氢气系统设备工艺初步总结.doc

氢气系统设备工艺初步总结一、 氢气在我公司生产中的作用 在非晶硅太阳电池的制造中，氢气起着至关重要的作用，氢气作为沉积输入气体直接参与了等离子体增强沉积成膜的过程，正是H对悬键的亲和才使非晶硅太阳电池真正实现了商业化，可以说氢气直接决定着非晶硅电池生产的成败。二、 氢气系统的产量质量设计参数 非晶硅生产所需要的氢气供应，分为瓶供和自制，考虑到我公司的产能要求和成本因素，我们选择了自制。下表是制氢系统的产量质量设计参数。序号项目单位指标1氢气产量NM3/H122氢气纯度%99.999含O2PPM0.5含H2OPPM3含N2PPM3含COPPM0.5含CO2PPM0.5CH4/THCPPM1 3输出压力MPa装置出口3.2，界面出口减压至0.8。三、 制氢系统的工艺流程制氢采用的原材料是一级RO纯水和碱液，纯水经管道送入原料水箱，经补水泵输入碱液系统，补充被电解消耗的水。电解槽中的水，在直流电的作用下被分解成H2与O2，并与循环电解液一起分别进入框架中的氢、氧分离洗涤器后进行气液分离、洗涤、冷却。分离后的电解液与补充的纯水混合后，经碱液冷却器、碱液循环泵、过滤器送回电解槽循环、电解。调节碱液冷却器冷却水流量，控制回流碱液的温度，来控制电解槽的工作温度，使系统安全运行。分离后的氢气由调节阀控制输出，送入氢气储罐，再经氢气纯化装置纯化后，再经缓冲减压后送到用气点。电解制氢、纯化和干燥的原理如下：1、 水电解制氢的原理 电解水是直流电通过KOH（或NaOH）水溶液将水分解为氢气和氧气的过程，其化学反应如下： 阴极：2H2O2eH22OH 阳极：2OH2e H2O12O2 总反应式：2H2O 2H2O22、氢气纯化的工作原理 氢气的纯化分两个工艺过程，一是催化除氧，第二是吸附干燥。催化除氧的原理是在催化剂的作用下，使混合在氢气中的杂质氧与氢反应，生成水汽而除去。氢气干燥是把水电解氢制取的氢气，利用分子筛采用常温吸附法去除氢气中的水分。其原理是：水分子具有很强的极性，利用分子筛对水的强亲和力的特性，当含有水分的氢气通过分子筛床时，其中水分子被分子筛吸附，达到氢气干燥的目的。分子筛吸水饱和后，需要再生（本系统采用加热再生）。四、 制氢系统的设备组成 制氢系统由氢气制备级纯化系统、储气系统、减压系统组成。1、 氢气制备及纯化系统 氢气制备及纯化系统主要由水电解制氢、纯化部分、供配电及控制部分和加水配碱部分构成。1.1水电解制氢部分、纯化部分该部分由电解槽、氢、氧分离器、碱液过滤器、碱液冷却器、氢、氧气体冷却器、氢气、氧气扑滴器、氢气、氧气气水分离器、氢、氧碱液循环泵、脱氧器、气体冷凝器、气水分离器、干燥器、气体干燥冷却器、氢气过滤器等和相关仪表构成。1.2加水配碱部分加水配碱部分由原料水箱、碱液箱、补水泵、配件泵及相关阀门组成。1.3气体减压系统主要由压力表、球阀、减压阀及相关仪表组成。氢气减压装置采用一用一备一旁通。经干燥处理后的氢气进入储气系统，储气系统的储存压力为1.03.0MPa,为满足后续工艺用氢气压力的要求，向外输送氢气时，经过气体减压装置，该装置为自力式调节，设备出厂时，已将减压后的压力设定为0.8MPa，供气压力0.81.0MPa，最大供气量2150Nm3/h1.4 储气系统储气系统主要由氢气储罐及相关的仪表阀门组成，氢气储罐是由罐体、进出口阀、阻火器等组成。该系统由2台容积为13.9 m3的储气罐组成，系统的有效储气量213.9（30-10）=556Nm3/h1.5 检测仪表为保证系统的正常运行和氢气质量，还配备了必要的在线检测分析仪器仪表，主要检测设备有液位计、压力表、氢中氧分析仪、氧中氢分析仪、氢气湿度（露点）仪、微量氧分析仪、H2泄漏报警仪表。1.6 氢气系统一些设备的技术指标1、水电解制氢装置序号项 目单位参数1氢气产量：N m3/hr122氧气产量：Nm3/hr63工作压力：MPa3.24氢气纯度：99.9%5氧气纯度：99.5%6工作温度： 7电解槽小室数个8工作电压：V9工作电流：A10氢气含水量：mg/ m3H20.411氢气含碱量：mg/ m3H2112直流电耗：KWh/ m3H24.613控制方式西门子PLC控制，计算机显示、报警、记录等。2、氢气纯化装置序号项目单位参数1氢气处理量： m3/hr122工作压力：MPa3.23处理范围%1004氢气纯度： 99.999N2PPm3CH4PPm1O2PPm0.5H2OPPm35干燥切换周期：24h6再生方式：二塔流程，原料氢气再生；7控制方式：西门子PLC控制，计算机显示、报警、记录等。3、氢气储罐序号项目参数备注1容积 m313.92设计压力MPa3.23工作压力MPa3.04材质16MnR5工作温度-19-504、氢气减压装置：一用一备一旁通；5、氢气输送管道原来设计主管道前段采用1.5BA管，后段1.5EP管，进VMP采用0.5，出VMP采用0.25，设7个出口，考虑到可能更大的需求，进VMP采用1，出VMP采用0.5。五、 有待完善的问题1、 氢气设计原来没有考虑沉积前的清洗腔体，目前我司只安装一台pecvd而且不沉积微晶硅，