DE4005468A1 - Operation of high temp. fuel cells - using ion-conducting electrolytes, removing cathode and anode off-gases produced and recycling anode off-gas - Google Patents

Operation of high temp. fuel cells - using ion-conducting electrolytes, removing cathode and anode off-gases produced and recycling anode off-gas

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Abstract

High-temp. fuel cells are operated using ion-conducting electrolytes in which hydrogen produced by a carbonaceous charge is introduced on the anode side and oxygen-contg. ions are converted with prodn. of electrical energy. Cathode and anode off-gases are removed and the crude anode off-gas recycled to one or more sections of the hydrogen-producing stage of the process. Pref. the anode off-gas is recycled hot. A section of the hydrogen-producing process is steam reforming of a carbonaceous charge. @(5pp Dwg.No.1/1)@ USE/ADVANTAGE - Useful in molten carbonate fuel cells and solid oxide fuel cells. The thermal effectiveness of the whole process is improved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb von Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Ionen leitendem Elektrolyten, wobei anodenseitig aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatz erzeugter Wasserstoff zugeführt und sauerstoffhaltige Ionen unter Erzeugung elektrischer Energie umgesetzt werden und wobei Kathodenabgas und Anodenabgas abgezogen und Anodenabgas zurückgeführt wird. The invention relates to a method for operating high temperature fuel cell with ion conducting electrolyte, wherein the anode side generated from a carbonaceous feedstock hydrogen supplied and oxygen-containing ions are reacted to produce electrical energy and said cathode exhaust gas and anode off-gas drawn off and anode exhaust gas is recirculated.

Ein Verfahren zum Betrieb von Hochtemperatur-Brennstoffzellen ist aus der deutschen Anmeldung P 39 13 581 bekannt. A method for operating high temperature fuel cells is known from the German application P 39 13 581st Sein Anwendungsbereich erstreckt sich auf die Brennstoffzellentypen Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) und Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Its scope extends to the types of fuel cells Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) and solid oxide fuel cells (SOFC). Für die Stromerzeugung mittels Brennstoffzellen des Typs MCFC und SOFC wird Wasserstoff benötigt, der unter Energiegewinnung, dh Stromerzeugung, oxidiert wird. Is hydrogen to generate energy, ie electricity oxidized is required for power generation using fuel cells of the type MCFC and SOFC. Der Wasserstoff entstammt beispielsweise der Dampfreformierung eines kohlenstoffhaltigen Einsatzes, in der Regel entschwefeltem Erdgas. The hydrogen is taken for example, the steam reforming of a carbonaceous feed, desulfurized usually natural gas. Das die Dampfreformierung verlassende Wasserstoff enthaltende Gas kann weiterer Konditionierung durch CO-Konvertierung, Wasser- und CO₂-Entfernung unterzogen werden, bevor es der Brennstoffzelle anodenseitig zugeführt wird. The gas leaving the steam reforming hydrogen-containing may be subjected to further conditioning by CO conversion, water and CO₂ removal, before it is supplied to the fuel cell on the anode side. In den Brennstoffzellen wird anodenseitig Wasserstoff mit sauerstoffhaltigen Ionen, welche von der Kathodenseite der Brennstoffzelle stammen, unter Erzeugung elektrischer Energie und Wärme umgesetzt. In the fuel cell, hydrogen is reacted with oxygen-containing ions, which originate from the cathode side of the fuel cell to produce electrical energy and heat on the anode side. Der Umsatz von Wasserstoff an der Anode ist jedoch nicht vollständig, wodurch im Anodenabgas noch Restwasserstoff enthalten ist. However, the conversion of hydrogen at the anode is not complete, thus more residual hydrogen contained in the anode exhaust gas. Beim bekannten Verfahren mit externer Reformierung wird das rohe Anodenabgas aufbereitet und zerlegt, wobei in der Regel der Wasserstoff zur Anode zurückgeführt wird. In the known method with external reforming the crude anode exhaust gas is treated and decomposed in which is returned to the control of the hydrogen to the anode.

Um die Aufarbeitung des rohen Anodenabgases zu ermöglichen, wird dieses abgekühlt. To enable the processing of the raw anode exhaust gas that is cooled. Ein Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, daß es in diesem Prozeßschritt wie auch sonst im Anodenbereich zu unerwünschter Rußabscheidung kommen kann. A disadvantage of the known method is that it can cause unwanted soot deposition in this process step, as elsewhere in the anode region. Des weiteren geht die bei der exothermen Umsetzung in der Brennstoffzelle entstehende Wärme, die unter anderem über das rohe Anodenabgas abgeführt wird, für die endotherme Wasserstofferzeugung verloren. Further goes the stress caused during the exothermic reaction in the fuel cell heat that is dissipated among other things, the raw anode exhaust, lost for the endothermic hydrogen generation.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren derart abzuwandeln, daß die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und gleichzeitig der thermische Wirkungsgrad des Gesamtverfahrens verbessert wird. The invention had the object of modifying the known method such that the disadvantages of the prior art are avoided and at the same time the thermal efficiency of the overall process is improved.

Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem das rohe Anodenabgas wenigstens teilweise in einen oder mehrere Abschnitte des Wasserstoff erzeugenden Teils des Verfahrens zurückgeführt wird. The invention solves this task by the crude anode exhaust is at least partially recycled into one or more portions of the hydrogen-generating part of the process.

Unter rohem Anodenabgas ist Anodenabgas zu verstehen, das keinem Trennprozeß unterzogen wurde. Under raw anode exhaust anode exhaust gas is to be understood that any separation process was subjected. Dieses rohe Anodenabgas wird im erfindungsgemäßen Verfahren vor einem oder mehreren Abschnitten des gesamten Wasserstofferzeugungsprozesses zugemischt. This crude anode exhaust gas is mixed in the present process before one or more portions of the total hydrogen generation process. Unter dem Begriff des Wasserstoff erzeugenden Verfahrens sind hier alle Verfahrensschritte, die zu einer Erhöhung der Wasserstoffkonzentration im Anodeneinsatzstrom dienen, zusammengefaßt. The term of the hydrogen generating process are here all method steps which serve to increase the hydrogen concentration in the anode feed stream, combined.

Die Vorteile dieser Vorgehensweise liegen insbesondere darin, daß nahezu der gesamte erzeugte Wasserstoff zur direkten Stromerzeugung in der Brennstoffzelle eingesetzt wird, ohne den Restwasserstoff im Anodenabgas zuerst durch einen zusätzlichen Trennprozeß zu gewinnen. The advantages of this approach are, in particular, that almost all of the hydrogen generated is used for direct power generation in the fuel cell without gaining the residual hydrogen in the anode exhaust gas first through an additional separation process. Ferner kann der Prozeßdampfbedarf für die Wasserstofferzeugung einschließlich der CO-Konvertierung ganz oder teilweise aus dem Anodenabgas gedeckt werden. Further, the process steam required for the hydrogen generation including the CO conversion can be covered wholly or partly from the anode exhaust gas.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet für Brennstoffzellen, deren Wasserstoffeinsatz extern erzeugt wird. The inventive method is suitable for fuel cells, which use hydrogen is generated externally. Der Wasserstoff kann dabei durch Dampfreformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzes oder durch Kohle- bzw. Ölvergasung hergestellt werden. The hydrogen can be prepared by steam reforming of a hydrocarbon-containing insert, or by coal or oil gasification.

Bevorzugt wird die Rückführung des rohen Anodenabgases bei den Brennstoffzellen eingesetzt, die ihren Wasserstoff aus einer externen Dampfreformierung beziehen. the return of the crude anode exhaust gas is preferably used in the fuel cells, which derive their hydrogen from an external steam reforming. In diesem Abschnitt des Wasserstoff erzeugenden Verfahrens wird der kohlenstoffhaltige Einsatz mit Wasserdampf zu einem wasserstoffhaltigen Gas umgesetzt, das weiter konditioniert wird. In this portion of the hydrogen generating method of the carbon-containing feed with steam will be converted into a hydrogen-containing gas, which is further conditioned.

Besonders günstig wird bei diesem Verfahren das rohe Anodenabgas heiß zurückgeführt. the raw anode exhaust gas is particularly favorable returned hot in this process.

Auf diese Weise kann seine fühlbare Wärme für die endotherme Wasserstofferzeugung direkt nutzbar gemacht werden. In this way, its sensible heat for the endothermic hydrogen generation can be done directly usable. Heizflächen bei hoher Temperatur für die Abkühlung des Anodenabgases entfallen. accounts for heating surfaces at high temperature for cooling the anode exhaust gas.

In Ausgestaltung des Verfahrens wird das rohe Anodenabgas wenigstens teilweise vor die Dampfreformierung rückgeführt. In embodiment of the process the crude anode exhaust is at least partially recirculated in front of the steam reforming.

Bei der Rückführung des Anodenabgases vor die Dampfreformierungsstufe wird es mit dem dort zu reformierenden kohlenstoffhaltigen Einsatz vermischt. In the recirculation of the anode exhaust prior to the steam reforming step, it is mixed with the there to be reformed carbonaceous feedstock. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt damit die fühlbare Wärme des Anodenabgases zur direkten Beheizung des Reformereintrittsgases, dh es schafft eine Wärmekopplung zwischen der endothermen Wasserstofferzeugung und der wärmeabgebenden Brennstoffzelle. so that the process of the invention makes use of the sensible heat of the anode off-gas for direct heating of the reformer inlet gas, that is, it creates a thermal coupling between the endothermic hydrogen generation and the heat emitting fuel cell. Die Zellenabwärme dient somit der Einsparung von Reformerheizleistung. Cells waste heat thus serves to save reformer heat output. Außerdem erbringt die direkte Wärmekopplung eine Einsparung von Wärmetauscherflächen bei hohen Temperaturen. In addition, the direct thermal coupling provides a savings of heat exchanger surfaces at high temperatures.

Da das rohe Anodenabgas in nicht unbeträchtlichem Maße Wasserdampf enthält, läßt sich vorteilhaft der Prozeßdampfbedarf der Dampfreformierung samt CO-Konvertierung aus dem Anodenabgas decken. Since the crude anode exhaust gas to a not inconsiderable extent contains water vapor can be advantageously the process steam requirements of the steam reforming including CO conversion cover from the anode exhaust gas. Eine Entnahme von Prozeßdampf aus dem Dampfsystem ist, außer beim Anfahren der Anlage, nicht notwendig. A sampling of process steam from the steam system, except when the plant is not necessary.

Die Erfindung weiterbildend wird das Anodenabgas teilweise als Heizgas verwendet. The invention further forming the anode exhaust gas is partly used as fuel gas.

Obgleich das Anodenabgas aufgrund seines Wasserstoffgehaltes wertvoll ist, wird zweckmäßig ein Teil als Heizgas verwendet, um sich sonst im System akkumulierende Inertgase auszuschleusen. Although the anode exhaust gas is valuable because of its hydrogen content, is advantageously used as a part of heating gas to otherwise auszuschleusen in the system accumulating inert gases.

Die Erfindung weiterbildend wird das Heizgas zur Unterfeuerung des Reformers verwendet. The invention further forming the fuel gas is used for undergrate firing the reformer. Besonders vorteilhaft ist diese Maßnahme dann, wenn das Heizgas vor der Unterfeuerung wenigstens teilweise arbeitsleistend entspannt wird. Particularly advantageous, this measure is, when the heating gas is at least partially work-expanded prior to the underfiring.

Die Verwendung des Anodenabgases als Heizgas wird ohne aufwendige Trennprozesse durchgeführt. The use of the anode exhaust gas as fuel gas is performed without complex separation processes. Zur weiteren Energiegewinnung für den Gesamtprozeß kann das Heizgas auch in dem aus der Kathode austretenden Kathodenabgas verbrannt werden. To further energy for the overall process, the heating gas can be burned in the effluent from the cathode cathode exhaust. Das gebildete Verbrennungsgas wird arbeitsleistend entspannt. The combustion gas formed is work expanded. Es dient bevorzugt dazu, die Leistung der Kathodenturbine zu erhöhen. It is preferable to increase the performance of the cathode turbine.

Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Anodenabgas wenigstens teilweise in das erzeugte wasserstoffhaltige Gas zurückgeführt. According to a further variant of the process according to the invention the anode exhaust gas is at least partially recycled in the generated hydrogen-containing gas. Bevorzugt wird das in der Dampfreformierung erzeugte wasserstoffhaltige Gas durch CO-Konvertierung, Wasserabscheidung und CO₂-Entfernung weiter konditioniert. the hydrogen-containing gas generated in the steam reforming is preferably further conditioned by CO conversion, separation of water and CO₂ removal. Jeder dieser Einzelabschnitte dient dazu, die Wasserstoffkonzentration im Anodeneinsatzstrom zu erhöhen. Each of these individual sections is used to increase the hydrogen concentration in the anode feed stream.

Eine Zufuhr von Teilströmen des rohen Anodenabgases kann dabei vor einer oder mehreren dieser Konditionierungsstufen erfolgen. A supply of partial streams of the crude anode exhaust gas can be carried out before one or more of these conditioning steps. Zum einen wird damit die Gasmenge durch die Dampfreformierung und gegebenenfalls nachfolgende Konditionierungsschritte reduziert, zum anderen lassen sich durch geeignete Rückführung die Verfahrensparameter der einzelnen Stufen zur Erzeugung bzw. Konditionierung von Wasserstoff günstig einstellen. On the one hand the amount of gas is reduced by the steam reforming and optionally subsequent conditioning steps, on the other hand can be adjusted by suitable feedback, the process parameters of the individual steps for the production or conditioning of hydrogen low. Der Anode der Brennstoffzelle wird ein Wasserstoffgas hoher Güte zugeführt, aus dem Wasser und weitgehend kohlenstoffhaltige Gase abgetrennt wurden. The anode of the fuel cell is supplied to a hydrogen gas of high quality, were separated from the water and substantially carbon-containing gases.

Mit der Entfernung von kohlenstoffhaltigen Gasen vor der Anode wird der Rußbildung in der Brennstoffzelle und im gesamten Hochtemperaturbereich vorgebeugt. With the removal of carbon-containing gases prior to the anode of soot formation in the fuel cell and in the entire high temperature range are prevented. Damit können die Gaszustände und Zusammensetzungen in der Brennstoffzelle anders als beim Stand der Technik unabhängig vom Rußproblem gewählt werden. So that the gas conditions and compositions in the fuel cell can be chosen independently from Rußproblem unlike the prior art. Außerdem wird durch die Aufbereitung des Wasserstoffgases ein hoher Wasserstoffpartialdruck in der Brennstoffzelle erreicht. In addition, high hydrogen partial pressure is achieved in the fuel cell by the preparation of the hydrogen gas.

Ist vorgesehen, das Kohlendioxid im Wasserstoffgas mittels physikalischer Wäsche zu entfernen, so ist besonders günstig bei der Regenerierung des Waschmittels wenigstens teilweise das Kathodenabgas als Strippgas einzusetzen. Is intended to remove the carbon dioxide in the hydrogen gas by physical wash, so the cathode exhaust gas is particularly advantageous in the regeneration of the washing agent at least partially to be used as stripping gas.

Um für die Brennstoffzelle ein spezifikationsgerechtes Wasserstoffgas zu erhalten, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren lediglich eine physikalische Grobwäsche zur Entfernung von CO₂ notwendig. To get a spec hydrogen gas for fuel cells, the novel process, only a physical rough scrubbing to remove CO₂ is necessary. Zum einen kann das Waschmittel durch Strippung besser regeneriert werden als nur durch Druckabsenkung, zum anderen wird vorteilhaft die Abwärme des Kathodenabgases zur Regenerierung des Waschmittels herangezogen. Firstly, the detergent can be better regenerated by stripping than by lowering the pressure, on the other hand, the waste heat of the cathode exhaust gas is advantageously used for the regeneration of the washing agent.

In Abwandlung dieses erfindungsgemäßen Schrittes wird als Strippgas bei der Regenerierung des Waschmittels der CO₂-Wäsche komprimierte Luft verwendet. In a modification of this step of the invention is used as stripping gas in the regeneration of the washing of the CO₂ scrubbing compressed air. Bevorzugt findet dazu wenigstens ein Teil der verdichteten Luft für die Kathodeneinspeisung Verwendung. Preferably, this is at least a portion of the compressed air for the cathode feed use. Die nach der Strippung mit CO₂ beladene Luft wird der Kathodenseite der Brennstoffzelle zugespeist. After the stripping CO₂-laden air is supplied to the cathode side of the fuel cell.

Zum einen ermöglicht der Einsatz komprimierter Luft bei der Waschmittelregenerierung das Waschmittel während der Regenerierung auf hohem Druck zu halten, wodurch gegenüber der Regenerierung bei niedrigerem Druck Antriebsleistung für die Pumpe zur Rückführung des regenerierten Waschmittels in die Waschkolonne eingespart wird. For one, the use of compressed air at the detergent regeneration allows to keep the detergent during regeneration at high pressure, thus saved compared to the regeneration lower pressure drive power for the pump for recycling the regenerated washing agent in the washing column. Zum anderen nimmt das freigesetzte CO₂ leistungserhöhend an der arbeitsleistenden Entspannung des Kathodenabgases teil. On the other hand, the released CO₂ taking performance-enhancing part in the work expansion of the cathode exhaust.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei im folgenden anhand der Figur beispielhaft beschrieben. The inventive method is described by way of example with reference to FIG. Über Leitung 1 wird ein Erdgaseinsatzstrom herangeführt, von dem ein Teil mittels Leitung 2 abgezweigt und zur Unterfeuerung der Dampfreformierung R herangezogen wird. Via line 1, a natural gas feed stream is introduced, a portion of which is diverted by means of line 2 and to the underfiring steam reforming R used. Der restliche Strom wird, vermischt mit einem Wasserstoffrückführstrom 3 , einer Entschwefelung S zugeführt. The remaining stream is mixed with a hydrogen recycle stream 3 is supplied to a desulfurization S. Der entschwefelte Erdgaseinsatzstrom 4 wird mit einem Teil des rückgeführten rohen, heißen Anodenabgases 5 vermischt der Dampfreformierung R zugeleitet, während ein weiterer Teilstrom 6 des Anodenabgases nach einer Wasserabscheidung für die Unterfeuerung der Dampfreformierung dem Erdgasteilstrom 2 zugemengt wird. The desulfurized natural gas feed stream 4 is supplied with a portion of the recycled raw, hot anode exhaust gas 5, the steam reforming R mixed fed while another partial flow 6 of the anode exhaust gas after a water separation for the underfiring the steam reforming is admixed to the gas partial stream. 2 Vor der Vermischung wird das Anodenabgas 6 für die Unterfeuerung entspannt, was über eine Drosselentspannung oder hier nicht dargestellt, durch arbeitsleistende Entspannung geschehen kann. Before mixing the anode exhaust gas 6 is expanded for the process bottom, which can be done through a choke relaxation or not illustrated here by work relaxation. Die vermengten Verbrennungsströme 2 und 6 werden zusammen mit Luft 2′ zum Rauchgas 15 für die Reformerheizung verbrannt. The blended combustion streams 2 and 6 are burnt together with air 2 'to the flue gas 15 for the reformer heating.

Mit dem im Rückführstrom 5′ enthaltenen Wasserdampf wird der Erdgaseinsatzstrom in der Dampfreformierung zu einem wasserstoffhaltigen Gas 7 umgesetzt, dessen CO-Anteil in einer zweistufigen CO-Konvertierung HT/NT abgebaut und dadurch der Wasserstoffanteil erhöht wird. By contained in the recycle stream 5 'water vapor in the natural gas feed stream in the steam reforming is converted to a hydrogen-containing gas 7, the CO content removed HT / LT in a two stage CO conversion, and thereby the hydrogen content is increased. Optional kann, wie über die gestrichelten Leitungen 9, 9′, 9″, 9″′ dargestellt, rohes gekühltes Anodenabgas zugemischt werden. Optionally, raw cooled anode exhaust gas may be as shown via the dashed lines 9, 9 ', 9 ", 9"', are admixed. Nach Abscheidung und Abzug 10 noch vorhandenen Wassers im Abscheider D, wird das verbleibende Wasserstoffgas einer physikalischen Grobwäsche W zur Entfernung von Kohlendioxid unterzogen, welches über Leitung 11 abgeführt wird. After deposition and print 10 is still water present in the separator D, the remaining hydrogen gas a physical coarse wash W is subjected to removal of carbon dioxide, which is discharged via line. 11

Der nunmehr von Wasser und Kohlendioxid weitgehend befreite Wasserstoff 12 wird über Verdichter V 1 auf den Arbeitsdruck der Brennstoffzelle BZ verdichtet. The now substantially freed of water and carbon dioxide, hydrogen 12 is compressed through compressor 1 V to the working pressure of the fuel cell FC. Von dem verdichteten Wasserstoff 12′ kann ein Teil 3′ abgezogen und in den Erdgaseinsatzstrom 1 für die Schwefelhydrierung zurückgeleitet werden. Of the compressed hydrogen 12 ', a portion 3' are withdrawn and returned to the natural gas feed stream 1 for the Schwefelhydrierung. Dieser Teilstrom 3′ kann je nach CO-Gehalt zuvor einer Methanisierung M unterzogen werden. This partial stream 3 'may be previously methanation M are subjected, depending on the CO content. Der restliche verbleibende Wasserstoff wird der Anodenseite A einer Brennstoffzelle zugeführt, wo unter exothermer Umsetzung mit Sauerstoffionen elektrische Energie L E erzeugt wird. The remaining residual hydrogen is supplied to the anode side A of a fuel cell, where it produces an exothermic reaction with oxygen ions electrical energy E L. Am Anodenaustritt fällt durch die Umsetzungswärme heißes rohes Anodenabgas 5 an, das unaufbereitet rückgeführt wird. At the anode exhaust hot raw anode exhaust gas falls to 5 by the reaction heat, which is recycled Untreated. Auf diese Weise werden seine fühlbare Wärme und der Wasserdampfgehalt für die endotherme Dampfreformierung genutzt, während der zur Unterfeuerung herangezogene Teilstrom der Ausschleusung von Inertgasen dient. In this way, its sensible heat and the water vapor content for the endothermic steam reforming be used during relied on to process bottom stream of the discharge of inert gases used.

Die Kathodenseite K der Brennstoffzelle wird mit Luft aus Leitung 13 , die mittels Verdichter V 2 auf den Arbeitsdruck der Brennstoffzelle komprimiert wird, versorgt. The cathode side K of the fuel cell is supplied with air from line 13 is compressed to the operating pressure of the fuel cell by means of compressor V2. Die komprimierte Luft 13′ wird nach Vermischung mit einem, mittels Kreislaufverdichter V 3 komprimierten Teilstrom 14′ des Kathodenabgases vermischt der Kathodenseite der Brennstoffzelle zugeleitet. The compressed air 13 'is, after being mixed with a compressed by means of the cycle compressor V 3 partial flow 14' of the cathode exhaust gas of the cathode side of the fuel cell is mixed fed. In der Brennstoffzelle erfolgt an der Kathode die Bildung von Sauerstoffionen, welche an der Anode mit dem dort zugeführten Wasserstoff unter Bildung von Wasser umgesetzt werden. In the fuel cell, the formation of oxygen ions, which are converted at the anode with the hydrogen supplied there with formation of water takes place at the cathode. Am Kathodenaustritt wird heißes Kathodenabgas 14 abgezogen, von dem ein Teil 16 abgezogen und zur Erzeugung von Energie in Turbine X entspannt wird. At the cathode exit hot cathode exhaust gas 14 is withdrawn, a portion of which 16 is peeled off and relaxed to generate power in turbine X. Zuvor kann in diesem Teilstrom des Kathodenabgases mindestens ein Teilstrom 6′ des als Heizgas verwendeten Anodenabgases 6 in einer Brennkammer B verbrannt werden, um die Leistung der Turbine X zu erhöhen. Previously in this partial flow of the cathode exhaust at least a partial flow 6 'of the anode exhaust gas 6 used as a fuel gas can be burned in a combustion chamber B, in order to increase the power of the turbine X.

Hier nicht dargestellt kann das rückgeführte Kathodenabgas 14′ durch vor Verdichter V 3 zwischengeschaltete Kühlung zur Regulierung der Brennstoffzellentemperatur dienen. Not illustrated here can serve 3 intermediate cooling to regulate the temperature of the recirculated fuel cell cathode exhaust gas 14 'by V before compressor.

Das erfindungsgemäße Vorgehen bewirkt eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Brennstoffzellensystems gegenüber dem bekannten Stand der Technik. The procedure according to the invention is effective for improving the thermal efficiency of the fuel cell system over the known prior art.

Die nachstehende Tabelle zeigt anhand einiger ausgewählter Prozeßströme einen beispielhaften Verfahrensablauf. The table below shows an exemplary process flow based on a selection process streams. Angegeben sind die Konzentrationen in mol.% The table gives the concentrations in mol.%

Tabelle table

Claims (12)

1. Verfahren für den Betrieb von Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Ionen leitendem Elektrolyten, wobei anodenseitig aus kohlenstoffhaltigem Einsatz erzeugter Wasserstoff zugeführt und sauerstoffhaltige Ionen unter Erzeugung elektrischer Energie umgesetzt werden und wobei Kathodenabgas und Anodenabgas abgezogen und Anodenabgas zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das rohe Anodenabgas wenigstens teilweise in einen oder mehrere Abschnitte des Wasserstoff erzeugenden Teils des Verfahrens zurückgeführt wird. 1. A method for operating high temperature fuel cell with ion conducting electrolyte, wherein the anode side generated from carbon-use hydrogen supplied and oxygen-containing ions are reacted to produce electrical energy and said cathode exhaust gas and anode off-gas drawn off and anode exhaust gas is recirculated, characterized in that the crude anode exhaust gas is at least partially recycled into one or more portions of the hydrogen-generating part of the process.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenabgas heiß rückgeführt wird. 2. The method of claim 1, characterized in that the anode exhaust gas is recirculated hot.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des Wasserstoff erzeugenden Verfahrens eine Dampfreformierung des kohlenstoffhaltigen Einsatzes ist. 3. A method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that a portion of the hydrogen-generating process is a steam reforming of the carbonaceous feed.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das rohe Anodenabgas wenigstens teilweise vor die Dampfreformierung rückgeführt wird. 4. The method of claim 1 to 3, characterized in that the crude anode exhaust is at least partially recirculated in front of the steam reforming.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenabgas wenigstens teilweise in das erzeugte wasserstoffhaltige Gas rückgeführt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the anode exhaust gas is at least partially recirculated in the generated hydrogen-containing gas.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte wasserstoffhaltige Gas nach dem Abschnitt der CO-Konvertierung durch Wasserabscheidung und vorzugsweise physikalische CO₂-Wäsche von Wasser und weitgehend von kohlenstoffhaltigen Gasen befreit wird. 6. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the hydrogen-containing gas generated by the portion of the CO conversion by water separation, and preferably physical CO₂ scrubbing water and is largely freed from carbon-containing gases.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenabgas teilweise als Heizgas verwendet wird. 7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the anode exhaust gas is partly used as fuel gas.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgas zur Unterfeuerung des Reformers dient. 8. The method according to claim 7, characterized in that the heating gas is used for undergrate firing the reformer.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgas vor der Unterfeuerung arbeitsleistend entspannt wird. 9. The method of claim 8, characterized in that the heating gas is work expanded prior to the underfiring.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizgas im Kathodenabgas verbrannt und das erzeugte Verbrennungsgas arbeitsleistend entspannt wird. 10. A method according to claim 7, characterized in that the fuel gas burned in the cathode exhaust gas and the combustion gas is work expanded.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Strippgas bei der Regenerierung des Waschmittels der CO₂-Wäsche das Kathodenabgas verwendet wird. 11. The method according to claim 6, characterized in that the cathode exhaust gas is used as stripping gas in the regeneration of the washing agent of the CO₂ scrubbing.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Strippgas bei der Regenerierung des Waschmittels der CO₂-Wäsche komprimierte Luft verwendet wird, die nach Aufnahme des CO₂ der Kathode zugeführt wird. 12. The method according to claim 6, characterized in that compressed air is used as the stripping gas in the regeneration of the washing agent of the CO₂ scrubbing, which is supplied after the start of CO₂ to the cathode.
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