制氢燃料深度脱硫工艺的研究

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新能源技术是当前世界能源和生态环境热点问题的有效解决途径。氢能和燃料电池技术具有高效清洁的特性,受到各国政府大力扶持。在中小型燃料电池电站中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术的应用尤其广泛。但是,该系统的持续运行需要供入超低硫含量的燃料,否则硫会毒害重整过程中的催化剂,使其失效,进一步导致整个系统运行停滞。然而,传统的脱硫催化剂并不具有深度脱硫的性能。   本文建立了超微量硫的测量分析方法,采用气相色谱-SCD法可检测到2.94ppb的硫含量,并具有很高的重复性和可靠性。   采用浸渍法和共沉淀法制备了一系列Cu-Zn-Ni/Al2O3脱硫催化剂,其中Cu、Zn摩尔比为1∶1,Ni质量含量分别为0、5%、10%。在室温~350℃下进行了液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,LPG)的脱硫实验,实验结果表明:在相同的反应条件下,浸渍法所制备的催化剂脱硫活性要与共沉淀法所制备的催化剂几乎一样。当催化剂中Ni含量为5%时,其活性最佳。Cu-Zn-Ni/Al2O3催化剂的脱硫性能随着反应温度的增加而增强,脱硫深度在温度较高区间趋于稳定,可达到10ppb以下,而同条件下ZnO/Al2O3脱硫剂只能达到160ppb的脱硫深度。在原料气中添加H2进行脱硫反应不会显著影响脱硫剂的脱硫性能。   采用Ni含量为5%的Cu-Zn-Ni/Al2O3脱硫剂分别对天然气和柴油进行脱硫实验,天然气、柴油的最终脱硫深度可分别达到10ppb和0.5ppm以下,而在相同条件下,采用ZnO/Al2O3脱硫剂的脱硫深度分别只能达到280ppb和3ppm;加氢会显著增强催化剂对柴油的脱硫性能,提高其脱硫深度,但不会明显影响到对天然气的脱硫性能,这可能是由于柴油和天然气中所含硫的类型和含量不同,加氢反应破坏了柴油中所含的杂环硫化合物所致。   所制备的三元组分Cu-Zn-Ni/Al2O3催化剂较传统ZnO/Al2O3脱硫剂对LPG、天然气、柴油三种原料均具有更好的深度脱硫性能,脱硫深度大幅度提高。
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