[发明专利]用于燃料电池的脱硫吸附剂及采用它的脱硫方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池的脱硫吸附剂和采用它的脱硫方法，更具体地，本发明涉及一种具有优异的吸附硫化合物(sulfur compound)的性能以及再生特性的脱硫吸附剂，及采用它的脱硫方法。

背景技术

燃料电池为发电系统，在该发电系统中氧和包含在烃物质如甲醇、乙醇和天然气中的氢的化学能被直接转化成电能。

这种燃料电池的基本构成包括电池组，燃料处理器(FP)，燃料罐，燃料泵等。电池组构成了燃料电池的主体，并具有几个至几十个单元电池层压在一起的结构，各单元电池由膜电极组件(MEA)和隔板(或双极板)构成。燃料泵将燃料从燃料罐提供给燃料处理器，燃料处理器重整并提纯燃料而产生进料给电池组的氢。到达电池组的氢与氧发生电化学反应，产生电能。

燃料处理器中的重整器和水-气变换反应器采用重整催化剂和变换催化剂，以重整烃并除去一氧化碳。此处，作为用于制氢的原燃料的烃含有硫化合物，而所述催化剂和膜电极组件的阳极催化剂易于被硫化合物毒化，因而在向重整过程提供烃之前需要除去硫化合物。因此，烃在进入重整过程之前，经受脱硫过程(参见图1)。

特别是，未来将很可能使用城市煤气作为燃料电池的原料。然而，因为城市煤气包含约15ppm充当添味剂的硫化合物，即比例为3∶7的叔丁基硫醇(TBM)和四氢噻吩(THT)的混合物，所以在把城市煤气用于燃料电池中之前，必需从城市煤气中除去这些硫化合物。

为了除去硫化合物，可以采用加氢脱硫(HDS)方法，或者可以采用利用吸附剂的方法。加氢脱硫方法为可靠的方法，但是需要诸如300～400℃的高温并且包括复杂的操作。因而，加氢脱硫过程更适于大型工厂，而不是试验规模的设备。

另一方面，对于从燃料气体中除去硫化合物如TBM和THT，更适合采用利用吸附剂的方法。利用吸附剂的方法包括使燃料气体通过由活性炭、金属氧化物或沸石制成的吸附床，以除去硫化合物。当充满硫化合物时，吸附剂不再能够从燃料气体中除去硫化合物，因而吸附剂需要替换或再生。所需吸附剂的量和吸附剂的替换期限主要取决于吸附剂的吸附性，因而具有高吸附性的吸附剂是有利的。

已经提出了各种吸附剂，例如，日本专利申请公开特许公报平6-306377公开了一种用于从城市煤气中除去硫醇的沸石，该沸石与多价金属离子发生离子交换。然而不幸的是，该沸石仅用于硫醇。

在上述硫化合物中，THT比TBM更难于除去，众所周知含银(Ag)的沸石具有除去THT的能力。日本专利申请公开特许公报平10-237473描述了一种吸附剂，其包含具有至少5的孔径大小的Na-X沸石。该吸附剂在室温下具有优异的吸附性，但是当吸附剂暴露于水分时，吸附性急剧降低。

然而，在迄今为止所公开的脱硫吸附剂中，并未有具有优异的吸附性能以及再生特性的脱硫吸附剂，因此，仍然需要改善常规脱硫吸附剂的性能。

发明内容

本发明提供了一种脱硫吸附剂，其具有优异的脱硫性能和再生特性。

本发明还提供了一种脱硫的方法，其利用所述脱硫吸附剂从燃料气体中除去硫化合物。

本发明还提供了一种再生脱硫吸附剂的方法，该脱硫吸附剂具有所吸附的硫化合物。

本发明还提供了一种脱硫设备，其包括所述脱硫吸附剂。

本发明还提供了一种燃料电池系统，其包括所述脱硫吸附剂。

根据本发明的一个方面，提供一种脱硫吸附剂，该脱硫吸附剂为具有下面式1结构的结晶的多孔分子筛的形式：

[式1]

(M₁)_a-(Si)_x-(Ti)_y-(M₂)_z-O

式中M₁为选自碱金属、碱土金属、氢、铵、稀土金属和过渡金属中的至少一种；

4≤x/y≤500，

0≤z/y≤3，

0＜a/(y+z)≤1；及

M₂为铝(Al)、硼(B)或三价金属。

根据本发明的另一方面，提供一种脱硫的方法，该方法包括使根据本发明实施方案的脱硫吸附剂与包含硫化合物的气体接触。

根据本发明的实施方案，所述脱硫的方法可以在10～50℃的温度下和在0.5～2.5个大气压的压力下进行。

根据本发明的另一方面，提供一种再生脱硫吸附剂的方法，该方法包括用脱附气体清洗根据本发明实施方案的脱硫吸附剂。