专利名称：：用于辅助燃料系统的多级脱硫系统和方法
技术领域：
：0001本公开一般地涉及燃料系统，并且更具体地涉及从含有较高浓度硫化合物的初级燃料流中提取具有低浓度硫化合物的辅助燃料流的系统和方法。
背景技术：
：0002燃料电池系统的性能、成本和耐久性的持续改进继续使人们对它们例如在运载工具如混合动力汽车或燃料电池动力汽车中作为辅助动力设备(APU)的用途感兴趣。它们实际应用的一个局限性涉及使用的物流燃料(logisticefuel)或传统燃料，例如柴油和煤油馏分。这些燃料具有在30到3，000ppm范围内的硫含量，其或者影响这些燃料向氢或合成气流的转化，或者影响燃料电池下游的性能。一种可替代的方法是需要例如费托(Fischer-Tropsch)液体的合成"无硫"型液体燃料或者气体液化产品(gas-to-liquidproduct),用于APU，但是，这使得需要为同一运载工具提供两种独立的燃料流。0003举例来说，美国的一些政府机构已经要求在燃料中具有低水平硫，例如新近推动到30至300ppm。尽管水平接近最低限，但是，硫含量仍会影响在下游工艺中的催化剂的性能，并因此防碍燃料电池系统的有效使用。技术，包括基于膜的技术，被开发用于炼厂规模应用，以取得这些较低的硫规格。膜技术和具体的全蒸发膜技术是市场化技术，其在许多工业中被实践，用于从液体流混合物中分离较高蒸气压的组分。0004希望有一种简单的工艺，其提供需要的分离选择性，能够在小型的、不昂贵的系统中实施以及用来自汽油、煤油、喷气燃料和柴油的众多初级燃料操作。本公开内容针对的正是这些需要。
发明内容0005公开了根据示例性施行方式，从初级燃料流生产含有低浓度硫化合物的辅助燃料流的系统和方法的实施方式。系统包括第一分离阶段，其从一部分初级燃料流中分离阶段一渗透流与阶段一保留流。第二分离阶段从阶段一渗透流中分离阶段二渗透流和阶段二保留流，其中阶段二保留流包括含有低浓度硫化合物的辅助燃料流。混合阶段一保留流和阶段二渗透流并且返回初级燃料流中。结果是含有低浓度硫化合物的辅助燃料流以及初级燃料流。0006根据进一步的示例性实行方式，从初级燃料流中分离含有低硫化合物的辅助燃料流的方法包括从初级燃料流中分离阶段一渗透流与阶段一保留流；在真空下蒸发阶段一渗透流；从阶段一渗透流中分离阶段二渗透流和阶段二保留流，阶段二保留流包括含有低浓度硫化合物的燃料流；并且在真空下，蒸发阶段二渗透流，以将阶段二渗透流返回到初级燃料流中。因此，阶段二保留流是含有低硫化合物的辅助燃料流。0007根据另外的示例性实行方式，从初级燃料流中分离含有低浓度硫化合物的燃料流的系统包括燃料供给器；阶段一分离器；阶段二分离器；连接燃料供给器到阶段一分离器的第一供给管线；连接阶段一分离器和阶段二分离器的第二供给管线。第一供给管线将燃料流从燃料供给器输送到阶段一分离器。阶段一分离器从阶段一燃料供给流中产生阶段一渗透流和阶段一保留流。第二供给管线将阶段一渗透流从阶段一分离器输送到阶段二分离器。阶段二分离器产生阶段二渗透流和阶段二保留流。产生的阶段二保留流是含有低浓度硫化合物的燃料流。在这个系统中，随后混合阶段一保留流和阶段二渗透流并且将它们返回到初级燃料流中。0008根据又进一步的示例性施行方式，公开了从初级燃料流中分离含有低浓度硫化合物的燃料流的系统，其包括阶段一分离器，其从初级燃料流中提供气态的阶段一渗透流和阶段一保留流；与阶段一分离器相关联的第一喷射器，该喷射器使用冷却的阶段一渗透液体作为第一喷射器的驱动流体(motivefluid),提供真空和冷却能量，以冷凝阶段一渗透蒸气；和阶段二分离器，其从冷凝的阶段一渗透流提供阶段二保留流和气态的阶段二渗透流，阶段二保留流包括含有低浓度硫化合物的燃料流；以及与阶段二分离器相关联的第二喷射器，该喷射器使用冷却的阶段一保留流作为驱动流体，为阶段二渗透蒸气提供真空以及冷凝并混合阶段二渗透蒸气与阶段一保留物。产生的真空可以不仅仅通过使用用工艺液体作为驱动流体的喷射器产生。压縮气体例如空气或富含氮气(N2)的空气可以用作驱动流体。可选地，发动机驱动的真空泵可以被用于产生真空。0009根据另外的示例性施行方式，从初级燃料流中分离含有低浓度硫化合物的燃料流的系统包括燃料供给器；阶段一分离器；反应性脱硫催化剂；催化剂下游的吸附剂床；连接燃料供给器与阶段一分离器的第一供给管线；连接阶段一分离器到反应性脱硫催化剂的第一蒸气相供给管线；第一吸附剂床供料管线；第一冷凝供给管线；和第一反应物供给管线。第一供给管线将燃料流从燃料供给器输送到阶段一分离器。阶段一分离器从阶段一燃料供给流中产生阶段一渗透流和阶段一保留流。第一蒸气相供给管线将阶段一渗透流从阶段一分离器输送到反应性脱硫催化剂。反应物供给管线将反应物供应到反应性脱硫催化剂。该催化剂支持在阶段一渗透物中的硫种类与反应物的化学反应，以使硫种类改性。该第一吸附剂床供料管线将反应物催化剂与吸附剂床连接。改性的硫种类吸附或吸收到吸附剂上，并且留下的阶段一渗透物被冷凝以备后续使用或加工。0010本公开的特征和方面将通过下面的详细描述、结合附图更好地理解，所有附图仅仅通过示例给出，且不限定本公开。0011图l是根据本公开的方法的示例性实施方式的概念图。0012图2是根据本公开的系统的实施方式的简化示意流程图。0013图3图解了在图1和2中显示的系统和方法的操作模型上实验测试的结果。0014图4是根据本公开的系统的另一实施方式的简化示意流程图。0015图5是系统的另一实施方式的阶段一部分的局部示意流程图，在此系统中两步冷凝功能被用于阶段一渗透物。0016图6是图表，其图解了渗透物l冷凝物的蒸馏曲线。0017图7是图表，其图解了多种冷凝物的硫浓度。0018图8是根据本公开的系统的另一实施方式的示意流程图。0019图9是根据本公开的系统的另一实施方式的简化示意流程图。0020图10是在图9中显示的系统的说明性示例系统的示意流程图。0021图11是在图9中显示的可代替系统的另一说明性示例系统的示意流程图。0022图12是在图9中显示的可代替系统的另一说明性示例系统的示意流程图。0023图13是在图9中显示的可代替系统的另一说明性示例系统的示意流程图。0024图14是在图9中显示的可代替系统的另一说明性示例系统的示意流程图。定义0025在下面的讨论中，使用的术语依据如本领域的技术人员所拟用的它们的一般含义进行使用。在下面描述的实施方式中，下面的术语意图如下使用。0026术语"烃"普遍地被用于描述各种长度和结构的主要由氢和碳原子组成的有机化合物，但也可以包含非碳原子(例如氧、硫或氮)。0027术语"直链烃"意味化合物是不含有环结构的烷烃或异构烷烃型烃。0028术语"全蒸发"意味通过无孔膜部分蒸发分离液体的混合物。0029术语"环烷或环烃化合物"是具有一个或多个碳原子环、只有单键的烃。0030术语"芳烃化合物"是包括一个或多个碳环、在这些环内具有双键的烃。0031术语"杂环"是芳烃化合物或环烷化合物，其除碳和氢外包含例如硫、氮或氧的原子。性质上，杂环通常是极性的。0032术语"极性的"或"离子的"，当指膜时，指包含离子键的膜。相似地，术语"非极性的"或"非离子的"是不包含离子键的膜。如果膜本质上是极性的或用极性材料涂布——极性材料例如具有支化磺酸基团的氟化聚合物如Nafion,则具有极性种类的化合物将趋向于选择性地迁移通过膜。非极性膜例如三醋酸纤维素将趋向于对于非极性化合物是选择性的，并且选择地降低离子化合物的迁移速率。具体实施例方式0033本公开内容涉及全蒸发膜工艺和系统，其用于从初级燃料流中分离滑流(slipstream)或辅助燃料流。0034应意识到，出于说明的简洁性和清楚的目的，在附图中显示的和下面讨论的元件没有必要按比例绘制。例如，一些元件的尺寸出于清楚的目的，彼此之间相对被放大。进一步，在被认为适当的地方，指代数字在附图之间被重复使用，以指明相应的元件。0035图1显示根据本公开内容的整个工艺的简化示意图，表明了两个分离阶段以及对于燃料原料混合物的各种成分的选择性。工艺1包括将部分初级燃料流2流过阶段一分离器11，且随后将分离的部分流过阶段二分离器16。初级燃料2可以是任何商业上可利用的运输或物流燃料(例如，但不限于，在州际加油站普遍可得的再配制的汽油、煤油和柴油；喷气燃料；航空煤油(A-l)或军用规格燃料如JP-8、NATOF-76，等等)。这些燃料由烃组分的广泛混合物组成，其典型地在精制过程中通过蒸气分馏工艺从散装燃料(biilkftiel)源分离。结果是，每种混合物具有众多化合物，每种化合物在确定的温度带范围蒸发。一般来说。汽油比煤油包含更轻的成分，煤油又比柴油燃料更轻。在每一数量的具体类型燃料中，存在众多化合物，其具有不同的蒸气压和极性以及非极性特性。0036具体地，初级燃料原料2由组分的混合物构成，其具体地可以由烃的混合物组成，可以被细分为五个初级组。第一组是重硫化合物(HSulfur)22，其是具有相对高沸点的多环和多分支烃。例如，这些包括沸点大于30(TC的二苯并噻吩。二苯并噻吩至少包括三个环结构并且是芳香12族化合物。第二组是轻硫化合物(LSulfur)24，其是较简单的含硫化合物，具有相对更低的沸点并且少于三个环结构。例如，这些包括多种，例如硫醇、噻吩和苯并噻吩，其沸点低于30(TC，更优选地低于225t:。第三组是重烃(HHC)21，以及第四组是轻烃(LHC)25，这两组都不含在前两组中含有的硫原子。第五组是添加剂23，其根据产品、厂商和其它标准对于每种类型的燃料是特定的。例如，军用JP-8燃料相似于商用航空燃料，除了规格中需要三种添加剂。对于JP-8来说，这些是燃料系统结冰抑制剂(MIL-DTL-85470)二甘醇一乙醚(di-EGME)、缓蚀剂/润滑性提高剂(MIL-PRF-25017和Paradyne655)和电导性/静电消除剂(Stadis450和MIL-S-53021)。这些规格在1999年10月由美国军队坦克-自动化研究、开发和工程中心(U.S.ArmyTank-AutomotiveResearch,DevelopmentandEngineeringCenter)(TARDEC)出版、Warren,MI编著的"GUIDEFORFIELDBLENDINGOFADDITIVESORFORWINTERIZINGGROUNDFUELS",AMAST-TR隱D/210，第48397-5000页阐述，在此引用其全部以作参考。0037在图1中显示的工艺1中，初级燃料原料2在多阶段工艺1中被分离为辅助燃料流3和返回的初级燃料流4，多阶段工艺1由阶段一分离工艺11和阶段二分离工艺16组成。阶段一分离工艺11支持由轻硫24和轻烃25组成的较轻化合物迁移通过膜12，作为阶段一渗透物13排出。其它化合物21、22、和23被保留在也来源于阶段一分离工艺11的保留流14中。阶段一渗透物13被输送到阶段二分离工艺16。在阶段二分离工艺中，轻硫化合物24随着一些轻化合物26作为阶段二渗透物19选择性地通过膜17，同时大多数更轻烃28保留在阶段二保留流18中。阶段二渗透物19与阶段一保留物14混合且返回到初级应用或罐中作为返回的初级燃料流4。阶段二保留物18成为辅助燃料供给3。0038尽管阶段一11和阶段二16工艺是选择性的工艺，但是它们的选择性不必是绝对的。通过控制原料流2和13的温度以及渗透流13和19的真空，实际迁移通过膜12和17的化合物的数量可以被控制。0039渗透的原动力是每个阶段中通过膜的化合物的分压差(PPD)。渗透速率随温度增加而增大。膜材料的温度极限可能提出更低的操作点，但是在渗透物侧应用真空可以产生更高的PPD原动力，以补偿较低的温度。当原料流的温度增加时，化合物的移动性增强且膜的渗透性增强。这两个参数增大了化合物通过膜的迁移速率。膜的温度还增大了暴露在膜的渗透物侧的化合物的蒸气压。0040在使用全蒸发膜的工艺1中，范围在1到500托且更优选地在100托到大约200托之间的真空，可以被应用到渗透物侧，具有最高蒸气压的化合物从膜的表面被蒸发为蒸气。最优的温度范围取决于真空的水平、初级燃料的类型和所使用的膜材料。例如，在初级燃料是航空煤油并且从阶段一工艺11中分馏的轻烃在汽油沸程内以及真空被跨膜应用的情况下，则当应用100-200托的真空时，温度范围应该在大约IO(TC和大约20(TC之间，优选地范围在大约12(TC到135。C之间。另一方面，如果初级燃料是柴油馏分，则温度可以在15(TC到30(TC的范围内。具有最高蒸气压的化合物的蒸发形成了跨过膜的浓度梯度，其促进了这些化合物从原料流中迁移的增强。具有低蒸气压的化合物没有蒸发，并因此对于这些化合物没有建立浓度梯度且没有发生额外的迁移。其它参数例如膜的表面积、膜的厚度和在膜的保留物侧混合的内部流体相也对迁移化合物的数量有贡献。膜表面积的增加由于更大的迁移面积以及渗透物侧更大的蒸发迁移面积而提供了增强的迁移。更薄的膜对运输具有更低的阻力且支持更高的迁移速率，这是由于建立的浓度梯度在更短的距离内发挥作用。0041渗透通量与膜的厚度成反比，因此，如果可以在操作压力和温度下存在，更薄的膜是优选的。通过确保在原料流中混合多种化合物并且在膜的供给表面保持可能的最高浓度的高蒸气压化合物，内部流体相的混合增强了迁移速率。在保留物侧的体相流动中的质量迁移阻力可以降低在膜表面的有效分压。湍流或高流动速度可以改进混合并提高通量。在阶段一分离器和阶段二分离器中调整膜的这些特性有助于确保在阶段一11中迁移的所有轻硫化合物24在阶段二16中再一次迁移。通过在足够低的温度下操作——其中较高沸点化合物不蒸发，重的芳香族或多环硫化合物例如二苯并噻吩进入渗透物的量可以被降低和最小化。0042根据本公开内容，阶段一分离工艺11和阶段二分离工艺16可以使用许多技术进行，包括闪蒸分离(FVS);使用过滤膜例如反渗透(ROM)、纳米过滤膜(NFM)和超滤膜(UFM);以及全蒸发膜例如非极性全蒸发膜(NPVM)和极性全蒸发膜(PPVM)。对于每个阶段的具体分离技术的正确选择取决于具体的初级燃料和硫化合物在混合物中的分布。具体的添加剂23和在初级燃料原料2中的硫化合物也可以影响最适宜分离技术的选择。0043适合于本文所公开的分离工艺的分离技术，和它们对于在该工艺所有实施方式中目标化合物的选择性可以通过考虑三个特性加以确定。第一是孔的物理尺寸，第二是化合物例如硫化合物的极性或离子特性引起的选择性，以及第三是沸点或蒸气压引起的选择性。本公开内容的一个代表性的实施方式包括下述的第一步分离低沸点馏分渗透物，用于在第二步中通过硫选择性膜进行处理和收集轻保留物作为清洁产品，用于下游工艺例如辅助燃料源。来自第一步的高沸点馏分保留物和源于第二步的渗透物被合并且作为残留燃料被送回。0044简单的过滤方法例如ROM、NFM和UFM提供了主要通过物理尺寸和结构进行的分离。ROM分离装置的有效孔径低于0.0014微米，而NFM装置的孔从0.0008到0.005微米以及UFM装置的孔从0.0025到0.1微米。这些一定程度上涉及分子量引起的化合物选择性。例如，ROM对于低于300克/摩尔的化合物是优良的，NFM对于在160到10,000克/摩尔的化合物是优良的和UFM对于在2,000和200,000克/摩尔之间的化合物是优良的。除质量之外，分子的三维形状也影响选择性，复杂的多环结构比线型直链化合物具有更大的位阻。0045分离技术例如闪蒸器和全蒸发膜根据化合物的沸点或蒸气压被选择。例如，在闪蒸器中，液体原料被加压和加热。这种加热和加压的流体随后穿过孔，产生了快速的压降，并发生混合物内一些低沸点化合物的蒸发。具有更高沸点的更重化合物作为液体存留。因此，那么燃料原料是两相混合物。该两相(气-液)混合物随后被分离为气体流和液体流。气体流然后被冷凝以完成分离过程。全蒸发膜的使用是相似的，除了它将膜的分离过程和蒸发结合。0046在依据本公开内容的系统的一个实施方式中，配备有分馏装置的闪蒸器被用作第一阶段，以及极性全蒸发膜用在第二分离阶段。在另一个实施方式中，极性全蒸发膜被用于进行第一和第二阶段分离。这些PPVM将物理过滤和极性选择性结合以优先地分离小尺寸的极性化合物，随后应用其它的选择性，原因在于从膜的渗透物侧蒸发的迁移化合物。如果化合物可以物理地转移通过膜，但是在操作温度下它的蒸气压太低而不能蒸发，则它将不会转移至渗透相。因此，在确定温度下操作的PPVM分离器可以显示对轻烃和轻硫化物两者的选择性。0047在依据本公开内容的系统的另一个实施方式中，阶段二分离器比阶段一分离器对极性分子具有更大的选择性。这个特性有助于确保迁移通过第一膜的所有极性硫化合物和其它的离子化合物通过第二阶段渗透物流动返回到初级燃料。0048该工艺的示例性实施方式被设计成通过提取燃料馏分送到初级应用例如驱动发动机或初级发电机，提供可用于运载工具上随车携带的辅助动力设备(APU)中的低硫、清洁的燃料流。评价该工艺效率的重要参数是提取燃料混合物的低硫馏分同时在返回的初级燃料流中基本上留下所有的燃料性能添加剂和硫化合物的能力。0049图2显示在系统60中实现的图1工艺1的实施方式。在系统60中，来自罐61的初级燃料被初级燃料原料流32中的泵63加压。初级燃料原料流32随后被工艺同流换热器53加热为初级燃料第一热原料流321。初级燃料第一热原料流321随后被在换热器52中的热发动机工作液50加热为初级燃料第二热原料流322。该第二热原料流322随后被供给到阶段一分离器31，在其中它被分离为阶段一保留流37和阶段一渗透流34。阶段一渗透流34随后被转移到由喷射器驱动流体38驱动的喷射器35中。在喷射器35中，阶段一渗透蒸气流34被置于真空下，其中真空是由于喷射器驱动流体38的供给流引起。出喷射器35的是合并的液体流36，其是阶段一渗透流34和喷射器驱动流体38的混合物。该合并的液体流36流动着以冷却换热器57，在此液体流36冷却。冷却的驱动液体38与阶段一渗透蒸气34的重量比保持适当高，以使冷凝热仅仅轻微地提高合并的液体流36的温度。蒸气冷凝为液体产生了更低的体积，并因此真空在上游形成。使用具有高速驱动流体的喷射器也产生真空。0050热液体流36在换热器57中被冷却为冷的液体流360，其压力通过泵137被增加，并分离为驱动流38送到喷射器35和阶段二原料流42。冷却装置55是散热元件，其由空气冷却或液体冷却的散热器或其它适宜机构构成，例如运载工具的空调系统，通过运载工具的空调系统，多余的热量可以从系统中除去。冷却的流体流362和363在概念上是冷却回路，其图解为将热量从三个冷却换热器56、57和58转移到冷却装置55。尽管在本公开中显示了系列流动结构，但是并不被这种图解所限制，并且串行或平行流动的任何组合以及整体的或专用的冷却装置是可行的且为本公开所覆盖。同流换热器53将热量从返回的燃料流46转移到原料流32。为了确保在返回流46中的所有蒸气被冷凝，冷却换热器56被包括在内。0051液体流361的一部分作为阶段二原料流42被送到阶段二分离器41。在图2显示的实施方式中，仅仅一小部分的液体流361被送到阶段二分离器41，而大部分作为喷射器驱动流体38流向喷射器。使用液体流361作为喷射器驱动流体38消除了对使用分离工作流体及其气-液分离器和双下游冷却换热器的需要。在稳定态的操作中，气-液流36的组成主要是轻烃和轻硫化合物，如在下面更详细地讨论的。在稳定态的操作下，流体34、36、38和361的组成是相同的，其在气-液流36离开喷射器35之后，支持气-液流36的直接冷凝。0052阶段二原料42通过再热换热器51并且成为进入阶段二分离器41的热阶段二原料421。热阶段二原料421的原料流被分离成阶段二渗透流44和阶段二保留流47。在一些可选的实施方式中，阶段二原料42可以首先通过同流换热器(未显示)加热，然后进入再热换热器51，该同流换热器与来自阶段二的排出流——不是阶段二渗透物44就是阶段二保留物47——相接。阶段二分离器41中膜的硫选择性支持转移阶段二渗透流44中的大多数硫化合物，而保留一些轻烃化合物作为阶段二保留流47，其被冷却并且贮存在罐62中作为辅助燃料供给。阶段二膜的选择性越好，保留在保留流47中的轻烃越多。阶段二渗透流44被置于真空下，这是由于被传输到喷射器45中的驱动流体的作用。在这个实施方式中，喷射器45的驱动流体是阶段一保留流37。在另一个可选方式中，阶段二原料42可以用一个或多个与阶段一保留流37相接的可再生换热器加执。八、、00053使用阶段一保留流37驱动喷射器45使该工艺的复杂性最小化。从喷射器45中排出的是返回流体46，其通过同流换热器53，以提高工艺热效率。流体在返回到罐61之前，最后通过冷却换热器56，以确保返回流体处于或接近环境温度。0054一种或两种渗透流还可以在一个或多个分离冷却换热器中被冷却，以增强真空的产生。在其它的实施方式中，阶段一保留流37在作为喷射器45的驱动流体之前被冷却。例如，喷射器45可以被放置在同流换热器53的下游，以使保留流37在作为驱动流体进入喷射器45之前流过换热器53。在这个实施方式中，用于喷射器45的驱动流体是阶段一冷却保留流37。在另外的实施方式中，一种或两种渗透流还可以在一个或多个分离冷却换热器中被冷却，以增强真空的产生。0055在其它的实施方式中，从喷射器45中排出，在阶段二分离器中作为渗透物转移的硫化合物可以与来自阶段一的保留液混合并返回到初级发动机或初级燃料罐61中。0056上述所公开的系统可以被用于在运载工具上进行多阶段分离过程，以提取可用于辅助动力设备的在燃料化合物阶段二保留物47中的低硫滑流，同时设计分离步骤，以使在初级燃料32中的性能增强添加剂被保留在阶段一保留物37中或通过阶段二的渗透物44返回阶段一保留物中。在现有技术和传统的方法中，初级燃料的滑流作为辅助燃料流被移出，并且随后被处理以完全破坏、吸收或吸附硫化合物。0057本方法允许通过多阶段工艺提取低硫、清洁的燃料流，该多阶段工艺将残留物中的硫化合物返回初级燃料，而不是将它们吸附或吸收到一次性过滤器(throwawayfilter)或固体床上并在再生循环中破坏硫化合物。本方法还增强第三阶段吸附剂或吸收剂的性能，因为在燃料中的其它极性化合物也通过最初两个阶段降低了浓度。对于最普遍使用的燃料，与掺杂了具体硫化合物的代用燃料相比，吸附剂贮存容量被发现是其容量的十分之一。容量的这种下降是由于其它化合物例如添加剂或重芳香族化合物，其本质上也是极性的、占据吸附活性位。0058该系统的一个实施方式专注于使用来自阶段一37的保留物作为驱动流体用于阶段二喷射器45，阶段二喷射器45在阶段二渗透物侧提供真空。该保留流可以被冷却以增强喷射器的性能，在阶段二渗透物侧上产生更高的真空。相似地，蒸发的渗透流44也可以在进入喷射器45之前被冷却和冷凝，以进一步增强性能。阶段一保留物37也可以在进入喷射器之前被冷却，以进一步增强真空性能。喷射器周围这些流体的冷却可以通过直接冷却，或者通过结合预热阶段一或阶段二膜工艺的原料流的同流换热冷却(recuperativecooling)。0059本系统的一个实施方式专注于在冷凝和加压后使用阶段一渗透流34作为用于阶段一喷射器35的驱动流体38。0060本系统的一个实施方式专注于将流体46返回通过同流换热器53，以提高工艺热效率。该流体随后在返回罐61之前，最后通过冷却换热器56，以确保返回的流体处于或接近周围温度。0061系统的一个实施方式包括使用源自初级发动机应用的热能，以提供阶段一和阶段二分离器单元有效操作所需要的峰值热能。这在图2中用发动机50和换热器52和53说明。0062本系统工艺的另一个实施方式包括进一步与原始运载工具一体化。在这个实施方式中，冷却回路源55与运载工具的车厢空调系统一体化，以使组件冗余最小化。取决于初级燃料的类型(例如JP-8、柴油、或汽油)、在流34中的轻化合物的蒸气压和混合流36的压力，将混合流36完全冷凝为液体流361所需的温度可低于周围的温度。在这个情况下，冷却回路元件55可以与设计用于冷却车厢空气的运载工具空调回路一体化。可选择地，能够低温的专用冷却设备可以被用作冷却元件55。0063在图1和图2中表示的系统和工艺已经模型化，以评估有效地提供清洁的、低硫辅助燃料供给的能力。图3显示了报告这种模型的性能结果的图表。该模型的开发假设原料燃料流与按重量计具有500ppm硫的JP-8军用燃料相似。典型的JP-8燃料具有沸点范围从大约140°C到30(TC并且由多种化合物组成57%烷烃、20%环垸、20%芳香化合物和3%杂质。0064模型的数据被绘于图表上，y轴表示燃料的硫含量。X轴是在原料中硫化合物类的量度，用与全部原料相比较轻馏分中相对的硫浓度表示。因此，100%的数值表示硫浓度在燃料的沸点范围内是均匀的。整体硫浓度范围在1500ppm到3000ppm的Jet-A燃料几种样品的详细硫分析表明，大多数硫化合物是相对重的，由二苯并噻吩类化合物组成。当得到30%的轻馏分时，得到硫浓度大约70%的减小，表明具有1500ppm硫的散装燃料将产生具有450到500ppm硫的轻馏分。这表明典型Jet-A燃料的"轻馏分中的相对硫"为大约30%到35%，该典型Jet-A燃料在2005年从加利福尼亚LongBeach商业来源获得。上游精制工艺的改动可以改变这一特性。0065燃料的供给浓度用灰线70表示并且将是图2中流32的浓度。阶段一分离器被模拟成非选择性分离且30%的散装燃料被提取在图2的阶段一渗透物34中。因为分离是非选择性的，开口圆圈的线71代表轻馏分中的相对硫，在此情况下，轻馏分为30%的散装燃料。0066阶段二分离提取40%的原料流42作为渗透物44，并且取得移走原料中98%的硫的选择性。这个数据与公开的W.R.Grace'sPPVM模块的性能数据一致，W.R.Grace'sPPVM模块针对中间馏分石脑油燃料流中的苯并噻吩和更轻的硫化合物(ZhaoX.，KrishnaianG.和CartwrightT.;Mem6ra"eSepara"ow/orC/eaFwe&(用于清洁燃料的膜分离)；PTQ2004夏季)，在此引用其全部内容，以作参考。0067阶段二分离的性能如开口方块线72图解，其表明如果轻馏分中的相对硫少于60%，可以取得低于10ppm的硫水平。如果在辅助燃料中需要的硫水平低于10ppm或相对硫浓度大于60yo，可能需要第三阶段。在这个实例中，阶段二保留物47用液相的硫吸附剂或吸收剂在第三阶段吸附剂或吸收附模块中进一步处理，其取得95%的脱硫性能。得到的产物流中的硫浓度用开口三角形线73代表，其图解了在轻馏分的完全范围相对硫水平中低于2ppm的浓度水平。0068本工艺和系统的进一步实施方式可以包括加入这种第三阶段吸附剂或吸收剂模块以精练辅助燃料流。图4显示这种实施方式的示例性施行方式。参考图4，该系统与图2中的系统相同，除了吸附剂型精炼过滤床147被加入到阶段二保留流47中的工艺系统上。如果用于滑流的下游应用需要非常低的硫浓度，则加入精炼过滤床147。在阶段二保留液中的硫化合物被捕集到吸附剂型床中，因此，离开床147的流148具有非常低的硫浓度，类似于在图3的线73所表示的模型结果。0069精炼过滤床147可以是类似于高表面积碳的吸附剂或具有特殊表面改性以适于吸附极性硫化合物的碳的吸附剂。床147可以是吸附剂或设计成与化合物中的硫原子反应的试剂，该反应产生被捕集在床中的不溶性硫无机盐。0070综上，本公开内容涉及多阶段工艺，其用于从初级多组分燃料流中分离具有低硫浓度的燃料滑流。初级多组分燃料被供给第一阶段，其中，滑流被分离而包括较轻组分，而较重的组分存留在保留流中。较轻组分的滑流被第二阶段膜进一步加工，其中滑流的硫组分被选择性地从原料中作为阶段二渗透物移除，并且阶段二保留物作为低硫辅助燃料供给被回收。0071另一方面，本公开内容涉及多阶段工艺，在其中，一个或多个阶段是选择性的膜，并且最具体地是极性的或离子的全蒸发膜，其被设计成对较轻硫化合物具有选择性。聚合膜例如Nafion(DuPont)、特殊处理的聚酰亚胺例如S-Brane(W.R.Grace)是硫选择性极性全蒸发膜的实例。0072又一方面，本公开内容涉及多阶段工艺，在其中，一个或多个阶段是非选择性的高通量膜。作为其它优选实施方式，阶段一渗透物34被冷凝且供给到第二阶段膜工艺41。当轻馏分中的相对硫少于100%时，高通量膜被选择，如对于一些Jet-A型燃料所验证的。0073对于任何蒸发、蒸馏或全蒸发过程，从散装流体中蒸发种类由在膜内建立的液气相界面处的各个种类的蒸气压驱动。各个种类的蒸气压强烈地依赖于温度，但是所有的种类具有某一有限的蒸气压，因此，随轻馏分蒸发，痕量的较重种类也蒸发。取决于在散装燃料中的具体硫化合物种类以及这些种类在阶段一渗透物34中的痕量水平，可能需要对阶段一工艺进一步精练，以获得整体有效的系统。本系统的另一个优选的实施方式将阶段一工艺分为阶段1A和阶段1B工艺。阶段1A和阶段1B工艺都是全蒸发、通量膜、蒸馏和/或蒸发型工艺。阶段1A的渗透物34流被冷凝、再加热并作为原料流送到阶段1B工艺。阶段1B的渗透流被冷凝并如前所述被送到阶段二工艺。该第二阶段一工艺通过痕量种类的双重过滤有助于增强选择性。源自阶段1A和阶段IB的保留流被返回到初级燃料罐。0074依据本公开内容的系统的另一个示例性实施方式解决在阶段一渗透物34中痕量较重种类的问题。在这个实施方式中，在阶段一渗透流34产生之后，两步冷凝功能被整合入工艺中。图5图解了应用于图2和4所示系统的这种冷凝功能结构的一个优选实施方式。此处，类似的数字被用于表示之前参考图2和4讨论的类似元件。0075阶段一渗透物34通过部分冷凝器370，其中最重的种类被转化成液体而产生两相流381。两相流381进入气-液分离器372，产生液流384和蒸气流382。液流384使用泵373和返回连接385返回到初级罐61。蒸气流382在换热器371中被冷凝且通过连接383输送到喷射器35。喷射器35的工艺下游与上面参考图2描述的系统的其它实施方式相似。0076依据本公开内容的多阶段工艺可以被设计成使第一阶段的加压保留流流过喷射器的驱动侧，以在第二阶段的渗透物侧产生真空。在这个构造中，所有的渗透化合物返回到初级燃料流且该工艺通过消除蒸气液体分离硬件的需要被进一步简化。这个工艺和系统的增强可以包括冷却和/或冷凝原料流进入喷射器45以提高真空性能，产生用于阶段二渗透流44的更低压力。这一冷凝功能通过整合入连接冷凝系统55的换热器而可以是直接的，或可以通过同流换热器实现，所述同流换热器与其它流如阶段二原料流42在被换热器51加热之前相接，或与其它流如阶段一原料流321在被换热器52加热之前相接。其它的同流换热方面和流动构造对于增强工艺能效是可行的，并且本工艺的实施方式不被为简洁起见己说明的构造所限定。0077依据本公开内容的多阶段工艺可以被这样设计，使得第一阶段的冷凝渗透物流过喷射器的驱动侧，以在第一阶段的渗透物侧上产生真空。在这个构造中，该工艺通过消除蒸气液体分离硬件的需要被进一步简化。在另一方面，本公开内容涉及多阶段工艺，其中在第一阶段保留物和第二阶段渗透物的混合物中的热能被回收并且被转移到第一阶段原料中，以使热能的需求最小化。0078依据本公开内容的多阶段工艺可以被这样设计，使得通过整合入源自运载工具初级发动机的废热，将峰值热能提供给各阶段。通过整合入通常用于调节运载工具舱内空气的汽车蒸气压縮系统，可以将热冷却能量提供给各阶段。0079在又一方面，多阶段工艺可以被这样设计，使得膜系统被用于提取低硫滑流，该低硫滑流后来在燃料电池或氢发生系统中使用。例如，最初阶段的膜系统也可以被并入到最后的精练阶段，该精练阶段由被设计成提取硫化合物到低于10ppm浓度的水平的吸附剂或吸收剂材料组成。0080下面的典型实施例1到4被提供，以更详细地描述本公开内容。这些典型实施例提出了目前考虑用于实施本公开的优选模式，其目的在于阐明而不是限定本公开内容。实施例1:用于2-10千瓦APU的辅助清洁燃料流0081卡车和HumVee型汽车使用不同数量的柴油或物流燃料(JP-8)，这取决于速度、承载的载荷和其它参数。通常主发动机需要运行，甚至在非驾驶期间，以提供加热或A/C或通讯动力的需要。为了提高总燃料效率以及减少主发动机需要运行的时间，加热和空调以及夜视通讯动力可以通过基于氢气运行的燃料电池供应，该氢气将使用从初级燃料中分离的低硫清洁燃料(大约为散装燃料的5%到15%)产生。0082还可以参考在图1、2和4中示例的图表，源自燃料罐61的初级燃料——具有500ppm硫含量——被泵到100psig(磅力/平方英寸)，并被送到换热器53和52，在此其温度升到25(TC，随后通过下降到环境压力在单元31中被分馏、分离或部分蒸发。蒸气流或渗透流34通过与冷凝的循环流38在喷射器单元35中混合被冷凝(体积上大约为原料的25%)。冷凝的轻烃流按体积计含有大约400ppm的硫但没有添加剂以及仅含痕量的更高沸点烃组分。随后，冷凝的轻流42被送到交换器51和膜分离器41，在那里被分成液体保留流47和蒸气渗透流44，其与源自单元31的重流37结合并作为流45返回到初级燃料罐中，流45含有大约550ppm的硫和所有的添加剂。流47含有少于9ppm的硫并且是在APU重整装置(本文未显示)中使用的清洁辅助燃料，APU重整装置用于产生在产生电力的燃料电池中使用的合成气或氢气。实施例2:含lppm或更少的辅助燃料0083一些重整装置可能需要包含lppm或更少硫的辅助燃料，则另外的分离(如单元147)如下面描述被加入并在图4中被示例。保留流47通过分离器147，其是吸附和保存留下的硫种类的精炼阶段。具有少于lppm硫的超清洁保留物作为流148产生，并且如果需要在单元58中冷却，并存储在清洁辅助燃料罐中或被APU重整装置系统(本文未显示)所使用。实施例3:用于航行器APU的辅助清洁燃料0084目前商用和民用航行器具有通常大小为50到250千瓦的APU，其以低效在燃烧工艺中使用JP-8并且产生污染物，甚至当它们在陆地上时也如此。使用从航行器中散装燃料产生的辅助燃料，这些APU可以被转化成低污染或无污染的基于氢的燃料电池，如实施例1中描述。实施例4:用于船的APU的辅助清洁燃料0085海军船只和商用舰船也可以配备辅助燃料生产，以及重整装置和燃料电池，以在这些船只停靠港口时产生清洁电力，如实施例1所教导，但以250到750千瓦规模的较大容量。0086下面的实施例5到7表示实际进行的实验结果而不是模拟结果。实施例5:闪蒸器-分馏作为阶段一分离器，以及极性全蒸发膜作为阶段二分离器，在这两阶段分馏出20%。0087包含1530ppm硫的Jet燃料(JetA)样品被进行分镏，且蒸馏物被发现包含下列水平的硫。使用装备有原子发射检测仪(AED)的气体色谱分析JetA燃料样品。表A在蒸馏馏分中的硫分布<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>0088上述表A说明了各种馏分或散装烃燃料部分的特性。最后的一栏显示散装燃料的硫浓度，确定为全部JetA包含1530ppm硫水平。大多数这些硫种类被鉴定为轻硫例如硫醇、硫化物和二硫化物(824ppm)和重硫例如苯并噻吩(674ppm)。标识为10%馏分的栏代表其中仅仅最轻的种类被移除的燃料馏分，类似于阶段一渗透物，而20%馏分代表下一个馏分或10-20%馏分，其不包括在0-10%馏分中已去除的种类以及留在20-100%馏分中的种类。如数值所示，更轻的馏分比散装燃料(1530ppm)具有更少的硫(495到721ppm)，其表明轻馏分中的相对硫在10%馏分的25%和30%馏分的50%之间。数据还表明二苯并噻吩代表的大多数重硫种类保留在30-100%馏分中，其是返回到初级罐的阶段一保留物。0089具有577ppm总硫的第二蒸馏馏分(按体积为0-20%)被预热到125r并通过阶段二膜(SB4034.4)，该膜保持在125。C和26〃Hg柱真空。源自第二阶段的渗透物(以20%的阶段分馏)包含1130ppm总硫以及源自阶段二的保留液包含500ppm的总硫。在阶段一之后总硫的降低是62%以及阶段二之后总硫的降低是67%。汽油范围硫，其被定义为在沸点低于22(TC(428°华氏)的化合物中的硫，从阶段一产物中的200ppm降低到阶段二保留物中的120ppm。这一试验表明了支持本构思有效性的初步数据，但是，额外的选择性对于多数实践应用将是需要的。实施例6:闪蒸器-分馏作为阶段一分离以及极性全蒸发膜作为阶段二分离，在阶段一渗透物中具有9%分馏和在阶段二分离具有25%分馏。0090喷气燃料样品使用配有火焰光度检测器(PFPD)的气体色谱分析。下面的表B表明了总喷气燃料和从阶段一渗透物得到的9%馏分的硫种类。硫种类被更详细地显示，并被组织在表内，在表的顶端为最轻的种类以及在表的底部为最重的种类。小计被提供用于在汽油燃料馏分中通常发现的硫种类，以表明感兴趣的轻硫种类。如数据所表明，在轻馏分中的相对硫为大约40%(611ppm/1473ppm)。9%馏分还说明了更多部分重硫种类的消除，其为在汽油范围上的那些。表B来自分馏(第一阶段)的9%馏分样品<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>0091在阶段二，9%分馏蒸馏物被预热到125°C，并供给到保持在125。C和26"Hg柱真空的阶段二膜。源自阶段二的渗透物(以26%的阶段分馏)含有710ppm硫以及保留物含有427ppm硫，再次表明阶段二全蒸发膜的硫选择性。汽油范围硫被阶段二全蒸发工艺通过膜选择性地移除，而更高沸点的硫化合物没有有效地减少。因此，优选的是得到更轻的蒸馏物馏分，其在阶段一分离工艺中消除了更多的痕量重硫种类，以得到更有效的、全面的脱硫化工艺。实施例7:具有两步冷凝的高通量全蒸发膜0092这个实施例具体涉及图5，其中，使用两个冷凝器370和371。JetA燃料样品在12(TC和26〃Hg柱真空下被送过高通量膜，作为阶段一工艺起作用。阶段一渗透物34部分冷凝为液流384和蒸气流382，进一步帮助从轻化合物中分离重化合物。这里，重的高沸点硫化合物的进一步去除通过使用部分冷凝器370从阶段一渗透物34中去除。20%的阶段一馏分(原料的20%是渗透物34和原料的80%是保留液37)被提取为渗透物34，硫组成结果在下面表C中提供，为无部分冷凝的阶段一渗透物。数据显示，在渗透物34中的相对硫少于原始硫浓度的15%(181ppm对1473ppm)。尽管这个数据表明了通过阶段一ll蒸发硫化合物基本减少，但是这些组分的一些——标明在表C的汽油范围S中定义的小计之下的那些，非常难以在如上面图1中所示的阶段二16工艺中去除。这引发了一个必须解决的问题。表C高通量膜作为JetA燃料的阶段一<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>0093为了解决这个问题，在图5中示例的部分冷凝器步骤并入到阶段一11工艺。阶段一渗透物34仅仅部分地被换热器370冷却，因此仅仅最重的化合物被冷凝而最轻的化合物保持蒸气状态，使得排出流381为部分蒸气和部分液体。该排出流381进入分离器372中，其中液相或较重的化合物作为液体流384排出，而蒸气相或最轻化合物作为蒸气流382排出。在蒸气流382中的最轻化合物在换热器371中被进一步冷却，直到所有的组分被冷凝并作为液态流383排出。现在参考图6，比较蒸馏曲线，液体流383的最轻化合物用线390表示，以及液体流384的最重化合物用线391表示。0094完成了上面所描述的部分冷凝工艺的硫分析且在表D中呈现。在流384或最重化合物(重冷凝物)和流383或最轻化合物(轻冷凝物)中的硫浓度被确定。发现，轻冷凝物流383不含重硫。重硫化合物被冷凝并包含在流384中，其返回到罐中。表D阶段一渗透物的两阶段冷凝<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>0095硫浓度，作为不同冷凝物沸点的函数，在图7中说明。在这个图中，数据线394代表阶段一原料流321或进入图5中显示的系统时的全部喷气燃料。数据线393代表排出第一部分冷凝器370并在渗透物34中作为流384分离的最重化合物，以及数据线392代表图5的最轻化合物流382。0096源自第二冷凝器371的轻冷凝物被输送到阶段二分离器41或硫选择性S-Bmne膜分离器。阶段二保留物47作为清洁辅助动力燃料流被回收。阶段一保留物37和阶段一第一部分冷凝物流384与阶段二渗透物44结合并被送回到初级燃料罐。0097本系统的这个实施方式，其使用符合阶段一渗透物的两个冷凝器，在图8被示例。源自罐61的初级燃料在初级燃料原料流32中通过泵63被加压。初级燃料原料流32随后通过工艺同流换热器53被加热为初级燃料第一热原料流321。初级燃料第一热原料流321随后在换热器52中通过热发动机流体50被加热为初级燃料第二热原料流322。该第二热原料流322随后被供给到阶段一分离器31，在其中，它被分离成阶段一保留流37和阶段一渗透流34。大部分的硫化合物保留在保留流37中，因为，典型地，大部分的硫化合物比作为阶段一渗透流34被分离的轻馏分更重。该蒸气状态的阶段一渗透流34可以通过精炼过滤器处理。精炼过滤器可以包括催化剂，其中，硫化合物分别地可以通过加入氢气或空气，选择性地转化为H2S或S02和S03，以增加精炼过滤器的吸附床部分的选择性或增强第一部分冷凝器中的冷凝。该催化剂系统可以被加热到IO(TC到150°C，以提高反应性。0098阶段一渗透流34随后仅仅部分地由换热器370冷却，由此，仅仅最重的化合物被冷凝而最轻化合物保持为蒸气状态，使得渗透流381是部分蒸气和部分液体。这个流进入分离器372，其中，液相或更重化合物作为液体冷凝物流384排出且蒸气相或最轻化合物作为蒸气流382排出。在蒸气382中的最轻化合物在换热器371中被进一步冷却，直到所有的组分被冷凝且作为液体流383排出。该蒸气流382在进入第二部分冷凝器371之前，可以通过精炼过滤器处理。精炼过滤器可以包括催化剂，其中，硫化合物分别地可以通过加入氢气或空气，选择性地转化为H2S或S02和S03，以增加精炼过滤器的吸附床部分的选择性。该催化剂系统可以被加热到10(TC到35(TC，以提高反应性。0099液体流383随后被传送到喷射器35中，其通过喷射器驱动流体38驱动。在喷射器35中，阶段一轻冷凝液体流383被置于真空下，其中真空是由于喷射器驱动流体38的原料流引起。排出喷射器35的是结合的液体流36，其是阶段一轻冷凝物流383和喷射器驱动流体38的混合物。该结合的液体流36流向冷却换热器57，在那儿它被冷却。0100热液体流36在换热器57中被冷却为冷却的液体流360，其通过泵137压力被增加并且被分成送到喷射器35的驱动流38和阶段二原料流42。冷却装置55是散热元件，其由空气冷却或液体冷却的散热器或其它适宜机构构成，例如运载工具的空调系统，通过运载工具的空调系统，多余的热量可以从系统中除去。同流换热器53将热量从返回燃料流46转移到原料流32。为了确保返回流46中的所有蒸气被冷凝，包括冷却换热器56。0101一部分液体流361作为阶段二原料流42通过阶段二分离器41。在图8显示的实施方式中，仅仅一小部分的液体流361通过阶段二分离器41，而大部分作为喷射器驱动流体38流向喷射器。液体流361作为喷射器驱动流体38的使用消除了使用分离工作流体及其气-液分离器以及双下游冷却换热器的需要。在稳定状态的操作中，气-液流36的组成主要是轻烃和轻硫化合物，如在下面详细讨论的。在稳定状态的操作中，流体383、36、38和361的组成是相同的，这支持在排出喷射器35之后气-液流36的直接冷凝。0102阶段二原料42通过再热换热器51并且成为进入阶段二分离器41的热阶段二原料421。热阶段二原料421的原料流被分离为阶段二渗透流44和阶段二保留流47。在阶段二分离器41中膜的硫选择性支持在阶段二渗透流44中大多数硫化合物的转移，而保留一些轻烃化合物作为阶段二保留流47。阶段二保留流通过吸附剂型精炼过滤器床147。在阶段二保留物中的硫化合物被捕集到吸附剂型床中，因此，离开床147的流148具有非常低的硫浓度，其随后被冷却并存储在罐62中作为辅助燃料供应。0103精炼过滤器可以选择地位于阶段一渗透流的蒸气相中，其可以被加热到从10(TC到35(TC的温度。在一个实施方式中，精炼过滤器可以包括催化剂，其中，硫化合物分别可以通过加入氢气或空气，选择性地转化为H2S或S02和S03，以增加选择性和吸附能力。H2S或S02和S03随后被吸收在精炼过滤器中。0104在液体燃料中硫化合物的复杂性通过上面分析所鉴定的种类和信息得以表明，而且实际上，每一列出种类可以是一定范围的个体化合物。通常地，硫种类基于它们的化学复杂性和沸点特性可以被分成重叠的组，如下面表E中所显示的。这些种类的浓度将基于具体的燃料和用于具体燃料的精制过程和原料而变化。这种变化使得难于开发有效的用31于辅助动力应用的脱硫工艺。表E将硫种类和化合物分组<table>tableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>0105图9提供了简化的概念流程图，其略述了本公开内容的创新脱硫工艺和系统的总体范围。图10、11、12、13和14又示例了本公开的工艺和系统的许多不同的施行方式。0106现在具体转到在图9中显示的简化系统600，在组件之间的实线代表液相连接以及虚线代表蒸气相连接，而换热器、冷却器和加热器已经被省略以简化示意图。在这点上，这些潜在的热整体组件的去除并不意图限定本发明的总体范围，而只是为了有利于易于说明。0107在罐601中包含的原料燃料供应通过本公开内容的创新工艺被分离并调节成为用于辅助应用的低硫燃料。被处理的低硫燃料被储存在罐602中。传统的方法使用吸附剂或吸收剂固定床，其去除硫的种类且输送清洁的燃料，但是对于高浓度的硫种类，这些固定床可能是大的和/或需要经常地置换或再生，使这个简单的工艺无效率。本公开内容的创新工艺通过选择性地分离具体的硫种类且将它们返回到初级燃料罐601中和/或使未分离的硫种类反应以使它们容易在下游组件中分离，避开了这种无效应和无效性。0108在图9中，来自罐601的液体原料燃料通过连接610到达阶段一膜分离器，例如分离器604。低沸点燃料从原料燃料被提取为蒸气，且通过下游组件，通过连接611进行另外的处理。在这个实施方式中，这些下游工艺之一可以是气相反应脱硫(RDS)催化剂反应器607，随后是第二分离组件608。反应脱硫催化剂反应器607使用经连接620进入催化剂607的反应物。反应物可以是氧化剂例如氧气、空气、过氧化物、蒸气或其它高氧化性反应物，其给催化反应器607提供氧原子。这些RDS技术被定义为氧脱硫(ODS)技术，其中气相硫种类被氧化，形成S02或S03(SOw)化合物，它们在吸附剂床(一个或多个)上容易分离。选择性硫氧化(SCO)催化剂的一个实例由EngelhardCorporation的J丄ampert在Jo/尸oHw5bwras，第131巻，1-2期，2004年5月14日，第27-34页中描述。SCO催化剂是负载在蜂窝型整块上的贵金属催化剂。用于SO("的吸附剂/阱经常是在单一床中的混合金属氧化物，或在两个连续的床中，一个用于SCb，另一个用于SCb。0109反应蒸气也可以使用反应物例如氢气或其它高度还原反应物进行还原反应。这些RDS技术被定义为加氢-脱硫(HDS)技术，其中，蒸气相硫种类被还原形成硫化氢或H2S，其容易在吸附剂床上被分离，吸附剂床由金属氧化物例如氧化锌或混合金属氧化物例如CuO/ZnO/NiO或甚至过渡金属浸渍活性碳或沸石例如TOSOIX94组成。典型的蒸气相HDS催化剂是氧化铝上的镍-钼或氧化铝上的钴-钼。0110第二分离组件可以是蒸气相吸附剂床608(吸附剂或吸收剂)和33/或膜分离器605和/或液相吸附剂床606(吸附剂或吸收剂)，这取决于在原料混合物中的硫种类的具体类型并取决于在阶段一工艺期间在阶段一渗透物蒸气相611中分离的硫种类的具体类型和数量。这些实施方式的每一个将在下面更详细地讨论。0111通常地且考虑到在表F中定义的硫种类分组，阶段一膜工艺被设计为消除较重的组例如组3、4和5中的种类。基于罐601中的原料特征(汽油、煤油和/或柴油燃料馏分)以及在阶段一渗透物611和原料610之间的质量流量比，分离所有组3、4和5的有效性将不同。如在上面表D中所表明，在消除组4和5硫方面，阶段一膜604非常有效，但仍然具有超出50ppm的组3硫。为了消除这些组3硫，部分冷凝器603被放置在下游。结果是表0中的轻冷凝物——其代表在连接612中的分离的燃料，具有非常小的组3硫且主要由组1和2硫组成。0112一种方法可以冷凝连接612中的这种蒸气并且通过第二阶段膜反应器605处理它。取决于分离阶段二渗透物619中组1和2硫的有效性，最后阶段III的吸附剂床606可以是有效的且不需要太频繁的置换或再生循环。这种方法在上面提出的图1到5的讨论中更详细地被概述。如果阶段二膜工艺在分离组1和2硫不足够有效，则需要具有RDS催化剂607的可选实施方式。0113图10说明一种这种脱硫工艺系统的更详细的优选实施方式500。罐501中的燃料通过连接531到泵511至连接532和换热器512。在通过连接533并进入阶段一膜504之前，换热器512给燃料提供热量以提高它的温度。在换热器512中使用的热能可以是直接源自任何初级源的热量或可以是源自工艺范围之外的系统例如初级汽车发动机的回收热量，或可以是源自脱硫工艺范围之内的回收热量，或可以是这些来源的任意组合。在连接533中的燃料流进入阶段一分离器504，其中，燃料被分离为阶段一渗透物534和阶段一保留流550。重硫组主要被分离为阶段一保留流550并且返回到初级燃料罐中。只有更轻的硫组保留在蒸气渗透流534中。反应物通过连接560被计量进入系统500并且与渗透物534混合以及在催化剂507上反应。该反应的产物是更容易与非硫烃分离的硫种类。例如，它们可以通过连接537被吸附或吸收在吸附剂床508中。这产生了低硫燃料蒸气流。低硫蒸气流通过连接538排出吸附剂床508并且在换热器515中被冷凝成低硫燃料液体。换热器515可以通过外部源直接冷却，例如急冷器/剂、运载工具外冷的吸热剂——如来自高空航行器的周围空气，或通过在系统500内的任何回收冷却源直接冷却，或通过这些源的任意组合直接冷却。低硫液体烃辅助燃料随后通过连接539到达泵516，其通过连接540被泵到辅助燃料储存罐502。如果渗透物534中的轻硫组在催化剂507中有效地反应并且被吸附或吸收在吸附剂床508中，这个实施方式是非常有效的。0114如果在系统500中，渗透流534与原料流533的质量比高，在渗透流534中产生更重的硫组，则可能需要加入部分冷凝器。包括部分冷凝器513的处理系统的优选实施方式560在图11中被说明。在这个实施方式560中，蒸气相渗透物534在换热器513中被部分地冷凝并且在通过连接535之后在分离器509中被分离。具有更重硫组的冷凝液体流通过泵514被泵送通过连接551和552且返回到罐501。流535的蒸气相馏分通过分离器509被分离并且通过连接536到达RDS催化剂507。如在前面实施方式中，在蒸气相流536中残留的硫种类与源自连接560的反应物在催化剂507上反应。这些硫种类被转化成在吸附剂床508上更有效地吸附或吸收的硫种类。0115处理系统的另一个实施方式570在图12中被示例。如果不是蒸气流536中的所有硫种类都在催化剂床507中反应且在吸附剂床508中分离，则需要液相吸附剂床。在这个实施方式570中，液相吸附剂床506被紧邻加在辅助燃料供应罐502之前，以确保通过连接543放入辅助燃料罐502中的燃料原料流中存在可接受的低硫含量。否则，在图12中显示的系统570与在图11显示的系统560相同。0116在处理系统的另一个实施方式580中，其在图13中说明，RDS催化剂507的有效性被限于蒸气流534中的更重硫组，因此，高水平的轻硫组1和/或2不通过上游工艺分离而保留在连接540中的液体流中。在这个情况下，第二阶段膜反应器505可以有效地被用于最小化或消除这些组，使它们不进入液相吸附剂床506。0117在连接540中的液相燃料通过换热器517被加热并通过连接541到达膜反应器505。在膜反应器505中，第二阶段渗透流553和第二阶段保留流542被分离。由于膜的硫选择性，轻硫种类被分离到蒸气相渗透流553中。该蒸气流在换热器518中被冷凝并通过泵519被泵回到罐501中。0118辅助燃料流是保留流542。基于第二阶段反应器505的性能，可以需要或可以不需要精炼过滤器506。低硫燃料流随后通过连接543输送到辅助储存罐502。0119处理系统590的另一个实施方式在图14中被示例。在这个实施方式590中，包括部分冷凝器513/分离器509和第二阶段膜反应器505。这个实施方式590的单独讨论被认为没有必要，因为这个实施方式的特征仅仅从图11-13中显示的实施方式的特征组合而来。0120对图11中呈现的结构进行有效性确认，并且测试数据在下面表F中呈现。用反应物560进行两次运行(18788-52A和18788-52B)，该反应物560为用于加氢脱硫工艺的氢气，并且催化剂507为商业的NiMo型。一个试验(921-3-4)用反应物560进行，该反应物560为用于氧j七脱硫工艺的氧气(空气)，催化剂507是专有的贵金属型催化剂。在所有三个实验期间，吸附剂床508是高表面积活性碳型床。所示数据代表在冷凝之后流539中硫种类的浓度。数据清楚地表明了图11中定义的实施方式的硫减少能力，对于试验运行18788-52A，硫浓度低于15卯m。表F采用RDS和部分冷却器的三次运行的试验数据结果(图11)试验运行试验运行试验运行18788-52A18788-52B921-3-4硫种类情况Ml轻组分Ml轻组分Ml轻组分用HDS用HDS用ODS硫醇000噻吩000甲基噻吩000四氢噻吩000C2-噻吩0.10.46.4C3-噻吩1.23.631.0C4-噻吩3.47.827.336<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table>0121变更、改变和增加可以在上述的系统和工艺中进行，而不脱离本文所包含的公开范围。因此，意味着上述描述中包含的以及如附图中显示的所有事项应当认为是说明性的和示例性。并不意味着本公开内容限于所说明的实施方式。权利要求1.从初级燃料流生产含低浓度硫化合物的辅助燃料流的方法，所述方法包括通过将一部分所述初级燃料流通过第一膜分离阶段，从所述初级燃料流分离第一蒸气渗透流和第一保留流；在第一分离阶段部分冷凝器中将一部分所述第一蒸气渗透流冷凝为第一液体阶段流和第一蒸气阶段流；和将所述第一蒸气阶段流通过脱硫反应器。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述第一蒸气阶段流输送到精炼过滤器。3.如权利要求2所述的方法，其中所述精炼过滤器包括将所述硫化合物转化成硫化氢或氧化硫的催化剂。4.如权利要求1所述的方法，进一步包括在第二分离阶段部分冷凝器中将一部分所述第一蒸气阶段流冷凝为第二液体阶段流。5.如权利要求4所述的方法，其中所述第二液体阶段流被输送到精'炼过滤器，并且所述精炼过滤器的流出液体成为清洁燃料。6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一分离阶段包括高通量、非硫选择性的膜，其保持在预定的全蒸发温度范围和预定的全蒸发真空范围内。7.如权利要求4所述的方法，其中所述第一分离阶段包括高通量、非硫选择性的膜，其保持在预定的全蒸发温度范围和预定的全蒸发真空范围内。8.如权利要求1所述的方法，其中所述冷凝一部分所述第一蒸气渗透流的操作通过控制所述第一部分冷凝器的温度来操纵。9.如权利要求6所述的方法，其中所述冷凝一部分所述第一蒸气渗透流的操作通过控制所述第一部分冷凝器的温度来操纵。10.如权利要求4所述的方法，进一步包括通过将所述第二液体阶段流通过第二分离阶段，从所述第二液体阶li流中分离第二蒸气渗透流和第二保留流；和混合所述第一保留流和所述第二蒸气渗透流并且将该混合物返回到戶万述初级燃料流。11.如权利要求4所述的方法，进一步包括通过将所述第二液体阶段流通过第二分离阶段，从所述第二液体阶段，荒中分离第二蒸气渗透流和第二阶段保留流。12.如权利要求10所述的方法，其中第二保留流被输送到精炼过滤器，并且所述精炼过滤器的流出液体成为用于辅助动力设备的清洁燃料。13.如权利要求11所述的方法，其中分离所述第二蒸气渗透流和第二阶段保留流包括将所述第二液体阶段流通过硫选择性膜，该膜保持在预定的全蒸发温度范围和预定的全蒸发真空范围内。14.如权利要求11所述的方法，进一步包括将所述第二阶段保留流通过精炼过滤器。15.从初级燃料流生产含低浓度硫化合物的辅助燃料流的系统，所述系统包括第一分离阶段，其将部分初级燃料流分离为第一蒸气渗透流和第一f呆留流；第一分离阶段部分冷凝器，其连接到所述第一蒸气渗透流，将部分所:述第一蒸气渗透流冷凝为第一液体阶段流和第一蒸气阶段流；和第二分离阶段部分冷凝器，其将部分所述第一蒸气阶段流冷凝为第二液体阶段。16.如权利要求15所述的系统，进一步包括连接到所述第二液体阶段流的精炼过滤器，并且其中所述精炼过滤器的流出液体成为清洁燃料。17.如权利要求15所述的系统，其中所述第一分离阶段包括高通量、非硫选择性的膜，该膜保持在可操作的预定全蒸发温度范围和预定全蒸发真空范围内，以将所述初级燃料流分离为所述第一蒸气渗透流和所述第一保留流。18.如权利要求15所述的系统，其中所述第一部分冷凝器的温度被控制以操纵冷凝所述部分第一蒸气渗透流。19.如权利要求17所述的系统，其中所述第一部分冷凝器的温度被控制以操纵冷凝所述部分第一蒸气渗透流。20.如权利要求15所述的系统，进一步包括第二分离阶段，用于将所述第二液体阶段流分离成第二蒸气渗透流和第二保留流；和混合器，以混合所述第一保留流和所述第二蒸气渗透流并且将该混合物返回到所述初级燃料流。21.如权利要求15所述的系统，进一步包括第二分离阶段，用于将所述第二液体阶段流分离成第二蒸气渗透流和第二保留流。22.如权利要求21所述的系统，进一步包括连接到所述第二保留流的精炼过滤器。23.如权利要求21所述的系统，其中所述第二分离阶段包括硫选择'性的膜，该膜保持在可操作的预定全蒸发温度范围和预定全蒸发真空范围内，以将所述第二液体阶段流分离为第二蒸气渗透流和第二保留流。24.如权利要求21所述的系统，进一步包括精炼过滤器，其接收所述第二阶段保留流并由此产生所述辅助燃料流。25.如权利要求15所述的系统，进一步包括精炼过滤器，其连接在所:述第一分离阶段和接收第一阶段渗透蒸气的所述第一分离阶段部分冷凝器之间。26.如权利要求25所述的系统，其中所述精炼过滤器包括将硫转化成硫化氢或氧化硫的催化剂，以增加所述精炼过滤器的选择性和吸附能力。27.从初级燃料流生产含低浓度硫化合物的辅助燃料流的方法，所述方法包括通过将一部分所述初级燃料流通过第一膜分离阶段，从初级燃料流勿、离第一蒸渗透流和第一保留流；在第一分离阶段部分冷凝器中将一部分所述第一蒸气渗透流冷凝为第一液体阶段流和第一蒸气阶段流；将所述蒸气阶段流与反应物在催化剂反应器中反应，以形成可分离的硫化合物；和在第二分离组件中分离所述硫化合物。28.如权利要求27所述的方法，其中所述反应物是氧化剂。29.如权利要求27所述的方法，其中所述反应物是还原反应物。30.如权利要求27所述的方法，其中所述第二分离组件是吸附剂床。31.如权利要求27所述的方法，进一步包括将所述第一蒸气阶段流车俞送到精炼过滤器。32.如权利要求31所述的方法，其中所述精炼过滤器包括将所述硫化合物转化成硫化氢或氧化硫的催化剂。33.如权利要求27所述的方法，进一步包括在第二阶段部分冷凝器中将部分所述第一蒸气阶段流冷凝为第二液体阶段流。34.如权利要求33所述的方法，将所述第二液体阶段流输送到精炼过滤器。35.如权利要求27所述的方法，其中所述第一分离阶段包括高通量、非硫选择性的膜，其保持在预定的全蒸发温度范围和预定的全蒸发真空范围内。36.如权利要求33所述的方法，进一步包括通过将所述第二液体阶段流通过第二分离阶段，从所述第二液体阶段流中分离第二蒸气渗透流和第二保留流。37.如权利要求36所述的方法，其中所述第二保留流被输送到精炼过滤器。38..如权利要求36所述的方法，其中分离所述第二蒸气渗透流和第二阶段保留流包括将所述第二液体阶段流通过硫选择性膜，该膜保持在预定的全蒸发温度范围和预定的全蒸发真空范围内。39.如权利要求38所述的方法，进一步包括将所述第二阶段保留流输送通过精炼过滤器。40.从初级燃料流生产含低浓度硫化合物的辅助燃料流的系统，所述系统包括第一分离阶段，其将部分初级燃料流分离为第一蒸气渗透流和第一保留流；第一分离阶段部分冷凝器，其连接到所述第一蒸气渗透流，将部分所述第一蒸气渗透流冷凝为第一液体阶段流和第一蒸气阶段流；反应脱硫催化剂反应器，其接收所述第一蒸气阶段流；和第二分离阶段部分冷凝器，其将来自所述催化剂反应器的部分所述第一蒸气阶段流冷凝为第二液体阶段。41.如权利要求40所述的系统，进一步包括连接到所述第二液体阶段流的精炼过滤器，并且其中所述精炼过滤器的流出液体成为清洁燃料。42.如权利要求40所述的系统，其中所述第一分离阶段包括高通量、非硫选择性的膜，该膜保持在可操作的预定全蒸发温度范围和预定全蒸发真空范围内，以将所述初级燃料流分离为所述第一蒸气渗透流和第一保留流。43.如权利要求40所述的系统，其中所述第一部分冷凝器的温度被控制以操纵冷凝所述部分所述第一蒸气渗透流。44.如权利要求42所述的系统，其中所述第一部分冷凝器的温度被控制以操纵冷凝所述部分所述第一蒸气渗透流。45.如权利要求40所述的系统，进一步包括第二分离阶段，其用于将所述第二液体阶段流分离为第二蒸气渗透流和第二保留流；和混合器，用于混合所述第一保留流和所述第二蒸气渗透流并将该混合物返回所述初级燃料流。全文摘要从初级燃料流生产含低浓度硫化合物的辅助燃料流的系统包括第一分离阶段，以将部分初级燃料流分离为第一蒸气渗透流和第一保留流；第一分离阶段部分冷凝器，其连接到第一蒸气渗透流，将部分第一蒸气渗透流冷凝为第一液体阶段流和第一蒸气阶段流；和第二分离阶段部分冷凝器，其将部分第一蒸气阶段流冷凝为第二液体阶段。第一蒸气渗透流优选地被输送通过蒸气相反应脱硫催化剂反应器，以将存在的任何硫化合物调节为可以容易地从燃料流中分离的种类。该工艺包括通过将部分初级燃料流通过第一膜分离阶段，将第一蒸气渗透流和第一保留流从初级燃料流中分离，在第一分离阶段部分冷凝器中将部分第一蒸气渗透流冷凝为第一液体阶段流和第一蒸气阶段流，并且将第一蒸气阶段流通过脱硫反应器。该流随后可以通过吸附床处理以有效地去除硫化合物。文档编号B01D53/22GK101522285SQ200680053586公开日2009年9月2日申请日期2006年9月25日优先权日2006年2月1日发明者K·杜赖斯瓦米,R·R·伍德兹申请人:智能能源公司