Verfahren zum Betrieb und Konstruktion einer SOFC mit integrierten Wärmetauschern, integrierter Reformierung oder Vergasung, integrierter Anodenabgasrückführung, integrierter Wärmeauskopplung, kombinierter Gasvorwärmung und Restgasabtrennung und -rückführung sowie CO2-Abscheidung

摘要

Eine weitere Möglichkeit, den elektrischen Wirkungsgrad von Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) zu erhöhen, besteht in der Steigerung des Brenngasnutzungsgrades. Bei hohen Brenngasnutzungsgraden kann zusätzlich aufgrund der in der SOFC getrennt vorliegenden Prozessströme Luft (Kathodenseite) und Brenngas (Anodenseite) durch einfaches Auskondensieren des Abscheidung realisiert werden. Problematisch ist dabei allerdings, dass das Brenngas in einem SOFC-Stack nicht vollständig umgesetzt werden kann. Ein Lösungsansatz besteht in der Erhöhung des Brenngasnutzungsgrades des SOFC-Stacks z. B. durch Kaskadierung (serielle Verschaltung mehrerer SOFC-Zellen). Durch die Erhöhung des Brenngasnutzungsgrades auf über 90% kommt es aber zu einer deutlichen Vergrößerung der elektrochemisch aktiven Brennstoffzellen-Fläche und damit zu höheren Kosten pro kW sowie teileweise zu einer Anodenoxidation, d. h. zu einer schnelleren Degradierung. Diese Probleme können vermindert bzw. umgangen werden, indem der SOFC-Stack mit Brenngasnutzungsgraden unterhalb von 90% betrieben wird und die im SOFC-Stack elektrochemisch nicht umgesetzten Brenngase im Anodenabgas nach dem SOFC-Stack abgeschieden und zusammen mit dem frischen Brenngas dem SOFC-Stack erneut zugeführt werden. Das das SOFC-System verlassende Anodenabgas besteht dann fast ausschließlich aus Wasserdampf und Kohlendioxid, das nach Auskondensation des Wasserdampfs allein übrig bleibt. Die ...