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制備氫氣的方法可分為實(shí)驗(yàn)室制氫法和工業(yè)制氫法兩類。 （１）實(shí)驗(yàn)室制氫法 ① 電位序在氫以前的金屬 （如鋅或鐵）與不具氧化性的酸 （如鹽酸）作用，可制得氫氣。 ② 金屬 （如鋅、硅、鐵）與堿 （氫氧化鈉）作用，可得氫氣。 ③ 氫化鈣與水發(fā)生反應(yīng)。氫化鈣是固體，攜帶方便，與水作用，能很快產(chǎn)生氫氣，此法 在野外作業(yè)中有較大的實(shí)用價(jià)值。 （２）工業(yè)制氫法。常用的工業(yè)制法有水煤氣法、烴水蒸氣催化重整法和電解水制氫法等 多種。 ① 電解水制氫法。電解水制氫法是以水為原料，將水電解而生產(chǎn)氫氣。地球上水的資源 十分豐富，而水又是可以再生的，使之不盡用之不完的資源。僅由這一點(diǎn)看，電解水制氫法的 優(yōu)勢(shì)就已經(jīng)非常明顯。采用該方法制得的氫氣純度高，其純度可達(dá)９９．９％，而且在生產(chǎn)氫氣 的同時(shí)還可以獲得氧氣，每制取１ｍ３ 氫氣，同時(shí)可獲得０．５１ｍ３ 氧氣。這樣一來，該方法的優(yōu) 勢(shì)就更加突出，因此，電解水制氫法是目前最為廣泛使用的制氫的技術(shù)。制備多晶硅，特別是 電子級(jí)的多晶硅通常就使用該法來制取氫氣。 電解水制氫法是將氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液放進(jìn)專用的電解槽 （圖５５）中，同時(shí)給電 解槽的兩個(gè)電極 （陰極和陽極）分別通上直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成氫 氣和氧氣，氫聚積在陰極，氧聚積在陽極，這個(gè)過程就是電解水。 電解水化學(xué)反應(yīng)式如下： 陰極２Ｈ２Ｏ ＋２ｅ→ Ｈ２↑ ＋２ＯＨ 陽極 ２ＯＨ －２ｅ→ Ｈ２Ｏ ＋ １ ２Ｏ２↑ 總反應(yīng)式２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２↑ ＋ Ｏ２↑ （５４） 其工藝流程如圖５６所示。 根據(jù)庫(kù)侖定律，氣體產(chǎn)量與電流成正比，與其他因素?zé)o關(guān)。氫氧化鉀的作用在于增加水的電解水制氫法工藝流程 １—電解槽；２—輔助設(shè)備；３—直流電源；４—堿液罐；５—原料水箱；６—氧氣凈化裝置； ７—氧氣儲(chǔ)罐；８—?dú)錃鈨艋b置；９—?dú)錃鈨?chǔ)罐；１０—補(bǔ)水泵 電導(dǎo)，本身不參加電解反應(yīng)，理論上是不消耗的。電解液中加入五氧化二釩的作用是在于降低 電解電壓。單位氣體產(chǎn)量的電耗，取決于電解電壓，電解槽的工作溫度越高，電解電壓越低， 同時(shí)也增加了對(duì)電解槽材料，主要是隔膜材料的腐蝕。石棉在堿液中長(zhǎng)期使用溫度不能超過 １００℃，因此操作溫度選擇在８０～８５℃為宜。電解壓力的選擇主要根據(jù)用氫的需要。氣體純度 決定于制氫機(jī)結(jié)構(gòu)和操作情況。在設(shè)備完好 （主要是電解槽隔膜無損壞）、操作壓力正常 （主 要是壓差控制正常）的條件下，純度是穩(wěn)定的。 ② 甲醇裂解制氫法。甲醇和水在一定溫度、壓力下進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)換生成的 Ｈ２、ＣＯ２ 混合氣 體，再經(jīng)過變壓吸附氣體分離設(shè)備，將 Ｈ２ 和ＣＯ２ 分離而得純氫氣。 甲醇裂解制氫法的甲醇消耗為０．５５５５～０．５８ｋｇ／ｍ３Ｈ２；氫氣收率為８８％～９２％ （采用先 進(jìn)的專用吸附劑和工藝）。 該法的產(chǎn)品除了氫氣之外，還有副產(chǎn)品ＣＯ２。ＣＯ２ 用于食品添加劑、煙絲膨化劑、焊接 保護(hù)氣，也可以用于多晶硅氫還原的尾氣冷凍劑。 該法制得的氫氣壓力為０．５～２．２ＭＰａ，其純度也很高，在９９．５％～９９．９９９％之間。其工 藝流程： ③ 氨分解制氫法。氨分解制氫裝置是以液氨為原料，在一定壓力中，在催化劑的作用下， 經(jīng)汽化后氨分解為７５％的氫氣和２５％的氮?dú)獾幕旌蠚猓瑲怏w經(jīng)熱交換器和冷卻器處理后，進(jìn) 行提純處理或直接使用。該方法制得的氫氣殘氨含量≤２×１０－６；露點(diǎn)－６０℃。其工藝流程。 由于氨分解制氫法所得到的氫氣含有氮?dú)猓约兌炔桓?。雖說氮?dú)馐嵌栊詺怏w，不會(huì)參 加三氯氫硅或四氯化硅的還原反應(yīng)，但它的存在會(huì)占據(jù)還原爐內(nèi)一定的空間，會(huì)妨礙反應(yīng)氣體甲醇裂解制氫法工藝流程 １—導(dǎo)熱油加熱爐；２—汽化過熱器；３—轉(zhuǎn)化反應(yīng)器；４—冷卻、吸收器；５—變壓吸附器氨分解制氫法工藝流程 １—液氨罐；２—汽化器；３—分解爐；４—干燥器；５—過濾器 與硅棒更好地接觸，從而影響多晶硅的沉積。因此，一般的多晶硅生產(chǎn)是不采用氨分解制氫法 制取氫氣的。 ④ 水煤氣法。在１０００℃以上，使水蒸氣通過灼熱的煤，得氫氣和一氧化碳的混合氣，稱 為水煤氣。用三氧化二鐵作為催化劑，水煤氣與水蒸氣作用，一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳后可用 水吸收除去。 ⑤ 烴水蒸氣催化重整法。揮發(fā)性烴類與水蒸氣在７００～１０００℃通過鎳催化劑，生成氫氣 和一氧化碳；一氧化碳去除同水煤氣法。 除上述的幾種之外，還有太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫和利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制氫等。 制備氫氣的方法雖多，但工業(yè)上，特別是多晶硅的生產(chǎn)中，還是以電解水制氫法最為 常見。 聯(lián)系我時(shí)，請(qǐng)說是在大熱匯看到的。 |
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