發電氣體分離系統和方法與流程
2023-11-01 03:21:52 2
相關專利申請的交叉引用
本申請要求2015年2月25日提交的美國專利申請no.14/631,239的優先權和權益，該美國專利申請的公開內容(包括說明書、附圖、權利要求書和摘要)以其全部內容以引用方式併入本文。
本申請涉及燃料電池發電系統，並且特別地涉及燃料電池發電氣體分離系統和方法。
背景技術：
燃料電池是通過電化學反應將存儲在燃料中的化學能直接轉化為電能的設備。通常，燃料電池包括由電解質分離的陽極和陰極，電解質用於傳導帶電離子。熔融碳酸鹽燃料電池(mcfc)通過使反應物燃氣穿過陽極，同時使氧化氣體(諸如二氧化碳和氧氣)穿過陰極來進行操作。
基於燃燒的發電裝置通過燃燒包括煤、天然氣、沼氣和合成氣的基於可燃的碳氫化合物的燃料來產生能量。作為燃燒過程的結果，基於燃燒的發電裝置生成煙氣，常常通過大氣排放物除掉該煙氣。然而，此類排放物對環境是有害的，因為此類排放物含有有助於全球氣候改變的二氧化碳。
於是，已經使用了許多做法來控制或限制來自基於燃燒的發電裝置的二氧化碳排放量。然而，由於作為應用二氧化碳捕獲系統的結果而能量(功率和/或熱量)的顯著損失，所以將二氧化碳與燃燒後煙氣分離不是成本有效的。
在美國專利no.5,232,793中公開了一種系統，其中使用與發電裝置串聯的碳酸鹽燃料減少化石燃料發電裝置的煙氣中的二氧化碳排放量。在該系統中，將煙氣添加到氧化劑供應源中，並且組合氣體用作熔融碳酸鹽燃料電池的陰極的進料氣體。然後，燃料電池中的電化學反應導致將進料氣體中的二氧化碳從陰極傳遞到燃料電池的陽極。因此，陽極廢氣變成用二氧化碳氣體進行濃縮。這準許二氧化碳氣體與煙氣分離。'793專利的系統使用外部重整燃料電池系統。在該系統中，除了一氧化碳、甲烷和水的量之外，陽極廢氣還具有大量的氫氣。大部分的水可冷凝，然而，'793專利沒有供給用於從陽極排氣分離剩餘的氫氣、甲烷和一氧化碳的成本有效的方法。在將二氧化碳封存或轉化成有用形式之前，需要通過去除氫氣、一氧化碳和甲烷來淨化陽極排氣流中的二氧化碳。
由美國專利no.7,396,603公開了一種集成發電系統，其中用於處理基於化石的燃料的化石燃料發電裝置與具有陽極和陰極的碳酸鹽燃料電池串聯布置。在'603專利的系統中，發電裝置的煙氣用作用於燃料電池的陰極部分的入口氣體。此外，'603的系統使用內部重整碳酸鹽燃料電池，這將陽極排氣內的甲烷量減少到可忽略的量。然而，離開燃料電池的陽極部分的陽極廢氣含有大量的氫氣、一氧化碳和水雜質。使用二氧化碳分離器，陽極廢氣經歷包括淨化和捕獲廢氣中的二氧化碳的處理。然而，'603專利的集成發電系統不能回收存在於煙氣中的熱量或有用氣體，並且沒有公開從陽極排氣co2分離的細節。
技術實現要素：
根據示例性實施例，發電系統被配置為利用從煙氣生成組件輸出的煙氣。煙氣包括二氧化碳和氧氣，並且發電系統包括燃料電池，燃料電池包括陽極部分和陰極部分，陰極部分被配置為接收包含從煙氣生成組件輸出的煙氣的入口氧化劑氣體；以及氣體分離組件，該氣體分離組件被配置為接收從燃料電池的陽極部分輸出的陽極排氣，並且包括冷卻器組件，該冷卻器組件被配置為將陽極排氣變涼到預定溫度，以便液化陽極排氣中的二氧化碳。燃料電池和冷卻器組件被配置為使得由燃料電池產生的廢熱用於驅動冷卻器組件。
根據另一個示例性實施例，用於發電系統中的氣體分離方法利用從煙氣生成組件輸出的煙氣。煙氣包括二氧化碳和氧氣，並且該方法包括接收從煙氣生成組件輸出的煙氣，並且將煙氣作為入口氧化劑氣體提供到燃料電池的陰極部分；操作具有陽極部分和陰極部分的燃料電池，其中在燃料電池的操作期間從燃料電池的陽極部分輸出陽極排氣；通過在冷卻器組件中將陽極排氣變涼到預定溫度，以便液化在陽極排氣中的二氧化碳，使陽極排氣中的二氧化碳和殘餘燃料分離；以及利用通過操作燃料電池生成的廢熱驅動冷卻器組件。
根據另一個示例性實施例，氣體分離組件被配置為用於與煙氣生成組件集成的燃料電池系統中。該燃料電池系統包括陽極部分和陰極部分，其中陰極部分被配置為接收包含從煙氣生成組件輸出的煙氣的入口氣體，並且其中煙氣含有二氧化碳和氧氣。氣體分離組件包括：冷卻器組件，冷卻器組件被配置為接收陽極排氣，並且將陽極排氣變涼到預定溫度，以便液化陽極排氣中的二氧化碳；以及熱回收組件，熱回收組件被配置為回收由燃料電池產生的廢熱。熱回收組件和冷卻器組件被配置為使得由熱回收組件回收的廢熱用於驅動冷卻器組件。
附圖說明
圖1a示出燃料電池的示意圖。
圖1b示出根據示例性實施例的集成發電系統。
圖2示出發電氣體分離和封存系統的圖示。
圖3示出用於發電系統的氣體分離方法的流程圖。
具體實施方式
本申請涉及一種集成發電系統或燃料電池系統，燃料電池系統可與包括發電裝置、鍋爐或任何類型的燃燒器(諸如水泥廠的窯爐以及鋼鐵行業中的焦爐)的化石燃料設備、設施或安裝設備集成，並且包括燃料電池排氣中氣體(特別是二氧化碳)的有效分離。本申請還公開了高純度二氧化碳與燃料電池排氣的分離，使得分離的二氧化碳可用於其它行業。
根據示例性實施例，提供了一種發電系統，並且該發電系統適於與化石燃料安裝設備、設施或設備集成，並且適於利用由化石燃料安裝設備、設施或設備輸出的含有二氧化碳和氧氣的煙氣。發電系統包括：燃料電池，燃料電池包括陽極部分和陰極部分，其中到燃料電池的陰極部分的入口氧化劑氣體包含由化石燃料安裝設備、設施或設備輸出的煙氣；以及氣體分離組件，氣體分離組件接收從燃料電池的陽極部分輸出的陽極排氣，並且包括用於將陽極排氣變涼到預定溫度，以便液化陽極排氣中的二氧化碳的冷卻器組件，其中由燃料電池產生的廢熱用於驅動冷卻器組件。在一些實施例中，供應到燃料電池的陰極部分的入口氧化劑氣體僅包含由化石燃料安裝設備、設施或設備輸出的煙氣的全部或部分。在某些實施例中，冷卻器組件包括一個或多個吸收式冷卻器，而在其它實施例中，冷卻器組件包括一個或多個吸收式冷卻器。氣體分離組件從由燃料電池的陰極部分輸出的陰極排氣回收廢熱，並且利用回收的廢熱的至少一部分驅動冷卻器組件。
在一些實施例中，氣體分離組件另外包括用於從陽極排氣分離水，並且用於輸出經水分離的陽極排氣的除水組件，並且冷卻器組件接收經水分離的陽極排氣。氣體分離組件另外包括壓縮機，該壓縮機用於在將經水分離的陽極排氣輸送到冷卻器組件之前壓縮從除水組件輸出的經水分離的陽極排氣。在一些實施例中，壓縮機將陽極排氣壓縮到至少200psi，並且其中冷卻器組件將陽極排氣冷卻到大約-40℃或更暖的溫度。所述壓縮機的壓力越高，要採用的冷卻器的溫度越暖。設計點是具有較大佔空比的更冷的冷卻器與具有較高寄生功率消耗的較大壓縮機之間權衡研究的結果。而且，氣體分離組件另外包括氣體分離設備，該氣體分離設備接收來自冷卻器組件的冷卻的陽極排氣，並且用於將液化的二氧化碳與冷卻的陽極排氣中的殘餘燃氣分離。在一些實施例中，氣體分離組件另外包括用於在將陽極排氣輸送到除水組件之前將陽極排氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳的變換反應器。
在一些實施例中，發電系統還包括氧化器，該氧化器接收由化石燃料安裝設備、設施或設備輸出的煙氣，以及由氣體分離設備分離的殘餘燃氣，並且使殘餘的燃料氧化，以加熱煙氣，其中氧化器將加熱的煙氣輸出到燃料電池的陰極部分。發電系統還包括至少一個熱交換器，至少一個熱交換器用於利用陰極排氣中的廢熱來加熱要被輸入到陽極部分的燃氣，以及由化石燃料安裝設備、設施或設備輸出的煙氣中的至少一種。在一些實施例中，燃料電池是內部重整熔融碳酸鹽燃料電池(mcfc)，而在其它實施例中，燃料電池是外部重整mcfc。
還描述了用於發電系統中且利用從化石燃料安裝設備、設施或設備輸出的含有二氧化碳和氧氣的煙氣的氣體分離方法。而且，還提供了包括化石燃料安裝設備、設施或設備以及上述發電系統的集成發電系統。而且，還描述了用於與化石燃料安裝設備、設施或設備集成的燃料電池系統中的氣體分離組件。
圖1a示出了燃料電池1的示意圖。燃料電池1包括電解質基質2、陽極3和陰極4。陽極3和陰極4通過基質2彼此分離。來自燃燒排氣供應單元的煙氣作為氧化劑氣體被饋送到陰極4。在燃料電池1中，燃氣和氧化劑氣體在存在於電解質基體2的孔隙中的碳酸鹽電解質的存在下進行電化學反應。在下面公開的例示性系統中，燃料電池1包括燃料電池堆組件，其中多個單獨的燃料電池1堆疊且串聯連接。
圖1b示出了根據示例性實施例的由煙氣生成組件6和發電氣體分離和二氧化碳捕獲以供封存的系統200組成的集成發電系統1，煙氣生成組件6包括化石燃料安裝設備、設施或設備、鍋爐、燃燒器、水泥廠中的熔爐和窯爐中的一種或多種(以下稱為「化石燃料安裝設備、設施或設備」)，系統200包括碳酸鹽燃料電池組件10和氣體分離組件25。如圖所示，碳酸鹽燃料電池組件10包括陰極部分12和陽極部分14，並且在本例示性實施例中，燃料電池組件10是內部重整熔融碳酸鹽燃料電池組件或直接熔融碳酸鹽燃料電池組件，其中在組件中內部重整用於陽極的燃料。在其它例示性實施例中，也可採用外部重整碳酸鹽燃料電池組件，在這種情況下，重整器將用於在將燃料遞送到燃料電池陽極部分之前重整燃料。
如圖所示，化石燃料安裝設備、設施或設備6和發電氣體分離和封存系統200的燃料電池組件10串聯布置，使得組件的陰極部分12被供應有來自化石燃料安裝設備、設施或設備的煙氣。在圖1b所示的實施例中，陰極部分12僅被供應有來自化石燃料安裝設備、設施或設備的煙道廢氣。特別地，化石燃料諸如煤、天然氣或其他烴類燃料連同從空氣供應源4遞送的空氣一起從化石燃料供應源2被遞送到化石燃料安裝設備、設施或設備6。在化石燃料安裝設備、設施或設備6中，化石燃料和空氣進行燃燒反應，從而發電，並且導致輸出煙氣排氣。煙氣排氣通常包括約3％至15％的二氧化碳、10％至20％的水以及5％至15％的氧氣，餘量為氮氣。這些組分的精確量將取決於化石燃料的類型和來自空氣供應源4的空氣量。在進入燃料電池陰極部分12之前，氧含量可通過調整空氣供應源4或者通過將補充空氣7添加到煙氣8中變化。補充空氣的目的是在煙氣8中沒有燃料電池操作所需的足夠的氧氣的情況下增加組合流9的氧氣部分。
如圖所示，管線9將煙道廢氣的一部分或全部耦接到陰極部分12的入口12a，使得供應到陰極入口的氧化劑氣體包括煙氣排氣。在所示的實施例中，煙氣與可能的補充空氣流的組合是供應到入口12a的專用氧化劑氣體。同時，來自供應源16的燃料諸如煤氣、天然氣或其它含氫燃料通過管線15遞送到陽極部分14的入口14a。在燃料電池組件10中，陰極部分12中包括煙氣排氣的氧化劑氣體和陽極部分14中的重整氫氣進行電化學反應，以產生功率輸出。再者，該電化學反應導致煙氣中二氧化碳的大部分(約65％至85％或更多)從陰極部分傳遞到電池的陽極部分。更特別地，煙氣中的二氧化碳和氧氣在燃料電池的陰極部分12中進行反應，以產生碳酸根離子，碳酸根離子通過燃料電池電解質被運送到電池的陽極部分14。在陽極部分14處，碳酸根離子被來自燃料的氫氣還原，以產生水和二氧化碳。最終結果是上面提及的將煙氣中的大部分二氧化碳從陰極部分傳遞到陽極部分。因此，燃料電池10的陽極室的出口14b處的陽極廢氣的二氧化碳濃度高，從而準許使用二氧化碳(co2)封存系統更容易且更有效地捕獲和隔離二氧化碳氣體。
在圖1b中所示的實施例中，耗盡二氧化碳的煙氣經由管線18通過陰極出口12b離開陰極部分12，並且主要含有二氧化碳以及未反應的氫氣、一氧化碳、水蒸氣和痕量的其它氣體的陽極廢氣離開陽極出口14b，並且由管線20輸送到氣體分離組件25。如圖1b所示，並且如下面更詳細描述的和圖2所示的，氣體分離組件25至少包括用於回收來自陽極排氣的水的除水組件21，以及用於將二氧化碳與剩餘的陽極排氣分離的二氧化碳分離組件22。下面參考圖2更詳細地描述了二氧化碳分離組件22。而且，因為陰極氣體在高溫下離開燃料電池，所以由一個或多個熱回收單元17回收來自該流的全部或部分顯熱，並且來自該流的全部或部分顯熱可用於預熱傳入燃料電池組件10中的氣體。在一些實施例中，在被輸送到氣體分離組件25之前，可從離開燃料電池陽極部分的陽極廢氣中回收熱量。
圖2更詳細地示出了根據示例性實施例的發電氣體分離和封存系統200。系統200從燃燒排氣供應源205接收主要含有二氧化碳、水、氧氣和氮氣且由可燃的碳氫化合物(包括例如基於燃燒的發電裝置、化石燃料安裝設備、設施或設備等中的煤、天然氣、沼氣、合成氣和其它烴類燃料諸如乙醇)的燃燒產生的煙氣。燃燒排氣供應源205通過氣流管道210a將煙氣排氣供應到痕量致汙/汙染氣體去除設備215。痕量致汙/汙染氣體去除設備215去除包括氧化硫氣體(諸如so2)、汞、微粒和氧化氮氣體(nox)的燃燒副產物。在圖2所示的例示性實施例中，副產物氣體去除設備215通過氣流管道210b將經清潔的煙氣輸出到煙氣鼓風機220。煙氣鼓風機220增加經清潔的煙氣的壓力，使得煙氣被推過系統200。
在所示的例示性實施例中，煙氣鼓風機220將煙氣輸出到第一熱交換器225，第一熱交換器225被配置為將煙氣加熱到約500℃到650℃的溫度。如果需要，在煙氣為熱的情況下，第一熱交換器225還可從煙氣中去除熱量，並且轉移熱量用於熱回收。如圖2所示，第一熱交換器225通過氣流管道210b接收來自燃燒排氣供應源205的經清潔的煙氣，並且還接收從燃料電池235的陰極側236輸出的陰極排氣。在第一熱交換器225中將煙氣加熱到期望的溫度之後，加熱的煙氣被輸出到包括氧化器230的氧化器組件。氧化器230還接收包含燃料的氣體，諸如陽極排氣的一部分或與在下文所述的氣體分離設備275中的陽極排氣分離的殘餘燃料的全部或一部分。在氧化器230中，包含氣體的燃料在煙氣的存在下被氧化，從而另外加熱煙氣。氧化器230通過氣流管道210c將另外加熱的煙氣輸出到燃料電池235。
燃料電池235包括陰極部分236和陽極部分237。如上面所討論的，在圖2的例示性實施例中，燃料電池235是內部重整熔融碳酸鹽燃料電池(mcfc)。然而，在其他實施例中，燃料電池可能為外部重整燃料電池，或者可使用外部重整和內部重整兩者，在這種情況下，還提供了外部重整器以在燃料被輸送到陽極部分237之前對燃料進行重整。陰極部分236經由氣流管道210a-氣流管道210c耦接到燃燒排氣供應源205，並且在副產物氣體去除設備215中已經處理煙氣且在第一熱交換器225和氧化器230中已經加熱煙氣之後，通過氣流管道210b-氣流管道210c接收來自燃燒排氣供應源205的煙氣。在本例示性實施例中，陰極部分236僅接收從燃燒排氣供應源205提供的煙氣或經處理的煙氣。然而，在其它實施例中，煙氣或經處理的煙氣可與來自其他源的空氣或氧化劑氣體混合。
在燃料電池中進行電化學反應之後，陰極部分236通過氣流管道212將陰極排氣輸出到第二熱交換器240，第二熱交換器240還通過燃料供應管道242從燃料供應源241接收燃料，諸如天然氣。在圖2的例示性實施例中，天然氣被用作燃料；然而，燃料源可為其他類型的燃料，包括但不限於來源於煤的合成氣、厭氧消化池氣體，以及可再生燃料諸如乙醇或氫氣。還在其它實施例中，在燃料電池中使用之前，可需要從燃料電池有害的致汙物諸如含硫物質中清除煙氣。在第二熱交換器240中，使用來自陰極排氣的廢熱將所接收的燃料加熱到約450℃到650℃的溫度，並且然後將加熱的燃料從第二熱交換器240輸送到燃料電池235的陽極部分237。第二熱交換器還輸出變涼的陰極排氣，然後通過第一熱交換器225輸送冷卻的陰極排氣以預熱經清潔的煙氣。
如圖2所示，陽極部分237接收預熱的燃料，通常通過經由管道252添加水使預熱的燃料潮溼，並且在氣體在燃料電池235中進行電化學反應之後，陽極部分237經由管道214將陽極排氣輸出到氣體分離組件25。在圖2的實施例中，氣體分離組件25包括變換反應器245、除水組件250、壓縮機260，以及二氧化碳分離組件22，二氧化碳分離組件22包括由燃料電池235的廢熱驅動的冷卻器組件265和閃蒸槽275或另一種合適的氣液分離設備。
在圖2的系統中，變換反應器245根據以下反應，大體上將存在於陽極排氣中的全部一氧化碳轉化為二氧化碳：
co+h2o→co2+h2
使得從變換反應器245輸出的陽極排氣大體上包括二氧化碳、氫氣和水。然後，從變換反應器245輸出的陽極排氣被輸送到包括冷凝器等的除水組件250，其中存在於陽極排氣中的水通過冷凝與剩餘的氣體諸如二氧化碳和氫氣分離。除水組件250通過除水管道251輸出冷凝水，冷凝水從除水管道251被再循環回到系統200，或冷凝水從除水管道251輸出產物水收集器255，用於在系統200外部使用和/或再循環回到系統。如圖2所示，冷凝水的全部或一部分可通過經由水再循環管道252將水引導到燃料供應管道242而被再循環用於燃料加溼。還如圖所示，冷凝水的剩餘部分從系統200輸出，或被收集在產物水收集器255中，並且可在需要時再循環回系統200。
冷凝器組件250通過氣流管道216將經水分離的陽極排氣輸出到壓縮機260，壓縮機260將陽極排氣壓縮到大約200磅/平方英寸(psi)或更高的壓力。所述壓縮機的壓力越高，可由冷卻器供給的溫度越高。設計點是在較大和更涼的冷卻器或更高的壓縮功率消耗之間的權衡。壓縮機260將壓縮的陽極排氣輸出到冷卻器組件265。冷卻器組件265包括一個或多個設備，該一個或多個設備使用熱量來驅動壓縮的經水分離的陽極排氣變涼，以便引起陽極排氣內的各種氣體的分離。如圖2所示，冷卻器組件265包括一個或多個吸收式冷卻器，即，一個或多個吸收式冷凍機。在一些實施例中，可使用串聯連接的多個吸收式冷卻器的組件，其中吸收式冷卻器中的每個吸收式冷卻器從壓縮機260接收壓縮的經水分離的陽極排氣的全部或一部分。在其它實施例中，代替吸收式冷卻器，可使用一個或多個吸收式冷卻器。
在冷卻器組件265中，將經水分離的壓縮的陽極排氣冷卻到預定的溫度，同時維持其壓縮狀態。特別地，將陽極排氣變涼到大約-40℃或更暖的溫度，同時維持氣體的高壓，即，處於大約200psi或更高。在該溫度和壓力下，存在於陽極排氣中的二氧化碳被液化，引起二氧化碳與其它氣體(諸如存在於陽極廢氣中的殘餘氫燃料)分離。冷卻器組件265利用由燃料電池237生成的以及在熱回收組件270中從燃料電池排氣回收的廢熱。具體地，陰極排氣在穿過第二熱交換器240且穿過第一熱交換器225之後，經由管道266被輸送到熱回收組件270。熱回收組件270從陰極排氣口回收剩餘的廢熱，並且利用回收的廢熱來驅動冷卻器組件265。在通過熱回收組件270輸送之後，從系統200去除陰極排氣，並且通過排氣管道271由系統排氣導管280將陰極排氣排放到大氣中。
冷卻器組件265將變涼的陽極排氣輸出到氣液分離設備275，在冷卻的陽極排氣中，二氧化碳已被液化，而殘餘燃料處於氣體狀態。也被稱為閃蒸槽的氣體分離設備275是罐，該罐將液化的二氧化碳與殘餘燃氣分離，並且將分離的幾乎純的且液化的二氧化碳輸出到封存組件280(諸如地下儲存庫)。可使用泵281等，以促進來自氣體分離設備275的分離的且液化的純的二氧化碳的流動。例如，泵281可用於將液化的二氧化碳壓力增加至大於2200psi，以便將二氧化碳轉換到超臨界狀態，以促進其長距離運輸到280封存地點。在一些實施例中，由其他過程和應用(諸如增強的石油回收(eor)、生產化學品)利用分離的二氧化碳，並且在食品行業中使用分離的二氧化碳。氣體分離組件275還通過燃氣再循環管道276輸出分離的殘餘燃氣，諸如氫氣。在圖2的例示性實施例中，燃氣再循環管道276耦接到氧化器單元230，使得分離的殘餘燃料輸出從氣體分離設備275輸出到氧化器單元230，用於預熱煙氣。在其他實施例中，可利用分離的殘餘燃氣作為其它過程(包括但不限於不包含在系統200內的精煉廠、燃氣輪機，以及其它燃料電池)中的合成氣副產物。
圖3示出了圖2所示的系統的操作，圖3示出了使用圖2的發電氣體分離和封存系統的氣體分離方法的流程圖。在圖3的步驟305中，由基於燃燒的發電裝置產生的且包括二氧化碳、水、氧氣和氮氣的煙氣被供應到系統，並且可被處理以去除硫氧化物和其他痕量物質。在步驟310中，使用來自燃料電池陰極排氣的廢熱和/或通過在氧化器中使燃料氧化加熱步驟305中供應和處理的煙氣。如上面關於圖2所討論的，提供給氧化器的燃料可為與燃料電池陽極排氣分離的氫燃料。在步驟315中，將預熱的煙氣提供到燃料電池的陰極部分，其中煙氣用於與氫燃料進行電化學反應，以發電且輸出功率。在步驟320中，包括廢燃料、二氧化碳、水和一氧化碳的陽極排氣從燃料電池的陽極部分輸出，並且在變換反應器中被處理以將一氧化碳轉化成二氧化碳，並且使用除水組件從陽極排氣去除水。在步驟325中，將步驟320中產生的經水分離的陽極排氣提供到二氧化碳分離組件，其中陽極排氣被壓縮到預定壓力，諸如200psi或更高。在下一個步驟330中，在冷卻器組件中將壓縮的陽極排氣冷卻或變涼到預定溫度，以便引起二氧化碳液化，同時維持殘餘燃料(氫氣)處於氣態。如上面所討論的，根據壓縮機出口壓力，預定溫度為-40℃或更暖。在步驟330中，從陰極排氣回收由燃料電池產生的廢熱，並且在冷卻器組件中利用該廢熱，以驅動變涼/冷卻操作。在步驟335中，在氣體分離設備中液化的二氧化碳與殘餘燃氣分離。由步驟335中氣體分離而分離的二氧化碳大體上是純的，並且具有至少90％且優選99％或以上的純度。高純度的分離的二氧化碳適合於由其他行業(諸如增強的石油回收(eor))的運輸、封存和/或使用。最後，在步驟340中，將步驟335中從陽極排氣分離的殘餘燃料被提供到氧化器，在氧化器中殘餘燃料被氧化且被用於預熱傳入的煙氣。殘餘燃料或其一部分可被用作氣體分離系統之外的其他過程諸如鍋爐、燃氣輪機或精煉廠中的合成氣。
圖2和圖3中所示的系統和方法提供在燃料電池系統中煙氣的有效使用，以及從陽極排氣分離出高純度二氧化碳和殘餘燃料。特別地，通過使用吸收式冷卻器以將陽極排氣變涼到二氧化碳液化且可容易地與殘餘燃料分離的溫度，完成陽極排氣中二氧化碳與殘餘燃料的分離。吸收式冷卻器是可商購的設備，該可商購的設備可適於與燃料電池系統一起使用，從而導致製造效率。此外，如上所述，吸收式冷卻器利用由燃料電池系統產生的廢熱，因此增加整個系統的操作效率，同時還獲得適合於其他行業中封存和使用的高純度二氧化碳。
如本文所利用的，術語「約」、「大約」、「大體上」以及類似術語旨在具有由本公開的主題屬於的領域中的普通技術人員的常見和接受的用法一致的廣泛含義。由回顧本公開的本領域技術人員應當理解，這些術語旨在允許所描述的和所要求保護的某些特徵的描述，而不將這些特徵的範圍限制到所提供的精確數值範圍。於是，這些術語應當被釋義為指示所描述的和所要求保護的主題的非實質的或無關緊要的修改或更改被認為在如所附權利要求中敘述的本發明的範圍內。
如本文所使用的，術語「耦接」、「連接」等意指兩個部件直接或間接地彼此接合。此類接合可為靜止的(例如，永久的)或可移動的(例如，可移除或可釋放的)。可用兩個構件或兩個構件與任何額外的中間構件彼此整體地形成為單個一件體，或用兩個構件或兩個構件與任何額外的中間構件彼此附接，實現此類接合。
本文中對元件的位置(例如，「頂部」、「底部」、「上面」、「下面」等等)的引用僅用於描述附圖中各種元件的取向。應當注意，根據其它示例性實施例，各種元件的取向可不同，並且旨在由本公開包含此類變化。
各種示例性實施例的元件的構造和布置僅是說明性的。雖然僅詳細描述了本公開的幾個實施例，但是回顧本公開的本領域技術人員將容易了解，在沒有實質上脫離所敘述的主題的新穎性教導和優點的情況下，許多修改是可能的(例如，各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例，參數的值，安裝布置，材料的使用，顏色，取向等的變化)。例如，示出為整體形成的元件可由多個零件或元件構成，元件的位置可顛倒或以其他方式變化，並且分立元件的性質或數量或位置可更改或變化。
額外地，詞語「示例性」用於意指用作示例、實例或說明。本文中描述為「示例性」的任何實施例或設計不一定被解釋為比其他實施例或設計優選或有利(並且此類術語並不旨在意味著此類實施例必然是非慣例的或最佳的示例)。相反，詞語「示例性」的使用旨在以具體的方式呈現概念。於是，全部此類修改旨在包括在本公開的範圍內。在不脫離所附權利要求書的範圍的情況下，可在優選和其它示例性實施例的設計、操作條件以及布置中作出其他替換、修改、改變以及省略。
在不脫離本發明的範圍的情況下，也可在各種示例性實施例的設計、操作條件以及布置中作出其他替換、修改、改變以及省略。例如，在一個實施例中所公開的任何元件可併入本文所公開的任何其它實施例，或與本文所公開的任何其它實施例一起使用。再者，例如，根據供選擇的實施例，任何過程或方法步驟的次序或順序可變化或重新排序。在不脫離所附權利要求書的範圍的情況下，可在優選和其它示例性實施例的設計、操作配置以及布置中作出其他替換、修改、改變以及省略。