CN110759323A - 一种气体纯化反应器及气体纯化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的气体纯化反应器，用于吸收气体中的杂质，包括至少一个气体纯化室，气体纯化室为管状结构，气体纯化室内填充气体纯化材料，气体纯化室的温度T1满足300℃≤T1≤600℃。本发明的气体纯化方法，包括步骤：填充气体纯化材料至气体纯化反应器的气体纯化室；加热气体纯化室至对应温度T1、加热气体缓冲室至对应温度T2；气体自气体纯化反应器进气口进入，自出气口排出。本发明通过对气体纯化室设置合理的温度范围，能够调节气体纯化材料活性，提高提纯效果；设置气体缓冲室，缓冲气体流速、预热气体；气体缓冲室与气体纯化室之间设置隔板，分散气流、阻挡气体流速、阻挡气流带动气体纯化材料流动、避免纯化材料被气流冲击出隔板。
Description
技术领域
本发明属于单晶硅材料制备技术领域，具体涉及一种气体纯化反应器，及一种气体纯化方法。
背景技术
在单晶硅、多晶硅等晶体生长过程中，需要向炉内引入惰性气体，稳定炉压，并且带走挥发物及氧化物等杂质，提高晶体生长的稳定性及产品品质。现有的晶体生长用惰性气体，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。从直拉单晶炉、多晶铸锭炉等设备中，收集到使用过的惰性气体中由于含有一氧化碳、碳氢化合物等杂质而纯度降低。为提高回收气体的纯度，通常需要反应器对惰性气体中的杂质进行氧化然后去除，常用的反应器有化学链燃烧反应器、催化反应器、燃烧反应器等。
专利公开号为WO2011092507A1的国际专利，公开了一种惰性气体回收系统，采用化学链反应器将气体中的可燃材料转化为二氧化碳和水，其反应器为中空塔结构，内部设有载氧体填料和塔板结构，具有相应的气体出口或入口。
专利公开号为CN103569979B的中国专利，通过加热装置，控制氩气的加热温度，进而控制塔状反应容器中的反应温度。反应容器中的反应温度设定为150-250℃或200～300℃。反应容器中包括第一、第二反应区域和连接区域，反应区域填充有钌、钯、铂等催化剂，催化剂承载于氧化铝，使氩气中的氢和一氧化碳转变为水和二氧化碳。
在气体纯化除杂过程中，反应器中纯化材料的活性、催化氧化效果对反应温度较为敏感，因此有效控制反应器中的反应温度，对提高催化剂的催化效率、提高气体除杂效果具有重要作用。在惰性气体纯化除杂过程中，现有的反应器多采用塔状结构，其存在结构复杂、成本较高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体纯化反应器装置及采用该气体纯化反应器的气体纯化方法，用于吸收气体中的杂质。
本发明所采用的一种技术方案是：气体纯化反应器，所述气体纯化反应器的两端分别设置有进气口和出气口，所述气体纯化反应器内填充有气体纯化材料，用于吸收气体中的杂质，所述气体纯化反应器包括至少一个气体纯化室，所述至少一个气体纯化室为管状结构，所述至少一个气体纯化室内填充有所述气体纯化材料，所述气体纯化室的温度设置为T1，300℃≤T1≤600℃。
进一步的，所述温度T1的波动小于20℃。
优选的，所述气体纯化反应器还包括至少一个气体缓冲室，所述至少一个气体缓冲室为管状结构，所述至少一个气体缓冲室设置在所述至少一个气体纯化室的至少一端，所述气体缓冲室的温度设置为T2，200℃≤T2≤700℃。
进一步的，所述温度T2的波动小于20℃。
进一步的，所述至少一个气体纯化室与所述至少两个气体缓冲室之间设置有隔板，所述隔板上设置有开孔。
进一步的，所述至少一个气体纯化室的外部或内部设置有加热模块，所述加热模块包括多个独立加热单元或所述加热模块为一体式加热单元。
进一步的，所述至少一个气体缓冲室的外部或内部设置有加热模块，所述加热模块包括多个独立加热单元或所述加热模块为一体式加热单元。
更进一步的，所述加热模块设置在所述气体纯化室和气体缓冲室的外部，所述加热模块的外侧设置有保温层。
进一步的，所述气体纯化反应器的出气口和进气口为螺纹结构，所述气体纯化反应器还设置有基座，用于支撑气体纯化反应器。
本发明提供的另一种技术方案是：气体纯化方法，提供至少一个如上所述的气体纯化反应器，包括步骤：
填充气体纯化材料至所述气体纯化反应器的气体纯化室；
加热所述气体纯化室至对应温度T1、加热所述气体缓冲室至对应温度T2；
气体自所述气体纯化反应器的进气口进入，自出气口排出。
进一步的，至少两个所述气体纯化反应器相互连接。
本发明的有益效果是：本发明的气体纯化反应器及利用该气体纯化反应器的气体纯化方法，通过对气体纯化室设置合理的温度范围，能够调节气体纯化材料的活性，提高气体纯化反应器的提纯效果；将气体纯化室和/或气体缓冲室设置为管状结构，结构简单；设置气体缓冲室，可以缓冲气体流速、预热气体；气体缓冲室与气体纯化室之间设置隔板，可以分散气流、阻挡气体流速、阻挡气流带动气体纯化材料的流动、避免纯化材料被气流冲击出隔板；通过设置加热模块，加热反应器，有效控制反应器中反应温度；设置保温层，提高反应器的保温效果、降低能耗。
附图说明
图1为本发明的气体纯化反应器的结构示意图。
图中，10.气体反应器，11.进气口，12.出气口，13.气体缓冲室，14.气体纯化室，15.加热模块，16.隔板，17.保温层，18.基座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对发明进行详细说明。附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
本发明提供的气体纯化反应器10，两端分别设置有进气口11和出气口12，进气口11与炉体管道连接，接收使用过的、含有杂质的晶体生长用惰性气体，出气口12与其他反应器或气体管道连接。气体纯化反应器10内填充有气体纯化材料，本实施例，气体纯化材料可以为铁基、铜基、镍基或其复合材质的载氧体材料，优选地，配合少量催化剂。气体纯化材料对惰性气体中的含碳气体和/或含氢气体进行催化氧化，吸收气体中的杂质。
气体纯化反应器10包括至少一个气体缓冲室13和至少一个气体纯化室14。气体纯化室14的一端或者两端连接一个气体缓冲室13，气体纯化室14与气体缓冲室13之间设置有隔板16，隔板16上设置多个开孔，优选地，多个开孔在隔板16上均匀分布。用于阻挡气体将气体纯化材料带离气体纯化室14，同时还能够分散气流，提高气体流动均匀性。
如图1所示，本实施例，气体纯化反应器10的中间为气体纯化室14，气体纯化室14的两端分别连接有气体缓冲室13，气体纯化室14与气体缓冲室13之间设置有隔板16。气体缓冲室13和气体纯化室14为管状结构，气体缓冲室13与气体纯化室14通过法兰连接。另外，多个气体纯化室14与多个气体缓冲室13也可以在气体纯化反应器10内任意间隔设置。
本实施例，气体纯化室14与气体缓冲室13的外部设置有加热模块15，加热模块15可以包括多个独立的加热单元，比如多个电阻加热器。当然，加热模块也可以为一体式结构；加热模块15也可设置在气体纯化室14和/或气体缓冲室13的内部。加热模块15加热气体反应器10，提高气体的纯化效果。本实施例加热模块15为一体式电阻加热器。
本实施例，加热模块15的外侧还设置有保温层17，提高气体反应器10的保温效果、降低能耗。
气体纯化反应器10的出气口12/进气口11具有螺纹结构，便于出气口12/进气口11与气体管道连接，同时也便于气体纯化反应器10之间的连接。气体纯化反应器10还设置有基座18，用于支撑气体纯化反应器10。气体纯化反应器10的出气口12/进气口11仅相对气体进出方向而定。
加热模块15加热气体缓冲室13和气体纯化室14，气体缓冲室13的温度设置为T2，200℃≤T2≤700℃，温度T2的波动小于20℃；气体纯化室14的温度设置为T1，300℃≤T1≤600℃，温度T1的波动小于20℃。
本发明提供的气体纯化反应器10，气体纯化室14和/或气体缓冲室13选择适宜的温度范围，能够调节气体纯化材料的活性，提高气体纯化反应器的提纯效果；气体纯化反应器10气体纯化室14和/或气体缓冲室13为管状结构，结构简单；气体缓冲室13，不仅可以缓冲气体流速而且还可以预热气体；气体缓冲室13与气体纯化室14之间设置有隔板16，使气体纯化材料填充密实、避免气体纯化材料被气流冲击出隔板16；设置加热模块15，加热气体纯化反应器10，提高纯化效果；设置保温层17，提高气体反应器10的保温效果、降低能耗。
实施例2
本实施例，提供一种使用如上所述的气体纯化反应器10的气体纯化方法，包括以下步骤：
填充气体纯化材料至气体纯化反应器10的气体纯化室14；
加热气体纯化室至对应温度T1、加热气体缓冲室至对应温度T2；
气体自气体纯化反应器10进气口11进入，自出气口12排出。
当然，也可以将多个气体纯化反应器10相互连接，例如，将多个气体纯化反应器10通过进气口11和出气口12相互串联，或将多个气体纯化反应器10通过进气口11、出气口12和气体管道相互并联。
气体纯化反应器10的进气口11和出气口12仅是相对气体进出方向而言。另外，气体缓冲室13也可以填充气体纯化材料，用于吸收气体中的杂质。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做出的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.气体纯化反应器，所述气体纯化反应器的两端分别设置有进气口和出气口，所述气体纯化反应器内填充有气体纯化材料，用于吸收气体中的杂质，其特征在于，所述气体纯化反应器包括至少一个气体纯化室，所述至少一个气体纯化室为管状结构，所述至少一个气体纯化室内填充有所述气体纯化材料，所述气体纯化室的温度设置为T1，300℃≤T1≤600℃。
2.根据权利要求1所述的气体纯化反应器，其特征在于，所述温度T1的波动小于20℃。
3.根据权利要求1所述的气体纯化反应器，其特征在于，所述气体纯化反应器还包括至少一个气体缓冲室，所述至少一个气体缓冲室为管状结构，所述至少一个气体缓冲室设置在所述至少一个气体纯化室的一端，所述气体缓冲室的温度设置为T2，200℃≤T2≤700℃。
4.根据权利要求3所述的气体纯化反应器，其特征在于，所述温度T2的波动小于20℃。
5.根据权利要求4所述的惰性气体纯化反应器，其特征在于，所述至少一个气体纯化室与所述气体缓冲室之间设置有隔板，所述隔板上设置有开孔。
6.根据权利要求5所述的气体纯化反应器，其特征在于，所述至少一个气体纯化室的外部或内部设置有加热模块，所述加热模块包括多个独立加热单元或所述加热模块为一体式加热单元。
7.根据权利要求6所述的气体纯化反应器，其特征在于，所述至少一个气体缓冲室的外部或内部设置有加热模块，所述加热模块包括多个独立加热单元或所述加热模块为一体式加热单元。
8.根据权利要求7所述的气体纯化反应器，其特征在于，所述加热模块设置在所述气体纯化室和气体缓冲室的外部，所述加热模块的外侧设置有保温层。
9.根据权利要求7所述的气体纯化反应器，其特征在于，所述气体纯化反应器的出气口和进气口为螺纹结构，所述气体纯化反应器还设置有基座，用于支撑气体纯化反应器。
10.气体纯化方法，提供至少一个如权利要求1-9中任一项所述的气体纯化反应器，其特征在于，包括步骤：
填充气体纯化材料至所述气体纯化反应器的气体纯化室；
加热所述气体纯化室至对应温度T1、加热所述气体缓冲室至对应温度T2；
气体自所述气体纯化反应器的进气口进入，自出气口排出。
11.根据权利要求10所述的气体纯化方法，其特征在于，至少两个所述气体纯化反应器相互连接。
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