一种硅烷分解尾气中氢气回收系统的制作方法

本实用新型涉及对多晶硅生产过程中所产生尾气的处理系统技术领域，特别涉及一种硅烷分解尾气中氢气回收系统。

背景技术：
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目前国内生产多晶硅的多数企业均利用一定比例的硅烷气体与氢气在流化床中热分解，生成的硅沉积在籽晶颗粒表面上，进而生成颗粒多晶硅，或利用一定比例的硅烷气体与氢气通入装有加热硅芯的分解炉中进行化学气相沉积，生成高纯度的多晶硅棒；而生产多晶硅的过程中，会产生大量的分解尾气，还包括氢气和少量未分解的硅烷气体；为了回收利用尾气中的氢气，及避免尾气对大气造成污染，通常需要对尾气进行处理。

目前回收尾气中氢气的主要方法是利用火炬直接将尾气燃烧，但是如此造成资源浪费；或者在生产系统的尾气排出口增设布袋除尘器或旋风除尘器，经除尘后的尾气进入冷氢化工序进行处理，但冷氢化工序所涉及的设备包括冷氢化反应器、粗馏塔、急冷塔、冷氢化精馏再沸器和冷凝器和配套的中间罐区等，由此，该处理方法所使用的设备复杂，对硬件设备要求高，系统能耗大。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于提供一种设备简单，能耗低且可有效回收高纯度氢气进行循环利用的硅烷分解尾气中氢气回收系统。

本实用新型由如下技术方案实施：一种硅烷分解尾气中氢气回收系统，其包括氢气压缩机、氢气储罐和至少两个吸附柱；尾气进气管通过尾气进气阀分别与各个所述吸附柱的进口三通阀的一个端口连通，各个所述吸附柱的所述进口三通阀的另一个端口均通过脱附管线与混合切断阀的进口连通；所述吸附柱的出口三通阀的一个端口通过吸附切断阀与所述氢气压缩机的进气口连通，所述氢气压缩机的出气口与所述氢气储罐的进气口连通，所述氢气储罐通过脱附切断阀分别与各所述出口三通阀的的另一个端口连通。

进一步地，在所述吸附切断阀的出口与所述脱附管线之间连通有检测管路，所述检测管路上装设有检测三通阀，所述检测三通阀的第三端口与在线检测仪连通，在所述检测三通阀两侧的所述检测管路上分别装设有一个减压阀。

进一步地，所述在线检测仪与DCS控制系统的输入端电连接，所述DCS控制系统的输出端分别与所述尾气进气阀、所述进口三通阀、所述出口三通阀、所述吸附切断阀、所述脱附切断阀、所述减压阀、所述检测三通阀和所述混合切断阀电连接。

进一步地，所述吸附柱的外部设有压力变送器，所述压力变送器的探头设置在所述吸附柱的内部；所述压力变送器与所述DCS控制系统的输入端电连接。

进一步地，所述吸附柱包括吸附柱主体，填充在所述吸附柱主体内部的吸附填料，和套设在所述吸附柱主体外部的水套；在所述吸附柱主体的进气管上连接有所述进口三通阀，在所述吸附柱主体的出气管上连接有所述出口三通阀，在所述水套上连通有循环水进口和循环水出口。

本实用新型的优点：通过每个吸附柱之间进行吸附和脱附两种模式交替切换，利用氢气压缩机提供的压差动力，实现对硅烷分解尾气中氢气的连续回收，同时，对尾气中少量的硅烷气体排出到该系统的外部进一步处理；另外，通过在线检测仪实时检测氢气中硅烷气体的含量，从而实时反馈于DCS控制系统，实现两种模式之间的自动切换控制，由此，对硅烷分解尾气中的氢气可以进行有效分离，同时实现对硅烷分解尾气吸附和脱附的自控操作，并有效保证所回收氢气的纯度。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型结构控制示意图。

附图中各部件的标记如下：尾气进气管1、尾气进气阀2、吸附柱3、进口三通阀4、脱附管线5、混合切断阀6、出口三通阀7、吸附切断阀8、氢气压缩机9、氢气储罐10、脱附切断阀11、检测管路12、检测三通阀13、在线检测仪14、减压阀15、DCS控制系统16、压力变送器17、吸附柱主体18、水套19、循环水进口20、循环水出口21、安全阀22、温度变送器23、氢气外供管线24、吸附进气阀25、吸附出气阀26。

具体实施方式：

如图1和图2所示，一种硅烷分解尾气中氢气回收系统，其包括氢气压缩机9、氢气储罐10和两个吸附柱3；尾气进气管1通过尾气进气阀2分别与各个吸附柱3的进口三通阀4的一个端口连通，各个吸附柱3的进口三通阀4的另一个端口均通过脱附管线5与混合切断阀6的进口连通；吸附柱3的出口三通阀7的一个端口通过吸附切断阀8与氢气压缩机9的进气口连通，氢气压缩机9的出气口与氢气储罐10的进气口连通，氢气储罐10通过脱附切断阀11分别与各出口三通阀7的的另一个端口连通；进口三通阀4与吸附柱3的进口之间的管路上设有吸附进气阀25，吸附柱3的出口与出口三通阀7之间的管路上设有吸附出气阀26；通过两个吸附柱3对硅烷分解尾气交替循环进行吸附和脱附处理，吸附时，尾气通入吸附柱3分离出的氢气，经氢气压缩机9加压后，进入氢气储罐10内，通过氢气外供管线24向外供气，用于供向后续回收系统进行利用；脱附时，氢气从氢气储罐10的经脱附切断阀11通入吸附柱3进行脱附，将吸附于活性炭上的硅烷分解尾气经脱附管线5排出到后续分离系统以进一步分离处理。

在吸附切断阀8的出口与脱附管线5之间连通有检测管路12，检测管路12上装设有检测三通阀13，检测三通阀13的第三端口与在线检测仪14连通，在检测三通阀13两侧的检测管路12上分别装设有一个减压阀15；通过切换检测三通阀13，利用在线检测仪14检测氢气中的硅烷含量，便于判断吸附柱3吸附是否饱和及脱附是否达到要求；减压阀15可有效降低通入在线检测仪14的气压，避免因气压过大而损坏在线检测仪14。

在线检测仪14与DCS控制系统16的输入端电连接，DCS控制系统16的输出端分别与尾气进气阀2、进口三通阀4、出口三通阀7、吸附切断阀8、脱附切断阀11、减压阀15、检测三通阀13、混合切断阀6、吸附进气阀25和吸附出气阀26电连接；由在线检测仪14检测的信号实时反馈于DCS控制系统16，再通过DCS控制系统16控制相关阀门的启闭，进而实现两个吸附柱3之间的吸附与脱附过程的切换。

吸附柱3的外部设有压力变送器17，压力变送器17的探头设置在吸附柱3的内部；压力变送器17与DCS控制系统16的输入端电连接；通过压力变送器17可实时检测吸附柱3内的压力，吸附柱3吸附结束后，导通吸附柱3与脱附管线5，进行卸压，当压力变送器17检测到压力值降低到设定值0.5MPa时，说明卸压完成，再开启脱附切断阀11，开始脱附，以此避免因吸附柱3内压力高而影响反吹效果。

吸附柱3包括吸附柱主体18，填充在吸附柱主体18内部的吸附填料，和套设在吸附柱主体18外部的水套19，吸附填料为活性炭；在吸附柱主体18的进气管上连接有进口三通阀4，在吸附柱主体18的出气管上连接有出口三通阀7，在水套19上连通有循环水进口20和循环水出口21；吸附柱3的外部设有温度变送器23；温度变送器23的探头设置在吸附柱3的内部；通过向水套19内分别通入冷水和热水的切换，有利于吸附和脱附两种工作模式的进行；吸附和脱附通过温度变送器23实时监测吸附柱3内的温度，吸附时，使吸附柱3通过循环水进口20和循环水出口21与外部冷水循环系统连通，控制温度在工艺要求的设定值范围-7℃～15℃；脱附时，使吸附柱3与外部热水循环系统连通，控制温度在工艺要求的设定值范围80℃～150℃。

氢气储罐10的外部设有进气口与其连通设置的安全阀22；当氢气储罐10内的气压超过设计值时，为了保证安全运行，通过安全阀22进行排空泄压。

使用说明：该系统运行时，关闭混合切断阀6和脱附切断阀11，开启尾气进气阀2、吸附切断阀8、吸附进气阀25和吸附出气阀26；先启动其中一个吸附柱3进行吸附，切换进口三通阀4和出口三通阀7，使吸附柱3与氢气储罐10导通，从尾气进气管1通入吸附柱3内进行吸附，并将吸附后的氢气由氢气压缩机9压入氢气储罐10内；当在线检测仪14检测到氢气中硅烷含量超过0.01％时，说明吸附柱3吸附接近饱和状态，关闭吸附出气阀26，开启混合切断阀6，并切换进口三通阀4，使吸附柱3与脱附管线5导通，吸附柱3开始卸压，当压力变送器17检测到吸附柱3内压力值低于设定值0.5MPa时，实时反馈于DCS控制系统16，开启吸附出气阀26和脱附切断阀11，切换出口三通阀7，使氢气储罐10内的氢气经过脱附切断阀11通入吸附柱3，开始脱附；当通过在线检测仪14检测脱附吹扫气体中硅烷含量低于0.05％时，则说明脱附完成；再切换进口三通阀4和出口三通阀7，使该吸附柱3通过吸附切断阀8与氢气储罐10导通，进行下一个吸附过程。

上述吸附柱3在吸附结束的同时，通过切换与另一个吸附柱3对应的进口三通阀4和出口三通阀7，启动另一个吸附柱3开始吸附；当吸附结束后，按上述过程进行卸压和脱附，脱附结束后再循环进行吸附过程；由此实现两个吸附柱3交替进行吸附和脱附的过程。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。