[發明專利]用于檢測脫硫器組件中的硫穿透的在線監控組件以及硫穿透檢測方法

無效

• 申請號: 200880100307.1
• 申請日: 2008-06-13
• 公開（公告）號: CN101779308A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: S·P·凱蒂凱恩尼;J·M·戴利
• 申請（專利權）人: 燃料電池能有限公司
• 主分類號: H01M2/00
• 分類號: H01M2/00;H01M2/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 馬景輝

技術領域

本發明涉及燃料電池，具體地涉及檢測與這些燃料電池一起使用的脫硫器組件中的硫穿透。

背景技術

燃料電池是通過電化學反應方式直接將存儲在碳氫化合物燃料中的化學能轉換為電能的裝置。通常，燃料電池包括被電解液分開的陽極和陰極，電解液用于傳導帶電離子。熔融碳酸鹽燃料電池通過使反應燃料氣體通過陽極，而使氧化劑氣體通過陰極來操作運行。為了達到有用的功率水平，多個單獨的燃料電池被串聯堆疊，每個電池之間具有導電隔板。

目前的燃料電池技術要求由氫或氫和一氧化碳的混合物組成的清潔燃料氣體，其可以通過重整(reforming)過程從諸如天然氣、丙烷、厭氧消化氣體、基于石油的液體或煤的含碳氫化合物的給料中產生。大多數含碳氫化合物的給料包含硫，這就導致重整和陽極催化劑中毒，并且已知能夠顯著降低燃料電池陽極和重整催化劑的性能。因此，在重整過程之前，在燃料氣體進入燃料電池之前，硫和包含硫的化合物必須從燃料氣體中去除至十億分之一的水平。

現有技術使用諸如脫硫器組件的燃料處理組件，其包括至少一個吸附床，用于在將燃料氣體傳輸至燃料電池陽極之前從燃料氣體中去除含硫化合物。這樣的燃料處理組件的示例在美國專利No.7,063,732中被公開，該專利被授權給與本發明相同的受讓人。具體地說，‘732專利公開了用于處理燃料電池的燃料的燃料處理系統，包括第一吸附劑床，用于吸附無機含硫化合物以及高分子量有機含硫化合物；以及第二吸附劑床，用于吸附低分子量有機含硫化合物，其中吸附劑床被布置為使得將被處理的燃料經過吸附劑床之一，并且然后再經過另一吸附劑床。

如能夠理解的那樣，因為在燃料處理系統中所使用的吸附劑床變得對含硫化合物飽和，所以吸附劑床的吸附能力和性能隨著運行時間下降。因此，當吸附劑床變得不能將燃料中含硫化合物的濃度降低至期望水平(通常以體積的十億分之幾來表示，ppbv)時，發生硫穿透，以及當床中的含硫化合物的達到飽和水平時，通過床而沒有被吸收的含硫化合物的量(即，硫穿透濃度)增加。當達到被處理燃料中的預定硫穿透濃度時，吸附劑床必須被更換或再生以避免燃料電池系統元件的硫中毒。由于燃料氣體中的含硫化合物的濃度不同，達到預定水平的硫穿透的時間可能大大不同。因此為了確保及時更換或再生吸附劑床，需要監控被處理的燃料中的硫穿透濃度。

目前，對硫穿透濃度的監控是通過使用傳統的氣相色譜分析技術間歇地分析離開燃料處理組件的已處理的燃料氣體的樣本來實現的。用于分析在已處理燃料中的硫濃度的通用技術包括與硫化學發光檢測(GC-SCD)或火焰光度檢測(GC-FPD)技術一起使用的氣相色譜分析(GC)。然而，這些傳統技術是昂貴的，因此大大增加了燃料處理成本以及燃料電池系統的運行成本。此外，傳統監控方法需要采樣已處理的燃料，因此，需要額外的人力和額外的分析設備來收集樣本，從現場運輸至實驗室以及執行對已處理燃料樣本的分析。因此，傳統方法不能與燃料電池處理組件集成，從而不能在線連續監控穿透的硫濃度。

因此，本發明的一個目的是提供一種與燃料處理系統一起使用的硫穿透監控組件以及方法，其能夠在線連續監控硫穿透濃度。

本發明的另一目的是提供硫穿透監控組件和方法，其與燃料處理系統集成以在線連續監控硫穿透濃度，而不需要采樣已處理的燃料來供外部分析設備分析。

本發明的又一目的是提供硫穿透監控組件和方法，其能夠非常準確地檢測硫穿透并且節省成本。

發明內容

上述和其它目的在用于燃料電池系統的用于檢測燃料中的含硫化合物的監控組件中實現，該監控組件包括指示器組件，用于使燃料從中通過，該監控組件包括指示器材料以及用于容納指示器材料的外殼，其中外殼適于被在線地布置在燃料電池系統中，并且指示器材料是這樣的，當外殼被在線地置于燃料電池系統中，在指示器材料被暴露于燃料電池系統的燃料中的含硫化合物時，指示器材料的至少一種物理屬性發生變化，并且該指示器組件還適于允許檢測指示器材料的物理屬性的變化。

在某些實施例中，指示器組件的配置允許由操作員和/或通過傳感器來檢測指示器材料的物理屬性的變化。基于檢測到的物理屬性的變化，如果確定在燃料中存在預定濃度的含硫化合物，則采取預定動作。所執行的一個預定動作可以是通過操作員或通過對傳感器進行響應的燃料電池系統的控制器來激活報警。