[发明专利]一种制氢方法

说明书

技术领域

本发明设计一种制氢方法，该方法可用于用金属有机物化学气相沉积 (MOCVD)生产氮化镓发光二极管(GaN-LED)的过程中，属工业气体制备 技术领域。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物已经成为一种重要的半导体材料， 以GaN做成的发光二极管(LED)已经成为半导体照明的主要发展方向。

MOCVD是目前生产GaN-LED的唯一方法。在MOCVD生产GaN-LED的 过程中，一方面MOCVD设备需要大量的高纯氢气作为载气，另一方面 MOCVD设备又会排放大量尾气(废气)，尾气中主要有氨气、氢气、氮气以 及其它杂质气体。

氢虽然在地壳中非常丰富，但氢通常以“水”的形式存在，地壳表面不 存在单质氢气。目前电解水制氢是GaN-LED生产企业中普遍采用的方法。然 而电解水制氢需要消耗大量电能，成本较高。

另外，MOCVD生产LED过程中，还会排放大量的尾气，尾气中含有氨 气、氢气、氮气等。如果直接将这些废气排放，势必污染环境。目前常用的 处理方法是：(1)水(或酸)吸收法。将尾气通入水(或酸溶液)中，尾气 中的氨气被水或酸吸收。该方法虽然简单，被大多数GaN-LED生产企业采用， 但如何处理氨水(或铵盐)也是一件很麻烦的事情。这只是将一个问题转移 到另一个问题，但实质问题并没有最终解决；(2)高温分解法。将尾气通过 600℃～900℃的高温炉中，其中氨气分解成氢气和氮气，然后排放到大气中。 该方法最大的缺点就是能耗很高，成本较高，很少被GaN-LED企业采用；(3) 焚烧法。将尾气与空气混合一起，加钯催化剂，在300℃～500℃温度下焚烧， 将氨气分解，排放到大气中。该方法有一个致命的缺点，就是在焚烧过程中 会产生氮氧化物及二恶英等有害物质，污染环境，很少被GaN-LED企业采用。

本发明提供了一种利用MOCVD尾气制氢的方法：(1)将MOCVD设备 排放的尾气先在500℃～1000℃下将氨气分解、过滤粉尘、水冷、加压；(2) 用变压吸附或者中空纤维膜分离技术将氢气分离出来；(3)用分子筛技术、 吸气剂技术等将氢气纯化得到高纯氢气，做MOCVD原料气使用。该方法既 解决了MOCVD尾气排放造成环境污染问题，又解决了MOCVD设备所需要 原料氢气问题，物质循环利用，一举两得。该方法制作简单，设备成熟，制 作成本低廉，宜于大规模生产，尤其适合大型的LED生产企业使用。

发明内容

一种利用MOCVD尾气做原料的制氢方法，包括以下过程：(1)高温分 解。将MOCVD设备排放的尾气先在500℃～1000℃下将尾气中的氨气分解出 氢气和氮气，用水冷却到室温、用过滤器过滤掉气体中的灰尘；(2)氢氮分 离。用氢气压缩机加压，然后用变压吸附或者中空纤维膜分离方法将氢气分 离出来，将剩余气体，包括氮气、少许氢气和杂质气体，直接排空；(3)氢 气提纯。用分子筛技术、和/或吸气剂技术将氢气中的氧气、水汽等含氧杂 质去除。通过以上3个过程得到的高纯氢气可以作为MOCVD的原料气使用， 既解决了MOCVD设备尾气排放造成环境污染问题，又解决了MOCVD设备 所需要原料氢气问题，物质循环利用，环境友好。

在高温分解过程中，可以将分解炉的进气和出气之间进行热交换，利用 分解炉出气的热量将进气预热，以降低能耗。通过高温分解过程，MOCVD 设备尾气中的氨气已分解成氢气和氮气。

在氢氮分离过程中，可以用变压吸附方法，也可以用中空纤维膜分离方 法。氢气的回收效率与氢气纯度(或氮气含量)有关。一般情况下，只要氢 气中氮气含量小于5％即可满足要求。在MOCVD生产GaN-LED过程中，氢 气中含有5％以下的氮气不会影响GaN-LED生产。

在氢气提纯过程中，主要是去除氧气、水汽等含氧杂质。一般采用分子 筛吸收技术，或者吸气剂技术等。

另外，氢氮分离过程和氢气提纯过程，这两个过程的顺序可以互换。

虽然以上三个过程都是很成熟的现有技术，但是本发明第一次提出将三 者组合起来利用MOCVD尾气制氢，为MOCVD-GaN-LED生产提供氢气，同 时处理MOCVD尾气的方法。

具体实施方式