用于流化床反應(yīng)器的探頭組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于流化床反應(yīng)器的探頭組件的實(shí)施方案。所述探頭組件包含流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件和壓力支管，所述壓力支管包含限定通道的壁，所述FBR構(gòu)件位于所述通道內(nèi)。示例性FBR構(gòu)件包括但不限于熱電偶、種子管道、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器、第二壓力支管或其組合。所公開(kāi)的探頭組件的實(shí)施方案減少或消除了所述流化床反應(yīng)器內(nèi)對(duì)支撐棒和支撐環(huán)的需要，減少了所述反應(yīng)器內(nèi)的部件結(jié)垢，和/或降低了產(chǎn)物污染。
【專利說(shuō)明】用于流化床反應(yīng)器的探頭組件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]該申請(qǐng)是2012年11月6日提交的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?3/670,200的部分接續(xù)案，所述美國(guó)申請(qǐng)通過(guò)參考以其全文并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種用于流化床反應(yīng)器、特別是用于含硅或含鍺氣體的熱解分解以生產(chǎn)硅涂覆的粒子或鍺涂覆的粒子的流化床反應(yīng)器的探頭組件，所述探頭組件包含流化床反應(yīng)器構(gòu)件和壓力支管(pressuretap)。
【背景技術(shù)】
[0004]流化床中含硅氣體的熱解分解對(duì)于生產(chǎn)用于光伏行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)的多晶硅來(lái)說(shuō)是一種富有吸引力的工藝，因?yàn)槠鋫髻|(zhì)和傳熱優(yōu)異、用于沉積的表面增加并且可連續(xù)生產(chǎn)。與西門子(Siemens)型反應(yīng)器相比，流化床反應(yīng)器在一定分?jǐn)?shù)的能量消耗下提供明顯更高的生產(chǎn)速率。流化床反應(yīng)器可以是連續(xù)且高度自動(dòng)化的，以顯著降低勞動(dòng)力成本。
[0005]流化床反應(yīng)器中的常見(jiàn)問(wèn)題是內(nèi)部部件的結(jié)垢以及包圍反應(yīng)器的壁，因?yàn)楣璩练e物形成在壁、溫度探頭、壓力支管、種子(seed)噴嘴、氣體噴嘴和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)上。另一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是在高運(yùn)行溫度下流化床被用于構(gòu)造反應(yīng)器及其部件的材料污染。例如，據(jù)顯示，鎳從某些鎳合金中的基礎(chǔ)金屬擴(kuò)散到硅層中。類似的問(wèn)題也出現(xiàn)在被構(gòu)造用于含鍺氣體的熱解分解以生產(chǎn)鍺涂覆的粒子的流化床反應(yīng)器中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明公開(kāi)了用于流化床反應(yīng)器的探頭組件的實(shí)施方案。所述探頭組件包含流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件和壓力支管。所述FBR構(gòu)件具有外表面、最大外部橫向尺寸D1、遠(yuǎn)端以及長(zhǎng)度LI。壓力支管具有限定通道的壁、最大外部橫向尺寸D2、遠(yuǎn)端以及長(zhǎng)度L2，其中D2>D1。所述壓力支管的壁與FBR構(gòu)件的外表面隔開(kāi)以限定所述FBR構(gòu)件與所述壓力支管的壁之間的空間。所述FBR構(gòu)件位于由所述壓力支管的壁限定的通道內(nèi)。
[0007]在某些實(shí)施方案中，所述FBR構(gòu)件為熱電偶、種子管道、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器或第二壓力支管中的一種或多種。在一個(gè)實(shí)施方案中，LI大于L2，以致當(dāng)將探頭組件安裝在流化床反應(yīng)器內(nèi)并使所述探頭組件向下延伸到流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室中時(shí)，所述FBR構(gòu)件的遠(yuǎn)端位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端之下。在另一個(gè)實(shí)施方案中，LI小于或等于L2，以致當(dāng)將探頭組件安裝在流化床反應(yīng)器內(nèi)并使所述探頭組件向下延伸到流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室中時(shí)，所述FBR構(gòu)件的遠(yuǎn)端位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端處或位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端之上。在某些配置中，L2具有足夠的長(zhǎng)度，使得當(dāng)壓力支管被放置成使其延伸穿過(guò)流化床反應(yīng)器的頂頭(top head)中的孔并且所述流化床反應(yīng)器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所述壓力支管的遠(yuǎn)端延伸到所述流化床反應(yīng)器內(nèi)的流化床的流化部分中。
[0008]在某些實(shí)施方案中，所述探頭組件還包含在所述壓力支管的外壁的遠(yuǎn)端附近的支撐物。所述支撐物可以包含具有最大外部橫向尺寸D3(有利地，D3 ( D2)的外部構(gòu)件和從外部構(gòu)件向內(nèi)延伸的多個(gè)間隔棒。所述支撐物使外壁內(nèi)的內(nèi)部管道居中并使所述內(nèi)部管道機(jī)械穩(wěn)定。
[0009]期望地，所述探頭組件或其一部分包含高溫不銹鋼、鎳-鐵-鉻合金、或鐵-鉻-鎳-鑰合金、或基于鈷的超合金。在某些配置中，探頭組件的暴露的外表面包括包含以下物質(zhì)的涂層:鈷-鉻合金、碳化鎢/鈷、碳化鎢/鎳硼、碳化硅或氮化硅。
[0010]示例性頂頭組件包含:頂頭，所述頂頭包含延伸穿過(guò)所述頂頭的至少一個(gè)孔；以及探頭組件，所述探頭組件被放置成使其延伸穿過(guò)所述孔。公開(kāi)的探頭組件的實(shí)施方案適用于流化床反應(yīng)器，例如包含容器、在所述容器內(nèi)的多個(gè)種子粒子、以及氣體源的流化床反應(yīng)器。在某些實(shí)施方案中，所述氣體源為含硅氣體源，并且所述反應(yīng)器被構(gòu)造成通過(guò)含硅氣體的熱解分解以及將硅沉積到種子粒子例如硅種子粒子上來(lái)生產(chǎn)硅涂覆的粒子。在某些實(shí)施方案中，所述FBR構(gòu)件為長(zhǎng)度大于壓力支管的長(zhǎng)度的熱電偶。
[0011]根據(jù)參考附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加顯而易見(jiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1A是用于流化床反應(yīng)器的頂頭組件的一個(gè)實(shí)施方案的示意性立面視圖。
[0013]圖1B是圖1A的頂頭組件的支撐環(huán)的俯視平面圖。
[0014]圖2是因硅沉積而結(jié)垢后，圖1的頂頭組件的示意性立面視圖。
[0015]圖3是頂頭組件的示例性實(shí)施方案的示意性立面視圖，所述頂頭組件包含用于流化床反應(yīng)器的探頭組件。
[0016]圖4是圖3的探頭組件的示意性立面視圖。
[0017]圖5是圖4的探頭組件的橫截面視圖。
[0018]圖6是圖4的探頭組件的支撐結(jié)構(gòu)的俯視平面圖。
[0019]圖7是流化床反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施方案的示意性立面視圖，所述流化床反應(yīng)器包含圖3的探頭組件。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本文中公開(kāi)的是用于流化床反應(yīng)器系統(tǒng)的探頭組件的實(shí)施方案，所述流化床反應(yīng)器系統(tǒng)例如為:用于通過(guò)含硅氣體的熱解分解以及將硅沉積到流化的硅粒子或其他種子粒子(例如二氧化硅、石墨或石英粒子)上來(lái)形成多晶硅的流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，或用于通過(guò)含鍺氣體的熱解分解以及將鍺沉積到流化的鍺粒子或其他種子粒子上來(lái)形成鍺涂覆的粒子的流化床反應(yīng)器系統(tǒng)。公開(kāi)的探頭組件的實(shí)施方案適用于通過(guò)流化床反應(yīng)器的頂頭或底頭(bottom head)插入,并且適用于具有非金屬內(nèi)襯例如陶瓷內(nèi)襯或石英內(nèi)襯的流化床反應(yīng)器。所述探頭組件組合了流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件和壓力支管。
[0021]盡管公開(kāi)的探頭組件適用于多種類型的流化床反應(yīng)器，但是討論將集中在被構(gòu)造成用于沉積硅的流化床反應(yīng)器上。通過(guò)化學(xué)氣相沉積法來(lái)制造顆粒狀多晶硅對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的并被示例在包括以下專利和公布在內(nèi)的許多公布中:US8，075，692、US7, 029，632、US5, 855，678、US5, 810，934、US5, 798，137、US5, 139，762、US5, 077，028、US4, 883，687、US4, 868，013、US4, 820，587、US4, 416，913、US4, 314，525、US3, 012，862、US3, 012，861、US2010/0215562、US2010/0068116、US2010/0047136、US2010/0044342、US2009/0324479、US2008/0299291、US2009/0004090、US2008/0241046、US2008/0056979、US2008/0220166、US2008/0159942、US2002/0102850、US2002/0086530 和 US2002/0081250，所述化學(xué)氣相沉積法包括在流化床反應(yīng)器中對(duì)含硅物質(zhì)例如甲硅烷、二硅烷或齒代硅烷例如三氯硅烷或四氯硅烷進(jìn)行熱解。
[0022]在反應(yīng)器中通過(guò)選自以下的含硅氣體的分解來(lái)將硅沉積在粒子上:甲硅烷(SiH4)、二硅烷(Si2H6)、高級(jí)硅烷(SinH2n+2)、二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)、四氯化硅(SiCl4)、二溴硅烷(SiHJr2)、三溴硅烷(SiHBr3)、四溴化硅(SiBr4)、二碘硅烷(SiH2I2)、三碘硅烷(SiHI3)、四碘化硅(SiI4)及其混合物。含硅氣體可以與一種或多種含鹵素的氣體混合，所述含鹵素的氣體被定義為氯(Cl2)、氯化氫(HCl)、溴(Br2)、溴化氫(HBr)JH (I2)、碘化氫(HI)及其混合物中的任一種。含硅氣體也可以與一種或多種其他氣體混合，所述其他氣體包括氫氣(H2)或一種或多種選自氮?dú)?N2)、氦氣(He)、lS氣(Ar)和氖氣(Ne)的惰性氣體。在具體實(shí)施方案中，所述含娃氣體為甲娃燒，并且所述甲娃燒與氫氣混合。
[0023]所述含硅氣體與任何所伴隨的氫氣、含鹵素的氣體和/或惰性氣體一起被導(dǎo)入到流化床反應(yīng)器中并在反應(yīng)器內(nèi)被熱分解以生產(chǎn)硅，所述硅沉積在反應(yīng)器內(nèi)的種子粒子上。隨著硅沉積物形成在反應(yīng)器壁和內(nèi)部反應(yīng)器部件(例如溫度探頭、壓力支管、種子噴嘴、內(nèi)部支撐物等)上，可能發(fā)生結(jié)垢。
[0024]圖1A是用于流化床反應(yīng)器的典型頂頭組件10的示意圖。組件10包含頂頭20。流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件30 (例如熱電偶)、壓力支管40和種子噴嘴50通過(guò)頂頭20中尺寸相配合的孔32、42、52而被插入。示例性FBR構(gòu)件包括但不限于熱電偶、種子管道、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器、第二壓力支管或其組合。第二壓力支管可以用于例如確定流化床反應(yīng)器內(nèi)第二高度處的壓力。
[0025]在反應(yīng)器運(yùn)行期間，流化床反應(yīng)器內(nèi)的部件受到機(jī)械力(例如來(lái)自于流化粒子的碰撞的振動(dòng)力)的作用。因此，在某些實(shí)施方案中，頂頭組件10還包含一個(gè)或多個(gè)支撐棒60和/或支撐環(huán)70，以為FBR構(gòu)件30、壓力支管40和種子噴嘴50提供穩(wěn)定性。在示出的實(shí)施方案中，F(xiàn)BR構(gòu)件30和壓力支管40各自具有足夠的長(zhǎng)度L以延伸到具有上邊界80的流化床中，所述上邊界80表示流化床的平均高度。FBR構(gòu)件30與壓力支管40的長(zhǎng)度可以基本上相同或可以不同。期望地，至少所述壓力支管40具有足夠的長(zhǎng)度以延伸到流化床的流化部分中。
[0026]圖1B是從頂部觀察到的支撐環(huán)70的放大的視圖。支撐環(huán)70包含多個(gè)間隔物72，所述間隔物72呈放射狀向外延伸并可接觸包圍流化床反應(yīng)器的內(nèi)襯(未示出)。間隔物72有助于使支撐環(huán)70居中。支撐環(huán)70還包含多個(gè)環(huán)74，所述環(huán)74具有各自的尺寸以容納并機(jī)械穩(wěn)定FBR構(gòu)件30、壓力支管40、種子噴嘴50和支撐棒60。隨著時(shí)間的推移，間隔物72可能由于在反應(yīng)器運(yùn)行期間撞擊反應(yīng)器內(nèi)襯和/或由于受到流化粒子的撞擊而發(fā)生損傷。
[0027]圖2是示出了沉積物90例如硅沉積物的頂頭組件10的示意圖，所述沉積物90可以在流化床反應(yīng)器運(yùn)行期間隨時(shí)間推移而形成。隨著積聚物的增加，有必要定期暫停反應(yīng)器的運(yùn)行并拆卸反應(yīng)器以進(jìn)行清潔和/或更換結(jié)垢的部件。維護(hù)的延遲會(huì)降低運(yùn)行效率和產(chǎn)物輸出量，并造成附加的運(yùn)行成本。支撐棒60、支撐環(huán)70和/或FBR構(gòu)件30、壓力支管40和種子噴嘴50的外表面還可以成為產(chǎn)物污染源。因此，有利的是，減少插入到流化床反應(yīng)器中的部件的數(shù)目。
[0028]圖3是示例性頂頭組件100的示意圖,所述頂頭組件100包含通過(guò)頂頭120中的孔112而被插入的探頭組件110?？?12可以居中位于頂頭120中，或者孔112可以偏離于中心。探頭組件110包含F(xiàn)BR構(gòu)件130和壓力支管140。示例性FBR構(gòu)件包括但不限于熱電偶、種子管道、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器、第二壓力支管或其組合。在某些實(shí)施方案中，F(xiàn)BR構(gòu)件130為熱電偶。在某些配置中，通過(guò)頂頭120中的另一個(gè)孔152插入另一個(gè)FBR構(gòu)件150例如種子噴嘴。在替代性實(shí)施方案(未示出)中，探頭組件110通過(guò)流化床反應(yīng)器的底頭中的孔而被插入。
[0029]圖4和圖5分別為探頭組件110的示意圖和橫截面視圖。圖6是探頭組件110的支撐結(jié)構(gòu)160的俯視平面圖。
[0030]圖7是流化床反應(yīng)器200的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖，所述流化床反應(yīng)器200包含圖3的頂頭組件100。反應(yīng)器200包含限定反應(yīng)室230的外壁220。反應(yīng)器200還包含用于導(dǎo)入反應(yīng)氣體(例如含硅氣體或含鍺氣體)的噴嘴240和一個(gè)或多個(gè)流化噴嘴250。反應(yīng)室230包含粒子260例如硅粒子或鍺粒子的床。在反應(yīng)器運(yùn)行期間，所述床的至少一部分被流化。邊界280表示流化床的平均高度。
[0031]FBR構(gòu)件130具有外表面132和遠(yuǎn)端134。壓力支管140具有限定通道的壁142。FBR構(gòu)件130位于所述通道內(nèi)。壁142與外表面132隔開(kāi)以限定具有寬度W的空間144。壁142具有開(kāi)口的遠(yuǎn)端146。所述壓力支管140是可運(yùn)行的以測(cè)量空間144內(nèi)的壓力。在某些實(shí)施方案中，吹掃氣體向下流動(dòng)穿過(guò)空間144，以防止因流化床粒子進(jìn)入所述空間而造成堵塞。在某些實(shí)施例中，所述吹掃氣體為氫氣或如上所述的惰性氣體。FBR構(gòu)件130具有最大橫向外部尺寸D1，并且壓力支管140具有最大橫向外部尺寸D2，其中D2>D1。在某些實(shí)施方案中，F(xiàn)BR構(gòu)件130居中位于由壁142限定的通道內(nèi)。
[0032]盡管圖4-5中示出了具有圓形橫截面的壓力支管140和FBR構(gòu)件130，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，也可以使用其他形狀。例如，每個(gè)FBR構(gòu)件130和壁142可以具有正方形、矩形、橢圓形、六邊形、八邊形或任何其他期望的橫截面?；蛘撸現(xiàn)BR構(gòu)件130和壁142可以具有不同的橫截面形狀，只要FBR構(gòu)件130能夠被插入到由壁142限定的通道內(nèi)即可。
[0033]FBR構(gòu)件130的長(zhǎng)度為L(zhǎng)I，并且壓力支管140的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)通過(guò)頂頭120插入探頭組件110時(shí)，每個(gè)FBR構(gòu)件130和壓力支管140是足夠長(zhǎng)的以延伸到流化床中，即延伸到邊界180、280(其表示流化床的平均高度)之下。在某些配置例如圖3、4和7中所示的實(shí)施方案中，LI大于L2，以致FBR構(gòu)件130延伸超過(guò)壓力支管140的遠(yuǎn)端146。例如，當(dāng)FBR構(gòu)件130為熱電偶時(shí)，L2典型地大于LI，以致熱電偶會(huì)更精確地測(cè)量流化床中的溫度。在某些實(shí)施方案中，F(xiàn)BR構(gòu)件130具有遠(yuǎn)端134，所述遠(yuǎn)端134延伸超過(guò)壓力支管140的遠(yuǎn)端1465-lOOcm,例如超過(guò)遠(yuǎn)端1465_50cm、10_50cm或20_40cm。在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)端134超過(guò)遠(yuǎn)端14625_30cm。
[0034]在替代性實(shí)施方案(未示出)中，F(xiàn)BR構(gòu)件130比壓力支管140短，并且不延伸超過(guò)壓力支管的遠(yuǎn)端。這種配置可以降低或防止由FBR構(gòu)件引起的產(chǎn)物污染。在一個(gè)這樣的實(shí)施方案中，F(xiàn)BR構(gòu)件130為熱電偶，并且所述熱電偶用于測(cè)量所述熱電偶與壓力支管的壁之間的空間內(nèi)的溫度，例如流過(guò)所述空間的吹掃氣體的溫度。在某些情況中，所述空間內(nèi)的溫度可以與在所述床之上中等距離內(nèi)的床溫度基本上相同。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述FBR構(gòu)件130為氣體進(jìn)料管線。
[0035]在又一個(gè)實(shí)施方案(未示出)中，壓力支管還包含限定中心通道的內(nèi)部管道和與所述內(nèi)部管道隔開(kāi)的外壁以限定空間。在這種配置中，F(xiàn)BR構(gòu)件被插入到由壓力支管的內(nèi)部管道限定的中心通道中。所述內(nèi)部管道的長(zhǎng)度可以大于、小于或等于所述外壁的長(zhǎng)度。在一種配置中，內(nèi)部管道具有封閉的遠(yuǎn)端。
[0036]在某些配置中，提供了支撐結(jié)構(gòu)160，有利地，所述支撐結(jié)構(gòu)160被提供在壁142的遠(yuǎn)端146處或附近。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)任何合適的機(jī)構(gòu)將支撐物160固定到壁142的遠(yuǎn)端146。圖4中示出的支撐物160包含外部構(gòu)件162、從外部構(gòu)件162向內(nèi)延伸的多個(gè)間隔物164例如支撐棒、以及任選的內(nèi)部構(gòu)件166。支撐物160具有最大橫向外部尺寸D3。在某些實(shí)施方案中，D3小于或等于D2，并且期望地，D3與D2基本上類似。存在至少兩個(gè)支撐棒164。在某些配置中，存在三到五個(gè)支撐棒164，例如在示出的實(shí)施方案中存在四個(gè)支撐棒164。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)將支撐物160固定到壓力支管的遠(yuǎn)端146時(shí),支撐棒164的高度足以向上延伸到壓力支管140中。所述支撐物160有助于將FBR構(gòu)件130定位在壁142內(nèi)，并為FBR構(gòu)件130提供機(jī)械支撐。
[0037]當(dāng)存在內(nèi)部構(gòu)件166時(shí)，內(nèi)部構(gòu)件166具有最大外部橫向尺寸D4，其中D4 > Dl并且D4〈D2。盡管圖4示出了具有圓形形狀的外部構(gòu)件162和內(nèi)部構(gòu)件166，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，內(nèi)部構(gòu)件可以具有能夠接收并穩(wěn)定FBR構(gòu)件130的任何形狀，并且外部構(gòu)件可以具有任何形狀，典型地為與壓力支管的外部橫截面形狀類似的形狀。當(dāng)存在內(nèi)部構(gòu)件166時(shí)，將支撐棒164牢固固定到外部構(gòu)件162和內(nèi)部構(gòu)件166中的僅一者上以適應(yīng)部件的不同熱膨脹。
[0038]在示例性配置中，壓力支管140的外部橫向尺寸D2大于常規(guī)壓力支管如圖1中的壓力支管40的外部橫向尺寸。在某些實(shí)施方案中，D2為2.5-6.0cm例如3.0-5.0cm。在一個(gè)實(shí)施例中，D2為3.5-4.0cm0這種更大的橫向尺寸在反應(yīng)器內(nèi)提供了具有優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性的探頭組件110，由此降低或消除了某些實(shí)施方案中對(duì)支撐棒和支撐環(huán)的需要。流化床反應(yīng)器內(nèi)部件數(shù)目的減少具有數(shù)種優(yōu)勢(shì)。例如，在反應(yīng)器運(yùn)行期間可以污染產(chǎn)物和/或結(jié)垢的表面減少，由此降低了總的維護(hù)要求。另外，反應(yīng)器的維護(hù)得到簡(jiǎn)化，因?yàn)樵诰S護(hù)操作期間需要清潔、拆卸和/或更換的部件減少。
[0039]延伸到流化床反應(yīng)器中的探頭組件110的部分由能夠承受反應(yīng)器內(nèi)的壓力、溫度和化學(xué)條件的材料構(gòu)成。典型地,延伸到流化床反應(yīng)器中的探頭組件Iio的部件例如FBR構(gòu)件130、壓力支管140和支撐物160 (如果存在的話)包含根據(jù)ASME (美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(AmericanSociety of Mechanical Engineers))鍋爐和壓力容器規(guī)范適用于在反應(yīng)器運(yùn)行溫度下進(jìn)行壓力容器服務(wù)的一種或多種金屬。期望地，選擇造成較少或不造成產(chǎn)物污染的金屬。
[0040]對(duì)于用于制造硅的流化床反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，合適的金屬包括但不限于高溫鋼例如304H
或304L不銹鋼、某些鎳合金例如Incoloy? 800H、某些鐵-鉻-鎳-鑰合金、或基于鈷的超合
金(具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)并適合于在超過(guò)540°C (1000° F)的溫度下使用的基于鈷的合金)。不銹鋼304H包含0.04-0.1重量％的碳、高達(dá)2重量％的錳、高達(dá)0.045重量％的磷、高達(dá)0.03重量％的硫、高達(dá)0.75重量％的硅、18-20重量％的鉻、8-10.5重量％的鎳、高達(dá)
0.1重量％的氮，并且余量為鐵。不銹鋼304L包含高達(dá)0.03重量％的碳、高達(dá)2重量％的錳、高達(dá)0.045重量％的磷、高達(dá)0.03重量％的硫、高達(dá)0.75重量％的硅、18-20重量％的
鉻、8-12重量％的鎳、高達(dá)0.1重量％的氮,并且余量為鐵。Ineoloy+? 800H是鎳-鐵-鉻
合金，其包含30-35重量％的鎳/鈷(高達(dá)2重量％的鈷)、19-23重量％的鉻、高達(dá)I重量％的硅、高達(dá)1.5重量％的錳、0.05-0.1重量％的碳、0.15-0.6重量％的鋁、0.15-0.6重量％的鈦、高達(dá)0.015重量％的硫，并且余量為鐵。
[0041]在某些實(shí)施方案中，對(duì)探頭組件110的外表面進(jìn)行涂覆，以進(jìn)一步降低或防止產(chǎn)物污染和/或降低或防止因與流化粒子相接觸而造成的外部損傷。例如，探頭組件100的
暴露的外表面(例如在流化床反應(yīng)器內(nèi)的外表面)可以涂覆有StellitCk合金(非磁性、耐
腐蝕的鈷-鉻合金，其包含鈷、鉻、碳和任選的鎢、鑰、鎳、鐵、鋁、硼、錳、磷、硫、硅和/或鈦)或碳化鎢 / 鈷(例如 88% WC/12% Co,83% WC/17% Co,86% WC/10% Co/4% Cr)。在某些
實(shí)施例中，探頭組件110的外表面涂覆有Stellite@ 12，所述StelHte* 12包含26-33% (重
量/重量)的鉻、7-9.5% (重量/重量)的鶴、0.1-1.5% (重量/重量)的鑰、< 2% (重量/重量)的娃、0.5-1.5% (重量/重量)的猛、1.1-1.9% (重量/重量)的碳、< 2.5%(重量/重量)的鐵、<7% (重量/重量)的鎳、< 1% (重量/重量)的硼、<0.03%(重量/重量)的硫、<0.03% (重量/重量)的磷,并且余量為鈷。Stellite+1*+ 12的一個(gè)實(shí)施方案(Kennametal Stellite)包含29.5% (重量/重量)的鉻、8.5% (重量/重量)的鶴、1.5% (重量/重量)的娃、1% (重量/重量)的猛、1.4-1.85% (重量/重量)的碳、<2.5% (重量/重量)的鐵、<3% (重量/重量)的鎳，并且余量為鈷。
[0042]用于流化床反應(yīng)器的探頭組件的實(shí)施方案包含:流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件，所述流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件具有外表面、最大橫向外部尺寸D1、遠(yuǎn)端和長(zhǎng)度LI ;以及壓力支管，所述壓力支管包含限定通道的壁、最大橫向外部尺寸D2、遠(yuǎn)端和長(zhǎng)度L2，其中D2>D1，其中所述FBR構(gòu)件位于所述通道內(nèi)，并且壓力支管的壁與FBR構(gòu)件的外表面隔開(kāi)以限定所述FBR構(gòu)件與所述壓力支管的壁之間的空間。所述FBR構(gòu)件可以為熱電偶、種子管道、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器、第二壓力支管或其組合。
[0043]在某些實(shí)施方案中，L1>L2,以致當(dāng)將探頭組件安裝在流化床反應(yīng)器內(nèi)并使所述探頭組件向下延伸到流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室中時(shí)，所述FBR構(gòu)件的遠(yuǎn)端位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端之下。在某些這樣的實(shí)施方案中，所述FBR構(gòu)件為種子管道、熱電偶、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器、第二壓力支管或其組合。
[0044]在某些實(shí)施方案中，LI ( L2,以致當(dāng)將探頭組件安裝在流化床反應(yīng)器內(nèi)并使所述探頭組件向下延伸到流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室中時(shí)，所述FBR構(gòu)件的遠(yuǎn)端位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端處或位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端之上。在某些這樣的實(shí)施方案中，所述FBR構(gòu)件為種子管道、氣體進(jìn)料管線、加熱器或其組合。
[0045]在任一或全部上述實(shí)施方案中，所述探頭組件還可以包含在所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端附近的支撐物，所述支撐物包含:具有最大橫向外部尺寸D3的外部構(gòu)件，其中D3 ( D2 ;以及從外部構(gòu)件向內(nèi)延伸的多個(gè)間隔棒。[0046]在任一或全部上述實(shí)施方案中，所述探頭組件或其一部分可以包含高溫不銹鋼、鎳-鐵-鉻合金、鐵-鉻-鎳-鑰合金或基于鈷的超合金。在任一或全部上述實(shí)施方案中，探頭組件的暴露的外表面可以包括包含以下物質(zhì)的涂層:鈷-鉻合金、碳化鎢/鈷、碳化鎢/鎳硼、碳化硅或氮化硅。
[0047]用于流化床反應(yīng)器的頂頭組件的實(shí)施方案包含:頂頭，所述頂頭包含穿過(guò)其中的至少一個(gè)孔；以及如任一或全部上述實(shí)施方案所述的探頭組件，其中所述探頭組件被放置成使其延伸穿過(guò)所述孔。
[0048]流化床反應(yīng)器的實(shí)施方案包含如任一或全部上述實(shí)施方案所述的探頭組件。在某些實(shí)施方案中，所述流化床反應(yīng)器還包含:容器，所述容器限定反應(yīng)室；在所述反應(yīng)室內(nèi)的多個(gè)粒子；以及與所述反應(yīng)室連通的氣體源，其中所述探頭組件延伸到所述反應(yīng)室中。
[0049]在任一或全部上述流化床反應(yīng)器的實(shí)施方案中，所述氣體源可以為含硅氣體源，并且所述反應(yīng)器被構(gòu)造成通過(guò)含硅氣體的熱解分解以及將硅沉積到粒子上來(lái)生產(chǎn)硅涂覆的粒子。在任一或全部上述流化床反應(yīng)器的實(shí)施方案中，所述粒子可以為硅粒子，并且所述反應(yīng)器可以被構(gòu)造成生產(chǎn)多晶硅。
[0050]在任一或全部上述流化床反應(yīng)器的實(shí)施方案中，所述流化床反應(yīng)器還可以包含頂頭，所述頂頭包含穿過(guò)其中的至少一個(gè)孔，并且所述探頭組件被放置成使其延伸穿過(guò)所述孔。在某些實(shí)施方案中，所述壓力支管的壁具有足夠的長(zhǎng)度L2，使得當(dāng)流化床反應(yīng)器處于運(yùn)行狀態(tài)以致流化粒子存在于反應(yīng)室內(nèi)的流化床的流化部分中時(shí)，所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端延伸到所述流化部分中。
[0051]在任一或全部上述流化床反應(yīng)器的實(shí)施方案中，所述FBR構(gòu)件可以為熱電偶，并且 L1>L2。
[0052]鑒于存在可以應(yīng)用本發(fā)明的原理的許多可能的實(shí)施方案，所以應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，示出的實(shí)施方案僅僅是優(yōu)選的實(shí)施例，并且不應(yīng)被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍。相反，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
【權(quán)利要求】
1.用于流化床反應(yīng)器的探頭組件，其包含: 流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件，所述流化床反應(yīng)器(FBR)構(gòu)件具有外表面、最大橫向外部尺寸D1、遠(yuǎn)端以及長(zhǎng)度LI ;和 壓力支管，所述壓力支管包含限定通道的壁、最大橫向外部尺寸D2、遠(yuǎn)端以及長(zhǎng)度L2，其中D2>D1，其中所述FBR構(gòu)件位于所述通道內(nèi)，并且所述壓力支管的壁與所述FBR構(gòu)件的外表面隔開(kāi)以限定所述FBR構(gòu)件與所述壓力支管的壁之間的空間。
2.權(quán)利要求1的探頭組件，其中所述FBR構(gòu)件為熱電偶、種子管道、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器、第二壓力支管或其組合。
3.權(quán)利要求1的探頭組件，其中L1>L2，以致當(dāng)將所述探頭組件安裝在流化床反應(yīng)器內(nèi)并使所述探頭組件向下延伸到所述流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室中時(shí)，所述FBR構(gòu)件的遠(yuǎn)端位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端之下。
4.權(quán)利要求3的探頭組件，其中所述FBR構(gòu)件為種子管道、熱電偶、粒子取樣管線、氣體取樣管線、氣體進(jìn)料管線、加熱器、第二壓力支管或其組合。
5.權(quán)利要求1的探頭組件，其中LI( L2,以致當(dāng)將所述探頭組件安裝在流化床反應(yīng)器內(nèi)并使所述探頭組件向下延伸到所述流化床反應(yīng)器的反應(yīng)室中時(shí)，所述FBR構(gòu)件的遠(yuǎn)端位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端處或位于所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端之上。
6.權(quán)利要求5的 探頭組件，其中所述FBR構(gòu)件為種子管道、氣體進(jìn)料管線、加熱器或其組合。
7.權(quán)利要求1的探頭組件，其還包含在所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端附近的支撐物，所述支撐物包含: 具有最大橫向外部尺寸D3的外部構(gòu)件，其中D3 ( D2 ;和 從所述外部構(gòu)件向內(nèi)延伸的多個(gè)間隔棒。
8.權(quán)利要求1的探頭組件，其中所述探頭組件或其一部分包含高溫不銹鋼、鎳-鐵-鉻合金、鐵-鉻-鎳-鑰合金或基于鈷的超合金。
9.權(quán)利要求1的探頭組件，其中所述探頭組件的暴露的外表面包括包含以下物質(zhì)的涂層:鈷-鉻合金、碳化鎢/鈷、碳化鎢/鎳硼、碳化硅或氮化硅。
10.用于流化床反應(yīng)器的頂頭組件，其包含: 頂頭，所述頂頭包含穿過(guò)其中的至少一個(gè)孔；以及 權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的探頭組件，其中所述探頭組件被放置成使其延伸穿過(guò)所述孔。
11.流化床反應(yīng)器，其包含權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的探頭組件。
12.權(quán)利要求11的流化床反應(yīng)器，其中所述流化床反應(yīng)器還包含: 容器，所述容器限定反應(yīng)室； 在所述反應(yīng)室內(nèi)的多個(gè)粒子；以及 與所述反應(yīng)室連通的氣體源，其中所述探頭組件延伸到所述反應(yīng)室中。
13.權(quán)利要求12的流化床反應(yīng)器，其中所述氣體源為含硅氣體源，并且所述反應(yīng)器被構(gòu)造成通過(guò)含硅氣體的熱解分解以及將硅沉積到所述粒子上來(lái)生產(chǎn)硅涂覆的粒子。
14.權(quán)利要求12的流化床反應(yīng)器，其中所述粒子為硅粒子，并且所述反應(yīng)器被構(gòu)造成生廣多晶娃。
15.權(quán)利要求12的流化床反應(yīng)器，其中所述流化床反應(yīng)器還包含頂頭，所述頂頭包含穿過(guò)其中的至少一個(gè)孔，并且所述探頭組件被放置成使其延伸穿過(guò)所述孔。
16.權(quán)利要求15的流化床反應(yīng)器，其中所述壓力支管的壁具有足夠的長(zhǎng)度L2，使得當(dāng)所述流化床反應(yīng)器處于運(yùn)行狀態(tài)以致流化粒子存在于所述反應(yīng)室內(nèi)的流化床的流化部分中時(shí)，所述壓力支管的壁的遠(yuǎn)端延伸到所述流化部分中。
17.權(quán)利要求12的流化床反應(yīng)器，其中所述FBR構(gòu)件為熱電偶，并且L1>L2。
【文檔編號(hào)】B01J8/24GK103945942SQ201380003729
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】馬修·米勒, 邁克爾·V·斯潘格勒, 巴里·文普, E·韋恩·奧斯本 申請(qǐng)人:瑞科硅公司