[发明专利]燃料处理方法和系统

说明书

本发明涉及一种含乙醇的液体燃料的处理方法，和实施该燃料处理方法的系统。

背景技术

乙醇作为一种有吸引力的燃料可用于将加热和发电装置结合的SOFC，例如这类设备可用作卡车和船舶用辅助动力单元。在这类设备中潜在的燃料处理步骤最终可以是非常简单的乙醇汽化处理，和注入SOFC的阳极室中。

然而，这种方法可能导致很多问题和缺陷：

Saunders，G.J.等人(制备SOFC用液态碳氢燃料(Formulating liquidhydrocarbon fuels for SOFCs)，第23-26页，Journal of Power Sources第131卷，第1-2章，第1-367页(2004年5月14日))表明常规情况下干燥乙醇在使用最活泼的Ni-陶瓷作为阳极材料的SOFC阳极室中，极易炭化，导致运行数小时后SOFC失活。众所周知，在使乙醇与水蒸汽作用的水蒸汽重整条件下，极难避免乙醇在含Ni催化剂上炭化。其原因是乙醇脱水形成乙烯，而后乙烯聚合，如反应[1]所示：

CH₃CH₂OH→CH₂CH₂→-[CH₂-CH₂]_n-→C_2nH_2(n-m)+mH₂    [1]

由乙醇重整催化剂导致的焦化问题记载在例如Haga等人Nippon KagakuKaishi，33-6(1997)和Freni等人React.Kinet.Catal.Lett.71，第143-52页(2000)。由此在阳极室终通过添加水的乙醇重整(内部重整)，并不是一种缓解炭化问题的简单方法。

在水蒸汽重整催化剂上和SOFC设备中，炭化也会按照下述可逆反应发生。

CH₄C+2H₂(-ΔH₂₉₈＝-74.9kJ/mol)             [2]

2COC+CO₂(-ΔH₂₉₈＝172.4kJ/mol)              [3]

反应[3]是已知的Boudouard反应。乙醇按照反应[4]分解成CO

CH₃CH₂OHCO+H₂+CH₄(-ΔH₂₉₈＝-51,3kJ/mol)    [4]

由于CO非常活泼，因此知晓不会导致反应[3]发生的温度和气体组成范围很重要。这可以采用“the principle of the equilibrated gas”，假定甲烷化/水蒸汽重整(反应[5])和移位反应(反应[6])均达到平衡来研究，正如由Nielsen，J.R.(Catalytic Steam Reforming，Springer Verlag，Berlin 1984)所进一步描述的。

CH₄+2H₂OCO₂+4H₂(-ΔH₂₉₈＝-165.0kJ/mol)    [5]

CO+H₂OCO₂+H₂(-ΔH₂₉₈＝41.2kJ/mol)         [6]

Sasaki，K.和Teraoka，Y.(Equilibria in Fuel Cell Gases--Solid Oxide Fuel CellVIII(SOFC VIII)第2003-07卷，第1225-1239页)已经研究了避免炭化所需要的用水量。

与使用甲烷相比，在SOFC中使用乙醇作为直接燃料的另外的不足是在水蒸汽重整该燃料时涉及的反应热。甲烷的水蒸汽重整在反应[5]中给出，而乙醇的重整反应记载于反应[7]中：

CH₄+2H₂OCO₂+4H₂(-ΔH₁₀₂₃＝-191.4kJ/mol)         [5]