專利名稱：流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種流化床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
作為半導(dǎo)體器件和太陽能電池的重要的制備原料，多晶硅是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石。按照純度和用途來分，多晶硅可分為電子級(jí)多晶硅和太陽能級(jí)多晶硅。目前制備太陽能級(jí)多晶硅的主要方法為改良西門子法，該方法以硅芯棒作為發(fā)熱和沉積的載體，于1050 1150°C下通入三氯氫硅和氫氣，從而三氯氫硅被氫氣還原成硅并沉積在硅芯棒表面，硅芯最終生長(zhǎng)為直徑為100 200mm的硅棒。為了便于多晶硅的包裝運(yùn)輸及制備硅錠和硅單晶，上述方法制備的多晶硅棒需被破碎成塊狀，從而給多晶硅增加了被污染的可能性，同時(shí)增加了生產(chǎn)成本。近年來，用于制備粒狀多晶硅的流化床反應(yīng)器得到了廣泛的研究，該反應(yīng)器可以直接生產(chǎn)出合格的粒狀多晶硅產(chǎn)品，無需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行后序加工，且能耗、成本都較低。專利號(hào)為US6007869的美國(guó)專利文獻(xiàn)報(bào)道了一種生產(chǎn)多晶硅的流化床裝置，該裝置利用三氯氫硅與氫氣進(jìn)行反應(yīng)生產(chǎn)粒狀多晶硅，具體為利用反應(yīng)器爐體加熱器將反應(yīng)器加熱至反應(yīng)所需的溫度，氫氣從氣室經(jīng)過氫氣分布板進(jìn)入反應(yīng)器，三氯氫硅氣體直接通入反應(yīng)器內(nèi)，氫氣與三氯氫硅接觸生成粒狀多晶硅，高純硅粉從頂部通入，反應(yīng)后生成的多晶硅沉積在高純硅粉上，得到高純硅粉顆粒，該高純硅粉顆粒長(zhǎng)大后從底部導(dǎo)出，未反應(yīng)的氣體與高純顆粒從頂部排出至下一工序進(jìn)行氣體與固體的分離并且回收利用。但是，在上述報(bào)道的裝置中，由于氫氣分布板中用于通入氫氣的通孔是均勻分布的，進(jìn)入反應(yīng)器中的氫氣氣流平穩(wěn)，因此在反應(yīng)器中生成的粒狀多晶硅易附著在反應(yīng)器的器壁上，導(dǎo)致不能夠連續(xù)生產(chǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種流化床反應(yīng)器，利用該裝置制備粒狀多晶硅時(shí)，粒狀多晶硅不易附著在反應(yīng)器的器壁上。為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種流化床反應(yīng)器，包括殼體，設(shè)置于所述殼體上的硅粉進(jìn)料口、氮?dú)馊肟?、氫氣入口、氫氣分布裝置、有機(jī)原料氣體分布管、加熱器、尾氣出口和產(chǎn)品出口，其特征在于，所述氫氣分布裝置包括分布板、通過連接件與所述分布板外緣相連接的分布環(huán)，所述分布板具有多個(gè)沿厚度方向的通孔，所述分布環(huán)與所述分布板的外周之間形成空隙部。優(yōu)選的，所述連接件為4個(gè)。優(yōu)選的，所述多個(gè)通孔分別設(shè)置于所述分布板的中心和四周。優(yōu)選的，所述設(shè)置于分布板中心的通孔孔徑大于設(shè)置于分布板四周的通孔孔徑。優(yōu)選的，所述設(shè)置于分布板四周的通孔成正六邊形排列。[0012]優(yōu)選的，所述空隙部的面積大于所述通孔的面積。優(yōu)選的，所述有機(jī)原料氣體分布管上設(shè)置有兩排孔，所述孔沿軸線方向直線分布。優(yōu)選的，所述兩排孔成180度。優(yōu)選的，所述有機(jī)原料氣體分布管的一端密封。本實(shí)用新型提供一種流化床反應(yīng)器，包括殼體，設(shè)置于所述殼體上的硅粉進(jìn)料口、 有機(jī)原料氣體入口、氮?dú)馊肟?、氫氣入口、氫氣分布裝置、加熱器、尾氣出口和產(chǎn)品出口，所述氫氣分布裝置包括分布板、通過連接件與所述分布板外緣相連接的分布環(huán)，所述分布板具有多個(gè)沿厚度方向的通孔，所述分布環(huán)與所述分布板的外周之間形成空隙部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型采用的氫氣分布裝置合理分配了氫氣，由于本實(shí)用新型的氫氣分布裝置中分布環(huán)與分布板的外周之間形成空隙部，該空隙部的面積比分布板的通孔的面積大， 因此，在該流化床反應(yīng)器的工作過程中從空隙部通入的氫氣量比從通孔通入的氫氣量大， 形成了從反應(yīng)器邊緣流向反應(yīng)器中心的氣流，從而使位于反應(yīng)器邊緣處的多晶硅顆粒隨該氣流飄向反應(yīng)器的中心，避免了多晶硅顆粒附著在反應(yīng)器的壁上，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫氣分布裝置的仰視圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫氣分布裝置的俯視圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氫氣分布裝置的主視圖；圖5為圖1中的A-A向視圖；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的有機(jī)原料氣體分布管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型公開了一種流化床反應(yīng)器，如圖1、圖2、圖3和圖4所示，包括殼體 105，設(shè)置于殼體105上的硅粉進(jìn)料口 108、氮?dú)馊肟?106、氫氣入口 102、氫氣分布裝置103、 有機(jī)原料氣體分布管104、加熱器107、尾氣出口 111和產(chǎn)品出口 112，氫氣分布裝置103包括分布板203、通過連接件202與分布板203外緣相連接的分布環(huán)201，分布板203具有多個(gè)沿厚度方向的通孔，分布環(huán)201與分布板203的外周之間形成空隙部。如圖1所示，氫氣分布裝置103設(shè)置于殼體105中，將殼體105分隔為氫氣氣室101 和沉降室109。另外，殼體105上還設(shè)置有防爆泄壓口 110，防爆泄壓口 110和尾氣出口 111 優(yōu)選設(shè)置于殼體105的上部或側(cè)上部。硅粉進(jìn)料口 108優(yōu)選設(shè)置于殼體105的中部，其中， 流化床反應(yīng)器還優(yōu)選包括硅粉進(jìn)料管113，硅粉進(jìn)料管113經(jīng)硅粉進(jìn)料口 108通入殼體105 內(nèi)。設(shè)置于殼體105上的硅粉進(jìn)料口 108優(yōu)選為2個(gè)。設(shè)置于殼體105上的加熱器107優(yōu)選為2個(gè)，加熱器107優(yōu)選采用電加熱器。產(chǎn)品出口 112和氫氣入口 102分別設(shè)置于殼體的底部和側(cè)底部。如圖1所示，氫氣通過氫氣入口 102進(jìn)入氫氣氣室101中，然后氫氣氣室中的氫氣經(jīng)氫氣分布裝置103進(jìn)入沉降室109中。本實(shí)用新型對(duì)氫氣入口 102進(jìn)入的氫氣氣室101中的氫氣量并無特別限制，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的氫氣通入量，從氫氣入口 102通入的氫氣保證了氫氣氣室的氣壓的恒定。圖2、圖3圖4分別為氫氣分布裝置的仰視圖、俯視圖和主視圖。本實(shí)用新型對(duì)用于連接分布板和分布環(huán)的連接件的個(gè)數(shù)并無特別限制，優(yōu)選為4個(gè)，該4個(gè)連接件依次呈90度，該連接件可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的連接件，優(yōu)選采用體積較小的連接件，對(duì)于連接件與分布板、分布環(huán)的連接方式可以采用焊接等方式。分布環(huán)的內(nèi)徑與外徑之差較小，優(yōu)選的，內(nèi)徑與外徑之差為0. 1 3cm，更優(yōu)選為0. 5 2cm。分布板203的多個(gè)通孔優(yōu)選分別設(shè)置于分布板203的中心和四周，其中，設(shè)置于分布板203中心的通孔205孔徑大于分布于四周的通孔204的孔徑。設(shè)置于分布板203四周的通孔緊密排列用于氫氣的通入，優(yōu)選成正六邊形，各通孔的孔徑優(yōu)選相同。設(shè)置于分布板四周的通孔的孔徑較小，優(yōu)選為0. 2 3cm，更優(yōu)選為0. 5 2cm ；設(shè)置于中心的通孔用于將流化床反應(yīng)器中生成的產(chǎn)物輸出，優(yōu)選的，通過產(chǎn)品輸出管道114將設(shè)置于分布板中心的通孔與產(chǎn)品出口 112相連通。設(shè)置于分布板中心的通孔205的孔徑優(yōu)選沿軸線方向遞增，靠近氫氣氣室101 —端的孔徑較大，靠近沉降室109—端的孔徑較小，有利于生成的產(chǎn)品的順利輸出。分布環(huán)201與分布板203的外周之間形成空隙部，所述空隙部的面積大于所述通孔的面積。分布環(huán)201的厚度可以與分布板203的厚度相同，也可以不同。本實(shí)用新型采用的分布板203的截面優(yōu)選為圓形，分布環(huán)201的截面優(yōu)選為圓環(huán)形。如圖2、圖3和圖4所示，由于本實(shí)用新型的氫氣分布裝置103中分布環(huán)201與分布板203的外周之間形成空隙部206，該空隙部的面積與分布板的通孔的面積相比較大。同時(shí)，由于氫氣氣室101中的氫氣氣壓恒定，因此，在該流化床反應(yīng)器的工作過程中，由于空隙部通入的氫氣量比從通孔通入的氫氣量大，形成了從反應(yīng)器邊緣流向反應(yīng)器中心的氣流，從而位于反應(yīng)器邊緣處的多晶硅顆粒隨該氣流飄向反應(yīng)器的中心，避免了生成的多晶硅顆粒附著在反應(yīng)器的壁上，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)。同時(shí)，由于氫氣氣室101中的氫氣氣壓為恒定值，該從氫氣分布裝置的通孔和空隙部通入的氫氣保證了流化床反應(yīng)器的沉降室109中的反應(yīng)物料始終呈翻滾狀態(tài)，而不會(huì)掉落于氫氣氣室中，使該流化床反應(yīng)器始終處于正常、安全的狀態(tài)。如圖5所示，流化床反應(yīng)器優(yōu)選包括有機(jī)原料氣體分布管104，本實(shí)用新型對(duì)機(jī)原料氣體分布管104的個(gè)數(shù)并無特殊限制，優(yōu)選為4個(gè)。如圖6所示，有機(jī)原料氣體分布管上設(shè)置有兩排孔601，孔601沿軸線方向直線分布，其中，所述兩排孔成180度，該成180度的兩排孔優(yōu)選在水平方向?qū)R。有機(jī)原料氣體分布管104的一端用于有機(jī)原料氣體的通入，另一端被密封件602密封，進(jìn)入有機(jī)原料氣體分布管104的有機(jī)原料氣體經(jīng)兩排孔進(jìn)入流化床反應(yīng)器中。由于有機(jī)原料氣體通過多個(gè)孔進(jìn)入流化床反應(yīng)器中，有利于有機(jī)原料氣體與氫氣混合均勻，使反應(yīng)更加充分，所述有機(jī)原料氣體優(yōu)選為三氯氫硅氣體。在流化床反應(yīng)器工作過程中，通過氮?dú)馊肟?106通入的氮?dú)鈨?yōu)選為熱氮?dú)猓摕岬獨(dú)馀c加熱器107共同對(duì)流化床加熱，雙管齊下，加熱時(shí)間較短。利用加熱器107和熱氮?dú)夤餐o反應(yīng)器反應(yīng)段進(jìn)行加熱至900 1050°C，加熱使用過的氮?dú)馔ㄟ^尾氣出口 111進(jìn)入下一個(gè)工序。當(dāng)反應(yīng)器被加熱至反應(yīng)溫度900 1050°C時(shí)，將氫氣通過氫氣入口 102通入氫氣氣室101，氫氣經(jīng)過氫氣分布裝置103的分配進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，同時(shí)三氯氫硅氣體通過有機(jī)原料氣體分布管104進(jìn)入反應(yīng)器與氫氣混合并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)SiHC13+H2 — Si+3HC1，生成的多晶硅附著在從硅粉進(jìn)料口 108輸送進(jìn)來的高純硅粉上，顆粒逐漸增大，最終形成所需的多晶硅顆粒。本實(shí)用新型采用的氫氣分布裝置合理分配了氫氣，由于本實(shí)用新型的氫氣分布裝置中分布環(huán)與分布板的外周之間形成空隙部，生成的多晶硅顆粒隨經(jīng)空隙部進(jìn)入的氫氣飄向反應(yīng)器的中心，通過沉降室109沉積下來至產(chǎn)品出料口 112出料，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。 生產(chǎn)中未反應(yīng)完全的氣體由尾氣出口 111進(jìn)入下一工序進(jìn)行氣固的分離并且回收利用。 對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種流化床反應(yīng)器，包括殼體，設(shè)置于所述殼體上的硅粉進(jìn)料口、氮?dú)馊肟?、氫氣入口、氫氣分布裝置、有機(jī)原料氣體分布管、加熱器、尾氣出口和產(chǎn)品出口，其特征在于，所述氫氣分布裝置包括分布板、通過連接件與所述分布板外緣相連接的分布環(huán)，所述分布板具有多個(gè)沿厚度方向的通孔，所述分布環(huán)與所述分布板的外周之間形成空隙部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述連接件為4個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述多個(gè)通孔分別設(shè)置于所述分布板的中心和四周。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述設(shè)置于分布板中心的通孔孔徑大于設(shè)置于分布板四周的通孔孔徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述設(shè)置于分布板四周的通孔成正六邊形排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述空隙部的面積大于所述通孔的面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述有機(jī)原料氣體分布管上設(shè)置有兩排孔，所述孔沿軸線方向直線分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述兩排孔成180度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述有機(jī)原料氣體分布管的一端密封。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種流化床反應(yīng)器，包括殼體，設(shè)置于所述殼體上的硅粉進(jìn)料口、有機(jī)原料氣體入口、氮?dú)馊肟凇錃馊肟?、氫氣分布裝置、加熱器、尾氣出口和產(chǎn)品出口，所述氫氣分布裝置包括分布板、通過連接件與所述分布板外緣相連接的分布環(huán)，所述分布板具有多個(gè)沿厚度方向的通孔，所述分布環(huán)與所述分布板的外周之間形成空隙部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本實(shí)用新型的氫氣分布裝置中分布環(huán)與分布板的外周之間形成空隙部，該流化床反應(yīng)器的工作過程中從空隙部通入的氫氣量比從通孔通入的氫氣量大，形成了從反應(yīng)器邊緣流向反應(yīng)器中心的氣流，從而使位于反應(yīng)器邊緣處的多晶硅顆粒隨該氣流飄向反應(yīng)器的中心，避免了多晶硅顆粒附著在反應(yīng)器的壁上。
文檔編號(hào)C01B33/03GK202175562SQ20112030054
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者侯俊峰, 李峰, 楊光軍, 王小偉 申請(qǐng)人:國(guó)電寧夏太陽能有限公司