DE10010071A1 - Gaserzeugungsvorrichtung - Google Patents

Gaserzeugungsvorrichtung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gaserzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einses wasserstoffreichen, kohlenmonoxidarmen Gases aus einem Wasser/Brennstoff-Gemisch durch katalytische Wasserdampfreformierung und/oder aus einem Sauerstoff/Brennstoff-Gemisch durch partielle Oxidation, wobei die Gaserzeugungsvorrichtung mindestens einen Reformierungsreaktor, einen CO-Shift-Reaktor mit zugehöriger Kühlvorrichtung und eine Gasreinigungseinheit zur selektiven katalytischen Oxidation des Kohlenmonoxids im wasserstoffhaltigen Gas mit zugehöriger Kühlvorrichtung umfaßt. Erfindungsgemäß ist der Gaserzeugungsvorrichtung eine Brennstoffzelle nachgeschaltet, wobei die zum CO-Shift-Reaktor gehörige Kühlvorrichtung mit dem Kathodenabluftsystem und die zur Gasreinigungseinheit gehörige Kühlvorrichtung mit dem Anodenabgasstrom beaufschlagt ist. Weiterhin wird ein Verfahren zum Starten der Gaserzeugungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei beim Start lediglich Brennstoff und Luft in den Reformierungsreaktor zugegeben wird und die Brennstoffzelle mit Hilfe einer Bypassleitung umgangen wird. Nach der Startphase wird zusätzlich Wasser in den Reformierungsreaktor zugegeben und die Bypassleitung geschlossen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gaserzeugungsvorrich­ tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Ver­ fahren zum Starten einer solchen Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 8.
Brennstoffzellen besitzen gegenüber Verbrennungskraftmaschinen wegen ihrer Funktionsweise einen höheren energetischen Wir­ kungsgrad, weshalb sie zunehmend für die Stromerzeugung einge­ setzt werden. Dieses schließt sowohl stationäre als auch mobile Anwendungen ein. Brennstoffzellen werden üblicherweise mit Was­ serstoff betrieben. Da dieser nur schwer zu speichern ist, ver­ sucht man gerade für mobile Anwendungen, wie Kraftfahrzeuge, den Wasserstoff in Form von flüssigen Kraftstoffen bzw. Brenn­ stoffen zu speichern. Derartige Kraftstoffe sind beispielsweise reine Kohlenwasserstoffe oder Alkohole. Für mobile Anwendungen wird heute überwiegend Methanol eingesetzt, das in einer Gaser­ zeugungsvorrichtung in Wasserstoff und CO2 gespalten wird. Der so erzeugte Wasserstoff wird dann für den Betrieb einer Brenn­ stoffzelle eines Fahrzeuges verwendet. Von Nachteil ist dabei jedoch die noch fehlende Methanolinfrastruktur und die geringe Speicherdichte von Methanol im Vergleich zu erdölbasierten Kraftstoffen. Auch wird der hohe energetische Wirkungsgrad ei­ nes Methanol-Brennstoffzellensystems durch die vorgelagerte Methanolherstellung nahezu egalisiert. Die Wasserstofferzeugung aus konventionellen flüssigen Treibstoffen wie Benzin, Diesel oder LPG ist für ein mobiles Brennstoffzellensystem deshalb eine interessante Alternative. Ein solches Brennstoffzellensystem umfaßt eine Brennstoffzelle mit Kühlmedienanschluß und Luftver­ sorgung sowie eine Gaserzeugungsvorrichtung.
Aus der US 4,891,187 A1 ist ein Gaserzeugungsvorrichtung mit einem Reformierungsreaktor zur Herstellung eines wasserstoff­ reichen Gases aus einem Brennstoff, Wasser und Sauerstoff, mit einem Shift-Reaktor zur Umwandlung von Kohlenmonoxid mit Hilfe von Wasser in Wasserstoff und mit einer nachgeschalteten Gas­ reinigungseinheit zur selektiven Oxidation von Kohlenmonoxid in dem wasserstoffreichen Gas bekannt. In den Shift-Reaktor wird Wasser aus einem nicht explizit dargestellten Wasser-Vorrats­ behälter zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gaserzeugungs­ vorrichtung mit gutem Systemwirkungsgrad, sowie ein Verfahren zum raschen Starten eines solchen Systems zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gaserzeugungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 beziehungsweise ein Verfah­ ren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen.
Durch die Erfindung wird eine Gaserzeugungsvorrichtung mit ho­ her thermischer Integration geschaffen. Die Gaserzeugungsvor­ richtung zur Erzeugung eines wasserstoffreichen Gases umfaßt einen Reformierungsreaktor zur katalytischen Wasserdampfrefor­ mierung und/oder partiellen Oxidation eines Brennstoffs und ei­ ne sich daran anschließende Gasreinigung mittels eines CO- Shift-Reaktors und eine nachgeschaltete Gasreinigungseinheit zur selektiven katalytischen Oxidation des Kohlenmonoxids. Das wasserstoffreiche, von Kohlenmonoxid weitgehend gereinigte Gas wird einer nachgeschalteten Brennstoffzelle zugeführt. Die für den Reformierungsreaktor benötigte thermische Energie wird durch einen katalytischen Brenner bereitgestellt, in dem der Anodenabgasstrom und der Kathodenabluftstrom der Brennstoffzel­ le katalytisch oxidiert wird und somit alle brennbaren Bestand­ teile aus den Abgasen entfernt werden. Der Anodenabgasstrom wird vor dem Eintritt in den katalytischen Brenner zur Kühlung der Gasreinigungseinheit verwendet. Gleichzeitig wird der Ka­ thodenabluftstrom vor dem Eintritt in den katalytischen Brenner zur Kühlung des CO-Shift-Reaktors eingesetzt. Dadurch werden die Brennstoffzellenabgase vor dem Eintritt in den katalyti­ schen Brenner vorgewärmt. Dies ermöglicht eine hohe Verbren­ nungstemperatur und einen hohen Umsatz der Restkohlenwasser­ stoffe ohne die Stöchiometrie der Brennstoffzelle selbst erhö­ hen zu müssen, was insbesondere in einem System mit partieller Oxidation eines Brennstoffes wichtig ist. Dadurch kann die Ga­ serzeugungsvorrichtung mit einem guten Gesamtwirkungsgrad be­ trieben werden. Weiterhin kann auf andere Kühlkreisläufe für den CO-Shift-Reaktor und die Gasreinigungseinheit verzichtet werden, was gleichzeitig zu einer Kompaktierung der Gaserzeu­ gungsvorrichtung und einer Verbesserung des Wärmehaushaltes führt. Für die Kühlung der selektiven Oxidation sind jedoch weitere Kühlkreise dann nötig, falls die CO-Eingangskonzen­ tration zu hoch ist.
Eine weitere Vereinfachung des Wärmehaushaltes wird dadurch er­ reicht, daß die Energie des Abgases des katalytischen Brenners und/oder des aus dem Reformierungsreaktor austretenden Refor­ matgasstromes zur Eduktvorwärmung verwendet wird. Das Abgas des katalytischen Brenners wird an die Umgebung abgegeben und ist damit für das System verloren. Das Einbringen solcher Restener­ gie durch die Eduktvorwärmung erhöht somit weiter den Gesamt­ wirkungsgrad.
Das Verdampfen von Wasser zusammen mit der Lufterhitzung spart ein Bauteil. Dies führt zu einem kleineren Druckverlust im Ab­ gasstrang und somit zu einem höheren Wirkungsgrad. Die thermo­ mechanische Beanspruchung dieses Bauteiles ist ebenfalls gerin­ ger.
Das Vorsehen einer schaltbaren Bypassleitung um die Brennstoff­ zelle ermöglicht es, während der Startphase die Gaserzeugungs­ vorrichtung unabhängig von der Brennstoffzelle aufzuwärmen. Da­ mit wird gewährleistet, daß die Brennstoffzelle durch die er­ höhte CO-Konzentration während der Startphase nicht beschädigt wird. Während der Startphase wird gleichzeitig die Zufuhr von Wasser in den Reformierungsreaktor unterbunden, weil eine Was­ serverdampfung in dem noch kalten Bauteil noch nicht möglich ist.
Durch die Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases in den CO- Shift-Reaktor kann während der Startphase eine zusätzliche Oxi­ dationsreaktion im CO-Shift-Reaktor initiiert werden und somit zusätzliche thermische Energie für die Aufheizphase bereitge­ stellt werden. Den gleichen Effekt erreicht man dadurch, daß man während der Startphase in die Gasreinigungseinheit eine Menge an sauerstoffhaltigem Gas zuführt, die die für die selek­ tive Oxidation des Kohlenmonoxids benötigte Menge übersteigt. Dadurch wird zusätzlich ein Teil des bereits erzeugten wasser­ stoffreichen Gases in der Gasreinigungseinheit oxidiert und so­ mit die Gasreinigungseinheit schneller erwärmt.
Weitere Vorteile und Ausführungsbeispiele gehen aus den Un­ teransprüchen und der Beschreibung hervor.
Die in der Zeichnung als Prinzipdarstellung gezeigte erfin­ dungsgemäße Gaserzeugungsvorrichtung 1 umfaßt einen Reformierungsreaktor 2, einen CO-Shift-Reaktor 4, eine zweistufige Gas­ reinigungseinheit 5a, 5b, sowie einen katalytischen Brenner 6 und einen Verdampfer 8. An die Gaserzeugungsvorrichtung 1 ist mindestens eine Brennstoffzelle 9 angeschlossen, die eine Anode 9a, eine Kathode 9b und einen von einem Kühlmedium durchström­ ten Kühlraum 9c umfaßt. Der Übersichtlichkeit halber ist in der Figur nur eine einzelne Brennstoffzelle dargestellt, jedoch ist in der Praxis ein aus einem Stapel mehrerer Brennstoffzellen gebildeter Brennstoffzellenblock vorgesehen (sogenannter 'Stack'). Weiterhin ist ein Brennstoff-Vorratsbehälter 10 und ein Wasser-Vorratsbehälter 11 vorgesehen.
Bekannterweise kann im Reformierungsreaktor 2 Wasserstoff aus einem Brennstoff durch eine partielle-Oxidations-Reformierung, nachfolgend als POX-Reformierung bezeichnet, entsprechend der Gleichung:
-(CH2)- + 1/2O2 (Luft) ⇒ H2 + CO
und/oder die endotherme Dampfreformierung entsprechend der Gleichung:
-(CH2)- + 2H2O ⇒ 3H2 + CO2
erzeugt werden. Es ist auch eine Kombination der beiden Prozes­ se möglich, die zu einer autothermen Betriebsweise führt.
Der Reformierungsreaktor 2 wird mit flüssigem Brennstoff sowie Luftsauerstoff beziehungsweise Wasser betrieben. Für die Zufüh­ rung von flüssigem Brennstoff ist der Reformierungsreaktor 2 über eine Leitung direkt mit dem Brennstoff-Vorratsbehälter 10 verbunden. Das benötigte Wasser wird aus dem Wasser-Vorratsbehälter 11 in eine Leitung zur Zuführung des Luftsauerstoffes zugegeben und anschließend im Verdampfer 8 verdampft. Der Ver­ dampfer 8 wird mit Hilfe des Abgases des katalytischen Brenners 6 beheizt.
Nach dem Durchströmen des Verdampfers 8 wird dem Wasserdampf/­ Luftgemisch in einem Wärmetauscher 3 mit Hilfe des aus dem Re­ formierungsreaktor 2 austretenden heißen Reformatgasstromes noch weitere thermische Energie zugeführt. Der Reformat­ gasstrom, das heißt das wasserstoffhaltige Gas mit Kohlenmon­ oxidanteilen, wird dabei abkühlt. Der Reformatgasstrom erfährt anschließend im Bauteil 12 durch Zuführen von Wasser aus dem Wasser-Vorratsbehälter 11 eine weitere Abkühlung. Dabei wird das Wasser in dem heißen Reformatgasstrom verdampft. Der dabei entstehende Wasserdampf wird anschließend zusätzlich zu dem be­ reits im Reformatgasstrom enthaltenden Wasserdampf für die Shiftreaktion im CO-Shift-Reaktor 4 benötigt, wobei der CO- Anteil im Reformatgasstrom mit Hilfe des Wasserdampfes mög­ lichst weitgehend zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt wird.
Der flüssige Brennstoff aus dem Brennstoff-Vorratsbehälter 10 wird vor dem Eintritt in den Reformierungsreaktor 2 nicht ver­ dampft. Vielmehr wird der flüssige Brennstoff direkt in das heiße Wasserdampf/Luftgemisch zugegeben und dabei verdampft. Zur Erhöhung der Edukttemperatur und damit zur Steigerung des Wirkungsgrades ist es jedoch auch möglich, optional einen (ge­ strichelt dargestellten) Brennstoff-Verdampfer 23 vorzusehen. Der Reformierungsreaktor 2 ist mit einem geeigneten Katalysa­ tormaterial, z. B. einem Edelmetallkatalysator befüllt. Je nach der Eduktzusammensetzung wird der Reformierungsreaktor 2 als POX-Reaktor, d. h. als Reaktor für eine reine partielle Oxidations-Reformierung, beziehungsweise zusätzlich als Wasserdampf­ reformierungsreaktor, das heißt autotherm betrieben.
Der wasserstoffhaltige Reformatgasstrom mit Kohlenmonoxidantei­ len durchläuft anschließend den CO-Shift-Reaktor 4 und die Gas­ reinigungseinheiten 5a, 5b. In den Gasreinigungseinheiten 5a, 5b wird der im Reformatgasstrom nach Durchströmen des CO-Shift- Reaktors 4 verbleibende CO-Anteil nach Zugabe eines sauerstoff­ haltigen Mediums, vorzugsweise Luftsauerstoff, über entspre­ chende Leitungen 18a, 18b selektiv oxidiert. Solche Vorrichtun­ gen zur selektiven Oxidation sind ebenso wie CO-Shift-Reaktoren aus dem Stand der Technik bekannt. Während die erste Gasreini­ gungseinheit 5a gekühlt ist wird die zweite Gasreinigungsein­ heit 5b adiabat betrieben. Optional kann hier auch ein zusätz­ licher (gestrichelt dargestellter) Wasserkühlkreislauf 24 vor­ gesehen werden. Selbstverständlich ist es weiterhin auch mög­ lich, in den CO-Shift-Reaktor 4 oder die Gasreinigungseinheiten 5a, 5b jeweils mehrere, beispielsweise auch wassergekühlte Tei­ leinheiten zu integrieren.
Der wasserstoffreiche Reformatgasstrom wird anschließend der Anode 9a Brennstoffzelle 9 zugeführt, während die Kathode 9b der Brennstoffzelle 9 über eine weitere Leitung mit einem sau­ erstoffhaltigen Gas, vorzugsweise Luftsauerstoff, versorgt wird. Zur Kühlung der Brennstoffzelle 9 ist weiterhin ein von einem Kühlmedium durchströmter Kühlraum 9c vorgesehen. In die­ sem Kühlkreislauf sind weitere Wärmetauscher 14a, 14b, 7 vorge­ sehen. Im Wärmetauscher 7 wird der aus der Gasreinigungseinheit 5b austretende Reformatgasstrom mit Hilfe des Kühlmediums weit­ gehend auf das Temperaturniveau der Brennstoffzelle 9 abge­ senkt. Hierzu ist das Kühlmedium sehr gut geeignet, da es beim Verlassen der Brennstoffzelle 9 in etwa das gleiche Temperatur­ niveau wie die Brennstoffzelle 9 selbst aufweist. Anschließend wird das Kühlmedium durch einen nicht dargestellten Kühler ab­ gekühlt. Vor dem Eintritt in die Brennstoffzelle 9 wird das Kühlmedium durch zwei weitere Wärmetauscher 14a, 14b geführt. Diese Wärmetauscher 14a, 14b werden gleichzeitig auch vom An­ odenabgasstrom beziehungsweise vom Kathodenabluftstrom durch­ strömt. Durch diese Abkühlung wird Wasser, das sich im Anoden­ abgas- beziehungsweise Kathodenabluftstrom befindet, auskonden­ siert und anschließend in entsprechenden Kondensatoren 15a, 15b abgeschieden und in den Wasser-Vorratsbehälter 11 zurückge­ führt.
Der Kathodenabluftstrom wird anschließend durch den CO-Shift- Reaktor 4 hindurch geführt, um den CO-Shift-Reaktor 4 zu kühlen und die Abluft für die Verbrennung im katalytischen Brenner 6 vorzuwärmen. Der Anodenabgasstrom wird durch die Gasreinigungs­ einheit 5a hindurch geführt, um die Gasreinigungseinheit 5 zu kühlen und das Abgas ebenfalls für die Verbrennung im katalyti­ schen Brenner 6 vorzuwärmen. Die Leitungen 21 und 22 sind mit Hilfe eines Mischers 13 vor dem katalytischen Brenner 6 zusam­ mengeführt, so daß der Restwasserstoff im Anodenabgas als Brennstoff im katalytischen Brenner 6 verwendet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlichen Luftsauerstoff oder auch zusätzlichen Brennstoff, beispielsweise aus dem Brennstoff- Vorratsbehälter 10 in den katalytischen Brenner 6 zuzuführen.
Die Vorwärmung sowohl des Anodenabgasstromes als auch des Ka­ thodenabluftstromes vor dem Eintritt in den katalytischen Bren­ ner 6 ermöglicht eine hohe Verbrennungstemperatur und einen ho­ hen Umsatz der Restkohlenwasserstoffe, ohne die Stöchiometrie der Brennstoffzelle 9 erhöhen und damit den Systemwirkungsgrad verschlechtern zu müssen. Dadurch kann insbesondere bei einem Brennstoffzellensystem mit einem partiellen Oxidationsprozess des Brennstoffes eine ausreichende Abgasreinigung bei gutem Gesamtwirkungsgrad gewährleistet werden. Weiterhin wird der Ge­ samtwirkungsgrad der beschriebenen Gaserzeugungsvorrichtung 1 durch die hohe thermische Integration erhöht.
In der Zeichnung sind der CO-Shift-Reaktor 4 und die Gasreini­ gungseinheit 5a zur Vereinfachung als Wärmetauscher darge­ stellt, die vom Kathodenabluft- beziehungsweise Anodenab­ gasstrom direkt durchströmt werden. Es ist jedoch gleichfalls möglich, vor dem CO-Shift-Reaktor 4 und/oder der Gasreinigungs­ einheit 5a separate Wärmetauscher zur Übertragung der thermi­ schen Energie aus dem Reformatgasstrom auf den Anodenabgas- be­ ziehungsweise Kathodenabluftstrom vorzusehen. Entsprechend kön­ nen die als separate Bauteile dargestellten Verdampfer 8 und katalytischer Brenner 6 auch in einem Bauteil integriert wer­ den. Zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades kann optional auch noch eine (gestrichelt dargestellter) Expansionsturbine 22 zur Rückgewinnung der im Abgas enthaltenen Energie vorgesehen wer­ den. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Expansion­ sturbine 22 zwischen katalytischem Brenner 6 und Verdampfer 8 angeordnet. Sie kann jedoch auch weiter stromab angeordnet wer­ den, wobei dann weniger Abgasenergie zurückgewonnen werden kann.
Für den Start der Gaserzeugungsvorrichtung 1 ist eine Bypass­ leitung 16 mit zugehörigem Bypassventil 17 vorgesehen. Mit Hil­ fe dieser schaltbaren Bypassleitung 16 kann der Reformat­ gasstrom unter Umgehung der Brennstoffzelle 9 direkt in den ka­ talytischen Brenner 6 geführt werden. Außerdem ist eine Leitung 20 zur Zufuhr von Luftsauerstoff direkt in den Mischer 13 vor­ gesehen, so daß während der Startphase anstelle des Kathodenab­ luftstromes dieser separate Luftstrom für den katalytischen Brenner 6 zur Verfügung gestellt wird. Somit wird während der Startphase die Brennstoffzelle 9 noch nicht von den Medienströ­ men beaufschlagt.
Zusätzlich ist zwischen dem Wasser-Vorratsbehälter 11 und dem Verdampfer 8 ein Absperrventil 21 vorgesehen, durch das während der Startphase die Zufuhr von Wasser in den Verdampfer 8 und damit auch in den Reformierungsreaktor 2 unterbunden werden kann. Somit wird der zugeführte Brennstoff während der Start­ phase durch den zugeführten Luftsauerstoff ausschließlich par­ tiell oxidiert. Die zusätzliche endotherme Wasserdampfreformie­ rung findet während der Startphase nicht statt. Somit ist es möglich, die Gaserzeugungsvorrichtung 1 beim Start schneller zu erwärmen, allerdings bei reduziertem Wirkungsgrad. Zur weiteren Verkürzung der Startphase ist es weiterhin möglich, während der Startphase über die Leitungen 18a, 18b zusätzlichen Sauerstoff in die Gasreinigungseinheit 5a, 5b einzubringen, so daß neben der selektiven Oxidation des Kohlenmonoxids zusätzlich ein Teil des erzeugten Wasserstoffs oxidiert und damit die Reaktoren schneller erwärmt werden. Zur Erwärmung des CO-Shift-Reaktors 4 kann außerdem eine zusätzliche Leitung 19 zur Zufuhr von Lufts­ auerstoff während der Startphase vorgesehen werden.
Nach dem Ende der Startphase wird die Zufuhr des zusätzlichen Luftsauerstoffs gestoppt. Außerdem wird durch Öffnen des Ab­ sperrventils 21 die Zufuhr von Wasser aus dem Wasser-Vorrats­ behälter 11 freigegeben, so daß der Reformierungsreaktor 2 in seinen autothermen Betrieb übergeht. Schließlich wird die By­ passleitung 16 durch Schließen des Bypassventils 17 geschlos­ sen, so daß der Anodenraum 9a der Brennstoffzelle 9 mit dem Re­ formatgasstrom beaufschlagt wird. Gleichzeitig wird auch die Zufuhr von Luftzufuhr in den Kathodenraum 9b gestartet, so daß die Brennstoffzelle 9 den Betrieb aufnehmen kann.
Gemäß dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel verbindet die Bypassleitung 16 die Reformatgasleitung zwischen der Gasreinigungseinheit 5b und dem Wärmetauscher 7 mit der An­ odenabgasleitung zwischen dem Kondensator 15a und der Gasreini­ gungseinheit 5a. Es ist jedoch auch möglich, daß die Bypasslei­ tung 16 bereits stromauf der Gasreinigungseinheit 5a, 5b bezie­ hungsweise des CO-Shift-Reaktors 4 von der Reformatgasleitung abzweigt beziehungsweise erst direkt stromauf des Mischers 13 in die Anodenabgasleitung mündet. Entscheidend ist zum einen, daß der gesamte Reformatgasstrom zur Abgasreinigung über den katalytischen Brenner 6 geleitet wird und zum anderen die Brennstoffzelle 9 von den Medienströmen für die Anode 9a und gegebenenfalls der Kathode 9b abgekoppelt wird, damit auch wäh­ rend der Startphase kein CO-haltiges Gas in die Brennstoffzelle gelangt.
In allen Leitungen können selbstverständlich geeignete Dosier­ vorrichtungen vorgesehen werden. Diese sind der Übersicht hal­ ber jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt. Weiterhin kann anstatt des genannten Luftsauerstoffs auch jeweils ein beliebi­ ges anderes sauerstoffhaltiges Medium verwendet werden.
Geeignete Brennstoffe sind insbesondere längerkettige Kohlen­ wasserstoffe, so wie höhere Alkohole, Benzin, Diesel, LPG (Li­ quid Petrol Gas) und NG (Natural Gas), oder Dimethylether.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die ent­ sprechende Vorrichtung in dieser Anmeldung vorzugsweise anhand einer mobilen Anwendung beschrieben wurde soll der Schutzbe­ reich nicht darauf beschränkt sein, sondern soll sich auch auf eine entsprechende Anwendung auf stationäre Anlagen erstrecken.

Claims (10)

1. Gaserzeugungsvorrichtung (1) zum Erzeugen eines wasserstoff­ reichen, kohlenmonoxidarmen Gases aus einem Wasser/Brennstoff- Gemisch durch katalytische Wasserdampfreformierung und/oder aus einem Sauerstoff/Brennstoff-Gemisch durch partielle Oxidation, wobei die Gaserzeugungsvorrichtung (1) mindestens einen Refor­ mierungsreaktor (2), einen CO-Shift-Reaktor (4) mit zugehöriger Kühlvorrichtung und eine Gasreinigungseinheit (5a) zur selekti­ ven katalytischen Oxidation des Kohlenmonoxids im wasserstoff­ haltigen Gas mit zugehöriger Kühlvorrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaserzeugungsvorrichtung (1) eine Brennstoffzelle (9) nachgeschaltet ist, deren Anodenraum (9a) mit dem wasserstoff­ reichen Gas aus der Gaserzeugungsvorrichtung (1) und deren Ka­ thodenraum (9b) mit einem sauerstoffhaltigen Gas beaufschlagt ist, wobei die zum CO-Shift-Reaktor (4) gehörige Kühlvorrich­ tung mit dem Kathodenabluftstrom und die zur Gasreinigungsein­ heit (5a) gehörige Kühlvorrichtung mit dem Anodenabgasstrom be­ aufschlagt ist.
2. Gaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaserzeugungsvorrichtung (1) zusätzlich einen katalyti­ schen Brenner (6) zur Bereitstellung von Wärmeenergie aufweist
und daß der katalytische Brenner (6) durch den Anodenabgasstrom und den Kathodenabluftstrom jeweils stromab der Kühlvorrichtun­ gen beaufschlagt ist.
3. Gaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (3, 8) zum Übertragen von thermischer Energie vom aus dem Reformierungsreaktor (2) austretenden Re­ formatgasstrom und/oder vom katalytischen Brenner (6) auf ein dem Reformierungsreaktor (2) zuzuführenden Edukt vorgesehen ist.
4. Gaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom katalytischen Brenner (6) direkt oder indirekt be­ heizter Verdampfer (8) vorgesehen ist, der von einem Gemisch aus flüssigem Wasser und einem sauerstoffhaltigen Medium beauf­ schlagt ist.
5. Gaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung zur Zufuhr von flüssigem oder mittels eines Brennstoff-Verdampfers (23) zumindest teilweise verdampften Brennstoff aus einem Brennstoff-Vorratsbehälter (10) in den Re­ formierungsreaktor (2) vorgesehen ist.
6. Gaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Leitungen (18a, 18b, 19) zur Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Mediums in die Gasreinigungseinheit (5a, 5b) und/oder den CO-Shift-Reaktor (4) vorgesehen ist.
7. Gaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine schaltbare Bypassleitung (16) mit zugehörigem Bypass­ ventil (17) zur Zufuhr des aus dem Reformierungsreaktor (2) austretenden Reformatgasstromes unter Umgehung der Brennstoff­ zelle (9) in den katalytischen Brenner (6) vorgesehen ist.
8. Verfahren zum Starten einer Gaserzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß während einer Startphase der Reformierungsreaktor (2) mit einem flüssigen Brennstoff aus dem Brennstoff-Vorratsbehälter (10) und einem sauerstoffhaltigen Gas beaufschlagt wird und gleichzeitig die Bypassleitung (16) freigegeben wird, und
daß nach Beendigung der Startphase dem Reformierungsreaktor (2) zusätzlich Wasser zugeführt wird und die Bypassleitung (16) ge­ schlossen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Startphase zusätzlich ein sauerstoffhaltiges Gas in den CO-Shift-Reaktor zugegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Startphase ein sauerstoffhaltiges Gas in einer über die zur selektiven Oxidation des Kohlenmonoxids benötigten Menge hinausgehenden Menge in die Gasreinigungseinheit (5a, 5b) zugegeben wird.
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