JP6755964B2 - 不活性吸着床及び活性吸着床を組み合わせた燃料電池システム - Google Patents
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-
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-
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-
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Description
本願は、2016年4月13日に出願された米国仮出願第62/322,065号の利益を主張するものであり、当該米国仮出願の内容は、本願明細書に包摂され、参考とされる。
硫黄化合物を含んでなる炭化水素燃料ストリーム;
少なくとも1つの選択的硫黄吸着材を含んでなる不活性吸着床;
前記不活性吸着床は、前記炭化水素燃料ストリームから前記硫黄化合物を除去し、第1脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
前記システムは、前記炭化水素燃料ストリームが第1流路に沿って前記不活性吸着床を介して(通じて)通過し、かつ、前記炭化水素燃料ストリームが第2流路に沿って前記不活性吸着床を介して(通じて)通過しないように構成されてなり、
前記システムは、前記炭化水素燃料ストリームが、前記第1流路又は前記第2流路の少なくとも1つに沿って選択的に導入されるように構成されてなり、
酸化剤ストリーム;
前記システムは、前記酸化剤ストリームが、前記第2流路からの前記炭化水素燃料ストリーム、又は、前記第1流路からの前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つと混合するように構成されてなり、
加熱モジュール;
前記過熱モジュールは、前記混合した酸化剤と、前記炭化水素燃料又は前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つとを約150℃超過(以上)の温度で加熱するように構成されてなり、
少なくとも1つの硫黄酸化触媒を含んでなる選択的触媒硫黄酸化(SCSO)リアクター;
前記選択的触媒硫黄酸化リアクターは、前記酸化剤ストリームと、及び、前記炭化水素燃料ストリーム又は前記第1脱硫炭化水素燃料ストリームの少なくとも1つとの前記加熱した混合物を受け取り、かつ、前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒と接触するように構成されてなり、
前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒は、前記受け取ったストリームにおける少なくとも1つの硫黄‐含有化合物を酸化し、硫黄酸化物を包含したSCSO流出ストリームを形成するように構成されてなり、
硫黄酸化物吸着材を備えた活性吸着床;及び、
前記活性吸着床は、前記SCSOリアクターから前記SCSO流出ストリームを受け取り、及び、前記硫黄酸化物吸着材を介して(通じて)少なくとも一部の硫黄酸化物を除去し、第2脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
少なくとも1つの電気化学セルを包含する固体酸化物燃料電池;を備えてなるものであり、
前記固体酸化物燃料電池は、燃料源として、前記第2脱硫炭化水素ストリームの少なくとも一部を受け取るように構成されてなるものである。
前記燃料電池システムは、
硫黄化合物を含んでなる炭化水素燃料ストリーム;
少なくとも1つの選択的硫黄吸着材を含んでなる不活性吸着床;
前記不活性吸着床は、前記炭化水素燃料ストリームから前記硫黄化合物を除去し、第1脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
前記システムは、前記炭化水素燃料ストリームが第1流路に沿って前記不活性吸着床を介して(通じて)通過し、かつ、前記炭化水素燃料ストリームが第2流路に沿って前記不活性吸着床を介して(通じて)通過しないように構成されてなり、
前記システムは、前記炭化水素燃料ストリームが、前記第1流路又は前記第2流路の少なくとも1つに沿って選択的に導入されるように構成されてなり、
酸化剤ストリーム;
前記システムは、前記酸化剤ストリームが、前記第2流路からの前記炭化水素燃料ストリーム、又は、前記第1流路からの前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つと混合するように構成されてなり、
加熱モジュール;
前記過熱モジュールは、前記混合した酸化剤と、前記炭化水素燃料又は前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つとを約150℃超過(以上)の温度で加熱するように構成されてなり、
少なくとも1つの硫黄酸化触媒を備えてなる選択的触媒硫黄酸化(SCSO)リアクター;
前記選択的触媒硫黄酸化リアクターは、前記酸化剤ストリームと、及び、前記炭化水素燃料ストリーム又は前記第1脱硫炭化水素燃料ストリームの少なくとも1つとの前記加熱した混合物を受け取り、かつ、前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒と接触するように構成されてなり、
前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒は、前記受け取ったストリームにおける少なくとも1つの硫黄‐含有化合物を酸化し、硫黄酸化物を包含したSCSO流出ストリームを形成するように構成されてなり、
硫黄酸化物吸着材を備えてなる活性吸着床;及び、
前記活性吸着床は、前記SCSOリアクターから前記SCSO流出ストリームを受け取り、及び、前記硫黄酸化物吸着材を介して(通じて)少なくとも一部の硫黄酸化物を除去し、第2脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
少なくとも1つの電気化学セルを包含する固体酸化物燃料電池;を備えてなるものであり、
前記固体酸化物燃料電池は、燃料源として、前記第2脱硫炭化水素ストリームの少なくとも一部を受け取るように構成されてなるものであり、
前記燃料電池システムを動作する方法は、
第1期間(周期、時間、時間周期)内に、前記第1流路に沿って前記炭化水素燃料ストリームを導入し;及び、
前記第1期間(周期、時間、時間周期)とは異なる第2期間(周期、時間、時間周期)内に、前記第2流路に沿って前記炭化水素燃料ストリームを導入することを含んでなるものである。
Claims (22)
- 燃料電池システムであって、
硫黄化合物を含んでなる炭化水素燃料ストリーム;
少なくとも1つの選択的硫黄吸着材を含んでなる不活性吸着床;
前記不活性吸着床は、前記炭化水素燃料ストリームから前記硫黄化合物を除去し、第1脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
前記燃料電池システムは、前記炭化水素燃料ストリームが第1流路に沿って前記不活性吸着床を介して通過し、かつ、前記炭化水素燃料ストリームが第2流路に沿って前記不活性吸着床を介して通過しないように構成されてなり、
前記燃料電池システムは、前記炭化水素燃料ストリームが、前記第1流路又は前記第2流路の少なくとも1つに沿って選択的に導入されるように構成されてなり、
酸化剤ストリーム;
前記燃料電池システムは、前記酸化剤ストリームが、前記第2流路からの前記炭化水素燃料ストリーム、又は、前記第1流路からの前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つと混合するように構成されてなり、
加熱モジュール;
前記加熱モジュールは、前記混合した酸化剤と、前記炭化水素燃料又は前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つとを約150℃超過の温度で加熱するように構成されてなり、
少なくとも1つの硫黄酸化触媒を含んでなる選択的触媒硫黄酸化(SCSO)リアクター;
前記選択的触媒硫黄酸化リアクターは、前記酸化剤ストリームと、及び、前記炭化水素燃料ストリーム又は前記第1脱硫炭化水素燃料ストリームの少なくとも1つとの前記加熱した混合物を受け取り、かつ、前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒と接触するように構成されてなり、
前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒は、前記受け取ったストリームにおける少なくとも1つの硫黄‐含有化合物を酸化し、硫黄酸化物を包含したSCSO流出ストリームを形成するように構成されてなり、
硫黄酸化物吸着材を備えた活性吸着床;及び、
前記活性吸着床は、前記SCSOリアクターから前記SCSO流出ストリームを受け取り、及び、前記硫黄酸化物吸着材を介して少なくとも一部の硫黄酸化物を除去し、第2脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
少なくとも1つの電気化学セルを包含する固体酸化物燃料電池;を備えてなるものであり、
前記固体酸化物燃料電池は、燃料源として、前記第2脱硫炭化水素ストリームの少なくとも一部を受け取るように構成されてなり、
前記炭化水素燃料ストリームの流路は、前記活性吸着床の温度により制御されてなり、かつ、前記活性吸着床の温度が最低作動温度、例えば約300℃、に到達すると、前記炭化水素燃料ストリームは前記第1流路から前記第2流路に導入され、不活性吸着床をバイパスするものである、燃料電池システム。 - 前記燃料電池システムは、前記第1流路から前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも第1部分が、前記SCSOリアクターを介して流れないように構成されてなる、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記脱硫炭化水素ストリームの前記第1部分は、前記固体酸化物燃料電池を介して通過しないものである、請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記脱硫炭化水素ストリームの前記第1部分が、前記燃料源として、前記固体酸化物燃料電池に供給されてなるものである、請求項2に記載の燃料電池システム。
- 前記第2脱硫炭化水素ストリームの少なくとも一部が前記固体酸化物燃料電池を介して通過しないものである、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記炭化水素燃料ストリームが天然ガスを含んでなり、
前記天然ガスが前記硫黄化合物を包含してなる、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記酸化剤入力部が空気を含んでなる、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記活性吸着床が、硫黄酸化物吸着材の第1層と、硫黄酸化物吸着材の第2層とを備えてなり、
前記第2層が前記活性吸着床における前記第1層から下流にあり、
前記第1層が三酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなり、
前記第2層が二酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなる、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記活性吸着床が、前記第1層及び前記第2層の下流に、硫黄酸化物吸着材の第3層と、及び硫黄酸化物吸着材の第4層を備えてなり、
前記第4層が前記活性吸着床における前記第3層から下流にあり、
前記第3層が三酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなり、
前記第4層が二酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなる、請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記加熱モジュールは、前記混合した酸化剤と、及び前記少なくとも1つの前記炭化水素燃料又は前記第1脱硫炭化水素ストリームとを約250℃及び約350℃の温度に加熱するように構成されてなる、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 燃料電池システムを動作する方法であって、
前記燃料電池システムは、
硫黄化合物を含んでなる炭化水素燃料ストリーム;
少なくとも1つの選択的硫黄吸着材を含んでなる不活性吸着床;
前記不活性吸着床は、前記炭化水素燃料ストリームから前記硫黄化合物を除去し、第1脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
前記燃料電池システムは、前記炭化水素燃料ストリームが第1流路に沿って前記不活性吸着床を介して通過し、かつ、前記炭化水素燃料ストリームが第2流路に沿って前記不活性吸着床を介して通過しないように構成されてなり、
前記燃料電池システムは、前記炭化水素燃料ストリームが、前記第1流路又は前記第2流路の少なくとも1つに沿って選択的に導入されるように構成されてなり、
酸化剤ストリーム;
前記燃料電池システムは、前記酸化剤ストリームが、前記第2流路からの前記炭化水素燃料ストリーム、又は、前記第1流路からの前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つと混合するように構成されてなり、
加熱モジュール;
前記加熱モジュールは、前記混合した酸化剤と、前記炭化水素燃料又は前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも1つとを約150℃超過の温度で加熱するように構成されてなり、
少なくとも1つの硫黄酸化触媒を備えてなる選択的触媒硫黄酸化(SCSO)リアクター;
前記選択的触媒硫黄酸化リアクターは、前記酸化剤ストリームと、及び、前記炭化水素燃料ストリーム又は前記第1脱硫炭化水素燃料ストリームの少なくとも1つとの前記加熱した混合物を受け取り、かつ、前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒と接触するように構成されてなり、
前記少なくとも1つの硫黄酸化触媒は、前記受け取ったストリームにおける少なくとも1つの硫黄‐含有化合物を酸化し、硫黄酸化物を包含したSCSO流出ストリームを形成するように構成されてなり、
硫黄酸化物吸着材を備えてなる活性吸着床;及び、
前記活性吸着床は、前記SCSOリアクターから前記SCSO流出ストリームを受け取り、及び、前記硫黄酸化物吸着材を介して少なくとも一部の硫黄酸化物を除去し、第2脱硫炭化水素ストリームを形成するように構成されてなり、
少なくとも1つの電気化学セルを包含する固体酸化物燃料電池;を備えてなるものであり、
前記固体酸化物燃料電池は、燃料源として、前記第2脱硫炭化水素ストリームの少なくとも一部を受け取るように構成されてなるものであり、
前記燃料電池システムを動作する方法は、
第1期間内に、前記第1流路に沿って前記炭化水素燃料ストリームを導入し;及び、
前記第1期間とは異なる第2期間内に、前記第2流路に沿って前記炭化水素燃料ストリームを導入することを含んでなり、
前記炭化水素燃料ストリームの流路は、前記活性吸着床の温度により制御されてなり、かつ、前記活性吸着床の温度が最低作動温度、例えば約300℃、に到達すると、前記炭化水素燃料ストリームは前記第1流路から前記第2流路に導入され、不活性吸着床をバイパスするものである、燃料電池システムを動作する方法。 - 前記燃料電池システムは、前記第1期間内に、前記第1流路から前記第1脱硫炭化水素ストリームの少なくとも第1部分が、前記SCSOリアクターを介して流れないように構成されてなる、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。
- 前記脱硫炭化水素ストリームの前記第1部分は、前記固体酸化物燃料電池を介して通過しないものである、請求項12に記載の燃料電池システムを動作する方法。
- 前記脱硫炭化水素ストリームの前記第1部分が、前記燃料源として、前記固体酸化物燃料電池に供給されてなるものである、請求項12に記載の燃料電池システムを動作する方法。
- 前記第2脱硫炭化水素ストリームの少なくとも一部が前記固体酸化物燃料電池を介して通過しないものである、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。
- 前記炭化水素燃料ストリームが天然ガスを含んでなり、
前記天然ガスが前記硫黄化合物を包含してなる、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。 - 前記酸化剤入力部が空気を含んでなる、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。
- 前記活性吸着床が、硫黄酸化物吸着材の第1層と、硫黄酸化物吸着材の第2層とを備えてなり、
前記第2層が前記活性吸着床における前記第1層から下流にあり、
前記第1層が三酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなり、
前記第2層が二酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなる、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。 - 前記活性吸着床が、前記第1層及び前記第2層の下流に、硫黄酸化物吸着材の第3層と、及び硫黄酸化物吸着材の第4層を備えてなり、
前記第4層が前記活性吸着床における前記第1層から下流にあり、
前記第3層が三酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなり、
前記第4層が二酸化硫黄に対して優先的親和性を有する硫黄酸化物吸着材を備えてなる、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。 - 前記加熱モジュールは、前記混合した酸化剤と、及び前記少なくとも1つの前記炭化水素燃料又は前記第1脱硫炭化水素ストリームとを約250℃及び約350℃の温度に加熱するように構成されてなる、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。
- 前記第1期間が前記第2期間の前である、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。
- 前記第2期間が前記第1期間の前である、請求項11に記載の燃料電池システムを動作する方法。
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