[实用新型]单晶硅生产中氩气回收纯化装置有效

专利信息
申请号: 201220111489.6 申请日: 2012-03-23
公开(公告)号: CN202519029U 公开(公告)日: 2012-11-07
发明(设计)人: 周智勇;顾燕新;翟晖;何晖;张振友;夏红丽 申请(专利权)人: 杭州杭氧股份有限公司
主分类号: C01B23/00 分类号: C01B23/00
代理公司: 杭州九洲专利事务所有限公司 33101 代理人: 翁霁明
地址: 311241 浙江省*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 单晶硅 生产 中氩气 回收 纯化 装置
【说明书】:

技术领域

本实用新型涉及的是一种单晶硅生产中氩气回收纯化装置。

背景技术

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。

专利文献CN102153057A中揭示的氩气回收纯化方法: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,不能直接除去氢气,如需除去氢气还必须加其它除氢装置。

专利文献US5706674中揭示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。该专利文献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。

氩气回收纯化的公知技术: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);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,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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足,而提供一种氩气回收率高,回收氩气纯度高,氧气含量低,回收纯化能耗低,特别适合用于大型单晶硅生产企业进行大量氩气回收纯化再利用的单晶硅生产中氩气回收纯化的方法与装置。

    本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的,所述单晶硅生产中氩气回收纯化装置,该装置包括:一用于对从单晶炉中收集的氩气进行粗油过滤并可当气体缓存罐使用的粗油过滤器;

在所述粗油过滤器之后依次相连有氩气压缩机和一水冷却器,并在其后相连有可除去氩气中油雾和固体颗粒高精度除油系统;

一依次通过加热器和回热器相接于所述高精度除油系统的一级催化反应器,该催化反应器选用氧化钛或氧化铝为载体的金属钯催化剂,并使甲烷、一氧化碳、烷烃类杂质同氧气反应生成水和二氧化碳;

另一通过所述回热器相接于所述一级催化反应器的二级催化反应器,也选用氧化钛或氧化铝为载体的金属钯催化剂,并使氧气和氢气反应生成水;

一组至少由两只吸附器构成的常温吸附单元相接于所述的二级催化反应器,用于吸附氩气中的水和二氧化碳;所述常温吸附单元通过一低温板式换热器以及节流阀连通于低温精馏塔,该低温精馏塔的底部为蒸发器单元,顶部为冷凝器单元,在该低温精馏塔的底部设置有纯液氩产品出口,而在低温精馏塔的顶部设置有精馏废气出口。

所述的高精度除油系统包括高效除油器、精密过滤器、活性碳过滤器和高效除尘过滤器中的至少两种串联构成,并可将通过的氩气除去其中的油雾和固体颗粒;所述的高精度除油系统之后经过了一级催化反应器和二级催化反应器后相接有由三个吸附器构成的常温吸附单元,该常温奶吸附单元包括三台常温吸附器,并经过粗氩气进口阀、粗氩气出口阀、置换气进口阀、再生空气进口阀、均压阀、再生气和置换气出口阀、泄压阀、放空消声器、再生加热器相接组成;三台常温吸附器中的一台进行吸附工作、一台进行再生、一台进行气体置换,相互之间通过时间程序控制器进行自动控制切换。

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