CN117858755A - 使细颗粒与气相在搅拌床反应器中接触 - Google Patents

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CN117858755A CN202180101677.2A CN202180101677A CN117858755A CN 117858755 A CN117858755 A CN 117858755A CN 202180101677 A CN202180101677 A CN 202180101677A CN 117858755 A CN117858755 A CN 117858755A
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米夏埃尔·弗里克
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Abstract

本发明涉及一种用于通过在搅拌固定床中使颗粒与气相接触来生产产物的方法，其中颗粒的处理发生在反应器的处理区中，气体流动通过该反应器并且颗粒借助于搅拌器进行翻转，该搅拌器在该处理区中与该气相接触的过程中靠近该壁，其中如果在等式1中，搅拌单元靠近壁，对于所有h值的一半，该处理区中的壁间隙W(h)是W(h)>0.9，其中uR(h)是该搅拌单元在该截面处针对竖直坐标h的外周长并且uB(h)是该反应器在该截面处针对该竖直坐标h的内周长。

Description

使细颗粒与气相在搅拌床反应器中接触
技术领域
本发明涉及一种用于通过使颗粒在搅拌固定床中与气相接触来生产产物的方法，其中颗粒的处理发生在气体穿过反应器(gas-traversed reactor)的工艺区(processzone，处理区，过程区)中并且颗粒在与气相接触的过程中通过紧密间隙搅拌器(close-clearance stirrer)在该工艺区中翻转(circulate，循环，环流，周旋)，其中搅拌机构(stirrer mechanism，搅拌器机构)是紧密间隙的。
背景技术
固体表面上气相的反应是当今世界的组成部分。通过举例，来自内燃机的排气的处理在铑催化剂的表面上发生。气体和固体表面之间的许多反应也在化学工业中进行。为此，总体上非常重要的是尽可能多的固体表面可以与气体接触，这样使得这些反应可以有效地进行并且具有高的时空产率。通常，过去已经开发了各种方法用于使固体与气体接触。这些方法主要在所使用的固体的形态上不同。所使用的颗粒越小并且该方法中可用的固体表面积越高，技术要求变得越大。
已知多种反应器类型用于进行气-固反应的商业应用。FBR(流化床反应器)和旋转窑例如具有它们不能用于所有粒径的缺点。尤其对于非常细的颗粒，在没有相当大的技术复杂性的情况下，与气相的反应是不可能的。Geldart C类颗粒不能用可用的方法进行处理。Geldart C类颗粒的特征在于它们的小尺寸(d90<20μm)并表现出很强的颗粒间吸引力，这使得清洁流化变得困难。典型的实例是粉或细粉尘，如来自固体处理的磨损碎屑。在细长反应器中，这些颗粒床具有强烈形成气泡的倾向，同时提升位于其上方的整个颗粒床。在浅流化床中，可在分布基底和床表面之间形成烟囱或通道，使得气相不再均等地流过颗粒床的其他区域[D.Geldart,Types of gas fluidization,Powder Technology 7(1973)258]。因此，通常仅仅通过经由搅拌器或振动器的机械能量输入来实现这种颗粒的良好流化。
通常已知的是，在包含至少一个颗粒床的多相反应系统中，多孔固体与流体前体的良好接触是必要的[F.Schüth Chem.Unserer Zeit 2006,40,92-103]。
可以描述的此类方法的实例是生产用于锂离子蓄电池的硅-碳复合材料。
例如，US10,147,950B2描述了通过CVD(“化学气相沉积”)或PE-CVD(“等离子体增强的化学气相沉积”)方法，在300℃至900℃的升高的温度下，优选在颗粒的搅拌下，在旋转窑或相当的炉类型中从多孔碳中的甲硅烷SiH4沉积硅。将2mol％甲硅烷与氮气的混合物用作惰性气体。气体混合物中硅前体的低浓度导致非常长的反应时间。此外，旋转窑中的床与反应器体积的比率通常是非常不利的，因为否则将存在通过气流的相当大的颗粒排放。
用于进行气-固反应的另一种方法是气体流化床。
在气体流化床中，固体颗粒床被松散并且由向上流动的气体承载到这样的程度，使得该固体层总体上显示出类似液体的行为[VDI-[VDI Heat Atlas],11thedition,Section L3.2und Druckverlust in Wirbelschichten[Types of Flow and Pressure Drop in Fluidized Beds,pp.1371-1382,SpringerVerlag,Berlin Heidelberg,2013]。
气体流化床通常也称为流化床。产生流化床的操作也称为流化(fluidization)或流化(fluidizing)。
在气体流化床中，固体颗粒非常好地分散。因此，在固体和气体之间形成非常高的接触面积，这可以以理想的方式用于能量和质量传递过程。气体流化床一般特征在于非常好的质量和热量传递操作以及均匀的温度分布。质量和热量传递方法的质量对于流化床中反应获得的产物的均匀性是至关重要的，并且可以与流化状态的均匀性相关。因此，均相流化床或均相流化状态的形成对于使用流化床方法来生产具有相同产物特性的产物是必要的。
流化特性可以根据颗粒的粒径和固态密度来分类。具有粒径d90<20μm并且具有颗粒与气体之间的密度差>1000kg/m3的颗粒由Geldart C类(内聚性的)覆盖[D.Geldart,Types of Gas Fluidization,Powder Technology 7(1973)285]。Geldart C类颗粒的特征在于它们难以转化成流化状态。由于它们的小粒径，颗粒间吸引力的影响与通过气流作用在初级颗粒(primary particle，一次颗粒)上的力具有相同数量级或更大。相应地，发生如流化床作为整体的提升和/或通道形成的效应。在通道形成而不是流化床的情况下，在颗粒床中形成管，流化气体优先流动通过该管，而根本不存在流动通过该床的大部分。因此，没有实现流化的均匀性。如果气体速度增加到远高于床的初级颗粒的最小流化速度，则由单个颗粒组成的团聚物随时间形成，并且这些团聚物可以完全或部分流化。典型的行为是形成具有不同尺寸的团聚物的层。在最下层中，在流入基底的正上方，存在非常大的团聚物，这些团聚物极少移动(如果有的话)。在上面的层中，存在较小的流化团聚物。最小的团聚物存在于最上层中，并且这些团聚物被气流部分地夹带，从工艺工程的观点来看这是有问题的。这种颗粒床的流化特征另外特征在于形成大气泡和流化床的低膨胀。在英语文献中，这种行为被称为“团聚物鼓泡流化”(ABF)。[Shabanian,J.；Jafari,R.；Chaouki,J.,Fluidization of Ultrafine Powders,IRECHE.,vol.4,N.1,16-50]。
本领域技术人员将清楚的是，ABF流化床由于流化床内的不均匀性以及相关的不均匀的质量和热量传递条件而不适合用于生产具有均匀特性的物质。
为此，例如，在GB 2580110 B2中，在具有按体积计1.25％的甲硅烷的流化床中流化具有大于50μm的尺寸(d50)的颗粒。然而，在反应结束后，必须将如此获得的颗粒研磨至<20μm的所需目标尺寸。<20μm的颗粒的流化将在这个流化床中导致多孔碳颗粒的强烈团聚和不均匀渗透。
已知流化助剂用于将处于团聚物形式的<20μm的颗粒转化成主要均匀的流化床。US 7,658,340 B2描述了例如引入另外的力分量如振动力、磁力、声力、旋转或离心力或其组合，除了由流化气体施加的力之外，以影响由SiO2纳米颗粒(Geldart C类)组成的团聚物在流化床中的尺寸以便形成主要均匀的流化床。
Cadoret et al.[Cadoret,L.；Reuge,N.；Pannala,S.；Syamlal,M.；Rossignol,C.；Dexpert-Ghys,J.；Coufort,C.；Caussat,B.；Silicon Chemical Vapor Deposition onmacro and submicron powders in a fluidized bed,Powder Technol.,190,185-191,2009]描述了在振动流化床反应器中硅从甲硅烷SiH4沉积到亚微米尺寸的无孔氧化钛颗粒上。在流化床中，振动输入将团聚物限制到300至600μm的尺寸范围。
没有流化助剂的流化床工艺不适合用于多孔基体颗粒中硅的插入工艺/沉积工艺，因为尺寸<20μm的颗粒不能被均匀地流化。由于不均匀的流化床，不能生产均匀的产物。
具有流化助剂的流化床工艺对于Geldart C类颗粒与气相的接触是不利的，因为<20μm的颗粒的流化需要大量的技术复杂性。额外的复杂性与投资和维护的高花费/成本相关。
通过具有流化助剂的流化床工艺将示例性硅插入多孔颗粒中的另一缺点是，初级颗粒的性质，如颗粒密度或表面质量，随着工艺过程而改变。它们对团聚物的形成具有未知的影响；这种形成对于工艺方案应该是已知的。在该工艺的整个持续时间内不能保证均相工艺条件。
流化床技术的另一缺点是由于由初级多孔颗粒组成的团聚物的流化，需要气流，这导致初级颗粒和/或相对小的团聚物的排出。
流化床技术的基本缺点是用于形成均相流化床的流化气流取决于流化床中的颗粒或团聚物的尺寸。因此，计量加入的反应气体的量和反应气体与多孔颗粒的接触时间取决于颗粒床的流化和混合状态。例如，在流化床工艺中，仅通过降低气体速度可以增加气相与颗粒床的接触时间。然而，气体速度是确保流化和混合状态的关键参数。
解决流化床技术的缺点的一种可能性是将颗粒床与气相独立于流动进行混合。
US2020/0240013 A1描述了在搅拌床反应器中将硅从含硅气体沉积到平均粒径在较低毫米范围内的颗粒上。由于粒径，可以假定所使用的床材料具有非常好的可流动性。借助于所描述的设备，气体和固体之间的交换是通过使用中央搅拌螺杆来实现的，反应气体通过该中央搅拌螺杆同时穿过搅拌床中的开口进料。本申请文件具体针对毫米范围内的颗粒处理的优点，因为对于这种尺寸的颗粒，大的流化气体流是必要的以便将这些颗粒转化成流化状态。
然而，在US2020/0240013 A1中使用的搅拌器不适合于<20μm的粘性颗粒(cohesive particle)的翻转。
由技术文献已知，多种多样的搅拌器件(means)可以用于搅拌床中的颗粒翻转[M.Müller,Feststoffmischen[Solids mixing],Chemie Ingenieur Technik 2007,79,7]。作为举例，通过使用紧密间隙的螺旋搅拌器，颗粒在该反应器中侧向地向上输送，这导致了翻转流，其中由于材料向下滑动导致颗粒的相对移动。防止了颗粒粘附到反应器壁上。
用于描述颗粒床的移动状态的参数是弗劳德数(Froude number)(Fr)，其表示旋转系统中离心力与重力的比率。
在此，rc是与该系统相关的特征半径。对于具有旋转混合机构的系统，rc对应于搅拌器件的外半径。对于具有旋转滚筒的系统，rc是该容器的内半径。角频率ω＝2πn取决于旋转系统的旋转速度n。通过重力加速度g来考虑重力的影响。对于小弗劳德数，重力分量占优势，其结果是材料的径向输送较低。颗粒床仅翻转不充分。然而，对于大弗劳德数，离心力分量占主导地位，其结果是材料过于强烈地输送抵靠容器壁。此处，颗粒床也仅翻转不充分。
用于描述气相与搅拌颗粒床之间的接触时间的一个参数是气相在反应器中的停留时间。平均停留时间tV可以作为反应器体积和计量气相的体积流量的商来计算：
用于评估搅拌床反应器中的均匀反应条件的另一重要量度是颗粒床的翻转时间tu与硅前体的停留时间tv的比率tu/tv。颗粒床的翻转时间tu计算为反应器体积VR与翻转颗粒的体积流量的商。
由搅拌器件翻转的颗粒的体积流量定义为每单位时间由搅拌器件在切线方向上移位的颗粒体积，并且通常由下式描述：
翻转颗粒的体积流量是旋转速度n与搅拌器件的各个搅拌元件i的所有切向位移体积之和的乘积。每个单独的搅拌元件的几何尺寸由该搅拌器件的内边缘到该旋转轴的距离rR,内,i、由该搅拌器件的外边缘到该旋转轴的距离rR,外,i并且还由相应的搅拌元件的上轮廓ho.i(r)和下轮廓hu.i(r)来考虑。
如果比率tu/tv假设值<1，则颗粒的翻转操作比通过床的气体的流动更快，并且因此存在具有颗粒的气体的均匀分布。对于比率tu/tv值>1，气体流过搅拌床比床本身翻转更快。因此，在搅拌床中形成具有不同沉积条件的区域，这导致床中不均匀的产物分布。
在此背景下，目的是提供一种用于使Geldart C类颗粒与气相接触的方法，所述方法在技术上易于实施并且没有上述现有技术方法的缺点，特别是关于颗粒的排放、反应时间及其所要求的基础设施。
发明内容
本发明提供了通过使颗粒在搅拌固定床中与气相接触来生产产物的方法，
其中，颗粒的处理发生在气体穿过反应器的工艺区中并且颗粒在与气相接触的过程中通过紧密间隙的搅拌器在该工艺区中翻转，
其中，当在等式1中时，搅拌机构是紧密间隙的
对于h的所有值的一半，工艺区中紧密间隙W(h)为W(h)>0.9，其中uR(h)＝高度坐标h处截面中搅拌机构的外周长并且uB(h)＝高度坐标h处截面中反应器的内周长。
出人意料地，已经发现，作为根据本发明使用紧密间隙搅拌机构的结果，<20μm的颗粒在反应器中以这样的方式翻转，并且该气相以这样的方式计量，使得该气相与该固体之间的接触时间是这样的持续时间，使得该气体与颗粒的反应以良好的转化率实现，该气体在颗粒处的反应(催化)以良好的转化率实现或颗粒的有效物理改性实现。
与流化床反应器相比，气体穿过搅拌反应器或搅拌床反应器(SBR)具有较简单的构造，因为较少量的气体必须在SBR中压缩和预热，因为气体不用于流化。这导致相关联的组件的更低的成本。在SBR的情况下，用于运行流化助剂的复杂的控制和调节技术不是必需的。与FBR相比，SBR具有较小的构造(build)，因为对于给定的质量，搅拌床占据较小的体积。具体的投资成本较低。
与GB 2580110 B2相比，根据本发明的方法不需要进一步的工艺步骤。
与流化床反应器相比，颗粒翻转独立于气相的供应。更长的停留时间是可能的，这尤其在气相与颗粒反应的情况下导致更高的转化率。
根据本发明的方法中的搅拌仅引起颗粒翻转。颗粒不被搅拌器卷起(swirled up，搅拌)。
气流的尺寸被确定为使得在根据本发明的方法中通过气流的颗粒的卷起(swirling up，涡旋)是最小的并且因此从反应器的颗粒排放同样是最小的。同时，该气流优选地被确定尺寸，使得在气相与颗粒反应的情况下，所使用的气相的转化是最大的或者颗粒的物理改性是有效的，同时节约资源。
颗粒与气体的均匀接触条件是可以通过适当选择搅拌器速度参数(用无量纲弗劳德数表示)和通过适当的计量速率来实现的。
与US2020/0240013 A1相比，根据本发明的方法通过使用紧密间隙搅拌器而得到改进。
作为具有紧密间隙搅拌器的颗粒床的这种翻转的结果，实现了流体相与固相的足够好的宏观混合，这导致了固相中所有颗粒的均匀处理。
在气相与颗粒反应的情况下，与非根据本发明的方法相比，该方法的进一步经济优势在于可能的气相的更高转化率，例如在SiH4沉积至多孔颗粒的情况下更高的硅产率。
通过根据本发明的方法，用新官能化(new functionalization)覆盖颗粒表面、气相与颗粒的反应、气相在颗粒处的反应(催化)或颗粒的有效物理改性可以例如借助于紧密间隙搅拌机构在颗粒床的恒定翻转下进行。所使用的颗粒床可以由单一类型的颗粒或颗粒混合物组成。
该方法还可以包括进行用于所使用的颗粒的预处理或后处理的多个步骤。这些处理可以在一个反应器中或在两个或更多个反应器或塔中进行。如果从该方法获得气态产物，从该方法导出的气相可以通过分离，例如通过洗涤器、蒸馏或冷凝从所希望的产物中分离出。
如果在单独的反应器中预处理所使用的颗粒，则可以例如通过下述将颗粒转移到另外的反应器或容器中：下行管、连续输送机、流动输送机/抽吸或压力输送单元(例如，真空输送机、输送鼓风机)、机械输送机(例如，具有驱动装置的辊式输送机、螺旋输送机、圆形输送机、翻转输送机、斗式输送机、旋转星形阀、链式输送机、刮板输送机、带式输送机、振动输送机)、重力输送机(例如，滑槽、滚轮轨道、球轨道、铁轨)，并且还借助于非连续输送机，基于地板的且无轨道的(例如，自动车辆、手动叉车、电动叉车)、免驱动运输系统(DTS)、气垫车辆、手推车、电动推车、机动车辆(拖拉机、货车、叉车堆垛机)、转移托架、转移/提升托架、货架进入装置(具有/不具有转换器，能够遵循弯曲路径)；基于地板的、轨道结合的(例如，工厂铁路、轨道车辆)；无地板(例如，小车轨道)、起重机(例如，桥式起重机、门式起重机、动臂起重机、塔式起重机)、电高架轨道、小船运输系统；固定的(例如，升降机、升降平台和樱桃拣选器、阶梯式输送机)。
在旋转对称反应器中，搅拌器的紧密间隙W(h)被定义为垂直于两个旋转表面的旋转轴线的两个平面截面的周长的商，其中h代表高度坐标。该旋转内表面是由该搅拌机构的完整回转(complete revolution)形成的，并且其特征在于从该旋转轴线到该搅拌机构的外轮廓的距离rR(h)。该搅拌机构包括附接到其上的所有组件。垂直于旋转轴线的旋转表面的任意点h处的平面截面形成圆形表面。使用下式计算截面的周长：
uR(h)＝2πrR(h)
旋转的外表面通过反应器的内轮廓围绕旋转轴线的旋转而形成。它是用距离rB(h)来描述的。反应器的内轮廓包括附接至其的所有组件。与旋转轴线垂直的旋转外表面的任意截面的周长计算为：
uB(h)＝2πrB(h)
紧密间隙借助于周长如下限定：
通常，反应器可以包含一个或多个搅拌机构。每个单独的搅拌机构的轮廓在整个回转中形成旋转表面。这些旋转表面可以单独地存在。它们可以优选地彼此重叠。如果单独的旋转表面或者如果重叠的旋转表面在垂直于一个或多个旋转轴线的任何点处被切割，则这导致多个图形(figure，图)或一个图形，其周长可以被确定。如果得到多个图形，则通过将单独的周长相加来确定总周长。
总体上，该反应器可以由一个或多个反应器部件组成，该一个或多个反应器部件各自优选地是旋转对称的并且彼此连接。所有反应器壁的整体包围图形。如果此图形在垂直于搅拌机构的旋转轴线的任何点处被切割，则所得图形的周长是可确定的。紧密间隙W(h)是以与旋转对称反应器类似的方式计算的。
紧密间隙可以随着h而变化。存在根据本发明的搅拌器的一个实施方式，当该工艺区中对于h所有值的至少一半的紧密间隙W(h)>0.9时，W(h50％)对此进行限定。在优选实施方式中，W(h50％)>0.95。在特别优选的实施方式中，W(h50％)>0.97。在非常特别优选的实施方式中，W(h50％)>0.99。对于该过程的特殊情况，W(h50％)的值>1也是可能的。
目的是保持不被搅拌器移动的床的死区尽可能小。在壳的加热部分处的颗粒因此尽可能有效地保持运动，并且能量从壁传输到床中。以此方式还防止了颗粒对壁的粘附。
工艺区是其中搅拌颗粒床与气相接触的反应器中的区域，其进一步限定在化学或物理过程，如干燥操作、气相的分解或缩合反应在反应器的该区域中发生。
气相由惰性气体和/或任选的至少一种反应性组分组成。该一种或多种反应性组分通常可以以混合形式或分开地或以与惰性气体组分的混合物或作为纯物质引入该反应器中。基于在标准条件下(根据DIN 1343)作为反应性组分的总压力的比例的惰性气体组分的分压，反应性组分优选含有0％至99％、特别优选最多50％、尤其优选最多30％并且非常特别优选最多5％的惰性气体组分。可使用的惰性气体的实例包括氢气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氮气或二氧化碳或其混合物，诸如，例如形成气体。优选氩气或特别是氮气。
反应性组分可以在所选择的条件下反应，例如热处理，并且优选地选自下组，该组包含
-氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫
-水蒸气
-在所选择的条件下是气态的氢化物，如SiH4、GeH4、SnH4、SbH4、GaH3、AsH3、BiH3、NH3、PH3、H2S、H2Se
-低聚或聚合硅烷，特别是通式SinHn+2的直链硅烷，其中n可以包含在从2至10范围内的整数，以及还有通式-[SiH2]n-的环状硅烷，其中n可以包含在从3至10范围内的整数，
-低聚或聚合锗烷，特别是通式GenHn+2的直链锗烷，其中n可以包括在从2至10范围内的整数，以及还有通式-[GeH2]n-的环状锗烷，其中n可以包括在从3至10范围内的整数，
-含卤素前体如Cl2、F2、Br2、氯硅烷、光气、氟光气、氯化氢、溴化氢、氟化氢、三氯化硼、三氟化硼、二氧化氯、六氟化硫、四氟化硫、六氯化硫、四氯化硫、四氟化硅、三氟硅烷
-硅酮前体和用于硅烷化的前体，例如硅烷醇和硅氮烷
-来自气相的聚合物涂层的可能前体的实例包括对二甲苯或其卤化衍生物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚(四氟乙烯)分散体、苯乙烯、乙烯基吡咯烷酮、马来酸酐等。
-烃类，优选地选自包含以下的组：具有1至10个碳原子、优选1至6个碳原子的脂肪族烃，诸如，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、异丁烷、己烷、环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷、环庚烷；具有1至10个碳原子的不饱和烃，诸如，例如乙烯、乙炔、丙烯、甲基乙炔、丁烯、丁炔(1-丁炔、2-丁炔)、异戊二烯、丁二烯、二乙烯基苯、乙烯基乙炔、环己二烯、环辛二烯；环状不饱和烃，诸如，例如环丙烯、环丁烯、环戊烯、环己烯、环己二烯、环戊二烯、二环戊二烯或降冰片二烯；芳香族烃类，诸如，例如苯、甲苯、对-、间-、邻-二甲苯、苯乙烯(乙烯基苯)、乙苯、二苯甲烷或萘；另外的芳香烃，诸如，例如苯酚、邻-、间-、对-甲酚、伞花烃、硝基苯、氯苯、吡啶、蒽或菲、月桂烯、香叶醇、硫代萜品醇、降莰烷、冰片、异冰片、冰片烷、樟脑、苧烯、萜品烯、蒎烯、蒎烷、萜烯、苯酚、苯胺、苯甲醚、呋喃、糠醛、糠醇、羟甲基糠醛、二羟基甲基呋喃以及包含多种此类化合物的混合馏分，诸如，例如来自天然气冷凝物、石油馏出物或焦炉冷凝物，来自流化催化裂化器(FCC)、蒸汽裂化器或费-托合成设备的产物流的混合馏分，或更一般地来自木材、天然气、石油和煤炭加工的含烃材料流。
特别优选的反应性组分选自下组，该组包括：氢气、氧气、二氧化碳、一氧化碳、甲硅烷SiH4、单锗烷GeH4，有可能将它们单独地或作为混合物使用。
在将气相计量加入反应器的过程中，反应性组分的成分可以例如以气态、液态或升华固体形式存在。
该反应性组分优选是气态的、液态的、固态的(例如可升华的)或一种物质混合物，该物质混合物任选地由处于不同物质状态的物质组成。
在该方法的一个变体中，将气相例如从下方或从侧面或通过特殊搅拌器直接进料到该反应器中的颗粒床中。
在优选实施方式中，用已建立的测量仪器和测量方法测定反应器中的温度、压力、压力变化或压差测量和气流测量。在标准校准之后，不同的测量仪器给出相同的测量结果。
用气相处理颗粒的进程优选地被分析监测，以便识别反应的结束并且因此保持反应器占用时间尽可能短。用于观察反应进程的方法包括，例如，用于通过改变固体与气态反应器内容组分的比率来确定放热性或吸热性从而确定反应进程的温度测量，以及能够在反应过程中观察气体空间的改变组成的其他方法。在该方法的优选的变体中，气相的组成通过气相色谱仪和/或热导率检测器和/或红外光谱仪和/或拉曼光谱仪和/或质谱仪来确定。在优选的实施方式中，通过热导检测器测定氢含量和/或通过气相色谱仪或气体红外光谱仪测定存在的任何氯硅烷。
在该方法的进一步优选的变体中，该反应器/该气体排放物的位置配备有用于去除所产生的可冷凝的或可再升华的副产物或产物的技术方案。
在该方法的优选实施方式中，多次重复计量操作，其中分别加入的气相在每种情况下可以是相同或不同的，两种或更多种反应性组分的混合物也是可能的。在每种情况下，所加入的气相同样可以是相同或不同的或由不同反应性组分的混合物组成。
作为在本申请的背景下的反应器，给予优选的是选自下组的反应器类型，该组包括：蒸煮炉、管式反应器、搅拌床反应器、搅拌槽反应器以及高压釜。给予特别优选的是使用搅拌式反应器和高压釜，给予特别优选的是使用搅拌式反应器并且给予非常特别优选的是使用搅拌槽式反应器。这些反应器可以在负压和正压下操作。用于根据本发明的方法的反应器必须至少是温度可控的。它们另外还可以是耐真空和耐压力的。它们可以进一步配备有用于计量和排放气体的设备，以及还有用于引入和去除固体的设备。
温度可控的反应器通常是可以操作使得该反应器内部的温度可以例如在-40℃与1500℃之间的范围内调节的反应器。较小的温度范围是可能的。
所有必要的方法步骤可以在根据本发明的反应器中进行，但是具有不同设计的另外的反应器也可以用于颗粒的预处理和后处理。
颗粒和可能得到的颗粒状固体产物通常可以在所述方法期间作为固定床存在或在搅拌下以搅拌形式存在。优选颗粒或所得产物的搅拌混合。然而，在颗粒与所用气相接触期间，颗粒必须主动混合。这使得例如可以实现所有多孔颗粒与气相的均匀接触或者床的均匀温度分布。颗粒的翻转可以例如通过在反应器中搅拌内部构件或通过整个反应器围绕搅拌器的运动来进行。
在配备有紧密间隙搅拌器的反应器的工艺区中所采用的颗粒的床温度优选是在从10℃至2000℃、特别优选从30℃至1500℃并且最优选从100℃至1000℃的范围内。
反应器的另一优选配置是具有用于翻转的移动搅拌器件的固定反应器。翻转的目的是使多孔固体尽可能均匀地与气相接触。因此优选的几何形状是圆柱形反应器、圆锥形反应器、球形或多面体旋转对称的反应器或它们的组合。搅拌器件的运动优选是旋转运动。其他形式的运动也是合适的。该搅拌器件优选地是经由搅拌器轴驱动的，其中每个搅拌器轴可以存在一个搅拌器件或两个或更多个搅拌器件。可以将两个或更多个搅拌器轴引入反应器中，在每个轴上可以存在一个搅拌器件或两个或更多个搅拌器件。主反应器轴线优选水平或竖直取向。在进一步优选的实施方式中，搅拌器轴被水平地或竖直地安装在具有任何所希望的取向的反应器中。对于竖直操作的反应器，优选这样的配置，其中，例如，一个搅拌器件或两个或更多个搅拌器件通过经由主搅拌器轴的旋转运动来混合床材料。其中两个或更多个搅拌器轴平行延伸的配置也是可能的。另外有可能的是其中两个或更多个搅拌器轴不是彼此平行地操作的配置。竖直操作的反应器的另一种配置的特征在于使用输送螺杆。输送螺杆优选地在中心输送床材料。根据本发明的进一步设计是沿着反应器的边缘旋转的输送螺杆。进一步优选的配置是行星式搅拌器系统或螺旋搅拌器系统。对于水平操作的反应器，优选这样的配置，其中，例如，一个搅拌器件或两个或更多个搅拌器件通过经由主搅拌器轴的旋转运动来混合床材料。其中两个或更多个搅拌器轴平行延伸的配置也是可能的。另外优选的是其中两个或更多个搅拌器轴不是彼此平行地操作的配置。对于竖直操作的反应器，优选的是选自包含螺旋搅拌器、螺旋搅拌机、锚式搅拌器的组的搅拌器件或通常搅拌器件，其轴向或径向或轴向和径向两者输送床材料并具有根据本发明的紧密间隙W。在水平操作的反应器中，优选在一个轴上存在两个或更多个搅拌器件。用于水平操作的反应器的搅拌器件的根据本发明的配置是犁头、桨叶、叶片搅拌器、螺旋搅拌器、或一般搅拌器件，它们轴向和径向输送床材料并且具有根据本发明的紧密间隙W。该紧密间隙可以通过在该搅拌器件上的另外的刮刀来减小。除了移动搅拌器件外，反应器还可具有刚性内部构件，如挡板。
原则上，适合用于构造用于进行根据本发明的方法的反应器的材料包括在相应的工艺条件下展现出必要的机械强度以及耐化学性的任何材料。就耐化学性而言，反应器可以由适当的固体材料和具有介质接触部分的特殊涂层或镀层的化学上不抗性(承压)材料构成。
根据本发明，这些材料选自下组，该组包含：
-用于钢的金属材料(根据DIN CEN ISO/TR 15608)对应于材料组1至11，用于镍和镍合金的金属材料对应于组31至38，用于钛和钛合金的金属材料对应于组51至54，用于锆和锆合金的金属材料对应于组61和62，并且用于铸铁的金属材料对应于组71至76，
-单物质体系中的氧化物陶瓷的陶瓷材料，诸如，例如氧化铝、氧化镁、氧化锆、二氧化钛(电容器材料)，以及多物质体系，诸如，例如钛酸铝(氧化铝和氧化钛的混合形式)、莫来石(氧化铝和氧化硅的混合形式)、锆钛酸铅(压电陶瓷)、或诸如用氧化锆强化的氧化铝的分散陶瓷(ZTA-氧化锆增韧的氧化铝)-Al2O3/ZrO2)，
-非氧化物陶瓷，诸如，例如碳化物，实例是碳化硅和碳化硼，氮化物，实例是氮化硅、氮化铝、氮化硼和氮化钛，硼化物和硅化物，以及它们的混合物，以及
-属于微粒复合材料组的复合材料，诸如，例如烧结碳化物、陶瓷复合材料、混凝土以及聚合物混凝土，纤维复合材料，诸如，例如玻璃纤维增强的玻璃、金属基体复合材料(MMC)、纤维水泥、碳纤维增强的碳化硅、自增强热塑性塑料、钢增强混凝土、纤维增强混凝土、纤维塑料复合材料，诸如，例如碳纤维增强塑料(CRP)、玻璃纤维增强塑料(GRP)和芳族聚酰胺纤维增强塑料(ARP)、纤维陶瓷复合材料(陶瓷基体复合材料(CMC))、渗透复合材料，诸如，例如金属基体复合材料(MMC)、分散强化铝合金或分散硬化镍铬超合金、层状复合材料，诸如，例如双金属、钛-石墨复合材料、复合板和复合管，玻璃纤维增强铝和夹层结构，以及结构复合材料。
该方法适用于操纵Geldart C类的所有颗粒。以下列表仅提供实例并且不限制本申请的范围。所使用的颗粒可以是多孔的或无孔的。用于根据本发明的方法的颗粒优选选自下组，该组包含呈硬碳、软碳、中间相碳微珠、天然石墨或合成石墨、单壁和多壁碳纳米管和石墨烯的形式的无定形碳，氧化物如二氧化硅、硅胶、氧化铝、硅-铝混合氧化物、氧化镁、氧化铅、氧化铁、氧化钴、氧化锰、氧化钛和氧化锆，碳化物如碳化硅和碳化硼，氮化物如氮化硅和氮化硼；卤化物如氯化铝、氯化钛、氯化镁；盐如碳酸盐(例如CaCO3、MgCO3)、硫酸盐(例如CaSO4、MgSO4)、硫化物(例如Mo2S)和其他陶瓷材料，如可以通过以下组分式描述的：
AlaBbCcMgdNeOfSig其中0≤a，b，c，d，e，f，g≤1，其中至少两个系数a至g>0且a*3+b*3+c*4+d*2+g*4≥e*3+f*2。
陶瓷材料可以是例如二元、三元、四元、五元、六元或七元化合物。优选具有以下组分式的陶瓷材料：
非化学计量氮化硼BNz，其中z＝0.2至1，
非化学计量的碳氮化物CNz，其中z＝0.1至4/3，
碳氮化硼BxCNz，其中，x＝0.1至20，并且z＝0.1至20，其中，x*3+4≥z*3，
氮氧化硼BNzOr，其中z＝0.1至1，并且r＝0.1至1，其中3≥r*2+z*3，
硼碳氮氧化物BxCNzOr，其中x＝0.1至2，z＝0.1至1，并且r＝0.1至1，其中：x*3+4≥r*2+z*3，
硅碳氧化物SixCOz，其中，x＝0.1至2，并且z＝0.1至2，其中，x*4+4≥z*2，
碳氮化硅SixCNz，其中x＝0.1至3并且z＝0.1至4，其中x*4+4≥z*3，
硼碳氮化硅SiwBxCNz，其中w＝0.1至3，x＝0.1至2并且z＝0.1至4，其中w*4+x*3+4≥z*3，
硅硼碳氧化物SiwBxCOz，其中w＝0.10至3，x＝0.1至2并且z＝0.1至4，其中w*4+x*3+4≥z*2，
硅硼碳氮氧化物SivBwCNxOz，其中v＝0.1至3，w＝0.1至2，x＝0.1至4，并且z＝0.1至3，其中v*4+w*3+4≥x*3+z*2，以及
铝硼硅碳氮氧化物AluBvSixCNwOz，其中u＝0.1至2，v＝0.1至2，w＝0.1至4，x＝0.1至2并且z＝0.1至3，其中u*3+v*3+x*4+4≥w*3+z*2。
用于根据本发明的方法的另外的颗粒还可以是混合的氧化物，如钛酸盐(例如钛酸钡、钛酸铅、钛酸锶、钛酸铝、钙钛矿以及其他)或尖晶石(例如氧化镁尖晶石、亚铬酸钴、铝酸钴以及其他)或钨酸盐。
用于根据本发明的方法的另外的颗粒还可以是具有一种或多种催化物质的基质，例如镍、铜、银、金、铂、钯或铑，还有金属化合物如茂金属。可以使用的催化剂载体的实例包括活性炭、硅酸镁、氧化铝或聚合物或硅胶。
用于根据本发明的方法的另外的颗粒还可以具有有机性质，例如聚合物如共价有机框架(COF)、多孔芳香族框架(PAF)、树脂如间苯二酚-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、氨基苯酚-甲醛树脂、聚合物如聚苯乙烯、聚乙烯吡啶或其共聚物或有机金属性质，例如金属-有机框架如MIL-101(Cr)。
优选用作颗粒的是无定形碳、二氧化硅、氮化硼、碳化硅和氮化硅或基于这些材料的混合材料；特别优选的是使用无定形碳、氮化硼和二氧化硅。
颗粒的体积加权粒径分布可以根据ISO 13320通过使用Mie模型用Horiba LA 950测量仪器(用乙醇作为多孔颗粒的分散介质)的静态激光散射来确定。
颗粒优选呈各个颗粒形式。颗粒可例如以分离或团聚的形式存在。颗粒优选不聚集，优选不团聚。聚集的通常意味着在多孔颗粒的生产过程中，最初形成初级颗粒并且聚结和/或初级颗粒例如经由共价键彼此连接，并且以此方式形成聚集体。初级颗粒通常是分离的颗粒。聚集体或分离的颗粒可以形成团聚物。团聚物是例如通过范德华相互作用或氢键彼此连接的聚集体或初级颗粒的松散累积。团聚的聚集体可以通过常见的捏合和分散方法容易地再次分裂回聚集体。聚集体可以仅部分地通过这种方法分解成初级颗粒，如果有的话。可以使用例如常规的扫描电子显微镜(SEM)使处于聚集体、团聚物或分离的颗粒形式的颗粒的存在可视化。相比之下，用于确定基体颗粒的粒径分布或粒径的静态光散射方法不能区分聚集体和团聚物。
颗粒可以具有任何形态，即例如是裂片的、薄片状的、球形的或还有针状的，其中优选裂片的或球形的颗粒。形态可例如通过球形度ψ或球形度S表征。根据Wadell的定义，球形度ψ是等体积的球体的表面积与本体的实际表面积的比率。在球面的情况下，ψ是1。根据此定义，用于根据本发明的方法的颗粒具有优选0.3至1.0、特别优选0.5至1.0并且最优选0.65至1.0的球形度ψ。
球形度S是具有与投影到表面上的颗粒的投影相同的面积A的等效圆的周长与这个投影的测量周长U的比率：在理想的圆形颗粒的情况下，S将具有值1。对于用于本发明方法的颗粒，基于球形度数分布的百分比S10至S90，球形度S在优选0.5至1.0且特别优选0.65至1.0的范围内。球形度S的测量是例如参照单个颗粒的显微照片用光学显微镜进行的，或者在颗粒<10μm的情况下，优选用扫描电子显微镜通过使用图像分析软件(如ImageJ)的图形评估来进行。
如果使用多孔颗粒，则多孔颗粒优选具有≥0.2cm3/g，特别优选≥0.6cm3/g且最优选≥1.0cm3/g的气体可及孔体积。
多孔颗粒的孔可以具有任何直径，即通常在大孔(高于50nm)、介孔(2-50nm)和微孔(小于2nm)的范围内。多孔颗粒可以在不同孔类型的任何混合物中使用。在介孔范围内根据DIN 66134根据BJH(气体吸附)和在微孔范围内根据DIN 66135根据Horvath-Kawazoe(气体吸附)的孔径分布；大孔范围内的孔径分布是通过水银孔隙度测定法根据DIN ISO15901-1评估的)。
多孔颗粒的气体不可及的孔体积可以使用以下公式来确定：
气体不可及的孔体积＝1/纯材料密度-1/骨架密度。
纯材料密度是多孔颗粒的理论密度，基于相组成或纯物质的密度(材料的密度，好像它没有闭口气孔率)。纯材料密度数据可以由本领域技术人员例如在国家标准研究所的陶瓷数据门户(NIST,https://srdata.nist.gov/CeramicDataPortal/scd)中找到。例如，氧化硅的纯材料密度为2.203g/cm3，氮化硼的纯材料密度为2.25g cm3，氮化硅的纯材料密度为3.44g/cm3，碳化硅的纯材料密度为3.21g/cm3。骨架密度是多孔颗粒(气体可及的)的实际密度，如通过氦比重计测定的。
根据本发明的方法可以用于根据本发明的所有固体与气体的接触。产物可以是来自反应器的改变的固体和/或排气的一部分。改变的固体是指固体已被化学或物理改变。它可以例如被氧化、还原、煅烧、退火、活化、钝化、涂覆、渗透、干燥、冷却或加热。产生的产物可以是多孔的或无孔的。
在不限制本申请的范围的情况下，所生产的固体产物的实例包括：金属粉末、金属氧化物、混合氧化物、氢氧化物、水合物、硅、硅化合物、硅微球、烤矿石、盐、硫酸盐、碳酸盐、氯化物、草酸盐、颜料、硅酸盐、硅酸铝、碳黑、有机物质或催化剂。
该方法的产品的典型应用领域是电池、轮胎工业、活性碳处理、用于数据传输和存储的材料、燃料电池、催化剂、衣服、化妆品、涂覆材料、太阳能工业和硅工业。
与标准条件下的气流一起从反应器中排出的产物可以是气体或液体。
如果通过根据本发明的方法作为产品获得一种固体，则所获得的材料可以具有任何形态，例如裂片的、薄片状的、球形的或还有针状的，其中优选裂片的或球形的颗粒。
根据Wadell的定义，球形度ψ是等体积的球体的表面积与本体的实际表面积的比率。在球面的情况下，ψ是1。
球形度S是具有与投影到表面上的颗粒的投影相同的面积A的等效圆的周长与这个投影的测量周长U的比率：在理想的圆形颗粒的情况下，S将具有值1。球形度S的测量是例如参照单个颗粒的显微照片，使用光学显微镜，或在小于10μm的颗粒的情况下，优选地使用扫描电子显微镜，通过使用图像分析软件(如ImageJ)的图形评估来进行。
根据本发明的方法的用途的实例是Geldart C类颗粒的涂覆。该工艺基于化学气相沉积(CVD)，其中气态反应性组分在颗粒的表面上化学分解并且因此在颗粒的表面上形成膜。固体的涂覆是多种工业(包括化学品、药物、农业、化妆品、电子产品和食品)的基本过程。涂层用于多种目的，以便控制活性成分的释放或溶解、改进粉末的可流动性、保护易受氧化、光、空气或湿气影响的反应性物质、改进机械特性(例如，耐磨性和可压缩性)或改善美学吸引力(例如，质地、外观、气味和掩味、颜色)。
可以使用这种方法获得聚合物涂层。在这种情况下，气相单体反应以直接在表面上形成纯固体膜。聚合和涂覆因此在单个加工步骤中进行。这使得能够形成高度交联的涂层，例如由于不相容的单体而不能使用其他方法生产该涂层。在CVD方法的应用中已知的差距是用聚合物对表面进行改性，这些聚合物具有受限的溶解度而不具有溶解度，例如像使用聚(四氟乙烯)(PTFE)和许多其他氟聚合物、导电聚合物以及高度交联的有机网络的情况。
作为CVD工艺中不希望的副反应，还可以发生从气相形成颗粒(均匀沉积)。典型地，均匀沉积发生在反应器的最热点处，并且将在具有高温梯度的反应器中更显著。
然而，如果颗粒不断地运动，如在根据本发明的搅拌床反应器中的情况，则可以避免这些不希望的副反应。该运动导致高的热传递，这使得反应器中的温度梯度最小化。此外，抑制了颗粒在反应器壁上的结块。
使用根据本发明的搅拌床反应器的其他实例可以包括Geldart C类细颗粒与气相的任何化学反应。此类化学反应的实例可包括：
-蚀刻
-碳化和煅烧
-还原或氧化反应
-固体的官能化，诸如，例如卤化、烷基化、硝化、加氢甲酰化、硅烷化
-在搅拌的催化剂上的气体-气体反应，诸如，例如在金属氧化物的表面从水蒸气中生产氢
-表面处理如活化、钝化和清洁
-物理方法，诸如，例如干燥，包括超临界干燥、退火
-与固体或气态产物的气-固反应，诸如，例如非均匀催化的化学反应。此类反应的一个实例还可以是通过齐格勒-纳塔法生产聚乙烯。
在非均相催化的反应系统中，也就是说当来自气相的反应物在固体催化剂的表面上反应时，除了颗粒与周围气相之间的良好质量和热量传递之外，在颗粒床与反应器壁之间还存在非常好的宏观能量传输。颗粒的恒定运动和整个颗粒床的翻转导致高的热传递，其结果是避免了热点并且整个床仅具有弱的温度梯度。
根据本发明的方法在搅拌床反应器中的应用的另一实例可以是从Geldart C类颗粒开始生产核-壳结构，这些颗粒可以例如用作HPLC和UHPLC柱的分离剂。填充有核-壳颗粒的柱递送比填充有具有相同直径的完全多孔颗粒的柱显著更高的效率。这些颗粒结构可以根据本发明的方法以有利的方式生产。
产生的产物可以使用适合的已建立的分析方法进行分析，例如NMR(核磁共振)、EA(元素分析)、IR(红外光谱法)、拉曼光谱法、X射线衍射、SEM(扫描电子显微术)、定性分析、定量分析、电重量分析法、电导分析法、电位分析法、极谱法、粒径测定、表面表征、色谱法、质谱法、密度测定、氮吸附、热重量分析法、量热法、ICP发射光谱法、体积测定法、分光光度法、离子色谱法。
使用以下分析方法和仪器进行表征：
无机分析/元素分析：
使用Leco CS230分析仪测定实例中报道的C含量；对于O和任选地N或H含量的测定，使用Leco TCH-600分析仪。其他报道的元素的定性和定量测定通过ICP(电感耦合等离子体)发射光谱法(Optima 7300DV，Perkin Elmer)进行。为此，在微波(Microwave 3000，来自Anton Paar)中对样品进行酸消化(HF/HNO3)。ICP-OES确定是基于ISO 11885“水质量-通过电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)确定所选择的元素(ISO 11885:2007)；EN ISO11885:2009”的德国版本，其用于分析酸性水溶液(例如酸化饮用水、废水和其他水样品和土壤和沉积物的王水提取物)。
粒径测定：
粒径分布在本发明的上下文中根据ISO 13320通过使用Horiba LA 950的静态激光散射测定。在样品的制备中，在将颗粒分散在测量溶液中时必须特别小心，以确保测量的是单个颗粒的尺寸，而不是团聚物的尺寸。将颗粒分散在乙醇中用于测量。为此，在测量之前，如果需要，在具有LS24d5超声焊极的Hielscher UIS250v实验室超声仪器中用250W超声处理分散4分钟。
BET表面积测量：
材料的比表面积通过使用Sorptomatic 199090仪器(Porotec)或SA-9603MP仪器(Horiba)用氮气的气体吸附通过BET方法(根据DIN ISO 9277:2003-05使用氮气测定)测量。
骨架密度：
骨架密度，即仅基于外部气体可进入的孔隙空间的体积的多孔固体的密度，通过He比重测定法根据DIN 66137-2测定。
气体可及的孔体积：
根据DIN 66134用氮气通过气体吸附测量确定Gurwitsch气体可及的孔体积。
转化：
该转化率被计算为例如转化的起始材料的以mol计的物质的量相对于所使用的起始材料(反应物)的以mol计的物质的量的商。在这些实例中，它表明所使用的SiH4分子中有多少被转化为Si。
产率：
产率是实际获得的产物的质量与理论最大可能的产物质量的商。产率表示为以％表示的质量比量：
它是气流夹带的颗粒损失的量度。
具体实施方式
实施例
所使用的具有4.0质量的SiH4是从Linde GmbH获得的。
在所有实施例中，无定形多孔碳用作多孔颗粒：
-规格表面积＝1907m2/g
-孔体积＝0.96cm3/g
-中值体积加权粒径D50＝2.95μm
-颗粒密度＝0.7g/cm3
-内聚性的，分类为Geldart类：C
实施例的转化率计算：
转化率计算为所转化的起始材料的以mol计的物质的量相对于所采用的起始材料(反应物)的以mol计的物质的量的商。在这些实施例中，它表明所使用的SiH4分子中有多少被转化为Si。
实施例的产量计算：
产率是实际获得的产物的质量与理论最大可能的产物质量的商。产率表示为以％表示的质量比量：
它是气流夹带的颗粒损失的量度。
当进行实验实施例时，使用以下反应器：
用于根据本发明的所有实施例1至5的反应器由具有内半径rB＝121.5mm和高度h＝512mm的圆柱形下部(烧杯)和具有多个连接(例如，用于气体供应、气体排出、温度测量和压力测量)的盖以及平底组成。壁上的内部物不存在。反应器的体积VB＝24l。由内部反应器轮廓围绕旋转轴线的旋转所产生的旋转表面的任意截面的周长被计算为763.4mm。所使用的搅拌器是具有半径rR＝119.5mm的多螺纹螺旋搅拌器。螺旋搅拌器的完全旋转产生旋转表面。垂直于该旋转表面的旋转轴线的任意截面的周长为750.8mm。从这两个周长获得W＝0.98的紧密间隙。螺旋的高度对应于反应器内部净高度的约75％。填充反应器使得搅拌颗粒床的高度低于螺旋的高度。因此，大于50％的工艺区是在搅拌器的具有紧密间隙W＝0.98的区域中。用夹套加热器电加热烧杯。原则上测量在加热器和反应器之间的温度。将气体经由两个外径为d＝6mm的浸没管供应到床的下半部分(反应器基底上方125mm)，所述管将气体直接引入移动床中。
在对比例1(不根据本发明)中使用的流化床反应器由具有160mm外径和1200mm高度的圆柱形部分组成。圆柱形部分由底部室和流化床反应器本身构成。这两部分通过透气基底彼此分开。圆柱形反应器部分在顶部之后是反应器部分，与圆柱形反应器部分相比，该反应器部分具有横截面拓宽至两倍的横截面积。在该反应器的顶端，存在具有用于气体排出的过滤器元件的盖子。通过加热反应器壁调节反应温度，加热区域的高度是从透气基底开始的圆柱形长度的80％。用于工艺温度的度量是加热夹套和反应器外壁之间的温度。加热是电加热。流化气体因此在流入流化床反应器之前用气体加热器预热。使用直接控制的电磁阀脉冲流化气流。作为流化床质量的量度，采用流化指数。
在初步试验中，最小流化速度通过测量流化床的压降来确定。
流化指数的定义：流化指数FI定义为在流化床ΔpWS,测量值上测得的压降与理论最大可得压降ΔpWS,th的比率，并通过以下等式1计算：
不考虑气体密度，由床mS的质量、重力加速度g和反应器截面积AW计算理论最大可获得压降，如ΔpWS,th＝mS·g/AWS。
在完全流化床的情况下，流化指数采用不大于1的值。
流化指数的测定：流化指数是测量的压降与理论最大可能压降的比率。为了确定流化指数，必须通过技术测量来检测流化床的压降。压降被测量为流化床底端与顶端之间的压差测量。压差测量仪将在膜上检测到的压力转换成数字值并显示压力差。压力测量线必须被配置成使得它们布置在气体可渗透基底的正上方和流化床的正上方。为了测定流化指数，另外必须精确检测引入的颗粒床的重量。还参见[VDI-[VDI HeatAtlas],11th edition,section L3.2und Druckverlust inWirbelschichten[Types of Flow and Pressure Drop in Fluidized Beds],pp.1371-1382，Springer Verlag，Berlin Heidelberg,2013]。
最小流化速度的测定：最小流化速度是流化气体速度-基于空反应器截面积-颗粒床从流过固定床过渡到流化床。最小流化速度可以通过使用质量流量计同时测量调节的流化气体流和使用数字差压计同时测量流化床的压降来确定。已知反应器的横截面积，流化气体速度可由测量的流化气体流计算。压降对流化气体速度的绘图分布称为流化床特性曲线。应注意，从高流化气体速度开始，通过逐渐降低该速度来记录流化床特征曲线。在纯固定床横贯流的情况下，压降线性增加。相关的流化指数FI小于1。对于完全发展的流化床，所测量的压降是恒定的。相关的流化指数FI等于1。最小流化状态位于两个区域之间的过渡处。基于空反应器截面积的相关流化气体速度等于最小流化速度。如果从固定床到流化床的过渡由范围表征，外推的固定床特性曲线和外推的流化床特性曲线的交点定义为最小流化点。还参见[VDI-[VDI Heat Atlas],11th edition,section L3.2und Druckverlust in Wirbelschichten[Types of Flow andPressure Drop in Fluidized Beds],pp.1371-1382,Springer Verlag,BerlinHeidelberg,2013]。
在对比例2(不根据本发明)中，使用间接加热的旋转窑。该旋转窑具有由石英玻璃制成的旋转管，其可绕其纵轴旋转，具有20cm的直径和30L的可加热体积。作为处理温度的测定，使用石英管的外壁温度。加热以电气方式进行并且可以通过3个区进行调节。为了实施硅渗透反应，旋转管应该是气密密封的。
对比例1(不根据本发明)：用脉冲流化气体流在流化床反应器中生产含硅材料。
将500g无定形碳作为多孔起始材料(比表面积＝1907m2/g，孔体积＝0.96cm3/g，中值体积加权粒径D50＝2.95μm，颗粒密度＝0.7g/cm3，Geldart C类颗粒)引入该反应器中。
颗粒床用由氮气组成的流化气体流化，气体量使得最小流化速度至少是初步试验中确定的3倍。同时，使用电磁阀，诱导气流振荡，其中阀的打开位置与关闭位置之间的频率为3Hz。然后将反应器中的温度升高到430℃的设定点温度。由于温度升高，流化气体流被适配成使得流化指数采用>0.95的值。
在达到430℃的设定温度时，流化气体由包含10体积％SiH4的反应气体替换。在切换流化气体的过程中和之后，保持气流的脉动，其中阀门的打开和关闭位置之间的频率为3Hz，此外，不仅流化指数值为FI＝0.98，而且由于硅沉积过程中多孔原材料密度的变化，流化气体的气体量以流化指数值总是大于0.95的方式调节。
在2.6小时的反应时间之后，将流化气体转换回氮气的脉冲流。降低加热功率。当达到50℃的温度时，将流化气流转换成由按体积计5％的氧气在氮气下组成的流化气体并且保持60分钟以便允许存在于所获得的产物的表面上的任何反应性基团的受控反应。随后将反应器冷却至室温。
操作结束后，将990g黑色固体从反应器中排出。将获得的含硅材料引入圆柱形容器中并且在转鼓环形混合器中均质化。作为流化床工艺的结果形成的团聚物可通过筛分去除。用于生产的反应条件以及还有硅-碳复合颗粒的材料特性总结在表2中。
对比例2(不根据本发明)：在旋转管式反应器中通过不根据本发明的方法生产含硅材料
在旋转管式反应器(内部体积30L)中装入0.9kg的与对比例1中相同的多孔碳(比表面积＝1907m2/g、孔体积＝0.96cm3/g、中值体积加权粒径D50＝2.95μm、颗粒密度＝0.7g/cm3、Geldart C类颗粒)。在用氮气惰性化之后，将反应器加热至430℃。当达到该反应温度时，使该反应气体(10％ SiH4在N2中，计量速率2.3m3/h)穿过该反应器持续8.5h，在此过程中该反应器以约7转/分钟的速度旋转。随后用惰性气体吹扫反应器。在从反应器中取出产物之前，在惰性气体下将其冷却至室温。用于生产的反应条件以及还有硅-碳复合颗粒的材料特性总结在表2中。
实施例1-5(根据本发明)：通过根据本发明的方法使用甲硅烷SiH4作为硅前体在标准压力(0.1MPa)下生产含硅材料(参数A-D的对应值以及还有实施例号总结在表1中)。
将2.4kg与对比例1和2中相同的多孔碳(比表面积＝1907m2/g，孔体积＝0.96cm3/g，中值体积加权粒径D50＝2.95μm，颗粒密度＝0.7g/cm3，Geldart C类颗粒)引入具有搅拌机构的根据本发明的反应器中(体积24L，直径25cm)。随后将反应器的温度调节至350℃持续240分钟，并且将反应器用氮气惰性化。
随后将该反应器加热至430℃。当达到反应温度时，使反应气体以浓度A和计量速率B通过反应器C小时。将气相供应至反应器，同时通过根据本发明的紧密间隙搅拌机构(螺旋搅拌器)使颗粒床翻转，使得翻转时间与反应性组分的平均停留时间的比率为D，并且床的运动状态可以由弗劳德数3描述。
随后，在120分钟内将含硅材料冷却至70℃的温度。随后将该反应器用氮气吹扫1小时，用具有按体积计5％的氧含量的稀空气吹扫1小时，用具有按体积计10％的氧含量的稀空气吹扫1小时，用具有按体积计15％的氧含量的稀空气吹扫1小时，并且随后用空气吹扫1小时。最后，从反应器中取出产物。
表1根据本发明的实施例1至5的实验参数
用于生产的反应条件和硅-碳复合颗粒的材料特性总结在下表2中。
表2
*不根据本发明
不管所使用的反应器如何，可以获得相同的特征材料特性。然而，根据本发明的反应器系统中的SiH4转化率、产物产率和反应时间与流化床和旋转窑相比得到改善。

Claims (7)

1.一种通过使颗粒在搅拌固定床中与气相接触来生产产物的方法，
其中，所述颗粒的处理发生在气体穿过反应器的工艺区中并且所述颗粒在与所述气相接触的过程中通过紧密间隙搅拌器在所述工艺区中翻转，
其中，当在等式1中时，搅拌机构是紧密间隙的
对于h的所有值的一半，所述工艺区中紧密间隙W(h)为W(h)>0.9，其中，uR(h)＝高度坐标h处的截面中所述搅拌机构的外周长并且uB(h)＝高度坐标h处的截面中所述反应器的内周长。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应器的工艺区是旋转对称的，
其中，当在等式1中时，所述搅拌机构是紧密间隙的
其中
W(h)＝旋转对称反应器中搅拌机构的紧密间隙，定义为垂直于两个旋转表面的旋转轴线的两个平面截面的周长的商，其中，h表示高度坐标，
uR(h)＝在垂直于所述旋转轴线的旋转表面的多个任意点h处，通过平面截面，根据等式2计算的圆形内截面的内截面周长
uR(h)＝2πrR(h) (2)
rR(h)＝从所述旋转轴线到所述搅拌机构的外轮廓的距离，其中，所述搅拌机构包括附接到其上的所有组件，
uB(h)＝在垂直于所述旋转轴线的旋转表面的每个任意点h处，通过平面截面，根据等式3计算的圆形旋转外表面的旋转外表面周长
uB(h)＝2πrB(h) (3)
所述圆形旋转外表面是通过所述反应器的内轮廓围绕所述旋转轴线的旋转形成的，
rB(h)＝所述反应器的内轮廓到所述旋转轴线的距离，
并且对于h的所有值的一半，所述工艺区中的紧密间隙W(h)为W(h)必须>0.9。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述颗粒与所述气相的接触在0.08MPa至5MPa下发生。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，配备有所述紧密间隙搅拌器的所述反应器的工艺区中的床温度在30℃至1500℃范围内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法在两个或更多个互连的反应器中进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，化学过程或物理过程发生在所述反应器的工艺区中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述化学过程选自用新官能化覆盖颗粒表面、所述气相与所述颗粒的反应以及所述气相在所述颗粒处的反应。
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