CN217247655U - 一种单晶炉尾气净化回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单晶炉尾气净化回收系统，其包括过滤装置、真空泵、尾气输送管、置换气输送管和尾气净化回收单元，置换气输送管的出口与置换气除尘器的进口连通，主换热器的第四出口通过回收管与尾气净化回收单元的尾气气柜的进口连通。优点：单晶炉排出的置换尾气经过压缩、预冷、除碳除水和粗精馏处理后将氩气的含氧量得到有效的降低，之后利用现有的处理低含氧量氩气的尾气净化回收单元进行提纯处理，可提高氩气的回收率。同时，由于通过粗精馏预处理后，降低加氢除氧消耗的氢气，降低生产成本，甚至于免去电解水制氢装置的投资建设，降低生产运行危险性。

Description

一种单晶炉尾气净化回收系统

技术领域：

本实用新型涉及单晶炉尾气处理技术领域，具体地说涉及一种单晶炉尾气净化回收系统。

背景技术：

单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化,用直拉法生长无错位单晶的设备。氩气是单晶炉直法拉晶过程中常用的惰性气体，单晶炉排出的尾气中主要含有一氧化硅粉尘、一氧化碳、1％以下的氧气和大量的氩气，尾气经过过滤后收集到气柜中，之后经过脱碳除氧、纯化处理精馏后得到的成品氩气可直接经过压缩机压缩后回用到单晶炉中，低温精馏后的出塔氩气与主换热器进口的常温气体换热，合理利用了液氩气化的冷量。但是，在单晶炉开炉时排出的置换气中氧含量较高，一般为5-10％，直接与尾气混合一同处理会导致氩气含氧量偏高，而氩气尾气里混的氧气主要靠氢气反应掉，即加氢除氧；含氧量增加会导致氢气耗量较高，生产成本偏高。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种单晶炉尾气净化回收系统。

本实用新型由如下技术方案实施：一种单晶炉尾气净化回收系统，其包括过滤装置、真空泵、尾气输送管、置换气输送管和尾气净化回收单元，所述置换气输送管的出口与置换气除尘器的进口连通，所述置换气除尘器的出口与置换气气柜的进口连通，所述置换气气柜的出口与置换气压缩机的进口连通，所述置换气压缩机的出口与第三预冷机的进口连通，所述第三预冷机的出口与第三除碳除水纯化器的进口连通，所述第三除碳除水纯化器的出口与所述尾气净化回收单元的所述主换热器的第三进口连通，所述主换热器的第三出口与粗精馏塔的进口连通，所述粗精馏塔的排气口与所述主换热器的第四进口连通，所述主换热器的第四出口通过回收管与所述尾气净化回收单元的尾气气柜的进口连通。

进一步的，所述尾气净化回收单元包括尾气除尘器、尾气气柜、尾气压缩机、第一加热器、脱碳除氧反应器、第一水冷器、第一预冷机、第一纯化器、第二加热器、加氢除氧反应器、第二水冷器、第二预冷机、第二纯化器和精馏塔，

所述过滤装置的进气口与单晶炉尾气出口管路连通，所述过滤装置的出气口与所述真空泵的进口管路连通，所述真空泵的出口分别与所述尾气输送管和所述置换气输送管连通，在所述尾气输送管和所述置换气输送管上分别安装有尾气切换阀和置换气切换阀；

所述尾气输送管与所述尾气除尘器的进口连通，所述尾气除尘器的出口与所述尾气气柜连通，所述尾气气柜的出口与所述第一加热器的进口连通，所述第一加热器的出口与所述脱碳除氧反应器的进口连通，所述脱碳除氧反应器的出口与所述第一水冷器的进口连通，所述第一水冷器的出口与所述第一预冷机的进口连通，所述第一预冷机的出口与所述第一纯化器的进口连通，所述第一纯化器的出口与所述第二加热器的进口连通，所述第二加热器的出口与所述加氢除氧反应器的进口连通，所述加氢除氧反应器的出口与所述第二水冷器的进口连通，所述第二水冷器的出口与所述第二预冷机的进口连通，所述第二预冷机的出口与所述第二纯化器的进口连通，所述第二纯化器的出口与所述精馏塔的进口连通，所述第二纯化器和所述精馏塔之间设置有主换热器，所述第二纯化器的出口与所述主换热器的第一进口连通，所述主换热器的第一出口与所述精馏塔的进口连通；所述精馏塔的顶部排气口与所述主换热器的第二进口连通，所述主换热器的第二出口通过成品气输送管与成品气压缩机的进口连通，所述成品气压缩机的出口与单晶炉的进气口连通。

进一步的，在所述尾气压缩机和所述第一加热器之间设置有副换热器，所述尾气压缩机的出口与所述副换热器的第一进口连通，所述副换热器的第一出口与所述第一加热器的进口连通，所述脱碳除氧反应器的出口与所述副换热器的第二进口连通，所述副换热器的第二出口与所述第一水冷器的进口连通。

进一步的，所述精馏塔包括精馏塔主体和安装在精馏塔主体顶部的塔顶换热器，所述精馏塔主体的顶部设有排气口，排气口连通塔顶换热器的第一进口，塔顶换热器的第一出口为精馏塔的排气口；所述精馏塔主体的塔底液出口与塔顶换热器的第二进口连通，所述塔顶换热器的第二出口与精馏塔主体的上部连通。

进一步的，所述过滤装置包括布袋除尘器。

本实用新型的优点：单晶炉排出的置换尾气经过压缩、预冷、除碳除水和粗精馏处理后将氩气的含氧量得到有效的降低，之后利用现有的处理低含氧量氩气的尾气净化回收单元进行提纯处理，可提高氩气的回收率。同时，由于通过粗精馏预处理后，降低加氢除氧消耗的氢气，降低生产成本，甚至于免去电解水制氢装置的投资建设，降低生产运行危险性。另外，尾气净化回收单元的精馏塔塔顶产出的成品氩气经过主换热器，与进入精馏塔的气流进行换热，可降低进入精馏塔的气流的温度，提供精馏塔需要的低温精馏温度；且尾气压缩机产出的压缩尾气在经过副换热器时，可与脱碳除氧反应器排出的气流进行换热，提高了进入第一加热器的气流温度，同时降低了到达第一水冷器的气流的温度，实现了节能降耗的目的。

附图说明：

图1为本实用新型的整体结构示意图。

过滤装置1、真空泵2、尾气输送管3、置换气输送管4、尾气气柜5、尾气压缩机6、第一加热器7、脱碳除氧反应器8、第一水冷器9、第一预冷机10、第一纯化器11、第二加热器12、加氢除氧反应器13、第二水冷器14、第二预冷机15、第二纯化器16、精馏塔17、单晶炉18、尾气切换阀19、置换气切换阀20、主换热器21、成品气输送管22、成品气压缩机23、副换热器24、置换气气柜25、置换气压缩机26、第三预冷机27、第三除碳除水纯化器28、粗精馏塔29、回收管30、精馏塔主体171、塔顶换热器172、尾气除尘器31、置换气除尘器32。

具体实施方式：

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种单晶炉尾气净化回收系统，其包括过滤装置1、真空泵2、尾气输送管3、置换气输送管4和尾气净化回收单元，尾气净化回收单元包括尾气除尘器31、尾气气柜5、尾气压缩机6、第一加热器7、脱碳除氧反应器8、第一水冷器9、第一预冷机10、第一纯化器11、第二加热器12、加氢除氧反应器13、第二水冷器14、第二预冷机15、第二纯化器16和精馏塔17，

过滤装置1的进气口与单晶炉18的尾气出口管路连通，过滤装置1的出气口与真空泵2的进口管路连通，真空泵2的出口分别与尾气输送管3和置换气输送管4连通，在尾气输送管3和置换气输送管4上分别安装有尾气切换阀19和置换气切换阀20；

尾气输送管3与尾气除尘器31的进口连通，尾气除尘器31的出口与尾气气柜5连通，尾气气柜5的出口与第一加热器7的进口连通，第一加热器7的出口与脱碳除氧反应器8的进口连通，脱碳除氧反应器8的出口与第一水冷器9的进口连通，第一水冷器9的出口与第一预冷机10的进口连通，第一预冷机10的出口与第一纯化器11的进口连通，第一纯化器11的出口与第二加热器12的进口连通，第二加热器12的出口与加氢除氧反应器13的进口连通，加氢除氧反应器13的出口与第二水冷器14的进口连通，第二水冷器14的出口与第二预冷机15的进口连通，第二预冷机15的出口与第二纯化器16的进口连通，第二纯化器16的出口与精馏塔17的进口连通，第二纯化器16和精馏塔17之间设置有主换热器21，第二纯化器16的出口与主换热器21的第一进口连通，主换热器21的第一出口与精馏塔17的进口连通；精馏塔17的顶部排气口与主换热器21的第二进口连通，主换热器21的第二出口与成品气输送管22连通；

精馏塔17的顶部排气口通过成品气输送管22与成品气压缩机23的进口连通，成品气压缩机23的出口与单晶炉18的进气口连通。

在尾气压缩机6和第一加热器7之间设置有副换热器24，尾气压缩机6的出口与副换热器24的第一进口连通，副换热器24的第一出口与第一加热器7的进口连通，脱碳除氧反应器8的出口与副换热器24的第二进口连通，副换热器24的第二出口与第一水冷器9的进口连通。

单晶炉18置换空气时排出的置换气、单晶炉18拉晶过程排出的尾气均进入过滤装置1除去粉尘；单晶炉18拉晶过程中，打开尾气切换阀19、关闭置换气切换阀20，在真空泵2的作用下尾气经过过滤装置1进行初步过滤，之后经尾气除尘器31二次过滤后进入尾气气柜5收集，之后依次经过尾气压缩机6、副换热器24、第一加热器7，分别进行加压、预热、加热后到达脱碳除氧反应器8除去多余的氧气和一氧化碳，其中，副换热器24是利用脱碳除氧反应器8排出的气体进行预热，设置副换热器24可提高进入第一加热器7的气体的温度，同时可降低到达第一水冷器9的气流的温度，实现节能降耗的目的。

脱碳除氧反应器8排出的气流经过副换热器24预热后，再依次送入第一水冷器9、第一预冷机10进行两级降温后到达第一纯化器11脱除二氧化碳；之后到达第二加热器12加热升温，之后送到加氢除氧反应器13除去多余的氧气，再经第二水冷器14、第二预冷机15降温后到达第二纯化器16，脱除加氢除氧反应生成的水；之后经过主换热器21降温后到达精馏塔17精馏，先经过精馏塔17的内置再沸器充当精馏塔热源后进入精馏塔，轻组分从塔顶换热器蒸发后放空，绝大多数氩冷凝后返回塔顶充当回流液。塔中的冷量靠补入的液氩提供。

在精馏塔17的包括精馏塔主体171和安装在精馏塔主体171顶部的塔顶换热器172，精馏塔主体171的顶部设有排气口，排气口连通塔顶换热器172的第一进口，塔顶换热器172的第一出口为精馏塔17的排气口；精馏塔主体171的塔底液出口与塔顶换热器172的第二进口连通，塔顶换热器172的第二出口与精馏塔主体171的上部连通。精馏塔主体171顶部排出的成品氩气进入塔顶换热器172后，与塔底的底流换热后再进入主换热器21，利用蒸发的成品氩气的冷量对入塔的气体进行降温液化。

置换气输送管4的出口与置换气除尘器32的进口连通，置换气除尘器32的出口与置换气气柜25的进口连通，置换气气柜25的出口与置换气压缩机26的进口连通，置换气压缩机26的出口与第三预冷机27的进口连通，第三预冷机27的出口与第三除碳除水纯化器28的进口连通，第三除碳除水纯化器28的出口与主换热器21的第三进口连通，主换热器21的第三出口与粗精馏塔29的进口连通，粗精馏塔29的排气口与主换热器21的第四进口连通，主换热器21的第四出口通过回收管30与尾气气柜5的进口连通。

在单晶炉18开炉前，需要利用氩气对单晶炉18内的气体进行置换，此时，关闭尾气切换阀19、打开置换气切换阀20，使含氧量较高的置换氩气从置换气切换阀20进入置换气除尘器32除尘后进入到置换气气柜25中，置换气气柜25中收集的置换气排出后经置换气压缩机26压缩后，经第三预冷机27进行预冷，之后到达第三除碳除水纯化器28，除去二氧化碳和水分，之后经主换热器21降温后进入粗精馏塔29，在粗精馏塔29塔顶得到氧含量不超过0.5％的氩气经主换热器21升温后，再从回收管30返回到尾气气柜5中，与单晶炉18拉晶过程中排出的尾气一同进入尾气气柜5，利用尾气净化回收单元进行净化回收，进而提高氩气回收率。同时降低加氢除氧消耗的氢气，降低生产成本，甚至于免去电解水制氢装置的投资建设，降低生产运行危险性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种单晶炉尾气净化回收系统，其包括过滤装置、真空泵、尾气输送管、置换气输送管和尾气净化回收单元，其特征在于，所述置换气输送管的出口与置换气除尘器的进口连通，所述置换气除尘器的出口与置换气气柜的进口连通，所述置换气气柜的出口与置换气压缩机的进口连通，所述置换气压缩机的出口与第三预冷机的进口连通，所述第三预冷机的出口与第三除碳除水纯化器的进口连通，所述第三除碳除水纯化器的出口与所述尾气净化回收单元的主换热器的第三进口连通，所述主换热器的第三出口与粗精馏塔的进口连通，所述粗精馏塔的排气口与所述主换热器的第四进口连通，所述主换热器的第四出口通过回收管与所述尾气净化回收单元的尾气气柜的进口连通。

2.根据权利要求1所述的一种单晶炉尾气净化回收系统，其特征在于，所述尾气净化回收单元包括尾气除尘器、尾气气柜、尾气压缩机、第一加热器、脱碳除氧反应器、第一水冷器、第一预冷机、第一纯化器、第二加热器、加氢除氧反应器、第二水冷器、第二预冷机、第二纯化器和精馏塔，

所述过滤装置的进气口与单晶炉尾气出口管路连通，所述过滤装置的出气口与所述真空泵的进口管路连通，所述真空泵的出口分别与所述尾气输送管和所述置换气输送管连通，在所述尾气输送管和所述置换气输送管上分别安装有尾气切换阀和置换气切换阀；

所述尾气输送管与所述尾气除尘器的进口连通，所述尾气除尘器的出口与所述尾气气柜连通，所述尾气气柜的出口与所述第一加热器的进口连通，所述第一加热器的出口与所述脱碳除氧反应器的进口连通，所述脱碳除氧反应器的出口与所述第一水冷器的进口连通，所述第一水冷器的出口与所述第一预冷机的进口连通，所述第一预冷机的出口与所述第一纯化器的进口连通，所述第一纯化器的出口与所述第二加热器的进口连通，所述第二加热器的出口与所述加氢除氧反应器的进口连通，所述加氢除氧反应器的出口与所述第二水冷器的进口连通，所述第二水冷器的出口与所述第二预冷机的进口连通，所述第二预冷机的出口与所述第二纯化器的进口连通，所述第二纯化器的出口与所述精馏塔的进口连通，所述第二纯化器和所述精馏塔之间设置有主换热器，所述第二纯化器的出口与所述主换热器的第一进口连通，所述主换热器的第一出口与所述精馏塔的进口连通；所述精馏塔的顶部排气口与所述主换热器的第二进口连通，所述主换热器的第二出口通过成品气输送管与成品气压缩机的进口连通，所述成品气压缩机的出口与单晶炉的进气口连通。

3.根据权利要求2所述的一种单晶炉尾气净化回收系统，其特征在于，在所述尾气压缩机和所述第一加热器之间设置有副换热器，所述尾气压缩机的出口与所述副换热器的第一进口连通，所述副换热器的第一出口与所述第一加热器的进口连通，所述脱碳除氧反应器的出口与所述副换热器的第二进口连通，所述副换热器的第二出口与所述第一水冷器的进口连通。

4.根据权利要求2或3所述的一种单晶炉尾气净化回收系统，其特征在于，所述精馏塔包括精馏塔主体和安装在精馏塔主体顶部的塔顶换热器，所述精馏塔主体的顶部设有排气口，排气口连通塔顶换热器的第一进口，塔顶换热器的第一出口为精馏塔的排气口；所述精馏塔主体的塔底液出口与塔顶换热器的第二进口连通，所述塔顶换热器的第二出口与精馏塔主体的上部连通。

5.根据权利要求2或3所述的一种单晶炉尾气净化回收系统，其特征在于，所述过滤装置包括布袋除尘器。

6.根据权利要求4所述的一种单晶炉尾气净化回收系统，其特征在于，所述过滤装置包括布袋除尘器。

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