用于氮化合物合成的集成熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)明領(lǐng)域在各種方面中，本發(fā)明涉及與熔融碳酸鹽燃料電池的使用集成的化學(xué)生產(chǎn)工藝。發(fā)明背景熔融碳酸鹽燃料電池利用氫氣和/或其它燃料發(fā)電?？赏ㄟ^(guò)在燃料電池上游或燃料電池內(nèi)的蒸汽重整器中重整甲烷或其它可重整燃料來(lái)提供氫氣。可重整燃料可包括可以在升高的溫度和/或壓力下與蒸汽和/或氧反應(yīng)產(chǎn)生含氫氣的氣態(tài)產(chǎn)物的烴質(zhì)材料?；蛘呋蛄硗猓剂峡梢栽谌廴谔妓猁}燃料電池的陽(yáng)極池中重整，可運(yùn)行所述燃料電池以創(chuàng)造適合在陽(yáng)極中重整燃料的條件?；蛘呋蛄硗猓梢栽谌剂想姵氐耐獠亢蛢?nèi)部進(jìn)行重整。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。這種最大化可基于獨(dú)自或與另一發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的燃料電池。為了實(shí)現(xiàn)提高的發(fā)電量和管理發(fā)熱，燃料電池內(nèi)的燃料利用率通常保持在70％至75％。美國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)2011/0111315描述了一種在陽(yáng)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?！?15公開(kāi)中的技術(shù)涉及在陽(yáng)極入口提供足夠的燃料以在燃料接近陽(yáng)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(kāi)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(yáng)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(méi)有描述陽(yáng)極內(nèi)的顯著重整，而是主要依靠外部重整。美國(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)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)包含燃料電池和構(gòu)造成接收陽(yáng)極排氣料流并分離氫氣的分離單元。一部分陽(yáng)極排氣也再循環(huán)到陽(yáng)極入口?！?10公開(kāi)中給出的運(yùn)行范圍看起來(lái)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(guó)公開(kāi)專利申請(qǐng)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)化器的通用類型提到燃料電池。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(kāi)看起來(lái)沒(méi)有描述獨(dú)立于該系統(tǒng)的燃料電池的電效率。美國(guó)專利5,084,362描述了一種將燃料電池與氣化系統(tǒng)集成以便可使用煤氣作為燃料電池陽(yáng)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)進(jìn)料生成甲烷的氣化器的進(jìn)料。然后使用來(lái)自氣化器的甲烷作為燃料電池的至少一部分輸入燃料。由此，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(yáng)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(lái)自燃燒發(fā)電機(jī)的燃燒輸出部分地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文章中描述的模擬確立了660℃的最大出口溫度并指出入口溫度必須足夠更冷以慮及經(jīng)過(guò)燃料電池的升溫?；A(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(duì)CO2捕捉優(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(yáng)極排氣再循環(huán)到陽(yáng)極入口和陰極排氣再循環(huán)到陰極入口來(lái)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(guó)專利5,169,717描述了將熔融碳酸鹽燃料電池與生產(chǎn)氨的系統(tǒng)集成的方法。該集成系統(tǒng)使用與熔融碳酸鹽燃料電池不同的前端以加工輸入氫氣和氮?dú)饬狭鱽?lái)生產(chǎn)氨。發(fā)明概述一方面，提供了合成含氮化合物的方法。該方法包括：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(yáng)極、與陽(yáng)極相關(guān)的內(nèi)部重整段、或其組合中；將包含CO2和O2的陰極入口料流引入燃料電池的陰極中；在熔融碳酸鹽燃料電池中發(fā)電；產(chǎn)生包含H2和CO2的陽(yáng)極排氣；從至少一部分陽(yáng)極排氣中分離CO2以產(chǎn)生具有比陽(yáng)極排氣的CO2含量更大的CO2含量的第一料流，和具有比陽(yáng)極排氣的H2含量更大的H2含量的第二氣體料流；和將至少一部分第二氣體料流用在氨合成工藝中。本申請(qǐng)與另外21個(gè)共同待審的PCT申請(qǐng)有關(guān)，它們?cè)谕蝗掌谂c其一起提交并通過(guò)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“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellswithFermentationProcesses”的2014EM055-WO；名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinIronandSteelProcessing”的2014EM056-WO；和名稱為“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinCementProcessing”的2014EM057-WO。這些共同待審的PCT申請(qǐng)中的每一個(gè)全文經(jīng)引用并入本文。附圖簡(jiǎn)述圖1示意性顯示熔融碳酸鹽燃料電池和相關(guān)重整段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和相關(guān)重整段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示意性顯示基于碳基燃料燃燒的發(fā)電的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。圖5示意性顯示基于碳基燃料燃燒的發(fā)電的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。圖6示意性顯示用于將熔融碳酸鹽燃料電池與用于合成含氮化合物的工藝集成的配置的一個(gè)實(shí)例。圖7示意性顯示用于將熔融碳酸鹽燃料電池與用于合成含氮化合物的工藝集成的配置的一個(gè)實(shí)例。圖8顯示用于生產(chǎn)含氮化合物的集成系統(tǒng)的料流的模擬結(jié)果。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)工藝集成，包括但不限于在催化劑如氨合成催化劑的存在下合成化合物。生產(chǎn)工藝可對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)來(lái)自熔融碳酸鹽燃料電池的輸出，和/或生產(chǎn)工藝可消耗或提供一種或多種燃料電池料流。與含氮中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的生產(chǎn)集成氨可通常由H2和N2經(jīng)由Haber-Bosch方法在提高的溫度和壓力下制備。傳統(tǒng)地，輸入可以為a)純化的H2，其可以由多步法制備，所述多步法可通常要求蒸汽甲烷重整、水煤氣變換、水脫除、和痕量碳氧化物經(jīng)由甲烷化轉(zhuǎn)化成甲烷；和b)純化的N2，其可通常經(jīng)由變壓吸附衍生自空氣。本方法可以是復(fù)雜的且能量密集型的，本方法設(shè)備可由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)性而大大獲益。使用熔融碳酸鹽燃料電池的氨合成方法可相對(duì)于傳統(tǒng)方法提供一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括但不限于額外電力生產(chǎn)、降低的復(fù)雜度、和/或更好的可規(guī)模性。另外或替代性地，使用熔融碳酸鹽燃料電池的氨合成方法可提供用來(lái)降低CO2生成和/或用來(lái)產(chǎn)生CO2用于其它工藝的機(jī)制。在各種方面中，MCFC系統(tǒng)可產(chǎn)生合成氣作為輸出。合成氣可很大程度地不含任何雜質(zhì)如需要除去的硫，而且合成氣可提供用于氨合成的H2源。陽(yáng)極排氣可首先在水煤氣變換反應(yīng)器中反應(yīng)以使H2相對(duì)于CO的量最大化。水煤氣變換是熟知的反應(yīng)，通?？梢栽凇案摺睖?大約300℃至大約500℃)和“低”溫(大約100℃至大約300℃)下進(jìn)行，更高溫度催化劑產(chǎn)生更快的反應(yīng)速率，但具有更高的出口CO含量，之后是低溫反應(yīng)器以進(jìn)一步將合成氣轉(zhuǎn)換成更高H2濃度。之后，氣體可經(jīng)受經(jīng)由一種或多種方法分離以純化H2。這可包括例如將水冷凝，脫除CO2，純化H2，然后最后的在提高的壓力(通常大約15barg至大約30barg，或者大約1.5MPag至大約3MPag)下的甲烷化步驟以確?？上M可能多的碳氧化物。在傳統(tǒng)氨工藝中，純化H2料流過(guò)程中產(chǎn)生的水、CO2和甲烷料流以及來(lái)自氨合成工藝的其它廢氣可代表非常低價(jià)值的廢料流。相反，在一些方面，各種“廢”氣可以產(chǎn)生可用于MCFC-氨系統(tǒng)的其它部分中的料流，同時(shí)潛在地產(chǎn)生可用于其它工藝中的其它料流。最后，H2料流可以壓縮至大約60barg(大約6MPag)至大約180barg(大約18MPag)的氨合成條件。典型的氨工藝可以在大約350℃至大約500℃，如大約450℃或更低下進(jìn)行，可導(dǎo)致每程的低轉(zhuǎn)化率(通常小于大約20％)和大的再循環(huán)料流。作為熔融碳酸鹽燃料電池與氨合成的集成的實(shí)例，至陽(yáng)極入口的燃料料流可對(duì)應(yīng)于可重整燃料和/或H2的新鮮來(lái)源連同(任選但優(yōu)選)來(lái)自氨合成工藝的再循環(huán)廢氣，其可包含H2、CH4(或其它可重整烴)和/或CO。氨加工，由于大的再循環(huán)比率和稀釋劑(例如：由甲烷化以除去所有碳氧化物而產(chǎn)生的甲烷的存在，可產(chǎn)生顯著的清洗料流和廢料流。這些料流的大部分，只要它們不包含反應(yīng)性氧化劑如氧氣，可以與燃料電池陽(yáng)極入口相容。陽(yáng)極入口可另外或替代性地包含來(lái)自氫氣純化的分離氣體，因?yàn)檫@些氣體可通常含有包含H2、CO、CO2、H2O和任選其它與陽(yáng)極相容的氣體的混合物。陽(yáng)極排氣可然后使用水煤氣變換反應(yīng)和H2分離來(lái)加工形成高純度的H2料流。至少一部分這種H2料流然后可用作氨合成工藝的輸入。任選地，除了進(jìn)行高純度H2料流的分離，H2料流可在用于氨合成之前通過(guò)甲烷化反應(yīng)器。所述一個(gè)或多個(gè)分離和/或純化的目的可以是提高H2料流的純度，使得具有提高純度的至少一部分H2料流可用作氨合成的輸入。對(duì)于陰極入口料流，CO2和O2可由任何傳統(tǒng)來(lái)源提供，如同位(co-located)外部CO2源(例如燃?xì)廨啓C(jī)和/或鍋爐排氣料流)、從陽(yáng)極排氣中分離的再循環(huán)CO2、來(lái)自陰極排氣的再循環(huán)CO2和/或O2、作為氫氣純化的一部分而分離的含碳料流、和/或從氨合成裝置的輸出中分離出的CO2。通常，可有利地使用這些料流的混合物，并且可利用料流的任何殘余燃料價(jià)值，例如以提供熱將陰極入口料流溫度升高至MCFC入口溫度。例如，燃料料流(其為來(lái)自分離和/或氨工藝的廢氣)可以與足夠氧化劑(空氣)混合以燃燒基本上所有殘余燃料組分同時(shí)還提供足夠的氧氣以與陰極中的CO2反應(yīng)以形成碳酸根離子。陰極排氣料流可具有均降低的CO2和O2濃度，因?yàn)檫@些氣體可反應(yīng)形成可傳輸至陽(yáng)極料流中的碳酸根。因?yàn)镸CFC可降低陰極入口料流中CO2和O2的含量，陰極排氣可具有基于干重相比于空氣提高的氮濃度。對(duì)于設(shè)計(jì)成有效分離CO2的系統(tǒng)，陰極排氣可具有基于干重低于大約10％或低于大約5％或低于大約1％的CO2濃度。氧氣含量可基于干重另外或替代性地低于大約15％或低于大約10％或低于大約5％。N2濃度可通?；诟芍爻^(guò)大約80％或大約85％或可以大于大約90％。在捕獲該料流的熱值(如通過(guò)熱的蒸汽發(fā)生、與其它工藝流的熱交換、和/或另外的電)以后，陰極排氣可任選但有利地用于形成用于氨合成中的高純度N2料流。任何用于產(chǎn)生純氮?dú)獾牡湫头蛛x方法可對(duì)該料流更有效地操作。任選地，可對(duì)該N2料流進(jìn)行一種或多種分離方法或純化方法以產(chǎn)生提高純度的N2料流。至少一部分具有提高純度的N2可然后任選但有利地用作氨合成的輸入。在操作期間，可運(yùn)行燃料電池以匹配氨合成的需求，如所選擇的相對(duì)于氫氣(和/或合成氣)產(chǎn)量更低或更高的電產(chǎn)量。相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)(如美國(guó)專利5,169,717中所述的那些)，上述集成方法可以減少或消除分離前端系統(tǒng)以產(chǎn)生純化H2和N2輸入料流的需求。例如，代替具有專用蒸汽重整器和隨后的凈化段，可運(yùn)行MCFC以重整足量的可重整燃料以提供純化H2，同時(shí)還產(chǎn)生電力。通常，這可以通過(guò)在比通常低的燃料利用率下運(yùn)行燃料電池而進(jìn)行。例如，燃料利用率可以低于大約70％，如低于大約60％或低于大約50％或低于大約40％。在傳統(tǒng)MCFC運(yùn)行中，燃料利用率為大約70-80％可以是典型的，由陽(yáng)極產(chǎn)生的殘余合成氣可用作燃料以加熱輸入至陰極和/或陽(yáng)極的料流。在傳統(tǒng)運(yùn)行中，可能還需要使用陽(yáng)極排氣料流向陰極提供CO2，在它與空氣反應(yīng)之后。與此不同，在一些方面中，對(duì)于簡(jiǎn)單的燃燒和再循環(huán)，不需要使用來(lái)自陽(yáng)極排氣的合成氣。氨合成方法可提供一些可利用的清洗料流或廢料流，使可用于氨合成的合成氣的量最大化。類似地，如上文指出的，MCFC的陰極排氣可提供更高純度的初始料流用于形成純化的N2料流。MCFC中用于氨合成的輸入料流的產(chǎn)生和相關(guān)的分離段的集中可減少設(shè)備的覆蓋區(qū)域以及提供改進(jìn)的各種工藝的熱集成。脲是另一大類化學(xué)產(chǎn)物，其可以通過(guò)氨與CO2的反應(yīng)制備。1922年開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)方法也被稱為Bosch–Meiser脲工藝，這是以其發(fā)現(xiàn)者命名。各種脲工藝的特征可以是脲形成的條件和未轉(zhuǎn)化反應(yīng)物進(jìn)一步加工的方式。該方法可以由兩個(gè)主要的平衡反應(yīng)組成，反應(yīng)物未完全轉(zhuǎn)化。這些反應(yīng)的凈熱平衡可以是放熱的。第一平衡反應(yīng)可以是液氨與干冰(固體CO2)的放熱反應(yīng)，形成氨基甲酸銨(H2N-COONH4)：第二平衡反應(yīng)可以是氨基甲酸銨吸熱分解成脲和水：脲工藝可以使用高壓下的液化氨和CO2作為工藝輸入。在現(xiàn)有技術(shù)工藝中，二氧化碳通常由外部源提供，在這種情況下必須壓縮至高壓。相反，在本方法中，如圖6所示，可以產(chǎn)生適于與來(lái)自氨合成反應(yīng)的液體氨產(chǎn)物反應(yīng)的高壓液化二氧化碳料流。在各方面中，脲生產(chǎn)可以通過(guò)提供一種或多種輸入(例如電、熱、CO2、NH3、H2O)和/或接受來(lái)自MCFC的一種或多種輸出(例如H2O、熱)同時(shí)消除對(duì)大量單獨(dú)系統(tǒng)的需求而改進(jìn)。另外，就包括實(shí)質(zhì)上產(chǎn)物脫除和再循環(huán)的大多數(shù)平衡方法來(lái)說(shuō)，可產(chǎn)生清洗料流或廢料流。這些清洗料流或廢料流可能是副反應(yīng)和再循環(huán)回路內(nèi)雜質(zhì)積累的結(jié)果。在典型的獨(dú)立裝置中，這些料流可通常具有低價(jià)值，潛在地可要求用其它方法和設(shè)備進(jìn)一步純化用于再循環(huán)。與此不同，在各方面中，清洗料流或廢料流可有利地并以簡(jiǎn)單得多的方式利用。陽(yáng)極入口可消耗任何可重整燃料和/或合成氣組合物。用可燃燒的材料如氮化合物如氨稀釋的料流可與空氣反應(yīng)生成N2、水和熱，其可連同包含殘余CO2、CO和H2的任何料流一起用作陰極入口的一部分。因?yàn)镸CFC系統(tǒng)可通常在低壓(低于大約10barg或大約1MPag，通常近大氣壓條件)下運(yùn)行，因此將任何清洗料流或廢料流再壓縮的需求降低或最小化，因?yàn)檫@些工藝料流可足夠被加壓用于MCFC。另外，脲工藝可以與氨合成方法集成到組合系統(tǒng)中。該集成方式可減少和/或消除傳統(tǒng)方式的許多工藝，傳統(tǒng)方式可要求氨裝置(蒸汽重整器、水煤氣變換、變壓吸附以產(chǎn)生H2+空氣分離裝置)，再加上冷CO2(干冰)的分開(kāi)供應(yīng)，冷CO2通常遠(yuǎn)程制備，然后傳送至該裝置。本系統(tǒng)可消除這些工藝中的許多，并因?yàn)樗稍诟邏合路蛛xCO2料流，所以可在有利的條件下提供需要的反應(yīng)物。特別地，不是作為干冰傳送CO2用于遠(yuǎn)端脲裝置，而是可由衍生自MCFC陽(yáng)極排氣的料流分離以液化形式提供二氧化碳，因此可容易地壓縮至適當(dāng)反應(yīng)壓力。這可避免在CO2冷卻、傳輸和再壓縮中的實(shí)質(zhì)上能量不足。如上所述，MCFC可以與用于氨生產(chǎn)的氨裝置集成，同時(shí)使額外設(shè)備的量減少或最小化。另外或或者，可對(duì)MCFC系統(tǒng)的陽(yáng)極排氣進(jìn)行分離以提供CO2源。該CO2源然后可進(jìn)一步分離和/或純化使得至少一部分CO2可用于脲合成工藝。例如，CO2分離可使用包括深冷分離的方法進(jìn)行。這可減少或消除對(duì)冷CO2的分開(kāi)生產(chǎn)和/或傳送的需求。進(jìn)一步另外或或者，MCFC系統(tǒng)可提供電力和/或可通過(guò)與MCFC輸入/輸出料流熱交換和/或通過(guò)與分離系統(tǒng)熱交換而提供或消耗熱。圖6示意性顯示了熔融碳酸鹽燃料電池(如熔融碳酸鹽燃料電池陣列)與用于進(jìn)行氨合成和/或脲合成的反應(yīng)系統(tǒng)的集成的實(shí)例。在圖6中，熔融碳酸鹽燃料電池810可示意性地代表一個(gè)或多個(gè)燃料電池(如燃料電池堆或燃料電池陣列)連同相關(guān)的用于燃料電池的重整段。燃料電池810可接收陽(yáng)極輸入料流805，如可重整燃料料流，和含CO2陰極輸入料流809。在圖6中，陽(yáng)極輸入料流805可包含由氨合成工藝840產(chǎn)生的任選再循環(huán)部分的廢氣847。在圖6中，陽(yáng)極輸入料流809可包含在分離段820中從燃料電池810的陽(yáng)極和/或陰極輸出分離的任選再循環(huán)部分的CO2829。燃料電池810的陽(yáng)極輸出815然后可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)分離段820，其可以任何所需順序包括CO2、H2O、和/或H2分離段，任選以及水煤氣變換段，如下文所述以及如圖1和2中進(jìn)一步例示的。分離段可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于CO2輸出料流822、H2O輸出料流824和高純度H2輸出料流826的一種或多種料流。分離段還可產(chǎn)生任選的合成氣輸出825。陰極輸出816可被送入一個(gè)或多個(gè)分離段820。通常，用于陰極輸出的所述一個(gè)或多個(gè)分離段可與用于陽(yáng)極輸出的所述一個(gè)或多個(gè)分離段不同，但是從分離中得到的料流可任選合并，如圖6所示。例如，可從陰極輸出816中分離CO2并加入一個(gè)或多個(gè)CO2輸出料流822中。從陰極輸出816中分離的最大產(chǎn)物可以是高純度N2料流841。高純度H2輸出料流826和高純度N2料流841可用作氨合成段840的反應(yīng)物以產(chǎn)生氨輸出料流845。任選，一部分氨輸出料流可用作用于脲生產(chǎn)850的輸入851，連同來(lái)自分離段820的CO2料流822，產(chǎn)生脲輸出855。任選，用于脲生產(chǎn)850的輸入氨料流851可以來(lái)自不同的來(lái)源。任選，氨生產(chǎn)段840或脲生產(chǎn)段850可以從配置中省略。另外的燃料電池運(yùn)行策略作為對(duì)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(duì)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(guò)電解質(zhì)的燃料電池反應(yīng)的理想電化學(xué)勢(shì)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(shì)為大約1.04V。在MCFC的運(yùn)行過(guò)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(jiàn)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(shì)(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(duì)任何方便的燃料電池結(jié)構(gòu)，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測(cè)定熱比率。也可以對(duì)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件計(jì)算熱比率。例如，可以對(duì)單一燃料電池內(nèi)的單一陽(yáng)極、燃料電池堆內(nèi)的陽(yáng)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要集成的陽(yáng)極段)一起的燃料電池堆內(nèi)的陽(yáng)極段計(jì)算熱比率。本文所用的“陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極輸入與陽(yáng)極輸出之間的升溫。再另外或或者，可以運(yùn)行燃料電池以具有比陽(yáng)極入口溫度低大約10℃至高大約10℃的陽(yáng)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(yáng)極出口溫度高的陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極入口溫度。作為對(duì)本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，可以在降低或?qū)⒃陉帢O排氣料流中離開(kāi)燃料電池的CO2量減至最低的同時(shí)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)。合成氣可以是用于各種工藝的有價(jià)值的輸入。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(guò)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)可以是重整烴或類烴燃料，如甲烷或天然氣。對(duì)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合意的。如果有額外的CO2可用，如在陽(yáng)極產(chǎn)生的CO2，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(guò)將合成氣生成和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(yáng)極排氣中離開(kāi)燃料電池的合成氣的凈量相對(duì)于在陰極排氣中離開(kāi)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(shuō)明書(shū)中，陽(yáng)極排氣中的合成氣的凈量被定義為陽(yáng)極排氣中存在的H2摩爾數(shù)和CO摩爾數(shù)的總和減去陽(yáng)極入口存在的H2和CO量。由于該比率基于陽(yáng)極排氣中的合成氣的凈量，簡(jiǎn)單地將過(guò)量H2送入陽(yáng)極不會(huì)改變?cè)摫嚷实闹?。但是，由于在?yáng)極中和/或在與陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極排氣中的總潛在合成氣，無(wú)論合成氣中最終所需的H2/CO比如何。然后可以將陽(yáng)極排氣的合成氣含量(H2+CO)與陰極排氣的CO2含量相比較。這可提供一種類型的效率值，其也可說(shuō)明(accountfor)碳捕集量。這可同等地表示為如下方程陽(yáng)極排氣中的凈合成氣與陰極CO2的比率＝(H2+CO)陽(yáng)極的凈摩爾數(shù)/(CO2)陰極的摩爾數(shù)在各種方面中，陽(yáng)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(yáng)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的比率值可能足夠的/現(xiàn)實(shí)的。陽(yáng)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可高于照常規(guī)運(yùn)行的燃料電池的值。作為對(duì)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。化學(xué)效率可基于作為輸出從陽(yáng)極排氣中取出的氫氣和/或合成氣料流以用于其它工藝。盡管與一些傳統(tǒng)配置相比電效率可能被降低，但利用陽(yáng)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(yáng)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(duì)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(yáng)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(guò)提高引入陽(yáng)極的可重整燃料與在陽(yáng)極處實(shí)際電化學(xué)氧化的燃料的比率，可以提高陽(yáng)極輸出中的化學(xué)能含量。在一些方面中，送往陽(yáng)極和/或送往與陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極和/或送往與陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極中反應(yīng)的氫氣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(yáng)極中反應(yīng)的氫氣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(yáng)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(yáng)極入口料流中的可重整氫含量的至少大約80％可以在陽(yáng)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(yáng)極的可重整燃料量可基于可重整燃料的低位發(fā)熱值(LHV)與在陽(yáng)極中氧化的氫氣的LHV的相對(duì)值表征。這可被稱作可重整燃料過(guò)剩率。在各種方面中，可重整燃料過(guò)剩率可以為至少大約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，可重整燃料過(guò)剩率可以為大約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(duì)本文描述的燃料電池運(yùn)行策略的增加、補(bǔ)充和/或替代，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)行熔融碳酸鹽燃料電池(如燃料電池組件)。代替選擇用于使燃料電池的電效率最大化的傳統(tǒng)條件，該運(yùn)行條件可以在燃料電池的陽(yáng)極排氣中輸出過(guò)量合成氣和/或氫氣。該合成氣和/或氫氣然后可用于各種用途，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)明的方面中，可以降低電效率以實(shí)現(xiàn)高的總效率，這包括化學(xué)效率，其基于生成的合成氣和/或氫氣的化學(xué)能量值與燃料電池的燃料輸入的能量值的相對(duì)值。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)，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剩梢赃\(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(duì)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(guò)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?，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(duì)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(duì)于在電壓VA下運(yùn)行的熔融碳酸鹽燃料電池，該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?yáng)極內(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(guò)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(yáng)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(guò)向燃料電池的陽(yáng)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。這可降低跨燃料電池的溫度差的量，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。電效率的損失可通過(guò)產(chǎn)生可用于各種用途(包括額外的發(fā)電)的額外產(chǎn)物料流抵消，所述額外產(chǎn)物料流例如為合成氣和/或H2，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能相對(duì)較高，但這樣的廢熱不一定代表燃料電池以差效率運(yùn)行。相反，可以由于在提高的功率密度下運(yùn)行燃料電池而生成廢熱。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(guò)在燃料電池陣列中布置熱流通通但不流體連通的“板”或段而使用與陽(yáng)極運(yùn)行無(wú)關(guān)的其它吸熱反應(yīng)來(lái)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升溫減小至大約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降溫為大約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(guò)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降溫。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(duì)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(duì)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0.60，例如至少大約0.61、至少大約0.62或至少大約0.63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(kāi)燃料電池的能量可作為熱留在電池內(nèi)。這種額外的熱能夠允許增加的吸熱反應(yīng)發(fā)生，例如增加CH4轉(zhuǎn)化成合成氣。定義合成氣:在本說(shuō)明書(shū)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，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(guò)重整該燃料然后驅(qū)使水煤氣變換反應(yīng)完全以使H2生成最大化而形成的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(lái)講不是可重整的，但驅(qū)使水煤氣變換反應(yīng)完全會(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?；谶@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(yáng)極內(nèi)的氧化反應(yīng)被定義為是相當(dāng)于通過(guò)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(yáng)極中的氧化反應(yīng)的這一定義中不包括陽(yáng)極內(nèi)的重整反應(yīng)，在重整反應(yīng)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，對(duì)燃燒反應(yīng)的提及被定義是對(duì)到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)的提及。本發(fā)明的方面可調(diào)節(jié)陽(yáng)極燃料參數(shù)以實(shí)現(xiàn)燃料電池的所需運(yùn)行范圍。陽(yáng)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(yáng)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?、燃料過(guò)剩率、可重整燃料過(guò)剩率、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(yáng)極運(yùn)行的一個(gè)選項(xiàng)，其基于相對(duì)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(yáng)極中氧化的氫量(如上所述)與陽(yáng)極輸入(包括任何相關(guān)重整段)的可重整氫含量的比率。可重整氫含量已在上文定義為可由燃料通過(guò)重整該燃料然后驅(qū)使水煤氣變換反應(yīng)完全以使H2生成最大化而形成的H2分子數(shù)。例如，引入陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極中的燃料利用率也可以通過(guò)基于由于燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)而在陽(yáng)極中氧化的氫氣的低位發(fā)熱值與送往陽(yáng)極和/或與陽(yáng)極相關(guān)的重整段的所有燃料的低位發(fā)熱值的比率定義熱值利用率來(lái)表征?？梢允褂眠M(jìn)入和離開(kāi)燃料電池陽(yáng)極的燃料組分的流速和低位發(fā)熱值(LHV)計(jì)算本文所用的“燃料電池?zé)嶂道寐省?。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(yáng)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)。低位發(fā)熱值:低位發(fā)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(yáng)極輸入料流中存在的任何CO2不構(gòu)成陽(yáng)極輸入的燃料含量，因?yàn)镃O2已完全氧化。對(duì)于這一定義，由于陽(yáng)極燃料電池反應(yīng)而在陽(yáng)極中發(fā)生的氧化量被定義為作為如上定義的陽(yáng)極中的電化學(xué)反應(yīng)的一部分的陽(yáng)極中的H2氧化。要指出，對(duì)于陽(yáng)極輸入流中的唯一燃料是H2的特殊情況，在陽(yáng)極中可發(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(jiǎn)化成(H2-速率-入－H2-速率-出)/H2-速率-入。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(jiàn)的情況下，陽(yáng)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?yáng)極出口中，可能需要如上所述求和以測(cè)定燃料利用率。作為對(duì)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，另外或或者，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。燃料過(guò)剩率:表征熔融碳酸鹽燃料電池中的反應(yīng)的另一方式是通過(guò)基于送往陽(yáng)極和/或與陽(yáng)極相關(guān)的重整段的所有燃料的低位發(fā)熱值與由于燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)而在陽(yáng)極中氧化的氫氣的低位發(fā)熱值的比率來(lái)定義利用率。這種量被稱作燃料過(guò)剩率。因此，燃料過(guò)剩率可作為(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(yáng)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的燃料過(guò)剩率。另外或或者，燃料過(guò)剩率可以為大約25.0或更低。要指出，并非陽(yáng)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(yáng)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(kāi)陽(yáng)極之前可重整，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(duì)燃料過(guò)剩率的上述定義提供了相對(duì)于在燃料電池陽(yáng)極中發(fā)電所消耗的燃料量表征在陽(yáng)極和/或與燃料電池相關(guān)的重整段內(nèi)發(fā)生的重整的量的一種方法。任選地，可以改變?nèi)剂线^(guò)剩率以慮及燃料從陽(yáng)極輸出再循環(huán)到陽(yáng)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(yáng)極輸出再循環(huán)到陽(yáng)極輸入時(shí)，這樣的再循環(huán)燃料組分不代表可用于其它用途的過(guò)剩量的可重整或重整的燃料。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需求?？芍卣剂线^(guò)剩率:計(jì)算可重整燃料過(guò)剩率是慮及這樣的再循環(huán)燃料組分的一個(gè)選項(xiàng)，其縮窄了過(guò)剩燃料的定義，以在陽(yáng)極輸入料流中僅包括可重整燃料的LHV。本文所用的“可重整燃料過(guò)剩率”被定義為送往陽(yáng)極和/或與陽(yáng)極相關(guān)的重整段的可重整燃料的低位發(fā)熱值與由于燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)而在陽(yáng)極中氧化的氫氣的低位發(fā)熱值的相對(duì)值。在可重整燃料過(guò)剩率的定義下，不包括陽(yáng)極進(jìn)料中的任何H2或CO的LHV?？芍卣剂系倪@種LHV仍可通過(guò)表征進(jìn)入燃料電池陽(yáng)極的實(shí)際組合物測(cè)量，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(yáng)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)，可重整燃料過(guò)剩率(RRFS)＝LHVRF/LHVOH，其中LHVRF是可重整燃料的低位發(fā)熱值(LHV)且LHVOH是在陽(yáng)極中氧化的氫氣的低位發(fā)熱值(LHV)?？赏ㄟ^(guò)從陽(yáng)極入口料流的LHV中減去陽(yáng)極出口料流的LHV(例如，LHV(anode_in)-LHV(anode_out))來(lái)計(jì)算在陽(yáng)極中氧化的氫氣的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的可重整燃料過(guò)剩率。另外或或者，可重整燃料過(guò)剩率可以為大約25.0或更低。要指出，基于相對(duì)于陽(yáng)極中的氧化量的送往陽(yáng)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(guò)將相當(dāng)一部分的陽(yáng)極輸出物再循環(huán)回陽(yáng)極輸入而實(shí)現(xiàn)低燃料利用率。這種再循環(huán)能使陽(yáng)極輸入中的任何氫氣再用作陽(yáng)極的輸入。這可降低重整量，因?yàn)榧词乖趩纬探?jīng)過(guò)燃料電池時(shí)的燃料利用率低，至少一部分未用的燃料也再循環(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(yáng)極重整段的可重整燃料與在陽(yáng)極反應(yīng)中氧化的氫氣的比率。為了改變送往陽(yáng)極重整段的可重整燃料與陽(yáng)極中的氧化量的比率，需要識(shí)別具有原有含量的不可重整燃料的陽(yáng)極進(jìn)料，或需要取出陽(yáng)極輸出中的未用燃料以用于其它用途，或兩者?？芍卣麣溥^(guò)剩率:用于表征燃料電池運(yùn)行的另一選項(xiàng)基于“可重整氫過(guò)剩率”。上文定義的可重整燃料過(guò)剩率是基于可重整燃料組分的低位發(fā)熱值定義的。可重整氫過(guò)剩率被定義為送往陽(yáng)極和/或與陽(yáng)極相關(guān)的重整段的可重整燃料的可重整氫含量與由于燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)而在陽(yáng)極中反應(yīng)的氫的比率。因此，“可重整氫過(guò)剩率”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(yáng)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(yáng)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(yáng)極重整段的可重整燃料與陽(yáng)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(guò)量重整以平衡燃料電池中的熱發(fā)生和消耗的方法。將可重整燃料重整形成H2和CO是一個(gè)吸熱過(guò)程。可通過(guò)燃料電池中的電流生成對(duì)抗這種吸熱反應(yīng)，所述電流生成也可產(chǎn)生過(guò)量熱，其(大致)對(duì)應(yīng)于由陽(yáng)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(kāi)燃料電池的能量之差。陽(yáng)極氧化反應(yīng)/碳酸鹽形成反應(yīng)中涉及的每摩爾氫的過(guò)量熱可大于通過(guò)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)出從入口到出口的升溫。代替這種類型的傳統(tǒng)運(yùn)行，可以提高在與陽(yáng)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(guò)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(guò)燃料氧化生成的過(guò)量熱，以致跨過(guò)燃料電池的溫度下降。這可導(dǎo)致與電力生成所需的量相比氫顯著過(guò)量。作為一個(gè)實(shí)例，送入燃料電池的陽(yáng)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(guò)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(yáng)極的燃料含量的大約75％(或3/4)用于形成氫氣，其隨后在陽(yáng)極中與碳酸根離子反應(yīng)形成H2O和CO2。在傳統(tǒng)運(yùn)行中，剩余大約25％的燃料含量可以在燃料電池內(nèi)重整成H2(或可以對(duì)于燃料中的任何CO或H2而言未反應(yīng)地穿過(guò)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?？芍卣麣溥^(guò)剩率在這種情形下可以為4/(4-1)＝4/3。電效率:本文所用的術(shù)語(yǔ)“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位發(fā)熱值(“LHV”)率。燃料電池的燃料輸入包括送往陽(yáng)極的燃料以及用于保持燃料電池的溫度的任何燃料，如送往與燃料電池相關(guān)的燃燒器的燃料。在本說(shuō)明書(shū)中，由該燃料產(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(yǔ)“電化學(xué)動(dòng)力”或LHV(el)是通過(guò)燃料電池中連接陰極與陽(yáng)極的電路和碳酸根離子經(jīng)燃料電池電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移而生成的動(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。“電化學(xué)動(dòng)力”不考慮燃料電池運(yùn)行過(guò)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給燃料電池運(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(yǔ)“陽(yáng)極燃料輸入”，被稱作LHV(anode_in)，是陽(yáng)極入口料流內(nèi)的燃料量。術(shù)語(yǔ)“燃料輸入”，被稱作LHV(in)，是送往燃料電池的燃料總量，包括陽(yáng)極入口料流內(nèi)的燃料量和用于保持燃料電池的溫度的燃料量。基于本文提供的可重整燃料的定義，該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。總?cè)剂想姵匦?本文所用的術(shù)語(yǔ)“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(yáng)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(yáng)極的燃料組分(如H2、CH4和/或CO)的LHV的速率，且LHV(sgnet)是指在陽(yáng)極中產(chǎn)生合成氣(H2、CO)的速率，其是陽(yáng)極的合成氣輸入與陽(yáng)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稍撊剂想姵厣傻挠糜谠撊剂想姵赝獾挠幸胬玫臒?。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(qǐng)中使用該術(shù)語(yǔ)時(shí)，在燃料電池外實(shí)施的這些用途不是總?cè)剂想姵匦实囊徊糠帧？側(cè)剂想姵匦蕛H針對(duì)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(yǔ)“化學(xué)效率”被定義為燃料電池的陽(yáng)極排氣中的H2和CO的低位發(fā)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(lái)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(yǔ)“生成的合成氣”是陽(yáng)極的合成氣輸入與陽(yáng)極的合成氣輸出之差。合成氣可以至少部分用作陽(yáng)極的輸入或燃料。例如，系統(tǒng)可包括陽(yáng)極再循環(huán)回路，其將來(lái)自陽(yáng)極排氣的合成氣送回陽(yáng)極入口，在此對(duì)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(yáng)極入口中的合成氣和陽(yáng)極出口料流或流中的合成氣的LHV。要指出，通過(guò)陽(yáng)極內(nèi)的重整反應(yīng)生成的至少一部分合成氣通?？梢栽陉?yáng)極中用于發(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(kāi)陽(yáng)極。本文所用的術(shù)語(yǔ)“合成氣比率”是生成的凈合成氣的LHV除以陽(yáng)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的生成的合成氣。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(cè)量和/或控制汽碳比。例如，可以控制陽(yáng)極入口料流的組成以實(shí)現(xiàn)適合陽(yáng)極中的重整的S/C。S/C可以作為H2O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)給出。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)明的各方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。可以將另一部分排氣送往燃料電池。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?？梢岳门c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)CO2分離。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(yáng)極和陰極被電解質(zhì)隔開(kāi)。陽(yáng)極和陰極可接收輸入氣流以促進(jìn)各自的陽(yáng)極和陰極反應(yīng)，以將電荷傳輸過(guò)電解質(zhì)和生成電。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)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(yáng)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(lái)自各電池的輸出流的流動(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(lái)自第一段的陽(yáng)極/陰極輸出可充當(dāng)?shù)诙蔚年?yáng)極/陰極輸入。要指出，燃料電池陣列中的陽(yáng)極不必以與該陣列中的陰極相同的方式連接。為方便起見(jiàn)，燃料電池陣列的第一陽(yáng)極段的輸入可以被稱作該陣列的陽(yáng)極輸入，且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，最終陽(yáng)極/陰極段的輸出可以被稱作該陣列的陽(yáng)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多個(gè)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。通常可以將單獨(dú)的燃料電池元件(板)一起以矩形陣列“堆疊”，被稱作“燃料電池堆”。這種燃料電池堆通?？色@取進(jìn)料流并將反應(yīng)物分配在所有單獨(dú)的燃料電池元件之間，然后可從各元件收集產(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)作整體，盡管由許多(通常數(shù)十或數(shù)百)單獨(dú)燃料電池元件構(gòu)成。這些單獨(dú)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)這些元件電串聯(lián)時(shí)，總電輸出可來(lái)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，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(duì)本發(fā)明而言，除非另行規(guī)定，術(shù)語(yǔ)“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)單獨(dú)燃料電池元件的組合構(gòu)成的燃料電池堆，因?yàn)檫@是燃料電池在實(shí)踐中的通常使用方式。類似地，除非另行規(guī)定，術(shù)語(yǔ)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(shuō)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)生成的排氣體積可能太大以致無(wú)法通過(guò)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?？梢源笾骂愃频姆绞竭\(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(yǔ)“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(lái)自外部重整器的輸出送入燃料電池的陽(yáng)極入口。除非特別另行說(shuō)明，本申請(qǐng)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(yáng)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(yáng)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(yǔ)“陽(yáng)極重整”是在陽(yáng)極內(nèi)發(fā)生的燃料重整。本文所用的術(shù)語(yǔ)“內(nèi)部重整”是在集成的重整元件內(nèi)而非在陽(yáng)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(yáng)極相關(guān)。在另一些方面中，對(duì)于可與陽(yáng)極相關(guān)(如與多個(gè)陽(yáng)極相關(guān))的燃料電池堆中的重整段，可提供將來(lái)自重整段的輸出流送入至少一個(gè)陽(yáng)極的流動(dòng)路徑。這可相當(dāng)于具有燃料電池板初始段，該段不與電解質(zhì)接觸而是僅可充當(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，其中可將來(lái)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?，以使該集成的吸熱反?yīng)段可利用來(lái)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，如小于一個(gè)堆元件高度的3倍處。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，該獨(dú)立重整段可以從燃料電池接收熱，但可決定不將重整段的輸出用作燃料電池的輸入。相反，可決定將這種重整段的輸出用于另一用途，如將該輸出直接添加到陽(yáng)極排氣料流中和/或形成來(lái)自燃料電池組件的單獨(dú)輸出流。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(duì)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的吸熱反應(yīng)的板。可在燃料電池堆中使用歧管或入口導(dǎo)管的其它布置向各堆元件提供適當(dāng)?shù)妮斎肓?。類似的歧管或出口?dǎo)管的其它布置另外或替代性地可用于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(lái)自堆中的吸熱反應(yīng)段的輸出流而不使該輸出流經(jīng)過(guò)燃料電池陽(yáng)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(guò)燃料電池陽(yáng)極的情況下離開(kāi)燃料電池堆?？梢栽谌剂想姵囟阎械亩言羞M(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(yáng)極排氣或從陽(yáng)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(guò)中間過(guò)程的料流再循環(huán)，而間接再循環(huán)涉及使料流經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間過(guò)程后的再循環(huán)。例如，如果陽(yáng)極排氣在再循環(huán)之前經(jīng)過(guò)CO2分離段，這被視為陽(yáng)極排氣的間接再循環(huán)。如果將陽(yáng)極排氣的一部分，如從陽(yáng)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，這也被視為間接再循環(huán)。陽(yáng)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(yáng)極入口接收的燃料，其包含例如氫氣和烴，如甲烷(或者，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(yáng)極的大部分甲烷(或其它烴質(zhì)或類烴化合物)通?？梢允切迈r甲烷。在本說(shuō)明書(shū)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(lái)的燃料。例如，從陽(yáng)極出口料流再循環(huán)到陽(yáng)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分享，如渦輪機(jī)，渦輪機(jī)利用一部分燃料源向陰極輸入提供含CO2料流。該燃料源輸入可包括與該燃料成一定比例的水，所述比例適于重整段中重整烴(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，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(duì)外部重整是典型的，但更低的值對(duì)內(nèi)部重整可能是典型的。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?yáng)極處的H2氧化可傾向于產(chǎn)生可用于重整該燃料的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)料可含有一定含量的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，該燃料源還可含有CO，如來(lái)自陽(yáng)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(lái)源可以是由進(jìn)入燃料電池組件之前對(duì)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適合用作熔融碳酸鹽燃料電池的陽(yáng)極的輸入料流。一些燃料料流可相當(dāng)于含有烴和/或還可包括不同于C和H的雜原子的類烴化合物的料流。在這一論述中，除非另行規(guī)定，用于MCFC陽(yáng)極的含烴燃料料流的提及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(yáng)極輸入中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/或烴流。例如，甲烷和/或天然氣的一些來(lái)源是可包括顯著量的CO2或其它惰性分子，如氮、氬或氦的來(lái)源。由于存在提高量的CO2和/或惰性物，可降低基于該來(lái)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)會(huì)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(duì)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(yáng)極反應(yīng)的溫度。另外，由于燃料電池陽(yáng)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(yáng)極輸出中存在的H2和CO的相對(duì)量。但是，另外，惰性化合物對(duì)重整和陽(yáng)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(yáng)極輸入料流的可能來(lái)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(jiàn)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(yáng)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(yáng)極輸入料流中，如在裂化或其它煉油廠工藝過(guò)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(yáng)極輸入的另一些可能的來(lái)源可包括具有提高的水含量的料流。例如，來(lái)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通?？蓪?duì)燃料電池的運(yùn)行僅造成極小的影響。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(yáng)極輸入料流的至少一部分。生物氣或沼氣是陽(yáng)極輸入的另一附加或替代的可能來(lái)源。生物氣可能主要包含甲烷和CO2并通常通過(guò)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(yáng)極輸入之前從生物氣中除去雜質(zhì)，如含硫化合物。來(lái)自MCFC陽(yáng)極的輸出料流可包括H2O、CO2、CO和H2。任選地，該陽(yáng)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(duì)陽(yáng)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，陽(yáng)極的輸出料流的組成可受若干因素影響?？捎绊戧?yáng)極輸出組成的因素可包括陽(yáng)極的輸入料流的組成、由燃料電池生成的電流量和/或陽(yáng)極出口的溫度。由于水煤氣變換反應(yīng)的平衡性質(zhì)，陽(yáng)極出口的溫度可以是有關(guān)聯(lián)的。在典型陽(yáng)極中，構(gòu)成陽(yáng)極壁的至少一個(gè)板可適用于催化水煤氣變換反應(yīng)。因此，如果a)陽(yáng)極輸入料流的組成已知，b)陽(yáng)極輸入料流中的可重整燃料的重整程度已知，和c)從陰極傳輸?shù)疥?yáng)極的碳酸根的量(對(duì)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(yáng)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?；谒簹庾儞Q反應(yīng)，可以指出，陽(yáng)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(cè)定陽(yáng)極輸出的組成，可以使用陽(yáng)極輸入的組成作為起點(diǎn)。然后可以改變這種組成以反映在陽(yáng)極內(nèi)可能發(fā)生的任何可重整燃料的重整程度。這種重整可降低陽(yáng)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(yáng)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)這種組成以測(cè)定H2、CO、CO2和H2O的出口濃度。表1顯示對(duì)于典型類型的燃料在不同燃料利用率下的陽(yáng)極排氣組成。陽(yáng)極排氣組成可反映陽(yáng)極重整反應(yīng)、水煤氣變換反應(yīng)和陽(yáng)極氧化反應(yīng)的綜合結(jié)果。表1中的輸出組成值通過(guò)假設(shè)陽(yáng)極輸入組成具有大約2比1的汽(H2O)/碳(可重整燃料)比而計(jì)算。假設(shè)可重整燃料是甲烷，假設(shè)其100％重整成氫氣。假設(shè)陽(yáng)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(cè)定平衡常數(shù)的準(zhǔn)確值，假設(shè)燃料電池陽(yáng)極的出口溫度為大約650℃。表1-陽(yáng)極排氣組成表1顯示在條件和陽(yáng)極輸入組成的特定設(shè)置下的陽(yáng)極輸出組成。更通常，在各種方面中，陽(yáng)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?yáng)極中的H2O可由陽(yáng)極氧化反應(yīng)產(chǎn)生。如果將超過(guò)重整所需量的過(guò)量H2O引入陽(yáng)極，則除由于燃料重整和水煤氣變換反應(yīng)消耗(或生成)的H2O外，該過(guò)量H2O通常可大多未反應(yīng)地通過(guò)。陽(yáng)極輸出中的CO2濃度也可很大程度上變化，如大約20體積％至大約50體積％CO2。生成的電流量以及陽(yáng)極輸入流中的CO2量都可影響CO2量。另外或或者，取決于陽(yáng)極中的燃料利用率，陽(yáng)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(yáng)極輸出中，CO量可以為大約5體積％至大約20體積％。要指出，對(duì)于給定燃料電池，陽(yáng)極輸出中的相對(duì)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(yáng)極輸出還可包括5體積％或更少的各種其它組分，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(yáng)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(yáng)極輸出中的CO和H2O轉(zhuǎn)化成CO2和H2?？梢岳缤ㄟ^(guò)在較低溫度下使用水煤氣變換反應(yīng)器將陽(yáng)極輸出中存在的H2O和CO轉(zhuǎn)化成H2和CO2來(lái)提高陽(yáng)極輸出中存在的H2量?；蛘撸梢蕴岣邷囟炔⒖梢阅孓D(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(yáng)極處發(fā)生的反應(yīng)的預(yù)期輸出，因此該陽(yáng)極輸出通?？删哂信c陽(yáng)極輸出中存在的CO量相比過(guò)量的H2O。或者，可以在陽(yáng)極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(guò)程中的不完全碳轉(zhuǎn)化和/或由于在重整條件或在陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程中存在的條件下H2O、CO、H2和CO2之間的平衡反應(yīng)(即水煤氣變換平衡)，在陽(yáng)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。較高溫度往往有利于形成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(yáng)極輸出料流暴露在合適的催化劑，如包括氧化鐵、氧化鋅、銅/氧化鋅等的催化劑下。該水煤氣變換反應(yīng)器任選可包括用于降低陽(yáng)極輸出料流中的CO濃度的兩個(gè)段，其中第一較高溫段在至少大約300℃至大約375℃的溫度下運(yùn)行，第二較低溫段在大約225℃或更低，如大約180℃至大約210℃的溫度下運(yùn)行。除提高陽(yáng)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)變換成二氧化碳，二氧化碳更容易地通過(guò)冷凝(例如深冷脫除)、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，可能合意的是提高陽(yáng)極排氣中存在的CO含量以實(shí)現(xiàn)所需H2/CO比。在經(jīng)過(guò)任選水煤氣變換反應(yīng)段后，可以使陽(yáng)極輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)分離段以從陽(yáng)極輸出料流中除去水和/或CO2。例如，可通過(guò)獨(dú)立或組合使用一種或多種方法對(duì)陽(yáng)極輸出進(jìn)行CO2分離來(lái)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(yáng)極輸出的CO2含量的大約至少70％，如陽(yáng)極輸出的CO2含量的至少大約80％，或至少大約90％?；蛘?，在一些方面中可能合意的是回收陽(yáng)極輸出料流內(nèi)的僅一部分CO2，回收的CO2部分為陽(yáng)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，可能合意的是使一些CO2留在陽(yáng)極輸出流中以在隨后的水煤氣變換段中可實(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(yáng)極輸出冷卻，陽(yáng)極輸出中的大部分水可作為冷凝(液)相分離出。貧水陽(yáng)極輸出流的進(jìn)一步冷卻和/或加壓可隨后分離高純CO2，因?yàn)殛?yáng)極輸出流中的其它剩余組分(如H2、N2、CH4)不容易形成冷凝相。取決于運(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(yáng)極排氣中除水以形成一個(gè)或多個(gè)水輸出流料也是有益的，無(wú)論這是在進(jìn)行CO2分離之前、之中還是之后。陽(yáng)極輸出中的水量可隨所選運(yùn)行條件而變。例如，在陽(yáng)極入口建立的汽/碳比可影響陽(yáng)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(guò)陽(yáng)極和/或僅由于陽(yáng)極中的水煤氣變換平衡而反應(yīng)。根據(jù)該方面，陽(yáng)極排氣中的水含量可相當(dāng)于陽(yáng)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(yáng)極排氣體積的大約80％或更小。盡管可通過(guò)壓縮和/或冷卻及隨之冷凝除去這樣的水，但這種水的脫除可需要額外的壓縮機(jī)功率和/或熱交換表面積和大量的冷卻水。除去一部分這種過(guò)量水的一種有益方式可基于使用吸附劑床，其可從濕陽(yáng)極流出物中捕獲水分，然后可利用干燥的陽(yáng)極進(jìn)料氣“再生”，以向陽(yáng)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)可以是適用的，因?yàn)殛?yáng)極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對(duì)整個(gè)工藝可具有極小的影響。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(guò)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(yáng)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(yáng)極輸出可用于形成一個(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)物料流二者。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(yáng)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(duì)量可能不同于陽(yáng)極輸出中的H2/CO比。在一些方面中，可能合意的是除去或分離陽(yáng)極輸出中存在的一部分H2。例如，在一些方面中陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極輸出中的僅一部分H2的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以是可在相對(duì)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(guò)膜分離生成高純氫的滲透物而不需要苛刻的條件。例如，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，而非在膜滲透物側(cè)上具有大約100kPaa或更低(如環(huán)境壓力)的壓力。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(yáng)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(yáng)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?？梢杂申?yáng)極排氣生成或取出合成氣料流。陽(yáng)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(guò)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(duì)于具有相對(duì)較低CO含量的料流，如H2/CO比為至少大約3:1的料流，該陽(yáng)極排氣可適合用作H2進(jìn)料。可獲益于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)用途，仍更低的CO2含量可能是合意的。對(duì)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，該料流可適合用作合成氣進(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(yáng)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(yáng)極排氣作為外部工藝的進(jìn)料時(shí)，第二部分的陽(yáng)極排氣可再循環(huán)到陽(yáng)極輸入和/或再循環(huán)到燃燒供能發(fā)電機(jī)的燃燒區(qū)?？捎糜诓煌愋偷馁M(fèi)托合成工藝的輸入料流可提供適合由陽(yáng)極輸出生成的不同類型的產(chǎn)物料流的一個(gè)實(shí)例。對(duì)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(yáng)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(duì)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(yáng)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，跨過(guò)該膜的低水平CO2滲透可具有極小后果。可能滲透過(guò)膜的這種CO2對(duì)陽(yáng)極內(nèi)的反應(yīng)可具有極小影響，并且這種CO2可保留在陽(yáng)極產(chǎn)物中。因此，由于滲透而跨膜損失的CO2(如果有的話)不需要再轉(zhuǎn)移通過(guò)MCFC電解質(zhì)。這可以顯著降低對(duì)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率膜，其可以使使用較低壓力和/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(yáng)極排氣中的氫氣體積的大倍數(shù)，這能使?jié)B透物側(cè)上的有效氫氣濃度保持接近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(yáng)極中生成的過(guò)量H2可代表已分離出溫室氣體的燃料。陽(yáng)極輸出中的任何CO2可容易地從陽(yáng)極輸出中分離，如通過(guò)使用胺洗、深冷CO2分離器和/或變壓或真空變壓吸附法。陽(yáng)極輸出的幾種組分(H2、CO、CH4)不容易除去，而CO2和H2O通?？扇菀壮?。根據(jù)該實(shí)施方案，可以分離出陽(yáng)極輸出中的CO2的至少大約90體積％，形成相對(duì)高純的CO2輸出料流。因此，可以有效分離出在陽(yáng)極中生成的任何CO2以形成高純CO2輸出流。在分離后，陽(yáng)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，可以降低由剩余部分的陽(yáng)極輸出的隨后燃燒生成的CO2量。特別地，在剩余部分的陽(yáng)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?？梢詫?duì)陽(yáng)極排氣施以各種氣體加工選擇，包括水煤氣變換和組分的互相分離。兩種一般的陽(yáng)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(yáng)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(yáng)極再循環(huán)料流185提供的H2和/或CO。要指出，陽(yáng)極再循環(huán)料流185是任選的，并且在許多方面中，沒(méi)有直接或通過(guò)與燃料料流105或重整燃料料流115結(jié)合而間接地從陽(yáng)極排氣125回到陽(yáng)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(yáng)極127。也可以將含CO2和O2的料流119送入陰極129。來(lái)自燃料電池的陰極部分129的碳酸根離子流122(CO32-)可提供陽(yáng)極燃料電池反應(yīng)所需的其余反應(yīng)物?；陉?yáng)極127中的反應(yīng)，所得陽(yáng)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(duì)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/或作為燃料料流105的一部分的其它污染物。然后可以將陽(yáng)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(yáng)極排氣中分離CO2輸出流143的另一合適類型的CO2分離段。任選地，陽(yáng)極排氣可首先經(jīng)過(guò)水煤氣變換反應(yīng)器130以將陽(yáng)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(yáng)極排氣135中的CO2和H2。取決于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(yáng)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，可使用的任選的用于分離H2的膜分離段160以生成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)合成工藝的輸入。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，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，顯示的是從滲余物料流166中取出陽(yáng)極再循環(huán)料流185，但另外或或者，可以從各種分離段內(nèi)或之間的其它方便的位置取出陽(yáng)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(jiǎn)單起見(jiàn)，沒(méi)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(duì)陽(yáng)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(duì)陽(yáng)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(yáng)極排氣125送入分離段260以從陽(yáng)極排氣125中除去一部分263氫氣含量。這能夠例如降低陽(yáng)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235然后可經(jīng)過(guò)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(duì)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(yáng)極輸入。當(dāng)然，基于具有所需組成的陽(yáng)極輸出，可以利用分離段的其它組合和排序來(lái)生成料流。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，沒(méi)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(yáng)極的燃料料流中的一部分燃料的同時(shí)提取所需荷載來(lái)運(yùn)行熔融碳酸鹽燃料電池。然后可通過(guò)該荷載、陽(yáng)極的燃料輸入、向陰極提供的空氣和CO2和燃料電池的內(nèi)電阻確定燃料電池的電壓。送往陰極的CO2傳統(tǒng)上可部分地使用陽(yáng)極排氣作為至少一部分陰極輸入料流來(lái)提供。相反，本發(fā)明可以對(duì)陽(yáng)極輸入和陰極輸入使用分開(kāi)/不同的來(lái)源。通過(guò)消除陽(yáng)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(guò)量合成氣、以改進(jìn)二氧化碳捕集和/或改進(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，跨過(guò)燃料電池中的電解質(zhì)的碳酸根離子傳輸可提供從第一流動(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(yáng)極)傳輸，這可因此有利于捕集CO2。該燃料電池對(duì)CO2分離的選擇性部分可基于能使該電池生成電力的電化學(xué)反應(yīng)。對(duì)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(yáng)極的傳輸。相反，陰極和陽(yáng)極之間的電位(電壓)差可提供跨燃料電池傳輸碳酸根離子的強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力。因此，熔融碳酸鹽燃料電池中的碳酸根離子傳輸可允許以相對(duì)較高的選擇性從陰極(較低CO2濃度)向陽(yáng)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，燃料電池具有有限的從相對(duì)較稀的陰極進(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(kāi)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(guò)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(lái)自燃料電池的陰極段的排氣中可能存在至少一些CO2?？苫陉帢O入口源的CO2含量確定送往燃料電池陰極的二氧化碳量。適合用作陰極輸入流的含CO2料流的一個(gè)實(shí)例可以是來(lái)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(lái)源。另外或替代的來(lái)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(lái)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(duì)較高CO2含量的排氣流，如來(lái)自燃煤燃燒源的輸出而言，來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)源包括生物制CO2來(lái)源。這可包括例如，在生物衍生化合物的加工過(guò)程中生成的CO2，如在乙醇生產(chǎn)過(guò)程中生成的CO2。一個(gè)附加或替代的實(shí)例可包括通過(guò)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(lái)源可相當(dāng)于來(lái)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(lái)源可以是來(lái)自燃料電池的含CO2料流。來(lái)自燃料電池的含CO2料流可相當(dāng)于來(lái)自不同燃料電池的陰極輸出料流、來(lái)自不同燃料電池的陽(yáng)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(yáng)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(lái)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(lái)自另一燃料電池的含CO2料流可來(lái)自另一熔融碳酸鹽燃料電池。例如，對(duì)于就陰極而言串聯(lián)的熔融碳酸鹽燃料電池，來(lái)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(duì)于來(lái)自燃燒源以外的來(lái)源的各種類型的含CO2料流，該料流的CO2含量可在很大程度上變化。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(duì)于一些更高CO2含量的料流，CO2含量可高于大約30體積％，如含僅附帶量的其它化合物的基本由CO2構(gòu)成的料流。例如，無(wú)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(wú)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(guò)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包括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(duì)于許多類型的陰極輸入料流，CO2和O2的總量可相當(dāng)于該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蹩諝饬髋c具有低氧含量的CO2源合并。例如，通過(guò)煤燃燒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(duì)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(lái)源的一部分，則該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。取決于用于燃燒反應(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(guò)已知的污染物去除技術(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，可以向陰極輸入中加入額外空氣以向陰極反應(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降低或?qū)⒋祟愇廴疚锏暮繙p至最低。除用于形成跨電解質(zhì)傳輸?shù)奶妓岣x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(jiàn)，下面僅提到硝酸根離子。所得硝酸根離子也可跨電解質(zhì)傳輸以用于陽(yáng)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)對(duì)跨電解質(zhì)傳輸?shù)奶妓岣牧靠删哂袠O小影響。但是，這種NOx脫除法可對(duì)基于來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒排氣的陰極輸入料流是有益的，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，可以向燃燒排氣引入熱，或如果需要，從燃燒排氣中除熱以例如向其它工藝(如陽(yáng)極的燃料輸入的重整)供熱。例如，如果陰極輸入料流的來(lái)源是燃燒排氣料流，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。或者，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℃?；蛘撸撊紵艢饪蓙?lái)自以聯(lián)合循環(huán)模式運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)的排氣，其中該氣體可通過(guò)生成蒸汽以運(yùn)行蒸汽輪機(jī)額外發(fā)電來(lái)冷卻。在這種情況下，該氣體可低于大約50℃?？梢韵虮阮A(yù)期冷的燃燒排氣引入熱。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(duì)于單個(gè)燃料電池的容量，含CO2料流的一些類型的來(lái)源可生成大體積流速。例如，相對(duì)于尺寸合理的單MCFC的合意運(yùn)行條件，來(lái)自工業(yè)燃燒源的含CO2的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，其中至少一些通常可以并聯(lián)，以使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(wú)論含CO2料流可并聯(lián)分配到的初始燃料電池?cái)?shù)是多少，各初始燃料電池之后可以是串聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)附加電池以進(jìn)一步除去額外的CO2。如果陰極輸出中的CO2所需量足夠低，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至所需水平會(huì)造成燃料電池的低和/或不可預(yù)測(cè)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，可以降低CO2濃度(例如降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)可選擇段陣列以實(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)燃料電池可用于在保持所需輸出電壓的同時(shí)除去CO2。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(yáng)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)的燃料陰極，相應(yīng)的陽(yáng)極可以以任何方便的方式連接，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(yáng)極，以使各陽(yáng)極接收相同類型的燃料進(jìn)料，和/或反向串聯(lián)連接陽(yáng)極，以使陽(yáng)極中的最高燃料濃度對(duì)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(yáng)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)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(lái)自第一陰極段的輸出可相當(dāng)于第二陰極段的輸入，來(lái)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(duì)應(yīng)的陽(yáng)極段送入附加的氫氣和/或甲烷。與后繼陰極段對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極中的附加的氫氣和/或甲烷可至少部分補(bǔ)償由降低的CO2濃度造成的電壓和/或電流損失，這可提高由該燃料電池產(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)。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(yáng)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(lái)自燃料電池陣列的多個(gè)陰極。在一些方面中，可以運(yùn)行燃料電池陣列以改進(jìn)或使從陰極向陽(yáng)極轉(zhuǎn)移的碳量最大化。在這樣的方面中，對(duì)于來(lái)自陣列序列(通常至少包括串聯(lián)布置，或最后(多個(gè))陰極和最初(多個(gè))陰極相同)中的最后(多個(gè))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％或更少或大約1.2體積％或更少)和/或至少大約0.5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(duì)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(duì)可除去的CO2量的限制不嚴(yán)格。但是，對(duì)于如燃?xì)廨啓C(jī)中常見(jiàn)的那樣使用天然氣作為燃料和使用過(guò)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(guò)大約6體積％的CO2濃度，則燃燒器中的可燃性可降低且燃?xì)廨啓C(jī)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?yáng)極回路以最終分離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)行燃料電池陣列以改進(jìn)或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)能量輸出或其組合最大化。例如，可以在各種情況中用過(guò)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(lái)源、氫氣來(lái)源、清潔燃料源和/或用于任何其它方便的用途。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)以改進(jìn)或使燃料電池能量輸出最大化。另外或或者，取決于運(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(guò)模式運(yùn)行燃料電池。在單程模式中，不將陽(yáng)極排氣中的重整產(chǎn)物送回陽(yáng)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(yáng)極輸出直接再循環(huán)到陽(yáng)極入口。更通常，在單程運(yùn)行中，陽(yáng)極排氣中的重整產(chǎn)物也不間接送回陽(yáng)極入口，如通過(guò)利用重整產(chǎn)物加工隨后引入陽(yáng)極入口的燃料料流。任選地，來(lái)自陽(yáng)極出口的CO2可以在MCFC以單程模式運(yùn)行的過(guò)程中再循環(huán)到陰極入口。更通常，在另一些方面中，對(duì)于以單程模式運(yùn)行的MCFC，可能發(fā)生從陽(yáng)極出口到陰極入口的再循環(huán)。另外或或者，來(lái)自陽(yáng)極排氣或輸出的熱可以在單程模式中再循環(huán)。例如，陽(yáng)極輸出流可經(jīng)過(guò)熱交換器，熱交換器將陽(yáng)極輸出冷卻并將另一料流，如陽(yáng)極和/或陰極的輸入料流加溫。將來(lái)自陽(yáng)極的熱再循環(huán)到燃料電池與在單程或一次通過(guò)運(yùn)行中的使用是一致的。任選但不優(yōu)選地，在單程模式中可以燃燒陽(yáng)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(yáng)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(guò)量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)于在貧氧的氧化劑(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-離子可跨電解質(zhì)傳輸以提供在陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)極的H2。反應(yīng)(1)中形成的CO可通過(guò)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(yáng)極內(nèi)進(jìn)行。分別在陽(yáng)極和陰極處的反應(yīng)(4)和(5)代表造成燃料電池內(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(lái)自該電路的電子合并形成碳酸根離子。由反應(yīng)(5)生成的碳酸根離子可跨燃料電池的電解質(zhì)傳輸以提供反應(yīng)(4)所需的碳酸根離子。與碳酸根離子跨電解質(zhì)的傳輸相結(jié)合，然后可通過(guò)在陽(yáng)極和陰極之間提供電連接形成閉合電流回路。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(duì)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(guò)將燃料電池的電輸出加上燃料電池輸出的低位發(fā)熱值再除以燃料電池的輸入組分的低位發(fā)熱值來(lái)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(yáng)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(duì)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(guò)量熱。因此，如果來(lái)自燃料電池的過(guò)量熱例如用于生成蒸汽以通過(guò)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，則總效率的定義中不包括這樣的過(guò)量熱?？梢钥刂埔恍┻\(yùn)行參數(shù)以用過(guò)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(duì)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)可背離典型條件從而運(yùn)行燃料電池以使溫度從陽(yáng)極入口到陽(yáng)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(duì)于用于產(chǎn)生電流的氫的氧化量，在燃料電池陽(yáng)極中進(jìn)行足量重整，則該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降溫。在吸熱運(yùn)行過(guò)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)。可以以不同于目前推薦的方式控制的參數(shù)可包括向陽(yáng)極提供的燃料量、向陽(yáng)極提供的燃料的組成、和/或沒(méi)有合成氣從陽(yáng)極排氣顯著再循環(huán)到陽(yáng)極輸入或陰極輸入的情況下陽(yáng)極輸出中的合成氣的分離和捕集。在一些方面中，不可允許有合成氣或氫氣從陽(yáng)極排氣直接或間接再循環(huán)到陽(yáng)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(yáng)極排氣到陽(yáng)極輸入和/或陰極輸入的再循環(huán)量可小于陽(yáng)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(guò)燃料電池發(fā)電，可運(yùn)行該系統(tǒng)以在降低或?qū)⒉都趸妓璧娜剂想姵財(cái)?shù)減至最低的同時(shí)改進(jìn)來(lái)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)。在這種類型的實(shí)施方案中，該單一段的陽(yáng)極燃料利用率可代表該陣列的陽(yáng)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(yáng)極段和多個(gè)陰極段，其中各陽(yáng)極段具有在相同范圍內(nèi)的燃料利用率，如各陽(yáng)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(yáng)極段可具有等于規(guī)定值或比規(guī)定值低一定量以下的燃料利用率，如使各陽(yáng)極段等于規(guī)定值或比規(guī)定值小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(yáng)極段的燃料電池陣列可以使各陽(yáng)極段在50％燃料利用率的大約10％以內(nèi)，這相當(dāng)于各陽(yáng)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(yáng)極段為不大于60％陽(yáng)極燃料利用率，最大偏差為小大約5％，這相當(dāng)于各陽(yáng)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(yáng)極陽(yáng)極燃料利用值配對(duì)。另一附加或替代的選項(xiàng)可包括對(duì)并非所有陽(yáng)極段規(guī)定燃料利用率。例如，在本發(fā)明的一些方面中，可以至少部分在一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)布置中布置燃料電池/堆以對(duì)串聯(lián)中的第一陽(yáng)極段、串聯(lián)中的第二陽(yáng)極段、串聯(lián)中的最后一個(gè)陽(yáng)極段或串聯(lián)中的任何其它方便的陽(yáng)極段規(guī)定陽(yáng)極燃料利用率。本文所用的串聯(lián)中的“第一”段相當(dāng)于向其從燃料源直接進(jìn)料輸入的段(或如果該布置也含有并聯(lián)段，則為段組)，后繼(“第二”、“第三”、“最后”等)段代表以向其進(jìn)料來(lái)自一個(gè)或多個(gè)在先段的輸出而非直接來(lái)自各自的燃料源的段。在來(lái)自在先段的輸出和直接來(lái)自燃料源的輸入二者共同供入一個(gè)段的情況下，可以有“第一個(gè)”(組)段和“最后一個(gè)”(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(guò)復(fù)合輸入進(jìn)料組合物中的一種或多種組分，例如CO2的濃度水平來(lái)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(duì)應(yīng)的陽(yáng)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(yáng)極和陰極內(nèi)的流向，第一陰極段可不對(duì)應(yīng)于第一陽(yáng)極段(可不與第一陽(yáng)極段跨過(guò)相同的燃料電池膜)。因此，在本發(fā)明的一些方面中，可以對(duì)串聯(lián)中的第一陰極段、串聯(lián)中的第二陰極段、串聯(lián)中的最后一個(gè)陰極段或串聯(lián)中的任何其它方便的陰極段規(guī)定陽(yáng)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輸出的用途在本發(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)力應(yīng)用中的額外協(xié)同作用和/或與整個(gè)系統(tǒng)的熱集成?；蛘?，對(duì)專用于強(qiáng)化采油(EOR)用途的系統(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用途可對(duì)O2的存在敏感，因此在一些實(shí)施方案中，要用于EOR的CO2料流可不存在O2。但是，EOR用途可往往對(duì)溶解的CO、H2和/或CH4具有低敏感性。輸送CO2的管道也可能對(duì)這些雜質(zhì)敏感。這些溶解的氣體通常可對(duì)用于EOR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)致燃料值回收(fuelvaluerecovery)的一定損失，但這些氣體可能在其它方面與EOR用途相容。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(zhǎng)/收獲中的營(yíng)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，以產(chǎn)生只有少量不可能明顯不利地影響光合自養(yǎng)生物生長(zhǎng)的其它“污染”氣體(如CO、H2、N2等和它們的組合)的含CO2料流。這與大多數(shù)工業(yè)來(lái)源生成的輸出料流形成鮮明對(duì)比，大多數(shù)工業(yè)來(lái)源生成的輸出料流通?？珊锌赡芨叨静牧?，如重金屬。在本發(fā)明的這一類型的方面中，在陽(yáng)極回路中通過(guò)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(chǎng)”。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(duì)較低的成本容易并有效地長(zhǎng)距離運(yùn)輸并有效地大面積分配。在這些實(shí)施方案中，來(lái)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(chǎng)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(duì)陽(yáng)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(lái)自陽(yáng)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(yáng)極輸出作為氫源。對(duì)于與煉油廠集成或同處一地的MCFC，該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，其中來(lái)自燃燒的CO2已被“捕集”。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(lái)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(yáng)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。加氫甲酰化是可利用合成氣輸入的又一合成工藝的一個(gè)附加或替代的實(shí)例。要指出，對(duì)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(chǎng)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(lái)自井的氣相輸出或長(zhǎng)期儲(chǔ)存該氣相產(chǎn)物，而是可使用來(lái)自井的氣相輸出作為MCFC燃料電池陣列的輸入。這可帶來(lái)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(lái)自該燃料電池陣列的合成氣輸出可用作生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的費(fèi)托工藝的輸入。這可形成更容易通過(guò)管道、船舶或軌道車從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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加熱氮?dú)獾膩?lái)源。陰極輸入通?？砂ㄒ淮蟛糠挚諝?，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(yáng)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(yáng)極輸出中分離的CO2作為輸入進(jìn)料。集成實(shí)施例:與燃燒輪機(jī)集成的用途在本發(fā)明的一些方面中，用于發(fā)電并排出含CO2的排氣的燃燒源可以與熔融碳酸鹽燃料電池的運(yùn)行集成。合適的燃燒源的一個(gè)實(shí)例是燃?xì)廨啓C(jī)。優(yōu)選，燃?xì)廨啓C(jī)可以與蒸汽發(fā)生和熱回收集成的聯(lián)合循環(huán)模式燃燒天然氣、甲烷氣體或另一烴氣體以獲得額外效率。對(duì)于最大最新的設(shè)計(jì)，現(xiàn)代天然氣聯(lián)合循環(huán)效率為大約60％。所得含CO2的排氣料流可以在與MCFC運(yùn)行相容的升高的溫度，如300℃-700℃，優(yōu)選500℃-650℃下產(chǎn)生?？扇芜x但優(yōu)選的是，在氣體源進(jìn)入渦輪機(jī)前從其中清除可使MCFC中毒的污染物，如硫?；蛘?，該氣體源可以是燃煤發(fā)電機(jī)，其中由于排氣中較高的污染物水平，通常在燃燒后凈化該排氣。在這一備選方案中，可能必須向/從該氣體進(jìn)行一定的熱交換以便能在較低溫度下凈化。在附加或替代性的實(shí)施方案中，含CO2的排氣的來(lái)源可以是來(lái)自鍋爐、燃燒器或燃燒富碳燃料的其它熱源的輸出。在另一些附加或替代性的實(shí)施方案中，含CO2的排氣的來(lái)源可以是與其它來(lái)源結(jié)合的生物制CO2。為了與燃燒源集成，用于加工燃料電池陽(yáng)極的一些備選配置可以是合意的。例如，一個(gè)備選配置可以是將至少一部分來(lái)自燃料電池陽(yáng)極的排氣再循環(huán)到燃料電池陽(yáng)極的輸入。來(lái)自MCFC陽(yáng)極的輸出料流可包括H2O、CO2、任選CO和任選但通常是未反應(yīng)的燃料(如H2或CH4)作為主要輸出組分。代替使用這種輸出料流作為外部燃料料流和/或與另一工藝集成的輸入料流，可以對(duì)陽(yáng)極輸出料流進(jìn)行一次或多次分離以將CO2與具有潛在燃料價(jià)值的組分，如H2或CO分離。然后可以將具有燃料價(jià)值的組分再循環(huán)到陽(yáng)極的輸入。這種類型的配置可提供一個(gè)或多個(gè)益處。首先，可以從陽(yáng)極輸出中分離CO2，如通過(guò)使用深冷CO2分離器。陽(yáng)極輸出的幾種組分(H2、CO、CH4)不是易冷凝組分，而CO2和H2O可獨(dú)立地作為冷凝相分離。根據(jù)該實(shí)施方案，可以分離出陽(yáng)極輸出中至少大約90體積％的CO2以形成相對(duì)高純的CO2輸出料流。或者，在一些方面中可以從陽(yáng)極輸出中除去較少CO2，因此可分離出陽(yáng)極輸出中大約50體積％至大約90體積％的CO2，如大約80體積％或更少或大約70體積％或更少。在分離后，陽(yáng)極輸出的剩余部分可主要相當(dāng)于具有燃料價(jià)值的組分以及降低量的CO2和/或H2O。分離后的這部分陽(yáng)極輸出可再循環(huán)以與附加燃料一起用作陽(yáng)極輸入的一部分。在這種類型的配置中，即使在經(jīng)過(guò)MCFC的單程中的燃料利用率可能是低的，但未用的燃料可有利地再循環(huán)以再次經(jīng)過(guò)陽(yáng)極。因此，單程燃料利用率可在降低的水平，同時(shí)避免了未燃的燃料損失(排放)到環(huán)境中。作為將一部分陽(yáng)極排氣再循環(huán)到陽(yáng)極輸入的補(bǔ)充或替代，另一配置選項(xiàng)可以是使用一部分陽(yáng)極排氣作為渦輪機(jī)或其它燃燒裝置，如鍋爐、爐和/或火焰加熱器的燃燒反應(yīng)的輸入。再循環(huán)到陽(yáng)極輸入和/或作為輸入再循環(huán)到燃燒裝置的陽(yáng)極排氣的相對(duì)量可以是任何方便或合意的量。如果陽(yáng)極排氣再循環(huán)到陽(yáng)極輸入和燃燒裝置的僅一種中，則再循環(huán)量可以是任何方便的量，如用于除去CO2和/或H2O的任何分離后留下的那部分陽(yáng)極排氣的最多100％。當(dāng)一部分陽(yáng)極排氣既再循環(huán)到陽(yáng)極輸入又再循環(huán)到燃燒裝置時(shí)，總再循環(huán)量按定義可以為陽(yáng)極排氣的剩余部分的100％或更低?；蛘?，可以使用陽(yáng)極排氣的任何方便的分流。在本發(fā)明的各種實(shí)施方案中，再循環(huán)到陽(yáng)極輸入的量可以為分離后留下的陽(yáng)極排氣的至少大約10％，例如至少大約25％、至少大約40％、至少大約50％、至少大約60％、至少大約75％或至少大約90％。在這些實(shí)施方案中另外或或者，再循環(huán)到陽(yáng)極輸入的量可以為分離后留下的陽(yáng)極排氣的大約90％或更少，例如大約75％或更少、大約60％或更少、大約50％或更少、大約40％或更少、大約25％或更少、或大約10％或更少。再另外或或者，在本發(fā)明的各種實(shí)施方案中，再循環(huán)到燃燒裝置的量可以為分離后留下的陽(yáng)極排氣的至少大約10％，例如至少大約25％、至少大約40％、至少大約50％、至少大約60％、至少大約75％或至少大約90％。在這些實(shí)施方案中另外或或者，再循環(huán)到燃燒裝置的量可以為分離后留下的陽(yáng)極排氣的大約90％或更少，例如大約75％或更少、大約60％或更少、大約50％或更少、大約40％或更少、大約25％或更少、或大約10％或更少。在本發(fā)明的另一些方面中，另外或或者，燃燒裝置的燃料可以是具有提高量的惰性和/或在燃料中充當(dāng)稀釋劑的組分的燃料。CO2和N2是天然氣進(jìn)料中在燃燒反應(yīng)過(guò)程中相對(duì)惰性的組分的實(shí)例。當(dāng)燃料進(jìn)料中的惰性組分量達(dá)到足夠水平時(shí)，可影響渦輪機(jī)或其它燃燒源的性能。這種影響可部分歸因于惰性組分的吸熱能力，這傾向于猝熄燃燒反應(yīng)。具有足夠的惰性組分水平的燃料進(jìn)料的實(shí)例可包括含有至少大約20體積％CO2的燃料進(jìn)料或含有至少大約40體積％N2的燃料進(jìn)料或含有具有足夠惰性的熱容以提供類似猝熄能力的CO2和N2的組合的燃料進(jìn)料。(要指出，CO2的熱容高于N2，因此較低濃度的CO2可具有與較高濃度的N2類似的影響。CO2也可比N2更容易地參與燃燒反應(yīng)并在此時(shí)從該燃燒中除H2。H2的這種消耗可通過(guò)降低火焰速度和縮窄空氣和燃料混合物的可燃范圍而對(duì)燃料的燃燒具有極大影響。)更通常，對(duì)于含有影響燃料進(jìn)料的可燃性的惰性組分的燃料進(jìn)料，該燃料進(jìn)料中的惰性組分可以為至少大約20體積％，如至少大約40體積％，或至少大約50體積％，或至少大約60體積％。優(yōu)選地，該燃料進(jìn)料中的惰性組分的量可以為大約80體積％或更少。當(dāng)在燃料進(jìn)料中存在足量惰性組分時(shí)，所得燃料進(jìn)料可能在進(jìn)料的燃料組分的可燃窗口外。在這種類型的情況中，來(lái)自陽(yáng)極排氣的再循環(huán)部分的H2添加到發(fā)電機(jī)的燃燒區(qū)中可擴(kuò)大燃料進(jìn)料和H2的組合的可燃窗口，這能使例如含有至少大約20體積％CO2或至少大約40％N2(或CO2和N2的其它組合)的燃料進(jìn)料成功燃燒。相對(duì)于送往燃燒區(qū)的燃料進(jìn)料和H2的總體積，用于擴(kuò)大可燃窗口的H2量可以為燃料進(jìn)料+H2的總體積的至少大約5體積％，如至少大約10體積％和/或大約25體積％或更低。表征為擴(kuò)大可燃窗口而添加的H2量的另一選項(xiàng)可基于添加H2前的燃料進(jìn)料中存在的燃料組分的量。燃料組分可相當(dāng)于甲烷、天然氣、其它烴和/或傳統(tǒng)上被視為燃燒供能的渦輪機(jī)或其它發(fā)電機(jī)的燃料的其它組分。添加到燃料進(jìn)料中的H2量可相當(dāng)于燃料進(jìn)料中的燃料組分的體積的至少大約1/3(1:3的H2:燃料組分)，如燃料組分的體積的至少大約一半(1:2)。另外或或者，添加到燃料進(jìn)料中的H2量可大致等于燃料進(jìn)料中的燃料組分的體積(1:1)或更低。例如，對(duì)于含有大約30體積％CH4、大約10％N2和大約60％CO2的進(jìn)料，可以將足量陽(yáng)極排氣添加到燃料進(jìn)料中以實(shí)現(xiàn)大約1:2的H2:CH4比。對(duì)僅含H2的理想化陽(yáng)極排氣，添加H2以實(shí)現(xiàn)1:2的比率會(huì)產(chǎn)生含有大約26體積％CH4、13體積％H2、9體積％N2和52體積％CO2的進(jìn)料。排氣再循環(huán)除向燃料電池陣列提供排氣以捕集和最終分離CO2外，排氣的另外或替代性的潛在用途可包括再循環(huán)回燃燒反應(yīng)以提高CO2含量。當(dāng)有氫氣可用于添加到燃燒反應(yīng)中時(shí)，如來(lái)自燃料電池陣列的陽(yáng)極排氣的氫氣，可以由使用再循環(huán)的排氣提高燃燒反應(yīng)內(nèi)的CO2含量獲得進(jìn)一步的益處。在本發(fā)明的各種方面中，發(fā)電系統(tǒng)的排氣再循環(huán)回路可接收第一部分燃燒排氣，而燃料電池陣列可接收第二部分。再循環(huán)到發(fā)電系統(tǒng)的燃燒區(qū)的燃燒排氣的量可以是任何方便的量，如至少大約15％(按體積計(jì))，例如至少大約25％、至少大約35％、至少大約45％或至少大約50％。另外或或者，再循環(huán)到燃燒區(qū)的燃燒排氣的量可以為大約65％(按體積計(jì))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。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面中，氧化劑(如空氣和/或富氧空氣)和燃料的混合物可以燃燒并(同時(shí))與再循環(huán)排氣的料流混合。通?？砂ㄈ紵a(chǎn)物如CO2的再循環(huán)排氣的料流可用作稀釋劑以控制、調(diào)節(jié)或以其它方式緩和燃燒溫度和可進(jìn)入后續(xù)膨脹機(jī)的排氣的溫度。由于使用富氧空氣，再循環(huán)的排氣可具有提高的CO2含量，由此能使膨脹機(jī)在相同的入口和排放溫度下以甚至更高的膨脹比運(yùn)行，由此能顯著提高功率產(chǎn)生。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)可代表可利用再循環(huán)排氣增強(qiáng)該系統(tǒng)的性能的發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)可具有經(jīng)軸與膨脹機(jī)連接的第一/主壓縮機(jī)。該軸可以是任何機(jī)械、電或其它動(dòng)力聯(lián)接器，由此能使膨脹機(jī)生成的一部分機(jī)械能驅(qū)動(dòng)主壓縮機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)還可包括構(gòu)造成燃燒燃料和氧化劑的混合物的燃燒室。在本發(fā)明的各種方面中，燃料可包括任何合適的烴氣體/液體，如合成氣、天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、石腦油柴油、煤油、航空燃料、煤衍生燃料、生物燃料、氧化烴原料或它們的任何組合。氧化劑在一些實(shí)施方案中可源自流體聯(lián)接到燃燒室并適合壓縮進(jìn)料氧化劑的第二或入口壓縮機(jī)。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)料氧化劑可包括大氣空氣和/或富氧空氣。當(dāng)氧化劑包括僅富氧空氣或包括大氣空氣和富氧空氣的混合物時(shí)，可通過(guò)入口壓縮機(jī)壓縮富氧空氣(在混合物的情況下，在與大氣空氣混合之前或之后)。富氧空氣和/或空氣-富氧空氣混合物可具有至少大約25體積％，例如至少大約30體積％、至少大約35體積％、至少大約40體積％、至少大約45體積％或至少大約50體積％的總氧濃度。另外或或者，富氧空氣和/或空氣-富氧空氣混合物可具有大約80體積％或更低，如大約70體積％或更低的總氧濃度。富氧空氣可衍生自若干來(lái)源中的任何一個(gè)或多個(gè)。例如，富氧空氣可衍生自如膜分離、變壓吸附、變溫吸附、制氮裝置副產(chǎn)物料流和/或它們的組合之類的分離技術(shù)。另外或或者，富氧空氣可衍生自用于生產(chǎn)用于保持壓力或其它用途的氮?dú)獾目諝夥蛛x單元(ASU)，如深冷ASU。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，來(lái)自這種ASU的廢料流可以是富氧的，具有大約50體積％至大約70體積％的總氧含量，可用作富氧空氣的至少一部分并且如果需要，隨后用未加工的大氣空氣稀釋以獲得所需氧濃度。除燃料和氧化劑外，燃燒室任選還可接收壓縮的再循環(huán)排氣，如主要具有CO2和氮組分的排氣再循環(huán)。壓縮的再循環(huán)排氣可衍生自例如主壓縮機(jī)并適合促進(jìn)氧化劑和燃料的燃燒，例如通過(guò)溫和燃燒產(chǎn)物的溫度。可以認(rèn)識(shí)到，該排氣的再循環(huán)可用于提高CO2濃度。導(dǎo)向膨脹機(jī)入口的排氣可作為燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物生成。至少部分基于將再循環(huán)的排氣引入燃燒反應(yīng)，排氣可具有提高的CO2含量。隨著排氣經(jīng)膨脹機(jī)膨脹，其可生成機(jī)械動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)主壓縮機(jī)、驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)和/或向其它設(shè)施提供動(dòng)力。該發(fā)電系統(tǒng)在許多實(shí)施方案中還可包括排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面中，EGR系統(tǒng)可包括熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)和/或與蒸汽輪機(jī)流體聯(lián)接的另一類似裝置。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，HRSG和蒸汽輪機(jī)的組合可表征為發(fā)電的閉合蘭金循環(huán)。與燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)結(jié)合，HRSG和蒸汽輪機(jī)可構(gòu)成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，如天然氣聯(lián)合循環(huán)(NGCC)電廠的一部分?？梢詫鈶B(tài)排放物引入HRSG以生成蒸汽和冷卻的排氣。HRSG可包括用于從排氣料流中分離和/或冷凝出水、傳熱以形成蒸汽和/或?qū)⒘狭鲏毫φ{(diào)節(jié)至所需水平的各種單元。在某些實(shí)施方案中，可以將蒸汽送往蒸汽輪機(jī)以生成額外的電力。在經(jīng)過(guò)HRSG和任選除去至少一些H2O后，含CO2的排氣料流在一些實(shí)施方案中可以再循環(huán)用作燃燒反應(yīng)的輸入。如上所述，排氣料流可以壓縮(或解壓)以匹配燃燒反應(yīng)容器內(nèi)的所需反應(yīng)壓力。集成系統(tǒng)的實(shí)例圖4示意性顯示集成系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，其包括將含CO2的再循環(huán)排氣和來(lái)自燃料電池陽(yáng)極排氣的H2或CO都引入向渦輪機(jī)提供動(dòng)力的燃燒反應(yīng)。在圖4中，該渦輪機(jī)可包括壓縮機(jī)402、軸404、膨脹機(jī)406和燃燒區(qū)415。可以將氧源411(如空氣和/或富氧空氣)與再循環(huán)排氣498合并，并在進(jìn)入燃燒區(qū)415之前在壓縮機(jī)402中壓縮?？梢詫⑷剂?12，如CH4，和任選的含H2或CO的料流187送往燃燒區(qū)。燃料和氧化劑可以在區(qū)域415中反應(yīng)并任選但優(yōu)選通過(guò)膨脹機(jī)406以生成電力。來(lái)自膨脹機(jī)106的排氣可用于形成兩個(gè)料流，例如含CO2料流422(其可用作燃料電池陣列425的輸入進(jìn)料)和另一含CO2料流492(其可用作熱回收和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)490的輸入，這可以例如使得利用蒸汽輪機(jī)494生成額外電力成為可能)。在通過(guò)熱回收系統(tǒng)490，包括從含CO2料流中任選除去一部分H2O后，輸出料流498可以再循環(huán)以在壓縮機(jī)402或未顯示的第二壓縮機(jī)中壓縮?？苫谟糜谔砑拥饺紵齾^(qū)415中的所需CO2量來(lái)確定膨脹機(jī)406的排氣的用于含CO2料流492的比例。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。例如，圖4中所示的料流的EGR比是料流422的流速除以料流422和492的總流速。可以將含CO2料流422送入熔融碳酸鹽燃料電池陣列425的陰極部分(未顯示)?；谌剂想姵仃嚵?25內(nèi)的反應(yīng)，可以從料流422中分離CO2并送往燃料電池陣列425的陽(yáng)極部分(未顯示)。這可產(chǎn)生貧CO2的陰極輸出料流424。然后可以將陰極輸出料流424送入熱回收(和任選蒸汽發(fā)生器)系統(tǒng)450以利用蒸汽輪機(jī)454(其可任選與上述蒸汽輪機(jī)494相同)生成熱交換和/或額外發(fā)電。在通過(guò)熱回收和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)450后，可以將所得廢氣流456排放到環(huán)境中和/或通過(guò)另一類型的碳捕集技術(shù)，如胺洗滌器。在CO2從燃料電池陣列425的陰極側(cè)傳輸?shù)疥?yáng)極側(cè)后，可任選將陽(yáng)極輸出435送入水煤氣變換反應(yīng)器470。水煤氣變換反應(yīng)器470可用于以陽(yáng)極輸出435中存在的CO(和H2O)為代價(jià)生成額外的H2和CO2。然后可以將來(lái)自任選水煤氣變換反應(yīng)器470的輸出送入一個(gè)或多個(gè)分離段440，如冷箱或深冷分離器。這可以允許將H2O料流447和CO2料流449與陽(yáng)極輸出的其余部分分離。陽(yáng)極輸出的其余部分485可包括通過(guò)重整生成但在燃料電池陣列425中未消耗的未反應(yīng)H2。含H2料流485的第一部分445可以再循環(huán)到燃料電池陣列425中的陽(yáng)極的輸入。料流485的第二部分487可用作燃燒區(qū)415的輸入。第三部分465可以原樣用于另一用途和/或經(jīng)處理以隨后進(jìn)一步使用。盡管圖4和本文中的描述示意性詳述多達(dá)三個(gè)部分，但預(yù)計(jì)根據(jù)本發(fā)明可以利用這三個(gè)部分的僅一個(gè)，可以僅利用其中兩個(gè)，或可以利用所有這三個(gè)。在圖4中，用于排氣再循環(huán)回路的排氣由第一熱回收和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)490提供，而第二熱回收和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)450可用于捕集來(lái)自燃料電池陣列425的陰極輸出的過(guò)量熱。圖5顯示一個(gè)備選實(shí)施方案，其中由用于加工燃料電池陣列輸出的相同熱回收蒸汽發(fā)生器提供排氣再循環(huán)回路。在圖5中，由熱回收和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)550作為廢氣流556的一部分提供再循環(huán)的排氣598。這可省掉與渦輪機(jī)相關(guān)的單獨(dú)熱回收和蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)。在本發(fā)明的各種實(shí)施方案中，該方法可以以燃燒反應(yīng)開(kāi)始，該燃燒反應(yīng)用于向渦輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或可將由燃燒反應(yīng)生成的熱和/或壓力轉(zhuǎn)化成另一形式的動(dòng)力的另一系統(tǒng)供能。用于燃燒反應(yīng)的燃料可包含或是氫氣、烴和/或可氧化(燃燒)以釋放能量的任何其它含碳化合物。除燃料僅含氫氣時(shí)外，來(lái)自燃燒反應(yīng)的排氣的組成可具有取決于反應(yīng)性質(zhì)的一定范圍的CO2含量(例如至少大約2體積％至大約25體積％或更低)。因此，在燃料為碳質(zhì)燃料的某些實(shí)施方案中，排氣的CO2含量可以為至少大約2體積％，例如至少大約4體積％、至少大約5體積％、至少大約6體積％、至少大約8體積％或至少大約10體積％。在這樣的碳質(zhì)燃料實(shí)施方案中另外或或者，CO2含量可以為大約25體積％或更低，例如大約20體積％或更低、大約15體積％或更低、大約10體積％或更低、大約7體積％或更低、或大約5體積％或更低。具有較低相對(duì)CO2含量的排氣(對(duì)于碳質(zhì)燃料)可相當(dāng)于使用天然氣之類的燃料在稀燃(過(guò)量空氣)下的燃燒反應(yīng)的排氣。相對(duì)CO2含量較高的排氣(對(duì)于碳質(zhì)燃料)可對(duì)應(yīng)于優(yōu)化的天然氣燃燒反應(yīng)，如在排氣再循環(huán)下的那些，和/或煤之類燃料的燃燒。在本發(fā)明的一些方面中，用于燃燒反應(yīng)的燃料可含有至少大約90體積％的含5個(gè)或更少碳的化合物，例如至少大約95體積％。在這樣的方面中，該排氣的CO2含量可以為至少大約4體積％，例如至少大約5體積％、至少大約6體積％、至少大約7體積％或至少大約7.5體積％。另外或或者，該排氣的CO2含量可以為大約13體積％或更低，例如大約12體積％或更低，大約10體積％或更低，大約9體積％或更低，大約8體積％或更低，大約7體積％或更低，或大約6體積％或更低。該排氣的CO2含量可代表取決于燃燒供能發(fā)電機(jī)的配置的數(shù)值范圍。排氣的再循環(huán)可有益于實(shí)現(xiàn)至少大約6體積％的CO2含量，而將氫氣添加到燃燒反應(yīng)中能使CO2含量進(jìn)一步提高以實(shí)現(xiàn)至少大約7.5體積％的CO2含量。備選配置–高強(qiáng)度NOx渦輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行可受若干因素限制。一個(gè)典型限制可以是可以將燃燒區(qū)中的最大溫度控制在一定界限以下以實(shí)現(xiàn)足夠低的氮氧化物(NOx)濃度，從而滿足監(jiān)管排放限值。當(dāng)使燃燒排氣排放到環(huán)境中時(shí)，監(jiān)管排放限值可要求燃燒排氣具有大約20vppm或更低，可能10vppm或更低的NOx含量。燃燒天然氣的燃燒輪機(jī)中的NOx形成可以隨溫度和停留時(shí)間而不同。導(dǎo)致NOx形成的反應(yīng)在大約1500℉的火焰溫度以下具有降低的和/或極小的重要性，但隨著溫度提高到超過(guò)這一點(diǎn)，NOx產(chǎn)生可快速增加。在燃?xì)廨啓C(jī)中，可以將初始燃燒產(chǎn)物與額外空氣混合以將該混合物冷卻到大約1200℉的溫度并可通過(guò)膨脹機(jī)葉片的冶金學(xué)限制溫度。早期的燃?xì)廨啓C(jī)通常在具有溫度遠(yuǎn)超過(guò)1500℉的化學(xué)計(jì)量區(qū)的擴(kuò)散火焰中實(shí)施燃燒，導(dǎo)致較高的NOx濃度。最近，目前這一代“干式低NOx”(DLN)燃燒器可以使用特殊的預(yù)混燃燒器在更冷的稀燃(比化學(xué)計(jì)算量少的燃料)條件下燃燒天然氣。例如，可以將較多稀釋空氣混入初始火焰中，稍后可混入較少以使溫度降到～1200℉透平膨脹機(jī)入口溫度。DLN燃燒器的缺點(diǎn)可包括降燃(turndown)時(shí)的不良性能、較高維護(hù)、窄運(yùn)行范圍和差燃料靈活性。后者可能是要關(guān)注的，因?yàn)镈LN燃燒器可更難用于品質(zhì)各異的燃料(或根本很難用于液體燃料)。對(duì)于低BTU燃料，如含有高CO2含量的燃料，通常不使用DLN燃燒器而是可使用擴(kuò)散燃燒器。此外，可以使用更高的透平膨脹機(jī)入口溫度提高燃?xì)廨啓C(jī)效率。但是，由于稀釋空氣的量有限并且這種量可隨透平膨脹機(jī)入口溫度提高而降低，隨著燃?xì)廨啓C(jī)的效率改進(jìn)，DLN燃燒器可變得更不太有效地保持低NOx。在本發(fā)明的各種方面中，將燃?xì)廨啓C(jī)與用于碳捕集的燃料電池集成的系統(tǒng)允許使用更高的燃燒區(qū)溫度，同時(shí)降低和/或?qū)㈩~外NOx排放減至最低，以及能通過(guò)使用目前與DLN燃燒器不相容的渦輪機(jī)燃料實(shí)現(xiàn)類似DLN的NOx節(jié)約。在這樣的方面中，渦輪機(jī)可以在造成較高NOx排放的較高功率(即較高溫度)以及較高功率輸出和可能較高效率下運(yùn)行。在本發(fā)明的一些方面中，燃燒排氣中的NOx量可以為至少大約20vppm，如至少大約30vppm，或至少大約40vppm。另外或或者，燃燒排氣中的NOx量可以為大約1000vppm或更低，如大約500vppm或更低，或大約250vppm或更低，或大約150vppm或更低，或大約100vppm或更低。為了將NOx水平降至規(guī)章要求的水平，所產(chǎn)生的NOx可通過(guò)經(jīng)幾種機(jī)制之一的熱NOx破壞(將NOx水平降至排氣料流中的平衡水平)來(lái)平衡，所述機(jī)制例如為氣相中的簡(jiǎn)單熱破壞；由燃料電池陣列中的鎳陰極催化劑催化的破壞；和/或通過(guò)注入少量氨、脲或其它還原劑而在燃料電池前的輔助熱破壞。這可通過(guò)引入衍生自陽(yáng)極排氣的氫氣輔助?？赏ㄟ^(guò)電化學(xué)破壞實(shí)現(xiàn)燃料電池的陰極中的NOx的進(jìn)一步降低，其中NOx可以在陰極表面反應(yīng)并可被破壞。這可造成一些氮穿過(guò)膜電解質(zhì)傳輸?shù)疥?yáng)極，在此其可形成氨或其它還原的氮化合物。就涉及MCFC的NOx減少方法而言，來(lái)自燃料電池/燃料電池陣列的預(yù)期NOx減少可以為燃料電池陰極的輸入中的NOx的大約80％或更低，如大約70％或更低，和/或至少大約5％。要指出，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中硫化物腐蝕也可限制溫度并影響渦輪機(jī)葉片冶金學(xué)。但是，MCFC系統(tǒng)的硫限制可通常要求降低的燃料硫含量，這降低或最大限度減少與硫化物腐蝕有關(guān)的問(wèn)題。在低燃料利用率下運(yùn)行MCFC陣列可進(jìn)一步緩解這些問(wèn)題，如在用于燃燒反應(yīng)的一部分燃料相當(dāng)于來(lái)自陽(yáng)極排氣的氫氣的方面中。MCFC與生產(chǎn)含氮化合物集成的實(shí)例通過(guò)Haber-Bosch方法的氨合成可能要求可基本上不含(例如≤300ppm)任何氧化物種的N2/H2進(jìn)料，其可包含但不限于CO、CO2或O2。在傳統(tǒng)方法中，氨合成裝置的進(jìn)料可以通過(guò)兩階段天然氣蒸汽重整和部分氧化工藝生產(chǎn)，產(chǎn)生低O2的N2/H2混合物。CO2可以使用本體CO2脫除方法從混合物除去，例如溶劑洗滌，然后通過(guò)甲烷化反應(yīng)器脫除，其中剩余碳氧化物可轉(zhuǎn)化成甲烷和水。氣體進(jìn)料可以干燥并壓縮至氨合成操作壓力如大約80barg至大約200barg。操作壓力可取決于所用氨合成方法的性質(zhì)。合成反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)N2至NH3的轉(zhuǎn)化率約25％。反應(yīng)器流出物可以冷凍至低溫以冷凝出NH3產(chǎn)物。剩余未反應(yīng)氣體可以再循環(huán)回該方法前端。在一方面，MCFCH2/電力生產(chǎn)系統(tǒng)可與氮PSA(變壓吸附)分離器集成和/或與氨合成裝置集成以由天然氣生產(chǎn)氨。集成方法可以是較低CO2排放而不是用于氨合成的較高CO2排放重整方法。集成MCFCH2/電力生產(chǎn)、氮?dú)釶SA和氨合成工藝的實(shí)例的流程圖示于圖7中。在圖7所示配置中，天然氣701和蒸汽702可以預(yù)熱并供至MCFC陽(yáng)極。陽(yáng)極排氣703、H2/CO/CO2/水混合物可用于預(yù)熱701和702，然后送至水煤氣變換反應(yīng)器740以將盡可能多的剩余CO轉(zhuǎn)化成H2和CO2。經(jīng)變換的氣體704可脫水705并分離成H2料流706和CO2料流707。料流706可以是氨合成工藝的氫氣進(jìn)料。用于氨合成的氮?dú)饪梢酝ㄟ^(guò)變換吸附方法750如變壓吸附方法生產(chǎn)。空氣708可壓縮并供入在提高的壓力下操作的吸附塔中。在吸附塔中，氧氣和其它空氣雜質(zhì)可以被吸附劑吸附，高純度氮?dú)饬狭?09可離開(kāi)該塔。吸附劑可以通過(guò)降低塔的壓力和/或通過(guò)升高塔的溫度再生。這可產(chǎn)生富氧空氣料流710。料流706和709可送至甲烷化反應(yīng)器760以除去任何剩余碳氧化物和氧氣雜質(zhì)。H2/N2混合物711可以干燥712、壓縮、與未轉(zhuǎn)化氣體混合、預(yù)熱和送至氨合成裝置作為料流713。在高溫和高壓下的氨合成裝置可將113中的H2/N2的約25％轉(zhuǎn)化成NH3?？赏ㄟ^(guò)預(yù)熱進(jìn)料和蒸汽生產(chǎn)從氨產(chǎn)物714中回收熱?？衫鋬?70料流715以冷凝出NH3716。料流718，含CO2料流707的一部分，可在冷凍循環(huán)中膨脹并用作冷凍劑。未反應(yīng)的氣體717可再循環(huán)回裝置的前端。大氣壓下的CO2719可與富空氣料流710混合并經(jīng)由燃燒器加熱至MCFC陰極入口條件，以及加入甲烷(和空氣，如果需要)720。經(jīng)加熱的氣體可與一部分排氣721混合并供至MCFC作為陰極進(jìn)料。陰極排氣的剩余部分722可排放至大氣中或者可送去進(jìn)一步處理，如果需要的話。捕集的CO2剩余部分723可出售以使用和/或可被捕獲(sequestered)，和/或CO2可經(jīng)受另外隨后處理，如用于有機(jī)含氮化合物合成中。除了氨，該方法還可產(chǎn)生約200MW電力，其可在該方法中使用，如用于操作氣體壓縮機(jī)和泵。附加實(shí)施方案實(shí)施方案1.合成含氮化合物的方法，該方法包括：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(yáng)極、與陽(yáng)極相關(guān)的內(nèi)部重整段、或其組合中；將包含CO2和O2的陰極入口料流引入燃料電池的陰極中；在熔融碳酸鹽燃料電池中發(fā)電；產(chǎn)生包含H2和CO2的陽(yáng)極排氣；從至少一部分陽(yáng)極排氣中分離CO2以產(chǎn)生具有比陽(yáng)極排氣的CO2含量更大的CO2含量的富CO2料流，和具有比陽(yáng)極排氣的H2含量更大的H2含量的貧CO2氣體料流；和在氨合成工藝中使用至少一部分貧CO2氣體料流和/或在用于形成有機(jī)含氮化合物(例如脲)的第二合成工藝中使用至少一部分富CO2料流。實(shí)施方案2.實(shí)施方案1的方法，其中使用至少一部分貧CO2氣體料流包括將該至少一部分貧CO2氣體料流在有效氨合成條件下暴露于催化劑以形成至少一種含氨料流和一種或多種包含氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物的料流(其可包括一種或多種包含氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物的料流，其包括至少一種包含H2和/或CH4的料流)，任選將至少一部分該一種或多種包含氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物的料流再循環(huán)以形成至少一部分陰極入口料流。實(shí)施方案3.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整所述陽(yáng)極排氣的組成、分離CO2之前的所述至少一部分陽(yáng)極排氣的組成、所述貧CO2氣體料流的組成、用于氨合成工藝前的所述至少一部分貧CO2氣體料流的組成、或其組合。實(shí)施方案4.實(shí)施方案3的方法，其中調(diào)整組成包括如下中的一種或多種：(i)進(jìn)行水煤氣變換工藝，(ii)進(jìn)行逆水煤氣變換工藝，(iii)進(jìn)行分離以減少組成中的水含量，和(iv)進(jìn)行分離以減少組成中的CO2含量。實(shí)施方案5.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述至少一部分貧CO2氣體料流通過(guò)從貧CO2氣體料流中分離H2富集料流而形成，分離的H2富集料流包含至少大約90％體積％H2(例如至少大約95％體積％H2、至少大約98％體積％H2、或至少大約99％體積％H2)。實(shí)施方案6.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陽(yáng)極排氣具有至少大約3.0:1(例如至少大約4.0:1)以及還任選大約10:1或更小的H2:CO摩爾比。實(shí)施方案7.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括：從陰極排氣中取出包含N2的氣體料流；和使用至少一部分該取出的包含N2的氣體料流作為氨合成工藝中的N2來(lái)源。實(shí)施方案8.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中第二合成工藝進(jìn)一步包括使用來(lái)自氨合成工藝的氨形成有機(jī)含氮化合物。實(shí)施方案9.上述實(shí)施方案任一項(xiàng)的方法，其中至少大約90體積％的可重整燃料為甲烷。實(shí)施方案10.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中有效氨合成條件包括大約6MPag至大約18MPag的壓力和大約350℃至大約500℃的溫度。實(shí)施方案11.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陰極入口料流包含來(lái)自燃燒輪機(jī)的排氣。實(shí)施方案12.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陰極入口料流中的至少一部分O2衍生自空氣分離步驟，在該步驟中空氣通過(guò)PSA裝置產(chǎn)生富氮產(chǎn)物料流和富氧廢氣料流，使得至少一部分所述富氧廢氣料流送至陰極入口，并使得至少一部分所述富氮產(chǎn)物料流送至氨合成工藝。實(shí)施方案13.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括從陰極排氣中取出包含N2的富N2氣體料流，使用至少一部分該富N2氣體料流作為氨合成工藝中的N2來(lái)源(例如通過(guò)將至少一部分該富N2氣體料流在有效合成條件下暴露于合成催化劑)。實(shí)施方案14.實(shí)施方案13的方法，其中使用至少一部分陰極排氣料流作為氨合成工藝中的N2來(lái)源包括：對(duì)富N2氣體料流進(jìn)行分離工藝和純化工藝中的至少一種以提高N2的濃度，然后將至少一部分具有提高的N2濃度的富N2氣體料流送入氨合成工藝中。實(shí)施方案15.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括從陽(yáng)極排氣、富CO2氣體料流、貧CO2氣體料流和陰極排氣中的至少一種中分離H2O。實(shí)施方案16.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括將富CO2料流、貧CO2料流和至少一部分陰極排氣料流中的一種或多種暴露于水煤氣變換催化劑。實(shí)施方案17.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陰極入口料流包含來(lái)自燃燒輪機(jī)的排氣。實(shí)施方案18.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中小于約10體積％的陽(yáng)極排氣直接或間接再循環(huán)至陽(yáng)極或陰極。實(shí)施方案19.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中沒(méi)有陽(yáng)極排氣部分直接或間接再循環(huán)至陽(yáng)極。實(shí)施方案20.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中沒(méi)有陽(yáng)極排氣部分直接或間接再循環(huán)至陰極。實(shí)施方案21.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陽(yáng)極中單程產(chǎn)生的H2的少于10體積％直接或間接再循環(huán)至陽(yáng)極或陰極。實(shí)施方案22.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，所述方法進(jìn)一步包括重整可重整燃料，其中引入陽(yáng)極、與陽(yáng)極相關(guān)的重整段、或其組合中的可重整燃料的至少大約90％在通過(guò)陽(yáng)極的單程中重整。實(shí)施方案23.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中引入陽(yáng)極、與陽(yáng)極相關(guān)的重整段、或其組合中可重整燃料的可重整氫含量比反應(yīng)產(chǎn)生電的氫氣的量大至少大約50％(例如至少大約75％或至少大約100％)。實(shí)施方案24.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中可重整燃料過(guò)剩率為至少大約2.0(例如至少大約2.5或至少大約3.0)。實(shí)施方案25.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陰極中的CO2利用率為至少大約50％(例如至少大約60％)。實(shí)施方案26.上述實(shí)施方案中任一項(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％，或大約10％至大約20％)，且所述熔融碳酸鹽燃料電池的總?cè)剂想姵匦蕿橹辽俅蠹s55％(例如至少大約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27.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中熔融碳酸鹽燃料電池在大約0.25至大約1.5(例如大約0.25至大約1.3，大約0.25至大約1.15，大約0.25至大約1.0，大約0.25至大約0.85，或者大約0.25至大約0.75)的熱比率下運(yùn)行。實(shí)施方案28.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陽(yáng)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)，并且任選大約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29.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中陽(yáng)極中的燃料利用率為大約50％或更低(例如大約45％或更低，大約40％或更低，大約35％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60％(例如至少大約65％、至少大約70％或至少大約75％)。實(shí)施方案30.上述實(shí)施方案中任一項(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50mW/cm2(例如至少100mW/cm2)的廢熱，所述第一運(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℃或更低(例如大約80℃或更低或大約60℃或更低)的陽(yáng)極入口與陽(yáng)極出口之間的溫度差。實(shí)施方案31.實(shí)施方案30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32.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中熔融碳酸鹽燃料電池在小于大約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。盡管已就具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。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(jiàn)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。