[发明专利]运行流化床反应器的方法

说明书

本发明涉及一种运行流化床反应器的方法。

流化床反应器例如用于通过HCl和冶金硅在350-400℃下的反应制备三氯硅烷(TCS)。同样可在流化床反应器中由含STC/H₂(STC为四氯化硅)的冶金硅制造TCS。

流化床反应器也用于多晶硅颗粒的制造。这是如下实现的：借助流化床中的气流将硅颗粒流化，该流化床则借助加热装置被加热至高温。添加含硅反应气体的结果是，在热颗粒表面进行热解反应。元素硅沉积在硅颗粒上且单个颗粒在直径上增长。通过有规律的取出长大的颗粒并添加较小的硅颗粒作为种子颗粒(在后文中称为“种子”)，所述方法具有所有相关的优势且可持续操作。所述的含硅反应气体指的是硅-卤素化合物(例如：氯硅烷或溴硅烷)，甲硅烷(SiH₄)，以及这些气体和氢气的混合物。例如，由US 4786477 A公开了此类沉积方法及其设备。

在流化床反应器的拆解和重组中，氧气和空气湿度借由周围的气氛进到反应器内部以及必须开口的管道中。

US 8017024 B2公开了一种用于在流化床反应器中制造多晶硅颗粒的方法。在沉积结束后，将反应器内部冷却，同时用惰性气体吹洗，例如H₂、N₂、Ar、He或所述气体的混合物。随后，将冷却的硅颗粒排出，拆解反应器，反应器管用新管替代，重组反应器，然后将硅颗粒引入到反应器管中。随后，加热硅颗粒，开始新的沉积操作。

US 6827786 B2也描述了一种流化床反应器。其目的是用碳和氧杂质含量皆低的气体接触颗粒，由此回收能量。

本发明的目的是由所述问题引出的。

所述目的是通过一种运行流化床反应器的方法来实现的，该方法包括：用惰性气体对反应器和输气管进行吹洗a；用H2对反应器和输气管进行吹洗b；用卤代硅烷或含卤代硅烷的混合物对反应器和输气管进行吹洗c。

优选地，用H₂吹洗的同时，将温度加热到100至1000℃。

优选地，吹洗操作的顺序为a-b-c，即、首先用惰性气体进行吹洗，然后用H2进行吹洗，接着用卤代硅烷或含卤代硅烷的混合物对其进行吹洗，随后在种子颗粒上沉积多晶硅，反应气体含有卤代硅烷。

优选地，在流化床中将反应气体沉积在硅的种晶上，由此制造本发明的高纯度多晶硅颗粒。

所述的反应气体优选由氢气和卤代硅烷的混合物组成，更优选由氢气和三氯硅烷的混合物组成。

优选在反应区域中流化床温度为700℃至1200℃的情况下进行沉积。

流化床中初始填充的种晶优选是借助不含硅的流化气体(优选氢)进行流化，并借助热辐射进行加热。

所述的热能优选借助两维散热器沿着流化床的周长被均匀地引入。

在反应区域中，由于CVD反应，含硅反应气体以元素硅的形式沉积在硅颗粒上。

未反应的反应气体、流化气体和气态反应副产物从反应器中排出。

通过从流化床中有规律地取出带有沉积硅的颗粒，并加入晶种，所述方法可持续地运行。

反应区域中的流化床的温度更优选为850℃至1100℃，最优选为900℃至1050℃。

所述的反应气体优选通过一个或多个喷嘴被注入进流化床。

在流化床中的绝对压力优选在0.1MPa和1.1MPa之间，更优选在0.15MPa和0.7MPa之间，最优选在0.2MPa和0.5MPa之间。

基于所有经过流化床运送的气体的量，所述含硅反应气体的浓度优选为10mol％至50mol％，更优选为15mol％至40mol％。

基于所有经过反应气体喷嘴运送的气体的量，在反应气体喷嘴中含硅反应气体的浓度优选为20mol％至50mol％。

反应气体在流化床中的平均停留时间优选为100ms至10s，更优选为150ms至5s，特别优选为200ms至2s。

流化床优选作为形成泡沫的流化床去运行。优选通过一些措施，例如，选择床高和床直径(平面床)的最小比，或在流化床中设置机械泡沫破碎器，由此避免腾涌(slugging)运行模式，即、泡沫在流化床中生长至流化床的直径，然后将压实的流化床材料向上推，如同固体塞一样，直至泡沫破碎。

优选地，在反应气体包含卤代硅烷的情况下，在种子颗粒上沉积多晶硅之后，终止含卤代硅烷反应气体的供给，然后进行吹洗操作b-a，即、首先用H2进行吹洗，随后用惰性气体进行吹洗，接着打开并拆解反应器。

优选地，在反应器的拆解和重组之间，用惰性气体对反应器和输气管进行进一步的吹洗。