CN203593626U - 一种流化床多晶硅颗粒的制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多晶硅领域，具体涉及一种流化床多晶硅颗粒的制备装置，包括流化床反应器、旋风分离器、细硅颗粒晶种罐和硅颗粒加料罐；流化床反应器包括流化床反应器筒体和流化床扩大段；流化床反应器筒体底部设有产品出料口，下部设有硅源气体进料口和稀释气体进气口，流化床反应器筒体外部包覆有反应器加热装置；流化床扩大段顶部设有反应尾气出口；细硅颗粒晶种罐顶部设有硅晶种加料口和尾气出口；流化床扩大段的底部与流化床反应器筒体顶部固连，且流化床扩大段的直径大于流化床反应器筒体的直径。该***增加了流化床反应器的使用寿命，节约了能源，避免了多晶硅受到外界的污染，实现连续生产，提高了生产效率。

Description

一种流化床多晶硅颗粒的制备装置

技术领域

本实用新型涉及多晶硅制造技术领域，具体涉及一种流化床多晶硅颗粒的制备装置。 

背景技术

多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原材料，是全球电子工业及光伏产业的基础，全球的多晶硅有超过80%是用于光伏行业。生产出来的多晶硅还需要经过熔融，铸锭，切片等工序再制备成电池片。在这个过程中，生产高纯多晶硅工序和多晶硅熔融工序需要消耗大量的能量，降低能耗迫切需要。目前，工业上大规模生产高纯度多晶硅的最主要方法为改良西门子法以及流化床法。 

改良的西门子工艺具有技术成熟度高的优点。但是在生产效率和能耗方面也存在显著的缺点。由于采用钟罩式反应器，在硅棒长大到一定尺寸（如50~300mm）后必须使反应器降温并取出产品，因此只能采用间歇操作，能耗高。而针对西门子法存在的不足进行的改良中，引入了流化床反应器生产多晶硅颗粒的方法，在流化床反应器中，含硅气体通过氢还原反应生成单质硅并沉积到多晶硅颗粒表面。由于流化床反应器内参与反应的硅表面积大，使反应速率大大增加，所以该方法的生产效率高、电耗小、成本低，比较适用于大规模生产太阳能级多晶硅。但是，流化床反应器也存在一定的缺点，比如，化学气相沉积高纯度多晶硅的反应对温度极为敏感，因此造成了反应生成的多晶硅会沉积到热壁表面，使反应器壁面的传热效率大大降低给传热造成了困难。而且由于有些反应器材料比如石英的热膨胀系数较多晶硅相差一个数量级，当有多晶硅沉积到反应器壁面时，会造成反应器破裂，给工业操作安全带来隐患。 

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提供了一种流化床多晶硅颗粒的制备装置。 

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现： 

一种流化床多晶硅颗粒的制备装置，包括流化床反应器、旋风分离器、细硅颗粒晶种罐和硅颗粒加料罐；流化床反应器包括流化床反应器筒体和流化床扩大段；流化床反应器筒体底部设有产品出料口，下部设有硅源气体进料口和稀释气体进气口，流化床反应器筒体外部包覆有反应器加热装置；流化床扩大段顶部设有反应尾气出口；细硅颗粒晶种罐顶部设有硅晶种加料口和尾气出口；流化床扩大段的底部与流化床反应器筒体顶部固连，且流化床扩大段的直径大于流化床反应器筒体的直径；流化床扩大段顶部通过管路与旋风分离器进口相连，旋风分离器底部出口与硅颗粒加料罐相连，硅颗粒加料罐的底部与设于流化床反应器筒体下部的硅晶种进料口相连；旋风分离器顶部出口通过管路经尾气加压风机后一方面与流化床反应器筒体下部相连，另一方面与细硅颗粒晶种罐下部相连，细硅颗粒晶种罐底部出口通过管路与硅颗粒加料罐相连；由产品出料口连接的管路上设有热量回收套筒，硅源性气体先经设于管路上的气体预热器预热，再经过热量回收套筒换热后，与硅源气体进料口相连。

本实用新型的特点是将流化床反应器分为流化床反应器筒体和流化床扩大段两部分，目的就是通过将流化床反应器的上部直径放大，降低硅源性气体反应后的气体流速，从而使一定直径的细硅粉重新降落到到流化床反应器中，避免反应尾气将过多的细硅粉带出流化床反应器进而增加后续的工序。反应尾气经旋风分离器分离后，由于分离后的尾气还会夹带一部分粒径较小的硅粉，因此大部分的尾气经过尾气加压风机加压后重新回到流化床反应器中进行反应，少部分通入细硅颗粒晶种罐中，由于细硅颗粒晶种罐中存放有细硅颗粒的硅晶种，因此利用细硅颗粒的吸附性对尾气进行吸附分离，从而能够将尾气中残留的98%以上的硅粉进行吸附，不仅降低了硅粉的损失，而且降低了尾气污染，同时尾气的热量还能够对细硅颗粒晶种罐中存放的细硅颗粒进行预加热，节约了能源，避免了细硅颗粒的硅晶种温度过低对反应造成影响。此原理类似与滤纸过滤，当在滤纸上吸附有部分滤渣后，过滤效果会更好，而本发明的细硅粉颗粒类似于滤纸上的滤渣，能够起到更好的过滤作用，提高过滤效果，从而将尾气中残留的硅粉吸附，降低尾气的污染。细硅颗粒晶种罐底部出口通过管路与硅颗粒加料罐相连，通过利用硅颗粒加料罐相对流化床反应器进行硅晶种添加，可以实现连续化操作，从而避免间歇操作方式中多晶硅棒在拆装和后续的破碎运输阶段容易引入杂质造成的污染。同时，硅晶种由流化床反应器筒体下部设置的硅晶种进料口加入到流化床反应器中，增加了硅晶种与硅源性气体的接触时间，克服了硅晶种从上部加入，粒度较细的硅晶种被反应尾气带出的缺陷。硅源性气体经过热量回收套筒的换热后，温度得到升高，这样达到回收热能的目的，节约了能源。 

作为优选，流化床扩大段的直径为流化床反应器筒体直径的1.5-3倍，且流化床扩大段与流化床反应器筒体连接处弧形过度；流化床扩大段的长度为流化床反应器筒体长度的1/3-1/2。 

作为优选，稀释气体进气口和经尾气加压风机加压后进入流化床反应器筒体的气流方向与流化床反应器筒体内壁所成的角度均小于等于30度。目前进气方向通常都是直接进入，而本发明利用稀释气体或循环尾气以一定角度进入到流化床反应器中，减少硅粉在反应内壁的生成，减少内壁的磨损，延长流化床反应器的使用寿命，降低维修费用。 

作为优选，稀释气体进气口和经尾气加压风机加压后进入流化床反应器筒体的气流方向与流化床反应器筒体内壁相切，气流方向与水平面所成角度均为1-4度。气流方向与流化床反应器筒体内壁相切能够更好的对流化床反应器筒体的内壁产生一个冲击力，避免硅粉在流化床反应器内壁生成，而气流方向与水平面所成角度为1-4度后，可以使得气流能够沿着流化床反应器行走更长的距离，扩大气流对流化床反应器内壁影响范围。 

作为优选，所述硅颗粒加料罐的位置与流化床反应器筒体内的硅晶种位置相对应，硅颗粒加料罐与流化床反应器形成连通器结构。通过将硅颗粒加料罐与流化床反应器形成连通器结构，硅颗粒加料罐可以根据流化床反应器内硅晶种的量进行实时连续的加入，从而保证流化床反应器连续反应的进行。 

作为优选，流化床扩大段与流化床反应器筒体内壁设有厚度为1-3mm的内衬层。 

由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是： 

1）提高了硅源性气体的反应程度，降低随反应尾气拍出的硅粉的量，2）改变进入流化床反应器内的气流与流化床反应器内壁的角度，从而使气流可以沿着流化床反应器内壁进行，这样可以减少生成的硅粉在流化床反应器内壁的沉积率，3）细硅颗粒晶种罐内放置细粒度的硅晶种，并将反应尾气从细硅颗粒晶种罐下部通入，通过硅晶种对反应尾气进行过滤并除去尾气中夹带的细硅颗粒，降低硅的损耗。同时，反应尾气对硅晶种颗粒进行加热，回收了反应尾气的热量，减少能量的消耗。4）通过将硅颗粒加料罐的位置与流化床反应器筒体内的硅晶种位置相对应，硅颗粒加料罐与流化床反应器形成连通器结构，从而实现硅晶种的自动加料连续操作，也避免了间歇操作中多晶硅棒的破碎和洗涤造成多晶硅被污染的发生，同时也提高了生产效率与产量。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。 

图中：1流化床反应器，2流化床反应器筒体，3产品出料口，4硅源气体进料口，5稀释气体进气口，6反应器加热装置，7硅晶种进料口，8流化床扩大段，9反应尾气出口， 10旋风分离器，11细硅颗粒晶种罐，12硅晶种加料口，13尾气出口，14硅颗粒加料罐，15尾气加压风机，16热量回收套筒，17气体预热器。 

具体实施方式

下面以具体实施例对本实用新型作进一步的说明。 

实施例

一种流化床多晶硅颗粒的制备装置，如图1所示，包括流化床反应器1、旋风分离器10、细硅颗粒晶种罐11和硅颗粒加料罐14；流化床反应器1包括流化床反应器筒体2和流化床扩大段8；流化床反应器筒体2底部设有产品出料口3，下部设有硅源气体进料口4和稀释气体进气口5，流化床反应器筒体2外部包覆有反应器加热装置6；流化床扩大段8顶部设有反应尾气出口9；细硅颗粒晶种罐11顶部设有硅晶种加料口12和尾气出口13；流化床扩大段8的底部与流化床反应器筒体2顶部固连，且流化床扩大段8的直径大于流化床反应器筒体2的直径；流化床扩大段8顶部通过管路与旋风分离器10进口相连，旋风分离器10底部出口与硅颗粒加料罐14相连，硅颗粒加料罐14的底部与设于流化床反应器筒体2下部的硅晶种进料口7相连；旋风分离器10顶部出口通过管路经尾气加压风机15后一方面与流化床反应器筒体2下部相连，另一方面与细硅颗粒晶种罐11下部相连，细硅颗粒晶种罐11底部出口通过管路与硅颗粒加料罐14相连；由产品出料口3连接的管路上设有热量回收套筒16，硅源性气体经设于管路上的气体预热器17预热后，再经过热量回收套筒16换热后与硅源气体进料口4相连。其中，流化床扩大段8的直径为流化床反应器筒体2直径的2倍，且流化床扩大段8与流化床反应器筒体2连接处弧形过度；流化床扩大段8的长度为流化床反应器筒体2长度的1/2。稀释气体进气口5和经尾气加压风机15加压后进入流化床反应器筒体2的气流方向与流化床反应器筒体2内壁相切，气流方向与水平面所成角度为3度。硅颗粒加料罐14的位置与流化床反应器筒体2内的硅晶种位置相对应，硅颗粒加料罐14与流化床反应器形成连通器结构。另外，流化床扩大段8与流化床反应器筒体2内壁设有厚度为2mm的内衬层。 

在实际生产中，硅晶种由硅晶种加料口12加入到细硅颗粒晶种罐11中，然后经管路加入到硅颗粒加料罐14内，经由硅晶种进料口7加入到流化床反应器筒体2的下部，硅源性气体经过气体预热器17预热后，再经过热量回收套筒16加热经硅源气体进料口4进入到流化床反应器筒体2的下部，稀释气体经过稀释气体进气口进入流化床反应器筒体2的下部，硅源性气体在流化床反应器1内反应，并在流化床反应器筒体2底部沉积，生产的多晶硅经产品出料口3排出，未反应的气体夹带着部分硅粉由流化床扩大段8顶部的反应尾气出口9通入到旋风分离器10内进行分离，分离后的硅粉进入到硅颗粒加料罐14内，分离后的尾气经过尾气加压风机15加压后，大部分返回到流化床反应器筒体2内进行再次反应，少部分通入细硅颗粒晶种罐11内经过细硅颗粒晶种罐11内的硅晶种吸附过滤后排出。 

Claims (4)

1.一种流化床多晶硅颗粒的制备装置，其特征在于，包括流化床反应器（1）、旋风分离器（10）、细硅颗粒晶种罐（11）和硅颗粒加料罐（14）；流化床反应器（1）包括流化床反应器筒体（2）和流化床扩大段（8）；流化床反应器筒体（2）底部设有产品出料口（3），下部设有硅源气体进料口（4）和稀释气体进气口（5），流化床反应器筒体（2）外部包覆有反应器加热装置（6）；流化床扩大段（8）顶部设有反应尾气出口（9）；细硅颗粒晶种罐（11）顶部设有硅晶种加料口（12）和尾气出口（13）；流化床扩大段（8）的底部与流化床反应器筒体（2）顶部固连，且流化床扩大段（8）的直径大于流化床反应器筒体（2）的直径；流化床扩大段（8）顶部通过管路与旋风分离器（10）进口相连，旋风分离器（10）底部出口与硅颗粒加料罐（14）相连，硅颗粒加料罐（14）的底部与设于流化床反应器筒体（2）下部的硅晶种进料口（7）相连；旋风分离器（10）顶部出口通过管路经尾气加压风机（15）后一方面与流化床反应器筒体（2）下部相连，另一方面与细硅颗粒晶种罐（11）下部相连，细硅颗粒晶种罐（11）底部出口通过管路与硅颗粒加料罐（14）相连；由产品出料口（3）连接的管路上设有热量回收套筒（16），硅源性气体先经设于管路上的气体预热器（17）预热，再经过热量回收套筒（16）换热后，与硅源气体进料口（4）相连。

2.根据权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备装置，其特征在于，流化床扩大段（8）的直径为流化床反应器筒体（2）直径的1.5-3倍，且流化床扩大段（8）与流化床反应器筒体（2）连接处弧形过度；流化床扩大段（8）的长度为流化床反应器筒体（2）长度的1/3-1/2。

3.根据权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备装置，其特征在于，所述硅颗粒加料罐（14）的位置与流化床反应器筒体（2）内的硅晶种位置相对应，硅颗粒加料罐（14）与流化床反应器形成连通器结构。

4.根据权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备装置，其特征在于，流化床扩大段（8）与流化床反应器筒体（2）内壁设有厚度为1-3mm的内衬层。

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