[发明专利]一种化合物半导体外延尾气回收利用装置及方法

说明书

本发明涉及一种化合物半导体外延尾气回收利用的方法。利用加压、低温氨分离、变温吸附纯化和低温再沸脱气技术，将尾气中的氨、氢气和氮气充分回收利用，具有回收的氨、氢气、氮气的纯度高和回收率高等优点。本发明可以将传统工艺中使用一次就放空的昂贵液氨、氢气和氮气大量的回收，并通过分离净化方法使其再重新投入生产过程，大大地降低了LED和化合物半导体生产的成本，提高了器件生产产量，具有回收效率高，回收液氨、氮气和氢气纯度高，纯化深度好，回收成本低的显著特点，同时实现节能减排、节能环保和资源综合利用的目的，促进本领域发展，具有无可比拟的技术优势和广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于环境与资源利用技术领域，特别是资源综合利用与生态环境保护项目类别中的从废水、废气废渣等资源回收利用的技术及设备方向。

背景技术

在LED和化合物半导体的生产过程中，需要使用大量的氮气、氢气和超纯氨的混合气体(一般情况下其浓度为：氮气30～80％，氢气10～40％，超纯氨10～30％)，这些气体在通过生产工艺后就直接放空，即浪费了宝贵的气体资源，又污染了环境。随着全球对节能环保和循环经济的深入实施，对于有一定经济价值但对环境有一定污染的工业项目在应用过程中往往受限。

目前，国内外尚无成熟的化合物半导体外延尾气全组份的回收技术和方法。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种化合物半导体外延尾气回收利用装置及方法，该方法具有氨气、氢气、氮气回收率、回收纯度高的优势。且本发明的装置和方法可以实现在一套装置中将LED和化合物半导体尾气中的氮气、氢气和超纯氨分离纯化和利用。

本发明的发明构思是：利用加压、低温氨分离、变温吸附纯化和低温再沸脱气技术，将尾气中的氨气、氢气和氮气充分回收利用，具有回收的氨、氢气、氮气的纯度高和回收率高、排放的气体中的有害物符合国家环保标准的显著特点，为本领域首创的尾气回收利用的技术和方法。

本发明采用以下技术方案：一种化合物半导体外延尾气回收利用装置，包括依次连接的尾气缓冲罐、多级压缩机、低温氨分离装置、变温吸附脱气装置和低温再沸脱气装置以及相应的阀门、管道管件和控制系统组成，喷淋水洗塔设在温吸附脱气装置和氨水出口之间的管路上。

其中，尾气缓冲罐可以采用无阻力的集中排放管道、储气罐或者密封较好的气囊中任一种装置；压缩机为无油的多级压缩机。

进一步的，所述的低温氨分离装置包括液氨储存釜、制冷剂换热器、冷凝塔、脱气塔等设备，其中液氨储存釜位于低温氨分离装置的底部，在液氨储存釜内部设有制冷剂换热器，制冷剂换热器与外部冷凝蒸发热交换器连接，液氨储存釜与脱气塔连接，脱气塔用金属格栅分隔开上下两部分，分别填装金属填料。经过热交换器换热后的原料气从两段填料的中间通入到脱气塔中，在脱气塔的上部设有冷凝塔，在冷凝塔的顶部设有不凝气体排放口，并与热交换器相连接，与多级压缩机来的原料气充分交换热量后，进行下一步变温吸附工序。

在所述变温吸附脱气装置中设置了两级喷淋水洗器，使再生解析吸附剂时，可以将解析出的氨捕捉下来，使放空的气体符合国际环保要，解析气体经过。变温吸附脱气装置可以将剩余的微量氨、氧、水和二氧化碳深度脱除。作为优选，该两级喷淋水洗器采用串联方式连接。

本发明使用的多功能吸附剂为脱氧型吸附剂。

其中，低温再沸脱气装置可采用本领域的脱气装置，作为优选所述的低温再沸脱气装置中设有主板换热器、增压透平膨胀机和真空脱气塔，所述真空脱气塔由带有集成换热器的液氮塔釜，填料脱气塔、顶部冷却器和辅助换热器组成，液氮塔釜位于底部，由下至上分别设有填料脱气塔、顶部冷却器，在低温再沸脱气装置顶部设有产品氢气出口；产品氮气由塔釜压力或低温液体泵经过主板换热器排出装置。