多晶硅工艺成套装置设计验总结

黄河上游水电开发有限责任公司

1250吨/年多晶硅项目工艺成套设备总结目录一.电解制氢成套设备范围二.工艺流程介绍三.设计中遇到的问题与对策四.经验教训一.电解制氢成套设备范围﹤一﹥项目目标本装置是年产1250吨多晶硅工程的配套项目，水电解制氢为其制备所需的81kg/h制氢设备及氢气纯化设备、超纯化装置：

（1）H2纯度：

≥99.99999%（V）（2）N2≤0.4ppm（3）CH4≤0.2ppm（4）CO≤0.1ppm（5）CO2≤0.1ppm（6）O2≤0.2ppm（7）H2O≤1.0ppm（8）THC≤0.2ppm﹤二﹥成套工作范围（1）总产量为81kg/h（3x300Nm3/h）的电解槽

（2）附属设备及框架

（3）2套450Nm3/h纯化装置、1套300Nm3/h超纯化装置（4）去外部前的氢气缓冲罐(5)配套液氮罐（6）全部工艺设备及管道；电气部分的全部设备及元件；仪表部分的全部设备及元件，界区内的全部设计（土建设计除外）、采购、施工（或者施工安装指导），直到送出装置要求的合格氢气分包商除土建外执行EPC﹤三﹥工艺流程方案

﹤四﹥系统分析化验项目说明

每套制氢设备配带进口氢中氧、氧中氢分析仪各一台，对制氢设备的氢气纯度、氧气纯度进行在线分析、显示配有氢气检漏测报仪为5探头，含控制仪，制氢间4点，ICQC分析仪柜间1点。其中制氢间如果氢气浓度超标需要连锁排风机启动，并达到通风次数不低于12次。CQC分析仪柜载气条件(检测项目为：N2,CO,CO2,O2,H2O)氦气：品质60N（国标6N），压力5－12bar，用量3L/h（建议使用氦气瓶，约1.5－2月使用一瓶）

在水电解过程中，由于石棉隔膜并不能绝对阻隔氢气和氧气的相互渗透，特别是在氢与氧两侧压力相差大的情况下，而且电解液是不断循环的，在分离器里，氢气、氧气和电解液是很难达到完全分离，所以用水电解法制得的氢气里，含有杂质氧，一般在0.2%以下。又由于制氢过程是气液共存的，所以氢气中还存有饱和含水量。氢气纯化装置以水电解氢气为原料，经钯铂双金属触媒催化除氧，冷却冷凝法和13X分子筛吸附干燥法两级去湿除水和除二氧化碳，烧结镍管过滤法高效除尘，获得高纯度氢气。技术的特点与实用性用气负荷的变化带来氢气储罐压力的波动，压力变送器输出一个4~20mA信号送至PLC与原设定值进行比较，并进行反变换及PID运算后，输出一个20~4mA信号送至整流柜来调整电解电流的大小，从而根据用氢负荷变化的变化实现氢气产量自动调节的目的。由安装在氧侧分离器和氢侧分离器上的差压变器分别测量氢、氧侧的气、液相压差，两个信号送入PLC。二者进行比较个经过PID运算，控制安装在氢气出口管道上的气动薄膜调节阀的开度，从而达到控制两侧压力平衡的目的。二.工艺流程介绍﹤一﹥电解制氢工艺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，通直流电时水就分解，阴极析出氢气，阳极析出氧气。其反应式如下：阴

极：2H2O+2e→H2↑+2OH-阳

极：2OH-2e→H2O+1/2O2↑总反应：2H2O→2H2↑+O2↑本系统主要由电解槽、气液处理器、加水系统、配碱系统等组成电解槽电解气液处理器﹤二﹥高纯氢气纯化器（5N氢气）装置有4只吸附干燥器，由脱氧器，冷却器，气水分离器，空气过滤减压器，氢气干燥塔A、B、C、D，冷却器等组成。氢气纯化干燥控制系统采用可编程序控制器（PLC）控制，可执行手动操作与自动操作的切换，当处于自动状态时，系统将以24小时为工作周期，自动切换A塔、B塔，使其再生或工作。系统包括两路供电控制回路，分别给A塔、B塔干燥器内电加热器供电，并通过铂电阻、数字显示调节仪和双向可控硅自动控制再生温度共同经高效过滤器除尘后送贮氢罐氢气高纯化器﹤三﹥超纯氢气纯化器（7N）5N氢气首先通过脱氧催化塔，将氢中氧催化脱除到5ppm以下，经过脱水塔（一个塔生产，一个塔再生）脱水后，氢中水含量达到5ppm以下，然后进入本系统换热器与低温吸附塔出来的低温氢气进行换热，充分回收冷量，再进入低温吸附塔，为实现连续操作，低温吸附塔也采用双塔，一台吸附，另一台再生交替进行。冷源采用液体N2，液体N2来自液N2槽。经过低温吸附后的氢气纯度达到99.9999%。氢气超纯化器三.设计中遇到的

问题与对策电解厂房内氢氧分离器框架内设备、纯化框架内设备，许多法兰盘、阀门连接处无金属线跨接，地沟内冷却循环水管线法兰也无金属线跨接。——要求跨接。分包商配管不合理——现场修改。碱液间无窗户，也未安装排风扇。——加排气扇。谐波严重——增加谐波治理器。液氮安全阀频繁起跳——调节设定压力。管径过细——加粗管道/修改管材。四、经验教训成套设备厂家的设计能力差，必须注意校核（例如谐波问题）