一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用系统技术方案

本发明专利技术提供了一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用系统。该系统包含泵端输气密封装置、粉尘余热收集装置、过滤网、脱水除尘装置、气体过滤器、真空发生器、气体存储罐、气体分离装置、Cl2存储罐、O2/He存储罐、过滤调压装置、气体缓存罐、检测器、流量计及相应的管道。该系统不仅可以利用生产过程中的余热，还可以将粉尘（主要是高纯二氧化硅可用于玻璃制备）、尾气分离。而尾气又可以进一步分离为O2/He混合气体、Cl2，用于工艺生产。该系统是一个密封的循环系统，既可以对反应后的粉尘、尾气、余热进行综合利用，还避免了将反应产物当废物处理时造成资源浪费、废气废水处理成本高以及可能的环境污染问题。

An exhaust gas recycling system for fabricating optical fiber preforms by gas phase method

【技术实现步骤摘要】
一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用系统
本专利技术属于光纤预制棒制备
，更具体地，涉及一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用系统。
技术介绍
随着科技的发展，光纤材料在通讯、工业加工、军事、医疗、航天等领域的应用取得巨大的成功。其中尤以二氧化硅光纤的应用最为广泛。光纤预制棒作为光纤的基体材料，成分为高纯的二氧化硅及共掺剂。目前制备光纤预制棒的方法为气相沉积法，主要是MCVD、PCVD、OVD、VAD四种制备方法。其沉积原理是将高纯O2、高纯He、高纯SiCl4、高纯GeCl4、高纯POCl3、高纯Cl2（纯度都在99.999%）等工艺气体输送至沉积区域在加热条件下发生化学反应生成高纯的SiO2、GeO2、P2O5等物质。其中He以其高导热性用于沉积时使衬管内的温度分布均匀，有利于提高光纤预制棒的品质；O2作为反应气体，为了使反应充分进行以及维持管内合适的压力，通常相对于反应来说都是过量的。所以在反应的尾端存在大量的粉尘、尾气和热量，其中粉尘主要以SiO2、GeO2、P2O5等颗粒为主，尾气则主要为O2、He、Cl2以及及少量的H2O。以管内法沉积为例其化学反应方程式为：SiCl4+O2=SiO2+Cl2GeCl4+O2=GeO2+Cl24POCl3+3O2=2P2O5+6Cl2由于粉尘颗粒极小、尾气为强酸性气体，若直接进入空气将对环境造成极大的污染。目前主要的处理办法是：利用强抽风将制备设备尾端的粉尘和尾气送入喷淋塔进行除尘和酸碱中和反应，再将洁净的气体排入空气中、废水则进行下一步处理。另外刚刚反应完的尾气温度极高，达到500-1000℃，在该方法中通常是不处理任其在空气中自然冷却。该方法能耗大且浪费资源，尾气中的O2、He、Cl2含量极大、纯度极高，若加以合理利用将节省不少能量和资源，特别是He资源极度匮乏，成本相当昂贵。目前也有一些He的回收技术，其方法是对喷淋塔处理后的洁净气体（主要是O2、He，以及一定量的水气、氯化物和粉尘）进行一系列复杂的处理然后分离和提纯出He。该方法虽然能重复利用He，但是仍然需要大量的能源、工艺复杂，且将热量、O2、Cl2等资源浪费。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用装置，所述装置包括泵端输气装置、粉尘余热收集装置、过滤网、脱水除尘装置、第一气体过滤器、真空发生器、气体缓存罐、气体分离装置、Cl2存储罐、O2/He存储罐、第一过滤调压装置、第二过滤调压装置，储气罐、检测器、流量计、第二气体过滤器及相应的管道，其中所述泵端输气装置包括依次连接的气柜供气装置、气相沉积设备的气端夹头及密封装置、衬管、气相沉积设备的泵端夹头及密封装置，所述泵端输气装置的出口连接所述粉尘余热收集装置，所述粉尘余热收集装置、过滤网、脱水除尘装置、第一气体过滤器、真空发生器、气体缓存罐、气体分离装置依次连接，气体分离装置的第一输出口依次连接O2/He存储罐、第一过滤调压装置、储气罐、检测器、流量计、第二气体过滤器，气体分离装置的第一输出口连接Cl2存储罐、第二过滤调压装置后与所述储气罐连接。该系统的所有装置组成一个循环的系统，既可以对尾气重复利用、又不会对大气造成污染。按照本专利技术的一个方面，该系统的装置及用途如下：所述泵端输气密封装置包含管道和密封器件。管道用于连接衬管的尾端后续的粉尘收集装置，密封器件用于连接处的密封。管道需选用耐热、耐腐蚀的非金属材料，优选地，使用高纯二氧化硅玻璃或者特氟龙材料；与尾气接触的密封器件也选用耐热、耐腐蚀的材料，优选地选用氟橡胶。所述粉尘余热收集装置，其呈圆柱体状、结构类似于保温瓶，内层选用0.5-1mm的高纯二氧化硅玻璃，外层金属非金属材料均可（覆盖保温层），两者之间为水。通过水对尾气中的热量吸收，有益于粉尘在收集装置内的沉积。而热水可用于厂房内的洗浴。所述过滤网依次由规格为10μm、5μm、2μm、0.5μm的过滤网组成，用于过滤粉尘收集装置出来的气体。所述脱水除尘装置，起作用是对过滤网过来的气体（含有及少量的水份）进行脱水处理，并进一步用0.05μm的过滤网的除去粉尘。所述以上装置的连接采用高纯特氟龙管道，接口宜选用VCR接头。所述气体过滤器其过滤规格在0.02μm，用于气体的过滤。所述真空发生器用于抽取经过过滤网的尾气，并将尾气送入到气体存储罐，确保衬管内的压力稳定。真空泵叶片部位选用高纯特氟龙材料。所述气体存储罐用于存储经真空泵泵入的O2、He、Cl2气体（纯度在99.9%），储存罐选用不锈钢316L材质，其耐压等级为7MPa。所述气体分离装置，可选用不锈钢316L材质，用于将O2、He与Cl2分离。其分离方法基于Cl2在高压（600-700kPa）或-34℃时极易液化而O2/He极难液化的特点。所述Cl2存储罐用于存储分离的Cl2，罐体可选用不锈钢316L材质。所述O2/He存储罐用于存储分离的O2/He，罐体可选用不锈钢316L材质。所述过滤调压装置，是指将O2/He存储罐的气体先经过过滤（0.003μm气体过滤器），在经过调压阀调至一定压力输送至气体缓存罐。所述检测器，用于探测流过探测器的O2/He混合气体（该混合气体O2/He的含量达到99.9%，剩余0.1%主要是Cl2）中O2、He的浓度。所述流量计用于计量流向气相沉积气端的O2/He气体流量。按照本专利技术的另一个方面，本专利技术提供的尾气循环利用系统基于以下原理得以具备实用价值：（1）气相法沉积中对原材料高纯O2、高纯He、高纯SiCl4、高纯GeCl4、高纯POCl3、高纯Cl2的纯度要求都在99.999%。需要理解此纯度的要求是指金属离子及OH的含量分别在1ppm以下，由于金属离子和OH对光纤的损耗影响巨大。而气相沉积的整个过程是一个密封的系统，其尾气中所有的物质都是反应物或者生成物，须知这些物质对化学气相沉积是没有害处的，故为尾气的循环利用提供理论基础。（2）尾气中的O2、He、Cl2混合气体纯度可达99.9%以上，且通过Cl2的液化可将气体进一步分离为O2/He混合气体（纯度99.9%以上）、Cl2（纯度99.9%以上）。其中O2作为过量的反应气体、He作为热传导气体，其在气相沉积时的流量精度不需要特别高（O2沉积时流量5slm为例，其流量可有50sccm的波动；He沉积时流量1slm为例，其流量可有10sccm的波动）。而O2/He混合气体的纯度在99.9%，假如检测器检测到的O2/He浓度比为2:1，当使用3slm的该混合气体时，O2流量为2slm（剩余3slm气柜供气），He流量为1slm，其流量误差在3sccm。完全满足工艺要求。（3）Cl2主要用于光纤沉积时的脱水处理（如溶液法制备掺稀土光纤），而储存的Cl2也完全满足工艺的要求。多余的Cl2可用于其他工业生产。本专利技术提供的气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用系统，不仅可以利用生产过程中的余热，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用装置，其特征在于，所述装置包括泵端输气装置、粉尘余热收集装置、过滤网、脱水除尘装置、第一气体过滤器、真空发生器、气体缓存罐、气体分离装置、Cl2存储罐、O2/He存储罐、第一过滤调压装置、第二过滤调压装置，储气罐、检测器、流量计、第二气体过滤器及相应的管道，其中所述泵端输气装置包括依次连接的气柜供气装置、气相沉积设备的气端夹头及密封装置、衬管、气相沉积设备的泵端夹头及密封装置，所述泵端输气装置的出口连接所述粉尘余热收集装置，所述粉尘余热收集装置、过滤网、脱水除尘装置、第一气体过滤器、真空发生器、气体缓存罐、气体分离装置依次连接，气体分离装置的第一输出口依次连接O

【技术特征摘要】
1.一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用装置，其特征在于，所述装置包括泵端输气装置、粉尘余热收集装置、过滤网、脱水除尘装置、第一气体过滤器、真空发生器、气体缓存罐、气体分离装置、Cl2存储罐、O2/He存储罐、第一过滤调压装置、第二过滤调压装置，储气罐、检测器、流量计、第二气体过滤器及相应的管道，其中所述泵端输气装置包括依次连接的气柜供气装置、气相沉积设备的气端夹头及密封装置、衬管、气相沉积设备的泵端夹头及密封装置，所述泵端输气装置的出口连接所述粉尘余热收集装置，所述粉尘余热收集装置、过滤网、脱水除尘装置、第一气体过滤器、真空发生器、气体缓存罐、气体分离装置依次连接，气体分离装置的第一输出口依次连接O2/He存储罐、第一过滤调压装置、储气罐、检测器、流量计、第二气体过滤器，气体分离装置的第一输出口连接Cl2存储罐、第二过滤调压装置后与所述储气罐连接。


2.根据权利要求1所述的一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用装置，其特征在于，所述粉尘余热收集装置，呈圆柱体状、结构类似于保温瓶，内层选用0.5-1mm的高纯二氧化硅玻璃，外层为金属或非金属材料覆盖的保温层，两者之间为水，通过所述水对尾气中的热量吸收，可以使粉尘在收集装置内的沉积。


3.根据权利要求1所述的一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用装置，其特征在于，所述过滤网依次由规格为10μm、5μm、2μm、0.5μm的过滤网组成。


4.根据权利要求1所述的一种气相法制备光纤预制棒的尾气循环利用装置，其特征在于，所述脱水除尘装置对过滤网过来的气体和剩余的少量水份进行脱水处理，并进一步用0.05...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏琪，
申请(专利权)人：黄宏琪，
类型：发明
国别省市：湖北;42