DE102006032956B4 - Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat - Google Patents

Reformer und Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat Download PDF

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Abstract

Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat, umfassend eine Oxidationszone (10), eine Verdampfungszone (16) und eine Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung, wobei der Oxidationszone (10) ein gasförmiges Gemisch aus Brennstoff und Oxidationsmittel zur Oxidation unter Erzeugung oxidationsmittelhaltigen Abgases zuführbar ist, wobei der Verdampfungszone (16) Brennstoff und ein Verdampfergas zur Erzeugung eines brennstoffhaltigen Verdampfergasgemischs zuführbar ist, wobei der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung ein zündfähiges, verdampften Brennstoff und oxidationsmittelhaltiges Abgas enthaltendes Reformationsgasgemisch zur Erzeugung des gasförmigen Reformats zuführbar ist, und wobei zur Erzeugung des Reformationsgasgemischs und zu dessen Einspeisung in die Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung vor einem Eingang der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung Misch- und Einspeisemittel (28) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Misch- und Einspeisemittel (28) einerseits oxidationsmittelhaltiges Abgas aus der Oxidationszone (10) und andererseits brennstoffhaltiges Verdampfergasgemisch aus der Verdampfungszone (16) zuführbar ist, wobei Rückführmittel (26) zur Rückführung von in der Zone (20) zur katalytischen...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat, umfassend eine Oxidationszone, eine Verdampfungszone und eine Zone zur katalytischen H2-Erzeugung, wobei der Oxidationszone ein gasförmiges Gemisch aus Brennstoff und Oxidationsmittel zur Oxidation unter Erzeugung oxidationsmittelhaltigen Abgases zuführbar ist, wobei der Verdampfungszone Brennstoff und ein Verdampfergas zur Erzeugung eines brennstoffhaltigen Verdampfergasgemischs zuführbar ist, wobei der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung ein zündfähiges, verdampften Brennstoff und oxidationsmittelhaltiges Abgas enthaltendes Reformationsgasgemisch zur Erzeugung des gasförmigen Reformats zuführbar ist, und wobei zur Erzeugung des Reformationsgasgemischs und zu dessen Einspeisung in die Zone zur katalytischen H2-Erzeugung vor einem Eingang der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung Misch- und Einspeisemittel angeordnet sind.
  • Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat, wobei in einer Oxidationszone ein mit einem gasförmigen Oxidationsmittel gemischter Brennstoff unter Erzeugung eines oxidationsmittelhaltigen Abgases oxidiert wird, wobei in einer Verdampfungszone Brennstoff mit einem Verdampfergas zu einem brennstoffhaltigen Verdampfergasgemisch verdampft wird, wobei in einer Zone zur katalytischen H2-Erzeugung ein verdampften Brennstoff und oxidationsmittelhaltiges Abgas enthaltendes Reformationsgasgemisch zur Erzeugung des gasförmigen Reformats reformiert wird, und wobei zur Erzeugung des Reformationsgasgemischs oxidationsmittelhaltiges Abgas mit brennstoffhaltigem Verdampfergasgemisch gemischt und in die Zone zur katalytischen H2-Erzeugung eingespeist wird.
  • Gattungsgemäße Reformer und gattungsgemäße Verfahren, wie sie bekannt sind aus der DE 103 59 205 A1 , haben zahlreiche Anwendungsbereiche. Insbesondere dienen sie dazu, einer Brennstoffzelle ein wasserstoffreiches Gasgemisch zuzuführen, aus dem dann auf der Grundlage elektrochemischer Vorgänge elektrische Energie erzeugt werden kann. Derartige Brennstoffzellen kommen beispielsweise im Kraftfahrzeug bereich als Zusatzenergiequellen, so genannte APUs (”Auxiliary Power Units”) zum Einsatz.
  • Das bekannte Verfahren stellt einen im Wesentlichen dreistufigen Prozess dar. In einer ersten Stufe wird einer Oxidationszone kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff, z. B. Diesel, zugeführt und in einer exothermen Reaktion oxidiert, d. h. verbrannt. Dabei entsteht ein typischerweise 800 bis 1000°C heißes Abgas, das bei hinreichender anfänglicher Sauerstoffkonzentration der Verbrennungsluft noch immer Oxidationsmittel, d. h. typischerweise Sauerstoff enthält. Das heiße, sauerstoffhaltige Abgas wird anschließend in eine Verdampfungszone eingeleitet, in der weiterer Brennstoff zudosiert wird. Bei der typischen Verwendung von flüssigem Brennstoff verdampft dieser aufgrund der hohen Temperatur, wobei sich ein zündfähiges Brennstoff/Abgasgemisch bildet. Dieses wird anschließend in einer Zone zur katalytischen H2-Erzeugung, typischerweise unter Verwendung eines partiellen Oxidationskatalysators, zu einem wasserstoffhaltigen Gas, dem Synthesegas oder Reformat, umgesetzt. Dieses Verfahren ist als CPOX-Verfahren (catalytic partial Oxidation) bekannt. Das Reformat wird nachfolgend einer Brennstoffzelle zugeleitet, wo es zusammen mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser nach bekannten Prinzipien zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt wird.
  • Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass in der Verdampfungszone ein zündfähiges Gemisch gebildet wird, welches die Gefahr der spontanen Selbstzündung birgt, was zu Rußablagerungen im nachgeschalteten Katalysator und zur Notwendigkeit der Unterbrechung des Prozesses führen kann. Der spontanen Selbstzündung wird derzeit mit einer sehr exakten Steuerung des Verhältnisses von verbranntem und verdampftem Kraftstoff entgegengewirkt, was zu einer deutlichen Einschränkung des Parameterbereichs, in dem der Reformer stabil arbeiten kann, führt.
  • Die DE 103 55 494 A1 beschreibt ein System zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat mit einem Reformer. In einer Gemischbildungszone werden Oxidationsmittel und Brennstoff gemischt. Das entstehende Gemisch wird einer ersten Reaktionszone des Reformers zugeführt.
  • Die DE 103 38 240 A1 offenbart einen kompakten autothermen Brennstoffreaktor zur Verwendung in einem Brennstoffzellensystem. Der Reaktor umfasst eine Vormischkammer, um ein Volumen aus Luft, Wasserdampf und Brennstoff in einem Abfluss vorzumischen.
  • Aus der DE 101 01 098 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Reformeranlage zur Bereitstellung von wasserstoffangereichertem Gas bekannt. Dabei wird ein Abstrom von einer ersten Reformereinheit abgeführt und zumindest teilweise wieder der ersten Reformereinheit zugeführt.
  • Die DE 199 34 649 A1 betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff in einem Reformer, dem ein kohlenwasserstoffhaltiges Gemisch zugeführt wird. Um die Bildung von Ruß im Reformer herabzusetzen und die Ausbeute an Wasserstoff sowie den Wirkungsgrad der Stromerzeugung zu erhöhen, wird zumindest ein Teil des vom Reformer erzeugten Gases erneut dem Reformer zugeführt.
  • Die DE 40 05 468 A1 beschreibt ein Verfahren für den Betrieb von Hochtemperatur-Brennstoffzellen, bei dem unverbrauchtes Anodengas in einen Verfahrensteil, in welchem Wasserstoff erzeugt wird, zurückgeführt wird.
  • Die US 2005/0229491 A1 , und auch die US 2005/0123812 A1 , offenbaren eine teilweise Rückführung von erzeugtem Reformat zum Reformer.
  • Die WO 00/10911 A1 sieht vor, Brennstoff, der einem Reformer zugeführt wird, zu zerstäuben und mit heißem Wasserdampf zu verdampfen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reformer und ein Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu Reformat zur Verfügung zu stellen, bei dem die genannten Probleme zumindest teilweise überwunden werden und bei dem insbesondere die Variationsbreite der Betriebsparameter, die einen stabilen Betrieb gestatten, erweitert wird.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Reformer dadurch auf, dass den Misch- und Einspeisemitteln einerseits oxidationsmittelhaltiges Abgas aus der Oxidationszone und andererseits brennstoffhaltiges Verdampfergasgemisch aus der Verdampfungszone zuführbar ist, wobei Rückführmittel zur Rückführung von in der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung erzeugtem Reformat als Verdampfergas in die Verdampfungszone vorgesehen sind.
  • Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf, dass in der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung erzeugtes Reformat als Verdampfergas in die Verdampfungszone rückgeführt wird.
  • Die Wirkungen und Vorteile des erfindungsgemäßen Reformers und des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen nachfolgend gemeinsam diskutiert werden.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das heiße Abgas aus der Oxidationszone nicht als Verdampfergas in der Verdampfungszone verwendet wird, sondern dass vielmehr in der Reformierungszone erzeugtes Reformat als Verdampfergas in die Verdampfungszone rückgeführt wird, wo es mit Kraftstoff, der aufgrund der hohen Reformattemperatur verdampft, angereichert wird.
  • Das wasserstoffhaltige Reformat bildet zusammen mit dem verdampften Kraftstoff aufgrund des Fehlens eines Oxidationsmittels kein zündfähiges Gemisch, so dass keine Gefahr einer spontanen Selbstzündung in der Verdampfungszone besteht. Ein zündfähiges Gemisch wird erst durch nachgeschaltete Misch- und Einspeisemittel erzeugt, in denen durch Mischung des brennstoffangereicherten Reformats aus der Verdampfungszone und des oxidationsmittelhaltigen Abgases aus der Oxidationszone ein zündfähiges Reformationsgasgemisch gebildet und in die Zone zur katalytischen H2-Erzeugung eingespeist wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der in dem als Verdampfergas genutzten Reformat enthaltene Wasserstoff die Rußbildung bei der Verdampfung des Anreicherungsbrennstoffs reduziert. Die Brennstoffverdampfung ist typischerweise trägergasgesteuert, so dass schon geringe Verdampfertemperaturen – deutlich unterhalb der Siedetemperaturen der im Brennstoff enthaltenen Komponenten – ausreichen, um den Brennstoff zu verdampfen. Auch diese Temperaturreduktion führt zu einer schonenden rußarmen Brennstoffverdampfung.
  • Günstigerweise sind die Misch- und Einspeisungsmittel als Injektordüse ausgebildet. Dies hat zum einen den Vorteil, dass kein großvolumiger, zündfähiges Gemisch enthaltender Bereich, der die Gefahr einer spontanen Selbstzündung bergen könnte, gebildet wird. Vielmehr wird durch die Einspeisung des zündfähigen Gemischs in die Zone zur katalytischen H2-Erzeugung mit hoher Geschwindigkeit sichergestellt, dass ein Flammrückschlag ausgeschlossen ist.
  • Vorteilhafterweise ist die Injektordüse abgasgetrieben, d. h. als Energiequelle für die Mischung und Einspeisung des zündfähigen Reformationsgasgemischs wird die kinetische Energie des oxidationsmittelhaltigen Abgases aus der Oxidationszone genutzt. Durch korrekte Einstellung der mechanischen Düseneigenschaften, kann auch das optimale Mischungsverhältnis von oxidationshaltigem Abgas und angereichertem Verdampfergas dauerhaft eingestellt werden, ohne dass eine beständige, aktive Steuerung der Komponenten erforderlich wäre. Die Injektordüse kann beispielsweise nach dem Prinzip der Venturi-Düse arbeiten.
  • Wie erwähnt, führt die Erfindung u. a. zu dem Vorteil, dass die Verdampfung des Anreicherungsbrennstoffs in der Verdampfungszone bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgen kann. Andererseits hat das in der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung erzeugte Reformat typischerweise eine sehr hohe Temperatur. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass dem rückgeführten Reformat während der Rückführung Wärme entzogen wird. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Rückführmittel Wärmetauschermittel zur Abkühlung des rückgeführten Reformats aufweisen. Vorzugsweise sind die Wärmetauschermittel bedarfsgemäß zu- und abschaltbar. Die hierdurch rückgewonnene Wärme kann beispielsweise zur Vorwärmung einer Prozessluft in einem nachgeschalteten Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Auch eine Verwendung zur Vorwärmung von Kraftstoff, als Wärmequelle in der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung, in einem Nachbrenner oder in anderen Komponenten des Systems ist denkbar.
  • Zu der erfindungsgemäß vorgesehenen Rückführung von Reformat in die Verdampfungszone kann das in der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung erzeugte Reformat unmittelbar im Bereich der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung abgezweigt werden, d. h. die Rückführmittel setzen im Bereich der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung an. Hierzu kann eine Gasentnahmesonde in der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung eingesetzt werden, die eine hohe Rückführrate des zu rezyklierenden Gasstroms gewährleistet. Andererseits ist es auch möglich, die Rückführmittel in einem der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung nachgelagerten Bereich ansetzen zu lassen. Dies kann unmittelbar hinter der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung erfolgen oder aber auch hinter einer der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung nachgelagerten Brennstoffzelle. Durch die elektrochemische Oxidation in der Brennstoffzelle steigt der Sauerstoffgehalt und damit das Verhältnis O/C im rückgeführten Gasstrom und damit auch im Katalysator, welches maßgeblich die Rußbildung beeinflusst. Aus thermodynamischer Sicht nimmt die Rußbildung mit stei gendem O/C-Verhältnis ab, so dass diesbezüglich die Rückführung nach der Brennstoffzelle vorteilhaft gegenüber derjenigen nach dem Reformer sein kann, wenn kinetische Effekte eine untergeordnete Rolle bei der Rußbildung spielen.
  • Typischerweise wird der einer Brennstoffzelle zugeführte Wasserstoff nicht vollständig mit Sauerstoff zu Wasser umgesetzt. Das Abgas der Brennstoffzellenanode enthält daher in der Regel noch eine nutzbare Konzentration von Wasserstoff.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dieses Anodenabgas als Verdampfergas in die Verdampfungszone rückzuführen. Selbstverständlich sind auch Kombinationen der vorgenannten Rückführmöglichkeiten realisierbar.
  • Bei einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verdampfergasgemisch vor der Mischung mit dem oxidationsmittelhaltigen Abgas von Kontaminanten gereinigt wird. Hierzu sind bevorzugt zwischen den Misch- und Einspeisemitteln, d. h. insbesondere der Injektordüse, und der Verdampfungszone Gasreinigungsmittel zur Entfernung der Kontaminanten aus dem Verdampfergasgemisch vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine im Grunde bekannte Katalysatorschutzvorrichtung handeln, die in dem Verdampfergas enthaltene Katalysatorgifte wie z. B. Metalle oder Rußvorläufer absorbiert und partiell durch Reaktion mit dem im Reformat enthaltenen Wasserstoff unschädlich machen kann.
  • Wie erläutert, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Reformator und ein Verfahren zur Erzeugung eines Reformats. Es sei jedoch erwähnt, dass die vorliegende Erfindung auch Vorteile in einem Betriebsmodus des Reformators zeitigt, in dem nicht unmittelbar ein Reformat erzeugt wird. In diesem, hier als Regenerationsbetrieb bezeichneten Modus ist die Brennstoffanreicherung in der Verdampfungszone ausgeschaltet. Somit wird in der Zone zur katalytischen H2-Erzeugung kein Reformat gebildet. Vielmehr durchströmt Verbrennungsabgas aus der Oxidationszone die Zone zur katalytischen H2-Erzeugung. Dieses Gas wird im Regenerationsbetrieb über die Rückführmittel der Verdampfungszone zugeführt und über die Misch- und Einspeisemittel mit ”frischem” Verbrennungsgas gemischt und wieder in die Zone zur katalytischen H2-Erzeugung eingeführt. Durch diese Abgas-Rezyklierung können Rußablagerungen, die sich eventuell in der Verdampfungszone und/oder einer gegebenenfalls der Verdampfungszone nachgeschalteten Gasreinigungseinheit gebildet haben, verbrannt und die entsprechenden Elemente hierdurch regeneriert werden.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Reformers nach dem Stand der Technik;
  • 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Reformers mit mehreren optionalen Zusatzelementen; und
  • 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reformers.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Reformers nach dem Stand der Technik. In einen Brenner 10, der die Oxidationszone umfasst, wird über eine erste Zuführungsleitung 12 Luft und über eine zweite Zuführungsleitung 14 flüssiger Brennstoff, z. B. Diesel zugeführt. Der Brenner 10 weist typischerweise eine nicht gesondert dargestellte Mischzone zur Bildung eines zündfähigen Gasgemischs aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff auf. Diese Mischzone ist der eigentlichen Oxidationszone vorgelagert. Das bei der Verbrennung im Brenner 10 entstehende Abgas, das auch bei der Verbrennung nicht umgesetzten Sauerstoff enthält, wird in einen Verdampfer 16 eingespeist und dient dort als Verdampfergas. Der Verdampfer 16 weist eine Zuführleitung 18 für weiteren flüssigen Brennstoff auf, mit dem das Verdampfergas angereichert wird. Aufgrund der hohen Temperaturen wird der über die Zuführleitung 18 zugeführte flüssige Brennstoff verdampft. Das angereicherte Gas, d. h. das Gemisch aus Verdampfergas und verdampftem Brennstoff bildet ein zündfähiges Reformationsgasgemisch, das in die nachgeschaltete Zone 20 zur katalytischen H2-Erzeugung, die insbesondere einen CPOX-Katalysator umfasst, eingespeist wird. In der Zone 20 zur katalytischen H2-Erzeugung wird auf katalytischem Wege wasserstoffhaltiges Reformat erzeugt, das einer nachgeschalteten Brennstoffzelle 22 zugeführt werden kann. Die Abgase der Brennstoffzelle werden je nach Aufbau des Systems geeignet behandelt, was in 1 als Ableitung ”zum System” angedeutet ist.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reformers. Dabei werden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 für korrespondierende Elemente verwendet. Bei der Ausführungsform von 2 ist der Brennstoffzelle vorgeschaltet eine Gasentnahmeeinheit 24 angeordnet. Man beachte, dass die schematische Darstellung von 2 nicht notwendig die gegenständlichen, sondern im Wesentlichen die funktionellen Elemente aufzeigt. So kann die Gasentnahmeeinheit 24 auch in die Zone 20 zur katalytischen H2-Erzeugung integriert sein. Die Funktion der Gasentnahmeeinheit 24 besteht darin, einen Teil des in der Zone 20 zur katalytischen H2-Erzeugung erzeugten, wasserstoffhaltigen Reformats über die Rückführleitung 26 in den Verdampfer 16 zurückzuführen. Als Verdampfergas im Verdampfer 16 wird also im Gegensatz zum Stand der Technik nicht das Abgas aus dem Brenner 10 sondern über die Rückführleitung 26 rückgeführtes Reformat verwendet.
  • Das Abgas aus dem Brenner 10 sowie das angereicherte Verdampfergas aus dem Verdampfer 16 werden gemeinsam einem Injektor 28 zugeführt, der vorzugsweise als von dem Abgas aus dem Verbrenner 10 getriebene Düse ausgebildet ist. Im Injektor 28 erfolgt eine Mischung der beiden Gasströme und eine Einspeisung des resultierenden, zündfähigen Gemischs in die Zone 20 zur katalytischen H2-Erzeugung.
  • Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist in die Rückführleitung 26 ein optionaler Wärmetauscher 30 integ riert. Dieser ist in 2 gestrichelt dargestellt, um auf seinen optionalen Charakter hinzuweisen. Der Wärmetauscher 30 ist vorzugsweise bedarfsgerecht zu- und abschaltbar und dient insbesondere der Abkühlung des über die Rückführleitung 26 rückgeführten Reformats. Der Wärmetauscher 30 kann als aktive Temperatursteuerung verwendet werden, um die Temperatur im Verdampfer 16 in einem optimalen Bereich zu halten. Weiterhin kann durch den Wärmetauscher die Temperatur im Verdampfer so eingestellt werden, daß die Zündtemperatur des Rußes erreicht wird und die Rußoxidation gezielt einsetzt. Somit kann der Verdampfer von Ruß befreit, d. h. regeneriert werden.
  • Als weitere Option ist bei der Ausführungsform von 2 eine Gasreinigungseinheit 32 vorgesehen, die zwischen dem Verdampfer 16 und dem Injektor 28 angeordnet ist. Diese Gasreinigungseinheit 32 dient der Entfernung so genannter Katalysatorgifte aus dem Gasstrom bzw. der Umwandlung von schädlichen Verbindungen (Rußvorläufer) zu unschädlichen Verbindungen. Die Umwandlung kann z. B. durch den rückgeführten Wasserstoff erfolgen, z. B. durch Hydrierung von Acetylen, Ethylen, polyzyklische aromatische Verbindungen.
  • 3 zeigt im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie 2, wobei wiederum gleiche Bezugszeichen korrespondierende Elemente bezeichnen. 3 zeigt im Unterschied zu 2 jedoch, dass die Gasentnahmeeinheit 24 funktionell hinter der Brennstoffzelle 22 angeordnet ist. Mit dieser Variante der Erfindung kann Anodenabgas der Brennstoffzelle 22 rezykliert werden.
  • Natürlich stellen die in den Figuren gezeigten und in der speziellen Beschreibung diskutierten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Dem Fachmann ist ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere ist es denkbar, die Ausführungsformen von 2 und 3 dergestalt zu kombinieren, dass sowohl Reformat aus der Zone 20 zur katalytischen H2-Erzeugung als auch Brennstoffzellenabgas aus der Brennstoffzelle 22 dem Verdampfer 16 als Verdampfergas zugeführt werden.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
    • 10
    Brenner
    12
    Luftzuleitung
    14
    Brennstoffzuleitung
    16
    Verdampfer
    18
    Brennstoffzuleitung
    20
    Zone zur katalytischen H2-Erzeugung
    22
    Brennstoffzelle
    24
    Gasentnahmesonde
    26
    Rückführleitung
    28
    Injektor
    30
    Wärmetauscher
    32
    Gasreinigungseinheit

Claims (12)

  1. Reformer zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat, umfassend eine Oxidationszone (10), eine Verdampfungszone (16) und eine Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung, wobei der Oxidationszone (10) ein gasförmiges Gemisch aus Brennstoff und Oxidationsmittel zur Oxidation unter Erzeugung oxidationsmittelhaltigen Abgases zuführbar ist, wobei der Verdampfungszone (16) Brennstoff und ein Verdampfergas zur Erzeugung eines brennstoffhaltigen Verdampfergasgemischs zuführbar ist, wobei der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung ein zündfähiges, verdampften Brennstoff und oxidationsmittelhaltiges Abgas enthaltendes Reformationsgasgemisch zur Erzeugung des gasförmigen Reformats zuführbar ist, und wobei zur Erzeugung des Reformationsgasgemischs und zu dessen Einspeisung in die Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung vor einem Eingang der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung Misch- und Einspeisemittel (28) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Misch- und Einspeisemittel (28) einerseits oxidationsmittelhaltiges Abgas aus der Oxidationszone (10) und andererseits brennstoffhaltiges Verdampfergasgemisch aus der Verdampfungszone (16) zuführbar ist, wobei Rückführmittel (26) zur Rückführung von in der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung erzeugtem Reformat als Verdampfergas in die Verdampfungszone (16) vorgesehen sind.
  2. Verfahren zum Umsetzen von Brennstoff und Oxidationsmittel zu gasförmigem Reformat, wobei in einer Oxidationszone (10) ein mit einem gasförmigen Oxidationsmittel gemischter Brennstoff unter Erzeugung eines oxidationsmittelhaltigen Abgases oxidiert wird, wobei in einer Verdampfungszone (16) Brennstoff mit einem Verdampfergas zu einem brennstoffhaltigen Verdampfergasgemisch verdampft wird, wobei in einer Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung ein verdampften Brennstoff und oxidationsmittelhaltiges Abgas enthaltendes Reformationsgasgemisch zur Erzeugung des gasförmigen Reformats reformiert wird, und wobei zur Erzeugung des Reformationsgasgemischs oxidationsmittelhaltiges Abgas mit brennstoffhaltigem Verdampfergasgemisch gemischt und in die Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung erzeugtes Reformat als Verdampfergas in die Verdampfungszone (16) rückgeführt wird.
  3. Reformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Einspeisemittel als Injektordüse (28) ausgebildet sind.
  4. Reformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektordüse (28) von dem zugeführten, oxidationsmittelhaltigen Abgas angetrieben ist.
  5. Reformer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführmittel (26) Wärmetauschermittel (30) zur Abkühlung des rückgeführten Reformats bzw. zur Einleitung der Rußoxidation im Verdampfer aufweisen.
  6. Reformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschermittel (30) bedarfsgemäß zu- und abschaltbar sind.
  7. Reformer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführmittel (26) zur Abführung von Reformat aus der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung im Bereich der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung ansetzen.
  8. Reformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführmittel (26) zur Abführung von Reformat in einem der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung nachgelagerten Bereich ansetzen.
  9. Reformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführmittel (26) zur Abführung von Reformat an einer Anodenabgasleitung einer der Zone (20) zur katalytischen H2-Erzeugung nachgelagerten Brennstoffzelle (22) ansetzen.
  10. Reformer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Misch- und Einspeisemitteln (28) und der Verdampfungszone (16) Gasreinigungsmittel (32) zur Entfernung von Kontaminanten aus dem Verdampfergasgemisch vorgesehen sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem rückgeführten Reformat während der Rückführung Wärme entzogen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfergasgemisch vor der Mischung mit dem oxidationsmittelhaltigen Abgas von Kontaminanten gereinigt wird.
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