熔融碳酸鹽燃料電池在鋼鐵加工中的集成發(fā)明領(lǐng)域在各種方面中，本發(fā)明涉及熔融碳酸鹽燃料電池在鐵或鋼的加工和/或生產(chǎn)中的用途。發(fā)明背景盡管正在進(jìn)行研究以改進(jìn)該工藝，但仍可看出由鐵礦生產(chǎn)鐵和鋼的現(xiàn)代方法與早期歷史方法有聯(lián)系。傳統(tǒng)技術(shù)仍涉及在爐中在固體含碳材料如焦炭存在下加熱鐵礦。由于該工藝的性質(zhì)，包括用于形成熔融鐵(和其它金屬)的巨大熱需求，用于還原鐵氧化物以形成鐵的傳統(tǒng)工藝還導(dǎo)致生成相當(dāng)大量的二氧化碳。這部分歸因于在典型工藝中使用煤或其它高污染燃料提供必要的熱。熔融碳酸鹽燃料電池利用氫氣和/或其它燃料發(fā)電。生成用于熔融碳酸鹽燃料電池的氫氣的選項(xiàng)包括在燃料電池的陽極內(nèi)重整甲烷或其它可重整燃料或在燃料電池內(nèi)部或外部的相關(guān)重整區(qū)中重整燃料?？芍卣剂峡砂梢栽谏叩臏囟群?或壓力下與蒸汽和/或氧反應(yīng)產(chǎn)生含氫的氣態(tài)產(chǎn)物的烴質(zhì)材料。傳統(tǒng)上，運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以使每單位燃料輸入的發(fā)電量最大化，這可以被稱作燃料電池的電效率。這種最大化可基于燃料電池獨(dú)自或與另一發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合。為了實(shí)現(xiàn)提高的發(fā)電量和管理熱發(fā)生，燃料電池內(nèi)的燃料利用率通常保持在70％至75％。美國公開專利申請2011/0111315描述了一種在陽極入口料流中存在顯著氫氣含量的運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。’315公開中的技術(shù)涉及在陽極入口提供足夠的燃料以在燃料接近陽極出口時(shí)仍有足夠的燃料用于氧化反應(yīng)。為了確保足夠的燃料，’315公開提供了具有高H2濃度的燃料。氧化反應(yīng)中未用到的H2再循環(huán)到陽極以用于下一程。按單程計(jì)，H2利用率可以為10％至30％。文獻(xiàn)’315沒有描述陽極內(nèi)的顯著重整，而是主要依靠外部重整。美國公開專利申請2005/0123810描述了一種用于氫氣和電能聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)和方法。該聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包含燃料電池和分離單元，所述分離單元構(gòu)造成接收陽極排氣料流并分離氫氣。一部分陽極排氣也再循環(huán)到陽極入口。’810公開中給出的運(yùn)行范圍看起來是基于固體氧化物燃料電池。熔融碳酸鹽燃料電池被描述為替代物。美國公開專利申請2003/0008183描述了一種用于氫氣和電力聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)和方法。作為用于將烴型燃料轉(zhuǎn)化成氫氣的化學(xué)轉(zhuǎn)化器的一般類型提到燃料電池。該燃料電池系統(tǒng)還包括外部重整器和高溫燃料電池。描述了該燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案，其具有大約45％的電效率和大約25％的化學(xué)生產(chǎn)率，導(dǎo)致系統(tǒng)聯(lián)產(chǎn)效率為大約70％?！?83公開看起來沒有描述獨(dú)立于該系統(tǒng)的燃料電池的電效率。美國專利5,084,362描述了一種將燃料電池與氣化系統(tǒng)集成使得可使用煤氣作為燃料電池陽極的燃料源的系統(tǒng)。使用燃料電池生成的氫氣作為用于由煤氣(或其它煤)輸入生成甲烷的氣化器的輸入。然后使用來自氣化器的甲烷作為燃料電池的至少一部分輸入燃料。因此，燃料電池生成的至少一部分氫氣以氣化器生成的甲烷的形式間接再循環(huán)到燃料電池陽極入口。JournalofFuelCellScienceandTechnology中的一篇文章(G.Manzolini等人,J.FuelCellSci.andTech.,第9卷，2012年2月)描述了一種將燃燒發(fā)電機(jī)與熔融碳酸鹽燃料電池組合的發(fā)電系統(tǒng)。描述了燃料電池的各種布置和運(yùn)行參數(shù)。來自燃燒發(fā)電機(jī)的燃燒輸出部分用作燃料電池陰極的輸入。Manzolini文章中的模擬的一個(gè)目標(biāo)是使用MCFC從發(fā)電機(jī)的廢氣中分離CO2。Manzolini文章中描述的模擬建立了660℃的最大出口溫度并指出入口溫度必須足夠更冷以說明經(jīng)過燃料電池的溫升。基礎(chǔ)模型實(shí)例中MCFC燃料電池的電效率(即發(fā)電量/燃料輸入)為50％。針對CO2封存(CO2sequestration)優(yōu)化的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)例中的電效率也是50％。Desideri等人的文章(Intl.J.ofHydrogenEnergy,Vol.37,2012)描述了使用燃料電池分離CO2的發(fā)電系統(tǒng)的性能的建模方法。利用陽極排氣再循環(huán)到陽極入口和陰極排氣再循環(huán)到陰極入口來改進(jìn)燃料電池的性能。模型參數(shù)描述了50.3％的MCFC電效率。美國專利申請公開2013/0081516描述了由礦石不經(jīng)造?；驂簤K直接生產(chǎn)鐵板(ironslabs)和鐵塊(nuggets)的方法。該方法包括形成鐵礦細(xì)粒與碳源(如生物質(zhì)、焦炭或煤)細(xì)粒的混合物。使該細(xì)粒混合物通過線性爐以形成金屬鐵。可以使用過量的生物質(zhì)、焦炭或煤以便過量生成CO和H2，它們可作為合成氣從爐中的氣相環(huán)境中回收。美國專利6,524,356描述了一種在豎式爐中使用重整甲烷作為合成氣來源進(jìn)行直接鐵還原的方法。該方法進(jìn)一步描述了將額外的天然氣引入豎式爐中作為并入鐵中的碳源。發(fā)明概述一方面，提供了一種生產(chǎn)鐵或鋼的方法。該方法包括將包含可重整燃料的燃料流引入熔融碳酸鹽燃料電池的陽極、與所述陽極相關(guān)的內(nèi)部重整元件或其組合；將包含CO2和O2的陰極入口料流引入燃料電池的陰極；在所述熔融碳酸鹽燃料電池內(nèi)發(fā)電；從陽極排氣中取出包含CO的氣流，所述陽極排氣具有大約500kPag或更低的壓力；和將從陽極排氣中取出的氣流引入生產(chǎn)鐵、鋼或其組合的工藝中。本申請與另外21個(gè)共同待審的PCT申請有關(guān)，它們在同一日期與其一起提交并通過下列代理人案號(hào)和名稱標(biāo)識(shí)：名稱為“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM104-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM107-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM108-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM109-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM272-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCellsataReducedElectricalEfficiency”的2013EM273-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM274-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM277-WO；名稱為“IntegratedCarbonCaptureandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM278-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM279-WO；名稱為“IntegratedOperationofMoltenCarbonateFuelCells”的2013EM285-WO；名稱為“MitigationofNOxinIntegratedPowerProduction”的2014EM047-WO；名稱為“IntegratedPowerGenerationusingMoltenCarbonateFuelCells”的2014EM048-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinFischer-TropschSynthesis”的2014EM049-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinFischer-TropschSynthesis”的2014EM050-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinFischer-TropschSynthesis”的2014EM051-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinMethanolSynthesis”的2014EM052-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinaRefinerySetting”的2014EM053-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsforSynthesisofNitrogenCompounds”的2014EM054-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellswithFermentationProcesses”的2014EM055-WO和名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinCementProcessing”的2014EM057-WO。這些共同待審的PCT申請各自全文經(jīng)此引用并入本文。附圖簡述圖1示意性顯示熔融碳酸鹽燃料電池及相關(guān)重整和分離段的配置的一個(gè)實(shí)例。圖2示意性顯示熔融碳酸鹽燃料電池及相關(guān)重整和分離段的配置的另一實(shí)例。圖3示意性顯示熔融碳酸鹽燃料電池的運(yùn)行的一個(gè)實(shí)例。圖4示意性顯示熔融碳酸鹽燃料電池與生產(chǎn)鐵或鋼的工藝的集成的一個(gè)實(shí)例。圖5顯示熔融碳酸鹽燃料電池與生產(chǎn)鐵或鋼的工藝的集成的一個(gè)實(shí)例的工藝流程圖。實(shí)施方案詳述綜述在各種方面中，熔融碳酸鹽燃料電池的運(yùn)行可以與各種化學(xué)和/或材料生產(chǎn)工藝(包括但不限于鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝)集成。這些生產(chǎn)工藝可相當(dāng)于加工來自熔融碳酸鹽燃料電池的輸出，或該生產(chǎn)工藝可消耗和/或提供一個(gè)或多個(gè)燃料電池料流。與鐵或鋼制造的集成在各種方面中，提供了將鐵和/或鋼生產(chǎn)與MCFC系統(tǒng)的使用集成的方法?？捎设F礦中存在的鐵氧化物的還原生產(chǎn)鐵。該反應(yīng)需要高溫，如高達(dá)2000℃，更通常大約800℃至大約1600℃，和可從高爐中可用的鐵氧化物中除去緊密結(jié)合的氧以產(chǎn)生鐵金屬的還原劑。最廣泛使用的方法涉及煤的加工以產(chǎn)生焦炭和隨后產(chǎn)生包含CO作為主要化學(xué)還原劑的高爐氣。該方法通常還需要相當(dāng)大量的熱和通常顯著量的電，兩者都用于基礎(chǔ)工藝本身和隨后的煉鋼加工。電需求可包括用于運(yùn)行泵、閥和其它機(jī)械的典型裝置需求以及例如用于直接還原鐵加工、電爐煉鋼和類似工藝的大量直接電輸入。除簡單用于冷卻的水外，在煉鋼中可能還需要相當(dāng)大量的水，因?yàn)樗捎糜诩庸っ骸匿撝兄苯映ヨF屑、用于蒸汽發(fā)生、水力學(xué)和其它系統(tǒng)。在傳統(tǒng)鐵生產(chǎn)工藝中，爐氣可包含顯著量的CO以及一些量的H2、H2O、N2、任選但通常硫(如H2S)和任選但通常衍生自煤的一種或多種其它各種氣體。由于鐵是有效的水煤氣變換催化劑，四種水煤氣變換分子(CO、CO2、H2O、H2)通常在該工藝中處于或接近平衡。CO可以與鐵氧化物反應(yīng)產(chǎn)生CO2和還原鐵，同時(shí)將一些碳并入還原鐵中。然后該碳可以例如通過受控氧化部分除去至制造各種等級(jí)的鐵和鋼產(chǎn)品所需的水平。煤和焦炭在傳統(tǒng)鐵生產(chǎn)工藝中的作用是雙重的。首先，煤或焦炭可提供用于將鐵氧化物轉(zhuǎn)化成鐵的還原劑。其次，煤或焦炭可燃燒以提供熱以保持非常高的爐溫。該工藝通常在等于或接近大氣壓下進(jìn)行。在傳統(tǒng)工藝中，排出的高爐氣仍通常含有一些量的可燃材料，其可隨后燃燒提供額外的熱。傳統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)可包括生產(chǎn)每噸鐵或鋼產(chǎn)生大量CO2。除工藝中使用的煤和焦炭外，助熔劑(通常碳酸鹽，如CaCO3或碳酸鹽和其它材料的混合物)可在該工藝中分解以釋放額外的CO2。捕集或降低從爐中排出的CO2的量可要求從各種排氣系統(tǒng)中分離CO2，這是困難的并涉及許多收集、濃縮和凈化步驟。在各種方面中，將熔融碳酸鹽燃料電池的運(yùn)行與鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝集成可提供工藝改進(jìn)，包括但不限于效率提高、生產(chǎn)每噸產(chǎn)品的碳排放降低和/或作為該系統(tǒng)的集成部分的碳排放的捕集簡化?？梢栽谔峁┤剂显虾拖蜻@些工藝供能所需的各種化學(xué)、熱和電輸出的靈活性的同時(shí)降低單獨(dú)工藝數(shù)和整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性。在另外的或替代方面中，該聯(lián)合MCFC和鐵生產(chǎn)系統(tǒng)可以在提供加熱靈活性的同時(shí)用更簡單的系統(tǒng)有效收集碳。另外或二擇一地，該聯(lián)合MCFC和鐵生產(chǎn)系統(tǒng)可以將可用作整個(gè)電輸入的一部分的電的直接生成并入該裝置中。當(dāng)現(xiàn)場發(fā)電時(shí)，可以降低或?qū)鬏敁p失減至最低，并且另外或二擇一地，可以避免在將交料流電轉(zhuǎn)換成直料流電時(shí)產(chǎn)生的潛在損失。此外，用于發(fā)電的燃料中的碳可并入用于從高爐排氣(或用于鐵或鋼生產(chǎn)的另一類型的爐的排氣)中捕集二氧化碳的相同碳捕集系統(tǒng)中?？舍槍€原劑(CO)、熱和電輸出的可變生產(chǎn)設(shè)計(jì)該提出的系統(tǒng)，以使其適應(yīng)使用相同核心組件的寬范圍的鋼鐵冶煉工藝和技術(shù)。一方面，MCFC系統(tǒng)可用于形成含有過量H2和/或CO(合成氣)的陽極排氣料流。來自MCFC陽極排氣的過量合成氣可以取出并用于進(jìn)行鐵或鋼生產(chǎn)，同時(shí)降低、最大限度減少或消除焦炭的使用。來自MCFC的陽極排氣可以在大約500kPag或更低，如大約400kPag或更低，或大約250kPag或更低的壓力下排出。例如，可以獲取由陽極排氣生成或取出的合成氣，將至少一部分H2與CO分離，用H2燃燒該爐，用CO進(jìn)行鐵的還原，然后在MCFC中消耗由鐵生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的CO2并捕集它，導(dǎo)致顯著降低來自該工藝的CO2排放。在這樣的方面中，MCFC可充當(dāng)碳氧化物的管理系統(tǒng)(CO源、CO2匯(sinkofCO2))和充當(dāng)鐵或鋼生產(chǎn)工藝的輔助進(jìn)料源，如通過提供用于加熱的H2、與輸入和排出料流的熱交換(以提高效率)、碳捕集和/或生產(chǎn)清潔的工藝用水。要指出，另外或或者，各種鋼工藝可使用由MCFC系統(tǒng)提供的電能。例如，鋼生產(chǎn)可涉及使用電弧爐并可以用電流進(jìn)行鐵的直接還原。在各種方面中，集成系統(tǒng)(包括MCFC)中所用的爐可以電加熱或通過通?？杀苊庠摖t中的合成氣燃燒的其它間接方法加熱。作為熔融碳酸鹽燃料電池集成在用于生產(chǎn)鐵或鋼的反應(yīng)系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)例，可通過首先將甲烷或其它可重整燃料引入MCFC陽極(在此MCFC可用于產(chǎn)生電(如被該裝置使用)和來自陽極輸出的合成氣))來向高爐提供還原劑氣體。優(yōu)選確定MCFC系統(tǒng)的尺寸以使生成的合成氣的量足以提供鐵或鋼生產(chǎn)工藝所需的所有或基本所有CO還原劑。任選地，另外或或者，可作為爐的鐵礦或其它鐵氧化物進(jìn)料的一部分引入用于鐵或鋼生產(chǎn)工藝的一部分CO。根據(jù)可能需要更大量電力(例如在直接還原煉鋼工藝中)或更少量電力的所涉工藝的類型，可以將電送回電網(wǎng)或從電網(wǎng)獲取電，以平衡來自該裝置的能量輸入?；蛘撸梢源_定MCFC的尺寸以使其可產(chǎn)生所需的所有電能和還原劑，在平衡這兩種主要輸出以適應(yīng)裝置要求的燃料利用率下運(yùn)行MCFC。該系統(tǒng)的靈活性能夠調(diào)節(jié)這一比率(通過調(diào)節(jié)燃料利用率、電壓和/或輸入/輸出溫度等變量)以適應(yīng)給定裝置內(nèi)的不斷改變的工藝或工藝條件。任選但優(yōu)選地，與鐵或鋼生產(chǎn)集成的MCFC系統(tǒng)可以在低燃料利用率下運(yùn)行，以提高可由陽極排氣生產(chǎn)/提取的合成氣的量。盡管這可能不必要，但由于大多數(shù)MCFC運(yùn)行可通常產(chǎn)生包含合成氣的陽極排氣，可有時(shí)優(yōu)選使陽極合成氣的產(chǎn)量最大化。例如，燃料利用率可以為至少大約25％，如至少大約30％，或至少大約35％，或至少大約40％。另外或或者，燃料利用率可以為大約60％或更低，如大約55％或更低，或大約50％或更低，或大約45％或更低，或大約40％或更低。低燃料利用值的使用可以提高陽極輸出中的H2和CO含量。然后可利用陽極輸出作為高爐還原氣體的來源。如果需要，可以調(diào)節(jié)燃料利用率以使合成氣輸出與整個(gè)裝置的電需求平衡。這可能避免需要單獨(dú)的電網(wǎng)電力(grid-power)并可以在僅單一燃料源向單一發(fā)電系統(tǒng)供料的情況下提供該裝置的能量自給自足；MCFC在這種情況下可提供裝置運(yùn)行所需的電和化學(xué)成分?；蛘?，該裝置可使用與MCFC系統(tǒng)聯(lián)用的單獨(dú)發(fā)電系統(tǒng)如渦輪機(jī)，以使這兩個(gè)系統(tǒng)都產(chǎn)生一些電力并可針對合成氣產(chǎn)量優(yōu)化MCFC系統(tǒng)。尺寸、可得的燃料源、固有電需求和其它因素可導(dǎo)致這些組合中的任一個(gè)成為(最)有效和/或經(jīng)濟(jì)有利的布置。在各種方面中，集成的鐵或鋼生產(chǎn)系統(tǒng)中的MCFC的燃料輸入可優(yōu)選包含或是甲烷或天然氣，但確實(shí)可以是與MCFC相容的任何含烴材料。對于不可能直接在MCFC內(nèi)重整的含烴材料(例如C2-C5輕氣體)，可以使用預(yù)重整器以將輸入燃料轉(zhuǎn)化成甲烷+合成氣混合物。在這樣的情況下，陽極輸入氣體優(yōu)選可含有大百分比或主要百分比的可重整氣體并可含有一定量的合成氣成分和惰性物。該陽極輸入可優(yōu)選已除去雜質(zhì)如硫，這可通過常規(guī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并可隨輸入燃料的來源和純度而變。如果首先轉(zhuǎn)化成包含可重整燃料的混合物(從中除去了雜質(zhì))，則可以使用輸入燃料如煤和/或其它固體燃料。陰極輸入可主要衍生自鐵還原工藝排氣并可含有其它包含CO2、H2O、O2和惰性物中一種或多種的料流?？梢蕴砑涌諝?含氧料流以向陰極提供足夠的氧并通常要求整個(gè)陰極排氣中的氧量超過總CO2量。來自陽極出口的合成氣流出物可送往分離工藝，在此可以從該料流中除去CO2和可能一些水?？梢栽O(shè)計(jì)該分離系統(tǒng)以除去足夠的H2O和CO2以產(chǎn)生合成氣組合物，其在高爐中的鐵還原工藝條件中平衡時(shí)可具有與其它氣體組分相比適當(dāng)量的CO。與傳統(tǒng)工藝不同，產(chǎn)生的CO基本不含雜質(zhì)，如硫，從而簡化了對使用煤和/或焦炭時(shí)通常需要的綜合鐵或鋼冶煉廠周圍的污染物控制系統(tǒng)的需求。在鐵還原工藝中消耗CO后，在來自該工藝的料流出物中可產(chǎn)生CO2。這種富含CO2的料流出物料流，如果需要，在適當(dāng)?shù)臒峤粨Q后，然后可用作MCFC陰極的進(jìn)料。這通常涉及蒸汽發(fā)生，其然后由蒸汽輪機(jī)供給二次電力生產(chǎn)。例如，該料流出氣體可能含有可燃材料，其隨后可通過添加空氣或氧氣燃燒產(chǎn)生另外的熱。產(chǎn)生的熱可用于各種裝置工藝，但該燃燒產(chǎn)生的CO2可留在煙道氣中，其在隨后引入陰極中時(shí)可通過MCFC系統(tǒng)有效濃縮/捕集。在任何上述系統(tǒng)中可以將用于加熱MCFC系統(tǒng)的燃料單獨(dú)燃燒降低或降至最低，因?yàn)殍F或鋼生產(chǎn)工藝通常應(yīng)可提供足夠用于熱交換的廢熱。優(yōu)選使用較低的燃料利用率，因?yàn)樵谶@樣的條件下運(yùn)行可產(chǎn)生所用的每燃料電池陣列更高的CO產(chǎn)量和所用的每MCFC陣列更高的碳捕集。另外或或者，高爐廢氣可以與MCFC入口/出口熱集成。一部分高爐廢氣可用作至少一部分(或可能全部)陰極進(jìn)料，而其余高爐廢氣可排放到大氣中和/或在低CO2排放的鐵或鋼生產(chǎn)方案中壓縮以封存CO2。在另一實(shí)施方案中，可以在由陽極生成后分離H2和CO，且H2可任選但優(yōu)選用于為各種裝置工藝提供無碳加熱，而CO可任選但優(yōu)選用于鐵還原。這可以減少整個(gè)裝置內(nèi)的CO2源并可簡化要作為陰極進(jìn)料氣體引入的CO2的收集。MCFC系統(tǒng)與傳統(tǒng)碳捕集系統(tǒng)如胺捕集相比的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可包括用于捕集來自陽極的相對較高百分比(例如按體積計(jì)至少大約90％或至少大約95％)的CO2的CO2分離系統(tǒng)不重要。不同于傳統(tǒng)捕集技術(shù)，可以將未捕集的任何碳(作為CO或CO2)轉(zhuǎn)化成CO2，從鐵還原工藝再循環(huán)到陰極入口，然后(通常)大多轉(zhuǎn)化成碳酸根離子以跨過MCFC膜傳輸?shù)疥枠O，在此它們可經(jīng)受CO2分離工藝。在這種配置中來自該系統(tǒng)的唯一CO2排放可來自陰極排氣?？苫陉帢O輸出的CO2濃度與陰極輸入的CO2濃度的比率調(diào)節(jié)該裝置的總CO2捕集效率，該比率容易改變，如通過調(diào)節(jié)MCFC陣列的運(yùn)行段數(shù)和/或通過調(diào)節(jié)MCFC電池?cái)?shù)以提高有效燃料電池面積。圖4顯示適用于與鐵還原工藝聯(lián)合運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池(MCFCs)的配置的一個(gè)實(shí)例。圖4的配置適用于將各種類型的鐵礦中存在的鐵氧化物，如Fe2O3和/或其它鐵氧化物還原成生鐵(大約95％Fe)。在圖4中，可以將蒸汽401和預(yù)熱甲烷402送入MCFC440的陽極。任選但優(yōu)選地，可以經(jīng)換熱器491通過從來自高爐廢氣的料流407中回收熱來預(yù)熱甲烷402。MCFC440，如在大約30％燃料利用率下運(yùn)行的MCFC可以在可送往高爐的陽極排氣403中產(chǎn)生還原氣體(例如CO和H2)。陽極排氣403可任選但優(yōu)選例如通過在換熱器492中從高爐廢氣406中回收一些熱來加熱。經(jīng)加熱的陽極排氣404可以在預(yù)加熱器493中加熱到高爐入口氣體溫度(例如大約1200℃)，導(dǎo)致入口氣體料流405?？梢允褂脗鹘y(tǒng)方法將鐵氧化物的固體粒子452引入高爐450頂部。任選地，鐵氧化物粒子的輸入料流452可以與有助于形成與鐵產(chǎn)品容易分離的爐渣的熔劑如CaCO3一起引入。鐵氧化物粒子的輸入流452可以與通常在更偏底部的位置進(jìn)入高爐450的還原氣體405對流流過高爐450。還原的Fe可作為底部流456離開該爐，而包含CO2和H2O的爐廢氣可作為406離開該爐。爐廢氣406可以與該工藝集成以在換熱器492中加熱陽極排氣403和/或在換熱器491中預(yù)熱陽極輸入流402。這些熱回收工藝可導(dǎo)致冷卻的爐廢氣料流408。任選地，可以使用熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)從爐廢氣料流408中進(jìn)一步除熱?？梢栽诶淠?94中由冷卻的廢氣料流408冷凝水，以產(chǎn)生工藝用水409和具有相對較高的CO2濃度的氣體410。氣體410可任選還含有一些甲烷。一部分氣體料流410可作為進(jìn)料流412分流到燃燒器中并可以利用氧化源(空氣)413和燃料(甲烷)414燃燒以產(chǎn)生在適合陰極進(jìn)料415的溫度下的足夠的CO2。剩余氣體410可送往411CO2分離器/壓縮系統(tǒng)，例如以產(chǎn)生可供使用和/或封存或排放到大氣中的管道級(jí)CO2。另外或或者，來自燃燒料流412、413和414的一些熱可用于加熱料流404。熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)可用于在將415送往陰極之前除去415中的任何額外的熱并生成用于下游鋼制造工藝的蒸汽。MCFC可除去415中的方便的或所需的CO2部分，例如至少大約50％或至少大約70％的CO2，以產(chǎn)生CO2減少的排氣料流416?？梢詫⑴艢饬狭?16排放到大氣中和/或作為陰極輸入料流415的一部分再循環(huán)。附加燃料電池運(yùn)行策略作為對本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，可以運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以便可相對于氧化量選擇重整量以實(shí)現(xiàn)燃料電池的所需熱比率。本文所用的“熱比率”被定義為由燃料電池組件中的放熱反應(yīng)生成的熱除以在燃料電池組件內(nèi)發(fā)生的重整反應(yīng)的吸熱需求。以數(shù)學(xué)方式表達(dá)，熱比率(TH)＝QEX/QEN，其中QEX是由放熱反應(yīng)生成的熱量總和且QEN是在燃料電池內(nèi)發(fā)生的吸熱反應(yīng)消耗的熱量總和。要指出，由放熱反應(yīng)生成的熱相當(dāng)于歸因于該電池中的重整反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)的任何熱。可基于跨過電解質(zhì)的燃料電池反應(yīng)的理想電化學(xué)勢減去燃料電池的實(shí)際輸出電壓計(jì)算由電化學(xué)反應(yīng)生成的熱。例如，基于在電池中發(fā)生的凈反應(yīng)，認(rèn)為MCFC中的反應(yīng)的理想電化學(xué)勢為大約1.04V。在MCFC的運(yùn)行過程中，由于各種損失，該電池通常具有小于1.04V的輸出電壓。例如，常見輸出/工作電壓可以為大約0.7V。生成的熱等于該電池的電化學(xué)勢(即～1.04V)減去工作電壓。例如，當(dāng)輸出電壓為～0.7V時(shí)，由電池中的電化學(xué)反應(yīng)生成的熱為～0.34V。因此，在這種情況中，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生～0.7V的電和～0.34V的熱能。在這種實(shí)例中，～0.7V的電能不作為QEX的一部分。換言之，熱能不是電能。在各種方面中，可以對任何方便的燃料電池結(jié)構(gòu)測定熱比率，如燃料電池堆、燃料電池堆內(nèi)的獨(dú)立燃料電池、具有集成的重整段的燃料電池堆、具有集成的吸熱反應(yīng)段的燃料電池堆或其組合。也可以對燃料電池堆內(nèi)的不同單元(如燃料電池或燃料電池堆的組裝件)計(jì)算熱比率。例如，可以對單一燃料電池內(nèi)的單一陽極、燃料電池堆內(nèi)的陽極段、或與集成的重整段和/或集成的吸熱反應(yīng)段元件(從熱集成角度看足夠緊密靠近待集成的陽極段)一起的燃料電池堆內(nèi)的陽極段計(jì)算熱比率。本文所用的“陽極段”包括在燃料電池堆內(nèi)的共用共同入口或出口歧管的多個(gè)陽極。在本發(fā)明的各種方面中，可以基于熱比率表征燃料電池的運(yùn)行。如果運(yùn)行燃料電池以具有所需熱比率，則可以運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以具有大約1.5或更低，例如大約1.3或更低，或大約1.15或更低，或大約1.0或更低，或大約0.95或更低，或大約0.90或更低，或大約0.85或更低，或大約0.80或更低，或大約0.75或更低的熱比率。另外或或者，熱比率可以為至少大約0.25，或至少大約0.35，或至少大約0.45，或至少大約0.50。另外或或者，在一些方面中，可以運(yùn)行燃料電池以具有大約40℃或更小，如大約20℃或更小，或大約10℃或更小的在陽極輸入與陽極輸出之間的溫升。再另外或或者，可以運(yùn)行燃料電池以具有比陽極入口溫度低大約10℃至高大約10℃的陽極出口溫度。再另外或或者，可以運(yùn)行燃料電池以具有比陽極出口溫度高的陽極入口溫度，如高至少大約5℃，或高至少大約10℃，或高至少大約20℃，或高至少大約25℃。再另外或或者，可以運(yùn)行燃料電池以具有比陽極出口溫度高大約100℃或更低，如高大約80℃或更低，或大約60℃或更低，或大約50℃或更低，或大約40℃或更低，或大約30℃或更低，或大約20℃或更低的陽極入口溫度。作為對本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，可以以提高的合成氣(或氫氣)產(chǎn)量運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池(如燃料電池組件)，同時(shí)將在陰極排氣料流中離開燃料電池的CO2量降低或降至最低。合成氣可以是用于各種工藝的有價(jià)值的進(jìn)料。除具有燃料價(jià)值外，合成氣還可用作用于形成其它更高價(jià)值產(chǎn)品的原材料，例如通過使用合成氣作為費(fèi)托合成和/或甲醇合成工藝的進(jìn)料。用于制造合成氣的一個(gè)選項(xiàng)可以是重整烴或烴類燃料，如甲烷或天然氣。對于許多類型的工業(yè)工藝，具有接近2:1(或甚至更低)的H2/CO比的合成氣可通常是理想的。如果可提供額外的CO2(如在陽極中生成的)，則可以利用水煤氣變換反應(yīng)降低合成氣中的H2/CO比。通過將合成氣生成與熔融碳酸鹽燃料電池的使用集成而提供的整體效益的一種表征方式可基于在陽極排氣中離開燃料電池的合成氣的凈量相對于在陰極排氣中離開燃料電池的CO2量的比率。這種表征衡量以低排放和高效率(電和化學(xué))發(fā)電的效力。在本說明書中，陽極排氣中的合成氣的凈量被定義為陽極排氣中存在的H2摩爾數(shù)和CO摩爾數(shù)的總和減去陽極入口存在的H2和CO量。由于該比率基于陽極排氣中的合成氣的凈量，簡單地將過量H2送入陽極不會(huì)改變該比率的值。但是，由于在陽極中和/或在與陽極相關(guān)的內(nèi)部重整段中重整而生成的H2和/或CO可造成該比率的更高值。在陽極中氧化的氫可降低該比率。要指出，水煤氣變換反應(yīng)可以用H2交換CO，因此H2和CO的總摩爾數(shù)代表陽極排氣中的總潛在合成氣，無論合成氣中最終所需的H2/CO比如何。然后可以比較陽極排氣的合成氣含量(H2+CO)與陰極排氣的CO2含量。這可提供一種類型的效率值，其也說明(accountfor)碳捕集量。這可同等地表示為如下方程陽極排氣中的凈合成氣與陰極CO2的比率＝(H2+CO)陽極的凈摩爾數(shù)/(CO2)陰極的摩爾數(shù)在各種方面中，陽極排氣中的合成氣的凈摩爾數(shù)與陰極排氣中的CO2摩爾數(shù)的比率可以為至少大約2.0，如至少大約3.0，或至少大約4.0，或至少大約5.0。在一些方面中，陽極排氣中的凈合成氣與陰極排氣中的CO2量的比率可以更高，如至少大約10.0，或至少大約15.0，或至少大約20.0。另外或或者，可以實(shí)現(xiàn)大約40.0或更低，如大約30.0或更低，或大約20.0或更低的比率值。在陰極入口處的CO2量為大約6.0體積％或更低，如大約5.0體積％或更低的方面中，至少大約1.5的比率值可能是足夠/現(xiàn)實(shí)的。陽極排氣中的凈合成氣與陰極排氣中的CO2量的這種摩爾比率值高于常規(guī)運(yùn)行的燃料電池的該值。作為對本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，熔融碳酸鹽燃料電池(如燃料電池組件)可以在降低的燃料利用率值，如大約50％或更低的燃料利用率下運(yùn)行，同時(shí)還具有高CO2利用率值，如至少大約60％。在這種類型的配置中，該熔融碳酸鹽燃料電池可有效用于碳捕集，因?yàn)镃O2利用率可有利地足夠高。不同于試圖使電效率最大化，在這種類型的配置中可基于綜合電和化學(xué)效率改進(jìn)或提高該燃料電池的總效率?；瘜W(xué)效率可基于從陽極排氣中作為輸出物取出氫氣和/或合成氣料流以用于其它工藝。盡管與一些傳統(tǒng)配置相比可能降低電效率，但利用陽極排氣中的化學(xué)能量輸出可實(shí)現(xiàn)燃料電池的合意的總效率。在各種方面中，燃料電池陽極中的燃料利用率可以為大約50％或更低，如大約40％或更低，或大約30％或更低，或大約25％或更低，或大約20％或更低。在各種方面中，為了生成至少一些電力，該燃料電池中的燃料利用率可以為至少大約5％，如至少大約10％，或至少大約15％，或至少大約20％，或至少大約25％，或至少大約30％。另外或或者，CO2利用率可以為至少大約60％，如至少大約65％，或至少大約70％，或至少大約75％。作為對本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，熔融碳酸鹽燃料電池可以在使合成氣產(chǎn)量提高或最大化的條件下運(yùn)行，可能損害發(fā)電量和電效率。代替選擇燃料電池的運(yùn)行條件以使燃料電池的電效率改進(jìn)或最大化，可以建立運(yùn)行條件(可能包括送入陽極的可重整燃料的量)以提高燃料電池的化學(xué)能量輸出。這些運(yùn)行條件可能導(dǎo)致燃料電池的較低電效率。盡管電效率降低，任選但優(yōu)選地，這些運(yùn)行條件可導(dǎo)致燃料電池總效率(基于燃料電池的綜合電效率和化學(xué)效率)提高。通過提高引入陽極的可重整燃料與在陽極處實(shí)際電化學(xué)氧化的燃料的比率，可以提高陽極輸出中的化學(xué)能含量。在一些方面中，送往陽極和/或送往與陽極相關(guān)的重整段的輸入料流中的可重整燃料的可重整氫含量可以比在陽極處反應(yīng)的氫氣的凈量高至少大約50％，如高至少大約75％或高至少大約100％。另外或或者，送往陽極和/或送往與陽極相關(guān)的重整段的輸入料流中的燃料的可重整氫含量可以比在陽極處反應(yīng)的氫氣的凈量高至少大約50％，如高至少大約75％或高至少大約100％。在各種方面中，燃料料流中的可重整燃料的可重整氫含量與在陽極中反應(yīng)的氫量的比率可以為至少大約1.5:1，或至少大約2.0:1，或至少大約2.5:1，或至少大約3.0:1。另外或或者，燃料料流中的可重整燃料的可重整氫含量與在陽極中反應(yīng)的氫量的比率可以為大約20:1或更低，如大約15:1或更低或大約10:1或更低。一方面，預(yù)計(jì)陽極入口料流中的可重整氫含量的少于100％可轉(zhuǎn)化成氫氣。例如，陽極入口料流中的可重整氫含量的至少大約80％可以在陽極中和/或在相關(guān)重整段中轉(zhuǎn)化成氫氣，如至少大約85％，或至少大約90％。另外或或者，送往陽極的可重整燃料量可基于可重整燃料的低熱值(LHV)與在陽極中氧化的氫的LHV的相對值表征。這可被稱作可重整燃料剩余率。在各種方面中，可重整燃料剩余率可以為至少大約2.0，如至少大約2.5，或至少大約3.0，或至少大約4.0。另外或或者，可重整燃料剩余率可以為大約25.0或更低，如大約20.0或更低，或大約15.0或更低，或大約10.0或更低。作為對本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，熔融碳酸鹽燃料電池(如燃料電池組件)也可以在可改進(jìn)或優(yōu)化燃料電池的綜合電效率和化學(xué)效率的條件下運(yùn)行。代替選擇用于使燃料電池的電效率最大化的傳統(tǒng)條件，運(yùn)行條件可以在燃料電池的陽極排氣中輸出過量合成氣和/或氫氣。該合成氣和/或氫氣然后可用于各種應(yīng)用，包括化學(xué)合成工藝和收集氫氣以用作“清潔”燃料。在本發(fā)明的各方面中，可以降低電效率以實(shí)現(xiàn)高的總效率，其包括基于生成的合成氣和/或氫氣的化學(xué)能量值相對于燃料電池的燃料輸入的能量值的化學(xué)效率。在一些方面中，可基于電效率表征燃料電池的運(yùn)行。如果運(yùn)行燃料電池以具有低的電效率(EE)，則可以運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以具有大約40％或更低的電效率，例如大約35％EE或更低，大約30％EE或更低，大約25％EE或更低，或大約20％EE或更低，大約15％EE或更低，或大約10％EE或更低。另外或或者，EE可以為至少大約5％，或至少大約10％，或至少大約15％，或至少大約20％。再另外或或者，可基于總?cè)剂想姵匦?TFCE)如燃料電池的綜合電效率和化學(xué)效率表征燃料電池的運(yùn)行。如果運(yùn)行燃料電池以具有高的總?cè)剂想姵匦?，則可以運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以具有大約55％或更大，例如大約60％或更大，或大約65％或更大，或大約70％或更大，或大約75％或更大，或大約80％或更大，或大約85％或更大的TFCE(和/或綜合電效率和化學(xué)效率)。要指出，對于總?cè)剂想姵匦屎?或綜合電效率和化學(xué)效率，在效率計(jì)算中可不包括利用燃料電池生成的過量熱生成的任何額外電力。在本發(fā)明的各種方面中，可基于大約40％或更低的所需電效率和大約55％或更大的所需總?cè)剂想姵匦时碚魅剂想姵氐倪\(yùn)行。如果運(yùn)行燃料電池以具有所需電效率和所需總?cè)剂想姵匦剩瑒t可以運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以具有大約40％或更低的電效率及大約55％或更大的TFCE，例如大約35％EE或更低及大約60％或更大的TFCE，大約30％EE或更低及大約65％或更大的TFCE，大約25％EE或更低及大約70％TFCE或更大，或大約20％EE或更低及大約75％或更大的TFCE，大約15％EE或更低及大約80％或更大的TFCE，或大約10％EE或更低及大約85％或更大的TFCE。作為對本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，可以在可提供提高的功率密度的條件下運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池(如燃料電池組件)。燃料電池的功率密度相當(dāng)于實(shí)際工作電壓VA乘以電流密度I。對于在電壓VA下運(yùn)行的熔融碳酸鹽燃料電池，燃料電池還傾向于生成廢熱，廢熱被定義為(V0–VA)*I，其基于VA與提供電流密度I的燃料電池的理想電壓V0之差?？芍卣剂显谌剂想姵氐年枠O內(nèi)的重整可消耗一部分這種廢熱。剩余部分的這種廢熱可以被周圍的燃料電池結(jié)構(gòu)和氣流吸收，導(dǎo)致跨過燃料電池的溫度差。在傳統(tǒng)運(yùn)行條件下，燃料電池的功率密度可基于燃料電池在不損害燃料電池完整性的情況下可容許的廢熱量受到限制。在各種方面中，通過在燃料電池內(nèi)進(jìn)行有效量的吸熱反應(yīng)，可以提高燃料電池可容許的廢熱量。吸熱反應(yīng)的一個(gè)實(shí)例包括可重整燃料在燃料電池陽極內(nèi)和/或在相關(guān)重整段，如燃料電池堆中的集成重整段中的蒸汽重整。通過向燃料電池的陽極(或向集成/相關(guān)重整段)提供額外的可重整燃料，可以進(jìn)行額外的重整以便可消耗額外的廢熱。這可降低跨過燃料電池的溫差量，由此允許燃料電池在具有提高的廢熱量的運(yùn)行條件下運(yùn)行?？赏ㄟ^可用于各種用途(包括額外的發(fā)電)的額外產(chǎn)物料流如合成氣和/或H2的生成而抵消電效率的損失，以進(jìn)一步擴(kuò)大該系統(tǒng)的功率范圍。在各種方面中，燃料電池生成的廢熱量，如上定義的(V0–VA)*I可以為至少大約30mW/cm2，如至少大約40mW/cm2，或至少大約50mW/cm2，或至少大約60mW/cm2，或至少大約70mW/cm2，或至少大約80mW/cm2，或至少大約100mW/cm2，或至少大約120mW/cm2，或至少大約140mW/cm2,或至少大約160mW/cm2，或至少大約180mW/cm2。另外或或者，燃料電池生成的廢熱量可以小于大約250mW/cm2，如小于大約200mW/cm2，或小于大約180mW/cm2，或小于大約165mW/cm2，或小于大約150mW/cm2。盡管生成的廢熱量可相對高，但這樣的廢熱不一定代表燃料電池以差效率運(yùn)行。相反，可生成廢熱，由于燃料電池在提高的功率密度下運(yùn)行。改進(jìn)燃料電池的功率密度的部分可包括在足夠高的電流密度下運(yùn)行燃料電池。在各種方面中，燃料電池生成的電流密度可以為至少大約150mA/cm2，如至少大約160mA/cm2，或至少大約170mA/cm2，或至少大約180mA/cm2，或至少大約190mA/cm2，或至少大約200mA/cm2，或至少大約225mA/cm2，或至少大約250mA/cm2。另外或或者，燃料電池生成的電流密度可以為大約500mA/cm2或更低，如450mA/cm2或更低，或400mA/cm2或更低，或350mA/cm2或更低，或300mA/cm2或更低.在各種方面中，為了能在提高的發(fā)電和提高的廢熱生成下運(yùn)行燃料電池，可以進(jìn)行有效量的吸熱反應(yīng)(如重整反應(yīng))?；蛘?，可通過在燃料電池陣列中間置熱連通但不流體連通的“板”或段而使用與陽極運(yùn)行無關(guān)的其它吸熱反應(yīng)來利用廢熱。有效量的吸熱反應(yīng)可以在相關(guān)重整段、集成重整段、用于進(jìn)行吸熱反應(yīng)的集成堆疊元件或其組合中進(jìn)行。有效量的吸熱反應(yīng)可相當(dāng)于足以將從燃料電池入口到燃料電池出口的溫升減小至大約100℃或更低，如大約90℃或更低，或大約80℃或更低，或大約70℃或更低，或大約60℃或更低，或大約50℃或更低，或大約40℃或更低，或大約30℃或更低的量。另外或或者，有效量的吸熱反應(yīng)可相當(dāng)于足以使從燃料電池入口到燃料電池出口的溫降為大約100℃或更低，如大約90℃或更低，或大約80℃或更低，或大約70℃或更低，或大約60℃或更低，或大約50℃或更低，或大約40℃或更低，或大約30℃或更低，或大約20℃或更低，或大約10℃或更低的量。當(dāng)有效量的吸熱反應(yīng)超過生成的廢熱時(shí)，可發(fā)生從燃料電池入口到燃料電池出口的溫降。另外或或者，這可相當(dāng)于吸熱反應(yīng)(如重整和另一吸熱反應(yīng)的組合)消耗燃料電池生成的廢熱的至少大約40％，如消耗至少大約50％的廢熱，或至少大約60％的廢熱，或至少大約75％的廢熱。再另外或或者，吸熱反應(yīng)可消耗大約95％或更少的廢熱，如大約90％或更少的廢熱，或大約85％或更少的廢熱。作為對本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，熔融碳酸鹽燃料電池(如燃料電池組件)可以在與降低的工作電壓和低燃料利用率對應(yīng)的條件下運(yùn)行。在各種方面中，燃料電池可以在小于大約0.7伏特，例如小于大約0.68V、小于大約0.67V、小于大約0.66V、或大約0.65V或更低的電壓VA下運(yùn)行。另外或或者，燃料電池可以在至少大約0.60V，例如至少大約0.61V、至少大約0.62V或至少大約0.63V的電壓VA下運(yùn)行。在這種情況下，隨著電壓降低，原本在高電壓下作為電能離開燃料電池的能量可作為熱留在電池內(nèi)。這種額外的熱能夠增加吸熱反應(yīng)發(fā)生，例如增加CH4轉(zhuǎn)化成合成氣。定義合成氣:在本說明書中，合成氣被定義為H2和CO的任何比率的混合物。任選地，H2O和/或CO2可存在于合成氣中。任選地，惰性化合物(如氮)和殘留可重整燃料化合物可存在于合成氣中。如果H2和CO以外的組分存在于合成氣中，則合成氣中H2和CO的總體積百分比可以為合成氣總體積的至少25體積％，如至少40體積％，或至少50體積％，或至少60體積％。另外或或者，合成氣中H2和CO的總體積百分比可以為100體積％或更低，如95體積％或更低或90體積％或更低。可重整燃料:可重整燃料被定義為含有可重整生成H2的碳-氫鍵的燃料。烴是可重整燃料的實(shí)例，其它烴質(zhì)化合物如醇也是。盡管CO和H2O可參與水煤氣變換反應(yīng)以形成氫氣，CO不被視為這一定義下的可重整燃料?？芍卣麣浜?燃料的可重整氫含量被定義為可由燃料通過將燃料重整然后驅(qū)使水煤氣變換反應(yīng)完成以使H2生成最大化而得到的H2分子數(shù)。要指出，H2按定義具有1的可重整氫含量，盡管H2本身不被定義為本文中的可重整燃料。類似地，CO具有1的可重整氫含量。盡管CO嚴(yán)格來講不是可重整的，但驅(qū)使水煤氣變換反應(yīng)完成會(huì)導(dǎo)致CO交換成H2。作為可重整燃料的可重整氫含量的實(shí)例，甲烷的可重整氫含量為4個(gè)H2分子，而乙烷的可重整氫含量為7個(gè)H2分子。更概括地，如果燃料的組成為CxHyOz，則該燃料在100％重整和水煤氣變換下的可重整氫含量為n(H2最大重整)＝2x+y/2–z。基于這一定義，電池內(nèi)的燃料利用率可隨之表示為n(H2ox)/n(H2最大重整)。當(dāng)然，可基于各組分的可重整氫含量確定各組分混合物的可重整氫含量。也可以以類似方式計(jì)算含有其它雜原子如氧、硫或氮的化合物的可重整氫含量。氧化反應(yīng):在這一論述中，燃料電池的陽極內(nèi)的氧化反應(yīng)被定義為是相當(dāng)于通過與CO32-反應(yīng)而將H2氧化以形成H2O和CO2的反應(yīng)。要指出，在陽極中的氧化反應(yīng)的這一定義中不包括陽極內(nèi)的重整反應(yīng)，其中含碳-氫鍵的化合物被轉(zhuǎn)化成H2和CO或CO2。水煤氣變換反應(yīng)類似地在氧化反應(yīng)的這一定義之外。進(jìn)一步指出，提到燃燒反應(yīng)被定義提到的H2或含碳-氫鍵的化合物在非電化學(xué)燃燒器如燃燒供能發(fā)電機(jī)的燃燒區(qū)中與O2反應(yīng)形成H2O和碳氧化物的反應(yīng)。本發(fā)明的各方面可調(diào)節(jié)陽極燃料參數(shù)以實(shí)現(xiàn)燃料電池的所需運(yùn)行范圍。陽極燃料參數(shù)可以直接地和/或與其它燃料電池工藝相關(guān)地以一種或多種比率的形式表征。例如，可以控制陽極燃料參數(shù)以實(shí)現(xiàn)一種或多種比率，包括燃料利用率、燃料電池?zé)嶂道寐?、燃料剩余率、可重整燃料剩余率、可重整氫含量燃料比及其組合。燃料利用率:燃料利用率是用于表征陽極運(yùn)行的一個(gè)選項(xiàng)，其基于相對于輸入料流的可重整氫含量的氧化的燃料量，可用于確定燃料電池的燃料利用率。在這一論述中，“燃料利用率”被定義為是為發(fā)電而在陽極中氧化的氫量(如上所述)與陽極進(jìn)料(包括任何相關(guān)重整段)的可重整氫含量的比率?？芍卣麣浜恳言谏衔亩x為可由燃料通過將燃料重整然后驅(qū)使水煤氣變換反應(yīng)完成以使H2生成最大化而得到的H2分子數(shù)。例如，引入陽極并暴露在蒸汽重整條件下的各甲烷導(dǎo)致在最大產(chǎn)量下生成4H2分子當(dāng)量。(取決于重整和/或陽極條件，重整產(chǎn)物可相當(dāng)于非水煤氣變換產(chǎn)物，其中一個(gè)或多個(gè)H2分子取而代之地以CO分子的形式存在)。因此，甲烷被定義為具有4個(gè)H2分子的可重整氫含量。作為另一實(shí)例，在這一定義下乙烷具有7個(gè)H2分子的可重整氫含量。陽極中的燃料利用率也可以通過基于由于燃料電池陽極反應(yīng)而在陽極中氧化的氫氣的低熱值與送往陽極和/或與陽極相關(guān)的重整段的所有燃料的低熱值的比率定義熱值利用率來表征。本文所用的“燃料電池?zé)嶂道寐省笨梢允褂眠M(jìn)入和離開燃料電池陽極的燃料組分的流速和低熱值(LHV)計(jì)算。因此，燃料電池?zé)嶂道寐士勺鳛?LHV(anode_in)–LHV(anode_out))/LHV(anode_in)計(jì)算，其中LHV(anode_in)和LHV(anode_out)分別是指陽極入口和出口料流或流中燃料組分(如H2、CH4和/或CO)的LHV。在這一定義中，可作為輸入和/或輸出料流中各燃料組分的數(shù)值總和計(jì)算料流或流的LHV。各燃料組分在該總和中的份額可相當(dāng)于燃料組分的流速(例如摩爾/小時(shí))乘以燃料組分的LHV(例如焦耳/摩爾)。低熱值:低熱值被定義為燃料組分燃燒成氣相完全氧化產(chǎn)物(即氣相CO2和H2O產(chǎn)物)的焓。例如，陽極輸入料流中存在的任何CO2不構(gòu)成陽極輸入的燃料含量，因?yàn)镃O2已完全氧化。對于這一定義，由于陽極燃料電池反應(yīng)而在陽極中發(fā)生的氧化量被定義為作為如上定義的陽極中的電化學(xué)反應(yīng)的一部分的陽極中的H2氧化。要指出，對于陽極輸入料流中的唯一燃料是H2的特殊情況，可在陽極中發(fā)生的涉及燃料組分的唯一反應(yīng)是H2轉(zhuǎn)化成H2O。在這種特殊情況中，燃料利用率簡化成(H2-rate-in-H2-rate-out)/H2-rate-in。在這種情況下，H2是唯一的燃料組分，因此H2LHV會(huì)從該方程中消去。在更常見的情況下，陽極進(jìn)料可能含有例如各種量的CH4、H2和CO。由于這些物類通?？梢圆煌看嬖谟陉枠O出口中，可能需要如上所述求和以測定燃料利用率。作為對燃料利用率的替代或補(bǔ)充，可以表征燃料電池中的其它反應(yīng)物的利用率。例如，可以就“CO2利用率”和/或“氧化劑”利用率表征燃料電池的運(yùn)行。可以以類似方式規(guī)定CO2利用率和/或氧化劑利用率的值。燃料剩余率:表征熔融碳酸鹽燃料電池中的反應(yīng)的另一方式是通過基于送往陽極和/或與陽極相關(guān)的重整段的所有燃料的低熱值與由于燃料電池陽極反應(yīng)而在陽極中氧化的氫的低熱值的比率來定義利用率。這種量被稱作燃料剩余率。因此，燃料剩余率可作為(LHV(anode_in)/(LHV(anode_in)-LHV(anode_out))計(jì)算，其中LHV(anode_in)和LHV(anode_out)分別是指陽極入口和出口料流或流中燃料組分(如H2、CH4和/或CO)的LHV。在本發(fā)明的各種方面中，可以運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以具有至少大約1.0，如至少大約1.5，或至少大約2.0，或至少大約2.5，或至少大約3.0，或至少大約4.0的燃料剩余率。另外或或者，燃料剩余率可以為大約25.0或更低。要指出，并非陽極輸入料流中的所有可重整燃料都可被重整。優(yōu)選地，進(jìn)入陽極(和/或進(jìn)入相關(guān)重整段)的輸入料流中至少大約90％的可重整燃料在離開陽極之前重整，如至少大約95％或至少大約98％。在另一些方面中，可重整燃料的重整量可以為大約75％至大約90％，如至少大約80％。對燃料剩余率的上述定義提供了相對于在燃料電池陽極中發(fā)電所消耗的燃料量表征在陽極和/或與燃料電池相關(guān)的重整段內(nèi)發(fā)生的重整量的一種方法。任選地，可以改變?nèi)剂鲜Ｓ嗦室哉f明燃料從陽極輸出再循環(huán)到陽極輸入的情況。當(dāng)燃料(如H2、CO和/或未重整或部分重整的烴)從陽極輸出再循環(huán)到陽極輸入時(shí)，這樣的再循環(huán)燃料組分不代表可用于其它目的的剩余量的可重整或重整燃料。相反，這樣的再循環(huán)燃料組分僅指示降低燃料電池中的燃料利用率的意愿。可重整燃料剩余率:計(jì)算可重整燃料剩余率是說明該再循環(huán)燃料組分的一個(gè)選項(xiàng)，其縮窄了剩余燃料的定義，使得在陽極輸入料流中僅包括可重整燃料的LHV。本文所用的“可重整燃料剩余率”被定義為送往陽極和/或與陽極相關(guān)的重整段的可重整燃料的低熱值與由于燃料電池陽極反應(yīng)而在陽極中氧化的氫的低熱值的相對值。在可重整燃料剩余率的定義下，不包括陽極輸入中的任何H2或CO的LHV。仍可通過表征進(jìn)入燃料電池陽極的實(shí)際組合物測量可重整燃料的這種LHV，因此不需要區(qū)分再循環(huán)組分和新鮮組分。盡管一些未重整或部分重整燃料也可再循環(huán)，但在大多數(shù)方面中再循環(huán)到陽極的大部分燃料可相當(dāng)于重整產(chǎn)物，如H2或CO。以數(shù)學(xué)方式表達(dá)，可重整燃料剩余率(RRFS)＝LHVRF/LHVOH，其中LHVRF是可重整燃料的低熱值(LHV)且LHVOH是在陽極中氧化的氫的低熱值(LHV)?？赏ㄟ^從陽極入口料流的LHV中減去陽極出口料流的LHV(例如，LHV(anode_in)-LHV(anode_out))來計(jì)算在陽極中氧化的氫的LHV。在本發(fā)明的各種方面中，可以運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池以具有至少大約0.25，如至少大約0.5，或至少大約1.0，或至少大約1.5，或至少大約2.0，或至少大約2.5，或至少大約3.0，或至少大約4.0的可重整燃料剩余率。另外或或者，可重整燃料剩余率可以為大約25.0或更低。要指出，基于相對于陽極中的氧化量的送往陽極的可重整燃料量的這一較窄定義可區(qū)分具有低燃料利用率的兩種類型的燃料電池運(yùn)行方法。一些燃料電池通過將相當(dāng)一部分的陽極輸出物再循環(huán)回陽極輸入而實(shí)現(xiàn)低燃料利用率。這種再循環(huán)能使陽極輸入中的任何氫再用作陽極的輸入。這可降低重整量，因?yàn)榧词乖趩未谓?jīng)過燃料電池時(shí)的燃料利用率是低的，至少一部分未用的燃料也可再循環(huán)用于稍后的流程。因此，具有多種多樣的燃料利用值的燃料電池可具有相同的送往陽極重整段的可重整燃料相對于在陽極反應(yīng)中氧化的氫氣的比率。為了改變送往陽極重整段的可重整燃料相對于陽極中的氧化量的比率，需要識(shí)別具有原始含量的不可重整燃料的陽極進(jìn)料，和/或需要取出陽極輸出物中的未用燃料以用于其它用途?？芍卣麣涫Ｓ嗦?用于表征燃料電池運(yùn)行的另一選項(xiàng)基于“可重整氫剩余率”。上文定義的可重整燃料剩余率是基于可重整燃料組分的低熱值定義的?？芍卣麣涫Ｓ嗦时欢x為送往陽極和/或與陽極相關(guān)的重整段的可重整燃料的可重整氫含量相對于由于燃料電池陽極反應(yīng)而在陽極中反應(yīng)的氫氣的比率。因此，“可重整氫剩余率”可作為(RFC(reformable_anode_in)/(RFC(reformable_anode_in)-RFC(anode_out))計(jì)算，其中RFC(reformable_anode_in)是指陽極入口料流或流中的可重整燃料的可重整氫含量，而RFC(anode_out)是指陽極入口和出口料流或流中的燃料組分(如H2、CH4和/或CO)的可重整氫含量。RFC可以以摩爾/秒、摩爾/小時(shí)或類似單位表示。在送往陽極重整段的可重整燃料相對于陽極中的氧化量的大比率下運(yùn)行燃料電池的方法的一個(gè)實(shí)例可以是進(jìn)行過量重整以平衡燃料電池中的熱發(fā)生和消耗的方法。將可重整燃料重整以形成H2和CO是一個(gè)吸熱過程。可通過燃料電池中的電流生成對抗這種吸熱反應(yīng)，其也可產(chǎn)生過量熱，該過量熱(大致)對應(yīng)于由陽極氧化反應(yīng)和碳酸鹽形成反應(yīng)生成的熱量和以電流形式離開燃料電池的能量之差。陽極氧化反應(yīng)/碳酸鹽形成反應(yīng)中涉及的每摩爾氫的過量熱可大于通過重整生成1摩爾氫而吸收的熱。因此，在傳統(tǒng)條件下運(yùn)行的燃料電池可表現(xiàn)出從入口到出口的溫升。代替這種類型的傳統(tǒng)運(yùn)行，可以提高在與陽極相關(guān)的重整段中重整的燃料量。例如，可以重整額外的燃料以便可通過重整中消耗的熱(大致)平衡放熱燃料電池反應(yīng)生成的熱，或重整消耗的熱甚至可超過燃料氧化生成的過量熱，導(dǎo)致跨過燃料電池的溫度下降。這可導(dǎo)致相對于電力生成所需的量的顯著氫過量。作為一個(gè)實(shí)例，送入燃料電池的陽極入口或相關(guān)重整段的進(jìn)料可以基本由可重整燃料如基本純的甲烷進(jìn)料構(gòu)成。在使用這種燃料發(fā)電的傳統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以以大約75％的燃料利用率運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池。這意味著送往陽極的燃料含量的大約75％(或3/4)用于形成氫氣，其隨后在陽極中與碳酸根離子反應(yīng)形成H2O和CO2。在傳統(tǒng)運(yùn)行中，剩余的大約25％的燃料含量可以在燃料電池內(nèi)重整成H2(或者對于燃料中的任何CO或H2而言可以不反應(yīng)地通過燃料電池)，然后在燃料電池外燃燒以形成H2O和CO2以向燃料電池的陰極入口供熱?？芍卣麣涫Ｓ嗦试谶@種情形下可以為4/(4-1)＝4/3。電效率:本文所用的術(shù)語“電效率”(“EE”)被定義為由燃料電池產(chǎn)生的電化學(xué)動(dòng)力除以燃料電池的燃料輸入的低熱值(“LHV”)率。燃料電池的燃料輸入包括送往陽極的燃料以及用于保持燃料電池溫度的任何燃料如送往與燃料電池相關(guān)的燃燒器的燃料。在本說明書中，由燃料產(chǎn)生的動(dòng)力可以以LHV(el)燃料率(fuelrate)描述。電化學(xué)動(dòng)力:本文所用的術(shù)語“電化學(xué)動(dòng)力”或LHV(el)是由燃料電池中連接陰極與陽極的電路和傳輸通過燃料電池電解質(zhì)的碳酸根離子生成的動(dòng)力。電化學(xué)動(dòng)力不包括燃料電池上游或下游的設(shè)備產(chǎn)生或消耗的動(dòng)力。例如，由燃料電池排氣料流中的熱產(chǎn)生的電不被視為電化學(xué)動(dòng)力的一部分。類似地，由燃料電池上游的燃?xì)廨啓C(jī)或其它設(shè)備生成的動(dòng)力不是生成的電化學(xué)動(dòng)力的一部分?！半娀瘜W(xué)動(dòng)力”不考慮燃料電池運(yùn)行過程中消耗的電力或由直流電轉(zhuǎn)化成交流電引起的任何損失。換言之，不從燃料電池產(chǎn)生的直流電力中減去用于供應(yīng)燃料電池運(yùn)行或以其它方式運(yùn)行燃料電池的電力。本文所用的功率密度是電流密度乘以電壓。本文所用的總?cè)剂想姵毓β适枪β拭芏瘸艘匀剂想姵孛娣e。燃料輸入:本文所用的術(shù)語“陽極燃料輸入”，被稱作LHV(anode_in)，是陽極入口料流內(nèi)的燃料量。術(shù)語“燃料輸入”，被稱作LHV(in)，是送往燃料電池的燃料總量，包括陽極入口料流內(nèi)的燃料量和用于保持燃料電池溫度的燃料量。基于本文提供的可重整燃料的定義，燃料可包括可重整和不可重整的燃料。燃料輸入不同于燃料利用率?？?cè)剂想姵匦?本文所用的術(shù)語“總?cè)剂想姵匦省?“TFCE”)被定義為：由燃料電池生成的電化學(xué)動(dòng)力加上由燃料電池生成的合成氣的LHV的速率(rateofLHV)，除以陽極的燃料輸入的LHV的速率。換言之，TFCE＝(LHV(el)+LHV(sgnet))/LHV(anode_in)，其中LHV(anode_in)是指送往陽極的燃料組分(如H2、CH4和/或CO)的LHV的速率，且LHV(sgnet)是指在陽極中產(chǎn)生合成氣(H2、CO)的速率(rate)，其是送往陽極的合成氣輸入與陽極的合成氣輸出之差。LHV(el)描述燃料電池的電化學(xué)動(dòng)力生成?？?cè)剂想姵匦什话ㄓ扇剂想姵厣傻臒?，其用于燃料電池外部的有益利用。在運(yùn)行中，由燃料電池生成的熱可能被下游設(shè)備有益利用。例如，該熱可用于生成額外的電力或用于加熱水。當(dāng)在本申請中使用該術(shù)語時(shí)，在燃料電池外實(shí)施的這些用途不是總?cè)剂想姵匦实囊徊糠?。總?cè)剂想姵匦蕛H針對燃料電池運(yùn)行，并且不包括燃料電池上游或下游的動(dòng)力生成或消耗?；瘜W(xué)效率:本文所用的術(shù)語“化學(xué)效率”被定義燃料電池的陽極排氣中的H2和CO的低熱值或LHV(sgout)除以燃料輸入或LHV(in)。電效率和總系統(tǒng)效率都不考慮上游或下游工藝的效率。例如，可以有利地使用渦輪機(jī)排氣作為燃料電池陰極的CO2源。在這種布置中，渦輪機(jī)的效率不被視為電效率或總?cè)剂想姵匦视?jì)算的一部分。類似地，來自燃料電池的輸出物可作為輸入物再循環(huán)到燃料電池。當(dāng)以單程模式計(jì)算電效率或總?cè)剂想姵匦蕰r(shí)不考慮再循環(huán)回路。生成的合成氣:本文所用的術(shù)語“生成的合成氣”是送往陽極的合成氣輸入與陽極的合成氣輸出之差。合成氣可以至少部分用作陽極的輸入或燃料。例如，系統(tǒng)可包括陽極再循環(huán)回路，其將來自陽極排氣的合成氣送回陽極入口，在此對其補(bǔ)充天然氣或其它合適的燃料。生成的合成氣LHV(sgnet)＝(LHV(sgout)-LHV(sgin))，其中LHV(sgin)和LHV(sgout)分別是指陽極入口中的合成氣的LHV和陽極出口料流或流中的合成氣的LHV。要指出，通過陽極內(nèi)的重整反應(yīng)生成的至少一部分合成氣通?？梢栽陉枠O中用于發(fā)電。用于發(fā)電的氫氣不包括在“生成的合成氣”的定義中，因?yàn)槠洳浑x開陽極。本文所用的術(shù)語“合成氣比率”是生成的凈合成氣的LHV除以陽極的燃料輸入的LHV或LHV(sgnet)/LHV(anodein)?？梢允褂煤铣蓺夂腿剂系哪柫魉俅鍸HV以表示摩爾基合成氣比率和摩爾基生成的合成氣。汽碳比(S/C):本文所用的汽碳比(S/C)是料流中的蒸汽與料流中的可重整碳的摩爾比。CO和CO2形式的碳不計(jì)為這一定義中的可重整碳?？梢栽谠撓到y(tǒng)中的不同點(diǎn)測量和/或控制汽碳比。例如，可以控制陽極入口料流的組成以實(shí)現(xiàn)適合陽極中的重整的S/C?？勺鳛镠2O的摩爾流速除以(燃料的摩爾流速乘以燃料中的碳原子數(shù)(例如甲烷為1)的乘積)而給出S/C。因此，S/C＝fH20/(fCH4X#C)，其中fH20是水的摩爾流速，其中fCH4是甲烷(或其它燃料)的摩爾流速且#C是燃料中的碳數(shù)。EGR比:本發(fā)明的方各面可以使用與燃料電池協(xié)作的渦輪機(jī)。綜合燃料電池和渦輪機(jī)系統(tǒng)可包括排氣再循環(huán)(“EGR”)。在EGR系統(tǒng)中，可以將渦輪機(jī)生成的至少一部分排氣送往熱回收發(fā)生器?？梢詫⒘硪徊糠峙艢馑屯剂想姵?。EGR比描述了送往燃料電池的排氣量vs送往燃料電池或熱回收發(fā)生器的總排氣。本文所用的“EGR比”是排氣的燃料電池相關(guān)部分的流速除以燃料電池相關(guān)部分和送往熱回收發(fā)生器的回收相關(guān)部分的總流速。在本發(fā)明的各種方面中，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)可用于促進(jìn)從含CO2料流中分離CO2，同時(shí)也生成額外的電力。CO2分離可以利用與燃燒基發(fā)電機(jī)(其可以向燃料電池的陰極部分提供至少一部分輸入進(jìn)料)的協(xié)同作用進(jìn)一步增強(qiáng)。燃料電池和燃料電池部件:在這一論述中，燃料電池可相當(dāng)于單電池，其中陽極和陰極被電解質(zhì)隔開。陽極和陰極可接收輸入氣流以促進(jìn)各自的陽極和陰極反應(yīng)，以將電荷傳輸通過電解質(zhì)和生成電力。燃料電池堆可代表集成單元中的多個(gè)電池。盡管燃料電池堆可包括多個(gè)燃料電池，但燃料電池通?？刹⒙?lián)連接并可(大致)表現(xiàn)得像它們集體代表尺寸更大的單燃料電池。當(dāng)向燃料電池堆的陽極或陰極輸送輸入流時(shí)，該燃料堆可包括用于在該堆中的各電池之間分配輸入流的流動(dòng)通道和用于合并來自各電池的輸出料流的流動(dòng)通道。在這一論述中，燃料電池陣列可用于表示串聯(lián)、并聯(lián)或以任何其它方便的方式(例如串聯(lián)和并聯(lián)的組合)布置的多個(gè)燃料電池(如多個(gè)燃料電池堆)。燃料電池陣列可包括燃料電池和/或燃料電池堆的一個(gè)或多個(gè)段，其中來自第一段的陽極/陰極輸出可充當(dāng)?shù)诙蔚年枠O/陰極輸入。要指出，燃料電池陣列中的陽極不必以與該陣列中的陰極相同的方式連接。為方便起見，進(jìn)入燃料電池陣列的第一陽極段的輸入可以被稱作該陣列的陽極輸入，且進(jìn)入燃料電池陣列的第一陰極段的輸入可以被稱作該陣列的陰極輸入。類似地，最后陽極/陰極段的輸出可以被稱作該陣列的陽極/陰極輸出。應(yīng)該理解的是，在本文中提到使用燃料電池通常是指由單燃料電池構(gòu)成的“燃料電池堆”，更通常是指使用流體連通的一個(gè)或多個(gè)燃料電池堆。通?？梢詫为?dú)的燃料電池元件(板)一起“堆疊”在被稱作“燃料電池堆”的矩形陣列中。這種燃料電池堆可通常獲取進(jìn)料流并將反應(yīng)物分配在所有單燃料電池元件之間，然后從各元件收集產(chǎn)物。當(dāng)被視為一個(gè)單元時(shí)，燃料電池堆在運(yùn)行中可以被當(dāng)作一個(gè)整體，盡管由許多(通常數(shù)十或數(shù)百)單燃料電池元件構(gòu)成。這些單燃料電池元件通?？删哂蓄愃齐妷?因?yàn)榉磻?yīng)物和產(chǎn)物濃度類似)，當(dāng)這些元件串聯(lián)電連接時(shí)，總功率輸出可來自所有電池元件中的所有電流的總和。電池堆也可以串聯(lián)布置以產(chǎn)生高電壓。并聯(lián)布置可提升電流。如果可提供足夠大體積的燃料電池堆以加工給定排氣料流，則本文描述的系統(tǒng)和方法可以與單個(gè)熔融碳酸鹽燃料電池堆一起使用。在本發(fā)明的另一些方面中，由于多種原因可能合意或需要的是多個(gè)燃料電池堆。對本發(fā)明而言，除非另行規(guī)定，術(shù)語“燃料電池”應(yīng)被理解為也是指和/或被定義為包括涉及具有單輸入和輸出的由一個(gè)或多個(gè)單燃料電池元件的組構(gòu)成的燃料電池堆，正如燃料電池在實(shí)踐中的通常使用方式。類似地，除非另行規(guī)定，術(shù)語燃料電池(復(fù)數(shù))應(yīng)被理解為也是指和/或被定義為包括多個(gè)獨(dú)立的燃料電池堆。換言之，除非特別說明，本文內(nèi)的所有提及可互換地是指燃料電池堆作為“燃料電池”運(yùn)行。例如，商業(yè)規(guī)模的燃燒發(fā)電機(jī)(combustiongenerator)生成的排氣體積可能太大以致無法通過常規(guī)尺寸的燃料電池(即單電池堆)加工。為了加工整個(gè)排氣，可以并聯(lián)布置多個(gè)燃料電池(即兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的燃料電池或燃料電池堆)，以使各燃料電池可加工(大致)相等部分的燃燒排氣。盡管可以使用多個(gè)燃料電池，但考慮到其(大致)相等部分的燃燒排氣，各燃料電池通常可以大致類似的方式運(yùn)行?！皟?nèi)部重整”和“外部重整”:燃料電池或燃料電池堆可包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部重整段。本文所用的術(shù)語“內(nèi)部重整”是指在燃料電池、燃料電池堆的主體內(nèi)或以其它方式在燃料電池組件內(nèi)發(fā)生的燃料重整。通常與燃料電池聯(lián)合使用的外部重整在位于燃料電池堆外部的獨(dú)立設(shè)備件中進(jìn)行。換言之，外部重整器的主體不與燃料電池或燃料電池堆的主體直接物理接觸。在典型的布置中，可以將來自外部重整器的輸出送入燃料電池的陽極入口。除非特別另行說明，本申請內(nèi)描述的重整是內(nèi)部重整。內(nèi)部重整可以在燃料電池陽極內(nèi)進(jìn)行。另外或或者，內(nèi)部重整可以在集成在燃料電池組件內(nèi)的內(nèi)部重整元件內(nèi)進(jìn)行。集成的重整元件可位于燃料電池堆內(nèi)的燃料電池元件之間。換言之，電池堆中的板之一可以是重整段而非燃料電池元件。一方面，燃料電池堆內(nèi)的流動(dòng)布置將燃料導(dǎo)向內(nèi)部重整元件，然后導(dǎo)入燃料電池的陽極部分。因此，從流動(dòng)角度看，內(nèi)部重整元件和燃料電池元件可串聯(lián)布置在燃料電池堆內(nèi)。本文所用的術(shù)語“陽極重整”是在陽極內(nèi)發(fā)生的燃料重整。本文所用的術(shù)語“內(nèi)部重整”是在集成的重整元件內(nèi)而非在陽極段中發(fā)生的重整。在一些方面中，在燃料電池組件內(nèi)的重整段可以被認(rèn)為與燃料電池組件中的陽極相關(guān)。在另一些方面中，對于可與陽極相關(guān)(如與多個(gè)陽極相關(guān))的燃料電池堆中的重整段，可提供將來自重整段的輸出流送入至少一個(gè)陽極的流動(dòng)路徑。這可相當(dāng)于具有燃料電池板的初始段，該段不與電解質(zhì)接觸而是僅充當(dāng)重整催化劑。相關(guān)重整段的另一選項(xiàng)可以是具有單獨(dú)的集成重整段作為燃料電池堆中的元件之一，其中可以將來自集成重整段的輸出送回燃料電池堆中的一個(gè)或多個(gè)燃料電池的輸入側(cè)。從熱集成角度看，燃料電池堆中的特征高度可以是單獨(dú)燃料電池堆元件的高度。要指出，獨(dú)立的重整段和/或獨(dú)立的吸熱反應(yīng)段在該堆中可具有與燃料電池不同的高度。在這種情況下，可以使用燃料電池元件的高度作為特征高度。在一些方面中，集成的吸熱反應(yīng)段可以被定義為與一個(gè)或多個(gè)燃料電池?zé)峒傻亩?，使得該集成的吸熱反?yīng)段可利用來自燃料電池的熱作為吸熱反應(yīng)的熱源。這種集成的吸熱反應(yīng)段可以被定義為位于與向該集成段供熱的任何燃料電池相距小于一個(gè)堆元件高度的5倍處。例如，集成的吸熱反應(yīng)段(如重整段)可以與熱集成的任何燃料電池相距小于一個(gè)堆元件高度的5倍處，如小于一個(gè)堆元件高度的3倍。在這一論述中，代表燃料電池元件的相鄰堆元件的集成重整段和/或集成吸熱反應(yīng)段可以被定義為與相鄰燃料電池元件相距大約一個(gè)堆元件高度或更少。在一些方面中，與燃料電池元件熱集成的獨(dú)立重整段可相當(dāng)于與燃料電池元件相關(guān)的重整段。在這樣的方面中，集成的燃料電池元件可以向相關(guān)重整段提供至少一部分熱，且相關(guān)重整段可以將至少一部分重整段輸出作為燃料料流供往集成的燃料電池。在另一些方面中，獨(dú)立重整段可以與燃料電池集成以傳熱，但不與燃料電池相關(guān)。在這種類型的情況中，獨(dú)立重整段可以接收來自燃料電池的熱，但可以決定不使用重整段的輸出作為燃料電池的輸入。相反，可以決定將這種重整段的輸出用于另一目的，如將該輸出直接添加到陽極排氣料流中，和/或形成來自燃料電池組件的單獨(dú)輸出料流。更通常，可使用燃料電池堆中的單獨(dú)堆元件進(jìn)行可利用集成的燃料電池堆元件提供的廢熱的任何方便類型的吸熱反應(yīng)。代替適用于對烴燃料料流進(jìn)行重整反應(yīng)的板，單獨(dú)堆元件可具有適用于催化另一類型吸熱反應(yīng)的板?？稍谌剂想姵囟阎惺褂闷绻芑蛉肟趯?dǎo)管的其它布置向各堆元件提供適當(dāng)?shù)妮斎肓?。另外或或者，可使用類似的歧管或出口?dǎo)管的其它布置從各堆元件中取出輸出流。任選地，可以從燃料電池堆中取出來自堆中吸熱反應(yīng)段的輸出流而不使該輸出流經(jīng)過燃料電池陽極。在這樣的任選方面中，放熱反應(yīng)的產(chǎn)物可因此在不經(jīng)過燃料電池陽極的情況下離開燃料電池堆。可以在燃料電池堆中的堆元件中進(jìn)行的其它類型的吸熱反應(yīng)的實(shí)例可包括但不限于乙醇脫水形成乙烯，和乙烷裂化。再循環(huán):如本文定義，一部分燃料電池輸出(如陽極排氣或從陽極排氣中分離或取出的料流)再循環(huán)到燃料電池入口，這可相當(dāng)于直接或間接再循環(huán)料流。料流直接再循環(huán)到燃料電池入口被定義為不經(jīng)過中間過程的料流再循環(huán)，而間接再循環(huán)涉及使料流經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間過程后的再循環(huán)。例如，如果陽極排氣在再循環(huán)之前經(jīng)過CO2分離段，則這被視為陽極排氣的間接再循環(huán)。如果將陽極排氣的一部分，如從陽極排氣中取出的H2料流送入用于將煤轉(zhuǎn)化成適合引入燃料電池的燃料的氣化器中，這也被視為間接再循環(huán)。陽極輸入和輸出在本發(fā)明的各種方面中，可以向MCFC陣列供入在陽極入口接收的燃料，其包含例如氫氣和烴如甲烷(或可能含有不同于C和H的雜原子的烴質(zhì)或類烴化合物)。送入陽極的大部分甲烷(或其它烴質(zhì)或類烴化合物)通常是新鮮甲烷。在本說明書中，新鮮燃料如新鮮甲烷是指不是從另一燃料電池工藝再循環(huán)而來的燃料。例如，從陽極出口料流再循環(huán)到陽極入口的甲烷不可被視為“新鮮”甲烷，而是可以被描述為再生甲烷。所用燃料源可以與其它部件如渦輪機(jī)分享，渦輪機(jī)使用一部分燃料源向陰極輸入提供含CO2料流。該燃料源輸入可包含與該燃料成一定比例的水，所述比例適于在重整段中重整烴(或類烴)化合物生成氫氣。例如，如果甲烷是用于重整以生成H2的燃料輸入，則水與燃料的摩爾比可以為大約1比1至大約10比1，如至少大約2比1。4比1或更大的比率對外部重整是典型的，但更低的值可能對內(nèi)部重整是典型的。在H2作為燃料源的一部分的程度上，在一些任選方面中，在燃料中可能不需要額外的水，因?yàn)殛枠O處的H2氧化可傾向于產(chǎn)生可用于重整燃料的H2O。燃料源還可任選含有該燃料源附帶的組分(例如，天然氣進(jìn)料可含有一些含量的CO2作為附加組分)。例如，天然氣進(jìn)料可含有CO2、N2和/或其它惰性(稀有)氣體作為附加組分。任選地，在一些方面中，燃料源還可含有CO，如來自陽極排氣的再循環(huán)部分的CO。進(jìn)入燃料電池組件的燃料中的CO的附加或替代的可能來源可以是由進(jìn)入燃料電池組件之前對燃料進(jìn)行的烴燃料蒸汽重整生成的CO。更通常，各種類型的燃料料流可能適合用作熔融碳酸鹽燃料電池的陽極的輸入料流。一些燃料料流可相當(dāng)于含有烴和/或類烴化合物的料流，類烴化合物還可包括不同于C和H的雜原子。在這一論述中，除非另行規(guī)定，提到用于MCFC陽極的含烴燃料料流被定義為包括含有這樣的類烴化合物的燃料料流。烴(包括類烴)燃料料流的實(shí)例包括天然氣、含C1-C4碳化合物(如甲烷或乙烷)的料流和含有更重的C5+烴(包括類烴化合物)的料流以及它們的組合。用于陽極輸入的可能的燃料料流的另一些附加或替代的實(shí)例可包括生物氣類型的料流，如由有機(jī)材料的天然(生物)分解產(chǎn)生的甲烷。在一些方面中，熔融碳酸鹽燃料電池可用于加工由于存在稀釋劑化合物而具有低能量含量的輸入燃料料流，如天然氣和/或烴料流。例如，甲烷和/或天然氣的一些來源是可包括顯著量的CO2或其它惰性分子的來源，其它惰性分子例如為氮、氬或氦。由于存在提高量的CO2和/或惰性物，可降低基于該來源的燃料料流的能量含量。低能量含量的燃料用于燃燒反應(yīng)(如用于為燃燒供能的渦輪機(jī)供能)可造成困難。但是，熔融碳酸鹽燃料電池可基于低能量含量的燃料源發(fā)電并對燃料電池的效率具有降低的或最小的影響。附加氣體體積的存在可需要附加的熱將燃料溫度升至用于重整和/或陽極反應(yīng)的溫度。另外，由于燃料電池陽極內(nèi)的水煤氣變換反應(yīng)的平衡性質(zhì)，附加CO2的存在可影響陽極輸出中存在的H2和CO的相對量。但是，另外，惰性化合物對重整和陽極反應(yīng)可只具有極小的直接影響。熔融碳酸鹽燃料電池的燃料料流中CO2和/或惰性化合物(當(dāng)存在時(shí))的量可以為至少大約1體積％，如至少大約2體積％，或至少大約5體積％，或至少大約10體積％，或至少大約15體積％，或至少大約20體積％，或至少大約25體積％，或至少大約30體積％，或至少大約35體積％，或至少大約40體積％，或至少大約45體積％，或至少大約50體積％，或至少大約75體積％。另外或或者，熔融碳酸鹽燃料電池的燃料料流中CO2和/或惰性化合物的量可以為大約90體積％或更低，如大約75體積％或更低，或大約60體積％或更低，或大約50體積％或更低，或大約40體積％或更低，或大約35體積％或更低。陽極輸入料流的可能來源的另一些實(shí)例可相當(dāng)于煉油和/或其它工業(yè)工藝的輸出料流。例如，煉焦是在許多煉油廠中用于將重質(zhì)化合物轉(zhuǎn)化成較低沸程的常見工藝。煉焦通常產(chǎn)生含有在室溫下為氣體的多種化合物(包括CO和各種C1-C4烴)的廢氣。這種廢氣可用作陽極輸入料流的至少一部分。另外或或者，另一些煉油廠廢氣料流可適合包含在陽極輸入料流中，如在裂化或其它煉油廠工藝過程中生成的輕餾分(C1-C4)。另外或或者，另一些合適的煉油廠料流可包括含CO或CO2的煉油廠料流，其還含有H2和/或可重整燃料化合物。另外或或者，陽極輸入的另一些可能的來源可包括具有提高的水含量的料流。例如，來自乙醇廠(或另一類型的發(fā)酵工藝)的乙醇輸出料流在最終蒸餾之前可包括相當(dāng)一部分的H2O。這樣的H2O可通常對燃料電池的運(yùn)行僅可造成極小的影響。因此，醇(或其它發(fā)酵產(chǎn)物)和水的發(fā)酵混合物可用作陽極輸入料流的至少一部分。生物氣或沼氣是陽極輸入的另一附加或替代的可能來源。生物氣可能主要包含甲烷和CO2并通常通過有機(jī)物的分解或消化產(chǎn)生。厭氧菌可用于消化有機(jī)物并產(chǎn)生生物氣。可以在用作陽極輸入之前從生物氣中除去雜質(zhì)，如含硫化合物。來自MCFC陽極的輸出料流可包括H2O、CO2、CO和H2。任選地，該陽極輸出料流還可具有進(jìn)料中的未反應(yīng)燃料(如H2或CH4)或惰性化合物作為附加輸出組分。代替使用這種輸出料流作為向重整反應(yīng)供熱的燃料源或作為用于加熱電池的燃燒燃料，可以對陽極輸出料流進(jìn)行一次或多次分離以將CO2與具有作為另一工藝的輸入的潛在價(jià)值的組分(如H2或CO)分離。H2和/或CO可用作用于化學(xué)合成的合成氣、用作用于化學(xué)反應(yīng)的氫源和/或用作具有降低的溫室氣體排放的燃料。在各種方面中，來自陽極的輸出料流的組成可受若干因素影響?？捎绊戧枠O輸出組成的因素可包括送入陽極的輸入料流的組成、由燃料電池生成的電流量和/或陽極出口的溫度。由于水煤氣變換反應(yīng)的平衡性質(zhì)，陽極出口的溫度是有關(guān)聯(lián)的。在典型陽極中，形成陽極壁的板中的至少一個(gè)可適用于催化水煤氣變換反應(yīng)。因此，如果a)陽極輸入料流的組成已知，b)陽極輸入料流中的可重整燃料的重整程度已知，和c)從陰極傳送到陽極的碳酸根的量(對應(yīng)于生成的電流量)已知，則可基于水煤氣變換反應(yīng)的平衡常數(shù)確定陽極輸出的組成。Keq＝[CO2][H2]/[CO][H2O]在上述方程中，Keq是該反應(yīng)在給定溫度和壓力下的平衡常數(shù)，且[X]是組分X的分壓。基于水煤氣變換反應(yīng)，可以指出，陽極輸入中提高的CO2濃度可傾向于導(dǎo)致額外的CO形成(以H2為代價(jià))，而提高的H2O濃度可傾向于導(dǎo)致額外的H2形成(以CO為代價(jià))。為了測定陽極輸出的組成，可以使用陽極輸入的組成作為起點(diǎn)。然后可以改變這種組成以反映可在陽極內(nèi)發(fā)生的任何可重整燃料的重整程度。這種重整可降低陽極輸入的烴含量，變換成增加的氫氣和CO2。接著，基于生成的電流量，可以降低陽極輸入中的H2量，變換成額外的H2O和CO2。然后可以基于水煤氣變換反應(yīng)的平衡常數(shù)調(diào)節(jié)該組成以測定H2、CO、CO2和H2O的出口濃度。表1顯示對于典型類型的燃料在不同燃料利用率下的陽極排氣組成。陽極排氣組成可反映陽極重整反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)和陽極氧化反應(yīng)的綜合結(jié)果。通過假設(shè)陽極輸入組成具有大約2比1的汽(H2O)/碳(可重整燃料)比，計(jì)算表1中的輸出組成值。假設(shè)該可重整燃料是甲烷，假設(shè)其100％重整成氫氣。假設(shè)陽極輸入中的初始CO2和H2濃度可忽略不計(jì)，而輸入N2濃度為大約0.5％。如該表中所示使燃料利用率Uf(如本文中定義)從大約35％到大約70％改變。為了測定平衡常數(shù)的準(zhǔn)確值，假設(shè)燃料電池陽極的出口溫度為大約650℃。表1-陽極排氣組成表1顯示在一組特定的條件和陽極輸入組成下的陽極輸出組成。更通常，在各種方面中，陽極輸出可包括大約10體積％至大約50體積％H2O。H2O的量可在很大程度上變化，因?yàn)殛枠O中的H2O可由陽極氧化反應(yīng)產(chǎn)生。如果將超過重整所需量的過量H2O引入陽極，則除了由于燃料重整和水煤氣變換反應(yīng)消耗(或生成)的H2O之外，該過量H2O可通常大多未反應(yīng)地通過。陽極輸出中的CO2濃度也可寬范圍地變化，如大約20體積％至大約50體積％CO2。生成的電流量以及陽極輸入流中的CO2量都可影響CO2量。另外或或者，根據(jù)陽極中的燃料利用率，陽極輸出中的H2量可以為大約10體積％H2至大約50體積％H2。在陽極輸出中，CO量可以為大約5體積％至大約20體積％。要指出，對于給定燃料電池，陽極輸出中的相對于H2量的CO量可部分取決于在燃料電池中存在的溫度和壓力下的水煤氣變換反應(yīng)的平衡常數(shù)。另外或或者，陽極輸出還可包括5體積％或更少的多種其它組分，如N2、CH4(或其它未反應(yīng)的含碳燃料)和/或其它組分。任選地，如果需要，可在陽極輸出后包括一個(gè)或多個(gè)水煤氣變換反應(yīng)段以將陽極輸出中的CO和H2O轉(zhuǎn)化成CO2和H2?？梢岳缤ㄟ^在較低溫度下使用水煤氣變換反應(yīng)器將陽極輸出中存在的H2O和CO轉(zhuǎn)化成H2和CO2來提高陽極輸出中存在的H2量?；蛘?，可以提高溫度并可以逆轉(zhuǎn)水煤氣變換反應(yīng)，以由H2和CO2產(chǎn)生更多CO和H2O。水是在陽極處發(fā)生的反應(yīng)的預(yù)期輸出，因此陽極輸出可通常具有與陽極輸出中存在的CO量相比過量的H2O?；蛘撸梢栽陉枠O出口后但在水煤氣變換反應(yīng)前將H2O添加到料流中。由于在重整過程中的不完全碳轉(zhuǎn)化和/或由于在重整條件或在陽極反應(yīng)過程中存在的條件下H2O、CO、H2和CO2之間的平衡反應(yīng)平衡(即水煤氣變換平衡)，在陽極輸出中可存在CO。水煤氣變換反應(yīng)器可以在以CO和H2O為代價(jià)進(jìn)一步朝形成CO2和H2的方向驅(qū)動(dòng)該平衡的條件下運(yùn)行。較高溫度可有利于形成CO和H2O。因此，運(yùn)行水煤氣變換反應(yīng)器的一個(gè)選項(xiàng)可以是在合適的溫度，例如大約190℃至大約210℃下使陽極輸出料流暴露在合適的催化劑，如包括鐵氧化物、氧化鋅、銅/氧化鋅等的催化劑下。水煤氣變換反應(yīng)器任選可包括用于降低陽極輸出料流中的CO濃度的兩個(gè)段，其中第一較高溫度段在至少大約300℃至大約375℃的溫度下運(yùn)行，第二較低溫度段在大約225℃或更低，如大約180℃至大約210℃的溫度下運(yùn)行。除了提高陽極輸出中存在的H2量外，另外或或者，水煤氣變換反應(yīng)可以以CO為代價(jià)提高CO2量。這可以將難除去的一氧化碳(CO)換成二氧化碳，二氧化碳可更容易地通過冷凝(例如低溫脫除)、化學(xué)反應(yīng)(如胺脫除)和/或其它CO2脫除法除去。另外或或者，可能希望提高陽極排氣中存在的CO含量以實(shí)現(xiàn)所需H2/CO比。在經(jīng)過任選水煤氣變換反應(yīng)段后，可以使陽極輸出經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)分離段以從陽極輸出料流中除去水和/或CO2。例如，可通過獨(dú)立或組合地使用一種或多種方法對陽極輸出進(jìn)行CO2分離來形成一個(gè)或多個(gè)CO2輸出料流。這些方法可用于生成具有90體積％或更高，如至少95％體積％CO2或至少98體積％CO2的CO2含量的CO2輸出料流。這些方法可回收陽極輸出的CO2含量的大約至少70％，如陽極輸出的CO2含量的至少大約80％，或至少大約90％?；蛘撸谝恍┓矫嬷锌赡芟Ｍ厥贞枠O輸出料流內(nèi)的僅一部分CO2，回收的CO2部分為陽極輸出中的CO2的大約33％至大約90％，如至少大約40％，或至少大約50％。例如，可能希望使一些CO2留在陽極輸出料流中以在隨后的水煤氣變換段中實(shí)現(xiàn)所需組成。合適的分離方法可包括使用物理溶劑(例如，SelexolTM或RectisolTM)；胺或其它堿(例如，MEA或MDEA)；制冷(例如，深冷分離)；變壓吸附；真空變壓吸附；和它們的組合。深冷CO2分離器可以是合適的分離器的一個(gè)實(shí)例。隨著將陽極輸出冷卻，陽極輸出中的大部分水可作為冷凝(液)相分離出。貧水陽極輸出料流的進(jìn)一步冷卻和/或加壓可隨后分離高純CO2，因?yàn)殛枠O輸出料流中的其它剩余組分(如H2、N2、CH4)不容易形成冷凝相。根據(jù)運(yùn)行條件，深冷CO2分離器可回收料流中存在的CO2的大約33％至大約90％。從陽極排氣中除水以形成一個(gè)或多個(gè)水輸出料流也是有益的，無論這是在進(jìn)行CO2分離之前、之中還是之后。陽極輸出中的水量可隨所選運(yùn)行條件而變。例如，在陽極入口建立的汽/碳比可影響陽極排氣中的水含量，高汽/碳比通常導(dǎo)致大量的水，其可以未反應(yīng)地通過陽極和/或僅由于陽極中的水煤氣變換平衡而反應(yīng)。根據(jù)該方面，陽極排氣中的水含量可相當(dāng)于陽極排氣中的體積的多達(dá)大約30％或更大。另外或或者，水含量可以為陽極排氣的體積的大約80％或更小。盡管可通過壓縮和/或冷卻及隨之冷凝除去這樣的水，但該水的脫除可需要額外的壓縮機(jī)功率和/或熱交換表面積和過量的冷卻水。除去一部分這種過量水的一種有益方式可基于使用吸附劑床，其可從濕陽極流出物中捕獲水分，然后可使用干燥的陽極進(jìn)料氣“再生”，以向陽極進(jìn)料提供額外的水。HVAC-型(加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié))吸附輪設(shè)計(jì)是適用的，因?yàn)殛枠O排氣和入口可在壓力上類似，且從一個(gè)料流到另一料流的輕微泄漏可對整個(gè)工藝的影響極小。在使用深冷法進(jìn)行CO2脫除的實(shí)施方案中，在CO2脫除之前或之中除水可能是合意的，包括通過三乙二醇(TEG)系統(tǒng)和/或干燥劑除水。相反，如果使用胺洗除去CO2，則可以在CO2脫除段下游從陽極排氣中除水。代替或除了CO2輸出料流和/或水輸出料流外，陽極輸出還可用于形成一個(gè)或多個(gè)含有所需化學(xué)或燃料產(chǎn)物的產(chǎn)物料流。這樣的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)物料流可相當(dāng)于合成氣料流、氫氣料流或合成氣產(chǎn)物和氫氣產(chǎn)物料流。例如，可形成含有至少大約70體積％H2，如至少大約90體積％H2或至少大約95體積％H2的氫氣產(chǎn)物料流。另外或或者，可形成含有總共至少大約70體積％的H2和CO，如至少大約90體積％的H2和CO的合成氣料流。所述一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)物料流可具有相當(dāng)于陽極輸出中的總H2和CO氣體體積的至少大約75％，如總H2和CO氣體體積的至少大約85％或至少大約90％的氣體體積。要指出，基于利用水煤氣變換反應(yīng)段在產(chǎn)物之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物料流中H2和CO的相對量可能不同于陽極輸出中的H2/CO比。在一些方面中，可能希望除去或分離陽極輸出中存在的一部分H2。例如，在一些方面中陽極排氣中的H2/CO比可以為至少大約3.0:1。相反，利用合成氣的工藝，如費(fèi)托合成可以以不同比率，如接近2:1的比率消耗H2和CO。一個(gè)備選方案可以是利用水煤氣變換反應(yīng)改變陽極輸出的含量以具有更接近所需合成氣組成的H2/CO比。另一備選方案可以是利用膜分離除去陽極輸出中存在的一部分H2以實(shí)現(xiàn)所需H2/CO比，或使用膜分離和水煤氣變換反應(yīng)的組合。利用膜分離除去陽極輸出中的僅一部分H2的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以在相對溫和條件下進(jìn)行所需分離。由于一個(gè)目標(biāo)可以是產(chǎn)生仍具有顯著H2含量的滲余物，可通過膜分離生成高純氫的滲透物而不需要苛刻的條件。例如，不是在膜滲透物側(cè)上具有大約100kPaa或更低(如環(huán)境壓力)的壓力，而是滲透物側(cè)可以在比環(huán)境壓力高的壓力下，同時(shí)仍具有足以進(jìn)行膜分離的驅(qū)動(dòng)力。另外或或者，可以使用吹掃氣體如甲烷提供膜分離的驅(qū)動(dòng)力。這可降低H2滲透物料流的純度，但取決于該滲透物料流的所需用途，可能是有利的。在本發(fā)明的各種方面中，至少一部分陽極排氣料流(優(yōu)選在分離CO2和/或H2O后)可用作燃料電池和相關(guān)重整段外的工藝的進(jìn)料。在各種方面中，陽極排氣可具有大約1.5:1至大約10:1，如至少大約3.0:1，或至少大約4.0:1，或至少大約5.0:1的H2/CO比。可以由陽極排氣生成或取出合成氣料流。陽極排氣，任選在分離CO2和/或H2O之后和任選在進(jìn)行水煤氣變換反應(yīng)和/或膜分離以除去過量氫氣之后，可相當(dāng)于含有相當(dāng)一部分H2和/或CO的料流。對于具有相對低CO含量的料流，如H2/CO比為至少大約3:1的料流，該陽極排氣可適合用作H2進(jìn)料?？色@益于H2進(jìn)料的工藝的實(shí)例可包括，但不限于，煉油廠工藝、氨合成裝置或(不同)發(fā)電系統(tǒng)中的渦輪機(jī)、或其組合。根據(jù)應(yīng)用，更低的CO2含量可能是合意的。對于具有小于大約2.2比1和大于大約1.9比1的H2/CO比的料流，該料流適合用作合成氣進(jìn)料?？色@益于合成氣進(jìn)料的工藝的實(shí)例可包括，但不限于，氣至液裝置(如使用借助非變換催化劑的費(fèi)托法的裝置)和/或甲醇合成裝置。用作外部工藝的進(jìn)料的陽極排氣的量可以是任何方便的量。任選地，當(dāng)使用一部分陽極排氣作為外部工藝的進(jìn)料時(shí)，第二部分的陽極排氣可再循環(huán)到陽極輸入和/或再循環(huán)到燃燒供能發(fā)電機(jī)的燃燒區(qū)。用于不同類型的費(fèi)托合成工藝的輸入料流可提供適合由陽極輸出生成的不同類型的產(chǎn)物料流的實(shí)例。對于使用變換催化劑，如鐵基催化劑的費(fèi)托合成反應(yīng)系統(tǒng)，該反應(yīng)系統(tǒng)的所需輸入料流除H2和CO外還可包括CO2。如果在輸入料流中不存在足量的CO2，具有水煤氣變換活性的費(fèi)托催化劑可消耗CO以生成額外的CO2，導(dǎo)致可能CO不足的合成氣。為了將這種費(fèi)托工藝與MCFC燃料電池集成，可以運(yùn)行陽極輸出的分離段以保持合成氣產(chǎn)物中的所需CO2(和任選H2O)量。相反，對基于非變換催化劑的費(fèi)托催化劑，產(chǎn)物料流中存在的任何CO2可充當(dāng)費(fèi)托反應(yīng)系統(tǒng)中的惰性組分。在用吹掃氣體，如甲烷吹掃氣體吹掃膜的方面中，甲烷吹掃氣體可相當(dāng)于用作陽極燃料或用于不同的低壓工藝，如鍋爐、爐、燃?xì)廨啓C(jī)或其它燃料消耗裝置的甲烷料流。在這一方面中，低水平CO2滲透過膜可具有極小后果?？蓾B透過膜的這種CO2對陽極內(nèi)的反應(yīng)具有極小影響，并且這種CO2可保留在陽極產(chǎn)物中。因此，由于滲透而跨膜損失的CO2(如果有的話)不需要再傳送通過MCFC電解質(zhì)。這可以顯著降低對透氫膜的分離選擇性要求。這可允許例如使用具有較低選擇性的較高滲透性膜，其可使使用較低壓力和/或降低的膜表面積成為可能。在本發(fā)明的這一方面中，吹掃氣體的體積可以為陽極排氣中的氫氣體積的大倍數(shù)，這能使?jié)B透物側(cè)上的有效氫濃度保持接近0。由此分離的氫氣可并入渦輪機(jī)的進(jìn)料甲烷中，在此其可以如上所述增強(qiáng)渦輪機(jī)燃燒特征。要指出，在陽極中生成的過量H2可代表已分離出溫室氣體的燃料。陽極輸出中的任何CO2可容易地從陽極輸出中分離，如通過使用胺洗、深冷CO2分離器和/或變壓或真空變壓吸附法。陽極輸出的幾種組分(H2、CO、CH4)不容易除去，而CO2和H2O可通常容易除去。根據(jù)該實(shí)施方案，可以分離出陽極輸出中的CO2的至少大約90體積％，形成相對高純的CO2輸出料流。因此，可以有效分離出在陽極中生成的任何CO2以形成高純CO2輸出料流。在分離后，陽極輸出的剩余部分可主要相當(dāng)于具有化學(xué)和/或燃料價(jià)值的組分以及降低量的CO2和/或H2O。由于由原始燃料(在重整前)生成的相當(dāng)一部分CO2可已被分離出，所以可以降低由剩余部分的陽極輸出的隨后燃燒生成的CO2量。特別地，在剩余部分的陽極輸出中的燃料是H2的程度上，通常不能由這種燃料的燃燒形成額外的溫室氣體。可以對陽極排氣施以各種氣體加工選擇，包括水煤氣變換和各組分的互相分離。兩種一般的陽極加工方案顯示在圖1和2中。圖1示意性顯示與化學(xué)合成工藝聯(lián)合運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池的燃料電池陣列的反應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。在圖1中，向與燃料電池120(如作為燃料電池陣列中的燃料電池堆的一部分的燃料電池)的陽極127相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)重整段110提供燃料料流105。與燃料電池120相關(guān)的重整段110可以在燃料電池組件內(nèi)。在一些任選方面中，也可以使用外部重整段(未顯示)在將輸入料流送入燃料電池組件之前重整輸入料流中的一部分可重整燃料。燃料料流105可優(yōu)選包括可重整燃料，如甲烷、其它烴和/或其它類烴化合物，如含有碳-氫鍵的有機(jī)化合物。燃料料流105還可任選含有H2和/或CO，如由任選的陽極再循環(huán)料流185提供的H2和/或CO。要指出，陽極再循環(huán)料流185是任選的，并且在許多方面中沒有直接或通過與燃料料流105或重整燃料料流115結(jié)合而間接從陽極排氣125回到陽極127的再循環(huán)料流。在重整后，可以將重整燃料料流115送入燃料電池120的陽極127。也可以將含CO2和O2的料流119送入陰極129。來自燃料電池的陰極部分129的碳酸根離子流122CO32-可提供陽極燃料電池反應(yīng)所需的其余反應(yīng)物。基于陽極127中的反應(yīng)，所得陽極排氣125可包括H2O、CO2、相當(dāng)于不完全反應(yīng)的燃料的一種或多種組分(H2、CO、CH4或與可重整燃料對應(yīng)的其它組分)和任選一種或多種額外非反應(yīng)性組分，如N2和/或其它污染物，其是燃料料流105的一部分。然后可以將陽極排氣125送入一個(gè)或多個(gè)分離段。例如，CO2脫除段140可相當(dāng)于深冷CO2脫除系統(tǒng)、用于除去酸性氣體如CO2的胺洗段或用于從陽極排氣中分離CO2輸出料流143的另一合適類型的CO2分離段。任選地，陽極排氣可首先經(jīng)過水煤氣變換反應(yīng)器130以將陽極排氣中存在的任何CO(與一些H2O一起)轉(zhuǎn)化成任選水煤氣變換的陽極排氣135中的CO2和H2。根據(jù)CO2脫除段的性質(zhì)，水冷凝或脫除段150可能是合意的以從陽極排氣中除去水輸出料流153。盡管在圖1中顯示的是在CO2分離段140之后，但其可任選位于CO2分離段140之前。另外，可以使用用于分離H2的任選膜分離段160生成H2的高純滲透物料流163。所得滲余物料流166可隨后用作化學(xué)合成工藝的進(jìn)料。另外或或者，料流166可以在第二水煤氣變換反應(yīng)器131中變換以將H2、CO和CO2含量調(diào)節(jié)至不同比率，以產(chǎn)生進(jìn)一步用于化學(xué)合成工藝的輸出料流168。在圖1中，據(jù)顯示從滲余物料流166中取出陽極再循環(huán)料流185，但另外或或者，可以從各種分離段中或之間的其它方便的位置取出陽極再循環(huán)料流185。另外或或者，分離段和變換反應(yīng)器可以以不同次序和/或以并聯(lián)構(gòu)造配置。最后，可作為陰極129的輸出生成具有降低的CO2含量的料流139。為簡單起見，沒有顯示在該方法中可能有用的各種壓縮和供熱/除熱段以及蒸汽添加或脫除段。如上所述，對陽極排氣進(jìn)行的各種類型的分離可以以任何方便的順序進(jìn)行。圖2顯示對陽極排氣進(jìn)行分離的另一順序的實(shí)例。在圖2中，可以首先將陽極排氣125送入分離段260以從陽極排氣125中除去一部分263氫氣含量。這能夠例如降低陽極排氣的H2含量以提供具有接近2:1的H2/CO比的滲余物266。然后可以在水煤氣變換段230中進(jìn)一步調(diào)節(jié)H2/CO比以實(shí)現(xiàn)所需值。水煤氣變換的輸出物235然后可經(jīng)過CO2分離段240和除水段250以產(chǎn)生適合用作所需化學(xué)合成工藝的進(jìn)料的輸出料流275。任選可以對輸出料流275施以附加水煤氣變換段(未顯示)。一部分輸出料流275可任選再循環(huán)(未顯示)到陽極輸入。當(dāng)然，基于具有所需組成的陽極輸出，可以利用分離段的其它組合和排序來生成料流。為簡單起見，沒有顯示在該方法中可能有用的各種壓縮和供熱/除熱段以及蒸汽添加或脫除段。陰極輸入和輸出傳統(tǒng)上，可基于在消耗送往陽極的燃料料流中的一部分燃料的同時(shí)提取所需荷載來運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池。然后可通過該荷載、陽極的燃料輸入、向陰極提供的空氣和CO2及燃料電池的內(nèi)電阻確定燃料電池的電壓。送往陰極的CO2傳統(tǒng)上可部分地通過使用陽極排氣作為至少一部分陰極輸入料流來提供。相反，本發(fā)明可以對陽極輸入和陰極輸入使用分開/不同的來源。通過消除陽極輸入流和陰極輸入流的組成之間的任何直接聯(lián)系，可提供用于運(yùn)行燃料電池的附加選項(xiàng)，以例如生成過量合成氣、以改進(jìn)二氧化碳捕集和/或以改進(jìn)燃料電池的總效率(電+化學(xué)動(dòng)力)等。在熔融碳酸鹽燃料電池中，碳酸根離子傳輸通過燃料電池中的電解質(zhì)可提供從第一流動(dòng)路徑向第二流動(dòng)路徑傳輸CO2的方法，其中該傳輸方法可允許從較低濃度(陰極)向較高濃度(陽極)傳輸，這可因此有利于捕集CO2。燃料電池對CO2分離的選擇性部分可基于能使電池生成電力的電化學(xué)反應(yīng)。對于有效地不參與燃料電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)的非反應(yīng)性物類(如N2)，可以存在不明顯的反應(yīng)量和從陰極到陽極的傳輸。相反，陰極和陽極之間的電位(電壓)差可提供將碳酸根離子傳輸通過燃料電池的強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力。因此，熔融碳酸鹽燃料電池中的碳酸根離子的傳輸可允許以相對高的選擇性從陰極(較低CO2濃度)向陽極(較高CO2濃度)傳輸CO2。但是，使用熔融碳酸鹽燃料電池脫除二氧化碳的一個(gè)挑戰(zhàn)可能在于，該燃料電池具有有限的從相對稀的陰極進(jìn)料中除去二氧化碳的能力。隨著CO2濃度下降到大約2.0體積％以下，由碳酸鹽燃料電池生成的電壓和/或功率開始快速降低。隨著CO2濃度進(jìn)一步降低，例如降到大約1.0體積％以下，在某一時(shí)刻，跨過燃料電池的電壓變得足夠低以致幾乎或完全不能發(fā)生碳酸根的進(jìn)一步傳輸且燃料電池停止工作。因此，在商業(yè)可行的運(yùn)行條件下來自燃料電池的陰極段的排氣中可能存在至少一些CO2。可基于陰極入口源的CO2含量確定送往燃料電池陰極的二氧化碳量。適合用作陰極輸入料流的含CO2料流的一個(gè)實(shí)例可以是來自燃燒源的輸出或排氣流。燃燒源的實(shí)例包括，但不限于，基于天然氣的燃燒、煤的燃燒和/或其它烴型燃料(包括生物衍生燃料)的燃燒的來源。另外或替代的來源可包括其它類型的鍋爐、火焰加熱器、爐和/或燃燒含碳燃料以加熱另一物質(zhì)(如水或空氣)的其它類型的裝置。大致上，來自燃燒源的輸出流的CO2含量可以為該流的次要部分。甚至對較高CO2含量的排氣流，如來自燃煤燃燒源的輸出流而言，來自大多數(shù)商業(yè)燃煤發(fā)電廠的CO2含量可以為大約15體積％或更低。更通常，來自燃燒源的輸出或排氣流的CO2含量可以為至少大約1.5體積％，或至少大約1.6體積％，或至少大約1.7體積％，或至少大約1.8體積％，或至少大約1.9體積％，或至少大于2體積％，或至少大約4體積％，或至少大約5體積％，或至少大約6體積％，或至少大約8體積％。另外或或者，來自燃燒源的輸出或排氣流的CO2含量可以為大約20體積％或更低，如大約15體積％或更低，或大約12體積％或更低，或大約10體積％或更低，或大約9體積％或更低，或大約8體積％或更低，或大約7體積％或更低，或大約6.5體積％或更低，或大約6體積％或更低，或大約5.5體積％或更低，或大約5體積％或更低，或大約4.5體積％或更低。上文給出的濃度是基于干燥基礎(chǔ)。要指出，在來自一些天然氣或甲烷燃燒源(如作為可能包括或不包括排氣再循環(huán)回路的發(fā)電系統(tǒng)的一部分的發(fā)電機(jī))的排氣中可存在更低的CO2含量值。另外或或者，陰極輸入料流的其它可能的來源可包括生物制CO2的來源。這可包括例如，在生物衍生化合物的加工過程中生成的CO2，如在乙醇生產(chǎn)過程中生成的CO2。一個(gè)附加或替代的實(shí)例可包括通過生物制燃料的燃燒，如木質(zhì)纖維素的燃燒生成的CO2。另一些附加或替代的可能CO2來源可相當(dāng)于來自各種工業(yè)工藝的輸出或排氣流，如由鋼、水泥和/或紙的制造裝置生成的含CO2料流。另一附加或替代的可能CO2來源可以是來自燃料電池的含CO2料流。來自燃料電池的含CO2料流可相當(dāng)于來自不同燃料電池的陰極輸出料流、來自不同燃料電池的陽極輸出料流、從燃料電池的陰極輸出到陰極輸入的再循環(huán)料流和/或從燃料電池的陽極輸出到陰極輸入的再循環(huán)料流。例如，在傳統(tǒng)條件下以獨(dú)立模式運(yùn)行的MCFC可生成具有至少大約5體積％的CO2濃度的陰極排氣。這樣的含CO2的陰極排氣可用作根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面運(yùn)行的MCFC的陰極輸入。更通常，可以另外或替代性地使用產(chǎn)生來自陰極排氣的CO2輸出的其它類型的燃料電池，以及不是由“燃燒”反應(yīng)和/或燃燒供能發(fā)電機(jī)生成的其它類型的含CO2料流。任選但優(yōu)選地，來自另一燃料電池的含CO2料流可來自另一熔融碳酸鹽燃料電池。例如，對于就陰極而言串聯(lián)的熔融碳酸鹽燃料電池，來自第一熔融碳酸鹽燃料電池的陰極的輸出可用作第二熔融碳酸鹽燃料電池的陰極的輸入。對于來自燃燒源以外的來源的各種類型的含CO2料流，該料流的CO2含量可寬范圍地變化。陰極輸入料流的CO2含量可含有至少大約2體積％的CO2，如至少大約4體積％，或至少大約5體積％，或至少大約6體積％，或至少大約8體積％。另外或或者，陰極輸入料流的CO2含量可以為大約30體積％或更低，如大約25體積％或更低，或大約20體積％或更低，或大約15體積％或更低，或大約10體積％或更低，或大約8體積％或更低，或大約6體積％或更低，或大約4體積％或更低。對于一些更高CO2含量的料流，CO2含量可高于大約30體積％，如僅含附帶量的其它化合物的基本由CO2構(gòu)成的料流。例如，無排氣再循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)可產(chǎn)生具有大約4.2體積％的CO2含量的排氣料流。在EGR下，燃?xì)廨啓C(jī)可產(chǎn)生具有大約6-8體積％的CO2含量的排氣料流。甲烷的化學(xué)計(jì)量燃燒可產(chǎn)生具有大約11體積％的CO2含量的排氣料流。煤的燃燒可產(chǎn)生具有大約15–20體積％的CO2含量的排氣料流。使用煉油廠廢氣的火焰加熱器可產(chǎn)生具有大約12–15體積％的CO2含量的排氣料流。無任何EGR的用低BTU氣體運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)可產(chǎn)生具有～12體積％的CO2含量的排氣料流。除CO2外，陰極輸入料流還必須包括O2以提供陰極反應(yīng)所必需的組分。一些陰極輸入料流可基于以空氣作為組分。例如，可通過在空氣存在下燃燒烴燃料形成燃燒排氣料流。這種燃燒排氣料流或由于加入空氣而具有氧含量的另一類型的陰極輸入料流可具有大約20體積％或更低，如大約15體積％或更低，或大約10體積％或更低的氧含量。另外或或者，陰極輸入料流的氧含量可以為至少大約4體積％，如至少大約6體積％，或至少大約8體積％。更通常，陰極輸入料流可具有適用于進(jìn)行陰極反應(yīng)的氧含量。在一些方面中，這可相當(dāng)于大約5體積％至大約15體積％，如大約7體積％至大約9體積％的氧含量。對于許多類型的陰極輸入料流，CO2和O2的總量可相當(dāng)于輸入料流的小于大約21體積％，如該料流的小于大約15體積％或該料流的小于大約10體積％?？梢詫⒑蹩諝饬狭髋c具有低氧含量的CO2源合并。例如，通過燃煤生成的排氣料流可包括低氧含量，其可以與空氣混合形成陰極入口料流。除CO2和O2外，陰極輸入料流還可以由惰性/非反應(yīng)性物類，如N2、H2O和其它典型的氧化劑(空氣)組分構(gòu)成。例如，對于衍生自燃燒反應(yīng)排氣的陰極輸入，如果使用空氣作為用于燃燒反應(yīng)的氧化劑來源的一部分，排氣可包括空氣的典型組分，如N2、H2O和存在于空氣中的次要量的其它化合物。根據(jù)用于燃燒反應(yīng)的燃料源的性質(zhì)，基于燃料源的燃燒之后存在的附加物類可包括H2O、氮氧化物(NOx)和/或硫氧化物(SOx)和存在于燃料中和/或作為燃料中存在的化合物的部分或完全燃燒產(chǎn)物的其它化合物如CO中的一種或多種。這些物類可以以不毒化陰極催化劑表面的量存在，盡管它們可能降低總陰極活性。這樣的性能降低可能是可接受的，或可通過已知的污染物脫除技術(shù)將與陰極催化劑相互作用的物類減至可接受的水平。陰極輸入料流(如基于燃燒排氣的陰極輸入料流)中存在的O2量可有利地足以提供燃料電池中的陰極反應(yīng)所需的氧。因此，O2的體積百分比可以有利地為該排氣中的CO2量的至少0.5倍。任選地，如果必要，可以向陰極輸入中追加空氣以向陰極反應(yīng)提供足夠的氧化劑。當(dāng)使用某種形式的空氣作為氧化劑時(shí)，陰極排氣中的N2量可以為至少大約78體積％，例如至少大約88體積％，和/或大約95體積％或更低。在一些方面中，陰極輸入料流可另外或替代性地含有通常被視為污染物的化合物，如H2S或NH3。在另一些方面中，可以凈化陰極輸入料流以將此類污染物的含量降低或降至最低。除用于形成傳輸通過電解質(zhì)的碳酸根離子的反應(yīng)外，陰極中的條件也可適用于將氮氧化物轉(zhuǎn)化成硝酸鹽和/或硝酸根離子。為方便起見，下面僅提到硝酸根離子。所得硝酸根離子也可傳輸通過電解質(zhì)以用于陽極中的反應(yīng)。陰極輸入料流中的NOx濃度通?？梢詾閜pm級(jí)，因此這種硝酸根傳輸反應(yīng)可對傳輸通過電解質(zhì)的碳酸根的量具有極小影響。但是，這種NOx脫除法對于基于來自燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒排氣的陰極輸入料流而言可能是有益的，因?yàn)檫@可提供降低NOx排放的機(jī)制。另外或或者，陰極中的條件可適用于將未燃烴(與陰極輸入料流中的O2結(jié)合)轉(zhuǎn)化成典型燃燒產(chǎn)物，如CO2和H2O。適用于運(yùn)行MCFC的溫度可以為大約450℃至大約750℃，如至少大約500℃，例如具有大約550℃的入口溫度和大約625℃的出口溫度。在進(jìn)入陰極之前，如果需要，可以向燃燒排氣加熱或從燃燒排氣中除熱，以例如向其它工藝(如陽極的燃料輸入的重整)供熱。例如，如果陰極輸入料流的來源是燃燒排氣料流，則該燃燒排氣料流的溫度可大于陰極入口的所需溫度。在這一方面中，可以在用作陰極輸入料流之前從燃燒排氣中除熱?；蛘?，該燃燒排氣可以在極低溫度下，例如在燃煤鍋爐上的濕氣體洗滌器后，在這種情況下該燃燒排氣可低于大約100℃?；蛘?，該燃燒排氣可來自以聯(lián)合循環(huán)模式運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)的排氣，其中可通過生成蒸汽以運(yùn)行蒸汽輪機(jī)以額外發(fā)電來冷卻該氣體。在這種情況下，該氣體可低于大約50℃?？梢韵虮阮A(yù)期冷的燃燒排氣中加入熱。燃料電池布置在各種方面中，燃料電池(如含有多個(gè)燃料電池堆的燃料電池陣列)的一個(gè)配置選項(xiàng)可以是在多個(gè)燃料電池之間分配含CO2料流。相對于單燃料電池的容量，含CO2料流的一些類型的來源可生成大體積流速。例如，相對于具有合理尺寸的單MCFC的合意運(yùn)行條件，來自工業(yè)燃燒源的含CO2輸出料流通常可相當(dāng)于大流量體積。代替在單MCFC中加工整個(gè)流，可以將該流在多個(gè)MCFC單元之間分配，其中至少一些通?？梢圆⒙?lián)，使得各單元中的流速在所需流速范圍內(nèi)。第二配置選項(xiàng)可以是利用串聯(lián)的燃料電池以從流動(dòng)料流中相繼除去CO2。無論含CO2料流可并聯(lián)分配到的初始燃料電池?cái)?shù)是多少，各初始燃料電池后可以是串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)額外電池以進(jìn)一步除去額外的CO2。如果陰極輸出中的CO2所需量足夠低，則嘗試在單燃料電池或燃料電池段中從陰極輸入料流中除去CO2至所需水平可造成燃料電池的低和/或不可預(yù)測的電壓輸出。不同于嘗試在單燃料電池或燃料電池段中除去CO2至所需水平，可以在連續(xù)的電池中除去CO2直至可實(shí)現(xiàn)所需水平。例如，一連串燃料電池中的各電池可用于除去燃料料流中存在的一定百分比(例如大約50％)的CO2。在這種實(shí)例中，如果串聯(lián)使用三個(gè)燃料電池，則可以降低CO2濃度(例如至原始存在量的大約15％或更低，這可相當(dāng)于經(jīng)串聯(lián)的三個(gè)燃料電池的進(jìn)程將CO2濃度從大約6％降至大約1％或更低)。在另一配置中，可以在串聯(lián)的較早燃料段中選擇運(yùn)行條件以提供所需輸出電壓，同時(shí)可以選擇各段的陣列以實(shí)現(xiàn)所需碳分離水平。例如，可以使用具有串聯(lián)的三個(gè)燃料電池的燃料電池陣列。串聯(lián)的前兩個(gè)燃料電池可用于除去CO2，同時(shí)保持所需輸出電壓。然后可以運(yùn)行最后一個(gè)燃料電池以除去CO2至所需濃度，但在較低電壓下。在再一配置中，燃料電池陣列中的陽極和陰極可單獨(dú)連接。例如，如果燃料電池陣列包括串聯(lián)連接的燃料陰極，則相應(yīng)的陽極可以以任何方便的方式連接，例如不必與它們的相應(yīng)陰極相同的布置相匹配。這可包括，例如，并聯(lián)連接陽極，使得各陽極接收相同類型的燃料進(jìn)料，和/或反向串聯(lián)連接陽極，使得陽極中的最高燃料濃度可對應(yīng)于具有最低CO2濃度的那些陰極。在又一配置中，可以控制送往一個(gè)或多個(gè)陽極段的燃料量和/或送往一個(gè)或多個(gè)陰極段的CO2量以改進(jìn)燃料電池陣列的性能。例如，燃料電池陣列可具有串聯(lián)連接的多個(gè)陰極段。在包括串聯(lián)的三個(gè)陰極段的陣列中，這可意味著來自第一陰極段的輸出可相當(dāng)于第二陰極段的輸入，來自第二陰極段的輸出可相當(dāng)于第三陰極段的輸入。在這種類型的配置中，CO2濃度可隨各相繼陰極段降低。為了補(bǔ)償這種降低的CO2濃度，可以向與后繼陰極段對應(yīng)的陽極段輸送附加的氫氣和/或甲烷。與后繼陰極段對應(yīng)的陽極中的附加的氫氣和/或甲烷可至少部分地補(bǔ)償由降低的CO2濃度造成的電壓和/或電流損失，這可提高由燃料電池產(chǎn)生的電壓和因此提高凈功率。在另一實(shí)例中，燃料電池陣列中的陰極可以部分串聯(lián)和部分并聯(lián)地連接。在這種類型的實(shí)例中，代替將整個(gè)燃燒輸出送入第一陰極段中的陰極，可以將至少一部分燃燒排氣送入后繼陰極段。這可以在后繼陰極段中提供提高的CO2含量。如果需要，可以使用向陽極段或陰極段送入可變進(jìn)料的其它選項(xiàng)。如上所述，燃料電池的陰極可相當(dāng)于來自燃料電池陣列的多個(gè)陰極。在一些方面中，可以運(yùn)行燃料電池陣列以使從陰極向陽極傳送的碳量改進(jìn)或最大化。在這樣的方面中，對于來自陣列序列(通常至少包括串聯(lián)布置，或最后陰極和最初陰極相同)中的最后陰極的陰極輸出，輸出組成可包括大約2.0體積％或更少的CO2(例如，大約1.5體積％或更少或者大約1.2體積％或更少)和/或至少大約0.5體積％的CO2，或至少大約1.0體積％，或至少大約1.2體積％或至少大約1.5體積％。由于這種限制，使用熔融碳酸鹽燃料電池時(shí)CO2脫除的凈效率可取決于陰極輸入中的CO2量。對于CO2含量大于大約6體積％，如至少大約8％的陰極輸入料流，對可除去的CO2量的限制不嚴(yán)格。但是，對于如燃?xì)廨啓C(jī)中常見的那樣使用天然氣作為燃料和使用過量空氣的燃燒反應(yīng)，燃燒排氣中的CO2量可能僅相當(dāng)于陰極輸入處的CO2濃度的小于大約5體積％。排氣再循環(huán)的使用可以使陰極輸入處的CO2量提高到至少大約5體積％，例如至少大約6體積％。如果使用天然氣作為燃料時(shí)提高EGR以產(chǎn)生超過大約6體積％的CO2濃度，則燃燒器中的可燃性降低且燃?xì)廨啓C(jī)可變得不穩(wěn)定。但是，在將H2添加到燃料中時(shí)，可以顯著提高可燃性窗口，以致能進(jìn)一步提高排氣再循環(huán)的量，從而可實(shí)現(xiàn)陰極輸入處的CO2濃度為至少大約7.5體積％或至少大約8體積％。例如，基于陰極排氣處大約1.5體積％的脫除限，將陰極輸入處的CO2含量從大約5.5體積％提高到大約7.5體積％可相當(dāng)于可用燃料電池捕集并傳輸?shù)疥枠O回路以最終分離CO2的CO2量增加～10％。另外或或者，可以降低陰極輸出中的O2量，其通常為與除去的CO2量成比例的量，這可導(dǎo)致陰極出口處其它(非陰極反應(yīng)性)物類的量的小幅相應(yīng)提高。在另一些方面中，可以運(yùn)行燃料電池陣列以使燃料電池的能量輸出，如總能量輸出、電能輸出、合成氣化學(xué)能量輸出或其組合改進(jìn)或最大化。例如，可以在各種情況中用過量的可重整燃料運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池，如用于生成用于化學(xué)合成裝置的合成氣料流和/或用于生成高純氫氣料流。該合成氣料流和/或氫氣料流可用作合成氣來源、氫氣來源、清潔燃料源和/或用于任何其它方便的應(yīng)用。在這樣的方面中，陰極排氣中的CO2量可以與陰極輸入料流中的CO2量和在所需運(yùn)行條件下的CO2利用率相關(guān)聯(lián)以使燃料電池能量輸出改進(jìn)或最大化。另外或或者，根據(jù)運(yùn)行條件，MCFC可以將陰極排氣料流的CO2含量降至大約5.0體積％或更低，例如大約4.0體積％或更低，或大約2.0體積％或更低，或大約1.5體積％或更低，或大約1.2體積％或更低。另外或或者，陰極排氣料流的CO2含量可以為至少大約0.9體積％，如至少大約1.0體積％，或至少大約1.2體積％，或至少大約1.5體積％。熔融碳酸鹽燃料電池運(yùn)行在一些方面中，可以以單程或一次通過模式運(yùn)行燃料電池。在單程模式中，不將陽極排氣中的重整產(chǎn)物送回陽極入口。因此，在單程運(yùn)行中不將合成氣、氫氣或一些其它產(chǎn)物從陽極輸出直接再循環(huán)到陽極入口。更通常，在單程運(yùn)行中，陽極排氣中的重整產(chǎn)物也不間接送回陽極入口，如通過利用重整產(chǎn)物加工隨后引入陽極入口的燃料料流。任選地，來自陽極出口的CO2可以在MCFC以單程模式運(yùn)行的過程中再循環(huán)到陰極入口。更通常，在另一些方面中，對于以單程模式運(yùn)行的MCFC，可能發(fā)生從陽極出口到陰極入口的再循環(huán)。另外或或者，來自陽極排氣或輸出的熱可以在單程模式中再循環(huán)。例如，陽極輸出料流可通過換熱器，其將陽極輸出冷卻并將另一料流，如陽極和/或陰極的輸入料流加溫。將來自陽極的熱再循環(huán)到燃料電池與在單程或一次通過運(yùn)行中的使用是一致的。任選但不優(yōu)選，在單程模式中可以燃燒陽極輸出的成分以向燃料電池供熱。圖3顯示用于發(fā)電的MCFC的運(yùn)行的一個(gè)示意性實(shí)例。在圖3中，燃料電池的陽極部分可接收燃料和蒸汽(H2O)作為輸入，并輸出水、CO2和任選過量的H2、CH4(或其它烴)和/或CO。燃料電池的陰極部分可接收CO2和一些氧化劑(例如空氣/O2)作為輸入，輸出相當(dāng)于在貧氧氧化劑(空氣)中的降低量的CO2。在燃料電池內(nèi)，在陰極側(cè)形成的CO32-離子可傳輸通過電解質(zhì)以提供在陽極處發(fā)生的反應(yīng)所需的碳酸根離子。在熔融碳酸鹽燃料電池如圖3中所示的示例性燃料電池內(nèi)可發(fā)生若干反應(yīng)。重整反應(yīng)可以是任選的并且如果直接向陽極提供足夠的H2，則可以減少或省掉重整反應(yīng)。下列反應(yīng)基于CH4，但在燃料電池中使用其它燃料時(shí)，可發(fā)生類似反應(yīng)。(1)<陽極重整>CH4+H2O＝>3H2+CO(2)<水煤氣變換>CO+H2O＝>H2+CO2(3)<重整和水煤氣變換的組合>CH4+2H2O＝>4H2+CO2(4)<陽極H2氧化>H2+CO32-＝>H2O+CO2+2e-(5)<陰極>1/2O2+CO2+2e-＝>CO32-反應(yīng)(1)代表基本的烴重整反應(yīng)以生成用于燃料電池的陽極的H2。反應(yīng)(1)中形成的CO可通過水煤氣變換反應(yīng)(2)轉(zhuǎn)化成H2。反應(yīng)(1)和(2)的組合顯示為反應(yīng)(3)。反應(yīng)(1)和(2)可以在燃料電池外進(jìn)行，和/或重整可以在陽極內(nèi)進(jìn)行。分別在陽極和陰極處的反應(yīng)(4)和(5)代表可導(dǎo)致燃料電池內(nèi)的電力發(fā)生的反應(yīng)。反應(yīng)(4)將存在于進(jìn)料中或任選由反應(yīng)(1)和/或(2)生成的H2與碳酸根離子合并以形成H2O、CO2和送往該電路的電子。反應(yīng)(5)使O2、CO2和來自該電路的電子合并以形成碳酸根離子。由反應(yīng)(5)生成的碳酸根離子可傳輸通過燃料電池的電解質(zhì)以提供反應(yīng)(4)所需的碳酸根離子。與碳酸根離子傳輸通過電解質(zhì)相結(jié)合，然后可通過在陽極和陰極之間提供電連接而形成閉合電流回路。在各種實(shí)施方案中，運(yùn)行燃料電池的目標(biāo)可以是改進(jìn)燃料電池的總效率和/或燃料電池+集成化學(xué)合成工藝的總效率。這通常不同于燃料電池的傳統(tǒng)運(yùn)行，其中目標(biāo)可以是對于利用供給電池的燃料發(fā)電以高電效率運(yùn)行燃料電池。如上定義，可通過將燃料電池的電輸出加上燃料電池輸出的低熱值再除以燃料電池的輸入組分的低熱值來確定總?cè)剂想姵匦?。換言之，TFCE＝(LHV(el)+LHV(sgout))/LHV(in)，其中LHV(in)和LHV(sgout)分別是指送往燃料電池的燃料組分(如H2、CH4和/或CO)和陽極出口料流或流中的合成氣(H2、CO和/或CO2)的LHV。這可提供燃料電池和/或集成化學(xué)工藝生成的電能+化學(xué)能的量度。要指出，在總效率的這一定義下，燃料電池內(nèi)使用的和/或集成的燃料電池/化學(xué)合成系統(tǒng)內(nèi)使用的熱能可對總效率有貢獻(xiàn)。但是，該定義不包括從燃料電池或集成的燃料電池/化學(xué)合成系統(tǒng)中交換或以其它方式取出的任何過量熱。因此，如果來自燃料電池的過量熱例如用于生成蒸汽以通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電，則總效率的定義中不包括這樣的過量熱?？梢钥刂埔恍┻\(yùn)行參數(shù)以用過量可重整燃料運(yùn)行燃料電池。一些參數(shù)可類似于目前對燃料電池運(yùn)行推薦的參數(shù)。在一些方面中，燃料電池的陰極條件和溫度輸入可類似于文獻(xiàn)中推薦的那些。例如，可以在熔融碳酸鹽燃料電池典型的燃料電池運(yùn)行溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需電效率和所需總?cè)剂想姵匦?。在典型運(yùn)行中，溫度可跨燃料電池提高。在另一些方面中，燃料電池的運(yùn)行參數(shù)可背離典型條件使得運(yùn)行燃料電池以使溫度從陽極入口到陽極出口和/或從陰極入口到陰極出口降低。例如，將烴轉(zhuǎn)化成H2和CO的重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。如果相對于用于產(chǎn)生電流的氫的氧化量，在燃料電池陽極中進(jìn)行足量重整，則燃料電池中的凈熱平衡可以是吸熱的。這可導(dǎo)致燃料電池的入口與出口之間的溫降。在吸熱運(yùn)行過程中，可以控制燃料電池中的溫度降低以使燃料電池中的電解質(zhì)保持熔融態(tài)?？梢砸耘c當(dāng)前推薦的那些不同的方式控制的參數(shù)可包括向陽極提供的燃料量、向陽極提供的燃料的組成、和/或沒有合成氣從陽極排氣顯著再循環(huán)到陽極輸入或陰極輸入的情況下陽極輸出中的合成氣的分離和捕集。在一些方面中，不允許合成氣或氫氣從陽極排氣直接或間接再循環(huán)到陽極輸入或陰極輸入。在附加或替代性的方面中，可發(fā)生有限量的再循環(huán)。在這樣的方面中，從陽極排氣到陽極輸入和/或陰極輸入的再循環(huán)量可小于陽極排氣的大約10體積％，如小于大約5體積％或小于大約1體積％。另外或或者，運(yùn)行燃料電池的目標(biāo)可以是除了發(fā)電外，還從燃燒反應(yīng)或產(chǎn)生CO2輸出料流的另一工藝的輸出料流中分離CO2。在這樣的方面中，燃燒反應(yīng)可用于向一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)或渦輪機(jī)供能，這可提供由綜合發(fā)電機(jī)/燃料電池系統(tǒng)生成的大部分動(dòng)力。不同于運(yùn)行燃料電池以優(yōu)化通過燃料電池發(fā)電，可運(yùn)行該系統(tǒng)以在將捕集二氧化碳所需的燃料電池?cái)?shù)降低或降至最低的同時(shí)改進(jìn)來自燃燒供能發(fā)電機(jī)的二氧化碳的捕集。選擇燃料電池的輸入和輸出流的適當(dāng)配置以及選擇燃料電池的適當(dāng)運(yùn)行條件可實(shí)現(xiàn)總效率和碳捕集的合意組合。在一些實(shí)施方案中，可以布置燃料電池陣列中的燃料電池以便可僅存在單一段的燃料電池(如燃料電池堆)。在該類型的實(shí)施方案中，該單一段的陽極燃料利用率可代表該陣列的陽極燃料利用率。另一選項(xiàng)可以是燃料電池陣列可含有多個(gè)陽極段和多個(gè)陰極段，其中各陽極段具有在相同范圍內(nèi)的燃料利用率，如各陽極段具有在規(guī)定值的10％以內(nèi)，例如在規(guī)定值的5％以內(nèi)的燃料利用率。再一選項(xiàng)可以是各陽極段可具有的燃料利用率等于規(guī)定值或比規(guī)定值低小于一定量，如各陽極段等于規(guī)定值或者比規(guī)定值低10％或更低，例如5％或更低。作為一個(gè)示例性實(shí)例，具有多個(gè)陽極段的燃料電池陣列可以使各陽極段在50％燃料利用率的大約10％以內(nèi)，這相當(dāng)于各陽極段具有大約40％至大約60％的燃料利用率。作為另一實(shí)例，具有多個(gè)段的燃料電池陣列可以使各陽極段為不大于60％陽極燃料利用率，最大偏差為小大約5％，這相當(dāng)于各陽極段具有大約55％至大約60％的燃料利用率。在再一實(shí)例中，燃料電池陣列中的一個(gè)或多個(gè)燃料電池段可以以大約30％至大約50％的燃料利用率運(yùn)行，如以大約30％至大約50％的燃料利用率運(yùn)行該陣列中的多個(gè)燃料電池段。更通常，任何上述類型的范圍可以與本文中規(guī)定的任何陽極燃料利用率值配對。另一附加或替代的選項(xiàng)可包括對并非所有陽極段規(guī)定燃料利用率。例如，在本發(fā)明的一些方面中，燃料電池/堆可以至少部分地以一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)布置進(jìn)行布置使得可以對串聯(lián)中的第一陽極段、串聯(lián)中的第二陽極段、串聯(lián)中的最后陽極段或串聯(lián)中的任何其它方便的陽極段規(guī)定陽極燃料利用率。本文所用的串聯(lián)中的“第一”段相當(dāng)于其輸入是直接從燃料源供入的段(或如果該布置也含有并聯(lián)段，則為一組段)，后繼(“第二”、“第三”、“最后”等)段代表向其供入來自一個(gè)或多個(gè)在先段的輸出而非直接來自各自的燃料源的段。在來自在先段的輸出和直接來自燃料源的輸入二者共同供入一個(gè)段的情況下，可以有“第一”(組)段和“最后一”(組)段，但更難在其它段(“第二”、“第三”等)之間建立順序(例如，在這樣的情況下，可通過復(fù)合輸入進(jìn)料組合物中的一種或多種組分如CO2的濃度水平確定序號(hào)順序，從最高濃度“第一”到最低濃度“最后”，以大致類似的組成差異代表相同的定序水平)。再一附加或替代的選項(xiàng)可以是規(guī)定與特定陰極段對應(yīng)的陽極燃料利用率(再次，其中燃料電池/堆仍可以至少部分在一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)布置中布置)。如上所述，基于陽極和陰極內(nèi)的流向，第一陰極段可不對應(yīng)于第一陽極段(可不與第一陽極段跨過相同的燃料電池膜)。因此，在本發(fā)明的一些方面中，可以對串聯(lián)中的第一陰極段、串聯(lián)中的第二陰極段、串聯(lián)中的最后陰極段或串聯(lián)中的任何其它方便的陰極段規(guī)定陽極燃料利用率。又一附加或替代的選項(xiàng)可以是規(guī)定燃料電池陣列中的所有燃料電池的燃料利用率的總平均值。在各種方面中，燃料電池陣列的燃料利用率的總平均值可以為大約65％或更低，例如大約60％或更低，大約55％或更低，大約50％或更低，或大約45％或更低(另外或或者，燃料電池陣列的總平均燃料利用率可以為至少大約25％，例如至少大約30％，至少大約35％，或至少大約40％)。這種平均燃料利用率不需要必須限制任一單段中的燃料利用率，只要該燃料電池陣列符合所需燃料利用率。捕集后的CO2輸出的應(yīng)用在本發(fā)明的各種方面中，上述系統(tǒng)和方法可允許作為加壓流體產(chǎn)生二氧化碳。例如，由深冷分離段生成的CO2最初可相當(dāng)于具有至少大約90％，例如至少大約95％、至少大約97％、至少大約98％或至少大約99％純度的加壓CO2液體。這種加壓CO2料流可例如用于注入井中以進(jìn)一步增強(qiáng)采油或采氣，如在二次采油中。當(dāng)在包含燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)施附近實(shí)施時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)可獲益于電力/機(jī)械動(dòng)力使用中的額外協(xié)同作用和/或與整個(gè)系統(tǒng)的熱集成。或者，對專用于強(qiáng)化采油(EOR)應(yīng)用的系統(tǒng)而言(即未合并在具有嚴(yán)格組成標(biāo)準(zhǔn)的管道系統(tǒng)中)，可以明顯放松CO2分離要求。EOR應(yīng)用可對O2的存在敏感，因此在一些實(shí)施方案中在要用于EOR的CO2料流中可不存在O2。但是，EOR應(yīng)用可傾向于對溶解的CO、H2和/或CH4具有低敏感性。輸送CO2的管道也可能對這些雜質(zhì)敏感。這些溶解的氣體通?？蓪τ糜贓OR的CO2的增溶能力只有微小影響。作為EOR氣體注入CO、H2和/或CH4之類的氣體可導(dǎo)致燃料回收值(fuelvaluerecovery)的一定損失，但這些氣體可能在其它方面與EOR應(yīng)用相容。另外或或者，CO2作為加壓液體的一個(gè)可能的用途是可作為生物工藝如藻類生長/收獲中的營養(yǎng)素。MCFCs用于CO2分離可確保大多數(shù)生物學(xué)上重要的污染物可被降至可接受的低水平，導(dǎo)致具有僅少量不可能明顯不利地影響光合自養(yǎng)生物生長的其它“污染”氣體(如CO、H2、N2等和它們的組合)的含CO2料流。這可與大多數(shù)工業(yè)來源生成的輸出料流形成鮮明對比，大多數(shù)工業(yè)來源生成的輸出料流通?？珊锌赡芨叨拘圆牧希缰亟饘?。在本發(fā)明的這一類型的方面中，在陽極回路中通過CO2的分離生成的CO2料流可用于生產(chǎn)生物燃料和/或化學(xué)品以及它們的前體。再另外或或者，CO2可作為稠密流體生成，以便容易得多地跨距離泵送和運(yùn)輸，例如運(yùn)往光合自養(yǎng)生物的大田(largefields)。傳統(tǒng)排放源可排放含有與其它氣體和污染物混合的適量CO2(例如大約4-15％)的熱氣。這些材料通常需要作為稀薄氣體泵往藻塘或生物燃料“農(nóng)場”。相反，本發(fā)明的MCFC系統(tǒng)可產(chǎn)生濃縮CO2料流(基于干燥基礎(chǔ)，～60-70體積％)，其可以進(jìn)一步濃縮至95％+(例如96％+、97％+、98％+或99％+)并容易地液化。這種料流然后可以以相對低的成本容易并有效地長距離運(yùn)輸并有效地大面積分配。在這些實(shí)施方案中，來自燃燒源/MCFC的余熱也可集成到整個(gè)系統(tǒng)中?？刹捎昧硪粚?shí)施方案，其中CO2源/MCFC和生物/化學(xué)生產(chǎn)現(xiàn)場同處一地。在這種情況下，可能只需要最小壓縮(即提供足以用于生物生產(chǎn)的CO2壓力，例如大約15psig至大約150psig)。在這種情況下可能有幾種新型布置?？扇芜x對陽極排氣施加二次重整以降低CH4含量，并可另外或替代性地任選存在水煤氣變換以驅(qū)使任何剩余CO成為CO2和H2。來自陽極輸出料流和/或陰極輸出料流的組分可用于各種用途。一個(gè)選項(xiàng)可以是如上所述使用陽極輸出作為氫源。對于與煉油廠集成或同處一地的MCFC，氫氣可用作各種煉油廠工藝如加氫處理的氫源。另一選項(xiàng)可以是另外或替代性地使用氫氣作為燃料源，其中已“捕集”來自燃燒的CO2。這樣的氫氣可以在煉油廠或其它工業(yè)設(shè)施中用作鍋爐、爐和/或火焰加熱器的燃料，和/或該氫氣可用作發(fā)電機(jī)如渦輪機(jī)的進(jìn)料。來自MCFC燃料電池的氫氣還可另外或替代性地用作需要?dú)錃庾鳛檩斎氲钠渌愋偷娜剂想姵?可能包括燃料電池供能的車輛)的輸入料流。又一選項(xiàng)可以是另外或替代性地使用作為MCFC燃料電池的輸出生成的合成氣作為發(fā)酵輸入。另一選項(xiàng)可以是另外或替代性地使用由陽極輸出生成的合成氣。當(dāng)然，可以使用合成氣作為燃料，盡管合成氣基燃料在作為燃料燃燒時(shí)仍可導(dǎo)致生成一些CO2。在另一些方面中，合成氣輸出料流可用作化學(xué)合成工藝的輸入。一個(gè)選項(xiàng)可以是另外或替代性地將合成氣用于費(fèi)托型工藝和/或由合成氣輸入形成更大烴分子的另一工藝。另一選項(xiàng)可以是另外或替代性地使用合成氣形成中間產(chǎn)物，如甲醇。甲醇可用作最終產(chǎn)物，但在另一些方面中由合成氣生成的甲醇可用于生成更大化合物，如汽油、烯烴、芳烴和/或其它產(chǎn)物。要指出，在甲醇合成工藝和/或使用變換催化劑的費(fèi)托工藝的合成氣進(jìn)料中，少量CO2是可接受的。加氫甲?；强衫煤铣蓺廨斎氲挠忠缓铣晒に嚨囊粋€(gè)附加或替代的實(shí)例。要指出，對使用MCFC生成合成氣的一個(gè)改變可以是使用MCFC燃料電池作為用于加工海上石油平臺(tái)取出的甲烷和/或天然氣的系統(tǒng)或距其最終市場相當(dāng)遠(yuǎn)的其它生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分。不是嘗試運(yùn)輸來自井的氣相輸出或長期儲(chǔ)存該氣相產(chǎn)物，而是可使用來自井的氣相輸出作為MCFC燃料電池陣列的輸入。這可帶來各種益處。首先，由該燃料電池陣列生成的電力可用作該平臺(tái)的電源。另外，來自該燃料電池陣列的合成氣輸出可用作生產(chǎn)現(xiàn)場的費(fèi)托工藝的輸入。這可形成更容易通過管道、船舶或軌道車從生產(chǎn)現(xiàn)場運(yùn)往例如岸上設(shè)施或更大終端的液烴產(chǎn)物。另一些集成選項(xiàng)可以另外或替代性地包括使用陰極輸出作為更高純度的經(jīng)加熱氮?dú)獾膩碓?。陰極輸入通常可包括一大部分空氣，這意味著在陰極輸入中可包括相當(dāng)一部分氮?dú)?。燃料電池可以從陰極跨電解質(zhì)向陽極輸送CO2和O2，且陰極出口可具有比空氣中低的CO2和O2濃度和因此更高的N2濃度。在隨后除去殘留O2和CO2的情況下，這種氮?dú)廨敵隹捎米饔糜谏a(chǎn)氨或其它含氮化學(xué)品如尿素、硝酸銨和/或硝酸的進(jìn)料。要指出，脲合成可另外或替代性地使用從陽極輸出中分離的CO2作為輸入進(jìn)料。MCFC與高爐的集成的配置的實(shí)例此實(shí)例顯示與將Fe2O3還原成生鐵(95％Fe)的鐵高爐集成的MCFC系統(tǒng)。此實(shí)例的反應(yīng)系統(tǒng)配置類似于圖4中所示的配置。在該實(shí)例中，MCFC系統(tǒng)用甲烷-蒸汽陽極進(jìn)料以30％燃料利用率運(yùn)行以產(chǎn)生用于高爐的還原氣體。高爐廢氣與MCFC入口/出口熱集成且其中一部分可用作陰極進(jìn)料，而剩余部分可排放到大氣中或在低CO2排放的鐵/鋼生產(chǎn)方案中壓縮以封存CO2。集成的MCFC工藝的尺寸可產(chǎn)生足夠運(yùn)行～2.8兆噸/年鋼廠的高爐的還原氣體。除了基于陽極排氣生成高爐的還原氣體進(jìn)料外，該MCFC還產(chǎn)生大約233MW的電力，其可用于向鋼廠的其它部分供能、向用于管道輸送的CO2(如圖4中所示的CO2料流411)的分離和壓縮供能和/或回售給電網(wǎng)。圖5顯示在具有與圖4中所示的配置類似的配置的系統(tǒng)中的各種位置的流體組成的代表值。為方便起見，圖4中所示的料流名稱也用于指示圖5中的料流。要指出，陽極輸出料流403的組成基于大約30％的陽極中的燃料利用率。料流404和405的相對組成的變化歸因于經(jīng)水煤氣變換反應(yīng)的平衡。要指出，高爐廢氣406的組成基于高爐中的還原氣體的～100％模擬消耗，同時(shí)在該爐中沒有消耗甲烷。在真實(shí)系統(tǒng)中，有可能使用過量還原氣體以提供工藝穩(wěn)定性。另外，在高爐中可能通過與先前還原的鐵反應(yīng)消耗少量甲烷，可能導(dǎo)致向鐵中引入少量的額外的碳以及生成額外的H2。但是，高爐廢氣406的組成的這種理想化計(jì)算提供能量含量和組成的代表值。要指出，在Arasto等人的期刊文章(標(biāo)題：Post-combustioncaptureofCO2atanintegratedsteelmill–PartI:Technicalconceptanalysis；AnttiArastoa,EemeliTsuparia,JanneErkkiLottaInternationalJournalofGreenhouseGasControl,16,(2013)第271–277頁)中報(bào)道了規(guī)模類似的鋼廠的傳統(tǒng)配置。Arasto等人中的配置用從傳統(tǒng)煤燃燒器和高爐中回收熱的HRSG-渦輪系統(tǒng)產(chǎn)生135MW。這是足夠運(yùn)行～2.8兆噸/年鋼廠、向地方社區(qū)供電和向電網(wǎng)輸出一些的電力。相反，通過使用MCFC用甲烷進(jìn)料發(fā)電，與由鋼廠的過量熱發(fā)電相比，這一實(shí)例中的MCFC生成大約233MW的動(dòng)力。與Arasto等人中報(bào)道的傳統(tǒng)鋼廠配置相比，集成MCFC-高爐系統(tǒng)可產(chǎn)生更多電力并將CO2排放降低至少65％。附加實(shí)施方案實(shí)施方案1.一種生產(chǎn)鐵和/或鋼的方法，所述方法包括：將包含可重整燃料的燃料料流引入熔融碳酸鹽燃料電池的陽極、與陽極相關(guān)的內(nèi)部重整元件、或它們的組合；將包含CO2和O2的陰極入口料流引入熔融碳酸鹽燃料電池的陰極；在熔融碳酸鹽燃料電池內(nèi)發(fā)電；從陽極排氣中取出包含CO的第一氣體料流，陽極排氣具有大約500kPag或更低的壓力；和將從陽極排氣中取出的第一氣體料流引入鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝中。實(shí)施方案2.實(shí)施方案1的方法，其進(jìn)一步包括利用生成的電向鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝供熱。實(shí)施方案3.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括從陽極排氣中取出包含H2的第二氣體料流并利用第二氣體料流作為用于加熱鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝的燃料。實(shí)施方案4.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括從陽極排氣、從陽極排氣中取出的第一氣體料流、或其組合中分離水，并使用分離的水洗滌工藝爐渣。實(shí)施方案5.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中所述陰極入口料流包含至少一部分由鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的含CO2的排氣。實(shí)施方案6.實(shí)施方案5的方法，其進(jìn)一步包括從由鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的含CO2的排氣中分離CO2。實(shí)施方案7.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括在將取出的第一氣體料流引入鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝之前，使取出的第一氣體料流在有效水煤氣變換條件下暴露在水煤氣變換催化劑下。實(shí)施方案8.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中以大約1.0或更低的熱比率運(yùn)行所述熔融碳酸鹽燃料電池以發(fā)電，所述方法進(jìn)一步包括將來自鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝(例如來自爐)的熱轉(zhuǎn)移到熔融碳酸鹽燃料電池中，其中陽極排氣的溫度高于陽極入口的溫度。實(shí)施方案9.實(shí)施方案8的方法，其中熱轉(zhuǎn)移包括在陽極入口料流與鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝爐和鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝排氣中至少一項(xiàng)之間進(jìn)行熱交換，其中進(jìn)行熱交換任選包括將陽極入口料流的溫度提高至少大約100℃，例如至少大約150℃。實(shí)施方案10.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括在將氣體料流引入鐵和/或鋼生產(chǎn)工藝之前，使取出的氣體料流在有效水煤氣變換條件下暴露在水煤氣變換催化劑下。實(shí)施方案11.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括從陽極排氣、取出的第一氣體料流、或其組合中分離水，并使用分離的水洗滌工藝爐渣。實(shí)施方案12.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中引入陽極、引入與陽極相關(guān)的內(nèi)部重整元件、或引入其組合中的可重整燃料量提供至少大約1.5(例如至少大約2.0、至少大約2.5或至少大約3.0)的可重整燃料剩余率。實(shí)施方案13.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，所述方法進(jìn)一步包括重整所述可重整燃料，其中在通過陽極的單程中重整引入陽極、與陽極相關(guān)的重整段、或其組合的可重整燃料的至少大約90％。實(shí)施方案14.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中燃料電池陽極排氣中的合成氣的凈摩爾數(shù)與燃料電池陰極排氣中的CO2摩爾數(shù)的比率為至少大約2.0(例如至少大約3.0、至少大約4.0、至少大約5.0、至少大約10.0或至少大約20.0)和任選大約40.0或更低(例如大約30.0或更低或大約20.0或更低)。實(shí)施方案15.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中陽極中的燃料利用率為大約65％或更低(例如大約60％或更低，大約50％或更低，大約40％或更低，大約30％或更低，大約25％或更低，或大約20％或更低)且陰極中的CO2利用率為至少大約50％(例如至少大約60％、至少大約65％、至少大約70％或至少大約75％)。實(shí)施方案16.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中熔融碳酸鹽燃料電池的電效率為大約10％至大約40％(例如大約10％至大約35％，大約10％至大約30％，大約10％至大約25％，大約10％至大約20％)，燃料電池的總?cè)剂想姵匦蕿橹辽俅蠹s50％(例如至少大約55％、至少大約60％、至少大約65％、至少大約70％、至少大約75％或至少大約80％)。實(shí)施方案17.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中陽極排氣具有至少大約3.0:1(例如至少大約4.0:1，大約3.0:1至大約10:1，或大約4.0:1至大約10:1)的H2:CO摩爾比。實(shí)施方案18.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中至少大約90體積％的可重整燃料是甲烷。實(shí)施方案19.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中在陽極中單程產(chǎn)生的H2的少于10體積％直接或間接再循環(huán)到陽極或陰極。實(shí)施方案20.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中引入陽極、與陽極相關(guān)的重整段、或其組合的可重整燃料的可重整氫含量比為發(fā)電而反應(yīng)的氫氣量多至少大約50％(例如多至少大約75％或多至少大約100％)。實(shí)施方案21.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中熔融碳酸鹽燃料電池進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)集成的吸熱反應(yīng)段。實(shí)施方案22.實(shí)施方案21的方法，其中至少一個(gè)所述集成的吸熱反應(yīng)段包含集成重整段，引入陽極的燃料料流在進(jìn)入陽極之前任選通過至少一個(gè)所述集成重整段。實(shí)施方案23.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中熔融碳酸鹽燃料電池在第一運(yùn)行條件下運(yùn)行以生成電力和至少大約30mW/cm2(例如至少大約40mW/cm2、至少大約50mW/cm2或至少100mW/cm2)廢熱，第一運(yùn)行條件提供至少大約150mA/cm2的電流密度，且其中進(jìn)行有效量的吸熱反應(yīng)以保持大約100℃或更少(例如大約80℃或更少或大約60℃或更少)的陽極入口與陽極出口之間的溫度差。實(shí)施方案24.實(shí)施方案23的方法，其中進(jìn)行吸熱反應(yīng)消耗至少大約40％(例如至少大約50％、至少大約60％或至少大約75％)的廢熱。實(shí)施方案25.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中在小于大約0.68V(例如小于大約0.67V、小于大約0.66V、或大約0.65V或更低)和任選至少大約0.60V(例如至少大約0.61V、至少大約0.62V或至少大約0.63V)的電壓VA下運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池。實(shí)施方案26.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括重整可重整燃料，其中在通過陽極的單程中重整引入陽極、與陽極相關(guān)的重整段、或其組合的可重整燃料的至少大約90％。盡管已就具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但其不限于此。適用于在具體條件下的運(yùn)行的變更/修改是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的。因此下列權(quán)利要求意在被解釋為涵蓋落在本發(fā)明的真實(shí)精神/范圍內(nèi)的所有這樣的變更/修改。