T/CAMIE 39-2025 热解气水蒸气重整制氢工艺技术规范

ICS 29.260.99 CCSF19

团体 标准

T/CAMIE 39—2025

热解气水蒸气重整制氢工艺技术规范

Technical specifications for hydrogen production by pyrolysis gas steam reforming

2025-11-04发布 2025-12-05实施

中国环保机械行业协会发 布

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目次

前言 Ⅱ

1 范围 1

2 规范性引用文件 1

3 术语和定义 1

4 系统构成及产物 2

4.1 系统构成 2

4.2 产物 3

5 技术要求 3

5.1 一般要求 3

5.2 系统设计要求 4

5.3 系统运行要求 4

5.4 安全要求 5

6 采样与检测 6

6.1 采样 6

6.2 检测 6

图 1 热解气水蒸气重整制氢系统工艺过程示意图 3

表 1 热解气组分及含量 3

I

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前言

本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》 的规定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国环保机械行业协会提出并归口。

本文件起草单位：清华大学、清华大学山西清洁能源研究院、华中科技大学、中国科学院广州能源研究所、天津大学、华东理工大学、华北电力大学、北京联合大学、内蒙古科学技术研究院、广东隽诺环保科技股份有限公司、北京首创环境科技有限公司、北京华能长江环保科技研究院有限公司。

本文件主要起草人：李爽、史翊翔、蔡宁生、王昱瑞、乔瑜、杨改秀、张伟、丁路、崔孝强、 陆强、黄经春、杨世关、李凯、王晚晴、黄艳琴、王舒笑、唐龙飞、程艳玲、范洪刚、黄耀兵、 华威、李昱喆、王清睿、叶磊、戴小东、王冬冬、李林、张艳彬、周亮、刘帅、张婧、潘宣霖、 邢英金、任建英、许富花、贺建勋、王路。

本文件为首次发布。

Ⅱ

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热解气水蒸气重整制氢工艺技术规范

1 范围

本文件规定了热解气水蒸气重整制氢系统的系统构成及产物、技术要求、产品气检测。

本文件适用于以生物质、生活垃圾废弃物热解气经预处理获得的气态碳氢混合物为原料进行水蒸气重整、净化从而制取高纯度氢气的工艺技术规范(不包括氢气的储运)。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;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 3723 工业用化学产品采样安全通则

GB 3836.15 爆炸性环境第15部分：电气装置设计、选型、安装规范

GB/T 4272 设备及管道绝热技术通则

GB/T 4830 工业自动化仪表气源压力范围和质量

GB 4962 氢气使用安全技术规程

GB/T 6681 气体化工产品采样通则

GB 8978 污水综合排放标准

GB/T 13347 石油气体管道阻火器

GB 16297 大气污染物综合排放标准

GB 16914 燃气燃烧器具安全技术条件

GB 18599 一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准

GB/T 19773 变压吸附提纯氢系统技术要求

GB/T 29729 氢系统安全的基本要求

GB/T 32201 气体流量计

GB/T 37244 质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气

GB/T 40508 生物质燃气中焦油和灰尘含量的测定方法

GB/T 50050 工业循环冷却水处理设计规范

GB 50177 氢气站设计规范

GB 50231 机械设备安装工程施工及验收通用规范

GB 50275 风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范

GB/T 50493 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准

SH/T 3097 石油化工静电接地设计规范

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

1

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3.1

热解气 pyrolysis gas

在缺氧或有限氧气(氧气含量低于0.5%)条件下，通过400 ℃~700 ℃的高温使生物质、生活垃圾废弃物分解，将得到的气态产物进行预处理后获得的气态碳氢混合物。

3.2

热解气水蒸气重整反应 pyrolysis gas steam reforming reaction

在一定温度、压力及催化剂作用下，使热解气中的碳氢化合物与水蒸气反应并转化成为氢气和一氧化碳/二氧化碳的化学反应过程。

3.3

水气变换反应 water-gas shift reaction

在一定温度、压力及催化剂作用下，使一氧化碳与水蒸气发生反应并转化为氢气和二氧化碳的化学反应过程。

3.4

氢气净化 hydrogen purification

利用变压吸附、变温吸附或膜分离技术，将富氢合成气中的氢气与其他杂质气体分离的提纯过程。

3.5

热解气水蒸气重整制氢系统 hydrogen production system by pyrolysis gas steam reforming

采用热解气水蒸气重整及氢气净化分离联用提纯方法生产氢气的一系列设备的组合(以下简称“系统”)。

3.6

产品气 product gas

热解气经重整和净化后得到的主要成分为氢气的气态物质。

4 系统构成及产物

4.1 系统构成

4.1.1 热解气水蒸气重整制氢系统由蒸发器、原料混合预热器、水蒸气重整反应器、水气变换反应器、冷却器、气液分离器、氢气净化器等主要设备及过热器、自动控制及监测系统、管路和辅助部件构成。

4.1.2 系统工艺过程示意见图1。

2

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废气(富CO₂气体)

产物

热解气

H₂

氢气净化器

水蒸发器

气液分离器

冷却器

水蒸气重整反应器

水气变换反应器

原料制氢系统

原料混合预热器

废液

图1 热解气水蒸气重整制氢系统工艺过程示意图

4.1.3 水气变换反应器宜根据用氢终端对产品气组分含量的要求，选择是否需要水气变换反应进行CO 转化，在制氢系统中设置或不设置该反应器。

4.2 产物

4.2.1 热解气水蒸气重整制氢系统的产物为较高纯度的氢气气体，即产品气。

4.2.2 系统可采用不同工艺对产品气的组分及含量进行调整，以满足产品气最终使用场合的需要。

4.2.3 产品气组分及含量应符合GB/T 37244的规定时，可作为质子交换膜燃料电池的燃料使用。

5 技术要求

5.1 一般要求

5.1.1 热解气组分及含量宜符合表1的要求。

表1 热解气组分及含量

项目名称

焦油

( mg/m³ )

灰尘

(m g/m³ )

烯烃+炔烃

( vol%)

S

( ppm)

P

( ppm)

Sn

( ppm)

卤素

( ppm)

NH₃

( ppm)

含量要求

<5

<5

<1

<0.1

<0.1

<0.1

<0.1

<2.6

5.1.2 热解气重整应采用水蒸气重整反应方式，催化剂宜使用镍基和贵金属基催化剂。

5.1.3 热解气水蒸气重整使用的原料水宜为电阻率大于1MΩ·cm(25 ℃)的去离子水。

5.1.4 循环冷却水水质及处理要求应符合GB/T 50050的规定。

5.1.5 自动化仪表所使用的气源压力范围和质量要求应符合GB/T 4830的规定。

5.1.6 系统应设置置换气体的接口，置换气体宜采用氮气。

5.1.7 系统中表面温度高于60℃的设备和管道应采取隔热措施，隔热层的结构、材料和厚度应符合GB/T 4272的规定。

5.1.8 系统产生的废水经处理后应达到GB 8978规定的要求方可排放。

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5.1.9 系统产生的富CO₂ 气体宜进行碳捕集利用，碳捕集后剩余的废气经处理后应符合GB 16297 的规定方可排放。

5.1.10 系统产生的固体废弃物的存储、污染物的监测和控制应符合GB 18599的规定及地方环保要求。

5.2 系统设计要求

5.2.1 系统的整体设计、选材和管道应符合GB/T 29729的规定。

5.2.2 重整反应器、水气变换反应器、蒸发器、过热器、原料混合预热器、冷却器的进出口均应设置温度检测仪表和压力检测仪表，且对运行情况进行实时监控。

5.2.3 蒸发器、过热器的规格及内部组件的设计应满足工艺设计对换热面积、温度及压力的要求， 并设置气体平衡口。

5.2.4 气液分离器的规格、内部组件的设计应满足工艺设计要求，气液分离器还应设置液位控制及安全保护措施。

5.2.5 重整反应器的进气口和出气口应分别设置排空出口。

5.2.6 水气变换反应器的出口应设置排空出口。

5.2.7 冷却器输出的含氢气体温度宜低于60℃。

5.2.8 氢气净化装置可以是变压吸附、变温吸附和膜分离中的一种或多种的组合：

a) 变压吸附单元的设计、制造应符合GB/T 19773的规定;

b) 变压吸附、变温吸附、膜分离装置可根据提纯需求采用串联或其他组合形式。

5.2.9 当蒸发器、原料液预热器、重整反应器、冷却器的低压侧设计压力小于高压侧设计压力的 2/3时，应在低压侧设置安全保护措施。

5.2.10 系统产生的废液不得直接向外排放，应在气液分离器后设置废液收集装置回收废液。

5.2.11 自动控制及监测系统应具备报警连锁功能，能进行监测报警和自动及手动停车。

5.3 系统运行要求

5.3.1 系统运行前的准备按以下要求实施：

a) 核查所有制造单位提供的出厂资料，包括设计图纸文件、设备质量证明文件和压力容器的特种设备制造监督检验证书等;

b) 检查各种设备的外观和尺寸，检查各液体、气体管道和仪表电控线路连接的准确性;

c) 进行重整单元、水气变换单元、净化单元的合格性检测，检测项目包括强度、气密性和泄漏量，检测方法和合格要求应符合GB/T 19773的规定;

d) 如使用变压吸附法并采用真空解吸时，氢气纯化设备的真空度测试应符合GB/T 19773 的规定，进出口与程控阀之间的所有压力频繁交变的疲劳管道应进行100%的无损检测;

e) 核查系统的原料、公用工程及自动控制系统均符合设计要求;

f) 核查系统区域环境符合设计要求，各种生产辅助设备均达到运行条件;

g ) 核查系统的机械设备应符合GB 50231的规定，动力设备应符合GB50275 的规定。

5.3.2 系统的运行操作按照以下要求进行：

a) 系统开机时应先使用氮气或其他惰性气体进行吹扫置换，使系统内气体的含氧量小于0.5%, 且无其他氧化性介质;

b) 系统如设置水气变换单元，水气变换催化剂应按生产厂家技术说明进行前处理和使用;

c) 系统开机时应逐渐增加负荷直至达到规定工况，同时记录系统达到规定工况时的原料进

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料量、转化温度、产品气的组分、工作压力、工作温度、产品气产量等数据;

d) 热解气水蒸气重整催化剂按照生产厂家技术说明进行还原，还原管道及设备内气体的氧含量应满足催化剂还原的要求;

e) 系统运行过程中应实时监测压力、温度、气体组分和流量等关键参数;

f) 设备巡检中应记录产品气产量、产品气组分、原料消耗量、公用工程耗量、系统各单元工作压力、工作温度和环境温度的数据;

g) 系统停止运行时，应依次关闭原料热解气及各设备的加热程序后进行泄压，使用氮气或其他惰性气体从入口吹扫管路至少10 min, 当系统各设备的部件温度均降至室温后关闭系统总电源。

5.3.3 系统异常运行及故障处理按以下要求进行：

a) 发现系统压力、温度、气体组分和流量等关键参数异常时，应立即触发报警并记录异常数据;

b) 当系统压力超出设计或工况设定范围时应立即启动安全泄压装置，并排查管路堵塞、阀门状态或仪表故障情况;

c) 当反应器温度偏离设定值±10%时应及时调整加热功率或冷却流量，必要时应暂停进料并启动氮气或其他惰性气体吹扫;

d) 当检测到可燃气体或氢气泄漏时应立即启动应急停机程序，关闭相应的阀门并启动通风系统，操作应符合GB 4962 的规定;

e) 故障排除后应按GB/T 19773的规定重新进行系统气密性的检测，当系统功能测试符合原设计要求且确认无隐患后方可恢复运行。

5.3.4 系统的维护按照以下要求进行：

a) 重整反应器、换热器及管道的腐蚀、积碳及密封性应每6个月检查一次，重整反应催化剂应按其使用说明书的要求定期进行拆卸、更换或再生;

b) 氢气净化单元的吸附容量应每3个月检测一次，吸附剂应按其使用说明要求进行更换或再生;

c) 阻火器应每年校验一次，其动作压力符合GB/T 13347的规定;

d) 系统维护前应悬挂警示标识，并且需对设备进行彻底泄压;

e) 系统维护前，应使用氮气或其他惰性气体进行彻底吹扫置换，使系统内气体的含氧量小于

0.5%,且无其他氧化性介质;

f) 泵、阀门等备用设备应定期启动测试，在紧急状态下可正常切换;

g ) 维护记录应包括维护项目、更换部件、检测数据及负责人签名，记录的保存期限不得少于3年。

5.4 安全要求

5.4.1 系统的安全性应符合GB/T 29729的规定。

5.4.2 氢气的生产应符合GB4962 的规定。

5.4.3 系统场所有爆炸危险区域范围及等级的划分应符合GB 50177的规定。

5.4.4 系统所在区域内应设置可燃气体报警装置、CO 有毒气体报警装置，报警装置的配置应符合 GB/T 50493的规定。

5.4.5 燃烧器的安全设置应符合GB 16914的规定。

5.4.6 系统设备出口应设置排空口和产品气出口。

5.4.7 产品气的出口处应设置阻火器，阻火器应符合GB/T 13347的规定。

5.4.8 电气设备及其配线的选用和配置应有防爆措施，防爆措施的设置应符合GB 3836.15的规定。

5.4.9 设备的防静电接地设计应符合 SH/T 3097 的规定，接触可燃介质的管道法兰、阀门连接处

5

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应设置防静电金属连接线(铜质)跨接。

5.4.10 系统所在区域的消防设置按以下规定执行：

a ) 设置能覆盖所有潜在火源区域并与中央控制室联动的火灾自动报警系统;

b) 设置自动灭火系统和手动灭火设备，灭火介质宜为二氧化碳;

c) 设置应急照明和疏散指示标志，消防通道应保持畅通，不得堆放杂物;

d) 所有消防设施应定期检查、维护并记录。

6 采样与检测

6.1 采样

6.1.1 气体样品的采样按照GB/T 6681的规定进行。

6.1.2 管道输送气体在采样点采样，经采样器或采样管送入检测设备。

6.1.3 压缩气体应使用针形阀减压后经采样管送入检测设备，常压或负压样品使用抽吸器进行采样并直接抽入检测设备。

6.1.4 应保证采样气路的气密性，气路宜使用金属管道，防止环境气体对样品造成污染。

6.1.5 采样中的安全事项应符合 GB/T 3723的规定。

6.2 检测

6.2.1 热解气中焦油和灰尘含量的测定按照GB/T 40508的规定进行。

6.2.2 产品气的纯度及杂质组分检测宜按照GB/T 37244给出的方法进行。

6.2.3 产品气的产量可采用气体流量法或容积法进行测量，采用气体流量法测量时，检测用气体流量计应在有效检定周期内，检测条件和方法应按照GB/T 32201的规定执行;采用容积法测量时， 应按照GB/T 19773给出的方法进行。