[发明专利]用于输送至加氢脱硫单元的非催化制氢工艺和用于辅助动力单元应用的固体氧化物燃料电池系统组合

说明书

技术领域

本发明涉及用于提供辅助动力的固体氧化物燃料电池（SOFC）系统，其中该SOFC包括集成的脱硫单元。更具体而言，本发明涉及用于向脱硫单元提供氢以向固体氧化物燃料电池提供脱硫原料流的制氢工艺。

背景技术

日益严格的环境规范成为固体氧化物燃料电池技术发展中的驱动力。各种潜在的商业应用已经得到了广泛关注，部分原因在于其能够由相对较小的反应器产生电力，其中所述反应器可供给有液态烃原料。固体氧化物燃料电池的高燃料电力转换效率使得每kWh有效能输出产生较低的二氧化碳排放，而诸如NO_x、SO_x等各种有害化学品以及未反应烃类的排放几乎为零。固体氧化物燃料电池的目标应用包括分布式和集中式产生电；交通工具的动力；偏远地区产生电；海洋、军事和航天应用。

然而，固体氧化物燃料电池技术遇到的一个问题来自于提供给电池的烃类原料中可能存在的各种硫化合物。固体氧化物燃料电池的阳极通常为镍系，而烃类燃料中常见的硫化合物容易使其中毒。因此，对于利用镍预重整的阳极和烃类原料的所有固体氧化物燃料电池系统，需进行烃类原料的脱硫步骤。商购得到的烃类的脱硫工艺需要在加氢脱硫单元中使用原位生成或是储存的氢气，其中液态烃中存在的一部分高分子量的硫化合物可被转化为硫化氢。硫化氢可随后通过氧化锌吸附剂床除去。

取决于供应至脱硫单元的燃料的质量和硫含量，加氢脱硫系统通常消耗大量的氢。对于潜在的车载交通工具应用，由于交通工具的空间限制，氢储存成为主要的技术和经济挑战。因此，需要开发利用由交通工具结构中可利用的燃料进行局部即时制氢的装置。

发明内容

一般而言，本发明提供用于由含硫烃类燃料产生电的装置和方法。

一方面，本发明提供一种用于从含硫烃类燃料流中除去硫的装置。该装置包括非催化重整器，其被构造为由含硫烃类燃料流生成含氢产物气体流。所述装置还包括进给线，其被构造为将含硫烃类燃料流输送至加氢脱硫单元，其中进给线还包括用于将一部分含硫烃类燃料流引导至非催化重整器的机构。所述装置包括重整器引出线，其将含氢产物气体流由重整器输送至加氢脱硫单元。该加氢脱硫单元包含加氢脱硫催化剂，并且被构造为将含硫烃类燃料流中的硫化合物转化为硫化氢，从而生成含有硫化氢的经处理的烃类燃料流。所述装置包括加氢脱硫单元引出线，其将含有硫化氢的经处理的烃类燃料流由加氢脱硫单元输送至吸附器。该吸附器包括含有吸附剂的吸附剂床，该吸附剂能够有效地（operable）从含有硫化氢的经处理的烃类燃料流中除去硫化氢，从而生成脱硫烃类燃料流。

在某些实施方案中，所述装置还包括吸附剂引出线，其将脱硫烃类燃料流输送至固体氧化物燃料电池，然后该固体氧化物燃料电池将该脱硫烃类燃料流转化为电。在某些实施方案中，所述装置包括这样的结构，该机构用于根据加氢脱硫单元所需要的氢的量而控制供应至重整器的含硫烃类燃料流的量。在某些实施方案中，所述装置生成含有合计低于约1ppm硫的脱硫烃类燃料流。

另一方面，本发明提供一种由含硫烃类燃料流产生电的方法。该方法包括以下步骤：将至少一部分含硫烃类燃料流供应至非催化重整器，从而生成含氢产物流；将来自重整器的含氢产物流和至少一部分烃类燃料流供应至加氢脱硫单元；在该加氢脱硫单元中对含硫烃类燃料流进行脱硫，从而生成含硫化氢的烃类燃料流；将含硫化氢的烃类燃料流由加氢脱硫单元供应至吸附器，其中该吸附器能够有效地从烃类燃料流中除去硫化氢，从而生成脱硫烃类燃料流；以及将脱硫烃类燃料流供应至固体氧化物燃料电池，其中所述固体氧化物燃料电池被构造为由所述脱硫烃类燃料流产生电。

在一些实施方案中，所述方法包括将水和氧供应至非催化重整器的步骤，其中含硫烃类燃料流、水和氧的反应能够有效地生成含氢产物流。在一些实施方案中，非催化重整器产生含有约50%至53.6%的氢气的产物流（使用商购得到的柴油作为原料，以干燥、无氮气为基准）。在一些实施方案中，所述吸附器包括含有氧化锌的吸附剂床。在一些实施方案中，脱硫烃类燃料流含有低于约1ppm的硫。在一些实施方案中，在连续操作过程中，将约5体积%至22.5体积%的含硫烃类燃料流供应至非催化重整器。在一些实施方案中，在启动时，将所有烃类燃料供应至非催化重整器，用于生成含氢产物流。在一些实施方案中，在连续操作过程中，将约10.4体积%至14.8体积%的含硫烃类燃料流供应至非催化重整器。

附图说明

图1为本发明的一个实施方案的示意图。

发明详述