CN220376365U - 一种单晶炉尾气的氩气回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于单晶生产技术领域。鉴于现有的氩气回收系统存在氩气回收率低，存在氩气浪费的问题，本实用新型公开了一种单晶炉尾气的氩气回收系统，该系统包括尾气收集装置、纯化装置、精馏装置、空压装置、第一汽化器和液氩储罐；其中，所述第一汽化器的进液口和所述精馏装置的液氩出口及所述液氩储罐连通；所述第一汽化器的出气口连接至用户；所述液氩储罐设有和所述纯化装置连通的排空管路；所述排空管路上设有排空阀。该氩气回收系统回收液氩充装时浪费的氩气，氩气综合回收率高，有利于降低运行成本。

Description

一种单晶炉尾气的氩气回收系统

技术领域

本实用新型属于单晶生产技术领域，具体涉及一种单晶炉尾气的氩气回收系统。

背景技术

直拉法( Czochralski method)是生产单晶硅的主要方法。最常用的直拉法生产单晶硅工艺是采用既像真空工艺又像流动气氛工艺的减压拉晶工艺；减压工艺是在硅单晶拉制过程中，连续等速地向单晶炉炉膛内通入高纯度氩气，同时真空泵不断地从炉膛向外抽送氩气，保持炉膛内真空度稳定在20左右，这种工艺既有真空工艺的特点，又有流动气氛工艺的特点。近年来，随着光伏行业的急剧发展，氩气需求量急剧增加，氩气价格急剧上涨，晶硅制造成本明显增加，同时光伏企业生产受到氩气供应波动的影响。因此将拉晶过程中的氩气尾气进行纯化回收利用是非常必要的。

目前，针对单晶硅制备领域的氩气回收主要是采用利用催化剂加入空气，在一定温度条件下，将一氧化碳氧化成二氧化碳，氢气氧化成水，烃类氧化成二氧化碳和水，然后结合吸附方法、进一步去除氧化后的杂质，然后通过低温精馏去除氮气和氢气杂质得到液氩的工艺系统。

但在实际使用过程中，通过上述工艺系统得到的液氩达不到单晶生产所需高纯氩的使用需求，在回收过程中需要补充8%外购液氩，从而在回收液氩并向液氩储罐充装时，有部分氩气未进行回收，造成氩气浪费。

实用新型内容

鉴于上述现有的针对单晶硅制备领域的氩气回收系统存在氩气浪费的问题，本实用新型的目的之一在于提供一种单晶炉尾气的氩气回收装置，该氩气回收装置的氩气回收率高，抗风险能力强，且运行成本低。

为实现上述目的，本实用新型采用下列技术方案：

一种单晶炉尾气的氩气回收系统，具有尾气收集装置、纯化装置、精馏装置、空压装置、第一汽化器和液氩储罐。

其中，所述第一汽化器的进液口和所述精馏装置的液氩出口及所述液氩储罐连通；所述第一汽化器的出气口连接至氩气用户；所述液氩储罐设有和所述纯化装置连通的排空管路；所述排空管路上设有排空阀。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述第一汽化器为水浴式汽化器。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述第一汽化器和用户的空调系统形成有冷源管道，以向所述空调系统提供冷量。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述空调系统和所述纯化装置的除氧炉形成有热源管道，以向所述空调系统提供热量。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述精馏装置包括：

氢塔，和所述纯化装置连通，以分离粗氩气中的氢气；

氮塔，和所述纯化装置的粗氩气出口连通，以分离所述粗氩气中的氮气；

氩塔，和所述氮塔的出气口连通，以得到纯液氩。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，还包括液氮储罐，和所述精馏装置的液氮出口连通。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，还包括第二汽化器；所述第二汽化器的进液口和所述液氮储罐连通，出气口和用户的仪表气系统连通。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述空压装置和所述仪表气系统连通。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述尾气收集装置包括除尘器，用于出去所述单晶炉尾气中的粉尘；缓冲罐，用于储存所述单晶炉尾气；离心压缩机，进气口和所述缓冲罐连通，出气口和所述纯化装置连通；其中，所述排空管路和所述缓冲罐连通。

在本实用新型公开的其中一个技术方案中，所述纯化装置包括除碳炉，和缓冲罐连通，用于去除所述单晶炉尾气中的烃类和一氧化碳组分；除氧炉，和所述除碳炉连通，用于去除单晶炉尾气中的氧气；至少两个分子筛吸附器，和所述除氧炉的出气口连通，以吸附单晶炉尾气中的水分和二氧化碳，得到粗氩气；冷却器，设置在所述除氧炉和所述分子筛吸附器之间；其中，所述分子筛吸附器的再生气进口和所述第二汽化器的出气口连通。

通过以上说明可知，和现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.通过在液氩储罐设置排空管路，在回收液氩并向液氩储罐充装时，可回收置换氩气，并将其送入缓冲罐回收，从而有利于提高氩气回收率。

2.仪表气系统所需仪表气源由氩气回收装置统一供给，从而在单晶车间无需再设置空压系统，有利于减少后期运行成本。

3.设置有氮循环装置，通过液氮储罐储存精馏装置中换热装置流出的液氮，液氮通过第二汽化器汽化后，既可以作为分子筛吸附器的再生气，也可以作为仪表气使用，从而在空压系统出现异常时，由液氮储罐提供液氩至第二汽化器中，作为应急气源使用，从而确保生产的稳定运行。

4.第一汽化器采用水浴式汽化器，并和空调系统形成有冷源管道，从而可回收液氩汽化时的冷量，有利于降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的流程示意图。

图2为本实用新型的结构框图。

图3为本实用新型和空调系统的连接示意图。

附图标记：11-除尘器；12-缓冲罐；13-离心压缩机；2-纯化装置；21-除碳炉；22-除氧炉；23-分子筛吸附器；24-冷却器；3-精馏装置；31-氢塔；32-氮塔；33-氩塔；4-空压装置；5-第一汽化器；6-液氩储罐；7-空调系统；81-液氮储罐；82-第二汽化器；9-单晶炉。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等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，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

本实用新型实施例公开了一种单晶炉尾气的氩气回收系统，其结构如附图1～附图3所示，包括尾气收集装置、纯化装置2、精馏装置3、空压装置4、第一汽化器5和液氩储罐6。

具体地，尾气收集装置具有用于除去单晶炉尾气中粉尘的除尘器11、用于储存单晶炉尾气的缓冲罐12和离心压缩机13。通过设置缓冲罐12，不仅可以防止离心压缩机13入口发生负压，也能避免单晶炉尾气因流量或纯度的波动对下游工序产生影响。

纯化装置2包括除碳炉21、除氧炉22、分子筛吸附器23和冷却器24。其中，除碳炉21利用氧气去除单晶炉尾气中的烃类化合物和一氧化碳；除氧炉22利用氢气除去单晶炉尾气中的氧气。分子筛吸附器23用于吸附单晶炉尾气中的二氧化碳、水分和一部分的烃类化合物，从而获得粗氩气。冷却器24设置在除氧炉22和分子筛吸附器23之间。

精馏装置3包括氢塔31、氮塔32和氩塔33，以分离氢气和氮气，得到液氩。其中，氢塔31和除氧炉22之间形成有氢气循环管道。

空压装置4和精馏装置3连通，用于将外界空压加压至一定压力后送入氢塔、氮塔32和氩塔33作为膨胀气使用。可以理解的是，空压装置4还可以和单晶车间的仪表气系统连通，以向仪表气系统提供仪表气；通过将单晶生产所需仪表气源由氩气回收装置统一供给，从而在单晶车间无需再设置空压系统，有利于减少后期运行成本。

第一汽化器5的进液口和液氩储罐33的液氩出口连通，出气口和单晶炉9连通，以将液氩汽化，并送入单晶炉9中使用，从而实现氩气的回收利用。

液氩储罐6和第一汽化器5的进液口连通，用于向单晶炉9补充氩气。液氩储罐6和缓冲罐13之间还形成有排空管路，排空管路上设置有排空阀，以提高系统的抗风险能力和氩气综合回收率。

在一些实施例中，考虑到液氩汽化时每吨液氩可消耗72KW热量，这些冷量是用户的空调系统7所亟需的，在本实施例中，将第一汽化器5设计为水浴式加热器，且第一汽化器5和空调系统7之间形成有冷源管道，以向空调系统7提供冷量，从而可节省空调系统冷量，有利于减少运行费用。

更具体地，考虑到除氧炉22在除氧时，会产生大量热量，空调系统7和除氧炉22之间形成有热源管道，以向空调系统7提供热量，从而有利于减少运行费用。

在一些实施例中，还包括和精馏装置3的液氮出口连通的氮循环装置，以回收经空压装置4压缩后进入精馏装置3中的空气中的氮气。其中，氮循环装置包括液氮储罐81和第二汽化器82。第二汽化器82的出气口和分子筛吸附器23的再生气入口连通，以作为分子筛吸附器23的再生气，或送至氮封用户使用。

更具体地，第二汽化器82还可和仪表气系统连通，即和空气压缩装置4进行并联，从而在大网失电或空压装置4出现故障时，可用氮气作为仪表气系统应急气源使用，以确保单晶生产的安全运行。

在一些实施例中，冷却器24的冷却水和用户的循环水系统连通，从而无需在氩气回收系统投资循环水系统，可减少后期运行费用。

作为上述实施例的具体实施方式，分子筛吸附器23至少有两个，在工作时，其中一个吸附器进行吸附工作，另一个吸附器进行再生工作，从而可提高工作效率。

通过以上说明可知，本实用新型实施例的工作原理和有益效果是：

通过在液氩储罐5设置排空管路，在回收液氩并向液氩储罐5充装时，可回收置换氩气，并将其送入缓冲罐12回收，从而有利于提高氩气回收率；进一步地，仪表气系统所需仪表气源由氩气回收装置统一供给，从而在单晶车间无需再设置空压系统，有利于减少后期运行成本；更进一步地，设置有氮循环装置，通过液氮储罐81回收液氮，液氮通过第二汽化器82汽化后，既可以作为分子筛吸附器23的再生气，也可以作为仪表气使用，从而在空压系统4出现异常时，由液氮储罐81提供液氩至第二汽化器82中，作为应急气源使用，从而确保生产的稳定运行；最后，第一汽化器5采用水浴式汽化器，并和空调系统7形成有冷源管道，从而可回收液氩汽化时的冷量，有利于降低生产成本。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单晶炉尾气的氩气回收系统，具有尾气收集装置、纯化装置、精馏装置、空压装置、第一汽化器和液氩储罐，其特征在于，

所述第一汽化器的进液口和所述精馏装置的液氩出口及所述液氩储罐连通；所述第一汽化器的出气口连接至氩气用户；

所述液氩储罐设有和所述纯化装置连通的排空管路；

所述排空管路上设有排空阀。

2.根据权利要求1所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，所述第一汽化器为水浴式汽化器。

3.根据权利要求2所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，所述第一汽化器和用户的空调系统形成有冷源管道，以向所述空调系统提供冷量。

4.根据权利要求3所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，所述空调系统和所述纯化装置的除氧炉形成有热源管道，以向所述空调系统提供热量。

5.根据权利要求1所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，所述精馏装置包括：

氢塔，和所述纯化装置连通，以分离经所述纯化装置纯化后获得的粗氩气中的氢气；

氮塔，和所述纯化装置的粗氩气出口连通，以分离所述粗氩气中的氮气；

氩塔，和所述氮塔的出气口连通，以得到纯液氩。

6.根据权利要求5所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，还包括液氮储罐，和所述精馏装置的液氮出口连通。

7.根据权利要求6所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，还包括第二汽化器；所述第二汽化器的进液口和所述液氮储罐连通，出气口和用户的仪表气系统连通。

8.根据权利要求1或7所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，所述空压装置和仪表气系统连通。

9.根据权利要求1所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，所述尾气收集装置包括：

除尘器，用于出去所述单晶炉尾气中的粉尘；

缓冲罐，用于储存所述单晶炉尾气；

离心压缩机，进气口和所述缓冲罐连通，出气口和所述纯化装置连通；

其中，所述排空管路和所述缓冲罐连通。

10.根据权利要求7所述的单晶炉尾气的氩气回收系统，其特征在于，所述纯化装置包括：

除碳炉，和所述尾气收集装置连通，用于去除所述单晶炉尾气中的烃类和一氧化碳组分；

除氧炉，和所述除碳炉连通，用于去除单晶炉尾气中的氧气；

至少两个分子筛吸附器，和所述除氧炉的出气口连通，以吸附单晶炉尾气中的水分和二氧化碳，得到粗氩气；

冷却器，设置在所述除氧炉和所述分子筛吸附器之间；

其中，所述分子筛吸附器的再生气进口和所述第二汽化器的出气口连通。