專利名稱：高容量硫吸附劑床層和氣體脫硫方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及燃料電池，更具體地說，本發(fā)明涉及用于這樣的燃料電池的燃料處理體系。
燃料電池為一種通過電化學反應(yīng)直接將貯存在烴類燃料中的化學能轉(zhuǎn)化成電能的設(shè)備。通常，燃料電池包含由電解質(zhì)分開的陽極和陰極，電解質(zhì)起到傳導(dǎo)帶電離子的作用。熔融的碳酸鹽燃料電池借助反應(yīng)物燃料氣體通過陽極，而氧化用氣體通過陰極來操作。為了產(chǎn)生有用的電力水平，將許多單個燃料電池串聯(lián)重疊起來，在每一個電池之間有導(dǎo)電的分離板。
現(xiàn)在的燃料電池技術(shù)需要由氫或氫與一氧化碳的混合物組成的清潔燃料氣體，該混合物可由含烴的原料例如天然氣、基于石油的液體或煤通過重整工藝生產(chǎn)。大多數(shù)含烴的原料都含有硫，它使重整催化劑和陽極催化劑中毒，并已知使燃料電池陽極和重整催化劑的性能明顯下降。所以，作為重整工藝的一部分，硫和含硫化合物必需在燃料氣體進入燃料電池以前從燃料氣體中除去，達到ppb級。
現(xiàn)有技術(shù)使用加氫脫硫反應(yīng)與氧化鋅吸附床層相結(jié)合來從燃料氣體中除去含硫化合物。這一方法通常用于從天然氣燃料中除去含硫化合物，特別是有臭味的硫醇化合物。加氫脫硫反應(yīng)通過燃料中的含硫化合物與循環(huán)使用的氫反應(yīng)生成硫化氫來完成。在加氫脫硫反應(yīng)過程中，燃料在催化劑上通過，在那里燃料中的含硫化合物與氫反應(yīng)生成硫化氫，或者燃料中的含硫化合物與氫在570°F下反應(yīng)(熱氣體脫硫)。
在傳統(tǒng)的熱氣體脫硫體系中，燃料氣體在進入換熱器以前與循環(huán)使用的重整氣體混合，在換熱器中它被加熱到570-750°F，并與循環(huán)使用的重整氣體中的氫反應(yīng)生成硫化氫(H2S)。然后將燃料氣體送入加氫脫硫反應(yīng)器，在那里通過在氧化鋅床層中的吸附使H2S從燃料氣體中除去。然后將生成的脫硫燃料氣體送入燃料電池的燃料處理器。
在使用催化劑的加氫脫硫體系中，催化劑用于使燃料中的含硫化合物與循環(huán)使用的氫反應(yīng)以生成硫化氫。在這樣的體系中，燃料氣體和循環(huán)使用的重整氣體首先混合，然后在預(yù)熱容器中加熱，此后將氣體混合物送入加氫脫硫段。這一加氫脫硫段包括在單一的容器中的加氫脫硫催化劑和氧化鋅吸附劑。當燃料氣體混合物進入加氫脫硫段時，含硫化合物通過在加氫脫硫催化劑上的加氫脫硫反應(yīng)不可逆地轉(zhuǎn)化成硫化氫(H2S)，生成的H2S在離開加氫脫硫體系以前被氧化鋅吸附。
傳統(tǒng)的脫硫體系還使用多吸附劑床層來從燃料中脫硫。例如，US3620969公開了使用兩個管狀的結(jié)晶沸石分子篩材料床層，以便當一個床層處于吸附操作時，另一個床層進行吹掃和降溫來再生。此外，US 5720797公開了一種變壓吸附-脫附法，用沸石、活性炭或硅酸鹽作為吸附劑從氣體物流中除去六氟化硫。
正如從上述可意識到的，傳統(tǒng)的加氫脫硫體系需要高溫和氫循環(huán)體系，后者提供足夠的氫濃度來使含硫化合物轉(zhuǎn)變成硫化氫。而且，視熱脫硫反應(yīng)器的操作溫度而定，還可能需要外加的換熱器，以便將氣體加熱到所需的溫度。
就傳統(tǒng)的活性炭吸附劑體系來說，活性炭吸附劑僅選擇性除去某些類型的含硫化合物，而不能捕獲含烴類進料中存在的所有的有機和無機含硫化合物。特別是，大多數(shù)活性炭吸附劑不能捕獲某些低分子量的有機化合物，例如二甲硫醚(DMS)和甲基乙基硫醚(EMS)。
此外，傳統(tǒng)吸附劑床層體系的容量相對低，難以滿足燃料電池體系的尺寸限制，其壽命為約2至3個月。因此，傳統(tǒng)的體系不是十分低廉的。此外，使用多床層的傳統(tǒng)體系為了連續(xù)操作在每一床層中使用相同吸附劑，因此不能除去所有類型的含硫化合物。
所以，本發(fā)明的一個目的是要提供一種能更好地除去所有類型含硫化合物的燃料電池用的燃料處理體系。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種有長壽命和廉價的燃料電池用高容量的燃料處理體系。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的原理，在這樣的燃料電池燃料處理體系和方法中實現(xiàn)了上述目的和其它一些目的，其中第一吸附劑床層用于吸附高分子量有機含硫化合物和無機含硫化合物，而第二吸附劑床層用于吸附低分子量有機含硫化合物，以及其中吸附劑床層這樣排列，以致要處理的燃料通過第一床層和第二床層中的一個，然后通過第一床層和第二床層中的另一個。優(yōu)選的是，將第一床層和第二床層置于共用的反應(yīng)容器中，且相對于要處理燃料的流動方向，第二吸附劑床層接在第一吸附劑床層后。
附圖簡介結(jié)合附圖閱讀了以下詳細描述以后，本發(fā)明上述特點和方面以及其它特點和方面將變得更加清楚，其中
圖1表示根據(jù)本發(fā)明原理的燃料處理體系；圖2表示在圖1的燃料處理體系使用的高容量硫吸附劑床層圖；圖3表示不同吸附劑的相對容量數(shù)據(jù)；以及圖4表示先進的室溫吸附劑的相對吸附容量數(shù)據(jù)。
發(fā)明詳述圖1說明根據(jù)本發(fā)明原理的燃料處理體系100。用燃料氣體供應(yīng)源101所示的燃料供應(yīng)源為燃料處理體系100提供燃料，并將經(jīng)處理的燃料送入燃料電池體系120。處理體系100包括供料控制閥101A和101B、換熱器102、脫硫反應(yīng)器組件106、燃料氣體過濾器118、吹掃管線128和氣體吹掃126。輸送或連接導(dǎo)管或管線104將這些組件和管線104中的閥110-117連接，以便控制通過的氣體流。正如所示，脫硫反應(yīng)器組件106包括兩個類似的脫硫反應(yīng)器106A和106B，它們用于根據(jù)本發(fā)明的原理去除硫。
在燃料處理體系100的操作概述中，含有硫化合物的燃料氣體從燃料氣供應(yīng)源101通過供氣控制閥101A和101B的開口與體系相連。氣體流過換熱器102，該換熱器使氣體保持均勻的溫度。離開換熱器以后，將燃料氣體送入脫硫反應(yīng)器組件106，后者進行硫吸附過程，以便從氣體中除去含硫化合物。排出組件106的經(jīng)脫硫的燃料氣體通過管線104送入過濾器118。過濾器118從脫硫的燃料氣體中除去顆粒物，例如炭和沸石顆粒，然后將得到的氣體送入燃料電池體系120。
正如上面提到的和圖1中所示的，脫硫反應(yīng)器組件106包括通過管線104和控制閥110-117連接的脫硫反應(yīng)器106A和106B。用這一配置，脫硫反應(yīng)器106A和106B可串聯(lián)操作，其中燃料氣體在送入燃料電池體系以前用脫硫反應(yīng)器106A和106B二者進行處理。脫硫反應(yīng)器也可按“前后(lead lag)”體系操作，在那里脫硫反應(yīng)器106A或106B中的一個在“前”工作，而另一個脫硫反應(yīng)器在“后”工作。此外，脫硫反應(yīng)器可并聯(lián)操作，其中脫硫反應(yīng)器106A或106B中的一個工作，而另一個脫硫反應(yīng)器處于“備用”方式。
在串聯(lián)操作中，閥110-113開啟，而閥114-117關(guān)閉。在這種情況下，由于閥110開啟，燃料氣體首先通過管線104送入脫硫反應(yīng)器106A。在脫硫反應(yīng)器106A中進行硫吸附過程以后，由于閥門111和112開啟，燃料氣體通過管線104送入第二脫硫反應(yīng)器106B。在脫硫反應(yīng)器106B中進行進一步硫吸附過程以后，經(jīng)脫硫的燃料通過閥113送入過濾器118，從那里送入燃料電池體系120。
在“前后”操作中，正如上面提到的，脫硫反應(yīng)器106A和106B也按串聯(lián)方式工作，但是處在交替的循環(huán)中。在這種情況下，脫硫反應(yīng)器中的一個作為“工作的”或“在前的”單元，以便在處理階段初期除去幾乎全部含硫化合物，而另一個脫硫反應(yīng)器處于“在后”方式，并起到通過進一步除去含硫化合物來精制燃料氣體的作用。當“在前的”脫硫反應(yīng)器失效時，燃料氣體流送入處于‘在后’方式的另一脫硫反應(yīng)器，同時從“在前的”脫硫反應(yīng)器中取出廢吸附劑。然后將“在后的，，脫硫反應(yīng)器變成“在前的”單元，而裝有新吸附劑的以前的“在前”脫硫反應(yīng)器以“在后的”方式操作。“前后”操作使一個脫硫反應(yīng)器可更換或再生，同時使燃料處理體系100保持連續(xù)操作。
如果脫硫反應(yīng)器106A作為“在前的”單元操作和脫硫反應(yīng)器106B按“在后的”方式操作(其條件是由于閥110-113開啟和閥114-117關(guān)閉的結(jié)果)，燃料氣體從加熱器102通過開啟的閥110送入脫硫反應(yīng)器106A。在脫硫反應(yīng)器106A中經(jīng)硫吸附過程以后，燃料氣體通過開啟的閥111和112送入脫硫反應(yīng)器106B，在那里燃料氣體通過進一步脫除含硫化合物得到精制。然后燃料氣體通過過濾器118送入燃料電池體系120。在這一操作過程中，正如上面提到的。閥114-117保持關(guān)閉。
在“在前的”脫硫反應(yīng)器106A失效時，燃料氣體通過開啟閥114和關(guān)閉閥110-112重新送入脫硫反應(yīng)器106B。在這一操作過程中，沒有燃料氣體通過脫硫反應(yīng)器106A，而脫硫反應(yīng)器106A中的吸附劑可更換或再生。
在脫硫反應(yīng)器106A再生以后，脫硫反應(yīng)器106B變?yōu)椤霸谇暗摹眴卧?，而脫硫反?yīng)器106A處于“在后的”方式(由開啟閥115-117和關(guān)閉閥113得到的條件)。在這種情況下，燃料氣體從加熱器102通過開啟的閥114送入脫硫反應(yīng)器106B。在脫硫反應(yīng)器106B中進行硫吸附過程以后，經(jīng)脫硫的燃料氣體通過開啟的閥115和116送入脫硫反應(yīng)器106A。氣體在106A單元中進一步脫硫，然后通過開啟的閥117送入過濾器118，再從過濾器118送入燃料電池體系120。在這一操作過程中，正如上述，閥110-113保持關(guān)閉。
正如上面提到的和下面更詳細描述的，脫硫反應(yīng)器也可并聯(lián)操作，其中脫硫反應(yīng)器106A或106B中的一個在任何給定的時間下可以操作，也就是燃料氣體通過所述的一個脫硫反應(yīng)器，而另一個脫硫反應(yīng)器處于“備用”。這樣的操作使處于“備用”的脫硫反應(yīng)器可更換或再生，同時使燃料處理體系100保持連續(xù)工作。
如果脫硫反應(yīng)器106A可以工作而脫硫反應(yīng)器106B處于“備用”方式(由開啟的閥110和117以及關(guān)閉的閥111-116得到的條件)，那么燃料氣體從加熱器102通過開啟的閥110送入脫硫反應(yīng)器106A。在脫硫反應(yīng)器106A中進行硫吸附過程以后，燃料氣體通過開啟的閥117送入過濾器118，然后送入燃料電池體系120。在這一操作過程中，正如上面提到的，閥111-116保持關(guān)閉，沒有燃料氣體通過脫硫反應(yīng)器106B。
如果脫硫反應(yīng)器106B操作而脫硫反應(yīng)器106A處于“備用”方式(由開啟的閥113和114以及關(guān)閉的閥110-112和115-117得到的條件)，那么燃料氣體從加熱器102通過開啟的閥114送入脫硫反應(yīng)器106B。在脫硫反應(yīng)器106B中進行硫吸附過程以后，脫硫的燃料氣體通過開啟的閥113送入過濾器118，然后送入燃料電池體系120。在這一操作過程中，正如上面提到的，閥110-112和115-117保持關(guān)閉，以致沒有燃料氣體通過脫硫反應(yīng)器106A。
正如在圖1中說明的，燃料處理體系100還裝有含吹掃氣體源126和吹掃管線128的吹掃體系。在從燃料氣體供應(yīng)體系101提供燃料氣體以前，吹掃體系可用來從燃料處理體系100中除去空氣和水汽，或在床層變更過程中用于吹掃燃料。在吹掃體系操作中，將吹掃氣體例如氮從吹掃氣體供應(yīng)系統(tǒng)126通過閥126A和126B送入燃料處理體系100。通過燃料處理體系100以后，吹掃氣體、空氣和水汽的混合物通過閥128A和128B到吹掃管線128從體系100中除去。
正如上面討論的，脫硫反應(yīng)器106A和106B中每一個都有類似的結(jié)構(gòu)，且每一個都根據(jù)本發(fā)明的原理設(shè)計以用來從燃料供應(yīng)氣體中有效地除去含硫化合物。圖2示意顯示了脫硫反應(yīng)器106A的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明和圖2所示，脫硫反應(yīng)器106A包括高容量硫吸附劑床層200。特別是，床層200包括用于捕獲無機含硫化合物和高分子量(分子量大于65)有機含硫化合物的第一吸附劑床層202和用于捕獲低分子量(分子量等于或小于65)有機含硫化合物的第二吸附劑床層204。
在所示的情況下，第一吸附劑床層202包括銅和鉻浸漬的活性炭。當燃料氣體通過該床層時，這種材料捕獲高分子量有機含硫化合物和無機含硫化合物。高分子量有機含硫化合物包括但不限于硫醇(M)、噻吩(T)和四面體噻吩(THT)。無機含硫化合物包括但不限于硫化羰(C)和硫化氫(H)。
在所示的情況下，第二吸附劑床層204包括分子篩例如沸石，它們是具有氧化硅和氧化鋁四面體的三維互連網(wǎng)絡(luò)的鋁硅酸鹽結(jié)晶聚合物。沸石基的吸附劑床層204有獨特的孔尺寸，且當燃料氣體通過該床層時捕獲低分子量有機含硫化合物。后者的化合物的分子量小于或等于65，且包括但不限于二甲基硫醚(DMS)210和甲基乙基硫醚(EMS)212。
在圖2的說明性實施方案中，將基于銅的活性炭吸附劑202首先相對于燃料氣體流或流經(jīng)路徑的方向和燃料氣體進入脫硫反應(yīng)器的入口放置在脫硫反應(yīng)器106A中。然后將基于沸石的吸附劑204沿流經(jīng)路徑的方向放置在床層202后。
基于銅的活性炭吸附劑床層202可含有NORIT Americas，Inc.制造的基于銅-鉻的活性炭?；诜惺奈絼┐矊涌珊蠩ngelhardCorporation制造的鈉-沸石吸附劑。正如可理解的，吸附劑床層200的優(yōu)化設(shè)計根據(jù)要處理的燃料氣體、燃料氣體在床層中的停留時間、固體吸附劑的形狀和尺寸、含硫化合物的濃度、要處理氣體的量以及其它因素而變化。下面描述床層結(jié)構(gòu)的說明性例子。
圖3表示與傳統(tǒng)的基準氫氧化鉀浸漬的活性炭硫吸附劑的相對性能數(shù)據(jù)相比較的，用在床層202和204中的銅基活性炭吸附劑和沸石基吸附劑的相對性能數(shù)據(jù)的柱狀圖。圖3中的Y軸表示按含硫化合物的出口濃度超過100ppb的可接受的硫濃度以前去除的含硫化合物的重量百分數(shù)計，每一種吸附劑的相對容量。每一種吸附劑的相對容量直接與每種吸附劑的性能有關(guān)。
正如圖3所示，基準吸附劑的相對吸附容量比用于本發(fā)明的高容量硫吸附劑床層200的每種吸附劑的相對容量低得多(大約低4倍)。更具體地說，床層200的銅基活性炭吸附劑和沸石基吸附劑的吸附劑容量比傳統(tǒng)的KOH基活性炭吸附劑的容量大約高3倍。與傳統(tǒng)的硫吸附劑床層的壽命相比，銅基活性炭吸附劑和沸石基吸附劑的較高吸附劑容量使高容量硫吸附劑床層200的壽命更長。
圖3還表示可用作對用于床層202的銅基活性炭吸附劑床層的替代物的銅-鉻基活性炭吸附劑床層的相對容量。正如圖3所示，銅-鉻基活性炭吸附劑的吸附劑吸附容量與銅基活性炭吸附劑的吸附劑吸附容量大致相似。但是，與高載量的銅基吸附劑相比，負載在銅-鉻基活性炭吸附劑上的銅載量較少，使費用下降。因此，對于床層202來說，銅-鉻基活性炭吸附劑是更需要的。
圖4為使用銅-鉻基活性炭吸附劑和鈉沸石吸附劑的傳統(tǒng)單一床層設(shè)計的相對吸附容量與本發(fā)明的雙床層高容量硫吸附劑床層的相對容量比較的柱狀圖。在類似的條件下測試了每種吸附劑床層的相對容量。正如在圖4中可以看出的，如在圖2中說明的本發(fā)明的雙床層結(jié)構(gòu)比只使用任何一個相同吸附劑的傳統(tǒng)單一床層設(shè)計的容量好3倍。圖2的雙床層設(shè)計的改善的性能為含硫化合物提供了長的操作壽命和高的吸附劑容量。
現(xiàn)說明圖1和2中脫硫反應(yīng)器106A的雙床層200說明性結(jié)構(gòu)的詳細描述。
高容量硫吸附劑床層200已對提供給250千瓦燃料電池發(fā)電廠的天然氣脫硫進行優(yōu)化。床層202包含銅-鉻基活性炭吸附劑，所述的吸附劑含有至少5重量％銅和至少2重量％鉻，其體積為15立方英尺。床層204為沸石基吸附劑床層，其體積為2立方英尺。每一吸附劑床層長6英尺，直徑24英寸。床層200的最佳操作溫度范圍為50-120°F，最佳操作壓力范圍為10-100psig，而燃料氣體的氣時空速為100-500小時-1。試驗結(jié)果表明，這種結(jié)構(gòu)的脫硫反應(yīng)器使天然氣中2ppm含硫化合物的濃度(包含100ppb DMS)下降到含硫化合物的總濃度小于10ppb。估計按這一結(jié)構(gòu)設(shè)計的床層的壽命為約9至12個月，為使用傳統(tǒng)的KOH基活性炭吸附劑的吸附劑床層的平均壽命的3-4倍。
這一結(jié)構(gòu)的床層還可用于總硫體積濃度最高為200ppm的丙烷氣脫硫。但是，因為丙烷氣有較高的硫含量，比用于天然氣脫硫的床層時達到穿透濃度要快。
在所有的情況下，應(yīng)當認識到上述的配置僅僅是表示本發(fā)明應(yīng)用的許多可能的具體實施方案的說明。根據(jù)本發(fā)明的原理，在不違背本發(fā)明的主旨和范圍的條件下，可很容易設(shè)想許多其他配置。例如，可作出本發(fā)明的吸附劑床層構(gòu)造的各種改變，以便使燃料氣體通過床層時的停留時間和空速優(yōu)化。而且，其他高容量的吸附劑也可代替上述的用于本發(fā)明的床層。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種用于處理燃料電池用燃料的燃料處理體系，所述的燃料處理體系包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第一吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第二吸附劑床層，所述的第二吸附劑床層包括鈉型沸石；其中所述的第一和第二吸附劑床層這樣排列，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述的第一和第二吸附劑床層中的另一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層位于共用的反應(yīng)容器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述第一吸附劑床層和所述第二吸附劑床層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑包括基于銅的活性炭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑包括基于銅-鉻的活性炭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燃料處理體系，其中所述的基于銅-鉻的吸附劑有至少5重量％銅和至少2重量％鉻。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑床層的體積為15立方英尺；所述的第二吸附劑床層的體積為2立方英尺；所述的燃料處理體系在50-120°F的溫度下操作；所述的燃料處理體系在10-100psig的壓力下操作；燃料通過所述第一吸附劑床層和所述第二吸附劑床層的氣時空速為100-500小時-1。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料處理體系，其中還包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第三吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第四吸附劑床層；其中所述的第三和第四吸附劑床層這樣排列，以致要處理的燃料通過所述第三和第四吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述第三和第四吸附劑床層中的另一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層位于第一共用的反應(yīng)容器中，而其中所述的第三和第四吸附劑床層位于第二共用的反應(yīng)容器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層；以及所述的第三和第四吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第三吸附劑床層和所述的第四吸附劑床層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的燃料處理體系，其中還包含導(dǎo)管和閥組件，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可為串聯(lián)連接，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，然后通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個，以及可為并聯(lián)連接，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，同時所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于備用方式。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的燃料處理體系，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可以前后體系連接，以致要處理的燃料通過所述第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，而所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于在后方式，以致當所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中所述的一個失效時，要處理的燃料重新送入所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的所述另一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的燃料處理體系，其中還包含用于吹掃所述燃料處理體系的吹掃體系。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料處理體系，其中所述的吹掃體系包含用于將吹掃氣體送入所述燃料處理體系的吹掃氣體源，以及用于從所述燃料處理體系中除去吹掃氣體的吹掃管線。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的燃料處理體系，其中還包含用于從燃料中除去顆粒物的過濾器，其中所述的過濾器相對于要處理燃料的流動方向接在所述的第一和第二共用反應(yīng)容器后。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料處理體系，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
20.一種燃料處理體系，所述的燃料處理體系包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第一吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第二吸附劑床層，所述的第二吸附劑床層包括鈉型沸石；其中所述的第一和第二吸附劑床層位于共用反應(yīng)容器中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的燃料處理體系，其中這樣配置所述的吸附劑床層，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述的第一和第二吸附劑床層中的另一個。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑床層包括基于銅的活性炭。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的燃料處理體系，其中還包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第三吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第四吸附劑床層；
其中所述的第三和第四吸附劑床層這樣放置在第二共用反應(yīng)容器中，以致要處理的燃料通過所述第三和第四吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述第三和第四吸附劑床層中的另一個。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層；以及所述的第三和第四吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第三吸附劑床層和所述的第四吸附劑床層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的燃料處理體系，其中所述的第一和第三吸附劑床層包括基于銅的活性炭，而所述的第四吸附劑床層包括沸石。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的燃料處理體系，其中還包含將所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器連接的導(dǎo)管和閥組件，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可串聯(lián)，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二反應(yīng)容器中的一個，然后通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個，以及可為并聯(lián)連接，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，同時所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于備用方式。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的燃料處理體系，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可以前后體系連接，以致要處理的燃料通過所述第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，而所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于在后方式，且以致當所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中所述的一個失效時，要處理的燃料再送入所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的所述另一個。
30.根據(jù)權(quán)利要求20的燃料處理體系，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
31.一種用于處理燃料電池燃料的燃料處理方法，所述的方法包含以下步驟提供燃料和含硫化合物的混合物；用第一吸附劑床層從所述的混合物中吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物；用第二吸附劑床層從所述的混合物中吸附低分子量有機含硫化合物，所述的第二吸附劑床層包括鈉型沸石；其中所述的第一和第二吸附劑床層這樣放置，以致所述的燃料和含硫化合物的混合物通過所述的第一和第二吸附劑床層中的一個，隨后通過所述的第一和第二吸附劑床層中的另一個。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的燃料處理方法，其中所述的第一和第二吸附劑床層位于共用的反應(yīng)容器中。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的燃料處理方法，其中所述的具有高分子量的有機含硫化合物和所述的無機含硫化合物首先用所述的第一吸附劑床層吸附，而所述的具有低分子量的有機含硫化合物隨后用所述的第二吸附劑床層吸附。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的燃料處理方法，其中所述的第一吸附劑床層包括基于銅的活性炭吸附劑。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的燃料處理方法，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
36.一種用于處理燃料的燃料處理方法，所述的方法包含以下步驟提供燃料和含硫化合物的混合物；用第一吸附劑床層從所述的混合物中吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物；用第二吸附劑床層從所述的混合物中吸附低分子量有機含硫化合物，所述的第二吸附劑床層包括鈉型沸石；其中所述的第一和第二吸附劑床層位于共用的反應(yīng)容器中。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的燃料處理方法，其中所述的具有高分子量的有機含硫化合物和所述的無機含硫化合物首先用所述的第一吸附劑床層吸附，而所述的具有低分子量的有機含硫化合物隨后用所述的第二吸附劑床層吸附。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的燃料處理方法，其中所述的第一吸附劑床層包括基于銅的活性炭吸附劑。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的燃料處理方法，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
40.一種燃料處理體系，所述的燃料處理體系包括用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第一吸附劑床層和第三吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第二吸附劑床層和第四吸附劑床層；導(dǎo)管和閥組件；其中所述的第一和第二吸附劑床層位于第一共用的反應(yīng)容器中并這樣配置，以致要處理的燃料通過所述的第一吸附劑床層，并隨后通過所述的第二吸附劑床層，而所述的第三和第四吸附劑床層位于第二共用的反應(yīng)器中并這樣配置，以致要處理的燃料通過所述的第三吸附劑床層，并隨后通過所述的第四吸附劑床層；其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，使所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可以前后體系連接，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，而所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于在后方式，并以致當所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中所述的一個失效時，要處理的燃料再送入所述的第一個和第二個共用反應(yīng)器中所述的另一個。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的燃料處理體系，其中所述的第一和第三吸附劑床層包括基于銅的活性炭，而所述的第二和第四吸附劑床層包括沸石。
權(quán)利要求
1.一種用于處理燃料電池用燃料的燃料處理體系，所述的燃料處理體系包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第一吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第二吸附劑床層；其中所述的第一和第二吸附劑床層這樣排列，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述的第一和第二吸附劑床層中的另一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層位于共用的反應(yīng)容器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述第一吸附劑床層和所述第二吸附劑床層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑包括基于銅的活性炭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑包括基于銅-鉻的活性炭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燃料處理體系，其中所述的基于銅-鉻的吸附劑有至少5重量％銅和至少2重量％鉻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的燃料處理體系，其中所述的第二吸附劑包括沸石。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑床層的體積為15立方英尺；所述的第二吸附劑床層的體積為2立方英尺；所述的燃料處理體系在50-120°F的溫度下操作；所述的燃料處理體系在10-100psig的壓力下操作；燃料通過所述第一吸附劑床層和所述第二吸附劑床層的氣時空速為100-500小時-1。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的燃料處理體系，其中所述的第二吸附劑包括沸石。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的燃料處理體系，其中所述的沸石為鈉型沸石。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料處理體系，其中還包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第三吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第四吸附劑床層；其中所述的第三和第四吸附劑床層這樣排列，以致要處理的燃料通過所述第三和第四吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述第三和第四吸附劑床層中的另一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求12的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層位于第一共用的反應(yīng)容器中，且其中所述的第三和第四吸附劑床層位于第二共用的反應(yīng)容器中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層；以及所述的第三和第四吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第三吸附劑床層和所述的第四吸附劑床層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的燃料處理體系，其中還包含導(dǎo)管和閥組件，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可為串聯(lián)連接，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，然后通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個，以及可為并聯(lián)連接，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，同時所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于備用方式。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的燃料處理體系，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可以前后體系連接，以致要處理的燃料通過所述第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，而所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于在后方式，以致當所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中所述的一個失效時，要處理的燃料重新送入所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的所述另一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的燃料處理體系，其中還包含用于吹掃所述燃料處理體系的吹掃體系。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料處理體系，其中所述的吹掃體系包含用于將吹掃氣體送入所述燃料處理體系的吹掃氣體源，以及用于從所述燃料處理體系中除去吹掃氣體的吹掃管線。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的燃料處理體系，其中還包含用于從燃料中除去顆粒物的過濾器，其中所述的過濾器相對于要處理燃料的流動方向接在所述的第一和第二共用反應(yīng)容器后。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料處理體系，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
20.一種燃料處理體系，所述的燃料處理體系包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第一吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第二吸附劑床層；其中所述的第一和第二吸附劑床層位于共用反應(yīng)容器中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的燃料處理體系，其中這樣配置所述的吸附劑床層，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述的第一和第二吸附劑床層中的另一個。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的燃料處理體系，其中所述的第一吸附劑床層包括基于銅的活性炭。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的燃料處理體系，其中所述的第二吸附劑床層為沸石吸附劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的燃料處理體系，其中還包含用于吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物的第三吸附劑床層；用于吸附低分子量有機含硫化合物的第四吸附劑床層；其中所述的第三和第四吸附劑床層這樣放置在第二共用反應(yīng)容器中，以致要處理的燃料通過所述第三和第四吸附劑床層中的一個，并隨后通過所述第三和第四吸附劑床層中的另一個。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的燃料處理體系，其中所述的第一和第二吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第一吸附劑床層和所述的第二吸附劑床層；以及所述的第三和第四吸附劑床層中的所述的一個和所述的另一個分別為所述的第三吸附劑床層和所述的第四吸附劑床層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的燃料處理體系，其中所述的第一和第三吸附劑床層包括基于銅的活性炭，而所述的第二和第四吸附劑床層包括沸石。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的燃料處理體系，其中還包含將所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器連接的導(dǎo)管和閥組件，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可串聯(lián)，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二反應(yīng)容器中的一個，然后通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個，以及可為并聯(lián)連接，以致要處理的燃料通過所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，同時所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于備用方式。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的燃料處理體系，其中所述的導(dǎo)管和閥組件是這樣的，以致所述的第一共用反應(yīng)容器和所述的第二共用反應(yīng)容器可以前后體系連接，以致要處理的燃料通過所述第一和第二共用反應(yīng)容器中的一個，而所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的另一個處于在后方式，且以致當所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中所述的一個失效時，要處理的燃料再送入所述的第一和第二共用反應(yīng)容器中的所述另一個。
30.根據(jù)權(quán)利要求20的燃料處理體系，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
31.一種用于處理燃料電池燃料的燃料處理方法，所述的方法包含以下步驟提供燃料和含硫化合物的混合物；用第一吸附劑床層從所述的混合物中吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物；用第二吸附劑床層從所述的混合物中吸附低分子量有機含硫化合物；其中所述的第一和第二吸附劑床層這樣放置，以致所述的燃料和含硫化合物的混合物通過所述的第一和第二吸附劑床層中的一個，隨后通過所述的第一和第二吸附劑床層中的另一個。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的燃料處理方法，其中所述的第一和第二吸附劑床層位于共用的反應(yīng)容器中。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的燃料處理方法，其中所述的具有高分子量的有機含硫化合物和所述的無機含硫化合物首先用所述的第一吸附劑床層吸附，而所述的具有低分子量的有機含硫化合物隨后用所述的第二吸附劑床層吸附。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的燃料處理方法，其中所述的第一吸附劑床層包括基于銅的活性炭吸附劑，而所述的第二吸附劑床層包括沸石吸附劑。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的燃料處理方法，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
36.一種用于處理燃料的燃料處理方法，所述的方法包含以下步驟提供燃料和含硫化合物的混合物；用第一吸附劑床層從所述的混合物中吸附無機含硫化合物和高分子量有機含硫化合物；用第二吸附劑床層從所述的混合物中吸附低分子量有機含硫化合物；其中所述的第一和第二吸附劑床層位于共用的反應(yīng)容器中。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的燃料處理方法，其中所述的具有高分子量的有機含硫化合物和所述的無機含硫化合物首先用所述的第一吸附劑床層吸附，而所述的具有低分子量的有機含硫化合物隨后用所述的第二吸附劑床層吸附。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的燃料處理方法，其中所述的第一吸附劑床層包括基于銅的活性炭吸附劑，而所述的第二吸附劑床層包括沸石吸附劑。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的燃料處理方法，其中所述的高分子量有機含硫化合物的分子量大于65，而所述的低分子量有機含硫化合物的分子量等于或小于65。
全文摘要
一種用于處理燃料電池燃料的燃料處理體系和方法，其具有用于吸附高分子量有機含硫化合物和無機含硫化合物的第一吸附劑床層(106)和用于吸附低分子量有機含硫化合物的第二吸附劑床層(106A)，其中吸附劑床層這樣排列，以致要處理的燃料通過吸附劑床層中的一個，并隨后通過另一吸附劑床層。
文檔編號B01D53/04GK1829561SQ200480021614
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月28日
發(fā)明者S·P·凱蒂凱恩尼, S·C·帕拉博 申請人:燃料電池能有限公司