水电解制氢工艺课件

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4e 4H 2O 2H 2 4OH
• （1）阴极反应。电解液中的H+（水电离后产生的）受阴 极的吸引而移向阴极，接受电子而析出氢气，其放电反应 为：
4e 4 H 2 O 2 H 2 4OH
•
（2）阳极反应。电解液中的OH-受阳极的吸引而移向阳 极，最后放出电子而成为水和氧气，其放电反应为：
附属设备框架 （气液处 250Nm3/h 理器） 纯化干燥装置 原料水箱 碱液箱 补水泵 分离器（氢氧） QCZ-1000-01-03 SX4.0-00 4M3 JX2.0-00 4M3 XBS-1200/4.0 DQ250
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表1－1 一条生产线制氢设备清单
8 9 10 11 12 13 14 15 控制柜 配电柜 整流柜 变压器 纯化控制柜 氢气缓冲罐 氢气缓冲罐 安装材料及其它附件 2M3/1.55MPa 20M3/1.55MPa GGD GGD KGHS ZHSK-2000/10 台/套 台/套 台/套 台/套 台 台/套 台/ 台/套 3 1 4 4 1 1 1 4 苏州竞立 苏州竞立 苏州竞立 苏州/成都 苏州竞立 吴江华夏/ 无锡瑞普 吴江华夏/ 无锡瑞普 苏州竞立
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• 氢气还是一种强还原剂，可同许多物质进行不同 程度的化学反应，生成各种类型的氢化物。氢气 是一种易燃、易爆的气体。在空气中的爆炸极限： 上限75· 5％，下限4％：在纯氧中的爆炸极限：上 限94％，下限4％。氢气的着火性能随着温度和 压力的不同而变化。通常压力增加，温度上升， 可燃气体混合物的着火下限降低，上限提高，着 火范围变宽。压力、温度下降则相反。氢气的燃 烧过程由于密闭、引燃的状况和气体组合等条件 的不同，可以成为爆炸和爆轰两种燃烧反应中的 任何一种。
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• 氢气在多晶硅生产中的应用
• • • • H2 ＋ Cl2 ＝2HCl ＋ Q（燃烧） Si＋3HCl＝ H2 ＋ SiHCl3 ＋ Q (280-330℃) SiHCl3＋2H2＝Si＋3HCl↑ (1050-1100℃) SiCl4＋2H2＝SiHCl3 ＋ 3HCl↑（1200 ℃ ）
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二、制氢系统设备概况
• 制氢装置和纯化系统为氯化氢合成、三氯氢硅合 成、还原炉、氢化炉系统所需的氢气，其纯度和 湿度应满足各用氢系统的要求。 • 一套完备的制氢工艺装置应该由电解槽、气液处 理器、整流装置、控制柜(计算机管理系统)、加 水泵、碱箱、水箱、附属设备框架，除盐水闭式 冷却装置以及系统内的电气及控制设备、管道、 阀门和仪表等几大部分组成。 • 表1－1给出了一条生产线（制氢4套+纯化1套） 设备清单。
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• （2）金属离子在水溶液中的活泼性不同，可按活泼性大 小顺序排列如下： • K＞Na＞Mg＞Al＞Mn＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞H＞Cu ＞Hg＞Ag＞Au • 在上面的排列中，前面的金属比后面的活泼。 • （3）在金属活泼性顺序中，越活泼的金属越容易失去电 子，否则反之。从电化学理论上看，容易得到电子的金属 离子的电极电位高，而排在活泼性大小顺序前的金属离子， 由于其电极电位低而难以得到电子变成原子。H+的电极 电位=-1.71V，而K+的电极电位=-2.66V，所以，在水溶 液中同时存在H+和K+时，H+将在阴极上首先得到电子而 变成氢气，而K+则仍将留在溶液中。
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表1－1 一条生产线制氢设备清单
序 号 1 2 3 4 5 6 7 设备名称 电解槽 型号或协议 DQ250Nm3/h 单位 台/套 台/套 台/套 台/套 套 台 台/套 数量 4 4 1 2 1 8 8 产地 苏州竞立 苏州竞立 苏州竞立 苏州竞立 苏州竞立 苏州竞立 苏州竞立
泄漏应急处理
禁忌物 灭火方法
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储运注意事项 储 运
易燃压缩气体。 储存于阴凉、 通风仓间内。 仓内温度不宜超过 30℃。 远离火种、热源。防止阳光直射．应与氧气、压缩空气、卤素(氟、氯、 溴)、氧化剂等分开存放。切忌混储混运。储存间内的照明、通风等设施 应采用防爆型，开关设在仓外。配备相应品种和数量的消防器材。禁止 使用易产生火花的机械设备和工具。 验收时要注意品名， 注意验瓶日期， 先进仓的先发用。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。 包装分类 1 包装标志 4 包装方法 钢质气瓶。
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• （4）水是一种弱电解质，难以电离。而当水中溶有KOH 时，在电离的K+周围则围绕着极性的水分子而成为水合钾 离子，而且因K+的作用使水分子有了极性方向。在直流电 作用下，K+带着有极性方向的水分子一同迁向阴极，这时 H+就会首先得到电子而成为氢气。其化学反应式如下 ：
包装信息
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• 2：氢气的用途
• 氢气广泛应用于化学、冶金、电子、电力等工业 部门。．在化学化工方面，氢是合成氨、氯化氢、 有机合成的氢化反应和油脂硬化等的原料。在尼 龙、塑料、农药的生产中也都离不开氢，需要加 入一定纯度的氢气，生产相应的产品。在冶金工 业中，氢气的使用颇为广泛。在有色金属-钨、钼、 钛等的生产和加工中，使用高纯度的氢气作为还 原气。
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• 工业制氢的常用方法： 氨分解制氢
2NH3＝3H2+N2-Q（650 ℃ 催化剂作用）
甲醇分解制氢
CH3OH+H2O＝CO2+H2-Q（240 ℃ 催化剂作用） 电解氯化钠制氢 2NaCl+H2O＝Cl2+H2+2NaOH(电解) 电解水制氢 2H2O＝O2+2H2(电解)
4OH 2 H 2 O O2 4e
• • • • 阴阳集合起来的总反应式为：
2 H 2 O 2 H 2 O2
所以，在以KOH为电解质的电解过程中，实际上是水被 电解，产生氢气和氧气，而KOH只起运载电荷的作用。 内蒙古鄂尔多斯多晶硅业有限公司
电解
• 在直流电作用于氢氧化钾水溶液时，在阴极和阳 极上分别发生下列放电反应，见图：
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水电解制氢生产工艺
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第一节 概述
一、氢气的性质和用途
• 1：氢气的性质 • 通常状况下，氢气是无色、无味的气体。氢气 的分子量为2.0158，是最轻的气体。标准状况 下，氢气的密度为0.0899g/L，是所有气体中密 度最小的， 所有要比空气轻得多。 在压强为1.01325×10^5Pa时，无色液态氢的 沸点为－252.80℃(20.2K)，雪状固态氢的熔点 为－259.14℃(13.86K)。它粘度最小，导热系 数最高，化学性质活泼、渗透性和扩散性强， 因而在氢气的生产、贮送和使用过程中都易造 成泄漏。
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2、制氢量衡算 从法拉第定律可知， 26.8A· 电荷量能产生 0.5mol 的氢气， h 在标准状态下， 0.5mol
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氢气危险特性表
标 识 中文名：氢；氢气 英文名：hydrogen 危规号：21001 外观与性状 理 化 性 质 熔点/℃ 沸点/℃ 相对密度（水=1） 饱和蒸汽压/kPa 最小点火能/mJ 溶解性 分子式：H2 UN 编号：1049 IMDG 规则页码： 无色无臭气体。 -259.2 -252.8 0.07(-252℃) 13.33(-257.9℃) 0.019 相对密度（空气=1） 0.07 临界温度/℃ 临界压力/MPa 燃烧热/kJ.mol-1 最大爆炸压力/MPa -240 1.30 241.0 0.720 分子量：2.01 危险性类别：第 2.1 类 易燃气体 CAS 号：133—74—0
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• 在一些磁性材料、磁性合金的生产中，需要高纯 度氢气作保护气，以提高其磁性和稳定性；在硅 钢片的生产中，需要高纯度的氢气作保护气；在 硬质合金、粉末冶金材料的生产中，也需要高纯 度氢气作保护气：在一些薄板、带钢的轧制中常 常使用氮气-氢气混合气作为保护气。在电子工业 中，也十分广泛地使用高纯度氢气，主要用于电 子材料、半导体材料和器件、集成电路以及真空 器件的生产。
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第二节 电解水制氢的原理
第一节 水电解制氢装置的工作原理
• 所谓电解就是借助直流电的作用，将溶解在水中的电解质分解成新 物质的过程。 • 1、电解水原理 • 在一些电解质水溶液中通入直流电时，分解出的物质与原来的电解 质完全没有关系，被分解的是作为溶剂的水，原来的电解质仍然留 在水中。例如硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等均属于这类电解质。 • 在电解水时，由于纯水的电离度很小，导电能力低，属于典型的弱 电解质，所以需要加入前述电解质，以增加溶液的导电能力，使水 能够顺利地电解成为氢气和氧气。 • 氢氧化钾等电解质不会被电解，现以氢氧化钾为例说明： • （1）氢氧化钾是强电解质，溶于水后即发生如下电离过程： • 于是，水溶液中就产生了大量的K+和OH-。
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设备要求：
• 1. 整套设备为组装单元式，单元范围包括所有设 备、阀门、管件、支吊架。同时应提供各单元间 的连接管道。 • 2. 电解槽连续、间断均可运行。槽体为碳钢镀镍 材质，压缩空气贮罐，氢气贮罐为合金钢，其余 设备均为不锈钢材质。 • 3. 所有管路阀门均为不锈钢材质，气管路及碱液 管路的阀门和其它参与程控的阀门均采用进口产 品。 • 4. 所有设备在额定条件下应能保证安全运行,电 解槽大修周期不少于10年。
不溶于水，不溶于乙醇、乙醚。
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