本发明涉及一种回收气体的方法，尤其涉及一种回收粗氩气再提纯方法。
背景技术：
直拉法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即像真空工艺又像流动气氛工艺的减压拉晶工艺；减压工艺是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，保持炉膛内真空度稳定在20托左右，这种工艺既有真空工艺的特点，又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，并通过真空泵的抽送排放到大气。
通过对排放氩气的分析，主要杂质成分为，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等烷烃；回收利用这部分氩气有很大现实意义。氩气回收纯化的公知技术：对来自单晶炉回收的氩气进行粗除油，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轻微过量(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。氩气常温吸附单元及变压吸附单元通过时间程序控制器自动控制运行切换。
如专利201210078306x单晶硅生产中氩气回收纯化的方法与装置中，低温精馏部分使用空气循环制冷，能耗高，流程复杂，加入的过量氢气放空，利用率低。又如专利《一种双塔耦合的氩气回收纯化设备及氩气回收纯化方法》(申请号：201410618341.5)中，用空气压缩，双塔流程，能耗无优势，结构复杂，增加设备投资。因此，本领域的技术人员致力于开发流程更简洁，操作更方便，能耗更低氩气回收方法。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有氩气回收中运动部件多、能耗高、投资大等特点，以及针对深冷法除氮单元制造工期长、投资大、工艺较为复杂的问题，提供一种回收粗氩气再提纯方法，通过改变除氮方法，使氩气回收装置更加简便，更具备经济性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种回收粗氩气再提纯方法，回收氩气经加压、一次预冷后与氢气混合反应除去氧气，反应后的高温氩气依次经降温、二次预冷后，再经纯化处理得干燥的粗氩气，干燥的粗氩气送入含有第一吸附容器和第二吸附容器的变压吸附单元，装填有吸附剂的所述第一吸附容器在工作压力下选择性地吸附掉氧气、二氧化碳、氮气气体组分，吸附后的纯氩气由所述第一吸附容器顶排出；所述第二吸附容器将吸附剂中吸附的杂质气体解吸出来，并通过第二吸附容器底部逆放排出。
进一步地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，所述加压后的回收氩气先经粗氩气缓冲罐缓冲后进入第一预冷器进行一次预冷，所述一次预冷处理后的粗氩气温度为5-8℃。
进一步地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，所述一次预冷处理后的粗氩气，先依次经油过滤器和活性炭吸附器除油后，再送入除氧器与氢气混合反应除去氧气。
进一步优选地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，经所述油过滤器和活性炭吸附器除油后的粗氩气含油量小于1ppm。
进一步地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，所述高温氩气的温度为200-300℃。
进一步地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，所述高温氩气经过冷却器降温至40℃，再经第二氩气预冷机冷却到5-8℃。
进一步地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，所述纯化处理方法为采用纯化器脱除氩气中的水和二氧化碳，纯化处理后的氩气主要成分为ar、n2和o2。
进一步地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，从所述第一吸附容器顶排出的纯氩气纯度为99％-99.99％。
进一步地，在所述的回收粗氩气再提纯方法中，所述第二吸附容器采用减压或常压解吸或加温解析的方式将吸附剂中吸附的杂质气体解吸出来。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的回收粗氩气再提纯方法，通过将干燥的粗氩气送入变压吸附单元，第一吸附容器在工作压力下选择性地吸附掉氧气、二氧化碳、氮气气体组分，吸附后的纯氩气由第一吸附容器顶排出；第二吸附容器将吸附剂中吸附的杂质气体解吸出来，并通过第二吸附容器底部逆放排出；该回收粗氩气再提纯方法简化了工艺及现场安装施工，取消了深冷法除氮单元，大大降低的成套设备的成本及制造工期。
附图说明
图1为本发明一种回收粗氩气再提纯方法的流程示意图；
其中，各附图标记为：
1-氩气压缩机、2-粗氩气缓冲罐、3-第一氩气预冷机、4-除氧器、5-冷却器、6-第二氩气预冷机、7-纯化器、8-变压吸附单元，9-氢气管道，10-第一吸附容器，11-第二吸附容器。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
本实施例提供了一种回收粗氩气再提纯方法，回收氩气经加压、一次预冷后与氢气混合反应除去氧气，反应后的高温氩气依次经降温、二次预冷后，再经纯化处理得干燥的粗氩气，干燥的粗氩气送入含有第一吸附容器和第二吸附容器的变压吸附单元，装填有吸附剂的所述第一吸附容器在工作压力下选择性地吸附掉氧气、二氧化碳、氮气气体组分，吸附后的纯氩气由所述第一吸附容器顶排出；所述第二吸附容器将吸附剂中吸附的杂质气体解吸出来，并通过第二吸附容器底部逆放排出。
在本实施例中，所述加压后的回收氩气先经粗氩气缓冲罐缓冲后进入第一预冷器进行一次预冷，所述一次预冷处理后的粗氩气温度为5-8℃。
在本实施例中，所述一次预冷处理后的粗氩气，先依次经油过滤器和活性炭吸附器除油后，再送入除氧器与氢气混合反应除去氧气。(图中未示出)，所采用的油过滤器和活性炭吸附器为本领域常规设备，在此不再赘述，经所述油过滤器和活性炭吸附器除油后的粗氩气含油量小于1ppm。
在本实施例中，所述高温氩气的温度为200-300℃。所述高温氩气经过冷却器降温至40℃，再经第二氩气预冷机冷却到5-8℃。
在本实施例中，所述纯化处理方法为采用纯化器脱除氩气中的水和二氧化碳，纯化处理后的氩气主要成分为ar、n2和o2。
在本实施例中，从所述第一吸附容器顶排出的纯氩气纯度为99％-99.99％。
在本实施例中，所述第二吸附容器采用减压或常压解吸或加温解析的方式将吸附剂中吸附的杂质气体解吸出来。
实施例2
如图1所示，本实施例提供了一种回收粗氩气再提纯系统，包括依次通过管道连接的氩气压缩机1、第一氩气预冷机3、除氧器4、第二氩预冷机6、纯化器7以及变压吸附单元8；其中，第一氩气预冷机3与除氧器4之间的管道上连接有氢气管道9，通过氢气管道9为除氧器4提供反应所需的氢气；纯化器7的底部出口通过管道连接变压吸附单元8的底部入口，变压吸附单元8由并联布置的第一吸附容器10和第二吸附容器11组成，由第一吸附容器10选择性地吸附掉氧气、二氧化碳、氮气气体组分，并将吸附后的纯氩气由第一吸附容器10顶部排出，纯氩气纯度为99％-99.99％，连通至纯氩气用户；由第二吸附容器11将第一吸附容器10内吸附剂吸附的杂质气体解吸出，杂质气体通过第二吸附容器11的底部逆放排出。
在本实施例中，该回收粗氩气再提纯系统包括设置于氩气压缩机1与第一氩气预冷机3之间的粗氩气缓冲罐2，氩气压缩机1通过管道连接粗氩气缓冲罐2的下部，第一氩气预冷机3通过管道连接粗氩气缓冲罐2的上部。加压后的回收氩气先经粗氩气缓冲罐缓冲后进入第一预冷器进行第一次预冷，第一次预冷处理后的粗氩气温度为5-8℃。
在本实施例中，该回收粗氩气再提纯系统还包括设置于除氧器4与第二氩预冷机6之间的冷却器5。用于将除氧器4反应后的温度为200-300℃高温氩气经过该冷却器降温至40℃，再经第二氩气预冷机冷却到5-8℃。
在本实施例中，该回收粗氩气再提纯系统还包括依次设置于第一氩气预冷机3与除氧器4之间的油过滤器和活性炭吸附器(图中未示出)，所采用的油过滤器和活性炭吸附器为本领域常规设备，在此不再赘述，经第一氩气预冷机3降温后的粗氩气先依次经油过滤器和活性炭吸附器除油后，再送入除氧器与氢气混合反应除去氧气，且经油过滤器和活性炭吸附器除油后的粗氩气含油量小于1ppm。
在本实施例中，所述第二吸附容器采用减压或常压解吸或加温解析的方式将吸附剂中吸附的杂质气体解吸出来，并将杂质气体从第二吸附容器的底部逆放排出。
实施例3
本实施例提供一种本发明方法及系统对回收粗氩气进行再提纯的应用实施例，其工艺流程如图1所示，具体包括：
回收时粗氩气压力很低，且混入空气约5％，首先经过氩气压缩机1加压到0.7mpa(a)，为了稳定出口压力，配置粗氩气缓冲罐2，从粗氩气缓冲罐2出来的粗氩气在第一氩气预冷机3中降温到5-8℃进入除氧器4与加入的氢气混合后，在除氧器4中，氧气与氢气发生反应，生成水并释放热量，温度上升至约200～300℃。高温氩气经过冷却器5降温至40℃，再用第二氩气预冷机6冷却到5-8℃，进入纯化器7脱除水至露点<-70℃和二氧化碳<1ppm；剩下的氩气主要成为为：ar、n2、h2等。干燥的粗氩气进入变压吸附单元8(含两个吸附容器)，在工作压力下第一吸附容器10吸附，第一吸附容器10中装填的专用吸附剂选择性地吸附掉氧气、二氧化碳、氮气气体组分，而作为产品气纯氩气将以99％-99.99％的纯度由吸附容器顶排出；第二吸附容器11用减压(抽真空)或常压解吸或加温解析，吸附剂吸附的杂质气体解吸出来，通过第二吸附容器11底逆放排出，经吹洗后，吸附剂得以再生。完成再生后的吸附容器经均压升压后又可转入吸附。两吸附容器交替使用，达到连续纯化氩气的目的。
本发明回收粗氩气再提纯系统的优势是利用回收现场会有液氩提供的便利，用液氩提供冷量，不必单独设置膨胀机，利用公知技术净化粗氩气，再利用低温精馏法脱除氮气、氢气，回收加入的过量氢气，提高了氩气的回收率和氢气的利用率，简化了低温精馏的流程和操作，降低了运行能耗。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。