專利名稱：等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種生產(chǎn)多晶硅的裝置，更具體地說涉及一種等離子體輔助流化 床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置。
背景技術(shù)：
目前，絕大多數(shù)的多晶硅生產(chǎn)方法是改良西門子工藝，主要使用鐘罩型反應(yīng)器和 與電極相連的8mm左右的硅芯作為沉積基底，采用高溫還原工藝，以高純的SiHCl3在H2氣 氛中還原沉積而生成多晶硅。上述化學(xué)氣相沉積過程是在鐘罩型的還原爐中進(jìn)行的，該反應(yīng)容器是密封 的，底盤上安裝有出料口和進(jìn)料口以及若干對(duì)電極，電極上連接著直徑5-10mm、長(zhǎng)度 1500-3000mm的硅芯，每對(duì)電極上的兩根硅棒又在另一端通過一較短的硅棒相互連接，對(duì)電 極上施加6 12kV左右的高壓時(shí)，硅棒被擊穿導(dǎo)電并加熱至1000-1150°C發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)氫還 原，硅在硅棒的表面沉積，使硅棒的直徑逐漸增大，最終達(dá)到120-200mm左右。通常情況下， 生產(chǎn)直徑為120-200mm的高純硅棒，所需的反應(yīng)時(shí)間大約為150-300小時(shí)。然而，這種改良西門子生產(chǎn)工藝存在以下缺點(diǎn)1)由于硅棒沉積比表面積小，反 應(yīng)器內(nèi)空間利用率低，原料一次轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)量受到限制。以實(shí)收率為8 %計(jì)算，每千克三氯 氫硅只能得到16. 5克單質(zhì)硅，大部分三氯氫硅在沉積過程中轉(zhuǎn)換為四氯化硅，副產(chǎn)物四氯 化硅經(jīng)過分離后，又重新合成三氯氫硅作為原材料，這樣的循環(huán)過程耗能耗電，效率低下。 2)氯硅烷裂解過程產(chǎn)生的尾氣成分復(fù)雜，分離成本高。3)由于采用鐘罩型反應(yīng)器，在硅棒 長(zhǎng)大一定尺寸(如100-200mm)后必須使反應(yīng)器降溫，取出產(chǎn)品。因此只能間歇生產(chǎn)，熱量 損失大，能耗高。4)由于產(chǎn)品為棒狀多晶硅，增加了破碎、包裝的工序和成本，還可能會(huì)帶入 新的雜質(zhì)。為克服西門子工藝的缺點(diǎn)，能耗更低的流化床多晶硅生產(chǎn)工藝被開發(fā)出來。中 國(guó)專利申請(qǐng)CN101318654公開了一種流化床制備高純度多晶硅顆粒的方法及流化床反應(yīng) 器，其特征在于加熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)在結(jié)構(gòu)上相互隔開，在反應(yīng)器的加熱區(qū)，通入不含硅流化 氣體使加熱區(qū)的多晶硅顆粒處于流化狀態(tài)，并通過加熱裝置將多晶硅顆粒加熱至1000 1410°C ；加熱后的多晶硅顆粒輸送到反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)通入含硅氣體，含硅氣體在多晶硅 顆粒表面發(fā)生熱分解或還原，產(chǎn)生單質(zhì)硅并沉積在顆粒表面；在反應(yīng)器下部將部分粒徑為
0.1 10mm的多晶硅顆粒作為產(chǎn)品取出；在反應(yīng)區(qū)上部，加入作為晶種的直徑為0. 01
1.0mm的多晶硅細(xì)顆粒以維持反應(yīng)器內(nèi)多晶硅顆粒的量。該發(fā)明技術(shù)具有反應(yīng)器連續(xù)操作 且運(yùn)行周期長(zhǎng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。但普通流化床工藝的本質(zhì)只是改進(jìn)了反應(yīng)器空間利用率，增加了沉積基底的空間 比表面積，從而得到了更快的沉積速率，同時(shí)降低了副反應(yīng)的發(fā)生，并未改變?cè)系姆磻?yīng)方 式。中國(guó)專利申請(qǐng)CN101239723公開了一種多晶硅的等離子生產(chǎn)方法與裝置，其特征 為將作為原料的硅烷或鹵代硅烷氣體與氫氣經(jīng)預(yù)熱后通入溫度為1450 1550°C的等離子
3轉(zhuǎn)換室，混合物在瞬間被加熱到等離子狀態(tài)，在冷卻過程中生成硅單體的液體或細(xì)粉末和 氣體副產(chǎn)物，液體硅單體經(jīng)液態(tài)硅流出口流出，硅單體細(xì)粉末和氣體副產(chǎn)物進(jìn)入尾氣分離 室進(jìn)行分離，分離出的氣體副產(chǎn)品進(jìn)入尾氣儲(chǔ)存罐。該發(fā)明具有建設(shè)投資費(fèi)用低，生產(chǎn)費(fèi)用 只有現(xiàn)有技術(shù)的五分之一，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)生的尾氣可以供工業(yè)和民用進(jìn)一步利用，不需特 別的環(huán)保處理，適合于各種規(guī)模生產(chǎn)線要求的有益效果。這種等離子生產(chǎn)方法改變了原料氣體的反應(yīng)方式，由于等離子體的引入，大大提 高了氫的還原活性，使還原和沉積速率提升，并同時(shí)抑制了副產(chǎn)物四氯化硅的產(chǎn)生。但采用 這種方法，由于體系內(nèi)沒有晶核，多晶硅的生成需要較高的能量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶 硅的裝置，該裝置綜合了等離子生產(chǎn)方法和流化床反應(yīng)方法的優(yōu)點(diǎn)，可連續(xù)、高效、低能耗 的制備粒狀多晶硅。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，它包括流化床反應(yīng)器、氣體進(jìn) 料裝置、等離子體發(fā)生裝置、氣體混合器、產(chǎn)品分選裝置、進(jìn)料預(yù)熱器和籽晶加料裝置；流化 床反應(yīng)器底部依次連接氣體進(jìn)料裝置和等離子體發(fā)生裝置；進(jìn)料預(yù)熱器通過流量調(diào)節(jié)閥分 別與氣體進(jìn)料裝置和氣體混合器相連；氣體混合器與等離子體發(fā)生裝置相連；流化床反應(yīng) 器下部與產(chǎn)品分選裝置相連；流化床反應(yīng)器頂部與籽晶加料裝置相連。其中，所述等離子體發(fā)生裝置為感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生裝置或熱燈絲等離子體發(fā) 生裝置。優(yōu)選地使用感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生裝置。其中，產(chǎn)品分選裝置與籽晶加料裝置相連。經(jīng)分選，粒徑未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的顆粒重新由 籽晶進(jìn)料口進(jìn)入流化床反應(yīng)器再次進(jìn)行沉積。其中，上述等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置還包括旋風(fēng)分離器，旋風(fēng) 分離器與流化床反應(yīng)器頂部相連，旋風(fēng)分離器同時(shí)與籽晶加料裝置相連，旋風(fēng)分離器的氣 體出口與進(jìn)料預(yù)熱器相連，供與進(jìn)料氣體熱交換。流化床反應(yīng)器產(chǎn)生的尾氣由頂部尾氣出 口排出，進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離下來的固體顆粒送至籽晶加料裝置并返回流 化床反應(yīng)器中循環(huán)利用，分離出來的氣體經(jīng)過進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱原料氣后進(jìn)入后續(xù)尾氣處理 工序。其中，所述的流化床反應(yīng)器具有雙層或多層材質(zhì)結(jié)構(gòu)并帶有保溫內(nèi)壁，保溫內(nèi)壁 的材質(zhì)由石墨、石英、高純硅、碳化硅以及氮化硅中的任意一種或多種組成。流化床反應(yīng)器 頂部設(shè)有一個(gè)籽晶加料口和一個(gè)尾氣出料口。籽晶加料口帶有可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的加料閥 門，新鮮籽晶通過籽晶加料裝置由籽晶加料口向流化床反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)或間歇性加料。流化 床反應(yīng)器底部采用錐形筒設(shè)計(jì)，且錐形筒結(jié)構(gòu)的頂端附近設(shè)置有若干粒狀硅產(chǎn)品出料口， 出料口為貼近內(nèi)壁面的槽型結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品粒狀硅可由出料口連續(xù)或間歇地從流化床反應(yīng)器中 取出。其中，所述的氣體進(jìn)料裝置具有與流化床反應(yīng)器相同的內(nèi)壁材質(zhì)，氣體進(jìn)料裝置 連接流化床反應(yīng)器底部入口與等離子體發(fā)生裝置頂部出口，氣體進(jìn)料裝置頂部具有軸向的 等離子體進(jìn)料口，可向流化床反應(yīng)器內(nèi)輸入等離子體，氣體進(jìn)料裝置側(cè)面徑向分布有氣體
4進(jìn)料管，通過氣體進(jìn)料管可向流化床反應(yīng)器內(nèi)輸入預(yù)熱后的原料氣。所述的氣體進(jìn)料管與 氣體進(jìn)料裝置的軸向形成夾角或者垂直。所述的氣體進(jìn)料管數(shù)量不少于2個(gè)，優(yōu)選為4個(gè)， 每相對(duì)的2個(gè)進(jìn)料管為一組，具有相同水平位置的進(jìn)料口。通過氣體進(jìn)料裝置可實(shí)現(xiàn)反應(yīng) 原料分別由軸向和徑向進(jìn)料，通入流化床反應(yīng)器中。其中，所述流化床反應(yīng)器的外殼與保溫內(nèi)壁之間全部或部分附加水冷夾套結(jié)構(gòu)。 所述氣體進(jìn)料裝置的外殼與保溫內(nèi)壁之間全部或部分附加水冷夾套結(jié)構(gòu)。有益效果采用本實(shí)用新型所述的裝置生產(chǎn)多晶硅，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu) 點(diǎn)1)顯著降低了反應(yīng)溫度，縮短了反應(yīng)沉積時(shí)間，提高了多晶硅單程收率，極大地降低了 能耗，并實(shí)現(xiàn)了常壓連續(xù)性操作；2)通過等離子體的引入省去了反應(yīng)器內(nèi)的加熱裝置；綜 合兩者，顯著的降低了生產(chǎn)成本并提高了安全性。

圖1是本實(shí)用新型的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置示意圖。其中， 1、流化床反應(yīng)器；2、氣體進(jìn)料裝置；3、等離子體發(fā)生裝置；4、氣體混合器；5、產(chǎn)品分選裝 置；6、進(jìn)料預(yù)熱器；7、籽晶加料裝置；8、旋風(fēng)分離器；9、流量調(diào)節(jié)閥；10、新鮮籽晶；11、氫 氣；12、輔助氣體；13、原料氣；14、尾氣；15、產(chǎn)品粒狀硅。圖2是流化床反應(yīng)器下部錐形筒的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，101、FBR進(jìn)料口 ；102、附 加進(jìn)氣口 ；103、槽型出料口 ；104、金屬殼體；105、流態(tài)化氣體噴口 ； 106、FBR內(nèi)壁保溫層； 107、水冷夾套。圖3是圖2所示流化床反應(yīng)器下部錐形筒的俯視圖。其中，103、槽型出料口 ；104、 金屬殼體；105、流態(tài)化氣體噴口 ； 106、FBR內(nèi)壁保溫層；107、水冷夾套。圖4是氣體進(jìn)料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，201、等離子體進(jìn)料口 ；202、原料氣體進(jìn)料管。
具體實(shí)施方式
以下通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型中的裝置進(jìn)行詳細(xì)說明，但這些 實(shí)施例僅僅是例示的目的，并不旨在對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行任何限定。實(shí)施例1 參見圖1，圖1是本實(shí)用新型的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置優(yōu)選 例的示意圖。它包括流化床反應(yīng)器1、氣體進(jìn)料裝置2、等離子體發(fā)生裝置3、氣體混合器4、 產(chǎn)品分選裝置5、進(jìn)料預(yù)熱器6、籽晶加料裝置7和旋風(fēng)分離器8。流化床反應(yīng)器1底部依次連接氣體進(jìn)料裝置2和等離子體發(fā)生裝置3。進(jìn)料預(yù)熱器6通過流量調(diào)節(jié)閥9分別與氣體進(jìn)料裝置2和氣體混合器4相連，氣 體混合器4與等離子體發(fā)生裝置3相連。通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥9，可使原料氣13 (硅烷或鹵 代硅烷)經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器6預(yù)熱后全部進(jìn)入氣體混合器4，與氫氣11和/或輔助氣體12 (氦 氣、氖氣、氬氣、氪氣等)混合進(jìn)入等離子體發(fā)生裝置3轉(zhuǎn)換為等離子體再進(jìn)入流化床反應(yīng) 器1?；蛘?，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥9，使原料氣13 (硅烷或鹵代硅烷)經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器6預(yù)熱 后部分進(jìn)入氣體混合器4，與氫氣11和/或輔助氣體12 (氦氣、氖氣、氬氣、氪氣等)混合進(jìn) 入等離子體發(fā)生裝置3轉(zhuǎn)換為等離子體再進(jìn)入流化床反應(yīng)器1，剩余部分原料氣13 (硅烷或鹵代硅烷)不轉(zhuǎn)換為等離子體直接進(jìn)入流化床反應(yīng)器1?；蛘?，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥9，使 原料氣13 (硅烷或鹵代硅烷)經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器6預(yù)熱后全部不轉(zhuǎn)換為等離子體直接進(jìn)入流化 床反應(yīng)器1，與經(jīng)過等離子體反應(yīng)的與氫氣11和/或輔助氣體12 (氦氣、氖氣、氬氣、氪氣 等)在流化床反應(yīng)器1內(nèi)混合、反應(yīng)、沉積。流化床反應(yīng)器1頂部與籽晶加料裝置7相連，流化床反應(yīng)器1下部與產(chǎn)品分選裝 置5相連，產(chǎn)品分選裝置5與籽晶加料裝置7相連。經(jīng)分選，粒徑未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的顆粒返回籽 晶加料裝置7重新由籽晶進(jìn)料口進(jìn)入流化床反應(yīng)器1內(nèi)再次進(jìn)行沉積。旋風(fēng)分離器8與流化床反應(yīng)器1頂部相連，旋風(fēng)分離器8同時(shí)與籽晶加料裝置7 相連，旋風(fēng)分離器8的氣體出口與進(jìn)料預(yù)熱器6相連，供與進(jìn)料氣體熱交換。流化床反應(yīng)器 1產(chǎn)生的尾氣由頂部尾氣出口排出，進(jìn)入旋風(fēng)分離器8進(jìn)行氣固分離，分離下來的固體顆粒 送至籽晶加料裝置并返回流化床反應(yīng)器中循環(huán)利用，分離出來的氣體經(jīng)過進(jìn)料預(yù)熱器6預(yù) 熱原料氣后進(jìn)入后續(xù)尾氣處理工序。流化床反應(yīng)器1具有保溫內(nèi)壁，頂部設(shè)有一個(gè)籽晶加料口和一個(gè)尾氣出料口，籽 晶加料口帶有可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的加料閥門，新鮮籽晶通過籽晶加料裝置7由籽晶加料口向 流化床反應(yīng)器1內(nèi)連續(xù)或間歇性加料。流化床反應(yīng)器1底部采用錐形筒設(shè)計(jì)，如圖2、和圖3 所示，錐形筒底部為流化床反應(yīng)器進(jìn)料口 101，進(jìn)料口 101附近設(shè)有附加進(jìn)氣口 102并與反 應(yīng)器內(nèi)部的流態(tài)化氣體噴口 105相連通，可加入氫氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣等氣體以增強(qiáng) 流化床反應(yīng)器內(nèi)的流態(tài)化效果，錐形筒結(jié)構(gòu)的頂端附近設(shè)置有若干粒狀硅產(chǎn)品出料口 103， 出料口 103為貼近內(nèi)壁面的槽型結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品粒狀硅可由槽型出料口 103連續(xù)或間歇地從流 化床反應(yīng)器1中取出，錐形筒外層為金屬殼體104，內(nèi)層附有內(nèi)壁保溫層106，且部分具有水 冷夾套107。所述的氣體進(jìn)料裝置2連接流化床反應(yīng)器1底部入口與等離子體發(fā)生裝置3頂部 出口，如圖4所示，氣體進(jìn)料裝置2上部具有軸向的等離子體進(jìn)料口 201，可向流化床反應(yīng) 器1內(nèi)輸入等離子體，氣體進(jìn)料裝置2側(cè)面徑向均勻分布有4個(gè)氣體進(jìn)料管202，通過氣體 進(jìn)料管202可向流化床反應(yīng)器1內(nèi)輸入預(yù)熱后的原料氣，氣體進(jìn)料管202與氣體進(jìn)料裝置 2的軸向形成夾角，氣體進(jìn)料管202也可與氣體進(jìn)料裝置2的軸向垂直設(shè)置。本實(shí)用新型裝置采用硅烷或鹵代硅烷的一種或幾種為原料氣體，并采用氫氣作為 還原氣體，或另外添加氦氣、氖氣、氬氣及氪氣中的一種或幾種作為輔助氣體，與原料氣體 混合后利用離子體發(fā)生裝置轉(zhuǎn)換為等離子體，然后輸送到流化床反應(yīng)器中，等離子化的混 合氣體反應(yīng)后在籽晶表面沉積制造粒狀多晶硅。具體工藝流程如下原料氣體13經(jīng)過進(jìn)料預(yù)熱器6與流化床反應(yīng)器1中出來的尾氣14換熱后，通過 流量調(diào)節(jié)閥9可控制全部或部分的原料氣體13進(jìn)入氣體混合器4與氫氣11和/或輔助氣 體12充分混合，混合后的反應(yīng)氣體進(jìn)入等離子發(fā)生裝置3等離子化，等離子化后的混合氣 體通過氣體進(jìn)料裝置2進(jìn)入流化床反應(yīng)器1中，原料氣體13也可直接通過氣體進(jìn)料裝置2 進(jìn)入流化床反應(yīng)器1中與等離子化后的氫氣11和/或輔助氣體12在流化床反應(yīng)器1中混 合反應(yīng)。且當(dāng)流化床反應(yīng)器1溫度上升到400 1000°C時(shí)，新鮮籽晶10通過籽晶加料裝置 7從流化床頂部加入流化床反應(yīng)器1中；反應(yīng)氣體在流化床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)后沉積在籽晶表 面生成粒狀多晶硅。高純硅籽晶不斷從流化床反應(yīng)器頂部加入，產(chǎn)品粒狀硅從底部取出，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。取出的產(chǎn)品粒狀硅15經(jīng)產(chǎn)品分選裝置5分選后，粒徑未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的顆粒重新 返回籽晶加料裝置7，并由流化床反應(yīng)器1頂部的籽晶進(jìn)料口進(jìn)入流化床反應(yīng)器再次進(jìn)行 氣相沉積。反應(yīng)尾氣14從流化床反應(yīng)器1頂部排出進(jìn)入旋風(fēng)分離器8中，經(jīng)旋風(fēng)分離器8 分離下來的固體顆粒直接送至籽晶加料裝置并返回流化床反應(yīng)器1中循環(huán)使用，氣固分離 后的尾氣經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器6與反應(yīng)原料氣體13換熱后進(jìn)入后續(xù)的尾氣處理工藝。上述氫氣11與原料氣體13的體積比為2 5 1。在本實(shí)用新型裝置中，產(chǎn)品顆粒硅15從流化床反應(yīng)器1下部取出，進(jìn)入產(chǎn)品分選 裝置5分選后，粒徑較小的顆粒返回籽晶加料裝置7繼續(xù)作為籽晶使用，且反應(yīng)后尾氣14 中經(jīng)旋風(fēng)分離器8分離下來的固體顆粒也返回籽晶加料裝置7中，繼續(xù)作為籽晶使用，達(dá)到 了循環(huán)使用的目的，提高沉積效率。在本實(shí)用新型裝置中，反應(yīng)尾氣14經(jīng)旋風(fēng)分離器8氣固分離后氣相進(jìn)入進(jìn)料預(yù)熱 器6，尾氣14與原料氣體13發(fā)生熱交換，將原料氣體預(yù)熱到200 300°C，使得能量循環(huán)利 用，降低了能耗。上述等離子體發(fā)生裝置為感應(yīng)耦合等離子體發(fā)生裝置。實(shí)施例2 1)采用的等離子體發(fā)生裝置頻率為40. 68MHz、功率為100kW。2)等離子體發(fā)生裝置與流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣壓為0. 95bar。3)原料氣體采用純四氯化硅，原料氣體全部通入氣體進(jìn)料裝置，流量7. 5m3/h。4)裝置啟動(dòng)時(shí)先通入輔助氣體(氬氣)，流量(10m3/h)，并開啟等離子體轉(zhuǎn)化裝 置，對(duì)FBR內(nèi)進(jìn)行吹掃和升溫，等離子體穩(wěn)定后逐漸打開氫氣調(diào)節(jié)閥通入氫氣，并降低輔助 氣體的流量，氫氣流量最終調(diào)節(jié)至30m3/h，輔助氣體流量最終為3 5m3/h。從FBR頂部加 料口加入籽晶，并開始通入原料氣體，F(xiàn)BR頂部與底部壓差穩(wěn)定后可開始從出料口取出產(chǎn)品 粒狀硅。連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)100小時(shí)，總共投入籽晶約100kg，由出料口中得到約260kg產(chǎn)品，總 產(chǎn)量約為160kg，單位電耗約為63kWh/kg。尾氣經(jīng)過冷凝，液相中含有三氯甲硅烷約35%。實(shí)施例3 1)采用的等離子體發(fā)生裝置頻率為40. 68MHz、功率為100kW。2)等離子體發(fā)生裝置與流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣壓為0. 95bar。3)原料氣體采用純?nèi)燃坠柰?，原料氣體全部通入氣體進(jìn)料裝置，流量10m3/h。4)氫氣流量為30m3/h。連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)100小時(shí)，總共投入籽晶約100kg，由出料口 中得到約555kg產(chǎn)品，總產(chǎn)量約為455kg，單位電耗約為22kWh/kg。上述實(shí)施例中，利用等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置系統(tǒng)不但可以利 用三氯甲硅烷生產(chǎn)高純度粒狀多晶硅，還可以利用現(xiàn)有技術(shù)(西門子還原爐)尾氣中的副 產(chǎn)物四氯化硅為原料直接生產(chǎn)粒狀多晶硅，并且同時(shí)將一部分四氯化硅轉(zhuǎn)化為三氯甲硅 烷，為解決四氯化硅副產(chǎn)物的瓶頸問題開辟了新的途徑；顯著降低了多晶硅生產(chǎn)的單位電 耗；由傳統(tǒng)的間歇生產(chǎn)變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)，極大地縮短了生產(chǎn)周期，使生產(chǎn)率大大提高；且反應(yīng) 溫度、壓力比現(xiàn)有技術(shù)低，無需高壓?jiǎn)?dòng)，使生產(chǎn)過程更加安全。盡管上文對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的 是，我們可以依據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生 的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在于它包括流化床反應(yīng)器(1)、氣體進(jìn)料裝置(2)、等離子體發(fā)生裝置(3)、氣體混合器(4)、產(chǎn)品分選裝置(5)、進(jìn)料預(yù)熱器(6)和籽晶加料裝置(7)；流化床反應(yīng)器(1)底部依次連接氣體進(jìn)料裝置(2)和等離子體發(fā)生裝置(3)；進(jìn)料預(yù)熱器(6)通過流量調(diào)節(jié)閥(9)分別與氣體進(jìn)料裝置(2)和氣體混合器(4)相連；氣體混合器(4)與等離子體發(fā)生裝置(3)相連；流化床反應(yīng)器(1)下部與產(chǎn)品分選裝置(5)相連；流化床反應(yīng)器(1)頂部與籽晶加料裝置(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在于產(chǎn) 品分選裝置(5)與籽晶加料裝置(7)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在于它 包括旋風(fēng)分離器(8)，旋風(fēng)分離器(8)與流化床反應(yīng)器(1)頂部相連，旋風(fēng)分離器(8)同時(shí) 與籽晶加料裝置(7)相連，旋風(fēng)分離器(8)的氣體出口與進(jìn)料預(yù)熱器(6)相連，供與進(jìn)料氣 體熱交換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在于所 述的流化床反應(yīng)器(1)具有保溫內(nèi)壁，外殼為金屬材質(zhì)，頂部設(shè)有一個(gè)籽晶加料口和一個(gè) 尾氣出料口，底部采用錐形筒設(shè)計(jì)，且錐形筒結(jié)構(gòu)的頂端附近設(shè)置有粒狀硅產(chǎn)品出料口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在于所 述的氣體進(jìn)料裝置(2)連接流化床反應(yīng)器(1)底部入口與等離子體發(fā)生裝置(3)頂部出 口，氣體進(jìn)料裝置(2)底部具有等離子體進(jìn)料口，頂部具有軸向的等離子體進(jìn)料口，氣體進(jìn) 料裝置(2)側(cè)面徑向分布有氣體進(jìn)料管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在 于所述的氣體進(jìn)料裝置(2)具有保溫內(nèi)壁，氣體進(jìn)料裝置(2)外殼為金屬材質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在于所 述的氣體進(jìn)料管與氣體進(jìn)料裝置(2)的軸向垂直或形成一定夾角。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，其特征在 于所述的氣體進(jìn)料管數(shù)量不少于2個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種等離子體輔助流化床工藝生產(chǎn)多晶硅的裝置，它包括流化床反應(yīng)器、氣體進(jìn)料裝置、等離子體發(fā)生裝置、氣體混合器、產(chǎn)品分選裝置、進(jìn)料預(yù)熱器和籽晶加料裝置；流化床反應(yīng)器底部依次連接氣體進(jìn)料裝置和等離子體發(fā)生裝置；進(jìn)料預(yù)熱器通過流量調(diào)節(jié)閥分別與氣體進(jìn)料裝置和氣體混合器相連；氣體混合器與等離子體發(fā)生裝置相連；流化床反應(yīng)器下部與產(chǎn)品分選裝置相連；流化床反應(yīng)器頂部與籽晶加料裝置相連。采用本實(shí)用新型的裝置系統(tǒng)生產(chǎn)粒狀多晶硅，實(shí)現(xiàn)了常壓連續(xù)操作，反應(yīng)溫度較低，沉積速率高，多晶硅單程收率高，同時(shí)還能夠以較低的單位電耗及操作成本對(duì)現(xiàn)有多晶硅生產(chǎn)工藝中的副產(chǎn)物進(jìn)行直接利用并生產(chǎn)出高純粒狀多晶硅。
文檔編號(hào)C01B33/03GK201598181SQ20092004867
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者王小軍, 鐘真武, 陳文龍, 陳涵斌 申請(qǐng)人:江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司