用于流化床反应器的阻挡元件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于流化床反应器的阻挡元件及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 由于出色的物质和热量传递、增加的沉积表面和连续的生产，含硅气体在流化床 中的热解分解是用于生产多晶硅覆层的颗粒材料例如多晶硅或多晶硅覆层的锗的有吸引 力的方法。在许多流化床反应器中的一个问题是在某些条件下，在主反应区中的床内大气 泡的形成。
[0003]大气泡的不想要的效应，尤其是在气体-固体系统中，在于它们可以引起床剧烈 地上下弹跳，这是因为它们使床的显著部分抬升，然后使其突然下降。这种压力振荡可以通 过引起气体速度改变而干扰床的正常运行，这对于最适生产率来说可能是有害的。压力振 荡还引起对反应器结构和任何直接相连的支持设备的机械应力。此外，大气泡可以在被称 为"节涌"的现象中引起床材料在反应器中向上翻涌。节涌可以引起至少一部分床从反应 器喷出或损坏内部反应器部件。
【发明内容】
[0004] 本发明公开了在流化床反应器中使用的阻挡元件的实施方式，所述阻挡元件包含 多个接纳元件和多个连接所述接纳元件的连接元件，每个接纳元件包含界定了通路的管 状壁，所述通路的大小适于接纳位于所述流化床反应器的干舷区内的内部反应器部件，其 中当从顶部坚直观察时，由所述连接元件和接纳元件界定的所述阻挡元件的外周界定了 一个面积，该面积的尺寸和形状被构造成占含有所述阻挡元件的反应仓室的干舷区的水 平截面积的15-60%。所述阻挡元件（i)由高温不锈钢、马氏体不锈钢、镍-铁-铬合金、 铁-铬-镍-钥合金或基于钴的超合金或其组合构造而成，（ii)由非污染材料构造而成，或 者（iii)所述阻挡元件的暴露的外表面涂覆有非污染材料的保护层。在某些实施方式中， 所述非污染材料包含钴-铬合金、碳化钨/钴、碳化钨/镍硼、碳化硅或氮化硅。
[0005] 在任何或所有上述实施方式中，所述阻挡元件可以包括4个接纳元件和4个连接 所述接纳元件的连接元件，其中所述4个连接元件是梯形的底和边，在所述梯形的每个顶 点处放置所述接纳元件之一。在某些实施方式中，每个接纳元件还包含向外延伸的支撑元 件。
[0006] 在任何或所有上述实施方式中，每个接纳元件的管状壁还可以包含接纳元件延伸 部，其沿着相邻连接元件的一部分延伸。在某些实施方式中，每个接纳元件延伸部包含与所 述相邻连接元件上的相应孔对准的孔。
[0007] 本发明还公开了用于通过含硅气体的热分解来生产硅覆层的颗粒材料的反应器 的实施方式，所述反应器包含：容器，其界定了仓室，以包含粒子的流化床和所述流化床上 方的干舷区；所述仓室内的多个粒子，其中所述粒子是种晶粒子、硅覆层的种晶粒子或其组 合；入口，其被布置成用于将含硅气体递送到所述仓室内以向上流过所述粒子；入口，其被 布置成用于将流化气体递送到所述仓室内以向上流过所述粒子，从而形成粒子的流化床； 出口，其用于从所述仓室排出废气；顶端部；一个或多个内部反应器部件，其从所述顶端部 向下延伸并进入所述仓室内，所述内部反应器部件包括种晶喷嘴、热电偶、测压接嘴、粒子 取样管线、气体取样管线、气体进料管线、加热器或其任何组合；以及本文中所公开的阻挡 元件，其被放置在所述仓室的干舷区内，被固定到所述一个或多个内部反应器部件中的至 少一个上，并被构造成打断所述仓室内上升的粒子节涌，其中当从顶部坚直观察时，由所述 连接元件和接纳元件界定的所述阻挡元件的外周界定了一个面积，该面积占含有所述阻挡 元件的仓室区域的水平截面积的15-60 %。在某些实施方式中，所述多个连接元件之一具有 与所述仓室的坚直中央轴重合、并沿着包含所述坚直中央轴的平面从所述坚直中央轴径向 延伸的外表面。在任何或所有上述实施方式中，所述一个或多个内部反应器部件可以包含 种晶喷嘴，并且所述阻挡元件被固定到所述种晶喷嘴。
[0008] 在任何或所有上述实施方式中，当所述阻挡元件的每个接纳元件包括接纳元件延 伸部并且所述延伸部包含与相邻的连接元件上的相应孔对准的孔时，可以将紧固件收纳在 每个接纳元件延伸部的孔和所述相邻连接元件上的相应孔内，由此将所述接纳元件紧固在 内部反应器部件周围。
[0009] 本发明还公开了通过含硅气体的热分解来生产硅覆层的颗粒材料的方法的实施 方式，所述方法包括：（i)提供反应器，所述反应器包含：容器，其界定了仓室，以包含粒子 的流化床和所述流化床上方的干舷区；入口，其被布置成用于将含硅气体递送到所述仓室 内以向上流过所述仓室；流化入口，其被布置成用于将流化气体递送到所述仓室内以向上 流过所述仓室；出口，其用于从所述仓室排出废气；顶端部；以及一个或多个内部反应器部 件，其从所述顶端部向下延伸并进入所述仓室内，所述内部反应器部件包括种晶喷嘴、热电 偶、测压接嘴、粒子取样管线、气体取样管线、气体进料管线、加热器或其任何组合；（ii)提 供所述仓室内的多个粒子；（iii)将所述仓室内的粒子加热至用于含硅气体的热分解的有 效温度；（iv)使流化气体向上通过所述仓室内的所述粒子，以提供粒子的流化床；(v)使所 述含硅气体向上通过所述粒子的流化床，以将硅从所述含硅气体沉积到所述粒子上；以及 (vi)提供本文中所公开的阻挡元件，所述阻挡元件被放置在所述仓室的干舷区内，被固定 到所述一个或多个内部反应器部件中的至少一个上，并被构造成打断所述仓室内上升的粒 子节涌。在某些实施方式中，提供所述阻挡元件包括将所述阻挡元件固定到所述一个或多 个内部反应器部件中的至少一个上，使得所述多个连接元件之一具有与所述仓室的坚直中 央轴重合的外表面，并使得所述阻挡元件在反应器运行期间位于所述粒子的流化床上方。
[0010] 从下面参考附图进行的详细描述，本发明的上述和其他目的、特点和优点将变得 更加明显。
【附图说明】
[0011] 图1是流化床反应器的实施方式的坚直截面示意图。
[0012] 图2是示例性阻挡元件的示意透视图。
[0013] 图3是流化床反应器的反应仓室内的示例性阻挡元件的俯视图。
[0014] 图4是流化床反应器内的示例性阻挡元件的坚直截面示意图。
[0015] 详细描述
[0016] 本发明公开了用于减少流化床反应器的反应仓室中的节涌的装置和方法。节涌是 流化床内大气泡的形成，其能够将至少一部分流化床抬升到反应器顶部。气泡可以变大到 使它们破坏流化的程度，并且可以达到接近于反应仓室的内径的直径。当在本文中使用时， "节涌"是当气泡上升时被抬升的流化床的上升部分。节涌可以引起床的至少一部分从反应 器喷出，或者当翻涌的床材料进入干舷区、即流化床反应器的上部无气体部分时损坏内部 反应器部件。本文中描述了在流化床反应器中使用以减少或防止节涌的阻挡元件的实施方 式。与延伸到流化床内的传统的破泡器相反，本公开的阻挡元件被放置在反应仓室的干舷 区内。
[0017] 图1是流化床反应器100 (FBR)的一种实施方式的示意图。反应器100包括外壁 110,其具有界定了反应仓室120的内表面112。反应器100还包括用于导入反应气体（例 如含硅或含锗气体）的入口 130和一个或多个流化入口 140。在图1的示例性FBR中，流化 入口 140是围绕入口喷嘴130的高架喷嘴。在独立的实施方式中，流化入口可能是流化板。 反应仓室120包括粒子例如硅或锗粒子的床150,以及在粒子床150上方的干舷区152。在 反应器运行期间，至少一部分床被流化。边界160表示流化床的平均高度。反应器100还 包