CN112827321A - SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法 - Google Patents

SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了SiC‑CVD无氯外延含低浓度硅烷与C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，通过预处理、中温变压吸附除杂、吸附净化、变压吸附提氢、氢气纯化及中浅冷油吸收工序，将来自无氯SiC‑CVD外延制程中产生的含低浓度硅烷与C2+尾气的有效组分H2提取与纯化，获得满足SiC‑CVD制程所需的电子级H2产品气并返回制程循环使用，收率高达90％以上，解决了SiC‑CVD制程常压或低压废气回收无法返回到CVD制程中加以使用的技术难题，为SiC产业绿色与循环经济发展填补了空白。

Description

SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环 再利用方法
技术领域
本发明涉及第三代半导体材料碳化硅(SiC)外延生长过程中的制程氢气(H2)的提取纯化制备及外延尾气中回收H2再利用的半导体材料与半导体制程环保领域，更具体的说是涉及SiC-CVD(碳化硅化学气相沉积)无氯外延含低浓度硅烷/C2+(碳二及碳二以上的轻烃类碳氢化合物组分)尾气FTrPSA(全温程变压吸附)提H2与循环再利用方法。
背景技术
碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，因其具有宽禁带、耐高温与高压、高频大功率，及耐辐射等优异特性，已广泛应用于IT及电子消费品、汽车、光伏光电、核反应堆，以及系统工作条件苛刻的航空航天与军事等领域的功率开关、变频变压、UPS等电力电子元器件，其中，外延是SiC材料得以广泛应用的关键生产步骤。
SiC外延制程有高温升华(PVT)、化学气相沉积(CVD)、液相生长外延(LPE)、分子束外延生长(MBE)、电子回旋共振等离子化学气相沉积(ECR-MPCVD)等，而工业上普遍采用的是具有外延生长温度低、生产批量大、外延薄膜均匀性好，以及操作易控制特点的CVD制程，其中，按参与反应的硅(Si)源和碳(C)源(称为“反应前驱物”)不同而又可分为常规(无氯)、含氯及同时含C/Si源的有机硅化合物的SiC-CVD外延制程，进而，不同的外延制程所产生的尾气组成也不尽相同，处理方法随之也不同。
常规的无氯SiC-CVD外延制程普遍采用硅烷(SiH4)为Si源、轻烃类的甲烷(CH4)或碳二及碳二以上的轻烃(记为“C2+”)等碳氢化合物，如乙烯(C2H4)或丙烷(C3H8)等为C源，在氢气(H2)或氩气(Ar)为载气的携带下进入CVD反应腔(炉)，在一定温度及压力下进行化学气相沉积反应，所产生的外延薄膜在适合的衬底或基片(通常是Si或SiC材料)上形成一层薄膜，即外延层，经处理后得到合格的SiC外延片，而在气相中有参与反应的生成物H2、CH4、乙烷乙烯等C2+及少量的Si粉或Si团簇或C粉等固体微小颗粒，未反应完的SiH4、CH4或C2+，不参与反应的载气H2或Ar，以及微量或痕量的其它杂质，如一氧化碳(CO)等。商业上常用H2作为载气，可以有效提升外延效率。由于尾气中含有大量的H2，可以提取反复使用，但问题是其中仍含有有毒有害且易燃易爆的硅烷、甲烷及C2+等组分，对回收提取H2形成较大的技术挑战。
现有的对常规SiC-CVD制程尾气进行处理的方法主要有三种，干法吸附、燃烧法与直接冷凝法。第一，干法吸附可采用一次性吸附，吸附质为硅烷、硅团簇、C2+等，非吸附质主要是H2、CH4及少量的C2+组分，经过测试后达标直接排放，其中，吸附饱和后的吸附剂定期更换；或采用吸附剂可在线再生的变温吸附(TSA)，在较低的温度下进行吸附，在较高的温度下进行吸附剂再生，循环操作，其中，被吸附饱和的吸附剂，在再生操作时，采用较高温度的水蒸气为再生载气解吸吸附质而流出吸附塔，再经过冷却或冷凝等得到硅烷溶液输出。该法首先是仅进行净化处理，适合尾气中SiH4、C2+含量较低的工况，大量的H2几乎完全浪费，并且还有温室气体排放，其二，再生采用蒸汽加热，给系统中引入了含氧化合物，导致再生系统的安全性受到重大影响，且能耗大幅度增加，其三，吸附废气中轻烃类组分超标而需要进一步催化燃烧才能达标，从而又增加了尾气处理的成本。燃烧法是直接进行空气氧化处理尾气，由于尾气中的H2、SiH4、CH4、C2+等都是极易燃烧的组分，经过燃烧后形成无害的H2O、SiO2、CO2等组分，再经过适当处理后直接排放。燃烧法因其经济性而在业界比较普遍采用，多为小型化现场处理装置，但也存在着SiH4在空气中极易爆炸的安全隐患，并且燃烧产生大量的热量以及微小颗粒在燃烧过程中极易爆炸，也会带来很大的安全隐患。同时，大量有价值的H2、CH4、SiH4、C2+组分等资源不但未能有效利用，而且排放还带来温室效应。此外，业界也有将吸附法作为燃烧法的辅助方法，当燃烧法点火失败或发生安全隐患而停机时，SiC-CVD制程尾气便自动切换到吸附法装置中进行处理；第三，直接冷凝法是对尾气直接冷却到-60～-30℃以下，使得硅烷、C2+等组分先液化成液体，不凝气体中的主要成分是H2与CH4，携带有少量的SiH4、C2+组分，对不凝气体进行干法吸附或燃烧后排放或回收H2，再对冷凝液进行处理。但是由于SiC-CVD常规外延尾气中的不凝气体组分，如H2、CH4含量较高，大量的冷量被浪费，能耗很高，进而处理的成本也非常高，工业上一般不采用，尤其是对含低浓度硅烷/C2+的SiC-CVD常规外延尾气处理，完全不适合。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种SiC-CVD无氯外延制程尾气全温程变压吸附(FTrPSA)提氢与循环再利用方法。全温程变压吸附(英文全称：FullTemperature Range-Pressure Swing Adsorption，简称：FTrPSA)是一种以变压吸附(PSA)为基础并可与各种分离技术相耦合的方法，利用不同物料组分本身在不同压力与温度下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取中温变压吸附过程中吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离和提纯所需的主要有效组分(H2(纯度大于等于99.9995％(v/v))，同时可副产C2+或甲烷。依据SiC-CVD常规外延制程中产生的CVD尾气所含有效组分H2与主要杂质组分SiH4、CH4及C2+之间的物理化学特性、相对分离系数、相对应的分离净化方法以及对应的操作条件(温度与压力)，将各种常规的分离方法，包括各种吸附与油吸收相耦合，实现SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气全温程变压吸附(FTrPSA)提取氢气并作为CVD原料气返回到外延炉中循环再利用。为此，本发明采用以下技术方案回收尾气中有效组分H2，并作为外延制程原料气循环再利用：
SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，包括如下步骤：
(1)预处理，将原料气先后进行脱除尘埃、颗粒、油雾或/和中和、干燥后，进入下一个工序中温变压吸附除杂工序；
(2)中温变压吸附除杂，将来自预处理工序的原料气，直接或加压至小于1.0MPa，并经冷热交换至20～90℃后，进入至少由4塔组成的多塔中温变压吸附除杂工序，吸附塔的操作压力为0.2～1.0MPa，操作温度为20～90℃，至少一个吸附塔处于吸附步骤，其余吸附塔处于解吸再生步骤，所形成的非吸附相气体为低沸点组分为主的中间混合气体，包括H2、CH4、SiH4、CO组分，进入下一工序，即吸附净化工序；
(3)吸附净化，来自中温变压吸附除杂工序的中间混合气体，经过精密过滤、冷热交换至5～20℃后进入由2个以上吸附塔组成的吸附净化工序，在操作温度5～20℃，操作压力小于1.0MPa下进行吸附，进一步净化脱除其中SiH4及C2+，形成净化后的中间气体，进入下一工序变压吸附提氢工序；
(4)变压吸附提氢，来自吸附净化工序的中间气体，经过加压至1.0～3.0MPa后进入至少由4塔组成的多塔变压吸附提纯氢气工序，吸附塔的操作压力为1.0～3.0MPa，操作温度为20～40℃，至少一个吸附塔处于吸附步骤，其余吸附塔处于解吸再生步骤，所形成的非吸附相气体为超高纯氢气，其纯度为99.999～99.9999％(v/v)，进入下一工序，即氢气纯化工序；
(5)氢气纯化，来自变压吸附提氢工序的超高纯氢气，或经过中间产品储罐后，或直接经过热交换，在50～500℃的温度下，直接或通过减压阀减压至SiC-CVD外延制程用氢所需的压力，进入由金属吸气剂，或钯膜，或钯膜-金属吸气剂耦合的氢气纯化工序，在操作温度为50～500℃、操作压力为常压或SiC-CVD制程中使用氢气所需的压力条件下进行纯化，脱除痕量杂质，得到最终的电子级氢气产品，氢气纯度大于等于7～8N级，由此得到的电子级氢气产品的收率大于75～85％，其中，氢气纯化工序的操作温度，是由所采用的金属吸气剂或钯膜的工艺决定，金属吸气剂或钯膜的使用寿命至少大于2年，无需再生；
优选的，所述原料气为常压或低压的化学气相沉积制备基于碳化硅(SiC)无氯外延生长常规制程中的尾气，包括氢气(H2)、甲烷(CH4)、硅烷(SiH4)、轻烃类碳氢化合物碳二及碳二以上组分(C2+)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)、二氧化硅(SiO2)和碳(C)微细颗粒，其中，SiH4及C2+体积浓度均小于1％，压力为常压或低压，温度为常温。
优选的，还包括自中温变压吸附除杂工序的吸附相混合气体，经过精细过滤去除微细颗粒后经加压至1.5～3.5MPa，进入操作温度为-35～-10℃的中浅冷油吸收工序，采用丙烷(C3)或丁烷(C4，含正丁烷、异丁烷)为吸收剂，从油吸收塔顶流入吸收来自吸收塔底进料至下而上的吸附相混合气体中的C2+及CO2，形成富吸收液从油吸收塔底流出，经过循环泵输送至解吸塔进行解吸，从中解吸出来的吸收剂返回至油吸收塔循环使用，解吸气富集了C2+及CO2，经过脱碳塔回收富C2+气输出，作为副产品使用；从油吸收塔顶流出的不凝气体，或直接作为燃料气使用，或经过冷热交换后返回至预处理工序的原料气，或返回至中温变压吸附除杂工序，进一步回收不凝气体中的有效H2组分，由此得到的H2收率可达85～87％。
优选的，所述预处理主要由除尘器、除颗粒过滤器、除油雾捕集器和/或碱洗、中和塔、干燥器组成。
优选的，所述中温变压吸附除杂中将来自预处理的原料气，采用鼓风机送入中温变压吸附除杂工序，本工序由二段PSA系统所组成，即来自预处理工序的原料气，经鼓风机增压至0.2～0.3MPa，从1段PSA塔底进入，从1段PSA塔顶流出的非吸附相气体为中间混合气体，进入下一个工序，即吸附净化；从1段PSA塔底解吸流出的解吸气经鼓风机送入2段PSA塔底，从2段PSA塔顶流出的非吸附相气体，返回到1段PSA进料气—经预处理后的原料气进一步回收有效组分H2，从2段PSA塔底流出的吸附相气体为富集C2+的浓缩气体，经过加压后进入下一工序，即中浅冷油吸收工序，进一步处理C2+及回收有效组分H2。
优选的，所述中温变压吸附除杂工序的吸附剂采用活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛的一种或组合，解吸时或抽真空再生，或产品氢气冲洗，或冲洗加抽真空；变压吸附提氢工序的吸附剂采用活性氧化铝、硅胶、活性炭、硅酸铝分子筛、碳分子筛的一种或多种组合，解吸时采用冲洗，或冲洗加抽真空方式，解吸气为富甲烷气体，可直接作为燃料气输出。
优选的，所述变压吸附提氢，来自吸附净化工序的净化后的中间气体，在含有微量氧气的工况下，增置金属钯为触媒的脱氧器进行脱氧，操作温度为70～90℃，脱氧深度达到0.1ppm以下，脱氧后的中间气体再进入变压吸附提氢工序。
优选的，所述变压吸附提氢工序的解吸气为富甲烷气体，进入甲烷低温精馏装置，从中流出高纯度甲烷，可作为SiC-CVD外延制程中所需的甲烷原料气或输出甲烷，从中流出富氢的不凝气体返回到变压吸附提氢工序进一步回收有效组分H2，其H2收率可达95％以上。
优选的，所述中浅冷油吸收工序，在中温变压吸附除杂工序流出的吸附相混合气体中C2+浓度小于10％的工况下，采用浅冷变压吸附浓缩工序进行替代，其中，浅冷变压吸附浓缩工序的操作温度为5～20℃，操作压力为0.3～1.5MPa，含有4以上的吸附塔，里面装填有活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛、负载铜活性组分的分子筛的一种或多种组合的吸附剂，吸附塔底部进料，吸附塔顶流出富氢气，或返回到预处理原料气，或返回到中温变压吸附除杂工序的进料气，进一步回收有效H2组分，吸附塔底流出的解吸气作为燃料气输出使用，或送入包括浅冷或中冷油吸收C2+回收系统进一步回收C2+。
优选的，所述中温变压吸附除杂、变压吸附提氢、吸附净化，以及浅冷变压吸附浓缩工序，在吸附压力大于等于0.6MPa的操作条件下，吸附与解吸循环操作过程中的压力变化，通过各吸附塔之间连接的管道上程序控制阀与调节阀，实现缓均控制，防止系统压力变化过大所导致的气流冲刷吸附塔床层及吸附剂粉化产生，使得本工序系统操作稳定与安全。
与现有的技术相比本发明的有益效果是：
1)本发明可以从SiC-CVD无氯外延含低浓度SiH4/C2+制程尾气中提纯回收有效组分H2，并返回到SiC-CVD外延制程中循环使用，既实现尾气中有效组分的回收再利用，又减少了尾气排放，弥补了SiC外延制程尾气提取H2技术的空白；
2)本发明利用尾气组分在中温(20～90℃)和低压(0.2～1.0MPa)范围内H2与尾气中主要杂质SiH4、C2+、CO2、CO、CH4等之间的物理化学与相对分离系数特性，选择性的分离回收有效组分H2，同时避免了吸附循环操作中的极性较强的C2+深度吸附而再生困难及传统变温或变压吸附难于直接处理SiH4易燃易爆的技术难题，使得本发明基于各种吸附与油吸收分离技术耦合为基础的中浅冷温度范围的全温程变压吸附(FTrPSA)系统的吸附与再生循环操作得以实现，并最终高收率地得到电子级氢气；
3)本发明在实现H2回收再利用的同时，未给系统带入SiC-CVD无氯外延常规制程及其敏感的含氧化合物，尤其是O2、H2O等，使得回收再利用整个过程平稳，对SiC外延质量的影响减小到零的程度；
4)本发明对于常压或低压废气进行提纯回收再利用，可根据碳化硅外延制程(电子级)氢气的使用条件，采用加压或不加压的两种处理方式，得到可返回到外延制程中使用的电子级的氢气产品，可副产C2+；
5)本发明利用各工序的操作温度的差异性，通过安排合理的冷热量交换系统，使得整个操作系统的冷热量得到充分的利用；
6)本发明在变压吸附提氢工序中充分利用变压方式，对含氢的进料气进行深度净化脱除各种微量乃至痕量的杂质组分，避免因吸附杂质组分因分压过低而无法深度脱除，同时，避免因采用传统的变温吸附(TSA)脱除微量或痕量杂质组分而导致对氢气纯化工序可能引入热氮再生或热载体所形成的新杂质组分的问题，以及吸附与再生难以匹配所形成的循环操作问题，既保证了氢气纯化工序的原料气进料要求，又可延长了变压吸附提纯工序的吸附剂使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1流程示意图；
图2为本发明实施例2流程示意图；
图3为本发明实施例3流程示意图；
图4为本发明实施例4流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，具体实施步骤包括：其中原料气即常压的化学气相沉积(CVD)制备基于碳化硅(SiC)无氯外延生长常规制程产生的尾气，其主要组成为氢气(H2)、甲烷(CH4)，以及少量的硅烷(SiH4)、乙烯(C2H4)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)以及二氧化硅(SiO2)和碳(C)微细颗粒，其中，H2+CH4总浓度大于85％，SiH4、C2H4浓度均小于1％，常压常温，
(1)预处理，原料气经鼓风机送入由除尘器、除颗粒过滤器、除油雾捕集器组成的预处理单元，在0.2～0.3MPa压力与常温的操作条件下，先后脱除尘埃、颗粒、油雾，进入中温变压吸附除杂工序；
(2)中温变压吸附除杂，来自预处理工序的原料气加压至0.6～0.8MPa，并经冷热交换至30～60℃后，进入由4塔组成的多塔中温变压吸附除杂工序，吸附塔的操作压力为0.6～0.8MPa，操作温度为30～60℃，一个吸附塔始终处于吸附步骤，其余3个吸附塔处于解吸再生步骤，所形成的非吸附相气体为低沸点组分为主的中间混合气体，主要包括H2、CH4、SiH4、CO组分，进入吸附净化工序，所形成的吸附相混合气体，主要包括C2H4、CO2和水的高沸点强极性组分以及滞留在吸附塔死空间里的有效组分H2，经加压后进入中浅冷油吸收工序，其中，中温变压吸附除杂工序的吸附剂采用活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛的多种组合，解吸时冲洗加抽真空；
(3)吸附净化，来自中温变压吸附除杂工序的中间混合气体，经过精密过滤、冷热交换至5～15℃后进入由2个吸附塔组成的吸附净化工序，在操作温度5～15℃，操作压力0.6～0.8MPa下进行吸附，进一步净化脱除其中少量的SiH4及C2H4，形成净化后的中间气体进入变压吸附提氢工序；
(4)变压吸附提氢，来自吸附净化工序的中间气体，经过加压至2.0～3.0MPa后进入5塔组成的多塔变压吸附提纯氢气工序，吸附塔的操作压力为2.0～3.0MPa，操作温度为20～40℃，一个吸附塔处于吸附步骤，其余吸附塔处于解吸再生步骤，所形成的非吸附相气体为超高纯氢气，其纯度为99.999～99.9999％(v/v)，进入氢气纯化工序，变压吸附提氢工序的吸附剂采用活性氧化铝、硅胶、活性炭、硅酸铝分子筛、碳分子筛的多种组合，解吸时采用冲洗加抽真空方式，解吸气为富甲烷气体，可直接作为燃料气输出；
(5)氢气纯化，来自变压吸附提氢工序的超高纯氢气，直接经过热交换，在400～450℃与2.0～3.0MPa的温度压力下进入由金属吸气剂组成的氢气纯化工序，在操作温度为400～450℃、操作压力为2.0～3.0MPa下进行纯化，脱除痕量杂质，得到最终的电子级氢气产品，纯度达到国家及国际半导体协会(SEMI)所规定的电子级氢气的产品标准，氢气纯度大于等于7～8N级，经过冷热交换降温至常温并经过氢气产品缓冲罐直接返回到SiC-CVD外延制程需要氢气的工段中，其中，氢气纯化工序的金属吸气剂的使用寿命至少大于2年，无需再生，由此得到的电子级氢气产品的收率大于75～85％；
(6)中浅冷油吸收，来自中温变压吸附除杂工序的吸附相混合气体，经过精细过滤去除微细颗粒后经加压至2.5～3.0MPa，进入操作温度为5～10℃的中浅冷油吸收工序，采用丁烷(C4，含正丁烷、异丁烷)为吸收剂，从油吸收塔顶流入吸收来自吸收塔底进料至下而上的吸附相混合气体中的C2H4及CO2，形成富吸收液从油吸收塔底流出，经过循环泵输送至解吸塔进行解吸，从中解吸出来的吸收剂返回至油吸收塔循环使用，解吸气富集了C2H4及CO2，经过脱碳塔回收富乙烯气输出，作为副产品使用，从油吸收塔顶流出的不凝气体，经过冷热交换后返回至中温变压吸附除杂工序，进一步回收不凝气体中的有效组分H2，由此得到的H2收率可达85～87％。
实施例2
如图2所示，在实施例1基础上，来自预处理的原料气不经压缩而是采用鼓风机送入中温变压吸附除杂工序，本工序由二段PSA系统所组成，吸附压力为0.2～0.3MPa，吸附温度为30～60℃，经预处理的原料气从第一PSA吸附塔(1段PSA)塔底进入，从1段PSA塔顶流出的非吸附相气体为中间混合气体，进入吸附净化；从1段PSA塔底解吸(逆放、冲洗或抽真空)流出的解吸气经增压至0.2～0.3MPa后送入第二PSA吸附塔(2段PSA)塔底，从2段PSA塔顶流出的非吸附相气体，返回到1段PSA作为进料气与经预处理后的原料气混合，进一步回收有效组分H2，从2段PSA塔底流出的吸附相气体为富集C2+的浓缩气体，经过加压与冷热交换后进入中浅冷油吸收工序，进一步处理C2H4/CO2及回收有效组分H2，由此H2的收率可达88～90％。
实施例3
如图3所示，在实施例1基础上，从变压吸附提氢工序流出的解吸气为富甲烷气体，进入甲烷低温精馏装置，从中流出纯度大于99.99％的甲烷，可作为SiC-CVD外延制程中所需的甲烷原料气循环使用，从中流出富氢的不凝气体返回到变压吸附提氢工序进一步回收有效组分H2，其H2收率可达95％以上。
实施例4
如图4所示，在实施例1基础上，在中温变压吸附除杂工序流出的吸附相混合气体中C2H4浓度小于10％的工况下，采用浅冷变压吸附浓缩工序进行替代中浅冷油吸收工序，其中，浅冷变压吸附浓缩工序的操作温度为5～20℃，操作压力为0.3～1.0MPa，有5个吸附塔，里面装填有活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛、负载铜活性组分的分子筛的多种组合的吸附剂，吸附塔底部进料，吸附塔顶流出富氢气，返回到中温变压吸附除杂工序的进料气，进一步回收有效H2组分，吸附塔底流出的解吸气作为燃料气输出使用。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预处理，将原料气先后进行脱除尘埃、颗粒、油雾或/和中和、干燥后，进入下一个工序中温变压吸附除杂工序；
(2)中温变压吸附除杂，将来自预处理工序的原料气，直接或加压至小于1.0MPa，并经冷热交换至20～90℃后，进入至少由4塔组成的多塔中温变压吸附除杂工序，吸附塔的操作压力为0.2～1.0MPa，操作温度为20～90℃，至少一个吸附塔处于吸附步骤，其余吸附塔处于解吸再生步骤，所形成的非吸附相气体为低沸点组分为主的中间混合气体，包括H2、CH4、SiH4、CO组分，进入下一工序，即吸附净化工序；
(3)吸附净化，来自中温变压吸附除杂工序的中间混合气体，经过精密过滤、冷热交换至5～20℃后进入由2个以上吸附塔组成的吸附净化工序，在操作温度5～20℃，操作压力小于1.0MPa下进行吸附，进一步净化脱除其中SiH4及C2+，形成净化后的中间气体，进入下一工序变压吸附提氢工序；
(4)变压吸附提氢，来自吸附净化工序的中间气体，经过加压至1.0～3.0MPa后进入至少由4塔组成的多塔变压吸附提纯氢气工序，吸附塔的操作压力为1.0～3.0MPa，操作温度为20～40℃，至少一个吸附塔处于吸附步骤，其余吸附塔处于解吸再生步骤，所形成的非吸附相气体为超高纯氢气，其纯度为99.999～99.9999％(v/v)，进入下一工序，即氢气纯化工序；
(5)氢气纯化，来自变压吸附提氢工序的超高纯氢气，或经过中间产品储罐后，或直接经过热交换，在50～500℃的温度下，直接或通过减压阀减压至SiC-CVD外延制程用氢所需的压力，进入由金属吸气剂，或钯膜，或钯膜-金属吸气剂耦合的氢气纯化工序，在操作温度为50～500℃、操作压力为常压或SiC-CVD制程中使用氢气所需的压力条件下进行纯化，脱除痕量杂质，得到最终的电子级氢气产品，氢气纯度大于等于7～8N级，由此得到的电子级氢气产品的收率大于75～85％。
2.如权利要求1所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述原料气为常压或低压的化学气相沉积制备基于碳化硅(SiC)无氯外延生长常规制程中的尾气，包括氢气(H2)、甲烷(CH4)、硅烷(SiH4)、轻烃类碳氢化合物碳二及碳二以上组分(C2+)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)、二氧化硅(SiO2)和碳(C)微细颗粒，其中，SiH4及C2+体积浓度均小于1％，压力为常压或低压，温度为常温。
3.如权利要求1所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，还包括中浅冷油吸收，来自中温变压吸附除杂工序的吸附相混合气体，经过精细过滤去除微细颗粒后经加压至1.5～3.5MPa，进入操作温度为-35～-10℃的中浅冷油吸收工序，采用丙烷或丁烷为吸收剂，从油吸收塔顶流入吸收来自吸收塔底进料至下而上的吸附相混合气体中的C2+及CO2，形成富吸收液从油吸收塔底流出，经过循环泵输送至解吸塔进行解吸，从中解吸出来的吸收剂返回至油吸收塔循环使用，解吸气富集了C2+及CO2，经过脱碳塔回收富C2+气输出，作为副产品使用；从油吸收塔顶流出的不凝气体，或直接作为燃料气使用，或经过冷热交换后返回至预处理工序的原料气，或返回至中温变压吸附除杂工序，进一步回收不凝气体中的有效H2组分，由此得到的H2收率可达85～87％。
4.如权利要求1所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述预处理主要由除尘器、除颗粒过滤器、除油雾捕集器和/或碱洗、中和塔、干燥器组成。
5.如权利要求3所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述中温变压吸附除杂中将来自预处理的原料气，采用鼓风机送入中温变压吸附除杂工序，本工序由二段PSA系统所组成，即来自预处理工序的原料气，经鼓风机增压至0.2～0.3MPa，从1段PSA塔底进入，从1段PSA塔顶流出的非吸附相气体为中间混合气体，进入下一个工序，即吸附净化；从1段PSA塔底解吸流出的解吸气经鼓风机送入2段PSA塔底，从2段PSA塔顶流出的非吸附相气体，返回到1段PSA进料气—经预处理后的原料气进一步回收有效组分H2，从2段PSA塔底流出的吸附相气体为富集C2+的浓缩气体，经过加压后进入下一工序，即中浅冷油吸收工序，进一步处理C2+及回收有效组分H2。
6.如权利要求1所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述中温变压吸附除杂工序的吸附剂采用活性氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛的一种或组合，解吸时或抽真空再生，或产品氢气冲洗，或冲洗加抽真空；变压吸附提氢工序的吸附剂采用活性氧化铝、硅胶、活性炭、硅酸铝分子筛、碳分子筛的一种或多种组合，解吸时采用冲洗，或冲洗加抽真空方式，解吸气为富甲烷气体，可直接作为燃料气输出。
7.如权利要求1所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述变压吸附提氢，来自吸附净化工序的净化后的中间气体，在含有微量氧气的工况下，增置金属钯为触媒的脱氧器进行脱氧，操作温度为70～90℃，脱氧深度达到0.1ppm以下，脱氧后的中间气体再进入变压吸附提氢工序。
8.如权利要求1所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述变压吸附提氢工序的解吸气为富甲烷气体，进入甲烷低温精馏装置，从中流出高纯度甲烷，可作为SiC-CVD外延制程中所需的甲烷原料气或输出甲烷，从中流出富氢的不凝气体返回到变压吸附提氢工序进一步回收有效组分H2，其H2收率可达95％以上。
9.如权利要求3所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述中浅冷油吸收工序，在中温变压吸附除杂工序流出的吸附相混合气体中C2+浓度小于10％的工况下，采用浅冷变压吸附浓缩工序进行替代，其中，浅冷变压吸附浓缩工序的操作温度为5～20℃，操作压力为0.3～1.5MPa，含有4以上的吸附塔，里面装填有活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛、负载铜活性组分的分子筛的一种或多种组合的吸附剂，吸附塔底部进料，吸附塔顶流出富氢气，或返回到预处理原料气，或返回到中温变压吸附除杂工序的进料气，进一步回收有效H2组分，吸附塔底流出的解吸气作为燃料气输出使用，或送入包括浅冷或中冷油吸收C2+回收系统进一步回收C2+。
10.如权利要求1或9所述的SiC-CVD无氯外延含低浓度硅烷/C2+尾气FTrPSA提氢与循环再利用方法，其特征在于，所述中温变压吸附除杂、变压吸附提氢、吸附净化，以及浅冷变压吸附浓缩工序，在吸附压力大于等于0.6MPa的操作条件下，吸附与解吸循环操作过程中的压力变化，通过各吸附塔之间连接的管道上程序控制阀与调节阀，实现缓均控制，防止系统压力变化过大所导致的气流冲刷吸附塔床层及吸附剂粉化产生，使得本工序系统操作稳定与安全。
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