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氢气品质标准
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2021/7/2 5:30:47 阅读:561次 【字体:
 

氢气品质标准

氢气制备方法、氢气应用行业、氢气纯度、氢气杂质含量

氢气品质对氢燃料电池的寿命至关重要,氢气杂质含量过多会引起氢燃料电池催化剂中毒,严重损害燃料电池的耐久性。
氢气品质的优劣与制取方式和提纯方式密切相关。氢气纯化技术一般包括膜分离技术、低温分离技术、变压吸附技术、金属氢化法和氢化脱氢法等。不同的制取方式和纯化技术都会影响氢气的品质,因此,国际和国内外相关组织机构发布了多项氢气品质相关的标准,用于指导氢气使用。
但是,若不了解标准之间的差别,错误使用相关标准,将严重影响了氢燃料电池的使用寿命。所以,有必要通过对比研究氢气品质国际和国内的标准现状,分析比较制备方法、应用行业、氢气纯度、杂质种类和数量等因素,通过不同标准之间差异了解当前氢气品质相关标准执行现状,为行业发展提供参考依据。
氢能相关标准化
目前,世界上有近300个国际和区域性组织制定标准或技术规则。其中规模较大且广泛认可的国际性组织包括:国际标准化组织ISO(International Organization for Standardization)和国际电工委员会IEC(International Electrotechnical Commission)。
国外方面,美国国家标准学会(American national standards institute,ANSI)协调并主导美国国家标准制定,美国航空航天协会、美国机械工程师协会、美国材料与试验协会、美国腐蚀工程师协会、美国消防协会、美国保险商试验所、美国石油协会和美国压缩燃气协会也参与制定氢能相关的标准。
日本发布电动汽车相关标准的标准化组织主要是日本工业标准调查会(JISC)和日本电动车辆协会(JEVA)。
欧洲标准化委员会(CEN)主要负责制定欧洲标准(EN,除电工行业以外)和协调文件(HD),欧洲标准的代号为EN和ENV,EN为强制性标准,“ENV”为自愿性标准。
国内方面,从事氢能相关标准制修订的标准化机构主要有:
全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC 309);
全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC 342);
全国汽车标准化技术委员会(SAC/TC 114);
全国气瓶标准化技术委员会(SAC/ TC 31);
全国气体标准化技术委员会(SAC/TC 206)等。
氢气品质标准概况
由于专业领域和工作范围不同,目前,氢气品质相关的国内外标准共有7项,本文主要对比分析ISO/DIS 14687:2018(E)和四份中国国家标准。

氢气品质国内外标准的对比主要从制备方法、应用行业、氢气纯度和杂质含量四个方面开展。
制备方法
除了应用在质子交换膜燃料电池汽车上的氢气品质标准GB/T 37244-2018和ISO/DIS 14687:2018(E)没有提及氢气制备方法外,其余三份均提到了标准适用的氢气制备方法。具体情况如下:
(1)GB/T 3634.1-2006:适用于化学裂解、电解、吸附、膜分离
(2)GB/T 16942-2009:适用于以氢气为原料经净化制取的氢气
(3)GB/T 3634.2-2011:适用于经吸附法、扩散法等制取的氢气
(4)GB/T 37244-2018:未提及对应内容;
(5)ISO/DIS 14687:2018(E):未提及对应内容。
应用行业

不同应用行业对氢气品质等级要求不同,五份标准分别给出了标准应用的行业,具体情况如下:
(1)GB/T 3634.1-2006:石油、食品、精细化工、玻璃和人造宝石的制造、金属冶炼、切割以及焊接等行业。
(2)GB/T 16942-2009:提供电子工业用的还原气氛,作为外延工艺的载气以及等离子体蚀刻剂的配气原料。
(3)GB/T 3634.2-2011:电子工业、石油化工、金属冶炼和科学研究等领域。
(4)GB/T 37244-2018:聚全氟磺酸类质子交换膜燃料电池汽车用燃料。
(5)ISO/DIS 14687:2018(E):细分为A-E五个级别,并有不同的应用行业:
       A级:运输内燃引擎、民用或商用燃力设备。
       B级:发电或发热用工业燃料(除了质子交换膜燃料电池相关设备)。
       C级:航空器地面支持系统(除了质子交换膜燃料电池相关设备)。
       D级:使用质子交换膜燃料电池的道路车辆。
       E级:使用质子交换膜燃料电池的固定设备。
氢气纯度
分析五份标准对于氢气纯度等级做了相应的划分,这与应用行业也是相对应的,具体情况如下:
/T 3634.1-2006:优等品、一级品和合格品三个产品等级对应的氢气纯度阈值分别为99.95%、99.5%和99%。
(2)GB/ T 169 42-2 0 0 9:未命名的三个产品等级对应的氢气纯度阈值分别为99.9999%、99.9997%和99.9995%

(3)GB/T 3634.2-2011:纯氢、高纯氢和超纯氢三个产品等级对应的氢气纯度阈值分别为99.99%、99.999%和99.9999%。
(4)GB/T 37244-2018:氢气纯度阈值分别为99.97%。
(5)ISO/DIS 14687:2018(E):A-E级五个产品等级对应的氢气纯度阈值分别为98%、99.9%、99.995%、99.97 %和99.9%。
E级原本再细分为三类,由于第一、二类的氢气纯度阈值仅为50%,与其它标准差别过大,因此本文标准比对只用E级第三类的各类信息。
杂质种类及含量
分析四份国家标准的杂质种类数量分别为2、6、7和12(以氢气纯度计算公式为准),随着标准年份的推进,测定氢气纯度时需要考虑的杂质种类递增。值得注意的是,虽然每份标准里提到的化学物种类更多,但是在测定计算时,有些种类被合并,所以在表述杂质种类数量时还是以每份标准里的氢气纯度计算公式为准,而且不影响整体比较时的变化趋势。
ISO/DIS 14687:2018(E)这份国际标准里A-E五个级别的杂质种类数量分别为4、4、4、14和9。A-C三个级别考虑的杂质种类较少,虽然同为4个,但是两两之间都不能完全对应,而且测定计算的合并处理也不同。D-E两个级别更为严格,两者提到的化学物种类完全相同,但是E级第三类在测定计算时做了一些合并处理,因此导致了14和9这对数字差别。
GB/T 37244-2018和ISO/DIS 14687:2018(E)D级同样聚焦在质子交换膜燃料电池汽车这个行业领域,两者的杂质种类数量也相当,微小区别的原因除了测定计算时N2和Ar被合并以外,还涉及总烃和总硫的测定计算界定方法。依据GB/T 37244-2018,总烃以CH4计,总硫以H2S计;而依据ISO/DIS 14687:2018(E)D级,总烃(非CH4)和CH4分别单计,总硫也不单止以H2S计。除了上述气体杂质,GB/T 16942-2009、GB/T 37244-2018和ISO/DIS 14687: 2018(E)三份标准里均提到了颗粒物的限定。
在进行同质性数量比较时发现,除了年代最早的GB/T 3634.1-2006相对粗泛,聚焦在质子交换膜燃料电池汽车的GB/T 37244-2018、ISO/DIS 14687:2018(E)这两份标准,和适用行业领域更加宽泛的另外两份标准GB/T 16942-2009、GB/T 3634.2-2011相比,杂质种类的限定虽然更多,但是对于共有的杂质种类,大部分阈值反而相对宽松。而GB/T 37244-2018和ISO/DIS 14687:2018(E)D级两者之间的杂质含量阈值差别在于CH4、Ar、N2和HCHO这四种化学物质,其它成分的限定均为相同。

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