立式吸附器及气体纯化吸附系统技术方案

本实用新型专利技术公开了立式吸附器及气体纯化吸附系统。其中，立式吸附器包括壳体、气体分布器、吸附剂层和设在壳体外表面的保温层，气体分布器设在壳体内且位于壳体上表面和下表面之间，气体分布器包括邻近壳体上表面布置的第一气体分布器和邻近壳体下表面布置的第二气体分布器；第一气体分布器和第二气体分布器之间设有至少两层吸附剂层，相邻两层吸附剂层之间分别独立地设有气体再分布器，每层吸附剂层的上表面/下表面与气体分布器/气体再分布器之间形成有中空夹层。该吸附器结构简单且容易设计制造，吸附效率高且吸附效果好，多个立式吸附器耦合连用可实现多晶硅生产过程中循环氢气的连续纯化并得到能够满足多晶硅生产要求的高纯氢气。

【技术实现步骤摘要】
立式吸附器及气体纯化吸附系统
本技术属于化工领域，具体而言，涉及立式吸附器及气体纯化吸附系统。
技术介绍
多晶硅生产过程中有大量高纯的循环氢气，纯化这些循环氢气一般采用活性炭吸附的方式。目前，活性炭吸附器大多采用带有换热结构的吸附器，虽然这类吸附器整个装置的运行成本相对较低，但通常内部设有列管换热管或蛇形换热管、外部壳体有伴热管，由于该吸附器需要使用外部的热和冷对吸附器和吸附剂进行加热和冷却，因此就需要额外的热系统(热水/热油)和冷系统(冷水/冷油)，使得整个吸附装置的控制工艺(工艺物料系统控制、热系统控制、冷系统控制)比较复杂，整个吸附器结构复杂、设备较多、一次投资较高；而现有的不带换热结构的吸附器一般只设置一层吸附层，虽然结构简单、设备较少，但当气体量较大时严重影响对杂质的吸附效率及吸附效果。显然，现有吸附纯化氢气的方法大多具有工艺及设备结构复杂、能耗较高、被吸附的微量杂质在系统内累积等问题。随着多晶硅生产规模的扩大和生产自动化程度的提高，人们开始关注设备构造简单，生产工艺简单，能耗在一定程度上能够接受的新工艺、新设备。因此，纯化循环氢气的工艺仍有待进一步提高。
技术实现思路
本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出立式吸附器及气体纯化吸附系统。该立式吸附器不仅结构更加简单，容易设计和制造，而且对含杂质气体的吸附效率及吸附效果更好，可以将多个立式吸附器耦合后用于多晶硅生产过程中循环氢气的连续纯化。本技术主要是基于以下问题提出的：专利技术人发现，现有的采用不带换热结构的吸附器对多晶硅生产过程中产生的循环氢气进行净化处理时，由于没有外部热和冷给吸附器和吸附剂升温和降温，完全依靠热氢气或冷氢气给吸附器和吸附剂升温和降温，会产生大量的冲洗气体，处理同样的原料气体量产生的冲洗气量约是采用带有换热结构的吸附器产生的冲洗气量的20倍，所需要的再生气处理系统(压缩、冷凝、吸附)比较大，整个装置的运行成本也较高，多用在原料氢气量较大的场合；并且现有的吸附纯化氢气的工艺都没有除氢气中微量杂质的功能，所得的氢气产品不能满足高品质多晶硅(电子级多晶硅、区熔级多晶硅)的生产需求。为此，根据本技术的第一个方面，本技术提出了一种立式吸附器。根据本技术的实施例，该立式吸附器包括：壳体，所述壳体为中空结构，所述壳体的上表面设有气体出口和/或气体入口，所述壳体的下表面设有气体入口和/或气体出口；气体分布器，所述气体分布器设在所述壳体内且位于所述壳体上表面和下表面之间，所述气体分布器包括邻近所述壳体上表面布置的第一气体分布器和邻近所述壳体下表面布置的第二气体分布器；吸附剂层，所述第一气体分布器和所述第二气体分布器之间设有至少两层吸附剂层，相邻两层所述吸附剂层之间分别独立地设有气体再分布器，每层所述吸附剂层的上表面/下表面与所述气体分布器/所述气体再分布器之间形成有中空夹层；保温层，所述保温层设在所述壳体外表面。本技术上述实施例的立式吸附器至少具有以下优点：1、通过在吸附剂层的上部和下部分别设置气体分布器，并在相邻两层吸附剂层之间设置气体再分布器，可以更有利于气体在各吸附剂层中均匀稳定的流动，从而能够进一步提高吸附剂层对气体的吸附效率及纯化效果；2、该立式吸附器主要用于对多晶硅生产过程中循环氢气的吸附纯化，通过设置至少两层吸附剂层，还可以利用不同组成的吸附剂层分别对氯硅烷和硼磷等杂质进行吸附，以便去除氢气中微量杂质，并且通过在壳体外表面设置保温层可以进一步降低吸附器内外的热量交换，从而进一步确保对氢气的吸附纯化效果；3、该立式吸附器不仅结构更加简单，容易设计和制造，而且对含杂质气体的吸附效率及吸附效果更好，可以将多个立式吸附器耦合后用于多晶硅生产过程中循环氢气的连续纯化。另外，根据本技术上述实施例的立式吸附器还可以具有如下附加的技术特征：任选地，所述壳体为中空筒状结构。任选地，每层所述吸附剂层分别独立地为选自煤制活性炭吸附剂层、椰壳制活性炭吸附剂层或分子筛吸附剂层中的至少一种；所述分子筛吸附剂层设在所述煤制活性炭吸附剂层和/或椰壳制活性炭吸附剂层上方；每层所述吸附剂层的上表面与所述气体分布器/所述气体再分布器之间形成有中空夹层，且每层所述吸附剂层的下表面止抵于所述气体再分布器/所述气体分布器。任选地，每层所述吸附剂层的高度分别独立地为5～10m，所述中空夹层的高度分别独立地为20～30cm，所述保温层的厚度为10～20cm。根据本技术的第二个方面，本技术提出了一种气体纯化吸附系统。根据本技术的实施例，该系统包括至少三个上述立式吸附器，每个所述立式吸附器分别独立地处于高压低温吸附状态、低压升温脱附状态或中压降温再生状态，其中：处于高压低温吸附状态的立式吸附器具有待除杂高压低温气体入口和除杂后高压低温气体出口；处于中压降温再生状态的立式吸附器具有除杂后高压低温气体入口和中压中温气体出口，所述除杂后高压低温气体入口与所述除杂后高压低温气体出口相连；处于低压升温脱附状态的立式吸附器具有中压高温气体入口和低压高温气体出口，所述中压中温气体出口通过加热装置与所述中压高温气体入口相连。根据本技术上述实施例的气体纯化吸附系统，可以利用处于高压低温吸附状态的立式吸附器对多晶硅生产过程中产生的含杂质(包括四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅、氯化氢、硼化物、磷化物等)的高压低温循环氢气进行吸附提纯，得到能够满足多晶硅生产要求的高纯氢气，并将吸附提纯得到的一部分高压低温高纯氢气作为冲洗气体预先对处于中压降温再生状态的立式吸附器和吸附剂进行降温，得到中压中温氢气，然后再利用中压中温氢气对处于低压升温脱附状态的立式吸附器和吸附剂进行加热，从而能够同时降低对需要升温脱附的立式吸附器升温时加热冲洗气体所需的能耗以及对完成脱附后需要降温再生的立式吸附器降温时冷却冲洗气体所需的能耗。由此，该系统不仅吸附器结构简单，用于脱附再生的配套设备少，且对循环氢气的吸附效率高、纯化效果好，而且系统运行成本更低，工艺流程短，即便循环气体的气体量较大时也不会影响对杂质的吸附效率及吸附效果，尤其适合大量氢气净化的生产装置，综合能耗相对较低，能够实现零排放，满足多晶硅的生产要求，可以实现多晶硅生产过程中循环氢气的连续性纯化。任选地，所述中压中温气体出口分别通过第一支路和第二支路与所述加热装置相连，所述第一支路上设有第一通气阀；所述第二支路上设有第二通气阀和换热装置，所述换热装置具有低温介质入口、换热后低温介质出口、高温介质入口和换热后高温介质出口，所述低温介质入口与所述中压中温气体出口相连，所述换热后低温介质出口与所述加热装置相连，所述高温介质入口与所述低压高温气体出口相连。任选地，气体纯化吸附系统进一步包括：测温装置，所述测温装置包括设在所述中压中温气体出口处的第一测温器件和设在所述低压高温气体出口处的第二测温器件，且所述测温装置适于基于所述第一测温器件和所述第二测温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种立式吸附器，其特征在于，包括：/n壳体，所述壳体为中空结构，所述壳体的上表面设有气体出口和/或气体入口，所述壳体的下表面设有气体入口和/或气体出口；/n气体分布器，所述气体分布器设在所述壳体内且位于所述壳体上表面和下表面之间，所述气体分布器包括邻近所述壳体上表面布置的第一气体分布器和邻近所述壳体下表面布置的第二气体分布器；/n吸附剂层，所述第一气体分布器和所述第二气体分布器之间设有至少两层吸附剂层，相邻两层所述吸附剂层之间分别独立地设有气体再分布器，每层所述吸附剂层的上表面/下表面与所述气体分布器/所述气体再分布器之间形成有中空夹层；/n保温层，所述保温层设在所述壳体外表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种立式吸附器，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体为中空结构，所述壳体的上表面设有气体出口和/或气体入口，所述壳体的下表面设有气体入口和/或气体出口；
气体分布器，所述气体分布器设在所述壳体内且位于所述壳体上表面和下表面之间，所述气体分布器包括邻近所述壳体上表面布置的第一气体分布器和邻近所述壳体下表面布置的第二气体分布器；
吸附剂层，所述第一气体分布器和所述第二气体分布器之间设有至少两层吸附剂层，相邻两层所述吸附剂层之间分别独立地设有气体再分布器，每层所述吸附剂层的上表面/下表面与所述气体分布器/所述气体再分布器之间形成有中空夹层；
保温层，所述保温层设在所述壳体外表面。


2.根据权利要求1所述的立式吸附器，其特征在于，所述壳体为中空筒状结构。


3.根据权利要求1或2所述的立式吸附器，其特征在于，每层所述吸附剂层分别独立地为选自煤制活性炭吸附剂层、椰壳制活性炭吸附剂层或分子筛吸附剂层中的至少一种；所述分子筛吸附剂层设在所述煤制活性炭吸附剂层和/或椰壳制活性炭吸附剂层上方；每层所述吸附剂层的上表面与所述气体分布器/所述气体再分布器之间形成有中空夹层，且每层所述吸附剂层的下表面止抵于所述气体再分布器/所述气体分布器。


4.根据权利要求3所述的立式吸附器，其特征在于，每层所述吸附剂层的高度分别独立地为5～10m，所述中空夹层的高度分别独立地为20～30cm，所述保温层的厚度为10～20cm。


5.一种气体纯化吸附系统，其特征在于，包括至少三个权利要求1～4中任一项所述的立式吸附器，每个所述立式吸附器分别独立地处于高压低温吸附状态、低压升温脱附状态或中压降温再生状态，其中：
处于高压低温吸附状态的立式吸附器具有待除杂高压低温气体入口和除杂后高压低温气体出口；
处于中压降温再生状态的立式吸附器具有除杂后高压低温气体入口和中压中温气体出口，所述除杂后高压低温气体入口与所述除杂后高压低温气体出口相连；
处于低压升温脱附状态的立式吸附器具有中压高温气体入口和低压高...

【专利技术属性】
技术研发人员：司文学，杨永亮，张升学，石涛，汪绍芬，严大洲，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11