應用于燃料電池的煤油超深度脫硫技術及重整技術的 開發
燃料電池作為高節能性,環境負荷小的能源技術受到注目。燃料 電池的氫氣源現在主要利用天然氣,甲醇,DME,輕質餾分,汽油和 煤油等進行水蒸氣重整開發。其中,煤油具有價格便宜,攜帶便利,常溫下穩定性高,供給系統完善等優點。可以廣泛應用于家庭,汽車, 野外或者是災害時,成為非常方便的電力供給源。但是用于燃料電池 的燃料油中的硫磺含有量必須從現在的數十 ppm 減少到 1ppm 以下。 為了達到這種嚴格的超深度脫硫,在現在既存的石油加工廠通過加氫 精制脫硫的話,需要十分巨大的設備投資,實際上對于燃料電池用燃 料油的脫硫處于無法對應狀態。另外利用化學吸附的吸附型硫磺脫除 器正在開發中,但是吸附選擇性低,使用了無法再生的高價吸附劑, 處理能力也比較低。 項目特色 本技術采用和現在的研究完全不同的想法,利用常壓低溫下的氧 化反應,將煤油中的硫磺化合物用油溶性氧化劑氧化,并通過常壓常 溫下的選擇吸附除去硫的氧化物砜,是一種新的低價脫硫法。無論在 國內國外,像本技術一樣利用固定床流通式反應裝置除去燃料油中的 硫磺化合物的研究很少有報告。這個超深度脫硫技術的反應條件非常 溫和,應用于燃料電池的燃料油重整器,可以很容易使燃料電池小型 化,輕量化。和傳統的高溫高壓下的加氫脫硫方法相比,本技術是在 溫和條件下的高效率脫硫法。和非氧化吸附式脫硫技術相比,脫硫效 率高數十倍,對于硫氧化物的選擇吸附性高,吸附劑可以再生,吸附 劑的使用量減少,可以降低成本。本項目的目的是將這個新的低價脫 硫法應用于燃料電池的重整系統,制造出氫氣提供給燃料電池。 項目應用前景 1. 利用氧化吸附脫硫法開發煤油的超深度脫硫器 圖 1 是氧化吸附脫硫法的原理及煤油超深度脫硫器的概念圖。煤 油中的難脫硫化合物 DBT 在催化劑及氧化劑存在下,在常壓低溫下 很容易氧化,生成硫氧化物,然后通過常溫常壓下的吸附被除去。反應容器里放入煤油及氧化劑,通過自然滴落在常壓下送進填充了催化 劑的固定床流通式氧化反應器,然后,常溫常壓下通過吸附器進行吸 附,除掉氧化后的硫磺化合物。現在的研究結果是通過氧化吸附脫硫 法可以將煤油中的硫磺含量減少到 0.5ppm。 2.超深度脫硫煤油的重整反應 圖 2 是利用 Ru 系催化劑對含不同濃度硫的煤油進行水蒸氣重 整反應的結果。其反應是煤油和水生成 CO2 和 H2。從結果來看,不 含硫的煤油 750 度的重整反應活性達到 100%,氫氣收率達到了 80%, 而含硫磺煤油的催化反應表現出催化劑失活現象。 3.項目計劃 a.建立一套連續的氧化吸附脫硫裝置,改變催化劑,氧化條件及 吸附劑,將煤油中的硫磺含量減少到 0.1ppm。 b. 試做一套小型化脫硫裝置,進行 1000,2000,10000 小時長期 試運轉實驗,對催化劑,吸附劑的壽命,再生的可能性,裝置的長期 穩定性進行考察。 c.建立一套煤油的水蒸氣重整反應裝置,利用超深度脫硫煤油進 行水蒸氣重整,開發高活性,長壽命的重整催化劑。 d.將超深度脫硫器與重整反應系統組合成試驗用別體型重整器, 利用煤油制造氫氣提供給燃料電池。 e.所需的儀器設備 硫磺化學發光檢測器(Sulfur Chemiluminescence Detector), 氫 火 焰 離 子 檢 測 器 氣 相 色 譜 ( Gas Chromatography-Flame Ionization Detector), 熱導池檢測器氣相色譜( Gas Chromatography-Thermal Conductivity Detector)等
南開大學
2021-04-13