AT528647A4

AT528647A4 - Regelverfahren für eine Regelung des Betriebs eines Co-Elektrolysesystems

Info

Publication number: AT528647A4
Application number: ATA50027/2025A
Authority: AT
Inventors: Tandl Dipl -Ing Manuel; Sallai Ing Christopher
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2025-01-21
Filing date: 2025-01-21
Publication date: 2026-04-15
Also published as: AT528647B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelverfahren für eine Regelung des Betriebs eines Co-Elektrolysesystems (100) mit wenigstens einem Elektrolysestapel (110), aufweisend einen Luftabschnitt (120) mit einem Luftzuführabschnitt (122) für eine Zufuhr von Zuluft (ZL) und einem Luftabführabschnitt (124) für eine Abfuhr von Abluft (AL), weiter aufweisend einen Reaktantenabschnitt (130) mit einem Reaktantenzuführabschnitt (132) für eine Zufuhr von Reaktantenzuführgas (RZG) und einen Produktgasabführabschnitt (134) für eine Abfuhr von Synthesegas (SG), das Regelverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: ‐ Erfassen einer Regenerationsaufforderung (RGA) zur Regeneration wenigstens eines zu regenerierenden Regenerierabschnitts (135) des Produktgasabführabschnitts (134), ‐ Regeln des Co-Elektrolysesystems (100) über einen Reduktions-Betriebsmodus (RDB) mit sich reduzierender Stromzufuhr (SZ) in einen Regenerations-Betriebsmodus (RGB), ‐ Führen von Luft (L) zumindest durch den Regenerierabschnitt (135) des Produktgasabführabschnitts (134) für ein Regenerieren von festem Kohlenstoff in diesem Regenerierabschnitt (135) im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) für eine Regenerationsdauer (RGD), ‐ Regeln des Co-Elektrolysesystems (100) am Ende der Regenerationsdauer (RGD) aus dem Regenerations-Betriebsmodus (RGB) in einen Normal-Betriebsmodus (NMB).

Description

Beschreibung

REGELVERFAHREN FÜR EINE REGELUNG DES BETRIEBS EINES CO-ELEKTROLYSESYSTEMS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelverfahren für eine Regelung des Betriebs eines Co-Elektrolyseverfahrens, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Regelverfahrens, eine Regelvorrichtung zur Durchführung eines solchen Regelverfahrens sowie ein Co-Elektrolysesystem mit einer solchen Regelvorrichtung.

[0002] Es ist grundsätzlich bekannt, dass Co-Elektrolysesysteme betrieben werden, um aus elektrischem Strom und Ausgangsgasen ein Synthesegas zu erzeugen, welches in einem anschließenden Synthetisierungsprozess in synthetische Kraftstoffe, wie beispielweise Methanol, Ethanol, Paraffine oder Ähnliches, umgewandelt werden kann. Insbesondere bei der Verwendung von erneuerbaren Energien als Energiequelle stellt dies eine besondere Rolle dar, um aus diesen erneuerbaren Energien in einem zweistufigen Prozess über das Elektrolyseverfahren und den anschließenden Synthetisierungsprozess Kraftstoffe herzustellen, welche in den bekannten Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise in der Industrie, verwendet werden können.

[0003] Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, dass bei der Betriebsweise des Co-Elektrolysesystems ein komplexes Gasgemisch entsteht, welches insbesondere zu unerwünschten Ablagerungen in den Rohrleitungen des Co-Elektrolysesystems führen kann. Üblicherweise werden Co-Elektrolysesysteme mit kohlenstoffhaltigen Reaktantenzuführgasen betrieben, insbesondere mit Kohlenstoffdioxid. Bei der Umsetzung unter Stromzuführung in den Elektrolysestapeln entsteht ein H2 und CO,. Darüber hinaus können jedoch auch weitere Gaskomponenten, insbesondere Methan enthalten sein. Im Ausgangspfad des Co-Elektrolysesystems, stromabwärts der Elektrolysestapel, wird dieses Synthesegas nun nicht nur zu dem nachfolgenden Synthetisierungsprozess gefördert, sondern auch auf die notwendige Temperatur gebracht, um diesen Synthetisierungsprozess, insbesondere einer Fischer-Tropsch-Synthese, zugeführt zu werden. Das Temperaturfenster für die Co-Elektrolyse liegt dabei üblicherweise über 800 Grad Celsius, sodass ein Abkühlen auf einen Bereich deutlich unter 300 Grad Celsius notwendig ist.

[0004] Beim Abkühlprozess zwischen 800 Grad Celsius und 300 Grad Celsius kann es jedoch dazu kommen, dass aus dem Synthesegas durch unterschiedliche chemische Reaktionen reiner Kohlenstoff entsteht. Dies kann durch eine Umsetzung von Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffmonoxid im Zusammenspiel mit Wasserstoff oder direkte chemische Umsetzung aus Methan erfolgen. Das Risiko einer chemischen Umsetzung zu reinem Kohlenstoff ist dabei besonders begünstigt in einem Temperaturfenster zwischen 300 Grad Celsius und 800 Grad Celsius. Dieser reine Kohlenstoff fällt als Feststoff an und wird sich an dem Ort der chemischen Reaktion üblicherweise an der Wandung der jeweiligen Komponente des Co-Elektrolysesystems absetzen und über die Betriebsdauer des Co-Elektrolysesystems als Schicht aufbauen. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als Rußbildung und/oder Rußablagerung.

[0005] Bekannte Co-Elektrolysesysteme versuchen diese Rußablagerung auf unterschiedliche Weise zu vermeiden. Eine Möglichkeit ist dabei die Beschichtung der Komponenten, welche sich in diesem riskanten Temperaturfenster befinden. Diese Beschichtung ist jedoch mit einem hohen konstruktiven Aufwand versehen und dementsprechend nur mit hohem Kostenaufwand erzielbar, da entsprechende Rohrleitungen, Wärmetauscher und ähnliches vollständig innen beschichtet werden müssen. Darüber hinaus unterbindet eine solche Beschichtung in der Regel die Kohlenstoffbildung nicht. Sie verringert nur die Menge an Kohlenstoff die ausfällt. Aus diesem Grund ist Beschichten allein nicht genug. Andere Möglichkeiten bietet der Zusatz von Additiven, welche im Synthesegas die genannten Bildungsreaktionen für den reinen Kohlenstoff unterdrücken. Auch solche Zusätze sind mit einer entsprechenden Konstruktionskomplexität und durch den Verbrauch der Additive auch einem Kosteneinsatz verbunden. Weiter beeinflussen Additive eine Gaszusammensetzung und/oder führen zu einer Aufreinigung des Synthesegases. Dies führt zu erheblichem Mehraufwand und Wirkungsgradeinbußen. Nicht zuletzt ist es auch bekannt, dass kritische Temperaturfenster von 800 Grad bis 300 Grad schneller zu durchschreiten, sodass we-

niger Zeit und/oder weniger Strecke für die Rußbildungsprozesse bleibt. Dies wird häufig durch den Einsatz einer Sprühkühlung mit Wasser durchgeführt, wodurch sich jedoch ebenfalls die Zusammensetzung des Synthesegases verändert und im nachfolgenden Synthetisierungsprozess zu Problemen führen kann.

[0006] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Betriebsmöglichkeiten bei für ein Co-Elektrolysesystem zu verbessern.

[0007] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Regelverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 13, eine Regelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie ein Co-Elektrolysesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Regelverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung, dem erfindungsgemäßen Co-Elektrolysesystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

[0008] Erfindungsgemäß ist ein Regelverfahren für die Regelung des Betriebs eines Co-ElektroIysesystems einsetzbar. Ein solches Co-Elektrolysesystem ist mit wenigstens einem Elektrolysestapel ausgestattet, welcher einen Luftabschnitt mit Luftzuführabschnitt für eine Zufuhr von Zuluft und einen Luftabführabschnitt für eine Abfuhr von Abluft aufweist. Darüber hinaus ist dieser wenigstens eine Elektrolysestapel mit einem Reaktantenabschnitt ausgestattet, welcher wiederum einen Reaktantenzuführabschnitt für eine Zufuhr von Reaktantenzuführgas und einem Produktgasabführabschnitt für eine Abfuhr von Synthesegas aufweist. Das Regelverfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

- Erfassen einer Regenerationsaufforderung zur Regeneration wenigstens eines zu regenerierenden Regenerierabschnitts des Produktgasabführabschnitts,

- Regeln des Co-Elektrolysesystems über einen Reduktions-Betriebsmodus mit sich reduzierender Stromzufuhr in einen Regenerations-Betriebsmodus.

- Führen von Luft zumindest durch den Regenerierabschnitt des Produktgasabführabschnitts für ein Regenerieren von festem Kohlenstoff in diesem Regenerierabschnitt im Regenerations-Betriebsmodus für eine Regenerationsdauer.

- Regeln des Co-Elektrolysesystems am Ende der Regenerationsdauer aus dem Regenerations-Betriebsmodus in einen Normal-Betriebsmodus.

[0009] Ein erfindungsgemäßes Regelverfahren kann als Bestandteil eines Kontrollsystems und damit einer Betriebsregelung des Co-Elektrolysesystems eingesetzt werden. Dieser Bestandteil der Betriebsregelung dient dazu, eine sich aufgebaute Rußschicht nach der Ablagerung von festem Kohlenstoff wieder abzubauen oder zumindest zu reduzieren und auf diese Weise diesen Strömungsabschnitt des Co-Elektrolysesystems zu regenerieren. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen wird also beim erfindungsgemäßen Regelverfahren die Rußbildung nicht verhindert, sondern vielmehr das Ergebnis der Rußbildung, also die abgelagerte Rußschicht, im Regenerierabschnitt durch den Regenerationsvorgang wieder abgebaut.

[0010] Der Regenerationsvorgang der vorliegenden Erfindung wird durch Luft zur Verfügung gestellt, in dem diese Luft durch den Regenerierabschnitt gefördert wird. Die insbesondere heiße Luft kann zum einen dazu führen, dass eine chemische Rückreaktion stattfindet, also der feste Kohlenstoff mit der heißen Luft wieder reagiert, also verbrennt, und entsprechend mit als ein beispielsweise als Regenerierabgas bezeichnetes Gasgemisch, wieder aus dem Regenerierabschnitt abgeführt werden kann. Auch andere, insbesondere physikalische Regeneriereffekte sind jedoch grundsätzlich denkbar, also ein physikalisches Aufnehmen des festen Kohlenstoffs aus der Rußschicht in der Luft und ein entsprechendes Ausführen aus dem Regenerierabschnitt.

[0011] Für ein erfindungsgemäßes Regelverfahren ist dabei unerheblich welche Luft verwendet wird. Es kann sich um die Zuluft handeln, welche bereits im normalen Betrieb durch das CoElektrolysesystem gefördert wird. Zusätzlich oder alternativ kann auch über eine separate Luftquelle Luft, beispielsweise aus der Umgebung, zur Verfügung gestellt werden.

[0012] Der erfindungsgemäße Kerngedanke beruht nun darauf, dass zumindest einmalig, vorzugsweise zu definierten Zeitpunkten wiederholt, das Regelverfahren durchgeführt wird, um eine Regenerierung des Regenerierabschnitts durchzuführen. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei Bedarf durch Detektion einer Rußschicht durch beispielsweise Anstieg des Gegendrucks im Regenerierabschnitt erfolgt.

[0013] Der Regenerierabschnitt ist dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung der Abschnitt der Komponenten des Co-Elektrolysesystems, welcher im normalen Betrieb des Co-Elektrolysesystems in dem bereits eingangs genannten kritischen Temperaturfenster zwischen 300 und 800 Grad Celsius betrieben wird. Im normalen Betrieb des Co-Elektrolysesystems entsteht entsprechend den oben zitierten chemischen Reaktionen fester Kohlenstoff, welcher sich als Rußschicht in diesem Regenerierabschnitt aufgrund der kritischen Temperaturbereiche zwischen 300 und 800 Grad Celsius absetzt. Zu definierten Zeitpunkten, entweder durch entsprechende Vorgabe oder flexibel durch eine Druckbestimmung oder andere Regenerierparameterbestimmungen, kann nun eine Regenerieraufforderung erfasst werden. Diese Regenerationsaufforderung kann automatisch vorgegeben, manuell ausgelöst oder aber flexibel durch die Betriebssituation des Co-Elektrolysesystems generiert werden.

[0014] Das Co-Elektrolysesystem weist vorteilhaft einen Rezirkulationsabschnitt auf zur teilweisen Rückführung von Produktgas.

[0015] Sobald diese Regenerationsaufforderung vom erfindungsgemäßen Regelverfahren erfasst worden ist, wird in einem ersten Schritt ein Umschalten vom normalen Betriebsmodus als Normal-Betriebsmodus in einen Übergangsmodus in Form des Reduktions-Betriebsmodus durchgeführt. Grundsätzlich kann der Reduktions-Betriebsmodus vorteilhaft auch ein Teil des Normal-Betriebsmodus und keine eigener Übergangsmodus sein. Da im reinen RegenerationsBetriebsmodus keine Produktion von Synthesegas erfolgen soll, um ein möglichst effizientes Regenerieren des festen Kohlenstoffs zu gewährleisten, ist ein Umschalten vom Normal-Betriebsmodus mit Stromzufuhr zu einem Regenerations-Betriebsmodus mit geringer oder vollständig ausgeschalteter Stromzufuhr notwendig. Dieser Umschaltschritt wird jedoch erfindungsgemäß über einen Übergang gewährleistet, welcher als Reduktions-Betriebsmodus bezeichnet wird. In diesem Reduktions-Betriebsmodus regelt das Regelverfahren die Stromzufuhr herunter und reduziert diese entweder entlang einer Rampe, schrittweise oder in flexibler anderweitiger Regelung. Während sich die Stromzufuhr reduziert, ändert sich die Zusammensetzung des Synthesegases und in gleicher Weise können während des Reduktions-Betriebsmodus auch die Zusammensetzungen der Gase beziehungsweise und/oder die Gastströme angepasst werden. Insbesondere gilt dies für eine Reduktion des Reaktantenzuführgases, welches üblicherweise ein kohlenstoffhaltiges, insbesondere kohlenstoffdioxidhaltiges Gas ist.

[0016] Der Normal-Betriebsmodus kann im Rahmen der Erfindung vorteilhaft auch einen HotStandby-Modus umfassen, sodass auch im Hot-Standby-Modus vorteilhaft eine Regeneration ausgelöst und angefahren werden kann.

[0017] Sobald der Reduktions-Betriebsmodus den Übergang vom Normal-Betriebsmodus zum Regenerations-Betriebsmodus durchgeführt hat, wird im erfindungsgemäßen Regelverfahren auf den Regenerations-Betriebsmodus umgestellt, sodass nun gezielt Luft, insbesondere Zuluft, durch den Regenerierabschnitt geführt wird. Da üblicherweise ein Luftanschluss für Zuluft im Normal-Betriebsmodus vorhanden ist, kann dieser bereits bestehende Luftanschluss dazu verwendet werden. Dies führt dazu, dass ein erfindungsgemäßes Regelverfahren insbesondere mit wenigen konstruktiven Eingriffe am Co-Elektrolysesystem eingesetzt werden kann, nämlich mit dem Ergänzen einer mittels eines Ventils schaltbaren Querverbindung zwischen dem Luftzuführabschnitt zu dem Produktgasabführabschnitt oder dem Reaktantenzuführabschnitt. Jedoch ist auch ein vollständig eigenständiger Luftanschluss, beispielsweise an die Umgebung für das Zuführen

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der Luft in eigenständiger Weise im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Dabei ist es unerheblich, wie viele Komponenten die Luft zusätzlich durchströmt. So können direkte Anschlüsse an einen Eingangsabschnitt und einen Ausgangsabschnitt des Regenerierabschnitts vorgesehen sein, um im Regenerations-Betriebsmodus Luft ausschließlich in den Regenerierabschnitt hineinzubringen. Jedoch kann es kostengünstiger und zur Reduktion der Komplexität ebenfalls sinnvoll sein, wenn die Luft zusätzliche Komponenten, insbesondere den Reaktantenabschnitt der Elektrolysestapel durchströmt, um anschließend entlang des regulären Strömungspfades des Synthesegases nun als Regeneriergas in Form der Luft den Regenerierabschnitt zu durchströmen.

[0018] Sobald die Regenerationsdauer abgeschlossen ist, erfolgt nun ein Umstellen zurück in den Normal-Betriebsmodus, sodass der normale Betrieb des Co-Elektrolysesystems wieder aufgenommen werden kann. Während des Regenerations-Betriebsmodus ist es nicht möglich Synthesegas zu produzieren, weshalb vorzugsweise auch keine Stromzufuhr in diesem Betriebsmodus vorgesehen ist. Vielmehr handelt es sich beim Regenerations-Betriebsmodus sozusagen um eine Betriebsunterbrechung bei der Produktion des Synthesegases. Dies ist zwar ein Betriebsnachteil, führt jedoch dazu, dass keine Additive, aktive Kühlkomponenten oder sogar Beschichtungen notwendig sind, um das Abscheiden von Kohlenstoff gänzlich zu verhindern. Vielmehr kann in flexibler und gezielter Weise das Regelverfahren die aufgebauten Kohlenstoffschichten wieder abbauen oder zumindest zu reduzieren und rechtzeitig vor nachhaltiger Schädigung des Co-Elektrolysesystems diese wieder in einen Zustand zurückführen, welcher keine oder nur eine geringe Rußschicht aufweist.

[0019] Würde die Rußschicht zu stark zunehmen, könnte dies dazu führen, dass die Komponenten, insbesondere die Leitungsabschnitte im Regenerierabschnitt, verstopfen, sodass diese ausfallen können. Auch ist es möglich, dass wenn die Rußablagerung auf Wärmeübertragungskomponenten eines Wärmetauschers stattfinden, die Wärmeübertragungswiderstände so groß werden, dass ebenfalls nicht mehr die gewünschte Kühlleistung zur Verfügung gestellt werden kann. In beiden Fällen würde die sich erhöhende Rußablagerung zu Effizienzeinbußen beim Betrieb des Co-Elektrolysesystems führen. Im schlimmsten Fall wäre es sogar möglich, dass der feste Kohlenstoff der Rußablagerung eine chemische Umsetzung des Werkstoffes der Leitungsabschnitte im Regenerierabschnitt, beispielsweise unter Karbidbildung, durchführt und es entsprechend zu einer nachhaltigen und insbesondere irreversiblen Beeinträchtigung des Regenerierabschnitts kommen könnte.

[0020] Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren der Übergang aus dem Regenerations-Betriebsmodus in den Normal-Betriebsmodus über einen Steigerungs-Betriebsmodus mit steigender Stromzufuhr stattfindet. Dies kann auch als RampUp- oder Low-Power-Betriebsmodus bezeichnet werden. Insbesondere kann in diesem Steigerungs-Betriebsmodus nun die Stromzufuhr langsam oder kontinuierlich, über eine Rampe oder stufenweise gesteigert werden, während gleichzeitig vorzugsweise die Luft und/oder das Regenerierabgas aus dem Regenerierabschnitt ausgeblasen wird. Dieser Steigerungs-Betriebsmodus kann als dem Reduktions-Betriebsmodus komplementärer Betriebsmodus verstanden werden, um nun eine Rückführung in den regulären Normal-Betriebsmodus für die Produktion von Synthesegas zu gewährleisten. Der Zeitraum für den Steigerungs-Betriebsmodus kann ähnlich dem Zeitraum für den Reduktions-Betriebsmodus, beispielsweise im Bereich von Stunden, gewählt werden. Dies zeigt in welch kurzen Zeitabständen die Überführung zwischen den einzelnen Betriebsmodi bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren möglich ist. Insbesondere ist hier darauf hinzuweisen, dass der Regenerations-Betriebsmodus vorzugsweise unter Beibehaltung oder im Wesentlichen Beibehaltung der Temperatur des Co-Elektrolysesystems und der wesentlichen Komponenten durchgeführt wird. Das bedeutet also, dass kein Abkühlen oder Aufheizen, insbesondere keine Startprozesse und/oder Abfahrprozesse für das Co-Elektrolysesystem notwendig sind, sondern ein kurzes und schnelles Rückführen über den Steigerungs-Betriebsmodus in den Normal-Betriebsmodus möglich ist.

[0021] Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren die Luft im Regenerations-Betriebsmodus an wenigstens einem Strömungsabschnitt des Co-

Elektrolysesystems vorbei, insbesondere an dem wenigstens einen Elektrolysestapel vorbei, zu dem Regenerierabschnitt geführt wird. Je kürzer die Wege zwischen dem Luftanschluss und dem Regenerierabschnitt ausgebildet sind, umso schneller kann mit der tatsächlichen Regeneration begonnen werden. Darüber hinaus ist auch das Volumen des im System enthaltenen Wasserstoffs auf ein Minimum begrenzt, sodass der Übergang und das Ausblasen der Luft und/oder des Regenerierabgases sich ebenfalls auf eine minimale Zeit reduzieren lassen. Hierfür können auch separate zusätzliche Regenerierzuführleitungen vorgesehen sein, um beispielsweise die Luft an dem Elektrolysestapel vorbei und direkt in den Regenerierabschnitt zu führen. Dies kann durch zusätzliche Leitungen und durch zusätzliche Regenerierventilvorrichtungen zur Verfügung gestellt sein.

[0022] Vorteile bringt es ebenfalls mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren die Luft im Regenerations-Betriebsmodus durch den Reaktantenabschnitt des Elektrolysestapels hindurchgeführt wird. Das bedeutet, dass zusätzlich oder alternativ zu der Ausbildung des voranstehenden Absatzes nun zumindest ein Teil der Luft den regulären Strömungsweg durch den Elektrolysestapel hindurch nimmt. Insbesondere kann auf diese Weise auf zusätzliche und damit komplexitätsseigernde Leitungen und entsprechende Ventilkkomponenten verzichtet werden. Vielmehr wird ausschließlich die Gaszusammensetzung durch den Reaktantenabschnitt verändert, insbesondere das Reaktantenzuführgas komplett abgeschaltet und im Wesentlichen ausschließlich Luft durch den Reaktantenabschnitt und damit in den stromabwärts liegenden Regenerierabschnitt geführt. In diesem Fall kann zwar ein größeres Volumen an Luft notwendig sein, wenn sich die Temperatur ändert, jedoch kann das Regelverfahren auch auf bestehenden Co-ElektroIyseanlagen sozusagen durch die reine Anpassung der jeweiligen Ventilstellungen nachgerüstet werden.

[0023] Ein weiterer Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren im Regenerations-Betriebsmodus wenigstens einer der folgenden Regeleingriffe erfolgt:

- Reduzierte Stromzufuhr zum Elektrolysestapel,

- Ausgeschaltete Stromzufuhr zum Elektrolysestapel,

- Reduzierte Zufuhr an Reaktantenzuführgas, insbesondere Kohlenstoffdioxid,

- Ausgeschaltete Zufuhr an Reaktantenzuführgas, insbesondere Kohlenstoffdioxid.

[0024] Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Es kann noch hinzugefügt werden, dass insbesondere die Temperaturen der einzelnen Komponenten, insbesondere der Elektrolysestapel, vorzugsweise im Bereich der regulären Betriebstemperatur für den Normal-Betriebsmodus gehalten werden, um, wie bereits erläutert, das Rückführen in den Normal-Betriebsmodus nach Ende der Regenerationsdauer möglichst schnell durchführen zu können. Insbesondere für eine verbesserte und gesteigerte Regeneration ist es vorteilhaft die Stromzufuhr am Elektrolysestapel vollständig auf null zu reduzieren und zusätzlich auch das Reaktantenzuführgas hinsichtlich der Zufuhr vollständig zu blockieren. Mit anderen Worten ist in einem optimierten Regenerations-Betriebsmodus ausschließlich eine Luftzufuhr zu dem Regenerierabschnitt vorgesehen. Man kann diesen Regenerations-Betriebsmodus damit auch als lastfreien Zustand und/oder als produktionsfreien Zustand bezeichnen, um insbesondere die Stöchiometrie des luftbasierten Regeneriergases so anzupassen, dass eine ideale Regeneration des festen Kohlenstoffs im Regenerierabschnitts in chemischer und/oder physikalischer Weise erfolgt.

[0025] Weitere Vorteile können ebenfalls erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren im Reduktions-Betriebsmodus die Stromzufuhr über eine definierte Reduktionsdauer und/oder über eine definierte Reduktionsrampe reduziert wird. Darunter ist zu verstehen, dass beispielsweise eine definiert vorgegebene Zeit verwendet wird, die als Reduktionsdauer eingehalten wird. Auch flexible Anpassungen, beispielsweise über eine Reduktionsrampe, welche den Ausgangsstromwert auf den gewünschten Zielstromwert, beispielsweise ein kompletter Stopp der Stromzufuhr, vorgesehen sein kann. Der Reduktions-Betriebsmodus kann entsprechend von unterschiedlichen Variablen, wie Betriebsinformationen, Betriebszeit, Temperaturen

oder insbesondere sogar Messwerten hinsichtlich der Schichtdicke der Rußablagerungen, abhängig gemacht werden.

[0026] Vorteile bringt es darüber hinaus mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren im Regenerations-Betriebsmodus wenigstens ein Betriebsparameter das Co-Elektrolysesystem als Regenerationsparameter überwacht wird, wobei die Regenerationsdauer an den wenigstens einen überwachten Regenerationsparameter angepasst wird. Die Regeneration selbst wird also nun flexibel an den tatsächlichen Zustand des Co-Elektrolysesystems und insbesondere des Regenerierabschnitts angepasst. Dies führt zu einer Effizienzsteigerung und insbesondere zu einer Anpassung des erzwungenen Betriebsausfalls bei der Produktion des Synthesegases auf die ideale Regenerationsdauer. Die Regenerationsparameter sind dabei insbesondere Betriebsparameter, welche auch im normalen Betrieb des Co-Elektrolyseverfahrens erfasst werden.

[0027] Bei einem Regelverfahren gemäß dem voranstehenden Absatz kann es Vorteile mit sich bringen, wenn als Regenerationsparameter der Druckverlust über einen Wärmetauscher als Bestandteil des Regenerierabschnitts überwacht wird. Ist ein Wärmetauscher Teil des Regenerierabschnitts, so kann Rußablagerung dazu führen, dass sich an diesem Wärmetauscher die Leitungsquerschnitte für die Gasförderung mit der Zeit verengen. Ein Druckverlust über den Wärmetauscher kann damit indirekt Rückschlüsse für diese verbleibendenden freien Leitungsquerschnitte und damit in indirekter Weise über die aufgebaute Schichtdicke zulassen. Je größer der Druckverlust ist, umso größer ist entsprechend die Schichtdicke und entsprechend höher ist der notwendige Regenerieraufwand. Diese Information kann auch im normalen Betrieb überwacht werden und damit, wie später noch erläutert, als Auslöser für die Regenerationsaufforderung dienen. In einfachster Weise ist dies durch zwei Drucksensoren vor und nach dem Wärmetauscher im Regenerierabschnitt umsetzbar.

[0028] Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem Regelverfahren gemäß einem der beiden voranstehenden Absätze als Regenerationsparameter eine Rezirkulationsmenge von Produktgas in einem Rezirkulationsabschnitt überwacht wird. Dadurch ist es möglich, auf Ablagerungen rückzuschließen. Insbesondere wird hierfür ein Massenstrom an rezyklierten Produktgas oder Synthesegas bestimmt. Dieser wird sich bei gleichbleibenden Ejektoreinstellungen reduzieren, wenn der Druckverlust im Rezirkulationsabschnitt steigt. Me im voranstehenden Absatz kann auch die Rezirkulationsmenge entsprechend für die Auslösung einer Regenerationsaufforderung für die Durchführung der Regeneration eingesetzt werden.

[0029] Weitere Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren im Normal-Betriebsmodus wenigstens ein Betriebsparameter des Co-Elektrolysesystems als Regenerationsparameter überwacht wird, wobei auf Basis des wenigstens einen überwachten Regenerationsparameters die Regenerationsaufforderung zur Erfassung erzeugt wird. Damit kann es sich um ein in das Regelverfahren integriertes Auslösesystem handeln, sodass im normalen Betrieb des Co-Elektrolysesystems kontinuierlich in indirekter Weise die Rußschichtdicke qualitativ überwacht werden kann. Insbesondere durch die genannten Regenerationsparameter in Form des Förderdrucks, der Förderleistung und/oder des Druckverlusts an einem Wärmetauscherabschnitt, kann somit im normalen Betrieb exakt bestimmt werden, zu welchem Zeitpunkt eine Regeneration vorteilhaft oder sogar notwendig ist. Somit wird Teil des Regelverfahrens eine Selbstauslösung sein, sodass beim Erkennen einer unerwünscht hohen Schichtdicke an Ruß in dem Regenerierabschnitt nun die Regenrationsaufforderung erzeugt und entsprechend durch deren Erfassung die weiteren Schritte des Regelverfahrens ausgelöst werden.

[0030] Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren im Regenerations-Betriebsmodus neben Luft wenigstens eine der folgenden Gaskomponenten zugesetzt werden:

- Wasserstoff, - Kohlenstoffdioxid, - Stickstoff.

[0031] Dies führt dazu, dass bei der voranstehenden, nicht abschließenden Liste, nun ein oder 7129

mehrere zusätzliche Komponenten die Regeneration verbessern und/oder beschleunigen können. Das Verbessern und/oder Beschleunigen dient dazu, den Betriebsausfall zu reduzieren und den Regenerationseffekt zu steigern. Insbesondere ist es auf diese Weise möglich, den Regenerationsvorgang in physikalischer und/oder chemischer Weise zu unterstützen, beispielsweise eine die Regeneration fördernde Stöchiometrie im Regenerierabschnitt zu optimieren oder unerwünschte Nebeneffekte zu reduzieren.

[0032] Weiter von Vorteil ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelverfahren zwischen dem Reduktions-Betriebsmodus und dem Regenerations-Betriebsmodus und/oder im Anschluss an den Regenerations-Betriebsmodus und vor dem Rückführen in den Normal-Betriebsmodus des Co-Elektrolysesystems in einem Zusatzgenerations-Betriebsmodus geregelt wird, in welchem an Stelle der Luft Wasserdampf für eine Zusatzregenerationsdauer durch den Regenerierabschnitt des Produktgasabführabschnitts geführt wird. Mit anderen Worten wird nun dem regulären Regenerations-Betriebsmodus mit Luft eine zusätzliche Regeneration mit anderer Funktionsweise vor- oder nachgeschaltet, sodass der gesamte Regenerationseffekt weiter verbessert werden kann. Dies kann bei jeder durchgeführten Regeneration oder aber gezielt nur bei manchen Regenerationsdurchgängen erfolgen. Dies erlaubt es weiter, auf diese Weise mit unterschiedlichen Regenerationswirkungsweisen einen quantitativ höheren Regenerationseffekt zu erzielen. Wasserdampf kann dabei über separate Leitungen zugeführt werden oder über eine separate zusätzliche oder auch bestehende Verbindungsleitung aus dem im regulären NormalBetriebsmodus vorhandenen Wasserdampf zur Verfügung gestellt sein.

[0033] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen die Schritte eines erfindungsgemäßen Regelverfahrens durchzuführen. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich und mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Regelverfahren erläutert worden sind.

[0034] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Regelvorrichtung für eine Regelung des Betriebs eins Co-Elektrolysesystems mit wenigstens einem Elektrolysestapel. Der Elektrolysestapel, aufweisend einen Luftabschnitt mit einem Luftzuführabschnitt für eine Zufuhr von Zuluft und einem Luftabführabschnitt für eine Abfuhr von Abluft. Der Elektrolysestapel, weiter aufweisend einen Reaktantenabschnitt mit einem Reaktantenzuführabschnitt für eine Zufuhr von Reaktantenzuführgas und mit einem Produktgasabführabschnitt für eine Abfuhr von Synthesegas. Die Regelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassungsmodul für ein Erfassen einer Regenerationsaufforderung vorgesehen ist zur Regeneration wenigstens eines Regenerierabschnitts des Produktgasabführabschnitts. Weiter ist ein Reduktionsmodul vorgesehen für ein Regeln des Co-Elektrolysesystems über einen Reduktions-Betriebsmodus mit sich reduzierender Stromzufuhr in einen Regenerations-Betriebsmodus. Mit Hilfe eines Regenerationsmoduls erfolgt ein Führen von Luft zumindest durch den Regenerierabschnitt des Produktgasabführabschnitts für ein Regenerieren von festem Kohlenstoff in diesem Regenerierabschnitt im Regenerations-Betriebsmodus für eine Regenerationsdauer. Final ist ein Steigerungsmodul vorgesehen für ein Regeln des Co-Elektrolysesystems am Ende der Regenerationsdauer aus dem Regenerations-Betriebsmodus in den Normal-Betriebsmodus. Dabei sind das Erfassungsmodul, das Reduktionsmodul, das Regenerationsmodul und/oder das Steigerungsmodul für eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Regelverfahrens ausgebildet. Eine solche Regelvorrichtung bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Regelverfahren erläutert worden sind.

[0035] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Co-Elektrolysesystem mit wenigstens einem Elektrolysestapel, aufweisend einen Luftabschnitt mit einem Luftzuführabschnitt für eine Zufuhr von Zuluft und mit einem Luftabführabschnitt für eine Abfuhr von Abluft. Weiter weist der Elektrolysestapel einen Reaktantenabschnitt mit einem Reaktantenzuführabschnitt für eine Zufuhr von Reaktantenzuführgas und mit einem Produktgasabführabschnitt für eine Abfuhr von Synthesegas auf. Ein solches Co-Elektrolysesystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung vorgesehen ist. Damit bringt ein solches Co-Elektrolysesystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine solche Regelvorrichtung

wie auch mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Regelverfahren erläutert worden sind. Ein erfindungsgemäßes Co-Elektrolysesystem lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der Reaktantenzuführabschnitt und/oder der Produktgasabführabschnitt einen Zusatzanschluss aufweist für eine Zufuhr von Luft in den Regenerierabschnitt des Produktgasabführabschnitts. Es kann sich dabei um eine Querverbindung zum bestehenden Zuluftanschluss und/oder einen separaten Anschluss beispielsweise an die Umgebung handeln.

[0036] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

[0037] Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Co-Elektrolysesystems, [0038] Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung,

[0039] Fig. 3 die Ausführungsform der Figur 2 in einem weiteren Regelschritt,

[0040] Fig. 4 die Ausführungsform der Figuren 2 und 3 in einem weiteren Regelschritt, [0041] Fig. 5 die Ausführungsform der Figur 1 in einem Reduktionsbetrieb,

[0042] Fig. 6 die Ausführungsform der Figuren 1 und 5 in einem Regenerationsbetrieb, [0043] Fig. 7 die Ausführungsform der Figuren 1, 5 und 6 in einem Steigerungsbetrieb, [0044] Fig. 8 die Ausführungsform der Figuren 1, 5, 6 und 7 in andere Regenerationsbetrieb, [0045] Fig. 9 eine Variante einer Regelvorrichtung,

[0046] Fig. 10 eine Variante einer Regelvorrichtung, und

[0047] Fig. 11 die Ausführungsform der Figuren 1, 5, 6, 7 und 8 in einem Zusatzregenerationsbetrieb.

[0048] Die Figur 1 zeigt schematisch eine mögliche Ausbildung eines Co-Elektrolysesystems 100. Dieses ist hier mit einer Mehrzahl von beispielsweise vier Elektrolysestapeln 110 ausgebildet, wobei jeder der Elektrolysestapel 110 sich in einen Luftabschnitt 120 und einen Reaktantenabschnitt 130 aufteilen lässt. Der Luftabschnitt 120 ist mit einem Luftzuführabschnitt 122 ausgestattet, über welchen Zuluft ZL beispielsweise von der Umgebung zugeführt werden kann. Bei der Umsetzung unter Stromzufuhr SZ in den Elektrolysestapel 110 entsteht Abluft AL, welche aus dem Luftabschnitt 120 über den Abluftabschnitt 124 abgeführt werden kann. Ähnlich wird auf der Reaktantenseite nun ein Reaktantenzuführgas RZG zuführbar, welches über den Reaktantenzuführabschnitt 132 dem Reaktantenabschnitt 130 zugeführt wird. Ebenfalls unter Umsetzung der Stromzufuhr SZ entsteht Produktgasabgas als Synthesegas SG, welches in dem Produktgasabführabschnitt 134 über den Regenerierabschnitt 135 abgeführt wird. Der Regenerierabschnitt 135 enthält hier insbesondere einen Wärmetauscher 136, welcher eine definierte Kühlung durch den bereits genannten kritischen Temperaturbereich für die Rußbildung zwischen 300 Grad Celsius und 800 Grad Celsius durchführt.

[0049] Erfindungsgemäß ist hier eine Regelvorrichtung 10 vorgesehen, welche in der Lage ist, die einzelnen Gasströme durch Ventilstellungen so zu beeinflussen, dass die unterschiedlichen Betriebsmodi eingestellt werden können. Die Figur 1 zeigt dabei den Normal-Betriebsmodus NMB, wobei unter Stromzufuhr SZ über einen Stromanschluss 140 die Elektrolysestapel 110 mit Strom versorgt werden.

[0050] Auf diese Weise ist es möglich, dass unter Zuführung der Zuluft ZL innerhalb der ElektroIysestapel 120 eine Umsetzung von Reaktantenzuführgas RZG, insbesondere unter der Umsetzung von Kohlenstoffdioxid, durchgeführt wird. Das erzeugte Synthesegas SG enthält dabei CO und H2 und kann nun abgeführt und an einen nicht näher dargestellten Synthetisierprozess weitergegeben werden. Die Normal-Betriebsmodi sind also bei Zuführung von Zuluft und Reaktantenzuführgas RZG unter der Nutzung der Stromzufuhr SZ eine Erzeugung von Abluft AL und einer Erzeugung von Synthesegas SG gegeben.

[0051] Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen nun einen Ablauf eines Regelverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Sobald eine Regenerationsaufforderung RGA erfasst wird, beispielsweise durch manuelles Auslösen, durch fest vorgegebenen Zeitpunkt und/oder durch eine flexible Auslösung anhand von Regenerationsparametern RGP, kann ein Erfassungsmodul 20 diese Information im Reduktionsmodul 30 dazu nutzen, dass das Co-Elektrolysesystem 100 nun in einem Regenerations-Betriebsmodus RGB versetzt wird. Sobald die Reduktion ausreichend durchgeführt ist, wird das Regenerationsmodul 40 im Regenerations-Betriebsmodus RGB für die Regenerationsdauer RGD eine Regeneration durchführen und entsprechend die Luft durch den Regenerationsabschnitt 135 führen. Dies ist später noch näher erläutert. Sobald die Regenerationsdauer RGD abgeschlossen ist, wird das Steigerungsmodul 50, wie in der Figur 4 gezeigt, insbesondere über einen Steigerungs-Betriebsmodus STB das Co-Elektrolysesystem 100 nun wieder in den Normal-Betriebsmodus NMB zurückführen.

[0052] In der Figur 5 ist schematisch ein Reduktions-Betriebsmodus RDB dargestellt. We anhand der im Vergleich zu Figur 1 kleineren Pfeile an der der Stromzufuhr SZ erkannt werden kann, wird eine Reduktion der Stromzufuhr SZ über Stufen oder Rampen durchgeführt und gleichzeitig auch das Reaktantenzuführgas RZG, langsam in der Fördermenge reduziert. Sobald ein Minimum oder sogar ein auf null setzen von Stromzufuhr SZ und insbesondere Reaktantenzuführgas RZG erfolgt ist, kann der Regenerationsbetrieb RGB starten.

[0053] Die Figur 6 zeigt einen solchen Regenerations-Betriebsmodus RGB einer ersten Ausführungsform bei welcher nun kein Reaktantenzuführgas RZG und auch keine Stromzufuhr SZ mehr zur Verfügung gestellt sind. Vielmehr wird nun Luft L in Form von Zuluft ZL, in der beschriebenen Weise, insbesondere hier über eine Querverbindung dem Reaktantenzuführabschnitt 132 und dem Reaktantenabschnitt 130, der Elektrolysestapel 110 und damit dem Regenerierabschnitt 135 des Produktgasabschnitts 134 zur Verfügung gestellt. Diese durchströmt dabei bei dieser Ausführung insbesondere den Wärmetauscher 136 und kann dann dort die gewünschten physikalischen und/oder chemischen Regenerationsvorgänge durchführen. Das Regenerationsgas RG, welches hier aus Luft L und dem abzutransportierenden Regenerationsergebnis, also entweder mit gefördertem Kohlenstoff oder entsprechenden Reaktionsprodukten, beispielsweise zu Kohlenstoffdioxid verbranntem Kohlenstoff, besteht, wird über den Anschluss für Synthesegas SG abgeführt.

[0054] Sobald die Regeneration abgeschlossen ist, weil zum Beispiel eine vorgegebene Regenerationsdauer RGD abgeschlossen ist oder weil flexible Regenerationsparameter RGP einen Hinweis auf den Abschluss der Regeneration geben, erfolgt hier ein Steigerungsbetrieb STB gemäß der Figur 7. Es wird die Querverbindung zum Reaktantenzuführabschnitt 132 deaktiviert und langsam die Stromzufuhr SZ und das Reaktantenzuführgas angefahren. Sobald die gewünschten Werte erreicht sind, ist der Normal-Betriebsmodus NMB gemäß der Figur 1 wieder erreicht und es kann ein Normalbetrieb durchgeführt werden.

[0055] Die Figur 8 zeigt eine Variante des Regenerations-Betriebsmodus RGB. Hier ist ein separater Zusatzanschluss 137 vorgesehen, über welchen Luft L aus der Umgebung angesaugt werden kann. Dieses wird hier direkt dem Regenerierabschnitt 137 zugeführt.

[0056] In der Figur 9 und 10 sind weitere Ergänzungen in der Regelvorrichtung 10 dargestellt. So kann ein Regenerationsparameter RGP, beispielsweise der Förderdruck, die Förderleistung und/oder der Druckverlust von einem Wärmetauscher 136 als Regenerationsparameter überwacht werden. Da dieser Regenerationsparameter RGP damit qualitative Hinweise auf die Ablagerung von Kohlenstoff gibt, kann entsprechend flexibel und zielgerichtet eine Regenerationsaufforderung RGH erzeugt werden, und zwar immer dann, wenn dies notwendig ist. Die Regelvorrichtung 10 wird also nun bedarfsgerecht die Regeneration durchführen.

[0057] Zusätzlich oder alternativ kann, wie die Figur 10 es zeigt, auch die Regenerationsdauer RGD in ähnlicher Weise angepasst werden. So kann nun überwacht werden, wie das Voranschreiten der Regeneration erfolgreich ist. Der Regenerationsparameter RGP, beispielsweise wieder die Rezirkulationsmenge, die Förderleistung, der Förderdruck, ein Temperaturanstieg während der Regeneration, ein CO2-Anstieg und/oder der Druckverlust in einem Wärmetauscher

136 werden überwacht und entsprechend damit die sich abbauende Schichtdicke erkennbar. Sobald die Schichtdicke des abgelagerten Kohlenstoffs auf das gewünschte Minimum reduziert worden ist, kann die Regenerationsdauer RGD nun als abgeschlossen erachtet und entsprechend das Regenerationsverfahren beendet werden.

[0058] Die Figur 11 zeigt eine zusätzliche Option, bei welcher im Anschluss an den Regenerationsbetrieb RGB ein Zusatzregenerations-Betriebsmodus ZGB durchgeführt werden kann. So ist hier eine zusätzliche Zufuhr von Wasserdampf WD möglich. Dieser Wasserdampf kann nun zusätzlich und im Anschluss an den Abschluss des regulären Regenerations-Betriebsmodus RGB über den Regenerierabschnitt 135 geführt werden und eine Zusatzregeneration durchführen.

[0059] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Regelvorrichtung

20 Erfassungsmodul

30 Reduktionsmodul

40 Regenerationsmodul 50 Steigerungsmodul

100 Co-Elektrolysesystem 110 Elektrolysestapel

120 Luftabschnitt

122 Luftzuführabschnitt 124 Luftabführabschnitt 130 Reaktantenabschnitt 132 Reaktantenzuführabschnitt 134 Produktgasabführabschnitt 135 Regenerierabschnitt 136 Wärmetauscher

137 Zusatzanschluss

140 Stromanschluss

150 Kühlabschnitt

152 Kühlzufuhr

154 Kühlabfuhr

160 Reguliergasanschluss 170 Rückführgas

180 Naturgasanschluss 190 Schutzgasanschluss

ZL Zuluft

AL Abluft

RZG Reaktantenzuführgas

SG Synthesegas

WD Wasserdampf

RG Regeneriergas

SZ Stromzufuhr

L Luft

RGA Regenerationsaufforderung NMB Normal-Betriebsmodus

RDB Reduktions-Betriebsmodus RGB Regenerations-Betriebsmodus ZGB Zusatzregenerations-Betriebsmodus STB Steigerungs-Betriebsmodus

RDD Reduktionsdauer RGD Regenerationsdauer

RGP Regenerationsparameter

Patentansprüche

1. Regelverfahren für eine Regelung des Betriebs eines Co-Elektrolysesystems (100) mit wenigstens einem Elektrolysestapel (110), aufweisend einen Luftabschnitt (120) mit einem Luftzuführabschnitt (122) für eine Zufuhr von Zuluft (ZL) und einem Luftabführabschnitt (124) für eine Abfuhr von Abluft (AL), weiter aufweisend einen Reaktantenabschnitt (130) mit einem Reaktantenzuführabschnitt (132) für eine Zufuhr von Reaktantenzuführgas (RZG) und einen Produktgasabführabschnitt (134) für eine Abfuhr von Synthesegas (SG), das Regelverfahren gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Erfassen einer Regenerationsaufforderung (RGA) zur Regeneration wenigstens eines Zu regenerierenden Regenerierabschnitts (135) des Produktgasabführabschnitts (134),

- Regeln des Co-Elektrolysesystems (100) über einen Reduktions-Betriebsmodus (RDB) mit sich reduzierender Stromzufuhr (SZ) in einen Regenerations-Betriebsmodus (RGB),

- Führen von Luft (L) zumindest durch den Regenerierabschnitt (135) des Produktgasabführabschnitts (134) für ein Regenerieren von festem Kohlenstoff in diesem Regenerierabschnitt (135) im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) für eine Regenerationsdauer (RGD),

- Regeln des Co-Elektrolysesystems (100) am Ende der Regenerationsdauer (RGD) aus dem Regenerations-Betriebsmodus (RGB) in einen Normal-Betriebsmodus (NMB).

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang aus dem Regenerations-Betriebsmodus (RGB) in den Normal-Betriebsmodus (NMB) über einen Steigerungs-Betriebsmodus (STB) mit steigernder Stromzufuhr geregelt wird.

3. Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft (L) im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) an wenigstens einem Strömungsabschnitt des Co-Elektrolysesystems (100) vorbei, insbesondere an dem wenigstens einen Elektrolysestapel (110) vorbei, zu dem Regenerierabschnitt (135) geführt wird.

4. Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft (L) im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) durch den Reaktantenabschnitt (130) des Elektrolysestapels (110) geführt wird.

5. Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) wenigstens einer der folgenden Regeleingriffe erfolgt:

- Reduzierte Stromzufuhr zum Elektrolysestapel (110)

- Ausgeschaltete Stromzufuhr zum Elektrolysestapel (110)

- Reduzierte Zufuhr an Reaktantenzuführgas (RZG), insbesondere Kohlenstoffdioxid

- Ausgeschaltete Zufuhr an Reaktantenzuführgas (RZG), insbesondere Kohlenstoffdioxid

6. Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Reduktions-Betriebsmodus (RDB) die Stromzufuhr über eine definierte Reduktionsdauer (RDD) und/oder über eine definierte Reduktionsrampe reduziert wird.

7. Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) wenigstens ein Betriebsparameter des CoElektrolysesystems (100) als Regenerationsparameter (RGP) überwacht wird, wobei die Regenerationsdauer (RGD) an den wenigstens einen überwachten Regenerationsparameter (RGP) angepasst wird.

8. Regelverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Regenerationsparameter (RGP) der Druckverlust über einen Wärmetauscher (136) als Bestandteil des Regenerierabschnitts (135) überwacht wird.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

AT 528 647 A4 2026-04-15

Regelverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Regenerationsparameter (RGP) eine Rezirkulationsmenge von Produktgas in einem Rezirkulationsabschnitt überwacht wird.

Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Normal-Betriebsmodus (NMB) wenigstens ein Betriebsparameter des Co-Elektrolysesystems (100) als Regenerationsparameter (RGP) überwacht wird, wobei auf Basis des wenigstens einen überwachten Regenerationsparameters (RGP) die Regenerationsaufforderung (RGA) zur Erfassung erzeugt wird.

Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) der Luft (L) wenigstens eine der folgenden Gaskomponenten zugesetzt werden:

- Wasserstoff - Kohlenstoffdioxid - Stickstoff

Regelverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Reduktions-Betriebsmodus (RDB) und dem Regenerations-Betriebsmodus (RGB) und/oder im Anschluss an den Regenerations-Betriebsmodus (RGB) und vor dem Rückführen in den Normal-Betriebsmodus (NMB) das Co-Elektrolysesystem (100) in einem Zusatzregenerations-Betriebsmodus (ZGB) geregelt wird, in welchem anstelle der Luft (L) Wasserdampf (WD) für eine Zusatzregenerationsdauer durch den Regenerierabschnitt (135) des Produktgasabführabschnitts (134) geführt wird.

Computerprogrammprodukt, aufweisend Befehle, welche bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte eines Regelverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.

Regelvorrichtung (10) für eine Regelung des Betriebs eines Co-Elektrolysesystems (100) mit wenigstens einem Elektrolysestapel (110), aufweisend einen Luftabschnitt (120) mit einem Luftzuführabschnitt (122) für eine Zufuhr von Zuluft (ZL) und einem Luftabführabschnitt (124) für eine Abfuhr von Abluft (AL), weiter aufweisend einen Reaktantenabschnitt (130) mit einem Reaktantenzuführabschnitt (132) für eine Zufuhr von Reaktantenzuführgas (RZG) und einen Produktgasabführabschnitt (134) für eine Abfuhr von Synthesegas (SG), die Regelvorrichtung (10), gekennzeichnet durch ein Erfassungsmodul (20) für ein Erfassen einer Regenerationsaufforderung (RGA) zur Regeneration wenigstens eines Regenerierabschnitts (135) des Produktgasabführabschnitts (134), ein Reduktionsmodul (30) für ein Regeln des Co-Elektrolysesystems (100) über einen Reduktions-Betriebsmodus (RDB) mit sich reduzierender Stromzufuhr in einen Regenerations-Betriebsmodus (RGB), ein Regenerationsmodul (40) für Führen von Luft (L) zumindest durch den Regenerierabschnitt (135) des Produktgasabführabschnitts (134) für ein Regenerieren von festem Kohlenstoff in diesem Regenerierabschnitt (135) im Regenerations-Betriebsmodus (RGB) für eine Regenerationsdauer (RGD) und ein Steigerungsmodul (50) für ein Regeln des Co-Elektrolysesystems (100) am Ende der Regenerationsdauer (RD) aus dem Regenerations-Betriebsmodus (RGB) in den Normal-Betriebsmodus (NMB), wobei das Erfassungsmodul (20), das Reduktionsmodul (30), das Regenerationsmodul (40) und/oder das Steigerungsmodul (50) für eine Ausführung eines Regelverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet sind.

Co-Elektrolysesystem (100) mit wenigstens einem Elektrolysestapel (110), aufweisend einen Luftabschnitt (120) mit einem Luftzuführabschnitt (122) für eine Zufuhr von Zuluft (ZL) und einem Luftabführabschnitt (124) für eine Abfuhr von Abluft (AL), weiter aufweisend einen Reaktantenabschnitt (130) mit einem Reaktantenzuführabschnitt (132) für eine Zufuhr von Reaktantenzuführgas (RZG) und einen Produktgasabführabschnitt (134) für eine Abfuhr von Synthesegas (SG), gekennzeichnet durch eine Regelvorrichtung (10) mit den Merkmalen des Anspruchs 14 zur Durchführung eines Regelverfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 12.

14129

16. Co-Elektrolysesystem (100) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, der Reaktantenzuführabschnitt (132) und/oder der Produktgasabführabschnitt (134) einen Zusatzanschluss (137) aufweist für eine Zufuhr von Luft (L) in den Regenerierabschnitt (135) des Produktgasabführabschnitts (134).

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

Neue Patentansprüche

- Reduzierte Stromzufuhr zum Elektrolysestapel (110)

- Ausgeschaltete Stromzufuhr zum Elektrolysestapel (110)

27129 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

10.

11.

12.

13.

14.

15.

AT 528 647 A4 2026-04-15

- Wasserstoff - Kohlenstoffdioxid - Stickstoff

ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE