[发明专利]生产颗粒材料的反应器和方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒材料生产技术，尤其涉及一种生产颗粒材料的反应器和方法。

背景技术

现代工业生产工艺中对颗粒材料如：硅、镍和钛等单质；氮化硅、碳化硅和氧化硅等化合物的需求量越来越大的同时，对其性能的要求也越来越苛刻：颗粒材料要满足较高的纯度要求；且颗粒度均匀、适中；颗粒材料的生产成本不宜过高，以满足大规模连续生产的需要。

目前生产颗粒材料的首选反应器是流化床反应器，采用选定的原料气体（能够在高温下得以分解，或发生还原、氧化、氮化等反应、且化学组成中含有目标材料元素的气体）在反应器中实施热分解或还原、氧化或氮化等过程，使原料气体中的目标元素单质在颗粒种子（事先在反应器中形成床层，并在反应过程中补充）表面不断沉积，达到所设定的颗粒尺寸后加以收集，成为所需要的颗粒材料。

上述原料气体的热分解为气体分解的不可逆反应过程，常见的有：

硅烷热分解制备多晶硅；SiH₄---Si+H₂

羰基镍分解制镍：Ni(CO)₄---Ni+CO

等等。

至于所用原料气体，可以是利用目标材料所对应的单质元素通过化学方法制备得到，并且通过一系列物理和化学手段纯化成为纯度较高的原料气体，属于原料气体的生产领域，本发明所关注的是利用这些原料气体经有效的工艺过程和控制条件，为高纯颗粒材料的产业化生产提供科学有效的实施技术。

目前采用的流化床工艺生产颗粒材料至少存在以下缺点：

原料气体送入反应器腔体后，需要通过所设置的气体分布器，以使原料气在反应腔内尽可能充分反应而提高原料气体利用率和颗粒产物的收率，由于原料气体在反应器腔体内随时分解，导致进气口和气体分布器的进气端由于颗粒沉积而形成堵塞，需要定时清理，不仅降低了产品收率，也难以满足连续化生产的需要；

原料气体分解形成单质沉积，使颗粒种子长大的同时，也导致颗粒之间容易发生粘结在腔体内形成团聚，影响了产物的收集，只能中断生产进行必须的处理；

原料气体在反应器腔体中分解出的单质除了沉积于颗粒种子表面，还会在腔体内壁形成沉积，降低了产物收率，内壁沉积的反应器腔体需频繁更换，严重影响了反应的连续性。

发明内容

本发明提供一种生产颗粒材料的反应器，用以解决现有技术中的缺陷，实现高效节能、长期稳定、安全可靠的生产颗粒材料。

本发明公开的一种生产颗粒材料的反应器，包括：反应器腔体；

所述反应器腔体至少设置有颗粒加料斗、原料气体入口、颗粒产品出料口和尾气出口；其中，

所述反应器腔体内设置有至少一个锥状分布器，所述锥状分布器由二个以上两端开口的锥筒同向套设组成，且该锥状分布器的广口端向上，相邻二个锥筒通过上锥筒的下沿与下锥筒内侧壁之间固定而成一体，并形成有气体通道，最上部的锥筒的上端缘与反应器腔体内侧壁固定，并形成有气体通道，且相邻二个锥筒的侧壁之间具有供气体流通的间隙，所述锥状分布器在反应器腔体内的设置位置低于原料气入口的设置位置，锥状分布器上部区域能提供通过堆积颗粒床层所形成的反应区；

所述尾气出口的设置位置不高于所述锥状分布器，所述尾气出口用于排放尾气，所述尾气包括辅助气体和反应气体分解后的气体，当因启动事故检修停电等原因导致反应器运行不畅时，尾气中还可能包含原料气体；

所述颗粒加料斗设于反应器腔体上部，所述颗粒产品出料口设于反应器腔体下部；

所述反应器腔体还包括能提供反应物料与反应器腔体内壁间的阻隔作用的气帘机构；

所述反应器腔体还设有用于对所述反应区形成加热的内置或外置加热机构，加热机构的选择可由具体反应来确定，如燃烧加热、感应加热，微波加热，强光加热，电阻加热和回转炉加热中的一种或多种的组合；

所述反应器腔体还设有内置或外置动态发生机构，所述动态发生机构用于使所述反应区的堆积颗粒床层处于运动状态。

本发明中生产颗粒材料的反应器简称反应器。

进一步地，所述锥状分布器的锥筒的横截面与反应器腔体横截面相适应。通常反应器腔体的横截面为圆形或矩形，相适应的所述锥状分布器的锥筒的横截面也分别为圆形或矩形。颗粒材料初品最终自锥状分布器中心部分以较小的截面流过以减少或防止颗粒材料结团，起到破碎和解聚的作用。