[发明专利]用于二氧化碳捕获的熔融碳酸盐燃料电池阳极废气后处理

说明书

一种燃料电池系统，包括具有第一阳极和第一阴极的第一燃料电池，其中，第一阳极配置为输出第一阳极废气。该系统还包括第一氧化器，其配置为接收第一阳极废气和来自第一空气供应器的空气，以在优先氧化反应中使第一阳极废气和空气反应，并输出氧化气体。该系统还包括第二燃料电池，其配置为用作电化学氢分离器。第二燃料电池包括第二阳极和第二阴极，第二阳极配置为从第一氧化器接收氧化气体并输出第二阳极废气，第二阴极配置为输出氢气流。该系统还包括冷凝器，其配置为接收第二阳极废气并分离水和CO₂。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月21日提交的第62/325,711号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

本公开涉及直接熔融碳酸盐燃料电池(“DFC”)中的二氧化碳(CO₂)分离。特别地，本公开涉及电化学氢分离器(“EHS”)，其接收来自DFC的富含CO₂的阳极废气流并浓缩CO₂以进行封存。

在用于DFC的CO₂分离系统中，富含CO₂的阳极废气流还包含水蒸气和未使用的燃料，主要包括氢气和一氧化碳(CO)。为了使气流备用于CO₂捕获(即，分离)以进行封存或使用，需要一些处理或后处理。

发明内容

在某些实施例中，一种燃料电池系统包括具有第一阳极和第一阴极的第一燃料电池，其中，第一阳极配置为输出第一阳极废气。该系统还包括第一氧化器，其配置为接收第一阳极废气和来自第一空气供应器的空气，以在优先氧化反应中使第一阳极废气和空气反应，并输出氧化气体。该系统还包括第二燃料电池，其配置为用作电化学氢分离器(“EHS”)。第二燃料电池包括第二阳极和第二阴极，第二阳极配置为从第一氧化器接收氧化气体并输出第二阳极废气，第二阴极配置为输出氢气流。该系统还包括冷凝器，其配置为接收第二阳极废气并分离水和CO₂。

在其他实施例中，一种处理燃料电池废气的方法包括：在第一氧化器处，接收来自第一燃料电池的第一阳极的第一阳极废气和来自第一空气供应器的空气，并从第一氧化器输出氧化气体。该方法还包括：在具有第二阳极和第二阴极的第二燃料电池中，在第二阳极处接收氧化气体，电化学分离氧化气体中的氢气，从第二阴极输出氢气流，以及从第二阳极输出第二阳极废气。

在其他实施例中，一种燃料电池系统包括具有阳极和阴极的燃料电池，其中，阳极配置为输出阳极废气。该系统还包括冷凝器，其配置为接收并冷凝阳极废气，将水与阳极废气分离以形成干燥的阳极废气，以及分别输出水和干燥的阳极废气。该系统还包括变压吸附单元，其配置为接收干燥的阳极废气，并输出氢气流和单独的CO₂流。

在其他实施例中，一种处理燃料电池废气的方法包括：在冷凝器处，接收来自燃料电池的阳极的阳极废气，输出干燥的阳极废气流，以及单独输出水流。该方法还包括：在第一压缩机处，压缩干燥的阳极废气流并输出压缩的阳极废气流。该方法还包括：在变压吸附(“PSA”)单元处，接收压缩的阳极废气流，输出氢气流，以及单独输出CO₂流。

对于阅读本公开和附图的人来说，这些和其他有利特征将变得显而易见。

附图说明

图1示出根据示例性实施例的包括使用电化学氢分离器的CO₂封存子系统的燃料电池系统的示意图。

图2示出根据另一示例性实施例的包括使用电化学氢分离器的CO₂封存子系统的燃料电池系统的示意图。

图3示出根据示例性实施例的包括使用变压吸附单元的CO₂封存子系统的燃料电池系统的示意图。

图4示出根据另一示例性实施例的包括使用变压吸附单元的CO₂封存子系统的燃料电池系统的示意图。