在发电中减少NOx制造技术

提供了使用熔融碳酸盐燃料电池(MCFCs)捕集来自燃烧源的CO2的系统和方法。运行燃料电池以具有降低的阳极燃料利用率。任选地，将至少一部分阳极排气再循环用作燃烧源的燃料。任选地，将第二部分阳极排气再循环用作阳极输入料流的一部分。这可以降低从燃烧源排气中分离CO2所需的燃料电池面积量和/或改变如何运行燃料电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在发电中减少NOx专利
在各种方面中，本专利技术涉及通过熔融碳酸盐燃料电池与燃烧电源的集成分离和/或捕集所产生的排放物的低排放发电。专利技术背景发电厂排放的气体的捕集是越来越受关注的领域。基于化石燃料(例如石油、天然气或煤)的燃烧的发电厂生成二氧化碳作为反应副产物。历史上，在燃烧后将这种二氧化碳释放到大气中。但是，越来越希望指出为燃烧过程中生成的二氧化碳找到替代用途的方式。管理由燃烧反应生成的二氧化碳的一个选项是使用捕集法将CO2与燃烧排气中的其它气体分离。用于捕集碳的传统方法的一个实例是使该排气料流经过胺洗涤器。尽管胺洗涤器可有效从排气料流中分离CO2，但有几个缺点。特别地，需要能量运行胺洗涤器和/或改变排气料流的温度和压力以适合经过胺洗涤器。CO2分离所需的能量降低发电工艺的总体效率。为了补偿CO2捕集所需的动力，一个选项是使用熔融碳酸盐燃料电池辅助CO2分离。导致CO2从燃料电池的阴极部分传输到燃料电池的阳极部分的燃料电池反应也可导致电力生成。但是，燃烧供能涡轮机或发电机与用于碳分离的燃料电池的传统组合导致每单位消耗燃料的发电效率净降低。JournalofFuelCellScienceandTechnology中的一篇文章(G.Manzolini等人,J.FuelCellSci.andTech.,第9卷，2012年2月)描述了一种将燃烧发电机与熔融碳酸盐燃料电池组合的发电系统。描述了燃料电池的各种布置和运行参数。来自燃烧发电机的燃烧输出部分地用作燃料电池阴极的输入。在使阳极输出经过深冷CO2分离器后用该阳极输出的再循环部分补充这种输入。Manzolini文章中的模拟的一个目标是使用MCFC从发电机的排气中分离CO2。Manzolini文章中描述的模拟确立了660℃的最大出口温度并指出入口温度必须足够更冷以虑及经过燃料电池的升温。基础模型实例中MCFC燃料电池的电效率(即产生的电能/燃料输入)为50％。针对CO2捕捉优化的试验模型实例中的电效率也是50％。Desideri等人的文章(Intl.J.ofHydrogenEnergy,Vol.37,2012)描述了使用燃料电池分离CO2的发电系统的性能的建模方法。利用阳极排气再循环到阳极入口和阴极排气再循环到阴极入口来改进燃料电池的性能。基于该文章中显示的模型和配置，提高燃料电池内的CO2利用率据显示适用于改进CO2的分离。模型参数描述了50.3％的MCFC电效率。美国专利No.7,396,603描述了减少CO2排放的集成化石燃料发电厂和燃料电池系统。至少一部分阳极输出在从该阳极输出中除去一部分CO2后再循环到阳极输入。熔融碳酸盐燃料电池利用氢气和/或其它燃料发电。可通过在燃料电池上游或燃料电池内的蒸汽重整器中重整甲烷或其它可重整燃料来提供氢气。可重整燃料可包括可以在升高的温度和/或压力下与蒸汽和/或氧反应产生含氢气的气态产物的烃质材料。特别地，可重整燃料可包括但不限于烷烃、烯烃、醇、芳族化合物和/或可重整产生H2和碳氧化物(CO或CO2)的其它碳质和有机化合物。或者或另外，燃料可以在熔融碳酸盐燃料电池的阳极池中重整，可运行所述燃料电池以创造适合在阳极中重整燃料的条件。或者或另外，可以在燃料电池的外部和内部进行重整。传统上，运行熔融碳酸盐燃料电池以使每单位燃料输入的发电量最大化，这可以被称作燃料电池的电效率。这种最大化可基于独自或与另一发电系统结合的燃料电池。为了实现提高的发电量和管理发热，燃料电池内的燃料利用率通常保持在70％至75％。美国公开专利申请2011/0111315描述了一种在阳极入口料流中存在显著氢气含量的运行燃料电池系统的系统和方法。’315公开中的技术涉及在阳极入口提供足够的燃料以在燃料接近阳极出口时仍有足够的燃料用于氧化反应。为了确保足够的燃料，’315公开提供了具有高H2浓度的燃料。氧化反应中未用到的H2再循环到阳极以用于下一程。按单程计，H2利用率可以为10％至30％。文献’315没有描述阳极内的显著重整，而是主要依靠外部重整。美国公开专利申请2005/0123810描述了一种用于氢气和电能联产的系统和方法。该联产系统包含燃料电池和构造成接收阳极排气料流并分离氢气的分离单元。一部分阳极排气也再循环到阳极入口。’810公开中给出的运行范围看起来基于固体氧化物燃料电池。熔融碳酸盐燃料电池被描述为替代物。美国公开专利申请2003/0008183描述了一种用于氢气和电力联产的系统和方法。作为用于将烃型燃料转化成氢气的化学转化器的通用类型提到燃料电池。该燃料电池系统还包括外部重整器和高温燃料电池。描述了该燃料电池系统的一个实施方案，其具有大约45％的电效率和大约25％的化学生产率，导致系统联产效率为大约70％。‘183公开看起来没有描述独立于该系统的燃料电池的电效率。美国专利5,084,362描述了一种将燃料电池与气化系统集成以便可使用煤气作为燃料电池阳极的燃料源的系统。使用燃料电池生成的氢气作为用于由煤气(或其它煤)进料生成甲烷的气化器的进料。然后使用来自气化器的甲烷作为燃料电池的至少一部分输入燃料。由此，燃料电池生成的至少一部分氢气以气化器生成的甲烷的形式间接再循环到燃料电池阳极入口。专利技术概述一方面，提供了一种发电的方法。所述方法包括将两个或更多燃料料流和包含O2的料流引入反应区，其中引入反应区的至少第一燃料料流包含至少一部分含有H2的阳极排气，和其中引入反应区的至少第二燃料料流包含含量为至少大约10体积％，或至少大约20体积％，或至少大约25体积％，或至少大约30体积％，或至少大约35体积％，或至少大约40体积％，或至少大约45体积％，或至少大约50体积％，或至少大约60体积％的一种或多种惰性气体，一种或多种惰性气体任选为CO2、N2或其组合；在反应区中进行燃烧反应产生燃烧排气；将包含可重整燃料的阳极燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与阳极相关的内部重整元件或其组合中，由此产生包含H2的阳极排气；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入燃料电池的阴极；和在熔融碳酸盐燃料电池内产生电。本申请与另外21个共同待审的PCT申请有关，它们在同一日期与其一起提交并通过下列代理人案号和名称标识：名称为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM104-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM107-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM108-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM109-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM272-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusi本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用具有阳极和阴极的熔融碳酸盐燃料产生电的方法，所述方法包括：将燃烧燃料料流和含O2料流引入燃烧区；在燃烧区中进行燃烧反应产生燃烧排气，燃烧排气包含至少大约20vppm NOx；将包含可重整燃料的阳极燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与熔融碳酸盐燃料电池的阳极相关的内部重整元件或其组合；将包含至少一部分燃烧排气的阴极入口料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阴极，阴极入口料流包含CO2、O2和至少大约20vppm氮氧化物；产生a)电，在熔融碳酸盐燃料电池内，b)包含H2和CO2的阳极排气，和c)包含小于阴极入口料流的NOx含量的大约一半的阴极排气；和分离至少一部分阳极排气形成CO2含量高于阳极排气的富CO2阳极排气料流和CO2含量小于阳极排气的贫CO2阳极排气料流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/787,587;2013.03.15 US 61/787,697;1.利用具有阳极和阴极的熔融碳酸盐燃料电池产生电的方法，所述方法包括：将燃烧燃料料流和含O2料流引入燃烧区；在燃烧区中进行燃烧反应产生燃烧排气，燃烧排气包含至少30vppmNOx，其中燃烧区在至少1200°F的温度下运行；将包含可重整燃料的阳极燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与熔融碳酸盐燃料电池的阳极相关的内部重整元件或其组合；将包含至少一部分燃烧排气的阴极入口料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阴极，阴极入口料流包含CO2、O2和至少20vppm氮氧化物；产生a)电，在熔融碳酸盐燃料电池内，b)包含H2和CO2的阳极排气，和c)包含小于阴极入口料流的NOx含量的一半的阴极排气；分离至少一部分阳极排气形成CO2含量高于阳极排气的富CO2阳极排气料流和CO2含量小于阳极排气的贫CO2阳极排气料流；和将至少一部分贫CO2阳极排气料流再循环到燃烧区、熔融碳酸盐燃料电池的阳极或其组合。2.权利要求1的方法，其中阴极排气包含15vppm或更少NOx。3.权利要求1的方法，其中阴极入口料流包含500vppm或更少NOx。4.权利要求2的方法，其中阴极入口料流包含500vppm或更少NOx。5.权利要求1-4中任一项的方法，其中燃烧排气包含10体积％或更少CO2。6.权利要求5的方法，其中燃烧排气包含8体积％或更少CO2。7.权利要求1-4和6中任一项的方法，还包括在从阳极排气料流中分离CO2前将阳极排气料流暴露于水煤气变换催化剂，其中变换的阳极排气料流的H2含量小于暴露前阳极排气料流的H2含量。8.权利要求1-4和6中任一项的方法，还包括将燃烧排气再循环部分从燃烧排气再循环到燃烧区。9.权利要求7的方法，还包括将燃烧排气再循环部分从燃烧排气再循环到燃烧区。10.权利要求1-4，6和9中任一项的方法，其中阴极排气料流具有为2.0体积％...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·贝洛维茨，T·A·巴尔克霍尔兹，F·赫什科维茨，A·法尔迪，S·A·埃里克森，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：发明
国别省市：美国;US