摘要：氢气是多晶硅生产中的主要原料之一，水电解制氢设备是多晶硅生产中不可或缺少的关键设备。本文介绍水电解制氢装置的工作原理及多晶硅行业中采取的氢气纯化系统基本工艺流程。对水电解制氢设备相关性能参数及使用特点在多晶硅行业中的优势体现做了简要的的评述和分析。 关键词：氢气 多晶硅 水电解制氢设备
引言
多晶硅是生产太阳能电池片的主要原材料之一，是光伏产业中的最关键一环，由卓广泛的生产发展前景。目前国内生产多晶硅的企业大多采用改良西门子法工艺，通过三氯氢硅在还原炉高温下发生氢还原反应，沉积生成多晶硅，为了保证多晶硅产品的纯度，氢气的纯度，露点等关键参数必须达到较高的水平，另外制氢设备搜需要的电耗也是决定多晶硅产品成本的主要部分之一。
水电解制氢是众多制氢方式中的一种，由于气体纯度高，无污染杂质少产气量大等优点，
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从而在多晶硅行业中占有了主导地位，我公司已成为国内20多家多晶硅生产企业水电解制氢装备和氢气纯化装置。目前国内的多晶硅企业大多采用水电解制氢这边，充分体现了水电解制氢在多晶硅行业中的适应性和重要性。
防盗手机套1.水电解制氢工作原理级氢气纯化工艺流程
1.1工作原理
水电解制氢的原理是由浸没在电解液中的一对电极，中间隔以防止气体渗透的隔膜而构成的水电解池，当通以一定的直流电时，水发生分解反应，在阴极析出氢气，阳极析出氧气。其反应式如下：
饮用水净化器阴极反应：2H2O＋2e→2H2↑＋2OH-
阳极反应：2OH-－2e→H2O＋1/2O2↑
总反应： 2H2O=2H2↑＋O2↑
一般采用质量分数30%的KOH或NaOH的碱性水溶液为电解质提高导电率，并在以镍合金蒸压砖设备
的电极材料不易腐蚀，延长电解槽的使用寿命。
1.2氢气纯化基本工艺流程
虽然水电解制氢装置的氢气纯化达到99.9%以上，但对于需要氢气纯度指标达到99.999%及-70度露点的多晶硅行业还远远不能满足其工艺要求，必须对水电解制氢进一步脱氧纯化和分子筛吸附干燥后才能送到个车间使用。本公司采用的是性价比高的氢气零排放三塔吸附氢气差工艺，如下图：
干燥部分按常温吸附法去除氢气中的水份，用电加热方法根据分子筛再生的原理实现系统内氢气干燥的目的。干燥系统主要脱氧器，冷却器，汽水分离器，氢气干燥塔A、B、C，过滤器、积液罐，阀门，管路，管件，一次仪表，框架等组成，纯化控制柜是控制部分的核心，可实现自动调节、显示、报警、联锁等功能。干燥器内装有吸附容量大、耐温性好的干燥剂。三台干燥器交替工作、再生、吸附，以实现整套装置工作的连续性。实现了再生气零排放，是目前运用较好的氢气纯化工艺流程。
2.水电解制氢设备在多晶硅行业中的优势体现
2.1多种水电解制氢设备可适应不同规模的多晶硅生产线行业蜂鸣器驱动电路
多晶硅生产工艺是个梁旭的流程，对氢气的供应稳定性和可靠性要求非常高，并且在补充氢气时的用量较大，因此，经济选择制氢设备非常重要。
总结下来，年产300吨左右的多晶硅生产需要配置两套100m3/h制氢设备，年产300吨左右的多晶硅生产需要配置两套250m3/h制氢设备，年产500吨左右的多晶硅生产需要配置四套250m3/h制氢设备，年产1500吨左右生产需要配置四套250m3/h制氢设备，更大规模的多晶硅生产线采用单台产氢量350m3/h或500m3/h多套设备。这样及稳定有可靠由此来看，不同规模的多晶硅生产线都能配置到较为合适的制氢设备。
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2.2水电解制氢的纯度和露点较好
由水电解制氢原理知道，氢气是由水分子点解析出，所以除了微量氧外几乎没有产生其它任何杂质，是个典型的无污染工艺，这是其它制氢方法无法比拟的。水电解制氢设备的氢气经过三塔吸附工艺流程后，99.999%及低于-70度露点，这样的参数足以达到多晶硅生产
的要求。
2.3可以选择符合多晶硅行业特点的经济运行方式
降低电单耗一直是水电解制氢的研究课题和追求目标，多年来研究和实践时就证明改进电极材料，改善整流电源装置等方法，固然能降低电单耗，但合理的设备运行方式也同样能在满足生产的前提下降低能耗。我公司实践采用的经济运行方法如下：
（1）采用较大储量的储氢罐
多晶硅工艺中采用干法回收站装置，故请求只是在需要的时候补入系统即可，在设计制氢站是根据多晶硅产量设计储气罐是适当增大出气能力就很有必要。这种考虑有两点优势:一可以储存较大量氢气，保证生产安全，又能利用低谷电。二是对于氢气回收系统，可利用压力差来回收利用，实践证明，300吨多晶硅一天可回收200-300m³的氢气年节约用电45万度电。可见节能效果非常明显。
（2）在电解液中加入添加剂
定期在电解液中加入五氧化二钒，使电极表面的杂质氧化，增加电机的表面活性，从而降低电极间电压。达到节能的目的，以此，加入五氧化二钒还可以减轻有害杂质对电解槽的腐蚀，改善气体纯度。
（3）充分利用峰 ， 平 ， 谷电价
采用电网低谷时段开车的方法，对用气量和产气量做好计算，尽量避开峰时用电。300吨多晶硅一般需要一台氢气产量250m3/h的制氢设备，在谷值时可以满负荷运行把储罐压力升到最高，峰值时把负荷降到最低，用储气罐的氢气，达到峰谷运行。按照储气罐一共600m³，峰谷运行一周可以节约2万人民币，一年就是10万。可见峰谷运行对降低成本有可观效果。
2.4自动控制系统和安全性
我公司水电解制氢设备采用西门子公司的高品质PLC系统作为控制核心，并用上位机监控软件实现实时数据监控和历史报警，报表打印等功能，根据工艺设置了相关的连锁，实现一件开机，故障自动报警停机的自动化控制，安全性得到保障。
4.结论
综上所述.纯化系统在水电解制氢中由卓不可替代的地位，岁着光伏产业的不断扩大的市场前景，同时为了适应半导体用多晶硅生产的高纯度要求，研究和完善水电解制氢纯化系统设备进一步降低生产氢气的电耗，进一步提高氢气纯度是今后发展的趋势。
参考文献
1.电子工业部第十设计院编著。氢气生产与纯化。哈尔滨：黑龙江科学出版社，1983
2.王镰舫编著。水电解制氢。长沙：湖南工艺气体专委会，1966
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