APARATO CALEFACTOR CON PILA DE COMBUSTIBLE ASI COMO PROCEDIMIENTO PARA HACER FUNCIONAR UN APARATO CALEFACTOR CON PILA DE COMBUSTIBLE.

Procedimiento para hacer funcionar un aparato calefactor con pila de combustible,

que comprende lo siguiente:

durante el arranque y la parada de una unidad de tratamiento de gas circula una cantidad de gas por la unidad de tratamiento de gas, y el gas se alimenta desde el conducto de salida (36) de la unidad de tratamiento de gas al conducto de entrada (14) de la unidad de tratamiento de gas y la cantidad de gas circulante en la unidad de tratamiento de gas atraviesa un depurador fino de gas que está conectado a través de la válvula (28) con el conducto de salida (36) y una pila de combustible (32), caracterizado porque durante el arranque de la instalación de tratamiento de gas circula por la instalación de tratamiento de gas, bajo suministro de calor, un gas inerte obtenido por reacción del reformato circulante

Aparato calefactor con pila de combustible así como procedimiento para hacer funcionar un aparato calefactor con pila de combustible.

La presente invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un aparato calefactor con pila de combustible, en particular, a un procedimiento para arrancar y parar una unidad de tratamiento de gas en el aparato calefactor con pila de combustible.

Las pilas de combustible, como, por ejemplo, las pilas de combustible con membrana polimérica son ampliamente conocidas. Los aparatos calefactores con pila de combustible para el suministro descentralizado de energía son abastecidos con gas natural a través de una conexión de gas, reformándose el hidrógeno a partir de compuestos con contenido en hidrógeno presentes en el gas natural. En una unidad de tratamiento de gas que contiene un reformador se reforman endotérmicamente los hidrocarburos (C_nH_m) del gas natural en presencia de un catalizador y con la adición de vapor de agua, generándose dióxido de carbono (CO₂) e hidrógeno (H₂). El reformato contiene también restos de monóxido de carbono (CO), que se oxidan selectiva y exotérmicamente en un depurador fino de gas posterior mediante la adición de oxigeno. Se genera dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O). Para la reformación endotérmica de vapor se usa un quemador de gas.

Por el documento DE 20000857 U1 se conoce un sistema de pilas de combustible que en el conducto de alimentación de una pila de combustible está equipado con una válvula de tres vías de accionamiento eléctrico. El conducto de alimentación está provisto, además, de un sensor que determina la concentración de monóxido de carbono en el conducto de alimentación de la pila de combustible. Si se sobrepasa un valor umbral predeterminado para el monóxido de carbono, su entrada en la pila de combustible es impedida por un direccionamiento correspondiente de la válvula de tres vías. El gas es desviado de la pila de combustible mediante un tubo de derivación. El gas desviado se quema en un quemador para el reformador y el evaporador. De forma alternativa, también es posible hacer pasar el gas una segunda vez por la disposición para reducir adicionalmente la concentración de monóxido de carbono. El segundo tratamiento del gas sirve para reducir adicionalmente el contenido en monóxido de carbono.

Por el documento DE 10252075 A1 se conoce una combustión pobre escalonada para un arranque rápido de un sistema que procesa combustible. Para ello se conocen dos sistemas de combustión independientes. La corriente inicial del segundo sistema de combustión se alimenta en el intercambiador de calor de un reactor de desplazamiento de gas de agua/intercambiador de calor (WGS/IC). El gas se elimina del intercambiador de calor como gas de desecho. En este caso, el gas del segundo quemador siempre está separado del gas que se conduce a la etapa PrOx a través del reactor de desplazamiento.

La reformación se lleva a cabo típicamente a temperaturas de 500ºC a 800ºC. El catalizador del reformador no debe entrar en contacto con oxigeno, pues de lo contrario se daña u oxida con tal fuerza que ya no se obtiene el efecto catalítico deseado. Además de ser dañado por oxigeno, el reformador también se puede dañar o envejecer prematuramente mediante agua condensada.

Por lo tanto, es necesario que el catalizador no se exponga a una atmósfera indefinida en el reformador y se evite la condensación de vapor de agua.

Para ello se conoce el lavado del aparato calefactor con pila de combustible con un gas inerte, especialmente cuando se para y arranca el aparato calefactor con pila de combustible. En la actualidad se usa para ello preferentemente nitrógeno, que se bombea desde uno o varios depósitos separados a la instalación o se bombea hacia el exterior de la instalación.

Por el documento US 2003/0138680 se conoce un aparato calefactor con pila de combustible que está dimensionado para hacer circular, durante el arranque y la parada, un gas del sistema, como, por ejemplo, el reformato, gases de desecho anódicos y/o gases de combustión, a través de la unidad de tratamiento de gas. Para ello está previsto un quemador catalítico separado, a través del cual se conduce la corriente de gas circulante. Durante el funcionamiento regular, la corriente de gas no pasa por el quemador catalítico separado, sino que la pila de combustión es abastecida por una etapa PrOx regular.

El procedimiento según la reivindicación 1 difiere del aparato calefactor con pila de combustible conocido en que no se prevén componentes adicionales para las fases de arranque y de parada.

La invención se basa en el objetivo técnico de proporcionar un procedimiento para hacer funcionar un aparato calefactor con pila de combustible, que accione con medios lo más sencillos posible una unidad de tratamiento de gas de manera segura y no perjudicial para sus elementos.

El aparato calefactor con pila de combustible de acuerdo con la invención posee una unidad de tratamiento de gas que presenta un conducto de entrada para el gas y un conducto de salida para el reformato con contenido en hidrógeno. En la unidad de tratamiento de gas se convierten hidrocarburos (C_nH_m) en dióxido de carbono (CO₂) e hidrógeno (H₂) bajo la adición de vapor de agua. En el aparato calefactor con pila de combustible se prevé de acuerdo con la invención un conducto de circulación que conecta el conducto de entrada y el conducto de salida. El conducto de circulación permite volver a alimentar en la unidad de tratamiento de gas los productos de salida de ésta, de forma que en la unidad de tratamiento de gas circula una cantidad definida de gas. La unidad de tratamiento de gas presenta un reformador y un depurador fino de gas dispuesto a continuación. El depurador fino de gas está previsto preferentemente en el conducto de salida de la unidad de tratamiento de gas, entre el reformador y la válvula. Por lo tanto, el gas conducido de vuelta a través del conducto de circulación ha atravesado toda la unidad de tratamiento de gas. Al conducir la cantidad de gas de vuelta a la unidad de tratamiento de gas se puede preparar un gas inerte a partir del reformato por alimentación de aire y separación de agua. De acuerdo con la invención, el conducto de circulación está unido con el conducto de salida a través de al menos una válvula que une el conducto de circulación con el conducto de salida de la unidad de tratamiento de gas. El uso de la válvula permite hacer circular una cantidad de gas a través del conducto de circulación e impedir la alimentación de gas en la pila de combustible. En el conducto se puede disponer una válvula de tres vías, una pareja de válvulas o cualquier otra disposición de válvulas. De acuerdo con la invención, el depurador fino de gas se usa tanto en la fase de calentamiento, en la que circula el reformato, como también en la fase de funcionamiento regular, en la que el reformato se alimenta en la pila de combustible.

La unidad de tratamiento de gas posee como depurador fino de gas preferentemente una unidad de oxidación. En el depurador fino de gas se convierte monóxido de carbono en dióxido de carbono y agua mediante el suministro de aire. En el proceso de tratamiento de gas también se alimenta aire en la unidad de tratamiento de gas.

El objetivo técnico de la invención se alcanza mediante un procedimiento para hacer funcionar un aparato calefactor con pila de combustible con las características de la reivindicación 1. Las configuraciones ventajosas del procedimiento son objeto de las reivindicaciones secundarias.

El procedimiento de acuerdo con la invención interviene durante el arranque o la parada de una unidad de suministro de gas. Durante estas fases, el gas del conducto de salida de la unidad de tratamiento de gas se vuelve a alimentar en su conducto de entrada, desconectándose, en especial, también la alimentación de los eductos. Al parar o reducir el funcionamiento de la unidad de tratamiento de gas, el gas circula a través de la unidad de tratamiento de gas hasta que se haya formado un gas inerte. Bajo el suministro de aire circula una cantidad de gas por la unidad de tratamiento de gas hasta que en la unidad de tratamiento de gas se haya formado el gas inerte. La generación de gas inerte se realiza bajo suministro de aire. El gas inerte se compone básicamente de dióxido de carbono y nitrógeno.

Al arrancar el aparato calefactor con pila de combustible, el gas inerte se hace circular en la instalación de tratamiento de...

1. Procedimiento para hacer funcionar un aparato calefactor con pila de combustible, que comprende lo siguiente:

durante el arranque y la parada de una unidad de tratamiento de gas circula una cantidad de gas por la unidad de tratamiento de gas, y el gas se alimenta desde el conducto de salida (36) de la unidad de tratamiento de gas al conducto de entrada (14) de la unidad de tratamiento de gas y la cantidad de gas circulante en la unidad de tratamiento de gas atraviesa un depurador fino de gas que está conectado a través de la válvula (28) con el conducto de salida (36) y una pila de combustible (32), caracterizado porque durante el arranque de la instalación de tratamiento de gas circula por la instalación de tratamiento de gas, bajo suministro de calor, un gas inerte obtenido por reacción del reformato circulante.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque durante la parada de la instalación de tratamiento de gas circula reformato por la unidad de tratamiento de gas bajo el suministro de aire hasta que se haya formado un gas inerte en la unidad de tratamiento de gas.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se evacúa el agua formada durante el suministro de aire.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque durante la parada se lleva a cabo una reacción del reformato circulante hasta que se haya ajustado un equilibrio en la composición del gas.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el gas inerte contiene básicamente dióxido de carbono y nitrógeno.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se alimenta agua cuando se alcanza un valor de temperatura predeterminado en la instalación de tratamiento de gas.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el conducto de salida de la unidad de tratamiento de gas da paso, tras el suministro de agua, a un conducto de alimentación del quemador.

8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el conducto de salida de la unidad de tratamiento de gas da paso, tras el suministro de agua, a un conducto de alimentación de una pila de combustible.