Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Реакция CH4 + H2O = CO + ЗН2 проводится при атмосферном или
337
я
S
с
VD
S
І
V
і
CX
SC
4
a
CL
SC
s
CX
. с
S "И • « R се.й
X S
H ^ ^
*2«
кХЙ
і
U
и
*
Cl
ьс
S
ГУ CJ ё 2 5 2
s
IS
1
2
о. «
-? S
Оч OO OO
W OO N
8
Q » м Г'
»л Q ';
*ч ?0 VO ^
о S о IQ *н ¦*¦ <Т\
00 CS П r-І о
m _
о «о '¦в
п «о CS ? «Ч
чо 40 ~ чф
CS *ч м С“» Сч
оо *-* «о оо 00
я
CO
S
S3
«-н 00
40 " C-* , Qb
« CS яч »•
оо &\ vX «*
О ГО О (й
OO *н C- *н
CN *-« «¦О ^
ю *-<
»Л хл CO ^
P OO N
?
я
с
sa
OS vn VO
Sro 0V cs с-
*—» О W **н
я s
з. ^
OQ*'
?5 го
г s
О CT1N
о> OJv о *-Г ?- го
Pi
S
(Ч M N ф _?• M
2 -< Ж Ж OP
OlJO
повышенном давлении при 1023-1073 К в присутствии никелевого катализатора. Продукт, получаемый в результате конверсии, содержит 70- 75 % H2, а также CH4, CO^, CO.
В другом аппарате на катализаторе из оксидов железа и хрома при 623-673 К происходит дальнейшая конверсия оксида углерода: CO + + H2O - CO2 + H2.
Продукт, получаемый после двухступенчатой конверсии, содержит наряду с водородом более 20 % CO2 и примеси CO, N2, Ar, CH4. После очистки от сопутствующих примесей содержание водорода в смеси достигает > 98 %.
Недостатками метода являются использование сложного и громоздкого оборудования и необходимость применения системы очистки от выбросов CO в окружающую среду.
Метод неполного окисления углеводорода базируется на реакции: CH4 + 1/202 CO + 2Н2, которая идет с выделением теплоты, поглощаемой специально вводимой водой. Процесс проводят в реакторе при давлении ~ 4 МПа и температуре 1200-1500 °С.
Исходным сырьем в этом процессе могут быть газ, жидкие углеводороды (нефть, мазут). Теплоту, выделяемую в результате реакции, используют для производства водяного пара, применяемого в реакторе конверсии, а также в реакции превращения CO в CO2. Попутно с основным продуктом образуется порошкообразная сажа. В результате получают технический газ, содержащий ~ 99 % H2.
Электрохимический способ получения водорода основан на использовании водных растворов щелочей (15-20 %-ной NaOH или 25-30 %-ной КОН) с высокой электропроводностью.
При электролизе воды по реакции: 2Н20 o 2Н+ + 20Н" на катоде выделяется водород 2Н+ + 2е -*¦ H2, а на аноде кислород 20Н~ - 2е -*
- 1/202 + H2O.
Для производства водорода широко используют электролизеры типа фильтр-пресса с биполярными электродами (рис. 158). Электродами служат стальные листы, к которым с одной стороны крепят катод, с другой - анод. Асбестовые диафрагмы отделяют катодные продукты электролиза от анодных. Поры асбестовой ткани заполнены электролитом, что обеспечивает прохождение электрического тока через диафрагмы. Для уплотнения и изоляции применяют прокладки из паронита. Число отдельных ячеек (секций) колеблется от нескольких десятков до сотен.
Основные характеристики электролизеров [271]: напряжение 1,8— 2,3 В, сила тока 1000-15000 А, температура процесса 333-353 К, расход воды и электроэнергии на получение 1 м3 водорода 9 • IO-4 м3 и 15,4-16,2 МДж соответственно.
В получаемом продукте содержится 99,7- 99,9 % водорода. Наряду с
339
1 ч
Рис. 158. Схема электролизера для получения водорода:
1 - корпус; 2 — диафрагма; 3 - биполярные электроды; 4 - изолирующие и уплотняющие прокладки
этим получают также кислород с содержанием основного компонента 99,6±1 % (объемн.).
Несмотря на высокую энергоемкость этого процесса, он широко применяется в системе газоснабжения производства полупроводникового кремния, так как при этом получается весьма чистый продукт.
Получаемый электролизом воды водород содержит 5 • IO"3-2,5-10"2 кг/м3 водяных паров, которые необходимо удалять. Чаще всего удаление влаги из водорода проводят адсорбционными методами, которые основаны на способности сорбироваться (поглощаться) паров или газов на поверхности раздела фаз или в объеме пор твердого тела. Для сушки водорода наиболее часто применяют следующие адсорбенты: силикагель, активированный оксид алюминия, шариковый алюмогель, молекулярные сита (цеолиты). В общем случае (за исключением цеолитов, для ^которых требуются высокие температуры регенерации) оборудование и схема процесса совпадают при любых адсорбентах.
Процесс сушки, как правило, проводят в двух попеременно работающих адсорберах-осушителях. В одном из адсорберов удаляют влагу из газа, в другом регенерируют адсорбент.
При нормальной сушке и своевременной регенерации содержание водяных паров в газе обычно < 3 • IO-6 кг/м3 (точка росы ~ 206 К).
Для обеспечения высокой чистоты водорода в общей схеме его полу-340
чения и очистки предусмотрено отделение кислорода с помощью каталитического гидрирования. При этом имеющийся в водороде кислород превращается в воду в присутствии катализатора (платины, палладия, хромоникелевого сплава и др.). Реакция идет с достаточной скоростью при ~ 320 К. Этим методом очищают водород от кислорода до 0,0001 % (объемн.). После этого водород направляют на дополнительную (тонкую) очистку от кислорода, азота, оксида углерода, метана, паров воды и т.д.
