CN101285122A - 自蔓延燃烧气旋式反应器 - Google Patents

Abstract

自蔓延燃烧气旋式反应器，包括：外壳；反应器内衬设于外壳内部，内部中空腔体设气体及产物输出口；还原剂入料口与中空腔体连接，供投入反应还原剂及输入惰性气体加压，反应还原剂进入中空腔体内碰撞反应器内衬内壁产生气旋；氧化剂入料口与中空腔体连通，供投入反应氧化剂碰撞反应器内衬内壁而产生气旋，反应氧化物于中空腔体内与反应还原剂碰撞产生自蔓延燃烧反应，产生主副产物，主产物经产物输出口输出；推杆穿入中空腔体中，内部通道设副产品输出口；第一控制阀控制推杆通道与副产品输出口连通与否；第二控制阀控制气体输出口开启或关闭；第三控制阀控制产物输出口开启或关闭；辅助加热器设于反应器内衬下端及产物输出口间；连续生产高纯度物质。

Description

自蔓延燃烧气旋式反应器

技术领域

本发明涉及气旋式反应器，尤其涉及一种利用自蔓延燃烧原理，使反应器内部产生自蔓延气旋燃烧反应而连续生产高纯度金属、合金或多晶硅产品的自蔓延燃烧气旋式反应器。

背景技术

现代化工业产品的制造往往需要使用极高纯度的金属或半导体原料。以航天、生物医药料技中不可或缺的关键材料钛、锆、铪及其合金为例，此类合金具有低密度、高比强度及极佳的抗腐蚀与生物兼容特性。使用上是其它材料无法取代的，但是这类合金，尤其是含钛、铝间金属结构(Inter-metallicCompound)合金，其物性与原材料纯度有密不可分的关系。传统生产钛金属材料的Kroll法自1967年袭用至今，在生产方法上并没有太大的改变，仍然是以镁(Mg)金属还原四氯化钛(Titanium Tetrachloride，TiCl₄)的批次方式生产(Batch process)。生产过程中的海棉状钛含有大量的氯化镁(MgCl)杂质，必须通过真空蒸馏或酸洗的方式去除，这样就免不了引入杂质及氧化物，导致所得的钛金属纯度不足，必须再由后续繁复的纯化方式获得低氧化物杂质的钛金属原料。这些生产过程导致高纯度钛金属价格偏高，应用不易普及，因此，开发新型的生产方法或改良生产过程以克服上述现有生产方法及设备瓶颈，成为业界所急迫解决的课题。

此外，再以半导体材料中的多晶硅(Poly-silicon)为例，众所周知是现今电子工业以及太阳能电池产业中最重要的生产素材，其应用上需要极高的纯度材料条件。现有的生产多晶硅的方法及设备，如“Handbook OfSemiconductor Technology，Noyes Publications，Park Ridge，N.J.，pp.2-16”的在先技术文献中的所谓西门子法(Simens process)是目前多晶硅的主要生产方式，其生产过程从利用碳黑在电弧炉中还原硅砂得到冶金级多晶硅(Metallurgical Grade Silicon，MG-Si)开始，再将其与盐酸(HCl)反应而生成三氯硅烷(SiHCl₃)，其中的杂质经由多次反复低温蒸馏后去除，经纯化后得到的三氯硅烷再于氢气中加热还原沉积成高纯度多晶硅。依据应用纯度的不同要求，再经由一次或多次方向性固化(DirectionalSolidification)进一步提高纯度。由西门子法中可以清楚显示，获得半导体级或太阳能电池级高纯度多晶硅是一项极为耗时、耗工且昂贵的制备过程。因此，寻求更为廉价生产多晶硅的方法或设备是至为重要的，尤其对于太阳能产业能提供廉价多晶硅的生产方式更具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种自蔓延燃烧气旋式反应器，利用该反应器可以采用四氯化钛作为氧化剂，金属钠作为还原剂，连续式生产高纯度低氧化物金属钛，同时可在生产过程中连续铸造钛金属锭。

本发明的第二目的在于提供一种自蔓延燃烧气旋式反应器，利用该反应器可以采用四氯化钛及三氯化铝作为氧化剂，金属钠作为还原剂，连续式生产高纯度低氧化物钛铝合金，同时可在生产过程中连续铸造钛铝合金锭。

本发明的第三目的在于提供一种自蔓延燃烧气旋式反应器，利用该反应器可以采用四氯化硅作为氧化剂，金属钠作为还原剂，连续式生产高纯度多晶硅，同时可在生产过程中连续铸造多晶硅锭。

本发明的第四目的在于提供一种自蔓延燃烧气旋式反应器，利用该反应器可以采用四氟化硅作为氧化剂，金属钠作为还原剂，连续式生产高纯度多晶硅，同时可在生产过程中连续铸造多晶硅锭。

本发明的第五目的在于提供一种自蔓延燃烧气旋式反应器，利用该反应器可以采用氟化硅作为氧化剂，金属钠作为还原剂，反应器中同时注入氟化钠与冶金级多晶硅，连续式纯化冶金级多晶硅，同时在纯化过程中将所纯化的多晶硅连续铸造多晶硅锭。

本发明的目的是由以下技术方案实现的。

本发明自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，包括：一外壳；一反应器内衬，设于外壳内部，被外壳所包覆，反应器内衬内部形成一中空腔体，该中空腔体上端形成一气体输出口，中空腔体下端形成一产物输出口；至少一还原剂入料口，设于反应器内衬周缘断面的一切点位置，该还原剂入料口与反应器内衬的中空腔体上半部连接，还原剂入料口供投入一反应还原剂及输入惰性气体加压，使反应还原剂通过加压方式经由切线路径进入反应器内衬的中空腔体内，碰撞反应器内衬内壁而产生第一道气旋；数个氧化剂入料口，设于反应器内衬周缘断面的数个切点位置，该氧化剂入料口与反应器内衬内部的中空腔体上半部连通，氧化剂入料口分别供投入一反应氧化剂，该反应氧化剂通过加压方式经由切线路径进入反应器内衬的中空腔体内，碰撞反应器内衬内壁而产生数道气旋，且该反应氧化物于反应器内衬的中空腔体内与还原剂入料口输入的反应还原剂碰撞产生自蔓延燃烧反应，而产生一主产物及副产物，该主产物经由反应器内衬的中空腔体下端的产物输出口输出；一推杆，自反应器内衬底部穿入该反应器内衬内部的中空腔体中，该推杆于反应器内衬内的中空腔体中进行向上或向下位移动作，推杆内部为中空状，且形成一通道，推杆顶端结合一锥形调节部，该推形调节部可借助推杆于中空腔体内的向上或向下位移位置，而调节与反应器内衬内壁间的间隙大小，推杆内的通道底端形成一副产品输出口，供还原剂入料口输入的反应还原剂和氧化剂入料口输入的反应氧化剂所反应形成的副产品输出；一第一控制阀，结合于推杆中段部位，以控制该推杆内部的通道与副产品输出口的连通与否；一第二控制阀，结合于反应器内衬的中空腔体上端的气体输出口上，该第二控制阀控制气体输出口的开启或关闭；一第三控制阀，结合于反应器内衬的中空腔体下端的产物输出口上，该第三控制阀控制产物输出口的开启或关闭；数个辅助加热器，分布设于反应器内衬下端周缘及产物输出口间，提供反应器内衬及产物输出口间的加热功能。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中外壳为隔热材料构成。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中反应器内衬为等均压高纯度石墨构成。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中反应器内衬为上端直径大，下端直径小的圆锥形状。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中反应器内衬气体输出口穿出外壳。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中反应器内衬的产物输出口穿出外壳。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中还原剂入料口下方设有：一加热器，加热熔化还原剂入料口输入的反应还原剂为液体；一喷嘴，将还原剂入料口输入的粉状或液状反应还原剂注入反应器内衬内部的中空腔体中；一气体加压口，供输入惰性气体加压。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中还原剂入料口输入的反应还原剂为化学元素周期表1A、2A族元素及其合金。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中还原剂入料口输入的反应还原剂为锌、铝等化学活性高的物质。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中氧化剂入料口为文丘里喷管。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中氧化剂入料口输入的反应氧化剂为气态金属卤化物。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中气态金属卤化物为四氯化钛、三氯化铝。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中氧化剂入料口输入的反应氧化剂为硅卤化物。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中硅卤化物为四氯化硅、四氟化硅等化合物。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中第一控制阀借助一动作杆控制推杆内部的通道与副产品输出口的连通与否。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中第二控制阀借助一动作杆控制气体输出口的开启或关闭。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中第三控制阀借助一动作杆控制产物输出口的开启或关闭。

前述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中辅助加热器为一电热器。

本发明自蔓延燃烧气旋式反应器的有益效果，其是利用自蔓延燃烧原理设计的气旋式反应器，该反应器可将金属卤化物氧化剂与碱金属、碱土金属或其它还原剂以气态或液态方式，通过气旋注入反应器并于其中进行自蔓延燃烧反应，燃烧产生的热能除提供反应所需外，还可以使产物处于高热状态，以借助气旋与副产物有效分离，在控制情况下可以连续生产高纯度物质，满足工业上廉价生产钛、锆、铪等金属及半导体硅等材料的需求。

为达上述的目的，本发明的自蔓延燃烧气旋式反应器，在反应器截面的数个切点处设置有至少一个还原剂入料口及数个氧化剂入料口，借此在反应器中将还原剂和氧化剂等反应物通过加入惰性气体的气旋方式分别导入还原剂入料口及氧化剂入料口，使还原剂、氧化剂在反应器中进行自蔓延燃烧反应合成产物，进而得到如钛、锆、铪、硅等高纯度的金属或半导体材料，达到本发明可进行连续式生产高纯度金属或半导体材料的功效。本发明自蔓延燃烧气旋式反应器的功效之一，在于利用还原剂及氧化剂于反应器内产生连续自蔓延气旋燃烧，使自蔓延燃烧反应合成产物的纯度提高，不需经重复提炼及蒸馏的制备过程，简化生产工艺，降低成本，生产出高纯度的金属、合金或半导体材料。本发明自蔓延燃烧气旋式反应器的功效之二，在于该自蔓延燃烧为连续燃烧反应，因此可连续进行自蔓延燃烧反应合成产物，不必以批次方式进行生产，使高纯度的金属、合金或半导体材料的生产效率及品质提高。

附图说明：

图1为本发明自蔓延气旋式燃烧法反应器结构剖视图。

图2为图1所示A-A’部结构剖视放大图，其显示反应器腔体与还原剂入料口及氧化剂入料口间的结构。

图3为反应器腔体内物料的气旋运动及分布状态图。

图中主要标号说明：100反应器、10外壳、20反应器内衬、21中空腔体、22气体输出、23产物输出口、30还原剂入料口、31加热器、32喷嘴、33气体加压口、40至45氧化剂入料、50推杆、51通道、511副产品输出口、52锥形调节部、60第一控制阀、61动作杆、70第二控制阀、71动作杆、80第三控制阀、81动作杆、90辅助加热器、200反应还原剂、300反应氧化物、400副产物、500主产物、600废气、700石墨容器、X为间隙。

具体实施方式

参阅图1所示，为本发明自蔓延燃烧气旋式反应器结构剖视图，其中，该反应器100包括一外壳10，反应器内衬20，至少一还原剂入料口30，数个氧化剂入料口40、41、42、43、44和45，副产品推杆50，第一控制阀60，第二控制阀70，第三控制阀80以及数个辅助加热器90，该外壳10为隔热材料构成，反应器内衬20设于外壳10内部，被外壳10所包覆，该反应器内衬20由等均压高纯度石墨(Isostatic Graphite)制成，该反应器内衬20的形状不限，在本发明中是采用上端直径大，下端直径小的圆锥形状为例，该反应器内衬20内部形成一中空腔体21，该中空腔体21上端形成一气体输出口22，该气体输出口22穿出外壳10外部，该中空腔体21下端形成一产物输出口23，该产物输出口23穿出外壳10的外部。

参阅图2所示，上述的还原剂入料口30设于反应器内衬20周缘断面的一切点位置(如图2所示)，该还原剂入料口30与该反应器内衬20的中空腔体21上半部连接，还原剂入料口30下方设有一加热器31、一喷嘴32及一气体加压口33，还原剂入料口30供投入一反应还原剂200，反应还原剂200是指化学反应过程担任还原作用的物质，特别是指化学元素周期表1A、2A族元素及其合金，或锌、铝等化学活性高的物质，可以粉体或经由加热器31加热熔化为液体方式由喷嘴32位置注入反应器内衬20内部的中空腔体21中，加热器31在于反应还原剂200在常温下为固体可以在注入喷嘴32前进行加热或维持在加热衡温状况以保持还原物液化，该喷嘴32的材质不限，在本发明中的较佳实施例为防止腐蚀和杂质控制，以镍系合金如Inconel 600构成为例。

为方便上述的反应还原剂200流体进入反应器内衬20内，可以采用由气体加压口33加压惰性气体代入方式引入如氦(He)、氩(Ar)等惰性气体，如果反应还原剂200为粉体，喷嘴32处可以利用气体加压口33输入的惰性气体压力而控制其粉体的注入速度，如反应还原剂为液体，喷嘴32处可以对液体直接加压或由气体加压口33气体加压以喷雾方式注入反应器内衬20内。

上述的氧化剂入料口40、41、42、43、44及45，设于反应器内衬20周缘断面的数个切点位置(如图2所示)，该氧化剂入料口40、41、42、43、44及45与反应器内衬10内部的中空腔体21上半部连通，该氧化剂入料口40、41、42、43、44及45分别供投入一反应氧化剂300，该反应氧化物300是指化学反应过程担任氧化作用的物质，特别是指气态金属卤化物如四氯化钛(Titanium Tetrachloride，TiCl₄)、三氯化铝(AlCl₃)等，或硅卤化物如四氯化硅(Silicon Tetrachloride，SiCl₄)、四氟化硅(Silicon Tetrafluoride，SiF₄)等化合物，该氧化剂入料口40、41、42，43、44及45的型式不限，在本发明中是以文丘里喷管(Venturi tube)为例，便于对输入的反应氧化剂300进行加压操作。

上述的推杆50自反应器内衬20底部穿入该反应器内衬20内部的中空腔体21中，该推杆50可借助如马达或气压缸、油压缸的驱动而在反应器内衬20内的中空腔体21中进行向上或向下位移动作，该推杆50内部为中空状，且形成一通道51，推杆50顶端结合一锥形调节部52，锥形调节部52可通过推杆50于中空腔体21内的向上或向下位移位置，而调节与反应器内衬20内壁间的间隙X的大小，推杆50内的通道51底端形成一副产品输出口511。

上述的第一控制阀60结合于推杆50中段部位，该第一控制阀60通过一动作杆61控制推杆50内部的通道51与副产品输出口511的连通与否，该动作杆61的动作方式，可以通过电动马达、气压缸或油压缸予以驱动。

上述的第二控制阀70结合于反应器内衬20的中空腔体21上端的气体输出口22上，第二控制阀70借助一动作杆71来控制气体输出口22的开启或关闭。

上述的第三控制阀80结合于反应器内衬20的中空腔体21下端的产物输出口23上，该第三控制阀80借助一动作杆81来控制产物输出口23的开启或关闭。

上述的辅助加热器90分布设于反应器内衬20下端周缘及产物输出口23间，提供该反应器内衬20及产物输出口23的加热功能，该辅助加热器90的形式不限，在本发明中是以电热器为例进行说明，其它如高频波加热器或等效的加热设备也属于本发明的技术范畴。

参阅图3所示，为本发明反应器100的运转操作实施例，说明产物制造过程，该操作例的列举，并非用以拘限本发明的技术范畴，举是其它等效的反应还原剂200或反应氧化剂300的输入操作条件，也应属于本发明的技术范畴。

首先，选用反应还原剂200为工业级的钠金属，该反应还原剂200经由上述的还原剂入料口30入料，并经由加热器31加热至摄氏300度，并以高纯度的氢气在40PSI压力条件下由该气体加压口33注入加压，使气化钠金属的反应还原剂200经由喷嘴32输入反应器内衬20中，即以图3所示的切线方向注入反应器内衬20的中空腔体21内，而碰撞反应器内衬20内壁，形成第一道气旋。

同时，选用反应氧化剂300为高纯度四氟化硅，即由氧化剂入料口40、41、42、43、44及45输入高纯度40PSI压力条件的四氟化硅，该高纯度的四氟化硅可以由工业制程二氧化硅(SiO₂)及氢氟酸(hydrofluoric acid)反应制得，或以热裂解(Pyrolysis)固态氟硅酸钠(Na₂SiF₆)而得，使高纯度四氟化硅的反应氧化剂300经由氧化剂入料口40、41、42、43、44及45输入反应器内衬20中，即以图3所示的多条切线方向注入反应器内衬20的中空腔体21内，而碰撞反应器内衬20内壁，形成第二道、第三道、第四道、第五道、第六道及第七道气旋。

上述的反应还原剂200及反应氧化剂300反应物料经由上述切线方向进入中空腔体21后，同时使反应还原剂200及反应氧化剂300物料间相互碰撞、摩擦、剪切引发化学反应，使得反应氧化剂300还原，如反应还原剂200以粉体方式进入中空腔体21，则会被气态的反应氧化剂300冲击粉碎；如反应还原剂200以液体方式进入中空腔体21，则会被气态的反应氧化剂300冲击分散，由于卤化物性质的反应氧化剂300被还原为金属，还原过程为放热反应，反应热会加速物料运动速度，形成连续且更强的气旋运动，同时，通过多个文丘里喷管形式的氧化物入料口40、41、42、43、44及45加压操作可确保反应完全，在反应还原剂200及反应氧化剂300等物料进行反应同时携带物料在中空腔体21内作高速旋转运动，在离心力的作用下，反应还原剂200及反应氧化剂300等物料中的粗颗粒固体(或大颗粒液体)被抛向外圈靠近腔内壁受到刚进入中空腔体21内的气态氧化物气流的再度冲击，又受到新的一轮碰撞、摩擦、剪切反应成为细颗粒，由于颗粒逐渐变小，其所受到的离心力也逐渐减小，因此，细颗粒逐渐随气流向中空腔体21中心运动，直至完全失去离心力，而随气流顺势流向圆锥体的中空腔体21的下方。

在该反应还原剂200与反应氧化剂300在进入反应器内衬20的中空腔体21内部后，金属卤化物的四氟化硅的反应氧化剂300与钠金属的反应还原剂200碰撞后，反应每莫耳四氟化硅反应热为164仟卡(kcal)，在反应器内衬20的中空腔体21中产生的热量可以达到摄氏1000至1200℃以上，足以使氟化钠(sodium fluoride，NaF)的副产物400成为熔融状态，而被钠还原的硅的主产物500由于摄氏1412℃的高熔点仍然为粉体状，当副产物400及主产物500两种产物在中空腔体21中随上述多道气旋的气流运动时，则由于密度差异会在反应器内衬20及中空腔体21圆锥体形状中受到不同层次离心力而局部随中空腔体21下方分离，由于熔融状态下的氟化钠的副产物400与各种过渡金属化合物具有极高反应性，在反应器内衬20的中空腔体21实际应用中也可以利用辅助加热器90对反应器内衬20辅助加热，来提高中空腔体21内部温度，使硅的主产物500成为熔融状态，即利用氟化钠的副产物400的高度反应性，来提高硅的垄产物500纯度。

上述的中空腔体21内反应所产生的废气600仅含微量未反应的四氟化硅，其余均为氩气，废气600经由中空腔体21上端的气体输出口22排出，并通过第二控制阀70控制输出时机，该废气600可以再经由循环纯化或过滤后将其中的氩气再回收使用。

上述的推杆50向中空腔体20中上升适当位置，使推杆50顶端的锥形调节部52与反应器内衬20的中空腔体21内壁间的间隙X可以获得调整，间隙X的大小可视不同副产物400与主产物500物料间分离比例与分离速率而定，在本操作例中所列举的操作中，该间隙X为4毫米(mm)，该流体状且密度低的氟化钠的副产物400则经由推杆50内部的通道51向下分离至副产品输出口511输出，副产品400的输出是由第一控制阀60加以控制。

流体的硅主产物500与少许的氟化钠的副产品400被强大的气旋离心力抛至中空腔体21的外缘，即沿着间隙X逐渐下沉至中空腔体21底部，同时由该辅助加热器90对反应器内衬20底部及产物输出口23进行辅助加热至摄氏1500度，使硅融体的主产物500及少许流体的氟化钠的副产物400经由该产物输出口23注入一石墨容器600中，即通过第三控制阀80控制主产物500输出至石墨容器600中，由于硅融体的主产物500及流体的氟化钠的副产物400并不会发生反应作用，且由于两者密度不同，高密度的硅融体的主产物500会沉淀于石墨容器700的底部，经冷却后形成多晶硅锭产物，少许低密度的流体氟化钠的副产物400则浮留于主产物500表面，经过简单方向性固化(Directional Solidification)及表面清理即可得到高纯度的多晶硅主产物500。

上述主产物500经由产物输出口23输出的形式，并不限于上述注入石墨容器700冷却成型的方式，可视后续制造程序需要进行变换，即其它等效的输出成型方式，也仍属于本发明的技术范畴。

以下表一为本发明制得的多晶硅的主产物500杂质分析，所使用的方法为电浆放射光谱分析(Plasma Emission Spectroscopy Analysis)，其中：

元素	单位ppm(wt)
		钼(Mo)	小于0.01
铅(Pb)	0.04
		锌(Zn)	小于0.01
铜(Cu)	小于0.01
		铬(Cr)	小于0.01
锰(Mn)	小于0.01
		铁(Fe)	0.06
钴(Co)	0.016

镍(Ni)

0.02

由表一的杂质分析结果显示，本发明的自蔓延燃烧气旋式反应器100制得的多晶硅的主产物500的纯度相当高，杂质成份比例相当微量，因此，本发明的反应器100不但可应用于上述连续自蔓延燃烧产生高纯度多晶硅产物或其它钛、锆、铪等金属、合金，也可当作其它低纯度或含杂质的多晶硅、钛、锆、铪等金属或合金的纯化及提高纯度的反应器100，如在上述的氧化剂入料口40、41、42、43、44及45至少一者输入低纯度或含杂质的多晶硅、钛、锆、铪等金属或合金物质，经由不同的反应还原剂200或反应氧化剂300共同投入该反应器内衬20的中空腔体21中，而在中空腔体20中发生如同上述的连续性自蔓延燃烧反应，进而连续产生高纯度的多晶硅产物或其它钛、锆、铪等金属、合金等主产物500。

上述图1至图3所示本发明的自蔓延燃烧气旋式反应器，其中所揭示的相关说明及图式，是为便于阐明本发明的技术内容及技术手段，所揭示较佳实施例之一隅，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1、 一种自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，包括：

一外壳；

一反应器内衬，设于外壳内部，被外壳所包覆，反应器内衬内部形成一中空腔体，该中空腔体上端形成一气体输出口，中空腔体下端形成一产物输出口；

至少一还原剂入料口，设于反应器内衬周缘断面的一切点位置，该还原剂入料口与反应器内衬的中空腔体上半部连接，还原剂入料口供投入一反应还原剂及输入惰性气体加压，使反应还原剂通过加压方式经由切线路径进入反应器内衬的中空腔体内，碰撞反应器内衬内壁而产生第一道气旋；

数个氧化剂入料口，设于反应器内衬周缘断面的数个切点位置，该氧化剂入料口与反应器内衬内部的中空腔体上半部连通，氧化剂入料口分别供投入一反应氧化剂，该反应氧化剂通过加压方式经由切线路径进入反应器内衬的中空腔体内，碰撞反应器内衬内壁而产生数道气旋，且该反应氧化物于反应器内衬的中空腔体内与还原剂入料口输入的反应还原剂碰撞产生自蔓延燃烧反应，而产生一主产物及副产物，该主产物经由反应器内衬的中空腔体下端的产物输出口输出；

一推杆，自反应器内衬底部穿入该反应器内衬内部的中空腔体中，该推杆于反应器内衬内的中空腔体中进行向上或向下位移动作，推杆内部为中空状，且形成一通道，推杆顶端结合一锥形调节部，该推形调节部可借助推杆于中空腔体内的向上或向下位移位置，而调节与反应器内衬内壁间的间隙大小，推杆内的通道底端形成一副产品输出口，供还原剂入料口输入的反应还原剂和氧化剂入料口输入的反应氧化剂所反应形成的副产品输出；

一第一控制阀，结合于推杆中段部位，以控制该推杆内部的通道与副产品输出口的连通与否；

一第二控制阀，结合于反应器内衬的中空腔体上端的气体输出口上，该第二控制阀控制气体输出口的开启或关闭；

一第三控制阀，结合于反应器内衬的中空腔体下端的产物输出口上，该第三控制阀控制产物输出口的开启或关闭；

数个辅助加热器，分布设于反应器内衬下端周缘及产物输出口间，供反应器内衬及产物输出口间的加热。

2、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述外壳为隔热材料构成。

3、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述反应器内衬为等均压高纯度石墨构成。

4、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述反应器内衬为上端直径大，下端直径小的圆锥形状。

5、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述反应器内衬气体输出口穿出外壳。

6、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述反应器内衬的产物输出口穿出外壳。

7、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述还原剂入料口下方设有：一加热器，加热熔化还原剂入料口输入的反应还原剂为液体；一喷嘴，将还原剂入料口输入的粉状或液状反应还原剂注入反应器内衬内部的中空腔体中；一气体加压口，供输入惰性气体加压。

8、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述还原剂入料口输入的反应还原剂为化学元素周期表1A、2A族元素及其合金。

9、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述还原剂入料口输入的反应还原剂为锌、铝等化学活性高的物质。

10、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述氧化剂入料口为文丘里喷管。

11、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述氧化剂入料口输入的反应氧化剂为气态金属卤化物。

12、 根据权利要求11所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述气态金属卤化物为四氯化钛、三氯化铝。

13、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述氧化剂入料口输入的反应氧化剂为硅卤化物。

14、 根据权利要求13所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述硅卤化物为四氯化硅、四氟化硅化合物。

15、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述第一控制阀借助一动作杆控制推杆内部的通道与副产品输出口的连通与否。

16、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述第二控制阀借助一动作杆控制气体输出口的开启或关闭。

17、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述第三控制阀借助一动作杆控制产物输出口的开启或关闭。

18、 根据权利要求1所述的自蔓延燃烧气旋式反应器，其特征在于，所述辅助加热器为一电热器。

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