[实用新型]制备电子工业用氮化物的氨气尾气处理装置

说明书

技术领域

本实用新型属于安全环保领域，涉及一种尾气处理装置；尤其是涉及一种制备电子工业用氮化物的氨气尾气处理装置。

背景技术

现代微电子和光电子等工业的发展对氮化物特别是氮化硅（Si₃N₄）和氮化镓（GaN）提出了更高的质量要求。这些氮化物是制造太阳能电池和发光二极管（LED）的基础材料，为了制造高质量的氮化物，必须要使用高纯度的氨气（高纯氨），这就导致了对高纯氨需求的激增。

然而，在合成这些氮化物的过程中，只有非常少量的氨气转化为这些氮化物（数量级上的估计只有百分之一到万分之一），以及少量氨气在高温下自动分解为氢气和氮气，其余的绝大部分氨气都需作为尾气而排出，通常尾气中还包含较多的氢气、氮气以及微量的甲烷等，这些成分本身（除了氨气）都可以直接向大气排放，但是由于它们跟氨气混合在一起，使得尾气必须经过处理，把其中的氨气分离（比如吸收）后才能向大气排放，通常向大气排放的尾气中的氨含量要小于1ppm。

随着高纯氨使用量的增加，尾气中所含氨的总量也随之增加，对尾气进行脱氨处理的工作也变得越来越重要。

目前，尾气脱氨处理主要采用吸收法，即让尾气经过酸的水溶液，吸收掉氨气后再排放。在三大酸中，由于硫酸的挥发性最低，加上硫酸的价格也较为低廉，吸收氨大多通常使用硫酸而不是盐酸或硝酸。硫酸吸收氨气后生成硫酸铵，这样阻止了氨向大气的污染。但是生成的硫酸铵用途不大，它虽然可以作为氮肥使用，但是长期使用硫酸铵会让土地酸化。根据硫酸铵的化学反应，吸收1吨氨会产生3.9吨硫酸铵。这样，对硫酸铵的处理成了下一个难题，如果不对硫酸铵处理直接排放，那样将会污染水源或大地，很多时候，硫酸铵对环境的污染比氨更大也更难处理，原因在于氨作为氮肥可以被植物彻底吸收而不会遗留，而硫酸铵不能被植物彻底吸收。

对含氨尾气处理的另一个方法是：把氨分解为氢氮混合气（H₂N₂），然后再排放。其反应方程式如下:

ΔH=46kJ/mol，

这是一个吸热反应，由于这个方法（分解法）可以比较彻底地解决尾气的问题，目前分解法越来越多地替代了吸收法。但是由于氨分解是一个吸热反应，为了使氨能够较为彻底地分解为氢气和氮气，氨分解反应需在高温（比如800℃）、低压（尾气的压强通常略大于一个大气压）和催化剂的条件下进行，这就意味着分解法需要消耗较多的能源，如何降低能源消耗成为分解法的一个需要认真考虑的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种制备电子工业用氮化物的氨气尾气处理装置；通过该装置可以消除或者大大降低尾气中氨的含量，使尾气达到直接排放的要求，并且要尽可能降低能源的消耗，从而节约处理尾气的成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种制备电子工业用氮化物的氨气尾气处理装置，包括氨气尾气输入管、换热器、氨分解炉、水冷器、第一吸附器和尾气排放管；

所述换热器采用管壳式换热器，内含两个互不连通的两个通道：壳通道和管通道；处理装置正常运行过程中，两个通道内的物质逆向流动进行换热；

所述氨气尾气输入管与换热器的壳通道进口端连接相通，所述换热器的壳通道出口端通过第一管道与氨分解炉进口端连接相通，所述氨分解炉的出口端通过第二管道与换热器管通道进口端连接相通，所述换热器管通道出口端通过第三管道与水冷器进口端连接相通；

所述第一吸附器内包括第一吸附再生通道，所述第一吸附再生通道内设有分子筛；

所述水冷器的出口端通过第四管道与第一吸附再生通道进口端连接相通；

所述第一吸附再生通道出口端通过第六管道连接尾气排放管。

优选地，所述换热器和氨分解炉外壁上贴覆有绝热保温层。这一方面减少了能耗，另一方面也避免了高温炉壁和管壁对人员的可能的意外烫伤。

优选地，所述第六管道通过第十一管道外接再生气管道；所述第一吸附再生通道进口端通过第十三管道与氨气尾气输入管连接相通；所述第三管道上设有第一阀门；所述第六管道上设有第二阀门；所述第十一管道上设有第三阀门；所述第十三管道上设有第四阀门。

所述再生气管道内的再生气（例如：氮气）输送到第一吸附器内的第一吸附再生管道，再通过第十三管道输送到氨气尾气输入管，形成第一再生系统。