T/CCASC 0051-2024 氯碱副产氢纯化技术规范

T/CCASC 00512024《氯碱副产氢纯化技术规范》

本文件由中国氯碱工业协会发布，旨在规范氯碱副产氢气的纯化过程，确保氢气产品质量、安全性和环保性。标准适用于氯碱副产氢的纯化，其他氢气纯化过程可参考。以下从多个维度详细总结主要内容，结构丰富，覆盖文档核心要素。

• ​​背景​​：中国氯碱工业协会成立于1981年，本标准是其团体标准之一，基于《中国氯碱工业协会团体标准管理办法》制定。起草单位包括山东大地盐化集团有限公司等多家企业。
• ​​范围​​：本文件规定了氯碱副产氢纯化的通用要求、技术要求和指标要求，适用于氯碱副产氢的纯化系统设计、运行和管理。其他氢气纯化（如工业氢或燃料电池用氢）也可参考。

标准引用多项国家标准，确保技术合规性，主要包括：

• ​​氢气质量​​：GB/T 3634.1（工业氢）、GB/T 3634.2（纯氢、高纯氢和超纯氢）、GB/T 37244（质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气）。
• ​​安全与工程​​：GB 50058（爆炸危险环境电力装置设计）、GB 50177（氢气站设计）、GB/T 50493（可燃气体检测报警设计）、GB 50235（工业管道施工）、GB 50316（工业管道设计）。
• ​​环保与防腐​​：GB/T 21447（管道外腐蚀控制）、GB/T 50050（冷却水水质要求）。

关键术语定义清晰，确保技术一致性：

• ​​副产氢纯化系统​​：采用变压吸附、冷冻分离、膜分离或化学吸收技术（或组合），从氯碱副产氢中提纯氢气的系统。
• ​​变压吸附技术​​：基于吸附剂（如活性炭、分子筛）对气体分子的物理吸附，通过压力变换实现分离。
• ​​冷冻分离技术​​：利用不同气体沸点差异，通过降温实现杂质液化分离。
• ​​膜分离技术​​：使用半透膜（如高分子聚合物膜或无机膜），基于分子大小实现选择性分离。
• ​​化学吸收技术​​：利用溶剂（如醇胺溶液）化学吸收杂质气体，并通过再生循环利用溶剂。

系统设计需遵循以下原则，确保安全、高效和环保：

• ​​工艺选择​​：根据氢气成分和纯化需求，选用一种或多种技术组合（如变压吸附与膜分离结合）。再生气可回收利用或排放，但排放需符合环保标准（如GB/T 50493）。
• ​​环境条件​​：工作环境温度宜小于40℃，具体依据气象条件确定。
• ​​安全要求​​：
  • 危险区域划分：符合GB 50058和GB 50177，设置氢气浓度检测报警系统（GDS）。
  • 设备防爆：动力设备（如真空泵、压缩机）需防爆设计。室内设备防爆等级不低于dIICT1，室外不低于eICT1。
  • 管道与附件：材质、保温、防腐分别符合GB 50177、GB 50264和GB/T 21447。氢气压缩机前设缓冲罐，并配置安全阀、超限报警及停机联锁。
• ​​自动控制​​：系统需自适应优化操作系统，确保高氢气回收率和产品质量；设置故障诊断和程序切换，支持报警、停车处理。
• ​​辅助系统​​：冷却水水质符合GB/T 50050；纯化系统出口设氢气纯度在线检测仪。

标准详细规定了四种纯化技术，每种技术包括工艺流程、设备、关键参数和应用范围。以下是详细分解，并嵌入相关工艺流程框图（来自附录A），确保图文结合。

• ​​5.1 变压吸附技术​​
  • ​​工艺流程​​：氯碱副产氢（低压）经压缩机升压后，进入脱氯塔、脱氧塔预处理，冷却后送入吸附塔，去除水分、NH₃、CO、CO₂、N₂等杂质。净化氢气经压缩后充装使用。
  • ​​主要设备​​：氢压机、脱氯塔、脱氧塔、吸附塔。
  • ​​吸附剂选择​​：活性炭、分子筛、活性氧化铝或硅胶（根据工况选择）。吸附剂水分吸附容量详见附录B（如25℃时分子筛吸附容量22%）。
  • ​​吸附床结构​​：采用多层吸附床，材料选择和排布基于原料组分和目标纯度。
  • ​​适用范围​​：适用于氯碱副产氢的粗氢纯化。
  • ​​工艺流程框图​​（紧邻描述）：
    
• ​​5.2 冷冻分离技术​​
  • ​​工艺流程​​：原料气预处理后进入低温冷凝装置，基于沸点差异（如CO₂沸点-78.5℃）液化分离杂质。多级冷凝工艺确保充分分离。
  • ​​主要设备​​：压缩机、换热器、节流阀。
  • ​​分离温度要求​​：操作温度需高于氢气沸点（-252.8℃）但低于杂质沸点（如N₂沸点-195.6℃）。压力越高、温度越低，纯度越高但能耗增加。
  • ​​适用范围​​：适用于氢含量≥98.5%的原料气，产氢纯度高。
  • ​​工艺流程框图​​（紧邻描述）：
    
• ​​5.3 膜分离技术​​
  • ​​工艺流程​​：原料气预处理后进入膜分离器，氢气通过膜材料选择性渗透，杂质被截留。
  • ​​主要设备​​：膜分离器、分离罐、压缩机、冷却器。
  • ​​膜种类与材料​​：高分子聚合物膜（如聚砜、聚酰亚胺，结构为中空纤维或螺旋缠绕型）或无机膜（如陶瓷膜、金属钯膜）。宜与其他技术组合降低成本和能耗。
  • ​​适用范围​​：小规模、高纯度要求的纯化过程。
  • ​​工艺流程框图​​（紧邻描述）：
    
• ​​5.4 化学吸收技术​​
  • ​​工艺流程​​：溶剂（如MDEA溶液）在吸收塔中吸收杂质气体（如H₂S或CO₂），溶剂再生后循环利用。
  • ​​主要设备​​：吸收塔、换热器、压缩机、再生塔。
  • ​​吸收溶剂选取​​：常用N-甲基二乙醇胺（MDEA）溶液或热碳酸钾溶液。MDEA可选择性脱除H₂S和酸气，混合溶液可同时脱除H₂S和CO₂。
  • ​​适用范围​​：适用于特定组分（如酸性气体）的脱除。
  • ​​工艺流程框图​​（紧邻描述）：
    

氢气产品质量需满足以下国家标准，确保纯度和安全性：

• ​​工业氢​​：符合GB/T 3634.1（如氢气纯度、杂质限值）。
• ​​纯氢、高纯氢、超纯氢​​：符合GB/T 3634.2（分级要求纯度、氧含量等）。
• ​​燃料电池用氢​​：符合GB/T 37244（针对质子交换膜燃料电池汽车，严格限制CO、硫化物等杂质）。

• ​​附录A（资料性）​​：提供四种纯化技术的典型工艺流程框图（已嵌入技术要求部分）。
• ​​附录B（资料性）​​：
  • 吸附剂水分吸附容量（表B.1）：如25℃时分子筛吸附容量22%，温度升高容量降低。
  • 部分气体沸点（表B.2）：如H₂沸点-252.8℃，CO₂沸点-78.5℃，用于指导冷冻分离操作。
• ​​参考文献​​：列出补充标准（如GB 4962氢气使用安全、TSG 23气瓶安全规程），扩展技术依据。

本技术规范系统化地定义了氯碱副产氢纯化的全流程，强调安全、环保和高效。核心在于灵活组合变压吸附、冷冻分离、膜分离和化学吸收技术，适配不同原料气组分和纯度需求。通用要求确保系统设计合规，技术指标衔接国家标准，附录提供实用参考数据。实施中需注重自动控制、风险防控和持续优化，以提升氢气回收率和产品质量，支持氯碱行业可持续发展。