CN110155968B - 惰性气体回用装置及惰性气体回用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的惰性气体回用装置,用于对至少一个炉单元排出的尾气进行除杂及再利用。该惰性气体回用装置包括依次连接于炉单元的出气口和进气口之间的过滤单元、第一纯化单元及第二纯化单元。过滤单元用于除去尾气中的固体和/或油雾颗粒。第一纯化单元用于使所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体发生氧化反应以生成二氧化碳和水。第二纯化单元用于吸收来自第一纯化单元的气体中的二氧化碳和水。本发明的惰性气体回用装置结构简单、回收过程简化,回收成本低。本发明还提供一种使用如上所述的惰性气体回用装置的惰性气体回用方法。
Description
技术领域
本发明属于单晶制造设备技术领域,具体涉及一种惰性气体回用装置,还涉及一种使用该惰性气体回用装置的惰性气体回用方法。
背景技术
直拉法是一种常见的单晶生长方法,其生长过程是在单晶炉中,将籽晶浸入熔体,依次实施引晶、放肩、转肩、等径及收尾过程,最后获得单晶棒。在拉晶的同时,往炉内引入惰性气体、并设置真空泵进行抽吸,利用惰性气体对晶体生长环境的吹扫作用,带走挥发物及氧化物等杂质,确保拉晶过程稳定及成品品质。现有的单晶炉惰性气体,如氩气,多为一次性使用。一次通过炉体之后就排放,造成惰性气体资源浪费。并且,惰性气体经过真空泵之后,会携带泵油,其主要成分为碳氢化合物,排放至大气中将导致环境污染问题加剧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种惰性气体回用装置及使用该惰性气体回用装置的惰性气体回用方法,解决了现有的惰性气体一次性使用存在的资源浪费及造成环境污染的问题。
本发明所采用的一种技术方案是:提供一种惰性气体回用装置,用于对至少一个炉单元排出的尾气进行除杂及再利用。惰性气体回用装置包括依次连接于炉单元的出气口和进气口之间的过滤单元、第一纯化单元及第二纯化单元。过滤单元用于除去尾气中的固体和/或油雾颗粒。第一纯化单元用于使所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体发生氧化反应以生成二氧化碳和水。第二纯化单元用于吸收来自第一纯化单元的气体中的二氧化碳和水。
本发明所采用的另一种技术方案是:提供一种使用如上所述的惰性气体回用装置的惰性气体回用方法,包括步骤:炉单元自出气口排出尾气;利用所述过滤单元过滤所述尾气,除去所述尾气中的固体和/或油雾颗粒;利用所述第一纯化单元使所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体发生氧化反应,生成二氧化碳和水;利用所述第二纯化单元吸收来自所述第一纯化单元的气体中的二氧化碳和水;以及通过所述进气口向所述炉单元输入来自所述第二纯化单元的气体。
本发明的有益效果是:本发明的惰性气体回用装置对一个或多个炉单元设置过滤单元、第一纯化单元及第二纯化单元,分别可除去尾气中的粉尘油雾、含碳气体和/或含氢气体、以及前含碳气体和/或含氢气体在第一纯化单元中生成的二氧化碳和水,从而在线直接回用于炉单元中。不仅解决了现有的惰性气体一次性使用存在的资源浪费及造成环境污染的问题。而且该惰性气体回用装置的结构简单、回收过程简化,回收成本低。本发明的惰性气体回用方法,实现了惰性气体的在线纯化及回用。整个回收过程工艺简化、操作简便。
附图说明
图1是本发明的惰性气体回用装置的结构示意图;
图2是本发明第1实施例的惰性气体回用装置的结构示意图;
图3是本发明第3实施例的惰性气体回用装置的结构示意图。
图中,100.惰性气体回用装置,10.炉单元,11.炉体,110.进气口,111.出气口,12.过滤器,13.真空泵,14.排空管路,15.回收管路,16.三通阀门,20.过滤体,30.增压单元,40.第一纯化单元,41.化学链燃烧反应器,42.备用化学链燃烧反应器,43.催化反应器,44.脱氧器,50.第二纯化单元。
具体实施方式
下面结合附图和多个实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供的惰性气体回用装置100用于对至少一个炉单元10排出的尾气进行除杂及再利用,如图1所示。炉单元10包括依次连接的炉体11、过滤器12和真空泵13。炉体11可以为单晶炉、铸锭炉或其它需要使用惰性气体的炉台,具有进气口110和出气口111。真空泵13用于对炉体11内的气氛进行抽吸以在出气口111处形成尾气,过滤器12用于初步过滤尾气。炉单元10还具有连通于出气口111的排空管路14。
惰性气体回用装置100包括依次连接于炉单元的出气口111和进气口110之间的过滤单元20、增压单元30、第一纯化单元40及第二纯化单元50。
第1实施例
如图2所示,惰性气体回用装置100包括依次连接于炉单元的出气口111和进气口110之间的过滤单元20、增压单元30、第一纯化单元40及第二纯化单元50。过滤单元20用于除去尾气中的固体和/或油雾颗粒。具体地,过滤单元20通过回收管路15连接于真空泵13远离过滤器12的一侧。回收管路15通过三通阀门16连接于排空管路14,以与出气口111相连通。
增压单元30用于对来自过滤单元20的尾气进行增压。增压单元30可为压缩机。
第一纯化单元40用于使尾气中的含碳气体和/或含氢气体发生氧化反应以生成二氧化碳和水。第一纯化单元40可以采用化学链燃烧反应原理、催化氧化原理或者加氧燃烧原理等进行氧化反应,对尾气中的含碳气体和/或含氢气体进行氧化。本实施例中,采用化学链燃烧反应原理。
具体地,第一纯化单元40包括相互并联的化学链燃烧反应器41和备用化学链燃烧反应器42。备用化学链燃烧反应器42在化学链燃烧反应器41进行氧化再生时,替代化学链燃烧反应器41对尾气中的含碳气体和/或含氢气体进行氧化。如此,可确保尾气纯化过程持续进行。化学链燃烧反应器41中设置铁基、铜基、镍基或其复合材质的载氧体,优选地,配合少量催化剂。备用化学链燃烧反应器42可与化学链燃烧反应器41的结构相同。当化学链燃烧反应器41在高温条件下对尾气中的杂质,如,烃类气体进行氧化时,备用化学链燃烧反应器42中载氧体材料进行活化再生,分别发生如下(1)和(2)的反应:
(1)(2n+m)CnHm+MexOy→(2n+m)MexOy-1+nCO2+mH2O
(2)MexOy-1+1/2O2→MexOy
第二纯化单元50用于吸收来自第一纯化单元40的气体中的二氧化碳和水。第二纯化单元50主要采用物理吸附,第二纯化单元50可为分子筛等。
本技术方案提供的惰性气体回用装置100,对一个或多个炉单元10设置过滤单元20、第一纯化单元40及第二纯化单元50,分别可除去尾气中的粉尘油雾、含碳气体和/或含氢气体、以及前含碳气体和/或含氢气体在第一纯化单元40中生成的二氧化碳和水,从而在线直接回用于炉单元10中。不仅解决了现有的惰性气体一次性使用存在的资源浪费及造成环境污染的问题。而且该惰性气体回用装置100的结构简单、回收过程简化,回收成本低。本实施例采用化学链燃烧反应原理,利用载氧体供氧,操作控制方便。
第2实施例
本实施例提供一种使用如上所述的惰性气体回用装置100的惰性气体回用方法,包括以下步骤:
首先,炉单元10自出气口111排出尾气。尾气中含有惰性气体,含碳气体和/或含氢气体、如一氧化碳、烃类气体,以及少量的粉尘油雾。
可以理解,炉单元10中,当处于晶体生长状态时,调节三通阀门16,使尾气进入回收管路15。停炉状态下,调节三通阀门16,尾气自排空管路14排出。
其次,利用过滤单元20过滤尾气,除去所述尾气中的固体和/或油雾颗粒。
再次,利用第一纯化单元40使尾气中的含碳气体和/或含氢气体发生氧化反应,生成二氧化碳和水。具体地,可利用如第1实施例的化学链燃烧反应器41的载氧体,对尾气中的含碳气体和/或含氢气体进行氧化。当化学链燃烧反应器41中的氧被消耗、处于氧缺失状态时,切换至备用化学链燃烧反应器42对尾气进行氧化。如此,可确保纯化过程持续进行。
然后,利用第二纯化单元50吸收来自第一纯化单元40的气体中的二氧化碳和水。
最后,通过进气口110向炉单元10输入来自第二纯化单元50的气体。
本实施例的惰性气体回用方法,解决了现有的惰性气体一次性使用存在的资源浪费及造成环境污染的问题。实现了惰性气体的在线纯化及回用。整个回收过程工艺简化、操作简便。使用化学链燃烧反应器41进行纯化,方便操作和控制。
第3实施例
本实施例提供的惰性气体回用装置100,与第一实施例的大致相同。气区别在于,第一纯化单元40中采用催化氧化原理除去尾气中的含碳气体和/或含氢气体。如图3所示,第一纯化单元40包括催化反应器43和脱氧器44。催化反应器43中具有催化剂,尾气中的含碳气体和/或含氢气体在所述催化剂的催化作用下被通入催化反应器43的氧气氧化,生成二氧化碳和水。脱氧器44除去来自催化反应器43的过量的氧气。脱氧器44中设置缺氧的载氧体,完成气体中过量氧气的脱除。
本实施例的第一纯化单元40采用催化剂,在低温条件下可快速地完成含碳气体和/或含氢气体与氧气的反应。一次可处理大气量的气体,且催化反应器43无需切换,可一直工作。
当然,第一纯化单元40还可以为燃烧反应器,尾气中的含碳气体和/或含氢气体在燃烧温度下被通入燃烧反应器的氧气氧化,生成二氧化碳和水。同时,对流出第一纯化单元40的气体中的氧气进行精确在线检测,根据检测结果,往燃烧反应器中通入精确控制的适量氢气,使气体中的氧气被完全反应掉。使用燃烧反应器,无需使用载氧体或催化剂,仅需精确控制氧气与氢气的通入量即可。
Claims (9)
1.惰性气体回用装置,用于对至少一个炉单元排出的尾气进行除杂及再利用,其特征在于,包括依次连接于所述炉单元的出气口和进气口之间的过滤单元、第一纯化单元及第二纯化单元,所述过滤单元用于除去所述尾气中的固体和/或油雾颗粒,所述第一纯化单元用于使所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体发生氧化反应以生成二氧化碳和水,所述第二纯化单元用于吸收来自所述第一纯化单元的气体中的二氧化碳和水;
其中,在所述第一纯化单元包括催化反应器的情况下,通入所述催化反应器的氧气过量,所述第一纯化单元还包括连接于所述催化反应器与所述第二纯化单元之间的脱氧器,所述脱氧器除去来自所述催化反应器的过量的氧气。
2.如权利要求1所述的惰性气体回用装置,其特征在于,在所述第一纯化单元为化学链燃烧反应器的情况下,所述化学链燃烧反应器中具有载氧体材料,所述载氧体材料对所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体进行氧化,生成二氧化碳和水。
3.如权利要求2所述的惰性气体回用装置,其特征在于,所述第一纯化单元还包括与所述化学链燃烧反应器并联的备用化学链燃烧反应器,所述备用化学链燃烧反应器在所述化学链燃烧反应器进行氧化再生时,替代所述化学链燃烧反应器对所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体进行氧化。
4.如权利要求1所述的惰性气体回用装置,其特征在于,所述催化反应器中具有催化剂,所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体在所述催化剂的催化作用下被通入所述催化反应器的氧气氧化,生成二氧化碳和水。
5.如权利要求1所述的惰性气体回用装置,其特征在于,在所述第一纯化单元为燃烧反应器的情况下,所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体在燃烧温度下被通入所述燃烧反应器的氧气氧化,生成二氧化碳和水。
6.如权利要求5所述的惰性气体回用装置,其特征在于,所述惰性气体回用装置还包括位于所述过滤单元与所述第一纯化单元之间的增压单元,所述增压单元用于对来自所述过滤单元的尾气进行增压。
7.如权利要求1至6中任一项所述的惰性气体回用装置,其特征在于,所述炉单元包括依次连接的炉体、过滤器和真空泵,所述过滤单元通过回收管路连接于所述真空泵远离所述过滤器的一侧,所述炉单元还具有连通于所述出气口的排空管路,所述回收管路通过三通阀门连通于所述出气口。
8.惰性气体回用方法,使用如权利要求1至7中任一项所述的惰性气体回用装置,其特征在于,包括步骤:
所述炉单元自所述出气口排出尾气;
利用所述过滤单元过滤所述尾气,除去所述尾气中的固体和/或油雾颗粒;
利用所述第一纯化单元使所述尾气中的含碳气体和/或含氢气体发生氧化反应,生成二氧化碳和水;
利用所述第二纯化单元吸收来自所述第一纯化单元的气体中的二氧化碳和水;以及
通过所述进气口向所述炉单元输入来自所述第二纯化单元的气体;
其中,在所述第一纯化单元包括催化反应器的情况下,通入所述催化反应器的氧气过量,所述第一纯化单元还包括连接于所述催化反应器与所述第二纯化单元之间的脱氧器,所述脱氧器除去来自所述催化反应器的过量的氧气。
9.如权利要求8所述的惰性气体回用方法,其特征在于,所述炉单元自所述出气口排出尾气后,还包括调节三通阀门,使尾气进入回收管路的步骤。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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