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invention
Fédération de Russie Patent RU2280925

Séparation des gaz à haute efficacité énergétique pour la pile à combustible

Nom de l'inventeur: KIIFER Bowie G. (CA); Dennis J. Connor (CA) .; Carl F. HUNTER (CA)
Le nom du titulaire du brevet: KVESTEYR TECHNOLOGIES INC. (CA)
Adresse de correspondance: 129010, Moscou, ul. Boris Spassky, 25, p.3, Ltd. "Gorodissky and Partners", pat.pov. S.A.Dorofeevu, identification n ° 146
Date de début du brevet: 26.10.2001

L'invention se rapporte à l'ingénierie électrique, notamment pour un système générant un courant électrique, qui comprend une pile à combustible fonctionnant à une température d'environ 250 ° C, choisi parmi le carbonate fondu ou de l'oxyde solide. Le système génère de l'électricité par les piles à combustible, en particulier module de pile à combustible à haute température comprend l'adsorption en utilisant la différence de pression pour augmenter l'efficacité énergétique des piles à combustible. Le résultat technique de l'invention est d'augmenter l'efficacité de conversion d'énergie thermique en énergie électrique en fournissant un procédé pour maintenir une concentration élevée d'hydrogène à la concentration d'anode et riche en oxygène à la cathode tout en transférant effectivement le dioxyde de carbone chaud de l'anode vers la cathode.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

La présente invention concerne un système de génération de puissance sur la base de la pile à combustible, qui utilise une adsorption en utilisant la différence de pression pour augmenter l'efficacité énergétique des piles à combustible, en particulier des piles à combustible à haute température, tels que des éléments combustibles en provenance du carbonate fondu et de l' oxyde solide.

Cette application a une réclamation à l'effet de l'invention de la demande de brevet canadien №2325072, déposée le 30 Octobre 2000, et la demande provisoire US №60 / 323169, déposée le 17 Septembre, 2001, les divulgations sont incorporés ici par référence.

Les piles à combustible fournissent un coffre-fort en termes de source de courant électrique de l'écologie. Un type d'élément pour la production d'énergie élevée, en particulier, à condition pour les centrales électriques fixes, le combustible est une pile à combustible du carbonate fondu (MCFC). MCFC comprend un canal d'anode pour recevoir un gaz contenant de l'hydrogène (ou le combustible, un gaz combustible qui réagit dans le canal d'anode afin de générer des réactions de conversion d'hydrogène avec de la vapeur et un déplacement du gaz à l'eau), un canal de cathode pour recevoir des flux de gaz contenant de l'oxygène, la matrice poreuse contenant un électrolyte fondu, du carbonate, qui sépare le canal d'anode du canal de cathode. L'oxygène et le dioxyde de carbone dans le canal de cathode réagissent pour former des ions carbonate, qui traversent l'électrolyte pour réagir avec de l'hydrogène dans le canal d'anode, en formant un flux d'électrons. Comme la consommation d'hydrogène a lieu la conversion du monoxyde de carbone sous l'influence de la vapeur d'eau, conduisant à la formation d'hydrogène supplémentaire. Le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau produite dans le canal d'anode par oxydation des composants du combustible, et par la réduction des ions carbonates à partir de l'électrolyte. température typique de fonctionnement de la pile à combustible de carbonate fondu est d'environ 600 à environ 650 ° C

Un autre type de pile à combustible à haute température est une pile à combustible d'oxyde solide (TETO). TETO comprend un canal d'anode pour recevoir un flux de gaz contenant de l'hydrogène (ou un gaz combustible qui réagit dans le canal d'anode pour produire de l'hydrogène par des réactions de reformage à la vapeur et de déplacement du gaz à l'eau), un canal de cathode pour recevoir un flux de gaz contenant de l'oxygène et d'un électrolyte solide qui est une membrane en céramique qui passe d'ions d'oxygène et qui sépare le canal d'anode du canal de cathode. L'oxygène dans le canal de cathode se dissocie en ions oxygène qui traversent l'électrolyte pour réagir avec de l'hydrogène dans le canal d'anode, en formant un flux d'électrons. Comme la consommation de l'hydrogène, du monoxyde de carbone peut être oxydé directement, ou il peut se produire sous l'influence de conversion à la vapeur, ce qui entraîne la formation d'hydrogène supplémentaire. Le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau produite dans le canal d'anode par oxydation des composants du combustible. Une température de fonctionnement de la pile à combustible typique de l'oxyde solide est d'environ 500 ° C à environ 1000 ° C

Sauf dans de rares cas, lorsque de l'hydrogène (par exemple, résultant du processus de purification ou de traitement chimique des gaz résiduaires ou produits à partir de sources renouvelables par électrolyse de l'eau) peut directement servir de combustible, l'hydrogène doit être produite à partir de combustibles fossiles, avec l'aide d'un système de traitement approprié carburant. Pour la génération stationnaire de puissance (puissance) génèrent de préférence l'hydrogène à partir de vapeur de gaz naturel reformage ou oxydation partielle pour produire "syngas" (gaz de synthèse) contenant un mélange d'hydrogène, de monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, vapeur d'eau et une certaine quantité de qui n'a pas réagi le méthane. Que la consommation d'hydrogène dans le canal d'anode de la pile à combustible, une grande partie du monoxyde de carbone réagit avec de la vapeur par la conversion de la vapeur d'eau pour former plus d'hydrogène et de dioxyde de carbone. Autre matériau carboné (à savoir, des hydrocarbures plus lourds, le charbon ou la biomasse) peuvent être mis à réagir avec de l'oxygène et de la vapeur pour produire du gaz de synthèse par oxydation partielle, autothermique gazéification ou conversion. Les piles à combustible peuvent fonctionner sur hydrogène ou "syngaz" généré des réactions extérieures.

Le grand avantage des systèmes MCFC et Teto est que leur température de fonctionnement élevée facilite l'intégration thermique proche de la pile à combustible et le système de traitement de combustible. La température élevée et peut éliminer l'utilisation de catalyseurs à base de métaux nobles nécessaires pour piles à combustible à des températures plus basses.

Les systèmes de l'art antérieur MCFC ont de sérieuses limitations associées à leurs employés des températures élevées (températures de réaction) ainsi que leur besoin inhérent à appliquer le dioxyde de carbone à la cathode, en le retirant de l'anode.

systèmes TETO Dans l'art antérieur ne sont même pas des conditions de température plus critiques, et ils ont l'inconvénient de la dégradation de la contrainte de l'élément à haute température dans des conditions normales de fonctionnement.

pouvoir calorifique inférieur du combustible détermine généralement l'énergie (variation d'enthalpie de la réaction) qui peut être généré par l'oxydation du carburant. L'énergie électrochimique qui peut être générée par une pile à combustible idéal est cependant la conversion dans la réaction d'une espèce dans une autre énergie libre, mais il est aussi important que le changement d'enthalpie. La différence entre la variation d'enthalpie et de la transformation de l'énergie libre est le produit de la réaction de changement d'entropie, multiplié par la température absolue. La différence augmente à des températures plus élevées, de sorte que les piles à combustible à haute température est naturellement convertis fraction inférieure de l'énergie du combustible en énergie électrique avec un rendement élevé, alors qu'une grande partie de l'énergie de carburant peut être obtenue que sous forme de chaleur qui doit être convertie en énergie électrique cycle supplémentaire génération d'énergie thermodynamique utilisant la chaleur perdue (c.-à-turbine à vapeur ou électriques à turbine à gaz plantes), avec moins d'efficacité.

L'accumulation de produits de réaction (dioxyde de carbone et vapeur) sur l'anode de la pile à combustible, résiste à réaction électrochimique, de sorte que la quantité d'énergie libre est réduite. Augmentation de la pression partielle de l'oxygène et du dioxyde de carbone au-dessus de la cathode, et l'augmentation de la pression partielle de l'hydrogène sur l'anode favoriser la réaction de développement, de sorte que l'énergie libre est augmenté. Malheureusement, la réaction épuise l'oxygène et du dioxyde de carbone dans le canal de cathode et appauvrit l'hydrogène dans le canal d'anode, ce qui augmente considérablement la contre-pression de dioxyde de carbone dans le canal d'anode. Par conséquent, la conversion de l'énergie libre est réduite, ce qui réduit directement la tension de la batterie de la pile à combustible. Ceci réduit l'efficacité électrique du système, ce qui entraîne une augmentation de la chaleur qui doit être converti d'une efficacité inférieure supplémentaire déjà génération d'énergie à cycle thermique en utilisant la chaleur résiduelle.

Conversion de l'énergie libre est simplement le produit de la force électromotrice ( "E") de l'élément et la charge transférée par mole de réaction "2F", où le score des deux reflète la valence de l'ion carbonate. équation de Nernst subséquente pour MCFC exprime la dépendance de la force électromotrice des pressions partielles des réactifs électrochimiques dans l'anode et de la cathode canaux, indiquée ci-dessus , où la force électromotrice standard ( _«Eo») fait référence à tous les composants dans des conditions standard avec de l' eau sous forme de vapeur.

Les systèmes du MCFC de l'art antérieur ne fournissent pas de solution satisfaisante à ce problème, ce qui entrave sérieusement la réalisation de l'efficacité globale. La solution consiste à proposer un procédé pour maintenir une concentration élevée en hydrogène à l'anode et de la concentration élevée d'oxygène à la cathode tout en transférant effectivement le dioxyde de carbone chaud de l'anode vers la cathode. En dépit des tentatives pour développer une technologie de transfert de dioxyde de carbone efficace qui est compatible avec les conditions de fonctionnement du MCFC répété, aucune de ces tentatives n'a été couronnée de succès.

La méthode adoptée de fournir du dioxyde de carbone à la cathode de MCFC consistait en la fraction d'incinération de gaz d'anode usée (y compris l'hydrogène qui n'a pas réagi et d'autres composants du combustible) pour fournir du dioxyde de carbone mélangé avec de la vapeur et de l'azote à mélanger avec de l'air supplémentaire fournissant de l'oxygène à la cathode. Ce principe a de sérieuses limites. Pour relativement efficace la production d'énergie électrochimique est impossible de fournir même un nombre plus grand que le carburant d'origine, car il nécessite une combustion supplémentaire dont la chaleur ne peut être absorbée supplémentaire utile la production d'énergie de cycle en utilisant la chaleur résiduelle. En outre, le rapport du gaz oxygène / cathode d'azote est dilué encore plus grande que l'air ambiant, et qui réduit la tension de cellule et transmet la charge supplémentaire générée l'énergie est moins efficace à l'usine de production d'énergie thermique utilisant la chaleur évacuée ainsi.

À la suite de l'équation de Nernst TETO exprime la dépendance de la force électromotrice des pressions partielles des réactifs électrochimiques dans les canaux d'anode et de cathode, avec l'hypothèse simplificatrice que le CO est converti en réaction de conversion à la vapeur d'eau. La plupart dépendance, bien sûr, est montré à des températures les plus élevées de fonctionnement (températures de réaction) TETO.

Système d'adsorption en utilisant une pression différentielle (ARA) sont capables de produire un gaz de pile à combustible. Système d'adsorption en utilisant une pression différentielle ou d'un système d'adsorption à vide en utilisant une pression différentielle (WARD) séparation des fractions de gaz à partir d'un mélange gazeux en coordonnant les cycles de pression et modifie la direction d'écoulement de l'adsorbeur ou un lit d'adsorbant qui adsorbe préférentiellement le plus facilement adsorbé composant gazeux par rapport au composant gazeux adsorbé à l'aise. La pression totale du mélange gazeux dans l'adsorbeur augmente lorsque le mélange gazeux circule à travers l'adsorbeur d'une extrémité à l'autre extrémité de celui-ci, et est réduite lorsque le mélange gazeux circule à travers l'adsorbant au niveau de la seconde extrémité vers la première extrémité. Lorsque le cycle d'adsorption par différence de pression est répétée, un composant moins facilement adsorbable est concentrée au voisinage de la seconde extrémité de l'adsorbeur, et le composant le plus facilement adsorbé est concentrée au voisinage de la première extrémité de l'adsorbeur. À la suite d'un produit «lumière» (fraction gazeuse appauvrie en plus aisément le composant adsorbé et le composant enrichi adsorbé moins facilement) provient de la deuxième extrémité de la cartouche, et la (fraction de gaz enrichie en le composant le plus rapidement adsorbé) "lourd" produit sort la première extrémité de la cartouche.

Toutefois, dans le système classique, où l'adsorption a lieu en utilisant une pression différentielle ou d'un vide d'adsorption modulée en utilisant une différence de pression sont exploités en parallèle deux ou plusieurs adsorbeurs fixes avec une pluralité de duale rails de soupapes (valves) à chaque extrémité de chaque adsorbeur pour raccorder les adsorbeurs en séquence à des sources de pression en alternance et robinets. Ce système est souvent difficile et coûteux à mettre en oeuvre en raison de la grande taille des adsorbeurs et de la complexité des soupapes d'équipement nécessaires. Les vannes ne peuvent fonctionner à des températures de fonctionnement MCFC (carbonate de pile à combustible fondu). En outre, le système d'adsorption classique en utilisant un différentiel de pression permet une utilisation inefficace de l'énergie appliquée à l'expansion irréversible du gaz lors du processus d'adsorption au moyen d'un différentiel de pression dans les adsorbeurs de pression cyclique augmente ou se produit une dépressurisation. systèmes PSA classiques sont encombrants et lourds en raison de la fréquence de cycle faible et donc grande structure d'adsorbant. En outre, ARA technologie de l'art antérieur peut ne pas être en mesure de travailler à une température élevée. En outre, les adsorbants qui peuvent séparer le dioxyde de carbone en présence de vapeur d'eau doit être prévu pour tout procédé de séparation de gaz de l'anode en utilisant une différence de pression d'adsorption, se produisant à une température élevée.

les descriptions ont été proposées centrale combinée de cycle avec un cycle de turbine à gaz, combiné avec le système de pile à combustible. En outre, l'application publiée internationale des brevets (sur les droits communs) de WO 00/16425 PCT fournit un certain nombre d'exemples de la façon d'installer l'adsorption en utilisant la différence de pression peut être intégré avec une turbine à gaz des centrales électriques ou centrales électriques à pile à combustible ayant une unité de turbine à gaz auxiliaire.

Un autre problème auquel les systèmes et les processus décrits pour surmonter le réchauffement climatique causé par les émissions totales de dioxyde de carbone provenant des centrales de production d'électricité utilisant des combustibles fossiles.

Les systèmes et les procédés décrits et abordent les problèmes suivants liés à la protection environnementale:

A. L'origine du CO ₂ concentré pour son enlèvement et l' élimination.

B. élimination pratiquement complète des émissions de _NO x toxiques en éliminant la combustion en présence d'azote.

V. efficacité globale élevée (efficacité) pour parvenir à une utilisation plus appropriée des ressources énergétiques.

Le système de génération d'énergie est décrit sur la base de MCFC ou TETO se rapportent à éliminer les inconvénients de l'art antérieur, notamment afin d'ajuster la concentration des réactifs pour améliorer le rendement et l'efficacité, et pour transférer le MCFC dioxyde de systèmes de carbone de l'anode à la cathode, ce qui augmente la production d'énergie.

Selon un premier aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C; au moins un seul système de gaz sélectionné à partir du système de séparation d'hydrogène gazeux ou l'alimentation d'un système de gaz contenant de l'oxygène relié à la pile à combustible, la séparation de l'hydrogène gazeux du système ou d'un système de distribution de gaz contenant de l'oxygène comprend au moins un dispositif sélectionné à partir d'un compresseur ou d'une pompe, le système de séparation de l'hydrogène gazeux ou d'un système de distribution de gaz contenant de l'oxygène comprend un module utilisant la différence de pression d'adsorption; et un système d'entraînement du compresseur ou de la pompe qui comprend un moyen pour récupérer de l'énergie dans au moins l'un des systèmes d'hydrogène de séparation de gaz, le système de distribution de gaz contenant de l'oxygène ou à la chaleur de la pile à combustible.

De préférence, la pile à combustible est une pile à combustible ou une cellule de fusion à combustible à carbonates de l'oxyde solide.

De préférence, la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

De préférence, des moyens de récupération d'énergie comprend au moins un système sélectionné parmi une turbine à gaz, un échangeur de chaleur ou un moteur Stirling.

De préférence, la pompe est une pompe à vide.

Selon un second aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins 250 ° C; au moins un système de gaz sélectionné à partir d'un système de séparation de l'hydrogène gazeux ou d'un système d'alimentation en gaz contenant de l'oxygène couplé à la pile à combustible, le système de séparation de gaz hydrogène ou d'un système de distribution de gaz contenant de l'oxygène comprend un module utilisant la différence de pression d'adsorption; et un système de turbine à gaz couplée au système de séparation de l'hydrogène gazeux ou une alimentation de système de gaz contenant de l'oxygène, dans lequel le système de turbine à gaz est alimenté par l'énergie récupérée par au moins un des systèmes de séparation de l'hydrogène gazeux, le système d'alimentation de gaz ou de chaleur de la pile à combustible contenant de l'oxygène.

De préférence, le module d'adsorption en utilisant une différence de pression est agencée pour fournir de l'hydrogène gazeux à la pile à combustible, dans lequel l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression comprend un premier adsorbant et au moins un second matériau sélectionné à partir d'un deuxième catalyseur de conversion d'adsorbant avec de la vapeur catalyseur ou réaction de déplacement du gaz à l'eau.

De préférence, le premier adsorbant adsorbe principalement du dioxyde de carbone par rapport à la vapeur d'eau.

De préférence, le premier adsorbant comprend activé matériau alcalin et le catalyseur comprend un alliage Cu-ZnO, un groupe carbonyle ou un catalyseur complexe métal de transition comprenant un métal du groupe des métaux de transition introduits dans la cage de la zéolite.

De préférence, le système de turbine à gaz est en outre couplé à au moins un dispositif choisi parmi un compresseur, une pompe ou le dispositif auxiliaire.

Selon un troisième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible sélectionnée à partir d'une pile à combustible ou une cellule de fusion à combustible à carbonate d'un oxyde solide; au moins un système de gaz sélectionné à partir d'un système de séparation de l'hydrogène gazeux ou d'un système d'alimentation en gaz contenant de l'oxygène couplé à la pile à combustible, le système de séparation de gaz hydrogène ou d'un système de distribution de gaz contenant de l'oxygène comprend un module utilisant la différence de pression d'adsorption; et un système de turbine à gaz couplée au système de séparation de l'hydrogène gazeux ou une alimentation de système de gaz contenant de l'oxygène, dans lequel le système de turbine à gaz est alimenté par l'énergie récupérée par au moins un des systèmes de séparation de l'hydrogène gazeux, le système d'alimentation de gaz ou de chaleur de la pile à combustible contenant de l'oxygène.

Selon un quatrième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C; au moins un seul système de gaz sélectionné à partir du système de séparation d'hydrogène gazeux ou d'un système de séparation de gaz contenant de l'oxygène relié à la pile à combustible, dans lequel le compartiment de l'hydrogène gazeux du système est agencé pour produire un premier courant d'effluent gazeux, dans lequel le système est un séparateur de gaz contenant de l'oxygène est configuré pour générer un second flux de gaz d'échappement; et un système de turbine à gaz couplée à au moins l'un des systèmes de séparation de l'hydrogène gazeux ou d'un système de séparation de gaz contenant de l'oxygène, dans lequel le système de turbine à gaz reçoit au moins l'un du premier courant de gaz d'échappement ou le deuxième courant de gaz d'échappement.

De préférence, la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

De préférence, le système de séparation de gaz d'hydrogène comprend un premier module d'adsorption et le premier courant de gaz d'échappement enrichi en dioxyde de carbone.

De préférence, le système comprend en outre une chambre de combustion, qui forme une première entrée pour recevoir le premier courant de gaz d'échappement et une sortie pour retirer le courant gazeux de produit de combustion.

De préférence, le système comprenant en outre un premier tuyau à travers lequel la communication de fluide de la sortie de la chambre de combustion et l'entrée de l'ouverture de cathode formée par la pile à combustible, un second tube à travers lequel le fluide d'ouverture de cathode de sortie de communication formée par le système de pile à combustible et une turbine à gaz, et au moins un échangeur de chaleur recevant au moins une partie du premier tube et au moins une partie du deuxième tube.

De préférence, le système comprend en outre au moins un conduit à travers lequel la communication de fluide de la chambre de combustion et de sortir du système de turbine à gaz.

De préférence, le système de turbine à gaz comprend au moins un dispositif choisi parmi un compresseur et une pompe à vide.

De préférence, le premier module d'adsorption comprend un module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression.

De préférence, le système de turbine à gaz comprend au moins un dispositif connecté à un module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression, le dispositif sélectionné à partir d'un compresseur et une pompe à vide.

Selon un cinquième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible, une pile à combustible sélectionnée à partir d'une pile à combustible à carbonate fondu et d'un oxyde solide; au moins une unité d'adsorption en utilisant la différence de pression, qui est adapté pour générer un flux de gaz enrichi en l'apport d'oxygène dans le flux de gaz d'échappement de la pile à combustible et un produit lourd; et au moins une pompe à vide raccordée au module à l'aide de la différence de pression d'adsorption pour extraire des flux de gaz de produit lourd.

Selon un sixième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: une source d'un gaz contenant de l'oxygène; au moins un module d'hydrogène de séparation de gaz qui est configuré pour produire un courant gazeux enrichi en hydrogène et un courant gazeux enrichi en dioxyde de carbone, et le module de séparation de gaz d'hydrogène comprend un module utilisant la différence de pression d'adsorption; un dispositif de combustion pour produire un courant du gaz contenant de l'oxygène et un courant gazeux enrichi en dioxyde de carbone gazeux produit de combustion; et au moins une pile à combustible de carbonate fondu ayant un orifice d'entrée de cathode pour recevoir le flux de gaz de produit de combustion et une ouverture d'entrée d'anode pour recevoir le flux de gaz enrichi en hydrogène.

l'unité d'adsorption de préférence en utilisant la différence de pression est reliée à une source de gaz contenant de l'oxygène et est conçu pour générer un flux de gaz enrichi en l'apport d'oxygène au dispositif de combustion.

De préférence, la pile à combustible de carbonate fondu a une sortie pour l'enlèvement d'au moins un flux de gaz d'échappement de la pile à combustible, dans lequel le système comprend en outre un premier échangeur de chaleur qui reçoit un flux de gaz d'échappement de la pile à combustible et le courant de gaz de produit de combustion.

De préférence, le système comprend en outre un réacteur de production de gaz contenant de l'hydrogène, et un tuyau pour alimenter un mélange d'un hydrocarbure combustible / eau dans le réacteur de production de gaz contenant de l'hydrogène, dans lequel au moins une partie du tuyau pour le mélange de l'échangeur de combustible / eau chaud d'hydrocarbures est disposé à l'intérieur du premier.

De préférence, le système comprend en outre un module à l'aide du différentiel de pression d'adsorption couplée à une source de courant de gaz contenant de l'oxygène qui peut générer un gaz riche en oxygène, pour l'alimentation au réacteur, générant un gaz contenant de l'hydrogène.

Selon un septième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible ayant une ouverture de sortie d'anode pour éliminer l'anode, le gaz et l'entrée de la cathode, dans lequel la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 250 ° C; Module d'adsorption en utilisant une différence de pression, qui est adapté pour générer un flux de gaz enrichi en oxygène; et un dispositif de combustion pour produire un courant à partir du flux de gaz enrichi en oxygène, et le gaz anodique de gaz d'échappement produit de combustion; et un conduit à travers lequel dispositif de combustion de communication de fluide et l'ouverture d'entrée de cathode pour l'alimentation en carburant du courant gazeux de produit de combustion à la cathode de la pile à combustible.

Selon un huitième aspect de la présente invention fournit un procédé pour la production d'au moins un courant d'alimentation à au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins 250 ° C environ, comprenant: la fourniture d'au moins l'un d'un système la séparation de l'hydrogène gazeux ou de l'alimentation d'un système de gaz contenant de l'oxygène relié à la pile à combustible, la séparation de l'hydrogène gazeux du système ou d'un système de distribution de gaz contenant de l'oxygène comprend au moins un dispositif sélectionné à partir d'un compresseur ou d'une pompe à vide et la séparation de l'hydrogène gazeux du système ou d'un système fourniture de l'unité d'adsorption de gaz contenant de l'oxygène en utilisant la différence de pression; récupération d'énergie, au moins l'un des systèmes d'hydrogène de séparation de gaz, le système de distribution de gaz contenant de l'oxygène ou à la chaleur de la pile à combustible; et la mise en oeuvre du compresseur ou de la pompe à vide au moins partiellement l'énergie régénérée pour fournir au moins un courant fourni à la pile à combustible.

De préférence, la récupération et l'exploitation de l'énergie comprennent l'administration d'au moins un flux d'échappement de la pile à combustible, système de séparation de l'hydrogène gazeux ou d'un système d'alimentation en gaz contenant de l'oxygène, au moins une unité sélectionnée à partir d'un échangeur de chaleur et une turbine à gaz.

De préférence, la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

Selon un neuvième aspect de la présente invention fournit un procédé pour produire au moins un courant de combustible, au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C, comprenant: la création d'un premier différentiel de pression dans le premier courant de gaz contenant du carburant dans des conditions suffisantes pour séparer le premier courant de gaz contenant de l'huile sur le premier courant de gaz enrichi en combustible et un premier courant de gaz combustible appauvri; l'introduction d'au moins un des premier flux gazeux enrichi en combustible ou le premier courant de gaz combustible appauvri dans une première unité pour produire une première pression différentielle et à introduire le premier courant de gaz enrichi en combustible à la pile à combustible.

De préférence, la création de la première différence de pression comprend l'adsorption par différence de pression, dans lequel le premier flux de gaz contenant de combustible comprend un flux de courant de gaz contenant de l'hydrogène est un gaz riche en combustible comprend un courant de gaz hydrogène enrichi, un courant de combustible gazeux appauvri comprend un courant de gaz enrichi en dioxyde de carbone, et l'introduction l'unité comprend l'introduction d'un flux gazeux riche en dioxyde de carbone, la turbine à gaz comme fluide de travail pour l'adsorption en utilisant une différence de pression.

Selon un dixième aspect de la présente invention fournit un procédé de production de courant gazeux contenant de l'oxygène et du dioxyde de carbone courant gazeux contenant, à la cathode de la pile à combustible de carbonate fondu et un courant de gaz à l'anode de la pile à combustible, comportant contenant de l'hydrogène: la séparation d'un courant gazeux contenant de l'hydrogène dans un courant de gaz enrichi en hydrogène et un courant le gaz enrichi en dioxyde de carbone, dans lequel la séparation se fait par adsorption en utilisant une différence de pression; courant de mélange de gaz de combustion enrichi en dioxyde de carbone et flux de gaz contenant de l'oxygène pour produire un flux de gaz de produit de combustion; l'introduction d'un courant de gaz enrichi en hydrogène à l'anode de la pile à combustible et à introduire le courant de gaz de produit de combustion à la cathode de la pile à combustible.

comprenant de préférence en outre courant d'air enrichi en oxygène pour obtenir un courant de gaz d'alimentation contenant de l'oxygène.

De préférence, le courant d'alimentation d'enrichissement en oxygène comprend l'introduction d'air dans l'unité d'adsorption avec la différence de pression pour le courant de gaz enrichi en oxygène.

De préférence, la pile à combustible alloue au moins un flux de gaz d'échappement de la pile à combustible, le procédé comprend en outre le transfert de la chaleur du courant de produit gazeux de combustion pour l'écoulement des gaz d'échappement de la pile à combustible.

De préférence, en outre courant chauffé est introduit le gaz d'échappement de la pile à combustible pour la turbine à gaz.

Selon un onzième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C; Système de récupération de chaleur d'une pile à combustible reliée à la pile à combustible; au moins le système d'alimentation en gaz combustible une reliée à la pile à combustible, le système d'alimentation en gaz combustible comprend un module utilisant la différence de pression d'adsorption; et un système de turbine à gaz couplée au système de récupération de chaleur de la pile à combustible et le système d'alimentation en gaz combustible.

De préférence, la pile à combustible fonctionne à des températures d'au moins environ 600 ° C

De préférence, le système de pile à combustible de régénération comprend une conduite de remise en circulation de chaleur à travers lequel le fluide de travail pour une transmission de chaleur de récupération de chaleur à partir de la pile à combustible à l'énergie d'expansion des gaz pour le système de turbine à gaz.

De préférence, le fluide de travail est une communication de flux de chaleur de récupération de chaleur avec le gaz d'échappement de la pile à combustible.

De préférence, le système de turbine à gaz comprend au moins une pompe ou d'un compresseur couplé à l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression et un détendeur couplé à la pompe ou d'un compresseur.

De préférence, le module d'adsorption en utilisant une différence de pression est agencé pour produire un courant gazeux enrichi en l'apport d'oxygène à la pile à combustible.

De préférence, le système comprend en outre un premier module d'adsorption en utilisant une différence de pression, qui est adapté pour générer un flux de gaz enrichi en l'apport d'oxygène à la pile à combustible, et une seconde unité d'adsorption par différence de pression, qui est configuré pour produire un courant gazeux riche en hydrogène, par fournir à la pile à combustible.

Selon un douzième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible sélectionnée à partir d'une pile à combustible ou une cellule de fusion à combustible à carbonate d'un oxyde solide; Système de récupération de chaleur d'une pile à combustible reliée à la pile à combustible; au moins le système d'alimentation en gaz combustible une reliée à la pile à combustible, le système d'alimentation en gaz combustible comprend un module utilisant la différence de pression d'adsorption; et un système de turbine à gaz couplée au système de récupération de chaleur de la pile à combustible et le système d'alimentation en gaz combustible.

Selon un treizième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: au moins une pile à combustible définissant au moins une entrée pour recevoir un courant de gaz combustible et au moins une sortie pour retirer le gaz résiduel du flux de piles à combustible la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 250 ° C; au moins le système d'alimentation en gaz d'un combustible pour fournir un courant de gaz combustible à l'entrée de la pile à combustible, le système d'alimentation en gaz combustible comprend un module utilisant la différence de pression d'adsorption; un système de turbine à gaz couplée au système d'alimentation en gaz combustible; un premier conduit en communication fluidique avec la sortie de la pile à combustible, pour le passage du flux de gaz d'échappement de la pile à combustible; un second conduit pour le passage du fluide de travail du système de récupération de chaleur en communication avec la turbine; et un premier échangeur de chaleur reçoit une première partie du premier tube et une seconde portion de la seconde conduite.

De préférence, la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

De préférence, le module d'adsorption en utilisant une différence de pression est agencé pour produire un courant gazeux enrichi en oxygène devant être fournie à l'entrée de la cathode de la pile à combustible; et le système de turbine à gaz comprend au moins une pompe ou d'un compresseur couplé à l'unité d'adsorption par différence de pression, et un détendeur couplé à la pompe ou au compresseur, dans lequel l'élargisseur forme l'entrée pour recevoir le fluide de récupération de chaleur active.

De préférence, le système qui produit un courant électrique comprend en outre une source d'air pour alimenter en air l'unité d'adsorption à l'aide de la pression différentielle et le second conduit en tant que fluide de travail pour la récupération de chaleur.

De préférence, le premier tube et le second tube sont disposés à proximité de l'intérieur de l'échangeur de chaleur de telle sorte que la chaleur est transférée à partir du gaz d'échappement de cathode dans le premier milieu de travail à caloduc dans le second tuyau de récupération.

De préférence, le système comprend une adsorption du module d'alimentation en gaz combustible en utilisant une différence de pression qui est capable de générer un courant de gaz enrichi en hydrogène pour l'alimentation à une entrée de l'anode de la pile à combustible; et le système de turbine à gaz comprend au moins une pompe ou d'un compresseur couplé à l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression et un détendeur couplé à la pompe ou au compresseur, dans lequel l'élargisseur forme l'entrée pour recevoir le fluide de récupération de chaleur active.

De préférence, le système comprenant en outre un système d'hydrogène générateur de gaz couplée à l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression, dans lequel la sortie du système de génération de gaz d'hydrogène pour la formation de courant d'alimentation en hydrogène gazeux dans l'unité d'adsorption avec une différence de pression et une entrée pour recevoir un carburant hydrocarboné.

De préférence, le système comprend en outre un troisième tube en communication fluidique avec le système d'entrée de génération de gaz contenant de l'hydrogène à travers lequel peut passer un combustible hydrocarboné, un quatrième tube qui établit une communication fluidique entre la sortie du système de génération d'entrée de gaz contenant de l'hydrogène formé dans le module d'adsorption par différence de pression pour recevoir le courant d'alimentation en hydrogène gazeux et une seconde bobine portion du troisième tube et le quatrième tube, le troisième tube et le quatrième tube sont disposés côte à côte de réception, de sorte que la chaleur est transférée à partir du courant d'alimentation en gaz contenant de l'hydrogène dans le quatrième conduit de combustible d'hydrocarbures dans une troisième conduite.

De préférence, la pompe est une pompe à vide pour extraire le courant gazeux appauvri en oxygène d'adsorption à partir du module en utilisant une différence de pression, et la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

De préférence, la pile à combustible définissant une première sortie pour retirer la cathode de flux de gaz et une seconde sortie pour éliminer le courant de gaz de dégagement anodique et de flux du gaz de cathode hors tension passe à travers le premier tunnel, dans lequel le système qui produit un courant électrique comprend en outre un troisième tube à travers lequel le flux passe à l'échappement le gaz d'anode, dans lequel une partie du troisième tube est situé à l'intérieur du premier échangeur de chaleur.

De préférence, le système comprend en outre au moins un deuxième échangeur de chaleur, recevant la seconde portion du premier tube et le second tube, dans lequel le système de turbine à gaz comprend au moins deux expanseur de turbine et le second tube établit une communication entre le premier échangeur de chaleur, le deuxième échangeur de chaleur et deux turbines avec extenseurs.

De préférence, la pile à combustible comprend une pile à combustible d'une pile à combustible à oxyde solide ou d'un carbonate fondu; Système d'alimentation en gaz combustible comprend un premier module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression pour alimenter le courant de gaz enrichi en oxygène à l'entrée de la cathode de la pile à combustible, et un deuxième module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression pour alimenter le courant de gaz enrichi en hydrogène à l'entrée de l'anode de la pile à combustible ; et un système de turbine à gaz couplée au premier module d'adsorption rotatoire en utilisant la pression différentielle et le deuxième module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression.

De préférence, le système d'alimentation en gaz combustible comprend un module de séparation de gaz qui est configuré pour générer des flux de gaz riche en combustible pour alimenter l'entrée de la pile à combustible.

Selon un quatorzième aspect de la présente invention fournit un procédé pour produire au moins un courant de gaz riche en combustible, au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C, comprenant: la création d'une différence de pression dans le courant de gaz, contenant du combustible dans des conditions suffisantes pour séparer le courant de gaz riche en combustible à partir d'un courant gazeux contenant du combustible et en créant un différentiel de pression comprend l'adsorption par différence de pression; l'introduction du courant de gaz riche en combustible à la pile à combustible; le transfert de chaleur de l'environnement de travail de la récupération de chaleur de piles à combustible et l'administration de récupération de chaleur du fluide de travail au moins une unité pour créer une différence de pression.

De préférence, le courant gazeux contenant du combustible comprend de l'air, le flux de gaz enrichi en combustible comprend un courant de gaz riche en oxygène, et l'unité comprend une turbine à gaz.

De préférence, le transfert de chaleur comprend un transfert de chaleur à partir du courant de gaz de fumée, au moins l'un de l'environnement de travail de la récupération de chaleur de piles à combustible.

De préférence, l'environnement de travail de récupération de chaleur expansion lorsqu'elle est introduite dans la turbine à gaz pour entraîner le compresseur ou d'une pompe générant une différence de pression.

Selon un quinzième aspect de la présente invention fournit un procédé pour produire au moins un courant de gaz riche en combustible, au moins une de la pile à combustible, la pile à combustible de carbonate fondu ou la pile à combustible d'oxyde solide comprenant: la création d'une différence de pression dans le courant de gaz, contenant du carburant dans des conditions suffisantes pour séparer le courant d'un courant de gaz contenant de gaz combustible riche en combustible; l'introduction du courant de gaz riche en combustible à la pile à combustible; le transfert de chaleur de l'environnement de travail de la récupération de chaleur de piles à combustible et l'administration de récupération de chaleur du fluide de travail au moins une unité pour créer une différence de pression.

Selon un seizième aspect de la présente invention fournit un procédé pour produire un courant de gaz riche en oxygène, au moins l'une de la pile à combustible à la pile à combustible de carbonate fondu ou la pile à combustible d'oxyde solide, comprenant: la fourniture d'un premier module d'adsorption par différence de pression, qui est adapté avec la possibilité de générer un courant de gaz enrichi en l'apport d'oxygène à la pile à combustible; fourniture d'un système de turbine à gaz couplée au premier module en utilisant la différence de pression d'adsorption; et faire circuler le flux de fluide de travail à travers le système de turbine à gaz de récupération de chaleur dans lequel une partie de la récupération de la chaleur du fluide de travail écoulement est situé à proximité du courant de gaz d'échappement, au moins une pile à combustible.

De préférence, le système de turbine à gaz comprend au moins un détendeur couplé à un compresseur ou d'une pompe, et le fluide de travail pénètre dans le récupérateur de chaleur en extension.

De préférence, comprenant en outre le chauffage du courant gazeux enrichi en oxygène, avant d'être fourni à la pile à combustible en plaçant la partie du courant gazeux enrichi en oxygène, au voisinage d'au moins un flux du fluide de travail ou de la récupération de chaleur à courant de la pile à combustible de gaz de queue.

comprend de préférence en outre la fourniture d'une seconde unité d'adsorption en utilisant la différence de pression qui est capable de générer un courant de gaz enrichi en alimentation d'hydrogène à la pile à combustible, dans lequel le système de turbine à gaz est en outre couplé à un deuxième module en utilisant la différence de pression d'adsorption.

Selon un dix-septième aspect de la présente invention, un système qui produit un courant électrique, comprenant: à une cellule de moins de combustible, la pile à combustible de carbonate fondu ou la pile à combustible de l'unité d'oxyde d'adsorption solide en utilisant la différence de pression est reliée à une pile à combustible qui peut produire l'hydrogène fourniture de gaz à la pile à combustible, dans lequel l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression comprend un premier adsorbant et au moins un second matériau sélectionné à partir d'un deuxième adsorbant et la réaction de reformage à la vapeur catalytique du catalyseur ou déplacement du gaz à l'eau.

De préférence, le premier adsorbant adsorbe principalement du dioxyde de carbone par rapport à la vapeur d'eau.

De préférence, le module d'adsorption en utilisant une différence de pression comprend au moins une première zone et au moins une deuxième zone, la première zone comprend un premier adsorbant.

De préférence, le premier adsorbant comprend activé matériau alcalin et le catalyseur comprend un alliage Cu-ZnO, un groupe carbonyle ou un catalyseur complexe métal de transition comprenant un métal du groupe des métaux de transition introduits dans la cage de la zéolite.

De préférence, le système comprend en outre une troisième zone qui comprend au moins un agent desséchant.

De préférence, le catalyseur est inclus dans au moins une de la première zone ou la seconde zone.

De préférence, le matériau actif alcalin est choisi parmi l'oxyde d'aluminium imprégné de carbonate de potassium, l'hydrotalcite, du carbonate de potassium activé, et leurs mélanges.

Système de turbine à gaz associée à une adsorption par différence de pression, peut actionner tous les compresseurs et les pompes à vide pour l'adsorption de O ₂ en utilisant une différence de pression, avec une pompe à vide et / ou à la compression de reflux lourd pour l'adsorption de H ₂ en utilisant _une différence de pression. Cette turbine à gaz à cycle supplémentaire permet à la pompe à vide pour le reflux sévère et un compresseur entraîné par le détendeur, ce qui augmente la combustion du résidu par adsorption de gaz contenant de l'hydrogène en utilisant une différence de pression. La caractéristique distinctive de certains exemples de réalisation est décrite pompe (s) de vide de l'association et / ou des compresseurs avec la turbine à gaz commandé directement ou indirectement par la combustion de gaz de queue ou indirectement par échange thermique, dirigé vers la chaleur résiduelle de la pile de pile à combustible. Ainsi, il ne nécessite ni un générateur électrique couplé à la production d'énergie à cycle supplémentaire en utilisant la chaleur perdue ou d'une source d'alimentation auxiliaire pour entraîner les compresseurs et les pompes à vide pour des systèmes de séparation de gaz. Système de turbine à gaz peut être couplé à un dispositif auxiliaire, tel qu'un générateur de courant électrique, qui peut fournir de l'énergie pour le système de climatisation du véhicule. Peut être pris en compte la structure de chambre unique ou une turbine à gaz multi-chambre. Axial ou dispositif centrifuge peuvent être utilisés comme des compresseurs et des pompes. Les principes, basés sur l'intégration des turbines à gaz et les piles à combustible sont particulièrement avantageux pour des niveaux de puissance élevés. Dans certains modes de réalisation préférés des générateurs de gaz économiquement autonomes sont utilisés (turbocompresseur).

Ainsi, les systèmes les plus avancés sont créés et TETO MCFC comprenant l'adsorption par différence de pression et un système de turbine à gaz intégré pour enrichir l'hydrogène à l'anode, la séparation rapide de dioxyde de carbone (à la cathode pour les systèmes MCFC). Dans certains systèmes, le système d'adsorption d'hydrogène en utilisant la différence de pression fonctionne à des températures élevées, même à des températures approchant le système MCFC.

Dans une forme de réalisation, les premier et deuxième exemples de réalisation décrits ci-dessus, un système qui produit un courant électrique, une pile à combustible comprend une MCFC ou TETO, le système d'alimentation en gaz contenant de l'oxygène et / ou d'un système d'alimentation en gaz contenant de l'hydrogène. Топливный элемент может включать анодный канал, имеющий входное отверстие для анодного газа, для приема подаваемого водородосодержащего газа (или топливного газа, который вступает в реакцию, образуя водород в анодном канале), катодный канал, имеющий входное отверстие для катодного газа и выходное отверстие для катодного газа, и электролит, сообщающийся с анодным и катодным каналом, чтобы способствовать переносу ионов между анодным и катодным каналом. Система подачи водородосодержащего газа может включать систему адсорбции с использованием разности давлений, включающую вращающийся модуль, имеющий статор и ротор, вращающийся относительно статора, для обогащения водорода в анодном канале и извлечения из него углекислого газа. В некоторых примерах реализации изобретения система, вырабатывающая электрический ток, включает систему адсорбции с использованием разности давлений (АРД) или вакуумную систему адсорбции с использованием разности давлений (ВАРД) для обогащения кислорода из воздуха, подаваемого в катодный канал и/или в систему обработки топлива. Установка АРД для обогащения водорода и отделения углекислого газа будет называться первой установкой АРД, а вторая установка АРД или ВАРД может быть обеспечена для обогащения кислорода.

Ротор установки АРД, используемый в описываемых системах и процессах, включает несколько путей прохождения принимаемого материала адсорбента для избирательного адсорбирования первого газового компонента после увеличения давления в путях его прохождения относительно второго газового компонента. Система адсорбции с использованием разности давлений может и включать компрессионное оборудование, связанное с вращающимся модулем, чтобы способствовать проходу газа через пути его прохождения для отделения первого газового компонента от второго газового компонента. Статор включает первую контактную поверхность клапана статора, вторую контактную поверхность клапана статора и несколько рабочих камер, выходящих на контактные поверхности клапана статора. Рабочие камеры включают камеру для подаваемого газа, камеру для выхода легкой флегмы и камеру для возврата легкой флегмы.

Система адсорбции водорода с использованием разности давлений может действовать при высокой рабочей температуре. Например, рабочая температура адсорберов в первой установке адсорбции водорода (АРД) может находиться в пределах приблизительно от температуры окружающего воздуха до повышенной температуры, приблизительно до 450°С, поскольку этому может способствовать рекуперативный или регенеративный теплообмен между первой установкой АРД и анодным каналом топливного элемента. Согласно другому варианту, рабочая температура адсорберов может находиться в пределах приблизительно от рабочей температуры батареи ТЭРК (т.е. приблизительно от 600 до 650°С) или батареи ТЭТО (т.е. приблизительно от 500 до 1000°С), спускаясь до приблизительно 450°С, чему может способствовать рекуперативный или регенеративный теплообмен. В конкретных примерах реализации рабочая температура адсорберов АРД водорода может находиться в пределах от температуры окружающего воздуха приблизительно до 800°С, в частности приблизительно от 150°С до 800°С для установок АРД, которые содержат катализаторы, и от температуры окружающего воздуха до 200°С для установок АРД, не содержащих катализаторов. Эта установка АРД может быть сконструирована таким образом, чтобы поддерживать градиент температуры по длине каналов, по которым проходит поток, так что температура на втором конце адсорберов превышает температуру на первом конце адсорберов. Используемое здесь выражение "рабочая температура адсорберов" означает температуру газа, протекающего через адсорберы, и/или температуру слоев адсорбера.

Согласно третьему примеру реализации изобретения, описана система, вырабатывающая электрический ток, которая включает ТЭРК или ТЭТО и установку АРД (адсорбции с использованием разности давлений) для Н ₂ , соединенную с ТЭРК или ТЭТО, где АРД для Н ₂ включает первый адсорбент и, по меньшей мере, один второй материал, выбранный из второго адсорбента и катализатора конверсии с водяным паром и катализатора конверсии водяного газа. Первый адсорбент имеет химическое отличие от второго адсорбента. Например, адсорбент в адсорберах первой установки АРД (для водорода) может включать первую зону адсорбента, которая является избирательной при повышенной рабочей температуре (т.е. приблизительно от 250°С до 800°С) для углекислого газа, предпочтительной относительно водяного пара. Такие подходящие адсорбенты известного уровня техники включают материалы, активированные щелочью. Примеры активированных щелочью материалов включают материалы, содержащие катионы щелочных металлов, как, например, Li, Na, К, Cs, Rb, и/или щелочноземельных металлов, например Са, Sr и Ва. Материалы обычно могут быть в виде гидроксида, карбоната, бикарбоната, ацетата, фосфата, нитрата или соединения соли органической кислоты, щелочи или щелочноземельных металлов. Такие соединения могут осаждаться на любой подходящий субстрат, например оксид алюминия. Примеры конкретных материалов включают оксид алюминия, пропитанный карбонатом калия, и гидротальцит, активированный карбонатом калия. Для примеров реализации первой установки АРД, работающей при температурах, близких к температуре окружающего воздуха, подходящие адсорбенты включают гель глинозема, активированные углероды, гидрофильные цеолиты (например, цеолит типа 13Х и многие другие известные цеолиты) и гидрофобные цеолиты (например, цеолит типа У или силикат).

Dans des modes de réalisation à haute température de l'ARA première installation (hydrogène) adsorbant dans la même ou dans une autre zone d'adsorption peut comprendre un composant catalytiquement actif à la température de fonctionnement de ladite zone pour la réaction de reformage à la vapeur (par exemple, le combustible du méthane ou du combustible au méthanol) et / ou réaction de déplacement du gaz à l'eau (vapeur). Le composant métallique catalytiquement actif peut être récupéré à partir du groupe de métaux de transition ou mélange de métaux, ou un métal du groupe des métaux de transition, dispersés dans des cages de zéolite et former de façon réversible un complexe métal-carbonyle à la température de fonctionnement de la deuxième zone. Etant donné que le dioxyde de carbone est adsorbé sélectivement par rapport à la vapeur, l'hydrogène lorsque enrichi est éliminée en continu au canal d'anode, le dioxyde de carbone et de l'hydrogène sur le composant catalytiquement actif est stocké à un niveau réduit par le procédé PSA pour obtenir l'effet réaction d'équilibre, les effets bénéfiques sur le déroulement de la réaction de conversion avec de la vapeur et / ou de gaz à l'eau (vapeur) dans la première installation de ARD adsorbeur. La conversion du monoxyde de carbone et du carburant composants achève la formation de dioxyde de carbone et de l'hydrogène supplémentaire. Ceci est un exemple du réacteur de l'ARA, ou "réacteur a augmenté sorption», ce qui accélère l'effet de séparation de gaz simple, avec le résultat que produit de l'hydrogène enrichi en même temps que l'élimination du dioxyde de carbone et se rapprochant réaction de déplacement du gaz à l'eau (vapeur) pratiquement jusqu'à son terme et, par conséquent réalisé la purification de la qualité de l'hydrogène.

adsorption industriel _de H ₂ en utilisant une différence de pression est habituellement réalisée à des pressions beaucoup plus élevées (> 10 bars) pour obtenir à la fois une grande pureté et une récupération élevée (~ 80% -85%). Les systèmes de pile à combustible fonctionnant avec des plantes de reformage en utilisant du méthanol sous pression, ou en combinaison avec des cycles de turbines à gaz fonctionnent à des pressions relativement élevées. Les piles à combustible de carbonate fondu fonctionnent à des pressions de la pression atmosphérique à la limite de pression d'environ 10 bars, et le plus préféré actuellement des pressions plus basses, il est nécessaire de prolonger la durée de vie de la batterie de piles à combustible. Les piles à combustible de l'oxyde solide peut être conçu pour fonctionner à une pression quelconque, la présente invention préfère des pressions de fonctionnement comprises entre 5 et 20 bars.

la pression pulmonaire du gaz produit sortant des systèmes PSA pour l'hydrogène et de l'oxygène peuvent varier largement dans les systèmes et procédés décrits. Pour augmenter encore la pression du gaz léger qui en résulte, le cas échéant, les compresseurs sont utilisés et d'autres mécanismes augmentant la pression avant introduction dans la pile à combustible. À de très basses pressions d'alimentation (2 à 3 bars) dans la première installation d'ARA peut être utilisé pour augmenter la compression supplémentaire de récupération de l'hydrogène et une augmentation simultanée de la concentration en dioxyde de carbone. principes alternatifs comprennent les pompes à vide augmentent le rapport de pression de fonctionnement, ou encore, l'obtention du "reflux lourd" de recompression et recirculation (intermédiaire), introduit dans le PSA comme une fraction du courant d'effluent à pleine pression. Sous vide et le reflux lourds peuvent être utilisés en conjonction avec une pompe à vide dépasse les dimensions standards.

Les systèmes et les procédés décrits peuvent améliorer l'efficacité globale des systèmes de piles à combustible, réduisant ainsi la quantité proportionnelle de dioxyde de carbone produit et en même temps assurer sa livraison à l'endroit et au moment approprié dans une forme très concentrée pour l'enlèvement le plus commode de l'atmosphère, par exemple sous le sol dans des réservoirs épuisés naturels gaz, ou pour une utilisation dans la récupération du pétrole à partir de gisements de pétrole. En outre, l'énergie exportée peut être alimenté qu'à partir de la pile à combustible, par conséquent, ne peut pas être exporté à partir du cycle de l'énergie de production d'énergie supplémentaire en utilisant la chaleur résiduelle provenant des générateurs ou des turbines fonctionnant sur la production d'énergie électrique en utilisant la chaleur résiduelle, qui deviennent donc simple turbocompresseur. En revanche, selon certains modes de réalisation, le système utilise une chaleur perdue à haute température de l'empilement de piles à combustible pour actionner le turbocompresseur de rotor autonome nécessaire pour les compresseurs d'air, pompe à vide d'air d'échappement avec une teneur élevée en azote et en compression reflux lourd du dioxyde de carbone enrichi anode résiduaire gaz, tandis que la chaleur de la pile à combustible résiduaire correspond à cette charge supplémentaire, ce qui contribue à la densité de courant élevée.

La pile à combustible peut fonctionner avec une densité de courant relativement élevée (par exemple environ 200 à 400 mA / ^cm2) pour produire la quantité requise de chaleur résiduelle est utilisée pour les charges de compression auxiliaire, étant donné que les systèmes PSA décrits ont considérablement augmenté la tension en circuit ouvert (i.e. d'environ 0,75 à 0,95 volts). carburant requise taille de la pile de cellules par kV peut être réduite de manière significative à une haute densité de courant. De même, la pile à combustible de la même taille peut atteindre la production d'énergie totale, qui est atteinte avant que la batterie et un peu plus la production d'énergie du générateur en utilisant la chaleur résiduelle, qui, dans certains modes de réalisation complètement éliminé.

Les caractéristiques et avantages suivants de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de plusieurs exemples de réalisation de celle-ci en référence aux dessins annexés.

Voici une description de quelques exemples de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:

1 - coupe axiale du module ARD en rotation.

Fig.2-5V - avec des sections transversales du module 1.

	6-9 - simplifié des représentations schématiques d'un autre mode de réalisation de MCFC et installations Fig.10-14 - simplifié des représentations schématiques d'installations de Teto alternatives. ARA rotatif module d'oxygénation décrit ci-dessous en se référant à fig.1-5V, mais identique ou similaire à la configuration du module PSA rotatif peut être utilisé pour l'enrichissement d'hydrogène (à savoir la chambre) dans le système décrit, la production de courant électrique. Tel qu'il est utilisé ici, le terme «rotatif ARA» comprend (mais ne se limite pas à celui-ci) ou de l'ARA, dans lequel le groupe d'adsorbeurs tourne par rapport à la valve stationnaire ou sur la surface du stator de contact, ou de l'ARA, dans lequel la surface de la soupape ou des adsorbeurs de contact tourne par rapport à un groupe de stator.

La figure 1 montre un module PSA rotatif 1, qui comprend un certain nombre "N" d'adsorbeurs 3 dans le boîtier 4 pour loger les adsorbeurs. Chaque adsorbeur comporte une extrémité 5 et 6 secondes première extrémité, en permettant un écoulement de fluide, est en contact avec l'adsorbant sélectif d'azote (pour l'enrichissement en oxygène). Déployée comme adsorbeurs disposés en symétrie axiale autour de l'axe 7 du groupe des adsorbeurs du corps de la coquille. La coque de boîtier 4 effectue un mouvement de rotation autour de l'axe 7 par rapport aux premier et second boîtiers de travail 8 et 9, passant au contact par l'intermédiaire de la première surface de contact 10 de la valve avec le premier organe de travail 8, auquel est amené le mélange de gaz et à partir duquel on retire un produit lourd, et par l'intermédiaire d'un deuxième contact la surface de la soupape 11 avec un second corps de travail 9, est éliminé du produit facile.

Dans des modes de réalisation représenté en particulier 1 à 5, la coque boîtier d'adsorbeur 4 tourne et sera par conséquent appelée ci-après adsorbeur rotor 4, tandis que le premier et le second corps d'actionnement et, ensemble, forment une unité fixe 12 de l'ensemble de stator. Le premier organe de travail sera appelée ci-après la première soupape de stator 8, et un second corps de travail sera appelé ci-après le deuxième stator 9 de la valve. Dans d'autres modes de réalisation, la gaine 4 peut être fixé adsorbeurs et les premier et second rotors sont en rotation le corps travaille vanne de distribution.

Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 5, le trajet d'écoulement pour le passage à travers les adsorbeurs parallèle à l'axe 7, de sorte que la direction d'écoulement est axiale, tandis que les première et seconde surfaces de la vanne de contact sont représentés disques annulaires plates perpendiculaires à l'axe 7. Cependant, une plus sens le plus large, la direction d'écoulement dans les adsorbeurs peut être axiale ou radiale, et les première et seconde surfaces de contact peut être tout corps de soupape de révolution centrée sur l'axe 7. les étapes du procédé et les chambres de travail formées seront sous le même angle, quel que soit radial ou axial la direction d'écoulement dans les adsorbeurs.

2-5 montrent des coupes transversales de 1 module dans les plans indiqués par des flèches 12'-13 ', 14'-15' et 16'-17 '. Flèche 20 dans chaque section représente la direction de rotation du rotor 4.

La figure 2 montre une coupe transversale 12'-13 'de la figure 1, qui traverse le rotor de l'adsorbeur. Ici, le nombre "N" est égal à 72. Les adsorbeurs 3 sont montés entre la paroi externe 21 et la paroi intérieure 22 de l'adsorbeur roue (disque) 208. Chaque adsorbeur comporte un boîtier plat rectangulaire de 3 feuilles adsorbantes 23, avec des entretoises 24 entre les feuilles pour créer des canaux pour l'écoulement dans la direction axiale. Gaskets 25 sont prévues entre les adsorbeurs pour remplir l'espace vide et éviter les fuites entre les adsorbeurs.

Comme représenté sur la figure 1, les adsorbeurs 3 peuvent comporter une pluralité de zones distinctes entre la première extrémité 5 et une seconde extrémité 6 des canaux d'écoulement sont représentés ici en trois zones, respectivement, la première zone 26 adjacente à la première extrémité 5 ', une seconde zone 27 au milieu et la troisième adsorbeurs la zone 28 adjacente à la seconde extrémité 6 comme une alternative aux zones d'adsorbants peut être fourni par une variété d'adsorbants en couches ou de mélanges qui comprennent divers gradients de concentration en adsorbant le long du trajet d'écoulement de gaz. Le passage d'un adsorbant à un autre et peut être dilué avec un mélange de deux adsorbants au lieu d'une transition distincte. Une autre possibilité est de fournir des mélanges de différents adsorbants qui peuvent ou peuvent ne pas être homogène.

Lors de l'adsorption de H ₂ , en utilisant la différence de pression se produisant à une température atteignant 250 ° C, la première zone peut contenir un adsorbant ou déshydratant choisi pour éliminer très rapidement adsorbés les composants du mélange gazeux d'alimentation, tels que la vapeur d'eau ou le méthanol, et un peu de dioxyde de carbone. La deuxième zone peut contenir un adsorbant typiquement choisi pour la séparation apparente de concentration en impuretés relativement élevée, et la troisième zone peut contenir un adsorbant généralement choisi pour la finition d'éliminer les impuretés de concentration relativement faible.

Lorsque H ₂ adsorption en utilisant la différence de pression se produisant entre environ 250 ° C à 800 ° C, la première zone peut contenir un adsorbant qui absorbe sélectivement le _CO2 par rapport à la vapeur d'eau comme décrit ci - dessus. La deuxième zone peut contenir un adsorbant (par exemple, la zéolite Cu (I) contenant un matériau ou d'Ag (I) contenant un matériau) qui absorbe sélectivement le CO par rapport à la vapeur d'eau. La troisième zone peut contenir un agent desséchant pour éliminer la vapeur d'eau tel que le gel d'alumine. Selon un mode de réalisation, l'adsorbant sélectif de l' absorption _du CO ₂ et un adsorbant sélectif de l'absorption du CO peuvent être incorporés ou mélangés dans une zone à l' autre, plutôt que dans deux zones distinctes.

La vapeur catalyseur (s) de reformage et / ou gaz à l'eau, tel que décrit ci-dessus, peuvent être inclus dans une partie du lit de l'adsorbeur, mais en général sont inclus dans la réaction avant de retirer la vapeur d'eau, étant donné que la vapeur d'eau est une des réactions de conversion de réactif avec de la vapeur et le déplacement de l'eau gaz. A des températures d'environ 600 ° C à 1000 ° C méthane catalyseur efficace pour la réforme de la vapeur et du gaz à l'eau avec un nickel-alumine comme support. Fer / chrome sont des catalyseurs efficaces pour la réaction de déplacement du gaz à l'eau à une température d'environ 350 ° C à 600 ° C A des températures d'environ 200 à 300 ° C pour les oxydes efficaces de réaction de déplacement du gaz à l'eau de cuivre / zinc.

Dans les modes de réalisation dans lesquels la ₂ adsorption différence en utilisant la pression N effectue réaction de déplacement du gaz à l'eau exothermique, tout excès de chaleur peut être retiré à partir du logiciel ARA de réaction, par exemple, d' échange de chaleur dans une paroi des couches d'adsorption d' installation ou de l' ARA. Dans ces modes de réalisation dans lesquels l'adsorption de H ₂ en utilisant _une différence de pression effectue une conversion réaction endothermique avec la vapeur d' eau, aucune chaleur supplémentaire requise peut être fournie à l'échange de chaleur des moyens fournissant l' ARA dans la paroi de l'installation ou de l' ARA en couches ou en combinant adsorbeur ARA du brûleur.

feuilles adsorbantes comprennent un matériau de renforcement (par exemple, le verre, une feuille métallique ou un treillis métallique) sur laquelle est fixé un liant approprié matériau adsorbant. Pour la séparation d'air pour produire de l'oxygène enrichi dans une première zone de l'alumine en gel pour éliminer la vapeur d'eau peut être utilisée comme adsorbant de l'azote efficaces typiques dans les deuxième et troisième zones sont des zéolites X, A ou du type chabazite avec échange de cations classique avec du lithium, du calcium, du strontium, du magnésium et / ou d'autres cations, et avec des rapports optimisés de silicium / aluminium qui sont bien connues de l'homme du métier. les cristaux zéolitiques sont collés silice, d'argile ou d'autres liants eux-mêmes ou entre eux dans une matrice de la feuille d'adsorbant. adsorbants zéolitiques sont adsorption sélective efficace des gammes d'azote de la température ambiante à 100 ° C

feuilles adsorbantes satisfaisantes ont été préparées par revêtement d'une suspension de cristaux de zéolite avec des composants de liant pour le matériau de renforcement avec de bons exemples comprennent des fibres de verre, des voiles non tissés, des matériaux tissés et des feuilles métalliques en vrac d'aluminium. Écarteurs sont fournies par extrusion ou forgeage élévation du terrain ou du placement effectué dans la production de pièces d'écartement entre les paires adjacentes de feuilles d'adsorbant. espaceurs satisfaisants alternatifs fournis comme des écrans métalliques tissés, mailles non-tissé de fibres de verre et une feuille métallique avec des canaux pour l'écoulement obtenu par photolithographie motif de gravure. Adsorbeurs disposées des couches de matériau en feuille peut être formé par empilement de feuilles plates ou courbes, ou la formation d'une bobine hélicoïdale allant de la première extrémité de l'adsorbeur jusqu'à sa seconde extrémité à des canaux d'écoulement, le volume du boîtier pour le remplissage de la forme de l'adsorbeur souhaitée. Exemples de méthodes et structures remplies, absorbeurs disposés en spirale sont décrits dans US co-pendante application provisoire №60 / 285,527, déposée le 20 Avril 2001, et incorporée ici par référence.

l'épaisseur de la feuille expérimentale typique est de 150 microns de hauteur de pièces d'écartement 100 à 150 microns et la longueur adsorbeur de canal à l'écoulement était de 20 cm. Avec des zéolites X, atteint une action extraordinaire de séparation de l'oxygène de l'air dans l'ARA avec une fréquence de cycle allant de 1 à au moins de 150 cycles par minute, en particulier au moins 25 cycles par minute.

La figure 3 montre une disposition des canaux du rotor 4 dans les première et seconde surfaces de la soupape (distributeur) de contact, respectivement dans les plans formés par les flèches 14'-15 'et 16'-17'. Passage 30 assure la communication adsorbeur milieu à faible viscosité directement à partir de la première ou de la seconde extrémité de chaque adsorbeur pour respectivement la première ou la seconde surface de la valve de contact.

La figure 4 représente une première surface de contact 100 du premier stator de valve 8 dans la première surface de la valve 10 dans le plan indiqué par les flèches 14'-15 'contact. Montre les raccordements pour un fluide à faible viscosité, ce qui conduit à un compresseur d'alimentation 101, l'air d'aspiration fournie par le filtre d'entrée 102 à un ventilateur d'échappement 103 alimentant un second produit riche en azote à la conduite d'alimentation 104 du second produit. Compressor 101 et d'échappement ventilateur 103 sont représentés relié au moteur d'entraînement 105.

La flèche 20 indique le sens de rotation de la boîte métallique du rotor. La surface de contact annulaire disposé sur l'étanchéité de la valve entre la circonférence 106 et l'espace ouvert 107 de la surface de contact du premier stator 100 de la vanne communiquant avec les chambres d'amenée et de sortie, a indiqué un des segments angulaires clairs 111-116 correspondant au premier orifice de travail communiquant directement avec les chambres de travail, désigné par les mêmes références 111-116. Essentiellement secteurs hachurés fermés espace 100 de la surface de contact de soupape entre les chambres de travail 118 et 119 indiqués qui glissent avec un jeu nul, ou de préférence un dégagement étroit pour réduire la friction et l'usure sans fuite excessive. secteur type fermé 118 fournit une transition vers la cartouche entre une position d'ouverture dans la chambre 114 et débouche dans la chambre 115. mis en oeuvre une ouverture progressive, qui est pourvu d'un passage conique entre la lame et la surface d'étanchéité de la filière, afin d'obtenir une égalisation de pression souple lorsque l'adsorbeur est ouvert dans un nouvel appareil. Essentiellement, pour fermer le courant circulant dans une extrémité ou à une extrémité de l'adsorbeur, lorsqu'une augmentation de la pression ou de la réinitialisation de l'autre extrémité, à condition beaucoup plus larges secteurs fermés (par exemple 119).

Le compresseur d'alimentation fournit des chambres à gaz 111 et 112, et la surpression de la chambre de travail 113 pour produire le gaz d'alimentation. Les caméras 111 et 112 sont toujours en augmentation des pressions de fonctionnement, et la chambre de travail 113 est sous haute exploitation ARD de cycle de pression. Ainsi, le compresseur peut avoir un système de division ou de multi-flux, en fournissant une quantité appropriée de flux d'alimentation à chaque chambre, pour créer une surpression dans les adsorbeurs en utilisant des niveaux intermédiaires de chambres de pression 111 et 112, puis la mise en pression finale pour la chambre 113. Le système libérable l'écoulement dans le compresseur peut être assurée en rangées, comme le compresseur à plusieurs étages pour fournir des passages entre les étapes ou dans plusieurs compresseurs en parallèle, le gaz d'alimentation vers les chambres de pression de travail 111-113. En variante, le compresseur 101 peut fournir tout le gaz d'alimentation à une pression plus élevée par étranglement d'une quantité d'alimentation en gaz dans les chambres 111 et 112 avec leurs pressions élevées intermédiaires respectives.

De même, le ventilateur d'extraction 103 élimine le gaz produit lourd des chambres 114 et 115 pour réinitialiser le compteur diminue progressivement la pression de la chambre et, enfin, la chambre de sortie 116 où la pression la plus basse du cycle. Comme le compresseur 101, exhausteur 103 peut être fourni en un flux multi-étages ou de scission au système, les étapes peuvent être disposées en rangées ou en parallèle pour recevoir chaque flux à la pression intermédiaire appropriée tombant à une pression plus basse.

Dans la pression 4A de réalisation inférieure est la pression ambiante, de sorte que les gaz sortant de la chambre 116 sont envoyés directement à la conduite 104 pour alimenter le produit lourd. Échappement ventilateur 103 réduit ainsi la pression avec récupération d'énergie pour aider le moteur 105 des chambres 114 et 115 le compteur de remise à zéro (purge). Par souci de simplicité, exhausteur 103 peut être remplacé par des ouvertures d'étranglement en tant que moyen de contre-relief de la chambre de réduction de pression 114 et 115.

Dans certains modes de réalisation de l'invention, la partie inférieure au-dessous de la pression atmosphérique cycle PSA. Ensuite, le ventilateur d'évacuation est muni d'une pompe à vide, comme représenté sur la figure 4B. Encore une fois, la pompe à vide peut être courant à plusieurs étages ou de scission au système, avec des étapes individuelles peuvent être disposées en rangées ou en parallèle, pour recevoir les reset contre les flux sortant de leurs cellules à des pressions de fonctionnement plus élevées que la pression inférieure qui est la pression de vide le plus bas. Dans 4B décharge d'écoulement à contre-courant frais de la chambre 114 à la pression ambiante directement dans la canalisation 104 d'alimentation produit lourd. Si le procédé est utilisé pour simplifier la décharge pompe à vide à un seul étage, à contre-courant de la chambre 115 doit être étranglé en réduisant la pression à travers le trou pour se connecter avec l'écoulement de la chambre 116 à l'entrée de la pompe à vide. La pompe à vide permet de PSA d'installation pour fonctionner à des pressions plus basses qui peuvent être avantageux lorsque le PSA est relié à une pile à combustible fonctionnant à des pressions inférieures telles qu'une MCFC fonctionnant à la pression ambiante. L'exposition à vide sur ARD encourage un rendement élevé d'oxygène ou de récupération fractionnée, et l'efficacité énergétique donc élevée dans la séparation de l'air.

Les figures 5A et 5B représentent une surface de la seconde section de soupape de stator 16'-17 '1 contact. surfaces passages de contact ouverts sont les passages de travail de la deuxième vanne communiquant directement avec le produit chambre 121 de lumière fournissant, plusieurs caméras 122, 123, 124 et 125 pour quitter le reflux léger et le même nombre de chambres 126, 127, 128 et 129 dans le second stator pour retourner la lumière reflux. Utilisation des seconds passages de vanne sont dans le noyau formé par des joints espacés circonférentiellement 131 et 132. Chaque paire de chambres pour sortir et l'étape retour de la réduction de la pression de reflux de lumière fournit respectivement reflux de lumière pour les fonctions de traitement de PSA, comme le remplissage inverse ou un alignement complet pression partielle pour le nettoyage et la purge.

Pour illustrer la réduction possible de la récupération reflux de l'énergie légère pression montre dilatateur (expander) 140 cours d'eau intermittent léger reflux 1 et 5A, pour réduire la pression des quatre étapes de reflux léger avec récupération d'énergie. reflux léger détendeur assure une réduction de la pression pour chacune des quatre phases de reflux léger, entre les chambres 122 et 129, 123 et 128, 124 et 127 et 125 et 126, respectivement, pour sortir et rentrer la lumière de reflux, comme illustré. Reflux extenseur 140 peut entraîner le compresseur 145 au produit d'extension de la lumière par un arbre d'entraînement 146 qui délivre l'oxygène enrichi produit léger à la livraison d'oxygène conduit 147, sous pression à une pression supérieure du cycle de PSA à haute pression. Pour illustrer la possibilité de réduire la pression de reflux de lumière avec récupération d'énergie extenseur 140 pour courant de reflux doux intermittent est prévu pour réduire la pression des quatre étapes de reflux de lumière avec récupération d'énergie. reflux léger détendeur sert de moyen pour réduire la pression pour chacune des quatre phases de reflux léger, entre les chambres 122 et 129, 123 et 128, 124 et 127 et 125 et 126, respectivement, pour sortir et rentrer la lumière de reflux, comme illustré.

Étant donné que le reflux produit léger et la lumière ont à peu près la même pureté, expander 140 et le compresseur 145 produit d'extension facile peut être hermétiquement enfermé dans un boîtier qui peut être intégré avec le second stator comme le montre la figure 1. Le "turbocompresseur" Cette structure améliore encore l'efficacité sans un moteur d'entraînement séparé est approprié, étant donné qu'il est possible d'obtenir l'augmentation de pression souhaitée sans utiliser de moteur extérieur et des joints d'arbre correspondant et en outre, cette disposition peut être très compact lors de la manipulation de grandes vitesses d'arbre.

La figure 5B montre l'utilisation alternative plus simple de l'orifice 150 en tant que moyen de réduction de pression pour chacun des étages de reflux léger.

En se référant à la figure 1, le gaz comprimé se jette dans la chambre 113, comme indiqué par la flèche 125, tandis que le produit lourd sort de la chambre 117, comme indiqué par la flèche 126. Le rotor est supporté par un palier 160 avec joint d'arbre 161 sur l'arbre d'entraînement du rotor 162 en le premier stator 8, qui est intégré dans l'ensemble des premier et second stators de soupape. Adsorbeur rotor est entraîné par un moteur 163 comme moyen d'entraînement du rotor.

Un tampon joint 170 est réglé pour fournir une force d'étanchéité de la chambre tampon 171 entre les joints 131 et 171. Afin de réduire davantage le tampon d'étanchéité et de couple de friction joint 171 assure l'étanchéité sur la surface d'étanchéité 172 est beaucoup plus petit que le diamètre du cercle situé au niveau du joint 131. Le tampon d'étanchéité 170 assure l'étanchéité entre le prolongement 175 de l'adsorbeur rotor 4 et la surface d'étanchéité 172 sur le deuxième stator de la vanne 9, avec l'extension du rotor 175 recouvre la partie arrière du deuxième stator de la vanne 9 pour former la chambre tampon 171. l'élément 180 recevant le boîtier de stator est prévu en tant que liaison structurelle entre la première vanne stator 8 et une seconde soupape de stator 9. Fournissant des passages d'adsorption directe sur la surface du stator est une variante de la fourniture de tels joints d'étanchéité et est décrite dans un joint, co-pendante demande provisoire US №60 / 301,723, déposée le 28 Juin 2001 années, qui est incorporé ici à titre de référence.

Dans la description suivante des dessins sont des schémas simplifiés d'un dispositif ARA ou d'un module. Dans ce schéma très simplifié affiche un seul tuyau 181 menant à la première surface de contact 10 de la valve; et un tuyau pour le produit lourd 182 partant de la surface de contact 10 de la valve; tuyau d'alimentation 147 et produit léger et un léger reflux de l'étape 184 avec des moyens de réduction de pression communiquant avec la seconde surface de contact 11 de la vanne.

Fig.6-14 montrent des systèmes de récupération d'énergie différentes en utilisant l'environnement de travail fluide différent pour la récupération d'énergie. Dans un mode de réalisation, le compresseur de PSA d'oxygène est intégré à un cycle de turbine à gaz indirect plus d'électricité de chauffage de génération en utilisant la chaleur résiduelle, où l'air est utilisé comme fluide de travail. Au moins une partie de l'air est prévu pour l'enrichissement en oxygène de PSA à des pressions appropriées pour le procédé; l'air restant est comprimé à une pression plus élevée en tant que fluide de travail de cycle de turbine à gaz devant être soumis à des piles indirectes de piles à combustible de chaleur à travers les échangeurs de chaleur associés aux contours de la cathode et / ou l'écoulement d'anode.

Dans d'autres modes de réalisation, le travail supplémentaire génération milieu de cycle de puissance en utilisant une chaleur de gaz déchargé circuit anodique dans un cycle de turbine à gaz. Si l'enrichissement en hydrogène de l'ARA réalisée à proximité de la température ambiante, en utilisant un échangeur de chaleur à récupération pour atteindre une efficacité thermodynamique élevée. En variante, si le PSA d'enrichissement en hydrogène est effectuée de telle sorte que la deuxième extrémité de l'installation d'une température élevée approchant la température de l'empilement de piles à combustible, et sa première extrémité est maintenue à une température voisine de la température ambiante, il peut être utilisé comme un cycle de turbine à gaz de régénérateur rotatif thermique en utilisant un gaz d'anode en tant que fluide de travail.

L'hydrogène peut être utilisé comme combustible pour les centrales utilisant TETO. Lorsque le gaz d'anode est utilisé comme fluide de travail pour la production d'énergie supplémentaire à l'aide de la chaleur, de l'hydrogène contenant une fraction substantielle de la vapeur d'eau (par exemple, d'environ 25% à 50%), peut servir de fluide de travail pour l'expansion, tandis que le fluide de travail pour la compression est de l'hydrogène , qui est obtenu à partir de l'eau de la pile à combustible a été sensiblement éliminée par la condensation. détendeur à écoulement radial peut être utilisé en mélange de vapeur d'hydrogène / eau sortant de l'anode de la pile à combustible. Parce que l'hydrogène relativement sec, soumis à la compression après condensation a un faible poids moléculaire, des compresseurs alternatifs appropriés comprennent centrifuge à grande vitesse, centrifuge à plusieurs étages et des compresseurs volumétriques.

Pour les petites centrales produisent de l'électricité plus cycle à l'aide de la chaleur déchargée peut utiliser séparé des gaz de travail de l'anode et la cathode, tels que la vapeur (cycle Rankine) et de l'hydrogène (cycle Stirling). Pour les petites piles à combustible fonctionnant à l'hydrogène TETO, l'utilisation du moteur Stirling pour produire de l'électricité supplémentaire à l'aide de la chaleur évacuée est particulièrement avantageuse, étant donné que le moyen de fonctionnement du moteur peut être réapprovisionné à partir d'une alimentation en combustible d'hydrogène. phoques Nécessité de moteur Stirling pour le travail joint fluide ainsi réduit dans la présente invention.

Comme décrit ici, les systèmes et les procédés utilisant un enrichissement en oxygène et le processus d'enrichissement en hydrogène ARA pour augmenter la tension et / ou la densité de courant obtenue à partir de l'empilement de piles à combustible, la quantité fractionnaire de carburant calorifique de valeur, obtenue sous forme de chaleur perdue à haute température par cycle supplémentaire génération d'énergie en utilisant la chaleur évacuée est fortement réduite par rapport à l'art antérieur. Par conséquent, le débit d'écoulement du fluide de travail et la charge thermique est réduite. cycle de service nominal diminue proportionnellement à l'augmentation de la puissance électrique est directement générée par l'empilement de piles à combustible. énergie mécanique utile obtenu plus la production d'énergie de cycle en utilisant la chaleur résiduelle, est utilisé principalement ou exclusivement pour des charges de compression associés aux processus accessoires ARD.

Chacune des figures 6-9 est une représentation schématique simplifiée d'un exemple de plante 200, l'élément thermique opérant un carbonate fondu comprenant un élément thermique 202, raccord 204 en utilisant une différence de pression élevée d'adsorption (ARA) coopérant avec la chambre de combustion 206 pour transférer le dioxyde de carbone le côté anode au côté cathode de la pile à combustible et de les combiner avec la turbine à gaz 208 pour la compression du gaz et de l'expansion. ARA Installation 204 augmente la concentration d'hydrogène et de réduire la concentration de dioxyde de carbone sur la cathode, ce qui augmente la tension de la cellule. Cela augmente directement la pile à combustible efficacité de la pile et la puissance de sortie tout en réduisant la chaleur générée par la pile à combustible de telle sorte que la fraction sortant de l'installation de l'électricité régénéré cycle supplémentaire est la production d'électricité moins efficace en utilisant la chaleur résiduelle est réduite. Les systèmes représentés sur les figures 6-9 sont des exemples seulement et peuvent être utilisés avec d'autres systèmes et dispositifs d'agencement différent des tuyaux ou des dispositifs supplémentaires et des tuyaux ou leurs moins.

La batterie 202 de la pile à combustible à carbonate fondu comprenant un carbonate électrolyte fondu à 210 disposée sur une matrice céramique poreuse, située entre l'anode canal 212 et la cathode canal 214. Le canal d'anode comportant une entrée 216 et une sortie 218, tandis que le canal de cathode 214 a une entrée 220 et une sortie 222.

L'exemple 6 montre la mise en oeuvre de deux combinaisons alternatives de principe d'alimentation en gaz. Plus précisément, l'un de ces gaz d'alimentation peut être utilisé seul dans toute installation MCFC. Ces alternatives dépendent du fait que le gaz d'alimentation adapté pour un accès direct à l'anode ou à accéder uniquement après traitement dans la première installation de l'ARA. Si le combustible est le gaz naturel, ces alternatives dépend du traitement du combustible ou une combinaison de (1) "Conversion interne" au sein de l'empilement de piles à combustible, (2) "conversion accrue sorption" dans le premier ARA d'installation ou (3) "conversion externe" situé à l'extérieur à proximité du système MCFC comme décrit ici.

Les réactions de conversion sont endothermique

CH ₄ + H ₂ O CO + 3H ₂ et

CH ₄ + 2 H ₂ O CO ₂ + 4 H ₂

avec la conversion exothermique de la vapeur d'eau

CO + H ₂ O CO ₂ + H ₂

complétée par la combustion partielle dans le cas de la conversion autothermique de CH ₄ + 1 / 2O ₂ CO + 2H _2.

L'entrée 230 de la première fourniture de gaz communique avec l'entrée de l'anode 214, l'introduction du premier gaz d'alimentation est déjà sous pression et chauffé dans des conditions de fonctionnement MCFC. Premier gaz podavaemmym peut être l'hydrogène, un gaz industriel produit par des moyens extérieurs de manutention du combustible (par exemple, la gazéification du charbon et réformateur pour le reformage de méthane à la vapeur), ou de gaz naturel pour la conversion interne dans le canal d'anode 212 qui est ensuite modifiée comme connue dans l'art pour contenir des catalyseurs de conversion à la vapeur convenables, tels que le nickel-alumine comme support.

L'orifice d'entrée 240 à la deuxième chambre de génération de gaz d'alimentation est en communication avec le gaz d'alimentation dans la première surface de la vanne rotative 204 de contact est d'abord installé ARA, en introduisant à nouveau un gaz déjà comprimé et chauffé à une pression de la première unité de PSA supérieur et de la température de travail. dioxyde de carbone enrichi et le courant de vapeur de produit lourd est libéré de la remise à zéro et la chambre de sortie dans la première surface de contact 10 de la vanne rotative 242 dans un tuyau avec une boucle basse pression de l'installation initiale ARA. Haute pression première ARA d'installation est légèrement supérieure à la pression de travail MCFC et la pression inférieure peut être la pression atmosphérique ou subatmosphérique. Si la pression de travail MCFC est choisi dans la plage de l'atmosphère, le premier PSA serait une installation à vide, la pression de cycle inférieur variera d'environ 0,1 à 0,5 bar de pression absolue.

Nourrissez produit lourd du tube 242 est comprimé à nouveau à une pression supérieure première installation PSA compresseur 244 pour le dioxyde de carbone, qui délivre le flux compressé de produit lourd à la conduite 246 qui a une sortie dans le conduit 247 à un reflux lourd, communiquer avec la caméra générant le gaz d'alimentation dans le premier la surface de contact 10 de la vanne rotative 204 est tout d'abord installé ARA et la sortie 206 dans la chambre de combustion d'une turbine à gaz. Alternativement, si le flux de produits lourds dans le conduit 242 est inférieure à la pression atmosphérique, puis dispositif 244 peut être une pompe à vide pour extraire le flux de produits lourds.

l'hydrogène gazeux enrichi modéré du PSA 204 premier tube d'installation 250 est fourni avec la deuxième surface de contact 11 du premier couple d'installation de vanne à l'entrée 216 de l'ARA anode. reflux de lumière de la scène sont présentés, où les différents courants de gaz légers, avec des pressions diminue progressivement retirés de la seconde surface de la vanne rotative de contact pour réduire la pression dans les étapes respectives de la lumière reflux extenseur 140, puis de remettre la vanne à la deuxième surface de contact pour nettoyer et restaurer la pression des adsorbeurs. Après avoir traversé le canal d'anode 212 anodique gaz appauvri en hydrogène et enrichi en dioxyde de carbone est éliminé de la sortie 218 de l'anode à travers la conduite 255 pour traitement dans ladite première unité 204 de PSA récupération d'hydrogène en dioxyde de carbone et de composants de combustible du méthane, tout en éliminant le gaz carbonique et à moins une partie de la vapeur d'eau.

Anode canal 212, le conduit 255, l'installation 204 et de l'ARA anode tubulaire 250 forment une boucle fermée, où l'hydrogène est recyclée et réapprovisionné pour une utilisation sensiblement complète de l'hydrogène et d'autres composants du carburant, tandis que le dioxyde de carbone est éliminé en continu l'installation 204 ARA. augmentation de pression auxiliaire peut être utile pour surmonter la chute de pression d'écoulement le long du contour de l'anode. 6 au moyen d'une pression croissante est d'installer 204 ARD, il ne nécessite aucune pression mécanique, un moyen d'augmentation. L'effluent provenant du gaz d'anode dans le tube 255 est à une pression légèrement inférieure à celle du gaz d'alimentation dans la conduite d'alimentation 240, et lourde de gaz de reflux dans le conduit 247. Le produit ainsi du gaz d'échappement d'anode est amené au gaz d'alimentation de la chambre de récupération de pression dans la première surface de contact 10 de la rotation la vanne. Après que le gaz d'échappement d'anode entre les adsorbeurs 3, il y est comprimé remonter à la plus élevée du gaz d'alimentation sous pression et le gaz de reflux lourds entrant dans l'adsorbeur des tuyaux 240 et 247.

Éventuellement, l'étape lourde de reflux et le tube 247 peuvent être éliminés, ce qui augmente la fraction des composants de gaz combustible (hydrogène, du monoxyde de carbone et de méthane), fourni à la chambre de combustion 206. Avec un taux relativement élevé de pression entre les hautes et basses pressions dans la première installation de PSA seront atteints relativement élevé de récupération des composants du gaz combustible dans le gaz de produit léger (pour le recyclage vers l'anode de la pile à combustible). Avec un nombre suffisamment grand produit du courant de reflux lourd et la consommation d'énergie correspondant à la compression de reflux lourds, des composants de gaz combustibles peuvent être sensiblement éliminés du produit lourd de dioxyde de carbone et / ou de la vapeur d'eau, de sorte que la chambre de combustion 206 peut être éliminé et remplacé par une petite chambre de combustion catalytique.

Le premier échangeur de chaleur 256 peut être prévu pour les tubes, le gaz d'alimentation, le reflux lourd et des conduites d'évacuation communiquant avec la première surface de contact 10 de la soupape pour établir une première température à la première extrémité des adsorbeurs. Le second échangeur de chaleur 257 peut être prévu pour les tuyaux à travers lesquels le produit léger, tuyau de sortie de reflux léger et le retour doux soupape de reflux communiquant avec la seconde surface 11 pour établir une seconde température à la seconde extrémité des adsorbeurs. Le troisième échangeur de chaleur 258 peut être prévu pour transférer de la chaleur depuis le tube de sortie d'anode 255 dans un tube de sortie de reflux de lumière communiquant avec les étages d'entrée de lumière de reflux expanseur 140, de sorte que la chaleur de haute qualité est récupéré au moins partiellement dans le dispositif d'expansion 140 de l'empilement de piles à combustible.

Node 208 comprend un compresseur de turbine à gaz 260 et la turbine 262 relié au moteur / générateur 264 et l'arbre du compresseur 266 244 pour le produit lourd et le détendeur (expander) 140 doux arbre de reflux 267. L'air ambiant est introduit dans le tuyau du compresseur 260 270, à alimenter en, et comprimé à la pression de fonctionnement de la direction 272 à travers le conduit 206 à la chambre de combustion. la chambre de combustion 206 brûle la quantité de carburant résiduel (y compris un peu d'hydrogène et de monoxyde de carbone non réduite et de carburant) dans le courant de produit lourd riche en dioxyde de carbone. Le catalyseur peut être prévu dans la chambre de combustion 206 pour assurer une combustion stable avec des concentrations élevées inertes, ou bien peut être ajouté à un combustible auxiliaire. Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 6, le gaz chaud (i.e., le produit de la combustion) sortant de la chambre de combustion 206 par la conduite 280 est refroidi dans l'échangeur à récupérateur de chaleur 285 à environ la température de fonctionnement MCFC d'admission en tant que gaz de cathode à la cathode d'entrée 220 . Le gaz de cathode contenant du dioxyde de carbone et de l'oxygène résiduel, l'azote liquide et la vapeur d'eau. Après la circulation à travers la cathode canal 214 dans lequel une partie du dioxyde de carbone et d'oxygène est consommé, le gaz de cathode épuisé est transféré de la sortie 222 de la cathode par un retour tuyau 290 à Récupérateur 285 pour le réchauffage à une température élevée sur par la conduite 291 entrée de la turbine pour l'admission à la turbine 262 . Après l'expansion dans la turbine 262 face au gaz de cathode est évacuée par un tuyau 292, où la chaleur suivante pour obtenir la récupération de chaleur le plus efficace est de préférence effectuée, par exemple, pour préchauffer l'alimentation aux entrées 230 et 240 de gaz. Ainsi, la turbine 262 entraîne l'ensemble de turbine 208.

Selon un autre mode de réalisation (non représenté), une partie du gaz chaud (par exemple, le produit de combustion) sortant de combustion 206 peut être envoyée directement à la turbine 262 sans passer par le canal de cathode 214. Dans un autre mode de réalisation est prévu un second flux de gaz de produit lourd Montage de PSA 204 dans une seconde chambre de combustion, puis en introduisant le produit de combustion chaud directement dans la turbine 262.

et la figure 6 montre l'élimination de l'eau à partir du produit lourd dans le conduit 242 avant la compression d'un compresseur de dioxyde de carbone 244 comme représenté sur la figure 6, ou après la compression, si une pompe à vide est utilisée comme compresseur 244, comme illustré sur la figure 7. Le condensateur 320 peut être prévu dans le conduit 242 pour éliminer l'eau et pour le refroidissement du gaz de produit lourd pour réduire la puissance de compression nécessaire pour l'eau liquide compresseur 244. est évacuée par le drain 321. La température de condensation peut être réglé sur un dispositif de refroidissement 322. L'échange de chaleur régénératif entre les tubes 242 et quatrième échangeur de chaleur 246 peut être fourni 325.

La figure 7 montre plusieurs fonctionnalités et améliorations alternatives. Dans cette figure montre l'unité de reformage thermique combinée. carburant déjà comprimé et de l'eau (ou de la vapeur) sont alimentés par la conduite 300 pour l'alimentation, en passant par l'échangeur de chaleur 302 pour la récupération de la chaleur des gaz d'échappement de cathode prolongée dans la conduite 292, puis à travers le récupérateur 285 pour atteindre une température de conversion élevées (environ 800 ° C à 1200 ° C) pour l'admission au réacteur catalytique 310 conversion. La température de réaction diminue la conversion endothermique du gaz de synthèse alimenté approximativement à la température MCFC, ce gaz de synthèse est envoyé par le conduit 240 pour produire de la chambre de gaz d'alimentation dans la première surface de contact 10 de l'installation de l'ARA vanne rotative 204.

La figure 7 caractéristique supplémentaire consiste à fournir un moyen auxiliaire mécanique pour augmenter la pression du circuit de l'anode, tel qu'un compresseur auxiliaire 330 qui est entraîné directement par un reflux d'expansion lumière 140 à travers le gaz arbre 267. pression re-comprimé en provenance du tuyau d'anode 255 monte à nouveau plus haute pression du compresseur auxiliaire 330 et alimentée par le conduit 331 pour produire le compartiment de gaz d'alimentation dans la première surface de contact 10 de la vanne rotative. Une partie du gaz d'échappement d'anode dans le conduit 255 est alimenté directement et par l'intermédiaire d'une canalisation 333 dans la chambre augmentant la pression du gaz d'alimentation. Dans cet exemple, la seule source d'énergie pour propulseur 330 est expanseur 140, qui dans cet exemple est séparé de l'ensemble de turbine à gaz 208.

8 et 9 illustrent des modes de réalisation supplémentaires, y compris l'adsorption en utilisant une pression différentielle de vide (WARD) pour augmenter encore la pression partielle d'oxygène et de dioxyde de carbone dans le canal de cathode pour augmenter la force électromotrice de la cellule et de réduire ainsi la charge de production d'énergie supplémentaire en utilisant chaleur dégagée, ce qui augmente le rendement global de l'installation. 8 et 9, comme dans les figures 6 et 7, divers détails de récupération de chaleur de récupération et de la condensation de l'eau à partir du produit lourd sont présentés sous forme schématique simplifiée.

Installation 400 WARD PSA en oxygène ou en faisant tourner le module 401 comprend un adsorbant sélectif à 403 N adsorbeurs, une première surface de contact 410 de la vanne rotative et la seconde surface de contact 411 de la vanne rotative. La première surface de contact 410 de la vanne rotative reçoit l'air comprimé dans la chambre produire le gaz d'alimentation du compresseur d'air 260 à travers le tuyau 420 et évacue l'air enrichi en azote des déchets de la sortie de la chambre à travers le tube 422 à une pompe à vide 424 (au choix inclus pour ADRAO ou exclus pour la simple PSA) pour la ventilation et toute autre utilisation de l'azote modérément enrichi. La seconde surface de contact 411 de la vanne rotative envoie produit léger enrichi en oxygène, tel que 90% de pureté, le clapet anti-retour 430 dans le conduit 431 vers le compresseur d'oxygène 432 qui délivre l'oxygène sous pression est au moins égale à la pression de travail de la MCFC, le tube 434, puis dans la chambre la deuxième combustion 206. surface de contact 411 de la vanne rotative 436 et munie d'étranglements reflux léger réduction de la pression pendant les étapes de reflux léger.

Selon un des exemples de réalisation de la variante illustrée sur les figures 8 et 9, le gaz d'échappement d'anode sortant à travers la sortie 218 de l'anode est directement introduit dans la chambre de combustion 206, sans passer d'abord à travers une unité PSA d'hydrogène. Le gaz de dégagement anodique peut ensuite être brûlé avec le courant enrichi en oxygène produit par l'installation de 400 PSA oxygène.

L'enrichissement en oxygène de l'air fourni par la chambre de combustion 206 peut sensiblement réduire la saturation de l'azote et de l'argon inerte dans le canal de cathode, augmentant ainsi la conversion d'énergie électromécanique, tel que décrit ci-dessus. milieu de travail pour le détendeur de turbine à gaz 262 est donc du dioxyde de carbone fortement concentré est que de très faibles quantités de gaz atmosphériques. En outre, l'enrichissement en oxygène peut fournir une combustion plus complète sans un catalyseur ou des catalyseurs avec des quantités plus faibles et il peut éliminer sensiblement les émissions toxiques.

La figure 9 montre la caractéristique supplémentaire consiste en ce qu 'une partie de l'oxygène enrichi de PSA montage 400 est utilisé pour le traitement du combustible, soit au sein de l'installation, comme indiqué ici, ou à l'extérieur, comme dans l'exemple où la gazéification du charbon est utilisé pour générer une alimentation en gaz de synthèse. Ici, la partie de l'oxygène comprimé dans le conduit 434 est envoyé par le conduit 440 vers l'unité de reformage 310, il existe un système de reformage autothermique du gaz naturel avec de la vapeur.

La figure 10 représente un schéma simplifié d'un système tetO de réalisation 450 à laquelle le gaz est introduit à travers l'entrée 230 du combustible (qui peut être du gaz naturel, du gaz de synthèse ou de l'hydrogène). Exemple 450 mise en œuvre comprend WARD d'oxygène, des équipements de compression qui est principalement tirée par cycle de turbine à gaz de régénération en utilisant du gaz d'anode comme fluide de travail pour régénérer la chaleur résiduelle des batteries de piles à combustible, comme un cycle pour produire de l'électricité supplémentaire à l'aide de la chaleur évacuée pour commander des charges de compresseurs auxiliaires. Alternativement, enrichi en oxygène peut être fourni avec une pression processus de PSA positif (excès), comme le montre la figure 4A. Les composants et les numéros de référence correspondent généralement à la description ci-dessus pour les figures 6 et 9. Les systèmes présentés dans Fig.10-14 ne sont que des exemples et d'autres systèmes peuvent être utilisés avec différents arrangements de dispositifs et de tuyaux ou d'autres appareils et tuyaux ou avec moins d'appareils et des conduits.

La batterie 502 de la pile à combustible comprend une membrane électrolytique à oxyde solide 510 de l'oxyde solide, disposé entre l'anode canal 512 et la cathode canal 514. Le canal d'anode comportant une entrée 516 et une sortie 518 reliée par l'anode boucle 519, tandis que le canal de cathode 514 a une entrée 520 et une sortie 522. Si le carburant est du gaz naturel, il subit une conversion dans le canal d'anode 512, tandis que dans la boucle d'anode 519 maintenu la concentration de vapeur appropriée pour empêcher le dépôt de carbone.

gaz lourd produit à partir de la première installation de PSA sort partiellement par le conduit 455 s'étendant de la conduite de transfert 242 et le gaz qui sort du circuit de l'anode à la chambre de combustion 206. Cathode gaz de queue peut être utilisé comme oxydant dans la chambre de combustion 206, et est transmis à partir de la cathode sortie 522 tuyau 457 à la chambre de combustion. gaz volatils provenant du tuyau de sortie de chambre de combustion 206 459 est évacué après la récupération de chaleur dans l'échangeur de chaleur 460 où le gaz est soumis à un reflux doux augmenté de chauffage avant d'entrer dans la phase d'expansion 140 de la fraction légère. fluide de travail dans le détendeur 140 est un mélange de vapeur et d'hydrogène si l'hydrogène est le combustible, y compris le dioxyde de carbone et, si le combustible est du méthane ou du gaz de synthèse, qui sont introduits à travers l'entrée 230 pour fournir du carburant.

La température de fonctionnement des premiers adsorbeurs de PSA peut être proche de la température ambiante, et dans ce cas des échangeurs de chaleur 256 et 257 sera Récupérateurs lourdement chargés. En variante, le réglage de la première PSA peut fonctionner à une température élevée, la seconde température adjacente à la seconde surface de contact de soupape est de préférence augmentée par rapport à la première température, adjacente à la première surface de la valve de contact, de sorte que les fonctions adsorbeur de rotor en tant que régénérateur rotatif thermique.

Dans une forme de réalisation, la première zone 26 des adsorbeurs est présent dans la plage de température allant de la température sensiblement ambiante à environ 300 ° C en utilisant de l'alumine, la zéolite 13X, ou de la zéolite au moins modérément hydrophobe, tel que la zéolite Y, comme l'adsorbant. Вторая зона 27 адсорберов может работать в диапазоне температур приблизительно от 300°С до 500°С с использованием, например, оксида алюминия или активированного гидротальцита в качестве адсорбента. Третья зона 28 адсорберов может работать при температуре приблизительно от 530 до 800°С с использованием, например, оксида алюминия или сверхстойкого гидротальцита цеолита У. В качестве альтернативы, третья зона 28 может содержать (вместо адсорбента) по существу неадсорбционный керамический или металлический материал, выбранный для использования в высокотемпературной зоне вращающегося регенератора.

Фиг.11 показывает упрощенное схематическое изображение другого примера реализации 475 системы топливного элемента ТЭТО, для которой топливом является водород. Этот пример реализации особенно целесообразен для установок меньшего масштаба, для которых требуется высокий кпд. В примере реализации 475 двигатель Стирлинга 480 используется в качестве тепловой системы выработки электроэнергии с использованием сбрасываемого тепла для регенерации отходящего тепла. Двигатель 480 имеет горячий конец 481, в котором выполняется расширение рабочей среды цикла Стирлинга, для забора тепла из снабженной теплоизоляцией рубашки 482, окружающей батарею топливного элемента. Двигатель 480 имеет холодный конец 483, в котором выполняется сжатие рабочей среды цикла Стирлинга, для отвода тепла по существу при температуре окружающего воздуха из охладителя 484. Сжатый водород может использоваться в качестве рабочей среды цикла Стирлинга.

Двигатель Стирлинга может иметь кривошипно-шатунный механизм 485 для приводного вала 486, связанного с вентилятором 490 для рециркуляции анодного газа, питающим вентилятором 260 для кислорода АРД, включенным по выбору вакуумным насосом 424 АРД и по выбору генератором 264. В качестве альтернативы может быть использован механизм свободно плавающего поршня двигателя Стирлинга для того, чтобы выполнять все или некоторые из описанных компрессионных нагрузок непосредственно, без соединения с помощью вала.

Фиг.12 показывает упрощенное схематическое изображение примера реализации 500 системы ТЭТО, к которому через входное отверстие 230 подается выработанный снаружи и очищенный водород. Пример реализации 500 показывает кислородную ВАРД, где компрессионное оборудование главным образом приводится в действие автономными газовыми турбинами (турбозарядными агрегатами), регенерирующими отходящее тепло батареи топливных элементов как цикл дополнительной выработки электроэнергии с использованием сбрасываемого тепла, используемой только для вспомогательных компрессионных нагрузок. Обогащенный кислород может альтернативно подаваться процессом АРД при положительном (избыточном) давлении как показано в Фиг.4А.

Батарея 502 топливного элемента твердого оксида включает мембрану 510 электролита твердого оксида, расположенную между анодным каналом 512 и катодным каналом 514. Анодный канал имеет вход 516 и выход 518, соединенные анодным контуром 519, а катодный канал 514 имеет вход 520 и выход 522, соединенные катодным контуром 523. Анодный и катодный контуры проходят через теплообменник 525 для отвода отходящего тепла батареи при по существу рабочей температуре топливного элемента. Рециркуляционные вентиляторы (или эжекторы) 526 и 527 могут быть обеспечены для выработки рециркулирующего потока в анодном и катодном контурах соответственно, если требуется рециркуляция.

Компрессионное оборудование ВАРД для кислорода работает как показано в Фиг.4В и 5А с изменениями, как описано ниже. Питающий вентилятор 530 подает воздух на вход компрессора 101 для питающего разъемного потока. Вентилятор 530 приводится в действие электродвигателем (или двигателем внутреннего сгорания) 531, что необходимо для запуска турбин, которые приводят в действие компрессор 101 и вакуумный насос 103. Перепускной обратный клапан 532 обеспечен, чтобы при необходимости останавливать вентилятор 530, когда система 500 полностью запущена и температура доходит до рабочей температуры.

Питающий компрессор 101 включает ступени низкого давления, поставляющие воздух на модуль 401 ВАРД для кислорода, например, по трубе 181, как показано в Фиг.4А или 4В, а и ступень 538 более высокого давления, которая поставляет дополнительный сжатый воздух в качестве рабочей среды для регенерации тепла по трубе 540 на первый конец 541 первого теплового рекуператора 542, который и имеет второй конец 543, при температуре, приближающейся к рабочей температуре батареи топливного элемента. Рабочая среда для регенерации тепла нагревается в рекуператоре 542 и затем теплообменником 525 перед поступлением на вход 549 первой турбины 550 расширителя. После расширения в первой турбине 550 рабочая среда для регенерации тепла передается трубой 551 на дополнительный подогрев в теплообменнике 525 перед подачей на вход 559 второй турбины 560 расширителя. После того, как рабочая среда для регенерации тепла расширяется по существу до атмосферного давления во второй турбине 560, она переносится по трубе 561 через рекуператор 542, где ее остающееся теплосодержание регенерируется для подогрева воздуха в трубе 540 и обогащенного кислорода в трубе 567, и затем использованная рабочая среда удаляется по трубе 565.

В примере на Фиг.12 первая турбина 550 используется для приведения в действие питающего компрессора 101 в турбозарядном агрегате 570, а вторая турбина 560 используется для приведения в действие вакуумного насоса 103 в турбозарядном агрегате 572. Понятно, что использование первой и второй турбины может иметь обратный порядок и что электрический генератор и может быть подсоединен к каждой из этих турбин или к третьей турбине. К тому же турбины могут получать рабочую среду для регенерации тепла параллельно, а не рядами. Работа рядами с подогревом более эффективна с точки зрения термодинамики. и можно обеспечить промежуточное охлаждение между ступенями компрессора 101.

Обогащенный кислород из установки 401 ВАРД поставляется на кислородный компрессор 145 через обратный клапан 430 для дополнительного повышения давления обогащенного кислорода по существу до рабочего давления контура катодного канала 514. В соответствии с выбранным рабочим давлением компрессор 145 может иметь несколько ступеней, и ступени могут работать от соответствующего двигателя или от другого приводного средства. Фиг.12 показывает турбину 140 расширителя легкой флегмы в качестве источника энергии для кислородного компрессора 145, как показано в Фиг.5А. Это устройство достигает самого высокого кпд регенерацией энергии из падения давления газа легкой флегмы и имеет преимущество, заключающееся в том, что кислородный компрессор 145 приводится в действие от расширителя 140 кислорода в автономном узле ротора, который может быть заключен в герметичную оболочку. Для высоких рабочих давлений (т.е. >5 бар) может быть необходимым обеспечение дополнительных ступеней сжатия кислорода с другим источником энергии или вспомогательным для расширения легкой флегмы.

Поскольку обогащенный кислород, поставляемый простыми системами ВАРД, обычно содержит около 5% аргона и небольшое количество примесей азота, может быть целесообразным удалить продувочный поток с контура 523 катода через продувочную трубу 580. Труба 580 проходит через рекуператор 542 для восстановления энергии теплосодержания (энтальпии) из продувочного потока и включает дроссельный клапан 581 или другое средство для снижения давления перед отверстием 582 для выхода продувочного потока. Если нужно, весь или часть продувочного потока может быть удалена в атмосферу или же весь или часть продувочного потока может рециркулироваться из отверстия 582 в камеру создания избыточного давления для подаваемого газа установок 401 ВАРД, чтобы удержать обогащенный кислород, а и для регенерации энергии компрессоров в процессе ВАРД. Фракционное количество продувочного потока, которое рециркулируется в установке ВАРД, будет зависеть от анализа, определяющего допустимое скопление возвращаемой в процесс примеси аргона в анодном контуре. При рециркуляции продувочного газа умеренная концентрация аргона может быть восстановлена в качестве полезного коммерческого побочного продукта электростанции 500.

Может быть предусмотрен второй тепловой рекуператор 590 для подогрева водородного топлива, подаваемого на сторону анода через входное отверстие 230 для топлива под давлением, соответствующим рабочему давлению анодного канала. Первый конец 591 рекуператора 590 может иметь температуру окружающего воздуха (или температуру хранения водорода). Второй конец 592 рекуператора 590 имеет рабочую температуру батареи. Чтобы предотвратить нежелательное скопление водяного пара в качестве продукта реакции топливного элемента в анодном канале, фракция возвращенного в реакцию анодного газа отводится через конденсационный контур, включающий трубу 593 охлаждения, через рекуператор 590 к конденсатору 595 и трубу 596 повторного подогрева через рекуператор 590 назад на вход 516 анода. Охлаждающий змеевик 597 и дроссельный клапан 598 для выхода жидкости включены в конденсатор 595.

После рассмотрения Фиг.12 станет понятно, что установка ВАРД для кислорода и связанное с ней компрессионное оборудование, обеспеченные в ней в виде роторных "турбозарядных" агрегатов для регенерации отходящего тепла батареи топливных элементов, могут и применяться в системах ТЭРК для работы с потоком концентрированного CO ₂ , и подаваемого на контур катода, так что можно получить две моли СО ₂ на каждую моль O ₂ , потребляемую в катодной реакции ТЭРК.

13 et 14 montrent des exemples de TETO 600, où la conversion du carburant gaz naturel avec de la vapeur. Le gaz naturel désulfuré est introduit sensiblement à la pression de travail des piles à combustible à l'entrée 601 et de là, par la conduite 602 entre dans la première extrémité 603 du récupérateur 604, l'unité de reformage, qui chauffe le gaz entrant lors de son écoulement dans la seconde extrémité 605 du reformeur récupérateur. La seconde extrémité 605 est à une température élevée approchant la température de fonctionnement de l'empilement de piles à combustible. Les flux de gaz naturel préchauffé par le conduit 610 à partir de la seconde extrémité 605 du récupérateur 619 à l'entrée 620 du dispositif de reformage du réacteur. Le gaz naturel réagit avec la vapeur d'eau dans le réacteur 620, la production d'hydrogène contenant du gaz de synthèse, du monoxyde de carbone et dioxyde de carbone; une partie du monoxyde de carbone peut réagir avec la vapeur d'eau en produisant davantage d'hydrogène.

Le gaz de synthèse produit dans le réacteur 620 est alimenté à partir de sa sortie 621 par une canalisation 622 de retour à travers l'unité échangeur de reformage à la chaleur (ou une partie) pour refroidir le gaz de synthèse à la température de fonctionnement du premier ARA de l'installation (pour l'extraction du dioxyde de carbone à partir du combustible de l'anode d'hydrogène), puis pénètre à travers le tuyau 623 pour fournir la première installation de 204 caméra ARD H _2.

Comme cela est décrit ci-dessus, la température de fonctionnement du premier PSA d'assemblage 204 peut être proche de la température du réacteur de réformage de batterie pile à combustible. Par exemple, la température de fonctionnement de l'installation de l' ARA H ₂ peut être dans la plage d'environ 100 à 200 ° C reformeur de pile à combustible du réacteur. Si la température de fonctionnement du premier ARA d'installation suffisamment élevée pour que la réaction de reformage de vapeur d'eau avec le méthane (au moins 600 ° C) et adsorbeurs comprend un catalyseur convenable, la réaction de conversion à la vapeur d'eau peut être réalisée sous la forme d'une meilleure réaction de sorption ARA installer dans une zone de température adsorbante approchant à environ 600 ° C ou plus. À des températures plus basses, la première installation de l'ARA (par exemple, au moins environ 200 ° C à 300 ° C), la conversion de la vapeur d'eau peut être réalisée sorption améliorée réaction sur un catalyseur approprié dans les adsorbeurs. À des températures encore plus basses, jusqu'à atteindre la température ambiante, le premier PSA peut faire fonctionner l'installation avec des adsorbants classiques pour adsorber le CO ₂ de l'hydrogène.

Produit enrichi en hydrogène à partir de la première installation de PSA est alimenté en tant que produit de la lumière par le conduit 630 à la boucle d'anode conduit 632, puis, après un ventilateur de recirculation supplémentaire de pressurisation 526 anode, l'anode 516 à l'entrée de l'empilement de piles à combustible. Le gaz de sortie d'anode est retiré de l'anode 518 dans le tube 640 qui passe à travers le réacteur de reformeur chauffe 642, et de là dans le tube 632 du circuit de l'anode.

Enrichi en dioxyde de carbone à partir de la première ARA installation est retiré produit plus lourd à une pression inférieure par la conduite 242 au compresseur d'entrée de carbone (ou d'une pompe à vide) 244, qui sert de reflux sévère du compresseur, et comprime le courant enrichi en dioxyde de carbone retour à la pression du cycle de nappage la première installation de l'ARD. Une partie du CO ₂ est renvoyé à la réaction dans l'unité PSA par le conduit 247 vers la chambre d'alimentation de la première installation de l' ARA lourde de reflux. CO ₂ résidu comprimé est évacué par le conduit 650, agissant, dans ce cas, le TETO d'installation.

Dans le cas contraire, lors de l' entrée de l'installation MCFC (et qui peut être représenté dans la figure 13) couple le CO ₂ est transporté par un tuyau 651 (représenté par la ligne en pointillés sur la figure 13) pour le mélange avec le courant enrichi en oxygène entre le clapet anti-retour 430 et le compresseur 145 enrichi en oxygène pour fournir un flux adéquat de la cathode oxydant MCFC deux moles de _CO2 par mole de consommation d' O _2.

Compresseur de gaz carbonique ou de reflux lourd compresseur 244 est représenté sur les figures 13 et 14 où elle passe à partir d'une troisième turbine de détente 670 dans un "turbozaryadnom" autonome rotatif de noeud 672. Sur la figure 13, la troisième turbine 670 est représenté en fonctionnement en parallèle avec la première turbine 550, de sorte que que le tuyau d'entrée 675 de la turbine 670 est reliée à une conduite 540 qui est introduite dans la turbine 550 et la conduite de sortie 676 de la turbine 670 est reliée à une conduite 551, qui est la sortie de la turbine 550.

14 Dans chacune des trois rangées de turbines fonctionnent pas à pas pour l'expansion du fluide de travail pour l'air de récupération de chaleur. Le tube 540 admet l'air chauffé à l'entrée de la turbine 550, puis le tube 677 admet l'air partiellement détendu à l'entrée de la turbine 670 et le tube 678 admet l'air élargi vers l'échangeur thermique 526 pour le réchauffage et ensuite par le conduit 551 à l'entrée de la turbine 560 pour l'expansion finale à la pression atmosphérique . De manière souhaitable, le tube 677 et transmis le long du contour de l'échangeur de chaleur 525 pour le réchauffage de telle sorte que l'entrée de chaque étage de turbine est chauffée à la température la plus élevée qui peut être atteinte.

Surchauffe ou réchauffez les figures 13 et 14 peuvent être fournies et la chambre de combustion du gaz d'anode de la queue (ou premier gaz d'échappement PSA), qui ne figure pas dans ces schéma simplifié. Le brûleur pour le gaz résiduel d'anode ne donnera pas de toute élection toxiques si l'agent oxydant est fortement enrichi en oxygène produit par l'installation de 401 ou ARD ADRAO oxygène. Puisque le gaz anode de queue sera principalement CO ₂ avec une très faible valeur calorifique des composants de carburant, enrichi en oxygène est avantageusement utilisé comme oxydant, pour éviter ou réduire la nécessité d'un catalyseur qui serait nécessaire pour le gaz de combustion ayant un BTU extrêmement faible (Brit. Thermal Units ) dans l'air.

Sur la figure 13, le gaz combustible dans le canal d'anode comprend de l'hydrogène et probablement impliquer et de monoxyde de carbone en tant que composant de carburant, de sorte que la vapeur d'eau et de dioxyde de carbone sont formées en continu les produits de réaction. Barbotine courant de gaz d'anode est éliminée en continu depuis l'espace près de la sortie d'anode 518 par la conduite 680 et on le refroidit à travers l'unité échangeur de réformage de chaleur 604 à la température appropriée pour l'admission à la chambre d'alimentation à la première unité de PSA par le conduit 681. Dans ce mode de réalisation, la première installation de PSA reçoit donc trois cours d' eau alimenté pour augmenter la concentration de CO _2: (1) le flux de glissement du gaz d'anode dans le conduit 680, (2) réacteur de conversion de gaz de synthèse avec de la vapeur dans le conduit 622, et (3) ₂ CO concentré reflux lourd du tuyau 247. A l' intérieur du processus de PSA, chaque adsorbeur devraient recevoir ces trois courants d'alimentation dans le même ordre (de la conduite 681, le tube 623 et puis, et puis le tuyau 247) pour maintenir la séquence correcte d'élever la concentration de CO _2. Des précautions doivent être prises dans la réalisation de la coordination de vapeur 13 afin de maintenir un rapport adéquat de la vapeur d'eau / carbone dans le reformeur et dans le canal d'anode pour empêcher tout dépôt de carbone et de désactivation du catalyseur subséquent. La vapeur d'eau doit être alimenté par un gaz d'alimentation comprenant le gaz naturel, ou He. Il peut être nécessaire d'utiliser un adsorbant légèrement hydrophobe dans le premier PSA, ou de l'installation de la vapeur supplémentaire injecté dans le canal d'anode de la pile à combustible. Dans ce mode de réalisation, une séparation claire des moins parce que lorsque le CO ₂ est éliminé et concentré, il n'y a pas besoin de séparer le CO.

Sur la figure 14 , le gaz combustible dans le canal d'anode est fourni sous forme d' hydrogène purifié qui a été séparé par la première installation de PSA construit et exploité de manière à éliminer les impuretés CO et CH ₄ et CO ₂ et. (Encore une fois, le brûleur de gaz résiduel est utilisé pour la combustion des composants combustibles résiduels dans le reflux du courant lourd de produit enrichi en CO _2, avec la chaleur utile appliquée à un préchauffage ou de réchauffage dans une perte de récupération de chaleur détendeur à turbine). L'installation initiale de l'ARA 14 reçoit deux courants d'alimentation, un gaz de synthèse de réforme des systèmes de réacteur pour la conversion du méthane avec de la vapeur provenant de la conduite 623, puis entre dans le reflux lourd comprimé du tuyau 247, et ne retourne pas à la réaction avec la boucle d'anode il a envoyé un hydrogène purifié. Dans ce cas, dans le canal d'anode ne se forme pas de CO ₂ est le seul produit de la réaction est de la vapeur d'eau. La vapeur d'eau peut être retirée du circuit de l'anode récupératif d'échange de chaleur dans un condenseur comme le montre la figure 12, mais la vapeur d'eau 14 est éliminée par rotation d'un échangeur de séchage d'humidité 690, 610 connectés entre les tubes 690 et 640. L'échangeur d'humidité comprend un séchoir annulaire 691 qui est en contact avec des surfaces de contact 692 et l'échangeur d'humidité 693. soupape transmet la vapeur d'eau du tuyau de sortie d'anode 640 avec le produit d'anode conduit d'alimentation 610 du réacteur de conversion à la vapeur, pour éliminer la vapeur d'eau provenant de la boucle d'anode tout en fournissant toute la vapeur d'eau nécessaire à la conversion du méthane vapeur.

Le tube 14 est de 640 achemine le gaz d'anode humide à travers la surface de contact de soupape 692 sur un côté du séchoir à anneau, où le gaz d'anode séché est livré à travers la surface de contact 693 de la valve dans le tuyau 640 ', le tube 632 couplé à un circuit d'anode. Tube 610 fournit de la vapeur humidifié reformage du gaz à travers la surface de contact 692 de la soupape de l'autre côté du séchoir à anneau, qui est approvisionné en gaz préchauffé à sec à travers la surface de la valve 693 du tube 610 'de contact. La force motrice pour le transfert d'humidité peut être augmenté soit par l'établissement d'une température plus élevée dans le conduit 610 de la température relativement plus basse dans le conduit 640, en établissant une pression plus élevée dans les tubes 640 et 640 'par rapport à la plus basse pression dans les conduites 610 et 610'.

Il est entendu qu'il peut y avoir de nombreuses variantes et variations des systèmes et des procédés décrits.

Par exemple, les systèmes et les procédés décrits peuvent être utilisés dans le cadre de diverses cellules de combustible, des unités d'alimentation en gaz et d'ARA, par exemple tel que

A. Fonctionnement direct au gaz naturel ou MCFC carburant unités de cellules TETO avec ARA comme anode et cathode.

B. MCFC ou TETO travaux sur le gaz de synthèse produit, par exemple, l'oxygène soufflant la gazéification du charbon, des unités de PSA avec l'anode et la cathode.

В. Косвенная работа ТЭТО на водороде, полученном конверсией из природного газа с установками АРД на реформинг-установке (отвод СО ₂ ), аноде (отвод H ₂ O, который и может выполняться конденсацией) и катоде (отвод азота).

Г. Работа ТЭТО на водороде из любого источника, с установками АРД, на аноде (отвод H ₂ O, который и может быть выполнен конденсацией) и катоде (отвод азота).

Определение кпд на основе более низкой теплоты сгорания топлива находится в пределах приблизительно 60% для примеров реализации ТЭРК, 70% для ТЭТО, работающего на ископаемом топливе, и 80% для ТЭТО, работающего на водороде, с коммерчески приемлемыми плотностями тока.

Для систем ТЭРК описанные системы и процесс могут избежать скопления CO ₂ на аноде, где вырабатывается CO ₂ , реакциями СН ₄ и СО, а и переносом карбоната через электролит; в то же время устраняется скопление инертного азота на катоде.

Некоторые описанные примеры реализации ТЭТО имеют следующие потенциальные преимущества:

1. Проблема снижения напряжения элемента при чрезмерно высокой температуре может быть преодолена манипулированием парциальными давлениями.

2. Массовый расход CO ₂ , выходящего из анода, на единицу топлива может превышать приблизительно только на 20% массовый расход CO ₂ в аноде ТЭРК, в который из электролита подается большее количество СО ₂ , поэтому компрессор тяжелой флегмы или вакуумный насос может быть гораздо меньше и требовать меньше электроэнергии.

3. Высокотемпературное (высокопотенциальное) отходящее тепло улучшает кпд турбозарядных агрегатов регенерации тепла.

Несмотря на то, что наше изобретение показано и описано со ссылкой на несколько примеров реализации, специалистам в данной области должно быть понятно, что изобретение может иметь модификации в устройстве и деталях, не выходящие за пределы этих принципов.

REVENDICATIONS

1. Система, вырабатывающая электрический ток, содержащая, по меньшей мере, один топливный элемент, работающий при температуре, по меньшей мере, приблизительно 250°С, по меньшей мере, одну газовую систему, выбранную из системы отделения водородосодержащего газа или системы подачи кислородосодержащего газа, соединенную с топливным элементом, при этом система отделения водородосодержащего газа или система подачи кислородосодержащего газа включает в себя, по меньшей мере, одно устройство, выбранное из компрессора или насоса, причем система отделения водородосодержащего газа или система подачи кислородосодержащего газа содержит модуль адсорбции с использованием разности давлений, и приводную систему для компрессора или насоса, которая включает в себя средство для регенерации энергии, выбранное из системы отделения водородосодержащего газа, системы подачи кислородосодержащего газа, тепла топливного элемента или любой их комбинации.

2. Система по п.1, в которой топливным элементом является топливный элемент из расплавленного карбоната или топливный элемент из твердого оксида.

3. Система по п.1, в которой топливный элемент работает при температуре, по меньшей мере, приблизительно 600°С.

4. Система по п.1, в которой средство для регенерации энергии содержит, по меньшей мере, одну систему, выбранную из газовой турбины, теплообменника или двигателя Стирлинга.

5. Система по п.1, в которой насос является вакуумным насосом.

6. Система, вырабатывающая электрический ток, содержащая, по меньшей мере, один топливный элемент, работающий при температуре, по меньшей мере, 250°С, по меньшей мере, одну газовую систему, выбранную из системы отделения водородосодержащего газа или системы подачи кислородосодержащего газа, соединенную с топливным элементом, причем система отделения водородосодержащего газа или система подачи кислородосодержащего газа содержит модуль адсорбции с использованием разности давлений, и систему газовой турбины, соединенную с системой отделения водородосодержащего газа или с системой подачи кислородосодержащего газа, в которой система газовой турбины работает от энергии, регенерируемой средством, выбранным из системы отделения водородосодержащего газа, системы подачи кислородосодержащего газа, тепла топливного элемента или любой их комбинации.

7. Система по п.6, в которой модуль адсорбции с использованием разности давлений выполнен с возможностью подачи водородосодержащего газа на топливный элемент, при этом модуль адсорбции с использованием разности давлений включает в себя первый адсорбент и, по меньшей мере, один второй материал, выбранный из второго адсорбента, катализатора конверсии с водяным паром или катализатора реакции конверсии водяного газа.

8. Система по п.7, в которой первый адсорбент преимущественно адсорбирует углекислый газ по сравнению с водяным паром.

9. Система по п.8, в которой первый адсорбент содержит активированный щелочью материал, а катализатор содержит Cu-ZnO, карбонильный комплекс переходного металла или катализатор, содержащий металл из группы переходных металлов, введенный в клетку цеолита.

10. Система по п.6, в которой система газовой турбины дополнительно соединена, по меньшей мере, с одним устройством, выбранным из компрессора, насоса или вспомогательного устройства.

11. Система, вырабатывающая электрический ток, содержащая, по меньшей мере, один топливный элемент, выбранный из топливного элемента из расплавленного карбоната или топливного элемента из твердого оксида, по меньшей мере, одну газовую систему, выбранную из системы отделения водородосодержащего газа или системы подачи кислородосодержащего газа, соединенную с топливным элементом, причем система отделения водородосодержащего газа или система подачи кислородосодержащего газа содержит модуль адсорбции с использованием разности давлений, и систему газовой турбины, соединенную с системой отделения водородосодержащего газа или с системой подачи кислородосодержащего газа, в которой система газовой турбины работает от энергии, регенерируемой средством, выбранным из системы отделения водородосодержащего газа, системы подачи кислородосодержащего газа, тепла топливного элемента или любой их комбинации.

12. Un système qui produit un courant électrique, comprenant au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C, au moins un système de gaz sélectionné à partir d'un système de séparation de l'hydrogène gazeux ou d'un système de séparation de gaz contenant de l'oxygène relié à la pile à combustible, dans lequel le compartiment de l'hydrogène gazeux du système est agencé pour produire un premier courant d'effluent gazeux, dans lequel le système est un séparateur de gaz contenant de l'oxygène est adapté pour générer le second flux de gaz d'échappement, et un système de turbine à gaz couplée à au moins l'un des les systèmes, le système de séparation de l'hydrogène gazeux ou du système de séparation de gaz contenant de l'oxygène, dans lequel le système de turbine à gaz reçoit au moins l'un des premier flux de gaz d'échappement ou le deuxième courant de gaz d'échappement.

13. Système selon la revendication 12, dans lequel la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

14. Système selon la revendication 12, dans lequel le système de séparation de l'hydrogène gazeux comprend un premier module d'adsorption et le premier courant de gaz d'échappement enrichi en dioxyde de carbone.

15. Système selon la revendication 14, comprenant en outre une chambre de combustion qui forme une première entrée pour recevoir le premier courant de gaz d'échappement et une sortie pour retirer le courant gazeux de produit de combustion.

16. Système selon la revendication 15, comprenant en outre un premier tuyau à travers lequel la communication de fluide de la sortie de la chambre de combustion et l'entrée de la cathode, formée par la pile à combustible, un second tube à travers lequel une communication de fluide une sortie de la cathode, formée par le système de pile à combustible et une turbine à gaz, et au moins un échangeur thermique recevant au moins une partie du premier tube et au moins une partie du deuxième tube.

17. Système selon la revendication 15, comprenant en outre au moins un conduit à travers lequel la communication de fluide de la chambre de combustion et de sortir du système de turbine à gaz.

18. Système selon la revendication 12, dans lequel le système de turbine à gaz comprend au moins un dispositif choisi parmi un compresseur et une pompe à vide.

19. Système selon la revendication 14, dans lequel le premier module d'adsorption comprend un module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression.

20. Système selon la revendication 19, dans lequel le système de turbine à gaz comprend au moins un dispositif connecté à un module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression, le dispositif sélectionné à partir d'un compresseur et une pompe à vide.

21. Un système qui produit un courant électrique, comprenant au moins une pile à combustible, une pile à combustible sélectionnée à partir d'une pile à combustible à carbonate fondu et d'un oxyde solide d'au moins une unité d'adsorption en utilisant la différence de pression, qui est configuré pour générer un flux gaz riche en oxygène, pour l'alimentation de la pile à combustible, et un flux de gaz d'échappement de produits lourds, et au moins une pompe à vide reliée au module en utilisant la différence de pression d'adsorption pour extraire flux de gaz de produit lourd.

22. Un système qui produit un courant électrique, comprenant une source de gaz contenant de l'oxygène, au moins un module d'hydrogène gazeux de séparation qui est configuré pour produire un courant gazeux enrichi en hydrogène et un courant gazeux enrichi en dioxyde de carbone, et le module de séparation de gaz d'hydrogène comprend le module d'adsorption en utilisant une pression différentielle, un dispositif de combustion pour produire un courant de produit gazeux de la combustion d'un gaz contenant de l'oxygène et un courant gazeux enrichi en dioxyde de carbone et d'au moins une pile à combustible de carbonate fondu comportant une entrée de l'ouverture de cathode pour recevoir le flux de gaz de produit de combustion et un orifice d'entrée une anode pour recevoir un flux gazeux enrichi en hydrogène.

23. Système selon la revendication 22, dans lequel l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression est reliée à une source de gaz contenant de l'oxygène et est conçu pour générer un flux de gaz enrichi en l'apport d'oxygène au dispositif de combustion.

24. Système selon la revendication 22, dans lequel la pile à combustible de carbonate fondu a une sortie pour l'enlèvement d'au moins un flux de gaz d'échappement de la pile à combustible, dans lequel le système comprend en outre un premier échangeur de chaleur qui reçoit un flux de gaz d'échappement de la pile à combustible et le débit de gaz produit de combustion.

25. Système selon la revendication 24, comprenant en outre un réacteur de production de gaz contenant de l'hydrogène, et un tuyau d'alimentation en mélange combustible d'hydrocarbure - l'eau sur le gaz de réacteur de génération contenant de l'hydrogène, dans lequel au moins une partie du tube pour mélanger le combustible d'hydrocarbure - l'eau est disposé dans le premier l'échangeur.

26. Système selon la revendication 25, comprenant en outre une unité d'adsorption en utilisant la différence de pression est reliée à une source de courant de gaz contenant de l'oxygène qui peut générer un gaz riche en oxygène, pour l'alimentation au réacteur, générant un gaz contenant de l'hydrogène.

27. Le système qui produit un courant électrique, comprenant au moins une cellule de combustible comportant une ouverture de sortie d'anode pour éliminer l'anode, le gaz et l'entrée de cathode, tandis que la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 250 ° C, le module l'adsorption par différence de pression, qui est configuré pour produire un courant gazeux riche en oxygène, et un dispositif de combustion pour produire un flux de combustion à partir du courant de produit gazeux riche en oxygène gazeux et le gaz d'échappement d'anode, et un tuyau à travers lequel dispositif de combustion de communication de fluide et cathode ouverture d'entrée pour l'alimentation en carburant du courant gazeux de produit de combustion à la cathode de la pile à combustible.

28. Procédé de production d'au moins un courant d'alimentation à au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins 250 ° C environ, comprenant: la fourniture d'au moins un des systèmes de séparation de l'hydrogène gazeux ou des systèmes fournir un gaz contenant de l'oxygène relié à la pile à combustible, la séparation de l'hydrogène gazeux du système ou d'un système de distribution de gaz contenant de l'oxygène comprend au moins un dispositif sélectionné à partir d'un compresseur ou d'une pompe à vide et la séparation de l'hydrogène gazeux du système ou d'un système de distribution de gaz contenant de l'oxygène comprend un module l'adsorption par différence de pression, l'agent de l'énergie de régénération choisi dans le système de séparation de l'hydrogène gazeux, le système d'alimentation en gaz contenant de l'oxygène, la chaleur de la pile à combustible, ou toute combinaison de ceux-ci, et la mise en oeuvre du compresseur ou de la pompe à vide au moins partiellement l'énergie récupérée à fournir, au moins un courant fourni à la pile à combustible.

29. Procédé selon la revendication 28, dans lequel l'opération de récupération de l'énergie et comprend l'administration d'au moins un flux d'échappement de la pile à combustible, système de séparation de l'hydrogène gazeux ou d'un système d'alimentation en gaz contenant de l'oxygène, au moins une unité sélectionnée dans l'échangeur et turbine à gaz.

30. Procédé selon la revendication 28, dans lequel la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

31. Procédé de production d'au moins un courant de combustible, au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C, comprenant la formation d'une première différence de pression dans le premier courant gazeux contenant du carburant sous suffisant pour séparer le premier courant gazeux contenant un combustible et un premier courant enrichi en gaz combustible et le premier courant de gaz combustible appauvri en introduisant au moins un premier courant enrichi en combustible gazeux ou d'un premier courant de combustible gazeux appauvri dans la première unité d'adsorption en utilisant la différence pour créer une différence de pression entre la première pression et à introduire le premier courant de gaz enrichi en combustible à la pile à combustible.

32. Procédé selon la revendication 31, dans lequel la création du différentiel de pression comprend une première adsorption par différence de pression, dans lequel le premier flux de gaz contenant de courant de combustible comprend de l'hydrogène gazeux, courant de gaz riche en combustible contient flux de gaz riche en hydrogène, flux de gaz appauvri comprend un combustible courant de gaz enrichi en dioxyde de carbone et l'introduction de l'unité d'adsorption avec un débit de gaz à oscillation de pression comprend l'introduction enrichi en dioxyde de carbone, la turbine à gaz comme fluide de travail pour l'adsorption en utilisant une différence de pression.

33. Procédé de production courant de gaz contenant de l'oxygène et du dioxyde de carbone courant gazeux contenant, à la cathode de la pile à combustible de carbonate fondu, et un courant gazeux contenant de l'hydrogène à l'anode de la pile à combustible, la séparation de l'hydrogène gazeux comprenant de courant d'écoulement de gaz enrichi en hydrogène et un courant de gaz enrichi en carbone gaz, dans lequel la séparation se fait par adsorption en utilisant une différence de pression, le flux de mélange de gaz de combustion enrichi en dioxyde de carbone et un courant gazeux pour produire un courant de produit gazeux de combustion, l'introduction d'un courant de gaz enrichi en hydrogène à l'anode de la pile à combustible et à introduire le courant de gaz de produit de combustion à la cathode contenant de l'oxygène pile à combustible.

34. Procédé selon la revendication 33, comprenant en outre courant d'air enrichi en oxygène pour obtenir un courant de gaz d'alimentation contenant de l'oxygène.

35. Procédé selon la revendication 34, dans lequel le courant d'oxygène d'enrichissement d'alimentation comprend l'introduction d'air dans l'unité d'adsorption avec la différence de pression pour le courant de gaz enrichi en oxygène.

36. Procédé selon la revendication 33, dans lequel l'élément combustible identifie le au moins un flux de gaz d'échappement de la pile à combustible, le procédé comprend en outre le transfert de la chaleur du courant de produit gazeux de combustion pour l'écoulement des gaz d'échappement de la pile à combustible.

37. Procédé selon la revendication 36, comprenant en outre un courant chauffé de gaz d'échappement de la pile à combustible injecté dans la turbine à gaz.

38. Le système qui produit un courant électrique, comprenant au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C, le système de pile à combustible de récupération de chaleur, la pile à combustible est relié à au moins l'un des systèmes d'alimentation en combustible gaz, relié à la pile à combustible, le système d'alimentation en gaz combustible comprend le module d'adsorption en utilisant une différence de pression, et un système de turbine à gaz couplée au système de récupération de chaleur de la pile à combustible et le système d'alimentation en gaz combustible.

39. Système selon la revendication 38, dans lequel la pile à combustible fonctionne à des températures d'au moins environ 600 ° C

40. Système selon la revendication 38, dans lequel le système de régénération comprend un tube de chaleur de piles à combustible pour la recirculation à travers lequel le fluide de travail pour une transmission de chaleur de récupération de chaleur à partir de la pile à combustible à l'énergie d'expansion des gaz pour le système de turbine à gaz.

41. Système selon la revendication 40, dans lequel le milieu de travail a une communication d'écoulement de chaleur de récupération de chaleur avec le gaz d'échappement de la pile à combustible.

42. Système selon la revendication 38, dans lequel le système de turbine à gaz comprend au moins une pompe ou d'un compresseur couplé à l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression et un détendeur couplé à la pompe ou d'un compresseur.

43. Système selon la revendication 42, dans lequel l'unité d'adsorption en utilisant une différence de pression est agencé pour produire un courant gazeux enrichi en l'apport d'oxygène à la pile à combustible.

44. Système selon la revendication 42, comprenant en outre une première unité d'adsorption par différence de pression, qui est adapté pour générer un flux de gaz enrichi en l'apport d'oxygène à la pile à combustible, et une seconde unité d'adsorption en utilisant une différence de pression qui est agencée pour générer un flux le gaz enrichi en hydrogène devant être amené à la pile à combustible.

45. Le système qui produit un courant électrique, comprenant au moins une pile à combustible sélectionnée à partir d'une pile à combustible ou une cellule de fusion à combustible à carbonates de l'oxyde solide, le système de pile à combustible de récupération de chaleur, la pile à combustible est relié à au moins un système d'alimentation топливного газа, соединенную с топливным элементом, причем система подачи топливного газа содержит модуль адсорбции с использованием разности давлений, и систему газовой турбины, соединенную с системой регенерации тепла топливного элемента и системой подачи топливного газа.

46. Система, вырабатывающая электрический ток, содержащая, по меньшей мере, один топливный элемент, образующий, по меньшей мере, один вход для приема потока топливного газа и, по меньшей мере, один выход для выведения потока отходящего газа топливного элемента, причем топливный элемент работает при температуре, по меньшей мере, приблизительно 250°С, по меньшей мере, одну систему подачи топливного газа для подачи потока топливного газа на вход топливного элемента, причем система подачи топливного газа содержит модуль адсорбции с использованием разности давлений, систему газовой турбины, соединенную с системой подачи топливного газа, первую трубу, сообщающуюся по текучей среде с выходом топливного элемента, для прохождения через нее потока отходящего газа топливного элемента, вторую трубу для прохождения через нее рабочей среды восстановления тепла и сообщающуюся с системой турбины и первый теплообменник, вмещающий первую часть первой трубы и вторую часть второй трубы.

47. Система по п.46, в которой топливный элемент работает при температуре, по меньшей мере, приблизительно 600°С.

48. Система по п.46, в которой модуль адсорбции с использованием разности давлений выполнен с возможностью выработки потока газа, обогащенного кислородом, для подачи на входное отверстие катода топливного элемента, и система газовой турбины содержит, по меньшей мере, один насос или компрессор, соединенный с модулем адсорбции с использованием разности давлений, и детандер, соединенный с насосом или компрессором, при этом детандер образует вход для приема рабочей жидкости регенерации тепла.

49. Система по п.48, в которой система, вырабатывающая электрический ток, дополнительно содержит источник воздуха для подачи воздуха на модуль адсорбции с использованием разности давлений и на вторую трубу в качестве рабочей среды для регенерации тепла.

50. Система по п.46, в которой первая труба и вторая труба расположены рядом внутри теплообменника так, что тепло передается из отходящего газа катода в первой трубе рабочей среде регенерации тепла во второй трубе.

51. Система по п.46, в которой система подачи топливного газа содержит модуль адсорбции с использованием разности давлений, который выполнен с возможностью вырабатывания потока газа, обогащенного водородом, для подачи на входное отверстие анода топливного элемента, а система газовой турбины содержит, по меньшей мере, один насос или компрессор, соединенный с модулем адсорбции с использованием разности давлений, и детандер, соединенный с насосом или компрессором, при этом детандер образует вход для приема рабочей жидкости регенерации тепла.

52. Система по п.51, дополнительно содержащая систему выработки водородосодержащего газа, соединенную с модулем адсорбции с использованием разности давлений, при этом система выработки водородосодержащего газа образует выход для подачи потока водородосодержащего газа на модуль адсорбции с использованием разности давлений, и вход для приема углеводородного топлива.

53. Système selon la revendication 50, comprenant en outre un troisième conduit en communication de fluide avec le système de génération de gaz d'entrée d'hydrogène, qui peut avoir lieu sur un combustible hydrocarboné, un quatrième tube qui établit une communication fluidique entre la sortie du système et générer l'entrée de l'hydrogène gazeux formé dans Module d'adsorption par différence de pression, pour recevoir le courant d'alimentation de gaz contenant de l'hydrogène et une partie de la seconde bobine de réception du troisième tube et le quatrième tube, le troisième tube et le quatrième tube se trouvent à proximité, de sorte que la chaleur est transférée à partir du courant d'alimentation de gaz contenant de l'hydrogène dans le combustible hydrocarboné quatrième tube dans la troisième conduite.

54. Système selon la revendication 48, dans lequel la pompe est une pompe à vide pour extraire le courant de gaz appauvri en adsorption d'oxygène à partir du module en utilisant une différence de pression, et la pile à combustible fonctionne à une température d'au moins environ 600 ° C

55. Système selon la revendication 46, dans lequel la pile à combustible définit un premier orifice de sortie pour le retrait du flux de gaz d'échappement de cathode et une seconde sortie pour retirer l'anode de courant d'écoulement de gaz et la cathode, le gaz passe à travers le premier tunnel, dans lequel le système qui produit un courant électrique, comprend en outre un troisième tube, qui forme le flux de gaz d'échappement d'anode, dans lequel la troisième portion de conduite est disposée à l'intérieur du premier échangeur de chaleur.

56. Système selon la revendication 46, comprenant en outre au moins un deuxième échangeur de chaleur, la seconde partie de logement du premier tube et un second tube dans lequel le système de turbine à gaz comprend au moins deux turbines d'expansion et le second ensemble de tube la communication entre le premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur et un détendeur bi-turbo.

57. Système selon la revendication 46, dans lequel la pile à combustible comprend une pile à combustible d'une pile à combustible à oxyde solide ou d'un système d'alimentation en gaz combustible à carbonate fondu comprend un premier module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression pour alimenter le courant de gaz enrichi en oxygène à l'orifice d'entrée de cathode une pile à combustible et un deuxième module d'adsorption rotatoire en utilisant une différence de pression pour alimenter le courant de gaz enrichi en hydrogène à l'entrée de l'anode de la pile à combustible et un système de turbine à gaz couplé au premier module d'adsorption rotatoire par différence de pression et le deuxième module d'adsorption rotatoire par différence de pression .

58. Système selon la revendication 46, dans lequel le système d'alimentation en gaz combustible comprend un module de séparation de gaz qui est configuré pour générer des flux de gaz riche en combustible pour alimenter l'entrée de la pile à combustible.

59. Procédé de production d'au moins un courant de gaz riche en combustible, au moins une pile à combustible fonctionnant à une température d'au moins environ 250 ° C, comprenant la création de la différence de pression dans le courant de gaz contenant du carburant sous suffisante pour séparer le flux de gaz riche en combustible à partir d'un courant gazeux contenant du combustible et en créant un différentiel de pression comprend l'adsorption par différence de pression, l'introduction du courant de gaz enrichi en carburant du transfert de la pile à combustible, la chaleur de piles à combustible milieu, la récupération de la chaleur, et l'introduction du fluide de travail de régénération de travail chauffer au moins une unité d'adsorption en utilisant la différence de pression afin de créer un différentiel de pression.

60. Le procédé de la revendication 59, dans lequel le courant de gaz contenant du combustible comprend de l'air, le flux de gaz enrichi en combustible comprend un courant de gaz enrichi en oxygène et un module d'adsorption comprend une turbine à gaz à oscillation de pression.

61. Procédé selon la revendication 59, dans lequel le transfert de chaleur comprend un transfert de chaleur à partir du courant de gaz de fumée, au moins l'un de l'environnement de travail de la récupération de chaleur de piles à combustible.

62. Procédé selon la revendication 60, dans lequel l'environnement de travail de récupération de chaleur expansion lorsqu'elle est introduite dans la turbine à gaz pour entraîner le compresseur ou d'une pompe générant une différence de pression.

63. Procédé de production d'au moins un courant de gaz riche en combustible, au moins une de la pile à combustible, la pile à combustible de la pile à combustible à carbonate fondu ou de l'oxyde solide comprenant la création d'une différence de pression dans le courant de gaz contenant du carburant sous suffisante pour séparer le flux de gaz riche en combustible à partir d'un courant gazeux contenant du courant de combustible introduire le gaz enrichi en combustible pour le transfert de l'élément de récupération de chaleur de l'environnement de la production de carburant et l'introduction du fluide de travail de récupération de chaleur, au moins un module d'absorption de chaleur de piles à combustible en utilisant la différence de pression pour créer un différentiel de pression.

64. Procédé de production d'un courant de gaz enrichi en oxygène, au moins l'une de la pile à combustible à la pile à combustible de la pile à combustible à carbonate fondu ou de l'oxyde solide, comprenant la fourniture d'un premier module d'adsorption en utilisant une différence de pression, qui est capable de générer un flux de gaz l'apport d'oxygène enrichi à la pile à combustible, en fournissant un système de turbine à gaz couplée au premier module d'adsorption par différence de pression et le débit de circulation de la récupération de la chaleur du fluide de travail par le système de turbine à gaz, dans lequel une partie du flux de travail d'agent de régénération de chaleur est situé à proximité de l'effluent du courant gaz, au moins une pile à combustible.

65. Procédé selon la revendication 64, dans lequel le système de turbine à gaz comprend au moins un détendeur couplé à un compresseur ou d'une pompe, et le fluide de travail pénètre dans le récupérateur de chaleur en extension.

66. Procédé selon la revendication 64, comprenant en outre le chauffage du courant gazeux enrichi en oxygène, avant d'être fourni à la pile à combustible en plaçant la partie du courant gazeux enrichi en oxygène au voisinage d'au moins un flux du fluide de travail ou de la récupération de chaleur à courant de la pile à combustible de gaz de queue .

67. Procédé selon la revendication 64, comprenant en outre la fourniture d'une seconde unité d'adsorption en utilisant la différence de pression qui est capable de générer un courant de gaz enrichi en alimentation d'hydrogène à la pile à combustible, dans lequel le système de turbine à gaz est en outre couplé à un deuxième module en utilisant la différence d'adsorption pressions.

68. Le système qui produit un courant électrique, comprenant au moins une pile à combustible, la pile à combustible de la pile à combustible à carbonate fondu ou solide, le module d'oxyde d'adsorption et en utilisant la différence de pression est reliée à une pile à combustible qui peut produire l'alimentation en gaz contenant de l'hydrogène une pile à combustible, dans lequel l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression comprend un premier adsorbant et au moins un second matériau sélectionné à partir d'un deuxième adsorbant et la réaction de reformage à la vapeur catalytique du catalyseur ou déplacement du gaz à l'eau.

69. Système selon la revendication 68, dans lequel le premier adsorbant adsorbe principalement du dioxyde de carbone par rapport à la vapeur d'eau.

70. Système selon la revendication 69, dans lequel l'unité d'adsorption en utilisant la différence de pression comprend au moins une première zone et au moins une deuxième zone, la première zone comprend un premier adsorbant.

71. Système selon la revendication 70, dans lequel le premier adsorbant comprend activé matériau alcalin et le catalyseur comprend du Cu -ZnO, un complexe carbonyle d'un métal de transition ou un catalyseur contenant un métal du groupe des métaux de transition introduits dans la cage de la zéolite.

72. Système selon la revendication 70, comprenant en outre une troisième zone qui comprend au moins un agent desséchant.

73. Système selon la revendication 69, dans lequel le catalyseur est inclus dans au moins une de la première zone ou la seconde zone.

74. Système selon la revendication 71, dans lequel le matériau actif alcalin est choisi parmi l'oxyde d'aluminium imprégné de carbonate de potassium, l'hydrotalcite, du carbonate de potassium activé, et leurs mélanges.

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Date de publication 09.02.2007gg

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