专利名称：：用于向燃料电池组件供给丙烷燃料的燃料供给组件以及使用该燃料供给组件的燃料电池系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于燃料电池系统的包含烃的燃料原料的处理，特别是涉及用于执行丙烷燃料原料的处理的燃料处理组件。
背景技术：
：燃料电池是通过电化学反应直接将存储在烃燃料中的化学能转换成电能的装置。一般地，燃料电池包含由电解质隔开的阳极和阴极，该电解质用于传导带电离子。通过如下方式使熔融碳酸盐燃料电池工作使反应物燃料气体穿过阳极同时使氧化气体穿过阴极。为了产生有用的功率水平，以串联的方式堆叠若干单体燃料电池，而导电的隔板位于各电池之间。当前的燃料电池需要由氢气构成的洁净气体或者氢气与一氧化碳的混合物作为反应物气体。反应物燃料气体一般是通过使用重整工艺从含烃原料开发出来的。含烃原料例如天然气、调峰气体(peakshavinggas)、沼气和煤层甲烷一般包含大量的低级烃，即具有3个或更少的碳的烃(C2、C3)例如曱烷，以及少量的氢气、二氧化碳、氮气和高级烃(C4、C5等，即C+)。其它的烃气体例如HD-5丙烷或掺有丙烯的丙烷气体通常包含大量的高级烃例如丙烷或丙烯、痕量的丁烷、戊烷和少量的氢气、二氧化碳和低级烃。6燃料原料通常经受预处理以减少或消除高级烃并将一部分低级烃转化成甲烷、氢气和二氧化碳。通过使用跟随有预重整组件的脱氧剂组件实施常规预处理。在原料进入预重整组件之前，该脱氧剂组件降低燃料原料中的氧气浓度。这保护了在预重整组件中使用的催化剂(通常为镍基催化剂)，否则该催化剂会在氧气存在时被失活。在预重整组件中，预重整反应是可能基于燃料组成和水汽非有意地导致碳形成的转化过程。由于形成碳的倾向性随着丙烯的浓度增加而增加，因此当燃料原料包含丙烯时，特别关注碳的形成。产生的碳沉积在预重整组件的重整催化剂的活性位置上，由此使催化剂失活。这样会减少预重整组件的寿命。为了减少常规的预重整组件中的碳形成，已提出了要么包含碱(alkali)要么基于活性氧化镁栽体的特定催化剂。另一技术是使用绝热处理。在这种情况下，固定床绝热预重整组件将低温下的高级烃内含物与水汽转化成甲烷、氢气和碳氧化物。必须从氢气源向被供给到常规的预重整组件的燃料原料供给附加的氢气。这需要在原料中提供足够浓度的氢气以维持用于重整催化剂的还原环境，由此维持催化活性。而且，一些燃料原料，特别是含丙烯的燃料原料，一般具有高浓度的含硫化合物，包括含高分子量的含硫化合物。这些化合物趋于使预重整组件中的重整催化剂失活。虽然燃料原料在被运送到预重整组件之前一般在脱疏器单元中被脱硫，但燃料原料中的高硫浓度以及丙烯降低脱硫器单元的能力。可以理解，由于需要用于供给氢气、用于减少碳形成和用于去除丙烯的附加单元或特殊构件以及用于去除进入预重整组件中的氧气的附加单元，因此燃料原料的常规预处理是复杂且昂贵的。另外，由于需要频繁更换或更生脱硫器单元，因此用于清洁具有高硫含量的燃料的脱硫器单元的能力降低导致了附加的操作成本。因此，本发明的目的是提供一种燃料供给组件，该燃料供给组件有助于减少用于燃料电池组件的燃料原料的硫含量。本发明的另一目的是提供适于处理含有丙烷的燃料的上述燃料供给组件。本发明的另一目的是提供一种燃料电池系统，其包含上述的燃料供给组件以及特别适于预处理丙烷燃料的预处理组件。
发明内容在如下的燃料供给组件中实现了上述和其它目的该燃料供给组件接收液体燃料原料的供给，该液体燃料原料包含具有高级烃和低级烂内含物的烃以及高分子量的含硫化合物，所述高级烃内含物和高分子量含硫化合物比低级烃内含物更不易挥发。燃料供给组件向燃料电池组件供给燃料，并且包含适于容纳液体燃料原料的外壳单元使得液体燃料原料经受允许至少一部分的液体燃料原料气化以形成燃料原料蒸气的气化条件，该气化条件使得，在燃料原料蒸气中与在液体燃料原料中相比，低级氢气(lowerhydrogen)内含物的浓度更高并且高级烃内含物和高分子量含硫化合物的浓度更低。燃料供给组件还包含具有与外壳单元连接的第一端和适于与燃料电池组件连接的第二端的收集单元，该收集单元从外壳单元收集燃料原料蒸气，以使得燃料原料蒸气可用于燃料电池组件。在燃料供给組件的某些形式中，该组件还可包含与外壳单元连接的汲取单元，用于从外壳单元汲取液体燃料原料；和用于在外壳单元内维持预定的蒸气压力和气化率的流动稳定器单元，该流动稳定器单元具有与汲取单元连接的入口和与外壳单元连接的出口。流动稳定器单元可任选地包括加热单元，并且汲取单元可任选地包含燃料流动控制构件，该燃料流动控制构件用于控制被汲取单元从外壳汲取到流动稳定器单元的液体燃料原料的流动，使得在为了冲洗外壳单元通过汲取单元汲取液体燃料原料期间没有燃料原料流向燃料流动稳定器单元0如果外壳单元中的液体燃料原料的水平达到预定的水平或更低，那么汲取单元也可任选地适于从外壳单元汲取基本上所有的液体燃料8原料以冲洗外壳单元。有用的预定水平是外壳单元容积的20%。此外，在供给组件的一些形式中，液体燃料原料包含含有丙烷的液体燃料原料，其中丙烷包括在低级烃内含物中。可以利用燃料供给组件和燃料电池组件形成燃料电池系统。该系统还可任选地包括预热器和加湿器组件，用于将燃料原料蒸气与输入的水结合以提供具有预定的水汽与碳比例(例如3)的加湿的燃料蒸气，并用于将加湿的燃料蒸气预热到预定温度例如为320°C;脱硫器，其具有与燃料供给组件的收集单元的第二端连接的入口以及与加湿和预热组件连接的出口，其中脱硫器从燃料供给组件的收集单元接收燃料原料蒸气并从燃料原料蒸气去除含硫化合物；和预处理组件，其从加湿和预热组件接收加湿的预热燃料原料蒸气，该预处理组件适于重整燃料原料蒸气以减少燃料原料蒸气中的丙烷和具有高级烃内含物的烃以提供氢气和具有低级烃内含物的经。还公开了使用该液体燃料原料和燃料电池组件的方法。结合附图阅读以下的详细说明，本发明的以上和其它特征及方面将变得更加明显，在这些附图中，图1显示了用于处理燃料原料的燃料电池系统；图2显示了图1的燃料电池系统的燃料供给组件的详细示意图3显示了图解随着图2的燃料供给组件的外壳单元被耗尽HD-5燃料原料中的乙烷和丙烷的浓度变化的坐标图4显示了图l的燃料电池系统的燃料预处理组件的详细示意图；图5显示了在不同的燃料原料入口温度下的图4的预处理组件的性能数据的坐标图6显示了在图4的预处理组件中预处理的HD-5丙烷气体和天然气的离开气体组成的柱状图7A和图7B分别显示了用天然气操作的图1的燃料电池组件的性能数据与用丙烷和掺有丙烯的丙烷燃料操作的图1的燃料电池组件的性能数据相比的坐标图。详细描述图1显示了包含具有燃料供给组件102、脱硫器104和预处理组件108的燃料输送组件101的燃料电池系统100。燃料输送组件101向燃料电池组件112输送富氢燃料。燃料输送组件101的燃料供给组件102提供包含甲烷、乙烷、丙烷、碳氧化物(CO和COJ和具有高级烃内含物的烃(例如C冲烃)以及一定量的氧气和氢气的燃料原料。虽然燃料电池系统100的燃料输送组件101适于输送和处理各种燃料原料，包括天然气、调峰气体、沼气或煤层甲烷，但它特别适于输送和处理掺有丙烯的HD-5+丙烷气体或HD-5丙烷气体。来自燃料供给组件102的燃料原料通向脱硫器104，在那里，燃料原料中的含硫化合物以物理和/或化学方式被去除。然后，脱硫的燃料原料在被运送到预处理组件108之前流向加湿器和预热器组件106,在那里，燃料原料与水结合并且加湿的燃料原料被预热到适当温度，例如为约320-500°C。当燃料原料包含掺有丙烯的HD-5+丙烷气体或HD-5丙烷气体时，燃料原料在加湿器和预热器组件106中与预定量的水混合，使得加湿的燃料原料的水汽与碳的比例受到精确控制。例如，与HD-5丙烷气体混合的预定量的水为每l摩尔丙烷气体约9摩尔，使得水汽与碳的比例维持在约3。与此对比，与天然气燃料原料混合所需要的典型水量为每l摩尔天然气约2摩尔。另外，包含掺有丙烯的HD-5+丙烷或HD-5丙烷的加湿的燃料原料在加湿器和预热器组件106中被预热到的适当温度，相比加湿的天然气需要被预热到的温度更低。特别地，将加湿的丙烷或掺有丙烯的丙烷预热到约320。C对于预处理组件108中的后续处理是足够的，而加湿的天然气燃料需要被预热到约450°C以在预处理组件108中实现类似的结果。如上所述，被加湿并被预热的燃料原料被运送到预处理组件108，在那里，它经受预处理。离开组件108的预处理的燃料原料适用于燃料电池组件112。在燃料电池组件112中，富氢燃料发生电化学反应产生电能(power)。燃料原料以蒸气的形式从燃料供给组件102被输送到脱硫器104，以减少进入并且必须通过脱硫器104被去除的硫的量从而延长脱硫器的工作寿命。在图2中示出燃料供给组件102的详细示意图。如图所示，燃料供给组件102包含用于在其中容纳处于液体和气体或蒸气状态的燃料原料的燃料外壳单元201例如燃料罐体。燃料供给组件102还包含与燃料外壳单元201连接的蒸气取出构件202，该蒸气取出构件202用于收集外壳单元201中的燃料原料蒸气即气体状态的燃料原料，并通过使蒸气取出构件202与脱硫器104连接的连接组件203用于将燃料原料蒸气输送到外壳单元201外面。图2还示出，燃料供给组件包含具有汲取构件204的汲取单元200，例如一部分被外壳单元201封住的汲取管。特别地，汲取构件204的第一端204a被插入外壳单元201中，使得端部204a延伸到燃料原料液面以下并且与液体燃料原料接触并优选浸入其中。汲取构件204的第二端204b延伸到外壳单元201的外面，并与汲取单元200的连接组件205连接。汲取构件204用于通过第一端204a从外壳单元201抽出液体燃料原料，并且通过汲取构件204的第二端204b将汲取到外壳单元201外面的燃料原料输送到连接组件205的吸取单元205b。如下文更加详细地所述，可通过汲取构件204汲取液体燃料原料以冲洗或清洗燃料供给组件102，特别是冲洗燃料外壳单元201。此外，当不被用于沖洗外壳单元时，使用汲取构件204汲取的液体燃料原料可穿过流动稳定器单元206并然后返回燃料外壳单元201以使外壳单元201内的蒸气压力维持在最佳的气化率。为此，流动稳定器单元2G6通过连接组件205使其入口206a与汲取构件204连接并且通过连接组件207使其出口206b与外壳单元201连接。流动稳定器单元206包含用于加热液体燃料原料的加热单元使得当液体燃料原料返回外壳单元201时维持最佳的蒸气压力。为了控制燃料流穿过连接组件205的方向，可以与连接组件205一起使用具有阀门开口205aa、20hb和205ac的三通阀门205a。特别地，当外壳单元201正在被沖洗或清洗时，阀门开口205aa和205ab打开，而阀门开口205ac关闭，使得从燃料供给组件102去除由汲取构件204汲取的燃料。在燃料供给组件102的蒸气取出单元202的操作期间，即当外壳单元不被沖洗时，阀门开口205aa和205cc打开，而阀门开口205ab保持关闭，使得由汲取构件204汲取的燃料通过连接组件205流向流动稳定器单元206。图2的燃料供给组件102限制存在于供给到脱硫器104的燃料中的含硫化合物的量。特别地，从提供HD-5丙烷气体组分的沸点的下表1可以看出，高分子量含硫化合物和高级烃一般比燃料化合物更不易挥发。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>因此，液体燃料原料如果经受基本上仅允许低级烃(c2、c3)气化的气化条件，那么与液体燃料相比，将提供包含更高浓度的低级烃和更少或更低浓度的高分子量含硫化合物(聚合的噻吩(thiopene)、硫化物和硫醇)和高级烃(C4+)例如丁烷的燃料原料蒸气。用于产生该结果的特定气化条件将当然依赖于外壳单元201所处的环境，并且还依赖于用于加热液体燃料原料的任何外部装置例如流动稳定器单元206。一般地，45-120°F的环境温度将充分地加热罐体201,使得基本上只有低级烃通过自然气化而气化。这些温度一般还将导致lO-Upsig的期望气化率。如果环境是恶劣的并且没有正常达到这些温度，那么可能另外需要外部装置以将液体燃料原料加热到所需要的温度，以引起低级烃的显著气化而不使大量的高级烃和高分子量含硫碳氢化合物气化，同时还实现期望的气化率。另外，如果必须使用更高温度以提供期望的气化率，那么必须针对得到的蒸气中的高级烃和高分子量含硫化合物的增量来权衡该气化率的实现。如上所述，与液体燃料原料相比，由蒸气取出单元204从外壳单元201收集的燃料原料蒸气导致供给更富含低级烃或轻质烃组分并包含显著更少量的高分子量硫化合物的燃料。特别地，已确定，通过使液体燃料原料经受上述的温度范围，燃料原料蒸气中的高分子量含硫化合物的量(约3.6-23ppm)是液体燃料原料中的这种化合物的量(约35-40ppm)约1/10。可以理解，随着在上述的气化条件下将燃料原料蒸气输送到外壳单元201外面并在外壳单元201中产生更多的燃料原料蒸气，留在液体燃料原料中的高分子量含硫化合物的浓度增加。而且，随着外壳单元201中的燃料原料被耗尽，液体燃料原料的组成发生改变。图3显示了图解随着外壳单元被耗尽HD-5液体燃料原料中的乙烷和丙烷浓度变化的坐标图。在图3中，X轴表示外壳单元201中的燃料原料填充百分比，而Y轴表示HD-5液体燃料原料中的乙烷和丙烷浓度的百分比。如图所示，随着外壳单元201的燃料被耗尽，HD-5液体燃料原料中的乙烷浓度降低，而丙烷浓度增加。如上面讨论的那样，这是由于较轻的烃(例如曱烷、乙烷)比较重的烃(例如丙烷和丁烷)更易挥发并气化到明显更大的程度。为了避免随着燃料外壳单元201被耗尽液体燃料原料中的高分子量含硫化合物和较重经的浓度显著增加，优选在燃料供给组件102的操作中冲洗或清洗外壳单元201。另外，在外壳单元201的燃料原料填充水平由于气化降低到预定水平以下(进一步气化时这将导致燃料原料蒸气具有不期望浓度的高级烃和高分子量含硫化合物)之后，燃13料原料蒸气不应被收集。适当的预定水平为约20%填充水平。因此，当燃料原料填充水平达到该水平或更低时，经由连接组件205通过汲取构件204从外壳单元201去除燃料原料，由此通过去除包含较高水平的硫和较重烃的液体燃料原料冲洗或清洗外壳单元201。在从外壳单元201去除该燃料原料的过程中，阀门205a的阀门部分20ha和205ab打开，而阀门部分205ac关闭，以允许将燃料原料取出到组件102外面。然后用新供给的燃料原料重新填充外壳单元201并且有自然的燃料蒸气产生，使得可恢复燃料蒸气收集。可通过使汲取构件204与新的燃料原料供给连接实现外壳单元201的重新填充。特别地，可通过使用汲取构件204执行该重新填充以填充整个外壳单元201。可通过使用反向操作的汲取组件205来实现这一点，以将新的燃料供给汲取到管子204并汲取到所述单元中。还可通过将新的燃料供给到与汲取管连接的单独的填充喷口(未示出)来实现这一点。作为重新填充所述单元的替代方案，可以用已完全填充的单元替换整个单元。在所述单元充满或被充满的单元替换之后，液体燃料原料将如上面说明的那样以燃料原料蒸气形式被从所述单元中取出。应当注意，虽然在图1中仅示出一个外壳单元201,但是可以使用附加的外壳单元。并且，可基于燃料电池组件112操作所需要的液体燃料原料的体积来调整单元尺寸。例如，两个2000加仑单元可保持液体燃料原料供给持续这样的操作约一星期。如果使用多个单元，那么可以将各单元管接在超前滞后(lead-lag)系统中，并且当第一单元使用不足时，将使用其它的单元以供给燃料电池，反之亦然。如上所述，从外壳单元201收集的燃料原料蒸气经由连接组件203流向脱硫器104,以用于去除存在于蒸气中的任何含硫化合物。在共同受让的申请No.:10/628653中说明了可在燃料输送系统101中使用的适当的脱硫器104，在此以引用的方式将其全部公开并入本文。特别地，脱硫器104优选包含多个催化剂床，使得燃料气体蒸气首先穿过所述床中的一个并然后穿过其它(一个或多个)床。在图1中示意示出的脱硫器104包含第一催化剂床104a和第二催化剂床104b，并且，如果使用'653申请的脱硫器，那么第一床104a包含活性碳吸附剂或基于铜-铬的活性碳吸附剂，而第二床104b包含沸石例如钠-沸石吸附剂。特别地，脱硫器104的示意性实施方案包括包含由NORITAmericasInc.制造的活性碳吸附剂RGM-1或RGM-3的第一床104a和包含由EngelhardCorporation制造的钠-沸石吸附剂CNG-1的沿燃料流动方向跟随第一床104a的第二床104b。在该示意性例子中，第一床104a的体积为lift3,而第二床104b的体积为6ft3。第一床104a适于在燃料气体通过该床时去除高分子量有机含硫化合物例如硫醇、噻吩和四面体遙吩，以及无机含硫化合物例如硫化羰和硫化氩。第二床104b适于去除分子量小于或等于65的低分子量有机含硫化合物，包括但不限于二甲基硫醚、乙基曱基硫醚、甲基硫醇和乙基硫醇。乙基硫醇被用作HD-5燃料的增味剂。乙基硫醇是可通过使用CNG-1沸石吸附剂捕获的轻质有机分子。如上所述且如图1所示，经由连接组件203运送到脱硫器104的来自燃料供给组件102的燃料原料首先穿过第一床104a并然后穿过第二床104b。由于当燃料首先进入第一床104a时第一床104a中的RGM催化剂可能变热，因此燃料在流向脱硫器104之前可首先在混合单元(出于简化和清楚的目的没有示出)中与来自氮气供给103的氮气混合以限制温度升高。由于烂(例如丙烷和其它高级烃)吸收引起的热量，因此将在脱疏器容器中产生热。将一直产生热直到它达到饱和。为了避免容器过热，氮气作为吹扫气体与燃料一起使用，使得含硫化合物不会从碳床表面解吸。在从燃料原料去除含硫化合物之后，燃料从脱疏器104流向预热器106，在那里，燃料被加热到预定的温度，并然后流向预处理组件108。在图4中显示了预处理组件108的一个实施方案的详细示意图。如图所示，预处理组件108包括脱氧剂床304、丙烷处理器床305和预重整床306形式的三个燃料处理单元。这些床被配置或容纳于共同的容器302中，该容器302具有用于从预热器106接收预热的燃料原料的入口308和用于将预处理的燃料原料排放到燃料电池組件112的出口310。如图所示，丙烷处理器床305被配置为沿原料的流动路径301跟随脱氧剂床304，而预重整床306被配置为跟随丙烷处理器床305。并且，典型可由网目尺寸为10-14的镍网制成的筛网312所表示的多孔构件将这些床分开并为床304、305提供支撑。在容器302的下表面302a上又支撑预处理床306。脱氧剂床304包含脱氧催化剂，该脱氧催化剂一般可为氧化铝承载的Pt/Pd或由SudChemieInc.制造的G-74D。也可使用其它催化剂例如基于Pt-Rh的催化剂和基于Rh-Pd的氧化铝催化剂。丙烷处理器床305包含掺杂有促进剂的镍基耐碳催化剂，所迷促进剂是例如氧化铈、氧化镧、4巴、铂或这些化合物的组合。适当的镍基耐碳或抗焦化催化剂的例子是由SudChemie制造的FCR-HC59。在预重整床306中使用的催化剂可以是标准镍基催化剂。例子为镍基氧化铝催化剂或由Sud-ChemieInc.制造的C11-PR催化剂。另外，也可使用其它镍基催化剂，例如由JohnsonMatthey制造的CRG-F和CRG-LH，或者由BASF制造的G-180。在两个床中使用的催化剂的形状可改变。例如，在示出的情况下，在脱氧剂床304、丙烷处理器床305和预重整床306中使用球粒状催化剂。另外，包含具有催化剂涂层的陶瓷单块基材的单块基催化剂结果适用于各床。如上所述，预处理组件108降低或基本上消除燃料原料中的高级烃含量和氧气含量。它还降低低级烃含量并增加原料中的氢气含量。由于在共同的容器302中配置脱氧剂床304、丙烷处理器床305和预重整床306,因此预处理降低了使所述床中的催化剂失活的可能性，并且，在不需要从氢气供给向燃料原料添加氩气的情况下实施该预处理。特别地，脱氧剂床304的催化剂有利于从燃料原料中去除氧气。通过借助于催化剂使氧气与原料中的甲烷如下反应去除氧气2CH,+02—2CO+4H2+热量(^4+02~^02+2112+热量还通过使原料中的丙烷与氧气如下反应，在脱氧剂床304中去除氧气:C3Hs+202—2CO+2C02+4H2+热量在脱氧剂床304中去除氧气防止了预重整床306中的催化剂的失活。它还产生维持这种催化剂的还原环境所需要的附加氢气。丙烷处理器床305中的耐碳催化剂选择性地针对丙烷和丙烯，并促进燃料原料中的丙烷和丙烯向甲烷和碳氧化物的转化，如下所示C3H6+2H20—C02+2CH4+H2C3HS+2H204C02+2CH4+2H2丙烷处理器床305使得预处理组件108能够处理包含至多5%丙烯的商业级丙烷燃料。在预重整床306中，脱氧原料中的高级烃内含物的降低得到催化剂的辅助，并且其发生是由于高级烃内含物转化成氢气、碳氧化物和曱烷的混合物。还通过转化发生低级烃内含物的降低，并且导致氢气和碳氧化物的增加。特别地，燃料中约10%的曱烷被重整，以便为燃料电池组件中的电化学反应提供氢气。燃料中的剩余曱烷在燃料电池组件内被重整。以下的反应例示了转化过程CnHm+nH20—nC0+(m/2+n)H2CH4+H204C0+3H2C3H8+2H20-^C02+2CH4+2H2如上所述，脱氧剂床304首先相对于燃料原料的流动方向或流动路径301和容器302的入口被设置在容器302中。丙烷处理床305沿流动路径301的方向跟随脱氧剂床304,并且预重整床306然后沿流动路径301的方向跟随丙烷处理床305。如上所述，该配置导致氧气在进入预重整床之前从燃料原料中被去除，由此防止该床中的催化剂的失活。因而延长了预处理组件108的寿命。从上面还可看出，床304、305和306中的反应增加燃料原料中的氢气含量。这维持丙烷处理床305以及预重整床306中的还原环境。特别地，预重整床306中的氢气的逆扩散提供该还原环境，由此允许组件108工作而无需向燃料原料另外供给氢气。床306中的氢气的逆扩散的量与燃料原料的空间速度逆相关。因此，为了在该床中实现足够的氢气逆扩散，期望使通过预重整床306的燃料原料维持较低的空间速度。可以理解，空间速度与通过预重整床306的燃料的流量成正比，并与预重整床306中的催化剂的体积成反比。因此，可使用下面关系式通过调整预重整床306中的催化剂的体积和/或通过改变流过重整床3Q6的燃料的量控制燃料原料的空间速度每小时的燃料流量—催化剂的体积除了控制燃料原料的空间速度以外，为了得到期望量的氢气逆扩散，需要控制燃料的表观速度。表观速度是燃料所流过的容器直径的函数。特别地，表观速度与燃料流量成正比并与预重整床306的直径成反比。在本发明的预处理组件108中，发现在预重整床306的操作中2000-5000h—1的空间速度和约1.3ft/s的最大表观速度是所期望的。此外，预重整床306还可适于充当防护装置用以捕获没有被图1的脱硫器单元104去除的燃料原料中存在的含硫化合物。特别地，预重整催化剂中的镍适于有效捕获含硫化合物。通过该附加的硫去除，可以增加燃料电池组件112中的重整催化剂的工作寿命。预重整组件108的最佳设计将依赖于具体的应用。需要考虑的一些重要因素是，燃料电池组件112的要求、被处理的燃料气体的组成和要处理的气体的量。以下说明预重整组件108的解释性实施例。实施例1为了处理用于300kW直接燃料电池发电装置中的包含丙烷和至多5%丙烯的HD-5燃料，对图4的预处理组件进行优化。脱氧剂床304包含G-74D催化剂并具有0.7立方英尺的体积。丙烷处理器床305包18含由SudChemie制造的FCR-HC59抗碳催化剂并具有0.75立方英尺的体积，并且预重整床306包含C11-PR催化剂并具有1.7立方英尺的体积。容器302由304/310不锈钢制成，并具有4立方英尺的体积和20英寸的直径。通过入口308进入容器302中的燃料原料的最佳温度为约300-490。C并优选约350。C，并且通过出口310离开容器302的预处理燃料的温度为约350°C。脱氧剂床304适于在300-600°C的温度下操作，而丙烷处理器床305和预重整床306适于在300-540。C的温度下操作。床304、305和306的最佳操作温度范围为300-400。C。流过脱氧剂床304的燃料原料的期望的空间速度为5000-12000h—1。流过丙烷处理器床305的燃料原料的期望的空间速度为5000-11000h—1，而流过预处理床306的燃料原料的期望的空间速度为2000-5000h人为了在预重整床306中维持期望的氢气逆扩散，在STP条件下流过床306的燃料原料的期望的最大表观速度为1.3ft/s。此外，进入组件的燃料原料的水汽与碳的比例优选为2.9-3.4，并优选为约3。通过使用具有各种丙烯浓度的丙烷燃料原料测试图4的预处理组件108的性能。在这些试验中使用的燃料原料包含没有丙烯的纯丙烷、具有2"8ppm丙烯的HD-5气体和具有约5%丙烯的HD-5+气体。在不同的进入组件108的燃料原料的入口温度、不同的空间速度和不同的水汽与碳的比的条件下执行试验。图5显示了在不同的燃料原料入口温度下从图4的组件108的试验得到的性能数据的坐标图。在试验过程中，燃料原料在进入组件108之前被预热到各种温度，并且测量离开该组件的预处理燃料原料气体的各种组分的浓度。在该试验期间使用的燃料原料的水汽与碳的比例为3.0。纯丙烷燃料原料气体通过该组件的流速为5.0标准立方英尺每分钟("scfm")，HD-5燃料原料气体和HD-5+燃料原料气体的流速为4.5scfm，而进入组件108的燃料原料气体的入口温度为300-450oC。图5中的X轴表示预处理组件的入口温度，而Y轴表示预处理的19燃料原料气体中离开的每种组分的离开浓度。如图5所示，离开组件108的预处理的燃料原料包含甲烷、氢气和二氧化碳内含物。源自纯丙烷输入原料的离开的预处理燃料原料气体中的甲烷、氢气和二氧化碳的各浓度大致与源自HD-5和HD-5+输入原料的离开的预处理燃料原料气体中的甲烷、氢气和二氧化碳的各浓度相同。因此，这些试验表明，组件108能够预处理具有高的丙烯浓度的燃料原料，而不使性能劣化。还可看出，随着原料的入口温度升高，离开的预处理燃料原料气体中的氢气的浓度也升高，而离开的预处理的燃料原料气体中的曱烷的浓度降低。而且，如所示的那样，在所有的入口温度下，离开该组件的预处理燃料原料气体包含足以将预重整催化剂维持在还原气氛中的氢气浓度，由此延长组件108的工作寿命。还通过使用不同的燃料原料测试使用图4所示的预处理组件108的图1的燃料处理组件101的性能。特别地，通过在相同的入口温度下使HD-5丙烷气体以及使天然气穿过预处理组件108来测试该组件的性能。各燃料原料的入口温度为372°C，而在100mA/cm2电流密度燃料电池操作下燃料利用率(Uf)为65%。对于穿过组件108的各燃料原料确定离开预处理组件108的气体组成。图6显示了在预处理组件中预处理的HD-5丙烷气体和天然气的离开气体的组成的柱状图。在图6中，Y轴表示各气体组分的干基浓度。如图所示，通过预处理组件108预处理的天然气包含约17%的H2、77%的014和6%的C02，而通过预处理组件108预处理的HD-5气体包含约26%的H2、56%的C艮和18°/。的C02。因此，在图6中可以看出，与天然气的预处理相比，丙烷的预处理特别是预重整更加完全，从而导致更高浓度的氢气和更低浓度的甲烷。最后，用通过图1的燃料处理组件101处理的不同燃料原料测试燃料电池组件112的性能。图7A和图7B分别显示了用天然气操作的燃料电池组件的性能数据与用掺有丙烯的HD-5+丙烷和HD-5丙烷原料操作的燃料电池组件的性能数据相比的坐标图。在图7A和图7B中，X轴表示燃料电池组件112中的燃料电池的数目，而Y轴表示每一个燃料电池中从平均电压的电压偏离。可以理解，随着电压偏离减小，燃料电池组件的性能提高。将用天然气操作的燃料电池组件112的性能与用HD-5丙烷气体操作的燃料电池组件112的性能相比时(如图7A所总结的)，天然气的燃料利用率Uf为63.7%并且平均电压为0.791V，而HD-5气体的燃料利用率Uf为64.5%并且平均电压为0.788V。从图7A可以看出，用HD-5气体操作的燃料电池组件112的电压偏离接近于或小于用天然气操作的组件的电压偏离。因此，与使用预处理的天然气的组件112的性能相比，用预处理的HD-5气体的燃料电池组件112的性能相当或更好。因此，本发明的燃料电池系统101能够使用HD-5燃料或天然气实现相近的燃料电池组件112性能。由于使用这两种燃料(天然气和HD-5)得到相近的性能，因此燃料电池组件112可用这两种燃料操作，并且在需要双燃料操作时可以随时互换。可以在<1分钟以内进行从一种燃料到另一燃料的转换，而且已通过从一种燃料到另一种的运行态(onthefly)转换证明了这种可互换性。将用天然气操作的燃料电池组件112的性能与用掺有丙烯的HD-5+丙烷气体操作的燃料电池组件112的性能相比时，如图7B所概括，天然气的燃料利用率Uf为64.6%并且平均电压为0.793V，而HD-5+气体的燃料流量利用率为64.2%并且平均电压为0.794V。如图7A那样，使用HD-5+气体的燃料电池组件性能(如图7B所示)与使用天然气的组件性能相近。从图7A和图7B所示的结果可以看出，当用通过处理组件101处理的掺有丙烯的HD-5+丙烷或HD-5丙烷燃料操作组件112时，燃料电池组件的性能保持相同或得到提高。本发明的处理组件101由此允许燃料电池组件112利用更多种类的燃料原料，而不使性能劣化。在所有的情况下，可以理解，上述的配置仅说明代表本发明的应用的许多可能的特定实施方案。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以容易地根据本发明的原理设计大量且不同的其它配置。权利要求1.一种燃料供给组件，用于接收液体燃料原料的供给，该液体燃料原料包含具有高级烃和低级烃内含物的烃以及高分子量的含硫化合物，该高级烃内含物和高分子量含硫化合物比所述低级烃内含物更不易挥发，该燃料供给组件向燃料电池组件供给燃料，并且包含适于容纳所述液体燃料原料的外壳单元，使得液体燃料原料经受允许至少一部分所述液体燃料原料气化以形成燃料原料蒸气的气化条件，该气化条件使得，在所述燃料原料蒸气中与在所述液体燃料原料中相比，低级氢气内含物的浓度更高并且高级烃内含物和高分子量含硫化合物的浓度更低；具有与所述外壳单元连接的第一端和适于与所述燃料电池组件连接的第二端的收集单元，所述收集单元从所述外壳单元收集所述燃料原料蒸气，以使得所述燃料原料蒸气可用于所述燃料电池组件。2.根据权利要求1的燃料供给组件，还包括与所述外壳单元连接的汲取单元，用于从所述外壳单元汲取液体燃料原料。3.根据权利要求2的燃料供给组件，还包括用于在所述外壳单元内维持预定的蒸气压力和气化率的流动稳定器单元，所述流动稳定器单元具有与所述汲取单元连接的入口和与所述外壳单元连接的出口。4.根据权利要求3的燃料供给组件，其中所述流动稳定器单元包含力口热单元。5.根据权利要求3的燃料供给组件，其中所述汲取单元包含燃料流动控制构件，用于控制被所述汲取单元从所述外壳单元汲取到所述流动稳定器的所述液体燃料原料的流动，使得在为了冲洗所述外壳单向所述燃料流动稳定器单元:''';'、、，6.根据权利要求5的燃料供给组件，其中如果所述外壳单元中的液体燃料原料的水平达到预定的水平或更低，那么所述汲取单元从所述外壳单元汲取基本上所有的液体燃料原料以沖洗所述外壳单元。7.根据权利要求6的燃料供给组件，其中所述预定的水平为所述外壳单元的容积的20%。8.根据权利要求2的燃料供给组件，其中如果所述外壳单元中的液体燃料原料的水平达到预定的水平或更低，那么所述汲取单元从所述外壳单元汲取基本上所有的液体燃料原料以沖洗所述外壳单元。9.根据权利要求8的燃料供给组件，其中所述预定的水平为所述外壳单元的容积的20%。10.根据权利要求1的燃料供给组件，其中所述低级烃内含物包括丙坑。11.一种燃料电池系统，包括燃料电池组件；和权利要求1的燃料供给组件。12.根据权利要求11的燃料电池系统，其中，所述液体燃料原料包含含有丙烷的液体燃料原料，其中丙烷包括在低级经内含物中。13.根据权利要求12的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统包括预热器和加湿器组件，用于将所述燃料原料蒸气与输入的水结合以提供具有预定的水汽与碳比例的加湿的燃料原料蒸气，并用于将所述加湿的燃料原料蒸气预热到预定温度。14.根据权利要求13的燃料电池系统，其中所述预定的水汽与碳的比例为约3。15.根据权利要求14的燃料电池系统，其中所述预定温度为约320。C。16.根据权利要求15的燃料电池系统，其中所述燃料电池组件还包含脱硫器，该脱硫器具有与所述燃料供给组件的所述收集单元的所述第二端连接的入口以及与所述加湿和预热组件连接的出口，所述脱硫器从所述收集单元接收燃料原料蒸气并从所述燃料原料蒸气去除含;克化合物。17.根据权利要求16的燃料电池系统，其中所述燃料电池组件还包含从所述加湿和预热组件接收加湿的预热燃料原料蒸气的预处理组件，所述预处理组件适于重整所述燃料原料蒸气以减少所述燃料原料蒸气中的所述丙烷和所述具有高级烃内含物的烃以提供氢气和具有低级烃内含物的烃。18.根据权利要求17的燃料电池系统，其中所述燃料电池组件接收穿过所述预处理组件之后的预重整的燃料原料蒸气。19.根据权利要求18的燃料电池系统，其中所述燃料供给组件还包括与所述外壳单元连接的汲取单元，用于从所述外壳单元汲取所述液体燃料原料。20.根据权利要求19的燃料电池系统，其中，所述燃料供给组件还包含用于在所述外壳单元内维持预定的蒸气压力和气化率的流动稳定器单元，所述流动稳定器单元具有与所述汲取单元连接的入口和与所述外壳单元连接的出口；并且，所述汲取单元包含燃料流动控制构件，用于控制被所述汲取单元从所述外壳单元汲取到所述流动稳定器的所述液体燃料原料的流动，使得在为了沖洗所述外壳单元通过所述汲取单元汲取所述液体燃料原料的过程中没有液体燃料原料流向所述燃料流动稳定器单元。21.根据权利要求20的燃料电池系统，其中，如果所述外壳单元中的液体燃料原料的水平达到预定的水平，那么所述汲取单元从所述外壳单元汲取基本上所有的液体燃料原料以沖洗所述外壳单元。22.根据权利要求21的燃料电池系统，其中所述预定的水平为所述外壳单元的容积的20%。23.燃料电池组件和液体燃料原料的使用方法，其中所述液体燃料原料包含具有高级烃和低级烃内含物的烃以及高分子量含硫化合物，该高级烃内含物和高分子量含硫化合物比低级烃内含物更不易挥发，该方法包括使所述液体燃料原料经受允许至少一部分所述液体燃料原料气化以形成燃料原料蒸气的气化条件，该气化条件使得，在所述燃料原料蒸气中与在所述液体燃料原料中相比，低级烃内含物的浓度更高并且高级烃内含物和高分子量含硫化合物的浓度更低；和电池组件。24.根据权利要求23的方法，其中，所述液体燃料原料包含含有丙烷的液体燃料原料，其中丙烷包括在低级烃内含物中。25.根据权利要求24的方法，还包括维持液体燃料原料的预定蒸气压力和气化率。26.根据权利要求25的方法，还包括在外壳单元中包含所述液体燃料原料；以及，所述维持的步骤包含从所述外壳单元去除液体原料并将所述去除的液体原料返回所述外壳单元；并且，所述方法还包括当如果所述燃料原料的水平达到预定的水平或更少从而停止所述维持时，从所述外壳单元去除所有的所述液体燃料原料。27.根据权利要求24的方法，还包括将所述燃料原料蒸气与输入的水结合以提供具有预定的水汽与碳比例的加湿的燃料原料蒸气，以及将所述加湿的燃料原料蒸气预热到预定温度。28.根据权利要求27的方法，其中所述预定的水汽与碳的比例为3，并且所述预定温度为约320°C。29.根据权利要求27的方法，还包括在加湿并预热所述燃料原料蒸气之前从所述燃料原料蒸气去除含硫化合物。30.根据权利要求29的方法，还包括预重整所述加湿的燃料原料蒸气以减少所述丙烷和所述具有高级烃内含物的烃，并产生用于燃料电池的具有低级烃内含物的烃和氢气。全文摘要一种燃料供给组件，其接收包括具有高级烃和低级烃内含物的烃和高分子量含硫化合物的液体燃料原料的供给，该高级烃内含物和高分子量含硫化合物比低级烃内含物更不易挥发。燃料供给组件向燃料电池组件供给燃料并且具有适于容纳液体燃料原料以气化而形成燃料原料蒸气的外壳单元(201)，该气化条件使得，在燃料原料蒸气中与在液体燃料原料中相比，低级烃内含物的浓度更高并且高级烃内含物和高分子量含硫化合物的浓度更低。在燃料供给组件中设置收集单元，其具有与外壳单元连接的第一端和适于与燃料电池组件连接的第二端，该收集单元从外壳单元收集燃料原料蒸气，以使得该蒸气可用于燃料电池组件。文档编号H01M8/04GK101512811SQ200780032129公开日2009年8月19日申请日期2007年8月22日优先权日2006年9月1日发明者J·M·达雷,M·法罗奎,S·P·卡逖卡耐尼申请人:燃料电池能有限公司