用于流化床反应器的等静压石墨内衬制造技术

一种流化床反应器，其包括多晶硅制备用内衬，该多晶硅制备用内衬具有沿轴线延伸的筒状管。该管包括内表面和外表面，该内表面和外表面限定出在其间的管厚度。该多晶硅内衬还包括围绕管的外表面缠绕的至少一层缠绕物。所述缠绕物防止管的径向膨胀。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流化床反应器的等静压石墨内衬对相关申请的交叉引用本申请要求2015年10月5日提交的美国临时专利申请系列号No.62/237,288的优先权，在此将该申请的公开内容整体并入作为参考。
本公开的领域涉及用于流化床反应器的等静压石墨内衬，并且更具体地涉及具有用于向内衬施加径向压缩力的预张紧的缠绕物的石墨内衬。
技术介绍
多晶硅是用于生产许多商业产品——包括例如集成电路和光伏(即太阳能)电池——的重要原材料，多晶硅通常利用化学气相沉积机理来生产，其中硅从可热分解的硅前体化合物沉积到流化床反应器(“FBR”)中的硅颗粒上。合适的可热分解硅化合物包括例如硅烷和诸如三氯硅烷的卤代硅烷。在本领域中已知的FBR制备工艺中，可分解的硅前体化合物(例如，硅烷)和硅籽晶颗粒被连续进给到反应器中。硅颗粒床使用适当的加热装置保持处于高温下，并通过向上的气体流动保持处于流化状态。这种床被称为流化床。硅沉积在连续生长的籽晶颗粒上，直到它们达到临界尺寸，此后将它们分隔至反应器的底部，在此它们作为多晶硅产品(即“粒状”多晶硅)从FBR中被移除。与用于制备普通化工产品的常规FBR不同，在用于制备多晶硅的流化床反应器的构件的材料选择中遇到限制。反应器内衬连续与在高温和高压下流化的硅颗粒接触，并且承受由颗粒的流化床引起的不规则振动和严重的剪切应力，以及跨反应器内衬的压差和温差。由于多晶硅的期望高纯度、在停机时间最小的情况下的期望的高材料产出、暴露于腐蚀性反应气体以及压力、温度、剪应力、振动和磨损的极端操作条件的组合，针对流化床内衬结构的材料选择是困难的。由于这些原因，FBR反应器和反应器内衬具有受许多过程变量及其组合影响的复杂结构。与硅颗粒接触的FBR内衬和内衬表面被设计为满足机械、热、电和耐化学性能要求，以便为高温操作提供可接受的兼容性并生产高纯度等级的硅。然而，问题在于，本领域中已知的内衬的表面硬度和粗糙度未被优化以提供对由多晶硅颗粒与内衬表面接触引起的腐蚀的高抵抗性。再者，本领域已知的内衬的耐压强度、抗弯强度和拉伸强度不足以允许构建用于与现有技术中已知的反应器相比能够提高多晶硅的产量和生产率的大型FBR的内衬。具体而言，作用在硅FBR反应器中的圆筒形石墨内衬的外部的拉应力可能导致垫衬反应器并用作工艺内衬的石墨圆筒部段的轴向断裂。用于维持密封的轴向压力和用于维持工艺纯度的径向压力可能产生轴向裂纹或使已有的石墨裂纹轴向扩展，从而导致内衬断裂或破裂并发生运行故障。因此存在对防止或消除用于以高纯度和高生产率制备多晶硅的FBR内衬中的断裂的需求。该
技术介绍
章节意在向读者介绍可能与本专利技术的各方面相关的技术的各方面，这些方面在下文被描述和/或要求。相信此讨论对于提供给读者背景信息以利于更好地理解本公开的各个方面是有帮助的。因此应该理解，应在这种意义上阅读这些内容，而不是作为对现有技术的承认。
技术实现思路
在一个方面，一种多晶硅流化床反应器包括环形外壳和环形内衬，该环形内衬位于该外壳内部使得在外壳与内衬之间限定出内室。该多晶硅流化床反应器还包括至少一个进料气体入口、至少一个排出气体出口、和流化区区域，该流化区区域包括由环形内衬的内表面的直径和环形内衬的从进料气体入口位置到排出气体出口位置的长度限定的容积。该环形内衬包括沿一轴线延伸的筒状管。该管包括内表面和外表面，该内表面和外表面限定出在其间的管厚度。环形内衬还包括围绕该外表面缠绕的至少一层缠绕物，其中缠绕物构造成防止管的径向膨胀。在另一方面，一种多晶硅制备用内衬包括沿一轴线延伸的筒状管。该管包括内表面和外表面，该内表面和外表面限定出在其间的管厚度。该多晶硅制备用内衬还包括围绕管的外表面缠绕的至少一层缠绕物。缠绕物构造成防止管的径向膨胀。存在关于本公开的上述各方面提及的特征的各种改进。其它特征也可以结合在本公开的上述各方面中。这些改进和附加的特征可以单独存在或以任意组合存在。例如，下文关于本公开的任何一个图示实施例讨论的各种特征可以单独地或以任意组合方式结合在本公开的任何上述方面中。附图说明图1是进入和离开流化床反应器(FBR)系统的气体流的示意图。图2是本公开的FBR区段的截面图，其中示出了内衬和反应外壳。图3是可供图1所示的FBR系统使用的第一示例性内衬的右侧的截面图。图4是可供图1所示的FBR系统使用的第二示例性内衬的截面图。图5是可供图1所示的FBR系统使用的第三示例性内衬的截面图。图6是示出图3-5所示的内衬中的任何一个的侧视图。图7是可供图1所示的FBR系统使用的第四示例性内衬的截面图。图8是可供图1所示的FBR系统使用的第五示例性内衬的截面图。图9是可供图1所示的FBR系统使用的第六示例性内衬的截面图。图10是图7-9所示的内衬中的任何一个的侧视图。在全部附图中，对应的附图标记指示对应的部件。具体实施方式现在参照图1，本公开的范围内的一个流化床反应器(FBR)的一个示例被表示为1。FBR1包括反应室10和气体分配单元2。第一气体5的源和第二气体7的源被引入分配单元2中，以将相应气体适当地分配到反应室10的入口中。分配单元2有助于在整个反应室10内分布反应气体，以便最大限度地提高反应室内材料在流化颗粒上的沉积速率，同时最大限度地减少内衬上的沉积物。如本文中所使用的，“第一气体”是具有与“第二气体”不同的组分的气体，并且反之亦然。第一气体和第二气体可以包含多种气体化合物，只要第一气体中的至少一种化合物的质量组成或摩尔组成与第二气体中的化合物的组成不同。产品提取管12延伸穿过气体分配单元2。产品颗粒可以从管12提取并输送到产品储存单元15。消耗气体/排出气体16经反应室10离开并且可被引入其它处理单元18中。就这一点而言，应当理解，图1所示的反应器1为示例性的并且可以使用其它反应器设计而不脱离本公开的范围。现在参照图2，示出了根据本公开的一些方面的FBR1的反应室10，其中示出了第一气体5的源、第二气体7的源、气体分配单元2、消耗气体16、反应室内部30和反应内衬32。FBR1的加热设备34可被维持在反应器的反应内衬32和外壳35之间形成的环形内室39内。内室39(或其一部分)可包括绝热材料(未示出)，以防止热通过外壳35损失。所使用的绝热材料可以是如本领域技术人员所理解的适于在高温下绝热的任何材料(包括碳和无机材料)，并且可采取各种形式，包括绝热块、毯或毡。在本公开的一些任选方面，内室39中的压力等于或小于过程气体5和7的压力。在本公开的这些方面，通过控制阀来维持过程气体5和7与内室39之间的压力差(即，压力过程气体-压力内室)，以确立对于流化而言期望的流动速率。在图2中未示出的本公开的一些方面，加热设备34可以与内衬32物理接触并且加热设备34与外壳35之间可以存在空隙空间。在图2中未示出的本公开的一些其它方面，加热设备34可以与外壳35物理接触并且加热设备34与内衬32之间可以存在空隙空间。在图2中未示出的本专利技术的又一些方面，加热设备34可以与外壳35和内衬32物理接触。加热设备34在图2中被示出为沿FBR1的轴线33延伸小于环形内室39的如从气体分配单元2的邻近反应室10的反应气体入口区段的部分到消耗气体16的出口测得的全长。然而，本领域的技术人员可以理解，根据需要，加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅流化床反应器，包括：环形外壳；环形内衬，其位于所述外壳的内部，使得在所述外壳与所述内衬之间限定出内室；至少一个进料气体入口；至少一个排出气体出口；流化区区域，其包括由所述环形内衬的内表面的直径和所述环形内衬的从所述进料气体入口位置到所述排出气体出口位置的长度限定的容积，所述环形内衬包括：沿轴线延伸的筒状管，该管包括内表面和外表面，所述内表面和外表面在其间限定出管厚度；和围绕所述外表面缠绕的至少一层缠绕物，所述缠绕物防止所述管的径向膨胀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.05 US 62/237,2881.一种多晶硅流化床反应器，包括：环形外壳；环形内衬，其位于所述外壳的内部，使得在所述外壳与所述内衬之间限定出内室；至少一个进料气体入口；至少一个排出气体出口；流化区区域，其包括由所述环形内衬的内表面的直径和所述环形内衬的从所述进料气体入口位置到所述排出气体出口位置的长度限定的容积，所述环形内衬包括：沿轴线延伸的筒状管，该管包括内表面和外表面，所述内表面和外表面在其间限定出管厚度；和围绕所述外表面缠绕的至少一层缠绕物，所述缠绕物防止所述管的径向膨胀。2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物被预张紧以抵消所述管的内表面上的预定周向拉应力。3.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物包括石墨纤维和碳纤维中的至少一者。4.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物包括石墨纤维或碳纤维的带和石墨纤维或碳纤维的绳中的至少一者。5.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述管厚度沿管长度基本上恒定。6.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述管厚度沿管长度变化。7.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述管包括等静压模制的石墨。8.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物包括多个层。9.根据权利要求8所述的流化床反应器，其中，所述多个层的数量根据预定应力曲线而沿所述管的长度变化。10.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物包括内表面和外表面，所述缠绕物的内表面和外表面限定出在其间的缠绕物厚度。11.根据权利要求10所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物厚度沿所述管的长度是恒定的。12.根据权利要求10所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物厚度沿所述管的长度变化。13.根据权利要求10所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物的外表面和所述管的内表面基本上平行于所述轴线。14.根据权利要求13所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物的内表面和所述管的外表面相对于所述轴线是弯曲的。15.根据权利要求10所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物的内表面和所述管的外表面基本上平行于所述轴线。16.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述缠绕物的外表面相对于所述轴线是弯曲的。17.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述管包括第一端部、第二端部和在其间延伸的管长度，所述缠绕物包括第一端部、...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·L·金贝尔，
申请(专利权)人：各星有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81