[发明专利]用于生产液氩和/或氩气产品的方法和系统

说明书

本申请涉及用于生产液氩和/或氩气产品的方法和系统。具体地，本申请提供了由包含氩气的气体混合物制备纯化的液氩和/或氩气产品的方法和系统。本申请的所述方法和系统可高效地去除待处理的气体混合物中的氧气和氮气等空气组分，和一氧化碳、二氧化碳、水、油雾等碳氢化合物和粉尘等其他杂质，以获得高纯度的氩气和/或液氩产品。

技术领域

本申请涉及液氩和/或氩气产品的生产，特别是由待处理的气体混合物制备纯化的液氩和/或氩气产品的系统和方法。

背景技术

单晶硅生产中需要大量使用氩气产品作为单晶硅炉内的保护气。一般情况下，每台单晶硅炉每天需要消耗氩气产品约100-200kg，而1000台单晶硅炉每天需要消耗高纯度的氩气产品约100-200吨。因此，高纯度的氩气产品具有极高的经济价值。即使不考虑氩气产品的价格，没有可靠的氩气产品来源，每天100-200吨的消耗量也常常难以保证，这增加了单晶硅生产的不确定性。

现有的氩气回收技术，常常由于受到回收方式的限制，仅能够处理小流量和低氧含量的含氩尾气。利用空气分离原理的精氩生产技术为氩气回收提供了许多借鉴和帮助，但是单晶硅生产过程中氩气的回收与空气分离中的精氩生产还有许多不同之处。例如，单晶硅生产过程中待处理的含氩尾气常常含有较高浓度的氧和氮等杂质，且含氩尾气流量不稳定、常常在较大范围内波动，这些都是精氩生产中不常遇到的问题，硅蒸气在排放过程中遇到氧气被氧化成SiO₂，此外，可能使用有油真空泵而产生大量油雾混合到含氩的尾气中。因此，仍需开发能够有效生产高纯度液氩和/或氩气产品的方法和系统。该方法和系统继而能够降低单晶硅生产的成本，并达到节能减排的目的。

发明内容

本申请提供了用于生产液氩和/或氩气产品的方法和系统，所述方法和系统通过对含氩气体混合物的回收、纯化处理以及对能量的综合利用而实现了有效生产高纯度的液氩和/或氩气产品的目的。

一方面，本申请提供了一种用于制备纯化的液氩和/或氩气产品的方法。所述方法可包括：a)使待处理的气体混合物经受预处理以去除其中的油雾、粉尘和其它颗粒物从而获得经预处理的气体混合物；b)使a)的所述经预处理的气体混合物与催化氧化单元接触，从而使所述气体混合物中的还原性气体被催化氧化，以获得经催化氧化的气体混合物；c)使b)的所述经催化氧化的气体混合物与脱氧单元接触，并向所述脱氧单元中通入适当比例的氢气以使其中的氧含量降低到2ppm以下，从而获得经加氢脱氧的气体混合物；d)使c)的所述经加氢脱氧的气体混合物与吸附单元接触，以去除所述气体混合物中的水、二氧化碳和/或碳氢化合物，从而获得待精馏处理的气体混合物；e)测定d)的所述待精馏处理的气体混合物的流量，并通过用精馏合格缓冲气进行调节而使所述待精馏处理的气体混合物的流量在精馏处理的流量操作弹性范围之内；以及f)使e)的所述待精馏处理的气体混合物经低温精馏处理以去除氮气和氢气，从而获得纯化的液氩和/或氩气产品。

在某些实施方式中，所述方法的c)中，向所述脱氧单元中通入适当比例的氢气以使其中的氧含量降低到0.1ppm以下。

在某些实施方式中，所述方法还包括：g)回收和/或纯化f)中被去除的氢气。

在某些实施方式中，所述方法的a)的所述预处理包括粗处理和精密处理。在某些实施方式中，所述粗处理包括使用选自下列的一种或多种：使用吸油毡吸附油雾，通过过滤装置过滤粉尘，通过水喷淋脱除油雾和粉尘，通过旋转装置集中分离脱除油雾和粉尘，和/或产生包含微气泡的水并通过向所述待处理的气体混合物喷淋所述包含微气泡的水来去除油雾。在某些实施方式中，所述精密处理包括使用下述的一种或多种：膜过滤器、陶瓷过滤器、金属过滤器和/或活性炭吸附器。

在某些实施方式中，所述方法通过深冷精馏、闪蒸、和/或吸附来回收和/或纯化所述氢气。