用于生产多晶硅颗粒的流化床反应器和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产颗粒形式的多晶硅的流化床反应器，所述反应器包括反应器容器，具有多晶硅的用于流化床的内部反应器管，所述反应器容器内的反应器底部，至少一个用于进给流化气体的底部气体喷嘴(9)，至少一个用于进给反应气体混合物的反应气体喷嘴，用于进给硅晶种颗粒的进给装置，以及用于颗粒多晶硅的排放管线，用于从所述反应器容器中引出反应器出口气体的构件，以及位于所述反应器容器和所述内部反应器管之间的间隙，其中在所述间隙中具有用于在所述内部反应器管中加热所述流化床的加热装置，以及还有绝缘材料。本发明专利技术的特征在于，在所述加热器和所述绝缘材料之间的所述间隙中存在辐射屏蔽体，并且所述间隙含有惰性气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产多晶硅颗粒的流化床反应器和方法本专利技术涉及用于生产颗粒形式的多晶硅的流化床反应器和方法。在流化床反应器中制造颗粒多晶硅。硅颗粒被流化床中的气流流化，后者被加热装置加热至高温。将含硅的反应气体混合用于在颗粒的热表面处进行沉积反应。元素硅沉积在硅颗粒上并且单个颗粒的直径增加。通过定期抽出生长的颗粒并混合较小的晶种硅颗粒，所述方法可以连续的方式操作并且具有其所有伴随的优点。所述含硅的反应物气体包括硅卤化合物(例如，氯硅烷或溴硅烷)、硅烷(SiH4)以及还有这些气体与氢气的混合物。以这种方法，所用加热功率的很大一部分通过冷却的反应器外侧壁而损失。为了增加用于生产颗粒形式的多晶硅的能量效率反应器能量效率以及因此还有方法的能量效率，已知应使在所述工艺中加热至高温的反应器组件与反应器的冷却壳体热绝缘。US20000677347因此公开了在辐射加热器和反应器的外侧壁之间具有绝缘体的流化床反应器。绝缘体优选由石英或金属硅酸盐组成。US5798137A公开了流化床反应器的加热夹套中的氧化铝-二氧化硅纤维绝缘体。US2009004090A公开了将无机类型的绝缘材料置于加热器和反应器的外壳之间。本专利技术所解决的问题是提供用于通过将多晶硅沉积至硅晶种颗粒上来生产颗粒形式的多晶硅的流化床反应器，其具有高于任何已知的流化床反应器的能量效率。所述问题通过流化床反应器来解决，所述流化床反应器包括反应器容器，包含颗粒多晶硅的用于流化床的内部反应器管，所述反应器容器内的反应器底部，至少一个用于进给流化气体的底部气体喷嘴，以及还有至少一个用于进给反应气体混合物的反应气体喷嘴，用于进给硅晶种颗粒的进给构件，以及还有用于颗粒多晶硅的排放管线，和用于从所述反应器容器中引出反应器出口气体的构件，位于所述反应器容器和所述内部反应器管之间的间隙，并且所述间隙含有所述内部反应器管中的用于加热所述流化床的加热装置，以及还有绝缘材料，其特征在于，在所述间隙中在所述加热器和所述绝缘材料之间存在辐射屏蔽体，并且所述间隙含有惰性气体。本专利技术的优选实施方案描绘于图1中。该流化床反应器包括反应器容器(1)，包含颗粒多晶硅的用于流化床(4)的内部反应器管(2)，反应器底部(15)，一个或多个用于向所述内部反应器管(2)供应流化气体(7)的底部气体喷嘴(9)，以及一个或多个用于向所述内部反应器管(2)供应反应气体混合物(6)的反应气体喷嘴(10)，反应器头(8)，晶种进给构件(11)通过所述反应器头(8)向所述内部反应器管(2)供应晶种(12)，位于反应器底部(15)的排放管线(14)，所述颗粒多晶硅产物(13)通过该排放管线排放，用于从所述内部反应器管(2)中引出反应器出口气体(16)的构件，用于加热所述流化床(4)的加热装置(5)，在所述容器(1)的所述内侧壁和所述内部反应器管(2)的外侧壁之间的间隙中的绝缘材料(18)，其特征在于，辐射屏蔽体(17)存在于所述加热器(5)和所述绝缘材料(18)之间的间隙(3)中，并且所述间隙(3)含有惰性气体。反应器中反应气体喷嘴(10)的高度可不同于底部气体喷嘴(9)的高度。喷嘴的布置以及额外的垂直二次气体注入用于在反应器内形成气泡形成性流化床。反应器头部(8)可具有大于流化床的横截面。辐射屏蔽体(17)位于加热器(5)的远离内部反应器管的一侧上。它们优选围绕加热器(5)布置。更优选地，圆环形辐射屏蔽体附接于加热器(5)上方，圆环形辐射屏蔽体附接于加热器(5)下方，并且圆柱形辐射屏蔽体附接于加热器(5)后面。这里还可将上辐射屏蔽体和圆柱形辐射屏蔽体或下辐射屏蔽体和圆柱形辐射屏蔽体彼此组合。辐射屏蔽体可有效遮蔽反应器的容器壁，与单独使用绝缘体相比，更少的能量进入冷却壁中。辐射屏蔽体因此显著降低了经由辐射的热损失。使得绝缘体只吸收来自加热器和热内件的一部分热辐射。出于本专利技术的目的，当辐射屏蔽体具有非常低的发射率ε和/或非常高的反射率时，是有利的。当辐射屏蔽体由非常大量的层构造时，进一步是有利的。辐射屏蔽体可由一个或多个层组成。辐射屏蔽体优选由1至20个层、特别优选1至10个层且非常特别优选1至7个层组成。辐射屏蔽体的层可以是单个或由两个或更多个相互铆接、熔接、推入配合、栓接、整体接合、烧结、反应烧结、焊接、粘合或并列的板(panel)组成，每个板的厚度为0.05至30mm，优选0.05至10mm且更优选0.2至5mm。辐射屏蔽体的各个层不需要气密。各个层彼此以1至150mm、优选1至50mm且更优选2至15mm的间隙间隔开。各个层之间的间隙由间隔物和/或在非平面配置的情况下由各个层和间隔体的特征尺寸确保。例如在圆柱形热屏蔽体的情况下，各个层的直径和隔离物的厚度必须彼此对准。适合的间隔体优选是支柱、肋、凹坑、环、成型板(profiledpanel)(如例如U形型材或波纹板)或由固体材料组成的结构，实例是如立方体、锥体、圆柱体或其它常规几何形状。如果辐射屏蔽体垂直结束于各个层，则用于保持各个层的装置可存在于结束表面中。辐射屏蔽体的间隔物和各个层优选通过熔接、焊接、烧结、反应烧结、整体接合、栓接、铆接、推入配合连接或粘合剂接合彼此连接。如果要使辐射屏蔽体的各个层之间通过对流的热损失最小化，则辐射屏蔽体可在外侧表面被封闭并且任选地在气密配置的情况下被抽真空。或者或另外，用于终止热诱导对流的障碍物可结合在辐射屏蔽体的各个层之间。这种类型的障碍物包括例如完全或部分封闭在自然或强制对流的情况下用于流动的自由横截面的固体材料结构。例如，在圆柱形立式热屏蔽体中，水平布置的环形板可结合在各个层之间。取决于反应器管中温度分布的要求，各个辐射屏蔽体可被配置成使得各个层是圆形或椭圆形基底的圆柱体或具有多边形基底的本体的平面或圆周表面。辐射屏蔽体中的开口必须根据安装位置来实现，例如用于温度测量，加热器管道，用于气体管道或用于组装装置。辐射屏蔽体的各个层优选含有下列材料中的一种或多种：二氧化硅、碳化硅、硅、碳、氧化铝、钼、钨、镍或铬。特别优选的是，辐射屏蔽体含有石英岩、石英陶瓷、石英玻璃、具有反射SiO2涂层的石英玻璃、钼或钼合金(如例如钼/氧化镧)、钨或钨合金、钢合金(例如1.4828-X15CrNiSi20122；1.4872-X25CrMnNi2597；1.4876-X10NiCrAlTi3221；1.4841-X15CrNiSi2521)、基于镍的合金(例如2.4663-NiCr23Co12Mo)、石墨、碳纤维增强碳(CFC)、石墨箔、重结晶碳化硅、氮化物接合碳化硅、烧结碳化硅或硅渗透碳化硅、烧结氮化硅。辐射屏蔽体尤其优选含有钼或钼合金(例如Mo/La)、钨或钨合金、CFC、石墨或钢合金(例如1.4828-X15CrNiSi20122；1.4872-X25CrMnNi2597；1.4876-X10NiCrAlTi3221；1.4841-X15CrNiSi2521)、基于镍的合金(例如2.4663-NiCr23Co12Mo)。优选地，辐射屏蔽体的各个层由所述材料中的任何一种组成，而各个层的材料可不同。在一个特别优选的实施方案中，辐射屏蔽体由所述材料中的一种组成，并且在内侧表面和/或外侧表面上包裹有厚度为5μm至5mm的石墨箔。在另一特别优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产颗粒形式的多晶硅的流化床反应器，所述反应器包括反应器容器，包含颗粒多晶硅的用于流化床的内部反应器管，所述反应器容器内的反应器底部，至少一个用于进给流化气体的底部气体喷嘴，以及还有至少一个用于进给反应气体混合物的反应气体喷嘴，用于进给硅晶种颗粒的进给构件，以及还有用于颗粒多晶硅的排放管线，和用于从所述反应器容器中引出反应器出口气体的构件，位于所述反应器容器和所述内部反应器管之间的间隙，并且所述间隙含有用于加热所述内部反应器管中的流化床的加热装置，以及还有绝缘材料，其特征在于，在所述间隙中在所述加热器和所述绝缘材料之间存在辐射屏蔽体，并且所述间隙含有惰性气体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.02 DE 102015224099.11.一种用于生产颗粒形式的多晶硅的流化床反应器，所述反应器包括反应器容器，包含颗粒多晶硅的用于流化床的内部反应器管，所述反应器容器内的反应器底部，至少一个用于进给流化气体的底部气体喷嘴，以及还有至少一个用于进给反应气体混合物的反应气体喷嘴，用于进给硅晶种颗粒的进给构件，以及还有用于颗粒多晶硅的排放管线，和用于从所述反应器容器中引出反应器出口气体的构件，位于所述反应器容器和所述内部反应器管之间的间隙，并且所述间隙含有用于加热所述内部反应器管中的流化床的加热装置，以及还有绝缘材料，其特征在于，在所述间隙中在所述加热器和所述绝缘材料之间存在辐射屏蔽体，并且所述间隙含有惰性气体。2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其包括，反应器容器(1)，包含颗粒多晶硅的用于流化床(4)的内部反应器管(2)，反应器底部(15)，一个或多个用于向所述内部反应器管(2)供应流化气体(7)的底部气体喷嘴(9)，以及一个或多个用于向所述内部反应器管(2)供应反应气体混合物(6)的反应气体喷嘴(10)，反应器头(8)，晶种进给构件(11)经由该反应器头(8)向所述内部反应器管(2)供应晶种(12)，位于反应器底部(15)的排放管线(14)，所述颗粒多晶硅产物(13)经由该排放管线排放，用于从所述内部反应器管(2)中引出反应器出口气体(16)的构件，用于加热所述流化床(4)的加热装置(5)，在所述容器(1)的内侧壁和所述内部反应器管(2)的外侧壁之...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·佩德龙，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE