The invention discloses a fluidized bed reactor for producing silicon nitride, which comprises a material reaction zone and a heating device surrounding the material reaction zone. The heating device comprises more than two heating zones. The heating zone gradually rises from bottom to top, and the material reaction zone is divided into at least two temperature zones from bottom to top under the action of the heating zone. The temperature zone comprises at least two temperature zones. A low temperature zone and a high temperature zone in which silicon powder and nitrogen are pre-reacted, and silicon powder, nitrogen and silicon nitride are further reacted in the high temperature zone. The invention also discloses a device system for producing silicon nitride including the fluidized bed reactor and a method for producing silicon nitride using the device system. The invention can independently control the reaction temperature of different regions of the reactor by setting zonal heating, which can ensure the independent occurrence of different reactions, has the advantages of high product conversion rate, high purity, low production cost, and can be used for continuous industrial production.
【技术实现步骤摘要】
生产氮化硅的流化床反应器及其装置系统和方法
本专利技术属于无机非金属粉体制备领域,具体涉及一种生产氮化硅的流化床反应器,还涉及一种包含所述流化床反应器的生产氮化硅的装置系统,以及利用该装置系统生产氮化硅的方法。
技术介绍
氮化硅(Si3N4)是制备氮化硅陶瓷的重要原料,它具有耐高温、硬度高、耐磨损、强度高、热膨胀系数小、热震性能好、抗氧化性能好等优良的物理化学性能,广泛应用于冶金、化工、电子和军工等行业。目前氮化硅的制备有四种基本方法,即直接氮化法、碳热还原法、化学气相法和热分解法,其中以直接氮化法的应用较为广泛。直接氮化法是在一定压力和1000℃以上高温下,将氮气通入放置硅粉的反应装置中进行氧化还原反应而生成氮化硅。由于氮化硅容易粘结成块,后续还需进行研磨、破碎等工序处理后才能作为产品使用。因此,直接氮化法虽然制备工艺简单,但生产效率低、后续工序中还容易引入杂质,不利于大规模生产,且生产成本较高。流态化技术由于其具有强烈的气固间传热效果,在燃烧、颗粒干燥、气固反应等领域逐渐应用。在流态化下,气体和固体颗粒发生大量的碰撞,传热、传质剧烈,有利地提高了气、固接触和反应速率,且反应温度均匀,使得连续化生产氮化硅易于实现。日本Shin-Etsu公司在US5817285中报道了利用流化床反应制备氮化硅,然其反应需要先对金属硅在真空、1000-1400℃下进行预热,再进入反应器。北京科技大学王立等在CN1792774中披露了采用稀相气力输送的方式使硅粉快速通过高温流化床,在高温常压下发生燃烧合成反应得到氮化硅粉末,反应过程也需要对硅粉进行预热。浙江大学程乐鸣等在CN ...
【技术保护点】
1.一种生产氮化硅的流化床反应器,包括物料反应区和环绕在物料反应区周围的加热装置,其特征在于,所述加热装置包括两个以上的加热区,所述加热区由下至上温度逐渐升高,物料反应区在所述加热区的作用下由下至上分为至少两个温度区,所述温度区至少包含一个低温区和一个高温区,在所述低温区中硅粉和氮气进行预反应,在所述高温区,硅粉、氮气、氮化硅进一步反应。
【技术特征摘要】
1.一种生产氮化硅的流化床反应器,包括物料反应区和环绕在物料反应区周围的加热装置,其特征在于,所述加热装置包括两个以上的加热区,所述加热区由下至上温度逐渐升高,物料反应区在所述加热区的作用下由下至上分为至少两个温度区,所述温度区至少包含一个低温区和一个高温区,在所述低温区中硅粉和氮气进行预反应,在所述高温区,硅粉、氮气、氮化硅进一步反应。2.根据权利要求1所述的生产氮化硅的流化床反应器,其特征在于,所述低温区的温度在1000~1400℃之间,高温区的温度在1400~1600℃之间。3.根据权利要求1所述的生产氮化硅的流化床反应器,其特征在于,所述加热装置是电磁感应加热装置,包括感应发热层,以及环绕在所述感应发热层周围的感应线圈层。4.根据权利要求3所述的生产氮化硅的流化床反应器,其特征在于,所述感应发热层为导电材料层,选自石英、石墨中的一种或几种;所述感应发热层接触物料的一侧喷涂氮化硅或者碳化硅。5.根据权利要求3所述的生产氮化硅的流化床反应器,其特征在于,所述感应发热层的厚度在10mm~300mm之间。6.根据权利要求3所述的生产氮化硅的流化床反应器,其特征在于,所述反应器还包括环绕在所述感应发热层周围的保温层,和/或环绕在所述感应线圈层周围的冷却层。7.根据权利要求6所述的生产氮化硅的流化床反应器,其特征在于,所述保温层选自耐火砖...
【专利技术属性】
技术研发人员:蒋立民,胡开达,
申请(专利权)人:江苏中能硅业科技发展有限公司,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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