[发明专利]用于燃料电池应用的液体燃料脱硫的方法和系统

说明书

本发明涉及用于液体化石燃料脱硫、优选常压脱硫的方法和系统，所述液体化石燃料将用于与燃料电池相连，尤其是与固体氧化物燃料电池(SOFC)相连。

常规的加氢脱硫(HDS)，其在炼油厂中十分常见，构成了本发明最接近的背景。由于对低硫燃料的需求不断增长，在最近这些年加氢处理化石燃料以降低其硫含量已变得越来越重要。因此，欧洲炼油厂已经从2005年起供应含有最大50ppm的硫(按重量计)的柴油和汽油燃料，并在2009年已将该含量进一步降至10ppm的硫。常规的HDS被不断地优化以除去硫，并同时确保尽可能小地干扰燃料的组成。为助于此优化，在燃料催化裂化(FCC)领域内的连续研究已提供了能够使炼油厂在无需任何后处理的情况下满足用于超低量硫柴油和汽油的未来规格的催化剂。

SOFC是一种在其中通过电化学反应使燃料气体的化学能直接转化为电能的能量转换装置。单一的SOFC能够产生大约1伏的电压。因此，为了使用燃料电池作为电源，必须构造包括燃料电池堆的燃料电池系统，其中多个单元电池彼此串联连接。

典型的SOFC系统包括用于产生电力的SOFC堆、用于向该堆供给氢气/烃/合成气和氧气的燃料处理装置、用于把由SOFC堆产生的DC电变换为AC电的电能变换系统、以及用于回收在SOFC中产生的热量的热回收装置。

燃料电池可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、聚合物膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)，后者是目前最令人感兴趣和最有前途的类别。

重整与燃料电池相连的燃料的目的是把作为原料提供的燃料，例如化石燃料，转化为该堆所需要的燃料类型。由于SOFC在高温下运行，SOFC可使用CO并且也可使用CH₄作为燃料，但是在SOFC中能够使用其它类型的原燃料当然是便利的。

因为分别与非常规的基于非氢的和常规的基于氢的技术的无效性和无效率有关，在SOFC系统中的物流(logistic)液体燃料(硫含量按重量计在数百ppm的范围内)的脱硫是该系统发展中的主要挑战。尽管加氢脱硫的常规技术在脱硫方面有效，但由于高运行压力是喷淋床反应器中的必要条件，它并不是个有效率的方法。在另一方面，非常规的基于非氢的技术(主要是在常压下的物理吸附)在能耗方面是一种有效率的方法，但对于脱硫并不像传统的加氢脱硫(HDS)那样有效。

现有技术包括了多个涉及燃料脱硫的参考文献。例如，EP 1.468.463 A1描述了一种从用于燃料电池的燃料供应流中脱硫的方法，其目的是生产富氢的燃料流，其用于氢化燃料供应流。在这一专利申请中所描述的系统是结合了氢气增压单元的常规HDS(加氢脱硫)单元。

US 7.318.845涉及一种馏分燃料流重整器系统，其中，燃料进料流首先被分成两支工艺流，即富含脂肪族化合物的贫硫气体流以及富含芳香族化合物和硫的液体残留物流。将富含脂肪族化合物的气体流脱硫，与蒸汽混合并转化为富氢的产物流。降低送往脱硫和重整操作的硫和芳香族烃的量使得整个装置的尺寸和重量最小化，因此所描述的系统非常适合用于燃料电池。

US 2010/0104897 A1公开了一种在固体氧化物燃料电池(SOFC)系统中实施的燃料处理方法。该方法包括，使用脱硫器和初级重整器从基于烃的燃料中脱硫以得到富氢的重整气，以及使用次级重整器选择性分解低级烃并将其转化为氢气和甲烷。该次级重整器仅仅是用于从重整气中脱除烯烃的氢化反应器。

其他已知的用于液体燃料脱硫的现有技术，在可预见的未来看似并非有用。

目前已令人惊讶地发现，特定的加氢脱硫，优选常压加氢脱硫(AtHDS)，结合了常规的加氢脱硫(有效性)和非常规的脱硫(有效率)的优点，是应用于燃料电池系统的具有吸引力的工艺。

因此，本发明涉及一种脱硫方法，优选将用于与燃料电池相连的液体化石燃料的常压脱硫方法，尤其是固体氧化物燃料电池(SOFC)，所述方法包括以下步骤：

(a)蒸发所选择的液体化石燃料，并且随后在固定床反应器中在催化剂之上用氢气处理，由此使硫物质全部/部分转化，大部分转化为挥发性的S物质H₂S和/或COS，

(b)全部或部分脱除所形成的挥发性硫物质，和

(c)在相连的燃料重整单元中将产物转化为大部分是合成气，

然后将所得到的合成气供给到SOFC系统。

该方法的步骤(a)中所使用的催化剂优选为高活性加氢处理(HAHT)催化剂。

本发明还涉及一种用于本发明实际运作的系统。