View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2 Grundlagen und Technik der Entschwefelung
haltigen Brenngas ergaben einen Leistungsverlust zwischen 5 % und 8 % bei einem H2S
Gehalt von 1 ppm. Für einen H2S Gehalt von 10 ppm beträgt der Leistungsverlust 7 - 14 %
[41]. Lange Startzeiten zum Aufheizen des Stacks und insbesondere die mangelnde Zyklierbarkeit
stehen der Anwendung in mobilen Brennstoffzellensystemen jedoch derzeit noch
entgegen [6, S. 499ff.].
Aufgrund der aufgeführten Nachteile der herkömmlichen PEFC und der SOFC wurde die HT-
PEFC als die für Brennstoffzellen-APUs am besten geeignete Technologie identifiziert und
als Basis für die weitere Arbeit gewählt.
2.2.1 Brenngaserzeugung
Die Brenngaserzeugung aus flüssigen Kraftstoffen kann in drei Teilprozesse – die Kraftstoffaufbereitung,
die Reformierung sowie die Gasreinigung - aufgeteilt werden. Mit der Kraftstoffaufbereitung
wird der eingesetzte Kraftstoff in eine Form gebracht, die vom Reformer
verarbeitet werden kann. Je nach eingesetztem Kraftstoff und verwendeter Reformertechnologie
können darin die Entschwefelung und die Abtrennung hochsiedender Komponenten
einbezogen werden.
Die Reformierung ist der Prozess zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in ein wasserstoffreiches
Synthesegas. Es sind zwei Reaktionen zur Reformierung zu unterscheiden. Die
Reaktionsgleichung der endothermen Dampfreformierung lautet
C 2
( m
n H m n H O n CO n)
H
2 2 . (2-1)
Die Vorteile der Dampfreformierung sind eine auf den Kohlenwasserstoff bezogene hohe
Wasserstoffausbeute und eine Wasserstoffkonzentration von 70 – 80 % im Produktgas.
Nachteilig ist dagegen, dass für die endotherme Reaktion, die bei Temperaturen von mehr
als 500°C abläuft, die benötigte Wärme von außen zugeführt werden muss [38, S. 10f.].
Die exotherme partielle Oxidation gemäß der Reaktion
C n
n H m O
2 2 n CO m H 2
(2-2)
erzielt ohne die Zugabe von Wasser bezogen auf den Kohlenwasserstoff eine deutlich geringere
spezifische H2-Ausbeute. Wird die Reaktion mit Luftsauerstoff betrieben, ergibt sich
durch die Verdünnung des Produktgases mit Stickstoff ein für Brennstoffzellenanwendungen
nachteiliger, deutlich geringerer Wasserstoffgehalt im Produktgas. Die freiwerdende Reaktionswärme
ist abzuführen [38, S. 11f.].
Für die Reformierung von Mitteldestillaten in mobilen Brennstoffzellensystemen bietet sich
daher die autotherme Reformierung an. Dabei wird der Kraftstoff anteilig nach beiden Reaktionen
umgesetzt, so dass sich eine ausgeglichene Wärmebilanz ergibt. Die für die Durchführung
der Dampfreformierung erforderliche Wärme wird durch die partielle Oxidation des
Kraftstoffs bereitgestellt. Der Entfall der Zu- bzw. Abfuhr von Wärme und eine gute Reaktionskinetik,
die sich bei den hohen Reaktionstemperaturen von etwa 800°C ergibt, ermöglicht
ein einfaches und kompaktes Design der Reformerstufe. Die autotherme Reformierung wur-
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