[实用新型]一种单塔低温精馏回收氩气的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于气体生产领域，涉及一种纯化回收气体的装置，尤其涉及一种单塔低温精馏回收氩气的装置。

背景技术

氩气是一种无色无臭的惰性气体，其分子式为Ar，分子量为39.95，蒸汽压为202.64kPa(-179℃)，熔点-189.2℃，沸点-185.7℃。在工业生产中，氩气通常被用作一种高效的保护气体，使用十分广泛；例如，氩气也普遍被用于单晶硅的生产工艺中。

直拉法(Czochralski method)是生产单晶硅的主要方法，全球70％～80％的单晶硅通过直拉法生产。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。减压拉晶工艺是指，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，以保持炉膛内真空度稳定在20托左右，可见，这种工艺既具有真空工艺的特点，又具有流动气氛工艺的特点。减压拉晶工艺的真空泵一般采用滑阀泵，滑阀泵是用油来保持密封的机械真空泵；氩气携带单晶拉制过程中由于高温而产生的硅氧化物和杂质挥发物，通过该真空泵的抽送排放到大气。通过对这部分排放的氩气进行分析，发现其主要杂质成分为氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等烷烃，以及液态润滑油雾；将排放的氩气作为回收氩气，进一步纯化处理以期望获得纯氩气产品，从而实现回收氩气的循环利用，能够较大程度地节省生产成本。

纯化回收氩气的公知技术一般包括：对来自单晶炉的回收氩气进行除油除尘，接着通过高温催化使甲烷等烃类和一氧化碳同氧气反应生产水和二氧化碳，催化反应中保证氧气过量(杂质氧气不够则加入氧气)；通过冷却后在催化剂作用下使过量氧气同加入的氢气反应生成水，并保证反应氢气过量，处理后氩气中杂质成分为水、二氧化碳、氢气和氮气；最后经过氩气常温吸附单元吸附水和二氧化碳，得到只含有氮气和氢气为杂质的粗氩气。氩气常温吸附单元由二个吸附器组成，吸附器中装有吸附水和二氧化碳的吸附剂，一个吸附器进行吸附工作，另一个吸附器进行包括泄压、加温、吹冷的再生工作。所述再生工作的气体使用氮气，该再生氮气来自冷箱中低温精馏塔生产或外购，氩气常温吸附单元通过时间程序控制器自动控制运行切换。

然而，现有技术中存在的装置或系统往往过于复杂，操作繁琐，不利于大规模工业化生产与检修。

例如，CN102583281A公开了一种单晶硅生产中氩气回收纯化的方法与装置，其中，该方法主要包括以下步骤：先对来自单晶炉的回收氩气进行粗除油，再经压缩冷却后高精度除油除尘，接着通过高温催化反应使甲烷等烃类和CO与氧气反应生成水和二氧化碳，且催化反应中保证氧气过量；再通过冷却后在催化剂作用下使过量氧气同加入的氢气反应生成水，经过两次催化反应之后的氩气经过常温吸附单元以便吸附水和二氧化碳；将上述氩气冷却后送入低温精馏塔，使氩气与氮气、氢气分离，获得纯液氩，再经复热后得到纯氩产品。然而，该方法中的低温精馏部分使用空气循环制冷，能耗较高，流程复杂，加入的过量氢气放空，利用率低。

又如，CN104406364A公开了一种双塔耦合的氩气回收纯化设备及氩气回收纯化方法，其中使用了具有上下塔耦合结构的低温精馏塔等一系列设备；虽然该方法所得氩气回收率高且纯度高，但是，其所使用的设备能耗较高而无优势，并且结构复杂，从而增加了设备投资成本，使得操作过于繁琐，不利于大规模工业化生产。

因此，研发出一种新型的装置用于工艺流程更简洁、操作更方便、能耗更低的氩气回收方法，是当前本领域研发人员的研究重点之一。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术中存在的种种缺陷，提供一种高效地纯化回收氩气的装置，以满足精密电子工业、生物医药等领域中使用高纯氩气的需求，尤其适用于单晶硅直拉法生产过程。

因此，本实用新型提供了一种单塔低温精馏回收氩气的装置，包括以下设备：回收氩气压缩机、第一粗氩气预冷机、除油器、除氧器、冷却器、第二粗氩气预冷机、纯化器、换热器、精馏冷箱；其中，所述精馏冷箱中设置有：再沸器、精馏塔、冷凝蒸发器及冷凝蒸发器外壳；上述各设备之间的连接关系如下：