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T/CI 140-2022 中温变压吸附法提氢系统技术要求

T/CI 140-2022 中温变压吸附法提氢系统技术要求

T/CI 140-2022

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本文件规定了以各类含氢气体为原料，采用中温变压吸附法提纯氢气的制氢系统的术语和定义、分类与命名、技术要求、试验与检测、标志、产品随机文件、包装本文件适用于工业用和商业用固定式中温变压吸附提纯氢气系统中温变压吸附法mediumelevatedtemperaturepressureswingadsorption（ETPSA）method在120~450℃温度范围内，利用固体吸附剂对不同气体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，在一定压力下吸附，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
3.2中温变压吸附法提氢系统hydrogenpurificationsystembyelevatedtemperaturepressureswingadsorption采用中温变压吸附法，从含氢气体中提纯氢气的制氢系统
3.3阻火器firearrester指利用火焰通过热导体的狭小空隙时，由于热量损失而使火焰熄灭的原理设计、制造，用来防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道内蔓延的装置
3.4氢回收率hydrogenrecoverrate指利用中温变压吸附法生产氢气时，产品氢气中纯氢的体积（标准状态）与原料气体中所含氢气的体积（标准状态）之比
3.5固定式的中温变压吸附法提氢系统stationaryhydrogenpurificationsystembyelevatedtemperaturepressureswingadsorption指所有设备、管道全部固定在设备基础、管道支架上的中温变压吸附法提氢系统
3.6吸附剂寿命adsorbentlifetime指吸附剂正常使用的年限
3.7吸附剂活化adsorbentactivation通过改变吸附剂本身的某一些结构或化学成分以提高吸附剂本身的吸附能力，或单纯地提高对某一种物质的吸附效果
4分类和命名4.1分类中温变压吸附法提氢系统产品，按氢气产品纯度分为普通型、纯气型
普通型中温变压吸附法提氢系统：产品氢气纯度≥99.5%
纯气型中温变压吸附法提氢系统：产品氢气纯度≥99.99%
对于纯气型中温变压吸附法提氢系统制取的纯氢，其杂质含量如O2、CH4、CO、CO2、H2O、Ar和N2等允许浓度可根据用户要求商定
技术要求5.1通用要求5.1.1一般要求5.1.1.1中温变压吸附法提氢系统包括下列单体设备或装置：原料气预处理设备、吸附器组件、保温组件、真空泵组、氢气缓冲罐、氢气压缩机、程序控制阀、自动控制系统及相应软件
中温变压吸附法提氢系统示意图，见附录A
5.1.1.2中温变压吸附法提氢系统的解吸气可根据需要回收利用或排入大气
当排入大气时，应符合GB16297及地方环保的有关规定
5.1.1.3中温变压吸附法提氢系统净化后氢气的质量应符合GB3634或GB/T7445中氢气和高纯氢气质量标准的规定
5.1.2工作条件5.1.2.1中温变压吸附法提氢系统的工作压力范围为：0~6MPa(G)
5.1.2.2中温变压吸附法提氢系统的工作温度范围为：120~450℃
5.1.2.3中温变压吸附法提氢系统所处场所有爆炸危险区域的范围及等级的划分，应符合GB50177和GB50058的有关规定
5.1.2.4中温变压吸附法提氢系统原料气种类有煤制氢气体、碳氢燃料重整制氢气体、工业余热重整制氢气体、天然气转化气、甲醇转化气、氨裂解/分解气、水煤气或半水煤气、焦炉煤气、炼厂气、合成氨或合成甲醇的驰放气、管道掺氢天然气等
原料气中的氢气体积含量宜大于20%
5.1.2.5中温变压吸附法提氢系统应设置吹扫置换气气体接口，置换气体宜采用氮气
5.1.2.6中温变压吸附法提氢系统中，表面温度高于50℃的设备、管道及仪表管道应采取绝热措施，绝热措施应符合GB/T4272的有关规定
5.1.2.7冷却水水压及水质应符合GB/T19773的有关规定
5.1.2.8中温变压吸附法提氢系统应设置原料气复温调温器和水冷器，使除氧后原料气的温度及水蒸气浓度达到操作要求后，进行之后的吸附工序
5.1.2.9中温变压吸附法提氢系统应采用氮气、蒸气充洗管道，以提升产品氢气的收率
5.2单体设备5.2.1一般规定5.2.1.1单体设备应根据中温变压吸附法提氢系统的规模、用气特性、氢气质量要求等合理配置
5.2.1.2单体设备的技术性能、工作参数应满足中温变压吸附法提氢系统的总体要求，单体设备的性能参数、技术要求应严于系统的要求
5.2.1.3单体设备的材质单体设备内、连接部位、气体接触的内表面、密封件所用的材料应具有下列特性
5.2.1.3.1在所有的工作条件下，具有必要的化学稳定性
5.2.1.3.2在运行中不会发生各种形式的化学反应，以避免反应生成物对氢气的污染
5.2.1.3.3应适应变压吸附过程压力的变化，能承受交变应力的状况，并在工作条件下保持机械性能的稳定性
5.2.1.3.4所选用材料在中温工作条件下应不发生或避免发生氢脆、氢腐蚀、应力腐蚀和其他形式的腐蚀
5.2.2吸附组件5.2.2.1吸附器组是中温变压吸附法提氢系统的主体设备，它的性能参数将决定中温变压吸附法提氢系统的技术性能
吸附器组的规格尺寸、内部构件应以提高氢回收率、减少制造成本为基本要求
5.2.2.2吸附器组的吸附器数量，应根据中温变压吸附法提氢系统的原料气组成、吸附压力、吸附剂的动态吸附容量、氢气产量、氢气纯度及氢气回收率等因素确定
5.2.2.3吸附器的设计、制造、检验、试验和验收应严格遵守TSG21、JB4732和GB150的规定，且必须考虑交变应力的影响
吸附器上受压元件之间及其与非受压元件之间的焊接应在焊后整体消除应力热处理（PWHT）之前焊到设备上，热处理后不得再施焊
5.2.2.4吸附器应轴向设置多个温度传感器，实时监控由于吸附反应热集聚产生的吸附器飞温现象，控制系统应设定飞温控制上限，一般不宜高于30℃
5.2.2.5中温变压吸附法提氢用吸附剂主要有：活性炭类吸附剂、分子筛类吸附剂和复合金属氧化物
考虑吸附过程中吸附器内的热集聚效应，所选吸附剂在对应操作压力、操作温度下的吸附热不宜高于65kJ/mol，吸附剂的性能参数应满足提纯氢气的要求
5.2.2.6垫片材质的选择应符合相应的标准规定，并确保吸附器在中温工作状态不渗漏，并能承受开、停车时的工作状态变化
5.2.3中温保温部件5.2.3.1中温变压吸附法提氢系统中设备表面及内部，应采取维持系统的中温操作条件的保温部件，如外壁盘管、内壁盘管、热管等
保温介质可以为水蒸气或工厂内富余的中高温惰性流体介质
可根据季节变化及时调整保温流体介质的流量和流速
5.2.3.2中温保温部件材质的选择应符合GB/T4272的有关规定
5.2.3.3中温保温部件的性能及结构均应满足维持中温操作条件的要求，并应采取密封、防爆措施
5.2.4中温吸附器防飞温内壁盘管中温变压吸附法提氢系统设备内部，应根据所选吸附剂反应热效应设计内壁盘管
降温介质可以为循环水
5.2.5真空泵机组5.2.5.1中温变压吸附法提氢系统的真空泵机组用于解吸时吸附器抽真空，降低系统压力，使吸附剂得到更充分的解吸再生
设置真空泵机组可提高氢回收率
5.2.5.2真空泵机组可选用液环式或活塞式真空泵
5.2.5.3真空泵机组的性能、结构和材质均应满足解吸气体特性的要求，并应设置密封、防爆措施
5.2.5.4真空泵应配置防爆型电动机，电力装置设计应满足GB50058的规定，当真空泵机组布置在厂房内时，防爆等级不低于GB50058规定的dⅡCT1
5.2.5.5待抽真空气体应经换热器冷却后再进入真空泵
5.2.5.6当回收利用真空泵机组排出的解吸气时，应设置氧分析仪，以检测解吸气中的氧含量是否超过安全允许浓度
5.2.5.7真空泵入口切断阀后应设置与大气相通的阀门，真空泵排气切断阀前应设置与大气相连接的排气阀
5.2.5.8采用液环式真空泵时，真空机组宜设置与其泵前程序控制阀的停机连锁措施，以确保真空泵故障停车时，程序控制阀同时关闭
为防止液环式真空泵内液体结冰，冬季装置停车时，应及时排空液环式真空泵内液体

起草单位

清华大学山西清洁能源研究院、清华大学、北京北大先锋科技股份有限公司、山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司（现山西潞安丰喜泉稷能源有限公司）、北京佳安氢源科技股份有限公司

起草人

蔡宁生、史翊翔、李爽、王路、张婧、李军、王冬冬、任建英、李林、潘宣霖、睢俊杰、郝培璇、朱炫灿、张艳花、张佳平、唐伟、耿云峰、李世刚、蒋化、张毅刚、荣杰、梁曙光、张舟、陈莎、江风、李想、刘哲男、郭文龙、薛晓宾、高容川、潘伟峰、张高稳、景明华、段维国、吴红晓、卜辰烨

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