DE10101098A1 - Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage

Info

Publication number
DE10101098A1
DE10101098A1 DE10101098A DE10101098A DE10101098A1 DE 10101098 A1 DE10101098 A1 DE 10101098A1 DE 10101098 A DE10101098 A DE 10101098A DE 10101098 A DE10101098 A DE 10101098A DE 10101098 A1 DE10101098 A1 DE 10101098A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reformer
reformer system
operating
stream
circulating current
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.)
Withdrawn
Application number
DE10101098A
Other languages
English (en)
Inventor
Rolf Brueck
Joerg Zimmermann
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.)
Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority to DE10101098A priority Critical patent/DE10101098A1/de
Priority to DE10290211T priority patent/DE10290211D2/de
Priority to PCT/EP2002/000208 priority patent/WO2002059037A1/de
Priority to JP2002559345A priority patent/JP4119752B2/ja
Publication of DE10101098A1 publication Critical patent/DE10101098A1/de
Priority to US10/619,159 priority patent/US20040006916A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • 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
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • 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
    • C01B3/34—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 by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—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 by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • 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
    • C01B3/34—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 by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—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 by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00256—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles in a heat exchanger for the heat exchange medium separate from the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00265—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • B01J2208/00274—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309—Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas, insbesondere während einer Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle (7), beschrieben, bei dem ein Zustrom (2) einer ersten Reformereinheit (1) zugeführt wird, ein Abstrom von der ersten Reformereinheit (1) abgeführt wird, wobei von dem Abstrom (3) zumindest ein Teilstrom (4) abgezweigt und wieder dem Zustrom zugeführt wird, so daß zumindest teilweise ein Kreisstrom (2, 3, 4) gebildet wird. Darüber hinaus wird eine Reformeranlage beschrieben zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine hohe Effizienz bei der Erzeugung von Wasserstoff als auch durch besonders kurze Zeiten zur Inbetriebnahme der Reformeranlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Be­ reitstellung von wasserstoffangereichertem Gas, insbesondere während einer Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle sowie eine Reformer­ anlage.
Im Zuge der Energiediskussion wird die Verwendung von Brennstoffzellen zu­ nehmend in Betracht gezogen und es werden Reformer entwickelt, die vor Ort den für die Brennstoffzellen notwendigen Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen her­ stellen. Je nach verwendetem Kohlenwasserstoff werden im Reformer unter­ schiedliche chemische Reaktionen zur Umwandlung eingesetzt.
In bestimmten Anwendungsgebieten treten schnell wechselnde und erhebliche Lastwechsel auf und ein Reformer muß in der Lage sein, Wasserstoff schnell in ausreichender Menge erzeugen zu können. Dieses Problem stellt sich insbesonde­ re bei Anwendungen im Automobilbereich während der Startphase, wenn der Re­ former die für die katalytische Reaktion zur Herstellung von Wasserstoff nötige Temperatur schnell erreichen muß.
Aus der US 5,433,072 ist ein Katalysator für die Verringerung von Schadstoffen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, der sensorgesteuert elekt­ risch vorbeheizt wird, so dass die für die katalytische Reaktion nötige Temperatur schon beim Einsteigen des Betreibers in ein Fahrzeug ohne zusätzliches Warten erreicht wird.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage anzugeben, mit dem ein wasserstoffangereichertes Gas, insbesondere während einer Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle, bereitgestellt wird, sowie eine Reformeranlage zur Durchführung dieses Verfahrens zu beschreiben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie die Merkmale des Anspruchs 17. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der je­ weiligen Unteransprüche.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas, insbesondere während einer Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle, wird ein Zustrom ei­ ner ersten Reformereinheit zugeführt und ein Abstrom von der ersten Reformer­ einheit abgeführt, wobei von dem Abstrom zumindest ein Teilstrom abgezweigt und wieder dem Zustrom zugeführt wird, so daß zumindest teilweise ein Kreis­ strom gebildet wird. Der Zustrom setzt sich im wesentlichen aus zwei Teilen zu­ sammen, dem Teilstrom und ein Eingangsstrom, der die für die Reaktion benötig­ ten Kohlenwasserstoffe enthält. Der Abstrom ist der Gasstrom, der von der Re­ formereinheit abgegeben wird, d. h. der die nicht umgesetzten Edukte und die Pro­ dukte der ersten Reformereinheit enthält. Zustrom, Abstrom und Teilstrom bilden zumindest teilweise einen Kreisstrom. Teilweise heißt in diesem Zusammenhang, daß dem Zustrom ein weiterer Strom, insbesondere der Eingangsstrom, zugeführt wird und dem Abstrom ein Ausgangsstrom abgezweigt wird, der (gegebenenfalls gereinigt) an die Umgebung abgegeben wird. Der Kreisstrom hat zwei Vorteile. Zum einen wird die erste Reformereinheit effektiver genutzt, da durch die Bewe­ gung des Kreisstroms die Gasgrenzschichtdicke an der katalytischen Beschich­ tung reduziert wird und so eine effizientere Katalyse stattfinden kann. Zum anderen kann auf diese Weise eine größere Menge an Wasserstoff, insbesondere wäh­ rend der Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle, bereitgestellt werden.
Nach einer Weiterbildung wird der Kreisstrom erwärmt. Je nach Art der katalyti­ schen Umsetzung der Kohlenwasserstoffe ist die Reaktion exo- oder endotherm. Für endotherme Reaktionen muß der Brennstoff bzw. der Katalysator auf die nö­ tige Zündtemperatur des Katalysators gebracht und gehalten werden. Bei exo­ thermen Reaktionen muß keine weitere Wärme hinzu gegeben werden, wenn die Reaktion gezündet ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Kreisstrom durch eine Pumpe be­ fördert. Mit Hilfe der Bewegung des Gases werden die Strömungsgrenzschichten am Katalysator verringert, so daß eine höhere Effektivität der Reformereinheit erzielt wird. Damit kann eine Reformereinheit bei gleicher Wasserstoffproduktion kleiner dimensioniert werden, wodurch sich Kostenvorteile ergeben.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung strömt der Kreisstrom durch eine zweite Reformereinheit, durch welche er erwärmt wird. Durch die Kombination von der ersten und der zweiten Reformereinheit kann die frei werdende Wärme der einen Reformereinheit für den Betrieb der anderen Reformereinheit verwendet werden. Durch Kombination einer exothermen Reaktion in der einen Reformeran­ lage und einer endothermen Reaktion in der anderen wird die Effektivität der Re­ formeranlage erheblich gesteigert. Es muß weder weitere Wärme dem Kreisstrom zu- noch abgeführt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Kreisstrom durch elektrisches Heizen erwärmt. Gerade während der Startphase der Energieerzeu­ gung ist ein elektrisches Heizen mit besonders einfachen Mitteln zu erreichen. Hiermit kann die erforderliche Zündtemperatur des Katalysators zügig, d. h. inner­ halb weniger Sekunden erreicht werden. Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Kreisstrom durch partielle Oxidation von Kohlenwasser­ stoffen erwärmt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung strömt der Kreis­ strom teilweise durch eine Brennstoffzelle. Hiermit kann zum einen die an der Brennstoffzelle frei werdende Wärme für eine Reformereinheit genutzt werden, zum anderen steht der an einer Reformereinheit erzeugte Wasserstoff sofort der Brennstoffzelle bereit. Darüber hinaus wird durch das Strömen des Gases und der damit verbundenen Verringerung der Grenzschichtdicke die Effizienz der Brenn­ stoffzelle erhöht, so daß diese kleiner und preiswerter dimensioniert werden kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Kreisstrom sehr viel größer als ein Eingangsstrom, der dem Zustrom zugeführt wird. Hierdurch wird gewährleistet, daß ein Gasmolekül im Mittel mehrere Male an der Reformereinrichtung passiert und so die Wahrscheinlichkeit einer katalyti­ schen Umsetzung erhöht wird. In einer speziellen Weiterbildung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ist der Kreisstrom mindestens zehn mal so groß wie der Ein­ gangsstrom.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Reformeranlage durch ein Signal eines ersten Sensors in Betrieb genommen. Hiermit wird erreicht, daß die Reformeranlage möglichst schnell auf die erforderliche Temperatur gebracht wird. Dieses ist insbesondere dann wichtig, wenn die Startphase des Betriebs ei­ ner Brennstoffzelle möglichst schnell erfolgen soll, wie es z. B. beim Starten eines Automobils der Fall ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Zündtemperatur der ersten Reformereinheit bzw. der zweiten Reformereinheit in weniger als 20 Sekunden, vorzugsweise 10 Sekunden, insbesondere 5 Sekunden erreicht. Die Einsetzbarkeit einer Brennstoffzelle mit einer Reformereinheit im Automobil hängt entscheidend von der Zeit ab, mit der die nötige elektrische Leistung erzielt wird. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kreisstroms sind akzeptable Startdauern erreichbar.
In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird von einem ersten Sensor eine Kenngröße bestimmt, mit der die Größe des Zustroms und/oder des Abstroms und/oder des Teilstroms geregelt wird. Wird zum Beispiel kein Wasserstoff ge­ braucht, wird der Eingangsstrom, bzw. der Ausgangsstrom unterbunden. Der Kreisstrom wird so lange aufrechterhalten, bis die maximale Wasserstoffkonzent­ ration erreicht ist und anschließend ebenso verringert. Auch kann die Größe des Kreisstroms in Abhängigkeit von einer anderen Stoffkonzentration oder der Tem­ peratur bzw. dem Druck geregelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Kenngröße proportional zu einer physikalischen Größe des Kreisstroms, insbesondere der Temperatur.
In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kreisstrom erwärmt, falls die Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Tempera­ tur, insbesondere unterhalb von 100°C liegt.
Die erfindungsgemäße Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffange­ reichertem Gas, insbesondere während einer Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle, weist mindestens eine Reformereinheit, mindestens ein Wegeventil, ein Eingangsstrom und ein Ausgangsstrom auf, wobei eine Leitung einen Zustrom, der zur ersten Reformereinheit führt, mit einem Abstrom, der von der ersten Reformereinheit abführt, verbindet, so daß zumindest teilweise ein Kreisstrom gebildet wird. An der Reformereinheit findet die katalytische Umset­ zung der Kohlenwasserstoffe unter der Bildung von Wasserstoff statt. Das Wege­ ventil lenkt bzw. bestimmt die Größe des Eingangsstroms, der der Reformeranla­ ge zugeführt wird, des Ausgangsstroms, der das wasserstoffangereicherte Gas enthält, und des Kreisstroms.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Reformeranlage eine Heizvorrich­ tung zur Erwärmung des Kreisstroms auf.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung weist die Reformeranlage eine zweite Reformereinheit auf.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die Refor­ meranlage eine elektrische Heizvorrichtung auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Reformeranlage eine Pumpe zur Aufrechterhaltung des Kreisstroms auf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reformeranlage weist die Reformeranlage eine Fernsteuerung zu einer ferngesteuerten Inbetrieb­ nahme der Reformeranlage auf. Hiermit kann die Reformeranlage vom Betreiber eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges schon vor dem Einsteigen in das Fahrzeug in Betrieb genommen werden ohne zusätzliches Warten bis die er­ forderliche Temperatur der Reformereinrichtung erreicht ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Reformeran­ lage einen zweiten Sensor zur frühzeitigen Inbetriebnahme der Reformeranlage auf. Dieser Sensor registriert die Nähe einer Person z. B. mit optischen Mitteln oder mechanischen Schaltern, so daß die Reformeranlage bei Annäherung des Betreibers in Betrieb genommen wird und zusätzliche Wartezeiten vermieden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Reformeranlage einen ersten Sensor zur Regelung des Kreisstroms auf. In einer besonderen Ausfüh­ rungsform ist der erste Sensor ein Temperaturfühler. Hiermit wird die Temperatur im Kreisstrom und/oder in der ersten Reformereinrichtung gemessen. In einer weiteren bevorzugen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reformeranlage ist der erste Sensor ein Konzentrationsfühler, insbesondere für Wasserstoff. Anhand der Daten des ersten Sensors wird die Zugabe von Kohlenwasserstoffen und / oder die Größe mindestens eines Stroms (Zu-, Ab-, Kreis-, Eingangs- oder Ausgangs­ strom) eingestellt.
In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Re­ formeranlage ist das Volumen des Raumes, in dem der Kreisstrom fließt, ver­ gleichbar mit dem Produkt aus Inbetriebnahmezeit der Reformeranlage und dem zeitlichen Mittel des unter normalen Umständen benötigten, wasserstoffangerei­ cherten Gasstroms. Die Inbetriebnahmezeit der Reformeranlage ist die Zeit, die ab Einschalten benötigt wird, bis die Reformeranlage mit der Umsetzung beginnt. Diese Zeit wird maßgeblich durch die Dauer bestimmt, nach der die notwendige Temperatur für die katalytische Umsetzung der Kohlenwasserstoffe erreicht wird. Das zeitliche Mittel des wasserstoffangereicherten Gasstroms entspricht der im Mittel pro Zeit verbrauchten Wasserstoffmenge. Hiermit wird gewährleistet, daß in der Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle keine Leistungs­ einbrüche aufgrund mangelnder Versorgung mit Wasserstoff entstehen.
Je nach Art der Brennstoffzelle ist es zweckmäßig, im Kreislauf eine zusätzliche Gasreinigung zu integrieren, die, insbesondere während der Startphase der Refor­ meranlage, die Brennstoffzelle vor schädlichen Einwirkungen von Verunreini­ gungen schützt.
Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden an­ hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen schematisch:
Fig. 1 eine Reformeranlage mit einer Heizvorrichtung zur Erwärmung des Kreisstroms,
Fig. 2 eine Reformeranlage mit einer zweiten Reformereinheit und einer Brennstoffzelle, und
Fig. 3 eine Reformeranlage mit einer Heizvorrichtung und einer Brennstoff­ zelle.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Reformeranlage mit einer Reformereinrich­ tung 1, einer Heizvorrichtung 11 und einer Pumpe 5, die jeweils mit Hilfe einer Leitung 14 miteinander verbunden sind. Zustrom 2, Abstrom 3 und Teilstrom 4 bilden einen Kreisstrom 2, 3, 4. Mit Hilfe von Wegeventilen 13 wird zum einen ein Eingangsstrom 8 dem Zustrom 2 zugeführt, zum anderen ein Ausgangsstrom 15 vom Abstrom 3 abgeführt. Ein erster Sensor 10 mißt die Wasserstoffkonzentra­ tion im Teilstrom 4. Die Pumpe 5 wird von einer Fernsteuerung 9 in Betrieb ge­ nommen.
Fig. 2 zeigt eine Reformeranlage nach Fig. 1, bei der die Heizvorrichtung durch eine zweite Reformereinrichtung 6 und eine Brennstoffzelle 7 ersetzt wird. Die zweite Reformereinrichtung 6 hat die Funktion durch eine partielle Oxidation und ihrer damit verbundenen exothermen Reaktion den Kreisstrom 2, 3, 4 aufzuwär­ men. Durch die Integration der Brennstoffzelle 7 in den Kreislauf 2, 3, 4 wird eine unmittelbare Versorgung der Brennstoffzelle 7 mit Wasserstoff ermöglicht. Für einen längeren Betrieb mit großen Lastwechseln wird die Wärme der Brennstoff­ zelle 7 im Kreisstrom 2, 3, 4 und damit der Reformereinrichtung 1, welcher in diesem Falle eine endotherme Reaktion zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen verwendet, zur Verfügung gestellt. Selbst wenn kurzfristig kein Wasserstoff von der Brennstoffzelle 7 verwendet wird, kann die Wärme der Brennstoffzelle 7 für einen anschließenden Gebrauch, bei dem eine große elektrische Leistung erforder­ lich ist, zuerst gespeichert und dann genutzt werden. Ein zweiter Sensor 2, der als Drucksensor am Sitz eines Fahrzeuges angebracht ist, löst ein Signal aus, mit dem die Pumpe 5 betätigt wird, so daß die Zeit, die notwendig ist, um die Reformeran­ lage in Betrieb zu nehmen, minimiert wird.
In Fig. 3 wird eine Reformeranlage nach Fig. 1 gezeigt mit dem Unterschied, daß der von der Brennstoffzelle 7 abgegebene Abgasstrom 16 zumindest teilweise wieder dem Teilstrom 4 zugeführt wird. Hiermit wird insbesondere während der Startphase eine besonders hohe Effizienz der Wasserstoffnutzung erzielt. Die Erfindung zeichnet sich besonders dadurch aus, daß durch die Ausbildung eines Kreisstroms eine besonders hohe Effizienz bei der Wasserstofferzeugung mit Hilfe einer katalytischen Reaktion erzielt wird als auch besonders kurze Zei­ ten zur Inbetriebnahme einer Reformeranlage erreicht werden.
Bezugszeichenliste
1
erste Reformereinheit
2
Zustrom
3
Abstrom
4
Teilstrom
5
Pumpe
6
zweite Reformereinheit
7
Brennstoffzelle
8
Eingangsstrom
9
Fernsteuerung
10
erster Sensor
11
Heizvorrichtung
12
zweiter Sensor
13
Wegeventil
14
Leitung
15
Ausgangsstrom
16
Abgasstrom

Claims (27)

1. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von was­ serstoffangereichertem Gas, insbesondere während einer Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle (7), bei dem
ein Zustrom (2) einer ersten Reformereinheit (1) zugeführt wird;
ein Abstrom (3) von der ersten Reformereinheit (1) abgeführt wird,
wobei von dem Abstrom (3) zumindest ein Teilstrom (4) abgezweigt und wieder dem Zustrom (2) zugeführt wird, so daß zumindest teilweise ein Kreisstrom (2, 3, 4) gebildet wird.
2. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach Anspruch 1, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) erwärmt wird.
3. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) durch eine Pumpe (5) befördert wird.
4. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) durch eine zweite Reformereinheit (6) strömt, durch welche er erwärmt wird.
5. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen erwärmt wird.
6. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) durch elektrisches Heizen er­ wärmt wird.
7. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) teilweise durch eine Brenn­ stoffzelle (7) strömt.
8. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) sehr viel größer ist als ein Eingangsstrom (8), der dem Zustrom (4) zugeführt wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach Anspruch 8, bei dem der Kreisstrom (2, 3, 4) mindestens zehnmal so groß ist wie der Eingangs­ strom (8).
10. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Reformeranlage durch eine Fernsteuerung (9) in Betrieb genommen wird.
11. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Reformeranlage durch ein Signal eines ersten Sen­ sors (10) in Betrieb genommen wird.
12. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Zündtemperatur der ersten Reformereinheit (1) bzw. der zweiten Reformereinheit (6) in weniger als 20 s, vorzugsweise 10 s insbesondere 5 s, erreicht wird.
13. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem von einem ersten Sensor (10) eine Kenngröße be­ stimmt wird, mit der die Größe des Zustroms (2) und/oder des Abstroms (2) und/oder des Teilstroms (4) geregelt wird.
14. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kenngröße proportional zu einer Stoffkonzentrati­ on im Kreisstrom (2, 3, 4), insbesondere die des Wasserstoffs, ist.
15. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach Anspruch 14, bei dem die Kenngröße proportional zu einer physikalischen Größe des Kreis­ stroms (2, 3, 4), insbesondere der Temperatur, ist.
16. Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage nach Anspruch 15, wird der Kreisstrom (2, 3, 4) erwärmt, falls die Temperatur unterhalb einer vorge­ gebenen Temperatur, insbesondere unterhalb 100°C liegt.
17. Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas, insbesondere während einer Startphase der Energieerzeugung mit einer Brennstoffzelle (7), mit
mindestens einer ersten Reformereinheit (1),
mindestens einem Wegeventil (17),
einem Eingangsstrom (8), und
einem Ausgangsstrom (15),
wobei eine Leitung (14) einen Abstrom (3), der von der ersten Reformer­ einheit (1) abführt, mit einem Zustrom (2), der zur ersten Reformerein­ heit (1) führt, verbindet, so daß zumindest teilweise ein Kreisstrom (2, 3, 4) gebildet wird.
18. Reformeranlage nach Anspruch 17, mit einer Heizvorrichtung (11) zur Erwärmung des Kreisstroms (2, 3, 4).
19. Reformeranlage nach Anspruch 18, wobei die Heizvorrichtung (11) eine zweite Reformereinheit (6) ist.
20. Reformeranlage nach Anspruch 18 mit einer elektrischen Heizvorrich­ tung (11).
21. Reformeranlage nach einem der Ansprüche 17 bis 20, mit einer Pumpe (5) zur Aufrechterhaltung des Kreisstroms (2, 3, 4).
22. Reformeranlage nach einem der Ansprüche 17 bis 21, mit einer Fernsteu­ erung (9) zu einer ferngesteuerten Inbetriebnahme der Reformeranlage.
23. Reformeranlage nach einem der Ansprüche 17 bis 22 mit einem zweiten Sensor (12), mit dessen Hilfe die Reformeranlage vom Betreiber eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeugs schon vor dem Einsteigen in das Fahrzeug in Betrieb genommen wird ohne zusätzliches Waren bis die Er­ forderliche Temperatur der Reformereinrichtung erreicht ist.
24. Reformeranlage nach einem der Ansprüche 17 bis 23 mit einem ersten Sensor (10) zur Regelung des Kreisstroms (2, 3, 4).
25. Reformeranlage nach Anspruch 24, wobei der erste Sensor (10) ein Tem­ peraturfühler ist.
26. Reformeranlage nach Anspruch 24, wobei der erste Sensor (10) ein Stoff­ konzentrationsfühler ist, insbesondere für Wasserstoff.
27. Reformeranlage nach einem der Ansprüche 17-26, bei dem das Volumen des Raumes, in dem der Kreisstrom (2, 3, 4) fließt, vergleichbar ist mit dem Produkt aus Inbetriebnahmezeit der Reformeranlage und dem zeitli­ chen Mittel des wasserstoffangereicherten Gasvolumenstroms.
DE10101098A 2001-01-12 2001-01-12 Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage Withdrawn DE10101098A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10101098A DE10101098A1 (de) 2001-01-12 2001-01-12 Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage
DE10290211T DE10290211D2 (de) 2001-01-12 2002-01-11 Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage
PCT/EP2002/000208 WO2002059037A1 (de) 2001-01-12 2002-01-11 Verfahren zum betrieb einer reformeranlage zur bereitstellung von wasserstoffangereichertem gas sowie reformeranlage
JP2002559345A JP4119752B2 (ja) 2001-01-12 2002-01-11 水素富化ガスを供給する改質設備とその運転方法
US10/619,159 US20040006916A1 (en) 2001-01-12 2003-07-14 Method for operating a reformer installation for providing hydrogen-enriched gas, and reformer installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10101098A DE10101098A1 (de) 2001-01-12 2001-01-12 Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10101098A1 true DE10101098A1 (de) 2002-07-25

Family

ID=7670301

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10101098A Withdrawn DE10101098A1 (de) 2001-01-12 2001-01-12 Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage
DE10290211T Expired - Lifetime DE10290211D2 (de) 2001-01-12 2002-01-11 Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10290211T Expired - Lifetime DE10290211D2 (de) 2001-01-12 2002-01-11 Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20040006916A1 (de)
JP (1) JP4119752B2 (de)
DE (2) DE10101098A1 (de)
WO (1) WO2002059037A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006032956A1 (de) * 2006-07-17 2008-02-07 Enerday Gmbh Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat
DE102007054768A1 (de) * 2007-11-16 2009-05-20 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Reformer, Brennstoffzelle und zugehörige Betriebsverfahren
WO2014181256A1 (en) * 2013-05-06 2014-11-13 Saudi Basic Industries Corporation Recycling gas to heat the hydrodesulphurization section

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AUPS014702A0 (en) * 2002-01-25 2002-02-14 Ceramic Fuel Cells Limited Desulfurisation of fuel
JP5267073B2 (ja) * 2008-11-25 2013-08-21 日産自動車株式会社 エンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法
KR102555438B1 (ko) * 2022-12-20 2023-07-14 (주)에프씨아이 복수의 개질기를 구비하는 고체산화물 연료전지 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3602352A1 (de) * 1986-01-27 1987-07-30 Linde Ag Verfahren zur gewinnung von wasserstoff
DE4005468A1 (de) * 1990-02-21 1991-08-22 Linde Ag Verfahren zum betrieb von hochtemperatur-brennstoffzellen
EP0476656A2 (de) * 1990-09-20 1992-03-25 Air Products And Chemicals, Inc. Integriertes Verfahren zur Herstellung von Kohlenoxyd
GB2283235A (en) * 1993-10-30 1995-05-03 Rolls Royce & Ass A fuel processing system for generating hydrogen
EP0757968A1 (de) * 1995-02-27 1997-02-12 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Wasserstofferzeuger
WO1999065097A1 (en) * 1998-06-09 1999-12-16 Mobil Oil Corporation Method and system for supplying hydrogen for use in fuel cells

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3810975A (en) * 1971-10-15 1974-05-14 Shell Oil Co Start-up procedure for catalytic steam reforming of hydrocarbons
US4539267A (en) * 1984-12-06 1985-09-03 United Technologies Corporation Process for generating steam in a fuel cell powerplant
US4728506A (en) * 1986-05-16 1988-03-01 Catalyst Services, Inc. Start-up method for ammonia plants
DE3802555A1 (de) * 1988-01-28 1989-08-03 Linde Ag Verfahren zum betreiben einer synthesegasanlage und anlage zur durchfuehrung des verfahrens
DE4100133A1 (de) * 1991-01-04 1992-07-09 Emitec Emissionstechnologie Verfahren und vorrichtung zum elektrischen vorheizen eines bauteils eines kraftfahrzeuges, insbesondere eines katalysatorsystems
US5360679A (en) * 1993-08-20 1994-11-01 Ballard Power Systems Inc. Hydrocarbon fueled solid polymer fuel cell electric power generation system
CA2267780A1 (en) * 1996-10-03 1998-04-09 Hajime Kato Method for hydrocarbon steam reforming
DE19934649A1 (de) * 1999-07-23 2001-01-25 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, insbesondere zum Einsatz in Brennstoffzellen, mittels Reformierung von Kohlenwasserstoffen
US6455181B1 (en) * 2000-03-31 2002-09-24 Plug Power, Inc. Fuel cell system with sensor
US6585785B1 (en) * 2000-10-27 2003-07-01 Harvest Energy Technology, Inc. Fuel processor apparatus and control system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3602352A1 (de) * 1986-01-27 1987-07-30 Linde Ag Verfahren zur gewinnung von wasserstoff
DE4005468A1 (de) * 1990-02-21 1991-08-22 Linde Ag Verfahren zum betrieb von hochtemperatur-brennstoffzellen
EP0476656A2 (de) * 1990-09-20 1992-03-25 Air Products And Chemicals, Inc. Integriertes Verfahren zur Herstellung von Kohlenoxyd
GB2283235A (en) * 1993-10-30 1995-05-03 Rolls Royce & Ass A fuel processing system for generating hydrogen
EP0757968A1 (de) * 1995-02-27 1997-02-12 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Wasserstofferzeuger
WO1999065097A1 (en) * 1998-06-09 1999-12-16 Mobil Oil Corporation Method and system for supplying hydrogen for use in fuel cells

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006032956A1 (de) * 2006-07-17 2008-02-07 Enerday Gmbh Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat
DE102006032956B4 (de) * 2006-07-17 2010-07-01 Enerday Gmbh Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat
DE102007054768A1 (de) * 2007-11-16 2009-05-20 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Reformer, Brennstoffzelle und zugehörige Betriebsverfahren
WO2014181256A1 (en) * 2013-05-06 2014-11-13 Saudi Basic Industries Corporation Recycling gas to heat the hydrodesulphurization section

Also Published As

Publication number Publication date
DE10290211D2 (de) 2004-04-29
JP2004517458A (ja) 2004-06-10
WO2002059037A1 (de) 2002-08-01
US20040006916A1 (en) 2004-01-15
JP4119752B2 (ja) 2008-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0924161B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Wasserdampfreformierungsanlage, damit betreibbare Reformierungsanlage und Brennstoffzellensystembetriebsverfahren
EP0831055B1 (de) Zentrale Heizvorrichtung für ein Gaserzeugungssystem
DE102004029235A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffreformers zur Regenerierung einer DPNR-Vorrichtung
DE19754013A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs
EP0924162A2 (de) Wasserstoffabtrennmembran, damit ausgerüstete Methanolreformierungsanlage und Betriebsverfahren hierfür
EP0887306B1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines wasserstoffreichen und kohlenmonoxidarmen Gases
EP0924163A2 (de) Verfahren zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs oder Kohlenwasserstoffderivats, damit betreibbare Reformierungsanlage und Brennstoffzellen-Betriebsverfahren
DE60106699T2 (de) Vorrichtung zur Versorgung einer Brennstoffzelle mit wasserstoffreichem Gas
DE19944540B4 (de) Reaktorsystem mit elektrischen Heizmitteln
DE102004059647B4 (de) Verfahren zum Regenerieren eines Reformers
EP0721795B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Stickoxid-Reduzierung von Kfz-Abgasen
EP2061113B1 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zu dessen Betrieb
DE19847211C1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Reformer/CO-Oxidationseinheit
DE10101098A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas sowie Reformeranlage
DE19955929A1 (de) Verfahren zur autothermen Reformierung eines Kohlenwasserstoffs
DE19918997C2 (de) Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Wasserdampfreformierung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Methanol, sowie entsprechende Anlage
DE19943690C2 (de) Brennstoffzellensystem zum Betreiben einer elektrischen Maschine und Verfahren zum Starten eines Brennstoffzellensystems
DE10003274A1 (de) System zur Versorgung von wenigstens zwei Komponenten eines Gaserzeugungssystems
DE102008027292A1 (de) Brennstoffzellensystem und damit ausgestattetes Kraftfahrzeug
DE102005057666A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur thermischen Behandlung eines Abgasstroms
DE10237744A1 (de) Reaktorsystem zur Wasserstofferzeugung
AT519848B1 (de) Brennstoffzellensystem für einen SOEC-Betriebszustand
EP1693916A1 (de) Vorwärmer für eine Brennstoffzelle
WO2001041240A2 (de) Brennstoffzellensystem
DE10213891B4 (de) Vorrichtung zur Umformung eines kohlenwasserstoffhaltigen Stoffstroms

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8143 Lapsed due to claiming internal priority