KR20030048109A - 황-흡수성 베드 및 이를 포함하는 연료 처리 집합체 - Google Patents

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Abstract

개선된 황-제거 집합체(40)를 포함하는 연료 처리 시스템(10). 연료 처리 시스템(10)은 물 및 적어도 하나의 탄화수소 또는 알콜과 같은 탄소-함유 공급원료로부터 수소 가스(22)를 생성하도록 변용된 적어도 하나의 연료 처리기(20)를 포함한다. 황-제거 집합체(40)는 탄소-함유 공급원료(24)로부터 황 화합물을 제거하거나 농도를 감소시키도록 변용된 저온 변경 촉매(LTS)와 같은 황-흡수재를 함유하는 황-흡수성 베드를 포함한다.

Description

황-흡수성 베드 및 이를 포함하는 연료 처리 집합체{SULFUR-ABSORBENT BED AND FUEL PROCESSING ASSEMBLY INCORPORATING THE SAME}
정제 수소는 금속, 식용 지방 및 기름, 및 반도체 및 마이크로일렉트로닉스를 포함하여 많은 제품의 제조에 사용된다. 정제 수소는 또한 많은 에너지 전환 장치의 중요한 연료 근원이다. 예를 들면, 전지는 정제 수소 및 산화체를 사용하여 전위를 생성한다. 수증기 개질로 알려진 공정은 화학 반응으로 수소 및 임의의 부산물 또는 불순물을 생성한다. 비목적 불순물을 제거하여 전지 적용 상 충분하도록 정제된 수소를 제공하기 위해 후속의 정제 공정이 사용될 수 있다.
수증기 개질법에서는, 개질 촉매의 존재 하에서 수증기 및 탄소-함유 공급원료와 반응한다. 수증기 개질은 예를 들면 250℃와 900℃ 사이의 높은 작동 온도를 필요로 하고, 주로 수소 및 이산화탄소를 생성하며, 더 적은 양의 일산화탄소 또한 형성된다. 미량의 미반응 반응물과 미량의 부산물 또한 수증기 개질로부터 형성될 수 있다. 적합한 탄소-함유 공급원료의 예로 알콜(메탄올 또는 에탄올 같은) 및 탄화수소 연료(메탄, 프로판, 가솔린, 디젤 또는 등유와 같은)가 포함되며, 이에 한정되지 않는다.
거의 모든 탄화수소 연료가 전형적으로 약 3ppm 내지 약 300ppm 범위로 다양한 농도의 유기 황 화합물을 함유한다. 이들 황 화합물은 통상적인 수증기 개질(및 자열 개질) 촉매의 활성 억제제일 것이므로 개질 촉매로 운반되기 전에 탄화수소 연료로부터 제거되어야 한다.
전형적으로는, 황 화합물의 농도는 공급원료에서 이들 황 화합물의 농도를 감소시키도록 변성된 흡수재를 함유하는 베드에 탄화수소 공급원료를 통과시킴으로써 감소된다. 일부 알려진 흡수재는 산화아연에 기초한다. 이들 재료는 티오펜 및 유기 황화물과 같은 일부 유기 황 화합물의 불량한 반응성 때문에 유기 황 화합물을 제거하는 데 완벽하게 효과적이지 않다. 산화아연은 일반적으로 탄화수소 공급원료로부터 수소 황화물을 제거하는 데 효과적이지만, 타 황-함유 화합물을 제거하는 데는 효과적이지 않다. 타 흡수재는 산화니켈에 기초한다. 니켈은 전형적으로 더 높은 작동 온도를 필요로 하기는 하지만, 대부분의 황 화합물과 화합물을 형성한다. 그러나, 탄화수소 공급원료는 니켈 상에 코크를 형성하는 경향이 있어서, 코크에 의해 반응 부위가 봉쇄되기 때문에 니켈의 반응성이 감소된다.
발명의 요약
본 발명은 개선된 황-제거 집합체를 포함하는 연료 처리 시스템에 관한 것이다. 연료 처리 시스템은 물 및 적어도 하나의 탄화수소 또는 알콜과 같은 탄소-함유 공급원료로부터 수소 가스를 생성해내도록 변용된 적어도 하나의 연료 처리기를포함한다. 황-제거 집합체는 저온 변경(LTS) 촉매와 같은, 탄소-함유 공급원료로부터 황 화합물을 제거하거나 농도를 감소시키도록 변성된 황-흡수재를 함유하는 황-흡수성 베드를 포함한다.
본 발명의 많은 특성들은 본 발명의 원리를 포함하는 바람직한 양태를 단지 설명예로서 개시한, 하기 상세한 설명 및 첨부한 도면을 참조하여 당업자에게 명백해질 것이다.
본 발명은 일반적으로 연료 처리 시스템, 및 더 구체적으로는 개질 촉매를 이용하여 개질 공급원료로부터 수소 가스를 생산하는 연료 처리 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1 연료 처리 시스템의 또다른 양태의 개략도이다.
도 3은 도 1 연료 처리 시스템의 또다른 양태의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 황-제거 집합체의 개략도이다.
도 5는 가열 집합체를 포함하는 도 4 집합체의 개략도이다.
도 6은 가열 집합체를 포함하는 도 4 집합체의 개략도이다.
도 7은 가열 집합체를 포함하는 도 4 집합체의 개략도이다.
도 8은 가열 집합체를 포함하는 도 4 집합체의 개략도이다.
도 9는 황-제거 집합체의 상태를 모니터하도록 변용된 제어기를 포함하는 도 1 연료 처리 시스템의 개략도이다.
도 10은 다수의 황-흡수성 베드를 갖는 도 9 연료 처리 시스템의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 황-제거 장치와 함께 사용할 수 있는 수증기 개질기의 개략도이다.
도 12는 도 11 수증기 개질기의 또다른 양태의 개략도이다.
도 13은 전지 스택(stack)을 설명하는 개략도이다.
도 14는 본 발명에 따른 황-제거 집합체의 개략도이다.
도 15는 본 발명에 따른 황-제거 집합체의 개략도이다.
도 16은 본 발명에 따른 황-제거 집합체의 개략도이다.
도 17은 본 발명에 따른 황-제거 집합체의 개략도이다.
도 18은 본 발명에 따른 황-제거 집합체의 개략도이다.
본 발명에 따른 연료 처리 시스템이 도 1에 나타나 있으며 전반적으로 10으로 표시된다. 시스템(10)은 원료류(24)로부터 수소류 생성물(22)을 생성하도록 변용된 적어도 하나의 연료 처리기(20)를 포함한다. 원료류(24)는 적어도 하나의 탄화수소 또는 알콜과 같은 탄소-함유 공급원료(28)를 포함한다. 적합한 탄화수소의 예로 메탄, 프로판, 천연가스, 디젤, 등유, 가솔린 등이 포함된다. 적합한 알콜의 예로 메탄올, 에탄올, 및 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜과 같은 폴리올이 포함된다.
임의의 바람직한 양태에서, 원료류(24)는 물(26)을 추가로 포함하는데, 이는 탄소-함유 공급원료와는 독립적으로 연료 처리기로 운반되거나 또는 탄소-함유 공급원료와 동일한 유동류로서 운반될 수 있다. 도 1에는, 원료류(24)가 분리된 물 및 탄소-함유 공급원료류를 포함함이 나타나 있다. 이러한 구성은 알콜 또는 타물-혼화성 공급원료(28)에 사용될 수도 있지만, 전형적으로는 탄소-함유 공급원료가 탄화수소일 때 사용된다. 물 및 탄소-함유 공급원료가 연료 처리기(20)로 운반되기 전에 혼합될 수 있음을 도해하기 위해, 도 1에서 점선을 사용하여 원료류(24)가 물(26) 및 탄소-함유 공급원료(28)를 함유하는 단일류를 포함할 수 있음을 표시하고, 또한 분리된 물 및 탄소-함유 공급원료류가 연료 처리기로 운반되기 전에 혼합되는 것을 표시한다.
연료 처리기(20)는 원료류(24)로부터 수소류 생성물(22)을 생성하는 수소-생성 영역(30)을 포함한다. 연료 처리기(20)는 임의의 적절한 메카니즘을 통해서 물(26) 및 탄소-함유 공급원료(28)로부터 수소 가스를 생성할 수 있다. 적절한 메카니즘의 예로 수증기 개질 및 자열 개질이 포함되는데, 여기서 탄소-함유 공급원료(28) 및 물(26)로부터 수소 가스를 생성하기 위해 개질 촉매가 사용된다. 수소 가스를 생성하는 또다른 적절한 메카니즘은 알콜 또는 탄화수소의 촉매적 부분 산화이다. 전형적으로는, 수소-생성 영역은 개질 촉매 베드 또는 부분 산화 촉매 베드와 같은 적어도 하나의 촉매 베드(32)를 포함할 것이다. 수증기 개질기에 있어서, 수소-생성 영역(30)은 개질 영역(30)으로 칭할 수 있고 촉매 베드(32)는 개질 촉매 베드 또는 수증기 개질 촉매 베드로 칭할 수 있다. 비슷한 방식으로 자열 개질기에 있어서, 수소-생성 영역(30)은 자열 개질 영역(30)으로 칭할 수 있고 촉매 베드(32)는 자열 개질 촉매 베드로 칭할 수 있다.
시스템(10)은 필수적이지는 않지만, 적어도 하나의 전지 스택(34)을 포함한다. 각 전지 스택(34)은 연료 처리기(20)로부터 스트림(22)을 생성하는 것과 같이수소 가스로부터 전류를 생성하도록 변성시킨 적어도 하나, 및 전형적으로는 다수의 전지(36)를 포함한다. 적절한 전지의 예로 양자 교환 멤브레인(PEM) 전지 및 알카라인 전지가 포함된다. 스트림(22)의 일부 또는 전체는 부가적으로, 또는 대안적으로 적절한 도관을 통해서 또다른 수소-소비 공정에 사용되기 위해 운반되거나, 연료/가열을 위해 연소되거나, 또는 추후 사용을 위해 저장될 수 있다. 적절한 저장 메카니즘의 예로 가압된 탱크 및 수소화물 베드가 포함된다.
전지 스택의 설명예가 도 13에 나타나 있다. 스택(34)(및 그 안에 함유된 개별 전지(36))은 양극 영역(130) 및 음극 영역(132)을 포함하며, 이들은 수소 이온이 통과할 수 있는 전해질 멤브레인 또는 배리어(134)에 의해 분리되어 있다. 양극 및 음극 영역은 각각 양극 및 음극 전극 (136) 및 (138)을 포함한다. 전지 스택의 양극 영역(130)은 수소류(22)를 받는다. 음극 영역(132)은 공기류(140)를 받고, 산소가 부분적으로 또는 실질적으로 소모된 음극 공기 배출류(142)를 방출한다. 수소 가스로부터 유리된 전자는 배리어(134)를 통과할 수 없는 대신 외부 회로(144)를 통과해야 하며, 이로써 생성된 전류는 하나 이상의 장치(146)에 의해 가해지는 전기적 부하를 충족시킬 때뿐 아니라 연료 처리 시스템을 가동시킬 때도 사용될 수 있다.
양극 영역(130)은 주기적으로 정화되고, 정화류(147)를 방출하는데, 이는 수소 가스를 함유할 수 있다. 대안적으로는, 수소 가스는 전지 스택의 양극 영역으로부터 연속적으로 배출되어 재순환된다. 전류는 전지 스택(34)에 의해 생성되어, 장치(146)로부터 가해진 것과 같은 부하를 충족시킨다. 또한 도 2에 나타나 있는 것은 공기 전달 집합체(148)로, 이는 공기류(152)를 음극 영역(132)으로와 같은, 전지 스택(34)으로 운반시키도록 변용된 것이다. 공기 운반 집합체(148)는 도 13에 체계적으로 도해되어 있으며, 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서 공기 운반 집합체(148)는 단일 장치이거나, 또는 분리된 장치일 수 있다. 비슷하게, 공기 운반 집합체(148)가 또한 공기류를 연료 처리기(20)에 제공할 수 있거나, 또는 연료 처리기(20)가 자체 공기 운반 시스템을 포함할 수 있다.
시스템(10)은 탄소-함유 공급원료(28)로부터 황 화합물을 제거하여 황 화합물 농도가 감소된 공급원료(28’)를 생성하도록 변용된 황-제거 집합체(40)를 추가로 포함한다. 물 및 탄소-함유 공급원료를 포함하는 원료류의 양태에서, 집합체(40)가 이들 화합물을 물(26)과 혼합되기 전이나 그 후에 탄소-함유 공급원료를 함유하는 원료류로부터 제거하는 데 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 도 1은 점선을 사용하여, 탄소-함유 공급원료(28) 및 물(26)을 함유하는 단일류를 도면상으로 표시하고, 물(26) 및 탄소-함유 공급원료(28)를 함유한 분리된 원료류의 혼합 시점을 도해한다. 또한 본 발명의 범위 내에서 탄소-함유 공급원료 및 물은 그들이 증발된 후까지도 혼합되지 않을 수 있다.
도 1에는, 황-제거 집합체(40)가 연료 처리기(20)로부터 분리되어 있음이 나타나 있다. "분리"는 황-제거 시스템이 연료 처리기와 유체 전달이 이루어지지만, 물리적으로는 연료 처리기로부터 떨어져 있음을 의미한다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서, 집합체(40)는 도 2 및 3에 나타난 바와 같이, 연료 처리기와 직접적으로 연결되어 있거나 또는 연료 처리기의 외장(42) 내에 함유되어 있을 수 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 집합체(40)는 연료 처리기의 개질 영역으로 운반되기 전에 탄소-함유 공급원료가 통과하는 적어도 하나의 황-흡수성 베드(44)를 포함한다. 도 4에는 단일 황-흡수성 베드(44)가 나타나 있지만, 베드(44)의 수와 크기는 다양할 수 있으며, 그러므로 집합체(40)는 두개 이상의 병렬(도 10 참조) 및/또는 직렬(도 14 참조)의 베드를 포함하여, 두개 이상의 베드를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 각 베드(44)는 탄소-함유 공급원료로부터 황 화합물을 제거하여 황 화합물의 농도가 감소된 공급원료(28’)를 생성하도록 변성된 황-흡수재(46)를 포함한다. 바람직하게는, 황-흡수재(46)는 집합체(40)의 작동 조건에서 메탄이나 코크의 형성을 촉진하지 않는다.
본원에 사용된 "베드"는 탄소-함유 공급원료가 통과하는 패킹형 컬럼이나 튜브뿐 아니라 황-흡수재(46)가 탄소-함유 공급원료(28)와 접촉할 수 있도록 위치하거나 지지되는 상대적으로 표면적이 넓고, 상대적으로 압력 강하가 적은 타 구조물 또는 타 구조물의 영역을 광범위하게 포함하는 것을 의미한다. 본 발명의 범위 내에 속하는 타 베드의 예로 황-흡수재(46)로 함침되거나 또는 다른 방식으로 함유한 필터 및 황-흡수재(46)가 지지되는 다공성 지지체가 포함된다. 이들 지지체의 예로 세라믹 물질, 그물 또는 타 직물 또는 스크린, 및 물결형 재료와 같은 다공성 재료가 포함된다.
비슷하게, 집합체(40)를 그 안에 함유된 적어도 하나의 베드(44)와 함께 체계적으로 도해하는 동안, 이러한 체계적 설명이 베드의 외부틀을 요구하거나 제외하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 그러므로, 본 발명의 범위 내에서 베드는 베드의 틀을 둘러싸면서 그로부터는 떨어져 있는 재킷(jacket) 또는 외장을 포함할 수 있으며, 또한 베드는 이러한 재킷 없이도 형성될 수 있다.
적절한 황-흡수재(46)의 예는 저온 변경(LTS) 촉매이다. LTS 촉매는 황 화합물에 의해서 쉽게 활성 억제되기 때문에, 탄소-함유 공급원료로부터 이들 화합물을 제거하는 데 있어서 효과적이다. 또한 LTS 촉매는 산화아연보다 더 반응적이기 때문에, 탄소-함유 공급원료로부터 황 화합물을 제거하는 데 있어서 산화아연보다 더 효과적이다. 더욱이, LTS 촉매는 집합체(40)의 작동 조건에서 코크의 형성을 촉진하지 않는다.
LTS 촉매는 전형적으로 구리 및 아연의 조성물이고, 다양한 형태 및 모양으로 이용할 수 있다. 흡수 베드에 사용하기 위한 적절한 모양은 펠릿이다. 과립, 또는 분말 형태의 LTS 촉매처럼 목적하는 모양으로 압출된 LTS 촉매는 또다른 예이다. 전형적으로, 구리 및 아연 함유 LTS 촉매는 약 10-90% 산화구리(I) 및/또는 산화구리(Ⅱ) 및 약 10-90% 산화아연을 포함할 것이다. 본원에 사용된 "산화구리"는 산화구리(I) 및/또는 산화구리(Ⅱ)를 의미한다. LTS 촉매는 0-50% 알루미나와 같은 타 물질을 추가로 포함할 수 있다. LTS 촉매의 다른 예로 20-60% 산화구리, 20-50% 산화구리, 또는 20-40% 산화구리를 함유하는 것을 기술할 수 있다. 또다른 것은 상기 설명한 범위의 산화구리 및 20-60% 산화아연, 20-50%의 산화아연, 또는 30-60% 산화아연을 포함한다. 다른 LTS 촉매는 크로뮴을 함유한다. LTS 촉매는 또한 타 황-흡수재, 비활성 및/또는 지지체 물질을 포함할 수 있다. 적절한 LTS 촉매의 예가 아이씨아이 케미컬즈 앤드 폴리머즈 리미티드(ICI Chemicals & Polymers, Ltd.,Billingham, England)에서 제조되어 상표명 52-1로 시판되고 있다. 이 LTS 촉매는 약 30% 산화구리(Ⅱ), 약 45% 산화아연 및 약 13% 알루미나를 함유한다. 적절한 LTS 촉매의 또다른 예는 쥐드-케미 인코포레이티드(Sud-Chemie, Inc., Louisville, KY)에서 제조 및 판매하는 G66B이다. 적절한 타 LTS 촉매로 바스프 코포레이션(BASF Corporation)에서 제조 및 판매하는 K3-100이 포함된다.
아래에서 설명할 기준에 일치하는 한, 타 LTS 촉매도 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 적절한 LTS 촉매는 약 350℃ 미만의 작동 온도에서 탄소-함유 공급원료(28)로부터 황 화합물을 제거하기에 효과적이어야 하고, 약 350℃ 미만의 온도에서 일산화탄소 및 물의 전환을 촉진하여 수소 및 이산화탄소를 수득할 수 있어야 하며, 일반적으로 약 350℃ 미만의 온도에서 약 1-10ppm의 황 농도에 의해 활성 억제되어야 한다.
실제로, 탄소-함유 공급원료는 LTS 촉매 펠릿을 함유하는 황-흡수성 베드(44)를 통과한다. 베드는 약 20℃ 내지 약 400℃의 온도 범위에서 작동하고, 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 400℃의 온도 범위에서 작동한다. 유기 황 화합물(및 만약 존재한다면 황화수소)을 이러한 조건 하에서 LTS 촉매 펠릿과 반응시켜 안정된 구리 및 아연의 황화물을 형성하고, 이로써 황을 보유하면서 황 농도가 감소된 스트림을 생성한다. LTS 촉매를 사용하는 이점은 구리나 아연 모두 탄화수소로부터의 탄소(코크) 형성에 특별히 활성적이지 않다는 것이다.
바람직하게는, 집합체(40)는 가열 집합체(50)를 포함하거나, 또는 이것과 열 전달이 이루어진다. "열 전달"은 가열 집합체가 황-제거 집합체에 포함되어 있든지황-제거 집합체로부터 떨어져서 그 곳에 가열된 유동류를 운반하도록 변용되어 있든지에 상관없이, 가열 집합체가 황-제거 집합체로 열을 운반하는 것을 의미한다. 예를 들면, 황-제거 집합체로부터 분리되어 있는 가열기 또는 연소 영역이 황-제거 집합체(또는 적어도 그 안의 베드 또는 베드들)를 가열시키는 데 사용될 수 있다. 대안적으로는, 또는 부가적으로는, 베드는 뜨거운 배출류가 황-제거 집합체로 운반됨으로써 가열될 수 있다.
도 5에는, 적절한 가열 집합체(50)의 예가 베드(44)를 가열하는 전기 가열기(52)의 형태로 나타나 있다. 가열기(52)는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있고 외부 근원지로부터나 전지 스택(34)으로부터의 전류(54)에 의해 동력이 공급된다. 적절한 가열 집합체(50)의 또다른 설명예가 연료류(58)를 연소하여 황-제거 집합체 내 베드 또는 베드들을 가열하는 데 사용될 수 있는 가열된 연소 가스류(60)를 생성하는 연소실(56)의 형태로 도 6에 나타나 있다. 연소실(56)은 버너, 연소 촉매, 발화장치 또는 점화전, 또는 적절한 타 점화 근원체를 포함할 수 있다. 연료류(58)는 외부 근원으로부터의 연료류, 수소 가스류(22)의 일부, 연료 처리기(20)로부터의 연소가능 부산물류, 또는 이들의 조합과 같은 임의의 적절한 연소가능류일 수 있다.
가열 집합체(50)는 또한 열교환을 통해서 황-제거 집합체, 또는 그 베드(들)를 가열하는 하나 이상의 가열류 형태를 취할 수 있다. 열교환류를 포함하는 가열기 집합체의 설명예가 도 7 및 8에 나타나 있다. 도 7에서, 열교환류(66)는 가열된 유동체(68)를 황-제거 집합체(40)로 운반하고 스트림(70)은 유동체를 집합체 (40)으로부터 제거한다. 스트림 (66) 및 (70)은 연속된 유동체 순환고리를 형성할 수 있고, 또는 대안적으로는, 스트림(70)은 그 안에 함유된 유동체를 사용, 보관 또는 폐기를 위한 하류 목적지로 운반할 수 있다. 도 8에서, 황-흡수성 베드(44)는 가열된 유동류가 베드를 가열시키기 위해 통과할 수 있는 하나 이상의 통로 (72)를 포함한다. 나타나 있는 것처럼, 베드(44)는 가열된 유동류(74)가 흐르는 다수의 통로(72)를 포함한다. 또한 도 8에 나타나 있는 것은 통로 사이의 스트림(74)에 유동체를 분배하는 임의의 분배 복합체(76)이다. 적절한 열교환 유동체의 예로 공기, 물, 기름, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 실리콘 유동체가 포함되며 이에 한정되지 않는다.
가열 집합체(50)는 부가적으로는, 또는 대안적으로는, 베드(44)를 그 곳에 운반된 탄소-함유 공급원료(28)를 가열함으로써 간접적으로 가열할 수 있다. 앞서 기술 및 도해한 임의의 가열 집합체가 공급원료(28)를 가열하는 데 사용될 수 있다. 이는 도 4에 도해되어 있는데, 가열 집합체(50)가 공급원료(28)를 가열하는 것이 체계적으로 도해되어 있다.
베드(44)는 주기적으로 교체 및 재충전되어 그 안에 함유된 황-흡수재(46)의 황-흡수성이 유지되도록 한다. 전형적으로는, 베드는 베드의 황 흡수 용량이 적어도 80% 및 약 98% 미만이 될 때까지 탄화수소 연료를 정화하는 데 사용될 것이다. 상기 용량 %가 다른 경우에도 베드가 교체 및 재충전될 수 있음을 이해해야 한다. 베드가 정해진 용량, 또는 용량 범위에 도달했을 때, 베드는 교체 또는 재충전을 위해 오프라인(offline)된다.
단독 베드(44)를 사용할 때, 연료 처리 시스템(10)이 상기 용량이 목적 %에 도달하는 시기를 측정하여 이에 대한 반응으로 사용자-통지 사건을 야기시키는 적절한 제어기(80)를 포함하는 것이 바람직하다(필수적인 것은 아니지만). 적절한 제어기(80)의 설명예가 도 9에 나타나 있으며 이는 베드가 작동할 때의 베드 황 흡수 용량 %를 측정하도록 변용된 감지기(82)를 포함한다. 이러한 측정은 임의의 적절한 감지 장치에 의해 직접 또는 간접적으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 감지기는 직접적으로 베드 내 황 함량을 측정하도록 변용될 수 있다. 공급원료(28)의 황 함량이 알려졌을 때, 감지기(82)는 베드가 사용되는 동안의 작동 시간 또는 베드를 통과한 공급원료의 부피를 각각 측정함으로써 황 함량을 간접적으로 측정하도록 변용된 타이머 또는 유량계의 형태를 취할 수 있다. 도해의 목적으로, 다수의 적절한 감지기 및 가능한 감지기 위치가 도 9 및 10에 나타나 있다. 감지기(82)는 일방향 또는 양방향 전달이 가능한 임의의 적절한 유선 또는 무선 메카니즘일 수 있는 전달 링크(83)를 통해 제어기(80)와 전달된다.
저장 역치 수준과 비교한 측정 용량 수준에 대한 반응으로, 제어기는 링크(83)와 비슷한, 일방향 또는 양방향 전달이 가능한 임의의 적절한 유선 또는 무선 메카니즘일 수 있는 제어 신호(85)와 같은 시스템 반응을 생성할 수 있다. 측정 수준이 저장 역치 수준 미만일 때는 황 흡수재가 여전히 충분한 황 흡수 용량을 보유하고 있는 것이기 때문에 반응이 일어나지 않는다. 측정 수준이 역치 수준에 도달하거나 초과하면, 제어기가 청각적 및/또는 시각적 장치인 사용자-통지 장치(84)를 가동시킨다. 앞서 지시한 바와 같이, 제어기(80)는 적어도 하나의 황-흡수성 베드에 대한 적어도 하나의 역치값을 저장하도록 변용된 기억 영역(87), 또는 적어도 하나의 기억 장치를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 역치 수준은 황-흡수재가 공급원료(28)로부터 황 화합물을 효과적으로 제거하기에 너무 낮은 용량을 보유하기 전에 사용자의 즉각적인 반응이 요구되지 않을 정도로 선택한다. 더 구체적으로는, 제어기는 황 흡수재가 공급원료(28)로부터 황을 효과적으로 제거하기 위한 자체 용량에 도달하기 전에 사용자-통지 장치를 가동시키는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제어기는 측정 수준이 황-흡수재 용량의 80%, 85% 또는 90%일 때 사용자-통지 장치(84)를 가동시킬 수 있다. 임의의 목적 역치 수준이 사용될 수 있으며, 상기 수준은 단지 적절한 수준의 설명예일 뿐임을 이해해야 한다.
제어기(80)는 비교되는 측정 용량 수준에 대해 하나 이상의 역치 수준을 포함할 수 있다. 예를 들면, 흡수재(46)의 측정 용량 수준이 보다 낮은 역치를 초과하면, 사용자-통지 장치(84)가 가동되어 흡수재가 황 화합물 자체 용량에 근접했으므로 교체 또는 재충전의 필요가 있다는 것을 사용자에게 통지할 수 있다. 그러나, 측정 용량 수준이 흡수재가 더이상 공급원료(28)로부터 황 화합물을 효과적으로 제거할 수 없는 용량 수준 또는 그 근접한 수준 중에서 선택되는 보다 높은 역치에 도달하면, 이어서 제어기는 연료 처리 시스템의 일부 또는 전체를 폐쇄하거나 또는 공급원료가 연료 처리기로 운반되는 것을 막는 것과 같은 시스템 제어 반응을 가동시킴으로써, 개질 촉매가 황 화합물 함유 공급원료에 의해 활성 억제되는 것을 막는다.
논의된 바와 같이, 황-제거 집합체(40)는 하나 이상의 황-흡수성 베드(44)를 포함할 수 있다. 이러한 집합체의 설명 양태가 도 10에 나타나 있다. 나타난 바와 같이, 황-제거 집합체(40)는 한쌍의 황-흡수성 베드, 즉 베드(44’) 및 베드(44”)를 포함한다. 두개 이상의 베드를 포함하는 임의의 베드 갯수가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 베드는 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 나타난 바와 같이, 제어기(80)는 베드의 용량이 하나 이상의 저장 역치 수준 또는 역치값을 초과하는지 결정하기 위한 각 베드(44)의 작업 용량을 측정하도록 변용된 감지기(82)를 포함한다.
일부 용도에서는, 집합체(40)가 임의의 특정 시간에는 작동하지 않는 적어도 하나의 "여분" 베드를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 특정 베드의 재충전 또는 교체 필요시, 여분 베드는 온라인(online)되고 사용된 베드는 오프라인될 수 있다. 일단 오프라인되면, 사용된 베드는 교체 및/또는 재충전되지만, 연료 처리 시스템을 폐쇄시키거나 오프라인시킬 필요는 없다. 도 10에서, 제어기(80)는 공급원료를 하나 이상의 베드(44)에 선택적으로 운반하는 밸브 집합체(86)와 전달이 이루어진다. 나타난 바와 같이, 밸브 집합체(86)는 공급원료를 베드(44’)에 운반하도록 변용되어 있다. 그러나, 제어기(80)로부터의 제어 신호에 대한 반응에서, 베드(44’)의 작업 용량이 역치 수준에 도달한 때와 같은 경우에는, 밸브 집합체(86)는 대신 공급원료를 베드(44”)에 운반한다. 밸브 집합체(86)는 부가적으로는 또는 대안적으로는 손으로 제어될 수 있고, 또한 집합체(40)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 탄소-함유 공급원료(28)의 흐름으로부터 분리 후, 베드(44’)는 교체 또는 재충전될 수 있다. 베드, 더 구체적으로는 베드 내 황-흡수재(46)를 재충전하는 하나의 적절한 메카니즘은 산소 또는 공기 존재 하에서 흡수재를 가열하여 그 안의 황화물을 산화물로 전환시킨 다음, 이어서 산화물을 환원시켜 기초 금속을 회수하는 것이다.
논의된 바와 같이, 수증기 개질기 및 자열 개질기와 같은, 개질 촉매(32)를 이용하는 임의의 적절한 연료 처리기(20)가 사용될 수 있다. 적절한 수증기 개질기의 예가 미국 특허 5,861,137호 및 5,997,594호, 및 미국 특허 출원 연속물 09/190,917호 및 09/802,361호에 개시되어 있고, 이들의 개시를 본원에서 참조하였다. 적절한 연료 처리기(20)의 예가 수증기 개질기(100)의 형태로 도 11에 나타나 있다. 개질기(100)는 물(26) 및 탄소-함유 공급원료(28’)를 함유하는 별개의 스트림으로서 도 11에 도해되어 있는 원료류(24)로부터 수소-함유류, 또는 혼합 가스류(104)를 생성하는 개질, 또는 수소-생성 영역(30)을 포함한다. 수소-함유류는 전형적으로 불순물을 함유하기 때문에, 스트림을 정화하는 분리 영역, 또는 정화 영역(106)으로 운반된다. 분리 영역(106)에서, 수소-함유류는 하나 이상의 부산물류(108) 및 임의의 적절한 압력-유도 분리 공정에 의해 수소류 생성물(22)을 형성하는 정화된 수소류(110)로 분리된다. 논의된 바와 같이, 수소류 생성물(22)은 전지 스택(34)으로 운반될 수 있다. 대안적으로는, 또는 부가적으로는, 스트림(22)의 일부 또는 전체가 수소화물 베드 또는 저장 탱크와 같은 적절한 저장 장치로 운반되거나, 또는 정제된 수소 가스를 요구하는 공정에서 사용하기 위해 운반될 수 있다.
분리 영역(106)에서 사용하기에 적절한 구조의 예는 하나 이상의 수소 투과성 금속 멤브레인(114)을 함유하는 멤브레인 모듈(112)이다. 다수의 수소-선택적 금속 멤브레인으로부터 형성되는 적절한 멤브레인 모듈의 예가 미국 특허 6,221,117호에 개시되어 있고, 그 완전한 개시를 본원에서 참조하였다. 상기 출원에서, 일반적으로 다수의 평면 멤브레인이 유동 채널을 갖는 멤브레인 모듈과 결합되는데, 이 채널을 통해 불순물 가스류가 멤브레인으로 운반되고, 정화된 가스류가 멤브레인으로부터 회수되며, 부산물류가 멤브레인에서 제거된다. 가요성 흑연 개스킷(gaskets)과 같은 개스킷이 원료 주위를 밀봉하고 유동 채널을 투과하는 데 사용된다.
얇은 평면의 수소-투과성 멤브레인은 바람직하게는 팔라듐 합금, 가장 구체적으로는 구리 35 중량% 내지 45 중량%가 섞인 팔라듐으로 구성된다. 이러한 멤브레인은 전형적으로 약 0.001 인치 두께의 얇은 박으로 형성된다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서, 멤브레인은 수소-선택적 금속 및 앞서 논의된 것과는 다른 금속 합금으로부터 형성될 수 있고 멤브레인은 앞서 논의된 것보다 더 두껍거나 얇은 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 멤브레인은 수소 유량의 증가에 비례하여 더 얇게 제조될 수 있다. 수소-투과성 멤브레인은 참조된 특허 출원에 개시된 것처럼 일반 투과 채널 주위에 쌍으로 배열된 것과 같은 임의의 적절한 구조로 배열될 수 있다. 수소 투과성 멤브레인 또는 멤브레인들은 관형 구조와 같은 것뿐 아니라 다른 구조도 취할 수 있다.
적절한 압력-분리 공정의 또다른 예는 압력 스윙 흡수(PSA)이다. 그러므로,영역(106)은 대안적으로 압력 스윙 흡수를 시행하기 위한 적절한 구조를 포함할 수 있다.
개질기(100)는 도 12에 나타난 바와 같이 세정 영역(116)을 추가로 포함할 수 있다. 세정 영역(116)은 분리 영역(106)으로부터 수소-풍부류(110)를 받아서, 일산화탄소 및 이산화탄소처럼 전지 스택(34)에 피해를 줄 수 있는 조성물의 농도를 감소시키거나, 또는 이를 제거함으로써 스트림을 추가로 정화한다. 세정 영역(116)은 스트림(110) 내 선택된 조성물의 농도를 감소시키거나 또는 이를 제거하기 위한 적절한 구조를 포함한다. 예를 들면, 생성류를 PEM 전지 스택 또는 스트림이 일산화탄소 또는 이산화탄소를 정해진 농도보다 더 많이 함유한다면 피해를 받게 될 타 장치에서 사용할 예정일 때, 적어도 하나의 메탄화 촉매 베드(118)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 베드(118)는 일산화탄소 및 이산화탄소를 메탄 및 물로 전환시키는데, 이들은 둘다 PEM 전지 스택에 피해를 주지 않을 것이다. 세정 영역(116)은 또한 또다른 개질 촉매 베드와 같은 또다른 수소-생성 장치(120)를 포함하여 임의의 미반응 공급원료를 수소 가스로 전환시킬 수 있다. 이러한 양태에서는, 메탄화 촉매 베드의 하류에 위치한 이산화탄소 또는 일산화탄소를 재도입하지 않기 위해서 두번째 개질 촉매 베드가 메탄화 촉매 베드의 상류에 위치하는 것이 바람직하다.
전술한 논의에서는, 본 발명에 따른 황-흡수성 베드(44)와 함께 사용하기 위한 적절한 황-흡수재(46)의 특정예에 대해서만 집중적으로 설명하였다. 본 발명의 범위 내에서 LTS 촉매 베드는 단독으로 또는 도 15에 160으로 체계적으로 도해한것과 같은 타 황-제거 베드와 조합하여 사용할 수 있다. 베드(160)의 예는 산화아연, 산화니켈, 산화철, 및/또는 활성숯과 같은 통상적인 황-흡수재(162) 함유 베드를 포함한다. 적절한 베드(160)의 또다른 예는 탈황화반응 촉매 베드(164)이다. 탈황화반응 촉매는 통상적인 황-흡수재(162)에 일반적으로 흡수되지 않는 황 화합물을 황화수소화반응으로 불리는 공정을 통해서 황화수소로 전환하는 데 사용된다. 이 공정에서, 탄소-함유 공급원료는 고온 및 부분적 수소 고압을 함유하는 작동 환경에서 촉매와 접촉하여 통상적인 황-흡수재에 의해 쉽게 제거되지 않는 메르캅탄 황, 티오펜 같은 유기 황, 및 화학적으로 배합된 황화물 및 이황화물과 같은 황-함유 화합물을 황화수소로 전환시킨다. 이어서 황화수소는 통상적인 황-흡수재에 의해 제거될 수 있다.
도 15에는, 베드(160)가 베드(44)보다 선행되는 것으로 나타나 있지만, 도 16에 표시된 것처럼 역순 또한 사용될 수 있다. 비슷하게, 도 17에 체계적으로 도해한 바와 같이, 베드(들)(44)가 선행될 수도 있고 베드(160)의 뒤를 따를 수도 있으며, 베드(160)는 동일하거나 상이한 구조를 가질 수 있다. 추가 예로서, 도 18은 베드(44)가 황-제거재(46)는 물론 재료(162)와 같은 타 황-제거재도 포함할 수 있음을 체계적으로 도해한다.
본 발명은 원료류에 황-함유 화합물을 포함할 수 있거나 또는 이것으로 오염될 수 있는 탄소-함유 공급원료가 함유되는 모든 연료 처리 및 전지 시스템에 응용할 수 있다.
전술한 개시는 독립적인 유용성을 가진 다수의 독특한 발명을 포함한다고 여겨진다. 이들 발명 각각은 그것의 바람직한 형태로 개시되었지만, 본원에서 개시 및 도해한 그 특정 양태가 다수의 변화가 가능한 바, 제한의 의미로 고려되지는 않는다. 본 발명의 주제는 본원에서 개시한 다양한 요소, 특징, 기능 및/또는 성질의 새롭고 알려지지 않은 조합 및 하위조합까지도 모두 포함한다. 비슷하게, "한" 또는 "첫번째" 요소 또는 그와 동등한 것을 열거하는 청구항은 이러한 요소 두개 이상을 요구하지도 제외하지도 않는, 이러한 요소의 하나 이상의 결합을 포함한다고 이해해야 한다.
하기 청구항은 특히 개시된 본 발명 중 하나에 관한 새롭고 알려지지 않은 임의의 조합 및 하위조합을 나타낸다. 특징, 기능, 요소 및/또는 성질의 다른 조합 및 하위조합 내에서 구체화되는 본 발명은 본 청구항의 수정 또는 본 출원이나 관련 출원에서의 새로운 청구항의 제출을 통해 주장될 수 있다. 이러한 수정 청구항 또는 새로운 청구항은, 그들이 상이한 발명에 관한 것이든지 동일한 발명에 관한 것이든지, 기존 청구항의 범위와 다르든지, 더 넓든지, 더 좁든지 또는 동일하든지 간에, 개시한 본 발명의 주제 안에 포함되는 것으로 또한 간주될 수 있다.

Claims (60)

  1. 탄소-함유 공급원료 및 황 화합물을 함유하는 스트림을 받도록 변용된 적어도 하나의 황-흡수성 베드를 포함하는 황-제거 집합체로서, 여기서 베드는 스트림 내 황 화합물의 농도를 감소시키도록 변성된 황-흡수재를 함유하고, 추가로 여기서 황-흡수재는 약 350℃ 미만의 온도에서 일산화탄소 및 물의 전환을 촉진시켜 수소 가스 및 이산화탄소를 수득하도록 변성된 것인 황-제거 집합체; 및
    황-제거 집합체로부터 탄소-함유 공급원료를 포함하는 원료류를 받아서 그로부터 수소 가스를 함유하는 수소류 생성물을 생성하도록 변용된 연료 처리기를 포함하는 연료 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재는 베드가 약 400℃ 미만의 온도에서 작동할 때 탄소-함유 공급원료로부터 메탄 형성을 촉진하지 않는 재료의 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재는 베드가 약 400℃ 미만의 온도에서 작동할 때 탄소-함유 공급원료로부터 코크 형성을 촉진하지 않는 재료의 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재가 약 100℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도에서 탄소-함유 공급원료로부터 황 화합물을 제거하는 데 있어서 산화아연보다 더 반응적인 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재가 유기 황 화합물을 흡수하도록 변성된 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재가 황 화합물에 노출되면 활성 억제되는 재료의 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 황-흡수재가 약 350℃ 미만의 온도에서 1-10ppm 범위의 농도로 존재하는 황 화합물에 노출되면 활성 억제되는 재료의 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재가 10-90% 산화구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 황-흡수재가 20-60% 산화구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 황-흡수재가 산화아연을 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 연료 처리 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재가 크로뮴을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 베드가 20℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도에서 작동하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 연료 처리 시스템이 적어도 하나의 황-흡수성 베드를 약 100℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도까지 가열하도록 변용된 가열 집합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 황-제거 집합체가 황-흡수재를 함유하는 다수의 황-흡수성 베드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 황-제거 집합체가 탄소-함유 공급원료를 함유하는 스트림을, 적어도 하나의 황-흡수성 베드는 탄소-함유 공급원료를 함유하는 스트림의 일부를 받지 않도록, 적어도 하나 이상이나 전체보다는 적은 황-흡수성 베드로 선택적으로 운반하도록 변용된 밸브 집합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드는 황 흡수 용량을 갖고 있으며, 추가로 연료 처리 시스템은 작동하는 각 베드의 용량 %를 측정하도록 변용된 적어도 하나의 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서, 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드는 황 흡수 용량을 갖고 있으며, 추가로 연료 처리 시스템은 정해진 용량 %에 상응하는 역치값에 도달하는 시기를 측정하여 이에 반응하는 사용자-통지 사건을 야기시키도록 변용된 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 베드가 역치값을 넘어서 작동하는 것을 측정하는 즉시, 제어기가 제어 신호를 사용자-통지 장치에 보내도록 변용된 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 제어기가 작동하는 베드의 각 베드 용량의 %를 측정하도록 변용된 적어도 하나의 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드가 제어기와 전달이 이루어지고 작동하는 베드의 각 베드 황 흡수 용량의 %를 측정하도록 변용된 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서, 제어기가 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드에 대한 적어도 하나의 역치값을 저장하는 기억 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 제어기가 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드에 대한 적어도 보다 낮고 보다 높은 역치값을 저장하는 기억 영역을 포함하고, 여기서 보다 낮은 역치값을 초과하는 용량에서 작동하는 황-흡수재를 함유하는 베드 중 하나가 측정되는 즉시, 제어기가 첫번째 제어 신호를 사용자-통지 장치에 보내도록 변용되어 있으며, 추가로 보다 높은 역치값을 초과하는 용량에서 작동하는 황-흡수재를 함유하는 베드 중 하나가 측정되는 즉시, 제어기가 두번째 제어 신호를 사용자-통지 장치에 보내도록 변용되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 사용자-통지 장치가 첫번째 및 두번째 제어 신호를 받은 반응으로 상이한 반응을 생성하도록 변용된 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서, 황-제거 집합체가 황-흡수재와는 다른 탄소-함유 공급원료로부터의 황 화합물을 제거하도록 변용된 적어도 하나의 황-제거 영역을 추가로포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 적어도 하나의 황-제거 영역이 수소화탈황반응에 의해서 황 화합물을 제거하도록 변용된 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  26. 제 1 항에 있어서, 탄소-함유 공급원료가 적어도 하나의 탄화수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  27. 제 1 항에 있어서, 탄소-함유 공급원료가 적어도 하나의 알콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  28. 제 1 항에 있어서, 원료류는 물을 포함하고, 연료 처리기는 개질 반응을 통해 원료류로부터 수소 가스 함유류를 생성하도록 변용된 적어도 하나의 개질 촉매 베드가 있는 개질 영역을 포함하며, 추가로 수소류 생성물이 수소 가스 함유류로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서, 수소 가스 함유류는 다른 가스를 추가로 포함하고, 추가로 연료 처리기는 수소 가스 함유류를 적어도 실질적으로 수소 가스를 함유한 수소-풍부류 및 적어도 다른 가스의 실질적인 부분을 함유하는 부산물류로 분리하는 분리 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서, 분리 영역이 압력 구동식 분리 공정을 통해서 수소 가스 함유류를 수소-풍부류 및 부산물류로 분리하도록 변용된 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 분리 영역이 수소 가스 함유류와 접촉하도록 위치된 적어도 하나의 수소-투과성 멤브레인을 포함하고, 추가로 여기서 수소-풍부류는 멤브레인을 통해 투과하는 수소 가스 함유류의 일부로부터 형성되며, 부산물류는 멤브레인을 통과하지 않은 수소 가스 함유류의 일부로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서, 수소류 생성물의 적어도 일부분을 받아서 그로부터 전류를 생성하도록 변용된 전지 스택을 추가로 포함하는 연료 처리 시스템.
  33. 제 31 항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인이 적어도 하나의 팔라듐 및 팔라듐 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서, 분리 영역이 쌍으로 배열된 다수의 수소-투과성 멤브레인을 포함하여 이러한 멤브레인의 각 쌍이 이들 사이에 투과성 채널을 규정짓고, 이로부터 수소-풍부류가 생성되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  35. 제 1 항에 있어서, 수소류 생성물의 적어도 일부분을 받아서 그로부터 전류를 생성하도록 변용된 전지 스택을 추가로 포함하는 연료 처리 시스템.
  36. 탄소-함유 공급원료 및 황 화합물을 함유하는 스트림을 받도록 변용된 적어도 하나의 황-흡수성 베드를 포함하는 황-제거 집합체로서, 여기서 베드는 스트림 내 황 화합물의 농도를 감소시키도록 변성된 황-흡수재를 함유하고, 추가로 여기서 황-흡수재는 베드가 약 400℃ 미만의 온도에서 작동할 때 탄소-함유 공급원료로부터 메탄 또는 코크의 형성을 촉진하지 않는 재료의 그룹 중에서 선택되며, 추가로 황-흡수재는 유기 황 화합물을 흡수하도록 변성된 것인 황-제거 집합체; 및
    황-제거 집합체로부터 탄소-함유 공급원료를 포함하는 원료류를 받아서 그로부터 수소 가스를 함유하는 수소류 생성물을 생성하도록 변용된 연료 처리기로서, 탄소-함유 공급원료 및 물을 함유하는 스트림을 포함하는 원료류로부터 수소 가스 및 다른 가스를 함유하는 혼합된 가스류를 생성하는 적어도 하나의 개질 촉매 베드를 함유하는 개질 영역을 포함하고, 추가로 압력구동식 분리 공정을 통해 혼합된 가스류를 적어도 실질적인 수소 가스를 함유하는 수소-풍부류 및 다른 가스의 적어도 실질적인 부분을 함유하는 부산물류로 분리하는 분리 영역을 포함하는 연료 처리기를 구비한 연료 처리 시스템.
  37. 제 36 항에 있어서, 황-흡수재가 약 100℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도에서탄소-함유 공급원료로부터 황 화합물을 제거하는 데 있어서 산화아연보다 더 반응적인 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  38. 제 36 항에 있어서, 황-흡수재가 황 화합물에 노출되면 활성 억제되는 재료의 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  39. 제 38 항에 있어서, 황-흡수재가 약 350℃ 미만의 온도에서 1-10ppm 범위의 농도로 존재하는 황 화합물에 노출되면 활성 억제되는 재료의 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  40. 제 36 항에 있어서, 황-흡수재가 10-90% 산화구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  41. 제 40 항에 있어서, 황-흡수재가 20-60% 산화구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서, 황-흡수재가 산화아연을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  43. 제 36 항에 있어서, 황-흡수재가 크로뮴을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  44. 제 36 항에 있어서, 베드가 20℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도에서 작동하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  45. 제 44 항에 있어서, 연료 처리 시스템이 적어도 하나의 황-흡수성 베드를 약 100℃ 내지 약 400℃ 범위의 온도까지 가열하도록 변용된 가열 집합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  46. 제 36 항에 있어서, 황-제거 집합체가 황-흡수재를 함유하는 다수의 황-흡수성 베드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  47. 제 46 항에 있어서, 황-제거 집합체가 탄소-함유 공급원료를 함유하는 스트림을, 적어도 하나의 황-흡수성 베드는 탄소-함유 공급원료를 함유하는 스트림의 일부를 받지 않도록, 적어도 하나 이상이나 전체보다는 적은 황-흡수성 베드에 선택적으로 운반하도록 변용된 밸브 집합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  48. 제 36 항에 있어서, 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드는 황 흡수 용량을 갖고 있으며, 추가로 연료 처리 시스템은 작동하는 각 베드의 용량 %를 측정하도록 변용된 적어도 하나의 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  49. 제 36 항에 있어서, 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드는 황 흡수 용량을 갖고 있으며, 추가로 연료 처리 시스템은 정해진 용량 %에 상응하는 역치값에 도달하는 시기를 측정하여 이에 반응하는 사용자-통지 사건을 야기시키도록 변용된 제어기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  50. 제 49 항에 있어서, 베드가 역치값을 넘어서 작동하는 것을 측정하는 즉시, 제어기가 제어 신호를 사용자-통지 장치에 보내도록 변용된 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  51. 제 49 항에 있어서, 제어기가 작동하는 베드의 각 베드 용량 %를 측정하도록 변용된 적어도 하나의 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  52. 제 51 항에 있어서, 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드가 제어기와 전달이 이루어지고 작동하는 베드의 각 베드 황 흡수 용량의 %를 측정하도록 변용된 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  53. 제 49 항에 있어서, 제어기가 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드에 대한 적어도 하나의 역치값을 저장하는 기억 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  54. 제 53 항에 있어서, 제어기가 황-흡수재를 함유하는 각 황-흡수성 베드에 대한 적어도 보다 낮고 보다 높은 역치값을 저장하는 기억 영역을 포함하고, 여기서 보다 낮은 역치값을 초과하는 용량에서 작동하는 황-흡수재를 함유하는 베드 중 하나가 측정되는 즉시, 제어기가 첫번째 제어 신호를 사용자-통지 장치에 보내도록 변용되어 있으며, 추가로 보다 높은 역치값을 초과하는 용량에서 작동하는 황-흡수재를 함유하는 베드 중 하나가 측정되는 즉시, 제어기가 두번째 제어 신호를 사용자-통지 장치에 보내도록 변용되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  55. 제 54 항에 있어서, 사용자-통지 장치가 첫번째 및 두번째 제어 신호를 받은 반응으로 상이한 반응을 생성하도록 변용된 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  56. 제 36 항에 있어서, 분리 영역이 수소 가스 함유류와 접촉하도록 위치된 적어도 하나의 수소-투과성 멤브레인을 포함하고, 추가로 여기서 수소-풍부류는 멤브레인을 통해 투과하는 수소 가스 함유류의 일부로부터 형성되며, 부산물류는 멤브레인을 통과하지 않은 수소 가스 함유류의 일부로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  57. 제 56 항에 있어서, 적어도 하나의 멤브레인이 적어도 하나의 팔라듐 및 팔라듐 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  58. 제 57 항에 있어서, 분리 영역이 쌍으로 배열된 다수의 수소-투과성 멤브레인을 포함하여 이러한 멤브레인의 각 쌍이 이들 사이에 투과성 채널을 규정짓고, 이로부터 수소-풍부류가 생성되는 것을 특징으로 하는 연료 처리 시스템.
  59. 제 36 항에 있어서, 수소류 생성물의 적어도 일부분을 받아서 그로부터 전류를 생성하도록 변용된 전지 스택을 추가로 포함하는 연료 처리 시스템.
  60. 물 및 탄소-함유 공급원료를 포함하는 원료류를 받도록 변용되고, 원료류로부터 수소 가스 함유류를 생성하는 적어도 하나의 개질 촉매 베드를 갖는 개질 영역을 포함하는 수증기 개질기에 있어서, 개질 영역의 상류에 개질 영역으로 운반되기 전에 원료류의 적어도 일부분으로부터 황-함유 화합물을 흡수하도록 변용된 저온 변경 촉매를 함유하는 적어도 하나의 황-흡수성 베드를 포함하는 황-제거 집합체를 구비하는 것을 특징으로 하는 수증기 개질기.
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