一套用mocvd尾氣制氫的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一套用MOCVD尾氣制氫的裝置，該方法可用于用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生產(chǎn)氮化鎵發(fā)光二極管(GaN-LED)廠家中，屬半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以氮化鎵(GaN)為代表的III族氮化物已經(jīng)成為一種重要的半導(dǎo)體材料，以GaN做成的發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)成為半導(dǎo)體照明的主要發(fā)展方向。
[0003]MOCVD是目前生產(chǎn)氮化鎵發(fā)光二極管(GaN-LED)的唯一方法。在MOCVD生產(chǎn)GaN-LED的過(guò)程中，一方面MOCVD設(shè)備需要大量的高純氫氣作為載氣，另一方面MOCVD設(shè)備又會(huì)排放大量尾氣(廢氣)，尾氣中主要有氨氣、氫氣、氮?dú)庖约捌渌s質(zhì)氣體。
[0004]氫雖然在地殼中非常豐富，但氫通常以“水”的形式存在，地殼表面不存在單質(zhì)氫氣。目前電解水制氫是GaN-LED生產(chǎn)企業(yè)中普遍采用的方法。然而電解水制氫需要消耗大量電能，成本較高。如果采用水煤氣制氫或者甲烷裂解制氫方法，雖然成本較低，但污染很大而且雜質(zhì)太多，LED廠家一般不采用這種方法。
[0005]另外，MOCVD生產(chǎn)LED過(guò)程中，還會(huì)排放大量的尾氣，尾氣中含有氨氣、氫氣、氮?dú)獾?。如果直接將這些廢氣排放，勢(shì)必污染環(huán)境。目前常用的處理方法是:(i)水(或酸)吸收法。將尾氣通入水(或酸溶液)中，尾氣中的氨氣被水或酸吸收。該方法雖然簡(jiǎn)單，被大多數(shù)GaN-LED生產(chǎn)企業(yè)采用，但如何處理氨水(或銨鹽)也是一件很麻煩的事情。這只是將一個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)移到另一個(gè)問(wèn)題，但實(shí)質(zhì)問(wèn)題并沒(méi)有最終解決；(ii)高溫分解法。將尾氣通過(guò)600°C?900°C的高溫爐中，其中氨氣分解成氫氣和氮?dú)猓缓笈欧诺酱髿庵?。該方法最大的缺點(diǎn)就是能耗很高，成本較高，很少被GaN-LED企業(yè)采用焚燒法。將尾氣與空氣混合一起，加鈀催化劑，在300°C?500°C溫度下焚燒，將氨氣分解，排放到大氣中。該方法有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是在焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氮氧化物及二惡英等有害物質(zhì)，污染環(huán)境，很少被GaN-LED企業(yè)采用。
[0006]由于以上原因，近期利用MOCVD尾氣制氫引發(fā)了人們的關(guān)注。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01410062339.4提出了一種用MOCVD尾氣制氫的方法。該方法的基本思想為:將MOCVD尾氣經(jīng)過(guò)300°C?500°C的反應(yīng)爐變成氫氮混合氣，然后用氫氮混合氣通過(guò)鈀膜純化器將雜質(zhì)去除得到高純度的氫氣。該方法有以下嚴(yán)重缺點(diǎn):(i)反應(yīng)爐溫度較低，氨氣分解不充分；(ii)氫氮混合氣中氮?dú)夂扛哌_(dá)55%以上，鈀膜純化器對(duì)如此高濃度的氮?dú)鉄o(wú)能為力，而且氫氮混合氣中的殘余氨氣對(duì)會(huì)鈀膜純化器產(chǎn)生破壞作用。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0141022950.8則提出了另外一種方法:先將MOCVD尾氣加壓冷凍分離氨(液相)，再將氣相通過(guò)變壓吸附(PSA)裝置分離氫。該方法有以下缺點(diǎn):(i)同時(shí)回收氨氣和氫氣兩個(gè)產(chǎn)品，需要兩套提純?cè)O(shè)備，設(shè)備投資較大；(ii)這兩個(gè)產(chǎn)品都無(wú)法保證LED廠自給，還需要外購(gòu)氫氣和氨氣。
[0007]本實(shí)用新型提供了一套利用MOCVD尾氣制氫裝置。本裝置既可解決MOCVD尾氣排放造成環(huán)境污染問(wèn)題，又可為MOCVD設(shè)備提供原料氫氣，而且所得到的氫氣成本低于常規(guī)用電解水制氫的成本。如考慮到常規(guī)MOCVD尾氣處理成本和電解水成本，用本裝置制造的氫氣的成本更低，只有常規(guī)MOCVD尾氣處理成本和電解水成本的三分之一，適合LED生產(chǎn)廠家使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提供一套用MOCVD尾氣制氫的裝置。
[0009]—套用MOCVD尾氣制氫的裝置，所述制氫裝置包含:
[0010]用于將含氫的尾氣分解為氫氮混合氣的分解爐，
[0011]用于除去氫氮混合氣中雜質(zhì)、同時(shí)含有可再生吸附劑的變溫吸附設(shè)備，
[0012]用于將除雜后的氫氮混合氣中的氫氣濃縮提純同時(shí)產(chǎn)生高壓逆放氣、低壓逆放氣的變壓吸附設(shè)備，和
[0013]用于將未除雜或除雜的氫氮混合氣進(jìn)行加壓的氫氣壓縮機(jī)；
[0014]所述分解爐、變溫吸附設(shè)備和變壓吸附設(shè)備依次連接；
[0015]所述氫氣壓縮機(jī)設(shè)于分解爐與變溫吸附設(shè)備之間或
[0016]設(shè)于變溫吸附設(shè)備與變壓吸附設(shè)備之間。
[0017]優(yōu)選地，所述制氫裝置還包含:
[0018]用于將含氫的尾氣與氫氮混合氣之間進(jìn)行熱交換的熱交換器；
[0019]用于將經(jīng)過(guò)熱交換的氫氮混合氣進(jìn)行冷卻的第一水冷器；
[0020]用于將未除雜或除雜的氫氮混合氣進(jìn)行冷卻的第二水冷器；和
[0021]用于將高壓逆放氣的流量和壓強(qiáng)進(jìn)行緩沖和穩(wěn)定的逆放氣緩沖罐。
[0022]優(yōu)選地，所述分解爐至少有I個(gè)，所述分解爐的加熱方式為電加熱，加熱溫度范圍為 600。。-900。。。
[0023]優(yōu)選地，所述氫氣壓縮機(jī)設(shè)有用于
[0024]通入未除雜或除雜氫氮混合氣的進(jìn)氣口和用于輸出未除雜或除雜氫氮混合氣的出氣口。
[0025]優(yōu)選地，所述氫氣壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)為1-3級(jí)；所述氫氣壓縮機(jī)的數(shù)量至少為一臺(tái)。
[0026]優(yōu)選地，所述變溫吸附設(shè)備設(shè)有
[0027]用于通入未除雜的氫氮混合氣的原料氣進(jìn)口，
[0028]用于輸出除雜后的氫氮混合氣的原料氣出口，
[0029]用于通入令吸附劑再生的再生氣體的再生進(jìn)氣口，
[0030]用于輸出令吸附劑再生的再生氣體的再生出氣口 ；
[0031]所述變溫吸附設(shè)備的再生出氣口排出的氣體點(diǎn)火燃燒排空或直接排空。
[0032]優(yōu)選地，所述變溫吸附設(shè)備包含至少兩個(gè)吸附塔；所述變溫吸附設(shè)備可加熱或不加熱；所述變溫吸附設(shè)備的加熱方式為電加熱，或用分解爐余熱進(jìn)行加熱，或用氫氣壓縮機(jī)的余熱進(jìn)行加熱。
[0033]優(yōu)選地，所述變壓吸附設(shè)備設(shè)有
[0034]用于通入除雜后的氫氮混合氣的原料氣進(jìn)口，
[0035]用于輸出濃縮提純后的高純氫氣的高純氣出口，
[0036]用于輸出高壓逆放氣至逆放氣緩沖罐的高壓逆放氣出口和低壓逆放氣出口。
[0037]優(yōu)選地，所述變壓吸附設(shè)備還包括真空解析裝置，并設(shè)有真空解析口 ；所述變壓吸附設(shè)備的低壓逆放口和真空解析口排出的氣體點(diǎn)火燃燒排空或直接排空。
[0038]本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0039]本實(shí)用新型能夠變廢為寶，用MOCVD尾氣制造氫氣，既解決了 MOCVD尾氣排放造成環(huán)境污染問(wèn)題，用這套裝置生產(chǎn)出來(lái)的高純氫氣通過(guò)二次提純以后又可以做MOCVD原料氣使用，而且所得到的氫氣成本低于常規(guī)用電解水制氫的成本，適合LED生產(chǎn)廠家使用。
【附圖說(shuō)明】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0041]圖1為本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)圖以及實(shí)施例1的主體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例2的主體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3為含有2個(gè)吸附塔的變壓吸附設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖4為含有2個(gè)吸附塔的變壓吸附設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖5為含有6個(gè)吸附塔的變壓吸附設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖6為含有6個(gè)吸附塔的變壓吸附設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖7為2個(gè)吸附塔變溫吸附設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖8是變溫吸附設(shè)備的3種再生加熱結(jié)構(gòu)；
[0049]圖9為本實(shí)用新型的實(shí)施例3的主體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0051]實(shí)施例1
[0052]結(jié)合圖1、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7，圖8。參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的制氫裝置包括:分解爐1、熱交換器2、氫氣壓縮機(jī)3、變溫吸附設(shè)備4、變壓吸附設(shè)備5、逆放