початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2280925

РОЗДІЛЕННЯ газів З ВИСОКИМ ЕНЕРГЕТИЧНИМ ККД ДЛЯ паливних ЕЛЕМЕНТІВ

Ім'я винахідника: КІІФЕР Боуї Г. (CA); Коннор Деніс Дж. (CA); ХАНТЕР Карл Ф. (CA)
Ім'я патентовласника: КВЕСТЕЙР ТЕКНОЛОДЖІЗ ІНК. (CA)
Адреса для листування: 129010, Москва, вул. Б. Спаська, 25, стор.3, ТОВ "Юридична фірма Городиський і Партнери", пат.пов. С.А.Дорофееву, рег.№ 146
Дата початку дії патенту: 2001.10.26

Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема до системи, що виробляє електричний струм, яка містить паливний елемент, що працює при температурі близько 250 ° С, обраний з розплавленого карбонату або з твердого оксиду. Система, що виробляє електроенергію на основі паливних елементів, особливо високотемпературних паливних елементів, містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків для збільшення енергетичного ккд паливних елементів. Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності перетворення теплової енергії в електроенергію за рахунок розробки способу для підтримки високої концентрації водню на аноді і високої концентрації кисню на катоді при ефективному перенесення гарячого вуглекислого газу з анода на катод.

ОПИС ВИНАХОДИ

Справжнє опис відноситься до системи вироблення електроенергії на основі паливних елементів, в якій застосовується адсорбція з використанням різниці тисків для збільшення енергетичного ккд паливних елементів, особливо високотемпературних паливних елементів, як, наприклад, тепловиділяючих елементів з розплавленого карбонату і твердого оксиду.

Дана заявка має претензії на ефект винаходу канадської патентної заявки №2325072, поданої 30 жовтня 2000 року, і попередньої заявки США №60 / 323169, поданої 17 вересня 2001 року, опису яких включені сюди як посилального матеріалу.

Паливні елементи забезпечують безпечний з точки зору екології джерело електричного струму. Одним типом високотемпературного елементу для вироблення електроенергії, зокрема, передбаченим для стаціонарних електростанцій, є тепловиділяючих паливний елемент з розплавленого карбонату (ТЕРК). ТЕРК включає анодний канал для прийому водневомісний газу (або пального паливного газу, який вступає в реакцію в анодному каналі для вироблення водню реакціями конверсії з водяною парою і конверсії водяного газу), катодний канал для прийому потоку кисневмісних газу, пористу матрицю, що містить електроліт з розплавленого карбонату, який відокремлює анодний канал від катодного каналу. Кисень і вуглекислий газ в катодному каналі вступають в реакцію, утворюючи іони карбонату, які перетинають електроліт для вступу в реакцію з воднем в анодному каналі, утворюючи потік електронів. У міру споживання водню відбувається конверсія моноксиду вуглецю під впливом пара, яка веде до утворення додаткового водню. Вуглекислий газ і водяна пара виходять в анодному каналі окисленням тепловиділяючих компонентів і відновленням іонів карбонату з електроліту. Типова робоча температура паливних елементів з розплавленого карбонату становить приблизно від 600 до приблизно 650 ° С.

Іншим типом високотемпературного паливного елемента є тепловиділяючих елемент з твердого оксиду (ТЕТО). ТЕТО включає анодний канал для прийому потоку водневомісний газу (або горючого газу, який вступає в реакцію в анодному каналі для вироблення водню реакціями конверсії з водяною парою і конверсії водяного газу), катодний канал для прийому потоку кисневмісних газу і твердий електроліт, яким є керамічна мембрана , яка пропускає іони кисню і відокремлює анодний канал від катодного каналу. Кисень в катодному каналі дисоціюють на іони кисню, які перетинають електроліт для реакції з воднем в анодному каналі, утворюючи потік електронів. У міру споживання водню монооксид вуглецю може окислюватися відразу або незабаром відбудеться його конверсія під впливом пара, що призводить до утворення додаткового водню. Вуглекислий газ і водяна пара виходять в анодному каналі окисленням тепловиділяючих компонентів. Типова робоча температура паливних елементів з твердого оксиду становить приблизно від 500 ° С до приблизно 1000 ° С.

За винятком рідкісних випадків, коли водень (тобто отриманий в процесі очистки або хімічної обробки газів, що відходять, або виробляється з поновлюваних джерел енергії за допомогою електролізу води) може безпосередньо служити в якості палива, водень повинен вироблятися з викопних видів палива за допомогою належної системи обробки палива. Для стаціонарних установок вироблення електроенергії (електростанцій) переважно виробляти водень із природного газу конверсією з водяною парою або частковим окисленням для отримання "сингаза" (синтетичного газу), що містить суміш водню, моноксиду вуглецю, вуглекислого газу, водяної пари і деякої кількості не вступив в реакцію метану. У міру споживання водню в анодному каналі паливного елемента більша частина моноксиду вуглецю вступає в реакцію з водяною парою за допомогою конверсії водяної пари, в результаті чого утворюється більше водню і вуглекислого газу. Інші углеродосодержащие вихідні матеріали (тобто більш важкі вуглеводні, вугілля або біомаса) і можуть вводитися в реакцію з киснем і водяною парою для вироблення сингаза частковим окисленням, газифікацією або автотермічний конверсією. Паливні елементи можуть і працювати на водні або "сингаза", що отримується за межами реакцій.

Величезною перевагою систем ТЕРК і ТЕТО є те, що їх висока робоча температура сприяє близькою термічної інтеграції паливного елемента і системи обробки палива. Високі температури і дозволяють усунути використання каталізаторів з благородних металів, необхідних для паливних елементів з більш низькими температурами.

Системи ТЕРК попереднього рівня техніки мали серйозні обмеження, пов'язані з їх робочими високими температурами (температурами реакції) і властивою їм необхідністю подавати вуглекислий газ на катод, видаляючи його з анода.

У системах ТЕТО попереднього рівня техніки зустрічаються навіть більш критичні температурні режими, і вони мають недолік, що полягає в деградації напруг елемента при високих температурах в звичайних робочих умовах.

Нижча теплота згоряння палива зазвичай визначає енергію (зміна ентальпії реакції), яка може вироблятися від окислення цього палива. Електрохімічний енергія, яка може вироблятися ідеальним паливним елементом, є, однак, перетворенням в реакції одного виду вільної енергії в інший, проте він не такий значний, як зміна ентальпії. Різниця між зміною ентальпії і перетворенням вільної енергії є твором зміни ентропії реакції, помноженим на абсолютну температуру. Ця різниця збільшується при більш високих температурах, так що високотемпературні паливні елементи, природно, перетворять нижню фракцію паливної енергії в електричну енергію з високим коефіцієнтом корисної дії, в той час як велика фракція паливної енергії може бути отримана тільки в якості тепла, яке повинно перетворюватися в електричну енергію циклом додаткової термодинамічної вироблення електроенергії з використанням скидається тепла (тобто на паротурбінних або газотурбінних електростанціях), з меншим кКД.

Скупчення продуктів реакції (вуглекислого газу і водяної пари) на аноді паливного елемента надає протидія електрохімічної реакції, тому кількість вільної енергії зменшується. Підвищений парціальний тиск кисню і вуглекислого газу над катодом і підвищений парціальний тиск водню над анодом сприяють розвитку реакції, так що збільшується вільна енергія. На жаль, реакція виснажує кисень і вуглекислий газ в катодному каналі і виснажує водень в анодному каналі, різко збільшуючи засунений вуглекислого газу в анодному каналі. Тому перетворення вільної енергії зменшується, безпосередньо знижуючи напругу батарей паливних елементів. Це знижує електричний ккд системи, приводячи до збільшення тепла, яке повинно бути перетворено, з уже меншою ефективністю, циклом додаткової термічної вироблення електроенергії з використанням скидається тепла.

Перетворення вільної енергії є просто витвором електрорушійної сили ( "Е") елемента і заряду, переданого на моль реакцією "2F", де показник, що дорівнює двом, відображає валентність іона карбонату. Подальше рівняння Нернста для ТЕРК висловлює викладену вище залежність електрорушійної сили від парціальних тисків електрохімічних реагентів в анодному і катодному каналах, де стандартна електрорушійна сила ( "Е _про") стосується всіх компонентів в стандартних умовах, з водою в якості пара.

Системи ТЕРК попереднього рівня техніки не забезпечують будь-якого задовільного вирішення цієї проблеми, яка серйозно заважає досягненню загального ККД. Рішенням проблеми є розробка способу для підтримки високої концентрації водню на аноді і високої концентрації кисню на катоді при ефективному перенесення гарячого вуглекислого газу з анода на катод. Незважаючи на неодноразові спроби розробити ефективну технологію перенесення вуглекислого газу, сумісну з робочими умовами ТЕРК, жодна з цих спроб не виявилася успішною.

Прийнятий спосіб подачі вуглекислого газу на катод ТЕРК полягав у спалюванні фракції відпрацьованого газу анода (включаючи не вступив в реакцію водень та інші паливні компоненти) для забезпечення вуглекислого газу, змішаного з водяною парою, і азоту, змішуваного з додатковим повітрям, що забезпечує кисень на катоді. Цей принцип має серйозні обмеження. Для щодо ефективного вироблення електрохімічної енергії неможливо забезпечити навіть кількість, що перевищує вихідне кількість палива, оскільки потрібне додаткове згоряння, теплота якого може корисно поглинатися тільки циклом додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла. До того ж, співвідношення кисню / азоту катодного газу навіть більше розріджений, ніж навколишнє повітря, що і знижує напругу елемента і таким чином передає додаткове навантаження вироблюваної енергії менш ефективно на теплову станцію вироблення електроенергії з використанням скидається тепла.

Подальше рівняння Нернста для ТЕТО висловлює залежність електрорушійної сили від парціальних тисків електрохімічних реагентів в анодному і катодному каналах з спрощує припущенням, що СО перетворюється в реакції конверсії водяної пари. Найбільша залежність, природно, виявляється при найвищих робочих температурах (температурах реакції) ТЕТО.

Системи адсорбції з використанням різниці тисків (АРД) є однією можливістю забезпечення газів паливного елементу. Системи адсорбції з використанням різниці тисків і вакуумні системи адсорбції з використанням різниці тисків (Варда) відокремлюють фракції газу від газової суміші координуванням циклів тисків і змін напрямку потоку над адсорбером або шаром адсорбенту, який переважно адсорбує найбільш легко адсорбируемого газовий компонент щодо газового компонента, адсорбируемого з меншою легкістю. Загальний тиск газової суміші в адсорбере підвищується, коли газова суміш протікає через адсорбер з одного його кінця в інший його кінець, і зменшується, коли газова суміш протікає через адсорбент від другого кінця назад в перший кінець. Коли цикл адсорбції з використанням різниці тисків повторюється, компонент, адсорбируемого з меншою легкістю, концентрується поблизу другого кінця адсорбера, а найбільш легко адсорбируемого компонент концентрується поблизу першого кінця адсорбера. В результаті "легкий" продукт (газова фракція, збіднена в найбільш легко адсорбируемого компоненті і збагачена в компоненті, адсорбируемого з меншою легкістю) надходить з другого кінця адсорбера, а "важкий" продукт (газова фракція, збагачена в найбільш інтенсивно адсорбируемого компоненті) виходить з першого кінця адсорбера.

Однак у звичайній системі, де застосовується адсорбція з використанням різниці тисків або вакуумна адсорбція з використанням різниці тисків, працюють паралельно два або більше нерухомих адсорбера з безліччю двоколійних напрямних клапанів (розподільників) на кожному кінці кожного адсорбера для з'єднання адсорберов в чергується послідовності з джерелами тиску і відводами. Ця система часто є громіздкою і дорогої для впровадження внаслідок великого розміру адсорберов і складності необхідного обладнання розподільників. Клапани можуть не працювати при робочих температурах ТЕРК (паливного елемента з розплавленого карбонату). Крім того, звичайна система адсорбції з використанням різниці тисків робить неефективним використання додається енергії через незворотного розширення газу, коли в процесі адсорбції з використанням різниці тисків на адсорберах циклічно підвищується тиск або відбувається скидання тиску. Звичайні системи АРД об'ємні і важкі через низьку частоти циклів і, отже, великий структури адсорбенту. Крім того, технології АРД попереднього рівня техніки можуть виявитися нездатними до роботи при такій високій температурі. До того ж, адсорбенти, які можуть відокремлювати вуглекислий газ в присутності водяної пари, повинні бути забезпечені для будь-якого процесу поділу анодного газу адсорбцією з використанням різниці тисків, що відбувається при підвищеній температурі.

Були запропоновані опису парогазових електростанцій з циклом газової турбіни, поєднаним із системою паливного елемента. Крім того, опублікована міжнародна патентна заявка (на загальних правах) РСТ № WO 00/16425 забезпечує приклади того, як установки для адсорбції з використанням різниці тисків можуть бути інтегровані з газотурбінними електростанціями або з електростанціями на паливних елементах, що мають допоміжний газотурбінний агрегат.

Наступною проблемою, до якої відносяться описані системи і процеси, є подолання глобального потепління, викликаного загальними викидами вуглекислого газу з виробляють електроенергію установок, що працюють на викопному паливі.

Описані системи і процеси і стосуються наступних проблем, пов'язаних із захистом навколишнього середовища:

А. відправлення концентрованого CO ₂ для його усунення і знищення.

Б. по суті повного усунення токсичних викидів _NO x за допомогою усунення спалювання в присутності азоту.

В. високою загальної ефективності (ККД) для досягнення найбільш прийнятного використання енергетичних ресурсів.

Описувані системи вироблення електроенергії, засновані на ТЕРК або ТЕТО, стосуються усунення недоліків попереднього рівня техніки, в основному з метою регулювання концентрації реагентів для підвищення робочих характеристик і економічності, а в системах ТЕРК для перенесення вуглекислого газу з анода на катод, що збільшує вихід енергії.

Відповідно до першого об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, близько 250 ° С; щонайменше, одну газову систему, обрану з системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу, з'єднану з паливним елементом, при цьому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу включає в себе, щонайменше, один пристрій, вбрання з компресора або насоса, причому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; і приводную систему для компресора або насоса, яка включає в себе засіб для регенерації енергії, щонайменше, з одного з системи відділення водневомісний газу, системи подачі кисневмісних газу або тепла паливного елемента.

Переважно паливним елементом є паливний елемент з розплавленого карбонату або паливний елемент з твердого оксиду.

Переважно паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 600 ° С.

Переважно засіб для регенерації енергії містить, щонайменше, одну систему, обрану з газової турбіни, теплообмінника або двигуна Стірлінга.

Переважно насос є вакуумним насосом.

Відповідно до другого об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, 250 ° С; щонайменше, одну газову систему, обрану з системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу, з'єднану з паливним елементом, причому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; і систему газової турбіни, з'єднану з системою відділення водневомісний газу або з системою подачі кисневмісних газу, в якій система газової турбіни працює від енергії, регенерируемой, щонайменше, з одного з системи відділення водневомісний газу, системи подачі кисневмісних газу або тепла паливного елемента.

Переважно модуль адсорбції з використанням різниці тисків виконаний з можливістю подачі водневомісний газу на паливний елемент, при цьому модуль адсорбції з використанням різниці тисків включає в себе перший адсорбент і, щонайменше, один другий матеріал, вибраний з другого адсорбенту, каталізатора конверсії з водяною парою або каталізатора реакції конверсії водяного газу.

Переважно перший адсорбент переважно адсорбує вуглекислий газ в порівнянні з водяною парою.

Переважно перший адсорбент містить активоване лугом матеріал, а каталізатор містить Cu-ZnO, карбонільний комплекс перехідного металу або каталізатор, що містить метал з групи перехідних металів, введений в клітку цеоліту.

Переважно система газової турбіни додатково з'єднана, щонайменше, з одним пристроєм, вибраним з компресора, насоса або допоміжного пристрою.

Згідно з третім об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, вибраний з паливного елемента з розплавленого карбонату або паливного елемента з твердого оксиду; щонайменше, одну газову систему, обрану з системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу, з'єднану з паливним елементом, причому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; і систему газової турбіни, з'єднану з системою відділення водневомісний газу або з системою подачі кисневмісних газу, в якій система газової турбіни працює від енергії, регенерируемой, щонайменше, з одного з системи відділення водневомісний газу, системи подачі кисневмісних газу або тепла паливного елемента.

Згідно з четвертим об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С; щонайменше, одну газову систему, обрану з системи відділення водневомісний газу або системи відділення кисневмісних газу, з'єднану з паливним елементом, в якій система відділення водневомісний газу виконана з можливістю вироблення першого Потік продуктів згоряння, при цьому система відділення кисневмісних газу виконана з можливістю вироблення другого Потік продуктів згоряння; і систему газової турбіни, з'єднану, щонайменше, з однією з системи відділення водневомісний газу або системи відділення кисневмісних газу, при цьому система газової турбіни отримує, щонайменше, один з першого Потік продуктів згоряння або другого Потік продуктів згоряння.

Переважно паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 600 ° С.

Переважно система відділення водневомісний газу містить перший адсорбційний модуль, а перший потік відпрацьованих газів збагачений вуглекислим газом.

Переважно система додатково містить камеру згоряння, яка утворює перший вхід для прийому першого Потік продуктів згоряння і вихід для видалення потоку газу продукту згоряння.

Переважно система додатково містить першу трубу, через яку повідомляються по текучому середовищу вихід камери згоряння і вхідний отвір катода, утворене паливним елементом, другу трубу, через яку повідомляються по текучому середовищу вихідний отвір катода, утворене паливним елементом, і система газової турбіни, і, по щонайменше, один теплообмінник, що вміщає в себе, щонайменше, частина першої труби і, щонайменше, частина другої труби.

Переважно система додатково містить, щонайменше, одну трубу, через яку повідомляються по текучому середовищу вихід камери згоряння і система газової турбіни.

Переважно система газової турбіни включає в себе, щонайменше, один пристрій, вбрання з компресора і вакуумного насоса.

Переважно перший модуль адсорбції містить обертовий модуль адсорбції з використанням різниці тисків.

Переважно система газової турбіни включає в себе, щонайменше, один пристрій, поєднане з обертовим модулем адсорбції з використанням різниці тисків, при цьому пристрій вибрано з компресора і вакуумного насоса.

Згідно з п'ятим об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, вибраний з паливного елемента з розплавленого карбонату і паливного елемента з твердого оксиду; щонайменше, один модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на паливний елемент і Потік продуктів згоряння важкого продукту; і щонайменше, один вакуумний насос, з'єднаний з модулем адсорбції з використанням різниці тисків, для вилучення потоку газу важкого продукту.

Згідно шостому об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: джерело кисневмісних газу; щонайменше, один модуль відділення водневомісний газу, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого воднем, і потоку газу, збагаченого вуглекислим газом, причому модуль відділення водневомісний газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; пристрій згоряння для отримання потоку газу продукту згоряння з кисневмісних газу і потоку газу, збагаченого вуглекислим газом; і, щонайменше, один паливний елемент з розплавленого карбонату, який має вхідний отвір катода для прийому потоку газу продукту згоряння і вхідний отвір анода для прийому потоку газу, збагаченого воднем.

Переважно модуль адсорбції з використанням різниці тисків з'єднаний з джерелом кисневмісних газу і виконаний з можливістю формування потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на пристрій згоряння.

Переважно паливний елемент з розплавленого карбонату має вихідний отвір для видалення, щонайменше, одного Потік продуктів згоряння паливного елемента, при цьому система додатково містить перший теплообмінник, який приймає потік відпрацьованих газів паливного елемента і потік газу продукту згоряння.

Переважно система додатково містить реактор, що виробляє водневомісний газ, і трубу для подачі суміші вуглеводневого палива / води на реактор, що виробляє водневомісний газ, при цьому, щонайменше, частина труби для суміші вуглеводневого палива / води розташована всередині першого теплообмінника.

Переважно система додатково містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків, з'єднаний з джерелом кисневмісних газу, який може виробляти потік газу, збагаченого киснем, для подачі на реактор, що виробляє водневомісний газ.

Згідно сьомого об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, що має вихідний отвір анода для видалення анодного відпрацьованих газів і вхідний отвір катода, при цьому паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С; модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем; і пристрій згоряння для отримання потоку газу продукту згоряння з потоку газу, збагаченого киснем, і анодного відпрацьованих газів; і трубу, через яку повідомляються по текучому середовищу пристрій згоряння і вхідний отвір катода для палива, для подачі потоку газу продукту згоряння на катод паливного елемента.

Згідно восьмому об'єкту винаходу створено спосіб отримання, щонайменше, одного подається потоку, щонайменше, на один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, що включає: забезпечення, щонайменше, однієї з системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу, з'єднаної з паливним елементом, при цьому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу включає в себе, щонайменше, один пристрій, вбрання з компресора або вакуумного насоса, причому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; регенерацію енергії, щонайменше, з одного з системи відділення водневомісний газу, системи подачі кисневмісних газу або тепла паливного елемента; і здійснення роботи компресора або вакуумного насоса, щонайменше, частково на регенерируемой енергії для забезпечення, щонайменше, одного потоку, що подається на паливний елемент.

Переважно регенерація енергії і робота включають введення, щонайменше, одного відходить потоку з паливного елемента, системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу, щонайменше, в один агрегат, обраний з теплообмінника і газової турбіни.

Переважно паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 600 ° С.

Згідно дев'ятого об'єкту винаходу створено спосіб отримання, щонайменше, одного потоку палива, щонайменше, на один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, що включає: створення першої різниці тисків в першому потоці газу, містить паливо, в умовах, достатніх для поділу першого потоку газу, що містить паливо, на перший потік збагаченого паливом газу і перший потік збідненого паливом газу; введення, щонайменше, одного з першого потоку збагаченого паливом газу або першого потоку збідненого паливом газу в перший агрегат для створення першої різниці тисків і введення першого потоку збагаченого паливом газу в паливний елемент.

Переважно створення першої різниці тисків включає адсорбцію з використанням різниці тисків, при цьому перший потік газу, що містить паливо, містить потік водневомісний газу, потік збагаченого паливом газу містить потік збагаченого воднем газу, потік збідненого паливом газу містить потік газу, збагаченого вуглекислим газом, і введення агрегату включає введення потоку газу, збагаченого вуглекислим газом, в газову турбіну в якості робочого середовища для здійснення адсорбції з використанням різниці тисків.

Відповідно до десятої об'єкту винаходу створено спосіб отримання кисневмісних потоку газу і потоку газу, що містить вуглекислий газ, на катод паливного елемента з розплавленого карбонату і водневомісний потоку газу на анод паливного елемента, що включає: поділ водневомісний потоку газу на потік газу, збагаченого воднем, і потік газу, збагаченого вуглекислим газом, причому поділ відбувається за допомогою адсорбції з використанням різниці тисків; спалювання суміші потоку газу, збагаченого вуглекислим газом, і кисневмісних потоку газу для отримання потоку газу продукту згоряння; введення потоку газу, збагаченого воднем, в анод паливного елемента і введення потоку газу продукту згоряння в катод паливного елемента.

Переважно додатково здійснюють кисневе збагачення потоку повітря, що подається для отримання кисневмісних потоку газу.

Переважно кисневе збагачення включає введення потоку повітря, що подається в модуль адсорбції з використанням різниці тисків для отримання потоку газу, збагаченого киснем.

Переважно паливний елемент виділяє щонайменше, один потік відпрацьованих газів паливного елемента, при цьому спосіб додатково включає передачу тепла від потоку газу продукту згоряння до потоку відпрацьованих газів паливного елемента.

Переважно додатково вводять нагрітий потік відпрацьованих газів паливного елемента в газову турбіну.

Згідно одинадцятого об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С; систему регенерації тепла паливного елемента, з'єднану з паливним елементом; щонайменше, одну систему подачі паливного газу, з'єднану з паливним елементом, причому система подачі паливного газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; і систему газової турбіни, з'єднану з системою регенерації тепла паливного елемента і системою подачі паливного газу.

Переважно паливний елемент працює при температурах, щонайменше, приблизно 600 ° С.

Переважно система регенерації тепла паливного елемента містить трубу для рециркуляції, через яку проходить робоче середовище регенерації тепла для передачі теплової енергії з паливного елемента на енергію розширення газу для системи газової турбіни.

Переважно робоче середовище регенерації тепла має теплове повідомлення з потоком відпрацьованих газів паливного елемента.

Переважно система газової турбіни містить, щонайменше, один насос або компресор, з'єднаний з модулем адсорбції з використанням різниці тисків, і детандер, з'єднаний з насосом або компресором.

Переважно модуль адсорбції з використанням різниці тисків виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на паливний елемент.

Переважно система додатково містить перший модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на паливний елемент, і другий модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого воднем, для подачі на паливний елемент.

Згідно дванадцятого об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, вибраний з паливного елемента з розплавленого карбонату або паливного елемента з твердого оксиду; систему регенерації тепла паливного елемента, з'єднану з паливним елементом; щонайменше, одну систему подачі паливного газу, з'єднану з паливним елементом, причому система подачі паливного газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; і систему газової турбіни, з'єднану з системою регенерації тепла паливного елемента і системою подачі паливного газу.

Згідно тринадцятого об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, який утворює, щонайменше, один вхід для прийому потоку паливного газу і, щонайменше, один вихід для виведення Потік продуктів згоряння паливного елемента , причому паливний елемент працює при температурі, щонайменше, близько 250 ° С; щонайменше, одну систему подачі паливного газу для подачі потоку паливного газу на вхід паливного елемента, причому система подачі паливного газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків; систему газової турбіни, з'єднану з системою подачі паливного газу; першу трубу, що сполучається з текучої середовищі з виходом паливного елемента, для проходження через неї Потік продуктів згоряння паливного елемента; другу трубу для проходження через неї робочого середовища відновлення тепла, що сполучається з системою турбіни; и первый теплообменник, вмещающий первую часть первой трубы и вторую часть второй трубы.

Предпочтительно топливный элемент работает при температуре, по меньшей мере, приблизительно 600°С.

Предпочтительно 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.

Предпочтительно 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.

Предпочтительно 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.

Предпочтительно 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.

Предпочтительно система дополнительно содержит 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.

Предпочтительно система дополнительно содержит третью трубу, сообщающуюся по текучей среде со входом системы выработки водородосодержащего газа, по которой может проходить углеводородное топливо, четвертую трубу, устанавливающую сообщение по текучей среде между выходом системы выработки водородосодержащего газа и входом, образованным в модуле адсорбции с использованием разности давлений, для приема подаваемого потока водородосодержащего газа, и второй теплообменник, вмещающий часть третьей трубы и четвертой трубы, в котором третья труба и четвертая труба расположены рядом, так что тепло передается из подаваемого потока водородосодержащего газа в четвертой трубе углеводородному топливу в третьей трубе.

Предпочтительно насос является вакуумным насосом для извлечения потока газа, обедненного кислородом, из модуля адсорбции с использованием разности давлений, а топливный элемент работает при температуре, по меньшей мере, приблизительно 600°С.

Предпочтительно топливный элемент образует первый выход для выведения потока отходящего катодного газа и второй выход для выведения потока отходящего анодного газа, и поток отходящего катодного газа проходит по первой трубе, при этом система, вырабатывающая электрический ток, дополнительно содержит третью трубу, по которой проходит поток отходящего анодного газа, причем часть третьей трубы размещена внутри первого теплообменника.

Предпочтительно система дополнительно содержит, по меньшей мере, один второй теплообменник, вмещающий вторую часть первой трубы и второй трубы, при этом система газовой турбины включает в себя, по меньшей мере, две турбины с детандером, и вторая труба устанавливает сообщение между первым теплообменником, вторым теплообменником и двумя турбинами с детандерами.

Предпочтительно топливный элемент содержит топливный элемент из твердого оксида или топливный элемент из расплавленного карбоната; система подачи топливного газа содержит первый вращающийся модуль адсорбции с использованием разности давлений для подачи потока газа, обогащенного кислородом, на входное отверстие катода топливного элемента и второй вращающийся модуль адсорбции с использованием разности давлений для подачи потока газа, обогащенного водородом, на входное отверстие анода топливного элемента; и система газовой турбины соединена с первым вращающимся модулем адсорбции с использованием разности давлений и вторым вращающимся модулем адсорбции с использованием разности давлений.

Предпочтительно система подачи топливного газа содержит модуль разделения газа, который выполнен с возможностью выработки потока обогащенного топливом газа для подачи на вход топливного элемента.

Согласно четырнадцатому объекту настоящего изобретения создан способ получения, по меньшей мере, одного потока обогащенного топливом газа, по меньшей мере, на один топливный элемент, работающий при температуре, по меньшей мере, приблизительно 250°С, включающий: создание разности давлений в потоке газа, содержащего топливо, в условиях, достаточных для отделения потока обогащенного топливом газа от потока газа, содержащего топливо, причем создание разности давлений включает адсорбцию с использованием разности давлений; введение потока обогащенного топливом газа в топливный элемент; передачу тепла из топливного элемента рабочей среде регенерации тепла и введение рабочей среды регенерации тепла, по меньшей мере, в один агрегат для создания разности давлений.

Предпочтительно поток газа, содержащий топливо, содержит воздух, поток обогащенного топливом газа содержит поток газа, обогащенного кислородом, и агрегат содержит газовую турбину.

Предпочтительно передача тепла включает передачу тепла от потока отходящего газа, по меньшей мере, одного топливного элемента рабочей среде регенерации тепла.

Предпочтительно рабочую среду регенерации тепла расширяют при введении в газовую турбину для приведения в действие компрессора или насоса, вырабатывающего разность давлений.

Согласно пятнадцатому объекту настоящего изобретения создан способ получения, по меньшей мере, одного потока обогащенного топливом газа, по меньшей мере, на один из топливных элементов, топливный элемент из расплавленного карбоната или топливный элемент из твердого оксида, включающий: создание разности давлений в потоке газа, содержащего топливо, в условиях, достаточных для отделения потока обогащенного топливом газа от потока газа, содержащего топливо; введение потока обогащенного топливом газа в топливный элемент; передачу тепла из топливного элемента рабочей среде регенерации тепла и введение рабочей среды регенерации тепла, по меньшей мере, в один агрегат для создания разности давлений.

Згідно шістнадцятого об'єкту винаходу створено спосіб отримання потоку газу, збагаченого киснем, щонайменше, на один з паливних елементів, до паливного елементу з розплавленого карбонату або паливного елементу з твердого оксиду, що включає: забезпечення першого модуля адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю формування потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на паливний елемент; забезпечення системи газової турбіни, з'єднаної з першим модулем адсорбції з використанням різниці тисків; і циркуляцію потоку робочої рідини регенерації тепла через систему газової турбіни, в якій частина потоку робочого середовища регенерації тепла розташована поруч з потоком відпрацьованих газів, щонайменше, одного паливного елемента.

Переважно система газової турбіни містить, щонайменше, один детандер, з'єднаний з компресором або насосом, а робоче середовище регенерації тепла вводиться в детандер.

Переважно додатково здійснюють нагрів потоку газу, збагаченого киснем, перед подачею на паливний елемент шляхом розташування частини потоку газу, збагаченого киснем, поруч, щонайменше, з одним з потоку робочого середовища регенерації тепла або Потік продуктів згоряння паливного елемента.

Переважно додатково здійснюють забезпечення другого модуля адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю формування потоку газу, збагаченого воднем, для подачі на паливний елемент, при цьому систему газової турбіни додатково з'єднують з другим модулем адсорбції з використанням різниці тисків.

Згідно сімнадцятого об'єкту винаходу створена система, що виробляє електричний струм, що містить: щонайменше, один паливний елемент, паливний елемент з розплавленого карбонату або паливний елемент з твердого оксиду і модуль адсорбції з використанням різниці тисків, з'єднаний з паливним елементом, який може виробляти водневомісний газ для подачі на паливний елемент, причому модуль адсорбції з використанням різниці тисків містить перший адсорбент і, щонайменше, один другий матеріал, вибраний з другого адсорбенту і каталізатора конверсії з водяною парою або каталізатора реакції конверсії водяного газу.

Переважно перший адсорбент переважно адсорбує вуглекислий газ в порівнянні з водяною парою.

Переважно модуль адсорбції з використанням різниці тисків включає в себе, щонайменше, одну першу зону і, щонайменше, одну другу зону, при цьому перша зона включає перший адсорбент.

Переважно перший адсорбент містить активоване лугом матеріал, а каталізатор містить Cu-ZnO, карбонільний комплекс перехідного металу або каталізатор, що містить метал з групи перехідних металів, введений в клітку цеоліту.

Переважно система додатково містить третю зону, яка включає в себе, щонайменше, один осушувач.

Переважно каталізатор включений, щонайменше, в одну з першої зони або другої зони.

Переважно активоване лугом матеріал вибраний з оксиду алюмінію, просоченого карбонатом калію, гідротальціта, активованого карбонатом калію, і їх сумішей.

Система газової турбіни, пов'язана з адсорбцією, що використовує різницю тисків, може приводити в дію всі компресори і вакуумні насоси для адсорбції O ₂ з використанням різниці тисків, разом з вакуумним насосом і / або стисненням важкої флегми для адсорбції Н ₂ з використанням різниці тисків. Цей додатковий цикл газової турбіни дозволяє вакуумному насосу для важкої флегми і компресора приводитися від детандера, який розширює продукти згоряння залишкового водневомісний газу адсорбції з використанням різниці тисків. Відмітною ознакою певних описаних прикладів реалізації є об'єднання вакуумного насоса (насосів) та / або компресорів з газовою турбіною, що приводиться в дію безпосередньо або непрямим чином, спалюванням залишкового газу або, непрямим чином, теплообміном, спрямованим в напрацьоване тепло батареї паливних елементів. Таким чином, не потрібно ні електричного генератора, з'єднаного з циклом додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла, ні допоміжне джерело енергії для приведення в дію всіх компресорів і вакуумних насосів для систем поділу газів. Система газової турбіни може і бути з'єднана з допоміжним пристроєм, наприклад генератором електричного струму, який може забезпечувати потужність для системи повітряного кондиціонування транспортного засобу. Можуть прийматися до уваги конструкції однокамерних або багатокамерних газових турбін. Відцентрові або осьові пристрої можуть використовуватися в якості компресорів і насосів. Принципи, що грунтуються на інтеграції газових турбін і паливних елементів, особливо переважні для підвищених рівнів енергії. У деяких економічно бажаних прикладах реалізації використовуються автономні газогенератори (турбозарядние агрегати).

Таким чином, створені більш прогресивні системи ТЕРК і ТЕТО, що включають адсорбцію з використанням різниці тисків і інтегровану систему газової турбіни для збагачення водню по анода, при швидкому відділенні вуглекислого газу (на катод для систем ТЕРК). У деяких системах система адсорбції водню з використанням різниці тисків буде працювати при високих температурах, навіть наближаються до температур системи ТЕРК.

В одному варіанті першого та другого прикладів реалізації, описаних вище, система, що виробляє електричний струм, містить паливний елемент ТЕРК або ТЕТО, систему подачі кисневмісних газу і / або систему подачі водневомісний газу. Паливний елемент може включати анодний канал, що має вхідний отвір для анодного газу, для прийому подається водневомісний газу (або паливного газу, який вступає в реакцію, утворюючи водень в анодному каналі), катодний канал, що має вхідний отвір для катодного газу і вихідний отвір для катодного газу, і електроліт, з'єднана з анодним і катодним каналом, щоб сприяти перенесенню іонів між анодним і катодним каналом. Система подачі водневомісний газу може включати систему адсорбції з використанням різниці тисків, що включає обертається модуль, який має статор і ротор, що обертається щодо статора, для збагачення водню в анодному каналі і вилучення з нього вуглекислого газу. У деяких прикладах реалізації винаходу система, що виробляє електричний струм, включає систему адсорбції з використанням різниці тисків (АРД) або вакуумну систему адсорбції з використанням різниці тисків (Варда) для збагачення кисню з повітря, що подається в катодний канал і / або в систему обробки палива. Установка АРД для збагачення водню і відділення вуглекислого газу буде називатися першою установкою АРД, а друга установка АРД або Варда може бути забезпечена для збагачення кисню.

Ротор установки АРД, який використовується в описуваних системах і процесах, включає кілька шляхів проходження прийнятого матеріалу адсорбенту для виборчого адсорбції першого газового компонента після збільшення тиску в шляхах його проходження щодо другого газового компонента. Система адсорбції з використанням різниці тисків може і включати компрессионное обладнання, пов'язане з обертовим модулем, щоб сприяти проходу газу через шляху його проходження для відділення першого газового компонента від другого газового компонента. Статор включає першу контактну поверхню клапана статора, другу контактну поверхню клапана статора і кілька робочих камер, що виходять на контактні поверхні клапана статора. Робочі камери включають камеру для газу, що подається, камеру для виходу легкої флегми і камеру для повернення легкої флегми.

Система адсорбції водню з використанням різниці тисків може діяти при високій робочій температурі. Наприклад, робоча температура адсорберов в першій установці адсорбції водню (АРД) може знаходитися в межах приблизно від температури навколишнього повітря до підвищеної температури, приблизно до 450 ° С, оскільки цьому може сприяти рекуперативний або регенеративний теплообмін між першою установкою АРД і анодним каналом паливного елемента. Згідно з іншим варіантом, робоча температура адсорберов може перебувати в межах приблизно від робочої температури батареї ТЕРК (тобто приблизно від 600 до 650 ° С) або батареї ТЕТО (тобто приблизно від 500 до 1000 ° С), спускаючись до приблизно 450 ° С, чому може сприяти рекуперативний або регенеративний теплообмін. У конкретних прикладах реалізації робоча температура адсорберов АРД водню може перебувати в межах від температури навколишнього повітря приблизно до 800 ° С, зокрема приблизно від 150 ° С до 800 ° С для установок АРД, які містять каталізатори, і від температури навколишнього повітря до 200 ° З для установок АРД, що не містять каталізаторів. Ця установка АРД може бути сконструйована таким чином, щоб підтримувати градієнт температури по довжині каналів, по яких проходить потік, так що температура на другому кінці адсорберов перевищує температуру на першому кінці адсорберов. Що використовується тут вираз "робоча температура адсорберов" означає температуру газу, що протікає через адсорбер, і / або температуру шарів адсорбера.

Згідно з третім наприклад реалізації винаходу, описана система, що виробляє електричний струм, яка включає ТЕРК або ТЕТО і установку АРД (адсорбції з використанням різниці тисків) для Н _2, з'єднану з ТЕРК або ТЕТО, де АРД для Н ₂ включає перший адсорбент і, по меншій міру, один другий матеріал, вибраний з другого адсорбенту і каталізатора конверсії з водяною парою і каталізатора конверсії водяного газу. Перший адсорбент має хімічне відміну від другого адсорбенту. Наприклад, адсорбент в адсорберах першої установки АРД (для водню) може включати першу зону адсорбенту, яка є виборчою при підвищеній робочій температурі (тобто приблизно від 250 ° С до 800 ° С) для вуглекислого газу, кращою щодо водяної пари. Такі відповідні адсорбенти відомого рівня техніки включають матеріали, активоване лугом. Приклади активованих лугом матеріалів включають матеріали, що містять катіони лужних металів, як, наприклад, Li, Na, К, Cs, Rb, і / або лужноземельних металів, наприклад Са, Sr та Ва. Матеріали зазвичай можуть бути у вигляді гідроксиду, карбонату, бікарбонату, ацетату, фосфату, нітрату або з'єднання солі органічної кислоти, луги або лужноземельних металів. Такі сполуки можуть осідати на будь-який відповідний субстрат, наприклад оксид алюмінію. Приклади конкретних матеріалів включають оксид алюмінію, просочений карбонатом калію, і гідротальціт, активоване карбонатом калію. Для прикладів реалізації першої установки АРД, що працює при температурах, близьких до температури навколишнього повітря, відповідні адсорбенти включають гель глинозему, активовані вуглеці, гідрофільні цеоліти (наприклад, цеоліт типу 13Х і багато інших відомих цеоліти) і гідрофобні цеоліти (наприклад, цеоліт типу У або силікат).

У високотемпературних прикладах реалізації першої установки АРД (для водню) адсорбент в тій же або в іншій зоні адсорберов може включати компонент, каталітично активний при робочій температурі цієї зони для реакції конверсії з водяною парою (наприклад, метанове паливо або метанолових паливо) і / або для реакції конверсії водяного газу (пара). Каталітично активний компонент може бути металом з групи відновлених перехідних металів або сумішшю металів, або металом з групи перехідних металів, дисперговані в клітинах цеоліту і оборотно утворюючим карбонільний комплекс металу при робочій температурі другої зони. Оскільки вуглекислий газ вибірково адсорбується відносно водяної пари, коли збагачений водень безперервно віддаляється на анодний канал, концентрації вуглекислого газу і водню над каталитически активним компонентом зберігаються на зниженому рівні за допомогою процесу АРД, щоб досягти ефекту рівноваги реакції, благотворно впливає на перебіг реакцій конверсії з водяною парою і / або водяного газу (пара) в адсорберах першої установки АРД. Конверсія моноксиду вуглецю і паливних компонентів завершується утворенням вуглекислого газу і додаткового водню. Це приклад реактора АРД, або "реактора підвищеної сорбції", який прискорює ефект простого поділу газів, в результаті чого і виробляється збагачений водень, разом з видаленням вуглекислого газу і наближенням реакції конверсії водяного газу (пара) по суті до завершення, причому при цьому досягається якісна очистка водню.

Промислова адсорбція H ₂ з використанням різниці тисків зазвичай проводиться при значно підвищеному тиску (> 10 бар) для досягнення одночасно високого очищення і високого відновлення (~80% -85%). Системи паливних елементів, що працюють з реформінг-установками, які використовують метанол під тиском, або спільно з газотурбінними циклами, працюють при відносно високих тисках. Паливні елементи з розплавленого карбонату працюють при тисках від атмосферного до приблизно 10 бар граничного тиску, при цьому найбільш бажаними в даний час є більш низькі тиску, що необхідно для продовження терміну служби батареї паливних елементів. Паливні елементи з твердого оксиду можуть призначатися для роботи при будь-якому тиску, причому в цьому винаході кращі робочі тиску приблизно від 5 до 20 бар.

Тиск легкого отриманого газу, що виходить з установок АРД для водню і кисню, може сильно відрізнятися в описаних системах і процесах. Для додаткового збільшення тиску одержуваного легкого газу, при необхідності, використовуються компресори та інші механізми збільшення тиску, перед введенням в паливний елемент. При дуже низькому тиску подачі (від 2 до 3 бар) в першій установці АРД може використовуватися додаткове стиснення для підвищення відновлення водню і одночасного збільшення концентрації вуглекислого газу. Альтернативні принципи включають вакуумні насоси для збільшення коефіцієнта робочого тиску, або, як альтернатива, отримання "важкої флегми" (проміжного продукту) повторного стиснення і рециркуляції, яка подається на АРД у вигляді фракції відходить потоку при повному тиску. Вакуум і важка флегма можуть використовуватися в поєднанні за допомогою вакуумного насоса, що перевищує стандартні розміри.

Описані системи і процеси можуть поліпшити загальний ккд систем паливних елементів, при цьому знижуючи пропорційне кількістьутворюється вуглекислого газу і в той же час забезпечуючи його доставку в належне місце і час в висококонцентрованих вигляді для найбільш зручного видалення з атмосфери, наприклад під землею в виснажених пластах природного газу, або для використання у відновленні масла з нафтових резервуарів. Крім того, що вивозиться енергія може поставлятися тільки з батареї паливних елементів, тому неможливо експортувати енергію з циклу додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла або з генераторів на турбінах, які працюють на виробленні електроенергії з використанням скидається тепла, які таким чином стають простими турбозаряднимі агрегатами. На відміну від цього, згідно з визначеними прикладів реалізації, система використовує високотемпературну відходить теплоту з батареї паливних елементів для приведення в дію автономних роторних турбозарядних агрегатів, необхідних для повітряних компресорів, вакуумної відкачки повітря, що відходить з великим вмістом азоту і стиснення важкої флегми збагаченого вуглекислим газом залишкового анодного газу, при цьому тепло, що відходить з батареї паливних елементів, відповідає цим додатковим навантаженням, сприяючи роботі з високою щільністю струму.

Батарея паливних елементів може працювати з відносно високою щільністю струму (наприклад, приблизно від 200 до 400 мА / см ²⁾ для вироблення потрібного кількості тепла, що відходить, використовуваного для допоміжних навантажень стиску, оскільки описані системи АРД різко підвищили напруги холостого ходу (тобто приблизно від 0,75 до 0,95 вольт). Необхідний розмір батареї паливних елементів на кВ може бути значно зменшений при високій щільності струму. Подібно до цього, батарея паливних елементів того ж розміру може досягати повного виходу енергії, який до цього досягався батареєю плюс генератором додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла, який в деяких прикладах реалізації повністю усувається.

Наступні далі ознаки і переваги винаходу стануть зрозумілі з подальшого докладного опису кількох прикладів реалізації винаходу з посиланням на супутні креслення.

Нижче наводиться опис деяких прикладів реалізації винаходу з посиланням на прикладені креслення, на яких:

Фиг.1 - осьової розріз обертового модуля АРД.

Фіг.2-5В - поперечні перерізи модуля з фіг.1.

	Фіг.6-9 - спрощені схематичні зображення альтернативних прикладів реалізації установок ТЕРК і Фіг.10-14 - спрощені схематичні зображення альтернативних установок ТЕТО. Обертається модуль АРД для збагачення киснем описаний нижче з посиланням на фіг.1-5В, але така ж або подібна конфігурація обертового модуля АРД може бути використана для збагачення воднем (тобто відділення) в описуваних системах, які б виробляли електричний струм. Використовуваний тут термін "обертається АРД" включає (але не обмежується цим) або АРД, де група адсорберов обертається відносно нерухомої контактної поверхні клапана або статора, або АРД, де контактна поверхню клапана або статор обертається щодо групи адсорберов.

Фиг.1 показує обертається модуль 1 АРД, який включає кількість "N" адсорберов 3 в корпусі оболонки 4 для адсорберов. Кожен адсорбер має перший кінець 5 і другий кінець 6 з шляхом для проходження потоку між ними, що знаходяться в контакті з азотно-виборчим адсорбентом (для кисневого збагачення). Адсорбер розгорнуті у вигляді розташованої в осьової симетрії групи навколо осі 7 корпусу оболонки для адсорберов. Корпус оболонки 4 здійснює обертальний рух навколо осі 7 щодо першого та другого робочих корпусів 8 і 9, входячи в контакт через першу контактну поверхню 10 клапана з першим робочим корпусом 8, до якого подається газова суміш і з якого видаляється важкий продукт, і через другу контактну поверхню 11 клапана з другим робочим корпусом 9, звідки видаляється легкий продукт.

У прикладах реалізації, зокрема показаних в Фіг.1-5, корпус оболонки 4 адсорберов обертається і тому далі буде називатися ротором 4 адсорберов, в той час як перший і другий робочі корпусу нерухомі і разом утворюють вузол 12 статора модуля. Перший робочий корпус буде далі називатися першим статором 8 клапана, а другий робочий корпус буде далі називатися другим статором 9 клапана. В інших прикладах реалізації оболонка 4 адсорберов може бути нерухомою, а перший і другий робочі корпусу є роторами обертового клапана розподільника.

У прикладі реалізації, показаному в Фіг.1-5, шляхи для проходження потоку через адсорбер паралельні осі 7, так що потік має осьовий напрямок, а перша і друга контактні поверхні клапана показані як плоскі кільцеві диски, перпендикулярні осі 7. Проте, в більш широкому сенсі, напрямок потоку в адсорберах може бути осьовим або радіальним, а перша і друга контактні поверхні клапана можуть бути будь-якими тілами обертання з центром на осі 7. Сходинки процесу і утворюються робочі камери будуть перебувати під тими ж кутами, незалежно від радіального або осьового напрямку потоку в адсорберах.

Фіг.2-5 показують поперечні перерізи модуля 1 в площинах, позначених стрілками 12'-13 ', 14'-15' і 16'-17 '. Стрілка 20 в кожному перетині показує напрямок обертання ротора 4.

Фиг.2 показує перетин 12'-13 'по Фиг.1, яке перетинає ротор адсорбера. Тут кількість "N" одно 72. адсорберах 3 встановлені між зовнішньою стінкою 21 і внутрішньою стінкою 22 колеса (диска) 208 адсорбера. Кожен адсорбер містить прямокутну плоску пачку 3 аркушів 23 адсорбенту з розпірками 24 між листами для створення каналів для проходження потоку в осьовому напрямку. Прокладки 25 забезпечені між адсорберами для заповнення порожнього простору і запобігання витоку між адсорберами.

Як показано в Фиг.1, адсорбер 3 можуть включати кілька виразних зон між першим кінцем 5 і другим кінцем 6 каналів для потоку, які тут показані як три зони, відповідно перша зона 26 поблизу першого кінця 5, друга зона 27 в середині адсорберов і третя зона 28 поблизу другого кінця 6. в якості альтернативи зонам адсорбентів, можуть бути забезпечені різні адсорбенти в шарах або сумішах, що включають різні градієнти концентрацій адсорбенту уздовж шляху проходження газового потоку. Перехід від одного адсорбенту до іншого і може бути розведеною сумішшю двох адсорбентів, а не чітким переходом. Ще одним можливим варіантом є забезпечення суміші різних адсорбентів, які можуть бути або не бути однорідними.

При адсорбції Н ₂ з використанням різниці тисків, що протікає при температурі, яка доходить до 250 ° С, перша зона може містити адсорбент або осушувач, обраний для видалення дуже інтенсивно адсорбованих компонентів подається газової суміші, наприклад водяного або метаноловому пара, і деякої кількості вуглекислого газу. Друга зона може містити адсорбент, зазвичай обраний для об'ємного відділення домішок відносно високої концентрації, а третя зона може містити адсорбент, зазвичай вибирається для чистового видалення домішок щодо низької концентрації.

При адсорбції H ₂ з використанням різниці тисків, що протікає приблизно від 250 ° С до 800 ° С, перша зона може містити адсорбент, який вибірково поглинає СО ₂ по відношенню до водяної пари, як описано вище. Друга зона може містити адсорбент (наприклад, цеоліт, Cu (I) -містять матеріал або Ag (I) -містять матеріал), який вибірково поглинає СО по відношенню до водяної пари. Третя зона може містити осушувач для видалення водяної пари, наприклад гель глинозему. Згідно з одним варіантом, адсорбент виборчого поглинання СО ₂ і адсорбент виборчого поглинання СО може бути включений або наточити до іншого в одній зоні, а не в двох різних зонах.

Каталізатор (каталізатори) конверсії з водяною парою і / або конверсії водяного газу, описані вище, можуть включатися в будь-якій частині шару адсорбера, але зазвичай включаються в реакцію перед видаленням водяної пари, так як водяна пара є реагентом реакцій конверсії з водяною парою і конверсії водяного газу. При високих температурах приблизно від 600 ° С до 1000 ° С ефективним каталізатором конверсії метану з водяною парою і конверсії водяного газу є нікель з оксидом алюмінію в якості носія. Залізо / хром є ефективними каталізаторами для реакції конверсії водяного газу при температурі приблизно від 350 ° С до 600 ° С. При високих температурах приблизно від 200 до 300 ° С для реакції конверсії водяного газу ефективні оксиди міді / цинку.

У прикладах реалізації, в яких адсорбція Н ₂ з використанням різниці тисків виконує екзотермічну реакцію конверсії водяного газу, будь надлишкове тепло може бути видалено з реакції АРД забезпеченням, наприклад, засоби теплообміну в стінці установки АРД або в шарах адсорбера. У тих прикладах реалізації, в яких адсорбція H ₂ з використанням різниці тисків виконує ендотермічну реакцію конверсії з парою, будь-яке додаткове необхідне тепло може забезпечуватися на АРД забезпеченням кошти теплообміну в стінці установки АРД або в шарах адсорбера або об'єднанням пальника з АРД.

Листи адсорбенту містять армуючий матеріал (наприклад, скловолокна, металеву фольгу або дротяну сітку), до якого кріпиться відповідним речовиною матеріал адсорбенту. Для відділення повітря з метою отримання збагаченого кисню в першій зоні може бути використаний гель глинозему для видалення водяної пари, а типовими азото-ефективними адсорбентами в другій і третій зонах є цеоліти типу X, А чи типу шабазіта зі звичайним катіонних обміном з літієм, кальцієм, стронцієм, магнієм і / або іншими катіонами і з оптимізованими співвідношеннями кремнію / алюмінію, що добре відомо фахівцям в даній області. Кристали цеоліту склеюються кремнеземом, глиною, або іншими сполучними речовинами, або самі між собою в матриці листа адсорбенту. Цеолітові адсорбенти виборчої адсорбції азоту ефективні в межах від температури навколишнього середовища до 100 ° С.

Задовільні листи адсорбенту були отримані нанесенням покриття з шламу кристалів цеоліту з єднальними компонентами на армуючий матеріал, при цьому вдалі приклади включали неткані сітки скловолокна, плетені металеві матеріали і об'ємну алюмінієву фольгу. Розпірки забезпечені видавлюванням або штампуванням рельєфу з підйомом, або розміщенням виготовлених у виробництві розпірок між прилеглими парами листів адсорбенту. Альтернативні задовільні розпірки забезпечені у вигляді тканих металевих сіток, нетканих сіток скловолокна і металевої фольги з каналами для проходження потоку, отриманими травленням по фотолітографічного шаблоном. Адсорбер з розташованого шарами листового матеріалу можуть бути утворені укладанням в стопку плоских або вигнутих листів або утворенням спірального рулону з проходять від першого кінця адсорбера до його другого кінця каналами для проходження потоку, для заповнення обсягу корпусу адсорбера вимагається форми. Приклади способів і структур із заповненими, розташованими по спіралі адсорберами описані в одночасно розглядається попередньою заявкою США №60 / 285527, поданої 20 квітня 2001 року, і включеної сюди для посилання.

Типова експериментальна товщина листа була 150 мікрон при висоті розпірок від 100 до 150 мікрон а довжина каналу адсорбера для проходження потоку становила 20 см. Використовуючи цеоліти типу X, досягали прекрасного дії при відділенні кисню від повітря в процесі АРД з частотою циклів від 1 до по меншій міру 150 циклів на хвилину, зокрема щонайменше 25 циклів на хвилину.

Фіг.3 показує розташування каналів ротора 4 в першій і другій контактних поверхнях клапана (розподільника), відповідно в площинах, утворених стрілками 14'-15 'і 16'-17'. Прохід 30 адсорбера забезпечує повідомлення рідких середовища безпосередньо з першого або другого кінця кожного адсорбера відповідно до першої або другої контактної поверхні клапана.

Фіг.4 показує першу контактну поверхню 100 клапана першого статора 8 в першій контактної поверхні 10 клапана в площині, позначеній стрілками 14'-15 '. Показані з'єднання для рідких середовища, що ведуть до подає компресора 101, всмоктуючому подається повітря з вхідного фільтра 102, до витяжного вентилятора 103, подає збагачений азотом другий продукт до труби подачі 104 другого продукту. Компресор 101 і витяжний вентилятор 103 показані приєднаними до приводного двигуна 105.

Стрілка 20 вказує напрямок обертання ротора адсорбера. У кільцевій контактної поверхні клапана між розташованими по колу уплотнениями 106 і 107 відкритий простір першої контактної поверхні 100 клапана статора, що сполучається з камерами подачі і виведення, позначено чіткими кутовими сегментами 111-116, відповідними першим робочим отворів, сполучених безпосередньо з робочими камерами, позначеними тими ж цифровими позиціями 111-116. По суті закритий простір контактної поверхні 100 клапана між робочими камерами позначено заштрихованими секторами 118 і 119, які ковзають з нульовим зазором або переважно вузьким зазором для зменшення тертя і зносу і без зайвої витоку. Типовий закритий сектор 118 забезпечує перехід для адсорбера між становищем, відкритим в камеру 114 і відкритим в камеру 115. Здійснюється поступове відкривання, яке забезпечується конусним проходом між змінним сектором і ущільнюючої поверхнею, для досягнення м'якого вирівнювання тиску, коли адсорбер відкривається в нову камеру. По суті, щоб закрити потік, що проходить в один кінець або з одного кінця адсорберов, коли виконується підвищення тиску або скидання з іншого кінця, забезпечуються значно ширші закриті сектора (тобто 119).

Живить компресор подає газ для камер 111 і 112 надлишкового тиску і для робочої камери 113 вироблення газу, що подається. Камери 111 і 112 мають послідовно збільшуються робочі тиску, а робоча камера 113 знаходиться під високим робочим тиском циклу АРД. Таким чином, компресор може мати багатоступеневу або роз'ємну систему потоку, яка постачає належний обсяг подаваного потоку в кожну камеру, для створення надлишкового тиску в адсорберах з використанням проміжних рівнів тисків камер 111 і 112, і потім остаточне підвищення тиску для роботи в камері 113. Система рознімного потоку в компресорі може бути забезпечена рядами, на зразок багатоступінчастого компресора з проходами для подачі між ступенями або у вигляді декількох паралельно розташованих компресорів, які подають газ на робочий тиск камерам 111-113. В якості альтернативи, компресор 101 може постачати весь подається газ на більш високий тиск дросселированием деякої кількості цього газу для подачі до камер 111 і 112 з їх відповідними проміжними підвищеними тисками.

Подібним чином, витяжний вентилятор 103 видаляє важкий отриманий газ з камер 114 і 115 противоточного скидання з поступово знижуються тисками цих камер і, нарешті, з вихідної камери 116, де тиск найнижче в циклі. Так само як компресор 101, витяжний вентилятор 103 може бути забезпечений у вигляді багатоступінчастої або рознімної системи для потоку, причому ступені можуть бути розташовані рядами або паралельно для прийому кожного потоку при належних проміжних тисках, що знижуються до більш низького тиску.

У прикладі реалізації фіг.4 нижній тиск є тиском навколишнього середовища, так що виходять гази з камери 116 направляються безпосередньо в трубу 104 для подачі важкого продукту. Витяжний вентилятор 103, таким чином, забезпечує зниження тиску з регенерацією енергії в допомогу двигуну 105 з камер 114 і 115 противоточного скидання (продувки). Для простоти витяжний вентилятор 103 може бути замінений дросельними отворами в якості засобів зниження тиску противоточного скидання з камер 114 і 115.

У деяких прикладах реалізації винаходу нижній тиск циклу АРД нижче атмосферного. Тоді витяжний вентилятор забезпечується вакуумним насосом, як показано в Фіг.4В. Знову, вакуумний насос може бути багатоступінчастої або рознімної системою для потоку, при цьому окремі ступені можуть бути розташовані рядами або паралельно, для прийому потоків противоточного скидання, що виходять з їх камер при робочих тисках, що перевищують нижній тиск, яке є найнижчим тиском вакууму. У Фіг.4В свіжий потік противоточного скидання з камери 114 виходить при тиску навколишнього повітря прямо в трубу 104 подачі важкого продукту. Якщо для спрощення процесу використовується одноступінчатий вакуумний насос, потік противоточного скидання з камери 115 буде дросселіроваться зі зниженням тиску через отвір, щоб з'єднатися з потоком з камери 116 на вході вакуумного насоса. Вакуумний насос дає можливість установки АРД працювати при більш низькому тиску, що може бути доцільним, коли АРД з'єднана з паливним елементом, що працює при більш низькому тиску, як, наприклад, ТЕРК, що працює при тиску навколишнього повітря. Вплив вакууму на АРД сприяє високому виходу кисню, або фракційним відновленню, і тому високому енергетичному ККД при розділенні повітря.

Фіг.5 і 5В показують контактну поверхню клапана другого статора в перерізі 16'-17 'Фиг.1. Відкриті проходи контактної поверхні є робочими проходами другого клапана, сполученими безпосередньо з камерою 121 подачі легкого продукту, кількома камерами 122, 123, 124 і 125 для виходу легкої флегми і тим же кількістю камер 126, 127, 128 і 129 всередині другого статора для повернення легкої флегми. Робочі проходи другого клапана знаходяться в кільці, утвореному розташованими по окружності уплотнениями 131 і 132. Кожна пара камер для виходу і повернення легкої флегми забезпечує ступінь зниження тиску легкої флегми, відповідно, для функцій процесу АРД, як, наприклад, зворотне заповнення, вирівнювання повного або парціального тиску і продування для очищення.

Для ілюстрації можливого зниження тиску легкої флегми з регенерацією енергії показаний розширювач (детандер) 140 переривчастого потоку легкої флегми в Фиг.1 і 5А, для забезпечення зниження тиску чотирьох ступенів легкої флегми з регенерацією енергії. Розширювач легкої флегми забезпечує зниження тиску для кожної з чотирьох ступенів легкої флегми, між камерами 122 і 129, 123 і 128, 124 і 127 і 125 і 126, відповідно для виходу і повернення легкої флегми, як показано. Розширювач 140 для флегми може приводити в дію додатковий компресор 145 для легкого продукту за допомогою приводного вала 146, який подає збагачене киснем легкий продукт в трубу 147 подачі кисню, стиснений до тиску, що перевищує високий тиск циклу АРД. Для ілюстрації можливого зниження тиску легкої флегми з регенерацією енергії розширювач 140 для переривчастого потоку легкої флегми забезпечується, щоб знизити тиск чотирьох ступенів легкої флегми з регенерацією енергії. Розширювач легкої флегми служить засобом для зниження тиску для кожної з чотирьох ступенів легкої флегми, між камерами 122 і 129, 123 і 128, 124 і 127 і 125 і 126, відповідно для виходу і повернення легкої флегми, як показано.

Оскільки легка флегма і легкий продукт мають приблизно однакову чистоту, розширювач 140 і додатковий компресор 145 легкого продукту можуть бути герметично укладені в один корпус, який може бути об'єднаний з другим статором, як показано в Фіг 1. Ця конструкція "турбокомпресора" додатково підвищеної ефективності без окремого приводного двигуна доцільна, оскільки можна досягати корисного підйому тиску без використання зовнішнього двигуна і відповідних ущільнень вала, і, крім того, ця конструкція може бути дуже компактною при роботі з великими швидкостями вала.

Фіг.5В показує більш просте альтернативне використання дросельного отвору 150 як засобу зниження тиску для кожної із ступенів легкої флегми.

Звертаючись до Фиг.1, що подається стиснений газ надходить в камеру 113, як показано стрілкою 125, в той час як важкий продукт виходить з камери 117, як показано стрілкою 126. Ротор спирається на підшипник 160 з ущільненням 161 вала на приводному валу 162 ротора в першому статоре 8, який в збірці об'єднаний з першим і другим статорами клапана. Ротор адсорбера приводиться в дію від двигуна 163 в якості приводного кошти ротора.

Буферне ущільнення 170 встановлено для забезпечення більш примусового ущільнення буферної камери 171 між ущільненнями 131 і 171. Для подальшого зменшення витоку і тертя крутного моменту буферне ущільнення 171 здійснює ущільнення на поверхні 172 ущільнення набагато меншого діаметру, ніж діаметр розташованого по окружності ущільнення 131. буферне ущільнення 170 здійснює ущільнення між подовженням 175 ротора 4 адсорбера і ущільнюючої поверхнею 172 на другому статоре 9 клапана, при цьому подовження 175 ротора охоплює задню частину другого статора 9 клапана, утворюючи буферну камеру 171. Елемент 180, що вміщає корпус статора, забезпечений як конструктивного з'єднання між першим статором 8 клапана і другим статором 9 клапана. Забезпечення прямих проходів адсорберов до поверхні статора є альтернативою забезпечення таких ущільнень і описано в спільній, одночасно розглядається попередньою заявкою США №60 / 301 723, поданої 28 червня 2001 року, яка включена тут як посилання.

У наступних кресленнях даного опису спрощені схеми представляють пристрій або модуль АРД. У цих сильно спрощених схемах будуть показані тільки одна труба 181, що веде до першої контактної поверхні 10 клапана; і одна труба 182 для важкого продукту, що відходить від контактної поверхні 10 клапана; і труба 147 подачі легкого продукту і один щабель 184 легкої флегми із засобом зниження тиску, сполучених з другої контактної поверхнею 11 клапана.

Фіг.6-14 показують різні системи регенерації енергії, що використовують різні робочі рідкотекучі середовища для регенерації енергії. В одному варіанті кисневий компресор АРД об'єднаний з газотурбінним циклом непрямого нагріву додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла, де в якості робочого середовища використовується повітря. Щонайменше, частина повітря забезпечується для кисневого збагачення АРД при відповідних для процесу тисках; іншої повітря стискається до більш високого тиску в якості робочого середовища газотурбінного циклу, що піддається непрямому нагрівання батарей паливних елементів через теплообмінники, пов'язані з контурами катодного і / або анодного потоків.

В інших прикладах реалізації робочим середовищем додаткового циклу вироблення електроенергії з використанням скидається тепла є газ анодного контуру в газотурбінному циклі. Якщо водневе збагачення АРД проводиться близько до температури навколишнього середовища, використовується рекуперативний теплообмінник для досягнення високого термодинамічної ккд. В якості альтернативи, якщо водневе збагачення АРД проводиться так, що другий кінець установки має підвищену температуру, близьку до температури батареї паливного елемента, а його перший кінець зберігається при температурі, близької до температури навколишнього повітря, його можна використовувати в якості теплового обертового регенератора газотурбінного циклу , що використовує анодний газ в якості робочого середовища.

Водень можна використовувати в якості палива для електростанцій, що працюють на ТЕТО. Коли анодний газ використовується як робоче середовище додаткової вироблення енергії з використанням тепла, водень, що містить значну фракцію водяної пари (наприклад, приблизно від 25% до 50%), може служити робочим середовищем для розширення, в той час як робочим середовищем для стиснення є водень , з якого отримана з паливного елемента вода в значній мірі видалена конденсацією. Розширювач радіального потоку може використовуватися в суміші водень / водяна пара, що виходить з анода паливного елемента. Внаслідок того, що відносно сухий водень, схильний до стиску після конденсації, має низький молекулярна вага, альтернативні відповідні компресори включають високошвидкісні відцентрові, багатоступінчасті відцентрові і об'ємні компресори.

Для невеликих електростанцій цикл додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла може використовувати окрему робочу середу з газів анода і катода, як, наприклад, водяна пара (цикл Ренкіна) і водень (цикл Стірлінга). Для невеликих паливних елементів ТЕТО, що працюють на водні, використання двигуна Стірлінга для додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла особливо доцільно, оскільки робоче середовище двигуна може поповнюватися з запасу водневого палива. Необхідність повної герметичності ущільнень робочого середовища двигуна Стірлінга таким чином зменшується в цьому винаході.

Так як описувані тут системи і способи використовують кисневе збагачення і водневе збагачення в процесі АРД для підвищення напруги і / або щільності струму, одержуваних від батареї паливного елемента, фракційне кількість теплотворної здатності палива, одержуваного у вигляді високотемпературного тепла, що відходить, на цикл додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла значно знижується в порівнянні з попереднім рівнем техніки. Відповідно, швидкість потоку робочої рідини і навантаження теплообміну знижуються. Номінальна потужність циклу знижується паралельно зі збільшенням електроенергії, безпосередньо виробляється батареєю паливних елементів. Корисна механічна енергія, отримана циклом додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла, застосовується головним чином або винятково для компресійних навантажень, пов'язаних з допоміжним обладнанням процесу АРД.

Кожна з Фіг.6-9 є спрощеним схематичним зображенням прикладу електростанції 200, що працює на тепловому елементі з розплавленого карбонату, що включає тепловий елемент 202, установку 204 високотемпературної адсорбції з використанням різниці тисків (АРД), що взаємодіє з камерою згоряння 206 для перенесення вуглекислого газу з анодної сторони на катодний бік паливного елемента, і об'єднану з ними газову турбіну 208 для стиснення газу і розширення. Установка 204 АРД збільшує концентрацію водню і знижує концентрацію вуглекислого газу над катодом, таким чином збільшуючи напругу елемента. Це безпосередньо збільшує ккд батареї паливного елемента і вихід електроенергії, в той же час зменшуючи тепло, вироблене паливним елементом так, що фракція виходить електроенергії установки, регенерируемой менш ефективно циклом додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла, зменшується. Системи, показані в Фіг.6-9, є тільки прикладами, і можуть бути використані інші системи з відмінним розташуванням пристроїв і труб або з додатковими пристроями і трубами, або з їх меншою кількістю.

Батарея 202 паливних елементів розплавленого карбонату включає електроліт 210 розплавленого карбонату, розташований на пористої керамічної матриці, що знаходиться між анодним каналом 212 і катодних каналом 214. катодного канал має вхідний отвір 216 і вихідний отвір 218, а катодний канал 214 має вхідний отвір 220 і вихідний отвір 222.

Приклад реалізації по Фіг.6 показує два альтернативних принципу подачі поєднання газу. Більш конкретно, будь-який з цих подаються газів може використовуватися окремо в будь-яку установку ТЕРК. Ці альтернативи залежать від того, чи годиться подається газ для прямого доступу до анода або для доступу тільки після обробки в першій установці АРД. Якщо паливом є природний газ, ці альтернативи залежать від обробки палива або від поєднань (1) "внутрішньої конверсії" всередині батареї паливного елемента, (2) "конверсії підвищеної сорбції" всередині першої установки АРД або (3) "зовнішньої конверсії", зовні розташованої в безпосередній близькості системи ТЕРК, як описано тут.

Ендотермічними реакціями конверсії є

СН ₄ + Н ₂ O СО + 3Н ₂ і

СН ₄ + 2Н ₂ О CO ₂ + 4Н ₂

з екзотермічної конверсією водяної пари

СО + Н ₂ O CO ₂ + Н ₂

доповнюється частковим згорянням в разі автотермічний конверсії _СН4 + 1 / 2O ₂ СО + 2Н _2.

Вхідний отвір 230 для першого підключення газу повідомляється зі входом анода 214, вводячи перший подається газ, вже стислий і підігрітий, в робочі умови ТЕРК. Першим подаваеммим газом може бути водень, промисловий газ, що виробляється зовнішнім засобом обробки палива (наприклад, газифікатором вугілля або реформінг-установкою для конверсії метану з водяною парою), або природний газ для внутрішньої конверсії всередині анодного каналу 212, який потім трансформується, як відомо фахівцям в даній області, щоб утримувати відповідні каталізатори конверсії з водяною парою, як, наприклад, нікель з оксидом алюмінію в якості носія.

Вхідний отвір 240 для другого газу, що подається повідомляється з камерою вироблення газу, що подається в першій контактної поверхні обертового клапана першої установки 204 АРД, знову вводячи вже стислий і підігрітий газ в першу установку АРД з більш високим тиском і робочою температурою. Збагачений вуглекислим газом і водяною парою потік важкого продукту випускається з камери скидання і виходу в першій контактної поверхні 10 обертового клапана в трубу 242 з більш низьким тиском циклу першої установки АРД. Високий тиск першої установки АРД злегка перевищує робочий тиск ТЕРК, а нижній тиск може бути атмосферним або нижче атмосферного тиску. Якщо робочий тиск ТЕРК вибирається в межах атмосферного, перша установка АРД буде вакуумної, при цьому нижній тиск циклу буде в межах приблизно від 0,1 до 0,5 бар абсолютного тиску.

Потік важкого продукту з труби 242 піддається стиску знову до більш високого тиску першої установки АРД компресором 244 для вуглекислого газу, який подає стислий потік важкого продукту до труби 246, яка має відведення в трубу 247 для важкої флегми, що сполучається з камерою вироблення газу, що подається в першій контактної поверхні 10 обертового клапана першої установки 204 АРД, і відведення в камеру згоряння 206 газової турбіни. В якості альтернативи, якщо потік важкого продукту в трубі 242 знаходиться під тиском нижче атмосферного, тоді пристроєм 244 може бути вакуумний насос для вилучення потоку важкого продукту.

Легкий газ збагаченого водню з першої установки АРД 204 подається трубою 250 з другої контактної поверхні 11 крутного клапана першої установки АРД на вхід 216 анода. Показані ступені легкої флегми, де окремі потоки легкого газу з поступово знижуються тисками видаляються з другої контактної поверхні обертового клапана для зниження тиску в відповідних щаблях розширювача 140 легкої флегми і потім повертаються на другу контактну поверхню клапана для очищення і відновлення тиску адсорберов. Після проходження через анодний канал 212 анодний газ, збіднений воднем і збагачений вуглекислим газом, видаляється з виходу 218 анода через трубу 255 для обробки в першій установці 204 АРД для відновлення водню, вуглекислого газу та компонентів метанового палива, при цьому видаляючи вуглекислий газ і по меншій принаймні частина водяної пари.

Анодний канал 212, труба 255, установка 204 АРД і труба 250 утворюють замкнутий контур анода, де водень піддається рециркуляції і заповнюється по суті для повної утилізації водню та інших паливних компонентів, в той час як вуглекислий газ безперервно віддаляється установкою 204 АРД. Допоміжний засіб підвищення тиску може бути корисним для подолання падіння тиску потоку по контуру анода. У Фіг.6 засобом підвищення тиску є установка 204 АРД, при цьому не потрібно ніякого механічного засобу підвищення тиску. Вихід з анода газ в трубі 255 знаходиться при помірно більш низькому тиску, ніж подається газ в трубі 240 для подачі і газ продукту важкої флегми в трубі 247. Таким чином, анодний відходить газ надходить в камеру відновлення тиску газу, що подається в першій контактної поверхні 10 обертового клапана. Після того, як відходить з анода газ входить в адсорбер 3, він там стискається назад до більш високого тиску подається газом і газом важкої флегми, що входять в адсорбер з труб 240 і 247.

По выбору, ступень тяжелой флегмы и труба 247 могут быть устранены, что увеличит фракцию компонентов топливного газа (водорода, моноксида углерода и метана), подаваемых в камеру сгорания 206. При относительно высоком соотношении давлений между высокими и низкими давлениями в первой установке АРД будет достигаться относительно высокое восстановление компонентов топливного газа в газе легкого продукта (для рециркуляции на анод топливного элемента). При достаточно большом потоке продукта тяжелой флегмы и соответствующем потреблении энергии при сжатии тяжелой флегмы компоненты топливного газа могут быть в значительной степени удалены из тяжелого продукта углекислого газа и/или водяных паров, поэтому камера сгорания 206 может быть устранена и заменена небольшой каталитической камерой сгорания.

Первый теплообменник 256 может быть предусмотрен для труб, подающих газ, тяжелую флегму, и выходных труб, сообщающихся с первой контактной поверхностью 10 клапана, чтобы установить первую температуру на первом конце адсорберов. Второй теплообменник 257 может быть предусмотрен для труб, через которые проходит легкий продукт, трубы выхода легкой флегмы и трубы возврата легкой флегмы, сообщающимися со второй поверхностью 11 клапана, чтобы установить вторую температуру на втором конце адсорберов. Третий теплообменник 258 может быть предусмотрен для передачи тепла с выходной трубы 255 анода в трубы выхода легкой флегмы, сообщающиеся со входами ступеней расширителя 140 легкой флегмы, так что высокосортное тепло из батареи топливного элемента восстанавливается по меньшей мере частично в расширителе 140.

Узел 208 газовой турбины включает компрессор 260 и турбину 262, связанные с двигателем/генератором 264 валом 266 и компрессором 244 для тяжелого продукта и расширителем (детандером) 140 легкой флегмы валом 267. Воздух окружающей среды вводится в компрессор 260 трубой 270, осуществляющей подачу внутрь, и сжимается до рабочего давления для направления по трубе 272 к камере сгорания 206. Камера сгорания 206 сжигает остаточные количества топлива (включая некоторые количество водорода и невосстановленного моноксида углерода и топлива) в потоке тяжелого продукта, богатого углекислым газом. Катализатор может быть обеспечен в камере сгорания 206 для обеспечения стабильного горения с высокими инертными концентрациями, или же туда может быть добавлено вспомогательное топливо. Согласно примеру реализации, показанному в фигуре 6, горячий газ (т.е. продукт сгорания), выходящий из камеры сгорания 206 по трубе 280, охлаждается в рекуперативном теплообменнике 285 приблизительно до рабочей температуры ТЭРК для поступления в качестве катодного газа на входное отверстие 220 катода. Катодный газ содержит углекислый газ и остаточный кислород, разжиженный водяным паром и азотом. После циркуляции через катодный канал 214, в котором некоторое количество кислорода и углекислого газа расходуется, истощенный катодный газ переносится из выходного отверстия 222 катода по трубе 290 назад в рекуператор 285 для повторного нагрева до повышенной температуры на входе турбины для поступления по трубе 291 на турбину 262. После расширения через турбину 262 выходящий катодный газ удаляется через трубу 292, где предпочтительно будет происходить следующий теплообмен для достижения наиболее эффективной регенерации тепла, например, для подогрева подаваемого на входы 230 и 240 газа. Таким образом турбина 262 приводит в действие узел 208 турбины.

Согласно другому примеру реализации (не показан), часть горячего газа (т.е. продукт сгорания), выходящий из камеры сгорания 206, может направляться сразу на турбину 262, не проходя через катодный канал 214. В следующем варианте обеспечивается второй поток газа тяжелого продукта из установки 204 АРД во вторую камеру сгорания и затем введение горячего продукта сгорания непосредственно в турбину 262.

и на Фиг.6 показано удаление воды из тяжелого продукта в трубе 242 либо до сжатия компрессором 244 для углекислого газа, как показано в Фиг.6, либо после сжатия, если используется вакуумный насос в качестве компрессора 244, как показано в Фиг.7. Конденсатор 320 может быть обеспечен в трубе 242 для удаления воды и для охлаждения газа тяжелого продукта, чтобы уменьшить компрессионную мощность, необходимую для компрессора 244. Жидкая вода удаляется через слив 321. Температура конденсации может быть установлена охладителем 322. Для рекуперативного теплообмена между трубами 242 и 246 может быть обеспечен четвертый теплообменник 325.

На Фиг.7 показано несколько альтернативных признаков и усовершенствований. На этой фигуре показана термически объединенная реформинг-установка. Уже сжатое топливо и вода (или водяной пар) поступают из трубы 300 для подачи, проходя через рекуператор 302 для регенерации тепла из расширенного катодного отходящего газа в трубе 292 и затем через рекуператор 285, чтобы достигнуть повышенной температуры конверсии (приблизительно от 800°С до 1200°С), для поступления на реактор 310 каталитической конверсии. Реакция эндотермической конверсии снижает температуру подаваемого синтетического газа приблизительно до температуры ТЭРК, и этот синтетический газ подается по трубе 240 в камеру выработки подаваемого газа в первой контактной поверхности 10 вращающегося клапана установки 204 АРД.

Наступною ознакою на Фіг.7 є забезпечення допоміжного механічного засобу підвищення тиску для анодного контуру, як, наприклад, допоміжний компресор 330, який безпосередньо приводиться в дію розширником 140 легкої флегми через вал 267. Тиск повторно стисненого анодного газу з труби 255 підвищується знову до більш високого тиску допоміжним компресором 330 і подається по трубі 331 в камеру вироблення газу, що подається в першій контактної поверхні 10 обертового клапана. Частина виходить анодного газу в трубі 255 може і прямо подаватися по трубі 333 в камеру підвищення тиску газу, що подається. У цьому прикладі єдиним джерелом енергії для допоміжного компресора 330 є розширювач 140, який в цьому прикладі розташований окремо від вузла 208 газової турбіни.

На Фіг.8 і 9 показані додаткові приклади реалізації, що включають вакуумну адсорбцію з використанням різниці тисків (Варда) для додаткового збільшення парціальних тисків кисню і вуглекислого газу в катодному каналі з метою збільшення електрорушійної сили елемента і, отже, зниження навантаження додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла, що в цілому збільшує ккд установки. На Фіг.8 і 9, як на Фіг.6 і 7, різні деталі рекуперативної регенерації тепла і конденсація води з важкого продукту показані в спрощеній схематичною формі.

Установка 400 для АРД або Варда кисню включає обертається модуль 401 з селективним адсорбентом азоту в адсорберах 403, першу контактну поверхню 410 обертового клапана і другу контактну поверхню 411 обертового клапана. Перша контактна поверхню 410 обертового клапана отримує подається стиснене повітря в камеру вироблення газу, що подається з повітряного компресора 260 через трубу 420 і випускає відпрацьований збагачений азотом повітря з камери виходу через трубу 422 на вакуумний насос 424 (за вибором включений для Варда або виключений для простої АРД) для викиду в атмосферу і будь-якого іншого використання для помірно збагаченого азоту. Друга контактна поверхню 411 обертового клапана відправляє збагачений кисень легкого продукту, наприклад 90% чистоти, зворотним клапаном 430 в трубі 431 на кисневий компресор 432, який подає кисень під тиском, щонайменше, що дорівнює робочому тиску ТЕРК, в трубу 434 і потім в камеру згоряння 206. У другій контактної поверхні 411 обертового клапана і забезпечені дроселі 436 зниження тиску легкої флегми для ступенів легкої флегми.

Згідно варіанту прикладів реалізації, показаних на Фіг.8 і 9, анодний відпрацьований газ, що виходить через вихідний отвір 218 анода, безпосередньо вводитися в камеру згоряння 206 без проходження спочатку через установку АРД водню. Відходить анодний газ потім може спалюватися з збагаченим кисневим потоком, що виробляється установкою 400 АРД кисню.

Кисневе збагачення повітря, що забезпечується камерою згоряння 206, може істотно знизити інертне насичення азоту і аргону в катодному каналі, таким чином збільшуючи електромеханічне перетворення енергії, як було описано вище. Робочим середовищем для газотурбінного розширювача 262, таким чином, є сильно концентрований вуглекислий газ тільки з дуже невеликими кількостями атмосферних газів. Крім того, кисневе збагачення може забезпечувати більш повне згоряння без каталізатора або з меншими кількостями каталізаторів, і воно може по суті усунути токсичні виділення.

Фіг.9 показує додатковий ознака, що полягає в тому, що частина збагаченого кисню з установки 400 АРД використовується для обробки палива або всередині установки, як тут показано, або зовні, як у прикладі, де газифікація вугілля використовується для вироблення синтетичного газу подачі. Тут частина стисненого кисню в трубі 434 передається по трубі 440 на реформінг-установку 310, якої тут є установка для автотермічний конверсії природного газу з водяною парою.

Фіг.10 показує спрощене схематичне зображення прикладу реалізації 450 системи ТЕТО, до якого подається газ через вхідний отвір 230 для палива (яким може бути природний газ, синтетичний газ або водень). Приклад реалізації 450 включає кисневу Варда, компресійний обладнання якої головним чином приводиться в дію регенеративним газотурбінним циклом, що використовують анодний газ в якості робочого середовища для регенерації тепла, що відходить батареї паливних елементів, як цикл вироблення додаткової електроенергії з використанням скидається тепла для управління допоміжними навантаженнями компресора. В якості альтернативи, збагачений кисень може поставлятися процесом АРД з позитивним (надлишковим) тиском, як показано в фіг.4. Компоненти і цифрові позиції в основному відповідають викладеному вище опису для Фіг.6 і 9. Системи, показані в Фіг.10-14, є тільки прикладами, і можуть використовуватися інші системи з різним розташуванням пристроїв і труб або з додатковими пристроями і трубами, або з меншою кількістю пристроїв і труб.

Батарея 502 паливних елементів з твердого оксиду включає мембрану 510 електроліту твердого оксиду, розташовану між анодним каналом 512 і катодних каналом 514. катодного канал має вхід 516 і вихід 518, з'єднані анодним контуром 519, а катодний канал 514 має вхід 520 і вихід 522. Якщо паливом є природний газ, він піддається конверсії всередині анодного каналу 512, в той час як в контурі анода 519 зберігається відповідна концентрація пари для запобігання відкладення вуглецю.

Газ важкого продукту з першої установки АРД частково виходить по трубі 455, що відходить від труби 242 і переносить газ, який виходить з анодного контуру в камеру згоряння 206. Катодний залишковий газ може бути використаний в якості окислювача в камері згоряння 206 і передається з виходу 522 катода трубою 457 в камеру згоряння. Летючий газ з камери згоряння 206 випускається вихідний трубою 459 після регенерації тепла в теплообміннику 460, де газ легкої флегми піддається підвищеного нагріву перед входом в ступені розширювача 140 легкої фракції. Робоче середовище в розширнику 140 є сумішшю водяної пари і водню, якщо паливом є водень, і включаючи вуглекислий газ, якщо паливом є метан або синтетичний газ, які вводяться через вхідний отвір 230 для подачі палива.

Робоча температура адсорбера першої АРД може бути близькою до температури навколишнього повітря, і в цьому випадку теплообмінники 256 і 257 будуть рекуператорами з важкої навантаженням. В якості альтернативи, перша установка АРД може працювати при підвищеній температурі, при цьому друга температура поблизу другої контактної поверхні клапана переважно підвищена щодо першої температури поблизу першої контактної поверхні клапана, так що ротор адсорбера працює як теплової обертається регенератор.

В одному прикладі реалізації перша зона 26 адсорберов працює в діапазоні температур по суті від температури навколишнього повітря приблизно до 300 ° С з використанням оксиду алюмінію, цеоліту 13Х або щонайменше помірно гідрофобного цеоліту, як, наприклад, цеоліт У, як адсорбенту. Друга зона 27 адсорберов може працювати в діапазоні температур приблизно від 300 ° С до 500 ° С з використанням, наприклад, оксиду алюмінію або активованого гідротальціта як адсорбент. Третя зона 28 адсорберов може працювати при температурі приблизно від 530 до 800 ° С з використанням, наприклад, оксиду алюмінію або надстійких гідротальціта цеоліту У. В якості альтернативи, третя зона 28 може містити (замість адсорбенту) по суті неадсорбціонний керамічний або металевий матеріал, обраний для використання в високотемпературної зоні обертового регенератора.

Фіг.11 показує спрощене схематичне зображення іншого прикладу реалізації 475 системи паливного елемента ТЕТО, для якої паливом є водень. Цей приклад реалізації особливо доцільний для установок меншого масштабу, для яких потрібен високий ККД. У прикладі реалізації 475 двигун Стірлінга 480 використовується в якості теплової системи вироблення електроенергії з використанням скидається тепла для регенерації тепла, що відходить. Двигун 480 має гарячий кінець 481, в якому виконується розширення робочого середовища циклу Стірлінга, для забору тепла з забезпеченою теплоізоляцією сорочки 482, навколишнього батарею паливного елемента. Двигун 480 має холодний кінець 483, в якому виконується стиснення робочого середовища циклу Стірлінга, для відводу тепла по суті при температурі навколишнього повітря з охолоджувача 484. Стиснутий водень може використовуватися в якості робочого середовища циклу Стірлінга.

Двигун Стірлінга може мати кривошипно-шатунний механізм 485 для приводного вала 486, пов'язаного з вентилятором 490 для рециркуляції анодного газу, які живлять вентилятором 260 для кисню АРД, включеним по вибору вакуумним насосом 424 АРД і за вибором генератором 264. В якості альтернативи може бути використаний механізм вільно плаваючого поршня двигуна Стірлінга для того, щоб виконувати всі або деякі з описаних компресійних навантажень безпосередньо, без з'єднання за допомогою валу.

Фіг.12 показує спрощене схематичне зображення прикладу реалізації 500 системи ТЕТО, до якого через вхідний отвір 230 подається вироблений зовні і очищений водень. Приклад реалізації 500 показує кисневу Варда, де компрессионное обладнання головним чином приводиться в дію автономними газовими турбінами (турбозаряднимі агрегатами), що регенерують напрацьоване тепло батареї паливних елементів як цикл додаткової вироблення електроенергії з використанням скидається тепла і використовується лише для допоміжних компресійних навантажень. Збагачений кисень може альтернативно подаватися процесом АРД при позитивному (надмірному) тиску як показано в фіг.4.

Батарея 502 паливного елемента твердого оксиду включає мембрану 510 електроліту твердого оксиду, розташовану між анодним каналом 512 і катодних каналом 514. катодного канал має вхід 516 і вихід 518, з'єднані анодним контуром 519, а катодний канал 514 має вхід 520 і вихід 522, з'єднані катодних контуром 523. катодного і катодний контури проходять через теплообмінник 525 для відводу тепла, що відходить батареї при по суті робочої температурі паливного елемента. Рециркуляційні вентилятори (або ежектори) 526 і 527 можуть бути забезпечені для вироблення рециркулюючого потоку в анодному і катодному контурах відповідно, якщо потрібно рециркуляція.

Компресійне обладнання Варда для кисню працює як показано в Фіг.4В і 5А зі змінами, як описано нижче. Живить вентилятор 530 подає повітря на вхід компресора 101 для живильного рознімного потоку. Вентилятор 530 приводиться в дію електродвигуном (або двигуном внутрішнього згоряння) 531, що необхідно для запуску турбін, які приводять в дію компресор 101 і вакуумний насос 103. Пропускний зворотний клапан 532 забезпечений, щоб при необхідності зупиняти вентилятор 530, коли система 500 повністю запущена і температура доходить до робочої температури.

Живить компресор 101 включає ступені низького тиску, які постачають повітря на модуль 401 Варда для кисню, наприклад, по трубі 181, як показано в фіг.4 або 4В, а й ступінь 538 більш високого тиску, яка поставляє додатковий стиснене повітря як робочого середовища для регенерації тепла по трубі 540 на перший кінець 541 першого теплового рекуператора 542, який і має другий кінець 543, при температурі, що наближається до робочої температури батареї паливного елемента. Робоче середовище для регенерації тепла нагрівається в рекуператорі 542 і потім теплообмінником 525 перед надходженням на вхід 549 першої турбіни 550 розширювача. Після розширення в першій турбіні 550 робоче середовище для регенерації тепла передається трубою 551 на додатковий підігрів в теплообміннику 525 перед подачею на вхід 559 другий турбіни 560 розширювача. Після того, як робоче середовище для регенерації тепла розширюється по суті до атмосферного тиску в другій турбіні 560, вона переноситься по трубі 561 через рекуператор 542, де її залишається теплосодержание регенерується для підігріву повітря в трубі 540 і збагаченого кисню в трубі 567, і потім використана робоче середовище віддаляється по трубі 565.

У прикладі на Фіг.12 перша турбіна 550 використовується для приведення в дію живильного компресора 101 в турбозарядном агрегаті 570, а друга турбіна 560 використовується для приведення в дію вакуумного насоса 103 в турбозарядном агрегаті 572. Зрозуміло, що використання першої і другої турбіни може мати зворотний порядок і що електричний генератор і може бути приєднаний до кожної з цих турбін або до третьої турбіні. До того ж турбіни можуть отримувати робочу середу для регенерації тепла паралельно, а не рядами. Робота рядами з підігрівом більш ефективна з точки зору термодинаміки. і можна забезпечити проміжне охолодження між ступенями компресора 101.

Збагачений кисень з установки 401 Варда поставляється на кисневий компресор 145 через зворотний клапан 430 для додаткового підвищення тиску збагаченого кисню по суті до робочого тиску контуру катодного каналу 514. Відповідно до вибраного робочим тиском компресор 145 може мати кілька ступенів, і ступені можуть працювати від відповідного двигуна або від іншого приводного кошти. Фіг.12 показує турбіну 140 розширювача легкої флегми в якості джерела енергії для кисневого компресора 145, як показано в фіг.5. Це пристрій досягає найвищого ККД регенерацією енергії з падіння тиску газу легкої флегми і має перевагу, що полягає в тому, що кисневий компресор 145 приводиться в дію від розширювача 140 кисню в автономному вузлі ротора, який може бути укладений в герметичну оболонку. Для високих робочих тисків (тобто> 5 бар) може бути необхідним забезпечення додаткових ступенів стиснення кисню з іншим джерелом енергії або допоміжним для розширення легкої флегми.

Оскільки збагачений кисень, що поставляється простими системами Варда, зазвичай містить близько 5% аргону і невелика кількість домішок азоту, може бути доцільним видалити продувочний потік з контуру 523 катода через продувну трубу 580. Труба 580 проходить через рекуператор 542 для відновлення енергії теплосодержания (ентальпії) з продувочного потоку і включає дросельний клапан 581 або інший засіб для зниження тиску перед отвором 582 для виходу продувочного потоку. Якщо потрібно, весь або частину продувочного потоку може бути видалена в атмосферу або ж весь або частину продувочного потоку може реціркуліровать з отвору 582 в камеру створення надлишкового тиску для газу, що подається установок 401 Варда, щоб утримати збагачений кисень, а й для регенерації енергії компресорів в процесі Варда. Фракційне кількість продувочного потоку, яке рециркулируют в установці Варда, буде залежати від аналізу, що визначає допустимий скупчення повертається в процес домішки аргону в анодному контурі. При рециркуляції продувочного газу помірна концентрація аргону може бути відновлена ​​в якості корисного комерційного побічного продукту електростанції 500.

Може бути передбачений другий теплової рекуператор 590 для підігріву водневого палива, що подається на сторону анода через вхідний отвір 230 для палива під тиском, відповідним робочим тиском анодного каналу. Перший кінець 591 рекуператора 590 може мати температуру навколишнього повітря (або температуру зберігання водню). Другий кінець 592 рекуператора 590 має робочу температуру батареї. Щоб запобігти небажаному скупчення водяної пари в якості продукту реакції паливного елемента в анодному каналі, фракція повернутого в реакцію анодного газу відводиться через конденсаційний контур, що включає трубу 593 охолодження, через рекуператор 590 до конденсатору 595 і трубу 596 повторного підігріву через рекуператор 590 назад на вхід 516 анода. Охолоджуючий змійовик 597 і дросельний клапан 598 для виходу рідини включені в конденсатор 595.

Після розгляду Фіг.12 стане зрозуміло, що установка Варда для кисню і пов'язане з нею компрессионное обладнання, забезпечені в ній у вигляді роторних "турбозарядних" агрегатів для регенерації тепла, що відходить батареї паливних елементів, можуть уживати в системах ТЕРК для роботи з потоком концентрованого CO _2, і подається на контур катода, так що можна отримати дві молі СО ₂ на кожну моль O _2, споживану в катодного реакції ТЕРК.

Фіг.13 і 14 показують приклади реалізації 600 ТЕТО, де відбувається конверсія паливного природного газу з парою. Десульфурізованний природний газ вводиться по суті при робочому тиску паливного елемента у вхідний отвір 601 і звідти по трубі 602 надходить в перший кінець 603 рекуператора 604 реформінг-установки, який підігріває надходить природний газ, коли він тече в другій кінець 605 рекуператора реформінг-установки. Другий кінець 605 знаходиться при підвищеній температурі, що наближається до робочої температури батареї паливного елемента. Підігрітий природний газ протікає по трубі 610 з другого кінця 605 рекуператора до входу 619 реактора 620 реформінг-установки. Природний газ вступає в реакцію з водяною парою в реакторі 620, виробляючи водень, що містить синтетичний газ, монооксид вуглецю і вуглекислий газ; деяка кількість моноксиду вуглецю може і вступати в реакцію з водяною парою, виробляючи більше водню.

Синтетичний газ, що виробляється в реакторі 620, надходить з його виходу 621 по трубі 622 назад через рекуператор реформінг-установки (або його частина) для охолодження синтетичного газу до робочої температури першої установки АРД (для вилучення вуглекислого газу з водневого анодного палива) і потім надходить по трубі 623 в камеру подачі першої установки 204 АРД для Н _2.

Як було описано вище, робоча температура першої установки 204 АРД може бути близька до температури батареї паливних елементів реактора реформінг-установки. Наприклад, робоча температура установки АРД для H ₂ може бути в межах від 100 до приблизно 200 ° С батареї паливних елементів реактора реформінг-установки. Якщо робоча температура першої установки АРД досить висока для реакції конверсії водяної пари з метаном (щонайменше 600 ° С) і в адсорбер включений відповідний каталізатор, реакція конверсії з водяною парою може проводиться у вигляді реакції підвищеної сорбції в установці АРД в зоні адсорбера з температурою , що наближається приблизно до 600 ° С або перевищує її. При більш низьких температурах першої установки АРД (наприклад, щонайменше, приблизно від 200 ° С до 300 ° С) конверсія водяної пари може виконуватися реакцією підвищеної сорбції над відповідним каталізатором всередині адсорберов. При ще більш низьких температурах, що доходять до температури навколишнього середовища, перша установка АРД може працювати зі звичайними адсорбентами для адсорбції CO ₂ з водню.

Збагачений водневий продукт з першої установки АРД подається у вигляді легкого продукту по трубі 630 на трубу 632 анодного контуру і потім, після додаткового підвищення тиску вентилятором 526 рециркуляції анода, на вхід 516 анода батареї паливних елементів. Анодний газ видаляється з виходу анода 518 в трубу 640, яка проходить через обігрівач 642 реактора реформінг-установки, і звідти в трубу 632 анодного контуру.

Збагачений вуглекислий газ з першої установки АРД видаляється як важкий продукту при більш низькому тиску по трубі 242 на вхід компресора вуглекислого газу (або вакуумного насоса) 244, який служить в якості компресора важкої флегми, і стискає потік збагаченого вуглекислого газу назад до верхнього тиску циклу вперше встановлено АРД. Частина СО ₂ повертається назад в реакцію в установку АРД по трубі 247 в камеру для подачі важкої флегми першої установки АРД. Залишок стисненого CO ₂ видаляється по трубі 650, вступаючи, в даному випадку, на установку ТЕТО.

У протилежному випадку при надходженні на установку ТЕРК (яка і може бути представлена в Фіг.13) цей пар CO ₂ буде переноситися по трубі 651 (показаної пунктирною лінією в Фіг.13) для змішування з потоком збагаченого кисню між зворотним клапаном 430 і компресором 145 збагаченого кисню, для забезпечення відповідного потоку катодного окислювача ТЕРК двома молями СО ₂ на кожну споживану моль _О2.

Компресор вуглекислого газу або компресор 244 важкої флегми показаний в Фіг.13 і 14, де він працює від третьої турбіни 670 розширювача в автономному роторном "турбозарядном" вузлі 672. У Фіг.13 третя турбіна 670 показана в паралельній роботі з першої турбіною 550, так що вхідна труба 675 в турбіну 670 з'єднана з трубою 540, яка є входом в турбіну 550, а вихідна труба 676 з турбіни 670 з'єднана з трубою 551, яка є виходом з турбіни 550.

У Фіг.14 все три турбіни працюють рядами для ступеневої розширення повітря робочого середовища для регенерації тепла. Труба 540 впускає нагріте повітря на вхід турбіни 550, потім труба 677 впускає частково розширений повітря до входу турбіни 670, а труба 678 впускає додатковий розширений повітря на теплообмінник 526 для повторного нагріву і потім по трубі 551 до входу турбіни 560 для остаточного розширення до атмосферного тиску . Бажано, щоб труба 677 і проходила по контуру теплообмінника 525 для повторного нагріву, так щоб вхід до кожного ступеня турбіни нагрівався до найвищої температури, яка може бути досягнута.

Перегрів або повторне нагрівання в Фіг.13 і 14 і може бути забезпечений камерою згоряння анодного залишкового газу (або відпрацьованих газів першої АРД), яка не відображено в цих спрощених схематичних зображеннях. Пальник для анодного залишкового газу не виділятиме ніяких токсичних виборів, якщо окислювачем є сильно збагачений кисень, що виробляється установкою 401 АРД або Варда для кисню. Оскільки анодним залишковим газом буде головним чином CO ₂ з дуже низькою теплотворною здатністю компонентів палива, збагачений кисень бажано використовувати в якості окислювача, щоб уникнути або зменшити потребу в каталізаторі, який буде необхідний для спалювання газу, що володіє надзвичайно низьким вмістом ОТІ (Брит. Теплових одиниць ) в повітрі.

У Фіг.13 паливний газ в анодному каналі включає водень, а й можливо буде включати монооксид вуглецю в якості компонента палива, так що водяна пара і вуглекислий газ безперервно утворюються як продукти реакції. Прослизає струмінь анодного газу безперервно віддаляється з простору поблизу виходу 518 анода по трубі 680 і охолоджується через рекуператор 604 реформінг-установки до належної температури для надходження в камеру подачі на першу установку АРД по трубі 681. У цьому прикладі реалізації перша установка АРД таким чином отримує три подаються потоку для підйому концентрації CO _2: (1) прослизає струмінь анодного газу в трубі 680, (2) синтетичний газ реактора конверсії з водяною парою в трубі 622 і (3) концентрований СО ₂ важкої флегми з труби 247. Всередині процесу АРД кожен адсорбер повинен отримувати ці три подаються потоку в тому ж порядку (з труби 681, потім труби 623, потім труби 247), щоб зберегти правильну послідовність підйому концентрації CO _2. Слід стежити за координацією водяної пари в прикладі реалізації Фіг.13, щоб підтримувати адекватне співвідношення пара / вуглецю в реформінг-установці і в анодному каналі для запобігання будь-якого відкладення вуглецю і подальшої каталітичної дезактивації. Водяна пара повинен подаватися з подаються газом, що містить природний газ, або в нього. Може бути необхідно використовувати до деякої міри гідрофобний адсорбент в першій установці АРД або ж вводити додатковий водяний пар в анодний канал паливного елемента. У цьому прикладі реалізації поділ менш чітке, оскільки, коли _СО2 витягується і концентрується, немає необхідності відокремлювати СО.

У Фіг.14 паливний газ в анодному каналі передбачається в якості очищеного водню, який був відділений першої установкою АРД, сконструйованої і працює таким чином, щоб видаляти домішки СО і СН _4, а і CO _2. (Знову, пальник для залишкового газу може використовуватися для спалювання залишкових паливних компонентів в вихідному потоці важкої флегми, збагаченому CO _2, при цьому корисне тепло застосовується для підігріву або повторного нагріву регенерації тепла, що відходить в турбінах розширювача). Перша установка АРД Фіг.14 отримує два живлять потоку, синтетичний газ реактора реформінг-установки для конверсії метану з водяною парою, що надходять з труби 623, після чого надходить стисла важка флегма з труби 247, і не має повернення в реакцію з анодного контуру, на яку він направив очищений водень. У цьому випадку в анодному каналі зовсім не утворюється СО _2, єдиним продуктом реакції тут є водяна пара. Водяна пара може бути витягнутий з анодного контуру рекуперативним теплообміном в конденсатор, як показано в Фіг.12, але в Фіг.14 водяна пара витягується ротаційним осушувальним вологообмінником 690, приєднаним між трубами 610 і 640. вологообмінником 690 включає кільце осушувача 691, що знаходиться в контакті з контактними поверхнями клапана 692 і 693. вологообмінником передає водяна пара продукту анода з труби 640 виходу анода на трубу подачі 610 реактора для конверсії з водяною парою, щоб видалити водяний пар з контуру анода, забезпечуючи при цьому весь водяний пар, необхідний для конверсії метану з водяною парою.

У Фіг.14 труба 640 переносить вологий анодний газ через контактну поверхню 692 клапана в одну сторону кільця осушувача, звідки висушений анодний газ подається через контактну поверхню 693 клапана в трубу 640 ', з'єднану з трубою 632 контура анода. Труба 610 подає зволожений конверсією з водяною парою газ через контактну поверхню 692 клапана з іншого боку кільця осушувача, до якого подавався сухий підігрітий природний газ через контактну поверхню клапана 693 з труби 610 '. Рушійна сила для перенесення вологи може бути збільшена або встановленням більш високої температури в трубі 610 щодо нижчої температури в трубі 640, або встановленням більш високого тиску в трубах 640 і 640 'щодо більш низького тиску в трубах 610 і 610'.

Зрозуміло, що може бути багато альтернативних рішень і варіантів описаних систем і процесів.

Наприклад, описані системи і процеси можуть бути використані в зв'язку з різними паливними елементами, що живлять газами і установками АРД, наприклад такими, як

А. Безпосередня робота на природному газі паливних елементів ТЕРК або ТЕТО з установками АРД як на аноді, так і на катоді.

Б. Робота ТЕРК або ТЕТО на синтетичному газі, що виробляється, наприклад, газифікацією вугілля кисневої продувкою, з установками АРД як на аноді, так і на катоді.

В. Непряма робота ТЕТО на водні, отриманому конверсією з природного газу з установками АРД на реформінг-установці (відведення СО _2), аноді (відведення H ₂ O, який і може виконуватися конденсацією) і катоді (відведення азоту).

Г. Робота ТЕТО на водні з будь-якого джерела, з установками АРД, на аноді (відведення H ₂ O, який і може бути виконаний конденсацією) і катоді (відведення азоту).

Визначення ккд на основі нижчої теплоти згорання палива знаходиться в межах приблизно 60% для прикладів реалізації ТЕРК, 70% для ТЕТО, що працює на викопному паливі, і 80% для ТЕТО, що працює на водні, з комерційно прийнятними плотностями струму.

Для систем ТЕРК описані системи і процес можуть уникнути скупчення CO ₂ на аноді, де виробляється CO _2, реакціями СН ₄ і СО, а й перенесенням карбонату через електроліт; в той же час усувається скупчення інертного азоту на катоді.

Деякі описані приклади реалізації ТЕТО мають наступні потенційні переваги:

1. Проблема зниження напруги елемента при надмірно високій температурі може бути подолана маніпулюванням парціальними тисками.

2. Масова витрата CO _2, що виходить з анода, на одиницю палива може перевищувати приблизно тільки на 20% масова витрата CO ₂ в аноді ТЕРК, в який з електроліту подається більша кількість _СО2, тому компресор важкої флегми або вакуумний насос може бути набагато менше і вимагати менше електроенергії.

3. Високотемпературне (високопотенціальні) напрацьоване тепло покращує ккд турбозарядних агрегатів регенерації тепла.

Незважаючи на те, що наш винахід показано і описано з посиланням на кілька прикладів реалізації, фахівцям в даній області має бути зрозуміло, що винахід може мати модифікації в пристрої і деталях, що не виходять за межі цих принципів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Система, що виробляє електричний струм, що містить, щонайменше, один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, щонайменше, одну газову систему, обрану з системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу , 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. 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 отделения кислородосодержащего газа, соединенную с топливным элементом, в которой система отделения водородосодержащего газа выполнена с возможностью выработки первого потока отходящего газа, при этом система отделения кислородосодержащего газа выполнена с возможностью выработки второго потока отходящего газа, и систему газовой турбины, соединенную, по меньшей мере, с одной из систем, системой отделения водородосодержащего газа или системой отделения кислородосодержащего газа, при этом система газовой турбины получает, по меньшей мере, один из первого потока отходящего газа или второго потока отходящего газа.

13. Система по п.12, в которой топливный элемент работает при температуре, по меньшей мере, приблизительно 600°С.

14. Система по п.12, в которой система отделения водородосодержащего газа содержит первый адсорбционный модуль, а первый поток отходящего газа обогащен углекислым газом.

15. Система по п.14, дополнительно содержащая камеру сгорания, которая образует первый вход для приема первого потока отходящего газа и выход для удаления потока газа продукта сгорания.

16. Система по п.15, дополнительно содержащая первую трубу, через которую сообщаются по текучей среде выход камеры сгорания и входное отверстие катода, образованное топливным элементом, вторую трубу, через которую сообщаются по текучей среде выходное отверстие катода, образованное топливным элементом, и система газовой турбины, и, по меньшей мере, один теплообменник, вмещающий в себя, по меньшей мере, часть первой трубы и, по меньшей мере, часть второй трубы.

17. Система по п.15, дополнительно содержащая, по меньшей мере, одну трубу, через которую сообщаются по текучей среде выход камеры сгорания и система газовой турбины.

18. Система по п.12, в которой система газовой турбины включает в себя, по меньшей мере, одно устройство, выбранное из компрессора и вакуумного насоса.

19. Система по п.14, в которой первый модуль адсорбции содержит вращающийся модуль адсорбции с использованием разности давлений.

20. Система по п.19, в которой система газовой турбины включает в себя, по меньшей мере, одно устройство, соединенное с вращающимся модулем адсорбции с использованием разности давлений, при этом устройство выбрано из компрессора и вакуумного насоса.

21. Система, вырабатывающая электрический ток, содержащая, по меньшей мере, один топливный элемент, выбранный из топливного элемента из расплавленного карбоната и топливного элемента из твердого оксида, по меньшей мере, один модуль адсорбции с использованием разности давлений, который выполнен с возможностью выработки потока газа, обогащенного кислородом, для подачи на топливный элемент, и поток отходящего газа тяжелого продукта, и по меньшей мере, один вакуумный насос, соединенный с модулем адсорбции с использованием разности давлений, для извлечения потока газа тяжелого продукта.

22. Система, вырабатывающая электрический ток, содержащая источник кислородосодержащего газа, по меньшей мере, один модуль отделения водородосодержащего газа, который выполнен с возможностью выработки потока газа, обогащенного водородом, и потока газа, обогащенного углекислым газом, причем модуль отделения водородосодержащего газа содержит модуль адсорбции с использованием разности давлений, устройство сгорания для получения потока газа продукта сгорания из кислородосодержащего газа и потока газа, обогащенного углекислым газом, и, по меньшей мере, один топливный элемент из расплавленного карбоната, имеющий входное отверстие катода для приема потока газа продукта сгорания и входное отверстие анода для приема потока газа, обогащенного водородом.

23. Система по п.22, в которой модуль адсорбции с использованием разности давлений соединен с источником кислородосодержащего газа и выполнен с возможностью вырабатывания потока газа, обогащенного кислородом, для подачи на устройство сгорания.

24. Система по п.22, в которой топливный элемент из расплавленного карбоната имеет выходное отверстие для удаления, по меньшей мере, одного потока отходящего газа топливного элемента, при этом система дополнительно содержит первый теплообменник, который принимает поток отходящего газа топливного элемента и поток газа продукта сгорания.

25. Система по п.24, дополнительно содержащая реактор, вырабатывающий водородосодержащий газ, и трубу для подачи смеси углеводородного топлива - воды на реактор, вырабатывающий водородосодержащий газ, при этом, по меньшей мере, часть трубы для смеси углеводородного топлива - воды расположена внутри первого теплообменника.

26. Система по п.25, дополнительно содержащая модуль адсорбции с использованием разности давлений, соединенный с источником кислородосодержащего газа, который может вырабатывать поток газа, обогащенного кислородом, для подачи на реактор, вырабатывающий водородосодержащий газ.

27. Система, що виробляє електричний струм, що містить, щонайменше, один паливний елемент, що має вихідний отвір анода для видалення анодного відпрацьованих газів і вхідний отвір катода, при цьому паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем, і пристрій згоряння для отримання потоку газу продукту згоряння з потоку газу, збагаченого киснем, і анодного відпрацьованих газів, і трубу, через яку повідомляються по текучому середовищу пристрій згоряння і вхідний отвір катода для палива, для подачі потоку газу продукту згоряння на катод паливного елемента.

28. Спосіб отримання, щонайменше, одного подається потоку, щонайменше, на один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, що включає забезпечення, щонайменше, однієї з системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу, з'єднаної з паливним елементом, при цьому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу включає в себе, щонайменше, один пристрій, вбрання з компресора або вакуумного насоса, причому система відділення водневомісний газу або система подачі кисневмісних газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків, регенерацію енергії засобом, вибраним з системи відділення водневомісний газу, системи подачі кисневмісних газу, тепла паливного елемента або будь-якої їх комбінації, і здійснення роботи компресора або вакуумного насоса, щонайменше, частково на регенерируемой енергії, для забезпечення, щонайменше, одного потоку, що подається на паливний елемент.

29. Спосіб за п.28, при якому регенерація енергії і робота включає вступ, щонайменше, одного відходить потоку з паливного елемента, системи відділення водневомісний газу або системи подачі кисневмісних газу, щонайменше, в один агрегат, обраний з теплообмінника і газової турбіни.

30. Спосіб за п.28, при якому паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 600 ° С.

31. Спосіб отримання, щонайменше, одного потоку палива, щонайменше, на один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, що включає створення першої різниці тисків в першому потоці газу, що містить паливо, в умовах , достатніх для поділу першого потоку газу, що містить паливо, на перший потік збагаченого паливом газу і перший потік збідненого паливом газу, введення, щонайменше, одного з першого потоку збагаченого паливом газу або першого потоку збідненого паливом газу в перший модуль адсорбції з використанням різниці тисків для створення першої різниці тисків і введення першого потоку збагаченого паливом газу в паливний елемент.

32. Спосіб за п.31, при якому створення першої різниці тисків включає адсорбцію з використанням різниці тисків, при цьому перший потік газу, що містить паливо, містить потік водневомісний газу, потік збагаченого паливом газу містить потік збагаченого воднем газу, потік збідненого паливом газу містить потік газу, збагаченого вуглекислим газом, і введення модуля адсорбції з використанням різниці тисків включає введення потоку газу, збагаченого вуглекислим газом, в газову турбіну в якості робочого середовища для здійснення адсорбції з використанням різниці тисків.

33. Спосіб отримання кисневмісних потоку газу і потоку газу, що містить вуглекислий газ, на катод паливного елемента з розплавленого карбонату, і водневомісний потоку газу на анод паливного елемента, що включає поділ водневомісний потоку газу на потік газу, збагаченого воднем, і потік газу, збагаченого вуглекислим газом, причому поділ відбувається за допомогою адсорбції з використанням різниці тисків, спалювання суміші потоку газу, збагаченого вуглекислим газом і кисневмісних потоку газу для отримання потоку газу продукту згоряння, введення потоку газу, збагаченого воднем, в анод паливного елемента і введення потоку газу продукту згоряння в катод паливного елемента.

34. Спосіб за п.33, при якому додатково здійснюють кисневе збагачення потоку повітря, що подається для отримання кисневмісних потоку газу.

35. Спосіб за п.34, при якому кисневе збагачення включає введення потоку повітря, що подається в модуль адсорбції з використанням різниці тисків для отримання потоку газу, збагаченого киснем.

36. Спосіб за п.33, при якому паливний елемент виділяє щонайменше, один потік відпрацьованих газів паливного елемента, при цьому спосіб додатково включає передачу тепла від потоку газу продукту згоряння до потоку відпрацьованих газів паливного елемента.

37. Спосіб за п.36, при якому додатково вводять нагрітий потік відпрацьованих газів паливного елемента в газову турбіну.

38. Система, що виробляє електричний струм, що містить, щонайменше, один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, систему регенерації тепла паливного елемента, з'єднану з паливним елементом, щонайменше, одну систему подачі паливного газу, з'єднану з паливним елементом, причому система подачі паливного газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків, і систему газової турбіни, з'єднану з системою регенерації тепла паливного елемента і системою подачі паливного газу.

39. Система по п.38, в якій паливний елемент працює при температурах, щонайменше, приблизно 600 ° С.

40. Система по п.38, в якій система регенерації тепла паливного елемента містить трубу для рециркуляції, через яку проходить робоче середовище регенерації тепла для передачі теплової енергії з паливного елемента на енергію розширення газу для системи газової турбіни.

41. Система по п.40, в якій робоче середовище регенерації тепла має теплове повідомлення з потоком відпрацьованих газів паливного елемента.

42. Система по п.38, в якій система газової турбіни містить, щонайменше, один насос або компресор, з'єднаний з модулем адсорбції з використанням різниці тисків, і детандер, з'єднаний з насосом або компресором.

43. Система по п.42, в якій модуль адсорбції з використанням різниці тисків виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на паливний елемент.

44. Система по п.42, додатково містить перший модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на паливний елемент, і другий модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого воднем, для подачі на паливний елемент.

45. Система, що виробляє електричний струм, що містить, щонайменше, один паливний елемент, вибраний з паливного елемента з розплавленого карбонату або паливного елемента з твердого оксиду, систему регенерації тепла паливного елемента, з'єднану з паливним елементом, щонайменше, одну систему подачі паливного газу, з'єднану з паливним елементом, причому система подачі паливного газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків, і систему газової турбіни, з'єднану з системою регенерації тепла паливного елемента і системою подачі паливного газу.

46. ​​Система, що виробляє електричний струм, що містить, щонайменше, один паливний елемент, який утворює, щонайменше, один вхід для прийому потоку паливного газу і, щонайменше, один вихід для виведення Потік продуктів згоряння паливного елемента, причому паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° с, щонайменше, одну систему подачі паливного газу для подачі потоку паливного газу на вхід паливного елемента, причому система подачі паливного газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків, систему газової турбіни, з'єднану з системою подачі паливного газу, першу трубу, що сполучається з текучої середовищі з виходом паливного елемента, для проходження через неї Потік продуктів згоряння паливного елемента, другу трубу для проходження через неї робочого середовища відновлення тепла і сполучається з системою турбіни і перший теплообмінник, що вміщає першу частину першій труби і другу частину другої труби.

47. Система по п.46, в якій паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 600 ° С.

48. Система по п.46, в якій модуль адсорбції з використанням різниці тисків виконаний з можливістю вироблення потоку газу, збагаченого киснем, для подачі на вхідний отвір катода паливного елемента, і система газової турбіни містить, щонайменше, один насос або компресор, з'єднаний з модулем адсорбції з використанням різниці тисків, і детандер, з'єднаний з насосом або компресором, при цьому детандер утворює вхід для прийому робочої рідини регенерації тепла.

49. Система по п.48, в якій система, що виробляє електричний струм, додатково містить джерело повітря для подачі повітря на модуль адсорбції з використанням різниці тисків і на другу трубу в якості робочого середовища для регенерації тепла.

50. Система по п.46, в якій перша труба і друга труба розташовані поруч всередині теплообмінника так, що тепло передається з відпрацьованих газів катода в першій трубі робочому середовищі регенерації тепла в другій трубі.

51. Система по п.46, в якій система подачі паливного газу містить модуль адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю формування потоку газу, збагаченого воднем, для подачі на вхідний отвір анода паливного елемента, а система газової турбіни містить, по меншій міру, один насос або компресор, з'єднаний з модулем адсорбції з використанням різниці тисків, і детандер, з'єднаний з насосом або компресором, при цьому детандер утворює вхід для прийому робочої рідини регенерації тепла.

52. Система по п.51, додатково містить систему вироблення водневомісний газу, з'єднану з модулем адсорбції з використанням різниці тисків, при цьому система вироблення водневомісний газу утворює вихід для подачі потоку водневомісний газу на модуль адсорбції з використанням різниці тисків, і вхід для прийому вуглеводневої палива.

53. Система по п.50, додатково містить третю трубу, що сполучається з текучої середовищі зі входом системи вироблення водневомісний газу, за якою може проходити вуглеводневе паливо, четверту трубу, яка встановлює повідомлення по текучому середовищу між виходом системи вироблення водневомісний газу і входом, утвореним в модулі адсорбції з використанням різниці тисків, для прийому подається потоку водневомісний газу, і другий теплообмінник, що вміщає частина третьої труби і четвертої труби, в якій третя труба і четверта труба розташовані поруч так, що тепло передається з подаваного потоку водневомісний газу в четвертій трубі вуглеводневому паливу в третій трубі.

54. Система по п.48, в якій насос є вакуумним насосом для вилучення потоку газу, збідненого киснем, з модуля адсорбції з використанням різниці тисків, а паливний елемент працює при температурі, щонайменше, приблизно 600 ° С.

55. Система по п.46, в якій паливний елемент утворює перший вихід для виведення Потік продуктів згоряння катодного газу, і другий вихід для виведення Потік продуктів згоряння анодного газу, і потік відходить катодного газу проходить по першій трубі, при цьому система, що виробляє електричний струм, додатково містить третю трубу, по якій проходить потік відходить анодного газу, причому частина третьої труби розміщена всередині першого теплообмінника.

56. Система по п.46, додатково містить, щонайменше, один другий теплообмінник, що вміщає другу частину першої труби і другої труби, при цьому система газової турбіни включає в себе, щонайменше, дві турбіни з детандером, і друга труба встановлює сполучення між першим теплообмінником, другим теплообмінником і двома турбінами з детандер.

57. Система по п.46, в якій паливний елемент містить паливний елемент з твердого оксиду або паливний елемент з розплавленого карбонату, система подачі паливного газу містить перший обертається модуль адсорбції з використанням різниці тисків для подачі потоку газу, збагаченого киснем, на вхідний отвір катода паливного елемента, і другий обертається модуль адсорбції з використанням різниці тисків для подачі потоку газу, збагаченого воднем, на вхідний отвір анода паливного елемента, і система газової турбіни з'єднана з першим обертовим модулем адсорбції з використанням різниці тисків і другим обертовим модулем адсорбції з використанням різниці тисків .

58. Система по п.46, в якій система подачі паливного газу містить модуль поділу газу, який виконаний з можливістю вироблення потоку збагаченого паливом газу для подачі на вхід паливного елемента.

59. Спосіб отримання, щонайменше, одного потоку збагаченого паливом газу, щонайменше, на один паливний елемент, що працює при температурі, щонайменше, приблизно 250 ° С, що включає створення різниці тисків в потоці газу, що містить паливо, в умовах , достатніх для відділення потоку збагаченого паливом газу від потоку газу, що містить паливо, причому створення різниці тисків включає адсорбцію з використанням різниці тисків, введення потоку збагаченого паливом газу в паливний елемент, передачу тепла з паливного елемента робочої середовищі регенерації тепла, і введення робочого середовища регенерації тепла, щонайменше, в один модуль адсорбції з використанням різниці тисків для створення різниці тисків.

60. Спосіб за п.59, при якому потік газу, що містить паливо, містить повітря, потік збагаченого паливом газу містить потік газу, збагаченого киснем, і модуль адсорбції з використанням різниці тисків містить газову турбіну.

61. Спосіб за п.59, при якому передача тепла включає передачу тепла від потоку відпрацьованих газів, щонайменше, одного паливного елемента робочої середовищі регенерації тепла.

62. Спосіб за п.60, в якому робоче середовище регенерації тепла розширюють при введенні в газову турбіну для приведення в дію компресора або насоса, який виробляє різницю тисків.

63. Спосіб отримання, щонайменше, одного потоку збагаченого паливом газу, щонайменше, на один з паливних елементів, паливний елемент з розплавленого карбонату або паливний елемент з твердого оксиду, що включає створення різниці тисків в потоці газу, що містить паливо, в умовах , достатніх для відділення потоку збагаченого паливом газу від потоку газу, що містить паливо, введення потоку, збагаченого паливом газу в паливний елемент, передачу тепла з паливного елемента робочої середовищі регенерації тепла і введення робочого середовища регенерації тепла, щонайменше, в один модуль адсорбції з використанням різниці тисків для створення різниці тисків.

64. Спосіб отримання потоку газу, збагаченого киснем, щонайменше, на один з паливних елементів, до паливного елементу з розплавленого карбонату або паливного елементу з твердого оксиду, що включає забезпечення першого модуля адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю формування потоку газу , збагачене киснем, для подачі на паливний елемент, забезпечення системи газової турбіни, з'єднаної з першим модулем адсорбції з використанням різниці тисків, і циркуляцію потоку робочої рідини регенерації тепла через систему газової турбіни, в якій частина потоку робочого середовища регенерації тепла розташована поруч з потоком, що відходить газу, щонайменше, одного паливного елемента.

65. Спосіб за п.64, при якому система газової турбіни містить, щонайменше, один детандер, з'єднаний з компресором або насосом, а робоче середовище регенерації тепла вводиться в детандер.

66. Спосіб за п.64, додатково включає нагрів потоку газу, збагаченого киснем, перед подачею на паливний елемент шляхом розташування частини потоку газу, збагаченого киснем поруч, щонайменше, з одним з потоку робочого середовища регенерації тепла або Потік продуктів згоряння паливного елемента .

67. Спосіб за п.64, додатково включає забезпечення другого модуля адсорбції з використанням різниці тисків, який виконаний з можливістю формування потоку газу, збагаченого воднем, для подачі на паливний елемент, при цьому систему газової турбіни додатково з'єднують з другим модулем адсорбції з використанням різниці тисків.

68. Система, що виробляє електричний струм, що містить, щонайменше, один паливний елемент, паливний елемент з розплавленого карбонату або паливний елемент з твердого оксиду, і модуль адсорбції з використанням різниці тисків, з'єднаний з паливним елементом, який може виробляти водневомісний газ для подачі на паливний елемент, причому модуль адсорбції з використанням різниці тисків містить перший адсорбент і, щонайменше, один другий матеріал, вибраний з другого адсорбенту і каталізатора конверсії з водяною парою або каталізатора реакції конверсії водяного газу.

69. Система по п.68, в якій перший адсорбент переважно адсорбує вуглекислий газ в порівнянні з водяною парою.

70. Система по п.69, в якому модуль адсорбції з використанням різниці тисків включає в себе, щонайменше, одну першу зону і, щонайменше, одну другу зону, при цьому перша зона включає перший адсорбент.

71. Система по п.70, в якій перший адсорбент містить активоване лугом матеріал, а каталізатор містить Сі -ZnO, карбонільний комплекс перехідного металу, або каталізатор, що містить метал з групи перехідних металів, введений в клітку цеоліту.

72. Система по п.70, додатково містить третю зону, яка включає в себе, щонайменше, один осушувач.

73. Система по п.69, в якій каталізатор включений, щонайменше, в одну з першої зони або другої зони.

74. Система по п.71, в якій активоване лугом матеріал вибраний з оксиду алюмінію, просоченого карбонатом калію, гідротальціта, активованого карбонатом калію, і їх сумішей.

Версія для друку
Дата публікації 09.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів