DE10303486A1 - Extracting electrical energy from automatic thermal degassing of material containing carbon involves using fuel cell module cathode gas and/or process gas produced from cathode gas as vaporization gas - Google Patents

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Christian Dipl.-Ing. Friedrich
Rainer Dr. Tamme
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Abstract

The method involves feeding gaseous vaporization products to the anode (20) side of a high-temperature fuel cell module (22) as fuel and oxidation gas to the cathode (26) side of the fuel cell module. The cathode gas of the fuel cell module and/or process gas produced from the cathode gas is or are used as vaporization gas for the automatic thermal vaporization. An independent claim is also included for the following: (a) a system for extracting electrical energy from automatic thermal degassing of material containing carbon.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, bei dem gasförmige Vergasungsprodukte einem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul anodenseitig als Brennstoff zugeführt werden und dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul Oxidatorgas kathodenseitig zugeführt wird.The invention relates to a method for the generation of electrical energy from autothermal gasification of carbonaceous material, in which gaseous gasification products High-temperature fuel cell module on the anode side as fuel supplied and the high temperature fuel cell module Oxidator gas supplied on the cathode side becomes.

Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, umfassend einen Vergasungsreaktor und ein Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul, welchem gasförmige Vergasungsprodukte anodenseitig als Brennstoff zuführbar sind und Oxidatorgas kathodenseitig zuführbar ist.The invention further relates to a Plant for the production of electrical energy from autothermal gasification of carbonaceous material comprising a gasification reactor and a high temperature fuel cell module, which gaseous gasification products can be supplied as fuel on the anode side are and oxidizer gas can be supplied on the cathode side.

Über die Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material wie Biomasse, Kohle, Biogenen Abfallstoffen oder kohlenstoffhaltigen Reststoffen läßt sich Brennstoff für Hochtemperatur-Brennstoffzellen aus regenerativen Primärenergieträgern herstellen. Da bei Hochtemperatur-Brennstoffzellen das Problem der Kohlenmonoxid-Vergiftung des Elektrolyten nicht auftritt, muß keine CO-Feinreinigung des gasförmigen Brennstoffs durchgeführt werden; es läßt sich dann elektrischer Strom aus kohlenstoffhaltigen Materialien mit hohem Wirkungsgrad herstellen, wobei die Stromerzeugung insbesondere dezentral durchführbar ist.about the gasification of carbonaceous material such as biomass, coal, Biogenic waste materials or carbon-containing residues can be used as fuel for high temperature fuel cells Manufacture from regenerative primary energy sources. Because with high temperature fuel cells the problem of carbon monoxide poisoning of the electrolyte does not occur, no CO fine cleaning of the gaseous Fuel performed become; it can then be electrical Electricity from carbonaceous materials with high efficiency produce, the power generation being particularly decentralized.

Aus der WO 02/065564 A2 ist es im Zusammenhang mit allothermer Vergasung bekannt, Anodenrestgas in einen Vergasungsreaktor einzukoppeln.From WO 02/065564 A2 it is in Relation to allothermal gasification known, residual anode gas in to couple a gasification reactor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Anlage so zu verbessern, daß sich ein hoher Wirkungsgrad bezüglich der Stromerzeugung ergibt.The invention has for its object that the method mentioned at the beginning and the system mentioned at the beginning to improve that a high efficiency regarding of electricity generation.

Bei dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Vergasungsmittel für die autotherme Vergasung Kathodengas des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls und/oder mittels Kathodengas hergestelltes Prozeßgas eingesetzt wird.With the procedure mentioned at the beginning this object is achieved according to the invention solved, that as Gasifying agent for the autothermal gasification cathode gas of the high-temperature fuel cell module and / or process gas produced by means of cathode gas is used.

Kathodengas, welches bei der katalytischen Verbrennung des Brennstoffs in dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul nicht verbraucht wird, enthält Sauerstoff und weist die Prozeßtemperatur der Brennstoffzelle auf. Beispielsweise liegt der Temperaturbereich bei MCFC-Systemen bei ca. 650 °C und bei SOFC-Systemen zwischen 750 °C und 1000 °C. Durch Einsatz dieses heißen Kathodengases als Vergasungsmittel für die autotherme Vergasung in dem Vergasungsreaktor erreicht man erhöhte elektrische Wirkungsgrade, die um 20 % und mehr über denjenigen liegen, wenn Luft direkt als Vergasungsmittel verwendet wird.Cathode gas, which is used in catalytic combustion of the fuel in the high temperature fuel cell module is consumed contains Oxygen and shows the process temperature the fuel cell. For example, the temperature range is for MCFC systems at approx. 650 ° C and in SOFC systems between 750 ° C and 1000 ° C. By using this hot cathode gas as a gasifier for the autothermal gasification in the gasification reactor achieves increased electrical efficiencies, which by 20% and more those lie when air is used directly as a gasifying agent becomes.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich damit bei gleichem Eintrag an kohlenstoffhaltigem Material eine höhere elektrische Leistung gewinnen bzw. zur Gewinnung der gleichen elektrischen Leistung mit Verwendung von Kathodengas als Vergasungsmittel kann eine geringere Masse an kohlenstoffhaltigem Material eingesetzt werden.By the method according to the invention let yourself thus with the same entry of carbon-containing material higher Gain electrical power or to obtain the same electrical Performance using cathode gas as a gasifying agent can a lower mass of carbonaceous material is used become.

Das Gleiche gilt für Prozeßgas, welches mittels Kathodengas und insbesondere mittels thermischer Verbrennung von Anodenrestgas und Kathodengas hergestellt wird. Dieses Prozeßgas befindet sich auf einem hohen Temperaturniveau und enthält Sauerstoff, da die Brennstoffzelle im Luftüberschuß betrieben wird. Dadurch kann das Prozeßgas optimal als Vergasungsmittel für die partielle Oxidation von kohlenstoffhaltigem Material in einem Vergasungsreaktor dienen, um so wiederum die Wärme für die Vergasung bereitzustellen.The same applies to process gas, which by means of cathode gas and in particular by means of thermal combustion of residual anode gas and cathode gas. This process gas is located at a high temperature level and contains oxygen since the fuel cell operated in excess air becomes. This allows the process gas ideal as a gasifying agent for the partial oxidation of carbonaceous material in one Gasification reactor serve, in turn to provide the heat for the gasification.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf verhältnismäßig einfache Weise realisieren. Insbesondere läßt sich eine elektrische Leistungssteigerung erreichen, ohne daß Hochtemperaturwärmeübertrager oder dergleichen vorgesehen werden müssen.The process according to the invention can be carried out relatively simple Realize wisely. In particular, an electrical power increase can be achieved reach without high temperature heat exchanger or the like must be provided.

Vorteilhafterweise wird als Quelle für Vergasungsmittel das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul eingesetzt. Dieses kann dabei als direkte Quelle wirken, indem (nicht verbrauchtes) Kathodengas abgezweigt wird und in den Vergasungsreaktor eingekoppelt wird, oder indem mittels Kathodengas Prozeßgas erzeugt wird, welches dann in den Vergasungsreaktor eingekoppelt wird. (Im letzteren Fall stellt dann eine Konversionsvorrichtung, in welcher durch Verbrennung von Anodenrestgas mit Kathodengas das Prozeßgas hergestellt wird, die direkte Quelle für das Vergasungsmittel dar und das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul als Quelle des Kathodengases ist eine indirekte Quelle für das Vergasungsmittel.)Advantageously, as a source for gasifying agents the high temperature fuel cell module used. This can act as a direct source by (not used) cathode gas is branched off and coupled into the gasification reactor is, or by generating process gas by means of cathode gas, which is then coupled into the gasification reactor. (In the latter case then a conversion device in which by combustion of Anode residual gas with cathode gas is the process gas that is produced direct source for represents the gasification agent and the high temperature fuel cell module as the source of the Cathode gas is an indirect source of the gasifying agent.)

Es kann vorgesehen sein, daß dem als Vergasungsmittel eingesetzten Kathodengas oder Prozeßgas Luft zugemischt wird. Dadurch läßt sich der Sauerstoffgehalt des Vergasungsmittels erhöhen. Die Luft wird dabei mit einem Gas auf einem hohen Temperaturniveau gemischt, so daß das resultierende Vergasungsmittel einen hohen Sauerstoffgehalt auf hoher Arbeitstemperatur aufweist. Dadurch wiederum läßt sich die autotherme Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials auf effektive Weise durchführen.It can be provided that the as Gasification agent used cathode gas or process gas air is admixed. This allows increase the oxygen content of the gasification agent. The air comes with it mixed with a gas at a high temperature level so that the resulting Gasifying agent has a high oxygen content at a high working temperature having. This in turn can the autothermal gasification of the carbonaceous material to effective Perform wise.

Alternativ ist es auch möglich, wenn als Vergasungsmittel ausschließlich Kathodengas und/oder mittels Kathodengas hergestelltes Prozeßgas eingesetzt wird. Durch das sich auf einem hohen Temperaturniveau befindliche Vergasungsmittel läßt sich effektiv Wärme für die autotherme Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials erzeugen, wobei der konstruktive Aufwand zur Durchführung des Verfahrens minimiert ist.Alternatively, it is also possible if only cathode gas and / or process gas produced by means of cathode gas is used as the gasification agent. Due to the gasification agent being at a high temperature level, ef fectively generate heat for the autothermal gasification of the carbonaceous material, the design effort for carrying out the method being minimized.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Teilstrom an Kathodengas ausgangsseitig einer Kathode des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls abgezweigt. Während ein zweiter Teilstrom einer Konversionsvorrichtung zuführbar ist, um über thermische Verbrennung von Anodenrestgas ein heißes Prozeßgas zu erzeugen, läßt sich dieser Teilstrom einem Vergasungsreaktor zuführen, um diesem wiederum Kathodengas als Vergasungsmittel bereitzustellen.In a first embodiment is a partial stream of cathode gas on the output side of a cathode High-temperature fuel cell module branched. During a second partial stream can be fed to a conversion device, um over Thermal combustion of residual anode gas can produce a hot process gas feed this partial stream to a gasification reactor, in turn to this cathode gas to provide as a gasifying agent.

Insbesondere wird ein Teilstrom an Kathodengas in einen Vergasungsreaktor eingekoppelt. Dadurch wird ein heißes Oxidatorgas bereitgestellt, um eine partielle Oxidation des kohlenstoffhaltigen Materials zu bewirken, um so wiederum die für die Vergasung nötige thermische Energie bereitzustellen.In particular, a partial stream is on Cathode gas coupled into a gasification reactor. This will a hot one Oxidizer gas is provided to partially oxidize the carbonaceous material to effect, in turn, the thermal necessary for gasification To provide energy.

Es kann vorgesehen sein, daß ein Teilstrom an Kathodengas einer Konversionsvorrichtung vorgeschaltet abgezweigt wird. Dieser Teilstrom läßt sich als Vergasungsmittelteilstrom zur partiellen Oxidation von kohlenstoffhaltigem Material nutzen. Der weitere Teilstrom läßt sich der Konversionsvorrichtung zuführen, um ein heißes Prozeßgas zu erzeugen, dessen Energieinhalt wiederum ausgenutzt werden kann.It can be provided that a partial flow Cathode gas branched upstream of a conversion device becomes. This partial flow can be as a gasification partial flow for the partial oxidation of carbonaceous Use material. The further partial flow can be the conversion device respectively, a hot one process gas to generate, whose energy content can in turn be exploited.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß Anodenrestgas und Kathodengas einer Konversionsvorrichtung zugeführt werden. Das Anodenrestgas ist Brennstoff, welcher in dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul nicht katalytisch verbrannt wurde. Das Kathodengas ist nicht verbrauchtes Oxidatorgas. In der Konversionsvorrichtung läßt sich der unverbrauchte Brennstoff mit dem Kathodengas als Oxidator chemisch umwandeln und insbesondere thermisch verbrennen, um so ein heißes Prozeßgas zu erzeugen.In particular, it is provided that residual anode gas and cathode gas are supplied to a conversion device. The residual anode gas is fuel which is in the high temperature fuel cell module has not been burned catalytically. The cathode gas is not used up Oxidizer. The unused fuel can be in the conversion device chemically convert with the cathode gas as an oxidizer and in particular thermally burn to such a hot Process gas too produce.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, daß Prozeßgas, welches in der Konversionsvorrichtung gebildet wird, als Vergasungsmittel eingesetzt wird. Dieses Prozeßgas enthält Sauerstoff, da Hochtemperatur-Brennstoffzellen üblicherweise im Sauerstoffüberschuß betrieben werden. Das heiße Prozeßgas mit Sauerstoffüberschuß läßt sich dann als Vergasungsmittel einsetzen, um so wiederum eine autotherme Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material in einem Vergasungsreaktor bewirken zu können.In a second embodiment it is provided that process gas, which is formed in the conversion device, as a gasifying agent is used. This process gas contains oxygen, because high-temperature fuel cells usually operate in excess of oxygen become. The hot process gas with excess oxygen then use it as a gasifying agent, so that in turn an autothermal Gasification of carbonaceous material in a gasification reactor to be able to.

Insbesondere wird dabei ein Teilstrom an Prozeßgas, welches in der Konversionsvorrichtung gebildet wird, abgezweigt. Dieser Teilstrom läßt sich in einen Vergasungsreaktor einkoppeln. Ein weiterer Teilstrom an Prozeßgas läßt sich abführen, um dessen Energieinhalt zu nutzen.In particular, it becomes a partial flow of process gas, which is formed in the conversion device. This partial flow can be in couple a gasification reactor. Another partial flow of process gas can be dissipate, to use its energy content.

Es kann vorgesehen sein, daß dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul zugeführtes Oxidatorgas vorgewärmt wird, um eine optimierte katalytische Verbrennung zu erreichen.It can be provided that the high-temperature fuel cell module supplied Preheated oxidizer gas to achieve an optimized catalytic combustion.

Der verfahrenstechnische Aufwand läßt sich gering halten, wenn Kathodengas und/oder Prozeßgas ohne Durchlaufen eines Wärmetauschers in einen Vergasungsreaktor eingekoppelt werden. Da das Kathodengas von einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle stammt, befindet sich dieses auf einem hohen Temperaturniveau. Das Prozeßgas stammt von einer Konversionsvorrichtung, so daß es ebenfalls auf einem hohen Temperaturniveau liegt. Für einen Wärmetauschprozeß müßte ein Hochtemperaturwärmetauscher vorgesehen werden. Dieser läßt sich üblicherweise höchstens mehrstufig realisieren, so daß damit entsprechende Wärmeverluste einhergehen bei entsprechend aufwendigem Aufbau. Durch die erfindungsgemäße Lösung der Verwendung von Kathodengas und/oder Prozeßgas als Vergasungsmittel kann auf einen solchen Hochtemperaturwärmetauscher verzichtet werden, wobei sich aber hohe Wirkungsgrade erreichen lassen und heißes Prozeßgas auskoppelbar ist.The procedural effort can be low hold when cathode gas and / or process gas without going through a heat exchanger be coupled into a gasification reactor. Because the cathode gas is from a high-temperature fuel cell at a high temperature level. The process gas comes from a conversion device, so that it is also at a high temperature level. For one Heat exchange process would have to High temperature heat exchanger be provided. This can usually be done at the most realize in several stages, so that corresponding heat losses go hand in hand with a correspondingly complex structure. By the solution of the invention Use of cathode gas and / or process gas as a gasifying agent can such a high-temperature heat exchanger can be dispensed with, but high efficiencies can be achieved and hot process gas can be extracted is.

Die oben genannte Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Abzweigungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher ein Teilstrom an Kathodengas und/oder ein Teilstrom an Prozeßgas, welches mittels Kathodengas erzeugt ist, zur Einkopplung in den Vergasungsreaktor als Vergasungsmittel abzweigbar ist.The above task is at the system mentioned at the outset solved in that at least a branching device is provided, by means of which a Partial stream of cathode gas and / or a partial stream of process gas, which is generated by means of cathode gas, for coupling into the gasification reactor can be branched off as a gasifying agent.

Über die Abzweigungsvorrichtung oder Abzweigungsvorrichtungen läßt sich ein Teilstrom an Kathodengas und/oder Prozeßgas erzeugen, welcher dann als Vergasungsmittelteilstrom in den Vergasungsreaktor einkoppelbar ist.about the branching device or branching devices can be generate a partial flow of cathode gas and / or process gas, which then can be coupled into the gasification reactor as a gasification partial stream is.

Die erfindungsgemäße Anlage weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile auf.The system according to the invention already has described in connection with the inventive method Advantages on.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.Further advantageous configurations the system according to the invention were also already in connection with the method according to the invention explained.

Insbesondere ist dabei die mindestens eine Abzweigungsvorrichtung einer Kathode des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls bezogen auf die Strömungsrichtung des Oxidatorgases nachgeschaltet, um so unverbrauchtes Oxidatorgas (Kathodengas) direkt oder indirekt als Vergasungsmittel einsetzen zu können.In particular, the minimum a branching device of a cathode of the high-temperature fuel cell module based on the flow direction of the oxidizer gas downstream, so as to unused oxidizer gas Use (cathode gas) directly or indirectly as a gasifying agent to be able to.

Günstig ist es, wenn die mindestens eine Abzweigungsvorrichtung an einen Eingang des Vergasungsreaktor für Vergasungsmittel gekoppelt ist. Es läßt sich dann Kathodengas und/oder Prozeßgas als Vergasungsmittel einkoppeln.Cheap it is when the at least one branching device to a Gasification reactor input for Gasifying agent is coupled. It can then be cathode gas and / or process gas couple as a gasifying agent.

Um den Sauerstoffgehalt im Vergasungsmittel, welches in den Vergasungsreaktor eingekoppelt wird, erhöhen zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine Einkopplungsvorrichtung in einer Zuführungsleitung für Kathodengas oder Prozeßgas zum Vergasungsreaktor vorgesehen ist. An dieser Einkopplungsvorrichtung läßt sich beispielsweise Luft oder reiner Sauerstoff dem Kathodengas bzw. Prozeßgas zumischen, welches in den Vergasungsreaktor eingekoppelt wird. Die Zumischung erfolgt dabei auf einem hohen Temperaturniveau, so daß das Vergasungsmittel als Mischung von Kathodengas und Luft bzw. Prozeßgas und Luft auf einem hohen Temperaturniveau liegt und gleichzeitig einen hohen Sauerstoffgehalt aufweist.In order to be able to increase the oxygen content in the gasification medium which is coupled into the gasification reactor, it is advantageous if a coupling device is provided in a supply line for cathode gas or process gas to the gasification reactor. At this coupling Direction, for example, air or pure oxygen can be added to the cathode gas or process gas, which is coupled into the gasification reactor. The admixture takes place at a high temperature level, so that the gasification agent as a mixture of cathode gas and air or process gas and air is at a high temperature level and at the same time has a high oxygen content.

Alternativ kann das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul die einzige Vergasungsmittelquelle – direkt oder indirekt – für das Vergasungsmittel sein. Es läßt sich dann bei minimiertem konstruktivem Aufwand heißes Vergasungsmittel in den Vergasungsreaktor einkoppeln, um eine autotherme Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials zu bewirken.Alternatively, the high temperature fuel cell module the only source of gasification agent - directly or indirectly - for the gasification agent his. It can be then hot gasifying agent in the with minimal design effort Coupling the gasification reactor to autothermal gasification of the carbonaceous Material.

Günstig ist es, wenn eine Konversionsvorrichtung vorgesehen ist, in welcher ein Prozeßgas mittels Anodenrestgas und Kathodengas erzeugbar ist, wobei das Kathodengas als Oxidatorgas wirkt. Dadurch läßt sich der gasförmige Brennstoff, welcher in dem Vergasungsreaktor erzeugt wurde und in dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul nicht vollständig katalytisch umgesetzt wurde, vollständig nutzen, indem eben ein Konversionsvorgang wie beispielsweise ein Nachbrennervorgang durchgeführt wird, um das Anodenrestgas vollständig zu verbrennen. Es entsteht dann wiederum heißes Prozeßgas, dessen Energieinhalt nutzbar ist.Cheap it is when a conversion device is provided in which a process gas by means of Anode residual gas and cathode gas can be generated, the cathode gas acts as an oxidizer gas. This allows the gaseous Fuel generated in the gasification reactor and in the high-temperature fuel cell module is not completely catalytic has been implemented completely use a conversion process such as a Afterburner process is carried out around the anode residual gas completely to burn. Hot process gas, its energy content, is then generated is usable.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Abzweigungsvorrichtung der Konversionsvorrichtung vorgeschaltet. Es läßt sich dann ein Teilstrom an Kathodengas dem Vergasungsreaktor zuführen.In a first embodiment is a branching device upstream of the conversion device. It can be then feed a partial stream of cathode gas to the gasification reactor.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches alternativ zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist oder mit diesem kombinierbar ist, ist eine Abzweigungsvorrichtung der Konversionsvorrichtung nachgeschaltet. Es läßt sich dann heißes Prozeßgas, welches in der Konversionsvorrichtung erzeugt wurde, dem Vergasungsreaktor als Vergasungsmittel zuführen.In a second embodiment, which is alternative to the first embodiment or with can be combined, is a branching device of the conversion device downstream. It can be then hot Process gas, which was generated in the conversion device, the gasification reactor as a gasifying agent.

Insbesondere ist dabei mittels der Abzweigungsvorrichtung Prozeßgas in den Vergasungsreaktor einkoppelbar.In particular, the Process gas branching device can be coupled into the gasification reactor.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments serves in connection with the drawing to explain the invention in more detail. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermischen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material mit einem Brennstoffzellenmodul, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist; 1 a schematic representation of a plant for the production of electrical energy from the autothermal gasification of carbonaceous material with a fuel cell module, as is known from the prior art;

2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage und 2 a schematic representation of a first embodiment of a system according to the invention and

3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage. 3 is a schematic representation of a second embodiment of a system according to the invention.

Eine Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist in 1 schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 10 bezeichnet. Diese umfaßt einen Vergasungsreaktor 12, in dem kohlenstoffhaltiges Material vergasbar ist. Bei diesem kohlenstoffhaltigen Material kann es sich beispielsweise um Biomasse, um Kohle, um Biogene Abfallstoffe oder um kohlenstoffhaltige Reststoffe handeln oder auch um Mischungen der genannten Ausgangsmaterialien.A plant for the generation of electrical energy from the autothermal gasification of carbon-containing material, which is known from the prior art, is in 1 shown schematically and there designated as a whole with 10. This includes a gasification reactor 12 , in which carbonaceous material can be gasified. This carbon-containing material can be, for example, biomass, coal, biogenic waste materials or carbon-containing residues or mixtures of the starting materials mentioned.

Das kohlenstoffhaltige Material wird in dem Vergasungsreaktor 12 mittels Sauerstoff vergast; der Sauerstoff wirkt als Vergasungsmittel und bewirkt eine autotherme Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials. Bei der autothermen Vergasung wird die Energie für die Vergasung in dem Vergasungsreaktor 12 durch partielle Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials erzeugt. Bei der allothermen Vergasung, die nicht Gegenstand dieser Anmeldung ist, wird die Energie durch einen Wärmetauscher indirekt in den Vergasungsreaktor eingebracht.The carbonaceous material is in the gasification reactor 12 gasified by oxygen; the oxygen acts as a gasifying agent and causes an autothermal gasification of the carbonaceous material. With autothermal gasification, the energy for the gasification is in the gasification reactor 12 generated by partial combustion of the carbonaceous material. In the case of allothermal gasification, which is not the subject of this application, the energy is introduced indirectly into the gasification reactor through a heat exchanger.

Der Sauerstoff wird bei der autothermen Vergasung insbesondere als Luftsauerstoff eingebracht. Dazu weist der Vergasungsreaktor 12 einen Anschluß 14 auf, über welchen Luft einkoppelbar ist.In autothermal gasification, the oxygen is introduced in particular as atmospheric oxygen. The gasification reactor points to this 12 a connection 14 on which air can be injected.

Der Vergasungsreaktor 12 weist einen weiteren Anschluß 16 auf, über den kohlenstoffhaltiges Material in den Vergasungsreaktor 12 bringbar ist. Über einen Auskopplungsanschluß 18 lassen sich feste und/oder flüssige Verbrennungsprodukte und insbesondere Asche abführen.The gasification reactor 12 has another connection 16 on, via the carbonaceous material in the gasification reactor 12 is feasible. Via a decoupling connection 18 solid and / or liquid combustion products and especially ash can be removed.

Die gasförmigen Verbrennungsprodukte der Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials in dem Vergasungsreaktor 12 sind als Brennstoff einer Anode 20 eines Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls 22 zuführbar. Das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 umfaßt eine oder mehrere Hochtemperatur-Brennstoffzellen 24. Hochtemperatur-Brennstoffzellen arbeiten auf einem Temperaturniveau, welches in der Größenordnung zwischen ca. 650 °C und 1000 °C liegt. Zwischen der Anode 20 und einer Kathode 26 ist dabei in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 24 ein keramischer Festkörperelektrolyt 28 angeordnet. Beispielsweise handelt es sich um Brennstoffzellen vom Typ SOFC (Solid Oxid Fuel Cell) oder MCFC (Motten Carbonate Fuel Cell).The gaseous combustion products of the gasification of the carbonaceous material in the gasification reactor 12 are the fuel of an anode 20 of a high temperature fuel cell module 22 fed. The high temperature fuel cell module 22 includes one or more high temperature fuel cells 24 , High-temperature fuel cells operate at a temperature level that is on the order of approximately 650 ° C to 1000 ° C. Between the anode 20 and a cathode 26 is in the high temperature fuel cell 24 a ceramic solid electrolyte 28 arranged. For example, there are fuel cells of the type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) or MCFC (Motten Carbonate Fuel Cell).

Die gasförmigen Vergasungsprodukte der Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials in dem Vergasungsreaktor 12, die der Anode 20 zugeführt werden, dienen als Brennstoff für die Hochtemperatur-Brennstoffzelle 24. Dieser Brennstoff wird katalytisch mit durch den Festkörperelektrolyten 28 durchtretenden Ionen oxidiert, wobei Sauerstoff als Luftsauerstoff der Kathode 26 zugeführt wird. Bei SOFC-Systemen sind die Ionen Sauerstoffionen, bei MCFC-Systemen Carbonationen. Die Kathode 26 ist dazu eingangsseitig an eine Luftzuführungsleitung 30 gekoppelt. Die Luft wird vor der Zuführung zur Kathode 26 vorzugsweise vorgewärmt.The gaseous gasification products of the gasification of the carbonaceous material in the gasification reactor 12 who the anode 20 are used as fuel for the high-temperature fuel cell 24 , This fuel becomes catalytic with the solid electrolyte 28 penetrating ions oxidized, using oxygen as atmospheric oxygen to the cathode 26 is fed. In SOFC systems the ions are oxygen ions, in MCFC systems carbon ions. The cathode 26 is on the input side to an air supply line 30 coupled. The air becomes the cathode before being fed 26 preferably preheated.

Zwischen den Vergasungsreaktor 12 und die Anode oder Anoden 20 des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls 22 ist eine Gasreiningungsvorrichtung 32 geschaltet, die eingangsseitig mit dem Vergasungsreaktor 12 verbunden ist und ausgangsseitig mit der Anode 20 verbunden ist. Über diese Gasreinigungsvorrichtung 32 lassen sich Verunreinigungen wie beispielsweise Festkörperpartikel und Schwefel, Chlor und Teer entfernen.Between the gasification reactor 12 and the anode or anodes 20 of the high temperature fuel cell module 22 is a gas cleaning device 32 switched, the input side with the gasification reactor 12 is connected and on the output side to the anode 20 connected is. About this gas cleaning device 32 contaminants such as solid particles and sulfur, chlorine and tar can be removed.

An dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 wird aufgrund der katalytischen Verbrennung des Brennstoffes elektrischer Strom erzeugt, der nutzbar ist.On the high temperature fuel cell module 22 electric power is generated due to the catalytic combustion of the fuel, which is usable.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, nicht verbranntes Anodenrestgas einer Konversionsvorrichtung 33 zur chemischen Umwandlung von Anodenrestgas und Kathodengas unter Erzeugung von heißem Prozeßgas zuzuführen. Ein Beispiel einer solchen Konversionsvorrichtung ist ein Nachbrenner 34. Ein erster Eingang 36 dieses Nachbrenners 34 ist dazu Anoden-ausgangsseitig an das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 gekoppelt. Ein zweiter Eingang 38 des Nachbrenners 34 ist Kathoden-ausgangsseitig an das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 gekoppelt.It is known from the prior art, unburned anode residual gas from a conversion device 33 for chemical conversion of residual anode gas and cathode gas to produce hot process gas. An example of such a conversion device is an afterburner 34 , A first entrance 36 this afterburner 34 is on the anode output side of the high-temperature fuel cell module 22 coupled. A second entrance 38 afterburner 34 is on the cathode output side of the high-temperature fuel cell module 22 coupled.

In dem Nachbrenner 34 wird das Anodenrestgas mit Kathodengas, welches durch die katalytische Verbrennung in der Brennstoffzelle 24 nicht verbrauchtes Oxidatorgas ist, thermisch verbrannt. An einem Ausgang 40 des Nachbrenners 34 wird heißes Prozeßgas ausgekoppelt.In the afterburner 34 is the anode residual gas with cathode gas, which is caused by the catalytic combustion in the fuel cell 24 is not used oxidizer gas, burned thermally. At an exit 40 afterburner 34 hot process gas is extracted.

Bei einem Biomasseeintrag von 1,0 kmol/h ergibt sich rechnerisch, wenn man einen 82-% Brennstoffumsatz und einen elektrischen Wirkungsgrad von 53 % des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls 22 (beispielhaft ist ein SOFC-System angenommen) zugrundegelegt, bei einem Eintrag von 12,2 kmol/h von Luft als Vergasungsmittel eine elektrische Ausgangsleistung des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls 22 von ca. 253 kW. Die Temperatur des Prozeßgases, welches an dem Ausgang 40 ausgekoppelt wird, liegt bei diesem Beispielfall bei ca. 974 °C.With a biomass input of 1.0 kmol / h, arithmetically results from an 82% fuel conversion and an electrical efficiency of 53% of the high-temperature fuel cell module 22 (an SOFC system is assumed as an example) is based on an input of 12.2 kmol / h of air as a gasifying agent, an electrical output power of the high-temperature fuel cell module 22 of approx. 253 kW. The temperature of the process gas, which is at the output 40 is uncoupled in this example case at approx. 974 ° C.

Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, daß Kathodengas, das heißt Oxidatorgas nach Durchströmen der Kathode 26, und/oder mittels Kathodengas hergestelltes Prozeßgas in den Vergasungsreaktor 12 als Vergasungsmittel eingekoppelt wird.According to the invention, it is now provided that cathode gas, ie oxidizer gas, after flowing through the cathode 26 , and / or process gas produced by means of cathode gas into the gasification reactor 12 is injected as a gasifying agent.

Bei einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, welches in 2 als Ganzes mit 41 bezeichnet ist, wird Kathodengas dem Vergasungsreaktor 12 zugeführt. Gleiche Bauelemente wie bei der Anlage gemäß 1 tragen dabei dieselben Bezugszeichen. Die Zuführung von Brennstoff zu dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 und die Zuführung von Oxidatorgas zu diesem Brennstoffzellenmodul 22 ist dabei wie oben beschrieben.In a first embodiment according to the invention, which in 2 denoted as a whole by 41, cathode gas becomes the gasification reactor 12 fed. The same components as for the system 1 have the same reference numerals. The supply of fuel to the high temperature fuel cell module 22 and the supply of oxidant gas to this fuel cell module 22 is as described above.

Erfindungsgemäß ist eine Abzweigungsvorrichtung 42 vorgesehen, welche der Kathode 26 nachgeschaltet ist. Ein Eingang 44 dieser Abzweigungsvorrichtung ist dazu ausgangsseitig mit der Kathode 26 verbunden. Ein erster Ausgang 46 der Abzweigungsvorrichtung 42 ist an den Anschluß 14 des Vergasungsreaktors 12 zur Zuführung von Vergasungsmittel in diesen gekoppelt. Ein zweiter Ausgang 48 der Abzweigungsvorrichtung 42 ist an einen ersten Eingang 50 eines Nachbrenners 52 gekoppelt.According to the invention is a branching device 42 provided which of the cathode 26 is connected downstream. An entrance 44 this branching device is on the output side with the cathode 26 connected. A first exit 46 the branching device 42 is on the connection 14 of the gasification reactor 12 coupled to the supply of gasification in this. A second exit 48 the branching device 42 is at a first entrance 50 of an afterburner 52 coupled.

Über die Abzweigungsvorrichtung 42 läßt sich ein Teilstrom des Kathodengases, das heißt ein Teilstrom des nicht in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 24 verbrauchten Oxidatorgases abzweigen und dem Vergasungsreaktor 12 als Vergasungsmittel zuführen. Eine weitere Vergasungsmittelzufuhr in den Vergasungsreaktor 12 ist nicht vorgesehen, das heißt es ist keine externe Vergasungsmittel-Bereitstellung vorgesehen. Die einzige Vergasungsmittelquelle ist somit durch den Ausgang der Kathode 26 gebildet.Via the branching device 42 can be a partial flow of the cathode gas, that is, a partial flow of the not in the high temperature fuel cell 24 branch off the used oxidant gas and the gasification reactor 12 as a gasifying agent. Another gasifier feed into the gasification reactor 12 is not provided, i.e. no external gasification agent is provided. The only source of gasification agent is through the exit of the cathode 26 educated.

Ein zweiter Eingang 54 des Nachbrenners 52 ist mit der Anode 20 verbunden. Dem Nachbrenner 52 wird somit Anodenrestgas, das heißt nicht in dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 katalytisch verbrannter Brennstoff und ein Teilstrom des Kathodengases zugeführt, welcher an dem zweiten Ausgang 48 der Abzweigungsvorrichtung 22 abgeführt wird. An einem Ausgang 56 des Nachbrenners 52 läßt sich heißes Prozeßgas als Verbrennungsgas der Verbrennung von Anodenrestgas und Kathodengas entnehmen.A second entrance 54 afterburner 52 is with the anode 20 connected. The afterburner 52 thus becomes anode residual gas, that is, not in the high temperature fuel cell module 22 Catalytically burned fuel and a partial stream of the cathode gas supplied, which at the second outlet 48 the branching device 22 is dissipated. At an exit 56 afterburner 52 hot process gas can be taken as combustion gas from the combustion of residual anode gas and cathode gas.

Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels sitzt in einer Zuführungsleitung 53 für das an der Abzweigungsvorrichtung 42 ausgekoppelte Kathodengas zu dem Vergasungsreaktor 12 eine Einkopplungsvorrichtung 55, über die sich Luft dem Kathodengasstrom zumischen läßt. Dadurch läßt sich der Sauerstoffgehalt des Vergasungsmittels erhöhen, wobei die Zumischung auf einem hohen Temperaturniveau erfolgt.In a variant of this embodiment sits in a feed line 53 for that on the junction 42 coupled cathode gas to the gasification reactor 12 a coupling device 55 , through which air can be mixed into the cathode gas flow. As a result, the oxygen content of the gasification agent can be increased, the admixing taking place at a high temperature level.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material funktioniert wie folgt: Die gasförmigen Vergasungsprodukte werden nach Reinigung in der Gasreinigungsvorrichtung 32 als Brennstoff der oder den Anoden 20 des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls 22 zugeführt. Kathodenseitig wird im Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 Luft als Oxidatorgas zugeführt. In der oder den Brennstoffzellen 24 erfolgt eine katalytische Verbrennung, wobei aus dieser katalytischen Verbrennung elektrische Energie gewinnbar ist.The method according to the invention for obtaining electrical energy from the autothermal gasification of carbon-containing material functions as follows: The gaseous gasification products are after cleaning in the gas cleaning device 32 as fuel for the anode (s) 20 of the high temperature fuel cell module 22 fed. The cathode side is in the high-temperature fuel cell module 22 Air supplied as an oxidizer gas. In the fuel cell or cells 24 there is a catalytic combustion, electrical energy being obtainable from this catalytic combustion.

Nicht-verbranntes Anodenrestgas wird dem Nachbrenner 52 zugeführt. Ebenso wird ein Teilstrom des Kathodengases, welcher an dem zweiten Ausgang 48 der Abzweigungsvorrichtung 42 abgreifbar ist, dem Nachbrenner 52 zugeführt, um Anodenrestgas und Kathodengas zu verbrennen und heißes Prozeßgas auskoppeln zu können.Unburned anode residual gas becomes the afterburner 52 fed. Likewise, a partial flow of the cathode gas, which at the second outlet 48 the branching device 42 is tapped, the afterburner 52 supplied in order to burn residual anode gas and cathode gas and to be able to decouple hot process gas.

Ein weiterer Teilstrom des Kathodengases wird als Vergasungsmittel in den Vergasungsreaktor 12 eingekoppelt. Dieses Kathodengas als Vergasungsmittel ist heiß, da das Kathodengas die Temperatur der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 24 aufweist. Durch die partielle Kathodengasrückführung, das heißt partielle Verwendung des Kathodengases als Vergasungsmittel für die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials, läßt sich der Wirkungsgrad der Anlage 41 gegenüber dem der Anlage 10 erhöhen bzw. es läßt sich bei geringerem Einsatz an kohlenstoffhaltigem Material die gleiche elektrische Leistung auskoppeln. Insbesondere muß keine Vorwärmung des Vergasungsmittels bei der Einkopplung in den Vergasungsreaktor 12 vorgesehen werden, um eine hohe elektrische Leistung zu erreichen.Another partial flow of the cathode gas is used as a gasification agent in the gasification reactor 12 coupled. This cathode gas as a gasifying agent is hot because the cathode gas is the temperature of the high temperature fuel cell 24 having. The efficiency of the system can be reduced by the partial cathode gas recirculation, that is to say partial use of the cathode gas as a gasifying agent for the gasification of the carbon-containing material 41 compared to that of the plant 10 increase or it can decouple the same electrical power with less use of carbonaceous material. In particular, there is no need to preheat the gasification agent when coupling it into the gasification reactor 12 be provided in order to achieve a high electrical output.

Beispielrechnungen ergaben, daß bei einem Biomasseintrag von 1,0 kmol/h eine elektrische Ausgangsleistung von 293 kW erreichbar ist, wenn bei einem Brennstoffumsatz von 82 % in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 24 und einem elektrischen Wirkungsgrad von 53 % von einer Einbringung von 10,4 kmol/h Kathodengas als Vergasungsmittel ausgegangen wird. Dies ist zu vergleichen mit dem oben genannten Wert von 253 kW für die Anlage 10.Example calculations showed that with a biomass input of 1.0 kmol / h an electrical output of 293 kW can be achieved if the fuel temperature is 82% in the high-temperature fuel cell 24 and an electrical efficiency of 53% from an introduction of 10.4 kmol / h cathode gas as a gasifying agent. This can be compared with the above value of 253 kW for the system 10 ,

Darüber hinaus hat das Prozeßgas, welches an dem Ausgang 56 des Nachbrenners 52 entnehmbar ist, eine Temperatur von ca. 982 °C, das heißt die Temperatur des Prozeßgases ist höher als das Prozeßgas, welches am Ausgang 40 der Anlage 10 entnehmbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung weist also das Prozeßgas einen höheren Energiegehalt auf.It also has the process gas at the exit 56 afterburner 52 can be removed, a temperature of about 982 ° C, that is, the temperature of the process gas is higher than the process gas at the outlet 40 the plant 10 is removable. In the solution according to the invention, the process gas therefore has a higher energy content.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, welches in 3 schematisch gezeigt und dort als Ganzes mit 58 bezeichnet ist, wird Prozeßgas als Vergasungsmittel in den Vergasungsreaktor 12 eingekoppelt.In a second embodiment of a system according to the invention, which in 3 schematically shown and there as a whole 58 Process gas is referred to as the gasification agent in the gasification reactor 12 coupled.

Gleiche Bauteile wie bei der Anlage 10 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zuführung von Brennstoff und Oxidatorgas erfolgt auf die gleiche Weise wie bereits oben anhand der Anlagen 10 und 41 beschrieben.The same components as for the system 10 are provided with the same reference numerals. The supply of fuel and oxidizer gas is carried out in the same way as with the systems above 10 and 41 described.

An das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 ist wiederum der Nachbrenner 34, wie im Zusammenhang mit der Anlage 10 beschrieben, gekoppelt.To the high-temperature fuel cell module 22 is again the afterburner 34 how related to the facility 10 described, coupled.

Der Ausgang 40 des Nachbrenners 34 ist bei dem Ausführungsbeispiel 58 mit einem Eingang 60 einer Abzweigungsvorrichtung 62 verbunden. Ein erster Ausgang 64 dieser Abzweigungsvorrichtung ist an den Anschluß 14 des Vergasungsreaktors 12 gekoppelt. Es läßt sich dann mittels der Abzweigungsvorrichtung ein Teilstrom an Prozeßgas abzweigen und dieses Prozeßgas als Vergasungsmittel in den Vergasungsreaktor 12 einkoppeln.The exit 40 afterburner 34 is in the embodiment 58 with an entrance 60 a branching device 62 connected. A first exit 64 this branching device is on the connector 14 of the gasification reactor 12 coupled. A partial stream of process gas can then be branched off by means of the branching device and this process gas as a gasifying agent in the gasification reactor 12 inject.

An einem zweiten Ausgang 66 der Abzweigungsvorrichtung 62 ist ein zweiter Teilstrom an Prozeßgas entnehmbar.At a second exit 66 the branching device 62 a second partial flow of process gas can be removed.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß heißes Prozeßgas, welches von dem Nachbrenner 34 stammt, in den Vergasungsreaktor 12 als Vergasungsmittel eingekoppelt wird. Es folgt somit eine partielle Prozeßgasrückführung. Der Nachbrenner 34 stellt die einzige (direkte) Quelle an Vergasungsmittel für den Vergasungsreaktor 12 dar, um in diesem eine autotherme Vergasung zu bewirken, das heißt die für die Vergasung des kohlenstoffhaltigen Materials benötigte Wärme durch partielle Oxidation eines Teils dieses Materials zu erzeugen.According to the invention, it is provided that hot process gas from the afterburner 34 comes into the gasification reactor 12 is injected as a gasifying agent. A partial process gas recirculation thus follows. The afterburner 34 provides the only (direct) source of gasification agent for the gasification reactor 12 to cause an autothermal gasification in it, that is to generate the heat required for the gasification of the carbonaceous material by partial oxidation of a part of this material.

Das Prozeßgas, welches vom Nachbrenner 34 kommt, ist sehr heiß. Eine typische Temperatur liegt in der Größenordnung von 970 °C. Aufgrund dieses höheren Temperaturniveaus ergibt sich ebenfalls im Vergleich zu der Anlage 10 eine Leistungssteigerung bezüglich der an dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul 22 entnehmbaren elektrischen Leistung bzw. es läßt sich die gleiche elektrische Leistung mit Einsparung von kohlenstoffhaltigem Material erreichen.The process gas from the afterburner 34 is very hot. A typical temperature is on the order of 970 ° C. This higher temperature level also results in comparison to the system 10 an increase in performance with respect to the high temperature fuel cell module 22 Removable electrical power or the same electrical power can be achieved with the saving of carbonaceous material.

Bei einem Biomasseeintrag von 1,0 kmol/h ergibt sich eine elektrische Ausgangsleistung von 297 kW, wenn wiederum ein 82-% Brennstoffumsatz mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 53 % für die Brennstoffzelle 24 und ein Eintrag von 11,7 kmol/h an Prozeßgas in den Vergasungsreaktor 12 angenommen wird. Die Temperatur des Prozeßgases, welches an dem zweiten Ausgang 66 der Abzweigungsvorrichtung 62 entnehmbar ist, liegt bei ca. 976 °C.With a biomass input of 1.0 kmol / h, there is an electrical output of 297 kW, if again an 82% fuel conversion with an electrical efficiency of 53% for the fuel cell 24 and an entry of 11.7 kmol / h of process gas into the gasification reactor 12 Is accepted. The temperature of the process gas at the second outlet 66 the branching device 62 is around 976 ° C.

Bei einer Variante einer Ausführungsform sitzt in einer Leitung 65 für Prozeßgas in den Vergasungsreaktor 12 zwischen dem Ausgang 64 der Abzweigungsvorrichtung 62 und dem Anschluß 14 eine Einkopplungsvorrichtung 67, über die sich Luft dem Prozeßgasstrom zumischen läßt. Dadurch läßt sich der Sauerstoffgehalt des Vergasungsmittels erhöhen, wobei die Einkopplung von Luft auf einem hohen Temperaturniveau erfolgt.In a variant of an embodiment sits in a line 65 for process gas in the gasification reactor 12 between the exit 64 the branching device 62 and the connection 14 a coupling device 67 , via which air can be mixed into the process gas stream. As a result, the oxygen content of the gasification agent can be increased, air being coupled in at a high temperature level.

Durch die erfindungsgemäße Lösung der partiellen Rückführung von Kathodengas – entweder direkt durch Einkopplung eines Teilstroms an Kathodengas in den Vergasungsreaktor 12 oder indirekt über Einkopplung von Prozeßgas, welches mit Hilfe von Kathodengas erzeugt wurde, in beiden Fällen mit eventueller Luftzumischung – läßt sich der Wirkungsgrad einer Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material erhöhen, bezogen auf den Fall, bei dem Vergasungsmittel extern bereitgestellt wird.By the inventive solution of the partial recycling of cathode gas - either directly by coupling a partial stream of cathode gas into the gasification reactor 12 or indirectly by coupling in process gas, which was generated with the help of cathode gas, in both cases with possible air admixture - the efficiency of a plant for the production of electrical energy from the autothermal gasification of carbon-containing material can be increased, based on the case where the gasifying agent is external provided.

Insbesondere läßt sich ein hoher Wirkungsgrad erreichen, ohne daß Vergasungsmittel zur Einkopplung in den Vergasungsreaktor 12 in einer gesonderten Vorrichtung vorgewärmt werden muß. In diesem Falle müßte ein Hochtemperaturwärmeübertrager vorgesehen werden. Ein solcher Hochtemperaturwärmeübertrager ist technisch nur sehr aufwendig zu realisieren; insbesondere müßten mehrere Stufen vorgesehen werden, wodurch sich wiederum Wärmeverluste erhöhen und das Temperaturniveau von aus der Anlage auskoppelbarem Prozeßgas sinkt.In particular, a high degree of efficiency can be achieved without the need for gasification agents for coupling into the gasification reactor 12 must be preheated in a separate device. In this case, a high-temperature heat exchanger would have to be provided. Such a high-temperature heat exchanger is technically very complex to implement; in particular, several stages would have to be provided, which in turn increases heat losses and the temperature level of process gas that can be extracted from the system drops.

Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich somit unter geringem Aufwand der Wirkungsgrad erhöhen.The solution according to the invention can be used thus increase the efficiency with little effort.

Claims (22)

Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, bei dem gasförmige Vergasungsprodukte einem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul anodenseitig als Brennstoff zugeführt werden und dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul Oxidatorgas kathodenseitig zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergasungsmittel für die autotherme Vergasung Kathodengas des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls und/oder mittels Kathodengas hergestelltes Prozeßgas eingesetzt wird.Process for the production of electrical energy from the autothermal gasification of carbonaceous material, in which gaseous gasification products are fed to a high-temperature fuel cell module as fuel and the high-temperature fuel cell module is supplied with oxidizer gas on the cathode side, characterized in that cathode gas of the high-temperature gas Fuel cell module and / or process gas produced by means of cathode gas is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle für Vergasungsmittel das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul eingesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that as Source for Gasification agent the high temperature fuel cell module is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Vergasungsmittel eingesetzten Kathodengas oder Prozeßgas Luft zugemischt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the air used as gasifying agent or process gas is admixed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergasungsmittel ausschließlich Kathodengas und/oder mittels Kathodengas hergestelltes Prozeßgas eingesetzt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that as Gasifying agents only Cathode gas and / or process gas produced by means of cathode gas are used becomes. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom an Kathodengas ausgangsseitig einer Kathode des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls abgezweigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that a Partial flow of cathode gas on the output side of a cathode of the high-temperature fuel cell module is branched off. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom an Kathodengas in einen Vergasungsreaktor eingekoppelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that a Partial stream of cathode gas is coupled into a gasification reactor becomes. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom an Kathodengas einer Konversionsvorrichtung vorgeschaltet abgezweigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that a Partial stream upstream of cathode gas a conversion device is branched off. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Anodenrestgas und Kathodengas einer Konversionsvorrichtung zugeführt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that anode residual gas and cathode gas are supplied to a conversion device. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßgas, welches in der Konversionsvorrichtung gebildet wird, als Vergasungsmittel eingesetzt wird.A method according to claim 8, characterized in that process gas which is formed in the conversion device, used as a gasifying agent becomes. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom an Prozeßgas, welches in der Konversionsvorrichtung gebildet wird, abgezweigt wird.A method according to claim 8 or 9, characterized in the existence Partial stream of process gas, which is formed in the conversion device, is branched off. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom an Prozeßgas in einen Vergasungsreaktor eingekoppelt wird.A method according to claim 10, characterized in that the Partial flow of process gas is coupled into a gasification reactor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul zugeführtes Oxidatorgas vorgewärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the high temperature fuel cell module supplied oxidizer gas preheated becomes. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kathodengas und/oder Prozeßgas ohne Durchlaufen eines Wärmetauschers in einen Vergasungsreaktor eingekoppelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that cathode gas and / or process gas without going through a heat exchanger is coupled into a gasification reactor. Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus der autothermen Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, umfassend einen Vergasungsreaktor (12) und ein Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul (22), welchem gasförmige Vergasungsprodukte als Brennstoff anodenseitig zuführbar sind und Oxidatorgas kathodenseitig zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzweigungsvorrichtung (42; 62) vorgesehen ist, mittels welcher ein Teilstrom an Kathodengas und/oder ein Teilstrom an Prozeßgas, das mittels Kathodengas erzeugt ist, zur Einkopplung als Vergasungsmittel in den Vergasungsreaktor (12) abzweigbar ist.Plant for the production of electrical energy from the autothermal gasification of carbonaceous material, comprising a gasification reactor ( 12 ) and a high-temperature fuel cell module ( 22 ), to which gaseous gasification products can be supplied as fuel on the anode side and oxidizer gas can be supplied on the cathode side, characterized in that a branching device ( 42 ; 62 ) is provided, by means of which a partial flow of cathode gas and / or a partial flow of process gas, which is generated by means of cathode gas, for coupling as a gasification agent into the gasification reactor ( 12 ) can be branched off. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Abzweigungsvorrichtung (42; 62) einer Kathode (26) des Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls (22) bezogen auf die Strömungsrichtung des Oxidatorgases nachgeschaltet ist.Installation according to claim 14, characterized in that the at least one branching device ( 42 ; 62 ) a cathode ( 26 ) of the high-temperature fuel cell module ( 22 ) downstream of the flow direction of the oxidizer gas. Anlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Abzweigungsvorrichtung (42; 62) an einen Eingang (14) des Vergasungsreaktors (12) für Vergasungsmittel gekoppelt ist.System according to claim 14 or 15, characterized in that the at least one branching device ( 42 ; 62 ) to an entrance ( 14 ) of the gasification reactor ( 12 ) is coupled for gasifying agents. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einkopplungsvorrichtung (55; 67) in einer Zuführungsleitung (53; 65) für Kathodengas oder Prozeßgas zum Vergasungsreaktor (12) vorgesehen ist.System according to one of claims 14 to 16, characterized in that a coupling device ( 55 ; 67 ) in a supply line ( 53 ; 65 ) for cathode gas or process gas to the gasification reactor ( 12 ) is provided. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul (22) die einzige Vergasungsmittelquelle für den Vergasungsreaktor (12) ist.System according to one of claims 14 to 16, characterized in that the high-temperature fuel cell module ( 22 ) the only source of gasification agent for the gasification reactor ( 12 ) is. Anlage nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konversionsvorrichtung (33) vorgesehen ist, in welchem ein Prozeßgas mittels Anodenrestgas und Kathodengas erzeugbar ist.Plant according to one of claims 14 to 18, characterized in that a conversion direction ( 33 ) is provided in which a process gas can be generated by means of anode residual gas and cathode gas. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzweigungsvorrichtung (42) der Konversionsvorrichtung (33) vorgeschaltet ist.Installation according to claim 19, characterized in that a branching device ( 42 ) of the conversion device ( 33 ) is connected upstream. Anlage nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abzweigungsvorrichtung (62) der Konversionsvorrichtung (33) nachgeschaltet ist.Installation according to claim 19 or 20, characterized in that a branching device ( 62 ) of the conversion device ( 33 ) is connected downstream. Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Abzweigungsvorrichtung (62) Prozeßgas in den Vergasungsreaktor (12) einkoppelbar ist.Installation according to claim 21, characterized in that by means of the branching device ( 62 ) Process gas in the gasification reactor ( 12 ) can be coupled.
DE10303486A 2003-01-24 2003-01-24 Extracting electrical energy from automatic thermal degassing of material containing carbon involves using fuel cell module cathode gas and/or process gas produced from cathode gas as vaporization gas Withdrawn DE10303486A1 (en)

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