[发明专利]一种在尾气回收氢气处理过程中除去痕量碳杂质的方法

说明书

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。

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