(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010878158.4
(22)申请日 2020.08.27
(71)申请人 上海跃绅能源科技有限公司
地址 201114 上海市闵行区新骏环路189号
漕河泾开发区创新产业园A栋407室
(72)发明人 王耀亮 王传瑞 吴丹红
(74)专利代理机构 上海乐泓专利代理事务所
(普通合伙) 31385
代理人 王瑞
(51)Int.Cl.
F25J 3/02(2006.01)
F25J 5/00(2006.01)
(54)发明名称一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置及方法(57)摘要本发明的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置及方法，通过粉尘过滤器将回收的混合氩气中的粉尘进行去除后进行压缩并通过冷干机冷却除水，冷却除水后的混合氩气输送到回热器中并计算混合氩气中的甲烷、一氧化碳等氧化性杂质含量和氧气含量，计算完成后补充氧气，提高混合氩气的温度并通过催化反应器一、催化反应器二去除混合氩气中的杂质气体后得到粗滤氩气，粗滤氩气依次通过冷却器和常温吸附器得到精滤氩气，精滤氩气通过换热器降温后输送到精馏塔进行分馏得到纯液氩和精馏废气，完成对氩气的回收。在不引入氢气作为中间反应气体的情况下，提升了氩气回收的效率、简化了氩气回收的流程、 降低了氩气回收的成本。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 111879063 A 2020.11.03
C N 111879063
A
1.一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，其特征在于：包括依次连通的粉尘过滤器(110)、压缩机(120)、冷干机(130)、回热器(140)、催化反应器二(170)、冷却器(180)和常温吸附器(190)，所述回热器(140)还连通有加热器(160)和催化反应器一(150)，所述常温吸附器(190)的出口连通有换热器(210)，所述换热器(210)的出口处连通有精馏塔。
2.根据权利要求1所述的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，其特征在于：所述常温吸附器(190)包括至少两个吸附筒，且每个吸附筒的出口均与换热器(210)连通。
3.根据权利要求1所述的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，其特征在于：所述换热器(210)设有A、B、C三个升温管道和一个降温管道，所述常温吸附器(190)与换热器(210)的降温管道进口相连通，所述换热器(210)的降温管道出口连通有精馏塔一(220)，所述精馏塔一(220)的下层出口连通有冷凝器一(230)，所述冷凝器一(230)的出口与升温管道C的进口连通。
4.根据权利要求3所述的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，其特征在于：所述精馏塔一(220)的上层出口连通有精馏塔二(240)，所述精馏塔二(240)的上层出口与升温管道B的进口连通，所述升温管道B的出口与常温吸附器(190)的置换气入口连通，所述精馏塔二(240)的上层出口连通有冷凝器二(250)，所述冷凝器二(250)的出口与升温管道A进口连通，所述升温管道A出口与压缩机(120)的进口连通。
5.根据权利要求3所述的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，其特征在于：所述升温管道C的出口连接有氩气回收管(260)，所述冷凝器一(230)和冷凝器二(250)的入口均连通有液氩输送管(270)。
6.根据权利要求4所述的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，其特征在于：所述升温管道B的出口与常温吸附器(190)的置换气入口之间管路连通有放空管(280)，所述冷干机(130)和回热器(140)之间连通有补氧管(290)。
7.一种回收单晶硅生产中氩气尾气的方法，其特征在于：采用上述权利要求1-6任一项所述的装置，所述方法为
通过粉尘过滤器(110)将回收的混合氩气中的粉尘进行去除后进行压缩并通过冷干机(130)冷却除水，冷却除水后的混合氩气输送到回热器(140)中并计算混合氩气中的甲烷、一氧化碳等氧化性杂质含量和氧气含量，计算完成后补充氧气，提高混合氩气的温度并通过催化反应器一(150)、催化反应器二(170)去除混合氩气中的杂质气体后得到粗滤氩气，粗滤氩气依次通过冷却器(180)和常温吸附器(190)得到精滤氩气，精滤氩气通过换热器(210)降温后输送到精馏塔进行分馏得到纯液氩和精馏废气，完成对氩气的回收。
8.根据权利要求7所述的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的方法，其特征在于：所述精馏废气通过换热器(210)复热后作为常温吸附器(190)的置换气体。
9.根据权利要求7所述的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的方法，其特征在于：所述纯液氩通过冷凝器一(230)和换热器(210)换热后变为常温纯氩气产品。
权 利 要 求 书1/1页CN 111879063 A
一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置及方法
[0001]本发明属于氩气回收技术领域，具体来说是一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置及方法。
背景技术
[0002]目前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减压拉晶工艺；减压工艺是在硅单晶拉制过程中，连续均匀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。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。回收利用这部分氩气有很大现实意义，可以极大的降低生产成本，也不会受到气体供应和运输等不良影响。[0003]关于氩气回收纯化方法，现有技术通过对来自单晶炉回收的氩气进行除尘，再经压缩机压缩后；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；最后通过冷却后在催化剂作用下使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，通过分子筛常温吸附的方式去除水和二氧化碳，再通过低温法除去氮气和氢气。该方法的缺点是由于通过氢气的使用，设备控制复杂、占地庞大、系统需配备制氢装置或氢气储罐，大大增加了投资成本和设备操作及维护的安全性，且受限于各地对危化品生产的管控越来越严格，这种使用氢气的回收工艺流程已经无法跟上行业需求。
发明内容
[0004] 1.发明要解决的技术问题
[0005]本发明的目的在于解决现有的氩气回收成本高且流程复杂的问题。
[0006] 2.技术方案
[0007]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0008]本发明的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，包括依次连通的粉尘过滤器、压缩机、冷干机、回热器、催化反应器二、冷却器和常温吸附器，所述回热器还连通有加热器和催化反应器一，所述常温吸附器的出口连通有换热器，所述换热器的出口处连通有精馏塔。
[0009]优选的，所述常温吸附器包括至少两个吸附筒，且每个吸附筒的出口均与换热器连通。
[0010]优选的，所述换热器设有A、B、C三个升温管道和一个降温管道，所述常温吸附器与换热器的降温管道进口相连通，所述换热器的降温管道出口连通有精馏塔一，所述精馏塔一的下层出口连通有冷凝器一，所述冷凝器一的出口与升温管道C的进口连通。
[0011]优选的，所述精馏塔一的上层出口连通有精馏塔二，所述精馏塔二的上层出口与升温管道B的进口连通，所述升温管道B的出口与常温吸附器的置换气入口连通，所述精馏
塔二的上层出口连通有冷凝器二，所述冷凝器二的出口与升温管道A进口连通，所述升温管道A出口与压缩机的进口连通。
[0012]优选的，所述升温管道C的出口连接有氩气回收管，所述冷凝器一和冷凝器二的入口均连通有液氩输送管。
[0013]优选的，所述升温管道B的出口与常温吸附器的置换气入口之间管路连通有放空管，所述冷干机和回热器之间连通有补氧管。
[0014]一种回收单晶硅生产中氩气尾气的方法，采用上述所述的装置，所述方法为[0015]通过粉尘过滤器将回收的混合氩气中的粉尘进行去除后进行压缩并通过冷干机冷却除水，冷却除水后的混合氩气输送到回热器中并计算混合氩气中的甲烷、一氧化碳等氧化性杂质含量和氧气含量，计算完成后补充氧气，提高混合氩气的温度并通过催化反应器一、催化反应器二去除混合氩气中的杂质气体后得到粗滤氩气，粗滤氩气依次通过冷却器和常温吸附器得到精滤氩气，精滤氩气通过换热器降温后输送到精馏塔进行分馏得到纯液氩和精馏废气，完成对氩气的回收。
[0016]优选的，所述精馏废气通过换热器复热后作为常温吸附器的置换气体。
[0017]优选的，所述纯液氩通过冷凝器一和换热器换热后变为常温纯氩气产品。[0018] 3.有益效果
[0019]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0020]本发明的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置及方法，包括依次连通的粉尘过滤器、压缩机、冷干机、回热器、催化反应器二、冷却器和常温吸附器，所述回热器还连通有加热器和催化反应器一，所述常温吸附器的出口连通有换热器，所述换热器的出口处连通有精馏塔。通过粉尘过滤器将回收的混合氩气中的粉尘进行去除后进行压缩并通过冷干机冷却除水，冷却除水后的混合氩气输送到回热器中并计算混合氩气中的甲烷、一氧化碳等氧化性杂质含量和氧气含量，计算完成后补充氧气，提高混合氩气的温度并通过催化反应器一、催化反应器二去除混合氩气中的杂质气体后得到粗滤氩气，粗滤氩气依次通过冷却器和常温吸附器得到精滤氩气，精滤氩气通过换热器降温后输送到精馏塔进行分馏得到纯液氩和精馏废气，完成对氩气的回收。在不引入氢气作为中间反应气体的情况下，提升了氩气回收的效率、简化了氩气回收的流程、降低了氩气回收的成本。
附图说明
[0021]图1为本发明的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置的结构示意图。
[0022]示意图中的标号说明：
[0023]110、粉尘过滤器；120、压缩机；130、冷干机；140、回热器；150、催化反应器一；160、加热器；170、催化反应器二；180、冷却器；190、常温吸附器；210、换热器；220、精馏塔一；230、冷凝器一；240、精馏塔二；250、冷凝器二；260、氩气回收管；270、液氩输送管；280、放空管；290、补氧管；310、再生气管路。
具体实施方式
[0024]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所
描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。[0025]需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0026]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0027]实施例1
[0028]参照附图1，本实施例的一种回收单晶硅生产中氩气尾气的装置，包括依次连通的粉尘过滤器110、压缩机120、冷干机130、回热器140、催化反应器二170、冷却器180和常温吸附器190，所述回热器140还连通有加热器160和催化反应器一150，所述常温吸附器190的出口连通有换热器210，所述换热器210的出口处连通有精馏塔。通过粉尘过滤器110将回收的混合氩气中的粉尘进行去除后进行压缩并通过冷干机130冷却除水，冷却除水后的混合氩气输送到回热器140中并计算混合氩气中的甲烷、一氧化碳等氧化性杂质含量和氧气含量，计算完成后补充氧气，提高混合氩气的温度并通过催化反应器一150、催化反应器二170去除混合氩气中的杂质气体后得到粗滤氩气，粗滤氩气依次通过冷却器180和常温吸附器190得到精滤氩气，精滤氩气通过换热器210降温后输送到精馏塔进行分馏得到纯液氩和精馏废气，完成对氩气的回收。在不引入氢气作为中间反应气体的情况下，提升了氩气回收的效率、简化了氩气回收的流程、减小了氩气回收的成本。
[0029]常温吸附器190包括至少两个吸附筒，且每个吸附筒的出口均与换热器210连通，多个吸附筒可以提升常温吸附器190的整体吸附效率，进一步提升氩气回收的效率。[0030]换热器210设有A、B、C三个升温管道和一个降温管道，所述常温吸附器190与换热器210的降温管道进口相连通，所述换热器210的降温管道出口连通有精馏塔一220，所述精馏塔一220的下层出口连通有冷凝器一230，所述冷凝器一230的出口与升温管道C的进口连通。换热器210通过系统内部的气体间的换热，节约了整体的热量消耗，节约了换热成本。[0031]精馏塔一220的上层出口连通有精馏塔二240，所述精馏塔二240的上层出
口与升温管道B的进口连通，所述升温管道B的出口与常温吸附器190的置换气入口连通，所述精馏塔二240的上层出口连通有冷凝器二250，所述冷凝器二250的出口与升温管道A进口连通，所述升温管道A出口与压缩机120的进口连通。
[0032]升温管道C的出口连接有氩气回收管260，所述冷凝器一230和冷凝器二250的入口均连通有液氩输送管270。
[0033]换热器210不仅可以将常温吸附器190处理后的精滤氩气进行降温，还可以将精馏塔二240产出的精馏废气进行升温，实现了热量的循环利用，而且精馏废气通过换热器210复热后作为常温吸附器190的置换气体，进一步提升了系统的效率和降低了成本。[0034]升温管道B的出口与常温吸附器190的置换气入口之间管路连通有放空管280，所述常温吸附器190与放空管280之间连通有再生气管路310，所述冷干机130和回热器140之间连通有补氧管290。
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