[发明专利]生产高纯颗粒硅的反应器

权利要求书

1.一种生产高纯颗粒硅的反应器，包括：至少一个能形成填充率为10%以上的密堆积固体颗粒床层的反应器腔体；其特征在于，

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以任何角度不受传统流化床气体流向和临界流化速度的限制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；

所述反应器腔体连接内置或外置的表面整理机构；所述表面整理机构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，所述的加热机构至少能使部分密堆积的固体硅颗粒床层得到加热；

所述反应器腔体设有内置或外置的动态发生机构，所述动态发生机构用于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；

所述反应器腔体还包括与反应腔体内壁相切的气帘机构，所述气帘机构用于产生覆盖于反应腔体内壁的气帘；所述气帘机构为：

在反应器腔体壁上，切入多个与内壁表面的夹角尽可能小的条形通气口，该条形通气口可以是横向或纵向的；或

在反应器腔体内的底部或顶部设置与外部不含硅气体相连的一环形管，在环形管上开出与反应器腔体内壁平行的数个条形气孔，在环形管通入不含硅气体后，形成一个覆盖于反应腔体内壁并与内壁表面相切的气帘；

反应气体流向可以与粒子流向垂直，也可以与粒子流向呈任何角度。

2.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：还包括与所述预热机构连接的气固分离机构，所述气固分离机构用于分离和收集反应尾气中的高纯粉末硅；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。

3.根据权利要求2所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述高纯粒状硅颗粒层为：将高纯粒状硅颗粒密集的堆放在多根带有钻孔的硅管或陶瓷管内，并在其外包覆玻璃布，所述硅管分为数组悬挂于反应器扩大段的顶部或者反应器外部。

4.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：还包括筛分机构，所述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。

5.根据权利要求4所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于，还包括：与所述筛分机构相连接用于将筛分出的颗粒硅进行粉碎的研碎器，所述研碎器的出口与所述预热机构的固体入口相连接；所述研碎器由机械研碎或在真空惰性气体中快速加热爆裂含氢硅颗粒制小颗粒为种子。

6.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述表面整理机构为含有浓度为0-10％的低浓度原料气体的反应腔体。

7.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述动态发生机构为：

能造成密堆积颗粒层中颗粒的受迫相对运动的内置的梳篦结构；

辅助气体喷嘴和/原料气体喷嘴，所述辅助气体喷嘴和原料气体喷嘴设置在所述反应器腔体内，分别与辅助气体入口和原料气体入口相连；

或者，所述动态发生机构是利用反应器各段腔体直径的不同而形成。

8.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述加热机构为与所述高纯粒状硅床层电连接的电源，或由埋入颗粒硅床层内的硅棒通电加热。

9.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述反应器腔体的壳体为三层，内层为高纯耐火材料或高纯硅内胆，中间层为由耐火纤维和矿渣棉构成的保温层，最外层为钢壳。

10.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述反应器中，与高纯颗粒硅有接触的材料为高纯硅、高纯碳化硅、高纯氮化硅、石英或石墨。

11.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述反应器腔体的高度为1－100米；或者，所述反应器腔体的高度为1－50米。

12.根据权利要求1所述的生产高纯颗粒硅的反应器，其特征在于：所述反应器腔体和预热加热机构的反应级数为1－20级。