CN217568765U - 一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，包括氯化炉，氯化炉上具有入口及出口；入口处安装有进料筒，进料筒上连通有第一、二、三、四进料管，第一、二、三、四进料管均匀设置在进料筒上，并与进料筒相切，第一进料管与第二、四进料管垂直设置，第二进料管与第三进料管垂直设置，第三进料管与第四进料料管垂直设置，第一、三进料管用于与四氯化硅气源连接，第二、四进料管用于与氯气源连接；氯化炉内部设置有内衬，内衬用于防止氯化炉耐受高温和氯气侵蚀；本实用新型与现有技术相比可以在硅粉与氯气进料时快速混合发生反应，提高了反应效率和反应效果。

Description

一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器

技术领域

本实用新型涉及一种反应器技术领域，具体涉及一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器。

背景技术

制作太阳能电池过程中，需要用金刚石线将多晶硅棒切割成薄片，切割过程中，有近一半的多晶硅以“锯末”的形式形成超细硅粉废料，细度达8000目左右。在多晶硅生产过程中的冷氢化工序中，也能产生大量超细硅粉。这两种超细硅粉都含有大量的单质硅。

虽然超细硅粉和氯气能发生反应生成四氯化硅，但由以下原因导致硅粉难以应用；超细硅粉粒度太小，颗粒之间的静电力较大，无法使用气力输送设备进行输送，还导致硅粉无法与氯气形成流化床或固定床反应，极易被反应气流带走；超细硅粉表面有氧化层，硅粉的二氧化硅含量随储存时间持续增长，使其越来越难与氯气反应；超细硅粉真密度为2330kg/m³，堆积密度400～700kg/m³，夹杂大量空气，在高温下反应时，容易产生副反应：Si+O2＝SiO2和3Si+2N2＝Si3N4这些SiO2、Si3N4是高熔点的固体，且不能直接与氯气反应，导致设备堵塞、反应不能持续进行等问题。

目前，这种超细硅粉主要有以下用途：

1.替代硅铁作为还原剂用作炼钢脱氧剂；

2.用作铝合金添加剂，用于生产铝合金。

上述两种用途虽然使硅粉获得了利用，但产品附加值低，且因硅粉中含有二氧化硅导致应用效果不如工业硅。

用于冶炼金属硅，获得的金属硅性能与工业硅类似，冶炼过程中能耗低于常规方法。但存在诸多问题，一是冶炼过程中，为了除去硅粉中含有的二氧化硅需要加入石灰石作为造渣剂，最终生成大量硅酸钙废弃物，污染环境；二是单质硅回收率约为70～95％，浪费了大量宝贵的单质硅。三是冶炼过程需要在高达1300～1800℃的反应炉内进行，能耗较大。

现有技术中用作硅粉与四氯化硅的反应器不能使硅粉与四氯化硅进行充分的反应，反应效率低、效果差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，目的是解决现有的硅粉与四氯化硅的反应器反应效率低、效果差的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，包括氯化炉，氯化炉上具有入口及出口；

入口处安装有进料筒，进料筒上连通有第一、二、三、四进料管，第一、二、三、四进料管均匀设置在进料筒上，并与进料筒相切，第一进料管与第二、四进料管垂直设置，第二进料管与第三进料管垂直设置，第三进料管与第四进料料管垂直设置，第一、三进料管用于与四氯化硅气源连接，第二、四进料管用于与氯气源连接；

氯化炉内部设置有内衬，内衬用于使氯化炉耐受高温和氯气侵蚀进一步优化，第一、二、三、四进料管内均设置有漏斗形提速扣，第一、二、三、四进料管分别通过漏斗形提速扣与进料筒内部连通。

进一步限定，氯化炉包括U型筒及设置在U型筒上的若干直筒，相邻直筒之间通过法兰可拆卸密封连接，U型筒通过法兰与直筒可拆卸密封连接，进料筒安装在最上方的直筒上。

进一步限定，内衬包括若干个石墨衬里，每一个直筒及U型筒的内表面均设置一个石墨衬里，相邻石墨衬里之间可拆卸连接。

进一步优化，位于右侧的石墨衬里的内表面上设置有石墨挡块。

进一步优化，位于U型筒上的石墨衬里上连接有进气管，进气管与氯气源连接。

进一步优化，进气管上设置有石墨圆台，石墨圆台的上端面设置有若干小孔，小孔与所述进气管相连通。

进一步优化，氯化炉的外部设置有夹套筒体，夹套筒体上连接有循环水系统。

进一步优化，氯化炉上套接有若干内筒加强圈，内筒加强圈的内表面与氯化炉的外表面连接，内筒加强圈的外表面与夹套筒体的内表面连接，内筒加强圈上设置有若干通孔。

进一步优化，夹套筒体上密封设置有若干进气通道，进气通道的一端穿过夹套筒体后与氯化炉内部相连通，进气通道的另一端与外界相连。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型主要包括氯化炉、进料筒及第一、二、三、四进料管，在实际的使用过程中，工作人员向第一、三进料管内通入四氯化硅及硅粉，(四氯化硅的作用是为硅粉提供喷出的动力，由于硅粉与氯气发生放热反应时不能掺杂其他气体，且硅粉与氯气发生放热反应生成四氯化硅，故使用四氯化硅为硅粉的喷出提供动力)与此同时向第二、四进料管内通入氯气，由于第一、二、三、四进料管与进料筒相切，故在氯气及硅粉进入进料筒内后会顺着进料筒的内壁呈螺旋状向下混合送料，这样设置的好处是使得硅粉与氯气充分接触，并充分发生化学反应，使得氯化炉内部的硅粉与氯气快速混合发生化学反应的效率更好、效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型进料筒的剖视图。

图3为本实用新型石墨衬里的结构示意图。

图中，101-氯化炉，102-入口，103-出口，104-进料筒，105-第一进料管，106-第二进料管，107-第三进料管，108-第四进料管，109-内衬，110-漏斗形提速扣，111-U型筒，112-直筒，113-石墨挡块，114-进气管，115-石墨圆台，116-夹套筒体，117-内筒加强圈，118-进气通道。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例一

请参阅图1-图3所示，本实施例公开了一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，包括氯化炉101，氯化炉101上具有入口102及出口103；

入口102处安装有进料筒104，进料筒104上连通有第一、二、三、四进料管，第一、二、三、四进料管均匀设置在进料筒104上，并与进料筒104相切，第一进料管105与第二、四进料管垂直设置，第二进料管106与第三进料管107垂直设置，第三进料管107与第四进料料管垂直设置，第一、三进料管用于与四氯化硅气源连接，第二、四进料管用于与氯气源连接；

氯化炉101内部设置有内衬109，内衬109用于使氯化炉101耐受高温和氯气侵蚀。

本实用新型主要包括氯化炉101、进料筒104及第一、二、三、四进料管，在实际的使用过程中，工作人员向第一、三进料管内通入四氯化硅及硅粉，(四氯化硅的作用是为硅粉提供喷出的动力，由于硅粉与氯气发生放热反应时不能掺杂其他气体，且硅粉与氯气发生放热反应生成四氯化硅，故使用四氯化硅为硅粉的喷出提供动力)与此同时向第二、四进料管内通入氯气，由于第一、二、三、四进料管与进料筒104相切，故在氯气及硅粉进入进料筒104内后会顺着进料筒104的内壁呈螺旋状向下混合送料，这样设置的好处是使得硅粉与氯气充分接触，并充分发生化学反应，使得氯化炉101内部的硅粉与氯气快速混合发生化学反应的效率更好、效果更好。

进一步优化，第一、二、三、四进料管内均设置有漏斗形提速扣110，第一、二、三、四进料管分别通过漏斗形提速扣110与进料筒104内部连通，这样设置的好处是可以使得硅粉与氯气高速喷射，速度更快，混合效率更高。

进一步限定，氯化炉101包括U型筒111及设置在U型筒111上的若干直筒112，相邻直筒112之间通过法兰可拆卸密封连接，U型筒111通过法兰与直筒112可拆卸密封连接，进料筒104安装在最上方的直筒112上，这样设置的好处是可以方便氯化炉101整体的安装及拆卸维修，硅粉与氯气经过左侧的若干直筒112的旋转混合反应，再依次经过U型筒111及右侧的若干直筒112形成四氯化硅后从出口103排出。

进一步限定，内衬109包括若干个石墨衬里，每一个直筒112及U型筒111的内表面均设置一个石墨衬里，相邻石墨衬里之间可拆卸连接，使用石墨衬里的目的是，由于氯气与硅粉反应形成四氯化硅的过程是放热反应，会释放出大量的热，石墨衬里可以对氯化炉101起到保护作用，防止氯化炉101被高温及氯气所腐蚀，使用石墨材料的好处是，石墨材料的耐热效果很好，且石墨材料的温度越高，强度越高，这样就对氯化炉101起到保护效果就越好。

进一步优化，位于右侧的石墨衬里的内表面上设置有石墨挡块113；在实际的使用过程中，硅粉与氯气不会完全反应，所以会剩余一部分的硅粉夹杂在四氯化硅及氯气中，当这些硅粉向右侧的直筒112内移动时，由于惯性的作用会撞击到石墨挡块113上，而由于重力的作用这些硅粉会向下掉落，后续的氯气继续与这些未完全反应的硅粉发生反应，还未反应的硅粉会掉落到设置在U型筒111下方的集料斗中进行收集，氯化炉101停止工作后将集料斗中的硅粉收集再次利用，这样设置的好处是避免了能源的浪费。

进一步优化，位于U型筒111上的石墨衬里上连接有进气管114，进气管114与氯气源连接，设置进气管114可以继续向U型筒111内注入氯气，使得硅粉与氯气的反应效率更好、效果更好。

进一步优化，进气管114上设置有石墨圆台115，石墨圆台115的上端面设置有若干小孔，小孔与所述进气管114相连通，石墨圆台115的位置在进料筒104的正下方，设置石墨圆台115包裹进气管114的目的是防止进气管114由于高温而融化，这样氯气通过小孔进入到U型筒111内部与硅粉发生反应，掉落至小孔内的硅粉也会被氯气吹出。

进一步优化，氯化炉101的外部设置有夹套筒体116，夹套筒体116上连接有循环水系统，在实际的使用过程中，由于氯化炉101内部的硅粉与氯气发生放热反应，及时有石墨衬里作用，氯化炉101的表面仍然会承受高温，为了延缓氯化炉101的使用寿命，故在氯化炉101外部加装夹套筒体116，通过循环水系统，不断的向夹套筒体116内部泵入60℃-90℃的循环水(循环水的温度控制在60℃-90℃的目的是因为四氯化硅的沸点为57.6℃，如果循环水的温度低于57.6℃，四氯化硅接触到氯化炉101时会液化，液化后的四氯化硅将会将硅粉黏在氯化炉101的内壁上，这样会造成能源的浪费，也不方便氯化炉101内壁的清理)，循环水对氯化炉101进行降温，以延长氯化炉101的使用寿命。

进一步优化，夹套筒体116上密封设置有若干进气通道118，进气通道118的一端穿过夹套筒体116后与氯化炉101内部相连通，进气通道118的另一端与外界相连，在实际的使用过程中，反应完毕后过量的氯气会通过进气通道118进入氯化炉101内部实现氯气的循环使用，有效的减少了氯气的浪费。

实施例二

请参阅图1-图3所示，本实施例是在实施例一的基础上进一步优化，在本实施例中，氯化炉101上套接有若干内筒加强圈117，内筒加强圈117的内表面与氯化炉101的外表面连接，内筒加强圈117的外表面与夹套筒体116的内表面连接，内筒加强圈117上设置有若干通孔，设置内筒加强圈117的目的是由于循环水系统中会向夹套筒体116内泵入循环水，而在泵入的过程中，循环水会对氯化炉101的内壁产生压力，设置内筒加强圈117后会提高内筒抗外压能力，防止氯化炉101的内壁受水压导致变形，保护了氯化炉101的内壁。另外，内筒加强圈117的设置也使循环水流动方向变为横向流动，流通截面积变小，流速变高，促进了水与氯化炉101内壁的传热，对氯化炉101内壁的降温更有效，更能延缓内壁受氯气的腐蚀。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，应当指出的是，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：包括氯化炉(101)，氯化炉(101)上具有入口(102)及出口(103)；

入口(102)处安装有进料筒(104)，进料筒(104)上连通有第一、二、三、四进料管，第一、二、三、四进料管均匀设置在进料筒(104)上，并与进料筒(104)相切，第一进料管(105)与第二、四进料管垂直设置，第二进料管(106)与第三进料管(107)垂直设置，第三进料管(107)与第四进料料管垂直设置，第一、三进料管用于与四氯化硅气源连接，第二、四进料管用于与氯气源连接；

氯化炉(101)内部设置有内衬(109)，内衬(109)用于使氯化炉(101)耐受高温和氯气侵蚀。

2.根据权利要求1所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：第一、二、三、四进料管内均设置有漏斗形提速扣(110)，第一、二、三、四进料管分别通过漏斗形提速扣(110)与进料筒(104)内部连通。

3.根据权利要求1所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：氯化炉(101)包括U型筒(111)及设置在U型筒(111)上的若干直筒(112)，相邻直筒(112)之间通过法兰可拆卸密封连接，U型筒(111)通过法兰与直筒(112)可拆卸密封连接，进料筒(104)安装在最上方的直筒(112)上。

4.根据权利要求3所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：内衬(109)包括若干个石墨衬里，每一个直筒(112)及U型筒(111)的内表面均设置一个石墨衬里，相邻石墨衬里之间可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：位于右侧的石墨衬里的内表面上设置有石墨挡块(113)。

6.根据权利要求3所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：位于U型筒(111)上的石墨衬里上连接有进气管(114)，进气管(114)与氯气源连接。

7.根据权利要求6所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：进气管(114)上设置有石墨圆台(115)，石墨圆台(115)的上端面设置有若干小孔，小孔与所述进气管(114)相连通。

8.根据权利要求1所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：氯化炉(101)的外部设置有夹套筒体(116)，夹套筒体(116)上连接有循环水系统。

9.根据权利要求8所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：氯化炉(101)上套接有若干内筒加强圈(117)，内筒加强圈(117)的内表面与氯化炉(101)的外表面连接，内筒加强圈(117)的外表面与夹套筒体(116)的内表面连接，内筒加强圈(117)上设置有若干通孔。

10.根据权利要求8所述的一种综合利用超细硅粉生产四氯化硅的反应器，其特征在于：夹套筒体(116)上密封设置有若干进气通道(118)，进气通道(118)的一端穿过夹套筒体(116)后与氯化炉(101)内部相连通，进气通道(118)的另一端与外界相连。

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