ICS 27.180 F19 团 体 标 准 T/CSTE 0005—2020 焦炉煤气制氢技术规范 Technical specification for hydrogen production from coke oven gas 2020-05-22 发布 2020-05-22 实施 中 国 技 术 经 济 学 会 发 布 T/CSTE 0005—2020 目 次 前言 ................................................................................ II 1 范围 .............................................................................. 1 2 规范性引用文件 .................................................................... 1 3 术语和定义 ........................................................................ 2 4 工艺流程与基本要求 ................................................................ 2 5 技术要求 .......................................................................... 2 6 试验与检测 ........................................................................ 4 7 标志 .............................................................................. 4 8 附录 .............................................................................. 6 I T/CSTE 0005—2020 前 言 本标准按照GB/T 1.1—2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。 本标准由中国技术经济学会归口。 本标准起草单位：中国船舶重工集团公司第七一四研究所、佛山绿色发展创新研究院、中国标准化 研究院、中国石油工程建设有限公司西南分公司、中国船舶重工集团公司第七一八研究所、北方工业大 学。 本标准起草人：董立臣、艾斌、林翎、杨燕梅、王雪颖、廖勇、谢顶杉、李响、谭效时、韩占猛、 刘菲、张婷、李敬岩、宋晓晓、张亮亮、贾册、向可祺、胡长斌、罗珊娜、朴政国、陈健、许攸、宋固、 贺奇、王志远、赵嘉瑶。 II T/CSTE 0005—2020 焦炉煤气制氢技术规范 1 范围 本标准规定了焦炉煤气制取超纯氢的工艺流程与基本要求、技术要求、试验与检测和标志。 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相关氢能下游产业。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 191 包装储运图示标志 GB/T 3634.2 氢气 第 2 部分：纯氢、高纯氢和超纯氢 GB/T 4830 工业自动化仪表 气源压力范围和质量 GB/T 5831 气体中微量氧的测定 比色法 GB/T 5832.1 气体分析 微量水分的测定 第 1 部分电解法 GB/T 5832.2 气体分析 微量水分的测定 第 2 部分露点法 GB/T 8984 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/T 13306 标牌 GB/T 19773 变压吸附提纯氢系统技术要求 GB/T 20103 膜分离技术术语 GB/T 28901 焦炉煤气组分气相色谱分析方法 GB/T 29412 变压吸附提纯氢用吸附器 GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范 GB 50177 氢气站设计规范 GB 50235 工业金属管道工程施工规范 GB 50275 风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范 GB 50316 工业金属管道设计规范 GB 50683 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 HJ 579 膜分离法污水处理工程技术规范 JB 4732 钢制压力容器 分析设计标准 SH 3036 气体浓度探测器 SH 3501 石油化工有毒可燃介质管道施工与验收规范 YB/T 4594 焦炉煤气制氢站安全运行规范 压力容器安全技术监察规程 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 焦炉煤气 coke oven gas 1 T/CSTE 0005—2020 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，相关组分推荐值见附录 A。 3.2 超纯氢 ultrapure hydrogen 按 GB/T 3634.2 中的规定，氢气浓度≥99.9999%且其他污染物浓度符合要求的氢气。 3.3 膜分离 membrane separation 按 GB/T 20103—2006 中的规定，指利用膜材料的选择性，以膜两侧存在的能量差为推动力，各组 分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。 3.4 变压吸附法 pressure swing adsorption（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析的气体分离方法。 3.5 氢回收率 hydrogen recover rate 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。 4 工艺流程要求 4.1 工艺流程 4.1.1 本技术流程包含焦炉煤气预净化、膜分离初步提浓、变压吸附超纯氢制备三个子过程，流程简 图见附录 B。 4.1.2 在膜分离和变压吸附前均设有气体压缩升压装置。 4.1.3 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。 4.2 要求 4.2.1 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。 4.2.2 焦炉煤气制氢氢气提浓过程根据实际产出量采用钯合金膜、钯金属膜或有机膜。 4.2.3 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。 4.2.4 该过程中的安全要求参照 YB/T 4594 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/T 19773 与 JB 4732 等压力容器相关标准的规定。 5 技术要求 5.1 通用要求 5.1.1 一般要求 2 T/CSTE 0005—2020 5.1.1.1 本工艺流程总系统包含焦炉煤气预处理设备、膜分离反应器、变压吸附器组、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、气体纯度分析设备等单体设备或装备。气体压缩 机、程序控制阀、自动控制系统及相应软件、气体纯度分析设备等单体设备或装备。 5.1.1.2 本工艺流程总系统可根据用户使用特点、氢气产量等实际情况，采用固定式或移动式系统。 5.1.1.3 经变压吸附提纯后的解析气，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 的基础上设置解析气储罐与压缩机；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。 5.1.2 工作条件 5.1.2.1 膜分离系统的工作压力范围为 0.2 MPa～18MPa，变压吸附系统的工作压力范围为 0.3 MPa～ 6.0 MPa。 5.1.2.2 系统工作环境温度依照工厂实际建设地和季节确定。 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，应符合 GB 50177 和 GB 50058 要求。 5.1.2.4 本系统的原料气为焦炉煤气，应满足 GB/T 19773 中的氢气体积含量要求。 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应要求符合 GB/T 19773 中的要求。 5.1.2.6 该系统中自动控制阀质量和气源压力应符合 GB/T 4830 中的要求。 5.2 单体设备通用要求 5.2.1 通用要求 5.2.1.1 上述单体设备根据提纯氢系统的规模合理配置不同规格。 5.2.1.2 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。 5.2.1.3 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。 5.2.1.4 对于移动式系统， 需对各单体设备加装防护罩或外壳， 相关要求应符合 GB/T 19773 中的要求。 5.2.2 单体设备特性要求 5.2.2.1 膜分离过程中涉及的单体设备，如膜分离组件特性应符合 HJ 579 中的要求。 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、压缩机等特性应符合 GB/T 19773 中的要求。 5.2.2.3 其他辅助系统单体设备，如阻火器、管路、电气设备、氢气浓度探测器等应满足 GB 50058、 GB 50177、SH 3036 中的要求。 5.3 预处理系统技术要求 5.3.1 该系统包含脱焦油、脱硫、脱水系统等。 5.3.2 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。 5.3.3 粗脱硫剂选用 NaOH 水溶液，将除焦后的气体通入 0.6 mol/L～2 mol/L NaOH 溶液进行洗气，气 3 3 液比为 0.5 m /L～1 m /L，对焦炉煤气进行粗脱硫处理。 3 3 5.3.4 粗脱硫后的气体经过多孔氧化铁再吸收，气固比为 2 m /kg～5 m /kg，进行精脱硫处理，将焦 炉煤气中的硫分（以 H2S 计）降低至 0 ppm～1 ppm。 5.3.5 上述气体经过干燥剂无水 CaCl2 进行干燥处理，水分降到 0 ppm～20 ppm。 5.3.6 预