[发明专利]含有多重脱硫器的燃料处理设备以及具有该设备的燃料电池系统

说明书

技术领域

本申请涉及通过氢与氧的电化学反应产生电能的燃料电池系统，特别地，涉及一种在燃料电池系统中重整燃料并有效去除燃料中含硫成分的创新的燃料处理设备，以及一种包含该设备的燃料电池。

背景技术

燃料电池系统利用含氢的燃料以及含有氧气的空气，通过电化学反应产生电能。

燃料电池系统通常包括以下部件。燃料电池系统包括作为主要部件的氢和氧在其中进行电化学反应的燃料电池堆，用于重整燃料使其转换为包含氢气的重整气体并将该重整气体提供给燃料电池堆的燃料处理设备，以及为燃料电池堆提供含有氧的空气的空气提供设备。

燃料处理设备包括若干个适于在将燃料转化为含有氢的重整气体的过程中去除那些能破坏燃料电池容量的元素的反应器。烃，例如LNG或者LPG，作为燃料使用，由含硫的化合物制成的气味剂被加入烃中。因此，传统的燃料处理设备必须在反应器中包括脱硫器，以用于去除燃料中含硫的成分或者化合物。

如果燃料处理设备不能将燃料中含硫的成分或者化合物降低到低于特定水平的量，那些含硫的成分或者化合物就会流入重整器。那么，燃料中含硫的成分或者化合物被重整器中的重整催化剂吸附或者使其中毒，引起重整催化剂的能力退化。如上文所述，重整催化剂能力的退化与产生含有氢的重整气体的能力有关，这会引起燃料电池堆中产生电能的效率降低的问题。而且，含硫的成分或者化合物的浓度会随着环境发生很快的变化。因此，传统的燃料处理设备存在的问题是由于含硫的成分或者化合物浓度的很快变化不能正常地工作。

发明内容

技术问题

本发明力争提供一种改进的燃料处理设备，其甚至在燃料中含硫的成分和化合物的浓度变化很快的情况下也能够将含硫的成分或者化合物的数量降低到特定的水平，以及一种包含该燃料处理设备的燃料电池系统。

另外，本发明力争提供一种燃料处理设备和燃料电池系统，其中重整器中的重整催化剂的能力的退化小于传统的燃料处理设备，并且重整器的更换周期会变得相对延长，甚至在催化剂使用了很长时间的情况下。

技术方案

根据本发明的优选实施例的用于燃料电池系统的燃料处理设备包括用于燃料电池系统的燃料从其中通过的第一脱硫器，该第一脱硫器中包括用于吸附燃料中含硫成分的吸附剂，以及燃料从其中通过的第二脱硫器，该第二脱硫器中包括能与燃料中含硫的成分发生放热反应的脱硫催化剂，并且第二脱硫器与第一脱硫器相连。用于燃料电池系统的燃料处理设备进一步包括重整器，燃料从其中通过并重整为含有氢的重整气体，其中重整器与第二脱硫器相连。

燃料处理设备还可进一步包括容纳第二脱硫器和重整器的箱体(case body)，其中第一脱硫器位于该箱体之外。

第一管道连接到第一脱硫器，这样燃料就可以从外部流入第一脱硫器，第一脱硫器和第二脱硫器通过第二管道相连，并且第一管道和第二管道通过第三管道相连，这样燃料也可以绕开第一脱硫器。使燃料的流入通路改变的转向阀设置在第一管道与第三管道连接的点上。

第二脱硫器和重整器通过第四管道相连，第二管道和第四管道通过第五管道相连，这样燃料就可以绕开第二脱硫器。第一电磁阀设置在第二管道上，第一电磁阀选择性地用于控制燃料的流动，第二电磁阀设置在第五管道上，第二电磁阀选择性地控制燃料的流动，其中第二电磁阀的操作与第一电磁阀的操作相关联。

活性炭、合成沸石、以及氧化铁中的至少一种在第一脱硫器中用作吸附剂。

第二脱硫器可将含硫的成分转化为硫化氢(H₂S)，并且引起脱硫催化剂参与的放热反应。氧化锌可用作脱硫催化剂。

根据本发明的优选实施例的燃料电池系统包括通过氢气与氧气的电化学反应而产生电能的燃料电池堆，将燃料重整为含有氢气的重整气体的燃料处理设备，以及为燃料电池堆提供空气的空气提供设备。燃料处理设备包括燃料经过的其中含有用来吸附燃料中含硫的成分的吸附剂的第一脱硫器，以及燃料经过的其中含有能与燃料中含硫的成分发生放热反应的脱硫催化剂的第二脱硫器，其中第二脱硫器与第一脱硫器相连，燃料处理设备还包括燃料经过的重整器，该重整器将燃料重整为含有氢的重整气体，其中该重整器与第二脱硫器相连。

有益效果