高温下它仍有较大的吸附量仍能使用。
3)硅胶的使用与再生
在氢气净化系统原料气经过冷却后进入硅胶装置进行初步干燥,然后进入分子筛 等净化装置。
当水蒸汽的吸附接近或达到饱和时,吸附率将大大下降。一般当吸附器的气体露点升到规定值时,例如在外延中出现氧化现象时即需要对硅胶进行再生或活化。硅胶的再生和分子筛的再生方法基本相同,只是再生温度不同,硅胶的再生温度为120~150℃。
3、 活性铜
1) 活性铜的脱氧原理:
活性铜是一种氧化脱氧剂。用于氢气净化的活性铜是红棕色园柱条形固体或固体粉末,它是由碱式碳酸铜CuCO3、Cu(OH)2及硅藻土以膨涧土为粘合剂,干燥成型的。
活性铜在270℃下与氢气中的氧发生如下反应:
2Cu+O2→2CuO(黑色)
其中CuO被还原生成铜和水。
CuO+H2→Cu+H2O
从反应式看出,活性铜可以连续脱氧。反应中的水可以被硅胶和和分子筛吸附。
2)活性铜的使用
在净化过程中一般将活铜放在吸水硅胶分子筛之前,因为铜的
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化学性质比较活泼,同空气接触而被氧化吸水。为此需要进行水活化处理,以除去水分,处理办法在通气的情况下加热270℃,使它还原成活性铜,到无水为止。
4、 105催化剂 1)105催化剂的性能
105催化剂是一种新型的催化剂,含钯0.03%的分子筛,呈颗粒状。这种催化剂在寿命等方面比其它脱氧催化剂较优越,它与5A分子筛联合使用,在常温下可将电解氢提纯到很高的纯度,当电解氢(含氧量可高达1%)在常温下一次通过该催化剂时,氢气中含氧量可降低到0.2ppm.一克催化剂在净化电解氢1400升后,其催化能力仍不降低,当水含量增高时,则催化作用减弱,因此需要花一定时间的活化。
如果如果要脱除氩气、氮气中的氧时,需将氮气或氩气中适当的混入氢气,方能达到纯化的目的。
在常温下,氢气通过催化剂表面时,氢中的氧和氢变成吸附态的H和OH而合成水,同时放出热量。
催化剂的反应是在表面进行的,如果氢中氧含量过高时,则催化剂表面的反应温度就高。例如含氧量高达5%,则催化剂表面温度可达800~1000℃,这样高的温度将使通过的氢气被子加热。使以后的吸附剂的吸附率强烈下降,同时还会使催化剂的热稳定性受到破坏而失去催化作用,一般105催化剂的热稳定温度为550℃,所以允许氢中氧含量不能超过一定范围,否则净化效果差,而且使
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催化剂受到破坏而失效。
2)105催化剂的使用与活化
在用氢还原法或硅烷法生产多晶硅的氢气净化系统中,一般在105催化剂前面设有两个除水和其它分子筛净化塔,用以保护105分子筛,再在105分子筛后装有除水装置的分子筛净化塔。
在使用105催化剂之前,必须要进行活化,活化的方法,通惰性气体的情况下,加热360±10℃活化8~24小时(指大型的)冷却后再还原活化一小时后,即可使用。
5、镍铬触媒及1409和140B吸附剂
镍铬触媒又称“651”是一种效果很高的催化剂,性能稳定,使用温度90±10℃,操作方便可以连续使用,无须活化,不易堵塞,阻力小。
1409和140B为吸附剂,在液空或液氮温度下能将氢、氩、氮、二氧化碳等气体定量除去,一般在净化系统中放在最后一级使用。
6、 Agx型分子筛
Agx型 分子筛是一种多用途的气体净化剂。其氧化态可除去各种气体中的氢,还原态可除去各种气体中的戽,同时还可以将气体中的水份、二氧化碳以及含硫化合物等主要杂质一次净化。而且使用温度范围较广,可以从-80℃至+160℃。它是用来净化各种非氢气体。
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§1-5 气体净化工艺
一、氢气净化的方法,净化系统的安装与操作
净化方法和流程应当根据所用的工业氢气中的杂质种类及其含量的具体情况和生产的要求来确定,同时还要确定净化剂及其用量,净化设备的大小及数量。
在安装净化系统时,首先要考虑到净化剂的顺序,由于氢气纯度的要求不同,因此在安装时必须对系统有如下要求:
1、要求所用的各种净化剂必须是高纯度的,同时净化效果要好,不与氢反应,不消耗氢气,有较大的处理量,净化速度快,能连续使用,便于活化和再生。
2、净化剂的安装应按照净化剂的净化能力,由强到弱及各种净化剂的特点和要求来确定,一般应先脱氧后除水。
3、要求净化器一般须要有两套设备,一套再生,一套备用。 4、净化设备应当简单,管道尽可能短,管道边连续处,必须密封,并要求净化设备与管道不与净化剂起反应。 二、氢气净化流程
工业上获得氢气的方法很多,来源很丰富,各种来源氢气经过净化均可以作为高纯金属冶炼(如作为SiCL4或SiHCl3还原法生产多晶硅和硅外延)技术的使用,一般认为电解氢的纯度高,易于净化。
常用的净化有两种,一种是催化脱氧及吸附干燥法;另一种
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是钯合金扩散法。钯合金扩散法是目前国内外净化氢气比较先进的方法。但是钯合金膜设备和材料较稀少,而且使用钯合金膜时,氢气仍需预先净化,因此这种方法的应用还不十分广泛,催化脱氧吸附干燥法是比较经济的,是一种被广泛应用的方法。 1、催化脱氧吸附干燥法的工艺流程
电解氢→回火器→除油器→Ni-Cr接触剂→水冷器→深冷器→(两套)→粗氢↑→Ni-Cr接触剂→水冷→硅胶→硅胶→分子筛→分子筛→粗过滤→精过滤→纯氢 2、回火器和Ni-Cr接触剂的作用原理
回火器的作用,当氢和其它气体燃烧时,气体通过回火器可以起到一个缓冲和散热的作用,因为回火器内装有一些散热的物质(如铜屑和活性铜以及其它物质)起散热隔离的作用。
Ni-Cr接触剂一般装在净化剂的前面,当氢中氧通过Ni-Cr接触剂时,将氧转化成水,达到除氧的目的。其反应如下:
2H2+O2→(Ni-Cr触媒80~100℃)2H2O
最理想的氢气净化流程是级除去氢气中的一切杂质,实际上达到 绝对不含杂质是困难的,目前应用的钯合金扩散法是一种较先进的方法。 三、钯合金扩散法
催化剂 脱氧及吸附干燥法是用来净化氢气的,在较好的情况下,将氢气中水降到(露点-40~-60℃),氧含量可降至几个ppm,这种方法的主要缺点是:
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