减少流化床反应器内颗粒污染的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了减少流化床反应器内颗粒污染的方法和装置。所述方法包括：在流化床反应器内提供流化床反应器组件，该流化床反应器组件具有在所述流化床反应器操作期间面向涂硅颗粒的表面，其中所述表面包含至少部分地涂布有保护层的金属，该保护层是包含4‑30％Mo、5‑25％Cr、2‑15％Co、≤3.5％Ti、≤2％Fe、≤2％Al、≤1％Mn、≤1％Si、≤0.5％Cu、≤0.1％C、≤0.1％Zr、≤0.01％B和23.4‑89％镍的镍基超合金，并具有0.1mm至1mm的平均厚度；以及操作所述流化床反应器以制造涂硅颗粒。

Method and Device for Reducing Particle Pollution in Fluidized Bed Reactor

The invention discloses a method and a device for reducing particle pollution in a fluidized bed reactor. The method includes: providing a fluidized bed reactor assembly in a fluidized bed reactor, which has a surface facing silicon particles during the operation of the fluidized bed reactor. The surface of the fluidized bed reactor assembly contains at least part of the metal coated with a protective layer, which comprises 4 30% Mo, 5 25% Cr, 2 15% Co, <3.5% Ti, <2% Fe, <2% Al. Nickel-based superalloys with an average thickness of 0.1 mm to 1 mm, with a thickness of 0.1 mm to 1 mm, with copper of 0.5%, C of 0.1%, Zr of 0.1%, B of 0.01% and nickel of 23.4 89%, and operating the fluidized bed reactor to produce coated silicon particles.

【技术实现步骤摘要】
减少流化床反应器内颗粒污染的方法和装置本申请为国际申请PCT/US2013/068487于2014年4月30日进入中国国家阶段、申请号为201380003733.4、专利技术名称为“减少流化床反应器内颗粒污染的方法和装置”的分案申请。相关申请的交叉引用本专利技术是2012年11月6日提交的美国申请13/670,200号的部分继续申请，以及2013年7月10日提交的美国申请13/939,067号的部分继续申请，上述两个美国申请都通过参考全文并入本文中。
本公开涉及用于流化床反应器，特别地用于含硅气体裂解以制造涂硅颗粒的流化床反应器的硬保护层。
技术介绍
在流化床中裂解含硅气体由于优异的传质和传热、增大的沉积表面以及连续的生产，因此是一种具有吸引力的制造光电和半导体行业用多晶硅的工艺。与西门子型反应器相比，流化床反应器以一小部分能耗提供大大提高的生产率。流化床反应器可以高度自动化以显著降低劳务成本。通过化学气相沉积法的涉及在流化床反应器内裂解含硅物质如硅烷、乙硅烷或卤硅烷如三氯硅烷或四氯硅烷的微粒多晶硅制造为本领域技术人员熟知并且由许多公布所例示，包括以下专利和公布：US8,075,692、US7,029,632、US5,810,934、US5,798,137、US5,139,762、US5,077,028、US4,883,687、US4,868,013、US4,820,587、US4,416,913、US4,314,525、US3,012,862、US3,012,861、US2010/0215562、US2010/0068116、US2010/0047136、US2010/0044342、US2009/0324479、US2008/0299291、US2009/0004090、US2008/0241046、US2008/0056979、US2008/0220166、US2008/0159942、US2002/0102850、US2002/0086530和US2002/0081250。在反应器中通过选自以下的含硅气体的分解将硅沉积在颗粒上：硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)、高级硅烷(SinH2n+2)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)、二溴硅烷(SiH2Br2)、三溴硅烷(SiHBr3)、四溴化硅(SiBr4)、二碘硅烷(SiH2I2)、三碘硅烷(SiHI3)、四碘化硅(SiI4)，以及其混合物。可以将含硅气体与一种或多种含卤素的气体混合，所述含卤素的气体被定义为以下任意者：氯气(Cl2)、氯化氢(HCl)、溴(Br2)、溴化氢(HBr)、碘(I2)、碘化氢(HI)，以及其混合物。也可以将含硅气体与一种或多种其它气体如氢气(H2)和/或一种或多种选自氮气(N2)、氦气(He)、氩气(Ar)和氖气(Ne)的惰性气体混合。在具体实施方式中，含硅气体是硅烷，并且硅烷是与氢气混合的。将含硅气体连同任何伴随的氢气、含卤素的气体和/或惰性气体一起引入流化床反应器内并且在反应器内热分解以产生硅，使所述硅沉积在反应器内的晶种颗粒上。流化床反应器内常见的问题是流化床中涂硅颗粒在高的操作温度下被用于构造反应器和其组件的材料污染。例如，已经显示镍从用于构造反应器零件的一些镍合金中的基本金属扩散到硅层中(例如在涂硅颗粒上)。在被构建用于含锗气体的裂解以制造涂锗颗粒的流化床反应器内产生类似的问题。
技术实现思路
本公开涉及减少或消除涂硅颗粒因与流化床反应器内的金属表面接触而造成的污染。具有这种金属表面的反应器组件包括但不限于注射喷管、流化气体入口管、晶种入口管、产品抽取出口管、内衬、探针组件、样品喷管、压力喷管、热电偶、内加热器以及消泡剂。至少一个流化床反应器组件具有包含至少部分地涂布有保护层的金属的表面，所述保护层包含650℃时极限拉伸强度为至少700MPa的材料。在一些实施方式中，所述表面的至少95％涂布有保护层。保护层可以具有至少0.1mm的平均厚度，如0.1mm至1mm的平均厚度。保护层的厚度可以横跨表面宽度和/或沿着表面长度而变化。在一个实施方式中，流化床反应器组件的一部分完全由化学组成与保护层实质上相同的材料构造。金属和保护层各自具有热膨胀系数(TCE)。在一些实施方式中，TCE彼此相差≤30％。可以在金属和保护层之间设置中间涂层，其中所述中间涂层的TCE处于金属的TCE和保护层的TCE之间。例示性保护层包含钴基合金、镍基合金或其组合。在一个实施方式中，保护层是钴基合金，包含：25-35％Cr、≤10％W、≤10％Ni、≤5％Mo、≤3％Fe、≤2％Si、≤2％C、≤1.5％Mn、≤1％B、≤0.05％P、≤0.05％S和30.5-75％钴。在另一实施方式中，保护层是镍基超合金，包含：4-30％Mo、5-25％Cr、2-15％Co、≤3.5％Ti、≤2％Fe、≤2％Al、≤1％Mn、≤1％Si、≤0.5％Cu、≤0.1％C、≤0.1％Zr、≤0.01％B和23.4-89％镍。用于制造多晶硅的流化床反应器单元包含界定反应室的反应器，以及一个或多个具有面向反应室的表面的反应器组件，所述表面包含至少部分地涂布有如本文所公开的保护层的金属。制造粒状多晶硅颗粒的方法的实施方式包括使含硅气体流经在由流化床反应器界定的反应室内含有晶种颗粒的流化床反应器，以实现含硅气体的裂解和多晶硅层在晶种颗粒上的沉积以形成涂布有多晶硅的颗粒，其中所述流化床反应器包含一个或多个具有面向反应室的表面的反应器组件，所述表面包含至少部分地涂布有如本文所公开的保护层的金属。保护层会减少或消除涂布有多晶硅的颗粒与金属的接触，并且减少或消除多晶硅颗粒的金属污染。根据以下详细描述，本专利技术的特征和优势将变得更明显，以下详细描述是参考附图进行的。附图说明图1是流化床反应器的示意性横截面正视图。图2是涂布有中间结合或胶粘促进涂层和外保护层的入口管的示意性横截面正视图。图3是入口管的示意性横截面正视图，所述入口管包含由保护层材料组成的上部和涂布有保护层材料的下部。具体实施方式公开了用于减少或消除涂硅颗粒的污染的方法和流化床反应器的实施方式。一个或多个流化床反应器组件的金属表面至少部分地涂布有硬保护层。如本文所用，术语“反应器组件”是指流化床反应器的具有可在反应器操作期间接触涂硅颗粒的表面(例如包含金属的表面)的任何组件。除非上下文另外明显规定，否则本文所用的“包含”是指“包括”并且单数形式“一个(种)”或“所述”包括复数个提及物。除非上下文另外明显规定，否则术语“或”是指所述替代性要素的单个要素或两个以上要素的组合。除非另外解释，否则本文所用的所有技术术语和科学术语的含义都与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。虽然与本文所述的那些类似或等效的方法和材料可用于实践或试验本公开，但是下文描述合适的方法和材料。材料、方法和实施例仅具有说明性并且不意图具有限制性。根据以下详细描述和权利要求书，本公开的其它特征是明显的。除非另有规定，否则将关于组成的所有百分比都理解成重量百分比，即％(w/w)。例如，包含20％钴的组合物在每100g组合物中包含20g钴。图1是用于制造涂硅颗粒的流化床反应器10的简化示意图。反应器10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少或消除涂硅颗粒因与流化床反应器内的表面接触而造成的污染的方法，所述方法包括：在流化床反应器内提供流化床反应器组件，该流化床反应器组件具有在所述流化床反应器操作期间面向涂硅颗粒的表面，其中所述表面包含至少部分地涂布有保护层的金属，该保护层是包含4‑30％Mo、5‑25％Cr、2‑15％Co、≤3.5％Ti、≤2％Fe、≤2％Al、≤1％Mn、≤1％Si、≤0.5％Cu、≤0.1％C、≤0.1％Zr、≤0.01％B和23.4‑89％镍的镍基超合金，并具有0.1mm至1mm的平均厚度；以及操作所述流化床反应器以制造涂硅颗粒。

【技术特征摘要】
2012.11.06 US 13/670,200;2013.07.10 US 13/939,0671.一种减少或消除涂硅颗粒因与流化床反应器内的表面接触而造成的污染的方法，所述方法包括：在流化床反应器内提供流化床反应器组件，该流化床反应器组件具有在所述流化床反应器操作期间面向涂硅颗粒的表面，其中所述表面包含至少部分地涂布有保护层的金属，该保护层是包含4-30％Mo、5-25％Cr、2-15％Co、≤3.5％Ti、≤2％Fe、≤2％Al、≤1％Mn、≤1％Si、≤0.5％Cu、≤0.1％C、≤0.1％Zr、≤0.01％B和23.4-89％镍的镍基超合金，并具有0.1mm至1mm的平均厚度；以及操作所述流化床反应器以制造涂硅颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其中所述表面的至少95％涂布有所述保护层。3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属具有热膨胀系数TCE-1，并且所述保护层具有热膨胀系数TCE-2，其中TCE-2和TCE-1相差≤30％。4.如权利要求3所述的方法，其中在所述金属和所述保护层之间设置具有热膨胀系数TCE-3的中间涂层，TCE-3处于TCE-1和TCE-2之间。5.如权利要求1所述的方法，其中所述保护层具有横跨所述表面的宽度和/或沿着所述表面的长度方向变化的厚度。6.如权利要求1所述的方法，其中所述流化床反应器组件的一部分完全由化学组成与所述保护层实质上相同的材料构造。7.如权利要求1所述的方法，其中所述流化床反应器组件是注射喷管、流化气体入口管、晶种入口管、产品抽取出口管、内衬、探针组件、样品喷管、压力喷管、热电偶、内加热器或消泡器。8.一种用于制造多晶硅的流化床反应器单元，所述单元包含：界定反应室的反应器；以及一个或多个反应器组件，其具有面向所述反应室的表面，所述表面包含至少部分地涂布有保护层的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·J·米勒，迈克尔·V·斯潘格勒，
申请(专利权)人：陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61