[发明专利]生产粒状多晶硅的流化床反应器和方法

摘要

本发明涉及在流化床反应器中生产粒状多晶硅的方法，其包括在通过加热装置加热到850至1100℃的温度的流化床中借助气流使硅粒流体化，借助至少一个喷嘴添加含硅的反应气体及在硅粒上沉积硅，其中在围绕至少一个喷嘴的喷嘴开口的轴对称区域的至少56％中，反应气体浓度大于反应气体的最大浓度(10至50摩尔％)的75％，流化床温度大于在轴对称区域外部的流化床温度(850至1100℃)的95％，及固体浓度大于在流化床边缘处的固体浓度(55至90体积％)的85％。

主权项

在流化床反应器中生产粒状多晶硅的方法，其包括在通过加热装置(5)加热到850至1100℃的温度的流化床中借助氢气流使硅种子微粒流体化，借助至少一个喷嘴(20)添加三氯硅烷作为含硅的反应气体，其中在至少一个喷嘴(20)的出口处的局部气体速率为0.5至200m/s，在硅种子微粒上沉积硅，其中均基于反应器截面积标准化，三氯硅烷的比质量流量为1600至5500kg/(h×m2)，氢的比体积流量为800至4000Nm3(STP)/(h×m2)，流化床的比床重量为800至2000kg/m2，种子微粒的比计量添加速率为8至25kg/(h×m2)，反应器的比加热功率为800至3000kW/m2，其特征在于，选择三氯硅烷的质量流量、氢的体积流量和反应器的加热功率，使得在围绕至少一个喷嘴(20)的喷嘴开口的轴对称区域的至少56％中‑反应气体浓度大于反应气体的最大浓度10至50摩尔％的75％，‑流化床温度大于最大流化床温度850至1100℃的95％，及‑固体浓度大于流化床的最大固体浓度55至90体积％的85％，其中围绕喷嘴开口的轴对称区域以如下方式确定：确定射流区域中的等值线：LG反应气体浓度等于反应气体的最大浓度的75％，LT温度等于在射流区域外部的流化床温度的95％，L1‑ε固体浓度等于在流化床边缘处的固体浓度的85％；绘制射流区域中的等值线，其中在y方向上绘制相对于喷嘴开口的轴向距离，在x方向上绘制相对于喷嘴开口的径向距离；确定喷嘴开口相对于温度等值线LT和固体浓度等值线L1‑ε与径向距离＝0的线的各个交叉点的最小轴向距离hT；反应器壁与最近距离的反应气体喷嘴(20)之间的距离y满足关系1.5r<y<2.5r；轴对称区域的最大半径r定义为喷嘴开口相对于等值线LG与轴向距离＝2hT的线的交叉点的径向距离；最大轴对称区域＝r×2hT。