[实用新型]制备颗粒状多晶硅的流化床反应器

说明书

本实用新型公开了一种制备颗粒状多晶硅的流化床反应器，属于多晶硅制备技术领域，包括晶种生长区，晶种生长区设有红外加热器和透光筒，红外加热器设于反应器内壁与透光筒外壁之间的第一空腔内，第一空腔内通有冷氮气或氢气，红外加热器发出的红外光进入透光筒，透光筒筒体内有晶种和含硅物料。本实用新型通过调整红外波的波长和密度可以在600‑1300℃区间调控晶种的温度，防止加热后的高温硅物料转化为微硅粉；同时，第一空腔内通入的冷氮气或氢气能够使透光筒筒壁温度低于200℃，含硅物料不会在透光筒内壁发生沉积反应，因此透光筒内壁能够时刻保持洁净的状态，进而实现稳定地颗粒硅规模化生产。

技术领域

本实用新型涉及多晶硅制备技术领域，尤其涉及一种制备颗粒状多晶硅的流化床反应器。

背景技术

流化床法是新兴的多晶硅生产方法，可以以较低能耗连续地生产出尺寸在几微米的颗粒状多晶硅(以下统称为颗粒硅)，颗粒硅无需破碎，可直接用作拉制单晶硅的原料，因此，流化床法成为当下研究的热点，是未来最具潜力的多晶硅绿色制备路线，它的成功研发及实施有望进一步加快促进光伏发电的普及应用。

专利CN102205222A公开了一种制取多晶硅的流化反应装置，其通过将含硅气体加热至500-1000℃，将还原氢气加热至1000-1300℃，加热后的含硅气体和还原氢气使晶种处于流化状态，并在晶种表面分解或还原生成硅。按照该专利公开的方法实施，加热后的高温物料气具有很大的转化为自由微硅粉的倾向，这会加大流化床反应器的操作难度，还会增加物料损耗。

专利CN103990422A公开了一种用于制备颗粒硅的流化床反应器及方法，其流化床反应器内部设置有电极棒，利用电极棒和流化床反应器金属外壳之间产生的电流加热晶种，使含硅气体在加热的晶种表面分解或还原生成硅。按照该专利公开的方法实施，通电后的电极棒和流化床反应器金属外壳均会产生电阻发热现象，使得含硅气体在其表面分解或氢还原生成硅，并逐渐形成厚度不断增大的硅层，这将极大地影响流化床反应器的稳定运行以及增加运行能耗。

专利CN1172743C、CN101258105B、CN101378989B均公开了制备颗粒硅的装置或方法，上述装置或方法在接触颗粒硅的流化床反应器内筒外层设置加热器，使得热量由加热器至内筒再至颗粒硅的方向进行传导，为了保证热量传递效率，或至少地将内筒温度控制在800-1100℃，为了降低硅在内筒/喷嘴表面的沉积，或减小含硅气体在混合原料气中的比例，或在原料其中添加氯化氢等。按照这些专利公开的方法实施，含硅物料依旧会在高温的内筒或喷嘴表面分解，进而形成硅层，无法从根本上解决硅物料在反应器内筒或喷嘴表面分解形成硅层的问题，因此流化床反应器仍然面临传热效率低、运行稳定差等问题。

鉴于此，一种能够防止硅物料在高温下分解形成硅层并且不会使加热后的高温硅物料转化为自由硅粉的流化床反应器的发明就显得很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术使加热后的高温硅物料转化为自由硅粉以及使加热硅物料分解形成硅层的问题，提供了一种制备颗粒状多晶硅的流化床反应器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种制备颗粒状多晶硅的流化床反应器，所述反应器包括晶种生长区，晶种生长区设有红外加热器和透光筒，红外加热器设于反应器内壁与透光筒外壁之间的第一空腔内，第一空腔内通有冷氮气或氢气，红外加热器发出的红外光进入透光筒，透光筒筒体内有晶种和含硅物料。

作为一选项，所述红外加热器与透光筒之间间隔10-100nm。

作为一选项，所述晶种生长区还包括红外反射板，红外反射板与红外加热器之间的夹角为120-165°。

作为一选项，所述红外反射板的材质为金、银、铜、铝、氧化铝、硫酸钡中的任意一种。

作为一选项，所述透光筒的材质为立方氧化铝晶体、立方氧化锆晶体、立方氧化镁晶体、多晶金刚石、单晶金刚石、二氧化硅中的任意一种。