本实用新型专利技术公开了一种高纯氨生产装置。该装置依次由以下部件按顺序用管道连接而成：氨原料罐、钾钠合金罐、隔膜压缩泵、冷凝器、气液分离罐、以及氨成品罐。在气液分离罐中放入活性炭过滤器。另外，冷凝器和气液分离罐放在冷冻箱中。其中钾钠合金罐是本实用新型专利技术的核心部件。在钾钠合金罐中装满钾钠合金——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。该装置还可以与精馏塔、蒸馏塔等配合使用。当氨气通过钾钠合金罐中，气体中的氧气、水、二氧化碳、一氧化碳等含有氧元素的气体都被钾钠合金吸收。在通过装置后的氨气中，氧含量，包括氧气、水、二氧化碳、一氧化碳等，通常在ppb(十亿分之一)量级，适合高纯氨气的生产。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种高纯氨生产装置。该装置依次由以下部件按顺序用管道连接而成：氨原料罐、钾钠合金罐、隔膜压缩泵、冷凝器、气液分离罐、以及氨成品罐。在气液分离罐中放入活性炭过滤器。另外，冷凝器和气液分离罐放在冷冻箱中。其中钾钠合金罐是本技术的核心部件。在钾钠合金罐中装满钾钠合金——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。该装置还可以与精馏塔、蒸馏塔等配合使用。当氨气通过钾钠合金罐中，气体中的氧气、水、二氧化碳、一氧化碳等含有氧元素的气体都被钾钠合金吸收。在通过装置后的氨气中，氧含量，包括氧气、水、二氧化碳、一氧化碳等，通常在ppb(十亿分之一)量级，适合高纯氨气的生产。【专利说明】一种高纯氨生产装置
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。
技术介绍
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(ΝΗ3.Η20)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。本专利技术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。这是本专利技术的核心思想——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。
技术实现思路
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6Ν(99.9999%)以上。本专利技术利用碱金属(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。本专利技术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(I)、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O~100%。一般情况下，钾/钠比例为1: 1，其熔点~25°C，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°C。钾钠合金罐(2)是本专利技术的关键部件。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+02 = 2Na20 (氧化还原反应)4K+02 = 2K20 (氧化还原反应)钠(钾)与水的反应2Na+2H20 = 2Na0H+H2 ? (置换反应)2Κ+2Η20 = 2Κ0Η+Η2 ? (置换反应)钠(钾)与一氧化碳(或二氧化碳)的反应2Na+C0 = Na20+C (置换反应)2K+C0 = K20+C (置换反应)4Na+C02 = 2Na20+C (置换反应)4K+C02 = 2K2CHC (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Na2CHCO2 = Na2CO3 (酸与碱反应)K2CHCO2 = K2CO3 (酸与碱反应)Na0H+C02 = NaHCO3 (酸与碱反应)K0H+C02 = KHCO3 (酸与碱反应)钠(钾)与酒精的反应2Na+2CH3CH20H = 2CH3CH20Na+H2 ? (置换反应)2K+2CH3CH20H = 2CH3CH20K+H2 ? (置换反应)钠(钾)与硫化氢的反应2Na+H2S = Na2S+H2 ? (置换反应)2K+H2S = K2S+H2 ? (置换反应)钠(钾)与二氧化硫的反应4Na+S02 = 2Na20+S (置换反应)2Na+S = Na2S (氧化还原反应)4K+S02 = 2K20+S (置换反应)2K+S = K2S (氧化还原反应)二氧化硫与氧化钠(氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钾)的反应Na2CHSO2 = Na2SO3 (酸与碱反应)K2CHSO2 = K2SO3 (酸与碱反应)Na0H+S02 = NaHSO3 (酸与碱反应)K0H+S02 = KHSO3 (酸与碱反应)气液分离罐(6)是本专利技术的重要部件。它放入冷冻箱(4)中。冷冻箱(4)工作在-20°C，即气液分离罐(6)的温度工作在_20°C。氨气经过气液分离罐(6)被冷冻成液体。气液分离罐(6)有2个出口，上面为气体出口，下面为液体出口。上面的气体出口与废气阀门(9A)连接。气液分离罐(6)中的废气(如H2、队等易挥发的气体)通过废气阀门(9A)排出。为了保持气液分离罐(6)中的压强，废气也需要通过废气阀门(9A)有节奏地排出。下面的液体出口与纯氨阀门(9B)连接。气液分离罐(6)中的纯氨通过纯氨阀门(9B)排出输送到氨成品罐(8)。为了保持气液分离罐(6)中的纯氨的液面高度，纯氨也需要通过纯氨阀门(9B)有节奏地排出。在气液分离罐(6)中放入活性炭过滤器(7)，其作用是用活性炭吸附液氨中微量的钾钠金属物质。本专利技术还可以与精馏塔或蒸馏塔等配合使用。如图2所示:可以在氨原料罐(I)和钾钠合金罐(2)之间加入一台前级分馏塔(10A)，也可以在气液分离罐(6)和氨成品罐(8)之间加入一台后级分馏塔(IOB)。前级分馏塔(IOA)作用是减少氨气原料中的水分，减少钾钠合金罐中的钾钠消耗，降低生产成本。一般说来，氨气在进入钾钠合金罐之前，其含水量应该达到万分之一以下(即“4N”以上)。前级分馏塔(10A)可以是精馏塔，也可以是蒸馏塔，但精馏塔的效果更佳。后级分馏塔(IOB)作用是去除成品氨中微量的钾钠金属。后级分馏塔(IOB)可以是精馏塔，也可以是蒸馏塔。由于钾钠金属与氨的沸点相差很大，后级分馏塔(IOB)用蒸馏塔即可。后级分馏塔(IOB)所产生的废液，用管道输送到氨原料罐(1)，当作原料使用。本专利技术中，每一种部件可以有多个部件一起配合使用。如图3所示:在本设备中含有2个钾钠合金罐(2)、2个气液分离罐(6)、2个冷凝器(5)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高纯氨生产装置，其特征在于：该装置依次由以下部件按顺序用管道连接而成：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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥林，
申请(专利权)人：刘祥林，
类型：新型
国别省市：北京;11
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