焦炉煤气制氢技术规范模板Word文档格式.docx

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为解决燃料电池或其他领域对超纯氢的需求，结合我国氢气产业的现状，将焦炉煤气作为氢气原料的突破口，采用多种技术相结合的方式，进行提纯分离，从而制得超纯氢。

本标准主要拟对焦炉煤气制取超纯氢的相关技术进行统一规范，从而为后期相关技术的推广提供技术支持。

主要的创新点为超纯氢的制取和相关工艺技术方案的协同联动。

1.2主要工作过程

项目组首先查阅了相关文献资料，初步确立了编制组成员和标准编制计划与方案，讨论并通过了标准编制大纲。

结合国内现有焦炉煤气中氢气的技术及气体分离行业的相关技术，结合焦炉煤气的具体组成，针对超纯氢提取，本标准制定方案中分为两步法：

首先利用膜分离技术对经过预处理后的焦炉煤气进行初步提浓；

然后通过变压吸附或其他技术将已初步提浓的氢气（含量80%以上）进一步精制提浓至超纯氢。

调研了解到，目前国标体系与ISO标准体系均无从煤焦炉气中提取超纯氢的相关标准。

结合上述技术方案，本标准的技术流程参考了武汉钢铁（现宝武钢铁）公司公布的发明专利（申请号：

200910063769.7）—采用金属钯膜分离技术从焦炉煤气中提取高纯度氢气的方法与四川天一科技股份有限公司公布的发明专利（申请号：

00123036.X）—从焦炉煤气提纯氢气的方法。

1.3参编单位

中国船舶集团公司第七一四研究所。

2标准编制原则

2.1编制原则

本标准制定过程中，通过工程调研发现目前单一技术均无法实现焦炉煤气直接制取超纯氢。

本技术规规对多工艺联动及多工艺结合相关的技术进行统一规范，进而可作为以后多工艺协同联动的参考。

编制过程中的主要原则如下：

（1）一致性原则

标准方案中超纯氢的杂质要求严格参照GB/T3634.2-2011氢气第2部分:

纯氢、高纯氢和超纯氢；

技术要求、试验与检测、通用要求参照GB/T29412-2012变压吸附提纯氢用吸附器与GB/T19773-2005变压吸附提纯氢系统技术要求。

（2）标准技术内容相对完整

本标准中规定内容较多，包括了超纯氢提纯系统的系统一般要求、工作条件、单体设备要求、各流程杂质要求、试验与检测、标志等内容，基本涵盖了焦炉煤气制氢的各个方面。

（3）编写格式符合GB/T1.1的要求

在标准编制过程中，应严格按照GB/T1.1—2009《标准化工作导则第1部分：

标准的结构和编写》的要求进行编写。

在标准的层次结构、章节设置、语句表达、字符字号等各方面都应规范化。

3标准主要内容

3.1范围

本标准规定了焦炉煤气制取超纯氢的基本流程、评价指标及要求。

本标准适用于炼焦工业或其他涉及炼焦流程的工业（钢铁、煤化工等）利用焦炉煤气制取超纯氢的流程，该流程生产的氢气制品适用于燃料电池应用与电子工业。

3.2规范性引用文件

考虑到标准间的协调一致，避免标准篇幅过大，本标准起草中引用了下述现行标准，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准：

GB/T3634.2-2011氢气第2部分纯氢、高纯氢和超纯氢

GB/T20103-2006膜分离技术术语

GB/T19773-2005变压吸附提纯氢系统技术要求

GB/T29412-2012变压吸附提纯氢用吸附器

GB/T28901-2012焦炉煤气组分气相色谱分析方法

YB/T4594-2017焦炉煤气制氢站安全运行规范

JB4732钢制压力容器分析设计标准

GB150.4压力容器第4部分：

制造、检验和验收

GB50058-2014爆炸危险环境电力装置设计规范

GB50177氢气站设计规范

GB/T4830-2015工业自动化仪表气源压力范围和质量

GB150-2011压力容器

HJ579-2010膜分离法污水处理工程技术规范

SH3036气体浓度探测器

GB50235-2017工业金属管道工程施工规范

GB50235-2011现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范

GB50275-2010风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范

SH3501石油化工有毒可燃介质管道施工与验收规范

GB50316-2008工业金属管道设计规范

GB/T5831-2011气体中微量氧的测定比色法

GB/T5832.1-2016气体分析　微量水分的测定　第1部分电解法

GB/T5832.2-2016气体分析　微量水分的测定　第2部分露点法

GB/T8984-2008气体中一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的测定气相色谱法

GB/T13306-2011标牌

GB/T191-2008包装储运图示标志

国家发改委发布的《产业结构调整指导目录》（2019年）

《压力容器安全技术监察规程》

3.3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.3.1

焦炉煤气cokeovengas

指炼焦工业中用几种烟煤配制成炼焦用煤，在炼焦炉中经过高温干馏后，在产出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气体。

3.3.2

超纯氢ultrapurehydrogen

按GB/T3634.2-2011中的规范，氢气浓度≥99.9999%且其他污染物符合要求的氢气，具体要求见附录A。

3.3.3

膜分离membraneseparation

按GB/T20103—2006中的规定，指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。

3.3.4

变压吸附法pressureswingadsorption（PSA）method

利用固体吸附剂对不同气体中的吸附选择性以及气体在吸附剂上的吸附量随其压力变化而变化的特性，在特定的压力下吸附，然后通过降低被吸附气体分压使被吸附气体解吸的气体分离方法。

3.3.5

氢回收率hydrogenrecoverrate

指利用变压吸附法提纯氢气时，产品氢气中纯氢的体积（标准状态）与原料气体所含氢气体积（标准状态）之比。

3.4工艺流程与基本要求

3.4.1工艺流程与要求

a）本技术流程包含三个子过程：

焦炉煤气预净化、膜分离初步提浓、变压吸附超纯氢制备，流程简图见附录B。

b）在膜分离和变压吸附前均设有气体压缩升压装置。

c）变压吸附前后均设有气体缓存罐，后者为超纯氢缓存罐，经冷却加压后可直接对长管拖车进行装填。

3.4.2基本要求

a）为防止膜堵塞与杂质与膜材料发生化学反应导致失活，需对进气中的焦油、硫分、水分进行预处理，硫分采用粗脱与精脱复合法，焦油经由脱焦塔除去，经干燥后的气体增压进入膜分离装置。

b）根据GB/T20103—2006，焦炉煤气制氢氢气提浓过程采用钯合金膜或钯金属膜，其具有独特的氢渗透性和良好的机械性能。

c）经初步提浓后的气体增压送至气体缓冲罐，随后送入变压吸附塔中，吸附剂选用活性氧化铝、活性炭与分子筛复合吸附剂。

d）该过程中的安全要求参照YB/T4594-2017焦炉煤气制氢站安全运行规范执行；

系统技术要求、制造、检验和验收除应符合本标准规定外，还应符合GB/T19773-2005变压吸附提纯氢系统技术与JB4732等压力容器相关标准的规定。

3.5技术要求

3.5.1通用要求

3.5.1.1一般要求

3.5.1.1.1本工艺流程总系统包含下列单体设备或装备：

焦炉煤气预处理设备、膜分离反应器、吸附器组、气体缓存罐、气体压缩机、程序控制阀、自动控制系统及相应软件、气体纯度分析设备。

3.5.1.1.2本氢气提纯系统可根据用户使用特点、氢气产量等实际情况，可采用固定式或移动式系统。

3.5.1.1.3经变压吸附提纯后的解吸气，各企业可根据自身情况进行回收利用或直接排入大气：

回收利用是可在附录B的基础上设置解吸气储罐与压缩机；

若直接排入大气，解析气各指标应符合国家及地方制定的相关排放标准。

3.5.1.2工作条件

3.5.1.2.1膜分离系统的工作压力范围为0.2~0.3MPa，变压吸附系统的工作压力范围为0.3~6.0MPa。

3.5.1.2.2环境温度依照工厂实际建设地和时季确定系统工作环境温度。

3.5.1.2.3本系统各环节的有爆炸危险区域的范围及等级划分，符合GB50177和GB50058-2014的要求。

3.5.1.2.4本系统的原料气为焦炉煤气，满足GB/T19773-2005中的氢气体积含量要求。

3.5.1.2.5变压吸附过程中设置的扫置换接口、冷却水的压力与水质要求符合GB/T19773-2005中的要求。

3.5.1.2.6该系统中自动控制阀质量和气源压力符合GB/T4830-2015中的要求。

3.5.2单体设备通用要求

3.5.2.1通用要求

3.5.2.1.上述单体设备根据提纯氢系统的规模合理配置不同规格。

3.5.2.2单体设备的性能、工作参数应满足系统总体要求，一般情况下，单体设备的性能与技术要求比系统总体要求严格。

3.5.2.3单体设备的材质应满足必要的化学稳定性、机械稳定性，在系统工况下不发生氢脆等现象。

3.5.2.4对于移动式系统，需对各单体设备加装防护罩或外壳，相关要求符合GB/T19773-2005中的要求。

3.5.2.2单体设备特性要求

3.5.2.2.1膜分离过程中涉及的单体设备，如膜分离组件特性符合HJ579-2010中的要求。

3.5.2.2.2变压吸附过程以及预处理过程中涉及的单体设备，如吸附床、真空泵、压力容器、储氢罐、预处理设备、程序控制阀、压缩机等特性符合GB/T19773-2005中的要求。

3.5.2.2.3其他辅助系统单体设备，如阻火器、管路、电气设备、氢气浓度探测器等满足GB50058-2014、GB50177、SH3036中的要求。

3.5.3预处理系统技术要求

3.5.3.1首先将焦炉煤气经过电捕焦油结合变温吸附脱苯、脱萘、脱焦油。

3.5.3.2粗脱硫剂选用NaOH水溶液，将除焦后的气体通入0.5mol/L～2mol/LNaOH溶液进行洗气，气液比为0.5～1m3/L，对焦炉煤气进行粗脱硫处理。

3.5.3.3粗脱硫后的气体经过多孔氧化铁再吸收，气固比为2～5m3/kg，进行精脱硫处理，将焦炉煤气中的硫分（以H2S计）降低至0～1ppm。

3.5.3.4上述气体经过干燥剂无水CaCl2进行干燥处理，水分降到0～20ppm。

3.5.3.5预处理后的气体经GB/T28901-2012中的检测方法，氢气含量≥60%。

3.5.4膜分离系统技术要求

3.5.4.1氢气分离器通过金属钯膜（在能达到所需条件下也可选用钯合金膜、镀钯氧化铝膜、镀钯