本技术提供了一种气固反应装置以及气固反应方法,涉及反应设备技术领域,包括提升管反应组件、下行床反应组件和分离循环组件,提升管反应组件包括预反应段和提升管段;下行床反应组件包括下行床,下行床与提升管相连通;分离循环组件包括轴流式气固分离器、储料伴床和连接管线,轴流式气固分离器的进口与下行床的出口相连通,轴流式气固分离器的气相出口连通储料伴床的气相区,轴流式气固分离器的固相出口连通储料伴床的储料区。本发明通过设置提升管反应组件及下行床反应组件,使得超细颗粒气固反应主要发生在稀相床段,有效强化了气固间的接触和混合效率,避免了密相床段内常见的气固接触不充分、颗粒间粘连以及换热死区等问题。
背景技术
Geldart C类颗粒,也称为超细颗粒,其粒径通常小于20μm。由于超细颗粒间的范德华力和静电力较强,在流化过程中容易出现团聚、沟流或节涌等现象,严重影响了流化床运行的稳定性,从而限制了超细颗粒在流化床领域中的应用。然而,随着石油炼制、化工、材料制备等领域的不断发展,改善超细颗粒的流化状态并将其应用于化工产品制备变得越来越重要。化学气相沉积法(CVD)是一种典型的粉体反应和制备技术,广泛应用于光伏材料多晶硅、碳硅负极、碳化硅等材料的制备工艺中。然而,现有的化学气相沉积法应用案例普遍存在一些问题,例如原料气在反应器内部发生附壁反应、反应器内存在换热死区、沉积颗粒间发生粘连等。流化床反应器具有传质传热效率高、内部温度分布均匀、气固混合剧烈、操作弹性大等诸多优势。近年来,行业内将流态化技术与化学气相沉积法相结合,并逐渐应用于现有的化学气相沉积工艺,以试图解决上述问题。
例如,中国专利文件CN1198962A公开了一种用于超细颗粒气固相加工的流化床反应器,虽然一定程度上改善了超细颗粒流动过程中发生团聚的问题,但大量内构件的设置将显著增大发生附壁反应的风险,同时缺乏对生产下游气固分离的具体实施措施。中国发明专利CN114850283B公开了一种超细颗粒表面包覆的流化反应系统,在该专利文件中,沉积载体及沉积原料气在产品罐底部等区域仍以密相床型存在;此时,即使设置机械搅拌桨,仍难以避免该区域内出现颗粒间粘连、温度分布不均匀等问题;同时,提升管内气固流动通常为环-核结构,传统的底部进料方式将加剧提升管边壁处颗粒的粘连问题;此外,传统的旋风分离器对超细颗粒的分离效率较低,采用传统旋风分离器耦合过滤器的除尘方式将显著降低整体装置的平稳运行时长。中国专利文件CN117721434A公开了一种超细颗粒气相沉积的反应器及方法,上述专利将主要反应区域的流化床状态由密相床改良为稀相床,有效强化了该区域内的气固混合,并可改善颗粒间的粘连问题;但气固超短快分结构对超细颗粒的粒级效率相对较低,该专利同样缺乏对残余颗粒的进一步处理措施。因此,目前亟待解决现有工艺中气固混合效率低、反应死区多、后续分离困难等技术问题。
实现思路