DE10222803B4 - Verfahren zum Betreiben eines Gaserzeugungssystems zum Bereitstellen eines wasserstoffhaltigen Gases - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Gaserzeugungssystems zum Bereitstellen eines wasserstoffhaltigen Gases, bestehend zumindest aus einer autothermen Reformierungsstufe, welcher Wasser, ein sauerstoffhaltiges Medium und ein kohlenwasserstoffhaltiges Medium als Edukte zugeführt werden, wobei in wenigstens einem Wärmetauscher zumindest ein Teil der Edukte für die autotherme Reformierungsstufe erwärmt, verdampft und/oder überhitzt werden, wobei die Temperatur der autothermen Reformierungsstufe im Bereich der aus ihr austretenden Produkte durch eine Variation der Menge an zugeführtem sauerstoffhaltigem Medium auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktgase nach der autothermen Reformierungsstufe (1) einen Wärmetauscher (3) durchströmen, in welchem zumindest ein Teil des Edukts Wasser (H2O) für die autotherme Reformierungsstufe (1) erwärmt, verdampft und/oder überhitzt wird, wobei über die Zugabe der Wassermenge in den Wärmetauscher (3) die Temperatur der aus dem Wärmetauscher (3) austretenden Produktgase geregelt wird, wobei weiteres Wasser (H2O) zwischen den beiden Wärmetauschern (3, 4) eingebracht wird, falls die Wassermenge kleiner als eine Wassermenge ist,...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gaserzeugungssystems nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Die EP 0 798 798 A2 und die DE 198 25 772 A1 beschreiben jeweils gattungsgemäße Systeme zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gases. In diesen Systemen wird die Temperatur über die Zugabe des sauerstoffhaltigen Mediums auf einen vorgegebenen Wert geregelt. Aufgrund der geringen Wärmekapazität des gasförmigen sauerstoffhaltigen Edukts kann die Temperatur nur in engen Grenzen geregelt werden, da die Menge des sauerstoffhalteigen Mediums, welche sglichezeitig Edukt ist nur in einem Bereich variiert werden kann, der eine ausreichenden Ablauf der gewollten Reaktion sicherstellt.
  • Aus der WO 00/66487 ist ein System zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gases bekannt. Darin wird über eine Kombination aus Reformierung und Partieller Oxidation, mit anschließenden Reinigungsstufen in Form von Shiftstufen und selektiven Oxidationsstufen, das wasserstoffhaltige Gas erzeugt, welches dann zur Verstromung in einer Brennstoffzelle genutzt werden kann. Außerdem verfügt das dort beschriebene System über einen als katalytischen Brenner ausgebildeten Hilfsreaktor, welcher aus den nicht umgesetzten Reststoffen thermische Energie für die Verwendung in dem System zurückgewinnt.
  • Die gesamte Regelung des Systems erfordert dabei eine Vielzahl von Sensoren und Parametern und wird je nach Betriebszustand des Systems nach unterschiedlichen Regelalgorithmen realisiert. Zum Regeln der Reformierung und der Partiellen Oxidation wird bei konstanten Lastbedingungen das Luftverhältnis und das Verhältnis S/C von Wasserdampf (S/Steam) zu Kohlenstoff C variiert. Das Verfahren zum Betreiben des Systems wird damit sowohl hinsichtlich der Sensorik als auch hinsichtlich des Regelaufwands sehr aufwändig und komplex. Dadurch ergibt sich für das System der Nachteil, dass dieses einerseits vergleichsweise teuer im Aufbau und andererseits sehr anfällig gegenüber Störungen wird.
  • Aus dem Patent Abstract of Japan JP 041 67 369 A ist es außerdem bekannt die Temperatur eines Reformers in ähnlicher Weise durch die Zugabe von Luft und Brennstoff in einem geeigneten Verhältnis zu regeln.
    •
  • Ausgehend davon ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Gaserzeugungssystems zum Bereitstellen eines wasserstoffhaltigen Gases zu schaffen, welches eine möglichst ideale Betriebsweise bei einer großen Spreizung und Dynamik der Lastzustände ermöglicht, und welches darüber hinaus mit wenigen, sehr einfachen und robusten Sensoren auszukommen vermag.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Temperatur der autothermen Reformierungsstufe im Bereich der aus ihr austretenden Produkte durch eine Variation der Menge an zugeführtem Wasser auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt wird.
  • Erfindungsgemäß werden die Produktgase außerdem nach der autothermen Reformierungsstufe einen Wärmetauscher durchströmen, in welchem zumindest ein Teil des Edukts Wasser für die autotherme Reformierungsstufe erwärmt, verdampft und gegebenenfalls überhitzt wird, wobei über die Zugabe der Wassermenge in den Wärmetauscher die Temperatur der aus dem Wärmetauscher austretenden Produktgase geregelt wird.
  • Durch diesen Wärmetauscher in Strömungsrichtung des Produktgasstromes nach der Messung der Temperatur als Zielgröße für die Regelung der autothermen Reformierungsstufe, kann der Produktgasstrom abgekühlt werden, so dass nachfolgende Komponenten weitgehend unabhängig von der Austrittstemperatur der Produktgase aus der autothermen Reformierungsstufe betrieben werden können. Zum realisieren dieser Kühlung wird zumindest ein Teil des Wassers als eines der Edukte für die autothermen Reformierungsstufe verwendet, so dass die thermische Energie, welche durch die Kühlung verloren gehen würde, dem System bzw. der autothermen Reformierungsstufe unmittelbar wieder zur Verfügung gestellt wird.
  • Um ein eventuell auftretendes Defizit an Wasser als Edukt für die autotherme Reformierungsstufe ausgleichen zu können, kann gemäß der Erfindung zwischen den beiden Wärmetauschern das noch benötigte Wasser nachdosiert werden. Wobei hier zur Minimierung des Aufwands die Tatsache genutzt werden kann, dass der Betrieb der autothermen Reformierungsstufe relativ unempfindlich auf die Zusammensetzung des Verhältnisses der Edukte reagiert, solange die vorgegebener Austrittstemperatur eingehalten werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem anhand der Zeichnung nachfolgend näher dargestellten Ausführungsbeispiel.
    •
  • Es zeigt:
  • 1 einen schematisch dargestellten möglichen Aufbau einer autothermen Reformierungsstufe mit Einrichtungen zur Zufuhr von Edukten;
  • 2 ein Aufbau analog zu 1 mit einer zusätzlichen Shiftstufe; und
  • 3 einen schematischen Aufbau eines möglichen Gaserzeugungssystems, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird.
  • In 1 ist eine autothermen Reformierungsstufe 1 als Teil eines in seiner Gesamtheit hier nicht dargestellten Gaserzeugungssystems 2 zu erkennen. Der autothermen Reformierungsstufe 1 werden als Edukte Wasser H2O, ein sauerstoffhaltiges Medium O2, im allgemeinen Luft, sowie eine kohlenwasserstoffhaltige Verbindung CnHm oder ein Gemisch aus mehreren kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen, wie z.B. Benzin, Diesel, Alkohole oder dergleichen, welche nachfolgen zur Vereinfachung ebenfalls als kohlenwasserstoffhaltige Verbindung CnHm bezeichnet werden, zugeführt. In der autothermen Reformierungsstufe 1 wird aus diesen Edukten in an sich bekannter Weise ein wasserstoffhaltiges Produktgas erzeugt, welches im allgemeinen nach dem Durchströmen weiterer Komponenten zur Gasreinigung bzw. Wasserstoffanreicherung als wasserstoffreiches Gas genutzt wird. Eine derartige Nutzung kann z.B. das Betreiben einer Brennstoffzelle sein.
  • Die Edukte Wasser H2O und Luft O2 werden der autothermen Reformierungsstufe 1 als heiße und gas- bzw. dampfförmige Medien zugeführt, in welchen dann unmittelbar vor dem Eintritt in die autothermen Reformierungsstufe 1 die kohlenwasserstoffhaltige Verbindung CnHm eingebracht, z.B. zerstäubt, wird. Die Edukte Wasser H2O und Luft O2 werden dazu über wenigstens einen – in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere über zwei – Wärmetauscher 3, 4 erwärmt, verdampft und/oder überhitzt.
  • In dem ersten Wärmetauscher 3 werden die beiden Edukte Wasser H2O und Luft O2 durch die thermische Energie in dem die autotherme Reformierungsstufe 1 verlassenden Produktgas aufgeheizt und/oder verdampft. Danach gelangen die Edukte Wasser H2O und Luft O2 in den zweiten Wärmetauscher 4, welcher mit einem katalytischen Brenner 5 in unmittelbarem Kontakt steht, so dass die beiden Edukte hier im allgemeinen vollständig verdampft und/oder überhitzt werden. Diesen so konditionierten Edukten wird dann die kohlenwasserstoffhaltige Verbindung CnHm zugesetzt. Wie bereits erwähnt findet in der autothermen Reformierungsstufe 1 dann der Umsatz der Edukte in das wasserstoffhaltiges Produktgas statt.
  • Um den Umsatz der Edukte in das wasserstoffhaltiges Produktgas in der autothermen Reformierungsstufe 1 in möglichst idealer Weise zu gewährleisten wird die Temperatur der autothermen Reformierungsstufe 1 bzw. der Produktgase in einem Austrittsbereich 6 aus der autothermen Reformierungsstufe 1 auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt. Durch eine Regelung auf die Ausgangstemperatur der autothermen Reformierungsstufe 1 lässt sich mit minimalem Aufwand und einem sehr einfachen Temperatursensor in dem Produktgasstrom eine Regelung auf annähernd ideale Betriebsbedingungen realisieren. Dabei spielt das Verhältnis der Edukte Wasser H2O, kohlenwasserstoffhaltige Verbindung CnHm, und Luft O2, keine oder nur eine sehr untergeordnete Rolle für die Betriebsbedingungen. Deshalb können die Mengen der einzelnen Edukte zueinander in sehr weiten Grenzen variiert werden, ohne dass dies den Betrieb der autothermen Reformierungsstufe 1 nachteilig beeinflusst. Zur Regelung der Temperatur kann also in sehr einfachen und effektiver Weise lediglich die Menge an zugeführtem sauerstoffhaltigem Medium bzw. Luft O2 variiert werden.
  • In 2 ist ein vergleichbarer Aufbau nochmals dargestellt, wobei hier zusätzlich eine Hochtemperaturshiftstufe 7 als weitere Komponente des Gaserzeugungssystems 2 zu erkennen ist. Da nun derartige weitere Komponenten, z.B. die Hochtemperaturshiftstufe 7, im allgemeinen ein niedrigeres Temperaturniveau der in Sie eintretenden Gase benötigen, als die Temperatur der Produktgase im Austrittsbereich 6 aus der autothermen Reformierungsstufe 1, kann thermische Energie aus dem Produktgas in dem Wärmetaucher 3 an die Edukte abgegeben werden.
  • Der Aufbau gemäß 2 ermöglicht es außerdem, dass die Temperatur des Produktgases am Eintritt in die Hochtemperaturshiftstufe 7 geregelt wird. Dazu wird lediglich die Menge an Wasser H2O, welches in den Wärmetauscher 3 gelangt entsprechend erhöht oder erniedrigt, so dass dadurch die Kühlleistung des Wärmetauschers 3 beeinflusst wird. Das Wasser H2O wird dazu als flüssiges Wasser H2O in die nach Möglichkeit vorgewärmte Luft O2 eingespritzt und bildet dann ein Aerosol. Die Tröpfchen dieses Aerosols werden dann in dem Wärmetauscher 3 verdampft und entziehen dabei dem Produktgas thermische Energie. Damit lässt sich die Temperatur des Produktgases für die Hochtemperaturshiftstufe 7 unabhängig von der Temperatur des Produktgases im Austrittsbereich 6 der autothermen Reformierungsstufe 1 in der gewünschten Weise einstellen.
  • Um ein eventuell auftretendes Defizit an Wasser H2O als Edukt für die autotherme Reformierungsstufe 7 ausgleichen zu können, kann zwischen den beiden Wärmetauschern 3, 4 das noch benötigte Wasser H2O nachdosiert werden. Wobei auch hier zur Minimierung des Aufwands die Tatsache genutzt werden kann, dass der Betrieb der autothermen Reformierungsstufe 1 relativ unempfindlich auf die Zusammensetzung des Verhältnisses der Edukte reagiert, solange die vorgegebener Austrittstemperatur eingehalten werden kann. Falls möglich wird jedoch immer so dosiert, dass die Summe der eingebrachten Menge an Wasser H2O entsprechend einem vorgegeben Zusammenhang proportional zu der Menge der zudosierten kohlenwasserstoffhaltigen Verbindung CnHm ist.
  • In 3 ist nun die Integration des soeben beschriebenen Aufbaus in eine mögliche Ausführungsform des Gaserzeugungssystems 2 in seiner Gesamtheit dargestellt. Neben dem soeben beschriebenen Aufbau verfügt das Gaserzeugungssystem 2 dabei insbesondere noch über ein Wasserstoffseparationsmodul bzw. Membranmodul 8. Dieses an sich bekannte Membranmodul 8 verfügt dabei über metallische Membranen (z.B. Pd-Membranen), welche bei geeigneten Temperaturen für Wasserstoff H2 selektiv durchlässig sind, so dass durch das Membranmodul 8 aus dem wasserstoffreichen Gas nach der Hochtemperaturshiftstufe 7 nahezu reiner Wasserstoff H2 gewonnen werden kann. Dieser Wasserstoff H2 kann dann beispielsweise einer Brennstoffzelle zugeführt werden. Das Restgas, das sogenannte Retentat, wird über die Leitung 9 aus dem Membranmodul 1 abgeführt und wird dann, ggf. zusammen mit anderen Abgasen und/oder optionalem zusätzlichen Brennstoff, dem katalytischen Brenner 5 zugeführt. In dem katalytischen Brenner 5 erfolgt dann eine Umsetzung der verwertbaren Inhalte des Restgases in thermische Energie, wozu im katalytischen Brenner 5 außer dem Restgas noch ein sauerstoffhaltiges Medium O2 bzw. Luft über eine Leitung 10 zugeführt wird. In dem katalytischen Brenner 5 werden diese Ausgangsstoffe dann zu thermischer Energie umgesetzt und die heißen Abgase der katalytischen Verbrennung gelangen über eine Leitung 11 in den Bereich des Membranmoduls 8, und hier insbesondere in ein Gehäuse 12 des Membranmoduls 8, welches als Wärmetauscher so ausgebildet ist, dass das Membranmodul 8 durch die heißen Abgase des katalytischen Brenners 5 beheizt werden kann. Die Integration des Wärmetauschers in das Gehäuse 7 des Membranmoduls 1 ermöglicht dabei einen sehr kompakten Aufbau mit seinen günstigen Eigenschaften hinsichtlich thermischer Verluste, Packaging und dergleichen. Des weiteren beheizt der katalytische Brenner 5 den Wärmetauscher 4.
  • Für den Betrieb des Membranmoduls 8 ist ein Temperaturniveau notwendig, welches sich bei den derzeit eingesetzten Materialien in etwa zwischen 370°C und 470°C bewegt, je nach Betriebsbedingungen bzw. Stoffdurchsatz durch das Membranmodul 8. Um das Membranmodul 8 nun auf diese Temperatur aufzuheizen, können einerseits die heißen Abgase des katalytischen Brenners 5, welche durch die Leitung 11 in den Bereich des als Wärmetauscher ausgebildeten Gehäuses 12 strömen und andererseits auch die in dem Wärmetauscher 4 erwärmten und in der autothermen Reformierungsstufe 1 und der Hochtemperaturshiftstufe 7 entsprechen umgesetzten Edukte genutzt werden. Da für eine ideale Funktionsweise des Membranmoduls 8 ein vergleichsweise enges Temperaturfenster eingehalten werden muss, ist nun auch die Regelung der Temperatur des Membranmoduls 8 von Bedeutung. Um mit möglichst wenig Aufwand hinsichtlich der Sensorik und/oder Regelungstechnik eine derartige Regelung der Temperatur zu erreichen, wird die Temperatur der beiden das Membranmodul 8 temperierenden Medienströme entsprechend beeinflusst.
  • Dazu kann erstens die Temperatur des katalytischen Brenners 5 beeinflusst werden. Dazu lässt sich in idealer Weise eine Regelung der Temperatur des katalytischen Brenners 5 durch eine Variation der Menge an zugeführter Luft O2 erreichen. Die Regelung ist dabei so ausgelegt, dass eine vorgegebene Mindestmenge an Luft O2 nie unterschritten wird. Diese vorgegebene Mindestmenge lässt sich beispielsweise durch einen Lüfter oder dergleichen realisieren, welcher dann zu Regelungszwecken durch einen zweiten Lüfter unterstützt wird, oder welcher zu Regelungszwecken in einem Drehzahlbereich oberhalb einer vorgegebenen Mindestdrehzahl betrieben wird.
  • Die zweite Möglichkeit regelnd in die Temperatur des katalytischen Brenners 5 und damit letztendlich in die Temperatur des Membranmoduls 8 einzugreifen, ergibt sich durch die Zugabe von Wasser H2O zwischen den beiden Wärmetauschern 3, 4. Durch die Zugabe von Wasser H2O, welches beispielsweise flüssig oder als Aerosol eingebracht werden kann, wird eine Abkühlung der Edukte bzw. keine so starke Erwärmung der Edukte in dem Wärmetauscher 4 erreicht. Dies wirkt sich einerseits auf die Temperatur der Edukte selbst und andererseits wiederum auf die Temperatur des katalytischen Brenners 5, und damit auch auf die Temperatur seiner Abgase, aus. Also kann auch hier über die Zugabe von Wasser H2O, beispielsweise eine Erhöhung der Zugabe von Wasser H2O zur Abkühlung der Temperatur im Membranmodul 8, eine entsprechende Regelung der Temperatur des Membranmoduls 8 erreicht werden.
  • Die beiden Möglichkeiten können entweder einzeln oder insbesondere in Kombination miteinander genutzt werden, um die Temperatur des Membranmoduls 8 ideal zu regeln.
  • Für die Regelung des Gaserzeugungssystems 2, wie es in 3 prinzipmäßig dargestellt ist, ist dann des weiteren zu beachten, dass das Verhältnis S/C von in dem Gaserzeugungssystem 2 befindlichem Wasser H2O, insbesondere Wasserdampf S (Steam), zu dem in dem Gaserzeugungssystem 2 befindlichen Kohlenstoff C nicht unter einen vorgegebenen Wert absinkt. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit autothermer Reformierungsstufe 1 und Hochtemperaturshiftstufe 7 hat sich ein Wert von zwei als besonders geeignete Grenze für das Verhältnis S/C herausgestellt. Entgegen den Regelungen gemäß dem Stand der Technik wird dieses Verhältnis S/C bei dem hier beschriebenen Verfahren in etwa konstant gehalten, ohne dass eine Regelung auf den Wert des Verhältnisses S/C, noch eine Regelung des Gaserzeugungssystems 2 mittels des Verhältnisses S/C, erfolgt.
  • Das Gaserzeugungssystem 2 nach 3 funktioniert nun so, dass über eine Leitung 13 Luft O2 als eines der Edukte für die autotherme Reformierungsstufe 1 zugegeben wird. Über einen Wärmetauscher 14 wird diese Luft O2 dann von einem Teil der Restwärme in den aus dem Gehäuse 12 des Membranmoduls 8 austretenden Abgasen des katalytischen Brenners 5 vorgewärmt. In die vorgewärmte Luft O2 wird im Bereich einer Dosierstelle 15 ein Teil des als Edukt benötigten Wassers H2O so eindosiert, dass damit die Temperatur des Produktgases für die Hochtemperaturshiftstufe 7 in dem Wärmetauscher 3 in der oben genannten Art geregelt wird. Nach dem Wärmetauscher 3 gelangt das überhitzte Gemisch aus Wasser H2O und Luft O2 in den Bereich einer weiteren Dosierstelle 16. Hier wird, wie oben bereits beschrieben, Wasser H2O zugefügt, einerseits zur Vervollständigung der erforderlichen Wassermenge für die autotherme Reformierungsstufe 1 andererseits zur Regelung der Temperatur in dem Membranmodul 8.
  • Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 4 wird dem dann im allgemeinen überhitzten Gemisch aus Luft O2 und Wasserdampf H2O die kohlenwasserstoffhaltige Verbindung CnHm zugeführt, z.B. in dem Volumenstrom des Gemischs zerstäubt. In der autothermen Reformierungsstufe 1 werden diese Edukte dann in an sich bekannter Weise in das wasserstoffhaltige Produktgas, welches auch als Reformat bezeichnet wird, umgesetzt. Nach dem oben schon beschriebenen Durchströmen des Wärmetauschers 3 und einer darin erfolgenden Abkühlung des Reformats auf ein für die Hochtemperaturshiftstufe 7 geeignetes Temperaturniveau strömt das Reformat in die Hochtemperaturshiftstufe 7 und verlässt diese als wasserstoffreiches Gas, um in das Membranmodul 8 einzuströmen.
  • In dem Membranmodul 8 erfolgt die Trennung des wasserstoffreichen Reformats in Wasserstoff H2 und Retentat, welches über die Leitung 9 dem oben bereits beschriebenen Wärmetauscher 13 zugeführt wird, um mit seiner Restwärme die Luft O2 für die autotherme Reformierungsstufe 1 vorzuwärmen. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 13 gelangt das Retentat bzw. Restgas über weitere optionale Einrichtungen, wie beispielsweise eine Druckhalteeinrichtung 17, in den Bereich einer Mischstelle 18. Dort wird über die Leitung 10, wie bereits erwähnt Luft O2 zugeführt, mittels deren Menge die Regelung der Temperatur des katalytischen Brenners 5 erfolgt, in welchen das Gemisch zur thermischen Umsetzung einströmt. Die heißen Abgase aus dem katalytischen Brenner 5 gelangen über die Leitung 11 zu dem als Wärmetauscher ausgebildeten Gehäuse 12 des Membranmoduls 8 und danach ggf. über geeignete Abgasreinigungseinrichtungen und/oder Restwärmetauscher in die Umgebung.
  • Im Bereich der Mischstelle 18 lässt sich über eine weitere Leitung 19 ggf. auch zusätzlicher Brennstoff, z.B. dieselbe kohlenwasserstoffhaltige Verbindung CnHm wie zum Betreiben der autothermen Reformierungsstufe 1, zuführen. Diese optionale Zufuhr von Brennstoff kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn die von dem katalytischen Brenner 5 erzeugte thermische Energie nicht ausreichend ist. Neben der zum Betrieben der autothermen Reformierungsstufe 1 ohnehin benötigten kohlenwasserstoffhaltigen Verbindung CnHm, wäre auch die Verwendung eines anderen Brennstoffs, z.B. eines leichter siedenden oder bereits gasförmig vorliegenden Brennstoffs denkbar. Insbesondere für den Startfall könnte zum schnellen anwärmen des Systems eine kurzkettige Kohlenwasserstoffverbindung oder ein wasserstoffreiches Gas verwendet werden.
  • In einem derartigen hochkomplex verschachtelt ausgebildeten Gaserzeugungssystem 2 wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Aufbau geschaffen, welcher mit minimalem Aufwand an Sensorik, es sind hier lediglich Temperaturfühler erforderlich, und minimalem Aufwand an Regelalgorithmen eine bestmögliche Regelung der Temperaturen auf die geregelt werden soll, erlaubt. Es können die Temperaturen dabei außerdem in Abhängigkeit der aktuellen Betriebsbedingungen des Gaserzeugungssystems 2, und hier insbesondere in Abhängigkeit des gewünschten Wasserstoffdurchsatzes, vorgegeben werden, so dass für verschiedene Betriebsbedingungen ohne großen regelungstechnischen Aufwand lediglich über eine Änderung der vorgegebenen soll-Temperaturwerte ein idealer Betrieb des Gaserzeugungssystems 2 erzielt werden kann. Dabei kann mit der einen hier beschriebenen Regelung auf die Temperaturen eine sehr guter Betrieb des Gaserzeugungssystems 2 in nahezu allen Betriebszuständen von stationär bis hochdynamisch sichergestellt werden, ohne dass dazu die Regelstrategie und/oder die Regelalgorithmen verändert werden müssten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei insbesondere zur Regelung des Betriebes eines Gaserzeugungssystems 2 genutzt werden, welches nahezu reinen Wasserstoff zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems erzeugt. Insbesondere macht ein derartiges System dann Sinn, wenn dieses Brennstoffzellensystem als Hilfsenergieerzeuger (APU – Auxiliary Power Unit) in einem mobilen System, wie z.B. einem Kraftfahrzeug, einem Schiff, einem Flugzeug oder dergleichen, eingesetzt wird, da hier die kohlenwasserstoffhaltige Verbindung üblicherweise zum Betreiben eines Verbrennungsmotors oder dergleichen ohnehin vorhanden ist.
  • Neben dieser sehr vorteilhaften Verwendung des Verfahrens ist eine Verwendung selbstverständlich auch zur Regelung eines Gaserzeugungssystems 2, mit welchem Wasserstoff für Motoren oder für Brennstoffzellen zu Antriebszwecken erzeugt wird, denkbar. Wobei eine Einsatz sowohl in stationären Systemen als auch in mobilen Systemen, wie z.B. dem oben genannten Kraftfahrzeug, sinnvoll ist, insbesondere, da auch hochdynamische Vorgänge ohne spezielle Anpassung der Regelalgorithmen von dem Verfahren erfasst werden können.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Gaserzeugungssystems zum Bereitstellen eines wasserstoffhaltigen Gases, bestehend zumindest aus einer autothermen Reformierungsstufe, welcher Wasser, ein sauerstoffhaltiges Medium und ein kohlenwasserstoffhaltiges Medium als Edukte zugeführt werden, wobei in wenigstens einem Wärmetauscher zumindest ein Teil der Edukte für die autotherme Reformierungsstufe erwärmt, verdampft und/oder überhitzt werden, wobei die Temperatur der autothermen Reformierungsstufe im Bereich der aus ihr austretenden Produkte durch eine Variation der Menge an zugeführtem sauerstoffhaltigem Medium auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktgase nach der autothermen Reformierungsstufe (1) einen Wärmetauscher (3) durchströmen, in welchem zumindest ein Teil des Edukts Wasser (H2O) für die autotherme Reformierungsstufe (1) erwärmt, verdampft und/oder überhitzt wird, wobei über die Zugabe der Wassermenge in den Wärmetauscher (3) die Temperatur der aus dem Wärmetauscher (3) austretenden Produktgase geregelt wird, wobei weiteres Wasser (H2O) zwischen den beiden Wärmetauschern (3, 4) eingebracht wird, falls die Wassermenge kleiner als eine Wassermenge ist, welche nach einem vorgegebenen Zusammenhang proportional zu der Menge an zudosiertem kohlenwasserstoffhaltigen Medium (CnHm) ist, wobei die Menge an weiterem Wasser (H2O) so gewählt wird, dass die Summe der eingebrachten Wassermenge entsprechend dem vorgegeben Zusammenhang proportional zu der Menge an zudosiertem kohlenwasserstoffhaltigen Medium (CnHm) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Medium (O2) in Strömungsrichtung vor der ersten Zudosierung von Wasser (H2O) vorgewärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser (H2O) flüssig zugegeben und in dem Volumenstrom des sauerstoffhaltigen Mediums (O2) zerstäubt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als sauerstoffhaltiges Medium (O2) Luft verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als kohlenwasserstoffhaltiges Medium (CnHm) ein Gemisch von höherkettigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Benzin oder Diesel, verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Wärmetauscher (4) durch die thermische Energie, welche ein katalytischer Brenner (5) liefert, beheizt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Strömungsrichtung des Produktgases an den Wärmetauscher (3) eine Hochtemperaturshiftstufe (7) anschließt, wobei die Eintrittstemperatur des Produktgases in die Hochtemperaturshiftstufe (7) durch eine Variation der Menge an zugegebenem Wasser (H2O) in den Wärmetauscher (3) geregelt wird.
  8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der oben angegebenen Ansprüche zur Regelung eines Gaserzeugungssystems (2) zum Erzeugen eines wasserstoffhaltigen Gases zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems.
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