[实用新型]一种高纯氨生产装置

说明书

技术领域

本技术涉及一种高纯氨气生产装置，特别是纯度在“6N”(即6个“9”，或99.9999％)以上的高纯氨气生产装置。 

背景技术

高纯氨气在半导体领域有极其重要的用途。然而，氨气中的水非常难以去除。目前通常用精馏法去除氨中的水分，即利用氨与水的沸点差异将氨中的水分离。但是这种方法很难将氨气提纯到很高的纯度，或者说即使可以提纯到很高的纯度也会付出很高昂的成本，原因是氨与水相溶性太好了。氨和水分子中都含有很强的氢键，氨和水在一起很容易通过氢键形成氨水分子(NH₃·H₂O)或者氢氧化铵(NH₄OH)分子。也就是说，氨和水通过“化学反应”生成了一个分子了。既然是一个分子，就不可能通过精馏法(一种物理纯化方法)将氨与水分离了。精馏法只能分离两种或多种沸点不同，但不相互进行化学反应的物质。 

本发明的核心是利用化学方法去除氨中的水。水与碱金属(钾、钠等)会急剧地进行化学反应，而气体氨气与碱金属(钾、钠等)等不反应。利用这一特点，将含有水分的氨气通过钾钠合金(液体)，其中的水分子与钾或钠进行化学反应，而氨气分子不反应，这样就去除了氨气中的水分，氨气得到纯化。这是本发明的核心思想——利用化学方法去除氨中的水，区别于常规的精馏法(物理方法)。本装置除了去除氨气中的水分子以外，还可以去除氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、乙醇等含氧杂质。 

发明内容

一种高纯氨生产装置。该装置用于生产高纯氨气，氨气的纯度达到6N(99.9999％)以上。本发明利用碱金属(钾、钠等)去除氨中的水，因为水与碱金属(钾、钠等)会急剧地进行化学反应，而氨气与碱金属(钾、钠等)等不反应，这样就去除了氨气中的水分，氨气得到纯化。本发明除了去除氨气中的水分子以外，还可以去除氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、乙醇等分子。 

一种高纯氨生产装置。该装置依次由以下部件按顺序用不锈钢管道连接而成，如图1所示：氨原料罐(1)、钾钠合金罐(2)、隔膜压缩泵(3)、冷凝器(5)、气液分离罐(6)、以及氨成品罐(8)。在气液分离罐(6)中放入活性炭过滤器(7)。冷凝器(5)和气液分离罐(6)以及活性炭过滤器(7)放在冷冻箱(4)中。 

在钾钠合金罐(2)中装满钾钠合金——是由高纯金属钾和钠，按照一定的比例，放在一起融化后生成。其中钾/钠比例范围为0～100％。一般情况下，钾/钠比例为1∶1，其熔点～25℃，室温下为液体。钾钠合金放置在不锈钢容器内，形成钾钠合金罐(2)。钾钠合金罐(2)的外壳可以是室温，也可以用加热器加热恒温，一般情况下控制在40～50℃。 

钾钠合金罐(2)是本发明的关键部件。当氨气通过钾钠合金中，氨气中的氧气、水、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、乙醇等含有氧元素的气体都被钾钠合金吸收，生成氧化物(或者氢氧化物)浮在钾钠合金的表面。这样氨气中的含氧物质被吸收，氨气得到纯化。具体的化学反应方程式如下： 

钠(钾)与氧气的反应 

4Na+O₂＝2Na₂O  (氧化还原反应) 

4K+O₂＝2K₂O  (氧化还原反应) 

钠(钾)与水的反应 

2Na+2H₂O＝2NaOH+H₂↑  (置换反应) 

2K+2H₂O＝2KOH+H₂↑  (置换反应) 

钠(钾)与一氧化碳(或二氧化碳)的反应 

2Na+CO＝Na₂O+C  (置换反应) 

2K+CO＝K₂O+C  (置换反应) 

4Na+CO₂＝2Na₂O+C  (置换反应) 

4K+CO₂＝2K₂O+C  (置换反应) 

二氧化碳与氧化钠(氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钾)的反应 

Na₂O+CO₂＝Na₂CO₃  (酸与碱反应) 

K₂O+CO₂＝K₂CO₃  (酸与碱反应)