補助燃料システムのための多段硫黄除去システムおよび工程
【課題】補助燃料システムのための多段硫黄除去システムおよび工程の提供。
【解決手段】主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するためのシステムは、主燃料流れの一部から第１の蒸気透過流れおよび第１段の未透過流れを分離する第１の分離段と、第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れおよび第１の蒸気段流れに凝縮する第１の蒸気透過流れに連結される第１の分離段の部分凝縮器と、第１の蒸気流れの一部を第２の液体段に凝縮する第２の分離段の部分凝縮器とを含む。第１の蒸気透過流れは、燃料流れから容易に分離されることができる種にある任意の硫黄化合物を調整するように、気相反応性脱硫触媒反応装置を介して送り込まれることが好ましい。
【解決手段】主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するためのシステムは、主燃料流れの一部から第１の蒸気透過流れおよび第１段の未透過流れを分離する第１の分離段と、第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れおよび第１の蒸気段流れに凝縮する第１の蒸気透過流れに連結される第１の分離段の部分凝縮器と、第１の蒸気流れの一部を第２の液体段に凝縮する第２の分離段の部分凝縮器とを含む。第１の蒸気透過流れは、燃料流れから容易に分離されることができる種にある任意の硫黄化合物を調整するように、気相反応性脱硫触媒反応装置を介して送り込まれることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、燃料システムに関し、さらに詳細には、より高濃度の硫黄化合物を有
する主燃料の流れから低濃度の硫黄化合物を有する補助燃料流れの抽出のためのシステム
および工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの性能、コストおよび耐久性における継続的な改善により、たとえば
、ハイブリッド式または燃料電池式の自動車などの車両において、補助電源装置（ＡＰＵ
）としての使用に関心が高まり続けている。実用化に対する燃料電池システムの１つの制
限は、用いられる軍用燃料または従来の燃料、たとえば、ディーゼルおよびケロシンのカ
ット（削減）にある。これらの燃料は、３０〜３，０００ｐｐｍの範囲の硫黄含有量を有
し、これらの燃料の水素への変換または合成気体流れに影響を及ぼすか、または燃料電池
下流の性能に影響を及ぼすかのいずれかである。１つの別法は、「硫黄を含まない」タイ
プの合成液体燃料、たとえば、ＡＰＵ用のフィッシャ・トロプシュ液体または気体と液体
の生成物を必要とすることであるが、この実施には、同一の自動車に２つの別個の燃料流
れを提供することが必要である。
【０００３】
たとえば、米国の一部の政府機関は、３０〜３００ｐｐｍを最近では推進するなど、燃
料においてより低レベルの硫黄を指示している。最低の限界付近のレベルであっても、硫
黄含有量は、下流工程における触媒の性能に影響を及ぼし、したがって、燃料電池システ
ムの効果的な使用を妨げる。膜に基づく技術をはじめとする技術は、これらのより低い硫
黄の規格を達成するために、精製所規模の用途向けに開発されている最中である。膜技術
、具体的に言えば、浸透気化膜技術は、商用化技術であり、液流の混合物からより高い蒸
気圧成分の分離のために、多数の業界で実用化されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンパクトで廉価なシステムにおいて実装されることが可能であり、ガソリン、ケロシ
ン、ジェット燃料およびディーゼルに基づく広範囲の主燃料に関して動作する必要な分離
選択性を提供する簡単な工程を有することが望ましい。本開示が向けられるのは、これら
の需要に対してである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れ
を生成するためのシステムおよび工程（方法）の実施例が、開示される。このシステムは
、主燃料流れの一部から第１段の透過流れおよび第１段の未透過流れを分離する第１の分
離段を含む。第２の分離段は、第１段の透過流れから第２段の透過流れおよび第２段の未
透過流れを分離し、第２段の未透過流れは、低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れ
を含む。第１段の未透過流れおよび第２段の透過流れは、混合されて、主燃料流れに戻さ
れる。その結果、主燃料流れに加えて、低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生
じる。
【０００６】
さらなる例示的な実装例によれば、主燃料流れから低硫黄化合物を含有する補助燃料流
れを分離する工程は、主燃料流れから第１段の透過流れおよび第１段の未透過流れを分離
することと、真空圧で第１段の透過流れを気化することと、第１段の透過流れから第２段
の透過流れおよび第２段の未透過流れを分離することとを含み、第２段の未透過流れは、
低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れを備え、真空圧で第２段の透過流れを気化して、
主燃料流れに第２段の透過流れを戻すことを含む。したがって、第２段の未透過流れは、
低硫黄化合物を含有する補助燃料流れである。
【０００７】
別の例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れ
を分離するシステムは、燃料供給部と、第１段の分離器と、第２段の分離器と、燃料供給
部を第１段の分離器に連結する第１の供給管路と、第１段の分離器および第２段の分離器
を連結する第２の供給管路とを含む。第１の供給管路は、燃料供給部から第１段の分離器
に燃料流れを運搬する。第１段の分離器は、第１段の燃料供給部流れから第１段の透過流
れおよび第１段の未透過流れを生成する。第２の供給管路は、第１段の分離器から第２段
の分離器に第１段の透過流れを運搬する。第２段の分離器は、第２段の透過流れおよび第
２段の未透過流れを生成する。生成された第２段の未透過流れは、低濃度の硫黄化合物を
含有する燃料流れである。このシステムにおいて、第１段の未透過流れおよび第２段の透
過（流れ）は次に、混合されて、主燃料流れに戻される。
【０００８】
さらに別の例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する燃
料流れを分離するシステムは、主燃料流れから気体の第１段の透過流れおよび第１段の未
透過流れを供給する第１段の分離器と、第１段の分離器に関連する第１の放出器であって
、真空圧および冷却エネルギを提供し、第１の放出器用の推進流体として冷却された第１
段の透過液体を用い、第１段の透過蒸気を凝縮する放出器と、凝縮された第１段の透過流
れから第２段の未透過流れおよび気体の第２段の透過流れを提供する第２段の分離器とを
含み、第２段の未透過流れは、低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れを備え、第２段の
分離器に関連する第２の放出器であって、推進流体として冷却された第１段の未透過（流
れ）を用い、第２段の透過蒸気用の真空圧を提供し、第２段の透過蒸気を凝縮して、第１
段の未透過（流れ）と混合する放出器を含むことが開示される。生成された真空圧は、推
進流体としての処理（プロセス）液体と共に放出器を用いることによって生成されるだけ
ではない。空気または窒素を豊富に含む空気などの圧縮気体が、推進流体として用いられ
てもよい。あるいは、電動式真空ポンプが真空圧を生成するために利用されてもよい。
【０００９】
別の例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れ
を分離するシステムは、燃料供給部と、第１段の分離器と、反応性脱硫触媒と、触媒の下
流の収着剤床と、燃料供給部を第１段の分離器に連結する第１の供給管路と、第１段の分
離器を反応性脱硫触媒に連結する第１の気相供給管路と、第１の収着剤床供給管路と、第
１の凝縮供給管路と、第１の反応供給管路とを含む。第１の供給管路は、燃料供給部から
第１段の分離器に燃料流れを運搬する。第１段の分離器は、第１段の燃料供給部流れから
第１段の透過流れおよび第１段の未透過流れを生成する。第１の気相供給管路は、第１段
の分離器から反応性脱硫触媒に第１段の透過流れを運搬する。反応物供給管路は、反応物
を反応性脱硫触媒に供給する。触媒は、反応物と第１段の透過における硫黄種の化学反応
を支援し、硫黄種を改質する。第１の収着剤床供給管路は、反応物触媒を収着剤床に連結
する。改質された硫黄種は、収着剤に吸着または吸収して、残りの第１段の透過（流れ）
が後の用途または処理のために凝縮される。
【００１０】
本開示の特徴および態様は、添付図面と共に以下の詳細な説明からよりよく理解される
。添付図面はすべて、説明のために過ぎず、本開示を限定するものではない。
【００１１】
定義
【００１２】
以下の説明において、用いられる語は、当業者によって意図されるものとして平明な意
味に基づいて用いられている。以下に記載される実施形態において、以下の語は、以下の
ように用いられることを意図している。
【００１３】
「炭化水素」という語は、種々の長さおよび構造の水素原子および炭素原子から主に構
成される有機化合物を記載するために一般に用いられるが、非炭素原子（酸素、硫黄また
は窒素など）を含んでもよい。
【００１４】
「直鎖炭化水素(straightchain hydrocarbon)」という語は、その化合物が環状構造を
含まないパラフィン型炭化水素またはイソパラフィン型炭化水素であることを示唆してい
る。
【００１５】
「浸透気化(pervaporation)」という語は、非多孔性の膜を通じた部分気化による液体
混合物の分離を意味する。
【００１６】
「ナフテンまたはナフテン系化合物」という語は、単結合による１つ以上の環の炭素原
子を有する炭化水素である。
【００１７】
「芳香族化合物」という語は、これらの環の中に二重結合による１つ以上の環の炭素を
含有する炭化水素である。
【００１８】
「複素環(heterocyclics)」という語は、炭素および水素に加えて、硫黄、窒素または
酸素などの原子を含有する芳香族化合物またはナフテン系化合物である。複素環は通常、
本質的に極性を有する。
【００１９】
「極性」または「イオン性」という語は、膜に関して言及するとき、イオン結合を含有
する膜を表す。同様に、「非極性」または「非イオン性」という語は、イオン結合を含有
しない膜である。膜が本質的に極性であるか、または分枝状のスルホン酸基を有するフッ
化ポリマー、たとえば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）などの極性材料でコーティングされて
いる場合には、極性種を有する化合物は、膜を介して選択的に移動される傾向がある。非
極性の膜、たとえば、三酢酸セルロースなどは、非極性の化合物に対して選択的であり、
イオン性化合物の移動速度を選択的に減少する傾向がある。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するための工程であ
って、前記工程は、
第１の膜分離段を介して前記主燃料流れの一部を通過させることによって、前記主燃料
流れから第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れを分離することと、
第１の分離段の部分凝縮器において前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れ
および第１の蒸気段流れに凝縮することと、
脱硫反応装置を介して前記第１の蒸気段流れを通過させることとを含む、工程。
（項目２）
前記第１の蒸気段流れを研磨フィルタに送ることをさらに含む、項目１に記載の工程
。
（項目３）
前記研磨フィルタは、前記硫黄化合物を水素硫化物または硫黄酸化物に変換する触媒を
含有する、項目２に記載の工程。
（項目４）
第２の第１段の部分凝縮器における前記第１の蒸気段流れの一部を第２の液体段流れに
凝縮することをさらに含む、項目１に記載の工程。
（項目５）
前記第２の液体段流れは研磨フィルタに送られ、前記研磨フィルタからの排出液体が清
浄な燃料となる、項目４に記載の工程。
（項目６）
前記第１の分離段は、所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維
持される高流束の非硫黄選択膜を含む、項目１に記載の工程。
（項目７）
前記第１の分離段は、所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維
持される高流束の非硫黄選択膜を含む、項目４に記載の工程。
（項目８）
前記第１の蒸気透過流れの一部を凝縮する動作は、前記第１の部分凝縮器の前記温度を
制御することによって管理される項目１に記載の工程。
（項目９）
前記第１の蒸気透過流れの一部を凝縮する動作は、前記第１の部分凝縮器の前記温度を
制御することによって管理される、項目６に記載の工程。
（項目１０）
第２の分離段を介して前記第２の液体段流れを通過させることによって、前記第２の液
体段流れから第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れを分離させることと、
前記第１の未透過流れおよび前記第２の蒸気透過流れを混合して、前記混合物を前記主
燃料流れに戻すこととをさらに含む、項目４に記載の工程。
（項目１１）
第２の分離段を介して前記第２の液体段流れを通過させることによって、前記第２の液
体段流れから第２の蒸気透過流れおよび第２段の未透過流れを分離させることをさらに含
む、項目４に記載の工程。
（項目１２）
第２の未透過流れは、研磨フィルタに送られ、前記研磨フィルタからの前記排出液体は
補助電源装置用の清浄な燃料となる、項目１０に記載の工程。
（項目１３）
前記第２の蒸気透過流れおよび第２段の未透過流れを分離することは、所定の浸透気化
温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維持される硫黄選択膜を介して前記第２の
液体段流れを通過させることを含む、項目１１に記載の工程。
（項目１４）
研磨フィルタを介して前記第２段の未透過流れを送ることをさらに含む、項目１１に
記載の工程。
（項目１５）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するシステムであっ
て、前記システムは、
主燃料流れの一部を第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れに分離するための第１
の分離段と、
前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れおよび第１の蒸気段流れに凝縮する
前記第１の蒸気透過流れに連結される第１の分離段の部分凝縮器と、
前記第１の蒸気段流れの一部を第２の液体段に凝縮する第２の分離段の部分凝縮器とを
備える、システム。
（項目１６）
前記第２の液体段流れに連結される研磨フィルタをさらに備え、前記研磨フィルタから
の排出液体が、清浄な燃料となる、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記第１の分離段は、前記主燃料流れを前記第１の蒸気透過流れおよび前記第１の未透
過流れに分離するように動作可能な所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧
範囲内に維持される高流束の非硫黄選択膜を備える、項目１５に記載のシステム。
（項目１８）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目１５に記載のシステム。
（項目１９）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目１７に記載のシステム。
（項目２０）
前記第２の液体段流れを第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れに分離するための
第２の分離段と、
前記第１の未透過流れおよび前記第２の蒸気透過流れを混合して、前記混合物を前記主
燃料流れに戻す混合器とをさらに備える、項目１５に記載のシステム。
（項目２１）
前記第２の液体段流れを第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れに分離するための
第２の分離段をさらに備える、項目１５に記載のシステム。
（項目２２）
前記第２の未透過流れに連結される研磨フィルタをさらに備える、項目２１に記載の
システム。
（項目２３）
前記第２の分離段は、前記第２の液体段流れを前記第２の蒸気透過流れおよび前記第２
の未透過流れに通過させるように動作可能な所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気
化真空圧範囲内に維持される硫黄選択膜を備える、項目２１に記載のシステム。
（項目２４）
前記第２段の未透過流れを受け入れ、そこから前記補助燃料流れを生成する研磨フィル
タをさらに備える、項目２１に記載のシステム。
（項目２５）
前記第１の分離段と、前記第１段の透過蒸気を受け入れる第１の分離段の部分凝縮器と
の間に連結される研磨フィルタをさらに備える、項目１５に記載のシステム。
（項目２６）
前記研磨フィルタは、前記硫黄を水素硫化物または硫黄酸化物に変換して、前記研磨フィルタの選択性および吸収性能を増大させる触媒を含有する、項目２５に記載のシステム。
（項目２７）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成する工程であって、
前記工程は、
第１の膜分離段を介して前記主燃料流れの一部を通過させることによって、前記主燃料
流れから第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れを分離することと、
第１の分離段の部分凝縮器において前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れ
および第１の蒸気段流れに凝縮することと、
触媒反応装置において反応物質と前記蒸気段流れを反応させて、分離可能な硫黄化合物
を形成することと、
二次分離構成要素において前記硫黄化合物を分離することとを含む、工程。
（項目２８）
前記反応物質は酸化剤である、項目２７に記載の工程。
（項目２９）
前記反応物質は還元反応物質である、項目２７に記載の工程。
（項目３０）
前記二次分離構成要素は収着剤床である、項目２７に記載の工程。
（項目３１）
前記第１の蒸気段流れを研磨フィルタに送ることをさらに含む、項目２７に記載の工程。
（項目３２）
前記研磨フィルタは、前記硫黄化合物を水素硫化物または硫黄酸化物に変換する触媒を
含有する、項目３１に記載の工程。
（項目３３）
第２の第１段の部分凝縮における前記第１の蒸気段流れの一部を第２の液体段流れに凝
縮することをさらに含む、項目２７に記載の工程。
（項目３４）
前記第２の液体段流れを研磨フィルタに送る、項目３３に記載の工程。
（項目３５）
前記第１の分離段は、所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維
持される高流束の非硫黄選択膜を含む、項目２７に記載の工程。
（項目３６）
第２の分離段を介して前記第２の液体段流れを通過させることによって、前記第２の液
体段流れから第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れを分離することをさらに含む、
項目３３に記載の工程。
（項目３７）
前記第２の未透過流れは、研磨フィルタに送られる、項目３６に記載の工程。
（項目３８）
前記第２の蒸気透過流れおよび第２段の未透過流れを分離することは、所定の浸透気化
温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維持される硫黄選択膜を介して前記第２の
液体段流れを通過させることを含む、項目３６に記載の工程。
（項目３９）
前記第２段の未透過流れを研磨フィルタを通して送ることをさらに含む、項目３８に
記載の工程。
（項目４０）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するシステムであっ
て、前記システムは、
主燃料流れの一部を第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れに分離するための第１
の分離段と、
前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れおよび第１の蒸気段流れに凝縮する
前記第１の蒸気透過流れに連結される第１の分離段の部分凝縮器と、
前記第１の蒸気段流れを受け入れる反応性脱硫触媒反応装置と、
前記触媒反応装置からの前記第１の蒸気透過流れの一部を第２の液体段に凝縮する第２
の分離段の部分凝縮器とを備える、システム。
（項目４１）
前記第２の液体段流れに連結される研磨フィルタをさらに備え、前記研磨フィルタから
の排出液体が、清浄な燃料となる、項目４０に記載のシステム。
（項目４２）
前記第１の分離段は、前記主燃料流れを前記第１の蒸気透過流れおよび前記第１の未透
過流れに分離するように動作可能な所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧
範囲内に維持される高流束の非硫黄選択膜を備える、項目４０に記載のシステム。
（項目４３）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目４０に記載のシステム。
（項目４４）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目４２に記載のシステム。
（項目４５）
前記第２の液体段流れを第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れに分離するための
第２の分離段と、
前記第１の未透過流れおよび前記第２の蒸気透過流れを混合して、前記混合物を前記主
燃料流れに戻す混合器とをさらに備える、項目４０に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示による工程の例示的な実施形態の概念図である。
【図２】本開示によるシステムの実施形態の簡略化した概略流れ図である。
【図３】図１および図２に示されたシステムおよび工程の性能モデルに関する実験の結果を示す図である。
【図４】本開示によるシステムの別の実施形態の簡略化した概略流れ図である。
【図５】システムの別の実施形態の第１段の部分の部分概略流れ図であり、２つのステップからなる凝縮機能が、第１段の透過において用いられる。
【図６】透過（流れ）１の凝縮物の蒸留プロファイルを示すチャートである。
【図７】種々の凝縮物の硫黄濃度を示すチャートである。
【図８】本開示によるシステムの別の実施形態の概略流れ図である。
【図９】本開示によるシステムの別の実施形態の簡略化した概略流れ図である。
【図１０】図９に示されるシステムの例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１１】図９に示される代替システムの例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１２】図９のような代替のシステムの別の例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１３】図９のような代替のシステムの別の例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１４】図９のような代替のシステムの別の例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示は、主燃料流れ（主燃料流）れから後流れ（後流）(slip stream)または補助燃
料流れ（補助燃料流）を分離するための浸透気化膜工程およびシステムに関する。
【００２２】
簡単にするため、および説明を分かりやすくするために、図に示され、以下に説明され
る要素は、必ずしも比例尺である必要はないことは認識すべきである。たとえば、要素の
一部の寸法は、明確にするため、互いに対して誇張されている。さらに、適切であると考
えられる場合には、参照符号は、対応する要素を示すために、図の中で繰り返されている
。
【００２３】
図１は、本開示による全体的な工程の簡略化した概略図を示しており、燃料供給混合物
の種々の要素のための２つの分離段および選択性を示している。工程１は、第１段の分離
器１１を介して主燃料流れ２の一部を流し、次に、第２段の分離器１６を介して分離した
部分を流すことを含む。主燃料２は、任意の市販の輸送燃料または軍用燃料（改質ガソリ
ン、ケロシンおよびディーゼル（州間燃料補給ステーション、ジェット燃料、航空用ケロ
シン（Ａ−１）またはＪＰ−８、ＮＡＴＯ Ｆ−７６などの軍仕様の燃料などが挙げられ
るがこれらに限定されるわけではない）であってもよい。これらの燃料は、広範囲の炭化
水素成分からなり、通常は、精製中、バルク燃料供給源から蒸気分留工程を介して分離さ
れている。その結果、各混合物は、所定の温度帯にわたってそれぞれ気化する様々な化合
物を有する。一般に、ガソリンは、ケロシンより軽い成分を含有し、したがって、ディー
ゼル燃料より軽い。特定のタイプの燃料の各容量内に、種々の蒸気圧ならびに極性または
非極性の特性を有する様々な化合物が存在する。
【００２４】
主燃料供給２は特に、５つの主要群に再分離されることができる炭化水素の混合物から
なることができる成分の混合物から特に構成される。第１の群は、比較的高い沸点を有す
る多重環および多分枝状の炭化水素である重い硫黄化合物（Ｈ硫黄）２２である。たとえ
ば、これらは、３００℃を超える沸点を有するジベンゾチオフェンを含む。ジベンゾチオ
フェンは、少なくとも３つの環構造を含有し、芳香族化合物である。第２の群は、軽い硫
黄化合物（Ｌ硫黄）２４であり、比較的低い沸点および３つ未満の環構造を有する硫黄を
含有するより簡素な化合物である。たとえば、これらは、３００℃未満の沸点、さらに好
ましくは、２２５℃未満の沸点を有するメルカプタン、チオフェンおよびベンゾチオフェ
ンとして種々の化合物を含む。第３の群は、重い炭化水素（Ｈ ＨＣ）２１であり、第４
の群は、軽い炭化水素（Ｌ ＨＣ）２５であり、いずれも硫黄原子を含有していない（硫
黄原子は、最初の２つの群に含まれていた）。第５の群は、添加物（剤）２３であり、製
造、製造業者および他の基準に応じて、各タイプの燃料に対して特定される。たとえば、
軍用ＪＰ−８燃料は、３つの添加物が仕様において必要とされる点を除き、市販の航空燃
料に類似している。ＪＰ−８の場合には、これらは、燃料システム凍結防止剤（ＭＩＬ−
ＤＴＬ−８５４７０）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル（ｄｉ−ＥＧＭＥ）、
腐食防止剤／潤滑性向上剤（ＭＩＬ−ＰＲＦ−２５０１７およびパラダイン６５５）およ
び導電性／静電気除去剤（Ｓｔａｄｉｓ（登録商標）４５０およびＭＩＬ−Ｓ−５３０２
１）を含む。これらの仕様は、「ＧＵＩＤＥ ＦＯＲ ＦＩＥＬＤ ＢＬＥＮＤＩＮＧ
ＯＦ ＡＤＤＩＴＩＶＥＳ ＯＲ ＦＯＲ ＷＩＮＴＥＲＩＺＩＮＧ ＧＲＯＵＮＤ Ｆ
ＵＥＬＳ」、ＡＭＳＴＡ−ＴＲ−Ｄ／２１０、米国陸軍戦闘車両研究開発技術センター（
Ｕ．Ｓ．Ａｒｍｙ Ｔａｎｋ−Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｄｅｖｅｌｏ
ｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ：ＴＡＲＤＥＣ）、Ｗａｒ
ｒｅｎ、ＭＩ ４８３９７−５０００、１９９９年１０月に記載され、その全体は参照に
より本明細書に組み込まれる。
【００２５】
図１に示される工程１において、主燃料供給２は、第１段の分離工程１１および第２段
の分離工程１６からなる多段工程１において、補助燃料流れ３および戻り主燃料流れ４に
分離される。第１段の分離工程１１は、軽い硫黄２４および軽い炭化水素２５からなる軽
い方の化合物の膜１２を介した移動を支援し、第１段の透過（流れ）１３として出る。他
の化合物２１、２２および２３は、これも第１段の分離工程１１から生じる未透過流れ１
４に保持される。第１段の透過（流れ）１３は、第２段の分離工程１６に進められる。第
２段の分離工程において、軽い硫黄化合物２４は、第２段の透過（流れ）１９としての軽
い化合物２６の一部と共に、膜１７を介して選択的に移動されるのに対し、より軽い炭化
水素２８の大部分は、第２段の未透過流れ１８に保持される。第２段の透過（流れ）１９
は、第１段の未透過（流れ）１４と混合され、戻り主燃料流れ４として、主用途またはタ
ンクに戻される。第２段の未透過（流れ）１８は、補助燃料供給部３になる。
【００２６】
第１段工程１１および第２段工程１６は、選択的工程であるが、それらの選択性は、必
ずしも絶対ではない。供給流れ２および１３の温度および透過流れ１３および１９の真空
圧を制御することによって、膜１２および１７を介して実際に移動される化合物の量を制
御することができる。
【００２７】
透過のための原動力は、各段において膜を通過する化合物の部分圧力差（ＰＰＤ）であ
る。温度が上昇すると、透過率が高められる。膜材料の温度制限は、より低い動作点を示
唆しうるが、透過側に真空圧を印加することは、より低い温度を補償するために、より高
いＰＰＤ原動力を与えることになる。供給流れの温度が上昇すると、化合物の移動性が増
大し、膜の透過性が増大する。両方の変数は、膜を通した化合物の移動速度を増大させる
。膜の温度はまた、膜の透過側に曝される化合物の蒸気圧も増大させる。
【００２８】
浸透気化膜を用いた工程１において、１〜５００トールの範囲、さらに好ましくは１０
０〜約２００トールの真空圧が、透過側に印加されてもよく、最も高い蒸気圧を有する化
合物が、膜の表面から蒸気として気化される。最適な温度範囲は、真空圧のレベル、主燃
料のタイプ、用いられる膜材料に左右される。たとえば、主燃料が、航空用ケロシンであ
り、第１段の工程１１から除去される軽い炭化水素が、ガソリン沸点範囲にあり、真空圧
が、膜にわたって印加される場合には、温度範囲は、約１００℃〜約２００℃である必要
があり、１００〜２００トールの真空圧が印加される場合には、好ましい範囲は、約１２
０℃〜１３５℃である。他方、主燃料がディーゼルカット（削減）である場合には、温度
は、１５０℃〜３００℃の範囲であってもよい。最も高い蒸気圧を有する化合物の気化は
、膜にわたる濃度勾配を形成し、供給流れからこれらの化合物の移動の増大を促進する。
低い蒸気圧を有する化合物は気化せず、したがって、濃度勾配は、これらの化合物に関し
て確立されておらず、さらなる移動は生じない。膜の表面積、膜厚および膜の未透過側に
おいて内部流体相混合(internal fluid phase mixing)などの他の変数はまた、移動され
る化合物の量に寄与する。膜の表面積における増大は、移動のためのより大きな面積およ
び透過側においてより大きな気化移動面積を有するために、移動の増大を提供する。より
薄い膜は、移動に関してより小さな抵抗を有し、確立される濃度勾配がより短い距離にわ
たって機能するために、より高い移動速度を支援する。
【００２９】
透過流束は、膜厚に反比例し、したがって、動作圧力および温度で存続し続けることが
できる場合には、より薄い膜が好ましい。内部流体相混合は、供給流れにおける種々の化
合物の混合を確保し、膜の供給面で可能な高い蒸気圧の化合物の最も高い濃度を維持する
ことによって、移動速度を増大させる。未透過側におけるバルク流れにおける質量移動抵
抗は、膜表面における有効部分圧力を低減する可能性がある。乱流または高速の流速は、
混合を改善し、流束を増大することができる。第１段の分離器および第２段の分離器にお
ける膜の特性を調整することにより、第１段１１において移動される軽い硫黄化合物２４
のすべてが、再び第２段１６において移動されることを確実にする。より高い沸点の化合
物が気化されないほど十分に低い温度で動作することによって、重い芳香族またはまたは
多重環硫黄化合物、たとえば、通過して透過するジベンゾチオフェンなどの量を低減し、
削減および最小限に抑えることができる。
【００３０】
本開示による第１段の分離工程１１および第２段の分離工程１６は、フラッシュ気化分
離（ＦＶＳ）から、逆浸透膜（ＲＯＭ）、ナノろ過膜（ＮＦＭ）および超ろ過膜（ＵＦＭ
）などのろ過膜の使用、非極性浸透気化膜（ＮＰＶＭ）および極性浸透気化膜（ＰＰＶＭ
）などの浸透気化膜に至る範囲の複数の技術を利用して実行されることができる。各段に
関して特定の分離技術の適切な選択は、特定の主燃料および混合物内の硫黄化合物の分布
に左右される。主燃料供給２における特定の添加物２３および硫黄化合物はまた、どの分
離技術が最適であるかを選択することに影響を及ぼしうる。
【００３１】
本明細書に開示される分離工程に適した分離技術、およびこの工程のすべての実施形態
において対象となる化合物に対するそれらの選択性は、３つの特性の考慮によって識別さ
れることができる。第１の特性は、孔の物理的サイズであり、第２の特性は、硫黄化合物
などの化合物の極性またはイオン特性による選択性であり、第３の特性は、沸点または蒸
気圧による選択性である。本開示の１つの例示的な実施形態は、第２のステップにおける
硫黄選択膜による処理のために、低沸点の留分の透過(low boiling fraction permeable)
を分離し、補助燃料源などの下流工程のための清浄生成物として軽い未透過物を収集する
第１のステップを含む。第１のステップからの高沸点の留分の未透過（流れ・物）および
第２のステップからの透過（流れ）が、結合され、残留燃料として送り返される。
【００３２】
ＲＯＭ、ＮＦＭおよびＵＦＭなどの簡単なろ過工程は、主に物理サイズおよび構造によ
って分離を行う。ＲＯＭ分離デバイスは、０．００１４μｍ未満の有効孔サイズを有し、
ＮＦＭデバイスは、０．０００８〜０．００５μｍの孔を有し、ＵＦＭデバイスは、０．
００２５〜０．１μｍの孔を有する。これらは、ある程度まで分子量による化合物の選択
性に関連している。たとえば、ＲＯＭは、３００グラム／モル未満の化合物に関して良好
であり、ＮＦＭは、１６０〜１０，０００グラム／モルに関して良好であり、ＵＦＭは２
，０００〜２００，０００グラム／モルに関して良好である。質量に加えて、分子の３次
元の形状もまた、線状の長鎖化合物より、大きな立体障害を有する複雑な多重環構造に関
する選択性に影響を与える。
【００３３】
フラッシュ気化器および浸透気化膜などの分離技術は、化合物の沸点または蒸気圧に対
して選択的である。たとえば、フラッシュ気化器において、供給液体は、加圧および加熱
される。この加熱および加圧流体は次には、オリフィスを通過して、急速な圧力低下を生
じ、混合物内の低沸点化合物の一部の気化が起こる。より高い沸点を有するより重い化合
物は、液体として残る。したがって、燃料供給は次に、２相混合物である。この２相（気
体と液体）混合物は次に、気体流れおよび液体流れに分離される。気体流れは次に、分離
工程を終了するために凝縮される。浸透気化膜の使用は、膜および気化による分離工程を
組み合わせた点以外は、類似している。
【００３４】
本開示によるシステムの一実施形態において、分留ユニットを備えたフラッシュ気化器
は、第１の段として用いられ、極性浸透気化膜が、第２の分離段において用いられる。別
の実施形態において、極性浸透気化膜は、第１段の分離および第２段の分離の両方を行う
ために用いられる。これらのＰＰＶＭは、物理的ろ過および極性選択性を組み合わせて、
小さなサイズの極性化合物を好ましくは分離し、次に、膜の透過側から気化される移動化
合物のために、さらなる選択性を加える。化合物が、膜を通して物理的に移動することが
できるが、その蒸気圧は動作温度では低すぎて、気化することができない場合には、透過
相まで継続されない。したがって、所定の温度で動作するＰＰＶＭ分離器は、軽い炭化水
素および軽い硫黄化合物の両方に対して選択性を実証することができる。
【００３５】
本開示によるシステムの別の実施形態において、第２段の分離器は、第１段の分離器よ
り極性分子に対してより大きな選択性を有する。この特性は、第１の膜を介して移動する
すべての極性硫黄化合物および他のイオン性化合物が、第２段の透過流れによって主燃料
に確実に戻されるのを助ける。
【００３６】
工程の例示的な実施形態は、エンジンまたは主発電機を駆動するためなどの主要な用途
に送られる燃料の留分を抽出することによって、車両搭載補助電源装置（ＡＰＵ）におい
て使用可能な低硫黄で清浄な燃料流れを提供するように設計される。工程の効率の評価に
おいて重要な変数は、戻り主燃料流れにおける燃料の性能添加物および硫黄化合物の実質
的にすべてを残すと同時に、燃料混合物の低硫黄留分を抽出する能力である。
【００３７】
図２は、システム６０において実装される図１の工程１の実施形態を示している。シス
テム６０において、タンク６１からの主燃料は、ポンプ６３によって主燃料供給流れ３２
において加圧される。主燃料供給流れ３２は次に、工程の再熱式熱交換器５３によって主
燃料の第１の高温供給流れ３２１に加熱される。主燃料の第１の高温供給流れ３２１は次
に、熱交換器５２における高温エンジン流体５０によって主燃料の第２の高温供給流れ３
２２まで加熱される。この第２の高温供給流れ３２２は次に、第１段の分離器３１に供給
され、第１段の未透過流れ３７および第１段の透過流れ３４に分離される。第１段の透過
流れ３４は次に、放出器３５に搬送され、放出器の推進流体３８によって駆動される。真
空圧が放出器の推進流体３８の供給流れに起因する場合には、放出器３５において、第１
段の透過蒸気流れ３４は、真空圧状態に置かれる。第１段の透過流れ３４および放出器の
推進流体３８の混合物である結合液体流れ３６が放出器３５から出る。この結合液体流れ
３６は、冷却される場合には、冷却熱交換器５７へと流れる。第１段の透過蒸気３４に対
する冷却推進液体３８の重量比は、凝縮熱が結合液体流れ３６の温度をわずかだけ上昇さ
せるように適切に高く維持される。液体への気体の凝縮することで、より小さい容量とな
り、したがって、真空圧が上流に形成される。高速推進流体と共に放出器を用いることも
また、真空圧を形成する。
【００３８】
高温液体流れ３６は、熱交換器５７において冷却されて、冷却液体流れ３６０となり、
ポンプ１３７によって圧力を増大させ、放出器３５に送られる推進流れ３８および第２段
の供給流れ４２に分離する。冷却ユニット５５は、空気冷却放熱器または液体冷却放熱器
あるいは車両の空調システムなどの他の適切な機構からなる熱排出要素であり、これを介
して、過剰な熱がシステムから除去されることができる。冷却流体流れ３６２および３６
３は、これらの冷却熱交換器５６、５７および５８から冷却ユニット５５に熱を移動する
ように概念的に示された冷却ループである。一連の流れ構成は、本開示に示されているが
、この図に限定されるわけではなく、一連の流れまたは並列の流れと統合された冷却ユニ
ットまたは専用の冷却ユニットとの任意の組み合わせが可能であり、本開示に包含される
。再熱式熱交換器５３は、戻り燃料流れ４６から供給流れ３２に熱を移動する。戻り流れ
４６における蒸気のすべてが凝縮されることを保証するために、冷却熱交換器５６が含ま
れる。
【００３９】
液体流れ３６１の一部は、第２段の供給流れ４２として第２段の分離器４１に進められ
る。図２に示される実施形態において、液体流れ３６１のごく一部のみが第２段の分離器
４１に進められ、大部分は放出器推進流体３８として放出器へ流れ込む。放出器推進流体
３８として液体流れ３６１を用いることにより、その気体−液体分離器および二重下流冷
却熱交換器に関して別個の作動流体を用いる必要性を排除する。安定状態の動作において
、気体−液体流れ３６の組成は、以下にさらに詳細に説明するように、主に軽い炭化水素
および軽い硫黄化合物である。安定状態の動作において、流体３４、３６、３８および３
６１の組成は、同一であり、気体−液体流れ３６の直接的な凝縮を支援し、凝縮後、放出
器３５から出るようになっている。
【００４０】
第２段の供給４２は、再熱式熱交換器５１に進められ、第２段の分離器４１に入る高温
の第２段の供給４２１になる。高温の第２段の供給４２１の供給流れは、第２段の透過流
れ４４および第２段の未透過流れ４７に分離される。第２段の供給４２は、代替の実施形
態において、再熱式熱交換器５１に入る前に第２段からの出口流れ、第２段の透過（流れ
）４４または第２段の未透過（流れ）４７のいずれかと連動（インターフェイス）される
再熱式熱交換器（図示せず）を介して最初に加熱されてもよい。第２段の分離器４１にお
ける膜の硫黄選択性は、第２段の透過流れ４４における硫黄化合物の大部分の移動を支援
すると同時に、冷却され、補助燃料供給部としてタンク６２に格納される第２段の未透過
流れ４７としての軽い炭化水素化合物の一部を維持する。第２段の膜の選択性がよくなれ
ばなるほど、より多くの軽い炭化水素が、未透過流れ４７に保持される。第２段の透過流
れ４４は、放出器４５に搬送される推進流体の作用に起因して、真空に置かれる。この実
施形態において、放出器４５用の推進流体は、第１段の未透過流れ３７である。別法にお
いて、第２段の供給４２は、第１段の未透過流れ３７と連動する１つ以上の再熱式熱交換
器で加熱されることができる。
【００４１】
放出器４５を駆動するために第１段の未透過流れ３７を用いることは、工程の複雑さを
最小限に抑える。工程の熱効率を改善するために、再熱式熱交換器５３を通過する戻り流
体４６は、放出器４５から出る。流体は最後に、戻り流体が周囲温度または周囲温度付近
であることを保証するために、タンク６１に戻る前に冷却熱交換器５６を通過する。
【００４２】
透過流れの一方または両方はまた、真空圧形成を強化するために、１つ以上の別個の冷
却熱交換器において冷却されてもよい。他の実施形態において、第１段の未透過流れ３７
は、放出器４５用の推進流体として機能する前に冷却される。たとえば、未透過流れ３７
は、推進流体として放出器４５に入る前に熱交換器５３を通って流れるように、放出器４
５は、再熱式熱交換器５３の下流に位置決めされることができる。この実施形態において
、放出器４５用の推進流体は、第１段の冷却された未透過流れ３７である。別の実施形態
において、透過流れの一方または両方はまた、真空圧形成を強化するために、１つ以上の
別個の冷却熱交換器において冷却されてもよい。
【００４３】
他の実施形態において、放出器４５から出ると、第２段の分離器において透過（流れ）
として移動される硫黄化合物は、第１段からの未透過（流れ）と混合されて、主エンジン
または主燃料タンク６１に戻されることができる。
【００４４】
上記で開示されたシステムは、補助電源装置用に用いられることができる燃料化合物の
第２段の未透過（流れ）４７において低硫黄の後流れを抽出するために、車両搭載の多段
の分離工程を行うために用いられることができると同時に、主燃料３２における性能向上
添加物が第１段の未透過（流れ）３７に保持されるか、または第２段の透過（流れ）４４
によって第１段の未透過に戻されるように分離段が設計される。先行技術および従来の手
法において、主燃料の後流れは、補助燃料流れとして除去され、次に、硫黄化合物を完全
に破壊、吸着または吸収するように処理される。
【００４５】
この手法は、使い捨てフィルタまたは固体床（ｂｅｄ ｏｆ ｓｏｌｉｄ）への硫黄化
合物の吸着または吸収、ならびに再生サイクルにおける硫黄化合物の破壊の代わりに、主
燃料に残留物の硫黄化合物を戻す多段工程によって低硫黄の清浄な燃料流れの抽出を可能
にする。この手法はまた、燃料における他の極性化合物はまた、最初の２段によって濃度
が減少されるために、第３の段の吸着剤または吸収剤の性能を強化する。最も一般的に用
いられる燃料に関して吸着剤格納性能（ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）は、特定の
硫黄化合物でドープされた代用燃料に比べて１０分の１の性能であることが分かっている
。この性能における低下は、吸着用の活性位置を本質的に占める極性でもある、添加物ま
たは重い芳香族などの他の化合物に起因する。
【００４６】
システムの一実施形態は、第２段の放出器４５用の推進流体として第１段からの未透過
（流れ）３７を用いて、第２段の透過側に真空圧を提供することに焦点を置いている。こ
の未透過流れは、放出器の性能を強化して、第２段の透過側により大きな真空圧を形成す
るために冷却されることができる。同様に、気化される透過流れ４４はまた、性能をさら
に強化するために、放出器４５に入る前に冷却および凝縮されることができる。また、第
１段の未透過（流れ）３７は、真空圧性能をさらに強化するために、放出器４５に入る前
に冷却されることができる。放出器の周囲におけるこれらの流体の冷却は、第１段の膜工
程または第２段の膜工程への供給流れの予熱と組み合わせて、直接的な冷却または再熱式
冷却によって行われることができる。
【００４７】
システムの一実施形態は、第１段の放出器３５用の推進流体３８として凝縮および加圧
後に第１段の透過流れ３４を用いることに焦点を置いている。
【００４８】
システムの一実施形態は、工程の熱効率を改善するために、再熱式熱交換器５３を通過
する戻り流体４６に焦点を置いている。続いて、流体は最後に、戻り流体が周囲温度また
は周囲温度付近であることを保証するために、タンク６１に戻る前に冷却熱交換器５６を
通過する。
【００４９】
システムの一実施形態は、主エンジン用途からの熱エネルギを用いて、第１段の分離器
モジュールおよび第２段の分離器モジュールの有効動作のために必要なピーク熱エネルギ
を提供することを含む。これは、エンジン５０および熱交換器５２および５３に関して、
図２において示される。
【００５０】
システム工程の別の実施形態は、主要車両とのさらなる統合を含む。この実施形態にお
いて、冷却ループ源５５は、構成要素の冗長性を最小限に抑えるために、車内の空調シス
テムと統合される。主燃料タイプ（ＪＰ−８、ディーゼルまたはガソリンなど）、流れ３
４における軽い化合物の蒸気圧および混合流れ３６の圧力に応じて、混合流れ３６から液
体流れ３６１への完全な凝縮のために必要な温度は、周囲温度未満であってもよい。この
状況において、冷却ループ要素５５は、車内の空気を冷却するように設計されている車両
の空調ループに統合されてもよい。あるいは、周囲温度以下の温度を可能にする専用冷却
ユニットが、冷却要素５５として用いられてもよい。
【００５１】
図１および図２に示されるシステムおよび工程は、清浄な低硫黄補助燃料供給部を効果
的に提供するための能力を評価するためにモデル化されている。図３は、そのようなモデ
ルの性能の結果を記録する図を示している。モデルは、重量で硫黄５００ｐｐｍのＪＰ−
８軍用燃料に類似の供給燃料流れを仮定して開発された。通常のＪＰ−８燃料は、約１４
０℃〜３００℃の範囲の沸点を有し、複数の化合物、パラフィン５７％、シクロパラフィ
ン２０％、芳香族２０％、その他３％から構成される。
【００５２】
モデルからのデータは、燃料の硫黄含有量をｙ軸に示すグラフに描かれた。ｘ軸は、総
供給より軽い留分の相対硫黄濃度によって表される、供給における硫黄化合物のタイプの
尺度である。したがって、１００％の値は、硫黄濃度が燃料の沸点範囲にわたって均一で
あることを示している。１５００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの範囲のバルク硫黄濃度を有す
るＪｅｔ−Ａ燃料の複数のサンプルの詳細な硫黄分析は、大部分の硫黄化合物が比較的重
く、ジベンゾチオフェン型化合物からなることを示している。３０％の軽い留分が得られ
る場合には、硫黄濃度における約７０％削減が達成され、このことは、１５００ｐｐｍの
硫黄を有するバルク燃料が４５０〜５００ｐｐｍの硫黄を有する軽い留分を生成すること
を示している。このことは、「軽い留分における相対的な硫黄」が２００５においてカリ
フォルニア州ロングビーチにおける市販の供給源から得られた通常のＪｅｔ−Ａ燃料の場
合には約３０〜３５％であることを示している。上流の精製工程における改質は、この特
性を変化させる場合がある。
【００５３】
燃料の供給濃度は、灰色の線７０として表され、図２の流れ３２の濃度である。第１段
の分離器は、非選択的分離としてモデル化され、バルク燃料の３０％が図２の第１段の透
過（流れ）３４において抽出された。分離が選択的でなかったため、白丸を有する線７１
は、軽い留分における相対的な硫黄を表しており、この場合にはバルク燃料の３０％であ
る。
【００５４】
第２段の分離は、供給流れ４２の４０％を透過（流れ）４４として抽出し、供給におけ
る硫黄の９８％を除去する選択性を達成した。このデータは、中間カットナフサ燃料流れ
におけるベンゾチオフェンおよびより軽い硫黄化合物に関するＷ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ’ｓ
ＰＰＶＭモジュールから発表された性能データと一致しており（Ｚｈａｏ Ｘ．、Ｋｒｉ
ｓｈｎａｉａｈ Ｇ．、およびＣａｒｔｗｒｉｇｈｔ Ｔ．；Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｅｐ
ａｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｌｅａｎ Ｆｕｅｌｓ；ＰＴＱ Ｓｕｍｍｅｒ ２００４）
、その内容は、全体において参照により本明細書に組み込まれる。
【００５５】
第２段の分離の性能が、白抜きの四角の線７２として表されており、軽い留分における
相対的な硫黄が６０％未満である場合には、１０ｐｐｍ未満の硫黄レベルが達成可能であ
ることを示している。補助燃料において必要な硫黄レベルが、１０ｐｐｍ未満または相対
硫黄濃度が６０％を超える場合には、第３の段が必要とされる可能性がある。この実施例
において、第２段の未透過（流れ）４７は、液相硫黄吸着剤または第３の段の吸着剤モジ
ュールまたは吸収剤モジュールにおける吸収剤によってさらに処理され、９５％の除去性
能を達成した。生成物の流れにおいて、結果として生じる硫黄の濃度は、白抜きの三角の
線７３によって表され、軽い留分における相対的な硫黄レベルの全範囲にわたって２ｐｐ
ｍ未満の濃度レベルを示している。
【００５６】
工程およびシステムのさらなる実施形態は、最終的な補助燃料流れを研磨（ｐｏｌｉｓ
ｈ）するために、この第３の段の吸着剤モジュールまたは吸収剤モジュールの添加を含む
ことができる。図４は、そのような実施形態の例示的な実装例を示している。図４を参照
すると、システムは、吸着型研磨フィルタ床（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ ｂｅ
ｄ）１４７が第２段の未透過流れ４７における工程システムに追加される点を除き、図２
のシステムと同一である。後流れのための下流の適用が、きわめて低い硫黄濃度を必要と
する場合には、研磨フィルタ床１４７が追加される。第２段の未透過（流れ）における硫
黄化合物は、吸着型床に捕捉され、その結果、床１４７に残る流れ１４８は、図３の線７
３として提示されたモデルの結果に類似のきわめて低い硫黄濃度を有する。
【００５７】
研磨フィルタ床１４７は、広い表面積の炭素または極性硫黄化合物を吸着するように調
整された特定の表面改質を備えた炭素に類似の吸着剤であってもよい。床１４７は、床に
捕捉される非溶解硫黄無機塩に結果としてなる化合物における硫黄原子と反応するように
作成された吸収剤または試薬であってもよい。
【００５８】
概略的に言えば、本開示は、主多成分燃料流れから低硫黄濃度の燃料の後流れの分離の
ための多段工程に関する。主多成分燃料は、第１の段に供給され、未透過流れに保持され
るより軽い成分およびより重い成分を含有する後流れが分離される。より軽い成分の後流
れは、第２段の膜によってさらに処理され、後流れの硫黄成分が第２段の透過（流れ）と
しての供給から選択的に除去され、第２段の未透過（流れ）が低硫黄補助燃料供給部とし
て回復される。
【００５９】
別の態様において、本開示は、１つ以上の段が選択的な膜であり、さらに具体的に言え
ば、より軽い硫黄化合物に対し選択性を有するように作成されている極性またはイオン性
の浸透気化膜である多段工程に関する。Ｎａｆｉｏｎ（ＤｕＰｏｎｔ）などのポリマー膜
、Ｓ−Ｂｒａｎｅ（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ）などの特別に処理されたポリイミドは、硫黄選
択的極性浸透気化膜の例である。
【００６０】
別の態様において、本開示は、１つ以上の段が非選択的な高流束膜である多段工程に関
する。他の好ましい実施形態と同様に、第１段の透過（流れ）３４は凝縮され、第２段の
膜工程４１に供給される。一部のＪｅｔ−Ａ型燃料に関して妥当性が確認されたように、
軽い留分における相対的な硫黄が１００％未満である場合に、高流束膜が選択される。
【００６１】
任意の気化工程、蒸留工程または浸透気化工程と同様に、バルク流体から気化する種は
、膜内に確立される液相と気相との界面で個別の種の蒸気圧によって駆動される。個別の
種の蒸気圧は、温度に著しく左右されるが、すべての種は、何らかの有限の蒸気圧を有し
、したがって、軽い留分が気化するときに、ごく微量のより重い種もまた、気化する。バ
ルク燃料における特定の硫黄化合物種および第１段の透過（流れ）３４におけるこれらの
種のごく微量のレベルに応じて、全体的に有効なシステムを達成するために、第１段の工
程に対するさらなる精製が、必要とされる場合がある。システムの別の好ましい実施形態
は、第１段の工程を第１Ａ段工程および第１Ｂ段工程に分離する。第１Ａ段および第１Ｂ
段はいずれも、浸透気化型工程、流束膜型工程、蒸留型工程および／または気化型工程で
ある。第１Ａ段に関する透過流れ３４は、凝縮されて再加熱され、供給流れとして第１Ｂ
段工程に送られる。第１Ｂ段に関する透過流れは、前述のように、凝縮されて第２段の工
程に送られる。この二次的な第１段の工程は、ごく微量の種の二重ろ過によって選択性を
強化するのを助ける。第１Ａ段および第１Ｂ段の両方からの未透過流れは、主燃料タンク
に戻される。
【００６２】
本開示によるシステムの別の例示的な実施形態は、第１段の透過（流れ）３４における
ごく微量のより重い種の問題を扱う。この実施形態において、２ステップ凝縮機能は、第
１段の透過流れ３４が作成される工程の後に統合される。図５は、図２および図４に示さ
れるシステムに適用されるこの凝縮機能構成の１つの好ましい実施形態を示している。こ
こで、類似の符号は、図２および図４に関して前掲の類似の要素を表すために用いられる
。
【００６３】
第１段の透過（流れ）３４は、最も重い種が２相流３８１を形成する液体に変換される
部分凝縮器３７０を通過する。２相流３８１は、気体−液体分離器３７２に送られ、液体
流れ３８４および蒸気流れ３８２を形成する。液体流れ３８４は、ポンプ３７３および戻
り連結部３８５を用いて主タンク６１に戻される。蒸気流れ３８２は、熱交換器３７１に
おいて凝縮され、連結部３８３によって放出器３５に送られる。放出器３５の工程の下流
は、図２に関して上述したシステムの他の実施形態に類似している。
【００６４】
本開示による多段工程は、第１の段のための加圧未透過流れを放出器の推進側を通って
流れさせ、第２段の透過側に真空圧を形成するように構成されてもよい。この構成におい
て、すべての透過化合物は、主燃料流れに戻り、工程は、蒸気液体分離ハードウェアに関
する要件を排除することによってさらに簡素化される。この工程およびシステムの強化は
、第２段の透過流れ４４に関してより低い圧力を生じる真空圧性能を改善するために、放
出器４５への供給流れの冷却および／または凝縮を含むことができる。この冷却機能は、
冷却システム５５に連結される熱交換器の統合によって直接的であってもよく、または熱
交換器５１による加熱前に、第２段の供給流れ４２などの他の流れと連動される再熱式熱
交換器によって、または熱交換器５２による加熱前に、第１段の供給流れ３２１などの他
の流れと連動される再熱式熱交換器によって達成されてもよい。他の再熱態様および流れ
構成は、工程のエネルギ効率を向上するために実行可能であり、この工程の実施形態は、
簡単にするために示された構成によって制限されているわけではない。
【００６５】
本開示による多段工程は、第１段の凝縮された透過（流れ）を放出器の推進側を通って
流れさせ、第１段の透過側に真空圧を形成するように構成されてもよい。この構成におい
て、工程は、蒸気液体分離ハードウェアに関する要件を排除することによってさらに簡素
化される。さらに別の態様において、本開示は、熱エネルギ要件を最小限に抑えるために
、第１段の未透過（流れ）および第２段の透過（流れ）の混合における熱エネルギが回復
され、第１段の供給（流れ）に移動される多段工程に関する。
【００６６】
本開示による多段工程は、ピーク熱エネルギが、車両の主エンジンからの放熱との統合
によって、段に提供されるように構成されてもよい。熱冷却エネルギは、車内の空気を調
整するために通常用いられる車両の蒸気圧縮システムとの統合によって段に提供されるよ
うに構成されてもよい。
【００６７】
さらに別の態様において、多段工程は、膜システムが燃料電池または水素発生システム
に後で用いられる低硫黄後流れを抽出するために用いられるように構成されてもよい。た
とえば、初期の段の膜システムはまた、１０ｐｐｍ濃度未満のレベルまで硫黄化合物を抽
出するように作成された吸収剤材料または吸着剤材料からなる最後の研磨段と統合されて
もよい。
【００６８】
以下のモデル化された実施例１〜４は、さらに詳細に本開示を説明するために提供され
る。これらのモデル化された実施例は、本開示を実行するために現在考えられる好ましい
方法を記載しており、その意図は、説明のためであって、本開示を限定するためではない
。
【実施例１】
【００６９】
２〜１０ｋＷのＡＰＵに関する補助清浄燃料流れ
【００７０】
トラックおよびハンビー型車両は、速度、実行される負荷および他の変数に応じて、可
変量のディーゼルまたは軍用燃料（ＪＰ−８）を用いる。通常、主エンジンは、加熱また
はＡ／Ｃまたは通信の電力需要を供給するために非駆動時間中であっても、動作すること
が必要である。全体的な燃料効率を改善し、主エンジンが動作される必要がある時間を削
減するために、加熱および空調および夜警通信の電力が、主燃料から分離される低硫黄の
清浄な燃料（バルク燃料の約５〜１５％）を用いて生成される水素で動作する燃料電池に
よって供給されてもよい。
【００７１】
また、図１、図２および図４に示される図を参照して、５００ｐｐｍの硫黄含有量を有
する燃料タンク６１から主燃料は、その温度が２５０℃まで上昇される場合には、１００
ｐｓｉｇまでポンプによって熱交換器５３および５２に送り込まれ、次に周囲圧力まで降
下させることによって、ユニット３１において分留、分離または部分的に気化される。蒸
気流れまたは透過流れ３４は、放出器ユニット３５において、凝縮された再循環流れ３８
と混合することによって凝縮される（容量で供給の約２５％）。凝縮された軽い炭化水素
流れは、硫黄の容量で約４００ｐｐｍを包含するが、添加物は含まれておらず、ごく微量
の沸点より高い炭化水素成分のみを含む。次に、凝縮された軽い流れ４２は、交換器５１
と、液体未透過流れ４７および蒸気透過流れ４４に分離される膜分離器４１に送られ、ユ
ニット３１からの重い流れ３７と結合されて、約５５０ｐｐｍの硫黄および添加物のすべ
てを含有する流れ４５として主燃料タンクに戻される。流れ４７は、９ｐｐｍ未満の硫黄
を含有し、電力を生成する燃料電池において用いるための合成気体または水素を構成する
ためのＡＰＵ改質器（ここでは図示せず）に用いられる清浄な補助燃料である。
【実施例２】
【００７２】
１ｐｐｍ以下を含有する補助燃料
【００７３】
一部の改質器が、１ｐｐｍ以下の硫黄を含有する補助燃料を必要とする可能性がある場
合には、以下に述べ、図４に図示されるように、他の分離（ユニット１４７など）が追加
される。未透過流れ４７は、分離器１４７を通過する。分離器１４７は、残留硫黄種を吸
収して保持する研磨段である。１ｐｐｍ未満の硫黄を有する超清浄未透過（流れ）が流れ
１４８として生成され、ユニット５８において必要な場合には冷却され、清浄な補助燃料
タンクに格納されるか、またはＡＰＵ改質器システム（ここでは図示せず）によって用い
られる。
【実施例３】
【００７４】
航空機におけるＡＰＵ用の補助清浄燃料
【００７５】
現在市販の航空機および民間航空機は一般に、サイズにおいて、５０〜２５０ｋＷのＡ
ＰＵを有し、低い効率で燃焼工程においてＪＰ−８燃料を用い、着陸中であっても汚染物
質を生成している。これらのＡＰＵは、航空機において、バルク燃料から生成される補助
燃料を用いて、実施例１において記載されたような低汚染または非汚染の水素系燃料電池
に変換されることができる。
【実施例４】
【００７６】
船舶におけるＡＰＵ用の補助清浄燃料
【００７７】
軍艦および商船はまた、補助燃料生成物および改質器および燃料電池を備えることがで
き、２５０〜７５０ｋＷ規模のより大きな容量である点を除き、実施例１において教示し
たように、これらの船舶が入港している間に、清浄な電力を生成する。
【００７８】
以下の実施例５〜実施例７は、モデル化の結果ではなく、実際に行われた実験の結果を
表す。
【実施例５】
【００７９】
両方の段において２０％削減される第１段の分離としてのフラッシュ気化器−分留およ
び第２段の分離としての極性浸透気化膜
【００８０】
１５３０ｐｐｍの硫黄を含有するジェット燃料（ＪｅｔＡ）サンプルは、分留に曝され
、留出物は、以下の硫黄レベルを含有することが分かった。ＪｅｔＡ燃料サンプルは、原
子発光検出器（ＡＥＤ）を備えたガスクロマトグラフを用いて分析された。
【００８１】
【表Ａ】
留出物削減における硫黄分布
【００８２】
上記の表Ａは、バルク炭化水素燃料の種々の削減または部分の特性を示している。最後
の列は、１５３０ｐｐｍ硫黄レベルを含有するＪｅｔＡ全体として定義されたバルク燃料
の硫黄濃度を示している。これらの硫黄種の大部分は、チオール、硫化物および二硫化物
（８２４ｐｐｍ）などの軽い硫黄およびベンゾチオフェンなどの重い硫黄（６７４ｐｐｍ
）として識別された。１０％削減として識別される列は、最も軽い種のみが第１段の透過
（流れ）に類似であるように除去される燃料の留分を示しており、２０％削減は、次の留
分または０〜１０％削減において除去され、２０〜１００％削減において残った種を排除
する１０〜２０％削減を表す。値によって示されるとき、より軽い留分は、バルク燃料（
１５３０ｐｐｍ）より少ない硫黄（４９５〜７２１ｐｐｍ）を有し、１０％削減の場合の
２５％と３０％削減の場合の５０％との間で軽い留分における相対的な硫黄を示している
。また、データは、ジベンゾチオフェンによって表される重い硫黄種の大部分が、主タン
クに戻されることになっている第１段の未透過（流れ）である３０〜１００％削減におい
て残っていることを示している。
【００８３】
５７７ｐｐｍの総硫黄を有する第２の蒸留削減（容量で０〜２０％）は、１２５℃まで
予熱され、１２５℃および２６”Ｈｇ真空圧に維持された第２段の膜（ＳＢ４０３４．４
）を通過させられた。（２０％の段削減で）第２段からの透過（流れ）は、１１３０ｐｐ
ｍの総硫黄を含有し、第２段からの未透過（流れ）は、５００ｐｐｍの総硫黄を含有した
。第１段後の総硫黄の削減は６２％であり、第２段後の総硫黄の削減は、６７％であった
。ガソリン範囲の硫黄は、２２０℃（４２８°Ｆ）未満の沸点の化合物における硫黄とし
て定義され、第１段生成物の２００ｐｐｍから第２段の未透過（流れ）における１２０ｐ
ｐｍまで削減された。この試験は、概念の有効性を裏付けるが、最も実用的な用途の場合
にはさらなる選択性が必要とされる予備データを示している。
【実施例６】
【００８４】
第１段の透過における９％削減および第２段の分離における２５％削減を有する第１段
の分離としてのフラッシュ気化器−分留および第２段の分離としての極性浸透気化膜
【００８５】
ジェット燃料サンプルは、炎光光度検出器（ＰＦＰＤ）を備えたガスクロマトグラフを
用いて解析された。以下の表Ｂは、ジェット燃料全体および第１段の透過から得られた９
％削減の両方に関する硫黄種を示している。硫黄種は、さらに詳細に示され、表の一番上
には最も軽い種を、表の一番下には最も重い種を示すように表の中で体系化されている。
小計は、対象の軽い硫黄種を示すガソリン燃料留分において通常見られる硫黄種に関して
提供される。データによって示されているように、軽い留分における相対的な硫黄は、約
４０％（６１１ｐｐｍ／１４７３ｐｐｍ）であった。９％削減はまた、重い硫黄種のより
大きな留分を削減を示し、上記のそれらは、ガソリン範囲であった。
【００８６】
【表Ｂ】
分留による９％削減のサンプル（第１段）
【００８７】
第２段において、９％削減留出物は、１２５℃まで予熱され、１２５℃および２６”Ｈ
ｇ真空圧に維持された第２段の膜に供給された。（２６％の段削減での）第２段からの透
過（流れ）は、７１０ｐｐｍの硫黄を含有し、未透過（流れ）は、４２７ｐｐｍの硫黄を
含有し、第２段の浸透気化膜の硫黄選択性も示している。ガソリン範囲の硫黄は、膜を介
して第２段の浸透気化工程によって選択的に除去されるのに対して、より高い沸点の硫黄
化合物は、効果的に削減されていない。したがって、より効果的で全体的な脱硫工程のた
めに第１段の分離工程で微量の重い硫黄種をさらに多く除去するより軽い留出物削減を得
ることが好ましい。
【実施例７】
【００８８】
２ステップ凝縮を用いた高流束浸透気化膜
【００８９】
この実施例は、特に図５に関連しており、２つの凝縮器３７０および３７１が用いられ
ている。ＪｅｔＡ燃料サンプルは、第１段の工程として機能する１２０℃および２６”Ｈ
ｇ真空圧で高流束膜を介して送られた。第１段の透過（流れ）３４は、液体流れ３８４お
よび蒸気流れ３８２に部分的に凝縮され、軽い化合物から重い化合物を分離するのにさら
に役立つ。ここでは、重くて高い沸点の硫黄化合物のさらなる除去は、部分凝縮器３７０
を用いることによって、第１段の透過（流れ）３４から排除された。２０％の第１段の削
減（供給の２０％が透過（流れ）３４であり、供給の８０％が未透過（流れ）３７であっ
た）は、透過（流れ）３４として抽出され、硫黄組成の結果は、部分凝縮のない第１段の
透過（流れ）として以下の表Ｃで提供される。データは、透過（流れ）３４における相対
的な硫黄が元の硫黄濃度の１５％未満であった（１４７３ｐｐｍに対して１８１ｐｐｍ）
ことを示している。このデータは、第１段１１の気化によって硫黄化合物におけるかなり
の削減を示しているが、これらの成分の一部（表Ｃのガソリン範囲の硫黄において定義さ
れた小計が以下に特定される）は、上記の図１に示されたような第２段１６の工程におい
て除去することがきわめて困難である。これは、対処しなければならない問題を提示して
いる。
【００９０】
【表Ｃ】
ＪｅｔＡ燃料に関する第１段としての高流束膜
【００９１】
この問題に対処するために、図５に示される部分凝縮器手法が、第１段１１の工程に組
み込まれる。第１段の透過（流れ）３４は、部分的にのみ熱交換器３７０によって冷却さ
れ、その結果、化合物の最も重い化合物のみが凝縮され、最も軽い化合物は依然として蒸
気状態であり、したがって、出口流れ３８１は、部分蒸気および部分液体である。この出
口流れ３８１は、分離器３７２に入り、液相またはより重い化合物が液体流れ３８４とし
て出て行き、気相または最も軽い化合物が蒸気流れ３８２として出て行く。成分のすべて
が凝縮されて、液体流れ３８３として出て行くまで、蒸気流れ３８２における最も軽い化
合物は、熱交換器３７１においてさらに冷却される。ここで、図６に関して、線３９０に
よって示される液体流れ３８３の最も軽い化合物および線３９１によって示される液体流
れ３８４の最も重い化合物の蒸留曲線の比較が示されている。
【００９２】
上述の部分凝縮工程の硫黄解析が完了され、表Ｄにおいて提示される。流れ３８４にお
ける硫黄濃度または化合物の最も重い化合物（重い凝縮物）と、流れ３８３または最も軽
い化合物（軽い凝縮物）が定義される。軽い凝縮物流れ３８３は、重い硫黄を含有してい
ないことが判明した。重い硫黄化合物は、凝縮され、流れ３８４に含有されて、タンクに
戻される。
【００９３】
【表Ｄ】
第１段の透過（流れ）に関する２段凝縮器
【００９４】
種々の凝縮物に関して沸点の関数としての硫黄濃度が、図７に示されている。この図に
おいて、データ線３９４は、図５に示されたシステムに入る時の第１段の供給流れ３２１
またはジェット燃料全体を表す。データ線３９３は、第１の部分凝縮器３７０を出て、流
れ３８４として分離されるような透過（流れ）３４における最も重い化合物を表し、デー
タ線３９２は、図５の最も軽い化合物の流れ３８２を表す。
【００９５】
第２の凝縮器３７１からの軽い凝縮物は、第２段の分離器４１または硫黄選択性Ｓ−Ｂ
ｒａｎｅ膜分離器に送られた。第２段の未透過（流れ）４７は、清浄な補助電力燃料流れ
として回復される。第１段の未透過（流れ）３７および第１段の第１の部分凝縮物流れ３
８４は、第２段の透過（流れ）４４と結合され、主燃料タンクに送り返される。
【００９６】
システムのこの実施形態は、第１段の透過（流れ）と整列する２つの凝縮器を用い、図
８に示されている。タンク６１からの主燃料は、主燃料供給流れ３２においてポンプ６３
によって加圧される。主燃料供給流れ３２は次に、工程の再熱式熱交換器５３によって主
燃料の第１の高温供給流れ３２１まで加熱される。主燃料の第１の高温供給流れ３２１は
次に、熱交換器５２における高温エンジン流体５０によって主燃料の第２の高温供給流れ
３２２まで加熱される。この第２の高温供給流れ３２２は次に、第１段の分離器３１に供
給され、第１段の未透過流れ３７および第１段の透過流れ３４に分離される。通常、大部
分の硫黄化合物は、第１段の透過流れ３４として分離される軽い留分より重いため、大部
分の硫黄化合物は、未透過流れ３７に保持される。蒸気状態におけるこの第１段の透過流
れ３４は、研磨フィルタによって処理されることができる。研磨フィルタは、研磨フィル
タの吸収床部分の選択性を増大するため、または第１の部分凝縮器における凝縮を強化す
るために、Ｈ2気体または空気のいずれかをそれぞれ追加することによって、硫黄化合物
がＨ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3に選択的に変換される触媒を含有してもよい。触媒シス
テムは、反応性を向上するために、１００℃〜３５０℃の温度まで加熱されることができ
る。
【００９７】
第１段の透過流れ３４は次に、部分的にのみ熱交換器３７０によって冷却され、その結
果、化合物の最も重い化合物のみが凝縮され、最も軽い化合物は依然として蒸気状態であ
り、したがって、透過流れ３８１は、部分蒸気および部分液体である。この流れは、分離
器３７２に入り、液相またはより重い化合物が液体凝縮物流れ３８４として出て行き、気
相または最も軽い化合物が蒸気流れ３８２として出て行く。成分のすべてが凝縮されて、
液体流れ３８３として出て行くまで、蒸気流れ３８２における最も軽い化合物は、熱交換
器３７１においてさらに冷却される。この蒸気流れ３８２は、第２の部分凝縮器３７１に
入る前に研磨フィルタを通過することによって処理されることができる。研磨フィルタは
、研磨フィルタの吸収床部分の選択性を増大するために、Ｈ2気体または空気のいずれか
をそれぞれ追加することによって、硫黄化合物がＨ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3に選択的
に変換される触媒を含有してもよい。触媒システムは、反応性を向上するために、１００
℃〜３５０℃の温度まで加熱されることができる。
【００９８】
液体流れ３８３は次に、放出器３５に搬送され、放出器はその推進流体３８によって駆
動される。放出器３５において、第１段の軽い凝縮物液体流れ３８３は真空圧に置かれ、
真空圧は放出器の推進流体３８の供給流れに起因する。第１段の軽い凝縮物流れ３８３お
よび放出器の推進流体３８の混合物である結合液体流れ３６が放出器３５から出る。この
結合液体流れ３６は、冷却熱交換器５７へと流れ、冷却される。
【００９９】
高温液体流れ３６は、熱交換器５７において冷却されて、低温液体流れ３６０となり、
ポンプ１３７によって圧力を増大させ、放出器３５に送られる推進流れ３８および第２段
の供給流れ４２に分離する。冷却ユニット５５は、空気冷却放熱器または液体冷却放熱器
あるいは車両の空調システムなどの他の適切な機構からなる熱排出要素であり、これを介
して、過剰な熱がシステムから除去されることができる。再熱式熱交換器５３は、戻り燃
料流れ４６から供給流れ３２に熱を移動する。戻り流れ４６における蒸気のすべては凝縮
されることを保証するために、冷却熱交換器５６が含まれる。
【０１００】
液体流れ３６１の一部は、第２段の供給流れ４２として第２段の分離器４１に進められ
る。図８に示される実施形態において、液体流れ３６１のごく一部のみが第２段の分離器
４１に進められ、大部分は放出器推進流体３８として放出器へ流れ込む。放出器推進流体
３８として液体流れ３６１を用いることにより、その気体−液体分離器および二重下流冷
却熱交換器に関して別個の作動流体を用いる必要性を排除する。安定状態の動作において
、気体−液体流れ３６の組成は、以下にさらに詳細に説明するように、主に軽い炭化水素
および軽い硫黄化合物である。安定状態の動作において、流体３８３、３６、３８および
３６１の組成は、同一であり、気体−液体流れ３６の直接的な凝縮を支援し、凝縮後、放
出器３５から出るようになっている。
【０１０１】
第２段の供給４２は、再熱式熱交換器５１に進められ、第２段の分離器４１に入る高温
の第２段の供給４２１になる。高温の第２段の供給４２１の供給流れは、第２段の透過流
れ４４および第２段の未透過流れ４７に分離される。第２段の分離器４１における膜の硫
黄選択性は、第２段の透過流れ４４における硫黄化合物の大部分の移動を支援すると同時
に、第２段の未透過流れ４７として軽い炭化水素化合物の一部を維持する。第２段の未透
過流れは、吸着型研磨フィルタ床１４７を通過する。第２段の未透過（流れ）における硫
黄化合物は、吸着型床に捕捉され、その結果、床１４７に残る流れ１４８は、きわめて低
い硫黄濃度を有し、次に冷却され、補助燃料供給部としてタンク６２に格納される。
【０１０２】
研磨フィルタは、第１段の透過流れの気相に任意に位置決めされてもよく、１００℃〜
３５０℃の温度まで加熱されてもよい。一実施形態において、研磨フィルタは、選択性お
よび吸収性能を増大するために、Ｈ2気体または空気のいずれかをそれぞれ追加すること
によって、硫黄化合物がＨ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3に選択的に変換される触媒を含有
してもよい。Ｈ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3は次に、研磨フィルタにおいて吸着される。
【０１０３】
液体燃料における硫黄化合物の複雑さは、上記の解析によって識別された情報および種
によって示され、実際には種の各列挙は、個別の化合物の範囲であってもよい。一般に、
硫黄種は、以下の表Ｅに示されているように、それらの化学的複雑さおよび沸点特性に基
づいて重なる群に分離されることができる。これらの種の濃度は、特定の燃料および特定
の燃料のために用いられる精製工程および供給原料に基づいて変化する。この変動性が、
補助電力用途のための有効な脱硫工程の開発を困難にする。
【０１０４】
【表Ｅ】
群への硫黄種および化合物の分離
【０１０５】
図９は、本開示の画期的な脱硫工程およびシステムの全体範囲の概略を示す簡略化した
概念流れ図を提供する。図１０、図１１、図１２、図１３および図１４は、本開示の工程
およびシステムの複数の異なる実装例を示す。
【０１０６】
ここで、図９に示される特に簡略化したシステム６００に目を向けると、構成要素間の
実線は液相連結を表し、破線は気相連結を表し、熱交換器、冷却器および加熱器は概略図
を簡単にするために省略されている。これらの潜在的な熱統合構成要素の排除は、本開示
の全体範囲を制限することを意図しているのではなく、この時点における説明の分かりや
すくするために過ぎない。
【０１０７】
タンク６０１に包含される供給燃料供給部は、本開示の画期的な工程によって補助用途
のために、低硫黄燃料に分離および調整される。処理された低硫黄燃料は、タンク６０２
に格納される。従来の手法は、硫黄種を除去する吸着剤または吸収剤を固定した床を用い
て、清浄な燃料を分配するが、高濃度の硫黄種に関して、これらの固定床は大きいか、お
よび／または頻繁な交換または再生を必要とし、この簡素な工程を無効化する可能性があ
る。本開示の画期的な工程は、特定の硫黄種を選択的に分離し、それらを主燃料タンク６
０１に戻す、および／または分離されなかった硫黄種を反応させて、下流構成要素で容易
に分離されるようにすることによって、この非効率性および無効化を回避する。
【０１０８】
図９において、タンク６０１からの液体供給燃料は、分離器６０４などの第１段の膜分
離器への連結部６１０を通過する。低沸点燃料が、供給燃料から蒸気として抽出され、連
結部６１１を介してさらなる処理のために下流構成要素に送られる。この実施形態におい
て、これらの下流工程の１つは、二次分離構成要素６０８が後に続く気相反応脱硫（ＲＤ
Ｓ）触媒反応装置６０７であってもよい。反応性脱硫触媒反応装置６０７は、連結部６２
０を介して触媒（反応装置）６０７に入る反応物質を用いる。反応物質は、酸素、空気、
過酸化物などの酸化剤、蒸気、又は触媒反応装置６０７に酸素原子を提供する他のきわめ
て酸化性の強い反応物質であってもよい。これらのＲＤＳ技術は、酸素脱硫（ＯＤＳ）技
術として定義され、気相硫黄種が酸化されて、収着剤床で容易に分離されるＳＯ2および
ＳＯ3の（SO(x)）化合物を形成する。選択的硫黄酸化（ＳＣＯ）触媒の実施例は、Ｅｎｇ
ｅｌｈａｒｄ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＪ．Ｌａｍｐｅｒｔ著、「Ｊ ｏｆ Ｐｏｗｅ
ｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ」、（第１３１巻、１〜２号、２００４年５月１４日、２７〜３４頁
）に記載されている。ＳＣＯ触媒は、ハニカム型モノリスで支持される貴金属触媒である
。ＳＯ(x)に関する収着剤／トラップは、単一床または一方がＳＯ3用、他方がＳＯ2であ
る２つの連続床における混合された金属酸化物であることが多い。
【０１０９】
反応蒸気はまた、水素などの反応物質または他のきわめて還元性の強い反応物質を用い
た還元反応を受けることができる。これらのＲＤＳ技術は、水素化脱硫（ＨＤＳ）技術と
して定義され、気相硫黄種が還元されて、酸化亜鉛などの金属酸化物またはＣｕＯ／Ｚｎ
Ｏ／ＮｉＯなどの混合金属酸化物またはＴＯＳＰＩＸ９４などの遷移金属含浸合活性炭ま
たはゼオライトから構成される収着剤床で容易に分離される硫化水素またはＨ2Ｓを形成
する。一般的な気相ＨＤＳ触媒は、アルミナ上のニッケル‐モリブデンまたはアルミナ上
のコバルト−モリブデンである。
【０１１０】
二次分離構成要素は、供給混合物における硫黄種の特定のタイプおよび第１段の工程中
に第１段の透過気相６１１において分離される硫黄種の特定のタイプおよび量に応じて、
気相収着剤床６０８（吸着剤または吸収剤）および／または膜分離器６０５および／また
は液相収着剤床６０６（吸着剤または吸収剤）であってもよい。これらの実施形態のそれ
ぞれは、以下にさらに詳細に記載される。
【０１１１】
一般に、表Ｆに定義される硫黄種の群化に対して、第１段の膜工程は、より重い群、た
とえば、群３、群４および群５における種を除去するように設計される。タンク６０１に
おける供給材料特性（ガソリン、ケロシン、および／またはディーゼル燃料の削減）、第
１段の透過（流れ）６１１と供給（流れ）６１０との間の質量流量比に基づき、群３、群
４および群５のすべてを分離する有効性が変化する。上記の表Ｄに示されているように、
第１段の膜６０４は、群４および群５の硫黄の除去においてきわめて有効であるが、群３
の硫黄の５０ｐｐｍ以上は依然として残っている。これらの群３の硫黄を除去するために
、部分凝縮器６０３が下流に配置される。その結果、連結部６１２において分離される燃
料を表す表Ｄの軽い凝縮物は、群３の硫黄をほとんど含まず、主に群１および群２の硫黄
からなる。
【０１１２】
１つの手法は、連結部６１２においてこの蒸気を凝縮し、第２段の膜反応装置６０５に
よってそれを処理することである。第２段の透過（流れ）６１９における群１および群２
の硫黄を分離する有効性に応じて、最後の第３段の収着剤床６０６は効果的であり、頻繁
すぎる交換または再生サイクルを必要としない可能性がある。この手法は、上述の図１〜
図５に関する説明によってさらに詳細に概略が記載される。第２段の膜工程が群１および
群２の硫黄を分離するほど十分に効果的ではない場合には、ＲＤＳ触媒６０７に関する代
替の実施形態が必要とされる。
【０１１３】
図１０は、この脱硫工程システムの１つのさらに詳細な好ましい実施形態５００を示し
ている。タンク５０１における燃料は、連結部５３１を介してポンプ５１１に送られ、連
結部５３２および熱交換器５１２に送られる。熱交換器５１２は、連結部５３３を通過し
て、第１段の膜５０４に送り込まれる前に、その温度を上昇させる燃料に対して熱を提供
する。熱交換器５１２において用いられる熱エネルギは、任意の主供給源からの直接的な
熱であってもよく、または主車両エンジンなどの工程の境界の外側のシステムからの再熱
であってもよく、または脱硫工程境界内からの再熱であってもよく、またはこれらの供給
源の任意の組み合わせであってもよい。連結部５３３における燃料流れは、第１段の分離
器５０４に入り、燃料が第１段の透過（流れ）５３４および第１段の未透過流れ５５０に
分離される。重い硫黄群は、主に第１段の未透過流れ５５０に分離され、主燃料タンクに
戻される。より軽い硫黄群のみが蒸気透過流れ５３４に残っている。反応物質は計量して
、連結部５６０を介してシステム５００に供給され、透過（流れ）５３４と混合し、触媒
５０７上で反応する。この反応の生成物は、非硫黄炭化水素からさらに容易に分離される
硫黄種である。たとえば、連結部５３７を通過させることによって、収着剤床５０８で吸
収または吸着されることができる。これは、低硫黄燃料蒸気流れを生じさせる。低硫黄蒸
気流れは、連結部５３８を介して収着剤床５０８から出て、熱交換器５１５において低硫
黄燃料液体に凝縮される。熱交換器５１５は、冷却装置、高い高度の航空機からの周辺空
気のような乗り物の外側の冷却熱シンクなどの外部供給源、またはシステム５００内の任
意の再熱式冷却供給源またはこれらの供給源の任意の組み合わせによって直接的に冷却さ
れることができる。低硫黄液体炭化水素補助燃料は次に、連結部５３９を介してポンプ５
１６に供給され、連結部５４０を介して補助燃料格納タンク５０２にポンプによって送り
込まれる。この実施形態は、透過（流れ）５３４における軽い硫黄群が触媒５０７におい
て効果的に反応され、収着剤床５０８において吸収または吸着される場合には、きわめて
効果的である。
【０１１４】
供給流れ５３３に対する透過流れ５３４の質量比が、システム５００において高く、透
過流れ５３４により重い硫黄群を結果として生じる場合には、部分凝縮器の追加が潜在的
に必要とされる。部分凝縮器５１３を含む処理システムの好ましい実施形態５６０が、図
１１に示されている。この実施形態５６０において、気相透過（流れ）５３４は、熱交換
器５１３において部分的に凝縮され、連結部５３５の通過後、分離器５０９において分離
される。より重い硫黄群を有する凝縮された液体流れは、連結部５５１および５５２を介
してポンプ５１４によって送り込まれ、タンク５０１に戻される。流れ５３５の気相留分
は、分離器５０９によって分離され、連結部５３６を介してＲＤＳ触媒５０７に送られる
。前の実施形態の場合のように、気相流れ５３６において残っている硫黄種は、触媒５０
７上で連結部５６０からの反応物質と反応される。これらの硫黄種は、収着剤床５０８で
さらに効果的に吸着または吸収される硫黄種に変換される。
【０１１５】
処理システムの別の実施形態５７０が、図１２に示されている。蒸気流れ５３６におけ
る硫黄種のすべてが、触媒床５０７で反応され、収着剤床５０８において分離されるわけ
ではない場合には、液相収着剤床が必要とされる。この実施形態５７０において、液相収
着剤床５０６は、補助燃料供給部タンク５０２の直前に追加され、補助燃料タンク５０２
に排出される燃料の連結部５４３を介した供給流れにおいて許容可能であるほど低い硫黄
含有量であることを保証する。それ以外は、図１２に示されるシステム５７０は、図１１
に示されるシステム５６０と同一である。
【０１１６】
図１３に示される処理システムの他の実施形態５８０において、ＲＤＳ触媒５０７の有
効性は、蒸気流れ５３４におけるより重い硫黄群に制限され、したがって、高いレベルの
軽い硫黄群１および／または２は、上流工程によって分離されず、連結部５４０における
液体流れに残っている。この場合には、第２段の膜反応装置５０５は、液相収着剤床５０
６に入らないようにこれらの群を最小限に抑えるか、または排除するために効果的に用い
られるられることができる。
【０１１７】
連結部５４０における液相燃料は、熱交換器５１７によって加熱され、連結部５４１を
介して膜反応装置５０５に送られる。膜反応装置５０５において、第２段の透過流れ５５
３および第２段の未透過流れ５４２が分離される。軽い硫黄種は、膜の硫黄選択性に起因
して気相透過流れ５５３に分離される。この蒸気流れは、熱交換器５１８において凝縮さ
れ、ポンプ５１９によってタンク５０１に送り返される。
【０１１８】
補助燃料流れは、未透過流れ５４２である。第２段の反応装置５０５の性能に基づき、
研磨フィルタ５０６が必要とされる場合も必要とされない場合もある。低硫黄燃料流れは
次に、連結部５４３を介して補助格納タンク５０２に送られる。
【０１１９】
処理システムの別の実施形態５９０が、図１４に示されている。この実施形態５９０に
おいて、部分凝縮器５１３／分離器５０９および第２段の膜反応装置５０５の両方が含ま
れる。この実施形態５９０の分離に関する説明は、この実施形態の特徴は、図１１〜図１
３に示された実施形態の特徴から簡単に組み合わせられるために、必要であるとは考えら
れない。
【０１２０】
図１１に提示された構成の妥当性評価が行われ、試験データ以下の表Ｆに提示される。
水素化脱硫工程に関する水素である反応物質５６０に関して、２回の試験（１８７８８−
５２Ａおよび１８７８８−５２Ｂ）が行われ、触媒５０７は市販のＮｉＭｏ型であった。
１回の試験（９２１−３−４）は、酸化脱硫工程に関する酸素（空気）である反応物質５
６０に関して行われ、触媒５０７は、企業独自の貴金属型触媒であった。３回の試験のす
べての間、収着剤床５０８は、広い表面積の活性炭型床であった。提示されたデータは、
凝縮後に流れ５３９における硫黄種の濃度を表している。データは、試験実行１８７８８
−５２Ａに関して１５ｐｐｍ未満の硫黄濃度を有し、図１１に定義された実施形態の硫黄
削減性能を明確に示している。
【０１２１】
【表Ｆ】
ＲＤおよび部分凝縮器（図１１）に関する３回の実行による試験データ結果
【０１２２】
改変、変更および追加は、包含される本明細書における開示の範囲を逸脱することなく
、上記のシステムおよび工程において行われてもよい。したがって、上記の説明に含まれ
るすべての事項は、添付図面に示されているように、説明および例示として解釈すること
を意図している。本開示は、示された実施形態に限定されることを意図しているわけでは
ない。
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、燃料システムに関し、さらに詳細には、より高濃度の硫黄化合物を有
する主燃料の流れから低濃度の硫黄化合物を有する補助燃料流れの抽出のためのシステム
および工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの性能、コストおよび耐久性における継続的な改善により、たとえば
、ハイブリッド式または燃料電池式の自動車などの車両において、補助電源装置（ＡＰＵ
）としての使用に関心が高まり続けている。実用化に対する燃料電池システムの１つの制
限は、用いられる軍用燃料または従来の燃料、たとえば、ディーゼルおよびケロシンのカ
ット（削減）にある。これらの燃料は、３０〜３，０００ｐｐｍの範囲の硫黄含有量を有
し、これらの燃料の水素への変換または合成気体流れに影響を及ぼすか、または燃料電池
下流の性能に影響を及ぼすかのいずれかである。１つの別法は、「硫黄を含まない」タイ
プの合成液体燃料、たとえば、ＡＰＵ用のフィッシャ・トロプシュ液体または気体と液体
の生成物を必要とすることであるが、この実施には、同一の自動車に２つの別個の燃料流
れを提供することが必要である。
【０００３】
たとえば、米国の一部の政府機関は、３０〜３００ｐｐｍを最近では推進するなど、燃
料においてより低レベルの硫黄を指示している。最低の限界付近のレベルであっても、硫
黄含有量は、下流工程における触媒の性能に影響を及ぼし、したがって、燃料電池システ
ムの効果的な使用を妨げる。膜に基づく技術をはじめとする技術は、これらのより低い硫
黄の規格を達成するために、精製所規模の用途向けに開発されている最中である。膜技術
、具体的に言えば、浸透気化膜技術は、商用化技術であり、液流の混合物からより高い蒸
気圧成分の分離のために、多数の業界で実用化されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンパクトで廉価なシステムにおいて実装されることが可能であり、ガソリン、ケロシ
ン、ジェット燃料およびディーゼルに基づく広範囲の主燃料に関して動作する必要な分離
選択性を提供する簡単な工程を有することが望ましい。本開示が向けられるのは、これら
の需要に対してである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れ
を生成するためのシステムおよび工程（方法）の実施例が、開示される。このシステムは
、主燃料流れの一部から第１段の透過流れおよび第１段の未透過流れを分離する第１の分
離段を含む。第２の分離段は、第１段の透過流れから第２段の透過流れおよび第２段の未
透過流れを分離し、第２段の未透過流れは、低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れ
を含む。第１段の未透過流れおよび第２段の透過流れは、混合されて、主燃料流れに戻さ
れる。その結果、主燃料流れに加えて、低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生
じる。
【０００６】
さらなる例示的な実装例によれば、主燃料流れから低硫黄化合物を含有する補助燃料流
れを分離する工程は、主燃料流れから第１段の透過流れおよび第１段の未透過流れを分離
することと、真空圧で第１段の透過流れを気化することと、第１段の透過流れから第２段
の透過流れおよび第２段の未透過流れを分離することとを含み、第２段の未透過流れは、
低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れを備え、真空圧で第２段の透過流れを気化して、
主燃料流れに第２段の透過流れを戻すことを含む。したがって、第２段の未透過流れは、
低硫黄化合物を含有する補助燃料流れである。
【０００７】
別の例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れ
を分離するシステムは、燃料供給部と、第１段の分離器と、第２段の分離器と、燃料供給
部を第１段の分離器に連結する第１の供給管路と、第１段の分離器および第２段の分離器
を連結する第２の供給管路とを含む。第１の供給管路は、燃料供給部から第１段の分離器
に燃料流れを運搬する。第１段の分離器は、第１段の燃料供給部流れから第１段の透過流
れおよび第１段の未透過流れを生成する。第２の供給管路は、第１段の分離器から第２段
の分離器に第１段の透過流れを運搬する。第２段の分離器は、第２段の透過流れおよび第
２段の未透過流れを生成する。生成された第２段の未透過流れは、低濃度の硫黄化合物を
含有する燃料流れである。このシステムにおいて、第１段の未透過流れおよび第２段の透
過（流れ）は次に、混合されて、主燃料流れに戻される。
【０００８】
さらに別の例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する燃
料流れを分離するシステムは、主燃料流れから気体の第１段の透過流れおよび第１段の未
透過流れを供給する第１段の分離器と、第１段の分離器に関連する第１の放出器であって
、真空圧および冷却エネルギを提供し、第１の放出器用の推進流体として冷却された第１
段の透過液体を用い、第１段の透過蒸気を凝縮する放出器と、凝縮された第１段の透過流
れから第２段の未透過流れおよび気体の第２段の透過流れを提供する第２段の分離器とを
含み、第２段の未透過流れは、低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れを備え、第２段の
分離器に関連する第２の放出器であって、推進流体として冷却された第１段の未透過（流
れ）を用い、第２段の透過蒸気用の真空圧を提供し、第２段の透過蒸気を凝縮して、第１
段の未透過（流れ）と混合する放出器を含むことが開示される。生成された真空圧は、推
進流体としての処理（プロセス）液体と共に放出器を用いることによって生成されるだけ
ではない。空気または窒素を豊富に含む空気などの圧縮気体が、推進流体として用いられ
てもよい。あるいは、電動式真空ポンプが真空圧を生成するために利用されてもよい。
【０００９】
別の例示的な実装例によれば、主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する燃料流れ
を分離するシステムは、燃料供給部と、第１段の分離器と、反応性脱硫触媒と、触媒の下
流の収着剤床と、燃料供給部を第１段の分離器に連結する第１の供給管路と、第１段の分
離器を反応性脱硫触媒に連結する第１の気相供給管路と、第１の収着剤床供給管路と、第
１の凝縮供給管路と、第１の反応供給管路とを含む。第１の供給管路は、燃料供給部から
第１段の分離器に燃料流れを運搬する。第１段の分離器は、第１段の燃料供給部流れから
第１段の透過流れおよび第１段の未透過流れを生成する。第１の気相供給管路は、第１段
の分離器から反応性脱硫触媒に第１段の透過流れを運搬する。反応物供給管路は、反応物
を反応性脱硫触媒に供給する。触媒は、反応物と第１段の透過における硫黄種の化学反応
を支援し、硫黄種を改質する。第１の収着剤床供給管路は、反応物触媒を収着剤床に連結
する。改質された硫黄種は、収着剤に吸着または吸収して、残りの第１段の透過（流れ）
が後の用途または処理のために凝縮される。
【００１０】
本開示の特徴および態様は、添付図面と共に以下の詳細な説明からよりよく理解される
。添付図面はすべて、説明のために過ぎず、本開示を限定するものではない。
【００１１】
定義
【００１２】
以下の説明において、用いられる語は、当業者によって意図されるものとして平明な意
味に基づいて用いられている。以下に記載される実施形態において、以下の語は、以下の
ように用いられることを意図している。
【００１３】
「炭化水素」という語は、種々の長さおよび構造の水素原子および炭素原子から主に構
成される有機化合物を記載するために一般に用いられるが、非炭素原子（酸素、硫黄また
は窒素など）を含んでもよい。
【００１４】
「直鎖炭化水素(straightchain hydrocarbon)」という語は、その化合物が環状構造を
含まないパラフィン型炭化水素またはイソパラフィン型炭化水素であることを示唆してい
る。
【００１５】
「浸透気化(pervaporation)」という語は、非多孔性の膜を通じた部分気化による液体
混合物の分離を意味する。
【００１６】
「ナフテンまたはナフテン系化合物」という語は、単結合による１つ以上の環の炭素原
子を有する炭化水素である。
【００１７】
「芳香族化合物」という語は、これらの環の中に二重結合による１つ以上の環の炭素を
含有する炭化水素である。
【００１８】
「複素環(heterocyclics)」という語は、炭素および水素に加えて、硫黄、窒素または
酸素などの原子を含有する芳香族化合物またはナフテン系化合物である。複素環は通常、
本質的に極性を有する。
【００１９】
「極性」または「イオン性」という語は、膜に関して言及するとき、イオン結合を含有
する膜を表す。同様に、「非極性」または「非イオン性」という語は、イオン結合を含有
しない膜である。膜が本質的に極性であるか、または分枝状のスルホン酸基を有するフッ
化ポリマー、たとえば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）などの極性材料でコーティングされて
いる場合には、極性種を有する化合物は、膜を介して選択的に移動される傾向がある。非
極性の膜、たとえば、三酢酸セルロースなどは、非極性の化合物に対して選択的であり、
イオン性化合物の移動速度を選択的に減少する傾向がある。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するための工程であ
って、前記工程は、
第１の膜分離段を介して前記主燃料流れの一部を通過させることによって、前記主燃料
流れから第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れを分離することと、
第１の分離段の部分凝縮器において前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れ
および第１の蒸気段流れに凝縮することと、
脱硫反応装置を介して前記第１の蒸気段流れを通過させることとを含む、工程。
（項目２）
前記第１の蒸気段流れを研磨フィルタに送ることをさらに含む、項目１に記載の工程
。
（項目３）
前記研磨フィルタは、前記硫黄化合物を水素硫化物または硫黄酸化物に変換する触媒を
含有する、項目２に記載の工程。
（項目４）
第２の第１段の部分凝縮器における前記第１の蒸気段流れの一部を第２の液体段流れに
凝縮することをさらに含む、項目１に記載の工程。
（項目５）
前記第２の液体段流れは研磨フィルタに送られ、前記研磨フィルタからの排出液体が清
浄な燃料となる、項目４に記載の工程。
（項目６）
前記第１の分離段は、所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維
持される高流束の非硫黄選択膜を含む、項目１に記載の工程。
（項目７）
前記第１の分離段は、所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維
持される高流束の非硫黄選択膜を含む、項目４に記載の工程。
（項目８）
前記第１の蒸気透過流れの一部を凝縮する動作は、前記第１の部分凝縮器の前記温度を
制御することによって管理される項目１に記載の工程。
（項目９）
前記第１の蒸気透過流れの一部を凝縮する動作は、前記第１の部分凝縮器の前記温度を
制御することによって管理される、項目６に記載の工程。
（項目１０）
第２の分離段を介して前記第２の液体段流れを通過させることによって、前記第２の液
体段流れから第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れを分離させることと、
前記第１の未透過流れおよび前記第２の蒸気透過流れを混合して、前記混合物を前記主
燃料流れに戻すこととをさらに含む、項目４に記載の工程。
（項目１１）
第２の分離段を介して前記第２の液体段流れを通過させることによって、前記第２の液
体段流れから第２の蒸気透過流れおよび第２段の未透過流れを分離させることをさらに含
む、項目４に記載の工程。
（項目１２）
第２の未透過流れは、研磨フィルタに送られ、前記研磨フィルタからの前記排出液体は
補助電源装置用の清浄な燃料となる、項目１０に記載の工程。
（項目１３）
前記第２の蒸気透過流れおよび第２段の未透過流れを分離することは、所定の浸透気化
温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維持される硫黄選択膜を介して前記第２の
液体段流れを通過させることを含む、項目１１に記載の工程。
（項目１４）
研磨フィルタを介して前記第２段の未透過流れを送ることをさらに含む、項目１１に
記載の工程。
（項目１５）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するシステムであっ
て、前記システムは、
主燃料流れの一部を第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れに分離するための第１
の分離段と、
前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れおよび第１の蒸気段流れに凝縮する
前記第１の蒸気透過流れに連結される第１の分離段の部分凝縮器と、
前記第１の蒸気段流れの一部を第２の液体段に凝縮する第２の分離段の部分凝縮器とを
備える、システム。
（項目１６）
前記第２の液体段流れに連結される研磨フィルタをさらに備え、前記研磨フィルタから
の排出液体が、清浄な燃料となる、項目１５に記載のシステム。
（項目１７）
前記第１の分離段は、前記主燃料流れを前記第１の蒸気透過流れおよび前記第１の未透
過流れに分離するように動作可能な所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧
範囲内に維持される高流束の非硫黄選択膜を備える、項目１５に記載のシステム。
（項目１８）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目１５に記載のシステム。
（項目１９）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目１７に記載のシステム。
（項目２０）
前記第２の液体段流れを第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れに分離するための
第２の分離段と、
前記第１の未透過流れおよび前記第２の蒸気透過流れを混合して、前記混合物を前記主
燃料流れに戻す混合器とをさらに備える、項目１５に記載のシステム。
（項目２１）
前記第２の液体段流れを第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れに分離するための
第２の分離段をさらに備える、項目１５に記載のシステム。
（項目２２）
前記第２の未透過流れに連結される研磨フィルタをさらに備える、項目２１に記載の
システム。
（項目２３）
前記第２の分離段は、前記第２の液体段流れを前記第２の蒸気透過流れおよび前記第２
の未透過流れに通過させるように動作可能な所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気
化真空圧範囲内に維持される硫黄選択膜を備える、項目２１に記載のシステム。
（項目２４）
前記第２段の未透過流れを受け入れ、そこから前記補助燃料流れを生成する研磨フィル
タをさらに備える、項目２１に記載のシステム。
（項目２５）
前記第１の分離段と、前記第１段の透過蒸気を受け入れる第１の分離段の部分凝縮器と
の間に連結される研磨フィルタをさらに備える、項目１５に記載のシステム。
（項目２６）
前記研磨フィルタは、前記硫黄を水素硫化物または硫黄酸化物に変換して、前記研磨フィルタの選択性および吸収性能を増大させる触媒を含有する、項目２５に記載のシステム。
（項目２７）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成する工程であって、
前記工程は、
第１の膜分離段を介して前記主燃料流れの一部を通過させることによって、前記主燃料
流れから第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れを分離することと、
第１の分離段の部分凝縮器において前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れ
および第１の蒸気段流れに凝縮することと、
触媒反応装置において反応物質と前記蒸気段流れを反応させて、分離可能な硫黄化合物
を形成することと、
二次分離構成要素において前記硫黄化合物を分離することとを含む、工程。
（項目２８）
前記反応物質は酸化剤である、項目２７に記載の工程。
（項目２９）
前記反応物質は還元反応物質である、項目２７に記載の工程。
（項目３０）
前記二次分離構成要素は収着剤床である、項目２７に記載の工程。
（項目３１）
前記第１の蒸気段流れを研磨フィルタに送ることをさらに含む、項目２７に記載の工程。
（項目３２）
前記研磨フィルタは、前記硫黄化合物を水素硫化物または硫黄酸化物に変換する触媒を
含有する、項目３１に記載の工程。
（項目３３）
第２の第１段の部分凝縮における前記第１の蒸気段流れの一部を第２の液体段流れに凝
縮することをさらに含む、項目２７に記載の工程。
（項目３４）
前記第２の液体段流れを研磨フィルタに送る、項目３３に記載の工程。
（項目３５）
前記第１の分離段は、所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維
持される高流束の非硫黄選択膜を含む、項目２７に記載の工程。
（項目３６）
第２の分離段を介して前記第２の液体段流れを通過させることによって、前記第２の液
体段流れから第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れを分離することをさらに含む、
項目３３に記載の工程。
（項目３７）
前記第２の未透過流れは、研磨フィルタに送られる、項目３６に記載の工程。
（項目３８）
前記第２の蒸気透過流れおよび第２段の未透過流れを分離することは、所定の浸透気化
温度範囲および所定の浸透気化真空圧範囲内で維持される硫黄選択膜を介して前記第２の
液体段流れを通過させることを含む、項目３６に記載の工程。
（項目３９）
前記第２段の未透過流れを研磨フィルタを通して送ることをさらに含む、項目３８に
記載の工程。
（項目４０）
主燃料流れから低濃度の硫黄化合物を含有する補助燃料流れを生成するシステムであっ
て、前記システムは、
主燃料流れの一部を第１の蒸気透過流れおよび第１の未透過流れに分離するための第１
の分離段と、
前記第１の蒸気透過流れの一部を第１の液体段流れおよび第１の蒸気段流れに凝縮する
前記第１の蒸気透過流れに連結される第１の分離段の部分凝縮器と、
前記第１の蒸気段流れを受け入れる反応性脱硫触媒反応装置と、
前記触媒反応装置からの前記第１の蒸気透過流れの一部を第２の液体段に凝縮する第２
の分離段の部分凝縮器とを備える、システム。
（項目４１）
前記第２の液体段流れに連結される研磨フィルタをさらに備え、前記研磨フィルタから
の排出液体が、清浄な燃料となる、項目４０に記載のシステム。
（項目４２）
前記第１の分離段は、前記主燃料流れを前記第１の蒸気透過流れおよび前記第１の未透
過流れに分離するように動作可能な所定の浸透気化温度範囲および所定の浸透気化真空圧
範囲内に維持される高流束の非硫黄選択膜を備える、項目４０に記載のシステム。
（項目４３）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目４０に記載のシステム。
（項目４４）
前記第１の部分凝縮器の前記温度は、前記第１の蒸気透過流れの一部の凝縮を管理する
ように制御される、項目４２に記載のシステム。
（項目４５）
前記第２の液体段流れを第２の蒸気透過流れおよび第２の未透過流れに分離するための
第２の分離段と、
前記第１の未透過流れおよび前記第２の蒸気透過流れを混合して、前記混合物を前記主
燃料流れに戻す混合器とをさらに備える、項目４０に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示による工程の例示的な実施形態の概念図である。
【図２】本開示によるシステムの実施形態の簡略化した概略流れ図である。
【図３】図１および図２に示されたシステムおよび工程の性能モデルに関する実験の結果を示す図である。
【図４】本開示によるシステムの別の実施形態の簡略化した概略流れ図である。
【図５】システムの別の実施形態の第１段の部分の部分概略流れ図であり、２つのステップからなる凝縮機能が、第１段の透過において用いられる。
【図６】透過（流れ）１の凝縮物の蒸留プロファイルを示すチャートである。
【図７】種々の凝縮物の硫黄濃度を示すチャートである。
【図８】本開示によるシステムの別の実施形態の概略流れ図である。
【図９】本開示によるシステムの別の実施形態の簡略化した概略流れ図である。
【図１０】図９に示されるシステムの例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１１】図９に示される代替システムの例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１２】図９のような代替のシステムの別の例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１３】図９のような代替のシステムの別の例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【図１４】図９のような代替のシステムの別の例示的なシステムを説明する概略流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示は、主燃料流れ（主燃料流）れから後流れ（後流）(slip stream)または補助燃
料流れ（補助燃料流）を分離するための浸透気化膜工程およびシステムに関する。
【００２２】
簡単にするため、および説明を分かりやすくするために、図に示され、以下に説明され
る要素は、必ずしも比例尺である必要はないことは認識すべきである。たとえば、要素の
一部の寸法は、明確にするため、互いに対して誇張されている。さらに、適切であると考
えられる場合には、参照符号は、対応する要素を示すために、図の中で繰り返されている
。
【００２３】
図１は、本開示による全体的な工程の簡略化した概略図を示しており、燃料供給混合物
の種々の要素のための２つの分離段および選択性を示している。工程１は、第１段の分離
器１１を介して主燃料流れ２の一部を流し、次に、第２段の分離器１６を介して分離した
部分を流すことを含む。主燃料２は、任意の市販の輸送燃料または軍用燃料（改質ガソリ
ン、ケロシンおよびディーゼル（州間燃料補給ステーション、ジェット燃料、航空用ケロ
シン（Ａ−１）またはＪＰ−８、ＮＡＴＯ Ｆ−７６などの軍仕様の燃料などが挙げられ
るがこれらに限定されるわけではない）であってもよい。これらの燃料は、広範囲の炭化
水素成分からなり、通常は、精製中、バルク燃料供給源から蒸気分留工程を介して分離さ
れている。その結果、各混合物は、所定の温度帯にわたってそれぞれ気化する様々な化合
物を有する。一般に、ガソリンは、ケロシンより軽い成分を含有し、したがって、ディー
ゼル燃料より軽い。特定のタイプの燃料の各容量内に、種々の蒸気圧ならびに極性または
非極性の特性を有する様々な化合物が存在する。
【００２４】
主燃料供給２は特に、５つの主要群に再分離されることができる炭化水素の混合物から
なることができる成分の混合物から特に構成される。第１の群は、比較的高い沸点を有す
る多重環および多分枝状の炭化水素である重い硫黄化合物（Ｈ硫黄）２２である。たとえ
ば、これらは、３００℃を超える沸点を有するジベンゾチオフェンを含む。ジベンゾチオ
フェンは、少なくとも３つの環構造を含有し、芳香族化合物である。第２の群は、軽い硫
黄化合物（Ｌ硫黄）２４であり、比較的低い沸点および３つ未満の環構造を有する硫黄を
含有するより簡素な化合物である。たとえば、これらは、３００℃未満の沸点、さらに好
ましくは、２２５℃未満の沸点を有するメルカプタン、チオフェンおよびベンゾチオフェ
ンとして種々の化合物を含む。第３の群は、重い炭化水素（Ｈ ＨＣ）２１であり、第４
の群は、軽い炭化水素（Ｌ ＨＣ）２５であり、いずれも硫黄原子を含有していない（硫
黄原子は、最初の２つの群に含まれていた）。第５の群は、添加物（剤）２３であり、製
造、製造業者および他の基準に応じて、各タイプの燃料に対して特定される。たとえば、
軍用ＪＰ−８燃料は、３つの添加物が仕様において必要とされる点を除き、市販の航空燃
料に類似している。ＪＰ−８の場合には、これらは、燃料システム凍結防止剤（ＭＩＬ−
ＤＴＬ−８５４７０）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル（ｄｉ−ＥＧＭＥ）、
腐食防止剤／潤滑性向上剤（ＭＩＬ−ＰＲＦ−２５０１７およびパラダイン６５５）およ
び導電性／静電気除去剤（Ｓｔａｄｉｓ（登録商標）４５０およびＭＩＬ−Ｓ−５３０２
１）を含む。これらの仕様は、「ＧＵＩＤＥ ＦＯＲ ＦＩＥＬＤ ＢＬＥＮＤＩＮＧ
ＯＦ ＡＤＤＩＴＩＶＥＳ ＯＲ ＦＯＲ ＷＩＮＴＥＲＩＺＩＮＧ ＧＲＯＵＮＤ Ｆ
ＵＥＬＳ」、ＡＭＳＴＡ−ＴＲ−Ｄ／２１０、米国陸軍戦闘車両研究開発技術センター（
Ｕ．Ｓ．Ａｒｍｙ Ｔａｎｋ−Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｄｅｖｅｌｏ
ｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ：ＴＡＲＤＥＣ）、Ｗａｒ
ｒｅｎ、ＭＩ ４８３９７−５０００、１９９９年１０月に記載され、その全体は参照に
より本明細書に組み込まれる。
【００２５】
図１に示される工程１において、主燃料供給２は、第１段の分離工程１１および第２段
の分離工程１６からなる多段工程１において、補助燃料流れ３および戻り主燃料流れ４に
分離される。第１段の分離工程１１は、軽い硫黄２４および軽い炭化水素２５からなる軽
い方の化合物の膜１２を介した移動を支援し、第１段の透過（流れ）１３として出る。他
の化合物２１、２２および２３は、これも第１段の分離工程１１から生じる未透過流れ１
４に保持される。第１段の透過（流れ）１３は、第２段の分離工程１６に進められる。第
２段の分離工程において、軽い硫黄化合物２４は、第２段の透過（流れ）１９としての軽
い化合物２６の一部と共に、膜１７を介して選択的に移動されるのに対し、より軽い炭化
水素２８の大部分は、第２段の未透過流れ１８に保持される。第２段の透過（流れ）１９
は、第１段の未透過（流れ）１４と混合され、戻り主燃料流れ４として、主用途またはタ
ンクに戻される。第２段の未透過（流れ）１８は、補助燃料供給部３になる。
【００２６】
第１段工程１１および第２段工程１６は、選択的工程であるが、それらの選択性は、必
ずしも絶対ではない。供給流れ２および１３の温度および透過流れ１３および１９の真空
圧を制御することによって、膜１２および１７を介して実際に移動される化合物の量を制
御することができる。
【００２７】
透過のための原動力は、各段において膜を通過する化合物の部分圧力差（ＰＰＤ）であ
る。温度が上昇すると、透過率が高められる。膜材料の温度制限は、より低い動作点を示
唆しうるが、透過側に真空圧を印加することは、より低い温度を補償するために、より高
いＰＰＤ原動力を与えることになる。供給流れの温度が上昇すると、化合物の移動性が増
大し、膜の透過性が増大する。両方の変数は、膜を通した化合物の移動速度を増大させる
。膜の温度はまた、膜の透過側に曝される化合物の蒸気圧も増大させる。
【００２８】
浸透気化膜を用いた工程１において、１〜５００トールの範囲、さらに好ましくは１０
０〜約２００トールの真空圧が、透過側に印加されてもよく、最も高い蒸気圧を有する化
合物が、膜の表面から蒸気として気化される。最適な温度範囲は、真空圧のレベル、主燃
料のタイプ、用いられる膜材料に左右される。たとえば、主燃料が、航空用ケロシンであ
り、第１段の工程１１から除去される軽い炭化水素が、ガソリン沸点範囲にあり、真空圧
が、膜にわたって印加される場合には、温度範囲は、約１００℃〜約２００℃である必要
があり、１００〜２００トールの真空圧が印加される場合には、好ましい範囲は、約１２
０℃〜１３５℃である。他方、主燃料がディーゼルカット（削減）である場合には、温度
は、１５０℃〜３００℃の範囲であってもよい。最も高い蒸気圧を有する化合物の気化は
、膜にわたる濃度勾配を形成し、供給流れからこれらの化合物の移動の増大を促進する。
低い蒸気圧を有する化合物は気化せず、したがって、濃度勾配は、これらの化合物に関し
て確立されておらず、さらなる移動は生じない。膜の表面積、膜厚および膜の未透過側に
おいて内部流体相混合(internal fluid phase mixing)などの他の変数はまた、移動され
る化合物の量に寄与する。膜の表面積における増大は、移動のためのより大きな面積およ
び透過側においてより大きな気化移動面積を有するために、移動の増大を提供する。より
薄い膜は、移動に関してより小さな抵抗を有し、確立される濃度勾配がより短い距離にわ
たって機能するために、より高い移動速度を支援する。
【００２９】
透過流束は、膜厚に反比例し、したがって、動作圧力および温度で存続し続けることが
できる場合には、より薄い膜が好ましい。内部流体相混合は、供給流れにおける種々の化
合物の混合を確保し、膜の供給面で可能な高い蒸気圧の化合物の最も高い濃度を維持する
ことによって、移動速度を増大させる。未透過側におけるバルク流れにおける質量移動抵
抗は、膜表面における有効部分圧力を低減する可能性がある。乱流または高速の流速は、
混合を改善し、流束を増大することができる。第１段の分離器および第２段の分離器にお
ける膜の特性を調整することにより、第１段１１において移動される軽い硫黄化合物２４
のすべてが、再び第２段１６において移動されることを確実にする。より高い沸点の化合
物が気化されないほど十分に低い温度で動作することによって、重い芳香族またはまたは
多重環硫黄化合物、たとえば、通過して透過するジベンゾチオフェンなどの量を低減し、
削減および最小限に抑えることができる。
【００３０】
本開示による第１段の分離工程１１および第２段の分離工程１６は、フラッシュ気化分
離（ＦＶＳ）から、逆浸透膜（ＲＯＭ）、ナノろ過膜（ＮＦＭ）および超ろ過膜（ＵＦＭ
）などのろ過膜の使用、非極性浸透気化膜（ＮＰＶＭ）および極性浸透気化膜（ＰＰＶＭ
）などの浸透気化膜に至る範囲の複数の技術を利用して実行されることができる。各段に
関して特定の分離技術の適切な選択は、特定の主燃料および混合物内の硫黄化合物の分布
に左右される。主燃料供給２における特定の添加物２３および硫黄化合物はまた、どの分
離技術が最適であるかを選択することに影響を及ぼしうる。
【００３１】
本明細書に開示される分離工程に適した分離技術、およびこの工程のすべての実施形態
において対象となる化合物に対するそれらの選択性は、３つの特性の考慮によって識別さ
れることができる。第１の特性は、孔の物理的サイズであり、第２の特性は、硫黄化合物
などの化合物の極性またはイオン特性による選択性であり、第３の特性は、沸点または蒸
気圧による選択性である。本開示の１つの例示的な実施形態は、第２のステップにおける
硫黄選択膜による処理のために、低沸点の留分の透過(low boiling fraction permeable)
を分離し、補助燃料源などの下流工程のための清浄生成物として軽い未透過物を収集する
第１のステップを含む。第１のステップからの高沸点の留分の未透過（流れ・物）および
第２のステップからの透過（流れ）が、結合され、残留燃料として送り返される。
【００３２】
ＲＯＭ、ＮＦＭおよびＵＦＭなどの簡単なろ過工程は、主に物理サイズおよび構造によ
って分離を行う。ＲＯＭ分離デバイスは、０．００１４μｍ未満の有効孔サイズを有し、
ＮＦＭデバイスは、０．０００８〜０．００５μｍの孔を有し、ＵＦＭデバイスは、０．
００２５〜０．１μｍの孔を有する。これらは、ある程度まで分子量による化合物の選択
性に関連している。たとえば、ＲＯＭは、３００グラム／モル未満の化合物に関して良好
であり、ＮＦＭは、１６０〜１０，０００グラム／モルに関して良好であり、ＵＦＭは２
，０００〜２００，０００グラム／モルに関して良好である。質量に加えて、分子の３次
元の形状もまた、線状の長鎖化合物より、大きな立体障害を有する複雑な多重環構造に関
する選択性に影響を与える。
【００３３】
フラッシュ気化器および浸透気化膜などの分離技術は、化合物の沸点または蒸気圧に対
して選択的である。たとえば、フラッシュ気化器において、供給液体は、加圧および加熱
される。この加熱および加圧流体は次には、オリフィスを通過して、急速な圧力低下を生
じ、混合物内の低沸点化合物の一部の気化が起こる。より高い沸点を有するより重い化合
物は、液体として残る。したがって、燃料供給は次に、２相混合物である。この２相（気
体と液体）混合物は次に、気体流れおよび液体流れに分離される。気体流れは次に、分離
工程を終了するために凝縮される。浸透気化膜の使用は、膜および気化による分離工程を
組み合わせた点以外は、類似している。
【００３４】
本開示によるシステムの一実施形態において、分留ユニットを備えたフラッシュ気化器
は、第１の段として用いられ、極性浸透気化膜が、第２の分離段において用いられる。別
の実施形態において、極性浸透気化膜は、第１段の分離および第２段の分離の両方を行う
ために用いられる。これらのＰＰＶＭは、物理的ろ過および極性選択性を組み合わせて、
小さなサイズの極性化合物を好ましくは分離し、次に、膜の透過側から気化される移動化
合物のために、さらなる選択性を加える。化合物が、膜を通して物理的に移動することが
できるが、その蒸気圧は動作温度では低すぎて、気化することができない場合には、透過
相まで継続されない。したがって、所定の温度で動作するＰＰＶＭ分離器は、軽い炭化水
素および軽い硫黄化合物の両方に対して選択性を実証することができる。
【００３５】
本開示によるシステムの別の実施形態において、第２段の分離器は、第１段の分離器よ
り極性分子に対してより大きな選択性を有する。この特性は、第１の膜を介して移動する
すべての極性硫黄化合物および他のイオン性化合物が、第２段の透過流れによって主燃料
に確実に戻されるのを助ける。
【００３６】
工程の例示的な実施形態は、エンジンまたは主発電機を駆動するためなどの主要な用途
に送られる燃料の留分を抽出することによって、車両搭載補助電源装置（ＡＰＵ）におい
て使用可能な低硫黄で清浄な燃料流れを提供するように設計される。工程の効率の評価に
おいて重要な変数は、戻り主燃料流れにおける燃料の性能添加物および硫黄化合物の実質
的にすべてを残すと同時に、燃料混合物の低硫黄留分を抽出する能力である。
【００３７】
図２は、システム６０において実装される図１の工程１の実施形態を示している。シス
テム６０において、タンク６１からの主燃料は、ポンプ６３によって主燃料供給流れ３２
において加圧される。主燃料供給流れ３２は次に、工程の再熱式熱交換器５３によって主
燃料の第１の高温供給流れ３２１に加熱される。主燃料の第１の高温供給流れ３２１は次
に、熱交換器５２における高温エンジン流体５０によって主燃料の第２の高温供給流れ３
２２まで加熱される。この第２の高温供給流れ３２２は次に、第１段の分離器３１に供給
され、第１段の未透過流れ３７および第１段の透過流れ３４に分離される。第１段の透過
流れ３４は次に、放出器３５に搬送され、放出器の推進流体３８によって駆動される。真
空圧が放出器の推進流体３８の供給流れに起因する場合には、放出器３５において、第１
段の透過蒸気流れ３４は、真空圧状態に置かれる。第１段の透過流れ３４および放出器の
推進流体３８の混合物である結合液体流れ３６が放出器３５から出る。この結合液体流れ
３６は、冷却される場合には、冷却熱交換器５７へと流れる。第１段の透過蒸気３４に対
する冷却推進液体３８の重量比は、凝縮熱が結合液体流れ３６の温度をわずかだけ上昇さ
せるように適切に高く維持される。液体への気体の凝縮することで、より小さい容量とな
り、したがって、真空圧が上流に形成される。高速推進流体と共に放出器を用いることも
また、真空圧を形成する。
【００３８】
高温液体流れ３６は、熱交換器５７において冷却されて、冷却液体流れ３６０となり、
ポンプ１３７によって圧力を増大させ、放出器３５に送られる推進流れ３８および第２段
の供給流れ４２に分離する。冷却ユニット５５は、空気冷却放熱器または液体冷却放熱器
あるいは車両の空調システムなどの他の適切な機構からなる熱排出要素であり、これを介
して、過剰な熱がシステムから除去されることができる。冷却流体流れ３６２および３６
３は、これらの冷却熱交換器５６、５７および５８から冷却ユニット５５に熱を移動する
ように概念的に示された冷却ループである。一連の流れ構成は、本開示に示されているが
、この図に限定されるわけではなく、一連の流れまたは並列の流れと統合された冷却ユニ
ットまたは専用の冷却ユニットとの任意の組み合わせが可能であり、本開示に包含される
。再熱式熱交換器５３は、戻り燃料流れ４６から供給流れ３２に熱を移動する。戻り流れ
４６における蒸気のすべてが凝縮されることを保証するために、冷却熱交換器５６が含ま
れる。
【００３９】
液体流れ３６１の一部は、第２段の供給流れ４２として第２段の分離器４１に進められ
る。図２に示される実施形態において、液体流れ３６１のごく一部のみが第２段の分離器
４１に進められ、大部分は放出器推進流体３８として放出器へ流れ込む。放出器推進流体
３８として液体流れ３６１を用いることにより、その気体−液体分離器および二重下流冷
却熱交換器に関して別個の作動流体を用いる必要性を排除する。安定状態の動作において
、気体−液体流れ３６の組成は、以下にさらに詳細に説明するように、主に軽い炭化水素
および軽い硫黄化合物である。安定状態の動作において、流体３４、３６、３８および３
６１の組成は、同一であり、気体−液体流れ３６の直接的な凝縮を支援し、凝縮後、放出
器３５から出るようになっている。
【００４０】
第２段の供給４２は、再熱式熱交換器５１に進められ、第２段の分離器４１に入る高温
の第２段の供給４２１になる。高温の第２段の供給４２１の供給流れは、第２段の透過流
れ４４および第２段の未透過流れ４７に分離される。第２段の供給４２は、代替の実施形
態において、再熱式熱交換器５１に入る前に第２段からの出口流れ、第２段の透過（流れ
）４４または第２段の未透過（流れ）４７のいずれかと連動（インターフェイス）される
再熱式熱交換器（図示せず）を介して最初に加熱されてもよい。第２段の分離器４１にお
ける膜の硫黄選択性は、第２段の透過流れ４４における硫黄化合物の大部分の移動を支援
すると同時に、冷却され、補助燃料供給部としてタンク６２に格納される第２段の未透過
流れ４７としての軽い炭化水素化合物の一部を維持する。第２段の膜の選択性がよくなれ
ばなるほど、より多くの軽い炭化水素が、未透過流れ４７に保持される。第２段の透過流
れ４４は、放出器４５に搬送される推進流体の作用に起因して、真空に置かれる。この実
施形態において、放出器４５用の推進流体は、第１段の未透過流れ３７である。別法にお
いて、第２段の供給４２は、第１段の未透過流れ３７と連動する１つ以上の再熱式熱交換
器で加熱されることができる。
【００４１】
放出器４５を駆動するために第１段の未透過流れ３７を用いることは、工程の複雑さを
最小限に抑える。工程の熱効率を改善するために、再熱式熱交換器５３を通過する戻り流
体４６は、放出器４５から出る。流体は最後に、戻り流体が周囲温度または周囲温度付近
であることを保証するために、タンク６１に戻る前に冷却熱交換器５６を通過する。
【００４２】
透過流れの一方または両方はまた、真空圧形成を強化するために、１つ以上の別個の冷
却熱交換器において冷却されてもよい。他の実施形態において、第１段の未透過流れ３７
は、放出器４５用の推進流体として機能する前に冷却される。たとえば、未透過流れ３７
は、推進流体として放出器４５に入る前に熱交換器５３を通って流れるように、放出器４
５は、再熱式熱交換器５３の下流に位置決めされることができる。この実施形態において
、放出器４５用の推進流体は、第１段の冷却された未透過流れ３７である。別の実施形態
において、透過流れの一方または両方はまた、真空圧形成を強化するために、１つ以上の
別個の冷却熱交換器において冷却されてもよい。
【００４３】
他の実施形態において、放出器４５から出ると、第２段の分離器において透過（流れ）
として移動される硫黄化合物は、第１段からの未透過（流れ）と混合されて、主エンジン
または主燃料タンク６１に戻されることができる。
【００４４】
上記で開示されたシステムは、補助電源装置用に用いられることができる燃料化合物の
第２段の未透過（流れ）４７において低硫黄の後流れを抽出するために、車両搭載の多段
の分離工程を行うために用いられることができると同時に、主燃料３２における性能向上
添加物が第１段の未透過（流れ）３７に保持されるか、または第２段の透過（流れ）４４
によって第１段の未透過に戻されるように分離段が設計される。先行技術および従来の手
法において、主燃料の後流れは、補助燃料流れとして除去され、次に、硫黄化合物を完全
に破壊、吸着または吸収するように処理される。
【００４５】
この手法は、使い捨てフィルタまたは固体床（ｂｅｄ ｏｆ ｓｏｌｉｄ）への硫黄化
合物の吸着または吸収、ならびに再生サイクルにおける硫黄化合物の破壊の代わりに、主
燃料に残留物の硫黄化合物を戻す多段工程によって低硫黄の清浄な燃料流れの抽出を可能
にする。この手法はまた、燃料における他の極性化合物はまた、最初の２段によって濃度
が減少されるために、第３の段の吸着剤または吸収剤の性能を強化する。最も一般的に用
いられる燃料に関して吸着剤格納性能（ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ）は、特定の
硫黄化合物でドープされた代用燃料に比べて１０分の１の性能であることが分かっている
。この性能における低下は、吸着用の活性位置を本質的に占める極性でもある、添加物ま
たは重い芳香族などの他の化合物に起因する。
【００４６】
システムの一実施形態は、第２段の放出器４５用の推進流体として第１段からの未透過
（流れ）３７を用いて、第２段の透過側に真空圧を提供することに焦点を置いている。こ
の未透過流れは、放出器の性能を強化して、第２段の透過側により大きな真空圧を形成す
るために冷却されることができる。同様に、気化される透過流れ４４はまた、性能をさら
に強化するために、放出器４５に入る前に冷却および凝縮されることができる。また、第
１段の未透過（流れ）３７は、真空圧性能をさらに強化するために、放出器４５に入る前
に冷却されることができる。放出器の周囲におけるこれらの流体の冷却は、第１段の膜工
程または第２段の膜工程への供給流れの予熱と組み合わせて、直接的な冷却または再熱式
冷却によって行われることができる。
【００４７】
システムの一実施形態は、第１段の放出器３５用の推進流体３８として凝縮および加圧
後に第１段の透過流れ３４を用いることに焦点を置いている。
【００４８】
システムの一実施形態は、工程の熱効率を改善するために、再熱式熱交換器５３を通過
する戻り流体４６に焦点を置いている。続いて、流体は最後に、戻り流体が周囲温度また
は周囲温度付近であることを保証するために、タンク６１に戻る前に冷却熱交換器５６を
通過する。
【００４９】
システムの一実施形態は、主エンジン用途からの熱エネルギを用いて、第１段の分離器
モジュールおよび第２段の分離器モジュールの有効動作のために必要なピーク熱エネルギ
を提供することを含む。これは、エンジン５０および熱交換器５２および５３に関して、
図２において示される。
【００５０】
システム工程の別の実施形態は、主要車両とのさらなる統合を含む。この実施形態にお
いて、冷却ループ源５５は、構成要素の冗長性を最小限に抑えるために、車内の空調シス
テムと統合される。主燃料タイプ（ＪＰ−８、ディーゼルまたはガソリンなど）、流れ３
４における軽い化合物の蒸気圧および混合流れ３６の圧力に応じて、混合流れ３６から液
体流れ３６１への完全な凝縮のために必要な温度は、周囲温度未満であってもよい。この
状況において、冷却ループ要素５５は、車内の空気を冷却するように設計されている車両
の空調ループに統合されてもよい。あるいは、周囲温度以下の温度を可能にする専用冷却
ユニットが、冷却要素５５として用いられてもよい。
【００５１】
図１および図２に示されるシステムおよび工程は、清浄な低硫黄補助燃料供給部を効果
的に提供するための能力を評価するためにモデル化されている。図３は、そのようなモデ
ルの性能の結果を記録する図を示している。モデルは、重量で硫黄５００ｐｐｍのＪＰ−
８軍用燃料に類似の供給燃料流れを仮定して開発された。通常のＪＰ−８燃料は、約１４
０℃〜３００℃の範囲の沸点を有し、複数の化合物、パラフィン５７％、シクロパラフィ
ン２０％、芳香族２０％、その他３％から構成される。
【００５２】
モデルからのデータは、燃料の硫黄含有量をｙ軸に示すグラフに描かれた。ｘ軸は、総
供給より軽い留分の相対硫黄濃度によって表される、供給における硫黄化合物のタイプの
尺度である。したがって、１００％の値は、硫黄濃度が燃料の沸点範囲にわたって均一で
あることを示している。１５００ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍの範囲のバルク硫黄濃度を有す
るＪｅｔ−Ａ燃料の複数のサンプルの詳細な硫黄分析は、大部分の硫黄化合物が比較的重
く、ジベンゾチオフェン型化合物からなることを示している。３０％の軽い留分が得られ
る場合には、硫黄濃度における約７０％削減が達成され、このことは、１５００ｐｐｍの
硫黄を有するバルク燃料が４５０〜５００ｐｐｍの硫黄を有する軽い留分を生成すること
を示している。このことは、「軽い留分における相対的な硫黄」が２００５においてカリ
フォルニア州ロングビーチにおける市販の供給源から得られた通常のＪｅｔ−Ａ燃料の場
合には約３０〜３５％であることを示している。上流の精製工程における改質は、この特
性を変化させる場合がある。
【００５３】
燃料の供給濃度は、灰色の線７０として表され、図２の流れ３２の濃度である。第１段
の分離器は、非選択的分離としてモデル化され、バルク燃料の３０％が図２の第１段の透
過（流れ）３４において抽出された。分離が選択的でなかったため、白丸を有する線７１
は、軽い留分における相対的な硫黄を表しており、この場合にはバルク燃料の３０％であ
る。
【００５４】
第２段の分離は、供給流れ４２の４０％を透過（流れ）４４として抽出し、供給におけ
る硫黄の９８％を除去する選択性を達成した。このデータは、中間カットナフサ燃料流れ
におけるベンゾチオフェンおよびより軽い硫黄化合物に関するＷ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ’ｓ
ＰＰＶＭモジュールから発表された性能データと一致しており（Ｚｈａｏ Ｘ．、Ｋｒｉ
ｓｈｎａｉａｈ Ｇ．、およびＣａｒｔｗｒｉｇｈｔ Ｔ．；Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｅｐ
ａｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｌｅａｎ Ｆｕｅｌｓ；ＰＴＱ Ｓｕｍｍｅｒ ２００４）
、その内容は、全体において参照により本明細書に組み込まれる。
【００５５】
第２段の分離の性能が、白抜きの四角の線７２として表されており、軽い留分における
相対的な硫黄が６０％未満である場合には、１０ｐｐｍ未満の硫黄レベルが達成可能であ
ることを示している。補助燃料において必要な硫黄レベルが、１０ｐｐｍ未満または相対
硫黄濃度が６０％を超える場合には、第３の段が必要とされる可能性がある。この実施例
において、第２段の未透過（流れ）４７は、液相硫黄吸着剤または第３の段の吸着剤モジ
ュールまたは吸収剤モジュールにおける吸収剤によってさらに処理され、９５％の除去性
能を達成した。生成物の流れにおいて、結果として生じる硫黄の濃度は、白抜きの三角の
線７３によって表され、軽い留分における相対的な硫黄レベルの全範囲にわたって２ｐｐ
ｍ未満の濃度レベルを示している。
【００５６】
工程およびシステムのさらなる実施形態は、最終的な補助燃料流れを研磨（ｐｏｌｉｓ
ｈ）するために、この第３の段の吸着剤モジュールまたは吸収剤モジュールの添加を含む
ことができる。図４は、そのような実施形態の例示的な実装例を示している。図４を参照
すると、システムは、吸着型研磨フィルタ床（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ ｂｅ
ｄ）１４７が第２段の未透過流れ４７における工程システムに追加される点を除き、図２
のシステムと同一である。後流れのための下流の適用が、きわめて低い硫黄濃度を必要と
する場合には、研磨フィルタ床１４７が追加される。第２段の未透過（流れ）における硫
黄化合物は、吸着型床に捕捉され、その結果、床１４７に残る流れ１４８は、図３の線７
３として提示されたモデルの結果に類似のきわめて低い硫黄濃度を有する。
【００５７】
研磨フィルタ床１４７は、広い表面積の炭素または極性硫黄化合物を吸着するように調
整された特定の表面改質を備えた炭素に類似の吸着剤であってもよい。床１４７は、床に
捕捉される非溶解硫黄無機塩に結果としてなる化合物における硫黄原子と反応するように
作成された吸収剤または試薬であってもよい。
【００５８】
概略的に言えば、本開示は、主多成分燃料流れから低硫黄濃度の燃料の後流れの分離の
ための多段工程に関する。主多成分燃料は、第１の段に供給され、未透過流れに保持され
るより軽い成分およびより重い成分を含有する後流れが分離される。より軽い成分の後流
れは、第２段の膜によってさらに処理され、後流れの硫黄成分が第２段の透過（流れ）と
しての供給から選択的に除去され、第２段の未透過（流れ）が低硫黄補助燃料供給部とし
て回復される。
【００５９】
別の態様において、本開示は、１つ以上の段が選択的な膜であり、さらに具体的に言え
ば、より軽い硫黄化合物に対し選択性を有するように作成されている極性またはイオン性
の浸透気化膜である多段工程に関する。Ｎａｆｉｏｎ（ＤｕＰｏｎｔ）などのポリマー膜
、Ｓ−Ｂｒａｎｅ（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ）などの特別に処理されたポリイミドは、硫黄選
択的極性浸透気化膜の例である。
【００６０】
別の態様において、本開示は、１つ以上の段が非選択的な高流束膜である多段工程に関
する。他の好ましい実施形態と同様に、第１段の透過（流れ）３４は凝縮され、第２段の
膜工程４１に供給される。一部のＪｅｔ−Ａ型燃料に関して妥当性が確認されたように、
軽い留分における相対的な硫黄が１００％未満である場合に、高流束膜が選択される。
【００６１】
任意の気化工程、蒸留工程または浸透気化工程と同様に、バルク流体から気化する種は
、膜内に確立される液相と気相との界面で個別の種の蒸気圧によって駆動される。個別の
種の蒸気圧は、温度に著しく左右されるが、すべての種は、何らかの有限の蒸気圧を有し
、したがって、軽い留分が気化するときに、ごく微量のより重い種もまた、気化する。バ
ルク燃料における特定の硫黄化合物種および第１段の透過（流れ）３４におけるこれらの
種のごく微量のレベルに応じて、全体的に有効なシステムを達成するために、第１段の工
程に対するさらなる精製が、必要とされる場合がある。システムの別の好ましい実施形態
は、第１段の工程を第１Ａ段工程および第１Ｂ段工程に分離する。第１Ａ段および第１Ｂ
段はいずれも、浸透気化型工程、流束膜型工程、蒸留型工程および／または気化型工程で
ある。第１Ａ段に関する透過流れ３４は、凝縮されて再加熱され、供給流れとして第１Ｂ
段工程に送られる。第１Ｂ段に関する透過流れは、前述のように、凝縮されて第２段の工
程に送られる。この二次的な第１段の工程は、ごく微量の種の二重ろ過によって選択性を
強化するのを助ける。第１Ａ段および第１Ｂ段の両方からの未透過流れは、主燃料タンク
に戻される。
【００６２】
本開示によるシステムの別の例示的な実施形態は、第１段の透過（流れ）３４における
ごく微量のより重い種の問題を扱う。この実施形態において、２ステップ凝縮機能は、第
１段の透過流れ３４が作成される工程の後に統合される。図５は、図２および図４に示さ
れるシステムに適用されるこの凝縮機能構成の１つの好ましい実施形態を示している。こ
こで、類似の符号は、図２および図４に関して前掲の類似の要素を表すために用いられる
。
【００６３】
第１段の透過（流れ）３４は、最も重い種が２相流３８１を形成する液体に変換される
部分凝縮器３７０を通過する。２相流３８１は、気体−液体分離器３７２に送られ、液体
流れ３８４および蒸気流れ３８２を形成する。液体流れ３８４は、ポンプ３７３および戻
り連結部３８５を用いて主タンク６１に戻される。蒸気流れ３８２は、熱交換器３７１に
おいて凝縮され、連結部３８３によって放出器３５に送られる。放出器３５の工程の下流
は、図２に関して上述したシステムの他の実施形態に類似している。
【００６４】
本開示による多段工程は、第１の段のための加圧未透過流れを放出器の推進側を通って
流れさせ、第２段の透過側に真空圧を形成するように構成されてもよい。この構成におい
て、すべての透過化合物は、主燃料流れに戻り、工程は、蒸気液体分離ハードウェアに関
する要件を排除することによってさらに簡素化される。この工程およびシステムの強化は
、第２段の透過流れ４４に関してより低い圧力を生じる真空圧性能を改善するために、放
出器４５への供給流れの冷却および／または凝縮を含むことができる。この冷却機能は、
冷却システム５５に連結される熱交換器の統合によって直接的であってもよく、または熱
交換器５１による加熱前に、第２段の供給流れ４２などの他の流れと連動される再熱式熱
交換器によって、または熱交換器５２による加熱前に、第１段の供給流れ３２１などの他
の流れと連動される再熱式熱交換器によって達成されてもよい。他の再熱態様および流れ
構成は、工程のエネルギ効率を向上するために実行可能であり、この工程の実施形態は、
簡単にするために示された構成によって制限されているわけではない。
【００６５】
本開示による多段工程は、第１段の凝縮された透過（流れ）を放出器の推進側を通って
流れさせ、第１段の透過側に真空圧を形成するように構成されてもよい。この構成におい
て、工程は、蒸気液体分離ハードウェアに関する要件を排除することによってさらに簡素
化される。さらに別の態様において、本開示は、熱エネルギ要件を最小限に抑えるために
、第１段の未透過（流れ）および第２段の透過（流れ）の混合における熱エネルギが回復
され、第１段の供給（流れ）に移動される多段工程に関する。
【００６６】
本開示による多段工程は、ピーク熱エネルギが、車両の主エンジンからの放熱との統合
によって、段に提供されるように構成されてもよい。熱冷却エネルギは、車内の空気を調
整するために通常用いられる車両の蒸気圧縮システムとの統合によって段に提供されるよ
うに構成されてもよい。
【００６７】
さらに別の態様において、多段工程は、膜システムが燃料電池または水素発生システム
に後で用いられる低硫黄後流れを抽出するために用いられるように構成されてもよい。た
とえば、初期の段の膜システムはまた、１０ｐｐｍ濃度未満のレベルまで硫黄化合物を抽
出するように作成された吸収剤材料または吸着剤材料からなる最後の研磨段と統合されて
もよい。
【００６８】
以下のモデル化された実施例１〜４は、さらに詳細に本開示を説明するために提供され
る。これらのモデル化された実施例は、本開示を実行するために現在考えられる好ましい
方法を記載しており、その意図は、説明のためであって、本開示を限定するためではない
。
【実施例１】
【００６９】
２〜１０ｋＷのＡＰＵに関する補助清浄燃料流れ
【００７０】
トラックおよびハンビー型車両は、速度、実行される負荷および他の変数に応じて、可
変量のディーゼルまたは軍用燃料（ＪＰ−８）を用いる。通常、主エンジンは、加熱また
はＡ／Ｃまたは通信の電力需要を供給するために非駆動時間中であっても、動作すること
が必要である。全体的な燃料効率を改善し、主エンジンが動作される必要がある時間を削
減するために、加熱および空調および夜警通信の電力が、主燃料から分離される低硫黄の
清浄な燃料（バルク燃料の約５〜１５％）を用いて生成される水素で動作する燃料電池に
よって供給されてもよい。
【００７１】
また、図１、図２および図４に示される図を参照して、５００ｐｐｍの硫黄含有量を有
する燃料タンク６１から主燃料は、その温度が２５０℃まで上昇される場合には、１００
ｐｓｉｇまでポンプによって熱交換器５３および５２に送り込まれ、次に周囲圧力まで降
下させることによって、ユニット３１において分留、分離または部分的に気化される。蒸
気流れまたは透過流れ３４は、放出器ユニット３５において、凝縮された再循環流れ３８
と混合することによって凝縮される（容量で供給の約２５％）。凝縮された軽い炭化水素
流れは、硫黄の容量で約４００ｐｐｍを包含するが、添加物は含まれておらず、ごく微量
の沸点より高い炭化水素成分のみを含む。次に、凝縮された軽い流れ４２は、交換器５１
と、液体未透過流れ４７および蒸気透過流れ４４に分離される膜分離器４１に送られ、ユ
ニット３１からの重い流れ３７と結合されて、約５５０ｐｐｍの硫黄および添加物のすべ
てを含有する流れ４５として主燃料タンクに戻される。流れ４７は、９ｐｐｍ未満の硫黄
を含有し、電力を生成する燃料電池において用いるための合成気体または水素を構成する
ためのＡＰＵ改質器（ここでは図示せず）に用いられる清浄な補助燃料である。
【実施例２】
【００７２】
１ｐｐｍ以下を含有する補助燃料
【００７３】
一部の改質器が、１ｐｐｍ以下の硫黄を含有する補助燃料を必要とする可能性がある場
合には、以下に述べ、図４に図示されるように、他の分離（ユニット１４７など）が追加
される。未透過流れ４７は、分離器１４７を通過する。分離器１４７は、残留硫黄種を吸
収して保持する研磨段である。１ｐｐｍ未満の硫黄を有する超清浄未透過（流れ）が流れ
１４８として生成され、ユニット５８において必要な場合には冷却され、清浄な補助燃料
タンクに格納されるか、またはＡＰＵ改質器システム（ここでは図示せず）によって用い
られる。
【実施例３】
【００７４】
航空機におけるＡＰＵ用の補助清浄燃料
【００７５】
現在市販の航空機および民間航空機は一般に、サイズにおいて、５０〜２５０ｋＷのＡ
ＰＵを有し、低い効率で燃焼工程においてＪＰ−８燃料を用い、着陸中であっても汚染物
質を生成している。これらのＡＰＵは、航空機において、バルク燃料から生成される補助
燃料を用いて、実施例１において記載されたような低汚染または非汚染の水素系燃料電池
に変換されることができる。
【実施例４】
【００７６】
船舶におけるＡＰＵ用の補助清浄燃料
【００７７】
軍艦および商船はまた、補助燃料生成物および改質器および燃料電池を備えることがで
き、２５０〜７５０ｋＷ規模のより大きな容量である点を除き、実施例１において教示し
たように、これらの船舶が入港している間に、清浄な電力を生成する。
【００７８】
以下の実施例５〜実施例７は、モデル化の結果ではなく、実際に行われた実験の結果を
表す。
【実施例５】
【００７９】
両方の段において２０％削減される第１段の分離としてのフラッシュ気化器−分留およ
び第２段の分離としての極性浸透気化膜
【００８０】
１５３０ｐｐｍの硫黄を含有するジェット燃料（ＪｅｔＡ）サンプルは、分留に曝され
、留出物は、以下の硫黄レベルを含有することが分かった。ＪｅｔＡ燃料サンプルは、原
子発光検出器（ＡＥＤ）を備えたガスクロマトグラフを用いて分析された。
【００８１】
【表Ａ】
留出物削減における硫黄分布
【００８２】
上記の表Ａは、バルク炭化水素燃料の種々の削減または部分の特性を示している。最後
の列は、１５３０ｐｐｍ硫黄レベルを含有するＪｅｔＡ全体として定義されたバルク燃料
の硫黄濃度を示している。これらの硫黄種の大部分は、チオール、硫化物および二硫化物
（８２４ｐｐｍ）などの軽い硫黄およびベンゾチオフェンなどの重い硫黄（６７４ｐｐｍ
）として識別された。１０％削減として識別される列は、最も軽い種のみが第１段の透過
（流れ）に類似であるように除去される燃料の留分を示しており、２０％削減は、次の留
分または０〜１０％削減において除去され、２０〜１００％削減において残った種を排除
する１０〜２０％削減を表す。値によって示されるとき、より軽い留分は、バルク燃料（
１５３０ｐｐｍ）より少ない硫黄（４９５〜７２１ｐｐｍ）を有し、１０％削減の場合の
２５％と３０％削減の場合の５０％との間で軽い留分における相対的な硫黄を示している
。また、データは、ジベンゾチオフェンによって表される重い硫黄種の大部分が、主タン
クに戻されることになっている第１段の未透過（流れ）である３０〜１００％削減におい
て残っていることを示している。
【００８３】
５７７ｐｐｍの総硫黄を有する第２の蒸留削減（容量で０〜２０％）は、１２５℃まで
予熱され、１２５℃および２６”Ｈｇ真空圧に維持された第２段の膜（ＳＢ４０３４．４
）を通過させられた。（２０％の段削減で）第２段からの透過（流れ）は、１１３０ｐｐ
ｍの総硫黄を含有し、第２段からの未透過（流れ）は、５００ｐｐｍの総硫黄を含有した
。第１段後の総硫黄の削減は６２％であり、第２段後の総硫黄の削減は、６７％であった
。ガソリン範囲の硫黄は、２２０℃（４２８°Ｆ）未満の沸点の化合物における硫黄とし
て定義され、第１段生成物の２００ｐｐｍから第２段の未透過（流れ）における１２０ｐ
ｐｍまで削減された。この試験は、概念の有効性を裏付けるが、最も実用的な用途の場合
にはさらなる選択性が必要とされる予備データを示している。
【実施例６】
【００８４】
第１段の透過における９％削減および第２段の分離における２５％削減を有する第１段
の分離としてのフラッシュ気化器−分留および第２段の分離としての極性浸透気化膜
【００８５】
ジェット燃料サンプルは、炎光光度検出器（ＰＦＰＤ）を備えたガスクロマトグラフを
用いて解析された。以下の表Ｂは、ジェット燃料全体および第１段の透過から得られた９
％削減の両方に関する硫黄種を示している。硫黄種は、さらに詳細に示され、表の一番上
には最も軽い種を、表の一番下には最も重い種を示すように表の中で体系化されている。
小計は、対象の軽い硫黄種を示すガソリン燃料留分において通常見られる硫黄種に関して
提供される。データによって示されているように、軽い留分における相対的な硫黄は、約
４０％（６１１ｐｐｍ／１４７３ｐｐｍ）であった。９％削減はまた、重い硫黄種のより
大きな留分を削減を示し、上記のそれらは、ガソリン範囲であった。
【００８６】
【表Ｂ】
分留による９％削減のサンプル（第１段）
【００８７】
第２段において、９％削減留出物は、１２５℃まで予熱され、１２５℃および２６”Ｈ
ｇ真空圧に維持された第２段の膜に供給された。（２６％の段削減での）第２段からの透
過（流れ）は、７１０ｐｐｍの硫黄を含有し、未透過（流れ）は、４２７ｐｐｍの硫黄を
含有し、第２段の浸透気化膜の硫黄選択性も示している。ガソリン範囲の硫黄は、膜を介
して第２段の浸透気化工程によって選択的に除去されるのに対して、より高い沸点の硫黄
化合物は、効果的に削減されていない。したがって、より効果的で全体的な脱硫工程のた
めに第１段の分離工程で微量の重い硫黄種をさらに多く除去するより軽い留出物削減を得
ることが好ましい。
【実施例７】
【００８８】
２ステップ凝縮を用いた高流束浸透気化膜
【００８９】
この実施例は、特に図５に関連しており、２つの凝縮器３７０および３７１が用いられ
ている。ＪｅｔＡ燃料サンプルは、第１段の工程として機能する１２０℃および２６”Ｈ
ｇ真空圧で高流束膜を介して送られた。第１段の透過（流れ）３４は、液体流れ３８４お
よび蒸気流れ３８２に部分的に凝縮され、軽い化合物から重い化合物を分離するのにさら
に役立つ。ここでは、重くて高い沸点の硫黄化合物のさらなる除去は、部分凝縮器３７０
を用いることによって、第１段の透過（流れ）３４から排除された。２０％の第１段の削
減（供給の２０％が透過（流れ）３４であり、供給の８０％が未透過（流れ）３７であっ
た）は、透過（流れ）３４として抽出され、硫黄組成の結果は、部分凝縮のない第１段の
透過（流れ）として以下の表Ｃで提供される。データは、透過（流れ）３４における相対
的な硫黄が元の硫黄濃度の１５％未満であった（１４７３ｐｐｍに対して１８１ｐｐｍ）
ことを示している。このデータは、第１段１１の気化によって硫黄化合物におけるかなり
の削減を示しているが、これらの成分の一部（表Ｃのガソリン範囲の硫黄において定義さ
れた小計が以下に特定される）は、上記の図１に示されたような第２段１６の工程におい
て除去することがきわめて困難である。これは、対処しなければならない問題を提示して
いる。
【００９０】
【表Ｃ】
ＪｅｔＡ燃料に関する第１段としての高流束膜
【００９１】
この問題に対処するために、図５に示される部分凝縮器手法が、第１段１１の工程に組
み込まれる。第１段の透過（流れ）３４は、部分的にのみ熱交換器３７０によって冷却さ
れ、その結果、化合物の最も重い化合物のみが凝縮され、最も軽い化合物は依然として蒸
気状態であり、したがって、出口流れ３８１は、部分蒸気および部分液体である。この出
口流れ３８１は、分離器３７２に入り、液相またはより重い化合物が液体流れ３８４とし
て出て行き、気相または最も軽い化合物が蒸気流れ３８２として出て行く。成分のすべて
が凝縮されて、液体流れ３８３として出て行くまで、蒸気流れ３８２における最も軽い化
合物は、熱交換器３７１においてさらに冷却される。ここで、図６に関して、線３９０に
よって示される液体流れ３８３の最も軽い化合物および線３９１によって示される液体流
れ３８４の最も重い化合物の蒸留曲線の比較が示されている。
【００９２】
上述の部分凝縮工程の硫黄解析が完了され、表Ｄにおいて提示される。流れ３８４にお
ける硫黄濃度または化合物の最も重い化合物（重い凝縮物）と、流れ３８３または最も軽
い化合物（軽い凝縮物）が定義される。軽い凝縮物流れ３８３は、重い硫黄を含有してい
ないことが判明した。重い硫黄化合物は、凝縮され、流れ３８４に含有されて、タンクに
戻される。
【００９３】
【表Ｄ】
第１段の透過（流れ）に関する２段凝縮器
【００９４】
種々の凝縮物に関して沸点の関数としての硫黄濃度が、図７に示されている。この図に
おいて、データ線３９４は、図５に示されたシステムに入る時の第１段の供給流れ３２１
またはジェット燃料全体を表す。データ線３９３は、第１の部分凝縮器３７０を出て、流
れ３８４として分離されるような透過（流れ）３４における最も重い化合物を表し、デー
タ線３９２は、図５の最も軽い化合物の流れ３８２を表す。
【００９５】
第２の凝縮器３７１からの軽い凝縮物は、第２段の分離器４１または硫黄選択性Ｓ−Ｂ
ｒａｎｅ膜分離器に送られた。第２段の未透過（流れ）４７は、清浄な補助電力燃料流れ
として回復される。第１段の未透過（流れ）３７および第１段の第１の部分凝縮物流れ３
８４は、第２段の透過（流れ）４４と結合され、主燃料タンクに送り返される。
【００９６】
システムのこの実施形態は、第１段の透過（流れ）と整列する２つの凝縮器を用い、図
８に示されている。タンク６１からの主燃料は、主燃料供給流れ３２においてポンプ６３
によって加圧される。主燃料供給流れ３２は次に、工程の再熱式熱交換器５３によって主
燃料の第１の高温供給流れ３２１まで加熱される。主燃料の第１の高温供給流れ３２１は
次に、熱交換器５２における高温エンジン流体５０によって主燃料の第２の高温供給流れ
３２２まで加熱される。この第２の高温供給流れ３２２は次に、第１段の分離器３１に供
給され、第１段の未透過流れ３７および第１段の透過流れ３４に分離される。通常、大部
分の硫黄化合物は、第１段の透過流れ３４として分離される軽い留分より重いため、大部
分の硫黄化合物は、未透過流れ３７に保持される。蒸気状態におけるこの第１段の透過流
れ３４は、研磨フィルタによって処理されることができる。研磨フィルタは、研磨フィル
タの吸収床部分の選択性を増大するため、または第１の部分凝縮器における凝縮を強化す
るために、Ｈ2気体または空気のいずれかをそれぞれ追加することによって、硫黄化合物
がＨ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3に選択的に変換される触媒を含有してもよい。触媒シス
テムは、反応性を向上するために、１００℃〜３５０℃の温度まで加熱されることができ
る。
【００９７】
第１段の透過流れ３４は次に、部分的にのみ熱交換器３７０によって冷却され、その結
果、化合物の最も重い化合物のみが凝縮され、最も軽い化合物は依然として蒸気状態であ
り、したがって、透過流れ３８１は、部分蒸気および部分液体である。この流れは、分離
器３７２に入り、液相またはより重い化合物が液体凝縮物流れ３８４として出て行き、気
相または最も軽い化合物が蒸気流れ３８２として出て行く。成分のすべてが凝縮されて、
液体流れ３８３として出て行くまで、蒸気流れ３８２における最も軽い化合物は、熱交換
器３７１においてさらに冷却される。この蒸気流れ３８２は、第２の部分凝縮器３７１に
入る前に研磨フィルタを通過することによって処理されることができる。研磨フィルタは
、研磨フィルタの吸収床部分の選択性を増大するために、Ｈ2気体または空気のいずれか
をそれぞれ追加することによって、硫黄化合物がＨ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3に選択的
に変換される触媒を含有してもよい。触媒システムは、反応性を向上するために、１００
℃〜３５０℃の温度まで加熱されることができる。
【００９８】
液体流れ３８３は次に、放出器３５に搬送され、放出器はその推進流体３８によって駆
動される。放出器３５において、第１段の軽い凝縮物液体流れ３８３は真空圧に置かれ、
真空圧は放出器の推進流体３８の供給流れに起因する。第１段の軽い凝縮物流れ３８３お
よび放出器の推進流体３８の混合物である結合液体流れ３６が放出器３５から出る。この
結合液体流れ３６は、冷却熱交換器５７へと流れ、冷却される。
【００９９】
高温液体流れ３６は、熱交換器５７において冷却されて、低温液体流れ３６０となり、
ポンプ１３７によって圧力を増大させ、放出器３５に送られる推進流れ３８および第２段
の供給流れ４２に分離する。冷却ユニット５５は、空気冷却放熱器または液体冷却放熱器
あるいは車両の空調システムなどの他の適切な機構からなる熱排出要素であり、これを介
して、過剰な熱がシステムから除去されることができる。再熱式熱交換器５３は、戻り燃
料流れ４６から供給流れ３２に熱を移動する。戻り流れ４６における蒸気のすべては凝縮
されることを保証するために、冷却熱交換器５６が含まれる。
【０１００】
液体流れ３６１の一部は、第２段の供給流れ４２として第２段の分離器４１に進められ
る。図８に示される実施形態において、液体流れ３６１のごく一部のみが第２段の分離器
４１に進められ、大部分は放出器推進流体３８として放出器へ流れ込む。放出器推進流体
３８として液体流れ３６１を用いることにより、その気体−液体分離器および二重下流冷
却熱交換器に関して別個の作動流体を用いる必要性を排除する。安定状態の動作において
、気体−液体流れ３６の組成は、以下にさらに詳細に説明するように、主に軽い炭化水素
および軽い硫黄化合物である。安定状態の動作において、流体３８３、３６、３８および
３６１の組成は、同一であり、気体−液体流れ３６の直接的な凝縮を支援し、凝縮後、放
出器３５から出るようになっている。
【０１０１】
第２段の供給４２は、再熱式熱交換器５１に進められ、第２段の分離器４１に入る高温
の第２段の供給４２１になる。高温の第２段の供給４２１の供給流れは、第２段の透過流
れ４４および第２段の未透過流れ４７に分離される。第２段の分離器４１における膜の硫
黄選択性は、第２段の透過流れ４４における硫黄化合物の大部分の移動を支援すると同時
に、第２段の未透過流れ４７として軽い炭化水素化合物の一部を維持する。第２段の未透
過流れは、吸着型研磨フィルタ床１４７を通過する。第２段の未透過（流れ）における硫
黄化合物は、吸着型床に捕捉され、その結果、床１４７に残る流れ１４８は、きわめて低
い硫黄濃度を有し、次に冷却され、補助燃料供給部としてタンク６２に格納される。
【０１０２】
研磨フィルタは、第１段の透過流れの気相に任意に位置決めされてもよく、１００℃〜
３５０℃の温度まで加熱されてもよい。一実施形態において、研磨フィルタは、選択性お
よび吸収性能を増大するために、Ｈ2気体または空気のいずれかをそれぞれ追加すること
によって、硫黄化合物がＨ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3に選択的に変換される触媒を含有
してもよい。Ｈ2ＳまたはＳＯ2およびＳＯ3は次に、研磨フィルタにおいて吸着される。
【０１０３】
液体燃料における硫黄化合物の複雑さは、上記の解析によって識別された情報および種
によって示され、実際には種の各列挙は、個別の化合物の範囲であってもよい。一般に、
硫黄種は、以下の表Ｅに示されているように、それらの化学的複雑さおよび沸点特性に基
づいて重なる群に分離されることができる。これらの種の濃度は、特定の燃料および特定
の燃料のために用いられる精製工程および供給原料に基づいて変化する。この変動性が、
補助電力用途のための有効な脱硫工程の開発を困難にする。
【０１０４】
【表Ｅ】
群への硫黄種および化合物の分離
【０１０５】
図９は、本開示の画期的な脱硫工程およびシステムの全体範囲の概略を示す簡略化した
概念流れ図を提供する。図１０、図１１、図１２、図１３および図１４は、本開示の工程
およびシステムの複数の異なる実装例を示す。
【０１０６】
ここで、図９に示される特に簡略化したシステム６００に目を向けると、構成要素間の
実線は液相連結を表し、破線は気相連結を表し、熱交換器、冷却器および加熱器は概略図
を簡単にするために省略されている。これらの潜在的な熱統合構成要素の排除は、本開示
の全体範囲を制限することを意図しているのではなく、この時点における説明の分かりや
すくするために過ぎない。
【０１０７】
タンク６０１に包含される供給燃料供給部は、本開示の画期的な工程によって補助用途
のために、低硫黄燃料に分離および調整される。処理された低硫黄燃料は、タンク６０２
に格納される。従来の手法は、硫黄種を除去する吸着剤または吸収剤を固定した床を用い
て、清浄な燃料を分配するが、高濃度の硫黄種に関して、これらの固定床は大きいか、お
よび／または頻繁な交換または再生を必要とし、この簡素な工程を無効化する可能性があ
る。本開示の画期的な工程は、特定の硫黄種を選択的に分離し、それらを主燃料タンク６
０１に戻す、および／または分離されなかった硫黄種を反応させて、下流構成要素で容易
に分離されるようにすることによって、この非効率性および無効化を回避する。
【０１０８】
図９において、タンク６０１からの液体供給燃料は、分離器６０４などの第１段の膜分
離器への連結部６１０を通過する。低沸点燃料が、供給燃料から蒸気として抽出され、連
結部６１１を介してさらなる処理のために下流構成要素に送られる。この実施形態におい
て、これらの下流工程の１つは、二次分離構成要素６０８が後に続く気相反応脱硫（ＲＤ
Ｓ）触媒反応装置６０７であってもよい。反応性脱硫触媒反応装置６０７は、連結部６２
０を介して触媒（反応装置）６０７に入る反応物質を用いる。反応物質は、酸素、空気、
過酸化物などの酸化剤、蒸気、又は触媒反応装置６０７に酸素原子を提供する他のきわめ
て酸化性の強い反応物質であってもよい。これらのＲＤＳ技術は、酸素脱硫（ＯＤＳ）技
術として定義され、気相硫黄種が酸化されて、収着剤床で容易に分離されるＳＯ2および
ＳＯ3の（SO(x)）化合物を形成する。選択的硫黄酸化（ＳＣＯ）触媒の実施例は、Ｅｎｇ
ｅｌｈａｒｄ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＪ．Ｌａｍｐｅｒｔ著、「Ｊ ｏｆ Ｐｏｗｅ
ｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ」、（第１３１巻、１〜２号、２００４年５月１４日、２７〜３４頁
）に記載されている。ＳＣＯ触媒は、ハニカム型モノリスで支持される貴金属触媒である
。ＳＯ(x)に関する収着剤／トラップは、単一床または一方がＳＯ3用、他方がＳＯ2であ
る２つの連続床における混合された金属酸化物であることが多い。
【０１０９】
反応蒸気はまた、水素などの反応物質または他のきわめて還元性の強い反応物質を用い
た還元反応を受けることができる。これらのＲＤＳ技術は、水素化脱硫（ＨＤＳ）技術と
して定義され、気相硫黄種が還元されて、酸化亜鉛などの金属酸化物またはＣｕＯ／Ｚｎ
Ｏ／ＮｉＯなどの混合金属酸化物またはＴＯＳＰＩＸ９４などの遷移金属含浸合活性炭ま
たはゼオライトから構成される収着剤床で容易に分離される硫化水素またはＨ2Ｓを形成
する。一般的な気相ＨＤＳ触媒は、アルミナ上のニッケル‐モリブデンまたはアルミナ上
のコバルト−モリブデンである。
【０１１０】
二次分離構成要素は、供給混合物における硫黄種の特定のタイプおよび第１段の工程中
に第１段の透過気相６１１において分離される硫黄種の特定のタイプおよび量に応じて、
気相収着剤床６０８（吸着剤または吸収剤）および／または膜分離器６０５および／また
は液相収着剤床６０６（吸着剤または吸収剤）であってもよい。これらの実施形態のそれ
ぞれは、以下にさらに詳細に記載される。
【０１１１】
一般に、表Ｆに定義される硫黄種の群化に対して、第１段の膜工程は、より重い群、た
とえば、群３、群４および群５における種を除去するように設計される。タンク６０１に
おける供給材料特性（ガソリン、ケロシン、および／またはディーゼル燃料の削減）、第
１段の透過（流れ）６１１と供給（流れ）６１０との間の質量流量比に基づき、群３、群
４および群５のすべてを分離する有効性が変化する。上記の表Ｄに示されているように、
第１段の膜６０４は、群４および群５の硫黄の除去においてきわめて有効であるが、群３
の硫黄の５０ｐｐｍ以上は依然として残っている。これらの群３の硫黄を除去するために
、部分凝縮器６０３が下流に配置される。その結果、連結部６１２において分離される燃
料を表す表Ｄの軽い凝縮物は、群３の硫黄をほとんど含まず、主に群１および群２の硫黄
からなる。
【０１１２】
１つの手法は、連結部６１２においてこの蒸気を凝縮し、第２段の膜反応装置６０５に
よってそれを処理することである。第２段の透過（流れ）６１９における群１および群２
の硫黄を分離する有効性に応じて、最後の第３段の収着剤床６０６は効果的であり、頻繁
すぎる交換または再生サイクルを必要としない可能性がある。この手法は、上述の図１〜
図５に関する説明によってさらに詳細に概略が記載される。第２段の膜工程が群１および
群２の硫黄を分離するほど十分に効果的ではない場合には、ＲＤＳ触媒６０７に関する代
替の実施形態が必要とされる。
【０１１３】
図１０は、この脱硫工程システムの１つのさらに詳細な好ましい実施形態５００を示し
ている。タンク５０１における燃料は、連結部５３１を介してポンプ５１１に送られ、連
結部５３２および熱交換器５１２に送られる。熱交換器５１２は、連結部５３３を通過し
て、第１段の膜５０４に送り込まれる前に、その温度を上昇させる燃料に対して熱を提供
する。熱交換器５１２において用いられる熱エネルギは、任意の主供給源からの直接的な
熱であってもよく、または主車両エンジンなどの工程の境界の外側のシステムからの再熱
であってもよく、または脱硫工程境界内からの再熱であってもよく、またはこれらの供給
源の任意の組み合わせであってもよい。連結部５３３における燃料流れは、第１段の分離
器５０４に入り、燃料が第１段の透過（流れ）５３４および第１段の未透過流れ５５０に
分離される。重い硫黄群は、主に第１段の未透過流れ５５０に分離され、主燃料タンクに
戻される。より軽い硫黄群のみが蒸気透過流れ５３４に残っている。反応物質は計量して
、連結部５６０を介してシステム５００に供給され、透過（流れ）５３４と混合し、触媒
５０７上で反応する。この反応の生成物は、非硫黄炭化水素からさらに容易に分離される
硫黄種である。たとえば、連結部５３７を通過させることによって、収着剤床５０８で吸
収または吸着されることができる。これは、低硫黄燃料蒸気流れを生じさせる。低硫黄蒸
気流れは、連結部５３８を介して収着剤床５０８から出て、熱交換器５１５において低硫
黄燃料液体に凝縮される。熱交換器５１５は、冷却装置、高い高度の航空機からの周辺空
気のような乗り物の外側の冷却熱シンクなどの外部供給源、またはシステム５００内の任
意の再熱式冷却供給源またはこれらの供給源の任意の組み合わせによって直接的に冷却さ
れることができる。低硫黄液体炭化水素補助燃料は次に、連結部５３９を介してポンプ５
１６に供給され、連結部５４０を介して補助燃料格納タンク５０２にポンプによって送り
込まれる。この実施形態は、透過（流れ）５３４における軽い硫黄群が触媒５０７におい
て効果的に反応され、収着剤床５０８において吸収または吸着される場合には、きわめて
効果的である。
【０１１４】
供給流れ５３３に対する透過流れ５３４の質量比が、システム５００において高く、透
過流れ５３４により重い硫黄群を結果として生じる場合には、部分凝縮器の追加が潜在的
に必要とされる。部分凝縮器５１３を含む処理システムの好ましい実施形態５６０が、図
１１に示されている。この実施形態５６０において、気相透過（流れ）５３４は、熱交換
器５１３において部分的に凝縮され、連結部５３５の通過後、分離器５０９において分離
される。より重い硫黄群を有する凝縮された液体流れは、連結部５５１および５５２を介
してポンプ５１４によって送り込まれ、タンク５０１に戻される。流れ５３５の気相留分
は、分離器５０９によって分離され、連結部５３６を介してＲＤＳ触媒５０７に送られる
。前の実施形態の場合のように、気相流れ５３６において残っている硫黄種は、触媒５０
７上で連結部５６０からの反応物質と反応される。これらの硫黄種は、収着剤床５０８で
さらに効果的に吸着または吸収される硫黄種に変換される。
【０１１５】
処理システムの別の実施形態５７０が、図１２に示されている。蒸気流れ５３６におけ
る硫黄種のすべてが、触媒床５０７で反応され、収着剤床５０８において分離されるわけ
ではない場合には、液相収着剤床が必要とされる。この実施形態５７０において、液相収
着剤床５０６は、補助燃料供給部タンク５０２の直前に追加され、補助燃料タンク５０２
に排出される燃料の連結部５４３を介した供給流れにおいて許容可能であるほど低い硫黄
含有量であることを保証する。それ以外は、図１２に示されるシステム５７０は、図１１
に示されるシステム５６０と同一である。
【０１１６】
図１３に示される処理システムの他の実施形態５８０において、ＲＤＳ触媒５０７の有
効性は、蒸気流れ５３４におけるより重い硫黄群に制限され、したがって、高いレベルの
軽い硫黄群１および／または２は、上流工程によって分離されず、連結部５４０における
液体流れに残っている。この場合には、第２段の膜反応装置５０５は、液相収着剤床５０
６に入らないようにこれらの群を最小限に抑えるか、または排除するために効果的に用い
られるられることができる。
【０１１７】
連結部５４０における液相燃料は、熱交換器５１７によって加熱され、連結部５４１を
介して膜反応装置５０５に送られる。膜反応装置５０５において、第２段の透過流れ５５
３および第２段の未透過流れ５４２が分離される。軽い硫黄種は、膜の硫黄選択性に起因
して気相透過流れ５５３に分離される。この蒸気流れは、熱交換器５１８において凝縮さ
れ、ポンプ５１９によってタンク５０１に送り返される。
【０１１８】
補助燃料流れは、未透過流れ５４２である。第２段の反応装置５０５の性能に基づき、
研磨フィルタ５０６が必要とされる場合も必要とされない場合もある。低硫黄燃料流れは
次に、連結部５４３を介して補助格納タンク５０２に送られる。
【０１１９】
処理システムの別の実施形態５９０が、図１４に示されている。この実施形態５９０に
おいて、部分凝縮器５１３／分離器５０９および第２段の膜反応装置５０５の両方が含ま
れる。この実施形態５９０の分離に関する説明は、この実施形態の特徴は、図１１〜図１
３に示された実施形態の特徴から簡単に組み合わせられるために、必要であるとは考えら
れない。
【０１２０】
図１１に提示された構成の妥当性評価が行われ、試験データ以下の表Ｆに提示される。
水素化脱硫工程に関する水素である反応物質５６０に関して、２回の試験（１８７８８−
５２Ａおよび１８７８８−５２Ｂ）が行われ、触媒５０７は市販のＮｉＭｏ型であった。
１回の試験（９２１−３−４）は、酸化脱硫工程に関する酸素（空気）である反応物質５
６０に関して行われ、触媒５０７は、企業独自の貴金属型触媒であった。３回の試験のす
べての間、収着剤床５０８は、広い表面積の活性炭型床であった。提示されたデータは、
凝縮後に流れ５３９における硫黄種の濃度を表している。データは、試験実行１８７８８
−５２Ａに関して１５ｐｐｍ未満の硫黄濃度を有し、図１１に定義された実施形態の硫黄
削減性能を明確に示している。
【０１２１】
【表Ｆ】
ＲＤおよび部分凝縮器（図１１）に関する３回の実行による試験データ結果
【０１２２】
改変、変更および追加は、包含される本明細書における開示の範囲を逸脱することなく
、上記のシステムおよび工程において行われてもよい。したがって、上記の説明に含まれ
るすべての事項は、添付図面に示されているように、説明および例示として解釈すること
を意図している。本開示は、示された実施形態に限定されることを意図しているわけでは
ない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本願明細書に記載された発明。
【請求項１】
本願明細書に記載された発明。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１００４６６（Ｐ２０１３−１００４６６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２０７８２５（Ｐ２０１２−２０７８２５）
【出願日】平成２４年９月２１日（２０１２．９．２１）
【分割の表示】特願２００８−５５３２２６（Ｐ２００８−５５３２２６）の分割
【原出願日】平成１８年９月２５日（２００６．９．２５）
【出願人】（５０８２３３４１２）インテリジェント エナジー インコーポレイテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０７８２５（Ｐ２０１２−２０７８２５）
【出願日】平成２４年９月２１日（２０１２．９．２１）
【分割の表示】特願２００８−５５３２２６（Ｐ２００８−５５３２２６）の分割
【原出願日】平成１８年９月２５日（２００６．９．２５）
【出願人】（５０８２３３４１２）インテリジェント エナジー インコーポレイテッド (5)
【Ｆターム（参考）】
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