用于脱硫的沸石吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于脱硫的沸石吸附剂及其制备方法。更具体地，本发明专利技术提供一种用于脱硫的沸石吸附剂及其制备方法，其中该沸石中与Ａｇ离子交换的Ｙ型沸石的相对结晶度为４５～９８％。与现有的用于脱硫的沸石吸附剂相比，本发明专利技术的用于脱硫的沸石吸附剂具有优异的结晶度，因而具有更优异的吸附硫化合物的性能，尽管其包含很少的Ａｇ。因此，当利用本发明专利技术的脱硫沸石吸附剂除去燃料气体中的硫化合物时，可以较低的成本构建性能更优异的脱硫装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于脱硫的沸石吸附剂，更具体地，本专利技术涉及这样的用于脱硫的沸石吸附剂，其尽管含有少量的银，但是在室温下脱除硫化合物如四氢噻吩(THT)的能力却是优异的。
技术介绍
燃料电池是直接将甲醇、乙醇、天然气等烃基材料中所包含的化学能转化成电能的发电系统。这种燃料电池装有电池组、燃料处理器(FP)、燃料储罐、燃料泵等，以构成基本的发电系统。电池组的主体结构是燃料电池，并且具有几个或很多个单元电池堆叠起来的结构，其中所述单元电池由膜电极组件(MEA)和隔板(或者双极板)构成。燃料泵将燃料储罐中的燃料供给燃料处理器，燃料处理器重整和纯化燃料以产生氢，并将所产生的氢提供给电池组。电池组接收氢，并使氢与氧进行电化学反应，以产生电能。燃料处理器中的重整器和水-气转换反应器利用重整催化剂重整烃材料。要重整的烃材料包含硫化合物，而上述的催化剂及膜电极组件的阳极催化剂容易被所述硫化合物中毒。因此，需要在将烃材料提供给重整工艺之前除去硫化合物。因而，烃材料在进入重整工艺之前需经过脱硫工艺(参见图1)。具体地，城市煤气可以用作未来燃料电池的给料。城市煤气包含约15ppm的硫化合物，该硫化合物充当气味剂并且由3∶7的叔丁硫醇(TBM)和四氢噻吩(THT)构成。因此，为了在燃料电池中使用城市煤气需要除去硫化合物。除去硫化合物的方法可以采用加氢脱硫(HDS)工艺或吸附剂。尽管加氢脱硫工艺是可靠的，但是该工艺需要300～400℃的高温，并且操作复杂，因而可以应用于大规模的工厂而不是小规模的装置中。同时，为了除去燃料气体中的硫化合物如TBM、THT等，采用吸附剂的方法更合适。采用吸附剂的方法使燃料气体通过由活性炭、金属氧化物或沸石等制成的吸附剂，以除去硫化合物。当其被硫化合物饱和后，吸附剂不再能够除去硫化合物，因而需要对吸附剂进行置换或再生。所需吸附剂的量以及吸附剂的置换循环很大程度上受吸附剂的吸附性能的影响，因而优选具有高吸附性能的吸附剂。已经提出了很多种吸附剂。JP 1994-306377B公开了用多价金属离子进行离子交换的沸石，以除去城市煤气中所包含的硫醇。然而，该沸石仅能应用于硫醇。此外，已经知道，硫化合物中的THT比TBM更难除去，而且含Ag的沸石具有脱除THT的能力。JP 1998-237473B公开一种孔隙尺寸至少为5的用作吸附剂的Na-X-沸石。该吸附剂在室温下表现出良好的吸附性能，然而，当其暴露于水分时，吸附性能显著降低。US 2004-57890A公开一种吸附剂，通过用过渡金属元素如银、铜等离子交换X型沸石、Y型沸石或β型沸石，该吸附剂即使暴露于水分也具有较优异的室温吸附性能。然而，就目前所公开的沸石吸附剂而言，尚未考虑到沸石的结晶度。在这方面，需要改善常规沸石吸附剂的性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于脱硫的沸石吸附剂，其可以在室温下有效地脱除硫化合物，尽管只包含少量的银。本专利技术还提供一种制备用于脱硫的沸石吸附剂的方法。本专利技术还提供一种利用上述的脱硫沸石吸附剂进行脱硫以除去硫化合物的方法。本专利技术还提供一种脱硫装置，其包含上述的用于脱硫的沸石吸附剂。本专利技术还提供一种燃料电池系统，其包含上述的脱硫装置。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于脱硫的沸石吸附剂，其中用Ag进行离子交换的Y型沸石的相对结晶度为45～98％，假定未进行离子交换的Y型沸石的相对结晶度为100％。根据本专利技术的另一方面，提供一种制备用于脱硫的沸石吸附剂的方法，该方法包括 (a)用银对Y-沸石进行一次离子交换；及(b)煅烧用银离子进行离子交换的Y-沸石。根据本专利技术的再一方面，提供一种使燃料气体通过所述用于脱硫的沸石吸附剂进行脱硫以除去硫化合物的方法。根据本专利技术的再一方面，提供一种包含所述用于脱硫的沸石吸附剂的脱硫装置。根据本专利技术的再一方面，提供一种包含所述用于脱硫的沸石吸附剂的燃料电池系统。附图说明通过参照附图详述其示例性实施方案，本专利技术的上述及其它特征和优点将会更加清楚，在附图中图1是燃料处理器的结构的示意性流程图。图2是根据本专利技术实施方案的制备脱硫沸石吸附剂的方法的示意性流程图。图3A是根据本专利技术实施例1的脱硫沸石吸附剂的吸附实验结果的曲线图。图3B是根据对比例1的Na-Y-沸石的吸附实验结果的曲线图。图4A是在本专利技术实施例1中进行的TPD实验结果的曲线图。图4B是在对比例1中进行的TPD实验结果的曲线图。图5是根据本专利技术的实施例及对比例的Y-沸石的XRD分析结果的曲线图。具体实施例方式现将参照示出了本专利技术优选实施方案的附图更全面地说明本专利技术。然而，本专利技术却可以按很多不同的形式来实施，并且应当理解，本专利技术并不限于本文中所阐述的实施方案。相反，公开这些实施方案的目的是为了使本公开的内容全面而完整，并且彻底地向本领域的技术人员阐述本专利技术的范围。在整个说明书中，相同的附图标记始终代表相同的要素。城市煤气是有前途的燃料电池给料(feedstock)，如上所述，其强制性地包含硫化合物如THT或TBM。烃是另一种可能的给料，其除了上述的硫化合物之外还包含硫醇、含硫的芳杂环化合物、二硫化物等。因此，包含在燃料电池给料中的用于除去硫化合物的吸附剂应当能够除去上述的所有硫化合物。更具体地，所述芳杂环化合物包括噻吩，苯硫酚，烷基噻吩，及苯并噻吩。这些混合物具体地包括2-甲基噻吩，3-甲基噻吩，乙基噻吩，二甲基噻吩，三甲基噻吩，苯并噻吩，二苯并噻吩，甲基苯并噻吩，及二甲基苯并噻吩。然而，该混合物并不限于这些实例。此外，硫醇包括1-乙硫醇，2-丙硫醇，2-丁硫醇，2-甲基-2-丙硫醇，戊硫醇，己硫醇，庚硫醇，辛硫醇，壬硫醇，及苯硫酚。然而，硫醇并不限于这些实例。根据本专利技术的能够吸附上述硫化合物的脱硫沸石吸附剂是Y型沸石，其相对结晶度为45～98％，且用Ag进行离子交换。本专利技术人发现，脱硫沸石吸附剂的吸附硫化合物的性能取决于离子交换的沸石的结晶度，而不是用来交换的Ag的量。用于制备本专利技术的脱硫沸石吸附剂的沸石包括Y-沸石，特别是Na-Y-沸石或H-y-沸石，这些沸石与Ag离子进行离子交换，以用Ag取代部分的Na或H。用于脱硫的沸石吸附剂的结晶度是指根据本专利技术实施方案的脱硫沸石吸附剂即Ag-Y-沸石的相对结晶度，假定Y型沸石的结晶度为100％。然而，Y-沸石的结晶度在离子交换过程中或多或少地降低。因此，根据本专利技术的脱硫沸石吸附剂的结晶度不可避免地小于100％。当脱硫沸石吸附剂的结晶度为45～98％时，其吸附硫化合物的性能是优异的。当脱硫沸石吸附剂的结晶度小于45％时，其吸附硫化合物的性能不充分。结晶度超过98％的脱硫沸石吸附剂难于制备。此外，Ag的量可以为脱硫沸石吸附剂重量的2～15％。当Ag的量小于2％重量时，吸附剂的性能会不充分，即使吸附剂的结晶度高。当Ag的量超过15％重量时，吸附剂变得不经济，因为贵金属银非常昂贵，超过了提高吸附剂的吸附性能的程度。此外，在与沸石构成骨架相结合的阳离子中，Ag离子的百分数可以为1～40％。当Ag离子的百分数小于1％时，能够吸附硫化合物的性能变得不充分。当Ag离子的百分数超过40％时，其在经济上是不利的。根据本专利技术的用于脱硫的沸石吸附剂，即使在常温常压下也能够很好地吸附硫化合物。因此，无需为了吸附而进一步地施热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脱硫的沸石吸附剂，其中用Ａｇ进行离子交换的Ｙ型沸石的相对结晶度为４５～９８％，假定未进行离子交换的Ｙ型沸石的相对结晶度为１００％。

【技术特征摘要】
KR 2005-1-24 6350/051.一种用于脱硫的沸石吸附剂，其中用Ag进行离子交换的Y型沸石的相对结晶度为45～98％，假定未进行离子交换的Y型沸石的相对结晶度为100％。2.根据权利要求1的用于脱硫的沸石吸附剂，其中Ag的量为2～15％重量。3.根据权利要求1的用于脱硫的沸石吸附剂，其中Ag离子在阳离子中的百分数为1～40％。4.根据权利要求1的用于脱硫的沸石吸附剂，其中所述Y型沸石为Na-Y-沸石或H-Y-沸石。5.一种制备用于脱硫的沸石吸附剂的方法，该方法包括(a)用银对Y-沸石进行一次离子交换；及(b)煅烧用银离子进行离子交换过的Y-沸石。6.根据权利要求5的制备用于脱硫的沸石吸附剂的方法，还包括在步骤(a)之前进行煅烧的操作。7.根据权利要求6的制备用于脱硫的沸石吸附剂的方法，其中该煅烧操作在350～500℃的温度下进行2～12小时。8.根据权利要求6的制备用于脱硫的沸石吸附剂的方法，其中该煅烧操作在氮气或空气气氛下进行。9.根据权利要求5的制备用于脱硫的沸石吸附剂的方法，其中所述离子交换步骤在20～90℃的温度下进行1～12小时。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金纯澔，李弦哲，尤利亚波塔波娃，朴恩德，高银庸，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]