氢气不纯物在线监测技术方案,北京希望世纪科技有限公司

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氢气不纯物在线监测技术方案

分类：	技术服务
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一、 背景：站内制氢加氢站站内在线不纯物监测确保氢气品质。

• 严格的ISO标准

• 对城市燃气的不纯物没有严格的品质控制指引，因此供气的品质难以稳定

• 不能长期进行手工分析

• 监测所有不纯物成分的话耗费高昂

• 有些不纯物的浓度低于检测极限

• 希望确保氢气品质同时费用合理

二、 提纯工艺的4个循环交替的工序

1. 吸收Absorption

2. 降压Decompression

3. 吹扫Purging

4. 升压Boosting

a. 气体在压力下，进入吸收塔并停留预先设定的时间，从而使其中的不纯物得到吸收并去除，获得更纯净的氢气,工艺温度：15~60℃

b. 通入一部分高纯氢气进入吸收塔

由于排气，系统压力可降至接近大气压水平，吸收塔内留存的不纯气体也同时从出气端被排出。

c. 再通入一部分高纯氢气，同时打开阀门，气体经吸收塔从排气端流出，塔内吸收剂则可得吹扫再生

d. 利用吸收工序获得的部分高纯氢气提升吸收塔内的压力直至达到压力平衡，准备进入下一个提纯工艺的循环

三、质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气标准

杂质名称	指标	测定方法
水	5μmol/mol	GB/T 5832.2-2016 露点法
总烃（按甲烷计）	2μmol/mol	GB/T 8984-2008 气相色谱法
氧（O₂）	5μmol/mol	GB/T 6285-2016 电化学法
氦（He）	300μmol/mol	GB/T 27894.3-2011 气相色谱法
氮（N₂）	100μmol/mol	GB/T 3634.2-2011 氦离子化气相色谱法
氩（Ar）	100μmol/mol	GB/T 3634.2-2011 氦离子化气相色谱法
二氧化碳（CO₂）	2μmol/mol	GB/T 8984-2008气相色谱法
一氧化碳（CO）	0.2μmol/mol	GB/T 8984 -2008气相色谱法
总硫（按H₂S计）	0.004μmol/mol	ASTM D7652
甲醛（HCHO）	0.01μmol/mol	GB/T 16129-1995 分光光度法
甲酸（HCOOH）	0.2μmol/mol	ASTM D7653
氨（NH₃）	0.1μmol/mol	GB/T 14669-1993 离子选择电极法
总卤化合物（按卤离子计）	0.05μmol/mol	附录A：氢气中卤化物含量的测定方法
最大颗粒物浓度	1mg/kg	GB/T 15432-1995第5章

四、一氧化碳对电压下降的影响

浓度为1 ppm时，电压降为33%

浓度为0.2 ppm时，电压降为3%

五、PSA工艺中不纯物的稳定管理

金丝雀不纯物管理法

• 金丝雀由于其对一氧化碳的毒性作用比人类敏感，在20世纪的欧洲常被用于煤矿中一氧化碳的探测，对矿区危险气体的检测管理法由此得名。

Ø “金丝雀不纯物”：在氢气提纯过程中最难去除且最易残留在产品中的不纯物

Ø 仅对一种不纯物进行连续检测

• 节省其他不纯物监测的费用

• 满足连续的品质控制要求

六、提纯吸附工艺穿透机制

吸收提纯工艺中，吸收剂会随着使用发生劣化，当吸收剂中的吸收质（不纯物）浓度达到饱和时，不纯物将进入产品氢气中，这一现象称为“穿透”。

影响穿透现象的三大因素：吸附强度、吸附容量、扩散模式。

七、严苛条件验证

• 条件1

• 氢气提纯工序入口处杂质浓度的增加

• 模拟：

• 原料气体中杂质增加

• 制氢设备重整催化剂劣化

• 气体分离的换热性能降低等情况

• 条件2

• 氢气提纯工序中使用的吸附剂的劣化

• 模拟：

• 氢气提纯工序中PSA吸附剂劣化

八、结论

1. CO在常规条件下和严苛条件下都是最早穿透的不纯物，因此可将其作为“金丝雀不纯物”用于对氢气提纯工艺的管理。

2. 经ENEOS公司的经验，利用金丝雀不纯物管理法则，对CO进行连续在线监测，可节省88%的质量控制成本