[发明专利]生产高纯颗粒硅的反应器和方法

权利要求书

1.一种生产高纯颗粒硅的方法，其特征在于，所述方法是利用包括以下 组成的反应器实现：

所述反应器包括反应器腔体；所述反应器腔体上设置有固体加料口、辅 助气体入口、原料气体入口和尾气出口；

所述反应器腔体内部设置有气体分布器，所述气体分布器用于使辅助气 体和原料气体分散于所述反应器腔体中；

所述反应器腔体设有内置或外置的预热机构；所述反应器腔体外部设置有 尾气处理机构，连接在所述预热机构与所述辅助气体入口和原料气体入口之间；

所述反应器的预热机构连接有用于分离和收集反应尾气中的高纯粉末硅 的气固分离机构，其设置于反应器腔体的内部或者外部；从反应器腔体中排 出的反应尾气经所述气固分离机构捕获高纯粉末硅；

所述反应器腔体连接内置或外置的表面整理机构；所述表面整理机构为 一个含有浓度为0-10％反应气体的喷动床，用于对生产得到的高纯颗粒硅进 行表面处理；

所述反应器腔体设有内置或外置的加热机构和动态发生机构；

所述反应器腔体和预热机构的反应级数为1-50级；

所述生产高纯颗粒硅的方法包括：

从反应腔体的固体加料口加入高纯粒状硅种子，形成高纯粒状硅床层， 使所述高纯粒状硅床层中的高纯粒状硅密集分布，填充率大于10％；

加热所述高纯粒状硅床层，使所述高纯粒状硅床层的温度为100℃-1400 ℃；

利用所述动态发生机构使位于所述反应器腔体内的高纯粒状硅床层中的 高纯粒状硅处于相对运动状态；

通入辅助气体和原料气体，所述辅助气体为高纯H₂和/或惰性气体，所 述原料气体为含硅气体，或者所述原料气体为含硅气体和还原气体H₂；气流 速度控制在0.01Umf-10Umf之间；气体流向与粒子流向垂直，或与粒子流 向呈任何角度；

所述利用所述动态发生机构使位于所述反应器腔体内的高纯粒状硅床层 中的高纯粒状硅处于相对运动状态的方法选自：

将辅助气体和原料气体喷射入反应器腔体内搅动高纯粒状硅床层；或者 使高纯粒状硅床层在重力下流动通过内壁上安装的交错梳篦结构；

反应尾气与补充的高纯粒状硅换热后，所述补充的高纯粒状硅经加热后 进入所述反应器腔体中；反应尾气经尾气处理机构按气体成份进行分离后， 通过辅助气体入口或原料气体入口通入反应器腔体中循环利用；所述反应尾 气中分离出高纯粉末硅，将所述高纯粉末硅加入所述高纯粒状硅床层；或者 将部分所述生产得到的高纯颗粒硅爆裂成小颗粒高纯硅，将所述小颗粒高纯 硅加入所述高纯粒状硅床层；

对生产得到的高纯颗粒硅进行表面处理后，冷却收集包装。

2.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的方法，其特征在于，所述气 固分离机构为密集堆积的高纯粒状硅层，所述密集堆积的高纯粒状硅层的填 充率为50％以上；所述从反应尾气中分离出高纯粉末硅的过程具体为：使所 述反应尾气经过所述作为气固分离机构的密集堆积的高纯粒状硅层，分离出 高纯粉末硅。

3.根据权利要求1或2所述的生产高纯颗粒硅的方法，其特征在于， 所述反应器还包括筛分机构，该筛分机构连接在所述反应器腔体和所述表面 整理机构之间；所述生产高纯颗粒硅的方法还包括：将生产得到的高纯颗粒 硅利用所述筛分机构筛分得到粒度均匀的高纯颗粒硅产品进行表面整理，小 颗粒输送回到预热机构，经加热后返回到反应器腔体内继续生长。

4.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的方法，其特征在于，所述使 所述高纯粒状硅床层中的高纯粒状硅处于相对运动状态的方法为：将辅助气 体和/或原料气体喷射入所述反应器腔体内搅动高纯粒状硅床层。

5.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的方法，其特征在于，反应器 中所述加热机构为与所述高纯粒状硅床层电连接的电源；所述加热所述高纯 粒状硅床层的方法为：使所述高纯粒状硅床层与所述电源电连接。