氨气干燥技术、氨气纯化技术

擎邦制氮机

高纯氨是电子工业中氮化膜的成膜气体,已经在半导体,液晶面板,氮化镓系LED生产中得到广泛应用;在多晶硅太阳能电池领域的高纯氨的应用也在不断增加。针对NH3中的水份脱除工艺研究，对于气态氨在脱水过程中出现的各种复杂问题解决，确保设备长期稳定运行，纯氨含水量小于1PPm以下。
关键词：高纯氨；脱水；问题解决; 稳定运行;
    氨气在常温常压下为具有特殊刺激性恶臭的无色有毒气体，比空气轻。氨在常温下稳定，但是在高温分解成氢和氮。一般在一个大气压下450~500℃时容易分解成氢氮混合气。在空气中可燃，但一般难以着火，如果连续接触火源就燃烧，有时也能引起爆炸。氨呈碱性，具有强腐蚀性。氨气用途广泛包括氮肥、铵盐硝酸、尿素丙烯酰胺、氢氰酸、无机试剂、药品、染料、金属表面氮化、制冷剂、半导体用气体、氧化、氮化膜、化学气相淀积、标准气等。
目前工业制取液氨的方式主要是利用氢和氮在高温高压时在催化剂的作用下合成得到的。其粗气中的组成杂质主要含有微量硫、水份、一氧化碳、氮气、氧气、铁杂质及其它机械杂质和油等杂质。液氨中含有硫可通过脱硫装置脱除，含有的油份可通过活性碳吸附，含有的机械杂质可通过精密过滤装置过滤，氨中含有的杂质气体可以通过萃取精馏工艺解决。氨中的水份在氨气的杂质中占有的比重较大，在实际应用解决过程中遇到的问题也较多，特别是氨气最终的脱水深度及脱水过程中产品气露点稳定性是整个工艺脱水过程中克服的难点。随着电子工业的发展，对NH3纯度要求及杂质含量要求极高。鉴于高纯氨气良好的应用前景，进一步开展NH3纯度的技术研究，提高产品气的纯度是十分必要的。

1．氨气中杂质气组成及其物化性质
1.1氨气中杂质组成
【产品名称】液体无水氨（液氨）
【产品简介】液氨分子式：NH3 分子量：17.03 国家标准：GB536-88
【质量标准】
  表一原料液氨指标
指标名称        指  标
        优等品        一等品        合格品
氨含量%    ≥        99.9        99.8        99.6
残留物含量%≤        0.1(重量法)        0.2        0.4
水份%      ≤        0.1        —        —
油含量，mg/kg≤        5（重量法）        —        —
        2（红外光谱法）        —       
铁含量，mg/kg≤        1        —        —

     

.2氨气的产品指标
      电子工业用氨应符合下表，国家标准：GBT-14601-93
                  表二电子工业用氨技术指标
项   目        指  标
氨纯度，10-2（体积分数）              ≥        99.999
氧含量，10-6（体积分数）              ＜               2
氮含量，10-6（体积分数）              ＜               5
一氧化碳含量，10-6（体积分数）         ＜               1
烃含量(C1~C3), 10-6（体积分数）         ＜               1
水份含量, 10-6（体积分数）             ＜               3
总杂质含量, 10-6（体积分数）           ≤               10
2.NH3脱水干燥纯化工艺研究
2.1 NH3脱水干燥工艺原理:
氨气中水份的脱除主要采用的是选择吸附的原理,选择吸附是利用固体吸附剂对气体中各级分的吸附能力不同,达到分离或纯化气体的目的。一切固体物质表面都有一种不饱和力场，其作用范围相当于分子直径大小。因此对于接触固体物质的表面的气体分子具有一定的吸附作用。只有多孔物质具有很大的内表面积，才有明显的吸附效应。对于氨气中水份的吸附主要采用物理吸附的方式，物理吸附时，吸附剂和吸附质之间同时存在吸附和解吸的作用。在一定的温度下，解吸速度等于吸附速度时，达到吸附平衡。
.2吸附剂的选择
   吸附剂对各种气体和选择吸附能力,主要取决于吸附剂的组成和结构,气体分子的大小和极性,以及吸附的条件(如温度和压力)等.
表三常用气体分子的大小
气体名称        分子的临界直径(埃)        分子的长度(埃)
氢气H2        2.4        3.0
氮气N2        3.0~3.64        4.09
氧气O2        3.4~3.8        3.8
水蒸汽H2O        2.7~3.1        3.2
氨气NH3        3.65~3.8        -
       表四各种吸附剂的有效孔径
  分子筛型号        有效孔径(埃)
钾A(3A)        3.0(3.2)
钠A(4A)        4.2(4.8)
钙A(5A)        5.0(5.5)
钠X(13X)        9.0(10.0)
硅胶（细孔）        20以下
活性氧化铝        10~20

由于我们是脱除氨气的水份根据表三及表四我们可知对于采用分子筛吸附采用3A分子筛吸附是最合适的,3A分子筛的有效孔径比氨气分子小,不吸附氨气,又比水蒸汽的分子直径大,因此能够吸附氨气的水份。
2.3氨气干燥的工艺流程
氨气干燥脱水的工艺流程如图一所示,主要包括干燥塔、管道冷却器、精密氨过滤器、切换阀门、电气控制部分。干燥塔内设有加热装置,并于外筒内设有冷却水盘管,分子筛装于塔内，干燥塔外设保温装置。从图一我们可知,工艺中设有两只干燥塔,当其中一只干燥塔工作时处于常温吸附氨气中的水份,输出干燥的氨气供后级使用，另一只塔处于再生过程,再生过程主要是对再生干燥塔内的吸附剂进行加热,然后利用干燥的纯氮或惰性气体将吸附剂中的水蒸气在高温状态下解吸出来。再生塔床层温度在300~350℃维持4~6小时后,再生干燥塔停止加热,再生干燥氮气或惰性气体不停继续对再生干燥塔进行吹扫,直至室温.处于备用状态,直至两塔切换,两塔切换后,原工作的干燥塔变成再生塔,原再生塔变成工作塔,两塔轮流,以实现连续供气.
2.4氨气干燥纯化装置的特点
2.4.1.不产生二次污染气体
再生结束前留有一部分时间，阀门自动切换，再生氮气停止供应，利用干燥的氨气对刚刚再生好的干燥塔进行吹扫置换，将塔内残余的氮气或惰性气体置换出来，以避免塔体处于工作干燥过程中的气体二次污染。
2.4.2氨气脱水深度及稳定性的保证措施
1)吸附的温度:冷却水盘管在氨气干燥装置中的使用,干燥塔处于工作时,让工作的塔体始终处于低温状态,冷却水的温度越低,工作的塔体吸附剂温度也越低。吸附剂吸附氨气中的水份容量也会相应增加（见图二吸附温度对于吸附量的影响），并且吸附深度也会变好。
图二吸附温度对于吸附量的影响

2）吸附热的影响：吸附剂处于工作时理论上只吸附氨气中的水份，但在实际产品应用过程中，也吸附部分氨气，这是由于目前国内外吸附剂孔径不能完全保证固定一个数值不变，所以无法避免会吸附部分氨气。吸附剂在吸附氨气中水份时吸附剂的床层温度刚开始时会迅速升温，主要是因为在在实际吸附过程中吸附了部分氨气及氨气中的水份产生的两种吸附热的影响，如吸附剂的床层温度不加控制，根据实际设备使用情况，吸附剂的床层温度最高能达到100℃以上，随着吸附剂床层温度的上升，吸附剂吸水的能力会慢慢减弱，导致产品气的露点很差。冷却水盘管的应用及工艺的调整解决的吸附热的影响。冷却水盘管在塔体工作时，可以将产生的吸附热带出去，让吸附剂床层始终维持在低温状态，保证良好的吸附效果，另外我们通过整体工艺的调整，也可以辅助性的克服因吸附热的影响而导致产品气的露点不稳定。在实际产品应用过程中我们发现所以塔体工作开始时床层会出现快速的升温，但是若干小时后，塔体的温度就开始下降，我们通过工艺的调整，让干燥塔在吸附水份时床层快速升温时不在工作塔进行，延长再生干燥塔最后的氨气吹扫时间，来避开吸附热对塔体内填料工作时的影响。从而保证干燥塔运行稳定性，纯气露点变化会很小。
3）整个装置采用全不锈钢的材料，以克服氨气的腐蚀影响，并且以此保证因材料不同而引起露点的影响。
2.4.3干燥纯化装置的防爆措施：加热装置，测温传感器,接线盒采用隔爆的，防爆等级：ExdⅡCT4，所有电缆采用阻燃电缆,以保证整体设备的安全。
2.4.4干燥纯化装置阀门稳定性干燥纯化装置涉及高温管道处,安装了两只管道冷却器,以保证阀门长期稳定工作,,减少了因阀门内泄漏而产生的产品气指标不合格。
2.5氨气干燥设备设计考虑氨气干燥装置内装填量的计算,主要考虑以下几个方面问题:1)原料氨气的含水量.2)吸附过程中吸附热的处理.3)床层工作时产生的温升考虑.4)再生干燥时效果,再生温度控制5)防止二次污染的工艺处量.5)吸附剂吸附氨量的考虑.6)材质考虑

jonchie

氨气的纯度，好像对热处理影响不大吧！个人愚见

擎邦制氮机

氨气纯度不管的，主要是含水量对热处理有影响的。

LHH1362

最早我们是用砖头进行干燥的，现在改用硅胶了。

擎邦制氮机

一般采用4A分子筛干燥，主要是吸水功能和残余氧气。

有心人

有没更经济实惠的氨气脱水干燥手段？？？

擎邦制氮机

没有了。氨气脱水就是采用分子筛干燥。如果经济你就自己采购一点分子筛可以试试，