CN204281317U - 多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置，包括：过滤单元，其输入端接入高温废氮气，其输出端与冷却单元的输入端相连，用于去除高温废氮气中的固体颗粒杂质，并将已去除固体颗粒杂质的高温废氮气输出至冷却单元；冷却单元，其输出端与吸附单元的第一输入端相连，用于对已去除固体颗粒杂质的高温废氮气进行降温处理，并将低温废氮气输出至吸附单元；吸附单元，其输出端与氮气用户相连，其内填装有吸附剂，用于去除低温废氮气中的气体杂质，并将纯化后的低温氮气输出至氮气用户。本实用新型所述回收利用装置不但能有效回收利用高温废氮气中的氮气，还能有效降低高温废氮气对环境的污染。

Description

多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置，以回收利用在多晶硅生产的各个工序中所产生的高温废氮气。

背景技术

在多晶硅生产行业中，氮气是一种重要的公用工程介质，常用以吹扫、置换、加热及保护气使用。为保证多晶硅的生产质量及生产安全要求，对氮气的纯度要求较高，且在生产中用量较大。

在实际生产过程中，氮气通常作为一次性使用的公用工程介质，即作为一次性使用的气体，在生产中用量较大，待吹扫、置换、加热使用完毕之后就形成废氮气，其主要包含氮气，以及微量的氯硅烷气体、氯化氢气体和硅粉等杂质，且通常温度较高。在目前的多晶硅行业中，一般直接将该高温废氮气以放空的形式进行处理，而未做进一步的回收利用，也就是说，目前尚未有一种高温废氮气的回收利用工艺能将高温废氮气中的氮气重新回收利用，这不但造成废氮气中氮气的大量浪费，增加企业的生产成本，导致企业的生产效率较低，还会对环境造成一定的污染。

因此，在多晶硅生产过程中，如何能有效地回收利用高温废氮气中的氮气成为了行业内亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置，其不但能有效回收利用高温废氮气中的氮气，还能有效降低高温废氮气对环境的污染。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：

所述多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置包括：过滤单元、冷却单元和吸附单元，

所述过滤单元的输入端接入所述高温废氮气，其输出端与冷却单元的输入端相连，用于去除所述高温废氮气中的固体颗粒杂质，并将已去除固体颗粒杂质的高温废氮气输出至冷却单元；

所述冷却单元的输出端与吸附单元的第一输入端相连，用于对所述已去除固体颗粒杂质的高温废氮气进行降温处理，以形成低温废氮气，并将所述低温废氮气输出至吸附单元；

所述吸附单元的输出端与氮气用户相连，其内填装有吸附剂，用于去除所述低温废氮气中的气体杂质，以形成纯化后的低温氮气，并将所述纯化后的低温氮气输出至氮气用户。

优选地，所述回收利用装置还包括增压单元，所述增压单元的输入端与冷却单元的输出端相连，所述增压单元的输出端与吸附单元的第一输入端相连，用于对所述低温废氮气进行增压处理，并将增压后的低温废氮气输出至吸附单元。

优选地，所述增压单元用于将所述低温废氮气增压至0.20MPaG～0.60MPaG。

优选地，所述回收利用装置还包括缓冲单元，所述缓冲单元的输入端与吸附单元的输出端相连，所述缓冲单元的输出端与氮气用户相连，用于对所述纯化后的低温氮气进行稳压处理，并将稳压后的低温氮气输出至氮气用户。

优选地，所述回收利用装置还包括加热单元，所述加热单元的输入端接入部分所述纯化后的低温氮气，所述加热单元的输出端与吸附单元的第二输入端相连，用于对部分所述纯化后的低温氮气进行加热处理，并将加热后的部分所述纯化后的低温氮气输出至吸附单元，以对所述吸附单元中的吸附剂进行再生处理。

优选地，所述加热单元用于将部分所述纯化后的低温氮气加热至100℃～200℃。

优选地，所述冷却单元用于将所述已去除固体颗粒杂质的高 温废氮气降温至20℃～35℃。

优选地，所述气体杂质包括氯硅烷气体杂质和氯化氢气体杂质，所述吸附单元内填装的吸附剂包括活性炭吸附剂。

优选地，所述吸附单元内填装的吸附剂还包括分子筛吸附剂。

优选地，所述活性炭吸附剂填装在吸附单元的下部，所述分子筛吸附剂填装在吸附单元的上部；所述吸附单元的第一输入端位于吸附单元的下部，所述吸附单元的输出端位于吸附单元的顶部。

有益效果： 

本实用新型所述回收利用装置能够有效去除高温废氮气中的硅粉等固体颗粒杂质，以及氯硅烷气体和氯化氢气体等气体杂质，以形成纯化后的氮气并输出至氮气用户，从而能有效回收利用在多晶硅生产的各个工序中产生的高温废氮气中的氮气，降低了企业的生产成本，提高了企业的生产效率，此外，由于所述高温废氮气中的固体颗粒杂质和气体杂质已被去除，故所述回收利用装置还有效降低了高温废氮气对环境的污染，因此达到了节能减排的目的。

附图说明

图1为本实用新型所述多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置的结构示意图。

图中：1－过滤单元；2－冷却单元；3－增压单元；4－吸附单元；5－缓冲单元；6－加热单元；a－高温废氮气；b－已去除固体颗粒杂质的高温废氮气；c－低温废氮气；d－冷介质上水；e－冷介质回水；f－增压后的低温废氮气；g－纯化后的低温氮气；g'－第一部分纯化低温氮气；g"－第二部分纯化低温氮气；h－稳压后的低温氮气；i－第一部分稳压低温氮气；j－第二部分稳压低温氮气；k－第二部分稳压高温氮气；k'－第二部分纯化高温氮气。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例：

本实施例提供一种多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置，用于回收利用在多晶硅生产的各个工序(例如提纯工序、合成工序、氢化工序，还原工序以及尾气回收工序等)中所产生的高温废氮气。在多晶硅生产的各个工序中，作为公用工程介质的氮气在与物料系统进行接触的过程中极易引入硅粉(即固体颗粒杂质)、氯硅烷气体和氯化氢气体(即气体杂质)等杂质，从而形成高温废氮气，其温度较高、压力较低，一般地，温度为50℃～200℃，压力为0.05MPaG～0.10MPaG，若按照质量分数来计算，则所述高温废氮气中包含96.5％～99.0％的氮气、0.5％～2.0％的硅粉、0.5％～1.0％的氯硅烷气体，以及0.0％～0.5％的氯化氢气体。

如图1所示，本实施例所述回收利用装置包括过滤单元1、冷却单元2、增压单元3、吸附单元4、稳压单元5和加热单元6。

其中，所述过滤单元1的输入端接入所述高温废氮气a，其输出端与冷却单元2的输入端相连，该输入端作为冷却单元2的第一输入端(即图1中的左上入口)，用于去除高温废氮气a中的固体颗粒杂质，所述固体颗粒杂质包括硅粉和其它细小粉尘，并将已去除固体颗粒杂质的高温废氮气b输出至冷却单元。

所述过滤单元1可采用现有的篮式过滤器，优选其过滤精度为150目/英寸²～300目/英寸²，以充分过滤高温废氮气a中的固体颗粒杂质，避免将固体颗粒杂质带入到后续设备并影响后续设备的运行效果。

所述冷却单元2的输出端与增压单元3的输入端相连，该输出端作为冷却单元2的第一输出端(即图1中的右下出口)，用于对所述已去除固体颗粒杂质的高温废氮气b进行降温处理，以形成低温废氮气c，并将所述低温废氮气c输出至增压单元3。

所述冷却单元2可包括换热器和冷介质，所述换热器可采用现有的换热器，所述冷介质可采用循环水、冷冻盐水或7度水等冷介质，且冷介质上水d从冷却单元2的第二输入端(即图1中的左下入口)流入，冷介质回水e从冷却单元2的第二输出端(即图1中的右上出口)流出，使得从冷却单元2的第一输入端进入的已去除固体颗粒杂质的高温废氮气b经冷介质换热后，再从冷却单元2的第一输出端输出，从而将已去除固体颗粒杂质的高温废氮气b从50℃～200℃降温至20℃～35℃，以形成低温废氮气c。这里，设置冷却单元2的目的主要是为了满足吸附单元4以及后续设备的工艺温度要求，因气体温度过高不利于吸附单元4对气体杂质的吸附。

所述增压单元3的输出端与吸附单元4的第一输入端相连，用于对所述低温废氮气c进行增压处理，并将增压后的低温废氮气f输出至吸附单元4。

所述增压单元3可采用现有的压缩机，用于将所述低温废氮气c从0.05MPaG～0.10MPaG增压至0.20MPaG～0.60MPaG，以形成增压后的低温废氮气f。这里，设置增压单元3的目的一方面是为了满足多晶硅生产的各个工序中氮气用户对回收氮气的使用压力要求，另一方面是为了便于增压后的低温废氮气f能够更加顺利地进入吸附单元4内并完成气体杂质的吸附。

所述吸附单元4的输出端与缓冲单元5的输入端相连，其内填装有吸附剂，用于去除增压后的低温废氮气f中的气体杂质，所述气体杂质包括氯硅烷气体杂质和氯化氢气体杂质，以形成纯化后的低温氮气g，并将所述纯化后的低温氮气g输出至稳压单元5。所述吸附单元4也可称为吸附柱。

所述吸附单元4内填装的吸附剂包括活性炭吸附剂，以最大程度地吸附增压后的低温废氮气f中的氯硅烷气体杂质和氯化氢气体杂质，活性炭吸附剂的优点是对氯硅烷气体杂质和氯化氢气体杂质的吸附能力较强且不易中毒；所述吸附单元4内填装的吸附剂还可包括分子筛吸附剂，用于进一步吸附并净化氯硅烷气体 杂质和氯化氢气体杂质，使得吸附单元4的输出端输出纯化后的低温氮气g。

优选地，所述活性炭吸附剂填装在吸附单元4的下部，所述分子筛吸附剂填装在吸附单元4的上部；所述吸附单元4的第一输入端位于吸附单元4的下部(即图1中的左下入口)或底部，所述吸附单元的输出端4位于吸附单元的顶部。如此设置，可使得增压后的低温废氮气f从吸附单元4的下部吸附口进入，自下而上依次经过活性炭吸附剂和分子筛吸附剂以充分吸附低温废氮气f中的氯硅烷气体杂质和氯化氢气体杂质，并从吸附单元4的顶部输出纯化后的低温氮气g。这里，活性炭吸附剂因对氯硅烷气体杂质和氯化氢气体杂质的吸附能力较强且不易中毒，故填装在吸附单元4的下部而作为吸附主体，分子筛吸附剂因能够进一步吸附并净化氯硅烷气体杂质和氯化氢气体杂质而输出纯化后的氮气，故填装在吸附单元4的上部而作为吸附客体，经实验验证，从吸附单元4的顶部输出纯化后的低温氮气g的纯度可达到99.999％以上。

从吸附单元4输出的纯化后的低温氮气g已经可以满足多晶硅生产的各个工序中氮气用户对其纯度的要求，但是为了保证氮气用户在使用纯化后的低温氮气g时气体压力和流量的稳定性，还需设置缓冲单元5。所述缓冲单元5的输入端与吸附单元4的输出端相连，所述缓冲单元5的输出端与氮气用户相连，用于对所述纯化后的低温氮气g进行稳压处理，以形成稳压后的低温氮气h，并将稳压后的低温氮气h输出至氮气用户，供氮气用户使用，从而实现了对高温废氮气中的氮气的回收利用，避免了传统的生产工艺中将高温废氮气直接放空而造成的浪费以及对环境造成的污染。所述缓冲单元5可采用现有的氮气缓冲罐，其输入端位于氮气缓冲罐的下部或底部，其输出端位于氮气缓冲罐的顶部。

为了对吸附单元4内填充的吸附剂进行再生，还需设置加热单元6。所述加热单元6的输入端接入部分所述稳压后的低温氮气h，也就是说，稳压后的低温氮气h被分成两部分，分别为第一部 分稳压低温氮气i，其输出至氮气用户，以及第二部分稳压低温氮气j，其输出至加热单元6的输入端，且第二部分稳压低温氮气j的量占稳压后的低温氮气h总量的5％～10％。所述加热单元6的输出端与吸附单元4的第二输入端相连，吸附单元4的第二输入端位于吸附单元4的下部(即图1中的右下入口)或底部，用于对第二部分稳压低温氮气j(即部分所述纯化后的低温氮气)进行加热处理，以形成第二部分稳压高温氮气k，并将第二部分稳压高温氮气k输出至吸附单元4，以对所述吸附单元4中的吸附剂进行再生处理，从而使得本实施例所述回收利用装置能够连续运行。所述加热单元6可采用现有的氮气加热器，用于将第二部分稳压低温氮气j从20℃～35℃加热至100℃～200℃，以形成第二部分稳压高温氮气k。

此外，所述加热单元6可不利用从缓冲单元5输出的稳压后的低温氮气h，而是利用从吸附单元4输出的纯化后的低温氮气g，即所述加热单元6的输入端接入部分所述纯化后的低温氮气g，也就是说，纯化后的低温氮气g被分成两部分，分别为第一部分纯化低温氮气g'，其输出至缓冲单元5的输入端，以形成稳压后的低温氮气h供氮气用户使用，以及第二部分纯化低温氮气g"，其输出至加热单元6的输入端，经加热单元6处理后形成第二部分纯化高温氮气k'，且第二部分纯化低温氮气g"的量占纯化后的低温氮气g总量的5％～10％。

上述实施例为本实用新型的优选实施例。

本实用新型所述回收利用装置中的增压单元3、稳压单元5和加热单元6可以是可选单元，本领域技术人员可根据实际情况增减这些可选单元。例如，若不包括增压单元3，则冷却单元2的第一输出端直接与吸附单元4的第一输入端相连。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神 和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种多晶硅生产过程中产生的高温废氮气的回收利用装置，其特征在于，包括过滤单元、冷却单元和吸附单元，

所述过滤单元的输入端接入所述高温废氮气，其输出端与冷却单元的输入端相连，用于去除所述高温废氮气中的固体颗粒杂质，并将已去除固体颗粒杂质的高温废氮气输出至冷却单元；

所述冷却单元的输出端与吸附单元的第一输入端相连，用于对所述已去除固体颗粒杂质的高温废氮气进行降温处理，以形成低温废氮气，并将所述低温废氮气输出至吸附单元；

所述吸附单元的输出端与氮气用户相连，其内填装有吸附剂，用于去除所述低温废氮气中的气体杂质，以形成纯化后的低温氮气，并将所述纯化后的低温氮气输出至氮气用户。

2.根据权利要求1所述的回收利用装置，其特征在于，所述回收利用装置还包括增压单元，所述增压单元的输入端与冷却单元的输出端相连，所述增压单元的输出端与吸附单元的第一输入端相连，用于对所述低温废氮气进行增压处理，并将增压后的低温废氮气输出至吸附单元。

3.根据权利要求2所述的回收利用装置，其特征在于，所述增压单元用于将所述低温废氮气增压至0.20MPaG～0.60MPaG。

4.根据权利要求1所述的回收利用装置，其特征在于，所述回收利用装置还包括缓冲单元，所述缓冲单元的输入端与吸附单元的输出端相连，所述缓冲单元的输出端与氮气用户相连，用于对所述纯化后的低温氮气进行稳压处理，并将稳压后的低温氮气输出至氮气用户。

5.根据权利要求1所述的回收利用装置，其特征在于，所述 回收利用装置还包括加热单元，所述加热单元的输入端接入部分所述纯化后的低温氮气，所述加热单元的输出端与吸附单元的第二输入端相连，用于对部分所述纯化后的低温氮气进行加热处理，并将加热后的部分所述纯化后的低温氮气输出至吸附单元，以对所述吸附单元中的吸附剂进行再生处理。

6.根据权利要求5所述的回收利用装置，其特征在于，所述加热单元用于将部分所述纯化后的低温氮气加热至100℃～200℃。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的回收利用装置，其特征在于，所述冷却单元用于将所述已去除固体颗粒杂质的高温废氮气降温至20℃～35℃。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的回收利用装置，其特征在于，所述吸附单元的第一输入端位于吸附单元的下部，所述吸附单元的输出端位于吸附单元的顶部。