專利名稱：用于燃料電池動(dòng)力裝置的汽油和柴油燃料脫硫法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫硫的方法和系統(tǒng)。它涉及脫除汽油、柴油及諸如此類的烴類燃料流中的硫，使燃料更適用于機(jī)動(dòng)車的燃料電池動(dòng)力裝置。更確切的講，本發(fā)明的脫硫方法能切實(shí)可行的脫除汽油中的有機(jī)硫化物，使之降低到不足以使燃料電池動(dòng)力裝置中燃料處理催化劑中毒。本發(fā)明的脫硫方法包括采用一個(gè)鎳反應(yīng)物床，并通過對燃料處理流中加入適量的氫(氣)來延長它的使用壽命。
背景技術(shù)：
汽油、柴油和類似的烴類燃料一直沒有成為小型動(dòng)態(tài)燃料電池動(dòng)力裝置中所需富氫流的制氫源。在燃料電池動(dòng)力裝置的制氫系統(tǒng)中，由于硫的存在會導(dǎo)因?yàn)槠汀⒉裼秃皖愃频臒N類燃料中的天然有機(jī)硫化物含量相對較高，致此系統(tǒng)中所有制氫催化劑中毒。靜態(tài)燃料電池動(dòng)力裝置所使用的傳統(tǒng)燃料處理系統(tǒng)包括一個(gè)重組器，如專利號為5516344的美國專利所述。
在這樣的燃料處理系統(tǒng)中，采用的是傳統(tǒng)的加氫脫硫技術(shù)，該技術(shù)典型的特征在于作為該過程的一個(gè)氫源——循環(huán)氫的利用水平。循環(huán)氫和有機(jī)硫化物在催化床內(nèi)形成硫化氫，然后通過氧化鋅床使之轉(zhuǎn)化生成硫化鋅。一般的加氫過程在美國專利(NO.5292428)中有詳細(xì)論述。但此系統(tǒng)主要適用于大型的靜態(tài)裝置，由于裝置的大小、成本和復(fù)雜性的原因，此系統(tǒng)不適合應(yīng)用于動(dòng)態(tài)的運(yùn)輸裝置。因?yàn)槭莾刹椒?，這種脫硫過程不僅復(fù)雜，在較高的壓力下(通常要高于150psig(1034kpag))還能有效的脫除含有苯硫酚化合物的重質(zhì)燃料。其它一些燃料處理系統(tǒng)，如采用比傳統(tǒng)熱蒸汽式重組器更高操作溫度的自熱式重組器，這種系統(tǒng)可以在上述的有機(jī)硫化物存在的條件下生產(chǎn)富氫氣體，而不需要預(yù)脫硫。當(dāng)用自熱式重組器加工含有復(fù)雜有機(jī)硫化物的初始燃料時(shí)，該過程會出現(xiàn)兩個(gè)后果一是導(dǎo)致裝置中催化劑活性損失，-二是失去該裝置所要求的重組溫度，該溫度比使產(chǎn)物中的硫含量低于0.05ppm所需的溫度高200°F-500°F(93℃-260℃。此外，伴有高含硫量的反應(yīng)物，該系統(tǒng)中的其余部分裝置中的催化劑壽命也會降低。此外，作為重組過程的一個(gè)部分，有機(jī)硫化物反應(yīng)生成硫化氫，然后通過如氧化鐵或氧化鋅這樣的固態(tài)吸附洗滌器轉(zhuǎn)化為生成硫化鐵或硫化鋅。但由于熱力學(xué)的原因，這種固態(tài)吸附洗滌器把硫濃度降低至重組器后面的燃料處理裝置(如轉(zhuǎn)換器等)中不使用催化劑(抗硫)的水平的能力是不足的。
另外一種可供選擇的方法是使上面所述的反應(yīng)物通過液相洗滌器(如氫氧化鉀、氫氧化鈉和氨)把硫化氫物從產(chǎn)物生成氣中除去。液相洗滌器一般巨大而且笨重，因而主要用在靜態(tài)的燃料電池動(dòng)力裝置中。從以上所述可以明顯看出，如果要采用已有的燃料電池動(dòng)力裝置中所處理含有復(fù)雜機(jī)硫化物的燃料的方法，需要增加已有系統(tǒng)的復(fù)雜型、體積和重量，因此不能適用于動(dòng)態(tài)的運(yùn)輸系統(tǒng)中。
H.J.Setzer等在1967的5月16～18日召開的《21屆能源資源年會》(21～26頁)上發(fā)表了一篇關(guān)于燃料動(dòng)力裝置用于軍事用途方面的論文——“烴類-空氣系統(tǒng)除硫”。在該篇論文中，作者描述了采用鎳含量很高的氫化鎳反應(yīng)物除去一種軍用燃料中的硫，此燃料叫做JP-4，用于噴氣飛機(jī)的燃料，并且從作為燃料電池動(dòng)力裝置供氫源的角度來看，JP-4和航空煤油相似。從該論文描述中獲知，該系統(tǒng)需要相對較高的溫度，其范圍介于600°F至700°F之間(316℃～371℃)，此文同時(shí)還指出，由于反應(yīng)器積炭的形成，如果沒有水或氫的存在，該系統(tǒng)不能單獨(dú)用于燃料脫硫。探究反應(yīng)器積炭形成的原因，主要是因?yàn)樵?50°F(228℃)至750°F(399℃)范圍內(nèi)，積炭形成的趨勢就已大大的增加了。從該篇論文論述中還發(fā)現(xiàn)，在600°F至700°F(316℃～371℃)的操作溫度下，反應(yīng)器的積炭非常容易形成。這表明，如果反應(yīng)過程中加入氫(氣)或水蒸汽，它們氣態(tài)碳化合物，這樣就大大的降低炭的生成趨勢，從而限制積炭的形成。
一個(gè)尚未獲得批準(zhǔn)一般所有的專利(美國專利申請?zhí)?9/470,483，1999年12月22日申請)，描述了一種汽油和(或)柴油脫硫的方法。這種方法讓燃料通過一個(gè)鎳反應(yīng)物床，其中燃料中大部分的硫都轉(zhuǎn)化成硫化鎳。燃料流中還含有部分含氧化合物，如甲醇、乙醇或者甲基叔丁基醚，這些含氧化合物可通過抑制反應(yīng)物床積炭的形成來達(dá)到延長鎳反應(yīng)物床的使用壽命。已經(jīng)表明，使用這樣的含氧化合物可有效增加鎳反應(yīng)物床將燃料中含硫有機(jī)物的硫轉(zhuǎn)化生成硫化鎳的能力，轉(zhuǎn)化率大約提高了500％。上面所注明專利中的方法和系統(tǒng)的操作條件適用于動(dòng)態(tài)燃料電池動(dòng)力裝置，如應(yīng)用在驅(qū)動(dòng)機(jī)車上。使用甲基叔丁基醚造成的一個(gè)問題是，該物質(zhì)會分解成不飽和烴從而潛在增加鎳上積炭的形成。而積炭容易阻塞鎳反應(yīng)物活性中心的孔，引起反應(yīng)物中毒。
從環(huán)保的角度來看，理想的情況是能夠使燃料電池以汽油、柴油、石腦油燃料、一些輕質(zhì)的碳?xì)淙剂?如丁烯、丙烷、天然氣或其它此類燃料)作為發(fā)電燃料，而后通過燃料電池所得到的電能來驅(qū)動(dòng)像轎車這樣的機(jī)車。為了能提供這樣的車載能源，在處理后的燃料中，硫含量必須減少到并維持在小于0.05ppm。
這種脫硫過程可以用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下的燃料電池動(dòng)力裝置或者用于內(nèi)燃機(jī)。適合被處理的燃料可以是汽油、柴油或其它一些有機(jī)硫化物(如苯硫酚、硫醇、有機(jī)硫、二硫化物等等)含量相對較高的燃料。燃料通過一個(gè)鎳脫硫床，在這里有機(jī)硫化物中的硫和鎳反應(yīng)生成硫化鎳并被轉(zhuǎn)移出加工流程，處理過的燃料繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)處理。已有一些專利(美國，專利申請?zhí)?9/104254，1998年6月24日申請和美國，專利申請?zhí)?9/221429，1998年12月28日申請)分別表述用于動(dòng)態(tài)燃料電池動(dòng)力裝置和內(nèi)燃機(jī)燃料(汽油或柴油)的脫硫過程。
我們發(fā)現(xiàn)，在這種流程中加入適量的氫而無須另外加入其它的氧化物，鎳反應(yīng)物床對汽油或柴油的脫硫能力就可獲得提高。并發(fā)現(xiàn)，加入氫后的鎳反應(yīng)物床的壽命是在燃料流中使用氧化物時(shí)的兩倍。

發(fā)明內(nèi)容
在較長的一段時(shí)期內(nèi)，本發(fā)明涉及一種關(guān)于燃料處理(燃料包括汽油、柴油或其它一些烴類燃料)的改進(jìn)方法，該方法可大體上除去待處理燃料流中大部分的硫。
例如汽油，它是一種烷烴、環(huán)烷烴、烯烴和芳烴的混合物。其中的烯烴含量占1％到15％，芳烴含量占20％到40％，硫的總含量約為20到1000ppm。美國國家汽油中的硫含量平均是350ppm，加州頒布的汽油標(biāo)準(zhǔn)中硫含量平均為30ppm。在實(shí)際運(yùn)用中，標(biāo)有“加州認(rèn)證汽油”的汽油是指硫含量在30到40ppm之間的汽油。新的汽車生產(chǎn)商正在采用“加州認(rèn)證汽油”，以滿足加州認(rèn)證的排放要求。
我們發(fā)現(xiàn)，在汽油或柴油燃料流中，加入氫氣可延長鎳反應(yīng)物硫吸附床的使用壽命。這是因?yàn)榧尤氲臍淠軌蛞种奇嚪磻?yīng)物床上積炭的形成，而積炭會占居和覆蓋鎳床上的硫吸附活性中心而縮短鎳反應(yīng)床的使用壽命。
在盡可能長的反應(yīng)時(shí)間的條件下，鎳反應(yīng)物床吸附汽油或柴油燃料中硫的效率依賴于反應(yīng)物床硫吸附活性單元的維持情況。換句話說，脫硫過程取決于對汽油或柴油中存在的各種含硫組成有較強(qiáng)吸附能力的活性單元的數(shù)量。根據(jù)吸附理論，在吸附劑表面的被吸附物相對數(shù)量的多少主要依賴于由吸附劑和被吸附物分子之間的引力而產(chǎn)生的吸附力的大小，其次才是汽油中被吸附物的濃度和溫度。在引力增大、燃料濃度增加和溫度較低時(shí)，反應(yīng)物表面的被吸附物的覆蓋度隨之增加。關(guān)于汽油中各物質(zhì)吸附情況，Somorjai在《催化劑和表面化學(xué)》(60～74頁)中給出了關(guān)于烴類物質(zhì)在過渡金屬表面(如鎳)吸附情況的論述。當(dāng)溫度小于100°F(38℃)時(shí)，飽和烴類在鎳反應(yīng)物表面只進(jìn)行物理吸附，所以在250°F(121℃)到300°F(149℃)溫度的條件下，烷烴和大部分的環(huán)烷烴不會和硫化物在鎳反應(yīng)床上進(jìn)行吸附活性單元的競爭吸附。
另一方面，即使在室溫下，不飽和烴，如芳烴和烯烴，在過渡金屬表面的吸附也是一種不可逆過程。因此，當(dāng)金屬表面被加熱時(shí)，吸附在過渡金屬表面的不飽和烴，如芳烴和烯烴，也不會進(jìn)行解吸過程，而是分解成氫氣和石油焦或者是焦炭的前驅(qū)物，其中分解的氫氣脫離金屬表面，石油焦或焦炭沉積在反應(yīng)床表面。在350°F(177℃)的條件下，我們發(fā)現(xiàn)一些不飽和烴會進(jìn)行脫氫反應(yīng)，并且脫氫后的產(chǎn)物-石油焦部分會在反應(yīng)物(Ni)表面形成C-Ni原子鍵。這也就解釋了為什么在沒有氫存在的反應(yīng)條件下，適當(dāng)濃度的烯烴和芳烴會在較短的時(shí)間后使鎳反應(yīng)物吸附硫活性單元的活性降低。
通常的講，一種化合物的吸附能力和分子偶極矩或分子的極性有密切關(guān)系。較高的偶極矩的分子/原子表明它的極性也較高，并更易吸附在反應(yīng)物的表面。例外于這種規(guī)則的是芳烴，因?yàn)榉紵N的分子結(jié)構(gòu)中有電子力形成∏鍵，這種電子鍵能和周圍的反應(yīng)物表面形成誘發(fā)引力電子云。在烴類偶極矩理論和芳烴∏鍵理論基礎(chǔ)上，可以得到吸附力強(qiáng)弱的順序(由高到低)是氮化烴類＞氧化烴類＞芳香烴＞烯烴＞含硫烴類＞飽和烴。當(dāng)存在氫氣對汽油或柴油進(jìn)行脫硫凈化時(shí)，會引起硫化有機(jī)物的脫氫副產(chǎn)物重新發(fā)生加氫反應(yīng)(氫化)。這種硫化有機(jī)物吸附在反應(yīng)物表面上，氫化使反應(yīng)后的副產(chǎn)物脫離鎳反應(yīng)物吸附單元。因此氫化可以減少汽油或柴油脫硫過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物在鎳反應(yīng)床上的吸附。盡管預(yù)計(jì)飽和烴(直鏈烷烴和環(huán)烷烴)在脫硫鎳反應(yīng)物上不會達(dá)到一個(gè)明顯的吸附程度，烯烴和芳烴的氫化仍會阻止飽和烴在鎳反應(yīng)物上的吸附過程的發(fā)生。
我們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵诖蠹s200°F(93℃)到500°F(260℃)的溫度范圍內(nèi)，已被吸附的氫化烴類不能吸附在鎳反應(yīng)床的表面，因此它們也就不會抑制硫化物在鎳反應(yīng)物的吸附。硫化物是弱極性化合物，它們和鎳金屬反應(yīng)物的活性單元接觸并反應(yīng)。
對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，關(guān)于本發(fā)明的其它一些不重要但可獲許的信息，可以通過結(jié)合后面的附圖和對下面一個(gè)本發(fā)明較佳實(shí)例的詳細(xì)描述中更容易地獲得。
附圖簡要說明

圖1是根據(jù)發(fā)明所形成的用于汽油或柴油脫硫的一個(gè)系統(tǒng)框圖，后面部分可提供驅(qū)動(dòng)電池動(dòng)力裝置所需的的氫，該動(dòng)力裝置可為機(jī)車供應(yīng)能量。
圖2表示產(chǎn)物(脫硫床)中硫的含量(豎坐標(biāo)，單位ppm)和操作時(shí)間(橫坐標(biāo)，單位小時(shí))的關(guān)系。三條曲線分別表示來自選擇性氧化劑中的循環(huán)氫、只加入甲基叔丁基醚不加入氫、不加入甲基叔丁基醚和氫的條件下，脫硫床的操作時(shí)間和產(chǎn)物中硫含量的關(guān)系。
圖3表示催化劑負(fù)載硫量(以質(zhì)量百分比表示克/100克催化劑)和產(chǎn)物(脫硫床)中硫含量的關(guān)系(以ppb表示)，兩條曲線分別表示在甲基叔丁基醚和選擇氧化劑中的循環(huán)氫的條件下，不同的催化劑負(fù)載硫量與加州優(yōu)質(zhì)摻混油脫硫后的硫含量的關(guān)系。
圖4表示鎳反應(yīng)物中的積炭量(％，豎坐標(biāo)表示，以新鮮催化劑重量計(jì))和反應(yīng)床長度的函數(shù)關(guān)系(橫座標(biāo)表示校正后，反應(yīng)器長度的比值％)。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，圖1是本方法脫硫系統(tǒng)的框圖。這種脫硫系統(tǒng)可進(jìn)行車攜式使用，可應(yīng)用于為機(jī)動(dòng)車提供電能的燃料電池動(dòng)力裝置提供氫氣。適于進(jìn)行脫硫處理的燃料可以是汽油也可以是柴油，或者是其它一些可用于內(nèi)燃機(jī)的燃料。應(yīng)當(dāng)說明，如何使本系統(tǒng)中所有組件都能進(jìn)行車攜式安裝還在研究中。數(shù)字2注明的該系統(tǒng)包括一個(gè)燃料供應(yīng)罐4和從燃料供應(yīng)罐4中引出到鎳反應(yīng)物脫硫床8的原料輸送線6。通過電纜線12把電池1連接到脫硫床8上，可以把脫硫床加熱到可使進(jìn)入脫硫床的燃料流中燃料氣化的工作溫度。脫硫后的燃料通過管線14進(jìn)入自熱式重組器16。加氫改質(zhì)后的燃料(氫氣含量較高)通過管線18進(jìn)入第一熱交換器20，然后通過管線22進(jìn)入第二熱交換器24。熱交換器20、24用于降低重組器燃料流的溫度而增加進(jìn)入重組器的燃料、水蒸氣和空氣的溫度。此后經(jīng)改質(zhì)的燃料通過管線26進(jìn)入到水煤氣轉(zhuǎn)換爐27。在進(jìn)入燃料電池電極前，這種富氫的混合氣先進(jìn)入裝置28并和其中的選擇性氧化劑發(fā)生氧化反應(yīng)(一氧化碳生成二氧化碳)，然后裝置28產(chǎn)品中富氫氣體的大部分通過管線32進(jìn)入燃料電池動(dòng)力裝置55，另一部分(可控量)通過管線30循環(huán)進(jìn)入燃料線6中。如果需要，管線流程30中循環(huán)氫氣同樣也可以直接進(jìn)入到脫硫床8中。管線流程30的目的是在燃料流進(jìn)入脫硫床8中時(shí)往燃料流中加入一定量的氫氣，加入脫硫床8中的氫氣的量可以通過泵或噴射器(圖中未顯示)實(shí)現(xiàn)。噴射器是一種不用移動(dòng)部件就可把側(cè)線流體引入到主線流體的一種裝置，如文丘里管。
氫氣添加物的來源34可以是氫氣罐、氫化物床或者是能把電池55產(chǎn)生的水(或者其它物質(zhì))分解成氧氣和氫氣的電池。使用電池所產(chǎn)生的水作為氫氣源時(shí)，要通過管線36把水送到裝置34以制得氫氣。通過管線38把氫氣源34中的氫氣送到管線6中。如上面所述，燃料流中加入的氫氣使已被吸附的不飽和烴發(fā)生氫化反應(yīng)，導(dǎo)致不飽和烴和鎳反應(yīng)物發(fā)生解吸過程，從而不抑制硫化物在鎳反應(yīng)物上的吸附。
圖2是一個(gè)短期脫硫試驗(yàn)效果圖。圖中比較了三種物質(zhì)(分別是氫氣-汽油、甲基叔丁基醚-汽油和沒有任何添加劑的汽油)經(jīng)過脫硫床后的脫硫效果。從圖中可以看出，使用氫氣添加劑的脫硫床抽出線中的硫含量比沒有任何添加劑的低。實(shí)驗(yàn)樣品中，在脫硫床的入口加入的無添加劑汽油和有氫氣添加劑樣品的硫含量相同，都為21個(gè)ppm，而入口處加入的甲基叔丁基醚中的硫含量為25％。汽油中的甲基叔丁基醚含量是11％(質(zhì)量百分比)，加入到汽油中氫氣量為160ml/min，約為從選擇性氧化劑裝置的抽出線氫氣含量的17％。本實(shí)驗(yàn)的溫度是350°F(177℃)，燃料空速為26磅/(磅(反應(yīng)物).小時(shí))。
圖3比較了催化劑負(fù)載硫和脫硫后汽化的加州特殊摻混油中硫含量的關(guān)系。一條曲線表示汽油流中含有氫氣添加劑，另外一條表示含有甲基叔丁基醚，不含有氫氣添加劑。圖中的實(shí)線表示有氫氣添加劑條件下，催化劑負(fù)載含硫水平和脫硫燃料中的含硫水平的關(guān)系，圖中的虛線表示有甲基叔丁基醚的條件下二者的關(guān)系。兩種條件下的催化劑床的硫負(fù)載情況如圖3所示。圖3中顯示，從最后產(chǎn)物(脫硫床)中含硫水平增長趨勢來看，甲基叔丁基醚作為添加劑要快于氫氣添加劑的情況。同時(shí)還可以看出，和使用甲基叔丁基醚作為添加劑相比，使用氫氣添加劑后，鎳反應(yīng)床吸收硫的能力也得到增加。氫氣量加入為13％(摩爾百分比)，實(shí)驗(yàn)溫度375°F(191℃)，實(shí)驗(yàn)空速為2磅/(磅(反應(yīng)物).小時(shí))。實(shí)驗(yàn)中氫氣用量約為從選擇性氧化劑裝置的抽出線氫氣含量的1％(通過選擇性氧化器中的模擬循環(huán)流加入到汽油流中)。甲基叔丁基醚的量占總物料的11％(質(zhì)量百分比)。
圖4為沉積在鎳反應(yīng)物上的碳與用總反應(yīng)物床的長度百分比來表示的反應(yīng)物床長度的變化關(guān)系。實(shí)線表示汽油燃料中含有MTBE但沒有氫氣添加劑時(shí)的碳沉積量，虛線表示汽油燃料中含有氫氣添加劑但沒有MTBE時(shí)的碳沉積量?？梢钥闯?，當(dāng)11％的MTBE加到汽油中時(shí)，在218小時(shí)內(nèi)鎳反應(yīng)物床上沉積的碳要比加13％摩爾比的氫氣時(shí)在450小時(shí)內(nèi)沉積的多。添加到待脫硫汽油中的氫氣能使鎳反應(yīng)物表面保持可硫化反應(yīng)一段長時(shí)間，這樣就允許反應(yīng)物床達(dá)到較高的硫負(fù)載。
我們能得出結(jié)論就是，汽油中氫氣的存在能通過顯著抑制積碳(焦碳沉積和強(qiáng)力吸附物質(zhì))，以及保持鎳反應(yīng)物活性區(qū)干凈且可用于含硫有機(jī)分子的脫硫，來維持鎳反應(yīng)物的脫硫活性。比較好的做法是，有效量的氫氣添加到含硫燃料中，可除去燃料中的硫，以使該燃料可用于動(dòng)態(tài)燃料電池動(dòng)力裝置中作為制氫源，而不會使燃料電池動(dòng)力裝置發(fā)生硫中毒。在燃料進(jìn)入燃料電池動(dòng)力裝置的燃料處理部分之前，通過硫反應(yīng)物床來除去燃料中的硫化物。氫氣用于控制鎳反應(yīng)物床中的積碳，從而提高反應(yīng)物床的使用壽命，并提高鎳反應(yīng)物床的除硫能力。
因?yàn)楸景l(fā)明揭示的實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下做改變和變化，所以本發(fā)明并不限于權(quán)利要求中所述。
權(quán)利要求
1.一種對烴類燃料流脫硫的方法，使烴類燃料流轉(zhuǎn)變成低硫含量的燃料，這種低硫含量的燃料適用于燃料電池動(dòng)力裝置的燃料處理部分(2)，所述方法包含如下步驟a)提供鎳反應(yīng)物脫硫站(8)，它能有效地將燃料流中所包含的有機(jī)硫化合物中的硫轉(zhuǎn)變成鎳硫化物；b)引入含有氫氣(H2)添加劑的烴燃料流到所述鎳反應(yīng)物脫硫站中；并且c)這種H2添加劑以一定數(shù)量出現(xiàn)在燃料流中，在鎳反應(yīng)物站的出口端(18)處有效地提供一種引出燃料流，這種引出燃料流的含硫量低于約0.05ppm。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中H2添加劑來自于燃料電池動(dòng)力裝置的燃料處理部分中的裝有H2的容器(34)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中H2添加劑來自于燃料電池動(dòng)力裝置的燃料處理部分的選擇性氧化劑(28)中的循環(huán)重組的燃料氣流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中H2添加劑來自于燃料電池動(dòng)力裝置的燃料處理部分中的電解電池(34)，它將水轉(zhuǎn)化成H2和O2。
5.一種對汽油燃料流脫硫的方法，使汽油燃料流轉(zhuǎn)變成低硫含量的燃料，這種低硫含量的燃料適用于燃料電池動(dòng)力裝置的燃料處理部分(2)，所述方法包含如下步驟a)提供鎳反應(yīng)物脫硫站(8)，它能有效地將燃料流中所包含的有機(jī)硫化合物中的硫轉(zhuǎn)變成鎳硫化物；b)引入含有氫氣(H2)添加劑的烴燃料流到所述鎳反應(yīng)物脫硫站中；并且c)這種H2添加劑以一定數(shù)量出現(xiàn)在燃料流中，在鎳反應(yīng)物站的出口端(18)處有效地提供一種引出燃料流，這種引出燃料流的含硫量低于約0.05ppm。
6.一種對汽油或柴油燃料流脫硫的系統(tǒng)，使汽油燃料流轉(zhuǎn)變成低硫含量的燃料，這種低硫含量的燃料適用于燃料電池動(dòng)力裝置的燃料處理部分(2)，所述系統(tǒng)包含a)鎳反應(yīng)物脫硫站(8)，能有效地將燃料流中所包含的有機(jī)硫化合物中的硫轉(zhuǎn)變成鎳硫化物。b)引入汽油或柴油燃料流到所述鎳反應(yīng)物脫硫站中的裝置；以及c)氫氣(H2)添加物的供應(yīng)源(34)、(28)和將所述H2添加劑供應(yīng)源連接到所述燃料流的裝置(30)和(38)，所述H2添加劑以一定的量出現(xiàn)在所述燃料流中，能給鎳反應(yīng)物站的出口端(18)有效地提供引出燃料流，這種引出燃料流的含硫量低于約0.05ppm。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述H2添加劑供應(yīng)源來自于燃料電池動(dòng)力裝置的選擇性氧化劑(28)中的循環(huán)氣流。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述H2添加劑供應(yīng)源來自裝有氫氣的容器(34)。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述H2添加劑供應(yīng)源來自氫化物床(34)。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述H2添加劑供應(yīng)源來自水電解電池(34)。
全文摘要
一種燃料加工方法，可大體上除去未稀釋氧化烴燃料原料供應(yīng)物中的所有硫分。該原料供應(yīng)物含有氧化物，用來驅(qū)動(dòng)靜態(tài)環(huán)境下和動(dòng)態(tài)環(huán)境下的燃料電池動(dòng)力裝置(如轎車、公共汽車、貨車、輪船等)。動(dòng)力裝置的氫燃料源(4)可以是汽油、柴油及諸如此類有機(jī)硫化物(如硫醇、硫化物、二硫化物等)含量較高的燃料。該未稀釋烴燃料供應(yīng)物通過鎳反應(yīng)物脫硫床(8)，其中所有有機(jī)硫化物中的硫基本上和鎳反應(yīng)生成硫化鎳，脫硫后的燃料供應(yīng)物繼續(xù)通過燃料處理裝置其余部分。這種方法可用于液體/氣體燃料脫硫。這種方法先于脫硫前在燃料流中加入氫氣(34)，這可延長鎳反應(yīng)物的使用壽命。氫氣可以來自純凈氫氣、循環(huán)氣流，也可以來自能電解燃料電池中的水以獲得氫氣和氧化物的電解電池。積炭會覆蓋反應(yīng)物床的活性區(qū)降低反應(yīng)活性，加入氫可抑制和降低反應(yīng)過程中鎳反應(yīng)物中積炭的形成，從而延長鎳反應(yīng)物的使用壽命。
文檔編號C10G29/04GK1449592SQ01814915
公開日2003年10月15日 申請日期2001年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者R·R·勒西厄爾, B·A·科科里奇奧, A·M·溫塞托爾 申請人:Utc燃料電池有限公司