[发明专利]用于辅助燃料系统的多级脱硫系统和方法

说明书

技术领域

【0001】本公开一般地涉及燃料系统，并且更具体地涉及从含有较高浓 度硫化合物的初级燃料流中提取具有低浓度硫化合物的辅助燃料流的系 统和方法。

背景技术

【0002】燃料电池系统的性能、成本和耐久性的持续改进继续使人们对 它们例如在运载工具如混合动力汽车或燃料电池动力汽车中作为辅助动 力设备(APU)的用途感兴趣。它们实际应用的一个局限性涉及使用的 物流燃料(logistice fuel)或传统燃料，例如柴油和煤油馏分。这些燃料具有 在30到3,000ppm范围内的硫含量，其或者影响这些燃料向氢或合成气流 的转化，或者影响燃料电池下游的性能。一种可替代的方法是需要例如 费托(Fischer-Tropsch)液体的合成“无硫”型液体燃料或者气体液化产品 (gas-to-liquid product)，用于APU，但是，这使得需要为同一运载工具提 供两种独立的燃料流。

【0003】举例来说，美国的一些政府机构已经要求在燃料中具有低水平 硫，例如新近推动到30至300ppm。尽管水平接近最低限，但是，硫含量 仍会影响在下游工艺中的催化剂的性能，并因此防碍燃料电池系统的有 效使用。技术，包括基于膜的技术，被开发用于炼厂规模应用，以取得 这些较低的硫规格。膜技术和具体的全蒸发膜技术是市场化技术，其在 许多工业中被实践，用于从液体流混合物中分离较高蒸气压的组分。

【0004】希望有一种简单的工艺，其提供需要的分离选择性，能够在小 型的、不昂贵的系统中实施以及用来自汽油、煤油、喷气燃料和柴油的 众多初级燃料操作。本公开内容针对的正是这些需要。

发明内容

【0005】公开了根据示例性施行方式，从初级燃料流生产含有低浓度硫 化合物的辅助燃料流的系统和方法的实施方式。系统包括第一分离阶段， 其从一部分初级燃料流中分离阶段一渗透流与阶段一保留流。第二分离 阶段从阶段一渗透流中分离阶段二渗透流和阶段二保留流，其中阶段二 保留流包括含有低浓度硫化合物的辅助燃料流。混合阶段一保留流和阶 段二渗透流并且返回初级燃料流中。结果是含有低浓度硫化合物的辅助 燃料流以及初级燃料流。

【0006】根据进一步的示例性实行方式，从初级燃料流中分离含有低硫 化合物的辅助燃料流的方法包括：从初级燃料流中分离阶段一渗透流与 阶段一保留流；在真空下蒸发阶段一渗透流；从阶段一渗透流中分离阶 段二渗透流和阶段二保留流，阶段二保留流包括含有低浓度硫化合物的 燃料流；并且在真空下，蒸发阶段二渗透流，以将阶段二渗透流返回到 初级燃料流中。因此，阶段二保留流是含有低硫化合物的辅助燃料流。

【0007】根据另外的示例性实行方式，从初级燃料流中分离含有低浓度 硫化合物的燃料流的系统包括：燃料供给器；阶段一分离器；阶段二分 离器；连接燃料供给器到阶段一分离器的第一供给管线；连接阶段一分 离器和阶段二分离器的第二供给管线。第一供给管线将燃料流从燃料供 给器输送到阶段一分离器。阶段一分离器从阶段一燃料供给流中产生阶 段一渗透流和阶段一保留流。第二供给管线将阶段一渗透流从阶段一分 离器输送到阶段二分离器。阶段二分离器产生阶段二渗透流和阶段二保 留流。产生的阶段二保留流是含有低浓度硫化合物的燃料流。在这个系 统中，随后混合阶段一保留流和阶段二渗透流并且将它们返回到初级燃 料流中。

【0008】根据又进一步的示例性施行方式，公开了从初级燃料流中分离 含有低浓度硫化合物的燃料流的系统，其包括：阶段一分离器，其从初 级燃料流中提供气态的阶段一渗透流和阶段一保留流；与阶段一分离器 相关联的第一喷射器，该喷射器使用冷却的阶段一渗透液体作为第一喷 射器的驱动流体(motive fluid)，提供真空和冷却能量，以冷凝阶段一渗透 蒸气；和阶段二分离器，其从冷凝的阶段一渗透流提供阶段二保留流和 气态的阶段二渗透流，阶段二保留流包括含有低浓度硫化合物的燃料流； 以及与阶段二分离器相关联的第二喷射器，该喷射器使用冷却的阶段一 保留流作为驱动流体，为阶段二渗透蒸气提供真空以及冷凝并混合阶段 二渗透蒸气与阶段一保留物。产生的真空可以不仅仅通过使用用工艺液 体作为驱动流体的喷射器产生。压缩气体例如空气或富含氮气(N₂)的空气 可以用作驱动流体。可选地，发动机驱动的真空泵可以被用于产生真空。