Entwicklung eines integrierten Systems für eine SOFC mit Kraft-Wärme-Stoffkopplung
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München
Bayer. Staatsministerium für Landesentwicklung und Umweltfragen
2002
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Schriftenreihe: | Umwelt & Entwicklung Bayern
Materialien ; 174 |
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Titel: Entwicklung eines integrierten Systems für eine SOFC mit Kraft-Wärme-Stoffkopplung
Autor: Stichtenoth, Jan
Jahr: 2002
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung.1
2. Energie- und Stoffströme in einer 250 kW „Shell-SOFC".3
2.1 Randbedingungen und Zusammensetzung des Brenngases.3
2.2 Stoffströme in der Brennstoffzelle.4
2.3 Energiebilanz um die Brennstoffzelle.6
2.4 Die O2-Pumpe.7
2.5 Schaltung einer SOFC mit getrennten Abgasströmen.8
3. CO2-Wirtschaft und CQ2-Rückgewinnung.11
3.1 Globale CCVVorkommen.11
3.2 CC^-Anwendungen.11
3.3 Der CC 2-Gasmarkt in Deutschland.12
3.3 CO2-Wirtschaft in der Brauindustrie.13
3.4 Energiebedarf der konventionellen CQz-Verflüssigung.16
3.5 CCVRückgewinnung aus Brennstoffzellenabgas.18
4. Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).22
4.1 Grundlagen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).22
4.2 KWK in Brauereien.23
4.3 KWK mit einer SOFC in der Staatsbrauerei Weihenstephan.24
4.3.1 Zeitlicher Verlauf der thermischen Leistung des Schwerölkessels.24
4.3.2 Einkoppelbare Wärmemenge aus der Abwärme einer SOFC in den
Wärmehaushalt der Staatsbrauerei Weihenstephan.25
4.3.3 Einkoppelbare Wärmemenge aus der Abwärme einer SOFC in das
Kesselspeisewasser.26
4.4 Kraftkopplung.27
4.4.1 Strombedarf der Staatsbrauerei Weihenstephan.27
4.4.2 Wirtschaftlichkeitsüberlegungen und CO2-Bilanz.30
5. Zusammenfassung und Ausblick.34
ANHANG
A. Grundlagen der Brennstoffzellentechnologie.I
B. Brennstoffaufbereitung und Brennstoffzellentypen.V
B.1 Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen.V
B.2 Typen von Brennstoffzellen.VIII
B.2.1 Alkalische Brennstoffzelle (AFC).IX
B.2.2 Protone Exchange Membrane-Brennstoffzelle (PEM).X
B.2.3 Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC).X
B.2.4 Phosphorsaure Brennstoffzelle (PAFC).XI
B.2.5 Karbonatschmelzen-Brennstoffzelle (MCFC).XII
B.2.6 Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC).XII
B.3 Technologie der tubularen Festoxid-Brennstoffzelle.XIII
B.3.1 Physikalische Grundlagen der SOFC.XIII
B.3.2 Aufbau der tubularen Zelle.XIII
B.3.3 Aufbau des Generators.XIV
B.4 SOFC im KWK-Einsatz.XVII
B.4.2 Kombinierte SOFC-Anlagen.XVIII
B.4.3 Die Shell-Zelle.XX
C. Technik der COrRückgewinnung.XXI
C.1 Aufbau von CO2-Rückgewinnungsanlagen.XXI
C.1.1 CO2 und Werkstoffe.XXI
C.1.2 Aufbau von CQ2-Rückgewinnungsanlagen.XXII
C.1.3 Gaszuführung und Gasvorreinigung.XXIII
C.1.4 Gasverdichtung.XXIV
C.1.5 Reinigung des CO2.XXV
C.1.6 Verflüssiger.XXVII
C.1.7CO2-Stapeltank und Verdampfer.XXVIII
C.2 CO2-Rückgewinnungssysteme.XXVIII
C.2.1 Konventionelle CO2-Rückgewinnung.XXVIII
C.2.2 Splitsystem.XXIX
D. Die Kältemittel.XXXI
D.1 Umweltverträglichkeit.XXXI
D.1.1 GWP - Global Warming Potential.XXXI
D.1.2 ODP - Ozone Depletion Potential.XXXI
D.1.3 TEWi - Total Equivalent Warming Impact.XXXII
D.2 Thermodynamische Aspekte.XXXII
D.2.1 Dampfdruckverhalten.XXXII
D.2.2 Spezifische Verdampfungsenthalpie.XXXIII
D.2.3 Volumetrische Kälteleistung.XXXIII
D.2.4 Kälteleistungszahl / e / COP.XXXIII
D.3 Chemische und physikalische Aspekte.XXXIII
D.3.1 Öllöslichkeit.XXXIII
D.3.2 Ungiftigkeit.XXXIII
D.3.3 Ungefährlichkeit.XXXIV
D.4 Eigenschaften der natürlichen Kältemittel NH3 und CO2.XXXIV
D.4.1 R 717 - NH3.XXXIV
D.4.2 R 744 - CO2.XXXV
D.5 Kälteschmierstoffe für das Kältemittel CO2.XXXVI
E. Energiemessungen in der Staatsbrauerei Weihenstephan.XXXVII
E.1 Energietechnische Messungen an der Dampfkesselanlage der
Bayerischen Staatsbrauerei Weihenstephan.XXXVII
E.2 Verbraucher thermischer Energie der Staatsbrauerei Weihenstephan.XXXIX
E.3 Thermischer Energiebedarf zur Bereitstellung von Betriebswarmwasser.XL
E.4 Thermischer Energiebedarf zur Bereitstellung von Brauwasser.XLI
E.5 Thermischer Energiebedarf zur Bereitstellung von Heißlauge.XLII
E.6 Thermischer Energiebedarf des Sudhauses.XLII
E.7 Thermischer Energiebedarf in der Heizwasserzentrale.XLIII
F. Thermische Kältebereitstellung.XLVI
F.1 Absorptionskälteanlage.XLVI
F.2 Adsorptionskälteanlage.L
F.3 Dampfstrahlkälteanlage.Ul
in
G. Katalytische Oxidation des Anodenabgases.LIV
G.1 Grundlagen zur katalytischen Gasoxidation.LIV
G.2 Versuchsaufbau.LVI
G.2.1 Gasaufbereitung und Synthesegasreaktor.LVII
G.2.2 Katalysatoren.LVIII
G.2.3 Gasanalytik.LIX
G.3 Versuchsdurchführung und Ergebnisse.LX
G.4 Auswertung und Ausblick.LXVI
Literaturverzeichnis.a
Abbildungsverzeichnis.d
Tabellenverzeichnis.f
Nomenklatur.g
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