CN109155419B - 通过冷却/冷凝从燃料电池的阳极排气中除去二氧化碳 - Google Patents

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Abstract

一种用于从已被压缩以形成加压阳极排放蒸汽的阳极排放气体中除去二氧化碳的系统，所述系统包括：进料/流出物热交换器，其被配置成将阳极排放蒸汽冷却至第一预定温度，并且部分地冷凝阳极排放蒸汽中的二氧化碳；第一蒸汽‑液体分离器，其被配置成接收进料/流出物热交换器的输出并将液体二氧化碳与未冷凝的阳极排放蒸汽分离；进料/制冷剂热交换器，其被配置成接收来自所述第一蒸汽‑液体分离器的未冷凝的阳极排放蒸汽，将未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至第二预定温度，并且冷凝未冷凝的阳极排放蒸汽中的二氧化碳；以及第二蒸汽‑液体分离器，其被配置成接收进料/制冷剂热交换器的输出并分离液体二氧化碳以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽。

Description

通过冷却/冷凝从燃料电池的阳极排气中除去二氧化碳
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年4月21日提交的美国临时专利申请No.62/325,719的权益和优先权，所述临时专利申请的整个公开内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及燃料电池。特别地，本公开涉及用于一种用于通过冷却/冷凝从燃料电池的阳极排气中除去二氧化碳的系统和方法。
背景技术
燃料电池是通过电反应将储存在燃料(诸如烃燃料)中的化学能转换成电能的设备。通常，燃料电池具有阳极、阴极和电解质层，它们一起驱动产生电的化学反应。可包含氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合物的排气作为副产物从燃料电池的阳极产生。阳极排气含有有用的副产物气体，诸如氢气和一氧化碳，其可作为合成气输出用于其它用途，诸如用于燃料电池的燃料或用于其它化学反应的进料。然而，为了使阳极排气适合于此类用途，必须除去存在于阳极排气中的二氧化碳。
当从高温阳极排气中纯化氢气或合成气时，经常使用变压吸附系统(PSA)将二氧化碳和其它杂质与氢气或合成气分离，但可使用其它纯化工艺，诸如电化学氢气分离器。因为阳极排气具有如此高的二氧化碳含量，所以从PSA回收的氢气或合成气低于正常值，并且可能需要调节PSA的循环时间。而且，大的阳极排气体积增加了PSA的尺寸和成本。常规地，使用较大的PSA，并且得到较低的氢气或合成气回收。
存在对改进技术的需求，包括与用于从PSA上游的燃料电池的阳极排气中除去二氧化碳的系统和方法相关的技术或其它纯化技术。这种技术允许减小PSA的尺寸，并且因此降低PSA的成本，并使氢气或合成气的生产最大化。
发明内容
在一些实施方案中，用于从已被压缩以形成加压阳极排放蒸汽的阳极排放气体中除去二氧化碳的系统包括：进料/流出物热交换器，其被配置成将阳极排放蒸汽冷却至第一预定温度，并且部分地冷凝加压阳极排放蒸汽中的二氧化碳；第一蒸汽-液体分离器，其被配置成接收进料/流出物热交换器的输出并将液体二氧化碳与未冷凝的阳极排放蒸汽分离；进料/制冷剂热交换器，其被配置成接收来自第一蒸汽-液体分离器的未冷凝的阳极排放蒸汽，将未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至第二预定温度，并且冷凝未冷凝的阳极排放蒸汽中的另外的二氧化碳；以及第二蒸汽-液体分离器，其被配置成接收进料/制冷剂热交换器的输出并分离液体二氧化碳以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽。
在一些实施方案中，燃料电池系统包括燃料电池，所述燃料电池包括阴极、阳极和设置在阴极与阳极之间的电解质基质；从阳极排放气体中除去二氧化碳以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽的系统；以及变压吸附系统，其被配置成从富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽中分离二氧化碳和其它杂质，以从阳极排放气体中纯化氢气或合成气。所述系统包括进料/流出物热交换器，其被配置成将加压阳极排放蒸汽冷却至第一预定温度，并且部分地冷凝阳极排放蒸汽中的二氧化碳；第一蒸汽-液体分离器，其被配置成接收进料/流出物热交换器的输出并将液体二氧化碳与未冷凝的阳极排放蒸汽分离；进料/制冷剂热交换器，其被配置成接收来自第一蒸汽-液体分离器的未冷凝的阳极排放蒸汽，将未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至第二预定温度，并且冷凝未冷凝的阳极排放蒸汽中的另外的二氧化碳；以及第二蒸汽-液体分离器，其被配置成接收进料/制冷剂热交换器的输出并分离液体二氧化碳以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽。
在一些实施方案中，从阳极排放气体中除去二氧化碳的方法包括压缩阳极排放气体以形成加压阳极排放蒸汽；在第一热交换器中将阳极排放蒸汽冷却至第一预定温度，并且部分地冷凝阳极排放蒸汽中的二氧化碳；在第一蒸汽-液体分离器中接收第一热交换器的输出；在第一蒸汽-液体分离器中将液体二氧化碳与未冷凝的阳极排放蒸汽分离；在第二热交换器中接收来自第一蒸汽-液体分离器的未冷凝的阳极排放蒸汽；在第二热交换器中将未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至第二预定温度，并且冷凝未冷凝的阳极排放蒸汽中的另外的二氧化碳；在第二蒸汽-液体分离器中接收第二热交换器的输出；并且在第二蒸汽-液体分离器中，将液体二氧化碳从第二热交换器的输出中分离，以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽。
在一个方面，第一蒸汽-液体分离器是第一分离罐，并且第二蒸汽-液体分离器是第二分离罐。
在一个方面，将在第一分离罐和第二分离罐中分离的液体二氧化碳合并，并且使总液体二氧化碳通过减压阀进料以将总液体二氧化碳的压力和温度降低，从第一压力降低至第二压力，所述第二压力低于第一压力。
在一个方面，具有降低的压力和温度的总液体二氧化碳可用作第一热交换器中的冷却介质。从第一热交换器输出的经再加热的二氧化碳流可以可选地使用来自高温燃料电池的废热被进一步再加热，并被送至膨胀机以回收另外的能量。膨胀机能量可被回收作为电功率或机械功率。机械功率可被连接到阳极排气压缩机以降低其功率消耗。
在一个方面，输出部分二氧化碳用于封存或其它用途。例如，流动路径可被配置成接收从阳极排放蒸汽中分离的二氧化碳中的一部分，并且输出从阳极排放蒸汽中分离的所述部分二氧化碳用于封存或其它用途。
在一个方面，在进入第一热交换器之前，将阳极排放蒸汽压缩至100-400psig(磅/平方英寸)的压力。
在一个方面，100-400psig的阳极排气压力是变压吸附系统从氢气中分离二氧化碳和其它杂质所需的压力水平。
在一个方面，第一热交换器将阳极排气冷却至大约-35°F。
在一个方面，第二热交换器将阳极排气冷却至大约-45°F。
在一个方面，第一压力在200-400psig之间，并且第二压力是65-100psig。
在一个方面，具有降低压力(例如，65psig)的总液体二氧化碳被配置成在低温下蒸发。低于65psig的压力，液体二氧化碳可能会凝固。在65psig的压力下，液体二氧化碳在大约-60°F下蒸发。
在一个方面，大部分制冷负荷通过蒸发二氧化碳来完成，并且外部制冷负荷被减少到小于所需总负荷冷却的20％。
在一个方面，控制器被编程为实现本文所述的任何方法步骤。
这些和其它有利特征对于阅读本公开和附图的那些人来说将变得显而易见。
附图说明
在以下附图和描述中阐述了本说明书中描述的主题的一种或多种实施方式的细节。根据本文给出的描述、附图和权利要求，本主题的其它特征和方面将变得显而易见。
图1示出了用于燃料电池的二氧化碳除去系统的示意图，所述系统通过冷却/冷凝分离二氧化碳。
图2是示出图1的二氧化碳除去系统的进料/流出物热交换器的典型热曲线的图。
具体实施方式
在转而参见详细地示出示例性实施方案的图之前，应理解，本申请不限于说明书中所阐述的或在图中所示的细节或方法论。还应理解，术语仅出于描述的目的而不应被视为限制。
一般地参考附图，本文公开了一种用于从由燃料电池(诸如熔融碳酸盐燃料电池或其它类型的高温燃料电池)的阳极产生的排气流中除去二氧化碳的系统。当H2是所需产物时，在将阳极排气进料到例如PSA之前，需要冷却阳极排气并将气体中的CO变换成H2，使得平衡变换组合物有利于CO转化为H2。应理解，即使不需要气体变换，其也增加了可输出的氢气量和被除去的CO2量。如果所需产物是用于化学品生产的H2+CO合成气混合物，则冷却气体以除去过量的水，但不变换。
图1示出了二氧化碳除去系统100。二氧化碳除去系统100是具有H2或合成气联产的燃料电池功率产生系统的一部分，其包括高温燃料电池和从燃料电池阳极排气中回收合成气的部分。高温燃料电池包括：阳极，其被配置成从燃料供应路径接收燃料并输出阳极排气；阴极，其被配置成接收氧化剂气体并输出阴极排气；以及电解质基质，其被配置成将阳极和阴极隔开。高温燃料电池可以是熔融碳酸盐燃料电池或任何其它已知的燃料电池类型。
阳极排气包含未反应的氢气、一氧化碳、水蒸汽、二氧化碳和痕量的其它气体。如图1的阶段1所示，压缩的阳极排放蒸汽(即，加压阳极排气)被输入到进料/流出物热交换器132中。在进入进料/流出物热交换器132之前，例如，在阶段1上游和阳极输出下游存在的变换单元和/或水冷凝(未示出)之后，阳极排气被压缩至200-400psig的压力。例如，如美国专利No.8,815,462中所述，在阶段1之前，可通过向阳极排气中加入水来冷却阳极排气以部分地冷却阳极排气和/或使阳极排气通过变换反应器(即，变换单元)以在压缩之前将阳极排气中的CO转化为H2。为了其涉及燃料电池功率产生系统和用于从阳极排气中提取和输出氢燃料的部件的公开内容，美国专利No.8,815,462的全部内容以引用的方式以其整体并入本文。
进料/流出物热交换器132将阳极排放蒸汽冷却至大约-35°F并部分地冷凝CO2。所需的温度将根据使用的压力而变化，但必须足够低以使得阳极排气中的CO2在低压液体CO2蒸发时冷凝。
在阶段2中，从进料/流出物热交换器132输出的混合相阳极排气800被输入到第一蒸汽-液体分离器(例如，分离罐)133中。第一分离罐133被配置成将液体CO2 850与未冷凝的阳极排放蒸汽805分离。
在阶段5中，液体CO2 850经由第一分离罐133的第一出口路径被从第一分离罐133输出并被输入到混合器135中。混合器135将在下面进一步详细讨论。
在阶段3中，未冷凝的阳极排放蒸汽805经由第一分离罐133的第二出口路径被从第一分离罐133输出并被输入到进料/制冷剂热交换器134中。进料/制冷剂热交换器134使用外部制冷将未冷凝的阳极排放蒸汽805进一步冷却至合理的最低温度(大约-45°F)并且冷凝更多的CO2。在阶段4中，混合相阳极排气510被从进料/制冷剂热交换器134输出并被输入到第二蒸汽-液体分离器(例如，分离罐)136中。第二分离罐136被配置成将液体CO2 855与富H2的、未冷凝的阳极排放蒸汽815分离。第二分离罐136可以是任何已知的蒸汽-液体分离器。富H2的、未冷凝的阳极排放蒸汽815经由第二分离罐136的第一出口路径被从第二分离罐136输出并被输入到变压吸附系统(PSA)中，所述变压吸附系统被配置成从氢气分离二氧化碳和其它杂质。液体CO2 855经由第二分离罐136的第二出口路径被从第二分离罐136输出并被输入到混合器135中。
在混合器135中，从第一分离罐133输出的液体CO2 850与从第二分离罐136输出的液体CO2 855组合。总液体CO2 857(即，从第一分离罐133输出的液体CO2 850与从第二分离罐136输出的液体CO2 855混合)具有大约200-400psig的压力。
在阶段6中，总液体CO2 857通过减压阀137。减压阀137被配置成减小总液体CO2857的压力。随着压力降低，部分液体CO2蒸发(或闪蒸)，这使CO2冷却。闪蒸液体CO2 860从减压阀137输出。液体CO2 860的压力低于总液体CO2 857的压力。例如，液体CO2 860具有大约65psig的压力。闪蒸压力应足够高，使得温度保持在CO2的凝固点以上，并且避免系统中的固体CO2。
液体860 CO2被配置成在低温下蒸发以在进料/流出物热交换器132中提供冷却。低于大约65psig的压力，液体CO2 860可能会凝固。在65psig的压力下，液体CO2 860在大约-60°F下蒸发。来自液体CO2 860的蒸发的CO2用作在进料/流出物热交换器132中的阳极排放蒸汽中使用的冷却介质。采用这种配置，大部分制冷负荷通过蒸发CO2来完成，并且外部制冷负荷减少到小于所需总冷却的20％。
在可选的阶段7中，在用于冷却/冷凝进料/流出物热交换器132中的阳极排放蒸汽之后，再加热的CO2流865(即，蒸发的CO2)被从进料/流出物热交换器132输出。再加热的CO2流865具有例如大约65psig的压力。可将经再加热的CO2流865进料到元件(未示出)以进行可能的再加热和膨胀。例如，可使用来自高温燃料电池的废热加热经再加热的CO2流865，并将其送至膨胀机以回收另外的能量。根据所选择的压缩程度，膨胀机可提供压缩气体所需功率的15％至20％。在更高的压力下，更多CO2将冷凝，从而允许使用更小的PSA。然而，压缩机将需要更多功率来提供更高的压力。下表1中提供了压力对二氧化碳除去系统100的性能的影响的总结。基于由发明人进行的模拟，最佳压缩功率似乎为约300psig。
表1
Figure BDA0001865936420000071
表1的计算假设阳极排气率并且特性总结在下表2中：
表2
Figure BDA0001865936420000072
Figure BDA0001865936420000073
Figure BDA0001865936420000081
在图2中示出了用于逆流热交换器的进料/流出物热交换器132的典型热曲线。更可能的是，将使用多个壳用于优化进料/流出物热交换器132中的热回收，因为进料气体的入口和经再加热的CO2的出口远高于CO2蒸发的温度。
上述二氧化碳除去系统100允许PSA或其它净化系统的尺寸减小，并且因此使其成本降低，并通过除去二氧化碳(其增加了PSA中的回收)使氢气/合成气的生产最大化。使用冷却/冷凝，二氧化碳除去系统100从阳极排气中除去二氧化碳而无需添加物理溶剂诸如Selexol(塞勒克索尔)。
在其它实施方案中，二氧化碳除去系统100可与物理溶剂诸如
Figure BDA0001865936420000082
一起使用以增加CO2的除去。对于通常可接受在合成气中有一些少量CO2的合成气生产，可使用溶剂除去系统诸如
Figure BDA0001865936420000083
代替PSA
虽然二氧化碳除去系统100被描述为具有两个热交换器和两个分离罐，但本发明在这方面不受限制。可使用任何数量的热交换器和分离罐，只要实现适当程度的冷凝和分离。在某些实施方案中，热交换器的数量等于分离罐的数量。在某些实施方案中，热交换器的数量不同于分离罐的数量。通常，液体二氧化碳和未冷凝的阳极排气的分离将在热交换器下游的分离罐中发生。
如本文使用，术语“大约”、“约”、“实质上”及类似术语旨在表达与本公开内容所属主题的本领域技术人员所共同所知和所接受用法的意义相一致的广泛意义。阅读本公开内容的本领域技术人员应理解，这些术语旨在允许对所述的和要求保护的某些特征进行描述而不是将这些特征的范围限制到设置的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表明，对所述和要求保护的主题的非实质或不重要的修改或改变被认为是在随附权利要求中记载的本发明的范围内。
重要的是注意，各种示例性实施方案的构造和布置仅是说明性的。虽然本公开内容中仅详细描述了一些实施方案，但阅读本公开内容的本领域技术人员将容易理解许多修改都是可行的(例如，各种元件的尺寸、维度、结构、形状和比例的改变，参数值、安装布置、使用的材料、颜色、方向等的改变)而不会实质上偏离本文所述主题的新颖教导和优点的范围。例如，示出为一体成形的元件可由多个零件或元件构成，元件的位置可以是相反的或其它方式变化的，并且离散元件或位置的特性或数量也可改变或变化。任何工艺或方法步骤的顺序或次序可根据可替选实施方案被改变或重新排序。在各种示例性实施方案的设计、操作状况和布置方面还可进行其它替换、修改、改变以及省略，而不偏离本发明的范围。例如，可进一步优化热回收热交换器。
本说明书中描述的主题和操作的实施方案可在数字电子电路中实现，或者在具体实施在有形介质、固件或硬件上的计算机软件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等同物，或它们中的一个或多个的组合。本说明书中描述的主题的实施方案可实现为一个或多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或多个模块，其被编码在一个或多个计算机存储介质上用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。可替选地或另外地，程序指令可被编码在人工生成的传播信号(例如，机器生成的电、光或电磁信号)上，所述传播信号被生成以编码用于传输到合适接收器装置以由数据处理装置执行的信息。计算机存储介质可以是计算机可读存储设备、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或设备，或它们中的一个或多个的组合或被包括在其中。此外，虽然计算机存储介质不是传播信号，但计算机存储介质可以是以人工生成的传播信号编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是一个或多个单独的部件或介质(例如多个CD、盘或其它存储设备)，或被包括于上述各者中。因此，计算机存储介质可以是有形的和非暂时性的。
本说明书中描述的操作可实施为由数据处理装置或处理电路对存储在一个或多个计算机可读存储设备上或从其它源接收的数据执行的操作。
所述装置可包括特殊用途逻辑电路，例如，FPGA(场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件，所述装置也可包括为所讨论计算机程序创造执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或它们中的一个或多个的组合的代码。装置和执行环境可实现各种不同的计算模型基础结构，诸如web服务基础结构、分布式计算基础结构和网格计算基础结构。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序、脚本或代码)可用任何形式的编程语言书写，所述编程语言包括编译语言或解释语言、声明性语言或程序性语言，并且所述程序可部署为任何形式，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、对象或适合在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可但不需要对应于文件系统中的文件。程序可被存储在保存其它程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)，存储在专用于所讨论程序的单个文件中，或存储在多个配合的文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一个计算机上或在多个计算机上执行，所述多个计算机位于一个位点或跨多个位点分布并且通过通信网络互连。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器或处理电路执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。过程和逻辑流程也可由专用逻辑电路(例如FPGA或ASIC)执行，并且装置也可实现为专用逻辑电路。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器或处理电路包括通用微处理器和专用微处理器，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于根据指令执行动作的处理器和一个或多个用于存储指令和数据的存储器设备。通常，计算机还将包括或可操作地联接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或将数据传输到一个或多个用于存储数据的大容量存储设备或两者。然而，计算机不必具有此类设备。此外，计算机可嵌入在另一个设备中，该另一个设备例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储设备(例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器)，仅举几例。适用于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括例如半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存存储器设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM磁盘和DVD-ROM磁盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的实施方案可在具有显示设备的计算机上实现，该显示设备例如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)、OLED(有机发光二极管)、TFT(薄膜晶体管)、等离子体、其它柔性配置，或用于向用户展示信息的任何其它监视器以及可供用户向计算机提供输入的键盘、指向设备，例如鼠标轨迹球等，或触摸屏、触摸板等。也可使用其它种类的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入可以任何形式(包括声音输入、语言输入或触觉输入)接收。另外，计算机可通过向用户使用的设备发送文档和从用户使用的设备接收文档来与用户交互；例如，通过响应于从web浏览器接收的请求将web页面发送到用户的客户端设备上的web浏览器。

Claims (15)

1.一种用于从已被压缩以形成加压阳极排放蒸汽的阳极排放气体中除去二氧化碳的系统，所述系统包括：
进料/流出物热交换器，所述进料/流出物热交换器被配置成将所述阳极排放蒸汽冷却至第一预定温度，并且部分地冷凝加压阳极排放蒸汽中的二氧化碳；
第一蒸汽-液体分离器，所述第一蒸汽-液体分离器被配置成接收所述进料/流出物热交换器的输出并将液体二氧化碳与未冷凝的阳极排放蒸汽分离；
进料/制冷剂热交换器，所述进料/制冷剂热交换器被配置成接收来自所述第一蒸汽-液体分离器的所述未冷凝的阳极排放蒸汽，将所述未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至第二预定温度，并且冷凝所述未冷凝的阳极排放蒸汽中的另外的二氧化碳；
第二蒸汽-液体分离器，所述第二蒸汽-液体分离器被配置成接收所述进料/制冷剂热交换器的输出并分离液体二氧化碳以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽；
混合器，所述混合器被配置成接收并混合由所述第一蒸汽-液体分离器分离的所述液体二氧化碳和由所述第二蒸汽-液体分离器分离的所述液体二氧化碳；以及
减压阀，所述减压阀被配置成从所述混合器接收总液体二氧化碳，所述总液体二氧化碳包含由所述第一蒸汽-液体分离器分离的所述液体二氧化碳和由所述第二蒸汽-液体分离器分离的所述液体二氧化碳，其中：
所述减压阀还被配置成将所述总液体二氧化碳的压力和温度降低，从第一压力降低到低于所述第一压力的第二压力，以及
所述进料/流出物热交换器被配置成接收具有所述第二压力的所述总液体二氧化碳，并将所述总液体二氧化碳用作冷却介质。
2.根据权利要求1所述的系统，其中在用作所述进料/流出物热交换器中的所述冷却介质之后，所述总液体二氧化碳作为经再加热的二氧化碳流被从所述进料/流出物热交换器输出，并且
其中所述经再加热的二氧化碳流被进一步加热并送至膨胀机，以回收另外的能量作为电能或机械能。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一压力是200-400 psig，并且所述第二压力是65-100 psig。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述阳极排放蒸汽在所述进料/流出物热交换器的入口处具有200-400 psig的压力。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述进料/制冷剂热交换器使用外部制冷将所述未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至第二预定温度，并且冷凝所述未冷凝的阳极排放蒸汽中的二氧化碳。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括变换单元或水冷凝单元，所述变换单元或水冷凝单元被配置成压缩所述阳极排放气体以在所述进料/流出物热交换器的上游形成所述阳极排放蒸汽，
其中所述阳极排放蒸汽在所述进料/流出物热交换器的入口处具有200-400 psig的压力。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括流动路径，所述流动路径被配置成接收从所述阳极排放蒸汽中分离的所述二氧化碳的一部分，并且输出从所述阳极排放蒸汽中分离的所述部分二氧化碳用于封存或其它用途。
8.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，所述燃料电池包括阴极、阳极和设置在所述阴极与所述阳极之间的电解质基质；
根据权利要求1所述的系统，所述系统用于从阳极排放气体中除去二氧化碳以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽；以及
变压吸附系统，所述变压吸附系统被配置成从所述富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽中分离二氧化碳和其它杂质，以从所述阳极排放气体中纯化氢气或合成气。
9.一种从阳极排放气体中除去二氧化碳的方法，所述方法包括：
压缩所述阳极排放气体以形成阳极排放蒸汽；
在第一热交换器中将所述阳极排放蒸汽冷却至第一预定温度，并且部分地冷凝所述阳极排放蒸汽中的二氧化碳；
在第一蒸汽-液体分离器中接收所述第一热交换器的输出；
在所述第一蒸汽-液体分离器中将液体二氧化碳与未冷凝的阳极排放蒸汽分离；
在第二热交换器中接收来自所述第一蒸汽-液体分离器的所述未冷凝的阳极排放蒸汽；
在所述第二热交换器中将所述未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至第二预定温度，并且冷凝所述未冷凝的阳极排放蒸汽中的二氧化碳；
在第二蒸汽-液体分离器中接收所述第二热交换器的输出；
在所述第二蒸汽-液体分离器中，从所述第二热交换器的所述输出中分离液体二氧化碳，以形成富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽；
接收并混合由所述第一蒸汽-液体分离器分离的所述液体二氧化碳和由所述第二蒸汽-液体分离器分离的所述液体二氧化碳，以形成总液体二氧化碳；
通过使所述总液体二氧化碳通过减压阀，将所述总液体二氧化碳的压力和温度降低，从第一压力降低到低于所述第一压力的第二压力；
将具有所述第二压力的所述总液体二氧化碳进料到所述第一热交换器；以及
使用所述总液体二氧化碳冷却所述第一热交换器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述冷却步骤再加热所述总液体二氧化碳，使得经再加热的二氧化碳流被从所述第一热交换器输出，并且
所述方法还包括：
进一步加热所述经再加热的二氧化碳流；以及
使用膨胀机从被进一步加热的经再加热的二氧化碳流中回收另外的能量。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一压力是200-400 psig，并且所述第二压力是65-100 psig。
12.根据权利要求9所述的方法，其中压缩所述阳极排放气体以形成所述阳极排放蒸汽的步骤包括将所述阳极排放气体压缩至200-400 psig的压力。
13.根据权利要求9所述的方法，其中在所述第二热交换器中将所述未冷凝的阳极排放蒸汽冷却至所述第二预定温度并且冷凝所述未冷凝的阳极排放蒸汽中的二氧化碳的步骤使用外部制冷来进行。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括通过从其中分离二氧化碳和其它杂质来纯化所述富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽。
15.根据权利要求14所述的方法，其中纯化所述富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽的步骤包括将输出自所述第二蒸汽-液体分离器的所述富氢气的、未冷凝的阳极排放蒸汽进料到变压吸附系统。
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