專利名稱：流化床反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化學反應器技術領域，更具體地說，涉及一種流化床反應器。
背景技術：
作為半導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及光伏產業的基石。按照純度和用途來分，多晶硅可分為電子級多晶硅和太陽能級多晶硅。目前制備太陽能級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，硅芯最終生長為直徑為100 200mm的硅棒。為了便于多晶硅的包裝運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，同時增加了生產成本。近年來，用于制備粒狀多晶硅的流化床反應器得到了廣泛的研究，該反應器可以直接生產出合格的粒狀多晶硅產品，無需對產品進行后序加工，且能耗、成本都較低。專利號為US6007869的美國專利文獻報道了一種生產多晶硅的流化床裝置，該裝置利用三氯氫硅與氫氣進行反應生產粒狀多晶硅，具體為利用反應器爐體加熱器將反應器加熱至反應所需的溫度，氫氣從氣室經過氫氣分布板進入反應器，三氯氫硅氣體直接通入反應器內，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，該高純硅粉顆粒長大后從底部導出，未反應的氣體與高純顆粒從頂部排出至下一工序進行氣體與固體的分離并且回收利用。但是，在上述報道的裝置中，由于氫氣分布板中用于通入氫氣的通孔是均勻分布的，進入反應器中的氫氣氣流平穩，因此在反應器中生成的粒狀多晶硅易附著在反應器的器壁上，導致不能夠連續生產。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型要解決的技術問題在于提供一種流化床反應器，利用該裝置制備粒狀多晶硅時，粒狀多晶硅不易附著在反應器的器壁上。為了解決以上技術問題，本實用新型提供一種流化床反應器，包括殼體，設置于所述殼體上的硅粉進料口、氮氣入口、氫氣入口、氫氣分布裝置、有機原料氣體分布管、加熱器、尾氣出口和產品出口，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，所述分布板具有多個沿厚度方向的通孔，所述分布環與所述分布板的外周之間形成空隙部。優選的，所述連接件為4個。優選的，所述多個通孔分別設置于所述分布板的中心和四周。優選的，所述設置于分布板中心的通孔孔徑大于設置于分布板四周的通孔孔徑。優選的，所述設置于分布板四周的通孔成正六邊形排列。[0012]優選的，所述空隙部的面積大于所述通孔的面積。優選的，所述有機原料氣體分布管上設置有兩排孔，所述孔沿軸線方向直線分布。優選的，所述兩排孔成180度。優選的，所述有機原料氣體分布管的一端密封。本實用新型提供一種流化床反應器，包括殼體，設置于所述殼體上的硅粉進料口、 有機原料氣體入口、氮氣入口、氫氣入口、氫氣分布裝置、加熱器、尾氣出口和產品出口，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，所述分布板具有多個沿厚度方向的通孔，所述分布環與所述分布板的外周之間形成空隙部。與現有技術相比，本實用新型采用的氫氣分布裝置合理分配了氫氣，由于本實用新型的氫氣分布裝置中分布環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， 形成了從反應器邊緣流向反應器中心的氣流，從而使位于反應器邊緣處的多晶硅顆粒隨該氣流飄向反應器的中心，避免了多晶硅顆粒附著在反應器的壁上，實現了連續生產。
圖1為本實用新型實施例提供的流化床反應器的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的氫氣分布裝置的仰視圖；圖3為本實用新型實施例提供的氫氣分布裝置的俯視圖；圖4為本實用新型實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為本實用新型實施例提供的有機原料氣體分布管的結構示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例， 本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。本實用新型公開了一種流化床反應器，如圖1、圖2、圖3和圖4所示，包括殼體 105，設置于殼體105上的硅粉進料口 108、氮氣入口 106、氫氣入口 102、氫氣分布裝置103、 有機原料氣體分布管104、加熱器107、尾氣出口 111和產品出口 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201，分布板203具有多個沿厚度方向的通孔，分布環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上還設置有防爆泄壓口 110，防爆泄壓口 110和尾氣出口 111 優選設置于殼體105的上部或側上部。硅粉進料口 108優選設置于殼體105的中部，其中， 流化床反應器還優選包括硅粉進料管113，硅粉進料管113經硅粉進料口 108通入殼體105 內。設置于殼體105上的硅粉進料口 108優選為2個。設置于殼體105上的加熱器107優選為2個，加熱器107優選采用電加熱器。產品出口 112和氫氣入口 102分別設置于殼體的底部和側底部。如圖1所示，氫氣通過氫氣入口 102進入氫氣氣室101中，然后氫氣氣室中的氫氣經氫氣分布裝置103進入沉降室109中。本實用新型對氫氣入口 102進入的氫氣氣室101中的氫氣量并無特別限制，可以采用本領域技術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。本實用新型對用于連接分布板和分布環的連接件的個數并無特別限制，優選為4個，該4個連接件依次呈90度，該連接件可以采用本領域技術人員熟知的連接件，優選采用體積較小的連接件，對于連接件與分布板、分布環的連接方式可以采用焊接等方式。分布環的內徑與外徑之差較小，優選的，內徑與外徑之差為0. 1 3cm，更優選為0. 5 2cm。分布板203的多個通孔優選分別設置于分布板203的中心和四周，其中，設置于分布板203中心的通孔205孔徑大于分布于四周的通孔204的孔徑。設置于分布板203四周的通孔緊密排列用于氫氣的通入，優選成正六邊形，各通孔的孔徑優選相同。設置于分布板四周的通孔的孔徑較小，優選為0. 2 3cm，更優選為0. 5 2cm ；設置于中心的通孔用于將流化床反應器中生成的產物輸出，優選的，通過產品輸出管道114將設置于分布板中心的通孔與產品出口 112相連通。設置于分布板中心的通孔205的孔徑優選沿軸線方向遞增，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，有利于生成的產品的順利輸出。分布環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201的厚度可以與分布板203的厚度相同，也可以不同。本實用新型采用的分布板203的截面優選為圓形，分布環201的截面優選為圓環形。如圖2、圖3和圖4所示，由于本實用新型的氫氣分布裝置103中分布環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，由于氫氣氣室101中的氫氣氣壓恒定，因此，在該流化床反應器的工作過程中，由于空隙部通入的氫氣量比從通孔通入的氫氣量大，形成了從反應器邊緣流向反應器中心的氣流，從而位于反應器邊緣處的多晶硅顆粒隨該氣流飄向反應器的中心，避免了生成的多晶硅顆粒附著在反應器的壁上，實現了連續生產。同時，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器的沉降室109中的反應物料始終呈翻滾狀態，而不會掉落于氫氣氣室中，使該流化床反應器始終處于正常、安全的狀態。如圖5所示，流化床反應器優選包括有機原料氣體分布管104，本實用新型對機原料氣體分布管104的個數并無特殊限制，優選為4個。如圖6所示，有機原料氣體分布管上設置有兩排孔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度的兩排孔優選在水平方向對齊。有機原料氣體分布管104的一端用于有機原料氣體的通入，另一端被密封件602密封，進入有機原料氣體分布管104的有機原料氣體經兩排孔進入流化床反應器中。由于有機原料氣體通過多個孔進入流化床反應器中，有利于有機原料氣體與氫氣混合均勻，使反應更加充分，所述有機原料氣體優選為三氯氫硅氣體。在流化床反應器工作過程中，通過氮氣入口 106通入的氮氣優選為熱氮氣，該熱氮氣與加熱器107共同對流化床加熱，雙管齊下，加熱時間較短。利用加熱器107和熱氮氣共同給反應器反應段進行加熱至900 1050°C，加熱使用過的氮氣通過尾氣出口 111進入下一個工序。當反應器被加熱至反應溫度900 1050°C時，將氫氣通過氫氣入口 102通入氫氣氣室101，氫氣經過氫氣分布裝置103的分配進入反應器內，同時三氯氫硅氣體通過有機原料氣體分布管104進入反應器與氫氣混合并進行化學反應SiHC13+H2 — Si+3HC1，生成的多晶硅附著在從硅粉進料口 108輸送進來的高純硅粉上，顆粒逐漸增大，最終形成所需的多晶硅顆粒。本實用新型采用的氫氣分布裝置合理分配了氫氣，由于本實用新型的氫氣分布裝置中分布環與分布板的外周之間形成空隙部，生成的多晶硅顆粒隨經空隙部進入的氫氣飄向反應器的中心，通過沉降室109沉積下來至產品出料口 112出料，實現連續生產。 生產中未反應完全的氣體由尾氣出口 111進入下一工序進行氣固的分離并且回收利用。 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術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用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求1.一種流化床反應器，包括殼體，設置于所述殼體上的硅粉進料口、氮氣入口、氫氣入口、氫氣分布裝置、有機原料氣體分布管、加熱器、尾氣出口和產品出口，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，所述分布板具有多個沿厚度方向的通孔，所述分布環與所述分布板的外周之間形成空隙部。
2.根據權利要求1所述的流化床反應器，其特征在于，所述連接件為4個。
3.根據權利要求1所述的流化床反應器，其特征在于，所述多個通孔分別設置于所述分布板的中心和四周。
4.根據權利要求3所述的流化床反應器，其特征在于，所述設置于分布板中心的通孔孔徑大于設置于分布板四周的通孔孔徑。
5.根據權利要求3所述的流化床反應器，其特征在于，所述設置于分布板四周的通孔成正六邊形排列。
6.根據權利要求1所述的流化床反應器，其特征在于，所述空隙部的面積大于所述通孔的面積。
7.根據權利要求1所述的流化床反應器，其特征在于，所述有機原料氣體分布管上設置有兩排孔，所述孔沿軸線方向直線分布。
8.根據權利要求7所述的流化床反應器，其特征在于，所述兩排孔成180度。
9.根據權利要求7所述的流化床反應器，其特征在于，所述有機原料氣體分布管的一端密封。
專利摘要本實用新型公開了一種流化床反應器，包括殼體，設置于所述殼體上的硅粉進料口、有機原料氣體入口、氮氣入口、氫氣入口、氫氣分布裝置、加熱器、尾氣出口和產品出口，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，所述分布板具有多個沿厚度方向的通孔，所述分布環與所述分布板的外周之間形成空隙部。與現有技術相比，由于本實用新型的氫氣分布裝置中分布環與分布板的外周之間形成空隙部，該流化床反應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，形成了從反應器邊緣流向反應器中心的氣流，從而使位于反應器邊緣處的多晶硅顆粒隨該氣流飄向反應器的中心，避免了多晶硅顆粒附著在反應器的壁上。
文檔編號C01B33/03GK202175562SQ20112030054
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者侯俊峰, 李峰, 楊光軍, 王小偉 申請人:國電寧夏太陽能有限公司