[發明專利]用于流化床反應器的等靜壓石墨內襯

有效

• 申請號: 201680058765.8
• 申請日: 2016-10-04
• 公開（公告）號: CN108138992B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: S·L·金貝爾
• 申請（專利權）人: 各星有限公司
• 主分類號: F16L9/04
• 分類號: F16L9/04;B01J8/18;C01B33/00;B01J8/24
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 俞翠華

一種流化床反應器，其包括多晶硅制備用內襯，該多晶硅制備用內襯具有沿軸線延伸的筒狀管。該管包括內表面和外表面，該內表面和外表面限定出在其間的管厚度。該多晶硅內襯還包括圍繞管的外表面纏繞的至少一層纏繞物。所述纏繞物防止管的徑向膨脹。

對相關申請的交叉引用

本申請要求2015年10月5日提交的美國臨時專利申請系列號No.62/237,288的優先權，在此將該申請的公開內容整體并入作為參考。

技術領域

本公開的領域涉及用于流化床反應器的等靜壓石墨內襯，并且更具體地涉及具有用于向內襯施加徑向壓縮力的預張緊的纏繞物的石墨內襯。

背景技術

多晶硅是用于生產許多商業產品——包括例如集成電路和光伏(即太陽能)電池——的重要原材料，多晶硅通常利用化學氣相沉積機理來生產，其中硅從可熱分解的硅前體化合物沉積到流化床反應器(“FBR”)中的硅顆粒上。合適的可熱分解硅化合物包括例如硅烷和諸如三氯硅烷的鹵代硅烷。

在本領域中已知的FBR制備工藝中，可分解的硅前體化合物(例如，硅烷)和硅籽晶顆粒被連續進給到反應器中。硅顆粒床使用適當的加熱裝置保持處于高溫下，并通過向上的氣體流動保持處于流化狀態。這種床被稱為流化床。硅沉積在連續生長的籽晶顆粒上，直到它們達到臨界尺寸，此后將它們分隔至反應器的底部，在此它們作為多晶硅產品(即“粒狀”多晶硅)從FBR中被移除。

與用于制備普通化工產品的常規FBR不同，在用于制備多晶硅的流化床反應器的構件的材料選擇中遇到限制。反應器內襯連續與在高溫和高壓下流化的硅顆粒接觸，并且承受由顆粒的流化床引起的不規則振動和嚴重的剪切應力，以及跨反應器內襯的壓差和溫差。由于多晶硅的期望高純度、在停機時間最小的情況下的期望的高材料產出、暴露于腐蝕性反應氣體以及壓力、溫度、剪應力、振動和磨損的極端操作條件的組合，針對流化床內襯結構的材料選擇是困難的。由于這些原因，FBR反應器和反應器內襯具有受許多過程變量及其組合影響的復雜結構。

與硅顆粒接觸的FBR內襯和內襯表面被設計為滿足機械、熱、電和耐化學性能要求，以便為高溫操作提供可接受的兼容性并生產高純度等級的硅。然而，問題在于，本領域中已知的內襯的表面硬度和粗糙度未被優化以提供對由多晶硅顆粒與內襯表面接觸引起的腐蝕的高抵抗性。再者，本領域已知的內襯的耐壓強度、抗彎強度和拉伸強度不足以允許構建用于與現有技術中已知的反應器相比能夠提高多晶硅的產量和生產率的大型FBR的內襯。具體而言，作用在硅FBR反應器中的圓筒形石墨內襯的外部的拉應力可能導致墊襯反應器并用作工藝內襯的石墨圓筒部段的軸向斷裂。用于維持密封的軸向壓力和用于維持工藝純度的徑向壓力可能產生軸向裂紋或使已有的石墨裂紋軸向擴展，從而導致內襯斷裂或破裂并發生運行故障。

因此存在對防止或消除用于以高純度和高生產率制備多晶硅的FBR內襯中的斷裂的需求。

該背景技術章節意在向讀者介紹可能與本發明的各方面相關的技術的各方面，這些方面在下文被描述和/或要求。相信此討論對于提供給讀者背景信息以利于更好地理解本公開的各個方面是有幫助的。因此應該理解，應在這種意義上閱讀這些內容，而不是作為對現有技術的承認。

發明內容

在一個方面，一種多晶硅流化床反應器包括環形外殼和環形內襯，該環形內襯位于該外殼內部使得在外殼與內襯之間限定出內室。該多晶硅流化床反應器還包括至少一個進料氣體入口、至少一個排出氣體出口、和流化區區域，該流化區區域包括由環形內襯的內表面的直徑和環形內襯的從進料氣體入口位置到排出氣體出口位置的長度限定的容積。該環形內襯包括沿一軸線延伸的筒狀管。該管包括內表面和外表面，該內表面和外表面限定出在其間的管厚度。環形內襯還包括圍繞該外表面纏繞的至少一層纏繞物，其中纏繞物構造成防止管的徑向膨脹。