[go: up one dir, main page]

DE4430750A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen mit einem Reformermodul - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen mit einem Reformermodul

Info

Publication number
DE4430750A1
DE4430750A1 DE4430750A DE4430750A DE4430750A1 DE 4430750 A1 DE4430750 A1 DE 4430750A1 DE 4430750 A DE4430750 A DE 4430750A DE 4430750 A DE4430750 A DE 4430750A DE 4430750 A1 DE4430750 A1 DE 4430750A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel gas
module
reformer
raw
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4430750A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4430750C2 (de
Inventor
Wolf Dipl Phys Dr Johnssen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
N-CHANGE AG, 80333 MUENCHEN, DE
Original Assignee
BINSMAIER GEB GALLIN-AST HANNELORE 85253 ERDWEG DE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6526911&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE4430750(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by BINSMAIER GEB GALLIN-AST HANNELORE 85253 ERDWEG DE filed Critical BINSMAIER GEB GALLIN-AST HANNELORE 85253 ERDWEG DE
Priority to DE4430750A priority Critical patent/DE4430750C2/de
Priority to ES95101521T priority patent/ES2142960T3/es
Priority to DE59507407T priority patent/DE59507407D1/de
Priority to PT95101521T priority patent/PT677882E/pt
Priority to DK95101521T priority patent/DK0677882T3/da
Priority to EP95101521A priority patent/EP0677882B1/de
Priority to AT95101521T priority patent/ATE187847T1/de
Priority to CA002200491A priority patent/CA2200491C/en
Priority to UA97031518A priority patent/UA39981C2/uk
Priority to BR9508665A priority patent/BR9508665A/pt
Priority to PCT/EP1995/003399 priority patent/WO1996007210A1/de
Priority to US08/809,310 priority patent/US6074769A/en
Priority to AU35189/95A priority patent/AU3518995A/en
Publication of DE4430750A1 publication Critical patent/DE4430750A1/de
Publication of DE4430750C2 publication Critical patent/DE4430750C2/de
Application granted granted Critical
Priority to GR20000400661T priority patent/GR3032961T3/el
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0643—Gasification of solid fuel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Dental Prosthetics (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus vergasungsfähigen Rohstoffen, insbesondere aus Biorohstoffen, wobei in einem Oxidations­ reaktormodul aus den Rohstoffen mit einem sauerstoff­ haltigen Vergasungsmittel ein Brennstoffrohgas, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, erzeugt wird, wobei das Brennstoffrohgas zu einem Brennstoffreingas aufbereitet wird, und wobei das Brennstoffreingas einem Brennstoffzellenmodul zugeführt und in dem Brennstoff­ zellenmodul verstromt wird. Neben Biorohstoffen sind vergasungsfähige Rohstoffe beispielsweise Abfälle, einschließlich Kunststoffresten, bishin zu Torf. - Als Module sind Einheiten bezeichnet, die aus einem oder mehreren funktionsgleichen Elementen bestehen. Beispiels­ weise kann ein Oxidationsreaktormodul mehrere Oxidations­ reaktoren und ein Brennstoffzellenmodul mehrere Brennstoffzellen aufweisen. In einem Oxidationsreaktor wird ein Biorohstoff bei erhöhter Temperatur mit Sauerstoff und/oder Wasserdampf behandelt. Dabei tritt eine Teil­ oxidation des Biorohstoffs zu einem Brennstoffgas ein, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Das Sauerstoff/Biorohstoff-Mengenverhältnis und die Gasphasen­ temperatur in dem Oxidationsreaktor werden dabei so gewählt, daß aufgrund der Thermodynamik der Zusammenhänge einerseits die Oxidation des Biorohstoffs nicht über das Reaktionsprodukt Wasserstoff hinausgeht bzw. als Wasser gebundener Wasserstoff zu molekularem Wasserstoff reduziert wird und andererseits der rohstoff-bürtige Stickstoff und/oder der Luftstickstoff im Oxidationsreaktor nicht zu Stickstoffoxiden oxidiert werden kann. Bei Verwendung von Wasserdampf im Vergasungsmittel kann Kohlendioxid neben Kohlenmonoxid im Brennstoffgas vorliegen. Eine Aufbereitung des Brennstoffrohgases zu einem Brennstoffreingas kann im einfachsten Falle durch Ausfiltern der Schwebstoffe erfolgen. Eine Brennstoffzelle besitzt eine gegebenenfalls katalytisch aktive Anode, an der das Brennstoffrohgas entlang geleitet und unter Abgabe von Elektronen oxidiert wird. Mit der Anode ist über einen Elektrolyten eine gegebenenfalls katalytisch aktive Kathode verbunden, an welcher ein Verbrennungsmittel, beispielsweise Luft, entlang geleitet und unter Aufnahme von Elektronen redu­ ziert wird. Aufgrund der genannten Elektronenübergänge steht zwischen der Anode und der Kathode elektrische Energie zur Verfügung.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt aus der Literaturstelle EP 0 564 796 A1. Bei dem insofern bekannten Verfahren wird die Erzeugung des Brennstoffroh­ gases in dem Oxidationsreaktor mengenmäßig unmittelbar nach Maßgabe der der Brennstoffzelle entnommenen elektrischen Energie geregelt. Dies hat sich grundsätzlich bewährt. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß bei wechselnder elektrischer Last, insbesondere bei schnell wechselnder elektrischer Last, die Regelung verbesserungsfähig ist, da die Regelung mit störender erheblicher Zeitverzögerung arbeitet. Ursache dieser Zeitverzögerung ist im wesentlichen, daß die Rate der Erzeugung von Brennstoffrohgas nur mit einer nicht unerheblichen Zeitkonstante einer Änderung des Mengenstroms an zugeführtem Biorohstoff "nachläuft". Daher wird üblicherweise regelmäßig mehr Brennstoffrohgas erzeugt als von den Brennstoffzellen benötigt wird. Die Folge ist eine unzureichende Ausnutzung des Biorohstoffs.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen anzugeben, welches bei optimaler Aus­ nutzung des Biorohstoffes auch mit wechselnden elektrischen Lasten zuverlässig arbeitet.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus vergasungsfähigen Rohstoffen, insbesondere aus Biorohstoffen, wobei in einem Oxidationsreaktormodul aus den Rohstoffen mit einem sauer­ stoffhaltigen Vergasungsmittel ein Brennstoffrohgas, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, erzeugt wird, wobei das Brennstoffrohgas einem an das Oxidationsreaktormodul angeschlossenen Reformermodul zuge­ führt und der Wasserstoff des Brennstoffrohgases in Reformerelementen durch Reaktion mit einem Speichermaterial zwischengespeichert wird, wobei aus dem Reformermodul ein praktisch kohlenstofffreies, wasserstoff-haltiges Brenn­ stoffreingas ausgetrieben, einem an das Reformermodul angeschlossenen Brennstoffzellenmodul zugeführt und in dem Brennstoffzellenmodul verstromt wird und wobei einerseits die Erzeugung des Brennstoffrohgases nach Maßgabe der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und andererseits die Austreibung des Brennstoffreingases nach Maßgabe der dem Brennstoffzellenmodul entnommenen elek­ trischen Energie getrennt geregelt werden. - Als Reformerelemente sind Einheiten bezeichnet, die ein Speichermaterial enthalten, welches Wasserstoff aufnehmen, speichern und wieder abgeben kann. Mittels bestimmter Speichermaterialien kann auch sogenannter latenter Wasser­ stoff gespeichert werden. Latenter Wasserstoff meint dabei Bestandteile des Brennstoffrohgases, die mit dem Speichermaterial so reagieren, daß beim späteren Austreiben von Wasserstoff deren Brennäquivalent als Wasserstoff zur Verfügung steht. Latenter Wasserstoff kann z. B. Kohlen­ monoxid sein, welches sich beispielsweise mit Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid umsetzen kann (Schift-Reaktion). Als Speichermaterialien für Wasserstoff kommen einerseits sogenannte Hydridspeicher in Frage, wobei der Wasserstoff mit (Übergangs-) Metallegierungen auf Basis von z. B. TiMn1,5, TiFe, LaNi₅ zu korrespondierenden Metallhydriden reagiert. Dabei kann die Protonen­ packungsdichte im Metallhydrid größer als bei flüssigem Wasserstoff werden. Der gespeicherte Wasserstoff ist durch Wärme wieder aus dem Metallhydrid austreibbar. Als Speichermaterial sind aber andererseits auch Metalloxide bezeichnet, die sich von Wasserstoff und/oder latentem Wasserstoff zu elementarem Metall reduzieren lassen. Die Austreibung von Wasserstoff erfolgt dann durch Zufuhr von Wasserdampf, wobei das Metall unter Bildung von Wasserstoff wiederum oxidiert wird. Bei Speichermaterialien dieser Art wird nicht der Wasserstoff selbst des Brennstoffrohgases gespeichert, sondern zumindest ein Teil seiner chemischen Energie. Diese wiederum wird bei der Austreibung von Wasserstoff zu dessen Bildung aus Wasserdampf genutzt. Insgesamt entspricht die Wasserstoff-Speicherkapazität jener bei Hydridspeichern.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Brennstoffzufuhr zu einem Brennstoffzellenmodul wesentlich besser und schneller regeln läßt, wenn gleichsam ein Wasserstoffpuffer zwischen dem Oxidationsreaktormodul und dem Brennstoffzellenmodul eingerichtet wird, und wenn die Entnahme von Wasserstoff aus dem Wasserstoffpuffer im Rahmen eines das Brennstoffzellenmodul umfassenden Regelkreises geregelt wird. Unabhängig hiervon wird die Zufuhr von Wasserstoff zu dem Wasserstoffpuffer im Rahmen eines das Oxidationsreaktormodul umfassenden, anderen Regelkreises geregelt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Oxidationsreaktormodul regeltechnisch von dem Brennstoffzellenmodul entkoppelt. Dadurch läßt sich die Abgabe von elektrischer Energie - jedenfalls kurzfristig - un­ abhängig von der Zufuhr von Rohstoffen einstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Erzeugung des Brennstoffrohgases in dem Oxidationsreaktor­ modul allotherm mit Wasserdampf durchgeführt und störendes Wasser aus dem Brennstoffrohgas mittels eines Kondensators abgetrennt. Bei der allothermen Verfahrensweise kann durch geeignete Temperaturführung ein praktisch Teer- und Kalium-freies Brennstoffrohgas erzeugt werden. Teer und/oder Kalium im Brennstoffrohgas führt zu der Inakti­ vierung von Speichermaterial. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem Filter vorzugsweise in einem Zyklonfilter, Schwebstoffe aus dem Brennstoffrohgas abgetrennt werden. Diese Maßnahmen tragen insgesamt dazu bei, daß das Reformermodul nicht in unzulässigem Maße mit unerwünschten Fremdstoffen im Brennstoffrohgas belastet wird.
Eine besonders geringe Partikelemission der Anlage insgesamt ist einrichtbar, wenn Schwebstoffreste des Brennstoffrohgases in den Reformerelementen ausgefiltert werden. Hierzu braucht lediglich eine geeignete Poren­ struktur des Speichermaterials in den Reformerelementen eingerichtet sein.
Eine besonders bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß der Wasserstoff des Brennstoffrohgases in den Reformerelementen durch Reduktion von Eisenoxid als elementarer Eisenschwamm gespeichert und durch Oxidation des elementaren Eisenschwamms mit Wasserdampf wieder ausgetrieben wird. - Eisenoxid meint hierbei insbesondere Fe₃O₄ aber auch Fe₂O₃ sowie Mischphasenoxide. Vorteilhaft ist in diesem Ausführungsbeispiel, daß die Reduktion des Eisenoxids nicht nur durch den Wasserstoff selbst, sondern auch durch den aus Kohlenmonoxid gebildeten latenten Wasserstoff erfolgen kann. Bei der Reduktion mit Wasserstoff entsteht neben dem elementaren Eisenschwamm Wasser. Bei der Reduktion mit Kohlenmonoxid entsteht neben dem elementaren Eisenschwamm Kohlendioxid. Bei der späteren Oxidation des elementaren Eisenschwamms mit Wasserdampf wird jedoch praktisch ausschließlich Wasserstoff bei Bildung von Eisenoxid aus dem elementaren Eisenschwamm ausgetrieben. Im Ergebnis wird also nicht nur das Brennstoffrohgas hinsichtlich seines Wasserstoffs und seines latenten Wasserstoffs optimal ausgenutzt, sondern es ist auch ein besonders reines Brennstoffreingas austreibbar. Dem Wasserstoff des Brennstoffreingases ist lediglich Restwasserdampf beigemengt, der sich mittels eines Kondensators leicht abtrennen läßt. Metallhydridspeicher können demgegenüber Kohlenmonoxid nicht nutzen, sie werden im Gegenteil durch Kohlenmonoxid (und auch durch Kohlendioxid) gleichsam vergiftet.
Vorzugsweise wird die Verstromung des Brennstoffreingases in einem Niedrigtemperatur-Brennstoffzellenmodul, vorzugs­ weise mittels Kalium- oder PEM-Brennstoffzellen durch­ geführt. Der Ausdruck Niedrigtemperatur bezeichnet hier Temperaturen unter 200°C, vorzugsweise unter 150°C. Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen arbeiten regelmäßig mit katalytisch aktiven Anoden- und Kathoden-Oberflächen. Daher kommt dem Einsatz eines Reformermoduls mit einem Speichermaterial für Wasserstoff besondere Bedeutung zu, da der aus dem Speichermaterial austreibbare Wasserstoff besonders rein ist und da somit die Gefahr einer "Vergiftung" der katalytisch aktiven Anoden- und Katho­ den-Oberfläche vermieden werden kann. Kalium-Brenn­ stoffzellen bezeichnet Brennstoffzellen, welche mit Kaliumhydroxid als Elektrolyt arbeiten. Die Abkürzung PEM steht für "Polymer-Elektrolyt-Membran "oder" für Proton-Exchange-Membran". Beides bezeichnet den gleichen Gegenstand. PEM-Brennstoffzellen arbeiten mit einer polymeren Membran als Elektrolyten, wobei ein Ionentransport durch Austausch von Protonen erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Reaktion des Brennstoffrohgases mit dem Speichermaterial einerseits und die Austreibung des Brennstoffreingases andererseits mittels getrennter Reformerelemente durch­ geführt, wobei die Reformerelemente mit dem Oxida­ tionsreaktormodul oder mit dem Brennstoffzellenmodul nach Maßgabe der Menge gespeicherten Wasserstoffs verbunden werden. Es ist also jeweils zumindest ein Reformerelement mit dem Brennstoffzellenmodul und ein Reformerelement mit dem Oxidationsreaktormodul verbunden. Sobald das mit dem Brennstoffzellenmodul verbundene Reformerelement weitgehend "entladen" ist, wird es durch ein "beladenes" Reformerelement ersetzt. Das "entladene" Reformerelement wird dann an das Oxidationsreaktormodul angeschlossen. Es versteht sich, daß die Erzeugung von Brennstoffrohgas in dem Oxidationsreaktormodul so geregelt wird, daß im zeitlichen Mittel wenigstens so viel Wasserstoff und latenter Wasserstoff erzeugt wird, wie das Brennstoff­ zellenmodul Wasserstoff verbraucht.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus vergasungsfähigen Rohstoffen gemäß dem Patentanspruch 8. Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 9 bis 12 angegeben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur
das Schema einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der Figur erkennt man zunächst ein Oxidationsreaktormodul 1 zur Erzeugung eines Brennstoff­ rohgases, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, aus Biorohstoffen mittels eines sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels. Im Ausführungsbeispiel arbeitet das Oxidationsreaktormodul allotherm. Hierzu wird dem Oxidationsreaktormodul Wasserdampf aus einem Dampferzeuger 15 über ein Vergasungsmittelmengensteuerelement 16 zugeführt. Der Biorohstoff wird über ein Bioroh­ stoffmengensteuerelement 11 aufgegeben. An das Oxidationsreaktormodul ist über einen Zyklonfilter 17, einen Teerfilter 18 und einen Kondensator 19 ein Reformermodul 2 zur Speicherung des Wasserstoffs des Brennstoffrohgases in Reformerelementen 3,3′ durch Reaktion mit einem Speichermaterial angeschlossen. Hierzu ist eine Brennstoffrohgaszuführleitung 5 eingerichtet. Mittels des Zyklonfilters 17 werden Schwebstoffe aus dem Brenn­ stoffrohgas abgetrennt. Der Teerfilter 18 entfernt störende, geringfügige Teerreste aus dem Brennstoffrohgas. Reste von Wasserdampf in dem Brennstoffrohgas aus der allothermen Vergasung in dem Oxidationsreaktormodul 1 werden durch den Kondensator 19 abgetrennt. Die Reformerelemente 3, 3′ sind als Eisenschwamm-Reaktoren ausgeführt. In einem an dem Oxidationsreaktor 1 angeschlossenen Reformerelement 3 wird der Wasserstoff des Brennstoffrohgases durch Reduktion von Eisenoxid als elementarer Eisenschwamm gespeichert. Aber auch der als Kohlenmonoxid vorliegende latente Wasserstoff reduziert das Eisenoxid zu elementarem Eisenschwamm. Die Verwendung von Eisenschwamm-Reaktoren als Reformerelement 3 ist auch deshalb vorteilhaft, weil die Porenstruktur des Eisen­ schwamms geeignet ist um Schadstoffreste des Brennstoffrohgases auszufiltern. Das aus einem an das Oxidationsreaktormodul 1 angeschlossenen Reformerelement 3 über eine Brennstoffrohgasabführleitung 6 ausströmende Brennstoffrestrohgas kann noch verwertbare Bestandteile aufweisen, insbesondere Wasserstoff, aber auch Methan. Im Ausführungsbeispiel werden diese noch verwertbaren Anteile in einer Verbrennungseinrichtung mit Wärmetauscher 20 genutzt, um dem Oxidationsrektormodul 1 die für die allotherme Vergasung erforderliche Wärmeenergie zuzuführen. Das aus der Verbrennungseinrichtung 20 austretende Abgas wird durch eine Abgasreinigung 21 geführt, in welcher insbesondere auch Kohlendioxid abscheidbar ist. Das insofern gereinigte Abgas kann an die Umwelt abgegeben werden. Im Ausführungsbeispiel weist das Reformermodul 2 ein zweites Reformerelement 3′ auf. Dieses zweite Reformerelement 3′ ist an ein Brennstoffzellenmodul 4 ange­ schlossen. Aus dem zweiten Reformerelement 3′ ist ein praktisch kohlenstofffreies, wasserstoff-haltiges Brenn­ stoffreingas durch eine Brennstoffreingasentnahmeleitung 7 austreibbar. Hierzu weist das Reformermodul 2 eine Wasserdampfzuführleitung 8 auf, mittels welcher Wasserdampf in das Reformerelement 3′ eingelassen wird. Hierbei entsteht durch Reaktion des Eisenschwamms mit dem Wasser der Wasserstoff des Brennstoffreingases. Die Erzeugung des Wasserdampfs erfolgt in einem Wasserdampferzeuger 22. Das aus dem Reformerelement 3 ausgetriebene Brennstoffreingas wird dem Brennstoffzellenmodul 4 über die Brennstoffrein­ gasentnahmeleitung 7 zugeführt und in dem Brennstoffzel­ lenmodul 4 verstromt. Das Brennstoffzellenmodul 4 weist zumindest eine Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle auf. Im Ausführungsbeispiel ist eine PEM-Brennstoffzelle 25 eingerichtet. Zur Erzeugung der elektrischen Energie wird das Brennstoffreingas über die Anode 28, welche auf der einen Seite der Polymer-Membran 24 der Brennstoffzelle 25 angeordnet ist, geleitet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Polymer-Membran 24 ist eine Kathode 29 eingerichtet. Über diese Kathode wird mittels einer Verbrennungs­ mittelzuführleitung 30 Sauerstoff, vorzugsweise Luftsauerstoff geleitet. Im Ergebnis wird der Wasserstoff des Brennstoffreingases im kathodenseitigen Raum der Brennstoffzelle 25 zu Wasser oxidiert. Dabei entsteht elektrische Energie, welche an der Anschlußstelle 27 entnehmbar ist. In der Brennstoffreingasentnahmeleitung 7 kann ein Kondensator 23 zur Abtrennung von Wasserdampf aus dem Brennstoffreingas eingerichtet sein. Es empfiehlt sich allerdings, in dem Brennstoffreingas einen Wasser-Min­ destanteil zu belassen, da die Membran 24 der PEM-Brennstoffzelle 25 nicht austrocknen darf. Die regelungstechnischen Vorrichtungen umfassen eine erste Regelvorrichtung zur Regelung der Erzeugung des Brennstoff­ rohgases nach Maßgabe der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und eine zweite Regelvorrichtung zur Regelung der Austreibung des Brennstoffreingases nach Maßgabe der dem Brennstoffzellenmodul 4 entnommenen elektrischen Energie. Dabei weist die erste Regelvorrichtung einen Gassensor 10, vorzugsweise einen CO-Sensor, in der Brennstoffrohgasabführleitung 6, ein Biorohstoffmengensteuerelement 11 in dem Oxidations­ reaktormodul und einem ersten Regler auf. Die zweite Regelvorrichtung weist einen Spannungssensor 12 zur Messung der vom Brennstoffzellenmodul 4 erzeugten elektrischen Spannung, ein Dampfmengensteuerelement 13 in der Wasserdampfzuführleitung 8 und einen zweiten Regler auf. Der erste Regler und der zweite Regler sind als eine einzige Rechnereinheit 14 ausgebildet. Die beiden Regelvorrichtungen funktionieren so, daß einerseits die Erzeugung des Brennstoffrohgases nach Maßgabe der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und andererseits die Austreibung des Brennstoffreingases nach Maßgabe der dem Brennstoffzellenmodul 4 entnommenen elektrischen Energie getrennt geregelt werden. Im einzelnen wird mittels des Gassensors 10 der Reduktionsfortschritt in dem an das Oxidationsreaktormodul 1 angeschlossenen Reformerelement 3 gemessen. Wenn Brennstoffrohgas in einer Rate erzeugt wird, welche höher als die entsprechende Reduktionsrate in dem Reformerelement 3 ist, steigt beispielsweise der Kohlenmonoxidgehalt in der Brennstoffrohgasabführleitung 6 an. Die Rechnereinheit 14 reduziert dann die Zufuhr von Biorohstoff zum Oxidationsreaktormodul 1 über das Biorohstoffmengensteuerelement 11 und umgekehrt. Alternativ kann die Regelung auch über das Vergasungsmittel­ mengensteuerelement 16 erfolgen. Im Rahmen der zweiten Regelvorrichtung mißt der Spannungssensor 12 einen Spannungsabfall bei hoher Last an der Anschlußstelle 27 gegenüber der Nennspannung. Steigt dieser Spannungsabfall an, so steuert die Rechnereinheit 14 das Dampfmengensteuerelement 13 so an, daß mehr Wasserdampf über die Wasserdampfzuführleitung 8 dem an das Brennstoffzellenmodul 4 angeschlossenen Reformerelement 3 zugeführt wird. Der Figur entnimmt man schließlich weiterhin, daß Mittel 9 zum Umschalten der Brennstoffrohgaszuführleitung 5 und der Brennstoffrohgasab­ führleitung 6 einerseits und der Brennstoffrein­ gasentnahmeleitung 7 und der Wasserdampfzuführleitung 8 andererseits zwischen verschiedenen Eisenschwamm-Reaktoren eingerichtet sind. Mittels dieser Mittel 9 zum Umschalten werden die zwei Reformerelemente 2 mit dem Oxidations­ reaktormodul 1 oder mit dem Brennstoffzellenmodul 4 nach Maßgabe der Menge gespeicherten Wasserstoffs verbunden. Sobald ein an das Brennstoffzellenmodul 4 angeschlossenes Reformerelement 3′ weitgehend oxidiert ist, wird es mittels der Mittel 9 zum Umschalten von dem Brennstoffzellenmodul 4 abgetrennt und mit dem Oxidationsreaktormodul 1 verbunden. Umgekehrt wird ein mit dem Oxidationsreaktormodul 1 verbundenes Reformerelement 3 bei weitgehender Reduktion von dem Oxidationsreaktormodul 1 abgetrennt und ggf. mit dem Brennstoffzellenmodul 4 verbunden. Zur Steuerung der Mittel 9 zum Umschalten können vorteilhafterweise auch der Spannungssensor 12 und der Gassensor 10 genutzt werden. Die Steuerung der Mittel 9 zum Umschalten erfolgt dann auch durch die Rechnereinheit 14. Es versteht sich, daß im Rahmen der erfindungsgemäßen regeltechnischen Maßnahme auch eine andere Sensorik als jene des Ausführungsbeispiels möglich ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus vergasungsfähigen Rohstoffen, insbesondere aus Bioroh­ stoffen,
wobei in einem Oxidationsreaktormodul (1) aus den Rohstoffen mit einem sauerstoffhaltigen Vergasungsmittel ein Brennstoffrohgas, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, erzeugt wird,
wobei das Brennstoffrohgas einem an das Oxidationsreaktormodul (1) angeschlossenen Reformermodul (2) zugeführt und der Wasserstoff des Brennstoffrohgases in Reformerelementen (3) durch Reaktion mit einem Speichermaterial zwischengespeichert wird,
wobei aus dem Reformermodul (2) ein praktisch kohlenstofffreies, wasserstoff-haltiges Brennstoffreingas ausgetrieben, einem an das Reformermodul (2) angeschlossenen Brennstoffzellenmodul (4) zugeführt und in dem Brennstoffzellenmodul (4) verstromt wird,
wobei einerseits die Erzeugung des Brennstoffrohgases nach Maßgabe der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und andererseits die Austreibung des Brennstoffreingases nach Maßgabe der dem Brennstoffzel­ lenmodul (4) entnommenen elektrischen Energie getrennt geregelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung des Brennstoffrohgases in dem Oxidationsreaktormodul (1) allotherm mit Wasserdampf durchgeführt wird und wobei aus dem Brennstoffrohgas mittels eines Kondensators (19) störendes Wasser abgetrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Filter, vorzugsweise in einem Zyklonfilter (17), Schwebstoffe aus dem Brennstoffrohgas abgetrennt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Schwebstoffreste des Brennstoffrohgases in den Reformerelementen (3) ausgefiltert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Wasserstoff des Brennstoffrohgases in den Reformerelementen (3) durch Reduktion von Eisenoxid als elementarer Eisenschwamm gespeichert und durch Oxidation des elementaren Eisenschwamms mit Wasserdampf wieder ausgetrieben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verstromung des Brennstoffreingases in einem Niedrigtempe­ ratur-Brennstoffzellenmodul (4), vorzugsweise mittels Kalium- oder PEM-Brennstoffzellen, durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Reaktion des Brennstoffrohgases mit dem Speichermaterial einerseits und die Austreibung des Brennstoffreingases andererseits mittels getrennter Reformerelemente (3) durchgeführt wird und wobei die Reformerelemente (3) mit dem Oxidationsreaktormodul (1) oder mit dem Brennstoffzellenmodul (4) nach Maßgabe der Menge gespeicherten Wasserstoffs verbunden werden.
8. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus vergasungsfähigen Rohstoffen, insbesondere aus Bioroh­ stoffen,
mit einem Oxidationsreaktormodul (1) zur Erzeugung eines Brennstoffrohgases, welches Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält, aus Rohstoffen mittels eines sauerstoffhaltigen Vergasungsmittels,
mit einem an das Oxidationsreaktormodul (1) angeschlossenen Reformermodul (2) zur Speicherung des Wasserstoffs des Brennstoffrohgases in Reformerelementen (3) durch Reaktion mit einem Speichermaterial,
mit einem an das Reformermodul (2) angeschlossenen Brennstoffzellenmodul (4) zur Verstromung von aus dem Reformermodul (2) ausgetriebenem, praktisch kohlen­ stofffreien, wasserstoff-haltigen Brennstoffreingas
mit einer ersten Regelvorrichtung zur Regelung der Erzeugung des Brennstoffrohgases nach Maßgabe der Reaktion des Wasserstoffs mit dem Speichermaterial und
mit einer zweiten Regelvorrichtung zur Regelung der Austreibung des Brennstoffreingases nach Maßgabe der dem Brennstoffzellenmodul (4) entnommenen elektrischen Energie.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Reformermodul (2) zumindest zwei als Eisenschwamm-Reaktoren ausgeführte Reformerelemente (3) aufweist, wobei am Reformermodul (2) eine Brennstoffrohgaszuführleitung (5), eine Brennstoff­ rohgasabführleitung (6), eine Brennstoffreingasentnahme­ leitung (7) und eine Wasserdampfzuführleitung (8) angeschlossen sind und wobei im Reformermodul (2) Mittel (9) zum Umschalten der Brennstoffrohgaszuführleitung (5) und der Brennstoffrohgasabführleitung (6) einerseits und der Brennstoffreingasentnahmeleitung (7) und der Wasser­ dampfzuführleitung (8) andererseits zwischen verschiedenen Eisenschwamm-Reaktoren eingerichtet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Regelvorrichtung einen Gassensor (10), vorzugsweise einen Kohlenmonoxid-Sensor, in der Brennstoffrohgasabführleitung, ein Biorohstoffmengensteuerelement (11) in dem Oxidations­ reaktormodul (1) und einen ersten Regler aufweist und wobei die zweite Regelvorrichtung einen Spannungssensor (12) zur Messung der vom Brennstoffzellenmodul (4) erzeugten elektrischen Spannung, ein Dampfmengensteuerelement (13) in der Wasserdampfzuführleitung (8) und einen zweiten Regler aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Regler und der zweite Regler als eine Rechnereinheit (14) ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Mittel (9) zum Umschalten der Brennstoffroh­ gaszuführleitung (5) und der Brennstoffrohgasabführleitung (6) einerseits und der Brennstoffreingasentnahmeleitung (7) und der Wasserdampfzuführleitung (8) andererseits von der Rechnereinheit (14) steuerbar sind.
DE4430750A 1994-04-12 1994-08-30 Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Fee Related DE4430750C2 (de)

Priority Applications (14)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4430750A DE4430750C2 (de) 1994-08-30 1994-08-30 Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
ES95101521T ES2142960T3 (es) 1994-04-12 1995-02-04 Procedimiento para la produccion de energia electrica a partir de masa biologica de recuperacion.
DE59507407T DE59507407D1 (de) 1994-04-12 1995-02-04 Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie aus regenerativer Biomasse
PT95101521T PT677882E (pt) 1994-04-12 1995-02-04 Processo para a producao de energia a partir de biomassa regenerativa
DK95101521T DK0677882T3 (da) 1994-04-12 1995-02-04 Fremgangsmåde til fremstilling af elektrisk energi af regenerativ biomasse
EP95101521A EP0677882B1 (de) 1994-04-12 1995-02-04 Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie aus regenerativer Biomasse
AT95101521T ATE187847T1 (de) 1994-04-12 1995-02-04 Verfahren zur erzeugung von elektrischer energie aus regenerativer biomasse
UA97031518A UA39981C2 (uk) 1994-08-30 1995-08-29 Спосіб одержання електричної енергії із регенеративної, утвореної з рослин, біомаси і пристрій для реалізації способу (варіанти)
CA002200491A CA2200491C (en) 1994-08-30 1995-08-29 Method of generating electrical energy from regenerative biomass
BR9508665A BR9508665A (pt) 1994-08-30 1995-08-29 Processo para a geração de energia elétrica a partir de biomassa regenerativa
PCT/EP1995/003399 WO1996007210A1 (de) 1994-08-30 1995-08-29 Verfahren zur erzeugung von elektrischer energie aus regenerativer biomasse
US08/809,310 US6074769A (en) 1994-08-30 1995-08-29 Method of generating electric energy from regenerative biomass
AU35189/95A AU3518995A (en) 1994-08-30 1995-08-29 Method of generating electrical energy from regenerative biomass
GR20000400661T GR3032961T3 (en) 1994-04-12 2000-03-15 Process for generating electrical energy from regenerative biomass.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4430750A DE4430750C2 (de) 1994-08-30 1994-08-30 Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4430750A1 true DE4430750A1 (de) 1996-03-21
DE4430750C2 DE4430750C2 (de) 1996-11-21

Family

ID=6526911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4430750A Expired - Fee Related DE4430750C2 (de) 1994-04-12 1994-08-30 Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4430750C2 (de)
UA (1) UA39981C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6571747B1 (en) 1999-03-26 2003-06-03 Michael Prestel Method and device for producing energy or methanol

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10013477A1 (de) * 2000-03-18 2001-10-18 Volkswagen Ag Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zu dessen Betriebsdynamikverbesserung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3961986A (en) * 1975-11-20 1976-06-08 United Technologies Corporation Method and apparatus for controlling the fuel flow to a steam reformer in a fuel cell system
US3972731A (en) * 1975-02-12 1976-08-03 United Technologies Corporation Pressurized fuel cell power plant
DE2849151A1 (de) * 1977-11-26 1979-06-07 United Technologies Corp Brennstoffzellenstromversorgungsanlage und verfahren zum betreiben derselben
US4522894A (en) * 1982-09-30 1985-06-11 Engelhard Corporation Fuel cell electric power production
EP0564796A1 (de) * 1992-03-13 1993-10-13 Binsmaier, Hannelore, geb. Gallin-Ast Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen
EP0575883A1 (de) * 1992-06-25 1993-12-29 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Verfahren zur Reformierung von Brennstof und Energiegewinnungssystem mit Anwendung von Brennstoffzellen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3972731A (en) * 1975-02-12 1976-08-03 United Technologies Corporation Pressurized fuel cell power plant
US3961986A (en) * 1975-11-20 1976-06-08 United Technologies Corporation Method and apparatus for controlling the fuel flow to a steam reformer in a fuel cell system
DE2849151A1 (de) * 1977-11-26 1979-06-07 United Technologies Corp Brennstoffzellenstromversorgungsanlage und verfahren zum betreiben derselben
US4522894A (en) * 1982-09-30 1985-06-11 Engelhard Corporation Fuel cell electric power production
EP0564796A1 (de) * 1992-03-13 1993-10-13 Binsmaier, Hannelore, geb. Gallin-Ast Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen
EP0575883A1 (de) * 1992-06-25 1993-12-29 Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd. Verfahren zur Reformierung von Brennstof und Energiegewinnungssystem mit Anwendung von Brennstoffzellen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6571747B1 (en) 1999-03-26 2003-06-03 Michael Prestel Method and device for producing energy or methanol

Also Published As

Publication number Publication date
DE4430750C2 (de) 1996-11-21
UA39981C2 (uk) 2001-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69229839T2 (de) Methode zur Herstellung von Methanol unter Verwendung der Wärme eines Kernkraftwerkes
DE68907398T2 (de) System zur Erzeugung elektrischer Energie mit Gebrauch von Brennstoffzellen des geschmolzenen Karbonattyps.
EP0564796B1 (de) Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen
DE3913581A1 (de) Verfahren zum betrieb von brennstoffzellen
WO2009135558A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur elektro-thermo-chemischen vergasung von biomasse
DE10107712A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur energetischen Nutzung von Faulschlammvergasungsgas
WO1996007210A1 (de) Verfahren zur erzeugung von elektrischer energie aus regenerativer biomasse
DE112020005178T5 (de) Ammoniak-Derivat-Produktionsanlage und Ammoniak-Derivat-Produktionsverfahren
WO2009059571A1 (de) Hochtemperaturbrennstoffzellensystem mit teilweisem kreislauf des anodenabgases und ausschleusung von gaskomponenten
EP0361612B1 (de) Verfahren zum Erzeugen von Elektrizität
DE4328379A1 (de) Modulkraftwerk für die Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie
DE913911C (de) Verfahren zur Umwandlung von Kohle in elektrische Energie
DE4430750C2 (de) Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Biorohstoffen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE112018003522T5 (de) Tankstelle zum Versorgen von Fahrzeugen mit Energieträgern
EP2361446B1 (de) Verfahren zur nutzung von wasserstoff mittels brennstoffzellen an einem rohrnetz
EP1170811A2 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben desselben
DE10143656B4 (de) Verfahren zur Erzeugung von Energie in einem Brennstoffzellen-Gesamtsystem mit Crackreaktor und Brennstoffzelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP1386883A1 (de) Reformer-Brennstoffzellen-System und Verfahren zum Abschalten und Starten desselben
WO1999055803A1 (de) Waste to energy verfahren zur erzeugung von strom, wasser- und/oder wasserstoff und/oder methanol aus biomasse und/oder organischen abfällen
DE102020109016B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Synthese von Ammoniak
WO1999054948A1 (de) Verfahren und anlage zur entfernung von kohlenmonoxid aus einem wasserstoffhaltigen reformatgasstrom
EP0677882B1 (de) Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie aus regenerativer Biomasse
WO2019137827A1 (de) Herstellung eines kohlenmonoxid enthaltenden gasprodukts
WO2004069739A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von co2 aus h2-haltigen gasgemischen
EP3002325B1 (de) Kraftwerksanlage und Verfahren zum Erzeugen von elektrischem Strom

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: N-CHANGE AG, 80333 MUENCHEN, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee