CN101935043B - 氢化四氯化硅沸腾床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明氢化的四氯化硅的沸腾床反应器包括一次气体分布盘和二次气体分布盘，所述二次气体分布盘包括分布板，分布板上分布有轴向通气孔，轴向通气孔下端连通分布板下部，上端封闭，轴向通气孔侧壁或者顶部设有若干径向通气孔，径向通气孔与分布板上端相导通。该氢化四氯化硅沸腾床反应器出口处还设有分离器，分离器进口呈切线方向，下端为分离器锥段，能使氢化气由上而下作螺旋运动，分离器底端设有重力开启阀，很大程度上减少了氢化气硅粉的携带率，降低了物料的流失，提高物料利用率。本发明公开的氢化四氯化硅沸腾床反应器结构合理，操作简便，并使得反应效率和物料利用率大大提高。

Description

氢化四氯化硅沸腾床反应器

技术领域

本发明涉及的是一种氢化四氯化硅的反应器，特别是一种带有气体分布盘与分离器的氢化四氯化硅沸腾床反应器，属于太阳能光伏产业技术领域。

背景技术

多晶硅是半导体、大规模集成电路和太阳能产业的重要原材料，在太阳能光伏产业市场的拉动及巨大利润诱导下，各地多晶硅项目纷纷上马，多晶硅产业前景广阔，发展迅猛，在中国已经成为投资的热点。

同时，多晶硅生产容易造成污染，生产1000吨多晶硅将生成约15000吨SiCl4(即四氯化硅)，SiCl4具有中度毒性，易潮解成硅酸和氯化氢，若处理不善便会对环境造成很大的污染，对人体也有很大的危害。如何处理SiCl4成为多晶硅行业的焦点问题之一。现阶段，部分企业用SiCl4生产白炭黑，其经济效益远低于多晶硅，并且市场对白炭黑的需求量也供大于求；另有部分多晶硅企业采用热氢化法处理SiCl4，但存在一次转化率低、能耗高、设备投资大等缺点。上述处理SiCl4的方法投资高、收益低，给企业增加了很高的成本压力，导致个别不法企业乱倒乱排SiCl4，造成了严重的环境污染。

发明内容

为了有效处理多晶硅生产过程中的四氯化硅，本发明提供一种氢化四氯化硅沸腾床反应器，该沸腾床反应器能有效氢化四氯化硅，生成多晶硅的原材料SiHCl3，具有转化率高、能耗低等优点，同时使多晶硅生产过程形成一个闭合链，有效地提高了经济效益，减少了环境污染。

为了实现上述目的，本发明的氢化四氯化硅沸腾床反应器，包括有自下而上依次相联的反应段、扩大段以及分离段，于所述反应器的顶端还装设有物料进口和氢化气出口，所述分离段装设有与所述氢化气出口下部相联的分离器；于所述反应器的底端还装设有检修封头，该检修封头上装设有混合气进口和排渣口；于所述检修封头和反应段之间自下而上依次装设有一次气体分布盘和二次气体分布盘。

作为一种优选方案，所述一次气体分布盘与所述混合气进口相连通，该一次气体分布盘还通过导气管与装设在所述一次气体分布盘外部的外围管相连通。

作为一种优选方案，所述外围管呈环形、丰字形或多边形。

作为一种优选方案，于所述外围管的底部均匀布设有通孔。

作为一种优选方案，所述二次气体分布盘包括有气体分布板，于所述气体分布板上装设有轴向螺纹通孔以及与所述螺纹通孔相联的管帽。

作为一种优选方案，所述管帽凸设于所述气体分布板，其与所述气体分布板相联处的外周设有螺纹部用以与所述气体分布板的螺纹通孔以螺纹联接。

作为一种优选方案，所述管帽内设有轴向通气孔，该轴向通气孔的下端与所述气体分布板的底部相连通，该轴向通气孔的上端封闭。

作为一种优选方案，所述管帽还装设有径向通气孔，其均匀布设于所述轴向通气孔的侧壁或者端部并且与所述气体分布板的上部相连通。

作为一种优选方案，所述分离器的上端于切线方向设置有分离器切向入口，所述分离器的下部装设有呈锥形的分离器锥段，于该分离器锥段的底端装设有重力开启阀。

本发明包括以下三个设计：

第一个设计：提供一种氢化四氯化硅的沸腾床反应器，该设计主要增大反应器的氢化能力。

口，该入口引导混合气沿着切线的方向进入分离器，分离器下端为锥段，底端设有重力开启阀。

通过上述的设计，本发明的氢化四氯化硅沸腾床反应器的转化率高、流化质量好、生产能力大，单台设备年处理量可达30000～50000吨。

附图说明

图1是本发明氢化四氯化硅沸腾床反应器的结构示意图；

图2是本发明的二次气体分布盘的结构示意图；

图3是本发明的分离器结构示意图；

图4a、图4b和图4c是本发明的管帽的结构示意图；

图5是本发明的一次气体分布盘的结构示意图。

其中，1是反应段，2是扩大段，3是分离器，4是氢化气出口，5是物料进口，6是二次气体分布盘，7是一次气体分布盘，8是检修封头，9是混合气进口，10是气体分布板，11螺纹通孔，12是管帽，13是轴向通气孔，14是径向通气孔，15螺纹部，16是分离器切向入口，17是分离器锥段，18是重力开启阀，19是排渣口，20是导气管，21是外围管，22是外围管的通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构作进一步的说明，但是本发明并不限于所述的实施例。

如图1所示，氢化四氯化硅沸腾床反应器由下而上包括反应段1和扩大段2，于所述反应器的顶端还装设有物料入口5和氢化气出口4，氢化气出口4处设有分离器3，于所述反应器的底端装设有检修封头8，于所述检修封头8和反应段1之间装设有一次气体分布盘7和二次气体分布盘6。检修封头8上设有混合气进口9和排渣口19，扩大段2上部有氢化气出口4，氢化气通过氢化气出口4之前要经过分离器3进行分离。

请同时结合图1和图3，分离器3上端设有分离器切向入口16，分离器3下端设有重力开启阀18，以确保被氢化气带入分离器3的物料在积累到一定重量后再次回落到反应段1中进行反应，以减少氢化气的硅粉携带率。

请同时结合图1和图5，一次气体分布盘7与混合气进口9一端相导通，通过中间的导气管20把混合气导入外围管21，外围管21可呈现为环形、丰字形或多边形，其底部均布若干个通孔22。

请同时结合图1和图2，二次气体分布盘6包括分布板10，分布板10上均匀分布设置若干个螺纹通孔11，螺纹通孔11内设有管帽12。

请同时结合图1、图2和图4a至图4c，管帽12外设有螺纹部15，管帽12与分布板10通过螺纹连接，管帽12凸出分布板10设置，管帽12内设有轴向通气孔13，轴向通气孔13下端连通分布板10的下部，管帽轴向通气孔13的上端封闭。轴向通气孔13沿侧壁或者端部均布若干个径向通气孔14，径向通气孔14均匀设置在管帽12上并与分布板10上部连通。

物料通过物料进口5进入沸腾床反应器，由于重力作用会落至反应段1的二次气体分布盘6上方。混合气通过气体进口9进入一次分布盘7，通过一次分布盘7的导气孔下均匀稳定地进入反应段，进一步混合气通过二次气体分布盘6内设置的管帽12，在管帽12的轴向通气孔13与径向通气孔14的导流下，混合气再次均匀稳定化将二次气体分布盘6上的物料吹入反应段1进行反应。生成的氢化气携带部分硅粉颗粒，经过扩大段2后从分离器的切向入口16进入分离器3，氢化气在分离器3内作螺旋旋转运动，旋流至分离器锥段17底部后，再沿轴线方向旋转上升，氢化气中携带的硅粉颗粒在离心力的作用下被甩到分离器3的壁面，沿着壁面沉积到分离器底端，经过分离器3的分离后，氢化气从氢化气出口4排出，分离器3下端设有重力开启阀18，当氢化气携带的硅粉颗粒在分离器3底端积累到一定重量后会使重力开启阀18自动打开，硅粉落入反应段1进行反应，重力开启阀18便自动关闭。该重力开启阀18可以是利用弹簧连接阀门而实现。检修封头8下端还设有排渣口19，反应后的残渣通过排渣口19排出。

第二个设计：提供一种氢化四氯化硅沸腾床反应器用的二次气体分布盘，该设计主要提高沸腾床反应器的流化质量；

第三个设计：提供一种氢化四氯化硅沸腾床反应器用的分离器，该设计主要减少气体出口处氢化气的硅粉携带率。

为了实现第一个设计，本发明采取如下方案：

一种用于氢化四氯化硅的沸腾床反应器，该沸腾床反应器包括下部的反应段和上部的扩大段，反应段下部设有检修封头，检修封头上设有混合气进口和排渣口，扩大段上部设有氢化气出口、物料进口，反应段下部与检修封头之间设有气体分布盘，该气体分布盘采用第二个设计所述的分布盘。

进一步，混合气入口处还设有一次分布盘。一次分布盘有别于第二个设计中所述的分布盘，该一次分布盘有助于混合气均匀进入反应段。进一步，一次分布盘上设有外围管，外围管可呈环形、丰字形或多边形，外围管底部开有若干个通孔。

氢化气出口下端设有分离器，该分离器采用以下第三种设计所述的分离器，有利于减少氢化气的硅粉携带率。进一步，分离器设有切向入口，下端设有重力开启阀，该阀利用重力原理可以自动开启和关闭。

为了实现第二个设计，本发明采取如下方案：

一种用于氢化四氯化硅沸腾床反应器的二次气体分布盘，所述的二次气体分布盘包括分布板，分布板上均布若干个螺纹通孔，螺纹通孔内设有管帽，管帽带有外螺纹，其内部设有轴向通气孔，轴向通气孔下端连通分布板下部，轴向通气孔的上端封闭，轴向通气孔沿侧壁或端部均布若干个径向通气孔，径向通气孔上端与分布板的上部相连通。

进一步的，上述的管帽由帽壳和螺纹部组成，帽壳以凸出气体分布盘的型式设置，螺纹部通过螺纹与螺纹通孔相连接。进一步的，径向通气孔为多个，可设置在帽壳侧壁，也可以设置在帽壳端部。

为了实现第三个设计，本发明采用如下方案：

一种用于氢化四氯化硅沸腾床反应器的分离器，该分离器设置了切向入采用本发明的沸腾床反应器，通过以上所述工艺流程氢化四氯化硅，使氢化四氯化硅生产技术在以下几方面有很大提高：

1、一次气体分布盘7与二次气体分布盘6使混合气在反应器内分布更均匀，尤其是二次气体分布盘6对气场的均匀度有很大的影响，进一步，管帽12的型式对气场的均匀度和分布广度有很大的影响，所述的管帽12可以以管或板等型式来改变气场的流动方向。综上，气体分布盘6对沸腾床气体流化的质量有很大的提高。

2、分离器3很大程度上减少了氢化气的硅粉携带率，进一步降低了物料的流失和氢化气后续分离提纯的难度，使得物料能完充分地参与反应，提高了物料充分利用率，大幅度提高了生产能力。

3、氢化四氯化硅沸腾床结构简单，操作简便，能使生产能力、反应效率和物料利用率大大提高，为多晶硅行业处理四氯化硅提供了很大的效率与收益，是多晶硅行业中一大新的亮点。

Claims (9)

1.氢化四氯化硅沸腾床反应器，包括有自下而上依次相联的反应段（1）、扩大段（2）以及分离段，于所述反应器的顶端还装设有物料进口（5）和氢化气出口（4），所述分离段装设有与所述氢化气出口（4）下部相联的分离器（3）；于所述反应器的底端还装设有检修封头（8），该检修封头（8）上装设有混合气进口（9）和排渣口（19）；其特征在于：于所述检修封头（8)和反应段（1）之间自下而上依次装设有一次气体分布盘（7）和二次气体分布盘 (6)。

2.根据权利要求书1所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器，其特征在于：所述一次气体分布盘（7）与所述混合气进口（9）相连通，该一次气体分布盘（7）还通过导气管（20）与一次气体分布盘（7）外部的外围管（21）相连通。

3.根据权利要求书2所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器，其特征在 于：所述外围管（21）呈环形、丰字形或多边形。

4.根据权利要求书3所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器，其特征在于：于所述外围管（21）的底部均匀布设有通孔（22）。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器， 其特征在于：所述二次气体分布盘（6）包括有气体分布板（10）， 于所述气体分布板（ 10)上装设有轴向螺纹通孔（ 11）以及与所述螺纹通孔（11）相联的管帽（12）。

6.根据权利要求5所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器，其特征在 于：所述管帽（ 12）凸设于所述气体分布板（10），其与所述气体 分布板（ 10)相联处的外周设有螺纹部用以与所述气体分布板（10）的螺纹通孔（11）以螺纹联接。

7.根据权利要求6所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器，其特征在于：所述管帽（12）内设有轴向通气孔（13），该轴向通气孔（13） 的下端与所述气体分布板（10）的底部相连通，该轴向通气孔（13）的上端封闭。

8.根据权利要求6所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器，其特征在于：所述管帽（ 12）还装设有径向通气孔(14），其均匀布设于所述轴向通气孔（13)的侧壁或者端部并且与所述气体分布板（10)的上部相连通,该轴向通气孔（13）的上部相连通。

9.根据权利要求书1所述的氢化四氯化硅沸腾床反应器，其特征在于：所述分离器（ 3）的上端于切线方向设置有分离器切向入口（16），所述分离器（3)的下部装设有呈锥形的分离器锥段（17），于该分离器锥段（ 17）的底端装设有重力开启阀（ 18）。

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