[發明專利]用于二氧化碳捕獲的熔融碳酸鹽燃料電池陽極廢氣后處理

有效

• 申請號: 201780035138.7
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN109314257B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: H·赫茲勒-亞赫
• 申請（專利權）人: 燃料電池能有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04828;H01M8/0612;H01M8/0668;H01M8/249;B01D53/047
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 鄭世奇

一種燃料電池系統，包括具有第一陽極和第一陰極的第一燃料電池，其中，第一陽極配置為輸出第一陽極廢氣。該系統還包括第一氧化器，其配置為接收第一陽極廢氣和來自第一空氣供應器的空氣，以在優先氧化反應中使第一陽極廢氣和空氣反應，并輸出氧化氣體。該系統還包括第二燃料電池，其配置為用作電化學氫分離器。第二燃料電池包括第二陽極和第二陰極，第二陽極配置為從第一氧化器接收氧化氣體并輸出第二陽極廢氣，第二陰極配置為輸出氫氣流。該系統還包括冷凝器，其配置為接收第二陽極廢氣并分離水和CO₂。

相關專利申請的交叉引用

本申請要求于2016年4月21日提交的第62/325,711號美國臨時專利申請的優先權，其全部內容通過引用合并于此。

背景技術

本公開涉及直接熔融碳酸鹽燃料電池(“DFC”)中的二氧化碳(CO₂)分離。特別地，本公開涉及電化學氫分離器(“EHS”)，其接收來自DFC的富含CO₂的陽極廢氣流并濃縮CO₂以進行封存。

在用于DFC的CO₂分離系統中，富含CO₂的陽極廢氣流還包含水蒸氣和未使用的燃料，主要包括氫氣和一氧化碳(CO)。為了使氣流備用于CO₂捕獲(即，分離)以進行封存或使用，需要一些處理或后處理。

發明內容

在某些實施例中，一種燃料電池系統包括具有第一陽極和第一陰極的第一燃料電池，其中，第一陽極配置為輸出第一陽極廢氣。該系統還包括第一氧化器，其配置為接收第一陽極廢氣和來自第一空氣供應器的空氣，以在優先氧化反應中使第一陽極廢氣和空氣反應，并輸出氧化氣體。該系統還包括第二燃料電池，其配置為用作電化學氫分離器(“EHS”)。第二燃料電池包括第二陽極和第二陰極，第二陽極配置為從第一氧化器接收氧化氣體并輸出第二陽極廢氣，第二陰極配置為輸出氫氣流。該系統還包括冷凝器，其配置為接收第二陽極廢氣并分離水和CO₂。

在其他實施例中，一種處理燃料電池廢氣的方法包括：在第一氧化器處，接收來自第一燃料電池的第一陽極的第一陽極廢氣和來自第一空氣供應器的空氣，并從第一氧化器輸出氧化氣體。該方法還包括：在具有第二陽極和第二陰極的第二燃料電池中，在第二陽極處接收氧化氣體，電化學分離氧化氣體中的氫氣，從第二陰極輸出氫氣流，以及從第二陽極輸出第二陽極廢氣。

在其他實施例中，一種燃料電池系統包括具有陽極和陰極的燃料電池，其中，陽極配置為輸出陽極廢氣。該系統還包括冷凝器，其配置為接收并冷凝陽極廢氣，將水與陽極廢氣分離以形成干燥的陽極廢氣，以及分別輸出水和干燥的陽極廢氣。該系統還包括變壓吸附單元，其配置為接收干燥的陽極廢氣，并輸出氫氣流和單獨的CO₂流。

在其他實施例中，一種處理燃料電池廢氣的方法包括：在冷凝器處，接收來自燃料電池的陽極的陽極廢氣，輸出干燥的陽極廢氣流，以及單獨輸出水流。該方法還包括：在第一壓縮機處，壓縮干燥的陽極廢氣流并輸出壓縮的陽極廢氣流。該方法還包括：在變壓吸附(“PSA”)單元處，接收壓縮的陽極廢氣流，輸出氫氣流，以及單獨輸出CO₂流。

對于閱讀本公開和附圖的人來說，這些和其他有利特征將變得顯而易見。

附圖說明

圖1示出根據示例性實施例的包括使用電化學氫分離器的CO₂封存子系統的燃料電池系統的示意圖。

圖2示出根據另一示例性實施例的包括使用電化學氫分離器的CO₂封存子系統的燃料電池系統的示意圖。

圖3示出根據示例性實施例的包括使用變壓吸附單元的CO₂封存子系統的燃料電池系統的示意圖。

圖4示出根據另一示例性實施例的包括使用變壓吸附單元的CO₂封存子系統的燃料電池系統的示意圖。