《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》是蘇州金宏氣體股份有限公司於2011年3月11日申請的專利，該專利的公布號為CN102167355A，申請號為201110058713X，授權公布日為2011年8月31日，發明人是金向華、李荷慶、李英輝。
《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》公開了一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，用工業級液氨採用精餾分離方法，生產各級別的超純氨。用該發明的方法，通過一級汽化精餾提純可生產出含量大於99.9995%的高純氨；通過二級精餾提純可生產出含量大於99.99994%的超純氨；通過三級深度精餾提純可生產出含量大於99.99999%的7N電子級超純氨。通過該方法可以里連續生產出7N電子級超純氫，也可以分等級同時出產品。生產出的氨氣可廣泛套用於液晶顯示（LCD）、有機電雷射顯示（OLED）和半導體發光器件（LED）等光電子以及太陽能電池PV等領域。
2018年12月20日，《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名： 用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法
- 公告號：CN102167355A
- 授權日：2011年8月31日
- 申請號：201110058713X
- 申請日：2011年3月11日
- 申請人：蘇州金宏氣體股份有限公司
- 地址：江蘇省蘇州市相城區黃埭鎮潘陽工業園安民路6號
- 發明人：金向華、李荷慶、李英輝
- Int.Cl.：C01C1/02(2006.01)I
- 代理機構：南京眾聯專利代理有限公司
- 代理人：周新亞
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
超純氨是半導體工業中重要的電子氣體，在半導體生產工藝中，氨（NH3）同矽烷（SiH4）一起發生反應生成氮化矽膜；在MOCVD設備上，氨同三甲基鎵作用在藍寶石上通過汽相生長形成氮化鎵發光二極體即LED。
截至2011年3月11日，隨著科技的發展和社會對於電子產品、新型節能照明器件、清潔能源的需求日益增大，對於超純氨的純度要求也越來越高。例如，在生產高亮度的LED器件時，由於器件的幾何形狀不斷縮小且LED的亮度要求不斷提高，原料氨中的污染物含量對於產品的質量是非常重要的。因此，對於氨的純化技術一直是研究的熱點。
截至2011年3月11日，由於已開發國家光電子等半導體技術發展速猛，極大地推動了氣體公司對氨提高純度的研究。中國許多LED生產用戶所用的進口氨，基本上是美國普萊克斯、APCI、法國液空、德國林德和日本昭和電工等國外公司的產品，他們所採用的超純氨製取方法，基本上都採用將原料氨經活性炭吸附器除去部分油，再由分子篩吸附器吸附除去部分水，再經脫氧劑吸附器除去部分氧，再經過一級或者二級簡單精餾，再經過終端純化得到高純氨產品。
此類工藝的缺點是：吸附處理後的活性碳、分子篩和終端純化器需要再生處理，再生過程中有大量廢氣排出，形成了二次污染；終端純化器在純化過程中會產生副反應，影響最終產品的純度；由於通過多道吸附和解吸後的氨氣、廢氣無法再利用，嚴重影響了環境和產品收率；而且高純氨和超純氨的生產方式都不同，必須分別建設，分類生產。工藝流程太長，設備多、投資多。
發明內容
專利目的
《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》是為了克服現有技術中存在的缺點而提出的。其目的是提供一種只通過精餾分離，同時能夠生產幾種規格的高純氨和超純氨的生產方法。並能連續生產。低含量氨汽及液氨可以回收為工業液氨利用，無二次污染。
技術方案
《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》的發明目的是通過如下技術方案實現的。
一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，該方法包括以下幾個步驟：
（1）液位差自動加料：原料工業液氨向一級精餾提純塔加料是利用加料罐與一級精餾提純塔塔釜液位差來完成的。加料罐上部與一級精餾提純塔塔釜上部的兩個氣相口連通，保持在0～1.6兆帕壓力平衡範圍內，利用高位加料罐液相口高於一級精餾提純塔塔釜100厘米以上來完成原料的自動加料；
（2）一級精餾提純塔精餾提純：保持一級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0～40℃範圍內，壓力在0.5～1.6兆帕範圍內，冷卻水溫度控制在-5～30℃範圍內，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1：30～100範圍內，加料量與塔頂放空量之比1：50～100範圍內，在此操作條件下精餾分離，降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，可以從精餾提純塔塔中上部的產品出口產出含量大於99.9995%的高純氨成品；
（3）二級精餾提純塔精餾提純：將上述含量大於99.9995%的高純氨成品輸入二級精餾提純塔進行二次精餾提純，保持二級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0～40℃範圍內，壓力在0.5～1.6兆帕範圍內，冷卻水溫度控制在-5～30℃範圍內，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1：30～100範圍內，加料量與塔頂放空量之比1：50～100範圍內，在此操作條件下精餾分離，進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產品出口可以產出含量大於99.99994%的超純氨成品；
（4）三級精餾提純塔精餾提純：將上述含量大於99.99994%的超純氨成品輸入三級精餾提純塔進行三次精餾提純，保持三級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0～40℃範圍內，壓力在0.5～1.6兆帕範圍內，冷卻水溫度控制在-5～30℃範圍內，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1:30～100範圍內，加料量與塔頂放空量之比在1:50～100範圍內，在此操作條件下精餾分離，更進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產品出口可以生產出含量大於99.99999%的超純氨成品；
所述的一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔的塔釜及塔內件採用306L不鏽鋼製成，表面採用機械打磨拋光與化學鈍化液拋光相結合的拋光方法，使光潔度達到0.1微米以上，該化學鈍化液為BD-B102型不鏽鋼酸洗鈍化液；金屬絲網填料採用306L不鏽鋼，比表面積達到1000平方米以上，並經BD-B501型不鏽鋼清洗劑進行表面處理。
所述一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔塔釜中的液氨汽化，都是利用空氣源熱水器加熱塔釜中的翅片式汽化器連續氣化完成的。
所述的加料罐為兩台並聯的加料罐，通過其並聯線路上的閥門控制，可以實現兩台加料罐交替供料，可以實現連續生產，一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔可以同時分別生產99.9995%、99.99994%、99.99999%這三種不同規格的氨氣。
上述精餾提純過程中的輕組份含量的降低，是在精餾分離過程中，輕組分在塔頂聚集，然後通過與塔頂聯通的冷凝器的氣相放空方式完成的；上述精餾提純過程中的重組分、水分、金屬離子含量的降低，在精餾分離過程中，在塔釜釜底聚集後的殘液通過塔釜液相出口連續排出方式完成的。
所述與塔頂聯通的冷凝器的氣相放空口，聯通一回收冷凝器的氣相口，回收冷凝器的液相口聯通一回收罐，該回收罐還所述的聯通塔釜液相出口，接收從其中輸出的殘液,組成了回收系統。
在一級精餾提純塔的產品出口向二級精餾提純塔的原料進口供料的管路上設有管式精密過濾器，在二級精餾提純塔的產品出口向三級精餾提純塔的原料進口供料的管路上也設有管式精密過濾器，在三級精餾提純塔的產品出口也設有管式精密過濾器，該管式精密過濾器內的濾芯用K-49型超細玻璃纖維膜製成，可以過濾小於0.01微米的顆粒。
改善效果
《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》的有益效果是利用《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》的方法，只需要通過精餾分離，系統同時可以生產出三種不同規格的高純氨和超純氨成品。設備、工藝簡單，並可連續生產。低含量氨汽及液氨回收利用，無二次污染。生產出的氨氣可廣泛套用於液晶顯示（LCD）、有機電雷射顯示（OLED）和半導體發光器件（LED）等光電子以及太陽能電池PV等領域。
附圖說明
圖1是《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》生產系統的結構圖；
圖中：1.原料工業液氨儲罐,2.液氨泵，3.高位加料罐，4.高位加料罐，5.一級精餾提純塔，6.二級精餾提純塔，7.三級精餾提純塔，8.一級精餾塔塔頂冷凝器，9.二級精餾塔塔頂冷凝器，10.三級精餾塔塔頂冷凝器，11.三級精餾塔塔頂放空冷凝器，12.二級精餾塔塔頂放空冷凝器，13.一級精餾塔塔頂放空冷凝器，14.一級精餾塔純化氨氣出口超濾器，15.二級精餾塔塔釜氨氣出口超濾器，16.三級精餾塔純化氨氣出口超濾器，20.二級精餾塔純化氨氣出口超濾器，17.一級精餾塔塔頂高位槽，18.二級精餾塔塔頂高位槽，19.三級精餾塔塔頂高位槽，21.一級精餾塔加熱熱水器，22.二、三級精餾塔加熱熱水器，23.三級精餾塔成品接收罐，24.二級精餾塔成品接收罐，25.一級精餾塔成品接收罐，26.三級精餾塔成品冷凝器，27.二級精餾塔成品冷凝器，28.一級精餾塔成品冷凝器，29.一級精餾塔熱水循環泵，30.二、三級精餾塔熱水循環泵，29.工業液氨回收槽。
技術領域
《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》屬於一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，具體涉及一種採用工業級液氨，用精餾分離方法提取7N電子級超純氨，而且可以同時生產出三種不同規格的高純氨和超純氨成品，並可連續生產。
權利要求
1.一種用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特徵在於：該方法包括以下幾個步驟：（1）液位差自動加料：原料工業液氨向一級精餾提純塔加料是利用加料罐與一級精餾提純塔塔釜液位差來完成的，加料罐上部與一級精餾提純塔上部的兩個氣相口連通，保持在0～1.6兆帕壓力平衡範圍內，利用高位加料罐液相口高於一級精餾提純塔塔釜100厘米以上來完成原料的自動加料；（2）一級精餾提純塔精餾提純：保持一級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0～40℃範圍內，壓力在0.5～1.6兆帕範圍內，冷卻水溫度控制在-5～30℃範圍內，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1：30～100範圍內，加料量與塔頂放空量之比1：50～100範圍內，在此操作條件下精餾分離，降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，可以從精餾提純塔塔中上部的產品出口產出含量大於99.9995%的高純氨成品；（3）二級精餾提純塔精餾提純：將上述含量大於99.9995%的高純氨成品輸入二級精餾提純塔進行二次精餾提純，保持二級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0～40℃範圍內，壓力在0.5～1.6兆帕範圍內，冷卻水溫度控制在-5～30℃範圍內，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1：30～100範圍內，加料量與塔頂放空量之比1：50～100範圍內，在此操作條件下精餾分離，進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產品出口可以產出含量大於99.99994%的超純氨成品；（4）三級精餾提純塔精餾提純：將上述含量大於99.99994%的超純氨成品輸入三級精餾提純塔進行三次精餾提純，保持三級精餾提純塔塔頂、塔釜溫度在0～40℃範圍內，壓力在0.5～1.6兆帕範圍內，冷卻水溫度控制在-5～30℃範圍內，塔頂輕組份的放空與回流量之比在1:30～100範圍內，加料量與塔頂放空量之比在1:50～100範圍內，在此操作條件下精餾分離，更進一步降低了原料中的輕組分、重組分、水分、金屬離子的含量，在精餾塔中上部的產品出口可以生產出含量大於99.99999%的超純氨成品。
2.如權利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特徵在於：所述一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔塔釜中的液氨汽化，都是利用空氣源熱水器加熱塔釜中的翅片式汽化器連續氣化完成的。
3.如權利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特徵在於：所述的加料罐為兩台並聯的加料罐，通過其並聯線路上的閥門控制，可以實現兩台加料罐交替供料，可以實現連續生產，一級精餾提純塔、二級精餾提純塔、三級精餾提純塔可以同時分別生產99.9995%、99.99994%、99.99999%這三種不同規格的氨氣。
4.如權利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特徵在於：上述精餾提純過程中的輕組份含量的降低，是在精餾分離過程中，輕組分在塔頂聚集，然後通過與塔頂聯通的冷凝器的氣相放空方式完成的；上述精餾提純過程中的重組分、水分、金屬離子含量的降低，在精餾分離過程中，在塔釜釜底聚集後的殘液通過塔釜液相出口連續排出方式完成的。
5.如權利要求5所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特徵在於：所述與塔頂聯通的冷凝器的氣相放空口，聯通一回收冷凝器的氣相口，回收冷凝器的液相口聯通一回收罐，該回收罐還與所述的塔釜的液相出口聯通，接收從其中輸出的殘液,組成了回收系統。
6.如權利要求1所述的用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法，其特徵在於:在一級精餾提純塔的產品出口向二級精餾提純塔的原料進口供料的管路上設有管式精密過濾器，在二級精餾提純塔的產品出口向三級精餾提純塔的原料進口供料的管路上也設有管式精密過濾器，在三級精餾提純塔的產品出口也設有管式精密過濾器，該管式精密過濾器內的濾芯用K-49型超細玻璃纖維膜製成，可以過濾小於0.01微米的顆粒。
實施方式
參照附圖1所示的生產系統的結構圖詳細說明《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》方法。
液氨來自槽罐車，將原料液氨卸入原料液氨貯罐1，由液氨泵2採用間隙方法打入高位加料罐3和高位加料罐4進行輪換使用。將高位加料罐3或者4氣相平衡管與一級精餾提純塔塔釜氣相平衡管打開聯通，通過高位加料罐3或者4與一級一級精餾提純塔的液位差，由液相管向一級精餾提純塔連續加料。
由熱水循環泵29將熱水器21產生的溫度為5～50℃的熱水，對一級精餾提純塔釜汽化器進行加熱，開啟冷凝器冷凍水，精餾開始精餾分離，控制壓力範圍在0.5～1.6兆帕。塔頂、塔釜溫度控制在0～40℃，冷卻水溫度控制在-5～30℃。
一級精餾提純塔汽化氨氣由塔頂冷凝器8冷卻成液態，進入高位槽17，回流進入一級精餾提純塔塔頂，使塔內產生回流，精餾塔開始分離。原料液氨中的重組份、油、水留在塔釜，由壓力差排向工業液氨回收罐31作為工業液氨回收使用。塔頂未冷凝的液氨氣體及低沸點氣體一部份通過放空進入冷凝器13，冷卻後的工業液氨進入回收罐31作為工業液氨回收使用。部份經過提純的液氨氣體由一級精餾提純塔中部出去經過精密超濾器14超濾後進入二級精餾提純塔6中上部則為二級精餾提純塔加料。進入成品冷凝器28，進入成品接收罐25則為高純氨，含量大於99.9995%。
二級精餾提純塔6中上部加入的一級精餾提純塔提純的氨氣，由塔頂冷凝器9冷卻成液態，進入高位槽18，回流進入一級精餾提純塔塔頂，使塔內產生回流，精餾塔開始分離。液氨中的微量重組份、油、水留在塔釜，由壓力差排向工業液氨回收罐31作為工業液氨回收使用。塔頂未冷凝的液氨氣體及微量低沸點氣體一部份通過放空進入冷凝器12，冷卻後的工業液氨進入回收罐31作為工業液氨回收使用。部份經過提純的液氨氣體由二級精餾提純塔塔釜中部出去經過精密超濾器15超濾後進入三級精餾提純塔7塔釜則為三級精餾提純塔加料。由二級精餾提純塔中下部進入成品冷凝器27，進入成品接收罐24則為超純氨成品，含量大於99.99994%，金屬離子降至ppt。
三級精餾提純塔7塔釜加入的二級精餾提純塔提純的氨氣，由塔頂冷凝器10冷卻成液態，進入高位槽19，回流進入一級精餾提純塔塔頂，使塔內產生回流，精餾塔開始分離。液氨中微量的重組份、油、水留在塔釜，由液體重力作用流向二級精餾提純塔塔釜，由壓力差排向工業液氨回收罐31作為工業液氨回收使用。部份由三級精餾提純的氨氣由塔中上部出去經過精密超濾器16超濾後進入成品冷凝器26，進入成品接收罐23則為超純氨成品，含量大於99.99999%，水分降至ppb級金屬離子降至ppt級。
通過該方法提純所得的高純氨和超純氨產品純度如表1所示：
產品氨純度（%） | 雜質和水分含量（ppm） | ||||||
H2 | O2+Ar | N2 | CH4 | CO | CO2 | H2O | |
99.9995 | <0.20 | <0.50 | <1.0 | <0.20 | <0.50 | <0.50 | <1.0 |
99.99994 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 |
99.99999 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 |
榮譽表彰
2018年12月20日，《用精餾分離提取7N電子級超純氨的方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
