基于硅粉及硅料的制氢方法及制氢系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于硅粉及硅料的制氢方法及制氢系统，所述方法包括：S1、将硅粉放入碱溶液中，在第一温度T1条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气，并在反应过程中释放热量，碱溶液温度升高；S2、当碱溶液温度升高至预设温度阈值T0后，将硅料放入碱溶液中，在第二温度T2条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气。本发明专利技术中的制氢方法整个生产和反应过程具有零污染、零排放、不耗电的优点；制氢方法简单，可以充分回收利用光伏行业的废硅粉、废硅料及制绒废液，具有成本低、降低污染、易存储及运输等优点，在移动式制氢站和工业制氢领域有非常广泛的用途。

Hydrogen Production Method and System Based on Silicon Powder and Silicon Material

The invention discloses a hydrogen production method and a hydrogen production system based on silicon powder and silicon material. The method includes: S1, putting silicon powder into alkali solution, reacting at the first temperature T1 to produce sodium metasilicate and hydrogen, releasing heat during the reaction, and raising the temperature of alkali solution; S2, putting silicon material into alkali solution when the temperature of alkali solution rises to the preset temperature threshold T0. In the reaction, sodium metasilicate and hydrogen are formed at the second temperature T2. The hydrogen production method in the invention has the advantages of zero pollution, zero emission and no power consumption in the whole production and reaction process; the hydrogen production method is simple, and can fully recycle and utilize waste silicon powder, waste silicon material and waste liquor from the photovoltaic industry. It has the advantages of low cost, low pollution, easy storage and transportation, and has a very wide application in the field of mobile hydrogen production station and industrial hydrogen production.

【技术实现步骤摘要】
基于硅粉及硅料的制氢方法及制氢系统
本专利技术属于制氢
，尤其是一种基于硅粉及硅料的制氢方法及制氢系统。
技术介绍
氢能是一种极具应用潜力的清洁能源，世界各国都投入大量资金进行研发。制氢技术是氢能利用最重要的技术环节。当前，制氢技术包括化学、生物、电解、光解等方法。例如：1、电解水制氢水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。2、矿物燃料制氢以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气的主要方法，该方法在我国都具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。2.1以煤为原料制取氢气在我国能源结构中，在今后相当长一段时间内，煤炭还将是主要能源。煤气化制氢是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化剂为水蒸汽或氧(空气)，气体产物中含有氢等组分，其含量随不同气化方法而异。但是此方法投资大，污染物排放量大，耗水大，适合大规模氢气生产。2.2以天然气或轻质油为原料制取氢气该方法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气，反应在800-820℃下进行。有部分氢气来自水蒸汽。用该方法制得的气体组成中，氢气体积含量可达74％，其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采用该方法有一定限制。大多数大型氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。目前，我国的太阳级硅锭产量超过50万吨，在将硅锭切割成硅片的过程中产生约一半的硅粉，尽管这些微米量级的硅粉纯度高达99.9999％，由于混杂其他化学物质，回收成本高，往往作为废料处理，处理成本高并会带来一定的环境影响。此外，光伏行业每年还产生大量的废硅片、废硅棒、废硅锭等等。因此，急需找到一种能够提高废硅粉及废硅料的附加值的技术。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于硅粉及硅料的制氢方法及制氢系统。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供一种基于硅粉及硅料的制氢方法及制氢系统。为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：一种基于硅粉及硅料的制氢方法，所述方法包括：S1、将硅粉放入碱溶液中，在第一温度T1条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气，并在反应过程中释放热量，碱溶液温度升高；S2、当碱溶液温度升高至预设温度阈值T0后，将硅料放入碱溶液中，在第二温度T2条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气。作为本专利技术的进一步改进，所述第一温度T1满足8℃≤T1≤25℃。作为本专利技术的进一步改进，所述预设温度阈值TO为40℃，第二温度T2满足T2≥40℃。作为本专利技术的进一步改进，所述硅粉为粒径小于或等于1μm的硅粉。作为本专利技术的进一步改进，所述硅料为硅片、硅棒或硅锭。作为本专利技术的进一步改进，所述碱溶液为质量浓度大于或等于0.5％的KOH溶液或NaOH溶液。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S1还包括：在硅粉与碱溶液的反应体系中加入固体碱，以提高溶液温度。作为本专利技术的进一步改进，所述方法还包括：收集步骤S1和/或步骤S2中得到的氢气。作为本专利技术的进一步改进，所述方法还包括：冷却反应后的溶液，偏硅酸钠和水结合得到水玻璃。本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：一种基于硅粉及硅料的制氢系统，所述系统包括：反应槽、位于反应槽前端的碱溶液管道、位于反应槽上的硅粉投放口及硅料投放口、位于反应槽后端的氢气回收管道及水玻璃回收管道、以及与氢气回收管道相连的氢气回收装置，碱溶液通过碱溶液通道进入反应槽中，硅粉和硅料分别通过硅粉投放口及硅料投放口进入反应槽中与碱溶液进行反应，反应生成的氢气通过氢气回收管道进入氢气回收装置中，水玻璃通过水玻璃回收管道进行收集。本专利技术的有益效果是：本专利技术中的制氢方法整个生产和反应过程具有零污染、零排放、不耗电的优点；制氢方法简单，可以充分回收利用光伏行业的废硅粉、废硅料及制绒废液，具有成本低、降低污染、易存储及运输等优点，在移动式制氢站和工业制氢领域有非常广泛的用途；在获得高纯度氢气的同时可进一步回收获得副产品水玻璃。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中制氢方法的具体流程图；图2为本专利技术中制氢系统的结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。参图1所示，本专利技术公开了一种基于硅粉及硅料的制氢方法，包括：S1、将硅粉放入碱溶液中，在第一温度T1条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气，并在反应过程中释放热量，碱溶液温度升高，反应方程式为：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑；S2、当碱溶液温度升高至预设温度阈值T0后，将硅料放入碱溶液中，在第二温度T2条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气，反应方程式为：Si+2NaOH+H2O＝Na2SiO3+2H2↑。优选地，本专利技术中的第一温度T1满足8℃≤T1≤25℃；预设温度阈值TO为40℃，第二温度T2满足T2≥40℃。其中，硅粉为粒径小于或等于1μm的治金硅级别硅粉，碱溶液为质量浓度大于或等于0.5％的KOH溶液或NaOH溶液。碱溶液可以使用光伏制造过程中的制绒废液重复利用，可以循环利用变废为宝；也可以使用新配的一定浓度的碱溶液。光伏制造过程中的制绒工艺每条线每天产生2吨以上碱溶液，一个4GW的电池片工厂一天就有约8吨的制绒废液可以加以利用。硅料为硅片、硅棒或硅锭，硅片、硅棒或硅锭可以是光伏产业链中的边角料或者治金硅，对硅料纯度没有特殊要求。步骤S1在低温条件进行，反应温度一般低于室温，若在极端低温条件下可以在硅粉与碱溶液的反应体系中加入固体碱，以提高溶液温度达到触发反应的要求。本专利技术的步骤S1和S2中均可以反应得到氢气，通过氢气回收装置即可实现氢气的收集。另外，冷却反应后的溶液，偏硅酸钠和水结合得到水玻璃，反应方程式为：Na2SiO3+9H2O＝Na2SiO3·9H2O。参图2所示，本专利技术还公开了一种基于硅粉及硅料的制氢系统，包括：反应槽10、位于反应槽前端的碱溶液管道20、位于反应槽上的硅粉投放口31及硅料投放口32、位于反应槽后端的氢气回收管道41及水玻璃回收管道42、以及与氢气回收管道41相连的氢气回收装置43。按照上述制氢方法，碱溶液通过碱溶液通道进入反应槽中，硅粉和硅料分别通过硅粉投放口及硅料投放口进入反应槽中与碱溶液进行反应，反应生成的氢气通过氢气回收管道进入氢气回收装置中，水玻璃通过水玻璃回收管道进行收集。本专利技术中的制氢方法首先通过硅粉和碱溶液进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅粉及硅料的制氢方法，其特征在于，所述方法包括：S1、将硅粉放入碱溶液中，在第一温度T1条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气，并在反应过程中释放热量，碱溶液温度升高；S2、当碱溶液温度升高至预设温度阈值T0后，将硅料放入碱溶液中，在第二温度T2条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气。

【技术特征摘要】
1.一种基于硅粉及硅料的制氢方法，其特征在于，所述方法包括：S1、将硅粉放入碱溶液中，在第一温度T1条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气，并在反应过程中释放热量，碱溶液温度升高；S2、当碱溶液温度升高至预设温度阈值T0后，将硅料放入碱溶液中，在第二温度T2条件下进行反应，生成偏硅酸钠和氢气。2.根据权利要求1所述的基于硅粉及硅料的制氢方法，其特征在于，所述第一温度T1满足8℃≤T1≤25℃。3.根据权利要求1所述的基于硅粉及硅料的制氢方法，其特征在于，所述预设温度阈值TO为40℃，第二温度T2满足T2≥40℃。4.根据权利要求2所述的基于硅粉及硅料的制氢方法，其特征在于，所述硅粉为粒径小于或等于1μm的硅粉。5.根据权利要求3所述的基于硅粉及硅料的制氢方法，其特征在于，所述硅料为硅片、硅棒或硅锭。6.根据权利要求1所述的基于硅粉及硅料的制氢方法，其特征在于，所述碱溶液为质量浓度大于或等于0.5％的K...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄洁，胡奋勤，苏晓东，
申请(专利权)人：嘉兴尚能光伏材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33