[发明专利]一种联体式真空高温歧化反应装置

说明书

技术领域

本发明属于真空炉的技术领域，特别涉及到一种专供用于实施一氧化硅歧化反应法生产太阳能级多晶硅工艺的真空加热装置。

背景技术

随着以煤和石油为代表的传统能源的日渐枯竭，加之“低碳经济”时代的到来，太阳能光伏产业的发展越来越受到人们的重视。发展太阳能光伏产业的“瓶颈”，现阶段就在于太阳能级(6N级)多晶硅的生产技术上。目前，世界上能够年产千吨以上6N级多晶硅的厂家并不多，并且都集中在美、日、德三国。它们不仅操控着多晶硅的国际市场；而且还垄断了多晶硅生产工艺—西门子法(SiemensProcess)的核心技术，从而极大地制约了太阳能光伏产业，特别是我国太阳能光伏产业的发展。

近年来，世界各国许多科技人员都十分关注着寻求用非西门子法制取太阳能级多晶硅的新工艺，中国专利200710012825.5就提供了《一种太阳能电池用多晶硅制造方法》，它采用一氧化硅歧化反应、酸浸分离和真空熔炼的手段，成功地用化学—物理相结合的方法以制取纯度达6N级的多晶硅。由于它屏弃了西门子法所采用的氯化、蒸馏手段去除硅中的硼和磷两种结构性杂质(即晶格杂质)，既降低了生产成本；又消除了环境污染，具有极佳的社会效益和经济效益。

然而，该发明中的一氧化硅歧化反应是分两步进行的，即先用化学纯工业硅和高纯石英砂在真空高温下反应制取一氧化硅；然后再在真空高温下通过一氧化硅的歧化反应生成高纯硅和二氧化硅。由于这种新发明的方法没有现成的设备可供应用，而且这两步反应均需要在真空高温状态下进行，即使利用市场上相近的真空高温炉加以改造，不仅需要同时购置两台设备，而且这两道工序也无法连续进行，显然生产效率无法提高，不适合于大规模生产应用。

发明内容

为了更好地实施中国发明专利200710012825.5方法中一氧化硅歧化反应制取高纯硅的工艺方案，本发明特别设计出一种联体式真空高温歧化反应装置，用来解决该发明实现大规模生产太阳能级高纯硅时所遇到的困难，以推动该发明的工业化进程。

本发明所提供的联体式真空高温歧化反应装置，它由两个相连接的反应炉构成，包括炉壳、发热体、坩埚和真空系统，其特征在于：

(一)两反应炉的炉壳分别由两个圆柱体构成，两圆柱体的上侧部通过带冷阱的管道和法兰相连接；

(二)两个反应炉分别有各自的发热体和坩埚，发热体和坩埚可以用相同的材料或者不同的材料制成；

(三)第一反应炉坩埚的上方设置一个一氧化硅集气罩，集气罩通过一个Γ形冷凝管同两炉体之间连接管道与法兰相连接；

(四)第二反应炉坩埚的上方设置有一氧化硅注入管，注入管的后端同两炉体之间的连接管道与法兰相连接；

(五)两反应炉分别设置有各自独立的高真空系统，高真空系统的连接口设置在两炉壳外侧面的偏下方部位。

本联体式真空高温歧化反应装置，其两反应炉的炉壳均为双层结构，内外壳体之间可通水冷却，以防止炉内热量散发，影响周围环境，也有利于保持炉内温度分布的均匀、稳定。

本联体式真空高温歧化反应装置，两反应炉的炉壳采取上、下三层结构由炉盖、炉筒和炉底构成。发热体和坩埚坐落在炉底上，炉底通过螺旋升降装置可上下升降；第一反应炉中的一氧化硅集气罩、冷凝管和第二反应炉中的一氧化硅注入管则分别固定在各自的炉筒上。当炉底上升到最高位置时用橡胶垫圈和固定机构与炉筒密封连为一体。炉盖需要时可用吊车吊起，以便观察和清理炉体内的部件。

本联体式真空高温歧化反应装置，第一反应炉的发热体可用高纯石墨管制成；其坩埚则可采用高纯石英管制作；第二反应炉的发热体则采用钼丝或者钽片制作，而坩埚则采用钽管制作。

本联体式真空高温歧化反应装置，其第一反应炉工作时炉内真空度要求达到1×10^-4托；而第二反应炉工作时炉内真空度则要求达到1×10^-5托。两个反应炉保持一个数量级的压差有利于将第一反应炉中的一氧化硅粉体抽提到第二反应炉中去。

本发明的联体式真空高温歧化反应装置，在两个炉筒的外侧壁上还分别设置有观察窗和安全阀，以便在操作时能及时了解到歧化反应的过程和防止意外事故的出现，一旦炉内外压差过大，安全阀即自动打开，避免因事故发生造成过大的损失。