[发明专利]用于深度CO2

说明书

提供了用于操作熔融碳酸盐燃料电池以允许在进行提高的CO₂捕获时周期性再生所述燃料电池的系统和方法。在一些方面，可以通过转移所述燃料电池内发生最高密度的替代离子传输的位置来实现周期性再生。此转移可以产生具有最高密度的替代离子传输的新位置，而先前位置可以主要传输碳酸根离子。另外地或可替代地，可以通过改变到所述燃料电池的输入流和/或放宽所述燃料电池的操作条件以减少或最小化替代离子传输的量来进行周期性再生。

技术领域

提供了用于在于提高的CO₂利用率条件下以低CO₂含量阴极输入料流进行操作期间再生熔融碳酸盐燃料电池的系统和方法。

背景技术

本申请公开并要求保护作为埃克森美孚研究与工程公司(ExxonMobil Researchand Engineering Company)与燃料电池能源公司(FuelCell Energy,Inc.)之间的联合研究协议的范围内的活动成果的主题，所述联合研究协议在本申请的有效申请日或之前生效。

熔融碳酸盐燃料电池利用氢气和/或其它燃料来产生电力。可以通过在蒸汽重整器(如位于燃料电池上游的蒸汽重整器和/或集成在燃料电池内的重整级)中对甲烷或其它可重整燃料进行重整来提供氢气。还可以在熔融碳酸盐燃料电池中的阳极池中对燃料进行重整，可以操作所述阳极池以产生适于在阳极中对燃料进行重整的条件。还有一种选择是在燃料电池的外部和内部均进行一定重整。可重整燃料可以涵盖含烃材料，所述含烃材料可以在高温和/或高压下与蒸汽和/或氧气反应以产生包括氢气的气态产物。

熔融碳酸盐燃料电池的吸引人的特征之一是能够将CO₂从低浓度料流(如阴极输入料流)传输到更高浓度料流(如阳极输出流)。在操作期间，MCFC阴极中的CO₂和O₂转化为碳酸根离子(CO₃^2-)，所述碳酸根离子然后作为电荷载体跨熔融碳酸盐电解质传输。碳酸根离子与燃料电池阳极中的H₂反应形成H₂O和CO₂。因此，操作MCFC的净结果之一是CO₂跨电解质的传输。CO₂跨电解质的这种传输可以允许MCFC产生电力，同时降低或最小化从各种含CO_x的料流中隔离碳氧化物的成本和/或挑战。当MCFC与燃烧来源(如天然气发电厂)配对时，这可以允许额外发电，同时减少或最小化发电产生的整体CO₂排放。

美国专利申请公开2015/0093665描述了用于操作熔融碳酸盐燃料电池的方法，其中在阴极中进行一些燃烧以提供补充热量以便在燃料电池阳极内进行另外的重整(和/或其它吸热反应)。所述公开指出，随着CO₂浓度降至约1.0摩尔％以下，由碳酸盐燃料电池产生的电压和/或功率会开始迅速下降。所述公开进一步陈述，随着CO₂浓度进一步下降，例如下降到低于约0.3vol％，在某一时刻，燃料电池两端的电压可能变得足够低，以致碳酸盐的进一步传输很少或不会发生碳酸盐的进一步传输，并且燃料电池停止工作。

Manzolini等人的文章(《燃料电池科学与技术杂志(Journal of Fuel CellScience and Technology)》,第9卷,2012)描述了一种用于将燃料电池用于CO₂分离来对发电系统性能进行建模的方法。对各种燃料电池配置进行建模，以处理来自天然气联合循环涡轮机的含CO₂的排气。燃料电池用于产生另外的电力，同时还将CO₂浓缩在燃料电池的阳极排气中。为燃料电池的阴极出口建模的最低CO₂浓度为大约1.4vol％。

发明内容

在各个方面，提供了一种用于产生电力的方法。所述方法可以允许熔融碳酸盐燃料电池在操作循环的至少第一时间段期间以大量替代离子传输操作，同时还允许所述燃料电池在所述操作循环的第二时间段期间再生。