CN221055365U - 一种颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，包括缓冲罐、压缩机、膨胀机、液化换热器和气液分离器；所述缓冲罐的出口与压缩机连接；所述压缩机的出口与膨胀机的增压端连接；所述液化换热器进口与膨胀机的增压端出口连接；所述气液分离器与液化换热器出口连接。该***可以将两种介质充分分离，100％回收高纯氢气和100％回收氮气，经压缩机压缩为高压气体，再经膨胀机提压冷却，进入液化换热器深冷，氢气继续以气体形式存在，氮气被冷却为液态，进入氢气液氮分离器，氢气从液氮分离器顶部排出进入氢气缓冲罐，液氮从液氮分离器底部排出进入液氮缓冲罐。
Description
技术领域
本实用新型属于颗粒硅生产领域，具体涉及一种颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***。
背景技术
在多晶硅(西门子法、流化床法)生产全工艺过程中新设备或者新装置投用时都会用氮气去置换***中的空气，待测得微氧合格后，再用氢气置换氮气，在此期间会用到大量的氮气和氢气，使用后的氮气和氢气全部排放至大气，造成浪费，成本上升，而且还有少氮气存在于***中无法排出会影响产品质量。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种氢气和氮气分离***，解决多晶硅领域内氮气和氢气混合气分离回收问题。
为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：
一种颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，包括缓冲罐、压缩机、膨胀机、液化换热器和气液分离器；所述缓冲罐的出口与压缩机连接；所述压缩机的出口与膨胀机的增压端连接；所述液化换热器进口与膨胀机的增压端出口连接；所述气液分离器与液化换热器出口连接。
进一步地，所述的膨胀机包括增压端和膨胀端；所述膨胀机的增压端出口通过管线连接至液化换热器，经换热后通过两分管从液化换热器引出，然后分别连接至膨胀机的膨胀端和气液分离器。
进一步地，所述膨胀机的膨胀端出口连接至液化换热器，经换热后通过回流管重新连接至缓冲罐。
进一步地，所述液化换热器内与膨胀机增压端出口连接的管线端部设置有三通阀，通过端部的三通阀与分别连接至膨胀机膨胀端和气液分离器的两分管连接。
具体地，所述液化换热器通过膨胀机的膨胀端进入的低温氢氮混合气作为冷源，对从膨胀机的膨胀端进入液化换热器内的高压常温氢氮混合气进行换热。
进一步地，从膨胀机的膨胀端进入液化换热器内的高压常温氢氮混合气经换热后一部分抽出经分管进入膨胀机膨胀端经膨胀节流进一步降温，得到低温氢氮混合气。
更进一步地，所述的缓冲罐与所述的压缩机之间，还设置有过滤器。
进一步地，所述的缓冲罐前端与多晶硅生产***连接，将多晶硅生产***中产生的氢氮混合气储存于缓冲罐内。
进一步地，所述的气液分离器顶部通过气相引出管连接至氢气储罐；所述的气液分离器底部通过液相引出管连接至液氮储罐；所述的气相引出管和液相引出管上分别设置对应的控制阀。
进一步地，所述的氢气储罐和液氮储罐后端通过外排管送至用户端；所述的外排管上分别设置对应的排放阀门。
有益效果：
该***可以将两种介质充分分离，100％回收高纯氢气和100％回收氮气，经压缩机压缩为高压气体，再经膨胀机提压冷却，进入液化换热器深冷，氢气继续以气体形式存在，氮气被冷却为液态，进入氢气液氮分离器，氢气从液氮分离器顶部排出进入氢气缓冲罐，液氮从液氮分离器底部排出进入液氮缓冲罐。本发明专利可以减少浪费，降低成本，按照10万吨产能核算，氮气消耗600～1000标方/小时，全年8000小时计算，排放4800000～8000000标方/年(氮气间歇使用)，氢气排放180标方/小时·吨硅～300方/小时·吨硅，全年按照8000小时10万吨计算，排放1.44*1012～2.4*1012标方/年。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是该颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***的结构示意图。
其中，各附图标记分别代表：
1-1缓冲罐；1-2过滤器；1-3压缩机；1-4膨胀机；1-5液化换热器；1-6气液分离器；1-7氢气储罐；1-8液氮储罐；1-9用户端。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1所示，本实用新型颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，包括缓冲罐1-1、压缩机1-3、膨胀机1-4、液化换热器1-5和气液分离器1-6；缓冲罐1-1的出口与压缩机1-3连接；压缩机1-3的出口与膨胀机1-4的增压端连接；液化换热器1-5进口与膨胀机1-4的增压端出口连接；气液分离器1-6与液化换热器1-5出口连接。
其中，膨胀机1-4包括增压端和膨胀端；膨胀机1-4的增压端出口通过管线连接至液化换热器1-5，经换热后通过两分管从液化换热器1-5引出，然后分别连接至膨胀机1-4的膨胀端和气液分离器1-6。
膨胀机1-4的膨胀端出口连接至液化换热器1-5，经换热后通过回流管重新连接至缓冲罐1-1。
液化换热器1-5内与膨胀机1-4增压端出口连接的管线端部设置有三通阀，通过端部的三通阀与分别连接至膨胀机1-4膨胀端和气液分离器1-6的两分管连接。
液化换热器1-5通过膨胀机1-4的膨胀端进入的低温氢氮混合气作为冷源，对从膨胀机1-4的膨胀端进入液化换热器1-5内的高压常温氢氮混合气进行换热。
从膨胀机1-4的膨胀端进入液化换热器1-5内的高压常温氢氮混合气经换热后一部分抽出经分管进入膨胀机1-4膨胀端经膨胀节流进一步降温，得到低温氢氮混合气。
缓冲罐1-1与所述的压缩机1-3之间，还设置有过滤器1-2。通过过滤器1-2去除氢气、氮气混合气中杂物。
缓冲罐1-1前端与多晶硅生产***连接，将多晶硅生产***中产生的氢氮混合气储存于缓冲罐1-1内。
气液分离器1-6顶部通过气相引出管连接至氢气储罐1-7；气液分离器1-6底部通过液相引出管连接至液氮储罐1-8；所述的气相引出管和液相引出管上分别设置对应的控制阀。
氢气储罐1-7和液氮储罐1-8后端通过外排管送至用户端1-9；外排管上分别设置对应的排放阀门。
使用时，生产全工艺过程中装置(西门子法：冷氢化装置、渣浆高沸装置、精馏装置、尾气回收装置；FBR法：硅烷气制备装置、颗粒硅装置、冷氢化装置、渣浆高沸装置)或设备置换之后的氢气、氮气或者氢气氮气混合气体进入缓冲罐1-1，通过过滤器1-2过滤其中固体性杂质，再进入压缩机1-3等温压缩为高压常温(2.0MPa～4.0MPa，30℃～50℃)的混合气体进入膨胀机1-4增压端继续增压至5.0MPa～6.0MPa，进入液化换热器1-5换热后抽一部分混合气-100℃-130℃进入膨胀机1-4膨胀端膨胀节流，出口0.55MPa～0.65MPa，-170℃～-190℃低温氢气氮气混合气返回液化换热器1-5与增压端出口气体进行换热，换热后温度约为30℃～45℃左右返回压缩机前缓冲罐1-1，高压混合气逐步降温后，氮气达到液化温度-190℃～-200℃被冷凝为液氮，氢气冷凝温度为-248℃～-255℃，因未能达到氢气的冷凝温度，氢气继续以气体形式存在，氢气液氮混合物进入气液分离器1-6，冷凝后的液氮经调压阀调压后进入液氮储罐1-8，未被冷凝的高纯氢气进入氢气缓冲罐1-7后再送入用户端1-9使用。
本实用新型提供了一种颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，包括缓冲罐(1-1)、压缩机(1-3)、膨胀机(1-4)、液化换热器(1-5)和气液分离器(1-6)；所述缓冲罐(1-1)的出口与压缩机(1-3)连接；所述压缩机(1-3)的出口与膨胀机(1-4)的增压端连接；所述液化换热器(1-5)进口与膨胀机(1-4)的增压端出口连接；所述气液分离器(1-6)与液化换热器(1-5)出口连接。
2.根据权利要求1所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述的膨胀机(1-4)包括增压端和膨胀端；所述膨胀机(1-4)的增压端出口通过管线连接至液化换热器(1-5)，经换热后通过两分管从液化换热器(1-5)引出，然后分别连接至膨胀机(1-4)的膨胀端和气液分离器(1-6)。
3.根据权利要求2所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述膨胀机(1-4)的膨胀端出口连接至液化换热器(1-5)，经换热后通过回流管重新连接至缓冲罐(1-1)。
4.根据权利要求2所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述液化换热器(1-5)内与膨胀机(1-4)增压端出口连接的管线端部设置有三通阀，通过端部的三通阀与分别连接至膨胀机(1-4)膨胀端和气液分离器(1-6)的两分管连接。
5.根据权利要求3所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述液化换热器(1-5)通过膨胀机(1-4)的膨胀端进入的低温氢氮混合气作为冷源，对从膨胀机(1-4)的膨胀端进入液化换热器(1-5)内的高压常温氢氮混合气进行换热。
6.根据权利要求5所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，从膨胀机(1-4)的膨胀端进入液化换热器(1-5)内的高压常温氢氮混合气经换热后一部分抽出经分管进入膨胀机(1-4)膨胀端经膨胀节流进一步降温，得到低温氢氮混合气。
7.根据权利要求1所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述的缓冲罐(1-1)与所述的压缩机(1-3)之间，还设置有过滤器(1-2)。
8.根据权利要求1所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述的缓冲罐(1-1)前端与多晶硅生产***连接，将多晶硅生产***中产生的氢氮混合气储存于缓冲罐(1-1)内。
9.根据权利要求1所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述的气液分离器(1-6)顶部通过气相引出管连接至氢气储罐(1-7)；所述的气液分离器(1-6)底部通过液相引出管连接至液氮储罐(1-8)；所述的气相引出管和液相引出管上分别设置对应的控制阀。
10.根据权利要求9所述的颗粒硅生产全工艺混合气氢气和氮气分离***，其特征在于，所述的氢气储罐(1-7)和液氮储罐(1-8)后端通过外排管送至用户端(1-9)；所述的外排管上分别设置对应的排放阀门。
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