[发明专利]具有增强的CO2捕集的燃料电池系统

说明书

一种用于从燃烧发电厂所产生的烟气中去除二氧化碳的二氧化碳捕集系统。所述系统包括电解池，所述电解池被配置为接收包括二氧化碳的烟气并且输出包括富集烟气的第一排气流，所述富集烟气包括二氧化碳。所述系统还包括燃料电池，所述燃料电池被配置为接收所述第一排气流并输出包括二氧化碳的第二排气流。所述第二排气流相比所述第一排气流包含更高浓度的二氧化碳。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月17日提交的美国专利申请No.62/256,484的优先权权益，其全部内容通过引用整体并入本文。

背景技术

本公开涉及用于生产电力的燃料电池系统。具体地，本公开涉及能够增强CO₂捕集的燃料电池系统。

燃烧发电厂通过燃烧化石燃料(诸如煤、石油或天然气)来产生能量。在燃烧过程中，烟气形式的排气被产生并经常排入大气。但是，燃烧过程中产生的烟气含有许多污染物，诸如二氧化碳。已知这些污染物通过促进整体气候变化而对环境产生不利影响。因此，近年来，许多政府监管机构已要求减少这些污染物(特别是二氧化碳) 排放到大气中。

鉴于认识到二氧化碳释放的有害影响以及近期对其排放的限制，对于从燃烧发电厂产生的烟气中有效地去除纯化形式的二氧化碳已经做出了努力。通过从烟气中去除二氧化碳，二氧化碳或者可以用于其他更安全的目的，诸如用于地下储存或石油生产需求。

然而，目前从烟气捕集CO₂的方法效率非常低。这部分是由于烟气中存在的二氧化碳具有稀释的浓度，浓度可能低至5％。因此，设计用于去除CO₂的常规系统可能非常昂贵且需要高能量输入以充分去除或减少CO₂，从而显着降低发电厂本身的生产能力。

一种从烟气中去除二氧化碳的输入能量可能被弥补的已知的方法是通过使用燃料电池。燃料电池是能够通过电化学反应将存储在燃料(诸如烃燃料)中的化学能转换为电能的设备。特别地，燃料电池(诸如熔融碳酸盐燃料电池(MCFC))能够从烟气的输入供应产生电能并且能够选择性地去除作为副产物包含在烟气中的二氧化碳。因此，从燃料电池产生排气，排气包含更浓形式的二氧化碳，浓度可以高达约70％。这种浓缩的排气流允许二氧化碳容易地被去除，而不需要像传统方法那样高的输入能量。另外，由于燃料电池产生电作为其内部电化学反应的副产物，所以产生浓二氧化碳流的过程导致燃烧发电厂的整体能量输出增加。

然而，因为烟气含有稀释形式的二氧化碳，所以提供烟气作为燃料电池的输入供应会导致较低的电输出。

发明内容

本发明的某些实施方式提供一种CO₂回收系统，其在输入到燃料电池之前产生富含O₂的烟气，使得可实现较高的输出值，进一步弥补从烟气捕集CO₂的成本并增加发电厂的整体效率。

在某些实施方式中，CO₂捕集系统包括压缩和冷冻浓缩的CO₂流，从而产生液态CO₂。由于CO₂包含不可冷凝的气体(例如H₂、CO)，产生H₂、CO和CO₂的废气(或排气)流，其可以作为燃料再循环至燃料电池或纯化为H₂或H₂和CO。

在某些实施方式中，用于从由燃烧发电厂产生的烟气中去除二氧化碳的二氧化碳捕集系统包括电解池，其配置成接收废气(其包括二氧化碳、氢气、一氧化碳和水) 并输出包括烟气(其包括氧气和二氧化碳)的第一排气流和含有高浓度氢气(例如大于95％)的第二排气流，氢气可作为有价值的副产物输出。