RU2475899C1 - Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element - Google Patents

Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element Download PDF

Info

Publication number
RU2475899C1
RU2475899C1 RU2011135723/07A RU2011135723A RU2475899C1 RU 2475899 C1 RU2475899 C1 RU 2475899C1 RU 2011135723/07 A RU2011135723/07 A RU 2011135723/07A RU 2011135723 A RU2011135723 A RU 2011135723A RU 2475899 C1 RU2475899 C1 RU 2475899C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
converter
fuel cell
mixture
carbon
Prior art date
Application number
RU2011135723/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Строганов
Марина Юрьевна Зубкова
Original Assignee
Александр Анатольевич Строганов
Марина Юрьевна Зубкова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Анатольевич Строганов, Марина Юрьевна Зубкова filed Critical Александр Анатольевич Строганов
Priority to RU2011135723/07A priority Critical patent/RU2475899C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2475899C1 publication Critical patent/RU2475899C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

FIELD: power industry.
SUBSTANCE: system includes high-temperature fuel element; carbon-bearing fuel and converting reagent are placed in the converter. Endothermic reaction of carbon-bearing fuel with converting reagent is carried out in the converter. Mixture of CO and H2 is obtained in converter, portions of mixture (CO and H2) and oxidiser are supplied to anode and cathode respectively of high-temperature fuel element, which is the part of high-temperature oxidising system. The supplied portion of mixture is oxidised in high-temperature oxidising system with generation of electric and heat energy. Heat energy is transferred to converter; temperature is maintained in the converter in the range of 800-1300 K. Some part of H2 is removed from the above mixture of CO and H2, which is formed in the converter, and its amount supplied to high-temperature oxidising system is reduced. H2 that has been removed from separation system is supplied to hydrogen utilisation system.
EFFECT: improvement of operating reliability of heat current source under conditions of action of high mechanical loads; invention allows increasing usability of carbon-bearing fuel in the system containing high-temperature fuel element, improving reliability and enlarging service life of high-temperature fuel element.
11 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к производству электрической энергии и получению Н2 с использованием углеродсодержащего топлива в топливных элементах.The invention relates to the production of electrical energy and the production of H 2 using carbon-containing fuel in fuel cells.

Уровень техникиState of the art

Известно, что получение электроэнергии в топливном элементе с использованием углеводородов возможно с внутренней конверсией (реформингом) топлива, которая может происходить в высокотемпературном топливном элементе, например в твердооксидном или расплавнокарбонатном, работающих в диапазоне температур от 800 до 1300К (RU 2199172, US 6.492.050). Конверсия углеводородов в синтез-газ (смесь СО и H2) в указанном температурном режиме является эндотермическим процессом, а последующие анодные реакции окисления водорода и монооксида углерода являются экзотермическими с выделением большого количества тепла, даже частичное использование которого существенно влияет на общую эффективность системы.It is known that the production of electricity in a fuel cell using hydrocarbons is possible with internal conversion (reforming) of the fuel, which can occur in a high-temperature fuel cell, for example, in a solid oxide or molten carbonate, operating in the temperature range from 800 to 1300K (RU 2199172, US 6.492.050 ) The conversion of hydrocarbons to synthesis gas (a mixture of CO and H 2 ) at the indicated temperature is an endothermic process, and subsequent anodic reactions of hydrogen oxidation and carbon monoxide are exothermic with the release of a large amount of heat, even the partial use of which significantly affects the overall efficiency of the system.

В ряде случаев для использования выделяемого тепла создают гибридные установки высокотемпературных топливных элементов с тепловыми машинами (US 5.541.014, US 5.811.201, US 20040197612, US 7.097.925, US 20020142208), что улучшает баланс по использованию тепла, но только в части эксергии с потерями, свойственными любой тепловой машине.In some cases, to use the generated heat, hybrid units of high-temperature fuel cells with heat engines are created (US 5.541.014, US 5.811.201, US 20040197612, US 7.097.925, US 20020142208), which improves the balance on the use of heat, but only in part exergy with losses characteristic of any heat engine.

В отличие от тепловой машины эндотермическая реакция позволяет утилизировать полное тепло, а не только его эксергическую часть. Известны решения (US 7.285.350, US 6.485.852, US), использующие тепло экзотермической реакции окисления для поддержания эндотермической реакции конверсии непосредственно в прианодной области высокотемпературного топливного элемента (внутренний реформинг). Однако они имеют существенные недостатки:Unlike a heat engine, an endothermic reaction allows you to utilize the total heat, and not just its exergic part. Known solutions (US 7.285.350, US 6.485.852, US) that use the heat of an exothermic oxidation reaction to maintain an endothermic conversion reaction directly in the anode region of a high temperature fuel cell (internal reforming). However, they have significant disadvantages:

1) неравномерный тепловой режим анода ввиду охлаждения зоны входных потоков эндотермической реакции;1) uneven thermal regime of the anode due to cooling of the zone of the input flows of the endothermic reaction;

2) неполное использование выделяемого тепла (возникают излишки тепла экзотермической реакции окисления топлива в высокотемпературном топливном элементе по сравнению с потребностями конверторных процессов преобразования топлива);2) incomplete use of the generated heat (excess heat of the exothermic reaction of fuel oxidation in a high-temperature fuel cell arises in comparison with the needs of converter processes for converting fuel);

3) реакция окисления СО на аноде затруднена конкурирующей реакцией окисления Н2 на том же электроде;3) the reaction of CO oxidation at the anode is hindered by the competing oxidation of H 2 on the same electrode;

4) осаждение углерода на никельсодержащей керамике, катализирующей процессы реформинга топлива.4) carbon deposition on nickel-containing ceramics that catalyze fuel reforming processes.

Предварительный (внешний) реформинг топлива расширяет возможности конверсии по типу конвертирующего реагента (это может быть паровая или углекислотная конверсия, парциальное окисление топлива и их различные комбинации) и по видам «сжигаемого» топлива (US 5.858.314, US 6.485.852, US 6.492,0507, US 7.008.711, US 5.079.105, US 7.169.495, US 5.932.181). В этом случае использование угля, требующее обязательной предварительной газификации, становится весьма перспективным и оправданным. Тепло от топливного элемента передается к внешнему конвертору с использованием как прямой теплопередачи (US 5.858.314, US 6.485.852, US 6.492.050, US 7.008.711, US 5.079.105), так и с помощью теплоносителя, что также позволяет обеспечить и подогрев входных потоков конвертора (US 20080057359, US 7.169.495).Preliminary (external) fuel reforming expands the possibilities of conversion by the type of converting reagent (this can be steam or carbon dioxide conversion, partial oxidation of the fuel and their various combinations) and by the types of “burned” fuel (US 5.858.314, US 6.485.852, US 6.492 , 0507, US 7.008.711, US 5.079.105, US 7.169.495, US 5.932.181). In this case, the use of coal, requiring mandatory preliminary gasification, becomes very promising and justified. Heat from the fuel cell is transferred to an external converter using both direct heat transfer (US 5.858.314, US 6.485.852, US 6.492.050, US 7.008.711, US 5.079.105), and using a coolant, which also allows you to provide and heating the input streams of the converter (US 20080057359, US 7.169.495).

Доокисление монооксида углерода в реакторе сдвига позволяет получить дополнительный водород (RU 2343109, US 6.589.303, US 7.097.925, US 5.932.181). Эта реакция является экзотермической, но проводится, как правило, при более низких температурах (~500 К), что снижает возможности утилизации выделяемого при этом тепла.The additional oxidation of carbon monoxide in a shear reactor provides additional hydrogen (RU 2343109, US 6.589.303, US 7.097.925, US 5.932.181). This reaction is exothermic, but is carried out, as a rule, at lower temperatures (~ 500 K), which reduces the possibility of utilization of the heat generated in this process.

Водород, полученный при конверсии углеродсодержащего топлива, может быть использован в низкотемпературном топливном элементе для получения электроэнергии или направлен на хранение (US 6.623.880, US 20050037245). Для этого СО и H2 разделяют на отдельные потоки, при этом в условиях высоких температур используют адсорбцию сдвига под давлением (US 7.097.925, US 20040197612, US 20020142208, US 7.087.331) или выделяют водород с использованием палладиевой мембраны (RU 2394752).Hydrogen obtained from the conversion of carbon-containing fuel can be used in a low-temperature fuel cell to generate electricity or stored for storage (US 6.623.880, US 20050037245). To do this, CO and H 2 are separated into separate streams, while under high temperature conditions, shear adsorption under pressure is used (US 7.097.925, US 20040197612, US 20020142208, US 7.087.331) or hydrogen is isolated using a palladium membrane (RU 2394752) .

В случае использования в качестве конвертирующего реагента FeOx, Fe (US 20050037245) получают особо чистый водород.When FeO x , Fe (US20050037245) is used as a converting reagent, highly pure hydrogen is obtained.

Ввиду неполноты окисления СО и Н2 в высокотемпературном топливном элементе в ряде случаев в систему с топливными элементами включают дожигатель топлива и используют тепло этой стадии на подогрев конвертора (US 7.169.495).Due to the incomplete oxidation of CO and H 2 in a high-temperature fuel cell, in some cases, a fuel burner is included in the fuel cell system and the heat of this stage is used to heat the converter (US 7.169.495).

Известно использование выделяемого тепла для нагрева топлива и конвертирующих реагентов до требуемой температуры с компенсацией затрат эндотермической конверторной реакции (US 5.079.105, RU 2302287, US 7.008.711). Конструкционное решение по организации теплопередачи с привлечением нескольких вариантов взаимодействия десульфатизатора, конвертора и сборки высокотемпературных топливных элементов, рассмотренное авторами патента US 7.008.711, позволяет полнее использовать тепловой ресурс экзотермических процессов высокотемпературных топливных элементов.It is known to use the generated heat for heating fuel and converting reagents to the required temperature with compensation for the costs of the endothermic converter reaction (US 5.079.105, RU 2302287, US 7.008.711). The structural solution for organizing heat transfer involving several options for the interaction of a desulfatizer, a converter and an assembly of high-temperature fuel cells, considered by the authors of patent US 7.008.711, allows you to more fully use the thermal resource of exothermic processes of high-temperature fuel cells.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является US 7.008.711, где предлагается использовать углеродсодержащее топливо (жидкое и газообразное, в том числе и природный газ метан СН4) для получения электроэнергии. Топливо поступает в десульфатизатор, затем в конвертор, где в результате эндотермического взаимодействия с конвертирующим реагентом (водяной пар, кислород, диоксид углерода) получают синтез-газ (смесь СО и Н2). Конвертированное топливо (синтез-газ) поступает на анод высокотемпературного топливного элемента (например, твердооксидного), то есть в высокотемпературную окислительную систему, где под действием кислорода воздуха происходит экзотермическая реакция с образованием монооксида углерода и водяного пара. Процесс реформинга и окисления продуктов реформинга в высокотемпературном топливном элементе обустроен таким образом, что регенерация тепла к конвертору осуществляется посредством теплопередачи; также организован процесс рециклирования водяного пара и диоксида углерода на выходе анода для реформинга. Однако и в этом случае реакция окисления СО на аноде затруднена конкурирующей реакцией окисления H2 на том же электроде, а выделяемое тепло используется не полностью, так как возникают излишки тепла экзотермической реакции окисления топлива в высокотемпературном топливном элементе по сравнению с потребностями конверторных процессов преобразования топлива.The closest analogue of the present invention is US 7.008.711, where it is proposed to use carbon-containing fuel (liquid and gaseous, including natural gas methane CH 4 ) to generate electricity. The fuel enters the desulfatizer, then to the converter, where as a result of endothermic interaction with the converting reagent (water vapor, oxygen, carbon dioxide), synthesis gas (a mixture of CO and H 2 ) is obtained. Converted fuel (synthesis gas) is fed to the anode of a high-temperature fuel cell (e.g., solid oxide), i.e., to a high-temperature oxidizing system, where an exothermic reaction with the formation of carbon monoxide and water vapor occurs under the influence of atmospheric oxygen. The process of reforming and oxidizing reforming products in a high-temperature fuel cell is arranged in such a way that heat is regenerated to the converter through heat transfer; The process of recycling water vapor and carbon dioxide at the outlet of the anode for reforming was also organized. However, in this case, too, the CO oxidation reaction at the anode is hampered by the competing H 2 oxidation reaction on the same electrode, and the heat generated is not fully utilized, since there is excess heat from the exothermic fuel oxidation reaction in the high-temperature fuel cell in comparison with the needs of converter fuel conversion processes.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности использования углеродсодержащего топлива в системе, содержащей высокотемпературный топливный элемент, повышение надежности и срока службы высокотемпературного топливного элемента.The objective of the present invention is to increase the efficiency of using carbon-containing fuel in a system containing a high-temperature fuel cell, increasing the reliability and service life of a high-temperature fuel cell.

Поставленная задача решается предложенным способом использования углеродсодержащего топлива в системе, содержащей высокотемпературный топливный элемент, включающим помещение в конвертор углеродсодержащего топлива и конвертирующего реагента, проведение в конверторе эндотермической реакции углеродсодержащего топлива с конвертирующим реагентом, получение смеси СО и Н2 в конверторе, подачу части смеси (СО и Н2) и окислителя соответственно к аноду и катоду высокотемпературного топливного элемента, который является частью высокотемпературной окислительной системы, окисление поданной части смеси в высокотемпературной окислительной системе с генерацией электрической и тепловой энергии, передачу генерируемой в высокотемпературной окислительной системе тепловой энергии в конвертор, поддержание в конверторе температуры в заданных пределах, выбранных в диапазоне 800-1300 К, причем из указанной смеси СО и Н2, образуемой в конверторе, извлекают часть Н2 и уменьшают его количество, подаваемое в высокотемпературную окислительную систему так, чтобы количество тепла, выделяемого в высокотемпературной окислительной системе при протекании реакций окисления СО и H2 было по меньшей мере достаточно для поддержания заданной температуры в конверторе, a H2, высвобожденный из разделительной системы, подают в систему утилизации водорода.The problem is solved by the proposed method of using carbon-containing fuel in a system containing a high-temperature fuel cell, including placing carbon-containing fuel and a converting reagent in the converter, carrying out an endothermic reaction of carbon-containing fuel with a converting reagent in the converter, obtaining a mixture of CO and H 2 in the converter, supplying part of the mixture ( СО and Н 2 ) and an oxidizing agent, respectively, to the anode and cathode of a high-temperature fuel cell, which is part of a high-temperature oxidation system, oxidation of the fed portion of the mixture in a high-temperature oxidation system with the generation of electric and thermal energy, transfer of heat energy generated in the high-temperature oxidation system to the converter, maintaining the temperature in the converter within specified limits, selected in the range 800-1300 K, from this mixture СО and Н 2 formed in the converter extract part of Н 2 and reduce its quantity supplied to the high-temperature oxidation system so that the amount of heat is released In the high-temperature oxidation system, the reactions of CO and H 2 oxidation were at least sufficient to maintain the set temperature in the converter, while H 2 released from the separation system was fed to the hydrogen recovery system.

В конвертор в качестве углеродсодержащего топлива помещают уголь или метан, в качестве конвертирующего реагента в конвертор помещают воду и поддерживают температуру в заданных пределах, выбранных в диапазоне от 800 до 1000 К. Как один из вариантов в конверторе в качестве конвертирующего реагента для углеводородов используют комбинацию воды с окислами железа и поддерживают температуру в заданных пределах, выбранных в диапазоне от 900 до 1100 К. В качестве высокотемпературного топливного элемента используют твердооксидный, либо расплавнокарбонатный топливный элемент, либо их комбинацию. Из указанной смеси СО и Н2, образуемой в конверторе, извлекают часть H2 и уменьшают его количество, подаваемое в высокотемпературную окислительную систему, до уровня, при котором тепло, выделяемое в высокотемпературной окислительной системе при протекании реакций окисления СО и дополнительного H2, компенсирует тепло, затрачиваемое на эндотермическую реакцию в конверторе и тепловые потери. В высокотемпературной окислительной системе происходит окисление части смеси. Полученную в высокотемпературной окислительной системе электрическую и тепловую энергию генерируют и передают тепловую энергию в конвертор. Тепло от горячих газов, выходящих из высокотемпературной окислительной системы, передают входящему в высокотемпературную окислительную систему потоку окислителя, а также входящим в конвертор углеродсодержащему топливу и конвертирующему реагенту. В высокотемпературной окислительной системе окисляют СО, а количество Н2, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент, выбирают так, чтобы количество тепла, выделяемого в высокотемпературной окислительной системе при протекании реакций окисления СО и Н2 было по меньшей мере достаточно для поддержания заданной температуры в конверторе. В конверторе поддерживают температуру в выбранных пределах

Figure 00000001
и
Figure 00000002
Figure 00000003
выбирают по условию:
Figure 00000004
Figure 00000001
выбирают по условию:
Figure 00000005
Таким образом, конвертор работает в следующем температурном режиме:
Figure 00000006
Coal or methane is placed in the converter as carbon-containing fuel, water is placed as the converting reagent in the converter and the temperature is maintained within the set limits, selected in the range from 800 to 1000 K. As one of the options in the converter, a combination of water is used as the converting reagent for hydrocarbons with iron oxides and maintain the temperature within the specified limits, selected in the range from 900 to 1100 K. As a high-temperature fuel cell, solid oxide or melt-carbohydrate is used natural fuel cell, or a combination thereof. A portion of H 2 is extracted from the mixture of CO and H 2 formed in the converter and its quantity supplied to the high-temperature oxidizing system is reduced to a level at which the heat generated in the high-temperature oxidizing system during the course of the reactions of CO oxidation and additional H 2 compensates the heat spent on the endothermic reaction in the converter and heat loss. In a high temperature oxidizing system, part of the mixture is oxidized. The electric and thermal energy obtained in the high-temperature oxidation system is generated and transferred to the converter. Heat from the hot gases leaving the high-temperature oxidizing system is transferred to the oxidizing stream entering the high-temperature oxidizing system, as well as to the carbon-containing fuel and the converting reagent entering the converter. In a high-temperature oxidizing system, CO is oxidized, and the amount of H 2 supplied to the high-temperature fuel cell is selected so that the amount of heat released in the high-temperature oxidizing system during the oxidation of CO and H 2 is at least sufficient to maintain a given temperature in the converter. The converter maintains the temperature within the selected range
Figure 00000001
and
Figure 00000002
Figure 00000003
choose by condition:
Figure 00000004
Figure 00000001
choose by condition:
Figure 00000005
Thus, the converter operates in the following temperature conditions:
Figure 00000006

При уменьшении температуры в конверторе ниже нижнего температурного предела

Figure 00000007
, выбранного в диапазоне 800-1100 K, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, увеличивают, а при повышении температуры в конверторе выше второго температурного предела
Figure 00000008
, выбранного с запасом между
Figure 00000009
и 1100 К, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, уменьшают. Количество H2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему, изменяют в разделительной системе, используя селективную мембрану (пропускающую Н2 и не пропускающую СО) или адсорбцию сдвига под давлением (Pressure Swing Absorbtion - PSA), путем изменения степени извлечения Н2 из смеси. Степень извлечения Н2 меняют, меняя перепад давления на мембране или меняя частоту циклов или перепад давлений в цикле PSA.When the temperature in the converter decreases below the lower temperature limit
Figure 00000007
selected in the range of 800-1100 K, the amount of hydrogen sent to the high-temperature fuel cell is increased, and when the temperature in the converter rises above the second temperature limit
Figure 00000008
selected with a margin between
Figure 00000009
and 1100 K, the amount of hydrogen sent to the high temperature fuel cell is reduced. The amount of H 2 sent to the high-temperature oxidation system is changed in the separation system using a selective membrane (H 2 passing and not passing CO) or pressure shear adsorption (Pressure Swing Absorbtion - PSA), by changing the degree of H 2 extraction from the mixture. The degree of H 2 recovery is changed by changing the pressure drop across the membrane or changing the cycle frequency or pressure drop in the PSA cycle.

В другой реализации способа степень извлечения Н2 в разделительной системе поддерживают стабильно избыточной, а в высокотемпературную окислительную систему направляют дополнительную часть Н2, извлеченного в разделительной системе, а общее количество H2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему, изменяют путем изменения указанной дополнительной части.In another implementation of the method, the degree of H 2 recovery in the separation system is kept stably redundant, and an additional part of H 2 recovered in the separation system is sent to the high temperature oxidation system, and the total amount of H 2 sent to the high temperature oxidation system is changed by changing said additional part.

Таким образом, общее количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент, уменьшают до уровня, по меньшей мере достаточного для того, чтобы тепло, выделяемое в высокотемпературной окислительной системе (включая электрохимическое окисление в высокотемпературном топливном элементе) при окислении СО и Н2, компенсировало тепло, затрачиваемое на эндотермическую реакцию в конверторе, нагрев входных потоков и тепловые потери. Для получения максимальной эффективности использования углеродсодержащего топлива водород, высвобожденный из разделительной системы, подают в низкотемпературный протонообменный топливный элемент, входящий в систему утилизации водорода.Thus, the total amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel cell is reduced to a level at least sufficient so that the heat generated in the high temperature oxidation system (including electrochemical oxidation in the high temperature fuel cell) during the oxidation of CO and H 2 compensates for the heat spent on the endothermic reaction in the converter, heating the input streams and heat loss. To maximize the efficiency of using carbon-containing fuel, the hydrogen released from the separation system is fed into a low-temperature proton-exchange fuel cell included in the hydrogen recovery system.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show:

Фиг.1 - общая принципиальная схема способа переработки углеродсодержащего топлива.Figure 1 is a General schematic diagram of a method for processing carbon-containing fuel.

Фиг.2 - схема способа переработки углеродсодержащего топлива, где в качестве системы утилизации Н2 используется низкотемпературный топливный элемент, доокисление СО проводится в реакторе-сдвига.Figure 2 is a diagram of a method for processing carbon-containing fuel, where a low-temperature fuel cell is used as an H 2 utilization system, CO oxidation is carried out in a shear reactor.

Фиг.3 - схема способа переработки углеродсодержащего топлива, где в качестве системы утилизации H2 используется низкотемпературный топливный элемент, дожигание СО производится в дожигателе, включенном в высокотемпературную систему окисления.Figure 3 is a diagram of a method for processing carbon-containing fuel, where a low-temperature fuel cell is used as an H 2 utilization system, CO afterburning is performed in an afterburner included in a high-temperature oxidation system.

Фиг.4 - схема противоточного теплообменника.4 is a diagram of a counterflow heat exchanger.

Фиг.5 - графики зависимостей суммарного кпд всей системы от кпд реального высокотемпературного топливного элемента для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (от 50 до 70%) для метана при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.2.Figure 5 - graphs of the dependences of the total efficiency of the entire system from the efficiency of the real high-temperature fuel cell for various values of the efficiency of the low-temperature fuel cell (from 50 to 70%) for methane when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 2.

Фиг.6 - графики зависимостей суммарного кпд всей системы от кпд реального высокотемпературного топливного элемента для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (от 50 до 70%) для угля при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.2.6 is a graph of the dependences of the total efficiency of the entire system on the efficiency of a real high-temperature fuel cell for various values of the efficiency of a low-temperature fuel cell (from 50 to 70%) for coal when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 2.

Фиг.7 - графики зависимостей суммарного кпд всей системы от кпд реального высокотемпературного топливного элемента для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (от 50 до 70%) для метана при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.3.Fig.7 is a graph of the dependences of the total efficiency of the entire system on the efficiency of a real high-temperature fuel cell for various values of the efficiency of a low-temperature fuel cell (from 50 to 70%) for methane when implementing the fuel processing scheme corresponding to Fig.3.

Фиг.8 - графики зависимостей суммарного кпд всей системы от кпд реального высокотемпературного топливного элемента для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (от 50 до 70%) для угля при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.3.Fig. 8 is a graph of the dependences of the total efficiency of the entire system on the efficiency of a real high-temperature fuel cell for various values of the efficiency of a low-temperature fuel cell (from 50 to 70%) for coal when implementing the fuel processing scheme corresponding to Fig. 3.

В качестве примеров используемого углеродсодержащего топлива 1 рассматриваются два граничных варианта соотношения водорода и углерода в формуле соединения: уголь (Cгр) (соединение, не содержащее водород) и метан (СН4) (соединение, содержащее максимальное количество водорода на один атом углерода), все другие типы углеводородов можно рассматривать как промежуточные.As examples of the carbon-containing fuel used 1, two boundary variants of the ratio of hydrogen to carbon in the compound formula are considered: coal ( Cg ) (hydrogen-free compound) and methane (CH 4 ) (compound containing the maximum amount of hydrogen per carbon atom), all other types of hydrocarbons can be considered intermediate.

В качестве конвертирующего реагента 2 для угля используется вода (Н2O), для углеводородов - вода и углекислый газ (СO2). Далее приведены примеры расчетов с использованием в качестве конвертирующего реагента 2 H2O по реакции для метана:As a converting reagent 2, water (H 2 O) is used for coal, water and carbon dioxide (CO 2 ) for hydrocarbons. The following are examples of calculations using 2 H 2 O as a conversion reagent by reaction for methane:

Figure 00000010
Figure 00000010

по реакции для угля:by reaction for coal:

Figure 00000011
Figure 00000011

В качестве конвертирующего реагента 2 также возможно использовать комбинацию воды с окислами железа. В этом случае целесообразно чередовать восстановление железа из окислов при взаимодействии с углеводородами (при Т=900-1100 K), приводящее к образованию газообразной смеси СО и Н2, с окислением железа до окислов при взаимодействии с парами воды, приводящим к образованию H2, уже отделенного от СО.As a converting reagent 2, it is also possible to use a combination of water with iron oxides. In this case, it is advisable to alternate the reduction of iron from oxides in the interaction with hydrocarbons (at T = 900-1100 K), leading to the formation of a gaseous mixture of CO and H 2 , with the oxidation of iron to oxides during interaction with water vapor, leading to the formation of H 2 , already separated from CO.

Реализация способа переработки топлива по схемам, изображенным на фиг.1, фиг.2, фиг.3, осуществляется следующим образом: углеродсодержащее топливо 1 и конвертирующий реагент 2 поступают в конвертор 3, где при Т=800-1000 К в результате эндотермических реакций (1) и (2) образуется синтез-газ (газообразная смесь (СО+H2) 4). Из конвертора 3 синтез-газ 4 поступает в разделительную систему 5. В разделительной системе 5 происходит извлечение части Н2 6 (высвобожденный H2) из поступающего синтез-газа 4 путем разделения потока поступающего синтез-газа 4 по меньшей мере на два выходных потока: обедненная газовая смесь (СО и H2) 7, содержание H2 в которой уменьшено до задаваемого уровня, и поток Н2 6, высвобожденный из исходного потока синтез-газа 4 и поступающий в систему утилизации водорода 8. Предпочтительное содержание H2 в потоке 6 не менее 99%, определяется качеством используемой разделительной системы.The implementation of the fuel processing method according to the schemes depicted in figure 1, figure 2, figure 3, is as follows: carbon-containing fuel 1 and converting reagent 2 enter the converter 3, where at T = 800-1000 K as a result of endothermic reactions ( 1) and (2) synthesis gas is formed (gaseous mixture (CO + H 2 ) 4). From the converter 3, the synthesis gas 4 enters the separation system 5. In the separation system 5, a part of H 2 6 (released H 2 ) is extracted from the incoming synthesis gas 4 by dividing the incoming synthesis gas 4 stream into at least two output streams: depleted gas mixture (CO and H 2 ) 7, the content of H 2 in which is reduced to a predetermined level, and the stream of H 2 6 released from the original synthesis gas stream 4 and entering the hydrogen recovery system 8. The preferred content of H 2 in stream 6 not less than 99%, determined by the quality of use zuemoy separation system.

Обедненная газовая смесь направляется в высокотемпературную окислительную систему (ВОС) 9, включающую в себя как минимум один высокотемпературный топливный элемент (ВТТЭ) 10. В высокотемпературной окислительной системе 9, в том числе в высокотемпературном топливном элементе 10, производят окисление СО и Н2 при Т>Тконвертора. Газовый поток, обедненный водородом 7, направляют на анод 11 высокотемпературного топливного элемента 10. На катод 12 высокотемпературного топливного элемента 10 подается кислородсодержащая окислительная газовая смесь (например, воздух) 18. На аноде 11 высокотемпературного топливного элемента 10 происходит электрохимическое окисление СО по реакции:The lean gas mixture is sent to a high temperature oxidizing system (BOC) 9, which includes at least one high temperature fuel cell (VTTE) 10. In a high temperature oxidizing system 9, including a high temperature fuel cell 10, CO and H 2 are oxidized at T > T converter . The gas stream depleted in hydrogen 7 is directed to the anode 11 of the high-temperature fuel cell 10. An oxygen-containing oxidizing gas mixture (for example, air) 18 is supplied to the cathode 12 of the high-temperature fuel cell 18. At the anode 11 of the high-temperature fuel cell 10, the electrochemical oxidation of CO occurs according to the reaction:

Figure 00000012
Figure 00000012

и окисление H2 по реакции:and oxidation of H 2 by reaction:

Figure 00000013
Figure 00000013

с получением электрической энергии и выделением тепла - (δQ) 15 и (δQ') 16.with the receipt of electric energy and heat - (δQ) 15 and (δQ ') 16.

На выходе из высокотемпературного топливного элемента 10 в качестве продуктов электродных реакций образуются Н2O 13 и СO2 14, которые могут быть использованы в качестве конвертирующего реагента 2 паровой и углекислотной конверсии.At the exit from the high-temperature fuel cell 10, H 2 O 13 and CO 2 14 are formed as the products of electrode reactions, which can be used as a converting reagent 2 of steam and carbon dioxide conversion.

В качестве высокотемпературного топливного элемента с анионной проводимостью предлагается использовать, например, твердооксидный или расплавнокарбонатный топливный элемент либо их комбинацию.As a high-temperature fuel cell with anionic conductivity, it is proposed to use, for example, a solid oxide or molten carbonate fuel cell, or a combination thereof.

Выделяемое при этом тепло 15 направляют в конвертор 3. Количество тепла, выделяемое в высокотемпературной окислительной системе 9 при протекании реакций окисления СО и указанного количества Н2, должно быть по меньшей мере достаточно для поддержания заданной температуры в конверторе.The heat generated in this case 15 is sent to the converter 3. The amount of heat released in the high-temperature oxidation system 9 during the course of the oxidation of CO and the specified amount of H 2 should be at least sufficient to maintain the desired temperature in the converter.

Изменение количества H2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему 9, может производиться путем изменения степени извлечения Н2 из синтез-газа 4 в разделительной системе 5. Предпочтительно в разделительной системе 5 поддерживают фиксированную степень извлечения Н2 из синтез-газа 4. Изменение количества Н2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему 9, реализуют за счет дополнительного количества Н2 из извлеченной части 6, которое направляют в высокотемпературный топливный элемент 10 либо отдельным потоком 17, либо присоединяя к потоку 7.The change in the amount of H 2 sent to the high-temperature oxidation system 9 can be done by changing the degree of extraction of H 2 from the synthesis gas 4 in the separation system 5. Preferably, in the separation system 5, a fixed degree of extraction of H 2 from the synthesis gas 4 is maintained. 2 directed to the high-oxidation system 9, implemented by the additional amount of H 2 from the extracted portion 6, which is fed to a high temperature fuel cell 10 or a separate thread 17, or by attaching to the stream 7.

Количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент 10, должно быть по меньшей мере достаточно для поддержания заданной температуры в конверторе за счет тепла, выделяемого в высокотемпературной окислительной системе при протекании реакций окисления СО и указанного количества Н2. Для повышения температуры конвертора увеличивают количество тепла 15, подаваемого от высокотемпературной окислительной системы 9 к конвертору 3 посредством увеличения количества водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент 10. Для понижения температуры конвертора 3, соответственно, уменьшают количество тепла 15, подаваемого от высокотемпературной окислительной системы 9 к конвертору 3 посредством уменьшения количества водорода 17, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент 10. Таким образом, при малых тепловых потерях тепло 15, выделяемое в высокотемпературной окислительной системе 9, практически полностью поглощается эндотермической реакцией (1) (или (2)) в конверторе 3. Высокотемпературный топливный элемент 10 утилизирует большую часть СО и выбранное количество водорода с термодинамической эффективностью, близкой к 100%.The amount of hydrogen sent to the high-temperature fuel cell 10 should be at least sufficient to maintain a predetermined temperature in the converter due to the heat generated in the high-temperature oxidation system during CO oxidation reactions and the indicated amount of H 2 . To increase the temperature of the converter, increase the amount of heat 15 supplied from the high-temperature oxidizing system 9 to the converter 3 by increasing the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell 10. To lower the temperature of the converter 3, respectively, reduce the amount of heat 15 supplied from the high-temperature oxidizing system 9 to converter 3 by reducing the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell 10. Thus, at low heat The heat generated in high-temperature oxidizing system 9 is almost completely absorbed by the endothermic reaction (1) (or (2)) in the converter 3. High-temperature fuel cell 10 utilizes most of the CO and the selected amount of hydrogen with thermodynamic efficiency close to 100%.

Доля Н2, направляемая в высокотемпературный топливный элемент 10 после разделительной системы 5, характеризуется далее параметром γ - количеством молей водорода (из образующегося в синтез-газе из 1 моля углеродсодержащего топлива по реакциям (1) и (2)), направляемых в высокотемпературный топливный элемент 10. Величина γ определяется значением коэффициента полезного действия (кпд) высокотемпературного топливного элемента. Чем выше кпд высокотемпературного топливного элемента 10, тем меньше выделяется тепла при окислении СО и Н2, тем больше заданное γ для поддержания температуры в конверторе. Увеличение потерь тепла во внешнюю среду 16 (через теплоизоляцию), а также на нагрев входных потоков 16 углеродсодержащего топлива 1, конвертирующего реагента 2 и окислительной смеси 18 приводит к необходимости увеличения γ.The fraction of Н 2 directed to the high-temperature fuel cell 10 after the separation system 5 is further characterized by the parameter γ — the number of moles of hydrogen (from 1 mole of carbon-containing fuel produced in the synthesis gas by reactions (1) and (2)) sent to the high-temperature fuel element 10. The value of γ is determined by the value of the coefficient of performance (efficiency) of a high-temperature fuel cell. The higher the efficiency of the high-temperature fuel cell 10, the less heat is generated during the oxidation of CO and H 2 , the greater is the set γ to maintain the temperature in the converter. The increase in heat loss to the external environment 16 (through thermal insulation), as well as to the heating of the input streams 16 of the carbon-containing fuel 1, the converting reagent 2 and the oxidizing mixture 18 leads to the need to increase γ.

Передача тепла от высокотемпературного топливного элемента 10 к конвертору 3 осуществляется посредством тепломассопереноса, теплопередачи, излучения или их комбинаций.Heat is transferred from the high temperature fuel cell 10 to the converter 3 by heat and mass transfer, heat transfer, radiation, or combinations thereof.

Часть тепла, уносимая выходными потоками (H2O 13, СO2 14) регенерируется, то есть используется в противоточном теплообменнике 19 на нагрев входных потоков (фиг.4).Part of the heat carried away by the output streams (H 2 O 13, CO 2 14) is regenerated, that is, used in the counterflow heat exchanger 19 to heat the input streams (Fig. 4).

В таблице 1 для метана и в таблице 2 для угля (в расчете на один моль углеродсодержащего топлива) для примера представлены зависимости γ от кпд высокотемпературного топливного элемента для случая полного окисления СО и Н2 в высокотемпературном топливном элементе 10 и без учета потерь при регенерации тепла на восполнение затрат необходимого количества тепла для нагрева входных потоков.Table 1 for methane and table 2 for coal (based on one mole of carbon-containing fuel) shows, for example, the dependence of γ on the efficiency of a high-temperature fuel cell for the case of complete oxidation of CO and H 2 in a high-temperature fuel cell 10 and without taking into account losses during heat recovery to reimburse the necessary amount of heat to heat the input streams.

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Извлечение Н2 из газовой смеси производят с использованием разделительных селективных мембран или абсорбции сдвига под давлением, что, как правило, требует охлаждения смеси перед процессом разделения. В таком случае предпочтительно производить регенерацию тепла от охлаждаемого потока смеси к подогреваемому потоку обедненной смеси СО и Н2, а также к подогреваемому потоку окислителя, направляемым в высокотемпературный топливный элемент 10.Extraction of H 2 from the gas mixture is carried out using selective separation membranes or shear absorption under pressure, which usually requires cooling the mixture before the separation process. In this case, it is preferable to carry out heat recovery from the cooled mixture stream to the heated stream of the lean mixture of CO and H 2 , as well as to the heated oxidizer stream directed to the high-temperature fuel cell 10.

Для дальнейшего повышения эффективности использования углеродсодержащего топлива 1, а также для повышения удельной мощности системы степень окисления СО в высокотемпературном топливном элементе 10 предпочтительно поддерживают в диапазоне 70-90%. Как правило, окисление Н2 в высокотемпературном топливном элементе 10 поддерживают на более высоком уровне (~99%). Неокисленный в высокотемпературном топливном элементе СО 20 направляют на доокисление.To further improve the efficiency of using carbon-containing fuel 1, as well as to increase the specific power of the system, the oxidation state of CO in the high temperature fuel cell 10 is preferably maintained in the range of 70-90%. Typically, the oxidation of H 2 in the high temperature fuel cell 10 is maintained at a higher level (~ 99%). Unoxidized in a high temperature fuel cell, CO 20 is sent for further oxidation.

Изобретение предусматривает два варианта доокисления СО, а именно доокисление СО в реакторе-сдвига 21 и дожигание СО в высокотемпературной окислительной системе 9, а именно в дожигателе 22, который является частью высокотемпературной окислительной системы.The invention provides two options for CO oxidation, namely CO oxidation in a shear reactor 21 and CO afterburning in a high temperature oxidizing system 9, namely in an afterburner 22, which is part of a high temperature oxidizing system.

В варианте реализации изобретения по фиг.2 и фиг.3 в качестве системы утилизации Н2 8 предлагается использовать низкотемпературный топливный элемент (НТТЭ) 23. В низкотемпературном топливном элементе 23 при температуре 300 К под действием окислителя (кислорода O2) 24 протекает реакция окисления водорода:In the embodiment of the invention of FIG. 2 and FIG. 3, it is proposed to use a low-temperature fuel cell (NTTE) 23 as a system for utilizing H 2 8. In the low-temperature fuel cell 23 at a temperature of 300 K, an oxidation reaction takes place under the action of an oxidizing agent (oxygen O 2 ) 24 hydrogen:

Figure 00000016
Figure 00000016

в результате которой получается электрическая энергия и образуется Н2O 25.as a result of which electrical energy is obtained and H 2 O 25 is formed.

В соответствии со схемой, представленной на фиг.2, неокисленный СО 20 из высокотемпературного топливного элемента 10 поступает в реактор-сдвига 21, где при Т=500 К под действием водяного пара 26 протекает реакция доокисления СО 20:In accordance with the scheme shown in figure 2, unoxidized CO 20 from the high-temperature fuel cell 10 enters the shear reactor 21, where at T = 500 K under the influence of water vapor 26 the oxidation reaction of CO 20 proceeds:

Figure 00000017
Figure 00000017

с образованием СO2 27 и дополнительного Н2 28, который поступает в низкотемпературный топливный элемент 23. Реакция (6) является экзотермической, и ее тепло (δQ”) 29 предпочтительно направляют на нагрев входных потоков.with the formation of CO 2 27 and additional H 2 28, which enters the low temperature fuel cell 23. Reaction (6) is exothermic, and its heat (δQ ”) 29 is preferably sent to heat the input streams.

На фиг.5 и фиг.6 представлены зависимости суммарного коэффициента полезного действия (кпд) всей системы (η∑) от кпд реального высокотемпературного топливного элемента (ηВТТЭ) для метана и угля соответственно для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (ηНТТЭ) (от 50 до 70%) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.2. Видно, что с ростом кпд высокотемпературного топливного элемента и низкотемпературного топливного элемента суммарный кпд увеличивается как для метана, так и для угля.Figures 5 and 6 show the dependences of the total efficiency (efficiency) of the entire system (η ∑ ) on the efficiency of a real high-temperature fuel cell (η VTTE ) for methane and coal, respectively, for different values of the efficiency of a low-temperature fuel cell (η NTTE ) ( from 50 to 70%) when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 2. It can be seen that with an increase in the efficiency of a high-temperature fuel cell and a low-temperature fuel cell, the total efficiency increases for both methane and coal.

В таблице 3 для метана представлены данные о суммарном кпд всей системы (η∑), о полезной работе всей системы (изменение энергии Гиббса) (ΔGпол), о количестве водорода 17, подаваемом в высокотемпературный топливный элемент на погашение (компенсацию) затрат эндотермической реакции (1) в конверторе 3 и для восполнения затрат на нагрев входных потоков, при различных реальных значениях кпд высокотемпературного топливного элемента (ηВТТЭ) и низкотемпературного топливного элемента (ηНТТЭ) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.2. Например, при ηВТТЭ=50% требуется подача водорода в количестве 0.909 молей в высокотемпературный топливный элемент для погашения эндотермической конверторной реакции. С ростом ηВТТЭ количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент на погашение затрат эндотермической реакции в конверторе, увеличивается. Дополнительный водород для восполнения затрат необходимого количества тепла для нагрева входных потоков в высокотемпературном топливном элементе не требуется при всех рассмотренных значениях ηВТТЭ. С ростом ηНТТЭ при сжигании в нем оставшихся 2.291 молей Н2 (с учетом образовавшихся 0.2 молей Н2 в реакторе-сдвига) вклад полезной работы (ΔGпол) по этой стадии увеличивается, и η∑ установки возрастает от 62.2% до 77.0%. Аналогичная тенденция просматривается при ηВТТЭ=55 и при ηВТТЭ=60.Table 3 for methane presents data on the total efficiency of the entire system (η ∑ ), on the useful work of the entire system (change in Gibbs energy) (ΔG floor ), on the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell to offset (compensate) the costs of the endothermic reaction (1) in converter 3 and to make up for the costs of heating the input streams, at various real values of the efficiency of the high-temperature fuel cell (η HTFC ) and low-temperature fuel cell (η NTTE ) when implementing the fuel processing scheme, corresponding to her figure 2. For example, at η VTTE = 50%, a supply of hydrogen in an amount of 0.909 moles to a high-temperature fuel cell is required to extinguish the endothermic converter reaction. As η VTTE increases, the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell to offset the costs of the endothermic reaction in the converter increases. Additional hydrogen to make up for the required amount of heat for heating the input streams in a high-temperature fuel cell is not required for all considered values of η VTTE . With increasing η NTTE when burned therein remaining 2.291 mol of H 2 (considering formed 0.2 moles of H2 in the reactor-shift), the contribution of useful work (ΔG floor) at this step is increased, and η Σ installation increases from 62.2% to 77.0%. A similar trend is observed at η VTTE = 55 and at η VTTE = 60.

Таблица 3Table 3 ηНТТЭ, (%)η НТТЭ, (%) МЕТАНMETHANE η∑, (%)η ∑ , (%) ΔGпол, кДжΔG floor , kJ Количество водорода, подаваемое в высокотемпературный топливный элемент 10, в том числе:The amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel cell 10, including: На эндотермическую реакцию в конверторе, мольTo the endothermic reaction in the converter, mol Для восполнения затрат на нагрев входных потоков, мольTo replenish the cost of heating the input streams, mol ηВТТЭ=50η VTTE = 50 50fifty 62.262.2 -553.29-553.29 0.9090.909 Не требуетсяNot required 6060 69.769.7 -618.78-618.78 6565 73.373.3 -651.53-651.53 7070 77.077.0 -684.28-684.28   ηВТТЭ=55η VTTE = 55 50fifty 64.664.6 -574.54-574.54 1.1111.111 Не требуетсяNot required 6060 71.371.3 -634.25-634.25 6565 74.774.7 -664.1-664.1 7070 78.078.0 -693.96-693.96   ηВТТЭ=60η VTTE = 60 50fifty 67.567.5 -601.11-601.11 1.3641.364 Не требуетсяNot required 6060 73.473.4 -653.59-653.59 6565 76.476.4 -679.82-679.82 7070 79.379.3 -706.03-706.03

В таблице 4 для угля представлены данные о суммарном кпд всей системы (η∑), о полезной работе всей системы (ΔGпол), количестве водорода 17, подаваемом в высокотемпературный топливный элемент 10 на погашение затрат эндотермической реакции (2) в конверторе 3 и для восполнения затрат на нагрев входных потоков при различных реальных значениях кпд высокотемпературного топливного элемента (ηВТТЭ) и низкотемпературного топливного элемента (ηНТТЭ) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.2. Например, при ηвттэ=50% требуется подача водорода в высокотемпературный топливный элемент для погашения эндотермической конверторной реакции в количестве 0.182 молей. Для восполнения затрат необходимого количества тепла для нагрева входных потоков в высокотемпературном топливном элементе необходимо дополнительно подать водород в количестве 0.222 молей, тепловая составляющая от сжигания которого гасит нагрев холодных входных потоков, создавая положительный баланс по теплу = 0.155 кДж. С ростом ηВТТЭ количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент на погашение затрат эндотермической реакции в конверторе, увеличивается, а соответственно, количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент для восполнения затрат на нагрев входных потоков, уменьшается. С ростом ηНТТЭ при сжигании в нем оставшихся 0.796 моля H2 (с учетом образовавшихся 0.2 молей Н2 в реакторе сдвига) вклад полезной работы (ΔGпол) по этой стадии увеличивается, и η∑ установки возрастает от 70.1% до 81.6%. Аналогичная тенденция просматривается при ηВТТЭ=55 и при ηВТТЭ=60.Table 4 for coal presents data on the total efficiency of the entire system (η ∑ ), on the useful work of the entire system (ΔG floor ), the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell 10 to pay off the costs of the endothermic reaction (2) in converter 3 and for replenishment of the cost of heating the input streams at various real values of the efficiency of the high-temperature fuel cell (η HTFC ) and low-temperature fuel cell (η NTTE ) when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 2. For example, at η WTE = 50%, hydrogen is required to supply a high-temperature fuel cell to extinguish the endothermic converter reaction in the amount of 0.182 moles. To compensate for the required amount of heat for heating the input streams in a high-temperature fuel cell, it is necessary to additionally supply 0.222 moles of hydrogen, the thermal component of which extinguishes the heating of cold input streams, creating a positive heat balance = 0.155 kJ. With an increase in η VTTE, the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell to pay off the costs of the endothermic reaction in the converter increases, and accordingly, the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell to meet the costs of heating the input flows decreases. With increasing η NTTE when burned therein remaining 0,796 mol H 2 (considering formed 0.2 moles of H2 in the shift reactor) contribution of useful work (ΔG floor) at this step is increased, and η Σ installation increases from 70.1% to 81.6%. A similar trend is observed at η VTTE = 55 and at η VTTE = 60.

Таблица 4Table 4 ηНТТЭ, (%)η NTTE , (%) УГОЛЬCOAL η∑, (%)η ∑ , (%) ΔGпол, кДжΔG floor , kJ Количество водорода, подаваемое в высокотемпературный топливный элемент 10, в том числе:The amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel cell 10, including: На эндотермическую реакцию в конверторе, мольTo the endothermic reaction in the converter, mol Для восполнения затрат на нагрев входных потоков, мольTo replenish the cost of heating the input streams, mol ηВТТЭ=50η VTTE = 50 50fifty 70.170.1 -277.03-277.03 0.1820.182 0.2220.222 6060 75.975.9 -299.78-299.78 6565 78.778.7 -311.16-311.16 7070 81.681.6 -322.54-322.54   ηВТТЭ=55η VTTE = 55 50fifty 74.174.1 -292.82-292.82 0.3040.304 0.1820.182 6060 79.379.3 -313.24-313.24 6565 81.981.9 -323.45-323.45 7070 84.584.5 -333.66-333.66   ηВТТЭ=60η VTTE = 60 50fifty 78.778.7 -310.87-310.87 0.4560.456 0.1530.153 6060 82.982.9 -327.77-327.77 6565 85.085.0 -336.22-336.22 7070 87.287.2 -344.67-344.67

В соответствии со схемой переработки топлива, представленной на фиг.3, для доокисления СО 20 используется дожигатель 22. СО 20, недоокисленный в высокотемпературном топливном элементе 10, поступает в дожигатель 22, где в атмосфере О2 30 при Т>Тконвертора (900÷1200 К) протекает реакция горения СО:In accordance with the fuel processing scheme shown in Fig. 3, an afterburner 22 is used to further oxidize CO 20. CO 20 under-oxidized in the high-temperature fuel cell 10 enters the afterburner 22, where in the atmosphere O 2 30 at T> T of the converter (900 ÷ 1200 K) combustion reaction proceeds:

Figure 00000018
Figure 00000018

На выходе образуется СO2 31, тепло экзотермической реакции (7) (δQ''') 32 направляют в конвертор 3 для восполнения затрат эндотермической реакции (1) (или (2)) в конверторе 3 и затрат необходимого количества тепла для нагрева входных потоков топлива и реагентов. Расчет, представленный в таблицах 5 и 6, сделан в предположении идеальной теплоизоляции высокотемпературной части и идеальной регенерации тепла выходящих газовых потоков.At the output, CO 2 31 is formed, the heat of the exothermic reaction (7) (δQ ''') 32 is sent to the converter 3 to compensate for the costs of the endothermic reaction (1) (or (2)) in the converter 3 and the cost of the required amount of heat to heat the input streams fuel and reagents. The calculation presented in tables 5 and 6 is made under the assumption of perfect thermal insulation of the high-temperature part and ideal heat recovery of the outgoing gas streams.

На фиг.7 и фиг.8 представлены графики зависимости суммарного кпд всей системы (η∑) от кпд реального высокотемпературного топливного элемента (ηВТТЭ) для метана и угля соответственно для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (ηНТТЭ) (от 50% до 70%) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.3. Видно, что с ростом кпд высокотемпературного топливного элемента суммарный кпд увеличивается.7 and Fig. 8 are graphs of the total efficiency of the entire system (η ∑ ) versus the efficiency of a real high-temperature fuel cell (η VTTE ) for methane and coal, respectively, for different values of the efficiency of a low-temperature fuel cell (η NTTE ) (from 50% to 70%) when implementing the fuel processing scheme corresponding to FIG. 3. It can be seen that with an increase in the efficiency of a high-temperature fuel cell, the total efficiency increases.

В таблице 5 для метана представлены данные о суммарном кпд всей системы (η∑), о полезной работе всей системы (ΔGпол), о количестве водорода 17, подаваемом в высокотемпературный топливный элемент 10 на погашение затрат эндотермической реакции (1) в конверторе 3 и для восполнения затрат на нагрев входных потоков, при различных реальных значениях кпд высокотемпературного топливного элемента (ηВТТЭ) и низкотемпературного топливного элемента (ηНТТЭ) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.3. Например, при ηВТТЭ=50% требуется подача H2 в высокотемпературный топливный элемент для погашения эндотермической конверторной реакции в количестве 0.452 молей. Для восполнения затрат необходимого количества тепла для нагрева входных потоков в высокотемпературный топливный элемент необходимо дополнительно подать H2 в количестве 0.056 моля, тепловая составляющая от сжигания которого гасит нагрев холодных входных потоков, создавая положительный баланс по теплу = 0.03 кДж. С ростом ηВТТЭ количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент на погашение затрат эндотермической реакции в конверторе увеличивается, а соответственно, количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент для восполнения затрат на нагрев входных потоков, уменьшается, и при ηВТТЭ=60 уже не требуется. С ростом ηНТТЭ при сжигании в нем оставшихся 2.492 молей Н2 вклад полезной работы по этой стадии увеличивается, и η∑ установки возрастает от 59.9% до 76.0%. Аналогичная тенденция просматривается при ηВТТЭ=55 и при ηВТТЭ=60.Table 5 for methane presents data on the total efficiency of the entire system (η ∑ ), on the useful work of the entire system (ΔG floor ), on the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell 10 to pay off the costs of the endothermic reaction (1) in converter 3 and to replenish the cost of heating the input streams, at different real values of the efficiency of the high-temperature fuel cell (η HTFC ) and low-temperature fuel cell (η NTTE ) when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 3. For example, at η VTTE = 50%, the supply of H 2 to a high-temperature fuel cell is required to extinguish the endothermic converter reaction in an amount of 0.452 moles. To replenish the cost of the required amount of heat for heating the input streams into the high-temperature fuel cell, it is necessary to additionally supply H 2 in an amount of 0.056 moles, the heat component of which extinguishes the heating of cold inlet streams, creating a positive heat balance = 0.03 kJ. With an increase in η VTTE, the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell to offset the costs of the endothermic reaction in the converter increases, and accordingly, the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell to compensate for the costs of heating the input flows decreases, and when η VTTE = 60 required. With an increase in η NTTE during burning of the remaining 2.492 moles of H 2, the contribution of useful work at this stage increases, and η ∑ of the installation increases from 59.9% to 76.0%. A similar trend is observed at η VTTE = 55 and at η VTTE = 60.

Таблица 5Table 5 ηНТТЭ, (%)η NTTE , (%) МЕТАНMETHANE η∑, (%)η ∑ , (%) ΔGпол, кДжΔG floor , kJ Количество водорода, подаваемое в высокотемпературный топливный элемент 10, в том числе:The amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel cell 10, including: На эндотермическую реакцию в конверторе, мольTo the endothermic reaction in the converter, mol Для восполнения затрат на нагрев входных потоков, мольTo replenish the cost of heating the input streams, mol ηВТТЭ=50η VTTE = 50 50fifty 59.959.9 -532.29-532.29 0.4520.452 0.0560.056 6060 67.967.9 -603.51-603.51 6565 72.072.0 -639.13-639.13 7070 76.076.0 -674.74-674.74   ηВТТЭ=55η VTTE = 55 50fifty 61.861.8 -549.16-549.16 0.6040.604 0.020.02 6060 69.469.4 -617.07-617.07 6565 73.273.2 -651.03-651.03 7070 77.177.1 -684.99-684.99   ηВТТЭ=60η VTTE = 60 50fifty 64.064.0 -569.20-569.20 0.7930.793 Не требуетсяNot required 6060 71.171.1 -632.27-632.27 6565 74.674.6 -663.80-663.80 7070 78.278.2 -695.34-695.34

В таблице 6 для угля представлены данные о суммарном кпд всей системы (η∑), о полезной работе всей системы (ΔGпол), о количестве водорода 17, подаваемом в высокотемпературный топливный элемент 10 на погашение затрат эндотермической реакции (2) в конверторе 3 и для восполнения затрат на нагрев входных потоков, при различных реальных значениях кпд высокотемпературного топливного элемента (ηВТТЭ) и низкотемпературного топливного элемента (ηНТТЭ) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.3. При всех рассматриваемых значениях (ηВТТЭ) не требуется подача водорода в высокотемпературный топливный элемент для погашения эндотермической конверторной реакции (с учетом использования теплоты от дожигателя на конверторную реакцию 32), и избыточное тепло от сжигания СО в высокотемпературном топливном элементе используется для нагрева холодных входных потоков. Однако, например, при ηВТТЭ=50% для восполнения затрат необходимого количества тепла для нагрева входных потоков в высокотемпературном топливном элементе необходимо дополнительно подать Н2 в количестве 0.053 моля, тепловая составляющая от сжигания которого гасит нагрев холодных входных потоков, создавая положительный баланс по теплу = 0.119 кДж. С ростом ηВТТЭ количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент для восполнения затрат на нагрев входных потоков, возрастает. С ростом ηНТТЭ при сжигании в нем оставшихся 0.947 молей вклад полезной работы по этой стадии увеличивается, и η установки возрастает от 64.5% до 78.85%. Аналогичная тенденция просматривается при ηВТТЭ=55 и при ηВТТЭ=60.Table 6 for coal presents data on the total efficiency of the entire system (η ∑ ), on the useful work of the entire system (ΔG floor ), on the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell 10 to pay off the costs of the endothermic reaction (2) in converter 3 and to replenish the cost of heating the input streams, at different real values of the efficiency of the high-temperature fuel cell (η HTFC ) and low-temperature fuel cell (η NTTE ) when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 3. For all considered values (η VTE ), hydrogen supply to the high-temperature fuel cell is not required to extinguish the endothermic converter reaction (taking into account the use of heat from the afterburner to the converter reaction 32), and the excess heat from CO burning in the high-temperature fuel cell is used to heat cold inlet streams . However, for example, at η VTTE = 50%, in order to reimburse the required amount of heat for heating the input streams in a high-temperature fuel cell, it is necessary to additionally supply Н 2 in an amount of 0.053 mol, the heat component of which extinguishes the heating of cold input streams, creating a positive heat balance = 0.119 kJ. As η VTTE increases, the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell to make up for the cost of heating the input streams increases. With an increase in η of NTTE while burning the remaining 0.947 moles, the contribution of useful work at this stage increases, and η of the installation increases from 64.5% to 78.85%. A similar trend is observed at η VTTE = 55 and at η VTTE = 60.

Таблица 6Table 6 ηНТТЭ, (%)η NTTE , (%) УГОЛЬCOAL η∑, (%)η ∑ , (%) ΔGпол, кДжΔG floor , kJ Количество водорода, подаваемое в высокотемпературный топливный элемент 10, в том числе:The amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel cell 10, including: На эндотермическую реакцию в конверторе, мольTo the endothermic reaction in the converter, mol Для поддержания положительного теплового баланса, мольTo maintain a positive heat balance, mol

  ηВТТЭ=50η VTTE = 50 50fifty 64.564.5 -255.10-255.10 Не требуетсяNot required 0.0530.053 6060 72.072.0 -282.18-282.18 6565 75.475.4 -295.72-295.72 7070 78.8578.85 -309.26-309.26   ηВТТЭ=55η VTTE = 55 50fifty 67.467.4 -266.53-266.53 Не требуетсяNot required 0.1360.136 6060 74.3574.35 -291.23-291.23 6565 77.4577.45 -303.59-303.59 7070 80.680.6 -315.94-315.94   ηВТТЭ=60η VTTE = 60 50fifty 70.970.9 -280.06-280.06 Не требуетсяNot required 0.2280.228 6060 76.576.5 -302.13-302.13 6565 79.379.3 -313.16-313.16 7070 82.082.0 -324.19-324.19

Сравнение вышеприведенных реализаций способа показывает, что использование дожигателя упрощает техническое исполнение (окисление СО в высокотемпературном топливном элементе 10 и доокисление СО 20 в дожигателе 22 проводят в одном температурном режиме в единой окислительной системе - высокотемпературной окислительной системе 9). Использование реактора-сдвига и проведение процесса доокисления СО 20 с получением дополнительного водорода повышает эффективность предложенного метода, что при любом способе дальнейшей утилизации высвобожденного H2 приводит к увеличению суммарной эффективности использования углеродсодержащего топлива (например, суммарной электрической эффективности при утилизации высвобожденного Н2 в низкотемпературном топливном элементе).Comparison of the above implementations of the method shows that the use of an afterburner simplifies the technical design (CO oxidation in a high temperature fuel cell 10 and CO 20 additional oxidation in an afterburner 22 are carried out in the same temperature regime in a single oxidizing system - a high temperature oxidizing system 9). Using a shear reactor and carrying out a CO 20 oxidation process to produce additional hydrogen increases the efficiency of the proposed method, which, with any method of further utilizing the released H 2, leads to an increase in the total efficiency of using carbon-containing fuel (for example, the total electrical efficiency in the utilization of the released H 2 in low-temperature fuel element).

Предложенные решения повышают эффективность использования топлива как в режиме хранения H2, так и в режиме его использования в низкотемпературном топливном элементе. В последнем случае суммарная электрическая эффективность тандемной установки, включающей конвертор топлива, разделительную систему, высокотемпературную окислительную систему, систему дожигания топлива и систему утилизации водорода, получается выше, чем для каждого из топливных элементов по отдельности.The proposed solutions increase the fuel efficiency both in the storage mode of H 2 and in the mode of its use in a low-temperature fuel cell. In the latter case, the total electrical efficiency of the tandem installation, including a fuel converter, a separation system, a high-temperature oxidizing system, a fuel afterburning system, and a hydrogen recovery system, is higher than for each of the fuel cells separately.

Предложенное решение, основанное на предварительной конверсии вне высокотемпературного топливного элемента, устраняет охлаждение входной области высокотемпературного топливного элемента интенсивной эндотермической реакцией, что является одной из важнейших причин ускоренной деградации высокотемпературного топливного элемента с прямой подачей топлива.The proposed solution, based on preliminary conversion outside the high-temperature fuel cell, eliminates the cooling of the inlet region of the high-temperature fuel cell by an intense endothermic reaction, which is one of the most important reasons for the accelerated degradation of the high-temperature fuel cell with direct fuel supply.

Предложенные способы использования топлива обеспечивают более стабильный режим работы высокотемпературного топливного элемента, убирают температурные градиенты, а также устраняют осаждение угля на электродах, что также повышает надежность и срок службы высокотемпературного топливного элемента.The proposed methods for using fuel provide a more stable mode of operation of a high-temperature fuel cell, remove temperature gradients, and also eliminate the deposition of coal on the electrodes, which also increases the reliability and service life of a high-temperature fuel cell.

Claims (12)

1. Способ использования углеродсодержащего топлива в системе, содержащей высокотемпературный топливный элемент, включающий помещение в конвертор углеродсодержащего топлива и конвертирующего реагента, проведение в конверторе эндотермической реакции углеродсодержащего топлива с конвертирующим реагентом, получение смеси СО и H2 в конверторе, подачу части смеси (СО и Н2) и окислителя соответственно к аноду и катоду высокотемпературного топливного элемента, который является частью высокотемпературной окислительной системы, окисление поданной части смеси в высокотемпературной окислительной системе с генерацией электрической и тепловой энергии, передачу генерируемой в высокотемпературной окислительной системе тепловой энергии в конвертор, поддержание в конверторе температуры в заданных пределах, выбранных в диапазоне 800-1300 К, отличающийся тем, что из указанной смеси СО и Н2, образуемой в конверторе, извлекают часть Н2 и уменьшают его количество, подаваемое в высокотемпературную окислительную систему так, чтобы количество тепла, выделяемого в высокотемпературной окислительной системе при протекании реакций окисления СО и Н2, было по меньшей мере достаточно для поддержания заданной температуры в конверторе, а Н2, высвобожденный из разделительной системы, подают в систему утилизации водорода.1. The method of using carbon-containing fuel in a system containing a high-temperature fuel cell, comprising placing carbon-containing fuel and a converting reagent in the converter, carrying out an endothermic reaction of carbon-containing fuel with a converting reagent in the converter, obtaining a mixture of CO and H 2 in the converter, supplying part of the mixture (CO and H 2) and oxidant respectively to the anode and cathode of the high temperature fuel cell that is part of a high-temperature oxidative system, the oxidation of n this part of the mixture in a high-temperature oxidizing system with the generation of electric and thermal energy, transferring the heat generated in the high-temperature oxidizing system to the converter, maintaining the temperature in the converter within the specified limits selected in the range of 800-1300 K, characterized in that from the specified mixture of CO and Н 2 formed in the converter, part of Н 2 is extracted and its quantity supplied to the high-temperature oxidation system is reduced so that the amount of heat released in the high-temperature oxy during the oxidation of CO and H 2 was at least enough to maintain the set temperature in the converter, and H 2 released from the separation system was fed to the hydrogen recovery system. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конвертор помещают в качестве углеродсодержащего топлива уголь или метан.2. The method according to claim 1, characterized in that coal or methane are placed in the converter as carbon-containing fuel. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конвертор помещают в качестве конвертирующего реагента воду и поддерживают температуру в заданных пределах, выбранных в диапазоне от 800 до 1000 К.3. The method according to claim 1, characterized in that water is placed in the converter as a converting reagent and the temperature is maintained within predetermined limits, selected in the range from 800 to 1000 K. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конвертор помещают в качестве конвертирующего реагента комбинацию воды с окислами железа и поддерживают температуру в заданных пределах, выбранных в диапазоне от 900 до 1100 К.4. The method according to claim 1, characterized in that a combination of water with iron oxides is placed as a converting reagent in the converter and the temperature is maintained within predetermined limits, selected in the range from 900 to 1100 K. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного топливного элемента используют твердооксидный либо расплавнокарбонатный топливный элемент, либо их комбинацию.5. The method according to claim 1, characterized in that as a high-temperature fuel cell using a solid oxide or melt-carbonate fuel cell, or a combination thereof. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло от горячих газов, выходящих из высокотемпературной окислительной системы, передают входящему в высокотемпературную окислительную систему потоку окислителя, а также входящим в конвертор углеродсодержащему топливу и конвертирующему реагенту.6. The method according to claim 1, characterized in that heat from the hot gases leaving the high-temperature oxidizing system is transferred to the oxidizing stream entering the high-temperature oxidizing system, as well as to the carbon-containing fuel and the converting reagent entering the converter. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при уменьшении температуры в конверторе ниже нижнего температурного предела
Figure 00000019
выбранного в диапазоне 800-1100 K, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, увеличивают, а при повышении температуры в конверторе выше второго температурного предела
Figure 00000020
выбранного между
Figure 00000021
и 1100 К, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, уменьшают.7. The method according to claim 1, characterized in that when the temperature in the converter decreases below the lower temperature limit
Figure 00000019
selected in the range of 800-1100 K, the amount of hydrogen sent to the high-temperature fuel cell is increased, and when the temperature in the converter rises above the second temperature limit
Figure 00000020
selected between
Figure 00000021
and 1100 K, the amount of hydrogen sent to the high temperature fuel cell is reduced. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что количество H2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему, изменяют путем изменения степени извлечения Н2 из смеси.8. The method according to claim 7, characterized in that the amount of H 2 sent to the high-temperature oxidation system is changed by changing the degree of extraction of H 2 from the mixture. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что Н2 извлекают из смеси, используя селективную мембрану (пропускающую Н2 и не пропускающую СО), а степень извлечения H2 меняют, меняя перепад давления на мембране.9. The method according to claim 8, characterized in that H 2 is removed from the mixture using a selective membrane (passing H 2 and not passing CO), and the degree of H 2 extraction is changed, changing the pressure drop across the membrane. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что H2 извлекают из смеси, используя адсорбцию сдвига под давлением, а степень извлечения Н2 меняют, меняя частоту циклов или перепад давлений в цикле адсорбции сдвига под давлением.10. The method according to claim 8, characterized in that H 2 is removed from the mixture using shear adsorption under pressure, and the degree of H 2 extraction is changed by changing the cycle frequency or pressure drop in the shear adsorption cycle under pressure. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в высокотемпературную окислительную систему направляют дополнительную часть H2, извлеченного в разделительной системе, а общее количество Н2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему, изменяют путем изменения указанной дополнительной части.11. The method according to claim 1, characterized in that an additional part of H 2 recovered in the separation system is sent to the high-temperature oxidation system, and the total amount of H 2 sent to the high-temperature oxidation system is changed by changing said additional part. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что Н2, высвобожденный из разделительной системы, подают в низкотемпературный протонообменный топливный элемент. 12. The method according to claim 1, characterized in that H 2 released from the separation system is fed to a low temperature proton exchange fuel cell.
RU2011135723/07A 2011-08-18 2011-08-18 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element RU2475899C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135723/07A RU2475899C1 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135723/07A RU2475899C1 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2475899C1 true RU2475899C1 (en) 2013-02-20

Family

ID=49121156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011135723/07A RU2475899C1 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475899C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040146763A1 (en) * 2003-01-27 2004-07-29 Pondo Joseph M. Thermally integrated fuel cell power system
US20040224196A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-11 Michael Pastula Thermally integrated sofc system
RU2270849C2 (en) * 1998-11-05 2006-02-27 Ибара Корпорейшн System producing electric power with the help of gasification of combustibles
RU2290257C2 (en) * 2001-02-16 2006-12-27 Баттелл Мемориал инститьют Integral reactor (versions), the method of its manufacture, the method of simultaneous realization of the exothermal and endothermal reactions (versions)
RU2414774C2 (en) * 2006-03-20 2011-03-20 Эйрбас Дойчланд Гмбх Device, method and system to produce thermal and/or kinetic, and also electric energy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2270849C2 (en) * 1998-11-05 2006-02-27 Ибара Корпорейшн System producing electric power with the help of gasification of combustibles
RU2290257C2 (en) * 2001-02-16 2006-12-27 Баттелл Мемориал инститьют Integral reactor (versions), the method of its manufacture, the method of simultaneous realization of the exothermal and endothermal reactions (versions)
US20040146763A1 (en) * 2003-01-27 2004-07-29 Pondo Joseph M. Thermally integrated fuel cell power system
US20040224196A1 (en) * 2003-05-06 2004-11-11 Michael Pastula Thermally integrated sofc system
RU2414774C2 (en) * 2006-03-20 2011-03-20 Эйрбас Дойчланд Гмбх Device, method and system to produce thermal and/or kinetic, and also electric energy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5282103B2 (en) Hydrogen recycling type MCFC power generation system
JP5331819B2 (en) MCFC power generation system
EP1571727B1 (en) Apparatus and method for operation of a high temperature fuel cell system using recycled anode exhaust
JP2017511956A (en) Reformer / electrolyzer / refiner (REP) assembly for hydrogen production, system incorporating the assembly, and hydrogen production method
AU2014324641B2 (en) Cathode combustion for enhanced fuel cell syngas production
US20150093665A1 (en) Cathode combustion for enhanced fuel cell syngas production
JP2007128680A (en) Fuel cell system
JP7364831B2 (en) Power generation system using cascaded fuel cells and related methods
JP2017041309A (en) Power generating system and operating method therefor
JP4342172B2 (en) Co-energy system
JP5066020B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP3784775B2 (en) Control method of fuel cell power generation system
RU2475899C1 (en) Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element
JP2009176659A (en) Fuel cell generation system and its control method
JP3872006B2 (en) Fuel cell power generation system
US10256496B2 (en) Power generation systems and methods utilizing cascaded fuel cells
JP4620399B2 (en) Control method of fuel cell power generation system
JP4467929B2 (en) Fuel cell power generation system
WO2014120035A1 (en) Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel cell
JP2013062261A (en) Power generation facility
KR102548739B1 (en) Fuel cell system having high thermal efficiency
JP3886887B2 (en) Fuel cell power generation system
JP6800367B1 (en) Fuel cell system
JP2023139726A (en) fuel cell system
JPH07130382A (en) Internal reforming fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180819