一种多晶硅生产尾气回收系统及方法与流程

1.本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅生产尾气回收系统及方法。


背景技术：

2.多晶硅，是单质硅的一种形态，是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。在多晶硅生产的过程中会产生含有杂质的氢气尾气，通常是采用活性炭进行吸附净化氢气。
3.现行业中一般通过活性炭吸附技术来进行氢气的提纯，变压吸附原理是利用活性炭等吸附剂对气体的吸附容量随压力的不同而有差异的特性，加压吸附原料气中的某些组分使其分离，减压下脱除这些组分使吸附剂获得再生；而变温吸附的原理是利用吸附剂对不同组分的吸附容量随温度的不同而有较大差异的特性，在吸附剂选择吸附的条件下，常温吸附原料气中的高沸点杂质组分，高温脱除这些杂质，使吸附剂得到再生。在实际应用中，发明人发现，目前的多晶硅生产尾气回收系统和方法还存在着不足，具体在于：变压吸附技术虽然能进行氢气的提纯，有一定的提纯效果，但是存在着明显的杂质，无法满足行业内多晶硅生产尾气回收系统中回收氢气的纯度要求；而在变温吸附技术中，用于改变温度进行换热的换热管内的液体利用率低，换热管中靠近换热管轴线处的液体向距换热管管壁较远，相较于靠近换热管管壁处的液体其换热效果差，使得液体的换热利用率低，换热管的换热效果差，氢气的提纯纯度不高。
4.所以，基于上述问题，目前亟需设计一种提高多晶硅生产尾气回收系统中氢气的提纯效果的系统及方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对目前处理多晶硅生产尾气中换热管的换热效果差，氢气的提纯纯度不高，设计了一种提高多晶硅生产尾气中氢气的提纯效果的系统及方法。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种多晶硅生产尾气回收系统，包括筒体和设置在所述筒体内的通气组件和换热组件；所述筒体内靠近所述换热组件的部分填充有活性炭，所述通气组件用于所述筒体内氢气的通入和氢气的回收，所述换热组件用于所述活性炭的换热；所述换热组件包括换热管，所述换热管包括外套管和设置在所述外套管内的内管，所述外套管的一端密封，所述内管的外壁与所述外套管上远离密封端的内壁密封连接，所述外套管上靠近所述内管与所述外套管连接的部分设置有开口，所述外套管的外壁上设置有若干个翅片板。
7.作为本技术优先的技术方案，所述外套管和所述内管的截面形状均为圆形，所述外套管与所述内管同心设置。
8.作为本技术优先的技术方案，所述筒体的外壁上设置有夹套，所述夹套螺旋缠绕装配在所述筒体上，所述夹套的两端均设置有接管。
9.作为本技术优先的技术方案，所述通气组件包括氢气总管入口；所述氢气总管入口包括氢气入口管和与所述氢气入口管相连的氢气环管a，所述氢气环管a上设置有若干个氢气入口支管，所述氢气总管入口设置在所述活性炭的下方。
10.作为本技术优先的技术方案，所述通气组件还包括氢气总管出口；所述氢气总管出口包括氢气出口管和与所述氢气出口管相连的氢气环管b，所述氢气环管b上设置有若干个氢气出口支管，所述氢气总管出口设置在所述活性炭的上方。
11.作为本技术优先的技术方案，所述换热组件包括进水装置；所述进水装置包括进水管和若干进水环管，所述进水管连接所述进水环管，所述进水环管上设置有若干进水支管，所述进水支管与所述外套管的开口密封连接。
12.作为本技术优先的技术方案，所述换热组件还包括出水装置，所述出水装置包括出水管和若干出水环管，所述出水管连接所述出水环管，所述出水环管上设置有若干出水支管，所述出水支管与所述内管的开口处密封连接。
13.作为本技术优先的技术方案，所述进水环管上设置有排气管，所述排气管有开启和关闭两种状态，所述排气管的开口处的水平高度高于所述进水环管的水平高度。
14.一种多晶硅生产尾气回收方法，包括如下步骤：冷却步骤：向换热管中通入低温液体,向夹套中通入低温液体/气体，筒体内的活性炭处于低温状态；提纯步骤：向氢气入口管中通入氢气尾气，氢气尾气通过所述活性炭，所述活性炭除去氢气尾气中的杂质组分，提纯后的氢气从所述氢气出口管排出；加热步骤：向所述换热管中通入高温液体,向所述夹套中通入高温液体/气体，所述活性炭处于高温状态；活性炭再生步骤：向所述氢气入口管中通入氢气尾气，氢气尾气通过所述活性炭，所述活性炭脱出杂质组分，氢气携带着杂质组分从所述氢气出口管排出。
15.作为一种本技术优先的技术方案，还包括启动步骤，所述启动步骤位于所述冷却步骤之前，所述启动步骤：打开所述进水装置上的排气管，向所述进气装置中通入液体，所述排气管排出初始阶段的空气，再将所述排气管关闭。
16.作为另一种的优选方案，在本技术的冷却步骤中是向夹套中通入低温气体，使筒体内的活性炭处于低温状态。在本技术的方案中，对于夹套侧壁为湿润状态时，通过鼓入气体，加速夹套侧壁上水汽的挥发，能够进一步的提高降温速度。
17.作为进一步的优选方案，在本技术的冷却步骤中是向夹套中通入低温高速气体。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果：在本技术的方案中，在筒体内设置通气组件和换热组件，通气组件向筒体内通入氢气并将筒体内的氢气排出，在筒体内靠近换热组件的部分填充活性炭，换热管包括外套管和设置在外套管内的内管，将外套管的一端密封，内管的外壁与外套管上远离密封端的内壁密封连接，并在外套管上靠近内管与外套管连接的部分设置开口，使换热管中从内管的外壁与外套管的内壁形成的空间和内管连通，翅片板有良好的导热性能，将翅片板设置在外套管的外壁上，当向换热管内通入低温/高温液体时，液体从外套管上的开口进入到换
热管中，内管和外套管的设置，将换热管内分成了两层流通区域，外层流通区域为内管的外壁与外套管的内壁形成的空间，内层流通区域为内管的内壁形成的空间，液体在换热管内先经过外层流通区域，外套管的内壁与液体接触进行换热并作用于翅片板，使活性炭与换热组件进行换热，并且相较于无内管的换热管而言，内管使液体的流通空间缩小了，并使液体进入换热管时都处于靠近外套管的管壁处，避免了使用无内管的换热管时，位于换热管内靠近换热管轴线处的液体较少与换热管进行换热就排出换热管，降低了换热管中液体的作用效果，而外层流通区域增大了液体对外套管的作用效果，并且较小的流通空间使液体的流速加快，在实现换热效果的同时能快速的将已换热的液体顺着内管排出，由于内管处于外套管内，内管中的液体并不作用于外套管的内壁，大大减小了已换热的液体对正在进行的换热的影响，同时使活性炭的换热更加迅速，从而有效地提高了活性炭的换热效果并使活性炭的换热效果更加均匀，使多晶硅生产尾气回收系统中得到高纯度的氢气。
19.附图说明：图1为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的结构示意图；图2为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的局部结构示意图；图3为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的局部结构示意图；图4为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的换热管的局部结构示意图；图5为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的进水装置的结构示意图；图6为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的出水装置的结构示意图；图7为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的氢气总管入口的结构示意图；图8为本技术多晶硅生产尾气回收系统的其中一种实施方式的氢气总管出口结构示意图；图9为本技术多晶硅生产尾气回收方法的结构示意图；图中标示：31
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筒体，32
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通气组件，33
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换热组件，34
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换热管，35
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外套管，36
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内管，37
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翅片板，38
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夹套，39
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接管，310
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氢气总管入口，311
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氢气入口管，312
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氢气环管a，313
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氢气入口支管，314
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氢气总管出口，315
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氢气出口管，316
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氢气环管b，317
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氢气出口支管，318
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进水装置，319
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进水管，320
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进水环管，321
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进水支管，322
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出水装置，323
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出水管，324
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出水环管，325
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出水支管，326
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排气管。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.实施例一：参见图1
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8所示，本实施例提供的一种多晶硅生产尾气回收系统，包括筒体31和设置在所述筒体31内的通气组件32和换热组件33；所述筒体31内靠近所述换热组件33的部分填充有活性炭，所述通气组件32用于所述筒体31内氢气的通入和氢气的回收，所述换热组件33用于所述活性炭的换热；所述换热组件33包括换热管34，所述换热管34包括外套管35和设置在所述外套管35内的内管36，所述外套管35的一端密封，所述内管36的外壁与所述外套管35上远离密封端的内壁密封连接，所述外套管35上靠近所述内管36与所述外套管35连接的部分设置有开口，所述外套管35的外壁上设置有若干个翅片板37。在筒体31内设置通气组件32和换热组件33，通气组件32向筒体31内通入氢气并将筒体31内的氢气排出，在筒体31内靠近换热组件33的部分填充活性炭，换热管34包括外套管35和设置在外套管35内的内管36，将外套管35的一端密封，内管36的外壁与外套管35上远离密封端的内壁密封连接，并在外套管35上靠近内管36与外套管35连接的部分设置开口，使换热管34中从内管36的外壁与外套管35的内壁形成的空间和内管36连通，翅片板37有良好的导热性能，将翅片板37设置在外套管35的外壁上，当向换热管34内通入低温/高温液体时，液体从外套管35上的开口进入到换热管34中，内管36和外套管35的设置，将换热管34内分成了两层流通区域，外层流通区域为内管36的外壁与外套管35的内壁形成的空间，内层流通区域为内管36的内壁形成的空间，液体在换热管34内先经过外层流通区域，外套管35的内壁与液体接触进行换热并作用于翅片板37，使活性炭与换热组件33进行换热，并且相较于无内管36的换热管34而言，内管36使液体的流通空间缩小了，并使液体进入换热管34时都处于靠近外套管35的管壁处，避免了使用无内管36的换热管34时，位于换热管34内靠近换热管34轴线处的液体较少与换热管34进行换热就排出换热管34，降低了换热管34中液体的作用效果，而外层流通区域增大了液体对外套管35的作用效果，并且较小的流通空间使液体的流速加快，在实现换热效果的同时能快速的将已换热的液体顺着内管36排出，由于内管36处于外套管35内，内管36中的液体并不作用于外套管35的内壁，大大减小了已换热的液体对正在进行的换热的影响，同时使活性炭的换热更加迅速，从而有效地提高了活性炭的换热效果并使活性炭的换热效果更加均匀，使多晶硅生产尾气回收系统中得到高纯度的氢气。
26.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述外套管35和所述内管36的截面形状均为圆形，所述外套管35与所述内管36同心设置。将外套管35和内管36的截
面设置为圆形，并使外套管35和内管36同心设置，使外套管35的内壁于内管36的外壁形成的连通空间的截面为两个同心圆组成的圆环，当换热管34内通入低温/高温液体时，液体均匀分布在外套管35的内壁附近，使得液体与外套管35的换热更加均匀并与翅片板37进行换热，从而使活性炭与换热管34的换热更加均匀，换热效果更好。
27.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述筒体31的外壁上设置有夹套38，所述夹套38螺旋缠绕装配在所述筒体31上，所述夹套38的两端均设置有接管39。活性炭与换热管34均设置在筒体31内，换热管34与筒体31间的空间内填充的活性炭的一部分与换热管34及翅片板37接触，另一部分与筒体31接触，使得靠近筒体31的活性炭的换热效果相对较差，进一步的在筒体31的外壁上设置夹套38，将夹套38螺旋缠绕装配在筒体31上，并在夹套38的两端设置接管39，接管39的设置，使得夹套38与外部冷却/加热装置连通，通过向夹套38中通入低温/高温的液体或气体，使得与夹套38接触的筒体31的温度发生变化，提高了筒体31内活性炭的换热效果，并且螺旋缠绕的夹套38，使夹套38与筒体31外壁的接触面积较大，进一步的提高了筒体31对活性炭的换热作用。
28.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述通气组件32包括氢气总管入口310；所述氢气总管入口310包括氢气入口管311和与所述氢气入口管311相连的氢气环管a312，所述氢气环管a312上设置有若干个氢气入口支管313，所述氢气总管入口310设置在所述活性炭的下方。将通气组件32中的氢气总管入口310设置在活性炭的下方，氢气的密度降低的性质更易使氢气从活性炭的下方穿过活性炭，氢气总管入口310包括氢气入口管311和与氢气入口管311相连的氢气环管a312，并在氢气环管a312上设置若干个氢气入口支管313，使得从氢气入口管311通入的氢气分布在氢气环管a312内，使氢气经过氢气入口管311再通过氢气环管a312和氢气入口支管313进入到筒体31内，使氢气在筒体31内的分布更加均匀，提高了活性炭与氢气作用时的活性炭的利用率，从而提升了活性炭节能吸附装置的氢气的提纯效果。
29.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述通气组件32还包括氢气总管出口314；所述氢气总管出口314包括氢气出口管315和与所述氢气出口管315相连的氢气环管b316，所述氢气环管b316上设置有若干个氢气出口支管317，所述氢气总管出口314设置在所述活性炭的上方。将通气组件32中的氢气总管出口314设置在活性炭的上方，氢气总管出口314用于将筒体31内的氢气排出，氢气总管出口314包括氢气出口管315和与氢气出口管315相连的氢气环管b316，氢气环管b316上设置有若干个氢气出口支管317，氢气经过活性炭后得到纯度高的氢气，氢气出口支管317的设置，使活性炭上方的氢气能较快地进入到氢气总管出口314内，增大了已被活性炭吸附的氢气收集面积，提高了收集高纯度氢气的效率。
30.实施例二：参见图1
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8所示，本实施例与实施例一的区别在于：所述换热组件33包括进水装置318；所述进水装置318包括进水管319和若干进水环管320，所述进水管319连接所述进水环管320，所述进水环管320上设置有若干进水支管321，所述进水支管321与所述外套管35的开口密封连接。进水管319连接若干进水环管320，进水环管320上设置的若干进水支管321与外套管35的开口密封连接，通过进水管319注入高温/低温液体，使液体进入到进水环管320中，并随着进水支管321从外套管35的开口进入到换热管34内，进水管319、进水环管320和进水支管321的
设置，将液体进行分流传递到若干换热管34内，使每个换热管34内流动的液体的温度变化范围相近，进一步使换热管34的换热效果更加均匀。
31.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述换热组件33还包括出水装置322，所述出水装置322包括出水管323和若干出水环管324，所述出水管323连接所述出水环管324，所述出水环管324上设置有若干出水支管325，所述出水支管325与所述内管36的开口处密封连接。出水管323与若干出水环管324连接，并在出水环管324上设置若干出水支管325，出水支管325与内管36的开口处密封连接，当液体通过换热管34后从内管36流出并经过出水支管325，出水环管324的设置将若干换热管34上的出水口相连通，并通过出水管323将流出的液体排出，便于液体流出换热管34组件，同时也方便与出水管323相配合的出水装置322的连接以及排出液体的收集。
32.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，所述进水环管320上设置有排气管326，所述排气管326有开启和关闭两种状态，所述排气管326的开口处的水平高度高于所述进水环管320的水平高度。在进水环管320上设置排气管326，并使排气管326的开口处的水平高度高于进水环管320的水平高度，当从进水管319中注入液体时，将排气管326开启，使进水环管320和排气管326与外界环境连通，并通过排气管326将进水环管320内的空气排尽，确保进水环管320内充满液体，当进水环管320中的气体排出后关闭排气管326，使进水环管320内的液体顺着进水支管321进入到换热管34中。
33.实施例三：参见图9所示，本实施例提供的一种多晶硅生产尾气回收方法，包括如下步骤：冷却步骤：向换热管34中通入低温液体,向夹套38中通入低温液体/气体，筒体31内的活性炭处于低温状态；提纯步骤：向氢气入口管311中通入氢气尾气，氢气尾气通过所述活性炭，所述活性炭除去氢气尾气中的杂质组分，提纯后的氢气从所述氢气出口管315排出；加热步骤：向所述换热管34中通入高温液体,向所述夹套38中通入高温液体/气体，所述活性炭处于高温状态；活性炭再生步骤：向所述氢气入口管311中通入氢气尾气，氢气尾气通过所述活性炭，所述活性炭脱出杂质组分，氢气携带着杂质组分从所述氢气出口管315排出。首先对活性炭进行冷却，向换热管34中通入低温液体，换热管34与筒体31内的活性炭进行换热，使活性炭处于低温状态，并向夹套38中通入低温液体/气体，夹套38与筒体31相接触，使得筒体31附近的活性炭的换热效果更好，从而使筒体31内各部位的活性炭的冷却效果更好；然后对氢气进行提纯，向氢气入口管311中通入氢气尾气，使得氢气尾气通过冷却的活性炭，同时也是氢气本身的温度降低，活性炭在低温状态时通过吸附除去氢气尾气中的杂质组分，使得经过活性炭的氢气的纯度变高，并且提纯后的氢气从氢气出口管315排出，实现氢气的提纯作用；接着对活性炭进行加热，向换热管34中通入高温液体，并向夹套38中通入高温液体/气体，使筒体31内的活性炭进行换热，活性炭处于高温状态；向氢气入口管311中通入氢气尾气，使氢气尾气通过高温状态下的活性炭，在高温状态下活性炭中的杂质组分随着氢气尾气一起从氢气出口管315排出，从而实现活性炭的吸附能力的再生；通过上述步骤，使活性炭在低温环境下吸附氢气尾气中的杂质组分，并得到高纯度的氢气，活性炭在高温环境下脱除活性炭上的杂质组分，使活性炭的吸附能力再生，从而使活性炭能重复利用，不仅
降低了运行成本，同时使得采用该多晶硅生产尾气回收方法的装置的换热效果好，活性炭的再生过程用时短，氢气的提纯效果好。
34.作为优选的实施方式，在上述方式的基础上，进一步的，还包括启动步骤，所述启动步骤位于所述冷却步骤之前，所述启动步骤：打开所述进水装置318上的排气管326，向所述进气装置中通入液体，所述排气管326排出初始阶段的空气，再将所述排气管326关闭。在多晶硅生产尾气回收方法中，还包括启动步骤，启动步骤位于冷却步骤之前，在初始阶段，打开进水装置318上的排气管326，并将进水装置318中通入液体，排出进水装置318内的空气，再将排气管326关闭，通过启动步骤避免了管道内的空气对换热作用的影响，从而进一步提高了换热效果。
35.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。