一种尾气连续提氢和再利用系统及方法技术方案

一种尾气连续提氢和再利用系统及方法，来自于LED外延片生产工艺的尾气经过过滤器进入第一换热器或第二换热器中加热已完成吸氢反应的金属氢化物，使金属氢化物放出氢气，氢气经冷却装置冷却后进入水吸收单元，然后尾气经除水单元干燥后进入第一金属氢化物反应器或第二金属氢化物反应器，尾气中的氢气和第一金属氢化物反应器或第二金属氢化物反应器内的储氢合金或储氢单金属发生反应生成金属氢化物被储存起来，杂质气体被抽走，金属氢化物被高温尾气加热后放出氢气。利用工艺尾气本身的余热驱动储氢反应器的放氢过程，减少了金属氢化物变温吸附过程中加热需要的额外能耗。系统具备多个反应器以实现尾气的连续处理，保证持续处理工艺尾气和生产氢气。续处理工艺尾气和生产氢气。续处理工艺尾气和生产氢气。

【技术实现步骤摘要】
一种尾气连续提氢和再利用系统及方法


[0001]本专利技术属于LED行业尾气处理和回收领域，涉及一种尾气连续提氢和再利用系统及方法。

技术介绍

[0002]氢气作为一种重要的工业原料和未来的主要能源正受到世界各国的关注和重视。随着我国石油化工、有机合成、半导体、玻璃、冶金、燃料电池等领域的迅猛发展，氢气的需求量也大大增加，其中电子特种气体产品超纯氢(含氢量≥99.999％)是现代电子、光纤、石化等方面和一些尖端科技上的重要原料，在分析检测方面的需求量也较高，用量逐年增长。
[0003]在这其中，LED外延片工艺生产过程要使用大量的高纯氢气。LED外延片制造大多采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)工艺，在生产过程中高纯氢气作为载气，不参与化学反应，生产结束后通常混合其他惰性气体(氮气、水等)一起排出，如直接将这些废气排放不仅污染环境，而且造成资源的浪费。考虑到目前LED生产企业获得高纯氢气的方法大多为电解水制氢，该过程耗费大量能源，成本较高。而中国LED外延片制造商有时不得不将可观数量的氢气作为工艺燃料消耗或者简单处理后放空，这无疑造成了显著的浪费。因此若能通过一定手段将氢气从混合气中分离提纯出来，形成高品质的氢介质，并加以有效的利用，将具有十分显著的经济和社会效益。
[0004]现有的氢气纯化技术主要分为三大类：物理法、化学法、膜分离法。其中物理法主要分为低温分离法与PSA变压吸附法；化学法包括金属氢化物分离法与催化脱氧法；膜分离法包括钯金属膜扩散法和聚合物膜扩散法。这些方法种类众多，各有优缺点。(产业与科技论坛，2018，17(17)：66-69)
[0005]上述方法中能够达到LED外延片制造用氢标准(99.999％)有变压吸附法、钯金属膜扩散法、金属氢化物分离法等，而目前文献报道中应用于MOCVD工艺尾气回收氢气的主要有变压吸附法，变压吸附法纯化氢气的基本原理是利用固体材料对气体混合物的选择性吸附以及吸附量随压力改变而变化的特点，通过周期性改变压力来吸附和解吸，从而实现气体的分离和提纯，然而如果采用变压吸附法制得高纯氢气，所需吸附塔较多，设备投资大，且变压吸附方法氢气回收率不高，一般只有75％左右，影响到经济收益(低温与特气，2002，20(3)：1-5)。
[0006]另外还有一些文献中提到利用钯金属膜法回收MOCVD工艺尾气中氢气，钯金属膜法主要利用钯的选择性透氢性质，然而该方法在实际应用中存在严重问题，钯金属膜极为昂贵，生产成本极高且尾气中的氨气容易破坏钯金属膜。上述这些问题都限制了变压吸附法和钯金属膜法在实际MOCVD尾气中氢气回收的应用(气体分离，2012，1：29-32)。

技术实现思路

[0007]为克服现有技术中无法高效回收MOCVD工艺尾气中的尾气，达到节约能源和保护环境的作用的问题，本专利技术的目的是提供一种尾气连续提氢和再利用系统及方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种尾气提氢和再利用系统，包括过滤器、第一换热器、冷却装置、水吸收单元、除水单元与第二换热器；其中，第一换热器内设置有第一金属氢化物储氢反应器，第二换热器内设置有第二金属氢化物反应器；过滤器出口分为两路，一路与第一换热器的气体入口相连，另一路与第二换热器的气体入口相连，第一换热器的气体出口和第二换热器的气体出口均与冷却装置相连，冷却装置与水吸收单元相连，水吸收单元与除水单元相连，除水单元的出口分为两路，一路与第一金属氢化物反应器相连，另一路与第二金属氢化物反应器相连。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，除水单元的出口的一路经第四阀门与第一金属氢化物反应器相连，另一路经第三阀门与第二金属氢化物反应器相连。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，过滤器出口分为两路，一路经第二阀门与第二金属氢化物反应器的气体入口相连，另一路经第一阀门与第一金属氢化物储氢反应器的气体入口相连。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，第一金属氢化物反应器的气体出口经第五阀门与氢气储罐入口相连，第二金属氢化物反应器的气体出口经第六阀门与氢气储罐入口相连。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，氢气储罐出口分为两路，一路经第八阀门与第二金属氢化物反应器相连，另一路经第七阀门与第一金属氢化物储氢反应器相连。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，第一金属氢化物储氢反应器和第二金属氢化物储氢反应器均连接有真空泵。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，第一金属氢化物反应器和第二金属氢化物反应器内装有储氢合金或储氢单金属。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，储氢合金为镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5及镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5衍生物、钛铁系AB型TiFe及钛铁系AB型TiFe衍生物、A2B镁基Mg2Ni及A2B镁基Mg2Ni衍生物。储氢单金属为镁、铝、锂、钙等。
[0017]一种尾气提氢和再利用方法，来自于LED外延片生产工艺的高温含氢的尾气经过过滤器进入第一换热器或第二换热器中加热已完成吸氢反应的金属氢化物，使金属氢化物放出氢气，氢气经冷却装置冷却后进入水吸收单元，得到氨水，然后尾气经除水单元干燥后进入第一金属氢化物反应器或第二金属氢化物反应器，尾气中的氢气和第一金属氢化物反应器或第二金属氢化物反应器内的储氢合金或储氢单金属发生反应生成金属氢化物被储存起来，杂质气体被抽走，金属氢化物被高温尾气加热后放出纯净的氢气。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，除水单元的出口的一路经第四阀门与第一金属氢化物反应器相连，另一路经第三阀门与第二金属氢化物反应器相连；
[0019]过滤器出口分为两路，一路经第二阀门与第二金属氢化物反应器的气体入口相连，另一路经第一阀门与第一金属氢化物储氢反应器的气体入口相连。
[0020]第一金属氢化物反应器的气体出口经第五阀门与氢气储罐入口相连，第二金属氢化物反应器的气体出口经第六阀门与氢气储罐入口相连；
[0021]氢气储罐出口分为两路，一路经第八阀门与第二金属氢化物反应器相连，另一路经第七阀门与第一金属氢化物储氢反应器相连；
[0022]第一金属氢化物反应器处于放氢状态，第二金属氢化物反应器处于吸氢状态时，
第一阀门开启，第二阀门关闭，阀门关闭，阀门开启，尾气依次经过滤器、第一换热器、冷却装置、水吸收单元、除水单元后进入第二金属氢化物反应器，尾气中的氢气被第二金属氢化物反应器内储氢合金或储氢单金属储存，第一金属氢化物反应器内的金属氢化物放出氢气；
[0023]第一金属氢化物反应器处于吸氢状态，第二金属氢化物反应器处于放氢状态时，第一阀门关闭，第二阀门开启，第三阀门开启，第四阀门关闭；尾气流经过滤器、第二换热器、冷却装置、水吸收单元、除水单元后进入第一金属氢化物反应器，尾气中的氢气被第一金属氢化物反应器内储氢合金或储氢单金属储存，第二金属氢化物反应器内的金属氢化物放出氢气。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出利用金属氢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尾气连续提氢和再利用系统，其特征在于，包括过滤器(1)、第一换热器(2)、冷却装置(3)、水吸收单元(4)、除水单元(5)与第二换热器(11)；其中，第一换热器(2)内设置有第一金属氢化物储氢反应器(6)，第二换热器(11)内设置有第二金属氢化物反应器(12)；过滤器(1)出口分为两路，一路与第一换热器(2)的气体入口相连，另一路与第二换热器(11)的气体入口相连，第一换热器(2)的气体出口和第二换热器(11)的气体出口均与冷却装置(3)相连，冷却装置(3)与水吸收单元(4)相连，水吸收单元(4)与除水单元(5)相连，除水单元(5)的出口分为两路，一路与第一金属氢化物反应器(6)相连，另一路与第二金属氢化物反应器(12)相连。2.根据权利要求1所述的一种尾气提氢和再利用系统，其特征在于，除水单元(5)的出口的一路经第四阀门(B
’
)与第一金属氢化物反应器(6)相连，另一路经第三阀门(B)与第二金属氢化物反应器(12)相连。3.根据权利要求1所述的一种尾气提氢和再利用系统，其特征在于，过滤器(1)出口分为两路，一路经第二阀门(A
’
)与第二金属氢化物反应器(12)的气体入口相连，另一路经第一阀门(A)与第一金属氢化物储氢反应器(6)的气体入口相连。4.根据权利要求1所述的一种尾气提氢和再利用系统，其特征在于，第一金属氢化物反应器(6)的气体出口经第五阀门(C)与氢气储罐(7)入口相连，第二金属氢化物反应器(12)的气体出口经第六阀门(C
’
)与氢气储罐(7)入口相连。5.根据权利要求1所述的一种尾气提氢和再利用系统，其特征在于，氢气储罐(7)出口分为两路，一路经第八阀门(D
’
)与第二金属氢化物反应器(12)相连，另一路经第七阀门(D)与第一金属氢化物储氢反应器(6)相连。6.根据权利要求1所述的一种尾气提氢和再利用系统，其特征在于，第一金属氢化物储氢反应器(6)和第二金属氢化物储氢反应器(12)均连接有真空泵(8)。7.根据权利要求1所述的一种尾气提氢和再利用系统，其特征在于，第一金属氢化物反应器(6)和第二金属氢化物反应器(12)内装有储氢合金或储氢单金属。8.根据权利要求7所述的一种尾气提氢和再利用系统，其特征在于，储氢合金为镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5及镧镍系AB5型LaNi5/MmNi5衍生物、钛铁系AB型TiFe及钛铁系AB型TiFe衍生物、A2B镁基Mg2Ni及A2B镁基Mg2Ni衍生物。储氢单金属为镁、铝、锂、钙等。9.一种基于权利要求1所述系统的尾气提氢和再利用方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴震，郭磊磊，张早校，杨福胜，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：