[发明专利]多晶硅生产中电解制氢工艺及其氧气回收系统

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，尤其是涉及一种多晶硅生产中电解制氢工艺及其氧气回收系统。

背景技术

多晶硅生产工艺中，氢气作为主要生产原料，现有制氢方式主要是通过水电解方式制氢。水电解制氢中，制造纯氢的量越大，副产物氧气的产量就越大。具体地，在生产1Nm3高纯度的氢气的同时，也在生产0.5Nm3浓度达99.8％的氧气。

99.8％以上的氧气是现代工业中常用的助燃剂、氧化剂及重要的化工原料。现今的多晶硅生产工艺中，均没有对电解制氢的副产物——氧气进行回收，而是直接将氧气当废气直接排空，造成资源大量浪费。

而另一方面，在需要氧气作为原料的富氧空气燃烧技术中，传统的制备氧气原料的方法主要有深冷分离法、变压吸附(PSA)法及膜分离法。然而不管采用何种方法，氧气原料的制备成本高(4～7元/Nm3氧气)、纯度低(90～99％)，且设备投资大，因此很难应用于工业生产。近年来，也有采用深冷制氮或变压吸附制氮所产生的富氧尾气(27～34％的含氧量)用于富氧燃烧炉窑，但由于含氧量低，所需要的气体流量大，回收装置体积较大，投资较高，空气中的含氧量范围不便调节。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种多晶硅生产中电解制氢工艺，所述多晶硅生产中电解制氢工艺可将电解制氢中的副产物回收利用起来，降低能耗及成本。

本发明的另一个目的在于提出一种用于多晶硅生产中电解制氢工艺中的氧气回收系统。

根据本发明第一方面实施例的多晶硅生产中电解制氢工艺，包括以下步骤：

s1、电解碱溶液以得到粗氢和氧气；

s2、对所述粗氢经过纯化装置后依次进行除氧、脱水、干燥以得到纯度高于99.999％的纯氢，并得到浓度高于99％的氧气；以及

s3、对所述浓度高于99％的氧气回收并对其进行稀释以获得含有氧气含量为21-25％的富氧空气并送入燃烧设备中进行富氧燃烧。炉窑

根据本发明实施例的多晶硅生产中电解制氢工艺，通过将电解制氢中的副产物即高纯度的氧气回收利用起来，而不是直接排放掉，实现了节能降耗，另外节省了用于富氧燃烧的氧气的制造成本。

另外，根据本发明的多晶硅生产中电解制氢工艺还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述步骤s3包括：

s31、控制回收的浓度高于99％的氧气压力在2.00MPa；

s32、将压力为2.00MPa的氧气进行稳压降压到0.30MPa；

s33、鼓入空气与浓度高于99％的氧气进行混合；以及

s34、对与空气混合的氧气进行浓度的调节以获得氧气含量为21-25％的富氧空气并送入燃烧设备中富氧燃烧。

所述步骤s31和步骤s32之间还进一步包括：

s311、过滤氧气并对氧气流量进行计量。

根据本发明第二方面实施例的用于根据本发明第一方面实施例中的多晶硅生产中电解制氢工艺中的氧气回收系统，包括：氧气缓冲罐，所述氧气缓冲罐用于接收电解制氢过程中生成的浓度高于99％的氧气；压力调节组件，所述压力调节组件连接至所述氧气缓冲罐以调节所述氧气缓冲罐内的氧气压力在2.00MPa；稳压组件，所述稳压组件连接在所述氧气缓冲罐的下游且用于将从所述氧气缓冲罐内输出的氧气压力稳压降到0.30MPa；混氧器，所述混氧器设在所述稳压组件的下游且接收氧气；鼓风机，所述鼓风机向所述混氧器内通入空气以与所述氧气混合；和浓度调节组件，所述浓度调节组件与所述混氧器连接以调节混氧器内的氧气浓度。

通过将氧气缓冲罐内的压力控制在2.00MPa，可保证电解分离出来的2.30MPa的氧气有足够的压力差到达氧气缓冲罐，也对前面工序的制氢系统的运行不造成影响，同时也保证了一定的压力便于氧气的输送及氧气浓度的调节。

在本发明的一个实施例中，所述压力调节组件包括：安全阀，所述安全阀连接至所述氧气缓冲罐上；和压力调节阀，所述压力调节阀连接至所述氧气缓冲罐且控制所述氧气缓冲罐内的氧气压力。

通过安全阀及压力调节阀的双重安全设置，可以确保从前面工序的电解制氢系统出来的氧气，无论从开车还是到运行稳定都不会造成系统憋压或气体反窜，因而不影响整个电解制氢系统的稳定运行。