WO2014120035A1 - Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel cell - Google Patents

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

Info

Publication number
WO2014120035A1
WO2014120035A1 PCT/RU2013/000074 RU2013000074W WO2014120035A1 WO 2014120035 A1 WO2014120035 A1 WO 2014120035A1 RU 2013000074 W RU2013000074 W RU 2013000074W WO 2014120035 A1 WO2014120035 A1 WO 2014120035A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
converter
fuel cell
carbon
mixture
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000074
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич СТРОГАНОВ
Марина Юрьевна ЗУБКОВА
Original Assignee
Stroganov Alexander Anatolyevich
Zubkova Marina Yur Evna
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 Stroganov Alexander Anatolyevich, Zubkova Marina Yur Evna filed Critical Stroganov Alexander Anatolyevich
Priority to PCT/RU2013/000074 priority Critical patent/WO2014120035A1/en
Publication of WO2014120035A1 publication Critical patent/WO2014120035A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination 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
    • H01M8/0618Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066Integration with other chemical processes with fuel cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235Hydrocarbons
    • C01B2203/1241Natural gas or methane
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/09Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093Coal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/12Heating the gasifier
    • C10J2300/1246Heating the gasifier by external or indirect heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1643Conversion of synthesis gas to energy
    • C10J2300/1646Conversion of synthesis gas to energy integrated with a fuel cell
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/18Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1853Steam reforming, i.e. injection of steam only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • a method of using carbon-containing fuel in a system comprising a high temperature fuel cell comprising a high temperature fuel cell.
  • the invention relates to the production of electrical energy and the production of Ng using carbon-containing fuel in fuel cells.
  • 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.
  • 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 7.008.71 1, US 5.079.105, US 7.169.495, US 5.932.181).
  • 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 7.008.71 1, US 5.079.105), and using a coolant, which also allows provide and heating the input streams of the converter (US 20080057359, US 7.169.495).
  • 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) . When FeOx, Fe (US 20050037245) is used as a converting reagent, highly pure hydrogen is obtained.
  • 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).
  • the closest analogue of the present invention is US 7.008.71 1, 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 Ng) is obtained.
  • Converted fuel synthesis gas
  • a high-temperature fuel cell e.g., solid oxide
  • a high-temperature oxidizing system 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.
  • the CO oxidation reaction at the anode is hindered by the competing Hg oxidation reaction on the same electrode, and the generated heat is not fully used, since there is excess heat from the exothermic fuel oxidation reaction in the high-temperature fuel cell compared to the needs of converter fuel conversion processes.
  • 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.
  • the problem is solved by the proposed method of using carbon-containing fuel in a system containing a high-temperature fuel cell, which includes 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 ( ⁇ and ⁇ 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 - 1300K, and from this mixture and Ng formed in the converter, remove part of H 2 and reduce its amount supplied to the high-temperature oxidation system so that the amount of heat released
  • Coal or methane is placed in the converter as a carbon-containing fuel
  • water is placed in the converter as a converting reagent and the temperature is maintained within specified limits, selected in the range from 800 to 1000K.
  • a combination of water with iron oxides is used as a converting reagent for hydrocarbons and the temperature is maintained within specified limits. selected in the range from 900 to 1100K.
  • a high-temperature fuel cell a solid oxide or melt-carbonate fuel cell or a combination thereof is used.
  • 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 released in the high-temperature oxidizing system during the course of the reactions of CO oxidation and additional H 2 is compensated the heat spent on the endothermic reaction in the converter and heat loss.
  • 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.
  • the converter In the high-temperature oxidizing system, CO is oxidized, and the amount of Hg supplied to the high-temperature fuel cell is chosen 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 limits T ! pre and t 2 pre-.
  • T 1 prad is selected by the condition: 800K ⁇ T1 prvd ⁇ T 2 pre .
  • the converter operates in the following temperature conditions: 800 ⁇ ⁇ ⁇ T 2 before ⁇ 1100K.
  • 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 T 2 pre , selected with a margin between ⁇ ⁇ and 1100K, the amount of hydrogen sent to the high-temperature fuel cell element, reduce.
  • the amount of H 2 sent to the high temperature oxidizing system is changed in the separation system using a selective membrane (passing H 2 and not passing CO) or adsorption of shear under pressure (Pressure Swing Absorbtion - PSA), by changing the degree of extraction of H 2 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.
  • the degree of H 2 extraction 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 directed to the high temperature oxidation system is changed by changing said additional part.
  • 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 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.
  • the hydrogen released from the separation system is fed into a low-temperature proton-exchange fuel cell included in the hydrogen recovery system.
  • Figure 1 is a General schematic diagram of a method for processing carbon-containing fuel.
  • Fig.Z is a diagram of a method for processing carbon-containing fuel, where low-temperature is used as a system for utilizing H 2 fuel cell, CO afterburning is performed in the afterburner included in the high-temperature oxidation system.
  • FIG. 4 is a diagram of a counterflow heat exchanger.
  • Figure 5 graphs 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. 2.
  • FIG. 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.
  • 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.Z.
  • 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 a fuel processing scheme corresponding to Fig.Z.
  • the carbon-containing fuel used two boundary variants of the ratio of hydrogen to carbon in the compound formula are considered: coal (C gr .) (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.
  • water ( ⁇ 2 ⁇ ) is used for coal, water and carbon dioxide ( ⁇ g) for hydrocarbons.
  • 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 used separation system.
  • the lean gas mixture is directed to a high-temperature oxidizing system (BOC) 9, which includes at least one high-temperature fuel cell (VTTE) 10.
  • BOC high-temperature oxidizing system
  • VTTE high-temperature fuel cell
  • CO and H 2 are oxidized at T > T CO inverter.
  • the hydrogen depleted gas stream 7 is directed to the anode 1 1 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.
  • electrochemical oxidation of CO occurs by reaction : CO + 1 / 2O 2 -2e ⁇ CO 2 + 5Q + 5Q ' (3);
  • ⁇ 2 0 13 and ⁇ 0 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.
  • a high-temperature fuel cell with anionic conductivity it is proposed to use, for example, a solid oxide or melt-carbonate fuel cell, or a combination thereof.
  • the heat generated in this case 15 is sent to the converter 3.
  • the amount of heat generated 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.
  • Changing the amount of H 2 sent to the high-temperature oxidizing system 9 can be done by changing the degree of extraction of H 2 from the synthesis gas 4 in the separation system 5.
  • a fixed degree of extraction of H 2 from the synthesis gas 4 is maintained. 2 , sent to the high-temperature oxidation system 9, is realized due to the additional amount of H 2 from the extracted part 6, which is sent to the high-temperature fuel cell 10 or a separate stream m 17, or by attaching to stream 7.
  • 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 high-temperature oxidizing system 9 to the converter 3 by increasing the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell 10.
  • the heat 15 generated in the high-temperature oxidizing system 9 is practically completely absorbed by endothermic reaction (1) (or (2)) in the converter 3.
  • the high temperature fuel cell 10 utilizes much of the CO and hydrogen with a selected amount of thermodynamic efficiency close to 100%.
  • the fraction of Ng sent to the high-temperature fuel cell 10 after the separation system 5 is further characterized by the parameter ⁇ — 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 cell 10
  • the value of ⁇ is determined by the value of the efficiency (efficiency) of the 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 Hg, the greater is the set ⁇ 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 ⁇ .
  • 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.
  • Extraction of H 2 from the gas mixture is carried out using selective separation membranes or shear absorption under pressure, which typically 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.
  • 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.
  • NTTE low-temperature fuel cell
  • reaction (6) is exothermic, and its heat (6Q " ) 29 is preferably sent to heat the input streams.
  • Figures 5 and 6 show the dependences of the total efficiency (efficiency) of the entire system ( ⁇ ⁇ ) on the efficiency of a real high-temperature fuel cell (pvtte) for methane and coal, respectively, for different values of the efficiency of a low-temperature fuel cell (Pnte) ( 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.
  • Table 3 for methane presents data on the total efficiency of the entire system (r ⁇ ), on the useful work of the entire system (change in Gibbs energy) (AGnon), on the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell to offset (compensate) the costs of the endothermic reaction ( 1) in the converter 3 and to make up for the costs of heating the input streams, at different real values of the efficiency of the high-temperature fuel cell (pvtte) and low-temperature fuel cell (pnte) when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 2 .
  • the TTE 50% requires a hydrogen feed in an amount of 0.909 mol to a high temperature fuel cell for the converting maturity endothermic reaction.
  • the amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel is the amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel
  • 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 KOH of the converter ( 900 - ⁇ - 1200K) combustion reaction of CO proceeds:
  • Figures 7 and 8 show graphs of the total efficiency of the entire system ( ⁇ ⁇ ) versus the efficiency of a real high-temperature fuel cell (Pvtte) for methane and coal, respectively, for different efficiency values of a low-temperature fuel cell (ptte) (from 50% to 70%) when implementing the fuel processing scheme corresponding to FIG. It can be seen that with an increase in the efficiency of a high-temperature fuel cell, the total efficiency increases.
  • Table 6 for coal presents data on the total efficiency of the entire system (g) ⁇ ), on the useful work of the entire system (DS ON l), 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 the 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 (pvtte) and low-temperature fuel cell (pvtte) when implementing the fuel processing scheme corresponding to FIG.
  • 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.
  • 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.
  • the proposed solution based on preliminary conversion outside the high-temperature fuel cell, eliminates the cooling of the input 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 a high-temperature fuel cell with direct fuel supply.
  • the proposed methods for using fuel provide a more stable mode of operation of a high-temperature fuel cell, remove temperature gradients, and also eliminates the deposition of coal on the electrodes, which also increases the reliability and service life of a high-temperature fuel cell.

Abstract

The invention relates to generating electricity and producing H2 by means of using carbon-containing fuel in fuel cells. The goal of the present invention is to increase the efficiency of using carbon-containing fuel in a system containing a high-temperature fuel cell, and also to increase the reliability and extend the service life of the high-temperature fuel cell. This goal is achieved by means of the proposed method for using carbon-containing fuel in a system containing a high-temperature fuel cell, comprising inputting carbon-containing fuel and a converting reagent into a converter, carrying out an endothermic reaction of the carbon-containing fuel and the converting reagent within the converter, producing a mixture of CO and H2 in the converter, feeding a portion of the mixture (of CO and H2) and an oxidant to the anode and cathode, respectively, of the high-temperature fuel cell, which is a part of a high-temperature oxidizing system, oxidizing the part of the mixture fed into the high-temperature oxidizing system to produce electrical and thermal energy, transferring the thermal energy produced in the high-temperature oxidizing system to the converter, maintaining the converter temperature within set limits, chosen to be in the range of 800-1300K, wherein a portion of the H2 from the mixture of CO and H2 generated in the converter is removed and the quantity of said H2 which is fed into the high-temperature oxidizing system is reduced in such a way so that the amount of heat emitted during the process of oxidizing the CO and H2 in the high-temperature oxidizing system is at least sufficient to maintain the set temperature in the converter, and the H2 released from a separation system is fed into a hydrogen utilization system.

Description

Способ использования углеродсодержащего топлива в системе, содержащей высокотемпературный топливный элемент.  A method of using carbon-containing fuel in a system comprising a high temperature fuel cell.
Изобретение относится к производству электрической энергии и получению Нг с использованием углеродсодержащего топлива в топливных элементах. The invention relates to the production of electrical energy and the production of Ng using carbon-containing fuel in fuel cells.
Уровень техники. 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 Н2) 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. The prior art. 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 into 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: 1 . неравномерный тепловой режим анода, ввиду охлаждения зоны входных потоков эндотермической реакции; 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: one . 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 occurs in comparison with the needs of converter processes for converting fuel);
3. реакция окисления СО на аноде затруднена конкурирующей реакцией окисления Нг на том же электроде; 3. The reaction of CO oxidation at the anode is hindered by the competing oxidation of Hg at 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 7.008.71 1 , 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 7.008.71 1 , 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 7.008.71 1, 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 7.008.71 1, US 5.079.105), and using a coolant, which also allows 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 (~ 500К), что снижает возможности утилизации выделяемого при этом тепла  The additional oxidation of carbon monoxide in a shear reactor allows the production of 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 (~ 500K), which reduces the possibility of utilization of the heat generated during this
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 Н2 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). В случае использования в качестве конвертирующего реагента FeOx, Fe (US 20050037245) получают особо чистый водород. 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) . When FeOx, Fe (US 20050037245) is used as a converting reagent, highly pure hydrogen is obtained.
Ввиду неполноты окисления СО и Нг 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 Hg 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 7.008.71 1 ). Конструкционное решение по организации теплопередачи с привлечением нескольких вариантов взаимодействия десульфатизатора, конвертора и сборки высокотемпературных топливных элементов, рассмотренное авторами патента US 7.008.71 1 , 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 7.008.71 1). A 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 7.008.71 1, allows you to more fully use the thermal resource of exothermic processes of high-temperature fuel cells.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является US 7.008.71 1 , 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 Нг). 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 Нг 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 7.008.71 1, 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 Ng) 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 as well, the CO oxidation reaction at the anode is hindered by the competing Hg oxidation reaction on the same electrode, and the generated heat is not fully used, since there is excess heat from the exothermic fuel oxidation reaction in the high-temperature fuel cell compared to the needs of converter fuel conversion processes.
Сущность изобретения.  SUMMARY 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, включающем 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 - 1300К, причем из указанной смеси СО и Нг, 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. The problem is solved by the proposed method of using carbon-containing fuel in a system containing a high-temperature fuel cell, which includes 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 - 1300K, and from this mixture and Ng formed in the converter, remove part of H 2 and reduce its amount supplied to the high-temperature oxidation system so that the amount of heat released In the high-temperature oxidizing system, the reactions of CO and H 2 oxidation were at least sufficient to maintain the set temperature in the converter, and 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 1000К. 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 1100К. 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 Н2 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 Н2, компенсируют 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 Нг, 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 Т! пред и т2 пред-.Т1 прад выбирают по условию: 800К < Т1 првд < Т2 пред . Т2 пред выбирают по условию: Т-|Пред < Т2 пред <1100К. Таким образом, конвертор работает в следующем температурном режиме: 800 < ΤιπρθΑ < Т2 пред < 1100К . Coal or methane is placed in the converter as a carbon-containing fuel, water is placed in the converter as a converting reagent and the temperature is maintained within specified limits, selected in the range from 800 to 1000K. As one of the options in the converter, a combination of water with iron oxides is used as a converting reagent for hydrocarbons and the temperature is maintained within specified limits. selected in the range from 900 to 1100K. As a high-temperature fuel cell, a solid oxide or melt-carbonate fuel cell or a combination thereof is used. 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 released in the high-temperature oxidizing system during the course of the reactions of CO oxidation and additional H 2 is compensated 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 the high-temperature oxidizing system, CO is oxidized, and the amount of Hg supplied to the high-temperature fuel cell is chosen 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 limits T ! pre and t 2 pre-. T 1 prad is selected by the condition: 800K <T1 prvd <T 2 pre . T 2 before choose by the condition: T- | Pre <T 2 pre <1100K. Thus, the converter operates in the following temperature conditions: 800 <Τι πρθΑ <T 2 before <1100K.
При уменьшении температуры в конверторе ниже нижнего температурного предела Т-|пред\ выбранного в диапазоне 800 - 1100К, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, увеличивают, а при повышении температуры в конверторе выше второго температурного предела Т2 пред , выбранного с запасом между ΤιπρβΑ и 1100К, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, уменьшают. Количество Н2, 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. With a decrease in temperature in the converter below the lower temperature limit T- | pre \ selected in the range 800 - 1100K, 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 T 2 pre , selected with a margin between Τι πρβΑ and 1100K, the amount of hydrogen sent to the high-temperature fuel cell element, reduce. The amount of H 2 sent to the high temperature oxidizing system is changed in the separation system using a selective membrane (passing H 2 and not passing CO) or adsorption of shear under pressure (Pressure Swing Absorbtion - PSA), by changing the degree of extraction of H 2 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 Н2 направляемого в высокотемпературную окислительную систему, изменяют путем изменения указанной дополнительной части. In another implementation of the method, the degree of H 2 extraction 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 directed 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 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-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.З - схема способа переработки углеродсодержащего топлива, где в качестве системы утилизации Н2 используется низкотемпературный топливный элемент, дожигание СО производится в дожигателе, включенном в высокотемпературную систему окисления. Fig.Z is a diagram of a method for processing carbon-containing fuel, where low-temperature is used as a system for utilizing H 2 fuel cell, CO afterburning is performed in the afterburner included in the 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 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. 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.З. 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.Z.
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.З. В качестве примеров используемого углеродсодержащего топлива 1 рассматриваются два граничных варианта соотношения водорода и углерода в формуле соединения: уголь (Сгр.) (соединение, не содержащее водород) и метан (СН4) (соединение, содержащее максимальное количество водорода на один атом углерода), все другие типы углеводородов можно рассматривать как промежуточные. 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 a fuel processing scheme corresponding to Fig.Z. 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 (C gr .) (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 (Н2О), для углеводородов - вода и углекислый газ (СОг). Далее приведены примеры расчетов с использованием в качестве конвертирующего реагента 2 Н2О по реакции для метана: СН420=СО+ЗН2 (1 ); по реакции для угля: СГР +Н20=СО+Н2 (2). As a converting reagent 2, water (Н 2 О) is used for coal, water and carbon dioxide (СОg) for hydrocarbons. The following are examples of calculations using 2 Н 2 О as a conversion reagent according to the reaction for methane: СН 4 + Н 2 0 = СО + ЗН 2 (1); by reaction for coal: CGR + H 2 0 = CO + H 2 (2).
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 - 1 100К), приводящее к образованию газообразной смеси СО и Н2, с окислением железа до окислов при взаимодействии с парами воды, приводящим к образованию Н2, 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 in the 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.З, осуществляется следующим образом: углеродсодержащее топливо 1 и конвертирующий реагент 2 поступают в конвертор 3, где при Т=800-1000К в результате эндотермических реакций (1) и (2) образуется синтез-газ (газообразная смесь (СО + Н2) 4). Из конвертора 3 синтез-газ 4 поступает в разделительную систему 5. В разделительной системе 5 происходит извлечение части Н2 6 (высвобожденный Н2) из поступающего синтез-газа 4 путем разделения потока поступающего синтез- газа 4 по меньшей мере на два выходных потока: обедненная газовая смесь (СО и Н2) 7, содержание Н2 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 Н2 в потоке 6 не менее 99%, определяется качеством используемой разделительной системы. The implementation of the fuel processing method according to the schemes depicted in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 is carried out as follows: carbon-containing fuel 1 and converting reagent 2 enter converter 3, where at T = 800-1000K 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 used 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 1 1 высокотемпературного топливного элемента 10. На катод 12 высокотемпературного топливного элемента 10 подается кислородсодержащая окислительная газовая смесь (например, воздух) 18. На аноде 1 1 высокотемпературного топливного элемента 10 происходит электрохимическое окисление СО по реакции: CO +1/2O2 -2e ^ CO2 + 5Q+ 5Q' (3); The lean gas mixture is directed 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 CO inverter. The hydrogen depleted gas stream 7 is directed to the anode 1 1 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 1 1 of the high-temperature fuel cell 10, electrochemical oxidation of CO occurs by reaction : CO + 1 / 2O 2 -2e ^ CO 2 + 5Q + 5Q ' (3);
и окисление H2 по реакции: and oxidation of H 2 by reaction:
Н2 + 1 /202 -2е— Н20 + 6Q+ 5Q ' (4) Н 2 + 1/20 2 -2е— Н 2 0 + 6Q + 5Q ' (4)
с получением электрической энергии и выделением тепла - (5Q) 15 и (5Q') 16. with the receipt of electrical energy and heat - (5Q) 15 and (5Q ' ) 16.
На выходе из высокотемпературного топливного элемента 10 в качестве продуктов электродных реакций образуются Н20 13 и С02 14, которые могут быть использованы в качестве конвертирующего реагента 2 паровой и углекислотной конверсии. At the exit from the high-temperature fuel cell 10, Н 2 0 13 and С0 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 melt-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 generated 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 Н2, 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. Changing the amount of H 2 sent to the high-temperature oxidizing 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 , sent to the high-temperature oxidation system 9, is realized due to the additional amount of H 2 from the extracted part 6, which is sent to the high-temperature fuel cell 10 or a separate stream m 17, or by attaching to 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 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 the converter 3 by reducing the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell 10. Thus, at low heat losses, the heat 15 generated in the high-temperature oxidizing system 9 is practically completely absorbed by endothermic reaction (1) (or (2)) in the converter 3. The high temperature fuel cell 10 utilizes much of the CO and hydrogen with a selected amount of thermodynamic efficiency close to 100%.
Доля Нг, 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 Нг, 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 Ng sent 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 cell 10 The value of γ is determined by the value of the efficiency (efficiency) of the 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 Hg, 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 (Н2О 13, СОг 14) регенерируется, то есть используется в противоточном теплообменнике 19 на нагрев входных потоков (фиг.4). В таблице 1 для метана и в таблице 2 для угля (в расчете на один моль углеродсодержащего топлива) для примера представлены зависимости у 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. Part of the heat carried away by the output streams (H 2 O 13, COg 14) is regenerated, that is, used in the counterflow heat exchanger 19 to heat the input streams (Fig. 4). Table 1 for methane and table 2 for coal (based on one mole of carbon-containing fuel) for example presents the dependences of y on the efficiency of the high-temperature fuel cell for the case of complete oxidation of CO and H 2 in the 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.
Таблица 1 . Table 1 .
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
Таблица 2. Table 2.
Кпд УГОЛЬ Coal Efficiency
ВТТЭ, (у) Количество водорода, подаваемое в Высвобожденный водород 6 высокотемпературный топливный элемент  VTE, (y) The amount of hydrogen supplied to the released hydrogen 6 high-temperature fuel cell
%  %
10, в том числе:  10, including:
На Для восполнения затрат моль % от содержания в эндотермическую на нагрев входных синтез-газе  On To reimburse the costs, mol% of the content in the endothermic heating of the input synthesis gas
реакцию в потоков, моль / % от  reaction in flows, mol /% of
конверторе, моль содержания в синтез- газе  converter, moles of content in synthesis gas
50 Не требуется 0.224 /22.4 0.776 77.6 55 0.075 0.264 /26.4 0.661 66.1 50 Not required 0.224 /22.4 0.776 77.6 55 0.075 0.264 /26.4 0.661 66.1
60 0.227 0.243 /24.3 0.53 53.0 60 0.227 0.243 /24.3 0.53 53.0
Извлечение H2 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 typically 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 increase 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.З в качестве системы утилизации Н2 8 предлагается использовать низкотемпературный топливный элемент (НТТЭ) 23. В низкотемпературном топливном элементе 23 при температуре 300К под действием окислителя (кислорода О2) 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 a low-temperature fuel cell 23 at a temperature of 300 K under the influence of an oxidizing agent (oxygen O 2 ) 24, a hydrogen oxidation reaction proceeds :
2 +1/2 О2 = Н2О) (5), (H 2 +1/2 O 2 = H 2 O) (5),
в результате которой получается электрическая энергия и образуется Н2О 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= 500К по 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 reactor - shear 21, where at T = 500K by the action of water vapor 26 the reaction of oxidation of CO 20 proceeds:
СО+Н2О=СО22+ 5Q" (6) СО + Н 2 О = СО 2 + Н 2 + 5Q " (6)
с образованием СО2 27 и дополнительного Н2 28, который поступает в низкотемпературный топливный элемент 23. Реакция (6) является экзотермической, и ее тепло (6Q") 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 (6Q " ) 29 is preferably sent to heat the input streams.
На фиг.5 и фиг.6 представлены зависимости суммарного коэффициента полезного действия (кпд) всей системы (ηΣ) от кпд реального высокотемпературного топливного элемента (пвттэ) для метана и угля, соответственно, для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (Пнттэ) (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 Σ ) on the efficiency of a real high-temperature fuel cell (pvtte) for methane and coal, respectively, for different values of the efficiency of a low-temperature fuel cell (Pnte) ( 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 (r\ ), о полезной работе всей системы (изменение энергии Гиббса) (AGnon), 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 (пвттэ) и низкотемпературного топливного элемента (Пнттэ) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.2. Например, при г)Вттэ = 50% требуется подача водорода в количестве 0.909 молей в высокотемпературный топливный элемент для погашения эндотермической конверторной реакции. С ростом Пвттэ 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 Пвттэ · С ростом Пнттэ при сжигании в нем оставшихся 2.291 молей Н2 (с учетом образовавшихся 0.2 молей Н2 в реакторе-сдвига) вклад полезной работы (AGn<^) по этой стадии увеличивается, и установки возрастает от 62.2% до 77.0%. Аналогичная тенденция просматривается при г)Вттэ = 55 и при Пвттэ = 60. Table 3 for methane presents data on the total efficiency of the entire system (r \), on the useful work of the entire system (change in Gibbs energy) (AGnon), on the amount of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell to offset (compensate) the costs of the endothermic reaction ( 1) in the converter 3 and to make up for the costs of heating the input streams, at different real values of the efficiency of the high-temperature fuel cell (pvtte) and low-temperature fuel cell (pnte) when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 2 . For example, when r) The TTE = 50% requires a hydrogen feed in an amount of 0.909 mol to a high temperature fuel cell for the converting maturity endothermic reaction. With the growth of Pvtte, 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 the cost of the required amount of heat for heating the input streams in a high-temperature fuel cell is not required for all considered Pvtte values. With the increase in Pnte when it burns the remaining 2.291 moles of Н 2 (taking into account the 0.2 moles of Н 2 formed in the shift reactor), the contribution useful work (AG n <^) at this stage increases, and the installation increases from 62.2% to 77.0%. A similar trend is observed at d) In tte = 55 and at Pvtte = 60.
Таблица 3  Table 3
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
В таблице 4 для угля представлены данные о суммарном кпд всей системы (ηΣ), о полезной работе всей системы (AGnon), 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 (пвттэ ) и низкотемпературного топливного элемента (Пвттэ ) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.2. Например, при Пвттэ = 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 г)вттэ 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 Пнттэ при сжигании в нем оставшихся 0.796 моля Нг (с учетом образовавшихся 0.2 молей Нг в реакторе сдвига) вклад полезной работы (AGn0n) по этой стадии увеличивается, и установки возрастает от 70.1 % до 81 .6%. Аналогичная тенденция просматривается при пвттэ = 55 и при Пвттэ = 60. Table 4 for coal presents data on the total efficiency of the entire system (η Σ ), on the useful work of the entire system (AG non ), 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 the efficiency values of the high-temperature fuel cell (pvtte) and the low-temperature fuel cell (pvtte) when implementing the fuel processing scheme corresponding to figure 2. For example, at Pvtte = 50%, hydrogen is required to supply a high-temperature fuel cell to extinguish the endothermic converter reaction in an 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 d) WTE, 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 the growth of PNTE, when the remaining 0.796 moles of Ng are burned in it (taking into account the 0.2 moles of Ng formed in the shear reactor), the contribution of useful work (AG n0 n) at this stage increases and the installation increases from 70.1% to 81.6%. A similar trend is observed at pvtte = 55 and at pvtte = 60.
Таблица 4 Table 4
УГОЛЬ COAL
Количество водорода, подаваемое в высокотемпературный топливный The amount of hydrogen supplied to the high temperature fuel
ΠΣ ·(%) ДСпол, кДж ΠΣ · (%) DSpole, kJ
элемент 10, в том числе:  item 10, including:
На Для On to
П нттэ, (%) эндотермическую восполнения реакцию в затрат на нагрев конверторе, моль входных потоков, мольP nte, (%) endothermic replenishment reaction in the cost of heating the converter, moles of input flows, moles
Пвттэ = 50 Pvtte = 50
50 70.1 -277.03  50 70.1 -277.03
60 75.9 -299.78 0.182  60 75.9 -299.78 0.182
65 78.7 -31 1.16 0.222 65 78.7 -31 1.16 0.222
70 81.6 -322.54 Пвттэ - 55 70 81.6 -322.54 Pvtte - 55
50 74.1 -292.82  50 74.1 -292.82
60 79.3 -313.24 0.304  60 79.3 -313.24 0.304
65 81.9 -323.45 0.182 65 81.9 -323.45 0.182
70 84.5 -333.66 70 84.5 -333.66
Пвттэ = 60  Pvtte = 60
50 78.7 -310.87  50 78.7 -310.87
60 82.9 -327.77 0.456  60 82.9 -327.77 0.456
65 85.0 -336.22 0.153 65 85.0 -336.22 0.153
70 87.2 -344.67 70 87.2 -344.67
В соответствии со схемой переработки топлива, представленной на фиг.З, 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-^-1200К) 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 KOH of the converter ( 900 - ^ - 1200K) combustion reaction of CO proceeds:
СО+1/2О2=СО2+ 5Q " (7). СО + 1 / 2О 2 = СО 2 + 5Q " (7).
На выходе образуется СО2 31 , тепло экзотермической реакции (7) (5Q' ") 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) (5Q '" ) 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 fuel flows and reagents The calculation presented in Tables 5 and 6 was made under the assumption of ideal 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 (Пвттэ) для метана и угля, соответственно, для различных значений кпд низкотемпературного топливного элемента (пнттэ) (от 50% до 70 %) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.З. Видно, что с ростом кпд высокотемпературного топливного элемента суммарный кпд увеличивается.  Figures 7 and 8 show graphs of the total efficiency of the entire system (η ^) versus the efficiency of a real high-temperature fuel cell (Pvtte) for methane and coal, respectively, for different efficiency values of a low-temperature fuel cell (ptte) (from 50% to 70%) when implementing the fuel processing scheme corresponding to FIG. 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 (Π,Σ), О полезной работе всей системы (ΔΘΠΟη), 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 (Пвттэ) и низкотемпературного топливного элемента (Пнттэ,) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.З. Например, при Пвттэ = 50% требуется подача Н2 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 Нг 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 Пвттэ 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 г|вттэ = 60 уже не требуется. С ростом Пнттэ при сжигании в нем оставшихся 2.492 молей Н2 вклад полезной работы по этой стадии увеличивается, и ηΣ установки возрастает от 59.9% до 76.0%. Аналогичная тенденция просматривается при п,вттэ = 55 и при Г|вттэ = 60. Table 5 for methane presents data on the total efficiency of the entire system (Π, Σ), on the useful work of the entire system (ΔΘ ΠΟ η), on the number of hydrogen 17 supplied to the high-temperature fuel cell 10 to pay off the costs of the endothermic reaction (1) in the converter 3 and to make up for the costs of heating the input streams, at different real values of the efficiency of the high-temperature fuel cell (Pvtte) and low-temperature fuel cell (Pntte) during implementation fuel processing circuitry corresponding to FIG. For example, at Pvtte = 50%, N 2 is required to be supplied to a high-temperature fuel cell 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 Ng in the 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 the growth of Pvtte, 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 compensate for the costs of heating the input flows decreases, and at r | not required. With the growth of PNTE during the burning of the remaining 2.492 moles of Н 2 in it, the contribution of useful work at this stage increases, and η Σ of the installation increases from 59.9% to 76.0%. A similar tendency is observed at n, wtwe = 55 and at T | wtte = 60.
Таблица 5  Table 5
Figure imgf000019_0001
65 72.0 -639.13 0.452
Figure imgf000019_0001
65 72.0 -639.13 0.452
70 76.0 -674.74  70 76.0 -674.74
Пвттэ - 55  Pvtte - 55
50 61.8 -549.16  50 61.8 -549.16
60 69.4 -617.07 0.02  60 69.4 -617.07 0.02
0.604  0.604
65 73.2 -651.03  65 73.2 -651.03
70 77.1 -684.99  70 77.1 -684.99
Пвттэ = 60  Pvtte = 60
50 64.0 -569.20  50 64.0 -569.20
60 71.1 -632.27 Не требуется  60 71.1 -632.27 Not required
0.793  0.793
65 74.6 -663.80  65 74.6 -663.80
70 78.2 -695.34  70 78.2 -695.34
В таблице 6 для угля представлены данные о суммарном кпд всей системы (г)^), о полезной работе всей системы (ДСПОл), 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 (пвттэ) и низкотемпературного топливного элемента (Пвттэ) при реализации схемы переработки топлива, соответствующей фиг.З. При всех рассматриваемых значениях Пвттэ 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 Пвттэ = 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 = 0.1 19 кДж. С ростом Пвттэ количество водорода, подаваемого в высокотемпературный топливный элемент для восполнения затрат на нагрев входных потоков, возрастает. С ростом Пнттэ 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 Пвттэ = 55 и при Пвттэ = 60. Table 6 for coal presents data on the total efficiency of the entire system (g) ^), on the useful work of the entire system (DS ON l), 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 the 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 (pvtte) and low-temperature fuel cell (pvtte) when implementing the fuel processing scheme corresponding to FIG. For all the considered Pvtte values, 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 the combustion of CO in the high-temperature fuel cell is used to heat cold inlet streams. However, for example, at Pvtte = 50%, in order to reimburse the required amount of heat for heating the input streams in the high-temperature fuel cell, it is necessary to additionally supply Н 2 in the amount of 0.053 mol, the heat component of which extinguishes the heating of cold input streams, creating a positive heat balance = 0.1 19 kJ. With increasing Pvtte, the amount of hydrogen supplied to the high-temperature fuel cell to make up for the heating costs input streams increasing. With the growth of PNTE, when the remaining 0.947 moles are burned in it, the contribution of useful work at this stage increases, and the η of the installation increases from 64.5% to 78.85%. A similar trend is observed at Pvtte = 55 and at Pvtte = 60.
Таблица 6  Table 6
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0001
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 Н2 приводит к увеличению суммарной эффективности использования углеродсодержащего топлива (например, суммарной электрической эффективности при утилизации высвобожденного Н2 в низкотемпературном топливном элементе). A comparison of the above implementations of the method shows that the use of an afterburner simplifies the technical design (oxidation of CO in a high temperature fuel cell 10 and additional oxidation of CO 20 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 the CO 20 oxidation process to produce additional hydrogen increases the efficiency of the proposed method, which, with any method for further utilization of 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 Н2, 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 input 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 a 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 устраняет 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 eliminates the deposition of coal on the electrodes, which also increases the reliability and service life of a high-temperature fuel cell.

Claims

Формула изобретения Claim
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 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 - 1300К, 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 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 oxidizing system, oxidation of one 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 specified limits, selected in the range 800 - 1300K, characterized in that from the specified mixture of CO and H 2 formed in the converter, part of Н 2 is extracted and its quantity supplied to the high-temperature oxidizing system is reduced so that the amount of heat released in the high-temperature When the oxidation reactions of CO and H 2 were used, the analytical system was at least sufficient to maintain the set temperature in the converter, and the H 2 released from the separation system was fed to the hydrogen recovery system.
2. Способ по пункту 1 , отличающийся тем, что в конвертор помещают в качестве углеродсодержащего топлива уголь или метан. 2. The method according to paragraph 1, characterized in that coal or methane is placed in the converter as carbon-containing fuel.
3. Способ по пункту 1 , отличающийся тем, что в конвертор помещают в качестве конвертирующего реагента воду и поддерживают температуру в заданных пределах, выбранных в диапазоне от 800 до 1000К. 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 1000K.
4. Способ по пункту 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 1100К. 4. The method according to paragraph 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 1100K.
5. Способ по пункту 1 , отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного топливного элемента используют, твердооксидный либо расплавнокарбонатный топливный элемент, либо их комбинацию. 5. The method according to paragraph 1, characterized in that as a high-temperature fuel cell, a solid oxide or melt-carbonate fuel cell, or a combination thereof is used.
6. Способ по пункту 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 the 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 entering the converter and the converting reagent.
7. Способ по пункту 1 , отличающийся тем, что при уменьшении температуры в конверторе ниже нижнего температурного предела Tinpefl , выбранного в диапазоне 800 - 1 100К, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, увеличивают, а при повышении температуры в конверторе выше второго температурного предела Т2 пред , выбранного между Tinpefl и 1 100К, количество водорода, направляемого в высокотемпературный топливный элемент, уменьшают. 7. The method according to paragraph 1, characterized in that when the temperature in the converter decreases below the lower temperature limit Ti npefl selected in the range of 800-1100 K , the amount of hydrogen sent to the high-temperature fuel cell increases, and when the temperature in the converter rises above the second temperature limit T 2 pre selected between Ti npefl and 1 100K, the amount of hydrogen sent to the high temperature fuel cell is reduced.
8. Способ по пункту 7, отличающийся тем, что количество Н2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему, изменяют путем изменения степени извлечения Н2 из смеси. 8. The method according to paragraph 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 пункту 8, отличающийся тем, что Н2 извлекают из смеси, используя селективную мембрану (пропускающую Н2 и не пропускающую9. The method according to paragraph 8, characterized in that H 2 is removed from the mixture using a selective membrane (passing H 2 and not passing
СО), а степень извлечения Н2 меняют, меняя перепад давления на мембране. СО), and the degree of Н 2 extraction is changed, changing the pressure drop across the membrane.
10. Способ по пункту 8, отличающийся тем, что Н2 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 paragraph 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.
1 1. Способ по пункту 1 , отличающийся тем, что в высокотемпературную окислительную систему направляют дополнительную часть Н2 , извлеченного в разделительной системе, а общее количество Н2, направляемого в высокотемпературную окислительную систему, изменяют путем изменения указанной дополнительной части. 1 1. 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 oxidizing system is altered by altering said additional portion.
12. Способ по пункту 1 , отличающийся тем, что Н2, высвобожденный из разделительной системы, подают в низкотемпературный протонообменный топливный элемент. 12. The method according to paragraph 1, characterized in that H 2 released from the separation system is fed into a low temperature proton exchange fuel cell.
PCT/RU2013/000074 2013-01-31 2013-01-31 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel cell WO2014120035A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000074 WO2014120035A1 (en) 2013-01-31 2013-01-31 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000074 WO2014120035A1 (en) 2013-01-31 2013-01-31 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014120035A1 true WO2014120035A1 (en) 2014-08-07

Family

ID=51262642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000074 WO2014120035A1 (en) 2013-01-31 2013-01-31 Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel cell

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014120035A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2199172C2 (en) * 1997-08-26 2003-02-20 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Method for generating electrical energy from natural gas using solid oxyl fuel cell
US20040146763A1 (en) * 2003-01-27 2004-07-29 Pondo Joseph M. Thermally integrated fuel cell power 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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2199172C2 (en) * 1997-08-26 2003-02-20 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Method for generating electrical energy from natural gas using solid oxyl fuel cell
US20040146763A1 (en) * 2003-01-27 2004-07-29 Pondo Joseph M. Thermally integrated fuel cell power 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
JP6397502B2 (en) Reformer / electrolyzer / refiner (REP) assembly for hydrogen production, system incorporating the assembly, and hydrogen production method
JP5282103B2 (en) Hydrogen recycling type MCFC power generation system
EP1571727B1 (en) Apparatus and method for operation of a high temperature fuel cell system using recycled anode exhaust
KR20150132346A (en) Integrated power generation and chemical production using fuel cells
KR20120028926A (en) Systems and processes of operating fuel cell systems
JP2013191572A (en) Mcfc power generation system and operation method thereof
JP2012530351A (en) System and method for operating a fuel cell system
AU2014324641B2 (en) Cathode combustion for enhanced fuel cell syngas production
US20150093665A1 (en) Cathode combustion for enhanced fuel cell syngas production
KR20120028927A (en) Systems and processes for operating fuel cell systems
JP6064782B2 (en) Fuel cell device
JP2017041309A (en) Power generating system and operating method therefor
JP4342172B2 (en) Co-energy system
JP2005327513A (en) Hot standby method for solid oxide fuel cell and system for the same
JP7176025B2 (en) generator
JP2001085039A (en) Fuel cell system
RU2475899C1 (en) Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel element
EP3134934B1 (en) Transition arrangement and process of a fuel cell system operation state
WO2014120035A1 (en) Method for using carbon-containing fuel in system containing high-temperature fuel cell
JP2009176659A (en) Fuel cell generation system and its control method
EP2963722B1 (en) Power generation systems and methods utilizing cascaded fuel cells
JP4620399B2 (en) Control method of fuel cell power generation system
JP3872006B2 (en) Fuel cell power generation system
JP4467929B2 (en) Fuel cell power generation system
JP2017152313A (en) Fuel cell hybrid power generation system and method for operating the same

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13873912

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 07/10/2015)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13873912

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1