[发明专利]一种生产颗粒材料的反应器系统和方法

说明书

本发明公开了一种生产颗粒材料的反应器和方法。生产颗粒材料的反应器包括反应器腔体，反应器腔体至少设置有颗粒加料口(斗)、原料气体入口、颗粒产品出料口和尾气出口；其中，反应器腔体内原料气体侧没有设置分布器.反应器腔体还设有用于对反应区形成加热(冷却)的内置或外置热管理机构；反应器腔体还设有内置或外置动态发生机构。本发明还公开了一种上述反应器生产颗粒材料的方法。本发明克服了现有技术的诸多缺点，实现了高效节能、长期稳定、安全可靠的生产颗粒材料。

技术领域

本发明涉及材料制备技术，特别涉及一种气相(包括液相)到固相沉积制备颗粒材料，尤其涉及一种制备颗粒材料的反应器和方法。

背景技术

现代工业生产中对颗粒材料如硅、镍和钛等单质；氮化硅、碳化硅、氧化硅与氧化亚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。同时，很多生产过程中需将产品造粒和包覆，如生产大颗粒尿素硫磺和药品涂层等都属于气相或液相向固相颗粒转化的过程。

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表面不断沉积(事先在反应器中形成床层，并在反应过程中补充)，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。

常见的反应过程有：

硅烷热分解制备多晶硅；SiH₄---Si+H₂

羰基化提纯，如羰基镍分解制镍：Ni(CO)₄---Ni+CO

氧化亚硅合成：SiO2+ySi---SiOx(x＝(2+y)/2)

热解碳：C型H呀---C＝H2等等。

至于所用前躯体原料气体，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，也可以是高温下形成的原料蒸汽或液态喷雾、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与颗粒表面接触反应而提高原料气体利用率和颗粒产物的收率。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、原料气进口和管道形成沉积，降低了产物收率的同时，导致进气口和气体分布器的进气端由于过度沉积而形成堵塞，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；还影响流化床长期连续稳定运行。

原料气体在颗粒表面沉积，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，有时只能中断生产进行必须的处理；

制备颗材料时利用原料气体来悬浮固体颗粒，耗气量大，气体循环量大，且造成流化床反应器腔体中有大量自由空间，原料气体自身分解产生大量粉尘，难以收集，减少了原料利用率，增加了成本。

发明内容

本发明提供一种制备颗粒材料的反应器，其特征是原料气体入口侧没有气体分布器，本发明用以解决现有技术中的缺陷，实现高效节能、长期稳定、安全可靠的制备颗粒材料。

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(口)、前躯体原料气体入口、颗粒产品出料口和尾气出口；其中，