[发明专利]用于检测脱硫器组件中的硫穿透的在线监控组件以及硫穿透检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，具体地涉及检测与这些燃料电池一起使用的脱硫器组件中的硫穿透。

背景技术

燃料电池是通过电化学反应方式直接将存储在碳氢化合物燃料中的化学能转换为电能的装置。通常，燃料电池包括被电解液分开的阳极和阴极，电解液用于传导带电离子。熔融碳酸盐燃料电池通过使反应燃料气体通过阳极，而使氧化剂气体通过阴极来操作运行。为了达到有用的功率水平，多个单独的燃料电池被串联堆叠，每个电池之间具有导电隔板。

目前的燃料电池技术要求由氢或氢和一氧化碳的混合物组成的清洁燃料气体，其可以通过重整(reforming)过程从诸如天然气、丙烷、厌氧消化气体、基于石油的液体或煤的含碳氢化合物的给料中产生。大多数含碳氢化合物的给料包含硫，这就导致重整和阳极催化剂中毒，并且已知能够显著降低燃料电池阳极和重整催化剂的性能。因此，在重整过程之前，在燃料气体进入燃料电池之前，硫和包含硫的化合物必须从燃料气体中去除至十亿分之一的水平。

现有技术使用诸如脱硫器组件的燃料处理组件，其包括至少一个吸附床，用于在将燃料气体传输至燃料电池阳极之前从燃料气体中去除含硫化合物。这样的燃料处理组件的示例在美国专利No.7,063,732中被公开，该专利被授权给与本发明相同的受让人。具体地说，‘732专利公开了用于处理燃料电池的燃料的燃料处理系统，包括第一吸附剂床，用于吸附无机含硫化合物以及高分子量有机含硫化合物；以及第二吸附剂床，用于吸附低分子量有机含硫化合物，其中吸附剂床被布置为使得将被处理的燃料经过吸附剂床之一，并且然后再经过另一吸附剂床。

如能够理解的那样，因为在燃料处理系统中所使用的吸附剂床变得对含硫化合物饱和，所以吸附剂床的吸附能力和性能随着运行时间下降。因此，当吸附剂床变得不能将燃料中含硫化合物的浓度降低至期望水平(通常以体积的十亿分之几来表示，ppbv)时，发生硫穿透，以及当床中的含硫化合物的达到饱和水平时，通过床而没有被吸收的含硫化合物的量(即，硫穿透浓度)增加。当达到被处理燃料中的预定硫穿透浓度时，吸附剂床必须被更换或再生以避免燃料电池系统元件的硫中毒。由于燃料气体中的含硫化合物的浓度不同，达到预定水平的硫穿透的时间可能大大不同。因此为了确保及时更换或再生吸附剂床，需要监控被处理的燃料中的硫穿透浓度。

目前，对硫穿透浓度的监控是通过使用传统的气相色谱分析技术间歇地分析离开燃料处理组件的已处理的燃料气体的样本来实现的。用于分析在已处理燃料中的硫浓度的通用技术包括与硫化学发光检测(GC-SCD)或火焰光度检测(GC-FPD)技术一起使用的气相色谱分析(GC)。然而，这些传统技术是昂贵的，因此大大增加了燃料处理成本以及燃料电池系统的运行成本。此外，传统监控方法需要采样已处理的燃料，因此，需要额外的人力和额外的分析设备来收集样本，从现场运输至实验室以及执行对已处理燃料样本的分析。因此，传统方法不能与燃料电池处理组件集成，从而不能在线连续监控穿透的硫浓度。

因此，本发明的一个目的是提供一种与燃料处理系统一起使用的硫穿透监控组件以及方法，其能够在线连续监控硫穿透浓度。

本发明的另一目的是提供硫穿透监控组件和方法，其与燃料处理系统集成以在线连续监控硫穿透浓度，而不需要采样已处理的燃料来供外部分析设备分析。

本发明的又一目的是提供硫穿透监控组件和方法，其能够非常准确地检测硫穿透并且节省成本。

发明内容

上述和其它目的在用于燃料电池系统的用于检测燃料中的含硫化合物的监控组件中实现，该监控组件包括指示器组件，用于使燃料从中通过，该监控组件包括指示器材料以及用于容纳指示器材料的外壳，其中外壳适于被在线地布置在燃料电池系统中，并且指示器材料是这样的，当外壳被在线地置于燃料电池系统中，在指示器材料被暴露于燃料电池系统的燃料中的含硫化合物时，指示器材料的至少一种物理属性发生变化，并且该指示器组件还适于允许检测指示器材料的物理属性的变化。

在某些实施例中，指示器组件的配置允许由操作员和/或通过传感器来检测指示器材料的物理属性的变化。基于检测到的物理属性的变化，如果确定在燃料中存在预定浓度的含硫化合物，则采取预定动作。所执行的一个预定动作可以是通过操作员或通过对传感器进行响应的燃料电池系统的控制器来激活报警。