NL1029759C2 - Method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell. - Google Patents
Method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1029759C2 NL1029759C2 NL1029759A NL1029759A NL1029759C2 NL 1029759 C2 NL1029759 C2 NL 1029759C2 NL 1029759 A NL1029759 A NL 1029759A NL 1029759 A NL1029759 A NL 1029759A NL 1029759 C2 NL1029759 C2 NL 1029759C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- fuel cell
- gas stream
- supplied
- cathode
- hydrogen
- Prior art date
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
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B5/00—Electrogenerative processes, i.e. processes for producing compounds in which electricity is generated simultaneously
-
- 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
- H01M8/0637—Direct internal reforming at the anode of the fuel cell
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
-
- 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
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- 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
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
.»· ·. *. »· ·. *
Werkwijze voor het produceren van stikstof en waterstof in een brandstofcelMethod for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het produceren van stikstof en waterstof in een brandstofcel met een anode en een kathode, omvattende de stappen van het aan de anode toevoeren van een brandstof die 5 wordt geoxideerd en het aan de kathode toevoeren van lucht en waarbij zuurstof uit de lucht wordt gereduceerd.The present invention relates to a method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell with an anode and a cathode, comprising the steps of supplying to the anode a fuel which is oxidized and supplying air and wherein oxygen from the air is reduced.
Een dergelijke werkwijze is in de techniek algemeen bekend. Wanneer bijvoorbeeld een brandstof, zoals aardgas (methaan CH4) aan een anode van een brandstofcel wordt toege-10 voerd en een oxidator, zoals zuurstof, aan een kathode van die brandstofcel wordt toegevoerd, zal in de brandstofcel oxidatie van de brandstof plaatsvinden door middel van de toegevoerde zuurstof. In het geval van aardgas kan daarbij een volledige omzetting plaatsvinden waardoor CO2 en H2O wor-15 den geproduceerd. Deze gassen komen vrij als gasstroom van de anode. Eventueel is het mogelijk dat een onvolledige omzetting van bijvoorbeeld het aardgas wordt uitgevoerd, waardoor koolmonoxide (CO) en waterstof (H2) worden geproduceerd. Ook deze gassen zullen als gasstroom uit de anode vrij komen.Such a method is well known in the art. For example, when a fuel such as natural gas (methane CH 4) is supplied to an anode of a fuel cell and an oxidizer such as oxygen is supplied to a cathode of that fuel cell, oxidation of the fuel will take place in the fuel cell by means of the supplied oxygen. In the case of natural gas, a complete conversion can take place thereby producing CO2 and H2O. These gases are released as anode gas flow. It is possible that an incomplete conversion of, for example, the natural gas is carried out, whereby carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) are produced. These gases will also be released from the anode as a gas stream.
20 De uitvinding heeft nu betrekking op het gebruik van een brandstofcel in een nieuwe toepassing.The invention now relates to the use of a fuel cell in a new application.
Bij het winnen van aardgas varieert de kwaliteit van het geproduceerde aardgas sterk. Teneinde een geschikte verbranding van het aardgas door de eindgebruikers te garanderen 25 dient de verbrandingswaarde van het aardgas op een continue kwaliteit te worden gehouden. Indien aardgas met een te hoge kwaliteit (te hoge verbrandingswaarde) wordt gewonnen zal daar in de praktijk een inert gas aan worden toegevoerd. In de regel bestaat dit inerte gas uit stikstof.When extracting natural gas, the quality of the natural gas produced varies greatly. In order to guarantee a suitable combustion of the natural gas by the end users, the combustion value of the natural gas must be kept at a continuous quality. In practice, if natural gas with too high a quality (too high combustion value) is extracted, an inert gas will be supplied to it. As a rule, this inert gas consists of nitrogen.
30 Teneinde voldoende stikstof aan het gewonnen aardgas te kunnen toevoeren wordt in luchtscheiders voorzien. Dergelijke luchtscheiders werken in het algemeen op basis van cryogene scheidingstechnieken. Aangezien deze technieken in het algemeen bekend zijn zal hier geen verdere bespreking van 35 deze technieken worden gegeven.In order to be able to supply sufficient nitrogen to the extracted natural gas, air separators are provided. Such air separators generally work on the basis of cryogenic separation techniques. Since these techniques are generally known, no further discussion of these techniques will be given here.
1029759 2 * ·1029759 2 * ·
De uitvinding heeft nu tot doel om een werkwijze te verschaffen waarbij door het gebruik van een brandstofcel op geschikte wijze stikstof kan worden gewonnen en aan een aard-gasstroom kan worden toegediend.The invention now has for its object to provide a method wherein, by using a fuel cell, nitrogen can be suitably recovered and administered to a natural gas stream.
5 Met name heeft de uitvinding tot doel een werkwijze te verschaffen waarmee op eenvoudige en goedkope wijze aardgas met een verbrandingswaarde die hoger is dan een standaard verbrandingswaarde door bijmenging van stikstof op de standaardwaarde kan worden gebracht.In particular, it is an object of the invention to provide a method with which natural gas with a combustion value that is higher than a standard combustion value can be brought to the standard value by admixing nitrogen.
10 Meer in het bijzonder heeft de uitvinding tot doel een werkwijze te verschaffen waarbij zowel zuurstof als stikstof in de lucht worden toegepast voor de op een geschikte verbrandingswaarde brengen van aardgas met een van de standaard verbrandingswaarde afwijkende verbrandingswaarde.More in particular, it is an object of the invention to provide a method in which both oxygen and nitrogen are used in the air for bringing natural gas to a suitable combustion value with a combustion value deviating from the standard combustion value.
15 Ter verkrijging van ten minste één van de hiervoor genoemde doelen verschaft de uitvinding een werkwijze als in de aanhef genoemd, die wordt gekenmerkt doordat stikstof van de uit de kathode afkomstige gasstroom wordt toegevoerd aan een aardgasstroom met een hogere verbrandingswaarde dan een 20 standaard verbrandingswaarde teneinde de verbrandingswaarde op de standaard verbrandingswaarde te brengen. Door middel van deze werkwijze wordt een zeer voordelige methode verschaft waarbij een cryogene luchtscheider kan komen te vervallen. Dit heeft als voordeel dat de kosten voor het op een 25 geschikte verbrandingswaarde brengen van aardgas met een te hoge verbrandingswaarde sterk worden verminderd.To obtain at least one of the aforementioned objects, the invention provides a method as mentioned in the preamble, which is characterized in that nitrogen from the gas stream coming from the cathode is supplied to a natural gas stream with a higher combustion value than a standard combustion value in order to to bring the combustion value to the standard combustion value. By means of this method a very advantageous method is provided in which a cryogenic air separator can be omitted. This has the advantage that the costs of bringing natural gas with a too high combustion value to a suitable combustion value are greatly reduced.
Hoewel de uitvinding niet is beperkt tot het gebruik van aardgas als brandstof wordt hier de voorkeur aan gegeven. In dat geval hoeft geen afzonderlijk brandstoftoevoersysteem 30 te worden voorzien. Het aardgas is te allen tijde aanwezig bij het mengstation.Although the invention is not limited to the use of natural gas as a fuel, it is preferred. In that case, no separate fuel supply system 30 has to be provided. The natural gas is always present at the mixing station.
Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt de uit de kathode afkomstige gasstroom aan een verdere behandeling onderworpen teneinde een resterende hoeveelheid zuur-35 stof daaruit te verwijderen, bijvoorbeeld wordt deze gasstroom toegevoerd aan een katalytische oxidator, en waarna ten minste een deel van de behandelde gasstroom aan de aardgasstroom wordt toegevoerd. Wanneer lucht als oxidator bevat- 1 0 29759_;_ * - fc . 3 tend gas aan de kathode van een brandstofcel wordt toegevoerd zal in het algemeen niet de gehele hoeveelheid zuurstof worden gereduceerd. Derhalve zal de uit de kathode afkomstige gasstroom een resthoeveelheid zuurstof bevatten. Door'middel 5 van de hiervoor beschreven voorkeursuitvoeringsvorm wordt de resthoeveelheid zuurstof verwijderd waardoor de daaruit verkregen gasstroom vrij is van zuurstof. Aangezien de overige bestanddelen van lucht inert zijn kan deze verkregen gasstroom aan aardgas worden toegevoerd teneinde de verbran-10 dingswaarde ervan te verlagen.According to a further preferred embodiment, the gas stream originating from the cathode is subjected to a further treatment in order to remove a residual amount of oxygen therefrom, for instance this gas stream is supplied to a catalytic oxidizer, and after which at least a part of the treated gas stream is fed to the natural gas flow is supplied. When air contains as an oxidizer - fc. When gas is supplied to the cathode of a fuel cell, the entire amount of oxygen will generally not be reduced. Therefore, the gas stream coming from the cathode will contain a residual amount of oxygen. The residual amount of oxygen is removed by means of the above-described preferred embodiment, as a result of which the gas stream obtained therefrom is free of oxygen. Since the other components of air are inert, this resulting gas stream can be supplied to natural gas in order to reduce its combustion value.
Bij voorkeur wordt de uit de kathode afkomstige gasstroom toegevoerd aan een katalytische oxidator of aan de kathode van een lage temperatuur-brandstofcel. Een lage tempe-ratuur-brandstofcel kan nog een goede prestatie leveren bij 15 oxidatorgassen met een laag zuurstofgehalte, bijvoorbeeld van 5% of minder. Het uit de kathode van de lage temperatuur-brandstofcel afkomstige gasmengsel kan eventueel aan een katalytische oxidator worden toegevoerd, tezamen met een brand-stofgas bijvoorbeeld aardgas of het anode-offgas, maar bij 20 voorkeur H2, teneinde de dan nog resterende hoeveelheid zuurstof ook daaruit te verwijderen. Water kan op eenvoudige wijze verwijderd worden volgens algemeen bekende technieken.Preferably, the gas stream from the cathode is supplied to a catalytic oxidizer or to the cathode of a low temperature fuel cell. A low temperature fuel cell can still deliver a good performance with oxidant gases with a low oxygen content, for example of 5% or less. The gas mixture originating from the cathode of the low-temperature fuel cell can optionally be supplied to a catalytic oxidizer, together with a fuel gas, for example natural gas or the anode-off gas, but preferably H2, in order to also remove the remaining amount of oxygen therefrom. to delete. Water can be easily removed according to well-known techniques.
Bij voorkeur wordt een reactie in de brandstofcel gekozen uit ten minste één van volledige omzetting, partiële 25 omzetting, en een combinatie daarvan. Wanneer aardgas als brandstof wordt toegevoerd zullen bij een volledige omzetting CO2 en H2O worden gevormd Bij een partiële omzetting van het aardgas zullen koolmonoxide (CO) en H2 worden gevormd. Eventueel is het mogelijk om een combinatie van deze twee types uit 30 te voeren, waardoor alle hiervoor genoemde reacties kunnen plaatsvinden. Overigens zal dan tevens een zogenoemde shift-reactie tussen koolmonoxide en water worden verkregen, waardoor kooldioxide en waterstof zullen worden gevormd.Preferably, a reaction in the fuel cell is selected from at least one of complete conversion, partial conversion, and a combination thereof. When natural gas is supplied as a fuel, CO2 and H2O will be formed in a complete conversion. In a partial conversion of the natural gas, carbon monoxide (CO) and H2 will be formed. Optionally, it is possible to perform a combination of these two types, whereby all the aforementioned reactions can take place. Incidentally, a so-called shift reaction between carbon monoxide and water will then also be obtained, whereby carbon dioxide and hydrogen will be formed.
Er wordt in het bijzonder de voorkeur aan gegeven 35 dat ten minste koolmonoxide en waterstof in een eerste brandstofcel worden gevormd, en waarbij waterstof uit de van de anode van de eerste brandstofcel afkomstige gasstroom aan de anode van een tweede brandstofcel wordt toegevoerd, en waar- 10?fl73ü_It is particularly preferred that at least carbon monoxide and hydrogen be formed in a first fuel cell, and wherein hydrogen from the gas stream coming from the anode of the first fuel cell is supplied to the anode of a second fuel cell, and wherein 10? Fl73ü_
* v I* v I
4 bij de uit de kathode van de eerste brandstofcel afkomstige gasstroom die een ten opzichte van lucht verlaagd zuurstofgehalte bevat, wordt toegevoerd aan de kathode van de tweede brandstofcel. Ook in de tweede brandstofcel kan dan stikstof 5 worden geproduceerd. Hierdoor wordt een zeer efficiënte bedrijfsvoering verkregen. Zowel in de eerste brandstofcel als in de tweede brandstofcel worden elektriciteit en warmte geproduceerd, terwijl in de eerste brandstofcel bovendien de noodzakelijke brandstof voor de tweede brandstofcel wordt ge-10 produceerd. Indien bijvoorbeeld in de eerste brandstofcel een overmatige hoeveelheid waterstof wordt geproduceerd kan deze overmaat waterstof aan de aardgasstroom worden toegevoerd.4 is supplied to the cathode of the second fuel cell with the gas stream originating from the cathode of the first fuel cell and containing an oxygen-reduced oxygen content. Nitrogen can then also be produced in the second fuel cell. This results in very efficient business operations. Both in the first fuel cell and in the second fuel cell, electricity and heat are produced, while in addition, the necessary fuel for the second fuel cell is produced in the first fuel cell. For example, if an excessive amount of hydrogen is produced in the first fuel cell, this excess hydrogen can be supplied to the natural gas stream.
Een eventuele daaruit resulterende verandering van de ver-brandingswaarde en Wobbe index kunnen worden gecorrigeerd 15 door het bijmengen van bijvoorbeeld aan de kathode gevormde stikstof aan de aardgasstroom. Behalve de productie van elektriciteit en warmte in de brandstofcel(len) kan dan tevens de aardgasstroom op de gewenste kwaliteit worden gebracht.Any resulting change in the combustion value and Wobbe index can be corrected by adding nitrogen formed at the cathode to the natural gas stream, for example. In addition to the production of electricity and heat in the fuel cell (s), the natural gas flow can then also be brought to the desired quality.
Voorts heeft het de voorkeur dat de brandstofcel, 20 waaraan lucht wordt toegevoerd, een hoge temperatuur- brandstofcel is. Het heeft in het bijzonder de voorkeur dat deze van het interne reforming-type is. Een SOFC (Solid Oxyde Fuel Cell) of een MCFC (Molten Carbon Fuel Cell) zijn voorbeelden van hoge temperatuur-brandstofcellen van het interne 25 reforming-type. Wanneer een MCFC wordt toegepast als hoge temperatuur-brandstofcel zal het CO2 uit de afvalstroom van de kathode moeten worden verwijderd. Het is niet toegestaan kooldioxide (CO2) in te hoge concentraties, zoals bepaald door kwaliteitsnormen, aan het aardgasnet toe te voeren.Furthermore, it is preferred that the fuel cell to which air is supplied is a high temperature fuel cell. It is particularly preferred that it is of the internal reforming type. An SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) or an MCFC (Molten Carbon Fuel Cell) are examples of high temperature fuel cells of the internal reforming type. When an MCFC is used as a high temperature fuel cell, the CO2 will have to be removed from the waste stream from the cathode. It is not permitted to supply carbon dioxide (CO2) in too high concentrations, as determined by quality standards, to the natural gas network.
30 Het behandelen van de bij deze types brandstofcellen verkregen gasstromen is in de techniek algemeen bekend.The treatment of the gas streams obtained with these types of fuel cells is generally known in the art.
Tenslotte heeft het de voorkeur dat de in de brandstofcel gevormde elektriciteit ten minste gedeeltelijk aan het elektriciteitsnet wordt toegevoerd.Finally, it is preferred that the electricity formed in the fuel cell is supplied at least partially to the electricity grid.
35 De in de brandstofcellen gevormde warmte kan zeer geschikt worden gebruikt voor de productie van stoom. Ook kan de warmte in een warmtewisselaar worden toegepast voor de verwarming van het te expanderen en daarbij afkoelend aard- 1099739_ m. *- c; u gas. Op enkele plaatsen in het aardgasnet vindt namelijk een aanzienlijke expansie plaats om het gas op de lage druk van het lokale gasnet te brengen. Daarbij wordt het aardgas sterk gekoeld. De in de brandstofcellen vrijgekomen warmte kan 5 daarbij voor de verwarming van het te expanderen aardgas worden gebruikt. Door directe bijmenging van de hete gassen (waterstof en/of stikstof) is het gebruik van een warmtewisselaar zelfs niet nodig.The heat generated in the fuel cells can very suitably be used for the production of steam. The heat can also be applied in a heat exchanger for heating the earthing and thereby cooling earth. u gas. Namely, a considerable expansion takes place at a few places in the natural gas network to bring the gas to the low pressure of the local gas network. The natural gas is thereby strongly cooled. The heat released in the fuel cells can be used for heating the natural gas to be expanded. Due to direct admixture of the hot gases (hydrogen and / or nitrogen), the use of a heat exchanger is not even necessary.
Met de werkwijze volgens de uitvinding wordt derhal-10 ve een sterk verbeterde efficiëntie verkregen voor het vormen van stikstof dat kan worden bijgemengd aan aardgas dat een hogere verbrandingswaarde heeft dan een standaard verbran-dingswaarde.With the method according to the invention a greatly improved efficiency is thus obtained for forming nitrogen which can be admixed with natural gas which has a higher combustion value than a standard combustion value.
Bij de werkwijze volgens de uitvinding zal de zuur-15 stofutilisatie bij voorkeur zo hoog mogelijk moeten worden ingesteld om zoveel mogelijk zuurstof uit de toegevoerde lucht te verwijderen. Dit gaat ten koste van de efficiëntie van de brandstofcel. Echter, een deskundige in de techniek is eenvoudig in staat om het optimum bij het bedrijven van een 20 brandstofcel in de betreffende toepassing te vinden.In the method according to the invention, the acid-dust neutralization should preferably be set as high as possible in order to remove as much oxygen as possible from the supplied air. This is at the expense of the efficiency of the fuel cell. However, a person skilled in the art is easily able to find the optimum in operating a fuel cell in the relevant application.
Zoals hiervoor genoemd zal het de voorkeur hebben een hoge temperatuur-brandstofcel van het interne reforming-type te gebruiken omdat als brandstof aardgas zal worden toegepast. Bij voorkeur wordt een Solid Oxyde Fuel Cell ge-25 bruikt. Het nadeel hiervan is dat de kathode- en de anode-uitlaat van een veel toegepaste SOFC in de brandstofcel worden gemengd. Om die reden moet het gas dat afkomstig is uit dit type SOFC brandstofcel worden gescheiden. Dit is in de techniek echter een algemeen toegepaste werkwijze. Het voor-30 deel van een SOFC ten opzichte van een MCFC is dat deze geen CO2 aan de kathode nodig heeft, zodat zuiverder stikstof wordt geproduceerd en minder CO2 aan de anode vrijkomt zodat minder CO2 behoeft te worden afgescheiden voor het verkrijgen van zuivere waterstof.As mentioned above, it will be preferable to use a high temperature fuel cell of the internal reforming type because natural gas will be used as the fuel. Preferably a Solid Oxide Fuel Cell is used. The disadvantage of this is that the cathode and anode outlets of a commonly used SOFC are mixed in the fuel cell. For that reason, the gas from this type of SOFC fuel cell must be separated. However, this is a commonly used method in the art. The advantage of an SOFC over an MCFC is that it requires no CO2 at the cathode, so that purer nitrogen is produced and less CO2 is released at the anode so that less CO2 needs to be separated to obtain pure hydrogen.
35 Het gebruik van een MCFC is in principe mogelijk.35 The use of an MCFC is in principle possible.
Echter, de MCFC is minder geschikt vanwege het feit dat aan de kathode ook koolstofdioxide (CO2) moet worden toegevoerd. Dit zal in het algemeen een concentratie van minimaal 5% heb- 1 Ü 2 9 7 o a « l 6 ben. Kooldioxide dient te worden verwijderd voordat de stikstof, waar het mee is vermengd, aan het aardgasnet kan worden toegevoerd.However, the MCFC is less suitable due to the fact that carbon dioxide (CO2) must also be supplied to the cathode. This will generally have a concentration of at least 5%. Carbon dioxide must be removed before the nitrogen it is mixed with can be supplied to the natural gas network.
De gasstroom die vrijkomt bij de kathode van een 5 brandstofcel zal, wanneer lucht als oxidator bevattend gas wordt gebruikt, in het algemeen nog enkele procenten zuurstof bevatten. De efficiëntie van de brandstofcel zal namelijk te sterk worden verlaagd wanneer een lager percentage zuurstof in de afvalstroom wordt gehouden. Om die reden heeft het, als 10 hiervoor in de beschrijving is genoemd, de voorkeur dat de van de kathode afkomstige gasstroom die enkele procenten zuurstof, bijvoorbeeld 5 volumeprocent zuurstof, bevat wordt toegevoerd aan een lage temperatuur brandstofcel.The gas stream that is released at the cathode of a fuel cell, when air is used as an oxidant gas, will generally still contain a few percent oxygen. This is because the efficiency of the fuel cell will be reduced too strongly if a lower percentage of oxygen is kept in the waste stream. For that reason, as mentioned above in the description, it is preferred that the gas stream from the cathode containing a few percent oxygen, for example 5 volume percent oxygen, is supplied to a low temperature fuel cell.
De van de kathode van de lage temperatuur brandstof-15 cel afkomstige gasstroom zal in het algemeen een zuurstofgehalte van ongeveer 1% kunnen hebben. De resterende hoeveelheid zuurstof kan in een katalytische oxidator worden verwijderd.The gas stream coming from the low temperature fuel cell cathode may generally have an oxygen content of about 1%. The remaining amount of oxygen can be removed in a catalytic oxidizer.
Zoals genoemd kan door de uitvinding een cryogene 20 luchtscheider komen te vervallen. Een cryogene luchtscheider (waarin stikstof en zuurstof van elkaar worden gescheiden) heeft hoge variabele kosten tengevolge van het elektrische energieverbruik. Dit verbruik ligt in de orde van 0,3 Kilowatt uur per normaal m3 stikstof. Bij een gebruikelijke pro-25 ductiecapaciteit van 200.000 m3/uur is derhalve een elektrisch vermogen van 60 Megawatt nodig. Gemiddeld is voor bijmenging van stikstof aan aardgas een vermogen tussen 10 en 100 Megawatt nodig. De variabele kosten voor elektriciteit liggen om die reden, bij een prijs van 7 Eurocent per Kilowatt uur op 30 700 a 7.000 Euro per uur. Op jaarbasis is dit ongeveer 6 a 60 miljoen Euro. Een extra nadeel is dat de geproduceerde zuurstof in het algemeen niet wordt verhandeld maar aan de lucht wordt geventileerd.As mentioned, a cryogenic air separator can be omitted by the invention. A cryogenic air separator (in which nitrogen and oxygen are separated from each other) has high variable costs due to the electrical energy consumption. This consumption is in the order of 0.3 Kilowatt hours per normal m3 of nitrogen. Therefore, with a conventional production capacity of 200,000 m3 / hour, an electrical capacity of 60 Megawatt is required. On average, the admixture of nitrogen to natural gas requires a capacity between 10 and 100 Megawatts. The variable costs for electricity are therefore, at a price of 7 Eurocent per Kilowatt hour, at 30 700 to 7,000 Euro per hour. On an annual basis this is around 6 to 60 million Euros. An additional disadvantage is that the oxygen produced is generally not traded but is ventilated to the air.
Volgens de uitvinding wordt het voordeel verkregen j 35 dat stikstof wordt geproduceerd en de zuurstof vrijwel geheel i i voor het opwekken van elektriciteit en warmte en de vorming j van stikstof wordt gebruikt.According to the invention the advantage is obtained that nitrogen is produced and the oxygen is used almost entirely for the generation of electricity and heat and the formation of nitrogen.
Bij een, analoog aan hierboven, productie van 1029759 • ► 7 200.000 m3/uur stikstof wordt 50.000 m3/uur zuurstof uit de lucht gehaald. Deze hoeveelheid is geschikt voor het in de brandstofcel oxideren van 25.000 m3/uur methaan. Bij een rendement van 50% in de brandstofcel wordt 125 Megawatt per uur 5 elektriciteit geproduceerd. De overige energie zal vrij komen als warmte.Analogous to the above production of 1029759 • ► 7 200,000 m3 / hour of nitrogen removes 50,000 m3 / hour of oxygen from the air. This amount is suitable for oxidizing 25,000 m3 / hour of methane in the fuel cell. With a 50% efficiency in the fuel cell, 125 Megawatts of electricity per hour are produced. The remaining energy will be released as heat.
De geproduceerde energie is derhalve zeer veel meer dan de energie die benodigd is voor het in een cryogene luchtscheider scheiden van stikstof en zuurstof. Volgens een 10 voorkeursuitvoeringsvorm wordt de geproduceerde elektriciteit teruggeleverd aan het elektriciteitsnet. De opbrengst is daarbij circa 1.500 a 15.000 Euro per uur, afhankelijk van de geldende elektriciteitsopbrengst bij levering aan het elektriciteitsnet .The energy produced is therefore very much more than the energy required for separating nitrogen and oxygen in a cryogenic air separator. According to a preferred embodiment, the produced electricity is supplied back to the electricity grid. The yield is around 1,500 to 15,000 Euro per hour, depending on the current electricity yield when delivered to the electricity grid.
15 De uitvinding is hiervoor met name aan de hand van een uitvoeringsvorm waarbij aardgas als brandstof wordt gebruikt, uiteengezet. De uitvinding is hier echter niet toe beperkt. De uitvinding wordt slechts beperkt door de bijgevoegde conclusies.The invention has been explained above in particular with reference to an embodiment in which natural gas is used as fuel. However, the invention is not limited to this. The invention is only limited by the appended claims.
0 2 9 790 2 9 79
Claims (10)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1029759A NL1029759C2 (en) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | Method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell. |
| PCT/NL2006/000399 WO2007021173A1 (en) | 2005-08-17 | 2006-08-04 | Method for the production of nitrogen and hydrogen in a fuel cell |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1029759 | 2005-08-17 | ||
| NL1029759A NL1029759C2 (en) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | Method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1029759C2 true NL1029759C2 (en) | 2007-02-20 |
Family
ID=36075654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1029759A NL1029759C2 (en) | 2005-08-17 | 2005-08-17 | Method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| NL (1) | NL1029759C2 (en) |
| WO (1) | WO2007021173A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104031707A (en) * | 2013-03-06 | 2014-09-10 | 中国石油天然气股份有限公司 | Method for tempering natural gas quality for industrial combustion |
| DE102014103554B4 (en) | 2014-03-14 | 2016-01-07 | Eisenhuth Gmbh & Co. Kg | Process and apparatus for recovering nitrogen from air |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1449464A (en) * | 1973-02-21 | 1976-09-15 | Exxon Research Engineering Co | Method and apparatus for distributing naturl gas |
| WO2002070402A2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Apparatus and process for the production of hydrogen |
| WO2004005440A1 (en) * | 2002-07-02 | 2004-01-15 | Chevron U.S.A. Inc. | Methods of adjusting the wobbe index of a fuel and compositions thereof |
-
2005
- 2005-08-17 NL NL1029759A patent/NL1029759C2/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-08-04 WO PCT/NL2006/000399 patent/WO2007021173A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1449464A (en) * | 1973-02-21 | 1976-09-15 | Exxon Research Engineering Co | Method and apparatus for distributing naturl gas |
| WO2002070402A2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Apparatus and process for the production of hydrogen |
| WO2004005440A1 (en) * | 2002-07-02 | 2004-01-15 | Chevron U.S.A. Inc. | Methods of adjusting the wobbe index of a fuel and compositions thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007021173A1 (en) | 2007-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6397502B2 (en) | Reformer / electrolyzer / refiner (REP) assembly for hydrogen production, system incorporating the assembly, and hydrogen production method | |
| US4532192A (en) | Fuel cell system | |
| US10608272B2 (en) | System for capturing CO2 from a fuel cell | |
| CN105264701B (en) | Trapped using the comprehensive electric generating and carbon of fuel cell | |
| EP1790027B1 (en) | Integrated high efficiency fossil fuel power plant/ fuel cell system with co2 emissions abatement | |
| US20050123810A1 (en) | System and method for co-production of hydrogen and electrical energy | |
| EP1571726A1 (en) | Apparatus and method for high efficiency operation of a high temperature fuel cell system | |
| CA2343740A1 (en) | Solid oxide fuel cell which operates with an excess of fuel | |
| KR102541753B1 (en) | How to Integrate a Fuel Cell and a Steam Methane Reformer | |
| KR20150131068A (en) | Integrated power generation and carbon capture using fuel cells | |
| JP2022513167A (en) | A reformed catalyst pattern for fuel cells that operate with improved CO2 utilization | |
| NL1029759C2 (en) | Method for producing nitrogen and hydrogen in a fuel cell. | |
| JP2016533628A (en) | Integrated power generation and chemical production using solid oxide fuel cells | |
| WO2002065564A2 (en) | Fuel cell power generation system with gasifier | |
| CN116454331A (en) | Solid oxide fuel cell heat balance system and method for carbon capture | |
| CN115427347B (en) | Steam methane reforming unit for carbon capture | |
| JP6755424B1 (en) | Fuel cell system | |
| CN113228361B (en) | With increased CO 2 High pressure operation of a high utilization molten carbonate fuel cell | |
| JPH0665060B2 (en) | Molten carbonate fuel cell power generation system | |
| WO2024120982A1 (en) | Fuel cell energy generation system | |
| WO2024132913A1 (en) | Combustion of off-gasses using enriched air from an electrolytic process | |
| TW202437580A (en) | Combustion of off-gasses using enriched air from an electrolytic process | |
| JP2024147869A (en) | Fuel Cell Systems | |
| NL1029757C2 (en) | Method for the integrated operation of a fuel cell and an air separator. | |
| JPS6358767A (en) | Fuel cell power generating plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20090301 |