氢回收系统和氢回收方法技术方案

本发明专利技术提供了一种氢回收系统和氢回收方法，其能够从氮化物生产设备排出的废气中高收率地净化高纯度氢，并回收。氢回收系统1包括废气供应路径11，其提供从氮化物生产设备2排出的废气；氢回收装置10和氢供应路径12。氢回收系统1的氢回收装置10的特征在于包括：等离子体反应容器31，其限定放电空间32的至少一部分；氢分离膜34，其将放电空间32与同氢供应路径12相连通的氢流路径33分隔开，通过其一个表面限定放电空间32的至少一部分，通过其另一个表面限定氢流路径33的至少一部分；电极35，其布置在放电空间32外部；以及吸附剂36，其填充在放电空间32中并吸附所供应的废气。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢回收系统和氢回收方法
本专利技术涉及一种氢回收系统和氢回收方法，具体地涉及一种通过从金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)设备排出的含氢废气中净化高纯度氢来回收氢的氢回收系统，以及从MOCVD设备排出的废气中回收氢的方法。
技术介绍
近年来，在诸如发光二极管等发光设备中或在高频设备、功率半导体设备等中，化合物半导体代替常规的硅半导体的使用已经变得广泛。具体地，针对使用氮化镓(GaN)的氮化镓半导体的需求正在增长，并且近年来，用于生产这种半导体的技术得到了快速发展。GaN半导体是通过使用MOCVD在由硅、蓝宝石等制成的基板上生长GaN的薄膜晶体来生产的。在用于生产GaN半导体的MOCVD过程中，除了有机金属之外，生产原料气体和载气的成本很高，废气处理所需的成本也很高。将用于生产这些气体并且处理废气的成本加起来，它们可能占总生产成本的多达10％至20％。而且，由于在MOCVD过程中使用的设备消耗了大量电力，因此在生产时需要节能。专利文献1公开了一种用于从包含从氮化镓基化合物半导体的生产过程排出的氨、氢、氮和有机金属化合物的废气中回收氢的方法。在专利文献1中公开的用于再利用氢的方法中，使废气与净化剂接触以去除有机金属化合物，然后与氨分解催化剂接触以将氨分解为氮和氢，并且在上述处理之后，废气在加热条件下进一步与钯合金膜接触，以回收透过钯合金膜的氢。在专利文献1中公开的用于回收和再利用氢的方法中，需要将钯合金膜加热到350至500摄氏度的温度并加压到0.3至0.8MPa的表压。因此，需要加压泵和电加热器来使氢分离膜起作用。另外，氢产率为60％至70％，因此需要进一步提高。如专利文献2所示，专利技术人专利技术了一种使用氨作为原料生产高纯度氢的制氢设备。当专利文献2中公开的设备扩大时，能量效率可能变差，这意味着当需要大规模制氢时，氢产率可能会降低。相关的现有技术文献专利文献专利文献1：JP2014-214060专利文献2：JP2014-70012
技术实现思路
本专利技术要解决的问题鉴于上述情况做出了本专利技术，并且其目的是提供一种以高产率从氮化物生产设备的废气中回收氢并且再利用它作为高纯度氢的氢回收系统以及从氮化物生产设备的废气中回收氢的方法。解决问题的手段根据本专利技术的用于氮化物生产设备的氢回收系统包括：废气供应路径，其接收从氮化物生产设备排出的废气；氢回收装置，其从废气中净化高纯度氢；以及氢供应路径，其从氢回收装置向氮化物生产设备供应高纯度氢。根据本专利技术的氢回收系统的氢回收装置的特征在于，它包括：等离子体反应容器，其限定放电空间的至少一部分；氢分离膜，其将放电空间与同氢供应路径相连通的氢流路径分隔开，通过其一个表面限定放电空间的至少一部分，通过其另一个表面限定氢流路径的至少一部分；电极，其布置在放电空间外部；以及吸附剂，其填充在放电空间中并吸附所供应的废气。在根据本专利技术的氢回收系统中，优选地，氮化物生产设备为MOCVD设备。在根据本专利技术的氢回收系统中，优选地，填充在氢回收装置的放电空间中的吸附剂为沸石和/或活性氧化铝。优选地，根据本专利技术的氢回收系统进一步包括氨存储容器以及将氨存储容器连接至氢回收装置的放电空间的氨供应路径，并且可以将氨供应至放电空间。本专利技术还提供了一种通过使用氢回收装置从氮化物生产设备排出的废气中回收氢的方法。此处，氢回收装置包括：放电空间，其壁部的至少一部分由等离子体反应容器和氢分离膜限定；吸附剂，其容纳于放电空间中；以及氢流路径，其通过氢分离膜与等离子体反应容器分隔开。根据本专利技术的氢回收方法的特征在于，其包括以下步骤：将由氮化物生产设备排出的废气经由废气供应路径引入至放电空间中；将废气中所包含的氢分子和氢化物吸附到吸附剂上；在放电空间中产生放电，使吸附在吸附剂上的物质作为原子从吸附剂解吸；降低氢流路径中的压力，使得放电空间中的氢原子透过氢分离膜；将已透过氢分离膜的氢原子引入到氢流路径中作为氢分子；以及经由氢供应路径将已引入到氢流路径中的氢供应到氮化物生产设备。优选地，根据本专利技术的氢回收方法进一步包括将氨供应到放电空间以生产氢的步骤。专利技术效果在根据本专利技术的氢回收系统和氢回收方法中，填充在氢回收装置的放电空间中的吸附剂吸附来自氮化物生产设备供应的废气。由于废气以被吸附到吸附剂上的状态停留在放电空间中，直到废气分解为氢原子和其他原子为止，所以可以将几乎所有的废气分解为氢原子和其他原子。在放电空间中的分解产物中，氢分离膜仅透过氢原子，使得以高产率将与废气中的氢含量相对应的高纯度的氢气引入到氢流路径中。本专利技术使得可以以高产率从氮化物生产设备的废气中回收高纯度氢气，并且实现接近100％的氢回收率。即使所供应的废气的压力和氢分压均较低，并且即使废气处于室温，根据本专利技术的氢回收装置也能够分离和净化氢。因此，利用根据本专利技术的氢回收装置，不需要用于废气预处理的任何设备，诸如加压装置或加热装置。这允许根据本专利技术的氢回收系统具有更简单的配置，并且被小型化。由于与常规方法相比，应用根据本专利技术的氢回收系统和氢回收方法提高了氢回收率，因此可以减少从外部引入作为氮化物生产设备的原料的高纯度氢的量。通过分解放电空间中的几乎所有所供应的废气，根据本专利技术的氢回收系统能够显着减少从装置作为废气排出的所供应的废气量。这允许简化废气处理设备。通过改变填充放电空间吸附剂的类型，根据本专利技术的氢回收系统可以处理包含由氮化物生产设备排出的多种组分的废气。根据本专利技术的氢回收系统不仅可以从废气中生产氢，而且可以直接从氨中生产氢，并且可以将所生产的氢供应到氮化物生产设备。附图说明图1示出了根据本专利技术的实施方式的氢回收系统1和将废气供应到氢回收系统1的氮化物生产设备2的配置的框图；图2示出了根据本专利技术的实施方式的氢回收系统1和将废气供应到氢回收系统1的金属有机化合物化学气相沉积设备20的配置的框图；图3示意性地示出了氢回收装置10和与其连接的元件的框图；图4是氢回收装置10的垂直截面图；图5示出了根据本专利技术的氢回收方法的流程图；图6示出了根据本专利技术的氢回收系统的操作方法的示例的流程图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的实施方式的氢回收系统1和将废气供应到氢回收系统1的氮化物生产设备2的配置的框图。图2示出了作为氮化物生产设备的实施方式的金属有机化合物化学气相沉积设备20(在下文中称为MOCVD设备20)，以及回收MOCVD设备的废气的氢回收系统1的配置的框图。图3示意性地示出了氢回收系统1的氢回收装置10和连接至氢回收装置10的其他设备的框图。氢回收系统1包括接收废气的废气供应路径11、从废气中净化高纯度氢的氢回收装置10以及供应净化后的高纯度氢的氢供应路径12。氢回收系统1还包括控制单元15。图1所示的氮化物生产设备2是使从氢容器21供应的氢、从原料供应源22供应的原料以及从氨供应源24供应的氨发生化学反应而生产氮化物的设备。氮化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于氮化物生产设备的氢回收系统，所述氢回收系统包括：/n废气供应路径，其配置为接收从氮化物生产设备排出的废气；/n氢回收装置，其配置为从废气中净化高纯度氢；以及/n氢供应路径，其配置为从氢回收装置向氮化物生产设备供应高纯度氢；/n其中，所述氢回收装置包括：/n等离子体反应容器，其限定放电空间的至少一部分；/n氢分离膜，其将放电空间与同氢供应路径相连通的氢流路径分隔开，通过其一个表面限定放电空间的至少一部分，通过其另一个表面限定氢流路径的至少一部分；/n电极，其布置在放电空间外部；以及/n吸附剂，其填充在放电空间中并配置为吸附所供应的废气。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180605 JP 2018-1075321.一种用于氮化物生产设备的氢回收系统，所述氢回收系统包括：
废气供应路径，其配置为接收从氮化物生产设备排出的废气；
氢回收装置，其配置为从废气中净化高纯度氢；以及
氢供应路径，其配置为从氢回收装置向氮化物生产设备供应高纯度氢；
其中，所述氢回收装置包括：
等离子体反应容器，其限定放电空间的至少一部分；
氢分离膜，其将放电空间与同氢供应路径相连通的氢流路径分隔开，通过其一个表面限定放电空间的至少一部分，通过其另一个表面限定氢流路径的至少一部分；
电极，其布置在放电空间外部；以及
吸附剂，其填充在放电空间中并配置为吸附所供应的废气。


2.根据权利要求1所述的氢回收系统，其中，所述氮化物生产设备为金属有机化合物化学气相沉积设备。


3.根据权利要求1或2所述的氢回收系统，其中，所述吸附剂包括沸石和/或活性氧化铝。


4.根据权利要求1-3任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：神原信志，早川幸男，三浦友规，池田达也，
申请(专利权)人：泽藤电机株式会社，国立大学法人东海国立大学机构，
类型：发明
国别省市：日本;JP