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CN110639328A - 一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法 - Google Patents

一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法。一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法，包括：(1)将回收氢气从甲烷吸附塔1的下部进入，经过吸附后，从甲烷吸附塔1的上部去还原单元；(2)甲烷吸附塔1内的吸附剂达到饱和，关闭去还原单元的管路；(3)将甲烷吸附塔1内气体排放到甲烷吸附塔2内，到两塔压力相同，关闭甲烷吸附塔1到甲烷吸附塔2的管路；重复该操作，将甲烷吸附塔1内气体排放到n个甲烷吸附塔内；(4)抽取甲烷吸附塔1‑n内的气体至微正压后，使甲烷吸附塔1‑n形成真空状态，再通过再生氢气对吸附剂整体进行吹扫，完成再生。本发明采取增加甲烷吸附塔的工艺方法以控制回收氢气中的碳含量。

Description

一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法
技术领域
本发明属于多晶硅技术领域，具体涉及一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法。
背景技术
目前，生产多晶硅工艺具体是利用改良西门子法。氢气与还原炉内沉积载体发生的一系列还原反应一定程度增加了碳含量，快速富集了碳杂质，凭借其游离状态与还原硅棒发生沉积反应，一定程度上对多晶硅产品的电学性质造成较大的影响，在一定条件下，碳加快与硅的反应，发生沉淀，若其浓度较大，必将产生形成碳化硅，引发晶格错位。因此，必须采取一定手段和方法以控制回收物料中的碳含量。
目前多晶硅厂家关于吸附塔普遍的工艺是由吸收塔顶部出来的氢气(含少量HCl和氯硅烷)需要通过氢气吸附塔去除。装置设有3个氢气吸附塔，吸附塔中一塔处于吸附过程，一塔处于加热解吸过程，一塔处于冷却过程，三个塔操作循环周期约为5小时。对于单个塔而言，其操作过程为：吸附、减压加热、加热吹扫、回压冷却、冷却、下一次吸附。其流程简述如下：
a.吸附过程：气体从氢气吸附塔的塔底进入正处于吸附状态的吸附塔内，在活性炭吸附剂的选择吸附下，其中的HCL和氯硅烷等组分被吸附下来，未被吸附的氢气(纯度可达到99.9999％)从塔顶经过滤器后送入还原单元。
b.减压加热过程：在吸附过程结束后，打开吹扫出口阀，关闭冷水进口阀，打开热水进口阀和冷水出口阀，吸附塔内气体逆着吸附方向进行减压，同时通过热水加热使被吸附的气体减压解析出来的过程。
c.加热吹扫过程：在减压加热过程结束后，关闭冷水出口阀，打开吹扫进口阀和热水出口阀，用氢气经吸附塔热水间接加热冲洗吸附剂床层，将吸附在吸附剂上的HCL和氯硅烷完全解吸出来，使吸附剂得到再生的过程。
d.回压冷却过程：为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要将吸附塔压力升至吸附压力，以保证产品升压过程的充分和减少对吸附压力波动的影响。
e.冷却过程：关闭热水出口阀，打开冷水出口阀，利用氢气经吸附塔冷水间接冷却对吸附塔自上而下进行吹冷，当吸附塔内温度小于50℃时冷却过程完成。
经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附—再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。三个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作(始终有1个吸附塔处于吸附状态)即可实现氢气与HCL和氯硅烷的连续分离与净化目的。
当吸附塔吸附达到饱和状态后需用氢气吹扫，以使此吸附塔具备再次吸附的能力。吹扫得到的尾气主要成分为氢气，此外还含有少量氯硅烷和HCL。该混合气体送至再生系统经过换热器冷却，压缩，最终进入冷氢化单元回收利用；在此系统中吸附塔的泄压气体及部分的反吹气体外排，已降低系统内的杂质气体。
然而在实际生产运作过程中，吸附分离操作很难满足设计需求，具体是活性炭吸附剂无法对氮气与甲烷杂质进行大量吸附，H2在经过活性炭吸附塔后，经检测始终出现了杂质氮气与甲烷，一定程度上影响了多晶硅产品质量。
有鉴于此，本发明提出一种新的在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法，该方法可以有效控制回收氢气中的碳含量。
为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法，包括以下步骤：
(1)将从活性炭吸附塔塔顶来的回收氢气从甲烷吸附塔1的下部处进入，经过塔内的吸附剂吸附后，从甲烷吸附塔1的上部出口处出，去还原单元；
(2)所述的甲烷吸附塔1经过一段时间的吸附后，塔内的吸附剂达到饱和，关闭所述的去还原单元的管路；
(3)利用管线将所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体排放到甲烷吸附塔2内，直到两塔获得相同的压力，关闭所述的甲烷吸附塔1到所述的甲烷吸附塔2的管路；
重复该操作，直至将所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体排放到甲烷吸附塔n内后，所述的甲烷吸附塔1内的气压不大于所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体未排放时气压的0.25倍；
(4)抽取所述的甲烷吸附塔1至所述的甲烷吸附塔n内的气体，至微正压后，利用去真空系统，使所述的甲烷吸附塔1至所述的甲烷吸附塔n形成真空状态，再通过再生氢气对吸附剂整体进行吹扫，完成再生。
进一步的，所述的步骤(1)中，所述的回收氢气为10℃；
从甲烷吸附塔1的上部出口处出去的气体流量不小于200NM3/H。
进一步的，所述的步骤(2)中，所述的吸附剂为颗粒状的树脂。
再进一步的，所述的吸附剂为4级树脂。
进一步的，所述的步骤(3)中，所述的n不小于3，不大于5。
再进一步的，所述的n为3。
进一步的，所述的步骤(3)中，甲烷吸附塔1与甲烷吸附塔n的压力差为60KPa以内，可视为两塔压力相同。
进一步的，所述的步骤(4)中，微正压的压力为30-50KPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明为一种在尾气回收装置回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法，将还原炉排放的尾气利用西门子改良干法实施回收，对氢气和氯化氢有效的进行了分离。为了减少产品质量发生波动的频率，同时完成节能减排的目的，经过活性炭吸附后的氢气再进入到甲烷吸附塔，经过4级树脂吸附塔对回收氢气中的痕量甲烷进行吸附，可以成功的去除回收氢气中的杂质，然后再进入到还原炉，用于多晶硅沉积反应。
附图说明
图1为本发明实施例1的工艺示意图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
下面将结合具体实施例对本发明一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法做进一步的详细介绍：
本发明的技术方案为：
(1)将从活性炭吸附塔塔顶来的回收氢气从甲烷吸附塔1的下部处进入，经过塔内的吸附剂吸附后，从甲烷吸附塔1的上部出口处出，去还原单元。
(2)所述的甲烷吸附塔1经过一段时间的吸附后，塔内的吸附剂达到饱和，关闭所述的去还原单元的管路。
(3)利用管线将所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体排放到甲烷吸附塔2内，直到两塔获得相同的压力，关闭所述的甲烷吸附塔1到所述的甲烷吸附塔2的管路。
重复该操作，直至将所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体排放到甲烷吸附塔n内后，所述的甲烷吸附塔1内的气压不大于所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体未排放时气压的0.25倍。
通过该操作，可以快速的降低甲烷吸附塔1里面的高压气体，而且在后期也可以快速准确的将多个甲烷吸附塔进行梯度加压。
(4)抽取所述的甲烷吸附塔1至所述的甲烷吸附塔n内的气体，至微正压后，利用去真空系统，使所述的甲烷吸附塔1至所述的甲烷吸附塔n形成真空状态，再通过再生氢气对吸附剂整体进行吹扫，完成再生。
与现有技术的强排相比，本发明通过抽取多个甲烷吸附塔的气体(主要为氢气)至微正压，在杂质析出前，可以更多的回收氢气，降低成本。
优选的，所述的步骤(1)中，所述的回收氢气为10℃；
从甲烷吸附塔1的上部出口处出去的气体流量不小于200NM3/H。
优选的，所述的步骤(2)中，所述的吸附剂为颗粒状的树脂。更有利于吸附甲烷等杂质。
进一步优选的，所述的吸附剂为4级树脂。
优选的，所述的步骤(3)中，所述的n不小于3，不大于5。
进一步优选的，所述的n为3。从设备成本以及运行成本考虑，n为3最合适。
优选的，所述的步骤(3)中，甲烷吸附塔1与甲烷吸附塔n的压力差为60KPa以内，可视为两塔压力相同。
优选的，所述的步骤(4)中，微正压的压力为30-50KPa。在更多的回收氢气的同时，避免吸附的甲烷、氯硅烷和氯化氢等杂质析出。
实施例1.
结合图1，具体操作步骤如下：
从活性炭吸附塔塔顶来的约10℃回收氢气①从甲烷吸附塔TA的下部A1处进入，经过塔内的填料吸附后，从A2出口处出，去还原单元②，作为硅棒生长的反应气。经过吹扫后的气体③则进入再生冷却压缩系统，送入到冷氢化单元重复回收利用。最后剩余的气体则通过真空系统将吸附塔内抽真空，使其处于真空状态，达到杂质充分脱附之目的。
比如TA进行吸附操作时，对阀门A1和A2同步开启，促使调节阀F长期开启，使流量计FT保持200NM3/H以上。通过对TA吸附一段时间后，TA里面的吸附剂迅速达到饱和，则关闭A1和A2，开启A4，利用管线4将TA塔里面的高压气体排放到预备冲压的塔TB内，直到两塔获得相同的压力。将冲压塔的阀门关闭，反复重复以上过程，排放TA塔内的压力到另一个吸附塔TC，最终达到降低TA塔压力的目的。这样可以有效避免氢气的浪费。关闭A4，开启A6，降低塔内的压力到微正压；关闭A6，开启A7，使其形成真空状态；不断降低压力时启动A3，通过再生氢气对吸附剂整体进行吹扫，完成再生以后，同时关闭A3和A7，开启A4，在高压塔内部由管线4外泄压力冲压，保证压力平衡。经过反复操作，最终使该塔压力达到与系统管2相同的压力，达到吸附状态，并周而复始。
本方案实施前和实施后，在甲烷吸附塔的氢气出口取样分析做对比，如下表1-表2所示。
表1
Figure BDA0002202210800000061
表2
Figure BDA0002202210800000071
从表格中可以看出回收氢气中的甲烷含量明显降低。多晶硅产品的质量得到明显提升。且经实施本方案后，我们的多晶硅产品质量得到了明显提升。
以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将从活性炭吸附塔塔顶来的回收氢气从甲烷吸附塔1的下部处进入，经过塔内的吸附剂吸附后，从甲烷吸附塔1的上部出口处出，去还原单元；
(2)所述的甲烷吸附塔1经过一段时间的吸附后，塔内的吸附剂达到饱和，关闭所述的去还原单元的管路；
(3)利用管线将所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体排放到甲烷吸附塔2内，直到两塔获得相同的压力，关闭所述的甲烷吸附塔1到所述的甲烷吸附塔2的管路；
重复该操作，直至将所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体排放到甲烷吸附塔n内后，所述的甲烷吸附塔1内的气压不大于所述的甲烷吸附塔1里面的高压气体未排放时气压的0.25倍；
(4)抽取所述的甲烷吸附塔1至所述的甲烷吸附塔n内的气体，至微正压后，利用去真空系统，使所述的甲烷吸附塔1至所述的甲烷吸附塔n形成真空状态，再通过再生氢气对吸附剂整体进行吹扫，完成再生。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的步骤(1)中，所述的回收氢气为10℃；
从甲烷吸附塔1的上部出口处出去的气体流量不小于200NM3/H。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的步骤(2)中，所述的吸附剂为颗粒状的树脂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述的吸附剂为4级树脂。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的步骤(3)中，所述的n不小于3，不大于5。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述的n为3。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的步骤(3)中，甲烷吸附塔1与甲烷吸附塔n的压力差为60KPa以内，可视为两塔压力相同。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的步骤(4)中，微正压的压力为30-50KPa。
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