用于流化床反應(yīng)器的阻擋元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于流化床反應(yīng)器的阻擋元件及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于出色的物質(zhì)和熱量傳遞、增加的沉積表面和連續(xù)的生產(chǎn)，含硅氣體在流化床 中的熱解分解是用于生產(chǎn)多晶硅覆層的顆粒材料例如多晶硅或多晶硅覆層的鍺的有吸引 力的方法。在許多流化床反應(yīng)器中的一個(gè)問(wèn)題是在某些條件下，在主反應(yīng)區(qū)中的床內(nèi)大氣 泡的形成。
[0003]大氣泡的不想要的效應(yīng)，尤其是在氣體-固體系統(tǒng)中，在于它們可以引起床劇烈 地上下彈跳，這是因?yàn)樗鼈兪勾驳娘@著部分抬升，然后使其突然下降。這種壓力振蕩可以通 過(guò)引起氣體速度改變而干擾床的正常運(yùn)行，這對(duì)于最適生產(chǎn)率來(lái)說(shuō)可能是有害的。壓力振 蕩還引起對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和任何直接相連的支持設(shè)備的機(jī)械應(yīng)力。此外，大氣泡可以在被稱(chēng) 為"節(jié)涌"的現(xiàn)象中引起床材料在反應(yīng)器中向上翻涌。節(jié)涌可以引起至少一部分床從反應(yīng) 器噴出或損壞內(nèi)部反應(yīng)器部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明公開(kāi)了在流化床反應(yīng)器中使用的阻擋元件的實(shí)施方式，所述阻擋元件包含 多個(gè)接納元件和多個(gè)連接所述接納元件的連接元件，每個(gè)接納元件包含界定了通路的管 狀壁，所述通路的大小適于接納位于所述流化床反應(yīng)器的干舷區(qū)內(nèi)的內(nèi)部反應(yīng)器部件，其 中當(dāng)從頂部堅(jiān)直觀察時(shí)，由所述連接元件和接納元件界定的所述阻擋元件的外周界定了 一個(gè)面積，該面積的尺寸和形狀被構(gòu)造成占含有所述阻擋元件的反應(yīng)倉(cāng)室的干舷區(qū)的水 平截面積的15-60%。所述阻擋元件（i)由高溫不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鎳-鐵-鉻合金、 鐵-鉻-鎳-鑰合金或基于鈷的超合金或其組合構(gòu)造而成，（ii)由非污染材料構(gòu)造而成，或 者（iii)所述阻擋元件的暴露的外表面涂覆有非污染材料的保護(hù)層。在某些實(shí)施方式中， 所述非污染材料包含鈷-鉻合金、碳化鎢/鈷、碳化鎢/鎳硼、碳化硅或氮化硅。
[0005] 在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述阻擋元件可以包括4個(gè)接納元件和4個(gè)連接 所述接納元件的連接元件，其中所述4個(gè)連接元件是梯形的底和邊，在所述梯形的每個(gè)頂 點(diǎn)處放置所述接納元件之一。在某些實(shí)施方式中，每個(gè)接納元件還包含向外延伸的支撐元 件。
[0006] 在任何或所有上述實(shí)施方式中，每個(gè)接納元件的管狀壁還可以包含接納元件延伸 部，其沿著相鄰連接元件的一部分延伸。在某些實(shí)施方式中，每個(gè)接納元件延伸部包含與所 述相鄰連接元件上的相應(yīng)孔對(duì)準(zhǔn)的孔。
[0007] 本發(fā)明還公開(kāi)了用于通過(guò)含硅氣體的熱分解來(lái)生產(chǎn)硅覆層的顆粒材料的反應(yīng)器 的實(shí)施方式，所述反應(yīng)器包含：容器，其界定了倉(cāng)室，以包含粒子的流化床和所述流化床上 方的干舷區(qū)；所述倉(cāng)室內(nèi)的多個(gè)粒子，其中所述粒子是種晶粒子、硅覆層的種晶粒子或其組 合；入口，其被布置成用于將含硅氣體遞送到所述倉(cāng)室內(nèi)以向上流過(guò)所述粒子；入口，其被 布置成用于將流化氣體遞送到所述倉(cāng)室內(nèi)以向上流過(guò)所述粒子，從而形成粒子的流化床； 出口，其用于從所述倉(cāng)室排出廢氣；頂端部；一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器部件，其從所述頂端部 向下延伸并進(jìn)入所述倉(cāng)室內(nèi)，所述內(nèi)部反應(yīng)器部件包括種晶噴嘴、熱電偶、測(cè)壓接嘴、粒子 取樣管線(xiàn)、氣體取樣管線(xiàn)、氣體進(jìn)料管線(xiàn)、加熱器或其任何組合；以及本文中所公開(kāi)的阻擋 元件，其被放置在所述倉(cāng)室的干舷區(qū)內(nèi)，被固定到所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器部件中的至 少一個(gè)上，并被構(gòu)造成打斷所述倉(cāng)室內(nèi)上升的粒子節(jié)涌，其中當(dāng)從頂部堅(jiān)直觀察時(shí)，由所述 連接元件和接納元件界定的所述阻擋元件的外周界定了一個(gè)面積，該面積占含有所述阻擋 元件的倉(cāng)室區(qū)域的水平截面積的15-60 %。在某些實(shí)施方式中，所述多個(gè)連接元件之一具有 與所述倉(cāng)室的堅(jiān)直中央軸重合、并沿著包含所述堅(jiān)直中央軸的平面從所述堅(jiān)直中央軸徑向 延伸的外表面。在任何或所有上述實(shí)施方式中，所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器部件可以包含 種晶噴嘴，并且所述阻擋元件被固定到所述種晶噴嘴。
[0008] 在任何或所有上述實(shí)施方式中，當(dāng)所述阻擋元件的每個(gè)接納元件包括接納元件延 伸部并且所述延伸部包含與相鄰的連接元件上的相應(yīng)孔對(duì)準(zhǔn)的孔時(shí)，可以將緊固件收納在 每個(gè)接納元件延伸部的孔和所述相鄰連接元件上的相應(yīng)孔內(nèi)，由此將所述接納元件緊固在 內(nèi)部反應(yīng)器部件周?chē)?br>[0009] 本發(fā)明還公開(kāi)了通過(guò)含硅氣體的熱分解來(lái)生產(chǎn)硅覆層的顆粒材料的方法的實(shí)施 方式，所述方法包括：（i)提供反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包含：容器，其界定了倉(cāng)室，以包含粒子 的流化床和所述流化床上方的干舷區(qū)；入口，其被布置成用于將含硅氣體遞送到所述倉(cāng)室 內(nèi)以向上流過(guò)所述倉(cāng)室；流化入口，其被布置成用于將流化氣體遞送到所述倉(cāng)室內(nèi)以向上 流過(guò)所述倉(cāng)室；出口，其用于從所述倉(cāng)室排出廢氣；頂端部；以及一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器部 件，其從所述頂端部向下延伸并進(jìn)入所述倉(cāng)室內(nèi)，所述內(nèi)部反應(yīng)器部件包括種晶噴嘴、熱電 偶、測(cè)壓接嘴、粒子取樣管線(xiàn)、氣體取樣管線(xiàn)、氣體進(jìn)料管線(xiàn)、加熱器或其任何組合；（ii)提 供所述倉(cāng)室內(nèi)的多個(gè)粒子；（iii)將所述倉(cāng)室內(nèi)的粒子加熱至用于含硅氣體的熱分解的有 效溫度；（iv)使流化氣體向上通過(guò)所述倉(cāng)室內(nèi)的所述粒子，以提供粒子的流化床；(v)使所 述含硅氣體向上通過(guò)所述粒子的流化床，以將硅從所述含硅氣體沉積到所述粒子上；以及 (vi)提供本文中所公開(kāi)的阻擋元件，所述阻擋元件被放置在所述倉(cāng)室的干舷區(qū)內(nèi)，被固定 到所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器部件中的至少一個(gè)上，并被構(gòu)造成打斷所述倉(cāng)室內(nèi)上升的粒 子節(jié)涌。在某些實(shí)施方式中，提供所述阻擋元件包括將所述阻擋元件固定到所述一個(gè)或多 個(gè)內(nèi)部反應(yīng)器部件中的至少一個(gè)上，使得所述多個(gè)連接元件之一具有與所述倉(cāng)室的堅(jiān)直中 央軸重合的外表面，并使得所述阻擋元件在反應(yīng)器運(yùn)行期間位于所述粒子的流化床上方。
[0010] 從下面參考附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得 更加明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是流化床反應(yīng)器的實(shí)施方式的堅(jiān)直截面示意圖。
[0012] 圖2是示例性阻擋元件的示意透視圖。
[0013] 圖3是流化床反應(yīng)器的反應(yīng)倉(cāng)室內(nèi)的示例性阻擋元件的俯視圖。
[0014] 圖4是流化床反應(yīng)器內(nèi)的示例性阻擋元件的堅(jiān)直截面示意圖。
[0015] 詳細(xì)描述
[0016] 本發(fā)明公開(kāi)了用于減少流化床反應(yīng)器的反應(yīng)倉(cāng)室中的節(jié)涌的裝置和方法。節(jié)涌是 流化床內(nèi)大氣泡的形成，其能夠?qū)⒅辽僖徊糠至骰蔡椒磻?yīng)器頂部。氣泡可以變大到 使它們破壞流化的程度，并且可以達(dá)到接近于反應(yīng)倉(cāng)室的內(nèi)徑的直徑。當(dāng)在本文中使用時(shí)， "節(jié)涌"是當(dāng)氣泡上升時(shí)被抬升的流化床的上升部分。節(jié)涌可以引起床的至少一部分從反應(yīng) 器噴出，或者當(dāng)翻涌的床材料進(jìn)入干舷區(qū)、即流化床反應(yīng)器的上部無(wú)氣體部分時(shí)損壞內(nèi)部 反應(yīng)器部件。本文中描述了在流化床反應(yīng)器中使用以減少或防止節(jié)涌的阻擋元件的實(shí)施方 式。與延伸到流化床內(nèi)的傳統(tǒng)的破泡器相反，本公開(kāi)的阻擋元件被放置在反應(yīng)倉(cāng)室的干舷 區(qū)內(nèi)。
[0017] 圖1是流化床反應(yīng)器100 (FBR)的一種實(shí)施方式的示意圖。反應(yīng)器100包括外壁 110,其具有界定了反應(yīng)倉(cāng)室120的內(nèi)表面112。反應(yīng)器100還包括用于導(dǎo)入反應(yīng)氣體（例 如含硅或含鍺氣體）的入口 130和一個(gè)或多個(gè)流化入口 140。在圖1的示例性FBR中，流化 入口 140是圍繞入口噴嘴130的高架?chē)娮?。在?dú)立的實(shí)施方式中，流化入口可能是流化板。 反應(yīng)倉(cāng)室120包括粒子例如硅或鍺粒子的床150,以及在粒子床150上方的干舷區(qū)152。在 反應(yīng)器運(yùn)行期間，至少一部分床被流化。邊界160表示流化床的平均高度。反應(yīng)器100還 包