一种生产氮化硅的系统的制作方法

本发明属于氮化硅生产技术领域，具体涉及一种生产氮化硅的系统。

背景技术：

氮化硅具有机械强度高、热稳定性好、化学稳定性好等优点，对于现代技术中经常遇到的高温、高速、强腐蚀介质和高磨损的工作环境，具有特殊的用途。氮化硅在工业上的用途很广泛，可应用于冶金、机械、化工、半导体、航空航天和汽车工业领域，作为涡轮叶片、高温轴承、高速切削工具、耐热部件、耐磨耐腐部件等。随着氮化硅应用范围的不断扩大和对氮化硅品质要求的不断提高，氮化硅粉体的制备越来越受到重视。

已经商业化应用的氮化硅制备技术有四种：(1)硅粉直接氮化法，包括低压高温氮化和高压自蔓延氮化；(2)碳热还原法，由二氧化硅和碳粉在氮气中发生氧化还原反应生成氮化硅；(3)低温硅烷法，由四氯化硅和氨气生成中间产物含氮硅烷化合物Si(NH)₂，然后再热解为氮化硅；(4)高温硅烷法，由四氯化硅或甲硅烷在高温下直接和氨气发生反应生成氮化硅。在上述方法中，低温硅烷法和高温硅烷法容易实现对原材料的提纯，适宜于高纯氮化硅粉体的制备。但高温硅烷法中，甲硅烷易燃易爆，危险性高，而以四氯化硅作为原料时，需要采用等离子体、激光等技术进行反应强化，投资大，产率低，成本高。

低温硅烷法所制备的氮化硅以其高质量被人们普遍接受，但低温硅烷法中含氮硅烷化合物的合成为强放热的快速反应，含氮硅烷化合物中容易夹带氯元素，因此目前其生产一般采用四氯化硅和氨的液液界面反应来控制反应速度，然后再用大量液氨洗去 氯化铵副产物的方法得到纯净的含氮硅烷化合物，最后再热分解为氮化硅。液液界面反应速率慢，工艺复杂，产能低，致使其成本一直高居不下。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种生产氮化硅的系统，该系统可以将制备过程中生成的氨气再利用与第二氯硅烷反应，重新生成了制备氮化硅所需的中间体第二含氮硅烷化合物，从而节约了成本。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种生产氮化硅的系统，包括：

第一反应器，用于载气中原料第一氯硅烷与原料第一氨气反应，得到第一固体混合物和第一气体混合物，其中，所述第一固体混合物包括所述第一氯硅烷与所述第一氨气反应生成的第一含氮硅烷化合物和第一氯化铵，所述第一气体混合物包括载气和第一氨气；

加热装置，与所述第一反应器连接，所述第一反应器内的所述第一固体混合物进入所述加热装置，所述加热装置用于加热所述第一固体混合物反应，得到第二固体物质和第二气体混合物，其中，所述第二气体混合物包括所述第一氯化铵经过加热生成的氨气和氯化氢，所述第二固体物质包括所述第一含氮硅烷化合物经过加热生成的高α相含量的氮化硅；

淋洗塔，与所述加热装置连接，所述第二气体混合物进入所述淋洗塔，所述淋洗塔用于通入第二氯硅烷对所述第二气体混合物进行淋洗，得到第三固体混合物和第三气体物质，其中，所述第三固体混合物包括所述第二氯硅烷与所述第二气体混合物中的氨气反应生成的第二含氮硅烷化合物和第二氯化铵，所述第三气体物质包括氯化氢。

本发明的生产氮化硅的系统可以将制备过程中生成的氨气再利用与第二氯硅烷反应，重新生成了制备氮化硅所需的中间体第 二含氮硅烷化合物，从而节约了成本。

第一反应器内的反应为气气反应，原料气的流量和反应均很容易控制。

本发明的含氮硅烷化合物一般也称为硅二亚胺，容易吸收或放出氨气后以Si-N-H系化合物形式存在，含氮硅烷化合物多数可用Si(NH)₂式表示，Si(NH)₂并不是一具体的物质，该类化合物可以为Si₆N₁₃H₁₅、Si₆N₁₂H₁₂、Si₆N₁₁H₉等。

所述第一反应器内的载气为氮气、氨气、惰性气体中的一种，通过载气对反应所用的原料进行稀释。

氯硅烷用载气通入，优选的载气为氮气，并控制氮气的流量为第一氯硅烷的2倍以上，以控制反应速度并防止生产氮化硅的系统出现管道堵塞。

优选的是，所述第一氯硅烷为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种或几种。

所采用的原料第一氯硅烷和原料第一氨气纯度均在99.99％及以上，另外第一氨气和载气均要进行脱水处理。

优选的是，所述第一反应器内，所述加热载气中原料第一氯硅烷与原料第一氨气反应的温度为10～100℃，压力为0～1MPa。

优选的是，所述第一反应器内，所述第一氯硅烷和所述第一氨气的摩尔比为1：(6～30)。氨气过量可以使得氯硅烷反应完全。

优选的是，所述淋洗塔的塔釜与所述加热装置的入口连接，用于所述第三固体混合物进入所述加热装置。则所述第三固体混合物与所述第一固体混合物混合，重复循环所述加热装置内的反应。

优选的是，所述加热装置包括：

第一加热器，包括第一加热器的入口、第一加热器的第一出口、第一加热器的第二出口，所述第一加热器的入口与所述第一反应器连接，用于所述第一反应器内的所述第一固体混合物进入所述第一加热器，在非氧化性气氛下，加热所述第一固体混合物反应，得到第四固体混合物和第四气体混合物，所述第四气体混 合物包括所述第一加热器内的所述非氧化性气氛的气体、所述第一氯化铵发生热分解生成的氨气和氯化氢，所述第四固体混合物包括所述第一含氮硅烷化合物，通过该步除去了副产物第一氯化铵，所述第一加热器的第一出口与所述淋洗塔连接，所述第四气体混合物经过所述第一加热器的第一出口进入所述淋洗塔；

第二加热器，包括第二加热器的入口、第二加热器的第一出口、第二加热器的第二出口，所述第二加热器的入口与所述第一加热器的第二出口连接，用于所述第一加热器内的所述第四固体混合物进入所述第二加热器内，在氨气气氛下，加热所述第四固体混合物，得到第五固体混合物和第五气体混合物，所述第五固体混合物包括所述第一含氮硅烷化合物发生热分解生成无定形的氮化硅，所述第五气体混合物包括氨气气氛的气体、氯化氢、所述第一含氮硅烷化合物发生热分解生成的氨气，所述第二加热器的第一出口与所述淋洗塔连接，所述第五气体混合物经过所述第二加热器的第一出口进入所述淋洗塔；所述第一含氮硅烷化合物发生热分解生成的氨气进入第一含氮硅烷化合物的内部，除去其中内部的氯元素，避免了现有技术中液氨洗涤除去氯元素的方法，极大简化了氮化硅的生产流程。第一加热器的第一出口、第二加热器的第一出口均与淋洗塔连接，可以同时回收第四气体混合物和第五气体混合物中的氨气，降低处理成本。

第三加热器，与所述第二加热器的第二出口连接，所述第二加热器内的所述第五固体混合物进入所述第三加热器内，用于在非氧化性气氛下，加热所述第五固体混合物，得到所述第二固体物质和所述第二气体混合物，所述无定形的氮化硅经过加热生成高α相含量的氮化硅。

优选的是，所述第一加热器内，所述加热所述第一固体混合物反应的温度为500～600℃，加热时间为1～2小时；

所述第二加热器内，所述加热所述第四固体混合物的温度为650～1200℃，加热时间为2～8小时；

所述第三加热器内，所述加热所述第五固体混合物的温度为 1250～1700℃，加热时间为2～8小时。

优选的是，所述第三加热器内，所述加热所述第五固体混合物的温度为1350～1600℃，温度过低，则相转变时间长，温度过高，则容易提升氮化硅中β相的含量。

优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

第二反应器，包括第二反应器的入口和第二反应器的出口，所述第二反应器的入口与所述淋洗塔的塔顶连接，用于所述第三气体物质由所述淋洗塔的塔顶进入所述第二反应器，所述第二反应器用于通入硅粉与所述第三气体物质加热反应得到第三氯硅烷，所述第二反应器的出口与第一反应器的入口连接，所述第三氯硅烷进入所述第一反应器内。则所述第三氯硅烷与所述第一氯硅烷混合，重复所述第一反应器内的反应，重新用于氮化硅的生产。

优选的是，所述第二反应器用于通入硅粉与所述第三气体物质加热反应得到第三氯硅烷的反应温度为300～500℃，更优选的是，325～400℃，通过控制反应的温度，可以调节生成的第三氯硅烷产物中各组分如四氯化硅、三氯氢硅的含量。可以将过程中生成的氯化氢再利用与硅粉反应重新生成制备氮化硅所需的原料氯硅烷。

第二反应器内的产物第三氯硅烷也是多晶硅生产的原料，因此该产物可以并入到多晶硅生产系统中，实现氮化硅和多晶硅的联产，进一步降低成本。

优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

精馏装置，包括精馏装置的入口和精馏装置的出口，所述精馏装置的入口与所述第二反应器的出口连接，所述精馏装置的出口与第一反应器的入口连接，所述精馏装置用于对所述第三氯硅烷进行精馏提纯，提纯过的第三氯硅烷进入所述第一反应器。

优选的是，所述第二反应器的出口还与淋洗塔连接，用于所述第三氯硅烷进入所述淋洗塔内用于淋洗。则所述第三氯硅烷与所述第二氯硅烷混合，重复所述淋洗塔内的淋洗。

优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

过滤器，包括过滤器的入口、过滤器的第一出口、过滤器的第二出口，所述过滤器的入口与第一反应器连接，所述第一反应器内的第一气体混合物以及部分第一固体混合物进入所述过滤器，所述过滤器用于气固过滤分离得到分离开的部分所述第一固体混合物和所述第一气体混合物，所述过滤器的第一出口与所述加热装置连接，部分所述第一固体混合物通过所述过滤器的第一出口进入所述加热装置，所述过滤器的第二出口与所述第一反应器连接，所述第一气体混合物通过所述过滤器的第二出口进入所述第一反应器。第一反应器内生成的所述第一固体混合物沉降在第一反应器底部，部分被未反应的氨气带出到过滤器。第一反应器的底部的第一固体混合物可以连续排出，也可以间歇式的排出。

优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

冷却器，包括冷却器的入口、冷却器的第一出口、冷却器的第二出口，所述冷却器的入口与所述过滤器的第二出口连接，用于所述第一气体混合物通过所述过滤器的第二出口进入所述冷却器，所述冷却器用于冷却分离得到液氨和载气；所述冷却器内的温度为-35～-50℃。

载气储罐，包括载气储罐的入口和载气储罐的出口，所述载气储罐的入口与所述冷却器的第一出口连接，用于所述冷却器内的载气通过所述冷却器的第一出口进入到所述载气储罐的入口，所述载气储罐的出口与所述第一反应器连接；载气储罐内的载气重新用于第一反应器内的载气。

液氨储罐，包括液氨储罐的入口和液氨储罐的出口，所述液氨储罐的入口与所述冷却器的第二出口连接，用于所述冷却器内的液氨通过所述冷却器的第二出口进入到所述液氨储罐的入口，所述液氨储罐的出口与所述第一反应器连接。当然，液氨储罐内的液氨也可以用作加热装置内的保护气氛。

优选的是，所述第二氯硅烷为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种或几种。

优选的是，所述第三氯硅烷为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种或几种。

本发明的生产氮化硅的系统可以实现中间体第一含氮硅烷化合物的连续化生产，整个氮化硅的生产为闭环工艺，副产物和未反应的反应物得到了回收利用，需要补充的原料为仅为硅粉和氨气，可大幅降低氮化硅的生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例1、2中的生产氮化硅的系统的结构示意图；

图2是本发明实施例2中的生产氮化硅的系统的结构示意图；

图3是本发明实施例2中的生产氮化硅的系统的部分结构示意图。

图中：1-第一反应器；2-加热装置；3-淋洗塔；31-淋洗塔的塔釜；32-淋洗塔的塔顶；33-淋洗塔的第一进料口；34-淋洗塔的第二进料口；4-第一加热器；41-第一加热器的入口；42-第一加热器的第一出口；43-第一加热器的第二出口；5-第二加热器；51-第二加热器的入口；52-第二加热器的第一出口；53-第二加热器的第二出口；6-第三加热器；7-第二反应器；71-第二反应器的入口；72-第二反应器的出口；8-精馏装置；81-精馏装置的入口；82-精馏装置的出口；9-过滤器；91-过滤器的入口；92-过滤器的第一出口；93-过滤器的第二出口；10-冷却器；101-冷却器的入口；102-冷却器的第一出口；103-冷却器的第二出口；11-载气储罐；111-载气储罐的入口；112-载气储罐的出口；12-液氨储罐；121-液氨储罐的入口；122-液氨储罐的出口。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例技术问题所采用的技术方案是提供一种生产氮化硅的系统，包括：

第一反应器1，用于加热载气中原料第一氯硅烷与原料第一氨气反应，得到第一固体混合物和第一气体混合物，其中，所述第一固体混合物包括所述第一氯硅烷与所述第一氨气反应生成的第一含氮硅烷化合物和第一氯化铵，所述第一气体混合物包括载气和第一氨气；

加热装置2，与所述第一反应器1连接，所述第一反应器1内的所述第一固体混合物进入所述加热装置2，所述加热装置2用于加热所述第一固体混合物反应，得到第二固体物质和第二气体混合物，其中，所述第二气体混合物包括所述第一氯化铵经过加热生成的氨气和氯化氢，所述第二固体物质包括所述第一含氮硅烷化合物经过加热生成的高α相含量的氮化硅；

淋洗塔3，与所述加热装置2连接，所述第二气体混合物进入所述淋洗塔3，所述淋洗塔3用于通入第二氯硅烷对所述第二气体混合物进行淋洗，得到第三固体混合物和第三气体物质，其中，所述第三固体混合物包括所述第二氯硅烷与所述第二气体混合物中的氨气反应生成的第二含氮硅烷化合物和第二氯化铵，所述第三气体物质包括氯化氢。

第一反应器1内的反应为气气反应，原料气的流量和反应均很容易控制。

本实施例的含氮硅烷化合物一般也称为硅二亚胺，容易吸收或放出氨气后以Si-N-H系化合物形式存在，含氮硅烷化合物多数可用Si(NH)₂式表示，Si(NH)₂并不是一具体的物质，该类化合物可以为Si₆N₁₃H₁₅、Si₆N₁₂H₁₂、Si₆N₁₁H₉等。

所述第一反应器1内的载气为氮气、氨气、惰性气体中的一种，通过载气对反应所用的原料进行稀释。

氯硅烷用载气通入，优选的载气为氮气，并控制氮气的流量为第一氯硅烷的2倍以上，以控制反应速度并防止生产氮化硅的 系统出现管道堵塞。

本实施例的生产氮化硅的系统可以将制备过程中生成的氨气再利用与第二氯硅烷反应，重新生成了制备氮化硅所需的中间体第二含氮硅烷化合物，从而节约了成本。

实施例2

如图1、2所示，本实施例技术问题所采用的技术方案是提供一种生产氮化硅的系统，包括：

第一反应器1，用于加热载气中原料第一氯硅烷与原料第一氨气反应，得到第一固体混合物和第一气体混合物，其中，所述第一固体混合物包括所述第一氯硅烷与所述第一氨气反应生成的第一含氮硅烷化合物和第一氯化铵，所述第一气体混合物包括载气和第一氨气；

加热装置2，与所述第一反应器1连接，所述第一反应器1内的所述第一固体混合物进入所述加热装置2，所述加热装置2用于加热所述第一固体混合物反应，得到第二固体物质和第二气体混合物，其中，所述第二气体混合物包括所述第一氯化铵经过加热生成的氨气和氯化氢，所述第二固体物质包括所述第一含氮硅烷化合物经过加热生成高α相含量的氮化硅；

淋洗塔3，淋洗塔3包括淋洗塔的第一进料口33和淋洗塔的第二进料口34，淋洗塔的第一进料口33与所述加热装置2连接，所述第二气体混合物进入所述淋洗塔3，所述淋洗塔3用于通入第二氯硅烷对所述第二气体混合物进行淋洗，得到第三固体混合物和第三气体物质，其中，所述第三固体混合物包括所述第二氯硅烷与所述第二气体混合物中的氨气反应生成的第二含氮硅烷化合物和第二氯化铵，所述第三气体物质包括氯化氢。

本实施例的生产氮化硅的系统可以将制备过程中生成的氨气再利用与第二氯硅烷反应，重新生成了制备氮化硅所需的中间体第二含氮硅烷化合物，从而节约了成本。

第一反应器1内的反应为气气反应，原料气的流量和反应均 很容易控制。

本实施例的含氮硅烷化合物一般也称为硅二亚胺，容易吸收或放出氨气后以Si-N-H系化合物形式存在，含氮硅烷化合物多数可用Si(NH)₂式表示，Si(NH)₂并不是一具体的物质，该类化合物可以为Si₆N₁₃H₁₅、Si₆N₁₂H₁₂、Si₆N₁₁H₉等。

所述第一反应器1内的载气为氮气、氨气、惰性气体中的一种，通过载气对反应所用的原料进行稀释。

氯硅烷用载气通入，优选的载气为氮气，并控制氮气的流量为第一氯硅烷的2倍以上，以控制反应速度并防止生产氮化硅的系统出现管道堵塞。

优选的是，所述第一氯硅烷为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种或几种。

所采用的原料第一氯硅烷和原料第一氨气纯度均在99.99％及以上，另外第一氨气和载气均要进行脱水处理。

优选的是，所述第一反应器1内，所述加热载气中原料第一氯硅烷与原料第一氨气反应的温度为10～100℃，压力为0～1MPa。

优选的是，所述第一反应器1内，所述第一氯硅烷和所述第一氨气的摩尔比为1：(6～30)。氨气过量可以使得氯硅烷反应完全。

优选的是，所述淋洗塔的塔釜31与所述加热装置2的入口连接，所述第三固体混合物进入所述加热装置2。则所述第三固体混合物与所述第一固体混合物混合，重复循环所述加热装置2内的反应。

优选的是，所述加热装置2包括：

第一加热器4，包括第一加热器的入口41、第一加热器的第一出口42、第一加热器的第二出口43，第一加热器的入口41与所述第一反应器1连接，所述第一反应器1内的所述第一固体混合物进入所述第一加热器4，在非氧化性气氛下，加热所述第一固体混合物反应，得到第四固体混合物和第四气体混合物，所述第四气体混合物包括所述第一加热器4内的所述非氧化性气氛的气 体、所述第一氯化铵发生热分解生成的氨气和氯化氢，所述第四固体混合物包括所述第一含氮硅烷化合物；通过该步除去了副产物第一氯化铵，所述第一加热器的第一出口42与所述淋洗塔的第一进料口33连接，所述第四气体混合物经过所述第一加热器的第一出口42进入所述淋洗塔的第一进料口33。

第二加热器5，包括第二加热器的入口51、第二加热器的第一出口52、第二加热器的第二出口53，所述第二加热器的入口51与所述第一加热器的第二出口43连接，所述第一加热器4内的所述第四固体混合物进入所述第二加热器5内，在氨气气氛下，加热所述第四固体混合物，得到第五固体混合物和第五气体混合物，所述第五固体混合物包括所述第一含氮硅烷化合物发生热分解生成无定形的氮化硅，所述第五气体混合物包括氨气气氛的气体、氯化氢、所述第一含氮硅烷化合物发生热分解生成的氨气，所述第二加热器的第一出口52与所述淋洗塔的第一进料口33连接，所述第五气体混合物经过所述第二加热器的第一出口52进入所述淋洗塔的第一进料口33；所述氨气气氛可以进入所述第四固体混合物或第五固体混合物的内部，这是本步骤利用氨气作为气氛的目的，除去其中内部的氯元素，避免了现有技术中液氨洗涤除去氯元素的方法，极大简化了氮化硅的生产流程。第一加热器的第一出口42、第二加热器的第一出口52均与淋洗塔的第一进料口33连接，可以同时回收第四气体混合物和第五气体混合物中的氨气，降低处理成本。

第三加热器6，与所述第二加热器的第二出口53连接，所述第二加热器5内的所述第五固体混合物进入所述第三加热器6内，在非氧化性气氛下，加热所述第五固体混合物，得到所述第二固体物质和所述第二气体混合物，所述无定形的氮化硅经过加热生成高α相含量的氮化硅。

优选的是，所述第一加热器4内，所述加热所述第一固体混合物反应的温度为500～600℃，加热时间为1～2小时；

所述第二加热器5内，所述加热所述第四固体混合物的温度 为650～1200℃，加热时间为2～8小时；

所述第三加热器6内，所述加热所述第五固体混合物的温度为1250～1700℃，加热时间为2～8小时。

优选的是，所述第三加热器6内，所述加热所述第五固体混合物的温度为1350～1600℃，温度过低，则相转变时间长，温度过高，则容易提升氮化硅中β相的含量。

优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

第二反应器7，包括第二反应器的入口71和第二反应器的出口72，所述第二反应器的入口71与所述淋洗塔的塔顶32连接，所述第三气体物质由所述淋洗塔的塔顶32进入所述第二反应器7，所述第二反应器7用于通入硅粉与所述第三气体物质加热反应得到第三氯硅烷，所述第二反应器的出口72与所述第一反应器1的入口连接，所述第三氯硅烷进入所述第一反应器1内。则所述第三氯硅烷与所述第一氯硅烷混合，重复所述第一反应器1内的反应，重新用于氮化硅的生产。

优选的是，所述第二反应器7用于通入硅粉与所述第三气体物质加热反应得到第三氯硅烷的反应温度为300～500℃，更优选的是，325～400℃，通过控制反应的温度，可以调节生成的第三氯硅烷产物中各组分如四氯化硅、三氯氢硅的含量。

第二反应器7内的产物第三氯硅烷也是多晶硅生产的原料，因此该产物可以并入到多晶硅生产系统中，实现氮化硅和多晶硅的联产，进一步降低成本。

优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

精馏装置8，包括精馏装置的入口81和精馏装置的出口82，所述精馏装置的入口81与所述第二反应器的出口72连接，所述精馏装置的出口82与所述第一反应器的入口13连接，所述精馏装置8用于对所述第三氯硅烷进行精馏提纯。

优选的是，所述第二反应器的出口72还与淋洗塔的第二进料口34连接，所述第三氯硅烷进入所述淋洗塔3内用于淋洗。则所述第三氯硅烷与所述第二氯硅烷混合，重复所述淋洗塔3内的淋 洗。

如图3所示，优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

过滤器9，包括过滤器的入口91、过滤器的第一出口92、过滤器的第二出口93，所述过滤器的入口91与第一反应器1连接，所述第一反应器1内的第一气体混合物以及部分第一固体混合物进入所述过滤器9，所述过滤器9用于气固过滤分离得到分离开的部分所述第一固体混合物和所述第一气体混合物，所述过滤器的第一出口92与所述加热装置2连接，部分所述第一固体混合物通过所述过滤器的第一出口92进入所述加热装置2，所述过滤器的第二出口93与所述第一反应器1连接，所述第一气体混合物通过所述过滤器的第二出口93进入所述第一反应器1。第一反应器1内生成的所述第一固体混合物沉降在第一反应器1的底部，部分被未反应的氨气带出到过滤器9。第一反应器1的底部的第一固体混合物可以连续排出，也可以间歇式的排出。

优选的是，所述的生产氮化硅的系统还包括：

冷却器10，包括冷却器的入口101、冷却器的第一出口102、冷却器的第二出口103，所述冷却器的入口101与所述过滤器的第二出口93连接，所述第一气体混合物通过所述过滤器的第二出口93进入所述冷却器10，所述冷却器10用于冷却分离得到液氨和载气；所述冷却器10内的温度为-35～-50℃。

载气储罐11，包括载气储罐的入口111和载气储罐的出口112，所述载气储罐的入口111与所述冷却器的第一出口102连接，所述冷却器10内的载气通过所述冷却器的第一出口102进入到所述载气储罐的入口111，所述载气储罐的出口112与所述第一反应器1连接；载气储罐11内的载气重新用于第一反应器1内的载气。

液氨储罐12，包括液氨储罐的入口121和液氨储罐的出口122，所述液氨储罐的入口121与所述冷却器的第二出口103连接，所述冷却器10内的液氨通过所述冷却器的第二出口103进入到所述液氨储罐的入口121，所述液氨储罐的出口122与所述第一反应器1连接。当然，液氨储罐12内的液氨也可以用作加热装置2内 的保护气氛。

优选的是，所述第二氯硅烷为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种或几种。

优选的是，所述第三氯硅烷为四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅中的一种或几种。

本实施例的生产氮化硅的系统可以实现中间体第一含氮硅烷化合物的连续化生产，整个氮化硅的生产为闭环工艺，副产物和未反应的反应物得到了回收利用，需要补充的原料为仅为硅粉和氨气，可大幅降低氮化硅的生产成本。

实施例3

本实施例提供一种使用实施例2中的生产氮化硅的系统制备氮化硅的方法，包括以下步骤：

(1)在容积为4L的反应器中先充满0.1MPa的氨气。控制氨气流速为320mL/min，向反应器内加入40mL/min的四氯化硅气体。通过背压阀控制反应器内的压力恒定在0.1MPa，通过温度调节器控制内部温度为100℃。在较低的通入气速下，生成的硅二亚胺基本都沉降在反应器的底部。反应1h后，在反应器的底部得到重量为28.3g的疏松硅二亚胺和氯化铵混合粉末。

(2)将得到的硅二亚胺固体粉末置于管式炉中进行热处理1h，热处理温度为550℃，保护气氛为氨气，以除去硅二亚胺表面的氯化铵。热处理后，得到粗硅二亚胺固体粉末6.1g，其中的Cl含量为200ppm。

(3)将粗硅二亚胺粉末进行简单的研磨后，放入管式炉中进行高温热解处理。热处理时，从650℃开始升温，经1h升温至1100℃后再保温4h，整个过程以氨气作为保护气氛。热解处理后，得到无定形的氮化硅粉末。经检测，氮化硅中的氯含量降至45ppm。

(4)最后将无定形的氮化硅粉末进行高温相转变处理，在1400℃的温度下保温4h，得到氮化硅产品，研磨后，氮化硅产品 中的α相氮化硅含量为96.5wt％，金属杂质含量<30ppm，氯含量为45ppm，氧含量为0.8wt％。

实施例4

本实施例提供一种使用实施例2中的生产氮化硅的系统制备氮化硅的方法，包括以下步骤：

(1)采用实施例1中的反应器，控制氨气流速为1L/min，向反应器内加入300mL/min的氮气和三氯氢硅的混合气体，其中氮气和四氯化硅的摩尔比为2:1。通过背压阀控制反应器内的压力恒定在0.5MPa，通过温度调节器控制内部温度为50℃。反应1h后，共从反应器底部和反应器出口出的微孔过滤器得到69.0g的疏松硅二亚胺和氯化铵混合粉末。

(2)将得到的硅二亚胺固体粉末置于管式炉中进行热处理2h，热处理温度为500℃，保护气氛为氨气，以除去硅二亚胺表面的氯化铵。热处理后，得到粗硅二亚胺固体粉末14.7g，其中的Cl含量为240ppm。

(3)将粗硅二亚胺粉末进行简单的研磨后，放入管式炉中进行高温热解处理。热处理时，从650℃开始升温，经1h升温至1200℃后再保温4h，整个过程以氨气作为保护气氛。热解处理后，得到无定形的氮化硅粉末。经检测，氮化硅中的氯含量降至50ppm。

(4)最后将无定形的氮化硅粉末进行高温相转变处理，在1650℃的温度下保温3h，得到高纯的氮化硅产品，研磨后，氮化硅产品中的α相氮化硅含量为97.3wt％，金属杂质含量<30ppm，氯含量为50ppm，氧含量为0.9wt％。

实施例5

本实施例提供一种使用实施例2中的生产氮化硅的系统制备氮化硅的方法，包括以下步骤：

(1)同实施例1的反应器。控制氨气流速为3L/min，向反应 器内加入1.2L/min的氮气和四氯化硅、三氯氢硅、二氯二氢硅的混合气体，其中氮气和四氯化硅、三氯氢硅的摩尔比为6:1:1:0.5。通过背压阀控制反应器内的压力恒定在1.0MPa，通过温度调节器控制内部温度为60℃。反应1h后，共从反应器底部和反应器出口出的微孔过滤器得到206.8g的疏松硅二亚胺和氯化铵混合粉末。

(2)将得到的硅二亚胺固体粉末置于管式炉中进行热处理1h，热处理温度为600℃，保护气氛为氨气，以除去硅二亚胺表面的氯化铵。热处理后，得到粗硅二亚胺固体粉末43.2g，其中的Cl含量为350ppm。

(3)将粗硅二亚胺粉末进行简单的研磨后，放入管式炉中进行高温热解处理。热处理时，从650℃开始升温，经1h升温至1000℃后再保温8h，整个过程以氨气作为保护气氛。热解处理后，得到无定形的氮化硅粉末。经检测，氮化硅中的氯含量降至63ppm。

(4)最后将无定形的氮化硅粉末进行高温相转变处理，在1300℃的温度下保温8h，得到高纯的氮化硅产品，研磨后，其α相含量为95.4wt％，金属杂质含量<30ppm，氯含量为63ppm，氧含量为0.6wt％。

收集硅二亚胺热处理时的尾气，并保持尾气的温度在550℃。然后在尾气中喷入尾气体积比2倍的四氯化硅和三氯氢硅混合物，其中四氯化硅和三氯氢硅的摩尔比为1:1，使尾气中的氨气完全与氯硅烷反应生成硅二亚胺。用气相色谱检测，反应后的气体中仅含有HCl，氨气含量未检出。对得到的硅二亚胺采用本施例中同样的热处理步骤，最后得到氮化硅产品，研磨后，其α相含量为92.7wt％，金属杂质含量<35ppm，氯含量为140ppm，氧含量为0.6wt％。

收集氯硅烷淋洗后的HCl尾气，在流化床反应器中和硅粉发生反应生成氯硅烷，控制反应器的温度为350℃，反应后，生成的氯硅烷中四氯化硅占14.4wt％，三氯氢硅占85.0wt％，，二氯二氢硅占0.6wt％。

收集氯硅烷淋洗后的HCl尾气，在流化床反应器中和硅粉发生反应生成氯硅烷，控制反应器的温度为450℃，反应后，生成的氯硅烷中四氯化硅占57.6wt％，三氯氢硅占41.4wt％，二氯二氢硅占1.0wt％。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。