一种多晶硅生产中氢气处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及氢气生产技术领域，具体涉及一种多晶硅生产中氢气处理系统。


背景技术：

2.改良西门子工艺尾气回收工段，h2采用活性炭吸附的方法进行净化，获得高纯度产品h2用于还原sihcl3制备多晶硅。目前活性炭吸附柱采用多套吸附塔并联的方式进行，如图2所示。每套吸附柱按“吸附-加热再生-冷却”三个步骤进行一个周期的循环。
3.对于a柱（其他柱原理相同）：
4.阶段1吸附：原料h2先从底部进入a柱，开始吸附操作，经纯化后的h2从a柱顶部出，得到产品h2送至还原工段。a柱吸附一段时间θ1后，a柱内的活性炭杂质吸附达到饱和，不再具有吸附能力，原料h2则切换进入已经冷却好的b柱进行吸附。
5.阶段2再生：a柱开始进行加热再生，再生阶段，a柱内盘管和外夹套管通入高温流体，同时从顶部反吹少量热h2把从活性炭脱附下来的杂质带出a柱。a柱加热再生一段时间θ2后，a柱内的活性炭得到全部再生，开始进入第三阶段，即冷却。
6.阶段3冷却：a柱内盘管和外夹套管的流体从高温流体切换回低温流体，同时从顶部反吹少量产品h2（b柱顶出）加强冷却效果。当冷却一段时间θ3后，a柱内的活性炭得到全部冷却，可以开始循环进行吸附操作。三个吸附柱在时间和空间上的序贯示意如表1。
7.表1
8.时间abcθ1吸附冷却加热再生θ2加热再生吸附冷却θ3冷却加热再生吸附
9.目前工艺技术主要存在以下几个问题：活性炭吸附柱并不能完全吸附氢气中的碳含量（ch4、co2含量约10ppm）。活性炭吸附后氢气的金属杂质含量约为15ppb。


技术实现要素：

10.本实用新型旨在解决现有技术中存在的问题，提供一种多晶硅生产中氢气处理系统，原料氢气经过活性炭吸附塔进行第一吸附后，随后经过树脂吸附塔进行二次吸附，本实用新型具有良好的吸附效果。
11.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
12.一种多晶硅生产中氢气处理系统，其特征在于：包括三个活性炭吸附塔和一个树脂吸附塔，活性炭吸附塔包括第一吸附塔塔体和设置在第一吸附塔塔体内的活性炭，所述第一吸附塔塔体套设有第一换热管套，所述第一换热管套下端与热流体进管和/或冷流体进管相连，所述第一换热管套上端与热流体出管和/或冷流体出管相连，所述第一吸附塔塔体上设置有第一进气口、第一出气口和第一进出气口，所述第一进气口与原料气进气管相连，所述第一进出气口与热氢气进管、第一氢气支管和第二氢气支管相连，所述第一出气口
与热氢气出管相连，所述树脂吸附塔包括第二吸附塔塔体和设置在第二吸附塔塔体内的树脂，所述第二吸附塔塔体下端设置有第二进气口和第二出气口，所述第二进气口与第一氢气支管相连，所述第二出气口与产品出管相连。
13.优选的，所述第二吸附塔塔体内设置有两个分布器，上端设置的分布器与第二出气口相连，下端设置的分布器与第二进气口相连。
14.优选的，所述第二吸附塔塔体包括筒体和两个封头，所述筒体两端通过法兰和螺栓与封头相连。
15.优选的，所述筒体上下两侧均设置有温度插管。
16.优选的，所述筒体上端设置有安全阀接口和压力变送器口。
17.优选的，所述安全阀接口和压力变送器口上均设置有滤网。
18.优选的，上端的封头上设置有上导淋口，下端的封头上设置有下导淋口。
19.优选的，所述第一吸附塔塔体内部还设置有内换热部件，所述内换热部件外部套设有第二换热管套，所述第二换热管套下端与热流体进管和/或冷流体进管相连，所述第二换热管套上端与热流体出管和/或冷流体出管相连。
20.优选的，所述内换热部下端与热流体进管和/或冷流体进管相连，所述内换热部件侧壁与热流体出管和/或冷流体出管相连。
21.优选的，所示第一氢气支管上设置有疏水阀和第一流量调节阀，所述热氢气出管上设置有第二流量调节阀，所述热氢气进管上设置有第三流量调节阀。
22.工作原理：原料氢气通过原料气进管进入a活性炭吸附塔内，活性炭开始吸附氢气中的杂质，经纯化后的氢气从a活性炭吸附塔顶部出，随后通过第一氢气支管进入树脂吸附塔内，树脂进一步开始吸附氢气中的杂质，经纯化后的氢气从树脂吸附塔顶部出，得到产品氢气送至还原工段。吸附一段时间后，树脂吸附达到饱和，不再具有吸附能力，停止吸附，开始解析，解析完成后开始降温，降至常温后继续吸附。a活性炭吸附塔完成吸附后，进入加热再生阶段，此时a活性炭吸附塔上的内换热部件和第一换热管套通入热流体，同时从活性炭吸附塔顶部反吹少量热氢气把从活性炭脱附下来的杂质带出a活性炭吸附塔。a活性炭吸附塔加热再生一段时间θ2后，a活性炭吸附塔内的活性炭得到全部再生，开始进入第三阶段，即冷却。a活性炭吸附塔上的内换热部件和第一换热管套的流体从热流体切换回冷流体，同时从活性炭吸附塔顶部反吹少量产品氢气（b活性炭吸附塔顶出）加强冷却效果。当冷却一段时间θ3后，a活性炭吸附塔内的活性炭得到全部冷却，可以开始循环进行吸附操作；b活性炭吸附塔和c活性炭吸附塔也是相同的步骤。本实用新型具有良好的吸附效果。
23.本技术方案的有益效果如下：
24.一、本实用新型提供的一种多晶硅生产中氢气处理系统，原料氢气经过活性炭吸附塔进行第一吸附后，随后经过树脂吸附塔进行二次吸附，采用本系统后能将氢气中的碳含量降至2ppm，氢气中的金属杂质降至8ppb。
25.二、本实用新型提供的一种多晶硅生产中氢气处理系统，分布器的设置使得树脂吸附塔吸附效果更好。
26.三、本实用新型提供的一种多晶硅生产中氢气处理系统，温度插管的设置，能方便观察树脂吸附塔上下端的温度。
27.四、本实用新型提供的一种多晶硅生产中氢气处理系统，压力变送器的设置方便
观察树脂吸附塔的压力，安全阀的设置使得树脂吸附塔不会因为差压造成树脂吸附塔损坏。
28.五、本实用新型提供的一种多晶硅生产中氢气处理系统，内换热部件的设置使得活性炭吸附塔在活性炭加热再生速度和冷却速度更快。
附图说明
29.图1为本实用新型的结构示意图；
30.图2为原有的工艺流程图；
31.图3为本实用新型中树脂吸附塔的结构示意图；
32.图4为本实用新型中活性炭吸附塔的结构示意图；
33.其中：1、活性炭吸附塔；1.1、第一吸附塔塔体；1.2、第一换热管套；1.3、第一进气口；1.4、第一出气口；1.5、第一进出气口；1.6、内换热部件；1.7、第二换热管套；2、树脂吸附塔；2.1、第二吸附塔塔体；2.2、第二进气口；2.3、第二出气口；2.4、分布器；2.5、筒体；2.6、封头；2.7、温度插管；2.8、安全阀接口；2.9、压力变送器口；2.10、滤网；2.11、上导淋口；2.12、下导淋口；3、热流体进管；4、冷流体进管；5、热流体出管；6、冷流体出管；7、原料气进管；8、热氢气进管；8.1、第三流量调节阀；9、第一氢气支管；9.1、疏水阀；9.2、第一流量调节阀；10、第二氢气支管；11、热氢气出管；11.1、第二流量调节阀；12、产品出管。
具体实施方式
34.下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
35.实施例1
36.作为本实用新型一种最基本的实施方案，本实施例公开了一种多晶硅生产中氢气处理系统，如图1、图3和图4所示，包括三个活性炭吸附塔1和一个树脂吸附塔2，活性炭吸附塔1包括第一吸附塔塔体1.1和设置在第一吸附塔塔体1.1内的活性炭，所述第一吸附塔塔体1.1套设有第一换热管套1.2，所述第一换热管套1.2下端与热流体进管3和/或冷流体进管4相连，所述第一换热管套1.2上端与热流体出管5和/或冷流体出管6相连，所述第一吸附塔塔体1.1上设置有第一进气口1.3、第一出气口1.4和第一进出气口1.5，所述第一进气口1.3与原料气进气管相连，所述第一进出气口1.5与热氢气进管8、第一氢气支管9和第二氢气支管10相连，所述第一出气口1.4与热氢气出管11相连，所述树脂吸附塔2包括第二吸附塔塔体2.1和设置在第二吸附塔塔体2.1内的树脂，所述第二吸附塔塔体2.1下端设置有第二进气口2.2和第二出气口2.3，所述第二进气口2.2与第一氢气支管9相连，所述第二出气口2.3与产品出管12相连，热流体进管3、冷流体进管4、热流体出管5、冷流体出管6、原料气进管7、热氢气进管8、第一氢气支管9、第二氢气支管10、热氢气出管11和产品出管12上均设置有切断阀。
37.实施例2
38.作为本实用新型一种优选实施方案，本实施例公开了一种多晶硅生产中氢气处理系统，如图1、图3和图4所示，包括三个活性炭吸附塔1和一个树脂吸附塔2，活性炭吸附塔1包括第一吸附塔塔体1.1和设置在第一吸附塔塔体1.1内的活性炭，所述第一吸附塔塔体
1.1套设有第一换热管套1.2，所述第一换热管套1.2下端与热流体进管3和/或冷流体进管4相连，所述第一换热管套1.2上端与热流体出管5和/或冷流体出管6相连，所述第一吸附塔塔体1.1上设置有第一进气口1.3、第一出气口1.4和第一进出气口1.5，所述第一进气口1.3与原料气进气管相连，所述第一进出气口1.5与热氢气进管8、第一氢气支管9和第二氢气支管10相连，所述第一出气口1.4与热氢气出管11相连，所述树脂吸附塔2包括第二吸附塔塔体2.1和设置在第二吸附塔塔体2.1内的树脂，所述第二吸附塔塔体2.1下端设置有第二进气口2.2和第二出气口2.3，所述第二进气口2.2与第一氢气支管9相连，所述第二出气口2.3与产品出管12相连，热流体进管3、冷流体进管4、热流体出管5、冷流体出管6、原料气进管7、热氢气进管8、第一氢气支管9、第二氢气支管10、热氢气出管11和产品出管12上均设置有切断阀。
39.优选的，所述第二吸附塔塔体2.1内设置有两个分布器2.4，上端设置的分布器2.4与第二出气口2.3相连，下端设置的分布器2.4与第二进气口2.2相连。
40.优选的，所述第二吸附塔塔体2.1包括筒体2.5和两个封头2.6，所述筒体2.5两端通过法兰和螺栓与封头2.6相连。
41.优选的，所述筒体2.5上下两侧均设置有温度插管2.7，所述温度插管2.7内设置有温度传感器。
42.优选的，所述筒体2.5上端设置有安全阀接口2.8和压力变送器口2.9，所述安全阀接口2.8与a42y-25r安全阀相连。
43.优选的，所述安全阀接口2.8和压力变送器口2.9上均设置有滤网2.10。
44.优选的，上端的封头2.6上设置有上导淋口2.11，下端的封头2.6上设置有下导淋口2.12。
45.实施例3
46.作为本实用新型一种优选实施方案，本实施例公开了一种多晶硅生产中氢气处理系统，如图1、图3和图4所示，包括三个活性炭吸附塔1和一个树脂吸附塔2，活性炭吸附塔1包括第一吸附塔塔体1.1和设置在第一吸附塔塔体1.1内的活性炭，所述第一吸附塔塔体1.1套设有第一换热管套1.2，所述第一换热管套1.2下端与热流体进管3和/或冷流体进管4相连，所述第一换热管套1.2上端与热流体出管5和/或冷流体出管6相连，所述第一吸附塔塔体1.1上设置有第一进气口1.3、第一出气口1.4和第一进出气口1.5，所述第一进气口1.3与原料气进气管相连，所述第一进出气口1.5与热氢气进管8、第一氢气支管9和第二氢气支管10相连，所述第一出气口1.4与热氢气出管11相连，所述树脂吸附塔2包括第二吸附塔塔体2.1和设置在第二吸附塔塔体2.1内的树脂，所述第二吸附塔塔体2.1下端设置有第二进气口2.2和第二出气口2.3，所述第二进气口2.2与第一氢气支管9相连，所述第二出气口2.3与产品出管12相连，热流体进管3、冷流体进管4、热流体出管5、冷流体出管6、原料气进管7、热氢气进管8、第一氢气支管9、第二氢气支管10、热氢气出管11和产品出管12上均设置有切断阀。
47.优选的，所述第二吸附塔塔体2.1内设置有两个分布器2.4，上端设置的分布器2.4与第二出气口2.3相连，下端设置的分布器2.4与第二进气口2.2相连。
48.优选的，所述第二吸附塔塔体2.1包括筒体2.5和两个封头2.6，所述筒体2.5两端通过法兰和螺栓与封头2.6相连。
49.优选的，所述筒体2.5上下两侧均设置有温度插管2.7，所述温度插管2.7内设置有温度传感器。
50.优选的，所述筒体2.5上端设置有安全阀接口2.8和压力变送器口2.9，所述安全阀接口2.8与a42y-25r安全阀相连。
51.优选的，所述安全阀接口2.8和压力变送器口2.9上均设置有滤网2.10。
52.优选的，上端的封头2.6上设置有上导淋口2.11，下端的封头2.6上设置有下导淋口2.12。
53.优选的，所述第一吸附塔塔体1.1内部还设置有内换热部件1.6，所述内换热部件1.6外部套设有第二换热管套1.7，所述第二换热管套1.7下端与热流体进管3和/或冷流体进管4相连，所述第二换热管套1.7上端与热流体出管5和/或冷流体出管6相连。
54.优选的，所述内换热部下端与热流体进管3和/或冷流体进管4相连，所述内换热部件1.6侧壁与热流体出管5和/或冷流体出管6相连。
55.优选的，所示第一氢气支管9上设置有疏水阀9.1和第一流量调节阀9.2，所述热氢气出管11上设置有第二流量调节阀11.1，所述热氢气进管8上设置有第三流量调节阀8.1。
56.工作原理：原料氢气通过原料气进管7进入a活性炭吸附塔1内，活性炭开始吸附氢气中的杂质，经纯化后的氢气从a活性炭吸附塔1顶部出，随后通过第一氢气支管9进入树脂吸附塔2内，树脂进一步开始吸附氢气中的杂质，经纯化后的氢气从树脂吸附塔2顶部出，得到产品氢气送至还原工段。吸附一段时间后，树脂吸附达到饱和，不再具有吸附能力，停止吸附，开始解析，解析完成后开始降温，降至常温后继续吸附。a活性炭吸附塔1完成吸附后，进入加热再生阶段，此时a活性炭吸附塔1上的内换热部件1.6和第一换热管套1.2通入热流体，同时从活性炭吸附塔1顶部反吹少量热氢气把从活性炭脱附下来的杂质带出a活性炭吸附塔1。a活性炭吸附塔1加热再生一段时间θ2后，a活性炭吸附塔1内的活性炭得到全部再生，开始进入第三阶段，即冷却。a活性炭吸附塔1上的内换热部件1.6和第一换热管套1.2的流体从热流体切换回冷流体，同时从活性炭吸附塔1顶部反吹少量产品氢气（b活性炭吸附塔1顶出）加强冷却效果。当冷却一段时间θ3后，a活性炭吸附塔1内的活性炭得到全部冷却，可以开始循环进行吸附操作；b活性炭吸附塔1和c活性炭吸附塔1也是相同的步骤。本实用新型具有良好的吸附效果。
57.本技术方案的有益效果如下：
58.本实用新型提供的一种多晶硅生产中氢气处理系统，原料氢气经过活性炭吸附塔1进行第一吸附后，随后经过树脂吸附塔2进行二次吸附，采用本系统后能将氢气中的碳含量降至2ppm，氢气中的金属杂质降至8ppb。
59.分布器2.4的设置使得树脂吸附塔2吸附效果更好。温度插管2.7的设置，能方便观察树脂吸附塔2上下端的温度。压力变送器的设置方便观察树脂吸附塔2的压力，安全阀的设置使得树脂吸附塔2不会因为差压造成树脂吸附塔2损坏。内换热部件1.6的设置使得活性炭吸附塔1在活性炭加热再生速度和冷却速度更快。
60.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。