CN101396632B - 一种多级吸附和多级再生提纯多晶硅尾气的方法 - Google Patents

Abstract

一种多级吸附和多级再生提纯多晶硅尾气的方法，属吸附分离工程技术领域。包括多晶硅尾气在塔中的吸附过程、利用纯净氢气对塔的再生过程和对完成再生的塔进行冷却及升压的吸附准备过程，所述的吸附过程由至少两个塔串联吸附，且后一个塔的进料时间滞后前一个塔，所述的再生过程为多塔串级加热再生，且每个再生塔的加热都分为多级完成。优点是提高了吸附剂利用率，缩短了吸附周期。纯净氢气无动力循环的串级再生方式，使再生用氢气得到了充分有效的利用，大大降低了再生气用量，同时节约了动力设备投资及电力消耗。

Description

一种多级吸附和多级再生提纯多晶硅尾气的方法

技术领域

本发明涉及一种多晶硅尾气提纯回收工艺。属吸附分离工程技术领域。

背景技术

利用氢气还原SiHCL₃生成多晶硅的过程中，将产生大量的含有氯化氢、氯硅烷等杂质的富氢尾气，为了提高经济效益、保护环境，多晶硅尾气必须经过除杂、提纯后分别回收氢气、氯化氢及氯硅烷等工艺气体，使其返回多晶硅合成系统重新利用。多晶硅尾气成分复杂、提纯要求高、提纯难度大，历来是多晶硅生产过程中一个重要而有技术难度的环节。

《有色冶炼》第29卷第6期“多晶硅尾气中回收氢气的净化”一文中介绍了一种多晶硅还原炉尾气干法回收技术。该技术中采用传统的TSA活性碳吸附器对经过粗净化的尾气进一步加以净化，活性碳吸附剂再生时需要在高温低压下进行，热量来源于还原炉导热油循环冷却系统带出的热能，吸附剂的加热主要采用塔内设置的盘管间接加热。由于仅采用传统的吸附再生方法对尾气进行净化处理，因此该技术的缺点是：氢气收率低、净化气纯度低、安全性能低、吸附塔结构复杂等。

此外，本专利申请的发明人钟娅玲等人曾提出了“一种多晶硅尾气的净化方法以及使用该方法的净化装置”(专利申请号200810045369.9)，该方法在再生塔之间设置一路循环氢气，以部分纯氢气及循环氢气作为加热及冷却的热载体，对吸附剂进行再生处理。这种采用氢气循环加热----冷却方式，同时设计辅助的氢气直接吹扫再生，以及吸附塔内设置盘管加热等辅助加热再生的净化方法，也存在以下缺陷：

1)、单个吸附塔的吸附周期较长，一般为6～8个小时，为此造成吸附塔体积大，吸附剂用量大；

2)、采用氢气循环加热—冷却方式，同时设计辅助的氢气直接吹扫再生，以及吸附塔盘管加热等辅助加热的再生方式较复杂，氢气的循环使用需压缩机升压，导致能耗的增加以及设备加工难度的增大。

3)、由两路氢气来完成的吸附准备方式复杂，能量消耗高。

本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种设备小型化、低投资、低能耗、操作更加容易、安全性更高的多级吸附和多级再生提纯多晶硅尾气的方法。

发明内容

本发明的多级吸附和多级再生提纯多晶硅尾气的方法，包括多晶硅尾气在塔中的吸附过程、利用纯净氢气对塔的再生过程和对完成再生的塔进行冷却及升压的吸附准备过程，其特征是：所述的吸附过程由至少两个塔串联吸附，且后一个塔的进料时间滞后前一个塔，所述的再生过程为多塔串级加热再生，且每个再生塔的加热都分为多级完成，再生塔的第一级加热再生由来自吸附准备过程中完成冷却准备功能的纯净氢气经过升温后，直接与吸附剂接触加热再生；第N级加热再生则由来自第N-1级加热再生的混合气经过升温后，直接与吸附剂接触加热再生。

本发明的工作原理如下：

在吸附过程，本发明采用多塔串联吸附，且将后一个塔的进料时间滞后前一个塔，滞后时间的长短可根据产品气的纯度要求进行自由调整。这样做的好处是由于有第二级吸附作为产品气的质量保证，使第一级吸附的吸附剂容量可达到饱和状态。而传统单级吸附为保证产品质量，需要预留一段传质区域，因而不可能做到饱和吸附。所以，本发明的多塔串联吸附，既可以充分的保证产品质量，又可以使被吸附质完全充满吸附塔，相应提高了吸附剂的利用率。

在再生过程，本发明将完成再生功能的再生气体分为多次加热形成多个级别来完成每个再生塔的加热再生，加热再生过程是从第N级开始，N-1级递减，最后为第一级加热再生。再生塔的第一级加热再生由来自冷却准备功能的纯净氢气经过外部加热器升温后，作为加热吸附剂的热载体直接与吸附剂接触加热，使吸附剂得到再生；第二级加热再生则由来自第一级加热再生的混合气经过升温后，直接与吸附剂接触加热再生；第三级加热再生则由来自第二级加热再生的混合气经过升温后，直接与吸附剂接触加热再生；第三级、第四级等依此类推。即第N级加热再生则由来自第N-1级加热再生的混合气经过升温后，直接与吸附剂接触加热再生。第一级再生为精再生，其目的是利用纯净的氢气使吸附剂在短时间内获得彻底再生解析。第一级以前的再生为初步再生，其目的是充分利用再生气源、对吸附塔进行升温，加快再生速度。

与前述现有同类产品相比，本发明的优点是：

1)采用串联吸附，吸附剂在解吸时的吸附容量可以达到饱和状态，提高吸附剂利用率，吸附剂的利用率较传统单塔吸附工艺可提高20％左右，因而减少了吸附剂的使用量。极大的缩短了吸附周期，将单个吸附塔的吸附周期由6—8小时缩短到1～2个小时；相应的在相同处理能力下，本发明的吸附塔体积减小为原来吸附塔体积的1/2～1/4；

2)采用串级解析，再生方式简单。纯净氢气无动力循环的串级再生方式，使再生用氢气得到了充分有效的利用，大大降低了再生气用量，同时节约了动力设备投资，降低电力消耗。

3)可采用再生气多级外加热方式，吸附塔内无须再设置加热盘管，使吸附塔结构更简单，有效延长了吸附塔的使用寿命，降低加工难度，节约吸附塔投资。

本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

附图说明

图1是本实施例的流程示意图

具体实施方式

参见图1，为方便叙述，下面以A、B、C、D、E、F六个吸附塔为例来说明本发明。其中，塔A、塔B处于吸附过程，塔C处于准备过程，塔D处于第一级加热再生过程、塔E处于第二级加热再生过程、塔F处于第三级加热再生过程。

吸附过程

本实施例采用双塔串联吸附，即在任何时候都有两个塔处于同时吸附步骤，两个塔进料的时间采用延时控制。即塔B比塔A滞后半个吸附周期进料。

洗涤分离后的多晶硅尾气经阀门1a从塔A底部进入，从塔A顶部出来经阀门6a、7b从塔B底部进入塔B，在此过程中尾气中的氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅等高沸点杂质部分被吸附剂吸附，未被吸附的产品氢气经阀2b一部分送用户使用；另一部分经阀8作为再生气源使用。

再生过程

再生过程包括逆放和加热。

逆放：完成吸附步骤的塔A，经阀门5a逆着吸附的方向，将吸附塔压力降低，因压力降低吸附容量减少，被吸附剂吸附的杂质组分解吸一部分；

加热：完成逆放后的吸附剂还有很大一部分的杂质没有解吸，需要通过加热升温进一步降低吸附剂的吸附容量。本实施例采用在每个时间段都有三个塔同时被加热、加热采用串联的方式，每个吸附塔的加热都分为三级完成，在每两个吸附塔之间都设计有外部加热器1、2、3、4、5、6来加热再生氢气。

塔D、塔E、塔F的加热过程为：

再生塔D的第一级加热再生由来自完成冷却准备功能的塔C的产品氢气经过阀门4d、外部加热器4升温后，作为加热吸附剂的热载体直接与塔D内的吸附剂接触加热，使吸附剂得到再生；该完成第一级加热再生的混合气经过阀门4e、外部加热器5升温后，进入另一个处于第二级加热再生状态的再生塔E内，直接与吸附剂接触完成塔E的第二级加热再生；完成第二级加热再生的混合气经过阀门4f、外部加热器6升温后，进入另一个处于第三级加热再生状态的再生塔F内，直接与吸附剂接触完成塔F的第三级加热再生。

将塔D的吸附剂温度经三级加热后达到要求的再生温度，完成塔D吸附剂的再生过程。用时约为1～3小时。

吸附准备过程

和现有技术一样，吸附准备过程包括冷却和升压两个过程。

冷却：来自塔B的产品氢气经过阀8、冷却器7的降温至规定温度，经阀3c从塔C顶部进入，在降低塔C温度的同时，产品氢气温度升高，升温后的氢气再一次被加热器4升温至规定温度，作为加热塔D的气源；从吸附塔D出来的混合气体经加热器5升温后，作为加热塔F的气源；从塔F出来的解吸气体供回收。上述过程用时约为1～3小时，吸附剂温度降低至规定温度，即实现了准备过程的目的。

升压：产品氢气经阀门8、3C从塔C顶部进入，将塔C压力从常压升至吸附压力，该过程用时约为5～10分钟。

在塔A达到饱和状态后，通过程序开启、关闭相关阀门，将塔A切换为第三级加热再生过程；塔B、塔C切换为吸附过程；塔D切换为准备过程；塔E切换为第一级加热再生过程；塔F切换为第二级加热再生过程。以上各个过程的体现如前所述类似，这里不再赘述。

在塔B达到饱和状态后，塔B切换为第三级加热再生过程；塔C、塔D切换为吸附过程；塔E切换为准备过程；塔F切换为第一级加热再生过程；塔A切换为第二级加热再生过程。

在塔C达到饱和状态后，塔C切换为第三级加热再生过程；塔D、塔E切换为吸附过程；塔F切换为准备过程；塔A切换为第一级加热再生过程；塔B切换为第二级加热再生过程。

在塔D达到饱和状态后，塔D切换为第三级加热再生过程；塔E、塔F切换为吸附过程；塔A切换为准备过程；塔B切换为第一级加热再生过程；塔C切换为第二级加热再生过程。

至此，实现塔A从吸附过程---三级加热再生过程---准备过程的一个循环。

同理，六个吸附塔均可通过上面的步骤构成循环。保证了原料气的连续进料和产品氢气的连续输出。

Claims (1)

1.一种多级吸附和多级再生提纯多晶硅尾气的方法，包括多晶硅尾气在塔中的吸附过程、利用纯净氢气对塔的再生过程和对完成再生的塔进行冷却及升压的吸附准备过程，其特征是：

所述的吸附过程由至少两个塔串联吸附，且后一个塔的进料时间滞后前一个塔，

所述的再生过程为多塔串级加热再生，且每个再生塔的加热都分为多级完成，再生塔的第一级加热再生由来自吸附准备过程中完成冷却准备功能的纯净氢气经过升温后，直接与吸附剂接触加热再生；第N级加热再生则由来自第N-1级加热再生的混合气经过升温后，直接与吸附剂接触加热再生。

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