤器8，获得第二过滤尾气。在本发明实施例中，用于将所述第二过滤尾气进行冷凝分离和精馏获得除氨尾气的设备包括依次连接的换热器9、一级冷凝气液分离器10、冰机11、二级冷凝气液分离器12，以及用于获得工业液氨的氨水精馏装置，将通过过滤器过滤获得的第二过滤气体通过气体管路通入换热器9中，换热器9中还包括反向流动的低温气体，经过换热器后部分氨气冷凝，获得第一气液混合物，将第一气液混合物通入至一级冷凝气液分离器10中，并从一级冷凝气液分离器10顶部通过管路将第一冷凝气体通入至冰机11中进行二次冷凝，其中冰机11可以为氨冷机或者其他任意形式的冷源，获得第二气液混合物，并从二级冷凝气液分离器12顶部通过管路将第二冷凝气体即除氨尾气经过节流阀13通入换热器中作为反流低温气体，并从一级冷凝气液分离器10和二级冷凝气液分离器12的底部获得冷凝液体通过液体管路将两股物料合并并通入精馏塔15中，并在合并后与精馏塔连接的管路上设置节流阀14，经过初步精馏塔15精馏获得粗液氨和少量气体，该过程中低温制冷液来自冰机11，制冷液蒸发气又回到冰机11，该过程获得的气体通过气体管路与除氨尾气合并作为反流低温气体，将粗液氨继续通入蒸发罐16中进行蒸发，该蒸发罐的热源为压缩空气或电加热器，蒸发获得的高纯氨气从蒸发罐16的顶部通入冷凝器17进行冷凝获得工业液氨存储至液氨储罐18。在本发明实施例中，用于将所述除氨尾气进行水喷淋的喷淋塔19和获得高纯氢气的氢气psa系统20。在本发明实施例中，将除氨尾气、精馏塔15顶部的气体通过换热器9经过换热后继续通入至喷淋塔19中，喷淋塔19顶部喷淋纯水，中部填充散堆填料。气体在喷淋塔中，残余的氨气被水吸收，喷淋塔可以设计成多段喷淋，底部获得氨含量为20％的氨水产品，可直接用于销售，顶部的气体通入氢气psa系统20，该氢气psa系统20具体包括分子筛脱水系统和变压吸附制氢装置，用于除去气体中的水分，并进行变压吸附，除去杂质气体，获得高纯氢气，其中杂质气体作为再生废气直接排放到空气中。以下，结合具体实施例，对本发明的方案即效果进行展开说明。实施例将led外延片生产工艺中金属有机物化学气相沉积工艺(mocvd)中的排放的废气通过尾气收集管路进行收集至尾气收集罐1中，将尾气通入至粉尘过滤器2中除去尾气中的颗粒粉尘等固体杂质获得第一过滤尾气，防止颗粒粉尘对后续处理设备产生不良的影响。将第一过滤尾气通入尾气压缩机3中，将第一过滤尾气增压至2.4mpa，并通过加热器4对第一过滤尾气加热至300℃的反应温度，该加热器可以是电加热器，也可以是燃烧腔，再通入回热器5中，正流气和反应后的反流气进行换热，回收热能，随后进入反应器6，在高温高压条件下，尾气中的三甲基镓(tmga)与氨气发生化学反应，生成氮化镓(gan)和甲烷等烃类，从而除去尾气中的三甲基镓，将反应后的气体通入冷去器7中，将温度降低至30℃，再由过滤器8除去反应生成的固体粉末氮化镓(gan)，并回收作为led外延片制备工艺的原料，同时获得第二过滤尾气。第二过滤尾气通入至换热器9中，与反流气体进行换热，将第二过滤尾气降温至0-10℃，从而使得第二过滤尾气中的部分氨气冷凝获得第一气液混合物，将第一气液混合物通入一级冷凝气液分离器10中，从一级冷凝分离器底部分离获得液氨，顶部排出第一不凝气体，将第一不凝气体通入低温冰机11中，降温至-30℃获得除氨尾气和第二气液混合物，其中冰机可以为氨冷机或者其他任意形式的冷源，将第二气液混合物通入至二级冷凝气液12分离器，从二级冷凝分离器12底部分离获得液氨，顶部排出除氨尾气，一级冷凝气液分离器10和二级冷凝气液分离器12分离出的液氨中溶解了甲烷，氮气，氢气等杂质，两股物料合并，经过节流阀14，节流至1.0mpa，进入精馏塔15，精馏塔15内置有10块理论塔板，精馏冷源为低温水机，热源为压缩空气或电加热器，或者其低温制冷液来自冰机11，制冷液蒸发气又回到冰机11，获得粗液氨并通入粗液氨蒸发罐16中进行蒸发，底部高纯氨气进入冷凝器17，通过冷凝获得工业液氨存储至液氨储罐18中。其中除氨尾气，该除氨尾气经过节流阀13，截流至1.0mpa，与精馏塔15顶部气体，以及粗液氨蒸发罐16底部排放的少量液氨合并，作为反流气体进入换热器9。出换热器的反流气体的主要成分按体积比为：氢气62％，氨气6％，氮气13％，甲烷19％，该气体直接通入喷淋塔19底部，该喷淋塔19顶部喷淋纯水，喷淋塔19中部填充散堆填料，喷淋塔19可以涉及成多段喷淋，反流气体在喷淋塔中出去了残余的氨气，在其底部得到含量为20％的氨水产品，直接用于出售，顶部气体继续通入氢气psa系统(20)，先在分子筛系统中脱除水分，在经过变压吸附得到99.99％高纯氢气，并将其他非氢气杂质气体直接排入空气中。上述尾气回收具体经过四个工段：第一为尾气固体杂质处理工段，通过尾气收集、过滤，除去尾气中的固体杂质，第二为mo源回收工段，通过高温高压反应、冷却过滤将除去尾气中的反应后的颗粒杂质，并对三甲基镓进行回收利用，即减少了环境污染，又节约了含镓资源；第三为氨气回收工段，通过将尾气经过换热、低温换热以及液氨精馏冷凝过程通过三次冷凝获得工业液氨，可直接用于工业使用或者销售，该过程获得液氨的纯度和能源成本远低于通过氨水回热提出氨气的过程，第四为氢气回收工段，通过喷淋脱氨和变压吸附制氢等两个过程，最终获得99.99％高纯氢气，一方面防止了清洁能源浪费，又能提升经济效益。根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。当前第1页12