[发明专利]一种新型三氯氢硅合成炉

说明书

本发明涉及硅产业化工生产技术领域，具体为一种新型三氯氢硅合成炉，包括炉体、供气段、气体分流模组、反应机构、换热系统、硅粉喷射装置、以及出料段，供气段和气体分流模组的连接处设有用来导引气体向上流动的分流孔板，分流孔板板面上设有若干环形错位分布的轴向通孔，每个通孔上装配有对应尺寸且将气体吹向多个方向的气体喷管组件，反应机构中部的壁面上斜向下设置有硅粉喷射装置，出料段内部为中空结构，其顶端设置有用来收集反应得到三氯氢硅合成气体的出气口，未完全反应的硅粉通过出料段侧壁面的沉降口分离排出；本发明提高硅粉和氯化氢气体的反应效率，提高炉温控制精度及响应速度，保障产物合成效率及产品质量。

技术领域

本发明涉及硅产业化工生产技术领域，具体为一种新型三氯氢硅合成炉。

背景技术

三氯氢硅是制备有机硅、生产硅晶太阳能电池和半导体器件的重要原料，广泛应用于国防、信息科技乃至民用日常等多个领域，也可用于外延硅片和硅烷的制备。目前三氯氢硅制备方法主要有硅氯氢化法、四氯化硅氢化和利用副产物的反歧化法，其中硅氯氢化法由于其工艺简单、合成效率高而得到广泛的市场应用，该方法即将氯化氢气体和硅粉放在合成炉中在280-325℃和0.20-0.40MPa的条件下反应制得，必要时添加铜或铜盐作为催化剂，反应产物主要为三氯氢硅和四氯化硅。其中三氯氢硅产量主要受反应温度的影响，反应温度升高反应速率增加，单位时间、单位体积的产量也随之增加，但同时反应产物中的四氯化硅含量同样也随之增加，而该合成反应为强放热反应。因此，通常需采用内置的换热管束在反应前提升炉内温度，从而达到反应温度，并在反应开始后将反应热量及时移出反应体系，维持炉内温度从而保证产品收率，提高生产效能，而换热管的换热效率对于反应温度的控制精度及响应速度有根本性的影响，一般在工业生产中最佳的反应温度为300℃。

一般三氯氢硅合成炉的换热管束主材料为碳钢，在正常使用情况下，受到氯化氢气体和硅粉的冲刷磨损，换热管束管壁会逐渐减薄，一方面变薄的管壁对于炉内和管内压力的承受程度变弱，严重时会产生泄漏甚至爆裂的风险，造成人身和经济损失；另外，冲刷磨损下来的金属粉末会带入反应系统，对系统管道、设备及产品的质量都会产生较大的影响，降低了设备使用寿命和产品收率。一般情况下换热管束的使用寿命约为3个月左右，每次维修更换需要的极大的人力和物力，而恢复安装周期较长，耽误正常生产。

目前的三氯氢硅合成炉一般采用单侧加料方式，即氯化氢和硅粉都是从合成炉的一侧进入炉体，这种加料方法容易造成氯化氢气体及硅粉在合成炉中分布不均，形成偏流，进而导致合成炉内不同区域之间出现较大温差，导致分流孔板表面总压过高，造成压力畸变。并且反应温度的失衡，会导致生成的四氯化硅和二氯二氢硅过多，影响企业生产的经济效能，且反应不充分，未完全反应的氯化氢气体会进入后续工段，影响产能利用。因此，为确保三氯氢硅的合成反应高效稳定，有必要对三氯氢硅合成炉进行优化改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型三氯氢硅合成炉，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种新型三氯氢硅合成炉，包括炉体、设在炉体底端的供气段、设在供气段上方的气体分流模组、设在气体分流模组上方的反应机构、设于反应机构内部使得换热工质折返流动的换热系统、设于反应机构侧端用于将硅粉均匀喷射于反应机构内部的硅粉喷射装置、以及设在炉体顶端的出料段，供气段一端的侧壁上设有供气口，气体分流模组包括孔板组件和气体喷管组件，孔板组件包括分流孔板和若干个通孔，供气段和气体分流模组的连接处设有用来导引气体向上流动的分流孔板，分流孔板板面上设有若干环形错位分布的轴向通孔，每个通孔上装配有对应尺寸且将气体吹向多个方向的气体喷管组件，反应机构中部的壁面上斜向下设置有硅粉喷射装置，出料段内部为中空结构，其顶端设置有用来收集反应得到三氯氢硅合成气体的出气口，未完全反应的硅粉通过出料段侧壁面的沉降口分离排出。