本技术涉及多晶硅制备，更具体地说，涉及一种生产颗粒硅的反应器和生产方法。
背景技术：
1、多晶硅是太阳能光伏发电的主要原料之一，目前主流的多晶硅生产技术为西门子还原炉法和以硅烷气为原料的流化床法，二者对比西门子还原炉法的电耗比较高，目前主流的多晶硅公斤电耗在55度电/公斤多晶硅左右，采用硅烷流化床反应器生产颗粒硅目前市场占有率30％以下，电耗为12度电/公斤颗粒硅左右。
2、中国专利cn7205892763公开了一种制备颗粒硅的流化床反应器，通过反应器内管外围的热源给反应区辐射加热，美国专利us4883687示出了另一种外部加热方式的流化床反应器，该流化床反应器通过热传导的方式给反应区提供热量。反应器均采用外部加热元件通过高纯石墨筒体再加热反应器内部流场，而高纯石墨筒要求的纯度比较高，而且价格昂贵，且容易结硅和污染颗粒硅的纯度。
3、美国专利us4786477公开了一种辐射加热流化床反应器，通过位于反应器外部的辐射发生装置，加热晶种，这种方法理论上可行，但是加热效率低，无法保证加热均匀，目前还没有装置采用。
4、目前国内目前主流的颗粒硅生产加热方式采用的是辐射加热或者直接加热，加热元件采用高纯石墨或者碳化硅材料。虽然已经实现了连续化生产，但是不开避免的要消耗石墨和碳化硅的内筒，成本非常高，目前根据资料显示4000吨/年的颗粒硅反应器内筒价格500万一个，一年需要更换2次，而且更换下来的石墨和碳化硅内筒无法重复利用，造成巨大的浪费和环境污染。同时受到石墨内筒和碳化硅内筒的生产过程中直径的限制，无法提供大直径的内筒，因此单个反应器的产能受限。本专利的加热方法全部可以避免以上问题。
5、内衬是硅烷流化床法反应器的主体结构和反应容器，作用是防止高温气体和物料冲刷和磨损反应器的金属外壳，同时对物料进行绝热保温。由于工况环境恶劣，并且直接与颗粒硅接触，需要流化床内衬的材料具有高纯度、耐磨损、耐腐蚀、强度高等特点。同时由于生产环境恶劣，流化床内衬需要定期更换，是一种耗材。
6、流化床内衬常用的材料包括高温镍合金和石墨，长期以来，由于内衬材料杂质等问题，使流化床反应器的整体效果并不理想。高温镍合金制作的反应器内衬，会给反应体系带入大量的金属污染，降低高纯硅的纯度，导致后续工艺中硅片少子寿命下降，进而影响电池转换效率。
7、石墨制反应器内衬，需要在石墨表面沉积碳化硅涂层，在实际使用过程中会存在涂层剥落、高纯硅产品中碳含量超标等现象，同时因石墨的强度低使流化床内衬易出现开裂损毁的情况，导致石墨流化床内衬整体使用寿命短。由于碳化硅流化床内衬技术门槛高，主要依靠进口，采购成本也较高。内衬材料性能的不过关及高成本，一定程度上阻碍了硅烷流化床法的市场推广，是硅烷流化床法应用必须解决的技术难题。
8、综上所述，现有的流化床反应器无法从根本上石墨或碳化硅内筒体的重复利用的问题，同时内筒直径的限制又限制了单台反应器的产能，生产过程中的硅沉积不但影响传热效率，造成生产过程中的不同阶段的颗粒硅的品质不同，影响颗粒硅生产的长周期运行。
9、为此，本技术提出一种生产颗粒硅的反应器和生产方法，以解决上述存在的问题。
10、申请内容
11、为了解决上述问题，本技术提供一种生产颗粒硅的反应器和生产方法。
12、本技术提供的一种生产颗粒硅的反应器和生产方法采用如下的技术方案：
13、一种生产颗粒硅的反应器，包括：
14、反应器本体，所述反应器本体为腔体结构且内底部设置有加热元件，所述反应器本体顶部开设有开口；所述反应器本体的底部设置有混合气进料口和颗粒硅出料口；
15、所述颗粒硅出料口位于所述反应器本体底部的中心位置；
16、所述反应器本体的外表面涂覆有高纯硅涂层。
17、进一步的，所述加热元件的分布与所述反应器本体同轴且按照同心圆布置，所述加热元件与反应器本体内壁之间的距离为20mm～3500mm。
18、通过上述技术方案，同轴且同心圆的布置方式使热量能够均匀地辐射到反应器内部，避免出现局部过热或过冷的情况，从而保证了反应的均匀性和稳定性，提高了产品的一致性和质量。适中的距离既能够保证加热效果，又能避免加热元件与反应器内壁距离过近导致局部温度过高，损坏反应器内壁。
19、进一步的，所述加热元件为电极且类型为高纯硅料棒且数量为8～40根。
20、通过上述技术方案，能够最大程度地避免引入其他杂质，有效保证了颗粒硅产品的纯度。合适数量的加热元件能够提供充足且均匀的热量，确保反应器内的温度分布均匀，促进反应的高效进行，提高生产效率，同时也有助于减少因温度不均匀导致的产品质量差异。
21、进一步的，所述混合气进料口设置有多个并以所述颗粒硅出料口为圆心均匀排列分布在所述反应器本体的底部。
22、通过上述技术方案，能够使混合气以均匀的速度和流量进入反应器，避免出现局部混合气浓度过高或过低的情况，从而促进反应在整个反应器内均匀进行。以出料口为圆心的均匀排列分布方式，使得进料分布更加合理，有助于提高反应的效率和产品的一致性，减少因进料不均匀导致的反应不完全或副反应的发生。
23、进一步的，所述混合气进料口呈环形或菱形分布。
24、通过上述技术方案，环形分布能够使混合气在进入反应器时形成均匀的环流，进一步优化了进料的均匀性和稳定性，使反应物质能够更充分地接触和反应。菱形分布则在保证均匀进料的同时，能够增加混合气的湍流程度，促进物质的混合和反应，有利于反应的平稳进行，提高产品质量和产量。
25、进一步的，所述反应器本体的底部为夹层式结构，所述夹层内填充有冷却介质；所述颗粒硅出料口和所述混合气进料口贯穿所述夹层结构；所述加热元件位于所述夹层的上表面。
26、通过上述技术方案，夹层式结构为反应温度的控制提供了有效的手段。在反应过程中，当温度过高时，冷却介质能够迅速吸收多余的热量，防止反应器过热，保证反应在适宜的温度范围内进行。填充的冷却介质能够均匀地分布在夹层中，确保底部温度的均匀性，避免局部温度过高或过低对反应产生不利影响，提高了反应的可控性和安全性。
27、一种生产颗粒硅生产方法，基于一种生产颗粒硅的反应器，方法包括以下步骤：
28、s1、从开口加入颗粒硅的晶种，从混合气进料口通入硅烷气体和氢气气体；启动加热元件对反应器本体内部进行加热；
29、s2、硅烷气和氢气在反应器本体内生成硅，并沉积在晶种表面形成颗粒硅；形成的颗粒硅从颗粒硅出料口排出；
30、s3、步骤s2中，硅烷气和氢气在反应器本体内生成硅，并沉积在加热元件硅棒的表面形成棒状硅，等待冷却后从加热元件表面拆下棒状硅。
31、进一步的，步骤s1中加热元件对反应器本体内加热温度值为500℃～850℃。
32、通过上述技术方案，在此范围内能够保证硅烷气和氢气的反应充分进行，同时避免温度过高导致的能源浪费和设备损坏，以及温度过低导致的反应不完全或反应速度过慢。精确的温度控制有助于提高反应的选择性和转化率，从而提高颗粒硅的生产效率和产品质量。
33、进一步的，步骤s3中棒状硅长到300mm直径方可进行拆除。
34、通过上述技术方案，基于对反应过程和产品质量的综合考虑。达到这一直径时，棒状硅的生长已经较为成熟，此时拆除能够保证产品的质量和性能，同时也能够合理安排生产节奏，提高生产的经济性和效率；避免过早或过晚拆除导致的资源浪费或产品质量下降。
35、综上所述，本技术包括以下至少一个有益技术效果：
36、(1)本技术的反应器和生产方法显著提升了颗粒硅的生产效率和产品质量。高效的加热方式、均匀的进料分布、精确的温度控制以及合理的生产流程协同作用，使得反应更加充分、稳定，减少了次品和废品的产生，提高了产品的纯度和一致性，增强了产品在市场上的竞争力；
37、(2)有效地降低了生产成本和环境污染。通过优化反应器结构和生产方法，减少了能源消耗和原材料的浪费；同时避免了使用昂贵且难以重复利用的内衬材料，降低了设备维护和更换的成本；减少了废弃物的产生，对环境更加友好，符合可持续发展的要求。
技术实现思路
1.一种生产颗粒硅的反应器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种生产颗粒硅的反应器，其特征在于：所述反应器(1)的底部贯穿安装有电极夹具，所述加热元件(2)安装在所述电极夹具上；所述加热元件(2)的分布与所述反应器本体(1)同轴且按照同心圆布置，所述加热元件(2)与反应器本体(1)内壁之间的距离为20mm～3500mm；。
3.根据权利要求1所述的一种生产颗粒硅的反应器，其特征在于：所述加热元件(2)为电极且类型为高纯硅料棒且数量为8～40根。
4.根据权利要求1所述的一种生产颗粒硅的反应器，其特征在于：所述混合气进料口(4)设置有多个并以所述颗粒硅出料口(5)为圆心均匀排列分布在所述反应器本体(1)的底部。
5.根据权利要求4所述的一种生产颗粒硅的反应器，其特征在于：所述混合气进料口(4)呈环形或菱形分布。
6.根据权利要求1所述的一种生产颗粒硅的反应器，其特征在于：所述反应器本体(1)的底部为夹层式结构，所述夹层内填充有冷却介质；所述颗粒硅出料口(5)和所述混合气进料口(4)贯穿所述夹层结构；所述加热元件(2)位于所述夹层的上表面。
7.一种生产颗粒硅生产方法，基于权利要求1所述的一种生产颗粒硅的反应器，其特征在于，方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种生产颗粒硅生产方法，其特征在于：步骤s1中加热元件(2)对反应器本体(1)内加热温度值为500℃～850℃。
9.根据权利要求7所述的一种生产颗粒硅生产方法，其特征在于：步骤s3中棒状硅长到300mm直径方可进行拆除。
