水电解制氢工艺课件
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2009年一季度职工培训课程 水电解制氢生产工艺
主要内容
• 氢气的性质与用途 • 水电解制氢装置介绍 • 氢气纯化装置介绍
第一章 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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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） 水电解制氢
第二章 水电解制氢装置
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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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 ℃ ）
• 于是，水溶液中就产生了大量的K+和OH-。
第二章 水电解制氢装置
• （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
第一章 氢气的性质和用途
• 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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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。
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。
• 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：
• 电解槽
百度文库 第二章 水电解制氢装置
• 水电解槽是整套水电解制氢设备的核心，是发生 电化学反应的地方，在电解小室的阴、阳电极上 分别制得产品氢气和氧气。我们选用的电解槽为 并联双极性压滤型结构，若干根拉紧螺杆把二百 多个电解小室压紧在两个厚实的端压板之间。所 有的外连管道全部从两端压板上引出，上部为产 品气和碱液混合液的引出管，下部为循环碱液的 引入管和排污管。端压板采用平板结构。直流电 的引入方式为中间极板接正极，两端极板接负极。
第二章 水电解制氢装置
•电解槽的内部结构
• 电解槽的每个小室由阳极板、阳副极网、隔膜、 垫片、阴副极网、阴极板组成。在电解槽中，每 块极板既是阳极又是阴极，中间极板为阳极，左 右端极板为阴极，极板面向中间极板的一侧为阴 极，另一侧为阳极。在阴极上产生氢气，在阳极 上产生氧气。在槽体上除中间极板、左端极板、 右端极板外，按极板处的位置不同又分为左极板 和右极板，它们的区别在于出气孔的位置不同。
第二章 水电解制氢装置
• （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 ：
• 阴 极：2H2O+2e —— H2↑ +2OH • 阳 极： 2OH—2e —— H2O+1/2O2↑ • 总反应式：2H2O——2 H2↑+ O2↑
第二章 水电解制氢装置
• 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：
第二章 水电解制氢装置
•第二节 水电解制氢装置的组成
• 本装置由电解槽、气液处理器、整流装置、控制柜(计算机 管理系统)、加水泵、碱箱、水箱等几大部分组成。
第二章 水电解制氢装置
第二章 水电解制氢装置
主要内容
• 氢气的性质与用途 • 水电解制氢装置介绍 • 氢气纯化装置介绍
第一章 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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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） 水电解制氢
第二章 水电解制氢装置
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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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 ℃ ）
• 于是，水溶液中就产生了大量的K+和OH-。
第二章 水电解制氢装置
• （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
第一章 氢气的性质和用途
• 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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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。
第一章 氢气的性质和用途
• 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。
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。
• 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：
• 电解槽
百度文库 第二章 水电解制氢装置
• 水电解槽是整套水电解制氢设备的核心，是发生 电化学反应的地方，在电解小室的阴、阳电极上 分别制得产品氢气和氧气。我们选用的电解槽为 并联双极性压滤型结构，若干根拉紧螺杆把二百 多个电解小室压紧在两个厚实的端压板之间。所 有的外连管道全部从两端压板上引出，上部为产 品气和碱液混合液的引出管，下部为循环碱液的 引入管和排污管。端压板采用平板结构。直流电 的引入方式为中间极板接正极，两端极板接负极。
第二章 水电解制氢装置
•电解槽的内部结构
• 电解槽的每个小室由阳极板、阳副极网、隔膜、 垫片、阴副极网、阴极板组成。在电解槽中，每 块极板既是阳极又是阴极，中间极板为阳极，左 右端极板为阴极，极板面向中间极板的一侧为阴 极，另一侧为阳极。在阴极上产生氢气，在阳极 上产生氧气。在槽体上除中间极板、左端极板、 右端极板外，按极板处的位置不同又分为左极板 和右极板，它们的区别在于出气孔的位置不同。
第二章 水电解制氢装置
• （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 ：
• 阴 极：2H2O+2e —— H2↑ +2OH • 阳 极： 2OH—2e —— H2O+1/2O2↑ • 总反应式：2H2O——2 H2↑+ O2↑
第二章 水电解制氢装置
• 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：
第二章 水电解制氢装置
•第二节 水电解制氢装置的组成
• 本装置由电解槽、气液处理器、整流装置、控制柜(计算机 管理系统)、加水泵、碱箱、水箱等几大部分组成。
第二章 水电解制氢装置
第二章 水电解制氢装置