一种用于回收单晶炉氩气的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于回收单晶炉氩气的系统，该系统包括：供氧单元、除尘除油过滤单元、催化脱碳单元、催化加氢除氧单元和精馏单元；除尘除油过滤单元的气体出口和供氧单元的氧气出口各自独立地与催化脱碳单元的气体入口连通，催化脱碳单元的气体出口与催化加氢除氧单元的待处理气体入口连通，催化加氢除氧单元的待处理气体出口与精馏单元的入口连通，精馏单元的污氩气体排放出口与催化脱碳单元的气体入口连通。本实用新型专利技术的系统具有较高的氩气回收率，且氩气的纯度较高。且氩气的纯度较高。且氩气的纯度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于回收单晶炉氩气的系统


[0001]本申请涉及气体净化与回收领域，具体地，涉及一种用于回收单晶炉氩气的系统。

技术介绍

[0002]直拉法(Czochralski method)是生产单晶硅的主要方法，全球70～80％的单晶硅通过直拉法生产。最常用的直拉法生产单晶硅工艺是采用即像真空工艺又像流动气氛工艺的减压拉晶工艺；减压工艺是在硅单晶拉制过程中，连续等速地向单晶炉炉膛内通入高纯度氩气，同时真空泵不断地从炉膛向外抽送氩气，保持炉膛内真空度稳定在20托左右，这种工艺既有真空工艺的特点，又有流动气氛工艺的特点。减压拉晶工艺的真空泵一般采用滑阀泵，滑阀泵是用油来保持密封的机械真空泵。氩气携带单晶拉制过程中由于高温而产生的硅氧化物和杂质挥发物，并通过真空泵的抽送排放到大气。通过对排放氩气的分析，主要杂质成分为，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等烷烃，液态润滑油雾。回收利用这部分氩气有很大现实意义。
[0003]专利CN102153057A中公开了氩气回收纯化方法，具体为采用高温催化反应除去一氧化碳和氧气(为保证氧气除净氢气杂质必须过量或主动加入氢气)，常温变压吸附除去水和二氧化碳，低温变温吸附除去氮气。该方法的缺点是氩气回收率低，设备控制复杂，无法直接除去氢气，如需除去氢气还必须加其它除氢装置。
[0004]专利US5706674中公开了两种氩气回收纯化方法，方法一：常温下经过碱性溶液洗涤除去氩气中携带的固体杂质、油雾等，高温催化除去氧气，常温吸附除去二氧化碳和水，低温精馏除去碳氢化合物等重组分和氮气、氢气、一氧化碳等轻组分，低温精馏所需冷量由液体节流和新鲜液氩补充。方法二：常温下经过碱性溶液洗涤除去氩气中携带的固体杂质、油雾等，高温催化除去氧气，催化除去氢气、一氧化碳，常温吸附除去二氧化碳和水，低温吸附除去氮气和甲烷。该方法的缺点是需要使用碱性溶液，低温精馏采用双塔结构耦合控制复杂，常温吸附再生需使用氮气，低温吸附再生需使用氩气，氩气回收率低。
[0005]现有技术中还存在如下技术方案，对来自单晶炉回收的氩气进行除油除尘，以空气作为氧源，通过高温催化使CO和碳氢化合物同空气中的氧气反应生成CO2，催化反应中保证空气中提供的氧气过量，最后通过冷却后在催化剂作用下使过量氧气同加入的氢气反应生成水，处理后氩气中杂质成分为水、CO2、H2和N2，经过两次催化反应之后的氩气经过常温吸附单元以便吸附水和CO2，然后进入低温精馏装置，分离氢气和氮气后，得到氩气。该方法的缺点是在去除CO和碳氢化合物时投加了空气，因空气中存在78体积％的氮气而在系统中引入氮气，而氮气沸点为
‑
196℃，氩气沸点为
‑
185.9℃，两种气体沸点比较接近，现有精馏塔无法将两种气体彻底分离，并且氮气无法回收利用，因此在处理氮气时不可避免地从使精馏塔排放出氮氩混合气体，导致部分氩气排放而无法回收，氩气回收率低。

技术实现思路

[0006]本技术的目的是提供一种用于回收单晶硅生产中氩气的系统，该系统可以有
效地提高对氩气的回收率，得到高纯氩气。
[0007]为了实现上述目的，本技术提供一种用于回收单晶硅生产中氩气的系统，该系统包括：供氧单元、除尘除油过滤单元、催化脱碳单元、催化加氢除氧单元和精馏单元；
[0008]所述的除尘除油过滤单元的气体出口和所述供氧单元的氧气出口各自独立地与所述催化脱碳单元的气体入口连通，所述催化脱碳单元的气体出口与所述催化加氢除氧单元的待处理气体入口连通，所述催化加氢除氧单元的待处理气体出口与所述精馏单元的入口连通，所述精馏单元的污氩气体排放出口与所述催化脱碳单元的气体入口连通。
[0009]可选地，该系统还包括原料压缩单元；
[0010]所述除尘除油过滤单元的气体出口与所述原料压缩单元的入口连通，所述原料压缩单元的出口与所述催化脱碳单元的气体入口连通，所述精馏单元的污氩气体排放出口与所述原料压缩单元的入口连通，所述供氧单元的氧气出口与所述原料压缩单元的入口连通。
[0011]可选地，所述产品压缩单元包括压缩机和自动回流装置；所述自动回流装置用于控制所述压缩机的入口总管压力为正压；所述压缩机的个数为1
‑
3个，所述压缩机的流量调节范围为80
‑
100％。
[0012]可选地，该系统还包括产品压缩单元；所述精馏单元的纯液氩出口与所述产品压缩单元的入口连通。
[0013]可选地，所述除尘除油过滤单元包括过滤器和风机，所述过滤器的气体出口与所述风机的入口连通，所述风机的出口与所述催化脱碳单元的气体入口连通。
[0014]可选地，所述催化脱碳单元包括第一加热器、催化脱碳反应器、第一冷却器、第一冷冻式干燥机和分子筛吸附器；
[0015]所述第一加热器的出口与所述催化脱碳反应器的入口连通，所述催化脱碳反应器的出口与所述第一冷却器的入口连通，所述第一冷却器的出口与所述第一冷冻式干燥机的入口连通，所述第一冷冻式干燥机的出口与所述分子筛吸附器的入口连通，所述分子筛吸附器的出口与所述催化加氢除氧单元的待处理气体入口连通。
[0016]可选地，所述催化加氢除氧单元包括第二加热器、脱氧器、第二冷却器、第二冷冻式干燥机和脱水吸附器；
[0017]所述第二加热器的物料入口与所述催化脱碳单元的气体出口连通，所述第二加热器的物料出口与所述脱氧器的入口连通，所述脱氧器的出口与所述第二冷却器的物料入口连通，所述第二冷却器的物料出口与所述第二冷冻式干燥机的物料入口连通，所述第二冷冻式干燥机的物料出口与所述脱水吸附器的入口连通，所述脱水吸附器的气体出口与所述精馏单元的入口连通。
[0018]可选地，所述精馏单元包括冷箱以及设置在所述冷箱内的换热器、塔釜再沸器、精馏塔、塔顶冷凝器和回流罐；
[0019]所述换热器的待冷却物料入口与所述催化加氢除氧单元的待处理气体出口流体连通，所述换热器的冷却物料出口与所述塔釜再沸器的换热介质入口连通，所述塔釜再沸器的冷凝液出口与所述精馏塔的物料入口连通，所述精馏塔的塔顶气体出口与所述塔顶冷凝器的入口连通，所述塔顶冷凝器的液体出口与所述回流罐的入口连通，所述回流罐的回流液出口与所述精馏塔的塔顶回流液入口连通，所述塔顶冷凝器的污氩气体排放出口与所
述催化脱碳单元的气体入口连通。
[0020]可选地，所述精馏单元的氢气出口与所述催化加氢除氧单元的氢气入口连通。
[0021]可选地，所述供氧单元包括制氧机，所述制氧机的氧气出口与所述催化脱碳单元的气体入口连通。
[0022]通过上述技术方案，本技术的系统中包括供氧单元并结合将精馏单元的污氩气体循环回收，有效地避免了因向催化脱碳单元引入空气而造成的后续工艺过程中氮气、氦气无法彻底分离以及氩气无法循环回收而导致的氦气回收率低的问题。
[0023]本技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0024]附图是用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于回收单晶炉氩气的系统，其特征在于，该系统包括：供氧单元(8)、除尘除油过滤单元(1)、催化脱碳单元(3)、催化加氢除氧单元(4)和精馏单元(5)；所述的除尘除油过滤单元(1)的气体出口和所述供氧单元(8)的氧气出口各自独立地与所述催化脱碳单元(3)的气体入口连通，所述催化脱碳单元(3)的气体出口与所述催化加氢除氧单元(4)的待处理气体入口连通，所述催化加氢除氧单元(4)的待处理气体出口与所述精馏单元(5)的入口连通，所述精馏单元(5)的污氩气体排放出口与所述催化脱碳单元(3)的气体入口连通。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括原料压缩单元(2)；所述除尘除油过滤单元(1)的气体出口与所述原料压缩单元(2)的入口连通，所述原料压缩单元(2)的出口与所述催化脱碳单元(3)的气体入口连通，所述精馏单元(5)的污氩气体排放出口与所述原料压缩单元(2)的入口连通，所述供氧单元(8)的氧气出口与所述原料压缩单元(2)的入口连通。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述原料压缩单元(2)包括压缩机和自动回流装置；所述自动回流装置用于控制所述压缩机的入口总管压力为正压；所述压缩机的个数为1
‑
4个，所述压缩机的流量调节范围为80
‑
100％。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括产品压缩单元(6)；所述精馏单元(5)的纯液氩出口与所述产品压缩单元(6)的入口连通。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述除尘除油过滤单元(1)包括除尘过滤器和风机，所述除尘过滤器的气体出口与所述风机的入口连通，所述风机的出口与所述催化脱碳单元(3)的气体入口连通。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述催化脱碳单元(3)包括第一加热器、催化脱碳反应器、第一冷却器、第一冷冻式干燥机和分子筛吸附...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永飞，程万伟，张立新，石望喜，石焱晶，贺吉祥，
申请(专利权)人：银川隆基光伏科技有限公司，
类型：新型
国别省市：