[发明专利]一种流化床多晶硅颗粒的制备系统及利用该系统制备多晶硅的工艺

权利要求书

1.一种流化床多晶硅颗粒的制备系统，其特征在于，包括流化床反应器（11）、旋风分离器（3）、细硅颗粒晶种罐（4）和硅颗粒加料罐（5）；流化床反应器（11）包括流化床反应器筒体（1）和流化床扩大段（2）；流化床反应器筒体（1）底部设有产品出料口（1a），下部设有硅源气体进料口（1b）和稀释气体进气口（1c），流化床反应器筒体（1）外部包覆有反应器加热装置（1d）；流化床扩大段（2）顶部设有反应尾气出口（2a）；细硅颗粒晶种罐（4）顶部设有硅晶种加料口（4a）和尾气出口（4b）；流化床扩大段（2）的底部与流化床反应器筒体（1）顶部固连，且流化床扩大段（2）的直径大于流化床反应器筒体（1）的直径；流化床扩大段（2）顶部通过管路与旋风分离器（3）进口相连，旋风分离器（3）底部出口与硅颗粒加料罐（5）相连，硅颗粒加料罐（5）的底部与设于流化床反应器筒体（1）下部的硅晶种进料口（1e）相连；旋风分离器（3）顶部出口通过管路经尾气加压风机（6）后一方面与流化床反应器筒体（1）下部相连，另一方面与细硅颗粒晶种罐（4）下部相连，细硅颗粒晶种罐（4）底部出口通过管路与硅颗粒加料罐（5）相连；由产品出料口（1a）连接的管路上设有热量回收套筒（7），硅源性气体经设于管路上的气体预热器（8）预热后，再经过热量回收套筒（7）换热后与硅源气体进料口（1b）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系统，其特征在于，流化床扩大段（2）的直径为流化床反应器筒体（1）直径的1.5-3倍，且流化床扩大段（2）与流化床反应器筒体（1）连接处弧形过度；流化床扩大段（2）的长度为流化床反应器筒体（1）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系统，其特征在于，稀释气体进气口（1c）和经尾气加压风机（6）加压后进入流化床反应器筒体（1）的气流方向与流化床反应器筒体（1）内壁所成的角度小于45度。

4.根据权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备系统，其特征在于，稀释气体进气口（1c）和经尾气加压风机（6）加压后进入流化床反应器筒体（1）的气流方向与流化床反应器筒体（1）内壁相切，气流方向与水平面所成角度为5-10度。

5.根据权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备系统，其特征在于，所述硅颗粒加料罐（5）的位置与流化床反应器筒体（1）内的硅晶种位置相对应，硅颗粒加料罐（5）与流化床反应器（11）形成连通器结构。

6.根据权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备系统，其特征在于，流化床反应器筒体（1）内下部设有一个可以转动的导流筒（9），流化床反应器筒体（1）的上部固设有一个带有孔的导流板（10）。

7.根据权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备系统，其特征在于，流化床扩大段（2）与流化床反应器筒体（1）内壁设有厚度为1-3mm的内衬层，内衬层由多晶硅、高纯石英或高纯石墨材料制成。

8.一种利用权利要求1所述的一种流化床多晶硅颗粒的制备系统制备多晶硅的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）硅源性气体通过气体预热器（8）将温度预热至60℃-350℃；硅源性气体为硅烷或二氯二氢硅气体；或氢气与四氯化硅、三氯氢硅、硅烷和二氯氢硅任意气体的混合气体；

2）将步骤1）预热后的硅源性气体经热量回收套筒（7）换热后升温，控制温度范围为200℃—800℃；

3）经过步骤2）加热后的硅源性气体进入到流化床反应器中并通过反应器加热装置（1d）升温，升温温度到600℃-1800℃，同时，硅晶种由硅晶种加料口（4a）加入到细硅颗粒晶种罐（4）中，然后通过管路进入到硅颗粒加料罐（5），最后通过管路经硅晶种进料口（1e）进入到流化床反应器筒体（1）内；

4）硅源性气体在流化床反应器内发生热解反应，生成的硅在硅晶种表面沉积、聚集形成大颗粒多晶硅，并由产品出料口（1a）排出，然后经由热量回收套筒（7）与硅源性气体换热后进入下一道工序；生成的细颗粒硅随尾气一起从流化床扩大段（2）顶部的反应尾气出口（2a）进入到旋风分离器（3）内，经旋风分离器（3）分离后，硅颗粒收集在硅晶种加料罐中，尾气经尾气加压风机（6）加压后由细硅颗粒晶种罐（4）的底部进入到细硅颗粒晶种罐（4）中，最后经尾气出口（4b）排出。