[发明专利]用于流化床反应器的阻挡元件

说明书

本发明公开了用于流化床反应器的阻挡元件，特别地，公开了一种阻挡元件及其在流化床反应器中的使用方法的实施方式。所述阻挡元件包含多个接纳元件和多个连接所述接纳元件的连接元件，每个接纳元件包含定义了通路的管状壁，所述通路的大小适于接纳内部反应器部件，其中所述阻挡元件占据所述流化床反应器的反应仓室的水平截面的15‑60％。

技术领域

本发明涉及用于流化床反应器的阻挡元件及其使用方法。

背景技术

由于出色的物质和热量传递、增加的沉积表面和连续的生产，含硅气体在流化床中的热解分解是用于生产多晶硅覆层的颗粒材料例如多晶硅或多晶硅覆层的锗的有吸引力的方法。在许多流化床反应器中的一个问题是在某些条件下，在主反应区中的床内大气泡的形成。

大气泡的不想要的效应，尤其是在气体-固体系统中，在于它们可以引起床剧烈地上下弹跳，这是因为它们使床的显著部分抬升，然后使其突然下降。这种压力振荡可以通过引起气体速度改变而干扰床的正常运行，这对于最适生产率来说可能是有害的。压力振荡还引起对反应器结构和任何直接相连的支持设备的机械应力。此外，大气泡可以在被称为“节涌”的现象中引起床材料在反应器中向上翻涌。节涌可以引起至少一部分床从反应器喷出或损坏内部反应器部件。

发明内容

本发明公开了在流化床反应器中使用的阻挡元件的实施方式，所述阻挡元件包含多个接纳元件和多个连接所述接纳元件的连接元件，每个接纳元件包含界定了通路的管状壁，所述通路的大小适于接纳位于所述流化床反应器的干舷区内的内部反应器部件，其中当从顶部竖直观察时，由所述连接元件和接纳元件界定的所述阻挡元件的外周界定了一个面积，该面积的尺寸和形状被构造成占含有所述阻挡元件的反应仓室的干舷区的水平截面积的15-60％。所述阻挡元件(i)由高温不锈钢、马氏体不锈钢、镍-铁-铬合金、铁-铬-镍-钼合金或基于钴的超合金或其组合构造而成，(ii)由非污染材料构造而成，或者(iii)所述阻挡元件的暴露的外表面涂覆有非污染材料的保护层。在某些实施方式中，所述非污染材料包含钴-铬合金、碳化钨/钴、碳化钨/镍硼、碳化硅或氮化硅。

在任何或所有上述实施方式中，所述阻挡元件可以包括4个接纳元件和4个连接所述接纳元件的连接元件，其中所述4个连接元件是梯形的底和边，在所述梯形的每个顶点处放置所述接纳元件之一。在某些实施方式中，每个接纳元件还包含向外延伸的支撑元件。

在任何或所有上述实施方式中，每个接纳元件的管状壁还可以包含接纳元件延伸部，其沿着相邻连接元件的一部分延伸。在某些实施方式中，每个接纳元件延伸部包含与所述相邻连接元件上的相应孔对准的孔。

本发明还公开了用于通过含硅气体的热分解来生产硅覆层的颗粒材料的反应器的实施方式，所述反应器包含：容器，其界定了仓室，以包含粒子的流化床和所述流化床上方的干舷区；所述仓室内的多个粒子，其中所述粒子是种晶粒子、硅覆层的种晶粒子或其组合；入口，其被布置成用于将含硅气体递送到所述仓室内以向上流过所述粒子；入口，其被布置成用于将流化气体递送到所述仓室内以向上流过所述粒子，从而形成粒子的流化床；出口，其用于从所述仓室排出废气；顶端部；一个或多个内部反应器部件，其从所述顶端部向下延伸并进入所述仓室内，所述内部反应器部件包括种晶喷嘴、热电偶、测压接嘴、粒子取样管线、气体取样管线、气体进料管线、加热器或其任何组合；以及本文中所公开的阻挡元件，其被放置在所述仓室的干舷区内，被固定到所述一个或多个内部反应器部件中的至少一个上，并被构造成打断所述仓室内上升的粒子节涌，其中当从顶部竖直观察时，由所述连接元件和接纳元件界定的所述阻挡元件的外周界定了一个面积，该面积占含有所述阻挡元件的仓室区域的水平截面积的15-60％。在某些实施方式中，所述多个连接元件之一具有与所述仓室的竖直中央轴重合、并沿着包含所述竖直中央轴的平面从所述竖直中央轴径向延伸的外表面。在任何或所有上述实施方式中，所述一个或多个内部反应器部件可以包含种晶喷嘴，并且所述阻挡元件被固定到所述种晶喷嘴。