(57)【要約】  燃料供給アセンブリは、高級炭化水素成分および低級炭化水素成分を有する炭化水素と、高分子量の硫黄含有化合物と、を含む液体燃料原料の供給を受け入れる。高級炭化水素成分と高分子量の硫黄含有化合物は、低級炭化水素成分よりも揮発性が低い。燃料供給アセンブリは、燃料電池アセンブリに燃料を供給し、液体燃料原料蒸気を形成するために蒸発させる液体燃料原料を収容するのに適したハウジングユニット（２０１）を有する。蒸発条件は、低級炭化水素成分の濃度が液体燃料中よりも燃料原料蒸気中で高くなり、高級炭化水素成分の濃度と高分子量の硫黄含有化合物が液体燃料中よりも燃料原料蒸気中で低くなる条件である。収集ユニットは燃料電池アセンブリ中に提供され、収集ユニットは、ハウジングユニットに連結された第１端部と、燃料電池アセンブリに連結するように適合された第２端部とを有し、燃料電池アセンブリに利用可能な燃料原料蒸気を製造するためにハウジングユニットから燃料原料蒸気を収集する。
2010503156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池アセンブリと、
高級炭化水素成分および低級炭化水素成分を含む炭化水素と、前記低級炭化水素成分より揮発性が低い高分子量の硫黄含有化合物と、を含む液体燃料原料の供給を受け入れる燃料供給アセンブリとを有し、
前記燃料供給アセンブリは、
前記燃料電池アセンブリに燃料を供給し、かつ、
前記液体燃料原料を収容し、前記液体燃料原料が少なくとも前記液体燃料原料の一部を蒸発させて液体燃料原料蒸気を形成する蒸発条件にさらされるハウジングユニットであって、前記蒸発条件は、前記低級炭化水素成分の濃度が前記液体燃料中よりも前記燃料原料蒸気中で高くなり、前記高級炭化水素成分の濃度と前記高分子量の硫黄含有化合物が前記液体燃料中よりも前記燃料原料蒸気中で低くなる条件である、前記ハウジングユニットと、
前記ハウジングユニットに連結された第１端部と、前記燃料電池アセンブリに連結するように適合された第２端部とを有し、前記燃料電池アセンブリに利用可能な前記燃料原料蒸気を製造するため前記ハウジングユニットから前記燃料原料蒸気を収集する収集ユニットと、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記液体燃料原料は、低級炭化水素成分中にプロパンが含まれているプロパン含有液体燃料原料を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池システムは、前記燃料原料蒸気を入力された水と混合して予め決められた水蒸気／炭素比を有する加湿された燃料原料蒸気を提供し、かつ予め決められた温度まで前記加湿された燃料原料蒸気を予熱するための予熱器および加湿器アセンブリを含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記予め決められた水蒸気／炭素比がほぼ３であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記予め決められた温度がほぼ３２０℃であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池アセンブリは、さらに、前記燃料供給アセンブリの前記収集ユニットの第２端部と連結された入口部と、前記予熱器および加湿器アセンブリと連結された出口部とを有する脱硫装置とを有し、
前記脱硫装置は、前記収集ユニットから前記燃料原料蒸気を受け入れて、前記燃料原料蒸気から硫黄含有化合物を除去することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池アセンブリは、さらに、前記予熱器および加湿器アセンブリから加湿されて予熱された燃料原料蒸気を受け入れる前処理アセンブリを有し、
前記前処理アセンブリは、前記燃料原料蒸気を前改質して前記燃料原料蒸気中の前記プロパンと前記高級炭化水素成分を含む炭化水素とを低減し、水素と低級炭化水素成分を含む炭化水素とを供給するように適合されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池アセンブリは、前記前処理アセンブリを通過後に前改質された燃料原料蒸気を受け入れることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料供給アセンブリは、さらに、前記ハウジングユニットから前記液体燃料原料を取り出すために、前記ハウジングユニットと連結した取出ユニットを有することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料供給アセンブリは、さらに、予め決められた蒸気圧と蒸発速度とを前記ハウジングユニット中で維持するための流量安定ユニットを有し、
前記流量安定ユニットは前記取出ユニットと連結された入口部と前記ハウジングユニットと連結された出口部とを有し、
前記取出ユニットは、前記ハウジングユニットの洗浄のために前記取出ユニットによって前記液体燃料原料を取り出す間、前記液体燃料原料が前記流量安定ユニットに流れないように、前記ハウジングユニットから前記燃料流量安定ユニットまで前記取出ユニットによって取り出された前記液体燃料原料の流れを制御する流量制御部材を含むことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記ハウジングユニット中の液体燃料原料の量が予め決められた量に達した場合には、前記取出ユニットは、前記ハウジングユニットを洗浄するために、実質的に全ての前記液体燃料原料を前記ハウジングユニットから取り出すことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記予め決められた量は前記ハウジングユニット体積の２０％であることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
燃料電池アセンブリと液体燃料原料を使用する方法であって、
前記液体燃料原料は、高級炭化水素成分および低級炭化水素成分を含む炭化水素と、高分子量の硫黄含有化合物とを含み、前記高級炭化水素成分と前記高分子量の硫黄含有化合物が前記低級炭化水素成分より揮発性が低く、
少なくとも前記液体燃料原料の一部が蒸発して液体燃料原料蒸気を形成させる蒸発条件に前記液体燃料原料を晒す曝露工程であって、前記蒸発条件は、前記低級炭化水素成分の濃度が前記液体燃料中よりも前記燃料原料蒸気中で高くなり、前記高級炭化水素成分の濃度と前記高分子量の硫黄含有化合物が前記液体燃料中よりも前記燃料原料蒸気中で低くなる条件である、前曝露記工程と、
前記燃料電池アセンブリに利用可能な前記燃料原料蒸気を製造するため前記燃料原料蒸気を集める収集工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記液体燃料原料は、前記低級炭化水素成分中にプロパンが含まれているプロパン含有液体燃料原料を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
予め決められた前記液体燃料原料の蒸気圧と蒸発速度を維持する維持工程を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記液体燃料原料をハウジングユニット中に収容する工程を更に有し、
前記維持工程は、
前記ハウジングユニットから前記液体原料を除去する工程と、
前記除去した液体原料を前記ハウジングユニットに戻す工程と、
を有し、
前記燃料原料の量が予め決められた量かまたはそれ未満の場合には前記維持工程を中止し、前記ハウジングユニットから前記液体燃料原料を全て除去する除去工程を更に有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記燃料原料蒸気を入力された水と混合し、予め決められた水蒸気/炭素比を有する加湿された燃料原料蒸気を供給する工程と、
前記加湿された燃料原料蒸気を予め決められた温度まで予熱する工程と、
を更に有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記予め決められた水蒸気/炭素比は３であり、前記予め決められた温度は約３２０℃であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記燃料原料蒸気を加湿しかつ予熱する前に、前記燃料原料蒸気から硫黄含有化合物を除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記プロパンと前記高級炭化水素成分を含む炭化水素とを減少させるために、かつ、燃料電池における使用のために低級炭化水素成分を有する炭化水素と水素とを製造するために、前記加湿された燃料原料蒸気を前改質する工程を更に有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記燃料供給アセンブリは、前記ハウジングユニットから液体燃料原料を取り出すために前記ハウジングユニットに連結された取出ユニットを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記燃料供給アセンブリは、予め決められた蒸気圧と蒸発速度を前記ハウジングユニット中で維持するための流量安定ユニットを含み、
前記流量安定ユニットは、前記取出ユニットに連結された入口部と前記ハウジングユニットに連結された出口部を更に有することを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池システム。
【請求項２３】
前記流量安定ユニットは加熱ユニットを含むことを特徴とする請求項２２に記載の燃料電池システム。
【請求項２４】
前記取出ユニットは、前記ハウジングユニットの洗浄のために前記取出ユニットによって前記液体燃料原料を取り出す間、前記液体燃料原料が前記流量安定ユニットに流れないように、前記ハウジングユニットから前記燃料流量安定ユニットまで前記取出ユニットによって取り出された前記液体燃料原料の流れを制御する流量制御部材を含むことを特徴とする請求項２２に記載の燃料電池システム。
【請求項２５】
前記ハウジングユニット中の液体燃料原料の量が予め決められた量に達した場合には、前記取出ユニットは、前記ハウジングユニットを洗浄するために、実質的に全ての液体燃料原料を前記ハウジングユニットから取り出すことを特徴とする請求項２４に記載の燃料電池システム。
【請求項２６】
前記予め決められた量は前記ハウジングユニット体積の２０％であることを特徴とする請求項２５に記載の燃料電池システム。
【請求項２７】
前記ハウジングユニット中の液体燃料原料の量が予め決められた量に達した場合には、前記取出ユニットは、前記ハウジングユニットを洗浄するために、実質的に全ての液体燃料原料を前記ハウジングユニットから取り出すことを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池システム。
【請求項２８】
前記予め決められた量は前記ハウジングユニット体積の２０％であることを特徴とする請求項２７に記載の燃料電池システム。
【請求項２９】
前記燃料供給アセンブリは、更に、前記液体燃料原料を加熱するための加熱ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３０】
前記予め決められた前記液体燃料原料の蒸気圧と蒸発速度を維持する維持工程は、前記液体燃料原料を加熱する加熱工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムで使用する炭化水素を含む燃料原料の処理に関し、特に、プロパン燃料原料の前改質処理を実行するための燃料処理アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
引用による合体
本出願は、２００４年１１月２日に出願された米国特許出願第１０/７９７,６９８号および２００３年７月２８日に出願された米国特許出願第１０/６２８,６５３の開示の全体を引用により合体する。
【０００３】
燃料電池は、電気化学反応によって炭化水素燃料に貯蔵された化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するデバイスである。一般に、燃料電池は、アノードと電解質によって分離されたカソードとを含み、電解質は電気的に帯電されたイオンを導電するために使用する。溶融炭酸塩燃料電池は、リアクタント（反応物）燃料ガスをアノードに通過させ、酸化ガスがカソードを通過することによって作動する。有用な電力量を製造するために、多くの個別燃料電池は、各燃料電池間の電気伝導分離板とともに直列に積層される。
【０００４】
現在の燃料電池は、リアクタント燃料ガスとして水素または水素と一酸化炭素との混合物からなるクリーンガスを必要とする。リアクタント燃料ガスは、一般に、改質プロセスを使用して炭化水素含有原料から改質される。天然ガス、ピークシェービングガス、消化ガスおよびや石炭床メタンなどの炭化水素を含む原料は、通常は、かなりの量のメタンなど３またはそれ未満の炭化水素（Ｃ2、Ｃ3）などの低級炭化水素と、少量の水素、炭酸ガス、窒素、および高級炭化水素（Ｃ4、Ｃ5など、すなわちＣ4＋）を含んでいる。ＨＤ−５プロパンあるいはプロピレンが加えられたプロパンガスなどの他の炭化水素ガスは、通常は、かなりの量のプロパンあるいはプロピレンなど高級炭化水素、微量のブタン、ペンタン、少量の水素、炭酸ガス、および低級炭化水素を含んでいる。
【０００５】
燃料原料は、通常は、前処理にかけて高級炭化水素を減少または除去し、かつ低級炭化水素の一部をメタン、水素、および炭酸ガスに変換する。慣用の前処理は、脱酸剤アセンブリとそれに続く前改質アセンブリを使用して実行する。脱酸剤アセンブリでは、燃料原料が前改質アセンブリに入る前に燃料原料中の酸素濃度を低減する。この処理は、前改質アセンブリに使用する触媒（通常は、ニッケル基触媒）を保護する。触媒はこの処理をしないと酸素存在下で失活する。
【０００６】
前改質アセンブリでは、改質反応は不注意により燃料組成と蒸気とに基づいて炭素生成をもたらす変換プロセスである。炭素生成は、燃料原料がプロピレンを含む場合、プロピレン濃度が増加すると炭素を形成する傾向が増加するので、特に心配である。生成した炭素は、前改質アセンブリの改質触媒の活性点に堆積し、それにより触媒を失活させる。炭素は前改質アセンブリの寿命を低減する。
【０００７】
慣用の前改質アセンブリにおける炭素生成を低減するために、アルカリを含む特別な触媒あるいは活性マグネシア担体に基づく特別な触媒が提案されている。別の技術は、断熱処理を使用することである。その場合、固定層の断熱式前改質アセンブリは、高級炭化水素成分を蒸気によりメタン、水素およびＣＯ2に低温で変換する。
【０００８】
慣用の前改質アセンブリに供給される燃料原料には、水素供給部から追加の水素が供給される必要がある。このことは、改質触媒用の還元環境を維持し、それにより触媒活性を維持するために十分な原料中の水素濃度を提供することを要求する。
【０００９】
更に、いくつかの燃料原料、特に、プロピレンを含む燃料原料は、一般に、高分子量の硫黄含有化合物を含む高濃度の硫黄含有化合物を含んでいる。これらの化合物は、前改質アセンブリで改質触媒を失活させやすい。燃料原料は、通常は、前改質アセンブリまで運ばれる前に脱硫装置ユニット中で脱硫されるが、高い硫黄濃度は燃料原料のプロピレンと同様に脱硫装置ユニットの能力を低減する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
理解されるように、燃料原料の慣用の前処理は、水素供給用、炭素生成低減用、およびプロピレン除去用追加ユニットまたは特別なコンポーネントと、前改質アセンブリに入る酸素除去用追加ユニットとが必要なため複雑でコストがかかるものである。さらに、高硫黄成分を含む燃料を浄化するのに使用するときの脱硫装置ユニットの能力が低減すると、脱硫装置ユニットの取替または再生を頻繁に行う必要性があるので追加の運転コストをもたらす。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、燃料電池アセンブリ用燃料原料の硫黄成分量を低減するのに寄与する燃料供給アセンブリを提供することである。
【００１２】
本発明の更なる目的は、プロパン含有燃料を処理するために適合する上記説明した燃料供給アセンブリを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、上記説明した燃料供給アセンブリとプロパン燃料を前処理するために特に適合する前処理アセンブリとを含む燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記および他の目的は、高級炭化水素成分および低級炭化水素成分を有する炭化水素と、高分子量の硫黄含有化合物と、を含む液体燃料原料の供給を受け入れるための燃料供給アセンブリによって実現される。ここで、高級炭化水素成分と高分子量の硫黄含有化合物は、低級炭化水素成分より揮発性が低いものであり、燃料供給アセンブリは、燃料電池アセンブリに燃料を供給するものである。燃料供給アセンブリは、液体燃料原料を収容するのに適したハウジングユニットを有し、液体燃料原料を蒸発条件にかけて少なくとも液体燃料原料の一部を蒸発させて液体燃料原料蒸気を形成するのを可能にする。この蒸発条件では、液体燃料中よりも燃料原料蒸気中において、低級炭化水素成分濃度が高く、高級炭化水素成分と高分子量の硫黄含有化合物の濃度が低い。燃料供給アセンブリは、さらに、ハウジングユニットに連結された第１端部と、燃料電池アセンブリに連結するように適合された第２端部とを有し、燃料電池アセンブリに利用可能な燃料原料蒸気を製造するためハウジングユニットから燃料原料蒸気を収集して収集ユニットを有する。
【００１５】
燃料供給アセンブリのある形態では、燃料供給アセンブリは、さらに、ハウジングユニットから液体燃料原料を取り出すために、ハウジングユニットと連結した取出ユニットと、ハウジングユニット中で予め決められた蒸気圧と蒸発速度を維持するための流量安定ユニットとを有し、流量安定ユニットは取出ユニットに連結された入口部とハウジングユニットに連結された出口部とを有する。流量安定ユニットはオプションに加熱ユニットを含み、取出ユニットは、オプションに、ハウジングユニットを洗浄するために取出ユニットによって液体燃料原料を取出す間、液体燃料原料が流量安定ユニットに流れないように、ハウジングユニットから燃料流量安定ユニットまで取出ユニットによって取り出された液体燃料原料の流れを制御する流量制御部材含む。
【００１６】
取出ユニットは、またオプションで更に、ハウジングユニット中の液体燃料原料のレベルが予め決められたレベルに達した場合、ハウジングユニットを洗浄するためにハウジングユニットから実質的に全ての液体燃料原料を取り出すように、適合されている。使用可能な予め決められた量は、ハウジングユニット体積の２０％である。
【００１７】
また、燃料供給アセンブリのいくつかの形態では、液体燃料原料は、プロパンが低級炭化水素成分中に含まれているプロパン含有液体燃料原料を含む。
【００１８】
燃料電池システムは、燃料供給アセンブリと燃料電池アセンブリとから形成される。燃料電池システムは、またオプションにさらに、予め決められた水蒸気／炭素比、例えば、３など、を有する加湿された燃料原料蒸気を提供するために、燃料原料蒸気を入力された水と混合し、かつ予め決められた温度、例えば、３２０℃など、まで加湿された燃料原料蒸気を予熱するための予熱器および加湿器アセンブリと、燃料供給アセンブリの収集ユニットの第２端部と連結した入口部と加湿して予熱する加湿器アセンブリと連結した出口部とを有する脱硫装置であって、燃料供給アセンブリの収集ユニットから燃料原料蒸気を受け入れて燃料原料蒸気から硫黄含有化合物を取り除く脱硫装置と、加湿および予熱する予熱器および加湿器アセンブリから加湿および予熱された燃料原料蒸気を受け入れ、燃料原料蒸気中のプロパンおよび高級炭化水素成分を有する炭化水素を低減し、水素および低級炭化水素成分を有する炭化水素を供給するように燃料原料蒸気を前改質するために適合されている前処理アセンブリと、を有する。
【００１９】
液体燃料原料と燃料電池アセンブリとともに使用するための方法もまたは開示される。本発明の上記および他の特徴と態様は、添付図面に関連して以下の詳細な記載を読むことによりより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料原料を処理するための燃料電池システムを示す図である。
【図２】図１の燃料電池システムの燃料供給アセンブリの概略的な詳細図である。
【図３】図２の燃料供給アセンブリのハウジングユニットが使い果たされるときのＨＤ−５の燃料原料中のエタンとプロパン濃度変化を示す図である。
【図４】図１の燃料電池システムの燃料前処理アセンブリの概略的な詳細図である。
【図５】燃料原料の異なる入口部温度における図４の前処理アセンブリの性能データを示す図である。
【図６】図４の前処理アセンブリで前処理されたＨＤ−５プロパンガスおよび天然ガスの出口部ガス組成を示す棒グラフである。
【図７Ａ】、
【図７Ｂ】天然ガスを用いて運転する図１の燃料電池アセンブリの性能データを、プロパンおよびプロピレン添加されたプロパン燃料を用いて運転する図１の燃料電池アセンブリの性能データと比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、燃料供給アセンブリ１０２と脱硫装置１０４と前処理アセンブリ１０８とを有する燃料送出アセンブリ１０１を含む燃料電池システム１００を示す図である。燃料送出アセンブリ１０１は、水素に富む燃料を燃料電池アセンブリ１１２に送出する。
【００２２】
燃料送出アセンブリ１０１の燃料供給アセンブリ１０２は、メタン、エタン、プロパン、酸化炭素（ＣＯとＣＯ2）、例えば、Ｃ4＋などの高級炭化水素成分を含む炭化水素、および酸素と水素を含む燃料原料を供給する。燃料電池システム１００の燃料送出アセンブリ１０１は、天然ガス、ピークシェービングガス、消化ガスまたは石炭床メタンを含むさまざまな燃料原料を処理して送出するのに適切であるが、特に、ＨＤ−５プロパンガスあるいはプロピレンが加えられたＨＤ−５＋プロパンガス（HD-5+propan gas spiked with propylene）の処理と送出に適合しいる。
【００２３】
燃料供給アセンブリ１０２からの燃料原料は、脱硫装置１０４に送られ、そこで、燃料原料の硫黄含有化合物が物理的および／または化学的に除去される。脱硫された燃料原料は、次に、加湿器および予熱器アセンブリ１０６に移送され、前処理アセンブリ１０８に移送される前に水と混合され、加湿された燃料原料が、例えば、約３２０〜５００℃の適温まで予熱される。燃料原料がＨＤ−５プロパンガスあるいはプロピレンが加えられたＨＤ−５＋プロパンガスを含むとき、燃料原料は、加湿器と予熱器アセンブリ１０６中で予め決められた量の水と混合され、加湿された燃料原料の水蒸気/炭素比が正確に制御される。例えば、ＨＤ−５プロパンガスと混合される予め決められた水量は、プロパンガス１モル当たり約９モルであり、水蒸気/炭素比は約３に維持される。対照的に、天然ガス燃料原料と混合するのに必要な通常の水量は、天然ガスの１モル当たり約２モルである。さらに、ＨＤ−５プロパンまたはプロピレンが加えられたＨＤ−５＋プロパンを含む加湿された燃料原料が加湿器および予熱器アセンブリ１０６中で予熱される適温は、加湿された天然ガスが予熱されるのに必要な温度よりも低い。特に、加湿されたプロパンあるいはプロピレンが加えられたプロパンを約３２０℃まで予熱することは、前処理アセンブリ１０８におけるその後の処理に十分であるが、加湿された天然ガス燃料は、前処理アセンブリ１０８における同様の結果を達成するために約４５０℃まで予熱する必要がある。
【００２４】
上記説明されたように、加湿及び予熱された燃料原料は、前処理アセンブリ１０８に移送されて前処理される。前処理アセンブリ１０８を出る前処理された燃料原料は、燃料電池アセンブリ１１２での使用に適切である。燃料電池アセンブリ１１２では、水素に富む燃料が電気化学反応を受けて電力を生成する。
【００２５】
燃料原料は、入ってきて除去されるべき硫黄量を脱硫装置１０４によって低減しかつ脱硫装置の運転寿命を延長するように燃料供給アセンブリ１０２から脱硫装置１０４に蒸気の形態で送出される。燃料供給アセンブリ１０２の詳細な概略図を図２に示す。図示されたように、燃料供給アセンブリ１０２は、燃料タンクなどのハウジングユニット２０１を含み、その中に、液体と気相または蒸気状態の燃料原料を収容する。燃料供給アセンブリ１０２は、また、ハウジングユニット２０１中で燃料原料蒸気、すなわち気相状態の液体原料を収集するためと脱硫装置１０４と蒸気除去部材２０２を連結する接続アセンブリ２０３を通してハウジングユニット２０１から燃料原料蒸気を移送するために、ハウジングユニット２０１と連結された蒸気除去部材２０２を含む。
【００２６】
また、図２に示されたように、燃料供給アセンブリは、ハウジングユニット２０１によってその一部が囲まれている浸漬管などの取出部材を有する取出ユニット２００を含む。特に、取出部材２０４の第１端部２０４ａは、液体燃料原料レベルより下まで伸びており、液体燃料原料と接触し、好ましくは、液体燃料原料中に浸漬するようにハウジングユニット２０１に挿入されている。取出部材２０４の第２端部２０４ｂは、ハウジングユニット２０１の外側に伸びており、取出ユニット２００の連結アセンブリ２０５と連結している。取出部材２０４は、ハウジングユニット２０１から第１端部２０４ａを通って液体燃料原料を外に取り出し、かつハウジングユニット２０１から連結アセンブリ２０５の吸引ユニット２０５ｂまで取出部材２０４の第２端部２０４ｂを経由して移送するために使用される。さらに本明細書の以下に詳細に記載されるように、取出部材２０４を通過する液体燃料原料の取り出しは、燃料ハウジングユニット２０１を洗浄または清掃するのために、特に、燃料供給アセンブリ２０１を洗浄するために使用される。
【００２７】
また、ハウジングユニットを洗浄するのに使用しない場合、取出部材２０４を使用して取り出された液体燃料原料は、ハウジングユニット２０１中の蒸気圧を最適な蒸発速度に維持するように、流量安定ユニット２０６を通過し、次に、ハウジングユニット２０１まで戻る。この目的のために、流量安定ユニット２０６は、連結アセンブリ２０５によって取出部材２０４に連結された入口部２０６ａと連結アセンブリ２０７によってハウジングユニット２０１と連結された出口部２０６ｂとを有する。流量安定ユニット２０６は、液体燃料原料を加熱するための加熱部を含んでいるので、液体燃料原料がハウジングユニット２０１に戻るときに最適の蒸気圧が維持される。
【００２８】
弁開口部２０５ａａ、２０５ａｂ、２０５ａｃを有する三方弁２０５ａは、連結アセンブリ２０５を通過する燃料流れの方向を制御するために連結アセンブリ２０５とともに使用することができる。特に、ハウジングユニット２０１を洗浄または清掃する場合、弁開口部２０５ａａ、２０５ａｂは開かれるが、一方、弁開口部２０５ａｃは閉じられ、取出部材２０４によって取り出された燃料が燃料供給アセンブリ１０２から除去される。燃料供給アセンブリ１０２の蒸気除去ユニット２０２が作動する間、すなわち、ハウジングユニットを洗浄しない場合、弁開口部２０５ａａ、２０５ａｃは開かれるが、一方、弁開口部２０５ａｂは閉じられたままであり、取出部材２０４によって取り出された燃料は連結アセンブリ２０５を通って流量安定ユニット２０６を通過する。
【００２９】
図２の燃料供給アセンブリ１０２は、脱硫装置１０４に供給される燃料中に存在する硫黄含有化合物の量を限定する。特に、本明細書の以下に示すＨＤ−５プロパンガス成分の沸点を示す表１で理解できるように、高分子量硫黄含有化合物と高級炭化水素は、一般に、燃料化合物よりも揮発性が低い。
【００３０】
【表１】
2010503156.tif 000003
【００３１】
従って、液体燃料原料は、実質的に低級炭化水素（Ｃ2、Ｃ3）だけを蒸発させる蒸発条件にさらされると、液体燃料よりも低級炭化水素をより高濃度で含みかつ、高分子量の硫黄含有化合物（重合したチオフェン、硫化物、メルカプタン）をより少なくまたはより低濃度で含み、かつブタンなどの高級炭化水素（Ｃ4＋）を含む燃料原料蒸気を供給する。もちろん、この結果を生み出す特別の蒸発条件は、ハウジングユニット２０１が配置される環境と液体燃料原料を加熱するために使用される流量安定ユニット２０６などの外部手段の環境に依存する。
【００３２】
通常は、４５°〜１２０°Ｆ（７〜４９℃）の範囲の環境温度は、低級炭化水素のみが実質的に自然の蒸発によって蒸発するようにタンク２０１を十分に加熱する。また通常は、これらの温度は、１０〜１５psigの所望の蒸発速度をもたらす。環境が過酷であり、普通にこれらの温度に達しない場合には、外部手段が追加的に必要とされ、高級炭化水素と高分子量の硫黄含有炭化水素の実質的な量が蒸発されずに、低級炭化水素の実質的な蒸発をもたらすとともに、また所望の蒸発速度を達成するという結果となるのに必要とされる温度まで液体燃料原料を加熱する。さらに、所望の蒸発速度を提供するために、より高温が使用される場合には、この蒸発速度の実現が得られる蒸気中の高級炭化水素と高分子量の硫黄含有化合物の量の増加と相殺されなければならない。
【００３３】
上記示されたように、蒸気除去ユニット２０４によってハウジングユニット２０１から集められた燃料原料蒸気は、液体燃料原料よりも低級または軽量炭化水素成分が豊富であり、高分子量の硫黄化合物が実質的により少ない量で含む燃料の供給をもたらす。特に、上記説明された温度領域に液体燃料原料をさらすことによって、燃料原料蒸気中の高分子量硫黄含有化合物の量（約３.６〜２３ｐｐｍ）は、液体燃料原料中の高分子量硫黄含有化合物の量（約３５〜４０ｐｐｍ）よりも約１０倍少なくなるように限定される。
【００３４】
理解されるように、上記蒸発条件下でハウジングユニット２０１から燃料原料蒸気が移送されかつより多くの燃料原料蒸気がハウジングユニット２０１中で生成されるとき、液体燃料原料中に残される高分子量の硫黄含有化合物濃度が増加する。そのうえ、液体燃料原料の組成は、ハウジングユニット２０１中の燃料原料が使い果たされるにつれて変化する。図３は、ハウジングユニットが使い果たされるにつれ、ＨＤ−５液体燃料原料中のエタンとプロパン濃度における変化を示す図である。図３では、Ｘ軸はハウジングユニット２０１の燃料原料の満杯に対する割合（％）を示し、Ｙ軸はＨＤ−５液体燃料原料中のエタンとプロパン濃度の割合を示している。示されるように、ＨＤ−５液体燃料原料中のエタン濃度は、ハウジングユニット２０１の燃料が使い果たされるにつれて減少するが、一方、プロパン濃度は増加する。これは、上記説明したように、軽い炭化水素、例えば、メタンとエタンがより揮発性であり、プロパンやブタンなどの重い炭化水素より実質的により多く蒸発するためである。
【００３５】
燃料ハウジングユニット２０１が使い果たされるにつれて、液体燃料原料中の高分子量の硫黄含有化合物と重い炭化水素の実質的な濃度増加を避けるために、燃料供給アセンブリ１０２を作動中にハウジングユニット２０１を洗浄または清掃することが好ましい。さらに、ハウジングユニット２０１の燃料供給貯蔵充満レベルが減少した後では、予め決められたレベル以下での蒸発による燃料原料蒸気は、集められるべきではない。この予め決められたレベル以下で更に蒸発が起こると、高級炭化水素と高分子量の硫黄含有化合物の好ましくない濃度を有する燃料原料蒸気をもたらす。適切な予め決められたレベルは、充満レベルの約２０％である。従って、燃料原料充満レベルが予め決められたレベルまたはそれ以下に達すると、燃料原料は、ハウジングユニット２０１から取出部材２０４を通って連結アセンブリ２０５を通って除去され、それにより、高レベルの硫黄と重い炭化水素を含む液体燃料原料を除去することによりハウジングユニット２０１は洗浄または清掃される。ハウジングユニット２０１から燃料原料を除去する間、弁２０５ａの弁部分２０５ａａ、２０５ａｂは開いているが、一方、弁部分２０５ａｃは、燃料原料を燃料供給アセンブリ１０２から取り出すために閉じている。ハウジングユニット２０１は、次に、新しい燃料原料を供給することにより再充填され、自然の燃料蒸気発生が起こって燃料蒸気の収集が再開され得る。ハウジングユニット２０１の再充填は、取出部材２０４を新しい燃料原料供給と連結することによって実行される。
【００３６】
特に、再充填は、全てのハウジングユニット２０１を満たすために取出部材２０４を使用して実行することができる。再充填は、逆に作動させた取出アセンブリ２０５を使用して行われ、新しい燃料の供給を取出部材の管２０４とハウジングユニットに取り入れる。また再充填は、新しい燃料を取出部材の管に連結された別の充満噴出口部（図示せず）に供給することによって達成することもできる。ハウジングユニットを再充填する代替手段として、全体のハウジングユニットを既に完全に満たされたハウジングユニットと取り替えることもできる。
【００３７】
ハウジングユニットが満たされるか満たされたハウジングユニットに取替えられた後に、液体燃料原料は、上記説明された燃料原料蒸気としてハウジングユニットから取り出される。たった１つのハウジングユニット２０１が図１に示されているが、追加のハウジングユニットを使用でき得ることに注意すべきである。また、ハウジングユニットサイズは、燃料電池アセンブリ１１２の作動のために必要とされる液体燃料原料の体積に基づいて調整することができる。例えば、２つの２０００ガロンのハウジングユニットは、約１週間の作動のために液体燃料原料供給を保持することができる。もしも複数のハウジングユニットが使用される場合、ハウジングユニットはリード−ラグシステムで送られ、第１ハウジングユニットが使用中に、他のハウジングユニットは燃料電池への供給のために使用されるが、逆もまた同様である。
【００３８】
上記説明したように、ハウジングユニット２０１から集められた燃料原料蒸気は、蒸気中に存在する硫黄含有化合物の除去のために連結アセンブリ２０３を通って脱硫装置１０４まで通過する。燃料送出システム１０１で使われる適切な脱硫装置１０４は、一般的に割り当てられた特許出願第１０/６２８,６５３号に記載されており、引用によりその全体が本明細書に合体される。特に、脱硫装置１０４は、好ましくは、複数の触媒層を含み、燃料ガス蒸気がまず触媒層の１つを通過し、その後、他の触媒層を通過する。図１に概略的に示された脱硫装置１０４は、第１触媒層１０４ａと第２触媒層１０４ｂを含み、もしも特許出願第１０/６２８,６５３号の脱硫装置が使用される場合、第１触媒層１０４ａは活性炭吸着剤あるいは銅−クロム基の活性炭吸着剤を含み、第２触媒層１０４ｂはナトリウム−ゼオライト吸着剤などのゼオライトを含む。
【００３９】
特に、脱硫装置１０４の説明に例示の実施例は、第１触媒層１０４ａがＮＯＲＩＴアメリカインクによって製造された活性炭吸着剤ＲＧＭ−１またはＲＧＭ−３を含み、流れの方向に沿って第１触媒層１０４ａに続く第２触媒層１０４ｂは、エンゲルハルト社によって製造されたナトリウム−ゼオライト吸着剤ＣＮＧ−１を含む。この実施例では、第１触媒層１０４ａの体積は１１立方フィートであり、第２触媒層１０４ｂの体積は６立方フィートである。第１触媒層１０４ａは、燃料ガスが触媒層を通過するとき、メルカプタン、チオフェン、四面体チオフェンなどの高分子量の有機硫黄含有化合物と、硫化カルボニルと硫化水素などの無機硫黄含有化合物硫化物を除去するために適合されている。第２触媒層１０４ｂは、硫化ジメチル、エチル・メチル・サルファイド、メチルメルカプタン、およびエチルメルカプタンを含む６５以下の分子量を有する低分子量の有機硫黄含有化合物を除去するために適合されているが、それらに限定されない。エチルメルカプタンはＨＤ−５燃料に対して香気物質として使用される。エチルメルカプタンは、ＣＮＧ−１ゼオライト吸着剤を使用することによって捕集することができる軽い有機分子である。
【００４０】
上記説明され図１に概略的に示されたように、連結アセンブリ２０３を通過して脱硫装置１０４まで移送される燃料供給アセンブリ１０２からの燃料原料は、最初に第１触媒層１０４ａを通過し、その後、第２触媒層１０４ｂを通過する。第１触媒層１０４ａ中のＲＧＭ触媒は、燃料原料が第１触媒層１０４ａに入ると熱くなるので、燃料原料は温度上昇を制限するために脱硫装置１０４を通過する前に、最初に混合ユニット（簡単さと明快さの目的のために図示せず）中で窒素供給部１０３からの窒素と混合される。熱は、プロパンや他の高級炭化水素などの炭化水素の吸着熱により脱硫装置の容器中で発生する。熱は飽和に達するまで発生する。脱硫装置の容器の過熱を避けるために、窒素ガスが燃料原料とともにパージガスとして使用され、硫黄含有化合物はカーボン触媒層表面から脱離しない。
【００４１】
燃料原料から硫黄含有化合物を除去後に、燃料原料が脱硫装置１０４から予熱器１０６まで通過し、そこで、燃料原料が予め決められた温度まで加熱され、その後、前処理アセンブリ１０８に移送される。前処理アセンブリ１０８の１つの実施例の詳細な概略図を図４に示す。
【００４２】
示されたように前処理アセンブリ１０８は、脱酸剤床（ベッド）３０４、プロパン処理床（ベッド）３０５、および前改質床（ベッド）３０６の３つの形態の燃料処理ユニットを含む。これらの床（ベッド）は、予熱器１０６から予熱された燃料原料を受けるための入口部３０８と前処理された燃料原料を燃料電池アセンブリ１１２に放出する出口部３１０とを有する共通容器３０２中に配置または収容される。
【００４３】
示されたように、プロパン処理床３０５は、燃料原料流路３０１に沿って脱酸剤床３０４の次に続いて配置され、一方、前改質床３０６は、プロパン処理床３０５の次に続いて配置される。また、スクリーン３１２として示される多孔性部材は、通常は、１０〜１４のメッシュサイズを有するニッケルメッシュにより製造され、各床を分離して脱酸剤床３０４、プロパン処理床３０５に対する支持体を提供する。次に、前改質床３０６は、共通容器３０２の下面３０２ａで支持される。
【００４４】
脱酸剤床３０４は、脱酸化剤触媒を含み、脱酸化剤触媒は、通常は、サッド・ケミー・インクによって製造されるアルミナ担持Ｐｔ／ＰｄかまたはＧ−７４Ｄである。Ｐｔ−Ｒｈ基触媒やＲｈ−Ｐｄ基触媒などの他の触媒もまた使用される。
【００４５】
プロパン処理床３０５は、酸化セリウム、酸化ランタン、パラジウム、プラチナ、または、これらの化合物の組合せなどの助触媒がドープされたニッケル基の耐炭素触媒を含む。適切なニッケル基の耐炭素または反コークス化触媒の例は、サッド・ケミー・インクによって製造されたＦＣＲ−ＨＣ５９である。
【００４６】
前改質床３０６で使用される触媒は、標準のニッケル基触媒である。実施例は、サッド・ケミー・インクによって製造されたニッケル基アルミナ触媒またはＣ１１−ＰＲ触媒である。さらに、他のニッケル基アルミナ触媒、例えば、ジョンソン・マッテーイによって製造されたＣＲＧ−Ｆ、ＣＲＧ−ＬＨまたはＢＺＳＦによって製造されたＧ−１８０なども同様に使用される。
【００４７】
両方の床（ベッド）で使用される触媒の形状は異なる。例えば、示される場合では、ペレット形状触媒が脱酸剤床３０４、プロパン処理床３０５、および前改質床３０６中で使われる。さらに、触媒コーティングを有するセラミックのモノリス基板を含むモノリス基触媒の構造は各床で使用するのに適切である。
【００４８】
上記説明したように、前処理アセンブリ１０８は、燃料原料中の高級炭化水素成分と酸素成分とを低減するか実質的に排除する。前処理アセンブリ１０８は、また、燃料原料中の低級炭化水素成分を減らして水素成分を増加させる。共通容器３０２中の脱酸剤床３０４、プロパン処理床３０５、および前改質床３０６の構成により、前処理は、各床の触媒類を失活させる可能性を低減するとともに水素供給部から燃料原料へ水素を追加する必要なしに実行される。
【００４９】
特に、脱酸剤床３０４の触媒は、燃料原料から酸素除去を容易に行う。酸素は、以下のように触媒で支援されて、
２ＣＨ4＋Ｏ2→２ＣＯ＋４Ｈ2＋熱
ＣＨ4＋Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2＋熱
燃料原料中のメタンと酸素を反応させることによって除去される。
【００５０】
また、酸素は、脱酸剤床３０４で、以下のように、
Ｃ3Ｈ8＋２Ｏ2→２ＣＯ＋２ＣＯ2＋４Ｈ2＋熱
燃料原料のプロパンを酸素と反応させてを取り除く。
【００５１】
脱酸剤床３０４中の酸素除去は、前改質床３０６中の触媒の不活性化を防止する。また、酸素除去は、そのような触媒のための還元環境を維持するために必要とされる追加の水素を生成する。
【００５２】
プロパン処理床３０５中の耐炭素触媒は、プロパンとプロピレンに対して選択性があり、燃料原料中のプロパンとプロピレンが以下のように、
Ｃ3Ｈ6＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋２ＣＨ4＋Ｈ2
Ｃ3Ｈ8＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋２ＣＨ4＋２Ｈ2
メタンと二酸化炭素に転換されるのを促進する。
【００５３】
プロパン処理床３０５は、前処理アセンブリ１０８が最大５％のプロピレンを含む市販グレードのプロパン燃料を処理するのを可能にする。
【００５４】
前改質床３０６では、脱酸素された原料中の高級炭化水素成分の減少は、触媒によって支援され、高級炭化水素成分を水素、酸化炭素、およびメタンの混合物に転換することによって起こる。低級炭化水素成分の減少もまた、転換を通して起こり、水素と二酸化炭素の増加をもたらす。特に、燃料中のメタンの約１０％は改質されて、燃料電池アセンブリ中での電気化学反応のための水素を提供する。燃料中のメタンの残りは、燃料電池アセンブリ中で内部改質される。以下の反応は、
ＣnＨm＋nＨ2０→ｎＣＯ＋（ｍ/２＋ｎ）Ｈ2
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2
Ｃ3Ｈ8＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋２ＣＨ4＋２Ｈ2
変換処理の反応の例である。
【００５５】
上記説明されたように、脱酸剤床３０４は、共通容器３０２中に燃料原料の流れ方向あるいは流路３０１に対して共通容器３０２の入口部に最初に配置される。次に、プロパン処理床３０５が流れ流路３０１方向の脱酸剤床３０４に続き、次に、前改質床３０６が流れ流路３０１方向にプロパン処理床３０５に続く。上記説明されたように、この構成は、前改質床に入る前に燃料原料から酸素を除去し、それにより、床（ベッド）中の触媒の不活性化を防止する。前処理アセンブリ１０８の寿命はこうして延ばされる。
【００５６】
また、上記説明により理解されるように、脱酸剤床３０４、プロパン処理床３０５、および前改質床３０６中の反応は、燃料原料中の水素成分量を増加させる。これはプロパン処理床３０５と前改質床３０６での還元環境を維持する。特に、前改質床３０６中への水素の逆拡散は、この還元環境を提供し、それにより、前処理アセンブリ１０８が燃料原料に追加の水素を供給せずに作動することを可能にする。前改質床３０６への水素の逆拡散の量は、燃料原料の空間速度に対して逆の関係である。従って、前改質床３０６を通る燃料原料の低い空間速度を維持することは、前改質床３０６で十分な水素逆拡散を実現するために好ましい。
【００５７】
理解されるように、空間速度は、前改質床３０６を通る燃料の流量に正比例し、前改質床３０６中の触媒体積に逆比例する。従って、燃料原料の空間速度は前改質床３０６の触媒体積を調整することによって、及び／または、前改質床３０６を通る燃料流れの量を変えることによって、すなわち、以下の関係を使用して、
ＳＶ＝１時間当たりの燃料流量／触媒体積
制御することができる。
【００５８】
燃料原料の空間速度を制御することに加えて、燃料の空塔速度（superficial velocity）は、所望量の水素の逆拡散させるために制御する必要がある。空塔速度は燃料が流れている容器の直径の関数である。特に、空塔速度は、燃料流量に正比例し、前改質床３０６の直径に逆比例する。本発明の前処理アセンブリ１０８では、２,０００〜５,０００ｈｒ-1の空間速度と約１.３フィート/ｓの最大空塔速度が前改質床３０６の作動に好ましいことがわかった。
【００５９】
そのうえ、前改質床３０６は、追加的に図１の脱硫装置ユニット１０４で除去されない燃料原料中に存在する硫黄含有化合物を捕集するためのガードとして作用するようにさらに適合し得る。特に、前改質触媒中のニッケルは、硫黄含有化合物を効果的に捕集するために適切である。この追加の硫黄除去により、燃料電池アセンブリ１１２中の改質触媒の運転寿命を増加することができる。
【００６０】
前改質アセンブリ１０８の最適設計は、特定の応用に依存する。考えられるべき重要因子のいくつかは、燃料電池アセンブリ１１２の要求、処理される燃料ガスの組成物、および処理されるべきガス量である。前改質アセンブリ１０８の例示の実施例は本明細書の以下に記載される。
【００６１】
実施例１
図４の前処理アセンブリは、３００ｋｗの直接燃料電池発電所で使用するためにプロパンと最大５％のプロピレンとを含むＨＤ−５燃料を処理するために最適化された。脱酸剤床３０４は、Ｇ−７４Ｄ触媒を含み、０.７立方フィートの体積を有する。プロパン処理床３０５は、サッド・ケミー・インクによって製造されたＦＣＲ−ＨＣ５９を含み、０.７５立方フィートの体積を有する。前改質床３０６は、Ｃ１１−ＰＲ触媒を含み、１.７立方フィートの体積を有する。共通容器３０２は、３０４/３１０ステンレスから作られ、４立方フィートの体積と２０インチの直径を有する。
【００６２】
入口部３０８を通って共通容器３０２に入る燃料原料の最適温度は、約３００〜４９０℃であり、好ましくは約３５０℃であり、出口部３１０を通って共通容器３０２を出る前処理された燃料の温度は約３５０℃である。脱酸剤床３０４は、３００℃〜６００℃の温度で作動するように適合されており、プロパン処理床３０５と前改質床３０６は、３００℃〜５４０℃の温度で作動するように適合されている。前改質アセンブリ１０８の脱酸剤床３０４、プロパン処理床３０５、および前改質床３０６の最適な作動温度は３００℃〜４００℃である。脱酸剤床３０４を通って流れる燃料原料の好ましい空間速度は、５,０００〜１２,０００ｈｒ-1である。プロパン処理床３０５を通って流れる燃料原料の好ましい空間速度は５,０００〜１１,０００ｈｒ-1であり、前処理床３０６を通って流れる燃料原料の好ましい空間速度は、２,０００〜５,０００ｈｒ-1である。前改質床３０６の好ましい水素逆拡散を維持するために、前改質床３０６を通って流れる燃料原料の好ましい最大空塔速度は標準状態条件で１.３フィート/sである。また、前改質アセンブリに入る燃料原料の水蒸気/炭素比は２.９〜３.４であり、好ましくは約３である。
【００６３】
図４の前処理アセンブリ１０８の性能は、様々な濃度のプロピレンを有するプロパン燃料原料を使用して試験された。これらのテストの間に使用される燃料原料は、プロピレンなしの純粋なプロパン、２５３８ｐｐｍのプロピレンを有するＨＤ−５ガス、および約５％のプロピレンを有するＨＤ−５＋ガスを含む。テストは、前処理アセンブリ１０８に入る燃料原料の様々な入口温度と様々な空間速度と様々な水蒸気/炭素比で実行された。
【００６４】
図５は、異なる燃料原料の入口温度で図４の前処理アセンブリ１０８の試験から得られる性能データを示す図である。試験手順では、前処理アセンブリ１０８に入る前に燃料原料は様々な温度にあらかじめ加熱され、前処理アセンブリ１０８を出る前処理された燃料原料ガスの様々な成分濃度が測定された。この試験の間に使用される燃料原料は、水蒸気/炭素比３.０を有する。前処理アセンブリを通る純粋なプロパン燃料原料ガスの流速は、５.０標準立方フィート（「ｓｃｆｍ」）であり、ＨＤ−５燃料原料ガスとＨＤ−５＋燃料原料ガスの流速は４.５ｓｃｆｍであり、前処理アセンブリ１０８に入る燃料原料ガスの入口温度は３００〜４５０℃であった。
【００６５】
図５のＸ軸は、前処理アセンブリ入口温度を示し、Ｙ軸は前処理された燃料原料ガス中の出てくる各成分の出口部濃度を示す。図５に示されるように、前処理アセンブリ１０８を出る前処理された燃料原料は、メタン、水素、およびＣＯ2成分を含んでいる。入力された純粋なプロパン燃料原料から得られる出口の前処理された燃料原料ガス中のメタン、水素、および炭酸ガスの各濃度は、入力されたＨＤ−５燃料原料ガスとＨＤ−５＋燃料原料から得られる出口の前処理された燃料原料におけるメタン、水素、および炭酸ガスの各濃度とほぼ同じである。従って、これらの試験は、前処理アセンブリ１０８が高いプロピレン濃度を有する燃料原料を性能劣化せずに前処理することができることを示している。
【００６６】
また、理解されるように、燃料原料の入口温度が増加するのにつれて、出口の前処理された燃料原料ガス中の水素濃度もまた増加するが、一方、出口の前処理された燃料原料ガス中のメタン濃度は減少する。また、示されるように、前処理アセンブリ１０８を出る前処理された燃料原料ガスは、すべての入口温度で、前改質触媒を還元雰囲気に維持するように十分な水素濃度を含み、それにより、前処理アセンブリ１０８の運転寿命が延びる。
【００６７】
また、図４に示された前処理アセンブリ１０８を使用する図１の燃料処理アセンブリ１０１の性能が、異なる燃料原料を使用して試験された。特に、前処理アセンブリの性能は、同じ入口温度で、前処理アセンブリ１０８にＨＤ−５プロパンガスと天然ガスを通すことによって試験された。各燃料原料の入口温度は、３７２℃であり、燃料利用度（Ｕf）は、１００ｍＡ／ｃｍ2の電流密度の燃料電池の作動で６５％であった。前処理アセンブリ１０８を出るガス組成は、前処理アセンブリアセンブリ１０８を通過する各燃料原料に対して決定された。
【００６８】
図６は、前処理アセンブリ中で前処理された天然ガスおよびＨＤ−５プロパンガスに対する出口ガス組成を示す棒グラフである。図６では、Ｙ軸は各ガス成分の乾燥基準の濃度を示す。示されるように、前処理アセンブリ１０８によって前処理された天然ガスは、約１７％のＨ2、７７％のＣＨ4、および６％のＣＯ2を含んでおり、一方、ＨＤ−５ガスは、約２６％のＨ2、５６％のＣＨ4、および１８％のＣＯ2を含んでいる。したがって、図６で理解できるように、前処理、特にプロパンの前処理は、天然ガスの前処理よりもより完全であり、高い水素濃度と低いメタン濃度をもたらす。
【００６９】
最終的に、燃料電池アセンブリ１１２の性能は、図１の燃料処理アセンブリ１０１によって処理された異なる燃料原料を用いて試験された。図７Ａと７Ｂは、天然ガスで作動する燃料電池アセンブリの性能データをＨＤ−５プロパンおよびプロピレンが加えられたＨＤ−５＋プロパンで作動する燃料電池アセンブリの性能データと比較した図である。図７Ａと７Ｂでは、Ｘ軸は燃料電池アセンブリ１１２中の燃料電池数を示し、一方、Ｙ軸は各燃料電池に対する平均電圧からの電圧偏差を示す。理解できるように、燃料電池アセンブリの性能は電圧偏差が減少するとき向上する。
【００７０】
天然ガスで作動する燃料電池アセンブリ１１２の性能とＨＤ−プロパンガスで作動する燃料電池アセンブリ１１２の性能が比較される場合、図７Ａにまとめられるように、天然ガスに対する燃料利用度Ｕfは６３.７％であり、平均電圧は０.７９１Ｖであるが、ＨＤ−５ガスに対する燃料利用Ｕfは６４.５％であり、平均電圧は０.７８８Ｖであった。図７Ａから理解されるように、ＨＤ−５ガスで作動する燃料電池アセンブリ１１２における電圧偏差は、天然ガスで作動する燃料電池アセンブリ１１２における電圧偏差と同様であるかそれより小さい。したがって、前処理されたＨＤ−５ガスを用いる燃料電池アセンブリ１１２の性能は、前処理された天然ガスを使用する燃料電池アセンブリ１１２の性能と比べられたとき、同等であるかまたはより良い。従って、本発明の燃料電池システム１０１は、ＨＤ−５燃料あるいは天然ガスを使用して同様の燃料電池アセンブリ１１２性能を達成することができる。両方の燃料（天然ガスとＨＤ−５）による同様の性能により、燃料電池アセンブリ１１２は、両方の燃料を用いて作動可能であり、２つの燃料作動として必要とされるときはいつでも交換することができる。１つの燃料から他の燃料への転換は、１分未満で処理することができ、この互換性は、１つの燃料から他の燃料へのその場での転換によって実現される。
【００７１】
天然ガスで作動する燃料電池アセンブリ１１２の性能が、プロピレンが加えられたＨＤ５＋プロパンガスと比較される場合、図７Ｂにまとめられるように、天然ガスに対する燃料利用度Ｕfは６４.６％であり、平均電圧は０.７９３Ｖであるが、ＨＤ−５＋ガスに対する燃料利用Ｕfは６４.２％であり、平均電圧は０.７９４Ｖであった。図７Ａのように、ＨＤ−５＋ガスを用いる燃料電池アセンブリ１１２の性能は図７Ｂで示されるように、天然ガスを用いる燃料電池アセンブリ１１２と同様である。図７Ａと７Ｂで示される結果から、燃料電池アセンブリ１１２がＨＤ−５プロパンあるいはプロピレンが加えられたＨＤ−５＋プロパンで作動するとき燃料電池アセンブリ１１２の性能は同じか向上することが理解される。本発明の燃料送出アセンブリ１０１は、したがって、性能における劣化無しに多くの様々な燃料原料が燃料電池アセンブリ１１２で利用されることを可能にする。
【００７２】
すべての場合において、上記説明された構成は、単に本発明の応用を示す多くの可能な特定の実施例であることが理解される。本発明の精神と範囲を逸脱することなしに本発明の原理に基づいて、多くの様々な構成を容易に考案することができる。
【図１】
2010503156.tif 000004
【図２】
2010503156.tif 000005
【図３】
2010503156.tif 000006
【図４】
2010503156.tif 000007
【図５】
2010503156.tif 000008
【図６】
2010503156.tif 000009
【図７Ａ】
2010503156.tif 000010
【図７Ｂ】
2010503156.tif 000011
【国際調査報告】
2010503156.tif 000012
2010503156.tif 000013