检测氢气中的氮气的工艺的制作方法

本发明属于多晶硅生产技术领域，具体涉及一种检测氢气中的氮气的工艺。

背景技术：

氢气是多晶硅生产过程中重要的原料之一，在现有改良西门子法中，冷氢化工艺系统生产三氯氢硅中所使用的原料氢气主要来自cdi工序中电解制氢气以及系统自身循环的氢气。随着冷氢化工艺系统运行周期的延长，系统循环氢气中，富集了大量的氮气、氯化氢气体以及少量的氯硅烷气体。在现有工艺中通过乙二醇或氟利昂等冷媒对循环氢气进行冷却，将循环氢气中的氯硅烷除去，通过变压吸附装置除去混合气体中的氮气及少量的氯化氢气体。通过变压吸附装置将氢气中部分氮气进行吸附，吸附后的氢气中仍然含有大量的氯化氢气体，利用色谱检测仪对氢气中氮气进行检测时，氯化氢气体对色谱柱腐蚀较大，且氯化氢浓度高于2000ppm，色谱检测仪将无法对氢气中氮气含量进行检测，使得氢中氮含量无法进行准确检测，无法准确判断即将用于冷氢化合成用的原料氢气中氮气含量的富集量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种检测氢气中的氮气的工艺，避免了除去的酸性物质对于氮气检测的干扰，提高了气相色谱分析氮气的准确性，另一方面还避免了除去的酸性物质对于气相色谱分析所用的气相色谱柱的腐蚀。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种检测氢气中的氮气的工艺，包括以下步骤：

1)将氢气通入预设浓度的碱溶液中除酸性物质，得到第一混合气，若测定第一混合气的酸碱性为中性，则执行下述步骤2)；

2)将第一混合气进行气相色谱分析，检测其中的氮气。

优选的是，所述步骤1)中，若测定第一混合气的酸碱性为酸性，则将第一混合气返回执行步骤1)中通入预设浓度的碱溶液中的操作。

优选的是，经过1～4次返回执行步骤1)中通入预设浓度的碱溶液中的操作后，若测定第一混合气的酸碱性仍然为酸性，则执行下述步骤3)将第一混合气作为废气处理。

优选的是，所述步骤1)中测定第一混合气的酸碱性的方法为：步骤1)中的预设浓度的碱溶液中含有酸碱指示剂，通过酸碱指示剂的颜色的变化判断第一混合气的酸碱性。

优选的是，酸碱指示剂为酚酞试液或石蕊试液。

优选的是，所述步骤1)中的氢气为冷氢化合成用的循环氢气或多晶硅还原尾气回收(cdi)工序再生氢气。。

优选的是，所述冷氢化合成用的循环氢气包括：氯化氢≤5000ppm，甲烷、一氧化碳、二氧化碳总和≤500ppm，氯硅烷的质量百分比2～5％，氮气，其余为氢气，其中氯硅烷为四氯化硅和三氯氢硅；

多晶硅还原尾气回收工序再生氢气包括：氯化氢≤5000ppm，二氯二氢硅和三氯氢硅总和的质量百分比5～10％，氮气，其余为氢气。

优选的是，所述冷氢化合成用的循环氢气包括：0<氯化氢≤5000ppm，0<甲烷、一氧化碳、二氧化碳总和≤500ppm，氯硅烷的质量百分比2～5％，氮气，其余为氢气，其中氯硅烷为四氯化硅和三氯氢硅；

多晶硅还原尾气回收工序再生氢气包括：0<氯化氢≤5000ppm，0<二氯二氢硅和三氯氢硅总和的质量百分比5～10％，氮气，其余为氢气。

优选的是，所述碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液。

优选的是，所述步骤1)之前还包括收集作为冷氢化合成用的循环氢气的步骤:

m)将冷氢化合成过程中的循环氢气通过冷却，除其中的氯硅烷，得到第二混合气；

n)将第二混合气通过变压吸附装置进行吸附氮气和氯化氢，得到作为冷氢化合成用的循环氢气。变压吸附装置通过吸附剂将冷氢化合成过程中的循环氢气中的氮气、甲烷、氯化氢等气体进行吸收，达到对含有氯硅烷、氮气、甲烷、氯化氢等气体的氢气进行净化。经变压吸附装置净化后，其中氮气质量百分比含量0≤氮气含量≤6％，随着变压吸附装置运行周期的延长，吸附剂逐渐饱和，失去吸附作用，作为冷氢化合成用的循环氢气中含有一定量的氮气。

优选的是，所述步骤1)中碱溶液的预设浓度为0.5～1.5m。

优选的是，所述步骤1)中将作为冷氢化合成用的循环氢气通入预设浓度的碱溶液中的条件为：在-45℃～-20℃，0.2mpa～2.5mpa压力的条件下。

优选的是，所述步骤1)与步骤2)之间还包括步骤i)将第一混合气进行干燥除水。

本发明中的检测氢气中的氮气的工艺，通过除去氢气中含有的酸性物质，对中性的第一混合气体进行气相色谱分析检测氮气，避免了除去的酸性物质对于氮气检测的干扰，提高了气相色谱分析氮气的准确性，另一方面还避免了除去的酸性物质对于气相色谱分析所用的气相色谱柱的腐蚀，不仅避免了腐蚀气相色谱柱，而且还避免了气相色谱柱内部的吸附剂失活，延长了气相色谱柱的使用寿命。经过本发明中的检测氢气中的氮气的工艺，对氯化氢、氯硅烷等酸性气体除去后，可检测到氮气含量为50ppm～5mas％。

附图说明

图1是本发明实施例3中的检测氢气中的氮气的装置的结构示意图。

图中：1-氢气储存容器；2-第一反应容器；3-气相色谱仪；4-第一阀门；5-第二反应容器；6-第二阀门；7-第三阀门；8-尾气处理器；9-第四阀门。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例提供一种检测氢气中的氮气的工艺，包括以下步骤：

1)将氢气通入预设浓度的碱溶液中除酸性物质，得到第一混合气，若测定第一混合气的酸碱性为中性，则执行下述步骤2)；

2)将第一混合气进行气相色谱分析，检测其中的氮气。

本实施例中的检测氢气中的氮气的工艺，通过除去氢气中含有的酸性物质，对中性的第一混合气体进行气相色谱分析检测氮气，避免了除去的酸性物质对于氮气检测的干扰，提高了气相色谱分析氮气的准确性，另一方面还避免了除去的酸性物质对于气相色谱分析所用的气相色谱柱的腐蚀，不仅避免了腐蚀气相色谱柱，而且还避免了气相色谱柱内部的吸附剂失活，延长了气相色谱柱的使用寿命。

实施例2

本实施例提供一种检测氢气中的氮气的工艺，包括以下步骤：

1)在-45℃，压力为0.2mpa的条件下，每次氢气取样量不少于200ml，将氢气通入预设浓度1m的氢氧化钠溶液中，预设浓度的碱溶液中含有酸碱指示剂，得到第一混合气；具体的，本实施例中的酸碱指示剂为酚酞试液。

具体的，本实施例中的氢气为冷氢化合成用的循环氢气。所述冷氢化合成用的循环氢气中氯化氢≤5000ppm，甲烷、一氧化碳、二氧化碳总和≤500ppm，氯硅烷的质量百分比2～5％，氮气，其余为氢气，其中氯硅烷为四氯化硅和三氯氢硅。

若测定第一混合气的酸碱性为中性，则执行下述步骤2)；

若测定第一混合气的酸碱性为酸性，则将第一混合气返回执行步骤1)中通入预设浓度的碱溶液中的操作，直到测定第一混合气的酸碱性为中性，则执行下述步骤2)；

2)将第一混合气通过氯化钙干燥剂干燥，除水。

3)将干燥过的第一混合气通过气相色谱仪进行气相色谱分析，检测其中的氮气，气相色谱分析对氮气进行定性、定量分析。

本实施例中的检测氢气中的氮气的工艺，通过除去氢气中含有的酸性物质，对中性的第一混合气体进行气相色谱分析检测氮气，避免了除去的酸性物质对于氮气检测的干扰，提高了气相色谱分析氮气的准确性，另一方面还避免了除去的酸性物质对于气相色谱分析所用的气相色谱柱的腐蚀，不仅避免了腐蚀气相色谱柱，而且还避免了气相色谱柱内部的吸附剂失活，延长了气相色谱柱的使用寿命。

经过本实施例中的检测氢气中的氮气的工艺，对氯化氢、氯硅烷等酸性气体除去后，可检测到氮气含量为3mas％。

实施例3

本实施例提供一种检测氢气中的氮气的工艺，包括以下步骤：

1)将冷氢化合成过程中的循环氢气通过冷却，除其中的氯硅烷，得到第二混合气；

2)将第二混合气通过变压吸附装置进行吸附氮气和氯化氢，得到作为冷氢化合成用的循环氢气。变压吸附装置通过吸附剂将冷氢化合成过程中的循环氢气中的氮气、甲烷、氯化氢等气体进行吸收，达到对含有氯硅烷、氮气、甲烷、氯化氢等气体的氢气进行净化。经变压吸附装置净化后，其中氮气质量百分比含量0≤氮气含量≤6％，随着变压吸附装置运行周期的延长，吸附剂逐渐饱和，失去吸附作用，作为冷氢化合成用的循环氢气中含有一定量的氮气。

3)冷氢化合成过程中的循环每次氢气取样量不少于200ml，将酸碱指示剂加入到预设浓度0.5m的氢氧化钠溶液中，在-30℃，压力为2.5mpa的条件下，将冷氢化合成过程中的循环通入预设浓度的碱溶液中，得到第一混合气；具体的，本实施例中的酸碱指示剂为酚酞试液。

具体的，本实施例中的氢气为冷氢化合成用的循环氢气。冷氢化合成用的循环氢气包括：0<氯化氢≤5000ppm，0<甲烷、一氧化碳、二氧化碳总和≤500ppm，氯硅烷的质量百分比2～5％，氮气，其余为氢气，其中氯硅烷为四氯化硅和三氯氢硅。

若测定第一混合气的酸碱性为中性，则执行下述步骤4)；

若测定第一混合气的酸碱性为酸性，则将第一混合气返回执行步骤3)中通入预设浓度的碱溶液中的操作，经过1次返回执行步骤3)中通入预设浓度的碱溶液中的操作后，若测定第一混合气的酸碱性仍然为酸性，则执行下述步骤6)。

4)将第一混合气通过氯化钙干燥剂干燥，除水。

5)将干燥过的将第一混合气通过气相色谱仪进行气相色谱分析，检测其中的氮气，气相色谱分析对氮气进行定性、定量分析。

6)将第一混合气作为废气处理。

如图1所示，本实施例提供一种检测氢气中的氮气的装置，包括：

氢气储存容器1，用于储存氢气。

第一反应容器2，与氢气储存容器1连接，第一反应容器2内盛放有预设浓度的碱溶液，氢气通入到第一反应容器2内的预设浓度的碱溶液中除去酸性物质，第一反应容器2出口得到第一混合气。

气相色谱仪3，与第一反应容器2连接，若测定第一混合气的酸碱性为中性，则打开气相色谱仪3与第一反应容器2之间的连通管线上的第一阀门4，通过气相色谱仪3对第一混合气进行气相色谱分析，检测其中的氮气。

第二反应容器5，与第一反应容器2连接，第二反应容器5内盛放有预设浓度的碱溶液，若测定第一混合气的酸碱性为酸性，则打开第二反应容器5与第一反应容器2之间的连通管线上的第二阀门6，使得第一混合气通入到第二反应容器5中的预设浓度的碱溶液中除去酸性物质，第二反应容器5出口得到第一混合气。若测定第一混合气的酸碱性为中性，则打开气相色谱仪3与第二反应容器5之间的连通管线上的第三阀门7，通过气相色谱仪3对第一混合气进行气相色谱分析，检测其中的氮气。

尾气处理器8，与第二反应容器5连接，尾气处理器8用于处理尾气，若测定第一混合气的酸碱性为酸性，打开尾气处理器8与第二反应容器5之间的连通管线上的第四阀门9，将第一混合气作为废气处理。

本实施例中的检测氢气中的氮气的工艺，通过除去氢气中含有的酸性物质，对中性的第一混合气体进行气相色谱分析检测氮气，避免了除去的酸性物质对于氮气检测的干扰，提高了气相色谱分析氮气的准确性，另一方面还避免了除去的酸性物质对于气相色谱分析所用的气相色谱仪的腐蚀，不仅避免了腐蚀气相色谱仪，而且还避免了气相色谱仪内部的吸附剂失活，延长了气相色谱仪的使用寿命。

经过本实施例中的检测氢气中的氮气的工艺，对氯化氢、氯硅烷等酸性气体除去后，可检测到氮气含量为5mas％。

实施例4

本实施例提供一种检测氢气中的氮气的工艺，包括以下步骤：

1)将酸碱指示剂与预设浓度1.5m的氢氧化钠溶液混合，每次氢气取样量不少于200ml，在-20℃，压力为2mpa的条件下，将氢气通入预设浓度的碱溶液中，得到第一混合气；具体的，本实施例中的氢气为多晶硅还原尾气回收工序再生氢气。多晶硅还原尾气回收工序再生氢气包括：氯化氢≤5000ppm，二氯二氢硅和三氯氢硅总和的质量百分比5～10％，氮气，其余为氢气。具体的，本实施例中的酸碱指示剂为石蕊试液。

若测定第一混合气的酸碱性为中性，则执行下述步骤2)；

若测定第一混合气的酸碱性为酸性，则将第一混合气返回执行步骤1)中通入预设浓度的碱溶液中的操作，经过4次返回执行步骤1)中通入预设浓度的碱溶液中的操作后，若测定第一混合气的酸碱性仍然为酸性，则执行下述步骤4)。

2)将第一混合气通过氯化钙干燥剂干燥，除水。

3)将干燥过的第一混合气通过气相色谱仪进行气相色谱分析，检测其中的氮气，气相色谱分析对氮气进行定性、定量分析。

4)将第一混合气作为废气处理。

经过本实施例中的检测氢气中的氮气的工艺，对酸性气体除去后，可检测到氮气含量为50ppm。

实施例5

本实施例提供一种检测氢气中的氮气的工艺，包括以下步骤：

1)将酸碱指示剂加入到预设浓度2m的氢氧化钙溶液中，每次氢气取样量不少于200ml，在-28℃，压力为0.5mpa的条件下，将氢气通入预设浓度的碱溶液中，得到第一混合气；具体的，本实施例中的氢气为多晶硅还原尾气回收工序再生氢气。多晶硅还原尾气回收工序再生氢气包括：0<氯化氢≤5000ppm，二氯二氢硅和三氯氢硅总和的质量百分比5～10％，氮气，其余为氢气。具体的，本实施例中的酸碱指示剂为石蕊试液。

若测定第一混合气的酸碱性为中性，则执行下述步骤2)；

若测定第一混合气的酸碱性为酸性，则将第一混合气返回执行步骤1)中通入预设浓度的碱溶液中的操作，经过2次返回执行步骤1)中通入预设浓度的碱溶液中的操作后，若测定第一混合气的酸碱性仍然为酸性，则执行下述步骤3)。

2)将第一混合气通过气相色谱仪进行气相色谱分析，检测其中的氮气，气相色谱分析对氮气进行定性、定量分析。

3)将第一混合气作为废气处理。

经过本实施例中的检测氢气中的氮气的工艺，对酸性气体除去后，可检测到氮气含量为0.5mas％。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。