TWI679342B - 催化生質氣體之熱電共生發電機及其用於烴類及生質燃料脫硫之方法 - Google Patents

Abstract

分佈式生質氣體之熱電共生(CHP)發電機可為當地應用提供自動化熱水和電力。由於生質氣體來自人類、動物、廚房及農業廢棄物經厭氧消化槽所產生，故其係來自CO₂光合作用之短期再生產物，且具有淨零碳排放。生質氣體中的硫化合物可藉由以下步驟去除：(1)透過鉑族金屬催化劑上生質氣體所產生之氫，將所有硫化合物經轉化成H₂S；(2)透過可再生鉑族金屬催化劑及吸收劑在高溫下吸附H₂S。經由一ATR/CPO重組器或一蒸汽產生重組器進一步轉化該分佈式生質氣體以產生各種重組產物，其可連接到下游之一內燃機/氣渦輪機及/或一蒸汽渦輪機以驅動發電機以發電。熱重組產物及廢氣可在熱交換器中冷卻以產生熱水/熱空氣。

Description

催化生質氣體之熱電共生發電機及其用於烴類及生質燃 料脫硫之方法

本發明係關於一種熱電共生發電機及其操作方法，特別係關於一種使用經催化的生質氣體之熱電共生發電機及其操作方法。

經由各種植物的光合作用，大氣中二氧化碳會被不斷的捕獲並轉化為人類或動物的食物，例如：糖、澱粉、米、小麥、馬鈴薯、山藥、草、藻類、蔬菜、樹葉、水果等。這些食物被人類或動物消化後，其排泄物或廚餘以及農業廢棄物可經由厭氧消化槽以產生生質氣體，接著將這些生質氣體作為熱電共生(或稱熱電聯產，combined heat and power，CHP)發電機的燃料，實際上只是將捕獲的二氧化碳釋放回大氣。換言之，生質氣體其實是將二氧化碳從一種類型的能源材料轉化為各種其他類型的能源材料及/或生質能的短期再循環產物。並且來自於生質氣體熱電共生發電機的淨碳排放量為零。因此，使用生質氣體作為熱產生器及發電機之燃料可以減少全球的淨碳排放量。

厭氧消化槽：通過在約38℃(即約100℉)的無氧條件下進行發酵程序，厭氧消化槽可從廢料中產生生質氣體、無味有機水及無味固體肥料。該消 化槽所產生的生質氣體係由55-60%甲烷、40-45% CO₂、0.4-1.2% N₂、0.0-0.4% O₂及0.02-0.4%硫化氫(hydrogen sulfide，H₂S)所組成(參考自美國生質氣體委員會，americanbiogascouncil.org)。

可燃重組氣及內燃機(即，重組產物引擎)：許多網路影片及文件已顯示含有氫及一氧化碳的重組氣可成功地作為內燃機(internal combustion engine，IC engine)的唯一燃料使用。舉例而言，德國於第二次世界大戰期間有數年時間使用由木材部分燃燒所產生的重組氣(https：//www.youtube.com/watch？v=blWVB-JpdEk)。此外，美國加州的一家小公司(全電力實驗室，All Power Laboratory)設計了一台小型氣化爐，用於從廢棄木材和穀殼中產生可燃的氫氣及一氧化碳氣體，並將這些氣體作為商用內燃機的唯一燃料。據報導，他們的氣化爐、內燃機及發電機的組合可從廢棄生物質中為他們自己的設施產生足夠的電力。

藉由引用方式併入本文之美國專利US 7,028,644及US 7,225,787，其使用裝載式電漿轉換器(Plasmatron converter)從碳氫化合物(HC，或稱烴)及生質燃料產生氫氣及一氧化碳重組產物。然後該重組產物可以與額外的空氣及燃料混合變成一種稀薄燃燒燃料混合物，其可作為引擎的唯一燃料，而該引擎可以在更高的壓縮比下運作。結果顯示，此種裝載式電漿重組器(Plasmatron reformer)可以提高汽油引擎之熱效率達20-25%，降低汽油引擎NO_X排放達90%，並可降低柴油引擎排放達90%(Diamond及Cohn，交通技術辦公室，2001年12發布之新聞稿)。

用於內燃機及氣渦輪機(gas turbine)之可變燃料(flexible-fuel)氫產生器：藉由引用方式併入本文之美國專利US 9,440,851揭示一種裝載式催化重組 器之應用，其從各種蒸發的碳氫化合物及/或生質燃料產生氫氣及一氧化碳重組氣，因此，其可用於取代前述電漿重組器以產生內燃機用氫氣。由於此類重組器使用鉑族金屬催化劑以加速反應，並且還包括用於發電機自動操作之必要裝置及控制軟體，因此，該催化重組器與均相部分氧化氣化爐(即，非催化式)或電漿調變器在設備設計方面及操作程序方面基本上係相當不同的。

如此所產生之重組產物可以被冷卻、乾燥並壓縮至1-100大氣壓，亦可儲存於一或多個高壓容器中。所儲存的可燃性重組產物可作為重組產物內燃機/氣渦輪機的唯一燃料使用，其將驅動發電機發電，或者可與額外空氣和額外燃料結合成稀薄燃燒燃料混合物以供內燃機/氣渦輪機使用。藉由以更高之壓縮比來應用此種稀薄燃燒程序，引擎汽缸內部之完全燃燒反應可成功提高引擎/氣渦輪機的熱效率，亦可減少其污染排放。

去除生質氣體中之硫化氫及常見的工業脫硫方法：厭氧消化槽所產生之生質氣體含有0.02-0.4%硫化氫。經引擎汽缸內部完全燃燒後，H₂S會被轉化為SO_X，其係與水分/蒸汽結合並於排出的氣體中產生酸。因此，為了避免腐蝕下游內燃機及其他設備，含硫化氫生質氣體必須在其直接作為內燃機/氣渦輪機燃料前去除。

目前常見的生質氣體低溫脫硫方法係水洗、苛性鈉溶液洗滌(溶液如：氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、單乙醇胺等)、氧化鐵、鐵海綿、活性碳、分子篩、矽膠、活化氧化鋁、生物細菌除硫技術、變壓吸附法等。然而，若使用上述吸附劑，其等係不可再生或是無法長期性地再生重複使用。因此，一旦達到飽和容量，即會產生廢棄物處理問題(Allegue及Hinge，丹麥技術學院，2014年12月)。

一種常見的商業工業脫硫技術係使用催化加氫脫硫(hydro-desulfurization)法，其可於500℃及100大氣壓下經Co-Mo/Al₂O₃催化劑以再循環氫將任何有機硫化合物媒轉化產生H₂S，接著使用ZnO吸附劑除去H₂S。於1985年，藉由引用方式併入本文之美國專利US 4,522,894揭示一種新型催化自發性熱重組(autothermal reforming，ATR)方法，於O₂/C比率=0.378、H₂O/C比率=2.57、1大氣壓且溫度<1000℃的情況下，柴油、空氣及蒸汽之燃料混合物在整塊(monolithic)Pt/Pd/Al₂O₃催化劑上生成氫及一氧化碳。於此操作條件下，商業柴油中所有有機硫化合物(約0.12%硫)皆在約1大氣壓下被轉化為硫化氫，然後藉由下游之高溫ZnO吸附劑床去除重組產物中產生的H₂S。除此之外，藉由引用方式併入本文之美國專利US 7,128,768揭示一種微型催化重組器或其他H₂產生器的應用，其產生乾燥氫以將碳氫化合物中所有硫化合物轉化為H₂S，接著於下游使用ZnO床以去除H₂S。然而，如藉由引用方式併入本文之美國專利US 2004/0178124 A1所示，ZnO吸附劑一旦達到其飽和容量即需更換。

藉由引用方式併入本文之美國專利US 7,074,375描述一種催化氧化方法，其中使用氧化催化劑將所有硫化合物轉化為SO_x(即，SO₂及SO₃)，該氧化催化劑的O₂/C比率為0.01至0.04，較佳係在溫度為250℃至400℃之環境下。所產生的SO_x可利用下游吸附劑去除，該吸附劑例如：鹼金屬氧化物、鹼土金屬氧化物及/或卑金屬氧化物(即，負載於多孔SiO₂或Al₂O₃上之Ni、Fe、Cu、Zn的氧化物)。隨後藉由引用方式併入本文之美國專利US 9,034,527、US 9,640,822及US 9,515,338更推進了此種催化氧化方法，以去除各種碳氫化合物中之有機硫化物。簡言之，此種獲得專利之脫硫方法是在氧化催化劑上將O₂/C比率控制在0.04以下，以產生選擇性SO_x，而非在鉑族金屬氫化催化劑上將硫化合物氫化成H₂S。 如該專利中所示，如果原料氣之O₂/C比率大於0.04，尤其係大於0.08，則會產生H₂S。

藉由引用方式併入本文之美國專利US 7,820,037、US 8,236,262及US 9,421,516揭示一種Cu-Zn-Al-Ni/Fe、Ni-Cu-Al-Na-Zn、Ni/Al及Al/Ni/Zn氧化物催化劑之製備方法，其係作為吸附劑以從各種烴化物燃料中去除硫化合物。

藉由引用方式併入本文之美國專利US 4,552,733、US 4,780,447、US 4,939,113、US 5,024,985、US 5,196,390及US 7,871,459指出汽油中的所有硫化合物在引擎燃燒後都轉化為SO₂，SO₂由下游催化轉化器的儲氧構件儲存，其主要係氧化鈰，如硫酸鹽、硫化物及/或硫自由基。儲存的硫會在下一次引擎的富油運作模式下，以H₂S形式釋放。因此，鉑族催化劑已被證實可在引擎富油運作模式期間透過吸附/反應從廢氣中去除H₂S，然後藉由在下一次引擎稀薄燃燒運作模式期間(含有少量過剩的O₂)將儲存的硫轉化為SO₂與廢氣再生，前述鉑族催化劑還含有一或多種鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅(Cu)、錳(Mn)、鈰(Ce)、鈰/鋯(Ce/Zr)及其混合物之氧化物。

藉由引用方式併入本文之美國專利US 7,901,566描述在預重組器中使用催化劑以用蒸汽從烴(HC)燃料中去除硫化合物。該催化劑係負載於非硫酸化SiO₂-ZrO₂氧化物上的鉑/銠(Pt/Rh)，其亦包含Ni、NiO、Mn、MnO、Fe、FeO及Fe₂O₃中的至少一種。接著可以用O₂或含有O₂、蒸汽及HC所組成之氣體混合物再生失活的催化劑，以去除催化劑表面上所吸附的硫，使其轉化為SO₂。

本發明之分佈式熱電共生發電機利用厭氧消化器所產之生質氣體為當地居民提供日常生活所需之熱能及電力。其可避免因惡劣天氣造成約10% 的電力傳輸耗損及/或任何傳輸功率耗損。此外，由於該催化重組器可以從其他燃料產生H₂及CO，故可以使用任何蒸發之碳氫化合物或生質燃料替代該生質氣體以用相同設備產生熱能及電力。因此，本發明之催化生質氣體之CHP發電機實際上是一種多燃料CHP發電機。

為避免嚴重腐蝕下游設備，並增加吸附劑對H₂S的吸附能力，一種新型脫硫系統，包括一個催化部分氧化(CPO)硫轉化器及一個高溫可再生吸附劑床，該脫硫系統係專門設計以去除生質氣體中之H₂S及其他硫化合物，此種新型脫硫系統安裝於生質氣體儲存槽及主要重組器之間，如圖2之編號8。

如圖2所示，若生質氣體含有高百分比的硫化合物及/或其他各種污染物，可在生質氣體儲存槽和此種新型脫硫系統之間安裝一個溫度介於-25℃至50℃的低溫預脫硫床。簡言之，該低溫預脫硫床使用一種或多種選自液體洗滌、過濾器、氧化物吸附劑及/或可再生負載型鉑族金屬催化劑的方法，以從生質氣體中去除水分、硫及其他污染物。然而，此種低溫預脫硫床中較佳係使用該可再生的鉑族金屬催化劑，其製備方法將於以下部分討論。接著，部分純化的生質氣體可進入該新型脫硫系統之CPO硫轉化器中，以進一步從生質氣體中除硫。

對於這種新型脫硫系統中的CPO硫轉化器，所有硫化合物會在鉑族催化劑上被轉化為H₂S，其係藉由生質氣體的CPO反應所產生的氫在O₂/C比率為0.05至0.25及溫度為200℃至800℃之間進行。接著可以藉由負載型可再生鉑族金屬催化劑在300℃至900℃溫度下，從重組產物中去除所產生的H₂S，該負載型可再生鉑族金屬催化劑還含有H₂S吸附劑氧化物。本文中，該鉑族金屬催化劑係負載於安定氧化鋁(Al₂O₃)上，該鉑族金屬催化劑包括一或多種金屬，該金 屬係選自鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、銥(Ir)、釕(Ru)、鋨(Os)及其混合物。該氧化鋁粉具有介於50至600m²/g之表面積，並且含有一或多個高溫氧化物安定劑，其係選自選自由鑭(lanthanum)、鈰(cerium)、鐠(praseodymium)、錸(rhenium)、鋅(zinc)、錫(tin)、鈣(calcium)、鉀(potassium)、鋯(zirconium)、釔(yttrium)、鋇(barium)、鍶(strontium)、釹(neodymium)、鎂(magnesium)及其混合物之群組。此外，可於前述作為H₂S吸附劑之鉑族金屬催化劑中添加一種或多種氧化物，其係選自由鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉬(Mo)、鋅(Zn)、銅/鋅(Cu/Zn)、鈰(Ce)、鈰/鋯(Ce/Zr)、鋁(Al)、錳(Mn)及其混合物所組成之群組，該些H₂S吸附劑係非負載型氧化物或負載於安定氧化鋁上之負載型氧化物。

接著，脫硫的生質氣體可與額外的O₂/空氣及水混合以調節入口燃料混合物的O₂/CH₄及H₂O/CH₄比率，然後可以將該燃料混合物注入：(1)一可變燃料(flex-fuel)催化自發性熱重組(autothermal reforming，ATR)重組器，用於轉化剩餘的生質甲烷(bio-methane)，以增加燃料電池裝置之重組產物中H₂的百分比，及/或將能量(即，過剩電力)儲存作為H₂氣體；(2)一催化部分氧化(catalytic partial oxidation，CPO)重組器，用於調整所生產的重組產物中H₂/CH₄比率作為重組產物內燃機/氣渦輪機的燃料，其可在高壓縮比下進行H₂輔助稀薄燃燒；或(3)一催化蒸汽產生重組器，用於生產高壓蒸汽重組產物，其可以驅動蒸汽渦輪機(steam turbine)/蒸汽引擎(steam engine)及發電機發電。

從生質氣體中生產H₂及CO可由三種化學程序滿足，該些化學反應如下：

(1)蒸汽重組重組器(Steam Reforming Reformer，SR，吸熱反應)： CH₄+H₂O───→CO+3 H₂

(2)催化部分氧化重組器(CPO，放熱反應)：CH₄+1/2 O₂───→CO+2 H₂

(3)自熱重組器(Autothermal Reformer，ATR，絕熱反應)：CPO+SR 2 CH₄+1/2 O₂+H₂O───→2 CO+5 H₂

另一種催化反應對於藉由鉑族金屬催化劑從生質氣體產生高壓蒸汽相當有用：

(4)完全催化燃燒-蒸汽產生重組器(放熱反應)：CH₄+2 O₂───→CO₂+2 H₂O

在過去幾十年中，許多專利及技術論文已經公佈了上述反應的結果，這些反應在負載型和非負載型鉑族催化劑上具有優異的活性及選擇性。然而，透過分析這些實驗資料，結果可以解釋和總結為：(A)當入口燃料混合物之O₂/CH₄比率小於0.60時，反應(2)為主要反應；(B)反應(1)是燃料混合物中沒有O₂的唯一可能反應；(C)當O₂/CH₄比率超過1.00時，反應(4)為主要反應；(D)反應(2)的速率相較於反應(1)的速率快相當多，即，當入口燃料混合物中存在O₂和水時，部分氧化反應為主要反應；及(E)反應(3)是在絕熱反應器中CPO反應部分和SR反應部分的組合。因此，從這些研究中可以進一步認識並得出結論，反應路徑及重組氣組成可以透過簡單地控制重組器入口燃料混合物之O₂/CH₄比率來確定。換言之，透過簡單地控制重組器入口燃料混合物之O₂/CH₄比率及操作條件，可以使用相同的可變燃料催化重組器來生產各種重組產物組合產物，其可以被各種不同的發電裝置用於產生熱能及電力於一般性應用。

藉由引用併入本文之美國專利US 8,397,509揭示一種「催化引擎」方法，用於透過催化重組器在烴類及生質燃料經鉑族金屬催化劑產生高壓重組產物，其含有高百分比之蒸汽。然後其高壓蒸汽重組產物直接用於驅動渦輪機、渦輪增壓器及/或任何類型的氣渦輪機，並且還用於驅動發電機發電。因此，這種「催化引擎」方法使用催化重組器代替傳統的管殼式鍋爐用以產生高壓蒸汽，並且其可由分佈式固定發電站或移動發電站使用。

為延長催化劑壽命並維持高甲烷轉化率以從生質甲烷生產H₂及CO重組產物，反應溫度必須控制在1200℃以下。由於生質氣體中含有大量的二氧化碳，而二氧化碳具有很高的熱容量，故可用來代替部分給水。因此，對於此種生質氣體CHP發電機之ATR重組器，入口燃料混合物之O₂/CH₄比率控制在0.05至0.80之間，並且(CO₂+H₂O)/CH₄比率在0.05至10.0之間。

藉由引用併入本文之美國專利US 4,522,894、US 9,440,851及Giroux等人之論文(應用催化B.第55冊第185-200頁，2005年)已證明整塊鉑族金屬催化劑可以藉由催化部分氧化反應或藉由自熱反應將烴或生質燃料有效地轉化為H₂及CO可燃氣體。因此，本發明生質氣體CHP發電機將繼續使用US 4,522,894及US 9,440,851專利中製備、描述及使用之相同的整塊鉑族金屬催化劑。

在重組器之後，由ATR或CPO重組器產生的乾燥重組產物可以冷卻、壓縮並儲存在1至100大氣壓的高壓容器中。接著，儲存的重組產物可作為下游內燃機/氣渦輪機的燃料，以驅動發電機，並為系統的控制計算機及儀器產生電力。同時，風力渦輪機、太陽能板所產生的電力及/或電池電力亦可用於操作控制器，多餘的電力可用於電解去離子水以產生H₂及O₂。在正常操作條件下，如此產生之H₂可作為內燃機/氣渦輪機之貧燃料混合物的一部分，以提高其燃燒 效率；如此產生之O₂可用於代替空氣作為重組器的反應物以進行自熱反應並從生質氣體產生H₂。此外，產生的H₂可被壓縮到高壓容器，因此，多餘的電力可作為H₂儲存。必要時，儲存之H₂隨後可以由燃料電池裝置及/或內燃機使用以產生電力。

基於熱力學平衡計算，若入口燃料混合物中使用純O₂及純CH₄且未含有從空氣中稀釋之N₂，則由該CPO重組器產生之重組氣體中的%(H₂+CO)濃度可以從約40%增加至約60%。然而，使用相同的入口燃料混合物，由該ATR重組器產生之重組氣體中的%(H₂+CO)濃度可以從約51%增加至約72%。因此，使用純O₂取代空氣作為ATR/CPO重組器的反應物，可以將重組產物中的%(H₂+CO)提高到接近由蒸汽重組反應產生的濃度。在這種情況下，可以從相同的燃料混合物中產生更高%(H₂+CO)重組產物的ATR重組器，將與CPO重組器相同具有SR重組器的優點。

為將用於燃料電池裝置之經純化生質氣體中硫含量降低至10ppbv以下，將包含可再生鉑族金屬催化劑及氧化物硫吸附劑的拋光脫硫床控制在溫度介於-25℃至600℃之間。該拋光脫硫床可安裝在高溫可再生吸附劑床及隨後ATR/CPO重組器之間，如圖1所示。

最後，來自於重組器之熱重組產物及來自於內燃機/氣渦輪機之熱廢氣可以透過熱交換器以為當地居民提供熱水及/或熱空氣。

100‧‧‧可程式邏輯控制器(PLC)/電子控制單元(ECU)

1‧‧‧風能/太陽能

2‧‧‧總配電網

3‧‧‧可程式邏輯控制器

4‧‧‧氫氣儲存槽

5‧‧‧電解槽

6‧‧‧重組產物引擎

7‧‧‧氧氣儲存槽

8‧‧‧脫硫系統

9‧‧‧ATR重組器或蒸汽產生重組器

10‧‧‧生質氣體儲存槽

11‧‧‧熱交換器

12‧‧‧儲水槽

13‧‧‧熱水槽

14‧‧‧儲存槽

15‧‧‧內燃機/氣渦輪機

16‧‧‧發電機

17‧‧‧熱交換器

19‧‧‧低溫預脫硫器

20‧‧‧CPO硫轉化器

21A‧‧‧高溫H2S吸附劑床

21B‧‧‧高溫H2S吸附劑床

21C‧‧‧拋光脫硫床

22‧‧‧CPO重組器

23B‧‧‧熱交換器

24‧‧‧氣體儲存槽

24A‧‧‧熱交換器及脫硫後之氣體儲存槽

25‧‧‧催化再生氣之儲存槽

30‧‧‧電腦

31‧‧‧中央處理器(D2-260 CPU)

32‧‧‧數位輸入

33‧‧‧數位輸出

34‧‧‧熱電偶輸入

35‧‧‧乙太網路模組

36‧‧‧類比輸入

37‧‧‧類比輸出

圖1：催化生質氣體之熱電共生發電機之流程圖。

圖2：可再生脫硫系統之流程圖(如編號8標識)。

圖3：自動控制硬體設備由一電腦、一可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)及數個輸入/輸出介面模組所組成。

圖4：儲存容器中重組產物壓力函數之反應物流速控制曲線。

以下為較佳實施態樣之描述：由於近年全球暖化及氣候異常，明智的作法是將生質氣體、太陽能、風能及地熱等可再生能源結合，以減少碳排放，並從生質氣體產生熱能及電能以供日常生活所需。

關於本發明，一種催化生質氣體熱電共生(CHP)發電機及該熱電共生(CHP)發電機操作方法，其包括：(1)一生質氣體儲存槽，其壓力係1至100大氣壓；(2)一可再生脫硫系統，其包括：a)一催化部分氧化(catalytic partial oxidation，CPO)硫轉化器，其係用於在溫度介於200℃至800℃間之環境下，將生質氣體中所有硫化合物經負載型鉑(Pt)族金屬催化劑轉化成硫化氫(H₂S)，其中入口燃料混合物之氧氣/碳(O₂/C)比率係介於0.05至0.25間，且氣體混合物中之(H₂+水蒸汽)%係介於0%至20%，b)一高溫可再生吸附劑床，其溫度係介於300℃至900℃之間，其中使用該負載型鉑族金屬催化劑反應/吸附該催化劑上之硫化氫，該負載型鉑族金屬催化劑含有一種或多種選自由鎳、銅、鐵、鈷、鉬、鋅、銅/鋅、鈰、鈰/鋯、鋁、錳及其混合物之氧化物，及c)一含有<2%過剩氧氣之引擎廢氣或一含有<5%氧氣及<2%甲烷之熱氣體，其係用於催化劑再生，其中在溫度介於300℃至900℃間之環境 下，將在該負載型鉑族金屬催化劑上反應/吸附之硫換化成無味之二氧化硫；(3)一或多個催化生質氣體重組器，其係用於生產各種類型的重組氣，其係藉由控制該重組器入口燃料混合物之氧氣/甲烷(O₂/CH₄)比率經該負載型鉑族金屬催化劑生產各種類型的重組氣，其選自：a)一可變燃料(flex-fuel)催化自發性熱重組(autothermal reforming，ATR)重組器，其係用以生產氫重組產物以作為供一內燃機(IC engine)/氣渦輪機(gas turbine)、一燃料電池發電機或一氫氣儲存之燃料，其中該重組器之入口燃料混合物含有O₂/CH₄比率<0.80及(H₂O+CO₂)/CH₄比率<10.0；b)一蒸汽產生重組器，其係用以生產高壓蒸汽以供一蒸汽渦輪機(steam turbine)/蒸汽引擎(steam engine)，其中該蒸汽產生重組器之入口燃料混合物係在O₂/CH₄比率>1.0、H₂O/CH₄比率>3.0及溫度低於1000℃及壓力介於5至50大氣壓之條件下運作，以及c)一CPO重組器，其係用以調整該重組產物之H₂/CH₄比率以作為供一重組產物引擎(reformate engine)/氣渦輪機之燃料，其中該入口燃料混合物之生質氣體的O₂/C比率<0.80及(CO₂+H₂O)/CH₄比率<5.0；(4)一或多個電力元件，其係選自重組產物引擎、氣/蒸汽渦輪機、蒸汽引擎、內燃機及燃料電池發電機之群組，該電力元件係利用如前述(3)中之該重組器所生產之適當重組產物用以產生電力，其中該一或多個電力元件係用於驅動一或多個發電機以發電；(5)多個熱交換器，其係用於從重組產物及/或從前述引擎/渦輪機之廢氣中回收熱能，其中來自該熱交換器所產生之熱空氣及/或熱水係供當地居民及/或一般應用所使用； (6)一電解槽，其係用於解離去離子水(DI water)以產生氫氣及氧氣，其中該發電機之自生電及/或來自一太陽電池板、一風力發電機或一輸電網路(electric grid)所產生之電力係用於電解水；(7)多個儲存槽，其係用於儲存1至100大氣壓之重組產物、氫氣及氧氣，其中前述儲存之各種氣體係用於一般應用；以及(8)一自動控制系統，其係由控制電腦/微處理器、閥、流量控制器、熱電偶、感測器、泵及控制軟體所組成，其中該控制系統係於特定O₂/CH₄、H₂O/CH₄、(H₂O+CO₂)/CH₄比率下，將特定入口燃料混合物輸送至各個該重組器，並且將反應控制於特定溫度及壓力下。

從碳氫化合物及生質燃料中生產氫氣：在1980年代，美國專利US 4,522,894首次介紹了整塊(monolithic)Pt/Pd/Al₂O₃催化劑，透過含硫商用柴油燃料的催化部分氧化反應產生H₂及CO，並為後續之Ni/Al₂O₃或Pt/Rh/Al₂O₃顆粒催化劑提供熱量，以藉由催化蒸汽重組(SR)反應產生更多的H₂及CO。由於其極快的反應速率及優異的選擇性，重組器入口燃料混合物中的O₂可在不到36毫秒(空間速度>100,000/hr，標準溫壓下)下被完全轉化，並發現被反應之柴油大多選擇性地轉化為主要的H₂及CO產物，而非不被需要的完全燃燒產物H₂O及CO₂。因此，推斷整塊Pt/Pd/Al₂O₃催化劑是一種優異的部分氧化催化劑。之後，在2000年代，全球進一步發展發現了非負載型(無載體)或負載型之整塊或顆粒狀鉑族金屬催化劑皆為優異的部分氧化催化劑，以用於從燃料生產H₂及CO，前述燃料例如天然氣、液化石油氣(LPG)、汽化烴及生質燃料的。

根據美國專利US 4,522,894及US 9,440,851，鉑族金屬催化劑可藉由將一種或多種鉑族金屬溶液以特定濃度浸漬於Al₂O₃粉末中來製備，並獲得金 屬含量為0.01至10.0%的催化劑之膠封底漆(washcoat)粉末。前述Al₂O₃粉末具有50至600m²/g表面積，並且含有高溫氧化物安定劑，例如選自鑭(lanthanum)、鈰(cerium)、鐠(praseodymium)、錸(rhenium)、鋅(zinc)、錫(tin)、鈣(calcium)、鉀(potassium)、鋯(zirconium)、釔(yttrium)、鋇(barium)、鍶(strontium)、釹(neodymium)、鎂(magnesium)及其混合物之群組之一種或多種氧化物。此外，可添加一種或多種選自Ni、Cu、Fe、Co、Mo、Zn、Cu/Zn、Ce、Ce/Zr、Al、Mn及其混合物之氧化物粉末，並將其與前述催化劑之鉑族膠封底漆粉末混合，以作為H₂S吸附劑，這些H2S吸附劑是非負載型氧化物或負載於前述安定Al₂O₃上的負載型氧化物。接著，將前述組合的膠封底漆粉末塗覆於一高溫惰性載體(如陶瓷整塊型載體)的表面上，以獲得0.1至2500g/ft³之總鉑族金屬負載量。

惰性整塊型載體係一種陶瓷載體，其含有10至1200CPI。其他合適的惰性催化劑載體可以是：陶瓷整塊體、金屬整塊體、顆粒、金屬絲網、篩網、泡沫體、片體、碳化矽、靜態混合器等。對於移動式裝置/設備，較佳係整塊型催化劑載體。但是整塊體、顆粒、紗羅織物(gauze)、金屬絲網、篩網、泡沫體、片體、碳化矽、靜態混合器、熱交換器或其他形狀的催化劑載體可滿足用於固定裝置/設備。

為作為催化劑之膠封底漆載體，前述惰性材料必須能夠在富燃或稀燃的環境中維持溫度介於500℃至1200℃而不損失其表面積、強度及形狀。舉例而言，惰性陶瓷基材可以由氧化鋁、氧化鋁-氧化矽(alumina-silica)、氧化鋁-氧化矽-氧化鈦(alumina-silica-titania)、莫來石、堇氫石、氧化鋯、氧化鋯-氧化鈰、氧化鋯尖晶石、氧化鋯-莫來石或碳化矽製成，而金屬基材可以由Fecralloy®、Kanthal®、不銹鋼及其他高溫合金製成。

生質氣體ATR重組器：由於生質氣體含有大量二氧化碳，而二氧化碳具有較高的熱容量，因此，可以使用二氧化碳取代入口燃料混合物中的水，以控制重組器的溫度低於1200℃。換言之，應調整入口重組器的生質氣體燃料混合物組成，可以降低入口燃料混合物中H₂O/CH₄比率，並可從美國專利US 9,440,851之描述中增加CO₂/CH₄比率。對於此種生質氣體CHP發電機，入口重組器燃料混合物之O₂/CH₄比率應維持<0.80，且(H₂O+CO₂)/CH₄比率<10.0。通常重組器溫度應控制在1200℃以下以維持高甲烷轉化活性，並且可延長催化劑的使用壽命而不會發生熱失活和焦炭形成。

此外，對於該生質氣體CHP發電機無焦炭形成之較佳操作條件係進行重組反應，並在穩定(靜態)狀態下發電。因此，反應物的流速、入口O₂/CH₄比率、入口(CO₂+H₂O)/CH₄比率及反應氣溫度大多被控制在特定的穩態運作條件下，並避免每個反應物流速急遽的突然變化。

根據美國專利US 9,440,851，所有可以汽化之烴諸如：天然氣、LPG、CNG、生質氣體、生質乙醇、甲醇、汽油、柴油、生質柴油及其他碳氫化合物，可在該重組器中被轉化以藉由鉑族金屬催化劑產生H₂及CO重組產物。因此，在緊急情況或任何特殊情況下，前述燃料及/或其燃料混合物中的任何一種都可用作該裝置之燃料。換言之，除生質氣體外，此種生質氣體CHP發電機係一種多燃料CHP發電機。

重組產物內燃機/氣渦輪機：根據美國專利US 4,522,894及US 9,440,851，若入口重組器燃料混合物之O₂/C比率在空間速度>100,000/hr(@STP)時低於0.50，則混合物中的所有O2將被鉑族金屬催化劑完全轉化成為重組氣體的一部分，而烴燃料的轉化率將小於100%。因此，可以藉由將入口燃料混合物 的O₂/CH₄比率調節在0.05至0.50之間以控制%生質氣體轉化率。換言之，透過調節O₂/CH₄比率可以控制重組氣體中剩餘的甲烷%，因此，可以為下游內燃機/氣渦輪機產生各種H₂/CH₄比率的H₂氣體(即甲烷及H₂混合物)。如先前在US 7,721,682中所提及，其藉由引用方式併入本文，氣體混合物可以改善引擎的熱效率，並可減少NO_X污染。

催化高壓蒸汽產生重組器：根據反應(4)，生質甲烷可以被完全燃燒成CO₂及H₂O，而該反應所產生之總反應熱可以完全用於蒸發水並產生含有高%蒸汽之高壓重組產物。接著藉由該重組產物氣流之壓差來驅動蒸汽渦輪機(steam turbine)、渦輪增壓器或蒸汽引擎(steam engine)，此又將驅動發電機發電(美國專利US 8,397,509)。是以，該催化重組器可用於取代傳統發電廠的管殼式鍋爐以產生高壓蒸汽。除此之外，在低於1000℃溫度下用過剩氧氣完全催化燃燒生質甲烷不會產生CH₄及NO_X污染物，且總反應熱可完全用於生產蒸汽。換言之，煙道廢氣中並無廢熱損失，故改善了系統熱效率。

流量控制曲線：可使用一條或多條流量控制曲線來定義各個重組器的反應物流速及所有重組器的輸出流量，以作為重組產物儲存容器中壓力的函數。換言之，使用一已知之流量控制曲線以調節各個反應物的流速、定義入口燃料混合物之O₂/CH₄比率及(CO₂+H₂O)/CH₄比率、定義乾燥重組產物組成、決定重組器之啟動與關閉、調節重組器的操作溫度及壓力、並確定所有重組器之重組產物流量輸出。簡言之，根據已知控制曲線上的位置，已知控制曲線上的每個單點皆可以為所有流量計/控制器、操作溫度及壓力提供一組預先校正之設定點，且該些設定點從控制電腦及/或微處理器下載到可程式邏輯控制器(PLC)，以控制各個反應物的流速及該重組器的溫度及壓力；一旦根據預先校正之設定 點固定各個反應物流速，則入口燃料混合物之O₂/CH₄及(H₂O+CO₂)/CH₄比率固定，且入口燃料混合物的總流速亦固定。接著，在已知反應溫度及壓力下，藉由生質氣體重組器中的鉑族金屬催化劑完全轉化入口之CH₄及O₂之後，測定所產生之總重組產物流量輸出及乾燥氣體組成。

除此之外，若同一控制曲線上之多個複數點在相同O₂/CH₄及(H₂O+CO₂)/CH₄比率下進行預先校正，惟在不同流速下，該些點能夠產生一系列具有相同乾燥氣體成分之相異重組產物流量輸出。進一步地，以用於其他燃料之多條預先校正之控制曲線來提供不同重組器之入口燃料混合物，因此將由相同重組器產生乾燥重組產物，該乾燥重組產物係來自具有不同氣體組成之各種烴燃料及/或生質燃料。換言之，藉由選擇適當的控制曲線，該重組器可與所有可能的燃料作有效且高效地運作，故該生質氣體CHP發電機可以是多燃料CHP發電機。因此，在生質氣體無法使用或供不應求之緊急情況下，本發明將非常有用。

催化脫硫方法：若生質氣體含有高%硫化物及/或其他各種污染物，則可以在生質氣體儲存槽及CPO硫轉化器之間裝設一溫度介於-25℃至50℃之低溫預脫硫器。於該低溫預脫硫器中較佳使用該可再生負載型鉑族金屬催化劑，其包括：(1)一或多種可再生負載型鉑族金屬催化劑，其包括：鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、銥(Ir)、釕(Ru)、鋨(Os)及其混合物之一種或多種金屬，並且該可再生負載型鉑族金屬催化劑係負載於安定氧化鋁(Al₂O₃)上；及(2)一種或多種氧化物，其係選自由鋅、鎳、鈰、鈰/鋯、鐵、鈷、鉬、銅、銅/鋅、沸石(zeolite)、錳、鑭、鋇、鍶、鋁、矽及其混合物所組成之群組，其中該一或多種氧化物可以係非負載型或負載於安定氧化鋁上之負載型。

如先前在美國專利US 4,522,894中所述，所有有機硫化合物可通過該ATR重組器內部所產生之氫轉化為H₂S，且所產生之H₂S可藉由下游ZnO床在溫度介於300℃至400℃下，將其從該重組產物中吸附及去除。然而，在高%水/蒸汽之影響下，ZnO吸附H₂S的能力將迅速從10-20gS/100g降低至0.1gS/100g，並且失去其從該重組產物氣流中去除H₂S的效率(Farrauto,R.等人，材料研究年度回顧期刊Annu.Rev.Mater.Res.，2003年，第33卷，第1-27頁)。因此，為提高H₂S吸附能力，在該可再生脫硫系統中，進入該CPO硫轉化器之入口燃料混合物的O₂/CH₄比率控制在0.05至0.25之間、%(H₂+蒸汽)控制在0至20%之間。

在O₂/CH₄比率控制在0.05至0.25之間時，提供足夠之O₂以藉由從生質氣體之CPO反應所產生的氫，將入口燃料混合物中所有硫化合物轉化為H₂S。接著，於溫度介於200℃至800℃之間，在隨後的吸附床中有效去除所產生之H₂S。已知硫化合物可被強力吸附於諸如鎳、銅、鐵、鈷、鉬、鋅、銅/鋅、鈰、鈰/鋯、鋁、錳及其混合物等氧化物表面上，並且鉑族金屬催化劑可以將被吸附/反應的硫轉化為SO₂。因此，如前所述，該高溫可再生吸附劑床包含一種或多種可再生負載型鉑族金屬催化劑，其還含有一種或多種氧化物作為H₂S吸附劑。但是催化劑必須保持在900℃以下，以避免鉑族催化劑和H₂S吸附劑熱失活。

接著，前述經脫硫之生質氣體被一個或多個CPO、ATR及蒸汽產生重組器所使用，以根據所欲應用之需求生產各種重組產物組合物，如圖1所示。

該催化劑膠封底漆(即，氧化物)上吸附/反應的硫可以藉由將含有<2%過剩O₂的廢氣或是含有<5% O₂及<2% CH₄的熱氣體，通過該鉑族金屬催化劑再生，並可以在300℃至900℃的溫度下以SO₂釋放。若引擎廢氣的溫度低於300 ℃，則必須同時注入空氣/O₂及CH₄，並使用CPO反應熱以維持再生期間的溫度。然而，多數情況下，引擎廢氣的溫度對於進行再生是夠高的，而在這種情況下，僅需將O₂/空氣注入至該廢氣中。

於再生期間，吸附/反應的硫將轉化為SO₂，其可以排放到大氣中，或者藉由傳統的石灰/石灰石、水或苛性鈉洗滌技術去除/吸收。

由於每種吸附劑具有其自身獨特的吸附能力(即，限制)以去除特定之污染化合物，因此，經常需要於不同溫度下操作數種不同吸附劑之組合以從特定的燃料混合物中完全去除污染物，當具有不同硫化合物的新燃料進入入口燃料混合物時係最有可能需要更換吸附劑的情況。然而，若該入口燃料混合物中所有有機硫化合物都被催化而轉化成H₂S，去除所有硫化合物則變成從重組產物流中去除H₂S之簡單任務。除此之外，由於此處所用之負載型鉑族催化劑可以再生以連續使用，使此種新型脫硫技術變得非常方便，並且催化劑/吸附劑可以具有更長得使用壽命而無需更換及/或補充。因此，本發明具有優於先前所述之現行生質氣體不可再生性H₂S去除技術的優點。

為避免用於燃料電池發電機(例如：PEMFC及SOFC)的電極鈍化，經純化之生質氣體的硫含量必須保持在10ppbv以下，而對於內燃機/氣渦輪機係需滿足維持在低於25ppmv。換言之，生質氣體之脫硫程度將取決於所計畫之應用。

為確保該經純化之生質氣體的硫含量始終維持在10ppbv以下，可以於高溫可再生吸附劑床及ATR/CPO重組器之間裝設一個拋光脫硫床，該拋光脫硫床控制溫度介於-25℃至600℃之間。該拋光脫硫床包括：(1)一種或多種可再生鉑族金屬催化劑負載於安定氧化鋁上；及(2)一種或多種氧化物，其係選自 由鋅、鎳、鈰、鈰/鋯、鐵、鈷、鉬、銅、銅/鋅、沸石(zeolite)、錳、鑭、鋇、鍶、鋁、矽及其混合物所組成之群組。該拋光脫硫器的主要目的在於與氧化物吸附劑於較低空間速度下(即，較大的吸附劑反應器體積)，在該重組器之前清除殘留的硫化合物。

其他燃料如天然氣、液化石油氣、生質乙醇、甲醇、汽油、柴油、生質柴油即其他汽化有機化合物，可以利用本發明之脫硫方法及催化生質氣體之熱電共生發電機從燃料混合物中去除所有的硫化物。換言之，若該CPO重組器之入口燃料混合物中O₂/C比率被控制在0.05至0.25之間(即，C為燃料碳，不包括CO₂中的C)，並且%(H₂+H₂O)介於0%至20%之間，則前述任何燃料中的所有有機硫化合物皆將藉由CPO反應所產生之H₂轉化為H₂S，而H₂S可以透過隨後的高溫可再生吸附劑床去除，若有需要，可以透過附加之拋光脫硫床去除。

[示例性實施例描述]：

圖1為本發明催化生質氣體之CHP發電流程圖。如圖1所示，由厭氧消化槽產生之生質氣體可以儲存在一生質氣體儲存槽10中，首先在一脫硫系統8中處理生質氣體中過剩的水、H₂S及其他污染物。如圖2所示，該脫硫系統8包括：(a)一低溫預脫硫器19；(b)一CPO硫轉化器20；(c)二個平行的高溫H₂S吸附劑床(21A及21B)；(d)一拋光脫硫器21C。此處該低溫預脫硫器19係用於部分去除該生質氣體中之H₂S、水分及其他污染物；該CPO轉化器20係用於將所有剩餘的硫化合物轉化為H₂S；該二個平行的高溫吸附劑床21A/21B係用於去除該生質氣體中的H₂S，使其達約25ppm水平以供IC重組產物引擎，並且使用該拋光脫硫床21C去除該重組產物中之H₂S，使其從25ppm水平降至10ppbv水平以供燃料電池裝置。簡言之，該CPO硫轉化器20及該吸附劑床21A和21B是在該脫硫系統8 中從該生質氣體去除硫化合物的主要單元。但是該預脫硫器19及該拋光脫硫床21C是可選擇性單元，僅當該系統需要附加處理以從該生質氣體中去除額外的污染物時，或者為滿足下游燃料電池裝置更高要求的硫規格時才使用。

如圖2所示，來自該脫硫系統8之乾燥經脫硫之生質氣體被壓縮並以使壓力介於1至100大氣壓間儲存在儲存槽24A中。接著乾燥經脫硫之生質氣體可以與額外量的水及空氣/O₂直接注入至隨後的CPO重組器22，以提供特定的O₂/CH₄及H₂O/CH₄比率之燃料混合物。該系統中之CPO重組器22可以調節H₂/CH₄比率，為下游重組產物引擎6提供一特定之氫混合燃料(Hythane)氣體。此外，該經脫硫之生質氣體可以與額外量的空氣/O₂及水於特定O₂/CH₄及H₂O/CH₄比率下，注入至隨後之ATR或蒸汽產生重組器9，該重組器將根據該燃料混合物之O₂/CH₄比率產出重組產物以供下游發電裝置，例如：內燃機、氣渦輪機、蒸汽渦輪機/引擎、燃料電池發電機等。

復參圖2所示，來自該重組產物引擎6之廢氣可在溫度介於300℃至900℃間的情況下，用於再生該預脫硫器19、該高溫H₂S吸附劑床21A及21B及該拋光脫硫器21C中所用的該鉑族金屬催化劑。在這種情況下，需要該廢氣與空氣注入<2% O₂以將該催化吸附劑上吸附/反應的硫轉化為SO₂。然而，若該廢氣的溫度不夠高，則需要注入生質氣體及空氣以獲得<5% CH₄及<2% O₂之濃度，並在該鉑族金屬催化劑上產生反應熱以維持再生溫度。更進一步地，任何含有<5% CH₄及<2% O₂之熱氣體亦可用於取代該廢氣以供該催化劑再生。

如圖1所示，除了為CHP發電機之PLC控制器單元3供電外，來自重組產物引擎6及發電機16之多餘電能可與風能/太陽能1及/或來自總配電網2之電力結合，以於電解槽5中電解去離子水。所產生之H₂及O₂可分別儲存於氫氣儲 存槽4及氧氣儲存槽7中。該氫氣儲存槽4中之H₂可用於在重組產物引擎之汽缸內以高壓縮比輔助貧燃料燃燒，從而提高其熱效率；該氧氣儲存槽7中之O₂可用於替代空氣作為ATR重組器之入口燃料混合物中的重組器氧化劑，從而提高該重組產物中之%(H₂+CO)濃度至接近蒸汽重組器所產生之%(H₂+CO)濃度，並且可使H₂更易與其他氣體分離。

當該重組器首次啟動時，生質氣體及O₂燃料混合物必須達到介於200℃至350℃之最低溫度(即，起燃溫度)，以引發並加速生質甲烷之催化部分氧化反應。因此，必須藉由以下三種方法之一以預熱生質氣體燃料混合物：(1).利用來自該引擎6之廢氣；(2).利用該氫氣儲存槽4及該氧氣儲存槽7中之H₂及O₂氣體，使其通過鉑族催化劑床以產生氧化反應熱；(3).利用點火器點燃生質氣體和空氣/氧氣火焰。由於H₂及O₂可以在室溫下於鉑族金屬催化劑上相互反應以產生反應熱，所以使用所產生之重組產物或引擎廢氣是預熱該重組器之極佳方法。於CPO反應初始化之後，生質甲烷之CPO反應可以產生足夠之反應熱以使催化劑本身保持在其最低反應溫度(即，起燃溫度)以上，並且該反應可以在絕熱條件下進行。

於ATR重組器或蒸汽產生重組器9之後，前述重組產物可以通過熱交換器11，並且冷卻之乾燥氣體儲存於儲存槽14中。接著，內燃機/氣渦輪機15可以使用儲存之重組產物以驅動發電機16以發電。最後，來自該內燃機/氣渦輪機15之廢氣可以通過熱交換器17產生熱水或熱空氣，以為當地居民提供熱能。然而，若使用蒸汽產生重組器取代圖中編號9之ATR重組器，則可用含有高%蒸汽之高壓重組產物驅動蒸汽渦輪機/引擎及發電機以發電。於該熱交換器11 之後，根據美國專利US 8,397,509，冷凝水可以再循環回到圖中編號9處以便再利用，並且該熱交換器11也產生熱水及熱空氣。

圖3係控制系統之大腦，如圖1中之可程式邏輯控制器(PLC)/電子控制單元(ECU)100所示。此處，可程式邏輯控制器(PLC)100可以通過RS-232或乙太網路電纜35與膝上型個人電腦(PC)30通訊，PLC 100可以與直接連接到自動控制設備之輸入/輸出模組(32、33、34、36、37)及CPU 31通訊。控制軟體儲存於該PC 30中。當一組預先校正之設定點(或稱設定值)從PC下載到PLC內之CPU時，接著CPU將控制訊號傳輸到輸出模組中對應之控制通道，然後傳輸到流量控制器以執行實際流速及/或溫度控制。換言之，當一已知之輸出模組接收到設定點時，其會給每個控制設備提供設定點訊號，如：流量控制器、電磁閥、氧感測器/調節器、溫度PID迴路及其他儀器和設備，前述控制設備根據收到之設定點控制流量及溫度。類似地，每個設備可以藉由反向訊號傳輸迴路將其當前狀態和任何更新訊息從輸入模組傳輸到PC電腦。

圖4係一條實際控制曲線，其表示重組產物流量輸出百分比作為儲存容器中壓力之函數。簡而言之，在一已知之控制曲線上的每個點包括一組預先校正之設定點，用於每個流量控制器及操作溫度和壓力。因此，每個點將為燃料混合物提供一已知經預先校正之O₂/CH₄及(H₂O+CO₂)/CH₄比率、經預先校正反應物之流速及總重組產物輸出流量。換言之，將從控制PC下載一組已知的設定點到PLC，該些經預先校正之流量設定點將個別傳輸到各個流量控制器，系統中之流量控制器將調整各個反應物的流量。藉由將該重組器入口處之每種反應物的流速結合並混合在一起，可獲得具有特定經預先校正O₂/CH₄及 (H₂O+CO₂)/CH₄比率之燃料混合物。若同一控制曲線中的每個點都經過預先校正，以使燃料混合物具有相同之O₂/CH₄及(H₂O+CO₂)/CH₄比率但具有不同流速，則同一控制曲線上的每個點都將提供相同的重組產物組成但不同的流量輸出。類似地，不同之經預先校正控制曲線可提供具有不同O₂/CH₄及(H₂O+CO₂)/CH₄比率的生質氣體燃料混合物，並因此提供不同的重組產物組成及流量輸出。

對於其他碳氫化合物及生質燃料，類似之經預先校正控制曲線可提供具有特定O₂/CH₄及(H₂O+CO₂)/CH₄比率的燃料混合物，因此，可以獲得特定之重組產物組成及流量輸出。

對於小型系統，PC及PLC之組合可以使用功能強大的微處理器替換，或者由配備必要輸入/輸出模組之PC來替換以實現相同控制策略。

Claims (16)

1. 一種催化生質氣體熱電共生(CHP)發電機，其包括：(A)一生質氣體儲存槽，其壓力係1至100大氣壓；(B)一可再生脫硫系統，用於處理來自該生質氣體儲存槽之生質氣體中過剩的水、硫化氫(H2S)及污染物，其包括：I.一低溫預脫硫器，安裝於該生質氣體儲存槽及下述II.之CPO硫轉化器之間，其溫度係介於-25℃至50℃之間，其包括：i.一或多種負載型鉑(Pt)族金屬催化劑，其包括一或多種金屬，該金屬係選自鉑、鈀、銠、銥、釕、鋨及其混合物，並且該金屬係負載於安定氧化鋁上，ii.一或多種氧化物，其係選自由鋅、鎳、鈰、鈰/鋯、鐵、鈷、鉬、銅、銅/鋅、沸石(zeolite)、錳、鑭、鋇、鍶、鋁、矽及其混合物所組成之群組，其中該一或多種氧化物係非負載型或負載於安定氧化鋁上之負載型，II.一催化部分氧化(catalytic partial oxidation，CPO)硫轉化器，其係用於在溫度介於200℃至800℃間之環境下，將生質氣體中所有硫化合物經負載型鉑族金屬催化劑轉化成硫化氫，進入該CPO硫轉化器之入口燃料混合物之氧氣/碳(O2/C)比率係介於0.05至0.25間，且氣體混合物中之(H2+水蒸汽)%係介於0%至20%，III.一高溫可再生吸附劑床，其溫度係介於300℃至900℃之間，其中使用該負載型鉑族金屬催化劑反應/吸附該催化劑上之硫化氫，該負載型鉑族金屬催化劑含有一種或多種選自由鎳、銅、鐵、鈷、鉬、鋅、銅/鋅、鈰、鈰/鋯、鋁、錳及其混合物之氧化物，及IV.一含有<2%過剩氧氣之引擎廢氣或一含有<5%氧氣及<2%甲烷之熱氣體，其係用於催化劑再生，其中在溫度介於300℃至900℃間之環境下，將在該負載型鉑族金屬催化劑上反應/吸附之硫換化成無味之二氧化硫；(C)一或多個催化生質氣體重組器，其係用於將來自該可再生脫硫系統之乾燥經脫硫之生質氣體結合額外的水及空氣/O2，而生產各種類型的重組氣，其係藉由控制該重組器入口燃料混合物之氧氣/甲烷(O2/CH4)比率經該負載型鉑族金屬催化劑生產各種類型的重組氣，其選自：I.一可變燃料(flex-fuel)催化自發性熱重組(autothermal reforming，ATR)重組器，其係用以生產氫重組產物以作為供一內燃機(IC engine)/氣渦輪機(gas turbine)、一燃料電池發電機或一氫氣儲存之燃料，其中該重組器之入口燃料混合物含有O2/CH4比率<0.80及(H2O+CO2)/CH4比率<10.0；II.一蒸汽產生重組器，其係用以生產高壓蒸汽以供一蒸汽渦輪機(steam turbine)/蒸汽引擎(steam engine)，其中該蒸汽產生重組器之入口燃料混合物係在O2/CH4比率>1.0、H2O/CH4比率>3.0及溫度低於1000℃及壓力介於5至50大氣壓之條件下運作，以及III.一CPO重組器，其係用以調整該重組產物(即上述(C)中之重組氣)之H2/CH4比率以作為供一重組產物引擎(reformate engine)/氣渦輪機之燃料，其中該CPO重組器之入口燃料混合物之生質氣體的O2/C比率<0.80及(CO2+H2O)/CH4比率<5.0；(D)一或多個電力元件，其係選自重組產物引擎、氣/蒸汽渦輪機、蒸汽引擎、內燃機及燃料電池發電機之群組，該電力元件係利用如前述(C)中之該重組器所生產之適當重組產物用以產生電力，其中該一或多個電力元件係用於驅動一或多個發電機以發電；(E)多個熱交換器，其係用於從重組產物及/或從前述(D)中之引擎/渦輪機之廢氣中回收熱能，其中來自該熱交換器所產生之熱空氣及/或熱水係供當地居民及/或一般應用所使用；(F)多個儲存槽，其係用於將氫氣、氧氣及來自該可再生脫硫系統之乾燥經脫硫之生質氣體壓縮為1至100大氣壓並儲存，以備應用；以及(G)一自動控制系統，其係由控制電腦/微處理器、閥、流量控制器、熱電偶、感測器、泵及控制軟體所組成，其中該控制系統係依據O2/CH4、H2O/CH4、(H2O+CO2)/CH4比率，將入口燃料混合物輸送至相對應之各該重組器，並控制反應之溫度及壓力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發電機，其中，該CPO重組器、該ATR重組器及該蒸汽產生重組器中之該負載型鉑族金屬催化劑包括一種或多種金屬，該金屬係選自鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、銥(Ir)、釕(Ru)、鋨(Os)及其混合物，並且該金屬係負載於安定氧化鋁(Al₂O₃)粉上0.01至10.0%。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發電機，其中，該安定氧化鋁具有介於50至600m²/g之表面積，並且含有一或多個高溫氧化物安定劑，其係選自鑭(lanthanum)、鈰(cerium)、鐠(praseodymium)、錸(rhenium)、鋅(zinc)、錫(tin)、鈣(calcium)、鉀(potassium)、鋯(zirconium)、釔(yttrium)、鋇(barium)、鍶(strontium)、釹(neodymium)、鎂(magnesium)及其混合物之群組。
4. 如申請專利範圍第2項所述之發電機，其中，該負載型鉑族金屬催化劑進一步塗覆於一高溫載體表面達0.1至2500g/ft³，並且該載體係選自陶瓷獨塊體、金屬獨塊體、泥團、金屬絲網、篩、泡沫、板材、漿液、碳化矽、靜態混合器及熱交換器之群組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發電機，其中，於該高溫可再生吸附劑床及該CPO重組器/該ATR重組器/該蒸汽產生重組器之間安裝一拋光脫硫床，其包括：I.於-25℃至600℃溫度之間及較低空間速度(即較大的吸附劑反應器體積)環境下操作，以移除硫化氫至<10ppbv；II.含有一或多種負載型鉑族金屬催化劑，其係負載於安定氧化鋁上，用於催化劑再生；及III.含有一種或多種氧化物，其係選自由鋅、鎳、鈰、鈰/鋯、鐵、鈷、鉬、銅、銅/鋅、沸石(zeolite)、錳、鑭、鋇、鍶、鋁、矽及其混合物所組成之群組，以作為硫化氫之吸附劑。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發電機，其中，於緊急情況或任何特殊場合下，用於替代該生質氣體以作為該催化生質氣體熱電共生發電機之一或多種燃料係選自由天然氣、液化石油氣(LPG)、壓縮天然氣(CNG)、生物乙醇、甲醇、汽油、柴油、生物柴油及其混合物之群組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發電機，其中，使用該重組器入口燃料混合物之O₂/CH₄比率控制反應路徑，並且藉由該ATR重組器、該CPO重組器及該蒸汽產生重組器經該負載型鉑族金屬催化劑以生產各種重組產物組合物，以供重組產物內燃機、氣渦輪機、蒸汽渦輪機及燃料電池發電機使用。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發電機，其進一步包含一電解槽，該電解槽係用於解離去離子水(DI water)以產生氫氣及氧氣，其中該發電機之自生電及/或來自一太陽電池板、一風力發電機或一輸電網路(electric grid)所產生之電力係用於電解水。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發電機，其中，將來自該電解槽之氫氣與額外燃料混合以在高壓縮比下於該引擎之汽缸內進行稀薄燃燒，及/或當該太陽電池板/該風力發電機/該輸電網路產生可用之多餘電力時，來自該電解槽之氫氣係儲存於一高壓容器中以作為蓄能氣。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發電機，其中，使用該電解槽所產生之氧氣增加該ATR重組器/該CPO重組器所生產之重組產物中%(H₂+CO)濃度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發電機，其中，該自動控制系統使用一控制曲線以控制該發電機運作。
12. 一種使用如申請專利範圍第1項所述之發電機進行烴類及生質燃料脫硫之方法，其包括I.一CPO硫轉化器，其係用於在溫度介於200℃至800℃間之環境下，將生質氣體中所有硫化合物經負載型鉑(Pt)族金屬催化劑轉化成硫化氫(H2S)，其中進入該CPO硫轉化器之入口燃料混合物之氧氣/碳(O2/C)比率係介於0.05至0.25間，且氣體混合物中之(H2+水蒸汽)%係介於0%至20%；II.將上述I.中附有硫化氫之負載型鉑族金屬催化劑輸送至一高溫可再生吸附劑床，其溫度係介於300℃至900℃之間，其中使用該負載型鉑族金屬催化劑反應/吸附該催化劑上之硫化氫，該負載型鉑族金屬催化劑含有一種或多種選自由鎳、銅、鐵、鈷、鉬、鋅、銅/鋅、鈰、鈰/鋯、鋁、錳及其混合物之氧化物；及III.一含有<2%過剩氧氣之引擎廢氣或一含有<5%氧氣及<2%甲烷之熱氣體，其係用於催化劑再生，其中在溫度介於300℃至900℃間之環境下，將上述I.或II.中在該負載型鉑族金屬催化劑上反應/吸附之硫轉化成無味之二氧化硫。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該CPO重組器、該ATR重組器及該蒸汽產生重組器中之該負載型鉑族金屬催化劑包括一種或多種金屬，該金屬係選自鉑、鈀、銠、銥、釕、鋨及其混合物，並且該金屬係負載於安定氧化鋁粉上0.01至10.0%。
14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該安定氧化鋁具有介於50至600m²/g之表面積，並且含有一或多個高溫氧化物安定劑，其係選自鑭、鈰、鐠、錸、鋅、錫、鈣、鉀、鋯、釔、鋇、鍶、釹、鎂及其混合物之群組。
15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該負載型鉑族金屬催化劑進一步塗覆於一高溫載體表面達0.1至2500g/ft³，並且該載體係選自陶瓷獨塊體、金屬獨塊體、泥團、金屬絲網、篩、泡沫、板材、漿液、碳化矽、靜態混合器及熱交換器之群組。
16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其用於去除天然氣、液化石油氣、壓縮天然氣、生質氣體、生物乙醇、甲醇、汽油、柴油及生物柴油中存在的所有硫化合物。