【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体净化与回收，特别涉及一种双塔联合的氩气回收纯化系统及方法。
技术介绍
1、直拉法(czochralski method)是生产单晶硅的主要方法，全球大部分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，灰尘，o2、n2、co、co2、ch4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。
2、现有技术中，常见的氩气回收纯化方法为：首先对来自单晶炉回收的氩气进行粗除油，再经压缩冷却后高精度除油除尘；接着通过高温催化使甲烷等烃类和一氧化碳同氧气反应生产水和二氧化碳，催化反应中保证氧气过量(杂质氧气不够则加入氧气)；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，并保证反应氢气过量，处理后氩气中杂质成分为水、二氧化碳、氢气和氮气；接着经过氩气常温吸附单元吸附水和二氧化碳，得到只含有氮气和氢气为杂质的粗氩气，最后通入氩气精馏塔分离出氢气和氮气，得到氩气。其中，氩气精馏塔通常需要加入液氩来提供冷量，由于一般氩的回收率是92％，需要弥补8％液氩气化来弥补氩
技术实现思路
1、基于此，本专利技术的目的是提供一种双塔联合的氩气回收纯化系统，用于解决现有技术中在往氩气精馏塔中加入液氩弥补氩气损耗时，液氩的部分冷量会以常温气化的方式被消耗掉，导致造成了冷量浪费的技术问题。
2、本专利技术一方面提出一种双塔联合的氩气回收纯化系统，包括：
3、冷箱；
4、氩气精馏单元，所述氩气精馏单元设于所述冷箱内，所述氩气精馏单元包括氩气精馏塔、氩气冷凝器及液氩加入口，所述氩气冷凝器设于所述氩气精馏塔的内腔顶部，所述液氩加入口设于所述氩气精馏塔的顶部并与所述氩气冷凝器连通，所述液氩加入口用于往所述氩气冷凝器中加入液氩；
5、氮气精馏单元，所述氮气精馏单元设于所述冷箱内，所述氮气精馏单元包括氮气精馏塔、第一输送管道和第二输送管道，所述氮气精馏塔通过所述第一输送管道连通所述氩气冷凝器的进口端、通过所述第二输送管道连通所述氩气冷凝器的出口端。
6、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，还包括设于所述冷箱外部的氩气粗滤单元和氮气粗滤单元，以及设于所述冷箱内部的第一主换热器和第二主换热器，所述氩气粗滤单元用于回收来自单晶炉的废氩气并将其过滤成仅含氮气、氢气的粗氩气，所述第一主换热器用于接收来自所述氩气粗滤单元的粗氩气，并将粗氩气冷却后送入所述氩气精馏塔内制取纯氩气；
7、所述氮气粗滤单元用于提取空气并去除其中的二氧化碳和水，所述第二主换热器用于接收来自所述氮气粗滤单元的空气，并将空气冷却后送入所述氮气精馏塔内制取氮气。
8、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，所述第一主换热器和所述第二主换热器合二为一。
9、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，所述氩气粗滤单元包括第一分子筛和第一氩气输送管道，所述第一氩气输送管道的一端连接所述第一分子筛的出口端、另一端依次连接所述第一主换热器和所述氩气精馏塔；
10、所述冷箱内设有一膨胀机，所述第一输送管道上外接有第三输送管道，所述第三输送管道用于将所述氮气精馏塔内制取的氮气送入所述第二主换热器内回温，然后将回温后的氮气送入所述膨胀机内膨胀制取冷量，再然后将膨胀后的氮气折返送回所述第二主换热器的冷端供所述第二主换热器回收冷量，最后将氮气作为吹扫气送出所述第二主换热器进入到所述第一分子筛中，其中，第一输送管道上设有用于控制氮气进入到所述氩气冷凝器中的第一节流阀，所述第三输送管道上设有分子筛重生加热器，所述分子筛重生加热器用于对即将进入到所述第一分子筛中的吹扫气进行加热。
11、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，所述氩气精馏塔的内腔底部设有再沸器，所述第一氩气输送管道远离所述第一分子筛的一端连接所述再沸器的进口端，所述再沸器的出口端设有连接所述氩气精馏塔中部的第一回流管，所述氩气精馏塔的底部设有连通所述氩气冷凝器的第二回流管，所述第一回流管上设有第二节流阀，所述第二回流管上设有第三节流阀。
12、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，所述氩气精馏塔的顶部设有废气排出管和纯氩气排出管，所述废气排出管穿过所述第一主换热器连接所述第一分子筛，所述纯氩气排出管穿过所述第一主换热器伸出所述冷箱外，所述纯氩气排出管的末端连接有一纯氩气压缩机。
13、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，所述氩气粗滤单元还包括第二氩气输送管道，所述第二氩气输送管道的一端连接于所述第一分子筛的进口端、另一端连接有一灰尘过滤器，自所述灰尘过滤器之后的所述第二氩气输送管道上依序设置有双膜气柜系统、粗氩气压缩机、水冷器、高精度除油系统、回热器、粗氩气加热器、脱一氧化碳反应器、脱氧反应器及粗氩气冷却器。
14、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，所述氮气粗滤单元还包括空气输送管道，所述空气输送管道的一端穿过所述第二主换热器连接所述氮气精馏塔、另一端连接有一空气过滤器，自所述空气过滤器之后的所述空气输送管道上依序设置有空气压缩机、空气冷却单元及第二分子筛；
15、所述氮气精馏塔的顶部设有氮气输送管道和液氮排出管，所述氮气输送管道穿过所述第二主换热器连接所述第二分子筛，所述液氮排出管伸出所述冷箱外，所述液氮排出管上设有用于控制液氮排出的液氮阀门。
16、进一步的，所述双塔联合的氩气回收纯化系统，其中，所述氮气精馏塔的底部设有连接自身顶部的第三回流管，所述第三回流管上设有第四节流阀。
17、本专利技术另一方面还提出一种双塔联合的氩气回收纯化方法，用于上述技术方案中所述的双塔联合的氩气回收纯化系统，所述方法包括以下步骤：
18、a)废氩气的净化，对来自单晶炉的废氩气进行过滤，以得到仅含氮气和氢气为杂质的粗氩气；
19、b)粗氩气精馏，将粗氩气通入氩气精馏塔中按照氩气、氮气及氢气三者沸点不同的特性进行精馏分离，以在氩气精馏塔的塔底得到液氩，在氩气精馏塔的塔顶排出精馏废气，所述精馏废气包括氢气和氮气；
20、c)冷量回收，通过第一输送管道将氮气精馏塔中的部分氮气转移至氩气精馏塔中，以回收氩气精馏塔中液氩多余的冷量形成液氮，然后通过第二输送管道送回氮气精馏塔；
【技术保护点】
1.一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，还包括设于所述冷箱外部的氩气粗滤单元和氮气粗滤单元，以及设于所述冷箱内部的第一主换热器和第二主换热器，所述氩气粗滤单元用于回收来自单晶炉的废氩气并将其过滤成仅含氮气、氢气的粗氩气，所述第一主换热器用于接收来自所述氩气粗滤单元的粗氩气，并将粗氩气冷却后送入所述氩气精馏塔内制取纯氩气；
3.根据权利要求2所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述第一主换热器和所述第二主换热器合二为一。
4.根据权利要求2所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氩气粗滤单元包括第一分子筛和第一氩气输送管道，所述第一氩气输送管道的一端连接所述第一分子筛的出口端、另一端依次连接所述第一主换热器和所述氩气精馏塔；
5.根据权利要求4所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氩气精馏塔的内腔底部设有再沸器，所述第一氩气输送管道远离所述第一分子筛的一端连接所述再沸器的进口端，所述再沸器的出口端设有连接所述
6.根据权利要求4所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氩气精馏塔的顶部设有废气排出管和纯氩气排出管，所述废气排出管穿过所述第一主换热器连接所述第一分子筛，所述纯氩气排出管穿过所述第一主换热器伸出所述冷箱外，所述纯氩气排出管的末端连接有一纯氩气压缩机。
7.根据权利要求4所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氩气粗滤单元还包括第二氩气输送管道，所述第二氩气输送管道的一端连接于所述第一分子筛的进口端、另一端连接有一灰尘过滤器，自所述灰尘过滤器之后的所述第二氩气输送管道上依序设置有双膜气柜系统、粗氩气压缩机、水冷器、高精度除油系统、回热器、粗氩气加热器、脱一氧化碳反应器、脱氧反应器及粗氩气冷却器。
8.根据权利要求2所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氮气粗滤单元还包括空气输送管道，所述空气输送管道的一端穿过所述第二主换热器连接所述氮气精馏塔、另一端连接有一空气过滤器，自所述空气过滤器之后的所述空气输送管道上依序设置有空气压缩机、空气冷却单元及第二分子筛；
9.根据权利要求1所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氮气精馏塔的底部设有连接自身顶部的第三回流管，所述第三回流管上设有第四节流阀。
10.一种双塔联合的氩气回收纯化方法，用于权利要求1～9中任一项所述的双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，还包括设于所述冷箱外部的氩气粗滤单元和氮气粗滤单元，以及设于所述冷箱内部的第一主换热器和第二主换热器，所述氩气粗滤单元用于回收来自单晶炉的废氩气并将其过滤成仅含氮气、氢气的粗氩气，所述第一主换热器用于接收来自所述氩气粗滤单元的粗氩气，并将粗氩气冷却后送入所述氩气精馏塔内制取纯氩气；
3.根据权利要求2所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述第一主换热器和所述第二主换热器合二为一。
4.根据权利要求2所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氩气粗滤单元包括第一分子筛和第一氩气输送管道，所述第一氩气输送管道的一端连接所述第一分子筛的出口端、另一端依次连接所述第一主换热器和所述氩气精馏塔；
5.根据权利要求4所述的一种双塔联合的氩气回收纯化系统，其特征在于，所述氩气精馏塔的内腔底部设有再沸器，所述第一氩气输送管道远离所述第一分子筛的一端连接所述再沸器的进口端，所述再沸器的出口端设有连接所述氩气精馏塔中部的第一回流管，所述氩气精馏塔的底部设有连通所述氩气冷凝器的第二回流管，所述第一回流管上设有第二节流阀，所述第二回流管上设有第三节流阀。
6.根据权利要求4所述的一种双塔联合的氩气回收...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑利平，严坚能，
申请(专利权)人：上海盛欣弘能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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