T∕CRES 0012-2022 生物氢烷制备技术规范.pdf

ICS27.010 F10 T/CRES 中国可再生能源学会中国可再生能源学会标准标准 T/CRES00122022 生物氢烷制备技术规范 Code for bio-hythane preparation technology 2022-12-30 发布 2023-01-16 实施 中国可再生能源学会 发布 T/CRES0012-2022 I 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 制备装置.2 5 制备工艺.3 6 材料与测定方法.5 7 安全要求.5 T/CRES0012-2022 II 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这些专利的责任。本文件由河南农业大学提出。本文件由中国可再生能源学会（T/CRES）归口及发布。本文件起草单位：河南农业大学、黄河科技学院、东北农业大学、河南省图天新能源科技有限公司。本文件主要起草人：张全国、张志萍、焦有宙、张寰、李文哲、张洋、贺超、孙勇、李刚、倪慎军、朱胜楠、夏晨曦。本文件在执行过程中的意见建议请反馈至中国可再生能源学会标准化工作办公室。T/CRES0012-2022 1 生物氢烷制备技术规范 1 范围 本文件规定了生物氢烷制备装置、制备工艺、材料与测定方法和安全要求。本文件适用于光合生物制氢及其尾液制备甲烷、暗发酵生物制氢及其尾液制备甲烷等多种形式的生物氢烷制备。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 13610 天然气的组成分析 气相色谱法 GB/T 18047 车用压缩天然气 GB/T 19774 变压吸附提纯氢系统技术要求 GB/T 34537 车用压缩氢气天然气混合燃气 GB 50016 建筑设计防火规范 GB 50444 建筑灭火器配置验收及检测规范 3 术语和定义 下列术语和定义适应于本文件。3.1 生物氢烷 biohythane 根据需求将通过厌氧发酵法获得的氢气和甲烷进行调配混合后得到的混合气。3.2 分段式氢烷制备 staged preparation of biohythane 氢气和甲烷分别在产氢反应器和产甲烷反应器中制备并按需要混合。T/CRES0012-2022 2 3.3 连续式氢烷制备 continuous preparation of biohythane 产氢反应器产出的氢气通入产甲烷反应器，同时产氢尾液（渣）泵入产甲烷反应器中进行产氢，其中部分氢气被嗜氢产甲烷菌利用生成甲烷，从而得到氢含量稳定的氢烷。3.4 光发酵制氢 hydrogen production by photo fermentation 厌氧光合细菌依靠从小分子有机物中提取的还原能力和光提供的能量将氢离子还原成氢气的过程。3.5 暗发酵制氢 hydrogen production by dark fermentation 在没有光照的情况下，通过厌氧微生物将有机化合物转化为生物氢，同时生成各种有机酸或醇类副产物的过程。3.6 反应器 reactor 用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程的设备。3.7 尾液 raffinate 有机质经生物发酵后的液体剩余物。4 制备装置 4.1 生物氢烷制备装置应包含产氢反应器、产甲烷反应器、净化提纯设备、储气罐、生物气缓冲罐、生物氢烷配气装置、在线监测系统等主要部分。4.2 产氢反应器和产甲烷反应器应根据原料理化特性进行选择，宜选用性能稳定、结构设计简洁的反应器，一般采用折流板反应器或釜式反应器。4.3 净化提纯设备安装应牢固可靠，安装允许偏差应符合净化工程安装标准规范的要求。4.4 储气罐、生物氢烷配气装置应经过相关部门检测，并取得检测合格证明。4.5 装置中的动力元件如泵等应同时具备自动调节和手动调节功能。4.6 装置中的输气管道应保证具有良好的密封性和耐腐蚀性。T/CRES0012-2022 3 4.7 在线监测系统应具备实时监控、自动调节、安全预警等功能。5 制备工艺 5.1 暗发酵制氢工艺 5.1.1 暗发酵制氢宜选用底物利用范围广、底物转化率高、产氢率高、环境适应能力强的菌种，可以纯菌种进行制氢，也可混合菌种协同制氢，但均应保证菌种生长代谢的稳定性。5.1.2 预处理方法应根据原料的理化特性进行选择，一般采用物理法、化学法和生物法进行预处理。5.1.3 暗发酵制氢过程中反应器中的 pH、温度等条件应保持在有利于发酵细菌产氢代谢的范围内，pH 一般在 6.0-7.5，温度一般在 25-40。5.1.4 暗发酵制氢尾液中富含小分子有机酸，宜通过吸附等方法处理后回收利用。5.1.5 暗发酵制氢反应器的设计应兼顾实用性和可操作性，同时尽可能降低生产成本，便于暗发酵制氢技术的推广应用。5.2 光发酵制氢工艺 5.2.1 光发酵制氢宜选用底物利用范围广、产氢效率高、趋光性强且便于固定的菌种。5.2.2 预处理方法应根据原料的理化特性进行选择，一般采用物理法、化学法和生物法进行预处理。5.2.3 光发酵制氢过程中反应器中的 pH、温度等条件应保持在有利于光合细菌产氢代谢的范围内，pH 一般在 6.5-7.5，温度一般在 25-35。5.2.4 光发酵制氢过程中的光源应根据选择的光合细菌确定，光照分布应均匀，光照强度适中，从而提高光能利用效率。5.2.5 光发酵制氢尾液宜进行吸附等处理后回收再利用，如制备为农作物肥料。5.2.6 光发酵制氢反应器的设计宜采用太阳能采光形式，考虑日夜更替光照的时效性，设置补光单元，从而降低提供光照的成本，有助于光发酵制氢的工业化生产。5.3 甲烷制备工艺 5.3.1 产甲烷菌可利用农业废弃物等有机物发酵制备甲烷。5.3.2 粪便类原料、秸秆类原料在进入甲烷反应器前需进行预处理,如除砂、粉碎等。5.3.3 应实时监测发酵过程，可通过调节发酵系统中的微量元素含量或（和）添加功能微生T/CRES0012-2022 4 物菌剂等来促进发酵效率并提高厌氧发酵过程的稳定性。5.3.4 发酵尾液（渣）应进行处理回收和资源化利用，可制备成沼肥用于农田施用。5.4 分段式氢烷制备 5.4.1 氢气应由厌氧微生物在产氢反应器中产出，经净化提纯后储存在氢气储气罐中。5.4.2 甲烷应由产甲烷菌在产甲烷反应器中产出，经净化提纯后储存在甲烷储气罐中。5.4.3 提纯后的氢气和甲烷应根据最终氢烷燃料中氢气浓度的要求进行混合，得到符合要求的生物氢烷燃料。5.5 连续式氢烷制备 5.5.1 氢气由厌氧微生物在产氢反应器中产出净化提纯后进入氢气储气罐中。5.5.2 发酵产氢后的尾液（渣）经进料泵泵入产甲烷反应器中，通过产甲烷菌进一步发酵产生甲烷、二氧化碳等气体，经净化提纯后进入氢烷燃料配气装置中。5.5.3 产氢反应器产出的氢气从氢气储气罐进入氢烷燃料配气装置后，应与氢烷燃料配气装置中的甲烷混合后最终得到生物氢烷燃料。5.5.4 可设置在线监测控制系统，通过其氢气监测设备监测氢烷燃料配气装置中的氢气含量。5.5.5 根据最终氢烷燃料中氢气浓度的要求，利用氢气监测设备信号反馈控制氢气储气罐向产甲烷反应器中通入适量氢气，利用嗜氢甲烷菌将部分氢气转化为甲烷，经净化提纯后再与配气装置中的甲烷和氢气混合得到氢含量稳定的生物氢烷燃料。5.6 主要运行参数和性能指标 生物氢烷制备装置主要运行参数见表 1 所示，主要性能指标见表 2 所示。表 1 生产生物氢烷制备装置主要运行参数 发酵方式 参数 系统压力/atm 发酵温度/pH 光照/Lux 光发酵生物制氢 1-1.2 25-35 6.5-7.5 3000-5000 暗发酵生物制氢 1-1.2 25-40 6.0-7.5-甲烷生产 1-1.2 20-45 6.5-7.5-注释:生物氢烷制备试验步骤和经济性评价适用于不同规格的反应器。T/CRES0012-2022 5 表 2 生产生物氢烷主要性能指标 生物气生产类型 氢气生产 甲烷生产 氢烷生产 指标 24 L/kg COD 氢气含量应45%275 L/kg COD 甲烷含量应70%其中氢气含量应满足：5%氢气含量10%6 材料与测定方法 6.1 生物氢烷中氢气含量的测定按照 GB/T 34537 的规定执行。6.2 生物氢烷中甲烷含量的测定按照 GB/T 13610 的规定执行。6.3 生物氢烷中总硫的含量、硫化氢的含量、二氧化碳的含量、氧气的含量、水分的含量和水露点的测定按照 GB/T 18047 的规定执行。6.4 氢气的提纯按照 GB/T 19774 的规定执行。6.5 除氢气和甲烷外，其他成分的含量应满足 GB/T 34537 的标准中表 1 的技术指标。7 安全要求 7.1 应制定安全生产及防火措施，形成操作和管理规程。7.2 反应器、储气罐、配气装置、净化设备等封闭式建（构）筑物及设备的防火、防爆应符合国家现行规范规定 GB 50016。7.3 应定期检查气体输送管道气密性和储气罐的完整性。7.4 氢烷生产设备顶部应设置安全阀、安全孔。7.5 氢烷生产、净化、贮存区域应严禁明火，地面应采用不会产生火花的材料。7.6 氢烷生产、净化、贮存区域与居民居住区、村镇、工业企业和重要公共建筑的距离应满足相关规范要求。7.7 其他应按 GB 50444 的规定执行。