CN116111133A - 具有改进的燃料利用率的燃料电池系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及具有改进的燃料利用率的燃料电池系统和方法。一种燃料电池系统包括：至少一个热箱，其包括燃料电池堆且产生阳极排气产物；至少一个氢气泵；至少一个产物管道，其以流体方式将所述热箱的阳极排气产物出口连接至所述至少一个氢气泵的入口；经压缩氢气产物管道，其连接至所述至少一个氢气泵的经压缩氢气产物出口；和至少一个流出物管道，其连接至所述至少一个氢气泵的未泵送流出物出口。额外实施例包括燃料电池系统，其中将所述阳极排气产物流提供给至少一个二氧化碳泵以产生经压缩二氧化碳产物和未泵送流出物，所述未泵送流出物可再循环至所述燃料电池系统的所述至少一个热箱。在各种实施例中，燃料电池系统可使用或再捕获提供给所述燃料电池系统的输入燃料的基本上所有氢含量和几乎所有碳含量。

Description

具有改进的燃料利用率的燃料电池系统和方法
技术领域
本公开的各方面涉及燃料电池系统和操作燃料电池系统的方法。
背景技术
例如固体氧化物燃料电池等燃料电池是可将存储在燃料中的能量高效地转换为电能的电化学装置。高温燃料电池包括固体氧化物和熔融碳酸盐燃料电池。这些燃料电池可使用氢气和/或烃类燃料操作。存在各种燃料电池，例如固体氧化物再生型燃料电池，其还允许反转操作，使得氧化燃料可使用电能作为输入还原成未氧化燃料。
发明内容
一种实施例燃料电池系统包括：至少一个热箱，其包括燃料电池堆且产生阳极排气产物；至少一个氢气泵；至少一个产物管道，其以流体方式将所述热箱的阳极排气产物出口连接至所述至少一个氢气泵的入口；经压缩氢气产物管道，其连接至所述至少一个氢气泵的经压缩氢气产物出口；和至少一个流出物管道，其连接至所述至少一个氢气泵的未泵送流出物出口。
另一实施例燃料电池系统包括：至少一个热箱，其包括燃料电池堆且产生阳极排气产物；至少一个二氧化碳泵；至少一个产物管道，其以流体方式将所述热箱的阳极排气产物出口连接至所述至少一个二氧化碳泵的入口；经压缩二氧化碳产物管道，其连接至所述至少一个二氧化碳泵的经压缩二氧化碳产物出口；和至少一个流出物管道，其连接至所述至少一个二氧化碳泵的未泵送流出物出口。
另一实施例包括一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括：向所述燃料电池系统的至少一个热箱提供燃料入口流；从所述燃料电池系统的所述至少一个热箱产生阳极排气产物流；将所述阳极排气产物流提供给至少一个氢气泵；在所述至少一个氢气泵中产生经压缩氢气产物和未泵送流出物；和将所述经压缩氢气产物的至少一部分再循环至所述燃料电池系统的所述至少一个热箱。
另一实施例包括一种操作燃料电池系统的方法，所述方法包括：向所述燃料电池系统的至少一个热箱提供燃料入口流；从所述燃料电池系统的所述至少一个热箱产生阳极排气产物流；将所述阳极排气产物流提供给至少一个二氧化碳泵；在所述至少一个二氧化碳泵中产生经压缩二氧化碳产物和未泵送流出物；和将来自所述二氧化碳泵的所述未泵送流出物的至少一部分再循环至所述燃料电池系统的所述至少一个热箱。
附图说明
并入本文并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实例实施例，并且与上文给出的总体描述和下文给出的详细描述一起用于阐释本公开的特征。
图1为根据各种实施例的固体氧化物燃料电池系统的热箱的示意图。
图2为根据本公开的实施例的燃料电池系统的组件的示意图。
图3为根据本公开的另一实施例的燃料电池系统的组件的示意图。
图4为根据本公开的又一实施例的燃料电池系统的组件的示意图。
图5为根据本公开的又一实施例的燃料电池系统的组件的示意图。
图6为根据本公开的又一实施例的燃料电池系统的组件的示意图。
具体实施方式
参考附图详细描述各个实施例。在可能的情况下，将在整个图式中使用相同的附图标记来指代相同或相似部分。提及特定实例和实施方案是出于说明性目的，而非旨在限制本发明或权利要求书的范围。
图1为根据本公开的各种实施例的燃料电池系统10(例如固体氧化物燃料电池(SOFC)系统)的热箱100的示意图。热箱100可含有燃料电池堆102，例如固体氧化物燃料电池堆(其中堆叠的一个固体氧化物燃料电池含有陶瓷电解质，例如氧化钇稳定氧化锆(YSZ)或氧化钪稳定氧化锆(SSZ)；阳极，例如镍-YSZ或Ni-SSZ金属陶瓷；以及阴极电极，例如亚锰酸锶镧(LSM))。堆叠102可呈多个列彼此堆放布置。
热箱100还可含有阳极同流换热器110、阴极同流换热器120、阳极尾气氧化器(ATO)130、阳极排气冷却器140、涡流发生器550和蒸汽发生器160。燃料电池系统10可进一步包括额外组件，例如系统鼓风机208(例如，空气鼓风机)、水源206、阀门511和/或流体管道300D、302A、304C、306和308G，以及可位于热箱102的外部或部分外部的燃料电池系统10的其它组件。然而，本公开不限于每个组件相对于热箱102的任何特定位置。
燃料流可进入热箱102且经由燃料管道300D流向阳极同流换热器110。燃料流可包括烃燃料(例如天然气)、燃料电池系统10的再循环阳极排气和任选地再循环氢气产物的混合物，如下文进一步详细描述。燃料流可在阳极同流换热器110中加热且可经由燃料管道300E从阳极同流换热器110流向堆叠102。
系统鼓风机208可经配置以用于经由空气管道302A将空气流(例如，进气口流)提供至阳极排气冷却器140。空气经由空气管道302B从阳极排气冷却器140流向阴极同流换热器。空气经由空气管道302C从阴极同流换热器120流向堆叠102。
经由阳极排气管道308A将堆叠102中产生的阳极排气提供给阳极同流换热器110。阳极排气可含有未反应的燃料且在本文中也可被称作燃料排气。位于阳极同流换热器110内的阳极排气可将热量传送给流动穿过阳极同流换热器110的传入燃料流到堆叠102。阳极排气可从阳极同流换热器110提供至阳极排气管道308B。阳极排气可流动穿过阳极排气管道308B到阳极排气冷却器140。来自阳极排气冷却器140的阳极排气可通过阳极排气管道308C离开热箱100。阳极再循环鼓风机(图1中未示出)与阳极排气管道308C流体连通可经配置以移动阳极排气通过阳极排气管道308C，如下文进一步详细论述。在一些实施例中，分离器511可经配置以选择性地将从阳极排气管道308C排出的阳极排气的一部分提供至阳极排气管道308D。分离器511可以是(例如)计算机控制或操作员控制阀或任何其它合适的流体分离装置，例如，在流体管道中含有开口或缝隙的无源分离器。阳极排气管道308D可例如在SOFC系统10的启动或其它瞬时操作状态期间，选择性地将从阳极排气冷却器140离开的部分阳极排气通过阳极排气管道308D重新定向至ATO 130。
在图1中展示的实施例中，热箱100中的所有阳极排气在其经由阳极排气管道308C离开热箱100之前穿过阳极排气冷却器140。在其它实施例中，如下文中进一步详细描述，阳极排气的至少一部分可在其穿过阳极排气冷却器140之前离开热箱100。举例来说，一部分阳极排气流可经由阳极排气管道(图1中未示出)离开热箱100，所述阳极排气管道可以位于阳极同流换热器110与阳极排气冷却器140之间。
堆叠102中生成的阴极排气经由排气管道304A流到ATO 130。涡流发生器550可安置于排气管道304A中且可经配置以使阴极排气涡旋。阳极排气管道308D可在涡流发生器550的下游以流体方式连接至阴极排气管道304A或ATO 130。涡旋阴极排气可与来自阳极排气管道308D的阳极排气混合，随后提供给ATO 130。混合物可在ATO 130中氧化以产生ATO排气。ATO排气从ATO 130经由排气管道304B流动到阴极同流换热器120。ATO排气从阴极同流换热器流动且通过排气管道304C流出热箱100。
水经由水管道306从例如水箱或水管等水源206流到蒸汽发生器160。蒸汽发生器160将水喷射到阳极排气管道308B中。从阳极同流换热器110提供给排气管道308B的来自阳极排气的热量使水汽化以产生蒸汽。蒸汽与阳极排气混合以提供加湿的阳极排气流，所述加湿的阳极排气流从阳极排气管道308B流经阳极排气冷却器140且流入阳极排气管道308C中。
系统10可进一步包括经配置以控制系统10的各种元件的系统控制器225。控制器225可包括经配置以执行所存储指令的中央处理单元。举例来说，控制器225可经配置以根据燃料组成数据控制穿过系统10的燃料和/或空气流。系统10还可包括一或多种燃料重整催化剂112、114和116。
在操作期间，堆叠102使用所提供的燃料和空气产生电力，且产生阳极排气(即，燃料排气)和阴极排气(即，空气排气)。阳极排气可含有氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、一些未反应的烃燃料(如甲烷)和其它反应副产物和杂质。
图2为根据本公开的实施例的燃料电池系统10的组件的示意图。燃料电池系统10可包括至少一个热箱100，例如上文参考图1所描述的热箱100。举例来说，燃料电池系统10可包括n个热箱100，其中n为1与100之间的整数，例如2到10，例如4到8。图2所示的燃料电池系统10包括两个热箱100，但根据各种实施例的燃料电池系统可包括更多或更少数目个热箱100。
图2示意性地示出根据本公开的实施例的贯穿燃料电池系统10的燃料和阳极排气的流动。参看图2，系统10可以耦合至燃料源400，所述燃料源可以向燃料电池系统10提供合适的燃料。燃料源400可包括可能位于与系统10相同的位置上的一或多个燃料存储容器(例如，燃料箱或类似容器)。替代地，燃料源400可从远程源(例如，在燃气公用管线上)将燃料提供至系统10。从燃料源400提供给燃料电池系统10的燃料可包括任何合适的烃燃料，包括(但不限于)甲烷、含有甲烷与氢气和其它气体的天然气、丙烷或其它生物气，或碳燃料(例如一氧化碳)、含氧碳气体(例如甲醇)或含有其它碳气体与含氢气体(例如水蒸气、H2气体或其混合物)的混合物。举例来说，混合物可包含来源于煤炭或天然气重整的合成气。
在一些实施例中，来自燃料源400的燃料可在被提供给燃料电池系统10的热箱100之前经历一或多个预处理步骤。举例来说，耦合至燃料源400的燃料入口管道300A可将燃料提供给一或多个预处理单元400，例如一或多个脱硫器，以从燃料流中去除硫和/或其它不合需要的杂质。经预处理的燃料接着可流动穿过燃料管道308B到热箱100中的每一个。
在一些实施例中，每一热箱100可另外包括催化部分氧化(CPOx)反应器200、混合器210、CPOx鼓风机204(例如，空气鼓风机)和阳极再循环鼓风机212，其可安置于热箱100外部。然而，本公开不限于每个组件相对于热箱100的任何特定位置。
再次参看图2，与相应热箱100相关联的每一CPOx反应器200可接收穿过燃料管道308B的入口燃料流。CPOx鼓风机204可将空气提供至CPOx反应器204。来自CPOx反应器200的燃料和/或空气可通过燃料管道300C提供至混合器210。混合器210可经配置以混合燃料流与来自热箱100的再循环阳极排气。然后可经由燃料管道300D将新制燃料与再循环阳极排气的此混合物提供至热箱100，如上文参考图1所描述。
来自每一热箱100的阳极排气(即，燃料排气)可经由阳极排气管道308C离开热箱100，如上文参考图1所论述。分离器511(参见图1)可经由阳极排气管道308D选择性地将位于阳极排气管道308C中的阳极排气的一部分重新定向至热箱100中。如先前所论述，在启动或其它瞬时操作情况期间，可以将被重新定向经由阳极排气管道308D的阳极排气的一部分提供至热箱100的ATO 130。
在图2中展示的实施例中，位于阳极排气管道308C中的剩余阳极排气可提供至分离器403。分离器403可以是(例如)计算机控制或操作员控制阀或任何其它合适的流体分离装置，例如，在流体管道中含有开口或缝隙的无源分离器。阳极排气的第一部分可经由阳极排气管道308E从分离器403提供至阳极再循环鼓风机212。阳极再循环鼓风机212可为任何适合的流体(例如，气体)鼓风机、泵、压缩器等。阳极排气的第一部分可通过阳极排气管道308F从阳极再循环鼓风机212提供至混合器210。如上文所论述，再循环阳极排气可在经由燃料管道300D再进入热箱100之前与混合器210中的新制燃料混合。如本文所使用，经由阳极排气管道308C离开热箱100且由阳极再循环鼓风机212再循环以与混合器210中的新制燃料混合且经由燃料管道300D再次进入热箱100的阳极排气的部分可被称为“阳极再循环”，并且在热箱100的出口处的阳极排气管道308C与在热箱100的入口处的燃料管道300D之间再循环的阳极的流体路径可被称为“阳极再循环回路”。
阳极排气的第二部分可经由阳极排气管道308G从分离器403提供至歧管104。歧管104可通过相应阳极排气管道308G连接至系统10的多个热箱100，在一些实施例中包括连接至系统10的所有热箱100。替代地，系统10可包括多个歧管104，其中每一歧管104可连接至系统10的热箱100的子集。在各种实施例中，来自系统10的多个热箱100的阳极排气流可在歧管104中组合。
再次参看图2，在一些实施例中，热箱100中的每一个可包括与歧管104流体连接的任选的额外阳极排气管道308H。在一些实施例中，任选的额外阳极排气管道308H可提供热箱100与歧管104之间的直接流体路径。在一些实施例中，任选的阳极排气管道308H内的阳极排气可在阳极排气冷却器104的上游离开热箱100(参见图1)。举例来说，热箱100可在位于图1中所示的热箱100中的阳极同流换热器110与阳极排气冷却器140之间的阳极流体管道308B内包括分离器(例如，阀、无源分离器等)。分离器可将阳极排气流的一部分从阳极排气管道308B分流到任选的阳极排气管道308H，使得阳极排气流的此部分可直接提供至图2中所示的歧管104。如上文所描述，阳极排气流的其余部分可继续穿过阳极排气冷却器140且进入阳极排气管道308C中。
因此，在一些实施例中，提供至歧管104的阳极排气可包括阳极排气的第一组件，其在阳极排气冷却器140的出口处离开热箱100且流动穿过阳极排气管道308C、分离器511和/或403，和阳极排气管道308G到歧管104；以及阳极排气的第二组件，其在阳极排气冷却器140的上游离开热箱100且流动穿过阳极排气管道308H到歧管104。因此，阳极排气的第二组件可绕过阳极排气冷却器140，且因此可具有比流动穿过阳极排气冷却器140的阳极排气的第一组件更高的温度。
在一些实施例中，在歧管104中接收的阳极排气的混合物可以是可变的，使得在特定时间期间，从一或多个热箱100提供给歧管104的阳极排气的较大部分(包括所有的阳极排气)可以是经由阳极排气管道308G提供的阳极排气的第一组件(即，已通过热箱100的阳极排气冷却器140的阳极排气)，且在其它时间，从一或多个热箱100提供给歧管104的阳极排气的较大部分(包括所有的阳极排气)可以是经由阳极排气管道308H提供的阳极排气的第二组件(即，已绕过热箱100的阳极排气冷却器140的阳极排气)。如上文参考图1所描述的系统控制器225可用于控制从热箱100中的每一个提供给歧管104的阳极排气的第一和第二组件的混合物。
在一些实施例中，经由阳极排气管道308G(即，已通过热箱100的阳极排气冷却器140的阳极排气)提供至歧管104的阳极排气的第一组件可具有在约100℃与180℃之间的温度，且经由阳极排气管道308H(即，绕过热箱100的阳极排气冷却器140的阳极排气)提供至歧管104的阳极排气的第二组件可具有在约300℃与500℃之间的温度。
因此，通过提供阳极排气流，所述阳极排气流包括通过热箱100的阳极排气冷却器140的阳极排气的低温第一组件与绕过阳极排气冷却器140的阳极排气的低温第二组件的混合物，歧管104中的阳极排气的温度可控制地变化。在一些实施例中，歧管104中的阳极排气的温度可受到控制以包括比以下进一步详细描述的后续H2再循环和/或CO2分离过程所需的更多的热量。提供含有过量热量的阳极排气流可提供以下优点：如在一或多个后续过程中需要冷却阳极排气时，消耗的寄生功率比为这些相同过程加热阳极排气所需的功率要少。
再次参看图2，来自多个热箱100的组合阳极排气流可经由阳极排气管道308I从歧管104提供至阳极排气调节单元404。阳极排气调节单元404可经配置以修改阳极排气流的温度以使得阳极排气流适合于引入位于阳极排气调节单元404的下游的水煤气变换(WGS)反应器405。阳极排气调节单元404可包括一或多个热传递装置，例如一或多个热交换器和/或冷凝器。其它合适的热传递装置在本公开的预期范围内。在一些实施例中，在阳极排气流的温度大于WGS反应器的操作温度范围的情况下，一或多个热传递装置可由冷却介质(例如冷却水和/或空气)冷却，以便降低流动穿过阳极排气调节单元404的阳极排气流的温度。在其它实施例中，在阳极排气流的温度低于WGS反应器405的操作温度范围的情况下，一或多个热传递装置可将热传递到阳极排气流以便增加流动穿过阳极排气调节单元404的阳极排气流的温度。向阳极排气流的热传递可通过与具有比阳极排气流更高温度的流体介质(例如燃烧气体)进行热交换，或通过使用加热器(例如电加热器)直接加热阳极排气流来实现。在各种实施例中，离开阳极排气调节单元404的阳极排气的温度可在约150℃与300℃之间，例如约200℃与250℃之间。
再次参看图2，阳极排气流可经由阳极排气管道308J从阳极排气调节单元404提供至WGS反应器405。WGS反应器405可经配置以使用水煤气变换反应将阳极排气中的CO和H2O转化成CO2和H2。在各种实施例中，WGS反应器405可为低温WGS反应器405，且可具有约200℃与250℃之间的标称操作温度。在水煤气变换反应之后，阳极排气流可主要包括H2O、CO2和H2，以及较小量的CO、N2和其它杂质。
阳极排气流可随后经由阳极排气管道308K从WGS反应器405提供至冷凝器406。冷凝器406可通过冷却介质(例如冷却水和/或空气)冷却以将水蒸气冷凝为液态水，且将阳极排气流的温度降低至低于100℃，例如在50℃与80℃之间(例如，约70℃)。液态水可经由水排气管道407从冷凝器406移除，且管道407中的液态水可任选地经纯化和/或再使用。在各个实施例中，水淘汰器可集成至冷凝器406的设计中或作为单独组件包括在冷凝器406的下游。部分脱水阳极排气流可经由阳极排气管道308L从冷凝器406提供至至少一个氢气泵408。
在各种实施例中，提供至至少一个氢气泵408的部分氢化阳极排气流可包括至少约40％摩尔分数的H2O，例如50-60％(例如约56％)摩尔分数的H2O，至少约20％摩尔分数的CO2，例如25-35％(例如约29％)摩尔分数的CO2，至少约10％摩尔分数的H2，例如10-20(例如约14％)摩尔分数的H2，小于1％摩尔分数的CO，和小于1％摩尔分数的N2。取决于至少一个氢气泵408对CO的耐受性，在一些实施例中，阳极排气流中CO的摩尔分数可在0.5％与1％之间。这可使得WGS反应器405的相对较高温度操作，且可使WGS反应器405具有更大的热操作窗口。
至少一个氢气泵408可包括电化学氢气泵或泵。至少一个电化学氢气泵408可包括氢气泵和分离器，所述氢气泵和分离器在跨越聚合物膜施加电流或电压时以电化学方式泵送纯氢气以通过膜。在各个实施例中，至少一个电化学氢气泵408可包括高压氢气分离和压缩系统，其可从斯基雷(Skyre)公司以名称“H2RENEWTM”获得和/或描述于美国专利第10,756,361号和/或第10,648,089号中。至少一个氢气泵408可包括串联和/或并联连接的多个泵(例如多个分离膜堆叠)，以实现氢气的较高的整体回收分数和/或较高的输送量。在一些实施例中，在提供至至少一个氢气泵408的脱水阳极排气流中，至少一个氢气泵408可耐受至少约0.5％摩尔分数的CO，包括至多约1％摩尔分数的CO。
在一个实施例中，至少一个氢气泵408可回收脱水阳极排气流中的超过80％的氢气且经由经压缩氢气产物管道410输出超过99％的纯经压缩氢气产物。举例来说，经压缩氢气产物可为至少99.99％纯(即，干燥)氢气，其可经加压到1psig到10,000psig，如15psig到2,000psig，例如15psig到150psig的压力。在各种实施例中，由至少一个氢气泵408产生的经压缩氢气产物可适合于在无额外机械压缩或干燥的情况下使用或存储。
再次参看图2，可将经压缩氢气产物管道410中的经压缩氢气产物提供至分离器411。分离器411可以是(例如)计算机控制或操作员控制阀或任何其它合适的流体分离装置，例如，在流体管道中含有开口或缝隙的无源分离器。经压缩氢气产物的第一部分可从分离器403提供至氢气再循环管道412A以供在燃料电池系统10中进一步使用。经压缩氢气产物的第二部分可从分离器403提供至氢气存储管道413以用于存储和/或分配或出售经压缩氢气产物。在一些实施例中，氢气存储管道413可将经压缩氢气产物直接提供至连接至氢气存储管道413的一或多个氢气存储容器414。替代地，一或多个压缩器(图2中未示出)可耦合至氢气存储管道，且可经配置以进一步将经压缩氢气产物压缩至适合于存储在一或多个氢气存储容器414中的压力。
在各种实施例中，氢气再循环管道412A可用于将经压缩氢气产物提供至燃料电池系统10中的一或多个位置。在一些实施例中，氢气再循环管道412A可将经压缩氢气产物的至少一部分提供至燃料源400，所述燃料源可为例如天然气供应。
或者或另外，在一些实施例中，经压缩氢气产物的至少一部分可提供至用于燃料电池系统10的入口燃料流。在一些实施例中，经压缩氢气产物可在燃料电池系统10的一或多个预处理单元400(例如，脱硫器)的下游提供至入口燃料。在图2中展示的一个实施例中，分离器415可将来自氢气再循环管道412A的经压缩氢气产物的至少一部分引导至氢气再循环管道412B，其可将经压缩氢气产物的至少一部分提供至燃料入口管道300A。
或者或另外，在一些实施例中，经压缩氢气产物的至少一部分可提供到热箱100中的一或多个的阳极再循环回路。在各种实施例中，可将经压缩氢气产物提供至燃料电池系统10的所有热箱100的阳极再循环回路。在图2所示的一个实施例中，一或多个分离器416可将来自氢气再循环管道412A的经压缩氢气产物的至少一部分引导到一或多个氢气再循环管道412C。阳极再循环管道412C中的每一个可以流体方式连接至相应热箱100的阳极再循环回路。提供到热箱100的阳极再循环回路的经压缩氢气产物可与阳极再循环回路中的阳极再循环和新制燃料两者混合，且可经由燃料管道300D进入热箱100。
在一些实施例中，还可将经压缩氢气产物的至少一部分提供至燃料电池系统10的一或多个热箱100的ATO 130。在实施例中，经压缩氢气产物可在热箱100的启动期间或其它瞬时情况期间提供至ATO 130，且可用于热箱100的热管理。在图2所示的实施例中，一或多个氢气再循环管道412D可以选择性地将经压缩氢气产物的一部分重新定向到一或多个相应热箱100的ATO 130。在一些实施例中，氢气再循环管道412D可以流体方式耦合至阳极排气管道308D以用于将经压缩氢气产物引导到相应ATO 130。通过将氢气提供至ATO 130，热箱100的温度维持在接近恒定温度，或维持为尽可能接近恒定或实际的温度。考虑到其它变化(例如环境温度变化、有目的的气流变化等)，不存在预定的对ATO 130的进料流的流量控制。在一些配置中，比例电磁管阀可用于将流量控制在+/-3-5％。其它配置可实现对流量的进一步控制(例如，+/-0.5％)，但此些其它配置为昂贵的。
在实施例中，经压缩氢气产物可足够纯(即，干燥)，使得其可再循环以供在燃料电池系统10中使用而不需要任何额外处理或调节。另外，在一些实施例中，可将干燥经压缩氢气产物提供至燃料电池系统10的各种组件/位置，而不需要对载运经压缩氢气产物的管道412A、412B、412C、412D进行跟踪和绝缘以避免水冷凝。干燥经压缩氢气产物还可不在燃料电池系统10的非所需位置中产生冷凝，例如在脱硫罐中产生冷凝。
在经压缩氢气产物对于燃料电池系统10或其组件中使用不够干燥的情况下，可任选地使用冷藏冷凝器，以在经压缩氢气产物用于燃料电池系统10中之前进一步降低经压缩氢气产物的水含量。
在各种实施例中，系统控制器225(参见图1)可控制提供至燃料电池系统10中的各种位置和/或提供至一或多个氢气存储容器414的经压缩氢气产物的量。在一个非限制性实例中，在燃料电池系统10的稳态操作期间，所有或几乎所有经压缩氢气产物可提供至燃料电池系统10的热箱100。可将对于燃料电池系统10的操作不需要的任何过量经压缩氢气产物提供至一或多个氢气存储容器414。将大部分经压缩氢气产物再循环到燃料电池系统10一个优点，由于更多的氢气产物作为燃料被再循环，满足燃料电池系统10的精确和高燃料利用率目标的需求可能会减少。在提供相对大量的再循环氢气产物的情况下，较低的每次利用率仍可支持燃料电池系统10的高总体燃料利用率。另外，通过按需要降低燃料电池系统10的燃料利用率，可以增加提供至一或多个氢气存储容器414的氢气产物的量。
再次参看图2，来自至少一个氢气泵408的未泵送流出物可主要含有水(例如水蒸气和/或液态水)和二氧化碳。未泵送流出物还可含有少量未从阳极排气中分离的氢气，以及较小量的一氧化碳、氮气和其它杂质。举例来说，未泵送流出物可含有小于10％摩尔分数的H2，如0-5％摩尔分数的H2、0-1％摩尔分数的CO和0-1％摩尔分数的氮。液态水可任选地经由水排气管道417从至少一个氢气泵408移除，且管道417中的液态水可任选地经纯化和/或再使用。来自至少一个氢气泵408的未泵送气态流出物可从至少一个氢气泵408提供至流出物管道418。
在一些实施例中，来自至少一个氢气泵的流出物可任选地从流出物管道418馈送到鼓风机419，所述鼓风机可为任何适合的流体(例如，气体)鼓风机、泵、压缩器等。鼓风机419可以从至少一个氢气泵408“拉出”未泵送流出物。鼓风机419可进一步压缩流出物，例如，压缩到2-15psig之间的压力。未泵送流出物的压缩热可以升高未泵送流出物的温度。这可以将流出物预热以用于后续催化或热反应，其经配置以氧化流出物中的残余H2和CO中的一些或全部。流出物的压缩还可以使压缩与随后可以进行的CO2压缩、脱水和/或液化过程分离。在存在任选的鼓风机419的实施例中，来自鼓风机419的经压缩流出物可以提供至流出物管道420。在一些情况下，调整具有高压缩比的大型压缩器(即，改变压缩器速度)可能是困难的。举例来说，压缩器速度的较小改变可从管线中拉出太多或太少的气体，从而导致上游的压力干扰。然而，小型鼓风机具有较低增益，且速度的较小调整对流速和入口压力的改变较小。在一些情况下，鼓风机下游的小存储容量可用于向系统提供一些电容以用于压力控制。举例来说，下游存储容量可以是一分钟的滞留时间的数量级。
在各种实施例中，来自鼓风机419的经压缩流出物可任选地经由流出物管道420提供至氧化反应器421。氧化反应器421可为经配置以在后续CO2处理步骤之前减少或消除来自流出物的残余H2和CO含量的催化或热氧化反应器。氧气源422可耦合至氧化反应器421且可提供氧气用于氧化反应。在一些实施例中，氧气源422可包括鼓风机。或者或另外，氧气源422可为氧气产生器或氧气存储装置，可提供经纯化氧气以用于氧化反应。在存在任选氧化反应器421的实施例中，可以将来自氧化反应器421的流出物提供至流出物管道423，所述流出物可以基本上完全由H2O和CO2组成。
在一些实施例中，系统10可任选地包括二氧化碳处理装置424，其可操作地连接至含有来自至少一个氢气泵408的流出物产物的流出物管道418、420和/或423。二氧化碳处理装置424可操作以压缩和/或冷却从至少一个氢气泵408接收的流出物流，所述流出物流可任选地由鼓风机419压缩和/或在氧化反应器421中经历氧化反应。任选的二氧化碳处理装置424可为经配置以从流出物流去除水的冷凝器和/或干燥器。在一些实施例中，任选二氧化碳处理装置424还可将流出物流转化成液化CO2产物。从流出物流去除的水可任选地经由水排气管道425从二氧化碳处理装置424去除以用于任选地纯化和/或再使用。可包括经纯化或纯CO2的流出物流的剩余部分可经由管道426提供至一或多个CO2存储容器427以用于CO2的存储和/或螯合，或可用于化学过程、饮料碳酸化等。在一些实施例中，一或多个CO2存储容器可包括经配置以将CO2转化成干冰以供存储的一或多个低温存储装置。
图3示意性地说明根据本公开的另一个实施例的燃料电池系统20。图3的燃料电池系统20可类似于上文参考图2所描述的燃料电池系统10。因此，为简洁起见省略对类似组件的重复论述。图3的燃料电池系统20可不同于图2的燃料电池系统10，其中较低压力和较高压力氢气泵可用于回收氢气产物。
确切地说，参看图3，位于阳极排气管道308L中的分离器450(例如，阀、无源分离器等)可以将部分水合的阳极排气流的一部分引导到阳极排气管道451。阳极排气管道308L中的部分水合阳极排气流的剩余部分可提供至至少一个低压氢气泵452。至少一个低压氢气泵452可经配置以将与阳极排气流分离的氢气泵送到相对较低的压力(例如1-150psig)。在各种实施例中，至少一个低压氢气泵452可以将氢气泵送到适合于在燃料电池系统20中使用的压力。来自至少一个低压氢气泵452的经压缩氢气产物可以提供至氢气再循环管道412A以用于如上文参考图2所描述的燃料电池系统20中进一步使用。来自至少一个低压氢气泵452的剩余流出物可提供至流出物管道418，且可继续进行至任选的鼓风机419、任选的氧化反应器421和任选的二氧化碳处理装置424以用于分离CO2，如上文参考图2所描述。来自流出物的液态水可任选地经由水排气管道453回收。
再次参看图3，位于阳极排气管道451内的部分水合阳极排气流的部分可提供至至少一个高压氢气泵454。至少一个高压氢气泵454可经配置以将与阳极排气流分离的氢气泵送到相对较高的压力(例如，200到10,000psig)。在各种实施例中，至少一个高压氢气泵452可以将氢气泵送到适合于氢气存储和/或商业出售经纯化氢气产物的目的的压力。来自至少一个高压氢气泵454的经压缩氢气产物可以经由氢气产物管道456提供至一或多个氢气存储容器414。来自至少一个高压氢气泵454的剩余气体流出物可提供至流出物管道457，且来自流出物的液态水可任选地经由水排气管道453回收。在一些实施例中，流出物管道457可将来自至少一个高压氢气泵454的流出物提供至任选的鼓风机419、任选的氧化反应器421和任选的二氧化碳处理装置424以用于分离CO2，如上文参考图2所描述。
一般来说，意图用于存储和/或商业出售的氢气产物可能需要比在燃料电池系统20中再循环使用的氢气产物更高的加压程度。在各种实施例中，通过提供可平行处理阳极排气流的至少一个低压氢气泵452和至少一个高压氢气泵454，可针对不同用途优化从燃料电池系统20的阳极排气中回收的经压缩氢气产物。在一些实施例中，可在至少一个低压氢气泵452和/或至少一个高压氢气泵454的上游提供一或多个缓冲罐(未在图3中示出)以减缓向相应氢气泵452、454馈送的平行阳极排气流的流动速率的波动。
因此，图1-3中所示的燃料电池系统10、20可使用或再捕获提供至燃料电池系统10、20的输入燃料的基本上所有的氢含量和基本上所有的碳含量。这可为燃料电池系统10、20提供增加的燃料利用率。
图4示意性地说明根据本公开的另一个实施例的燃料电池系统30。图4的燃料电池系统30可类似于上文参考图2和3所描述的燃料电池系统10和20。因此，为简洁起见省略对类似组件的重复论述。图4的燃料电池系统30可不同于图2和3的燃料电池系统10和20，其中二氧化碳泵可用于将CO2的至少一部分与阳极排气流分离。
参看图4，至少一个二氧化碳泵600可位于来自燃料电池系统30的热箱100的阳极排气流中的水煤气变换(WGS)反应器405和冷凝器406的下游。冷凝器406可经配置以将水蒸气冷凝成液态水且降低阳极排气流的温度，使得阳极排气流的温度和/或水含量可在二氧化碳泵600的操作范围内。从阳极排气流冷凝的液态水可经由水排气管道407去除。阳极排气管道308L可将部分脱水阳极排气流从冷凝器406提供至至少一个二氧化碳泵600的入口处。
至少一个二氧化碳泵600可包括电化学二氧化碳泵或泵。至少一个电化学二氧化碳泵600可经配置以将来自低压阳极排气流的CO2泵送到也可含有水的几乎纯CO2产物。在一些实施例中，至少一个电化学二氧化碳泵可包括洗涤器和分离器(即浓缩器)，所述洗涤器和分离器在跨越聚合物膜施加电流或电压时以电化学方式泵送纯二氧化碳以通过膜。在各个实施例中，至少一个电化学二氧化碳泵600可包括高压二氧化碳分离和压缩系统，其可从斯基雷公司以名称“CO2RENEWTM”获得和/或描述于美国专利申请公开第2020/0222852号中。至少一个二氧化碳泵600可包括串联和/或并联连接的多个泵(例如多个分离膜堆叠)，以实现CO2的较高的整体回收分数和/或较高的输送量。
在一个实施例中，至少一个二氧化碳泵600可以回收脱水阳极排气流中所存在的CO2的至少70％，例如70％-90％或更多。在一些实施例中，至少一个二氧化碳泵600可将分离的CO2产物加压到1psig与5,000psig之间的压力，例如1-5psig、5-150psig或150-5,000psig。在一些实施例中，由至少一个二氧化碳泵600产生的经压缩CO2产物可适合于在无额外机械压缩的情况下使用、存储或螯合。
在一些实施例中，来自至少一个二氧化碳泵600的经压缩CO2产物可经由管道602提供至二氧化碳处理装置424。二氧化碳处理装置424可从经压缩CO2产物去除任何残余水，例如通过变温吸附(TSA)和/或变压吸附(PSA)。从经压缩CO2产物去除的水可任选地经由水排气管道425去除以用于任选地纯化和/或再使用。经压缩CO2产物可任选地经历进一步压缩以将CO2产物加压到适合于存储、使用和/或螯合的压力。在一些实施例中，经压缩CO2产物可液化或固化为干冰。在通过二氧化碳处理装置424处理之后，可包括经纯化或纯CO2的经压缩CO2产物可经由管道426提供至一或多个CO2存储容器427以用于CO2的存储和/或螯合，或可用于化学过程、饮料碳酸化等。
再次参看图4，来自至少一个二氧化碳泵600的未泵送流出物可含有氢气、水(例如水蒸气和/或液态水)、未通过至少一个二氧化碳泵600与阳极排气分离的二氧化碳以及少量一氧化碳、氮气和其它杂质。在一些实施例中，来自未泵送流出物的液态水可任选地经由水排气管道601去除。来自至少一个二氧化碳泵600的剩余未泵送流出物可提供至管道603以用于再循环至燃料电池系统30。
在各种实施例中，来自至少一个二氧化碳泵600的未泵送流出物可包括来自阳极排气流的基本上所有氢气和一氧化碳。未泵送流出物流中的氢气和一氧化碳的浓度通常将大于其在阳极排气流中的浓度，因为来自阳极排气流的大部分二氧化碳和一些水通过至少一个二氧化碳泵600去除。这可使管道603中的流出物流有利地用于燃料电池系统30，包括作为堆叠102和/或ATO 130的燃料源或补充燃料。在各种实施例中，至少一个鼓风机604可与管道603流体连通。至少一个鼓风机604可包括任何适合的流体(例如，气体)鼓风机、泵、压缩器等。至少一个鼓风机604可以将流出物流压缩到适合于在燃料电池系统10中使用的压力。在一些实施例中，可利用多个鼓风机604以将流出物流的部分压缩到不同压力以用于燃料电池系统10中的不同用途。举例来说，与阳极再循环管道412C流体连通的第一鼓风机604可用于将馈送到热箱100的阳极再循环回路的流出物流的压力增加1psi与2psi之间。提供至热箱100的流出物的至少一部分还可以提供至热箱100的ATO 130以用于热管理和/或从ATO 130去除氮气。比例电磁阀可用于控制馈送到相应热箱100的ATO 130的流出物的部分。与阳极再循环管道412B流体连通的额外的鼓风机604可用于将馈送到燃料电池系统30的燃料入口物料流的流出物流的压力增加10psi与15psi之间。
在图4中所示的燃料电池系统30中，由于几乎所有燃料可作为分离的二氧化碳产物和/或作为用于燃料电池系统30的再循环燃料而再循环，因此可降低燃料电池系统30的每次燃料利用率。此外，由于来自至少一个二氧化碳泵600的流出物流中的任何残余CO2通过燃料电池系统30再循环且最终从热箱100再循环到阳极排气流，因此至少一个二氧化碳泵600不需要具有极高CO2回收率。在一些实施例中，至少一个二氧化碳泵600的每次CO2回收率可在70％-90％之间。这可实现对于燃料电池系统30几乎100％的总体CO2回收，减去可再循环到热箱100的ATO 130和/或由其产生的少量CO2。
取决于至少一个二氧化碳泵600的CO耐受性，在一些实施例中，可从图4的燃料电池系统30消除WGS反应器405和阳极排气调节单元404。因此，来自歧管104的阳极排气可以被馈送到冷凝器406，所述冷凝器可经配置以调节阳极排气流，使得阳极排气流的温度和/或水含量可以在至少一个二氧化碳泵600的操作范围内。在此情况下，进入至少一个二氧化碳泵600的阳极排气流以及来自至少一个二氧化碳泵600的流出物流可具有相对较高浓度的H2和CO。
图5示意性地说明根据本公开的另一个实施例的燃料电池系统40。图5的燃料电池系统40可类似于上文参考图4所描述的燃料电池系统30。因此，为简洁起见省略对类似组件的重复论述。图5的燃料电池系统40可不同于图4的燃料电池系统30，通过在至少一个二氧化碳泵600上游添加至少一个氢气泵408。在各个实施例中，阳极排气流可经由阳极排气管道308L从冷凝器406提供至至少一个氢气泵408。至少一个氢气泵408可产生如上文所描述的经压缩氢气产物，其可提供至管道410。来自至少一个氢气泵408的经压缩氢气产物可再循环到燃料电池系统30和/或提供至一或多个氢气存储容器414以用于存储和潜在商业销售。在图5中展示的实施例中，分离器413可用于经由氢气存储管道413将经压缩氢气产物的一部分提供至一或多个氢气存储容器414，而经压缩氢气产物的剩余部分可经由管道412A再循环以供在燃料电池系统中使用。
来自至少一个氢气泵408的未泵送流出物可主要含有水(例如水蒸气和/或液态水)和二氧化碳，以及较小量的氢气、一氧化碳、氮气和其它杂质。来自未泵送流出物的液态水可任选地经由水排气管道417去除。剩余流出物流可经由管道308M提供至至少一个二氧化碳泵600。至少一个二氧化碳泵600可将大部分(例如70％或更多)的CO2与流出物流分离且提供经压缩CO2产物，如上文参考图4所述。经压缩CO2产物可任选地经由管道602提供至CO2处理装置424。
来自至少一个二氧化碳泵600的未泵送流出物可包括水(例如水蒸气和/或液态水)和未由至少一个二氧化碳泵600分离的二氧化碳，以及少量氢、一氧化碳、氮和其它杂质。来自未泵送流出物的液态水可任选地经由水排气管道601去除。可以将剩余流出物提供至管道603以用于如上文所描述的燃料电池系统40中。
在至少一个二氧化碳泵600的上游提供至少一个氢气泵408的一个优点是，至少一个氢气泵408可在将过程流馈送到至少一个二氧化碳泵600之前降低过程流的气体流动速率。另外，通过使用至少一个氢气泵408去除氢气，可以增加馈送到至少一个二氧化碳泵600的过程流中的CO2的浓度。图5的系统40还可产生纯或经纯化氢气产物，其可存储以供稍后使用和/或销售。
图6示意性地说明根据本公开的另一个实施例的燃料电池系统50。图5的燃料电池系统50可类似于上文参考图2所描述的燃料电池系统10。因此，为简洁起见省略对类似组件的重复论述。图3的燃料电池系统50可不同于图2的燃料电池系统10，通过在至少一个氢气泵408上游添加至少一个二氧化碳泵600。在各个实施例中，阳极排气流可经由阳极排气管道308L从冷凝器406提供至至少一个二氧化碳泵600。至少一个二氧化碳泵600可将大部分(例如70％或更多)的CO2与阳极排气流分离且提供经压缩CO2产物，如上文参考图4所述。经压缩CO2产物可任选地经由管道602提供至CO2处理装置424。
来自至少一个二氧化碳泵600的未泵送流出物可包括富含氢的过程流，其包括水(例如水蒸气和/或液态水)、氢气和未通过至少一个二氧化碳泵600分离的二氧化碳，以及少量一氧化碳、氮气和其它杂质。来自未泵送流出物的液态水可任选地经由水排气管道601去除。剩余流出物流可经由管道604提供至至少一个氢气泵408。
至少一个氢气泵408可产生如上文所描述的经压缩氢气产物，其可提供至管道410。来自至少一个氢气泵408的经压缩氢气产物可再循环到燃料电池系统30和/或提供至一或多个氢气存储容器414以用于存储和潜在商业销售。在图6中展示的实施例中，分离器411可用于经由氢气存储管道413将经压缩氢气产物的一部分提供至一或多个氢气存储容器414，而经压缩氢气产物的剩余部分可经由管道412A再循环以供在燃料电池系统中使用。
来自至少一个氢气泵408的未泵送气态流出物可以从至少一个氢气泵408提供至流出物管道418，并且可以任选地馈送到鼓风机419和氧化反应器421，其经配置以减少或消除先前参考图2所描述的来自流出物的残余H2和CO。可主要包括水和CO2的剩余流出物可经由管道606提供至CO2处理装置424以用于回收、存储和/或使用如上文所描述的剩余CO2。
提供所公开方面的先前描述是为了使所属领域的技术人员能够制造或使用本公开。所属领域的技术人员将容易明白对这些方面的各种修改，且在不脱离本公开的范围的情况下，本文中所界定的一般原理可应用于其它方面。因此，本公开并不希望限于本文中所展示的方面，而是应被赋予与本文中所公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。

Claims (24)

1.一种燃料电池系统，其包含：
至少一个热箱，其包含燃料电池堆且产生阳极排气产物；
至少一个氢气泵；
至少一个产物管道，其以流体方式将所述热箱的阳极排气产物出口连接至所述至少一个氢气泵的入口；
经压缩氢气产物管道，其连接至所述至少一个氢气泵的经压缩氢气产物出口；和
至少一个流出物管道，其连接至所述至少一个氢气泵的未泵送流出物出口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统进一步包含：多个热箱，其各自包含燃料电池堆且产生阳极排气产物；至少一个产物管道，其以流体方式将所述多个热箱中的每一个的阳极排气产物出口连接至歧管；和至少一个产物管道，其以流体方式将所述歧管的出口连接至所述至少一个氢气泵的所述入口。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述多个热箱中的每一个热箱包括通过至少一个产物管道以流体方式连接至所述歧管的第一阳极排气出口，和通过至少一个产物管道以流体方式连接至所述歧管的第二阳极排气出口。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中通过所述第一阳极排气出口从所述热箱中的每一个排出的所述阳极排气产物包含已经通过所述相应热箱的阳极排气冷却器的阳极排气，且通过所述第二阳极排气出口从所述热箱中的每一个排出的所述阳极排气产物包含绕过所述相应热箱的所述阳极排气冷却器的阳极排气。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其进一步包含以流体方式连接至所述至少一个流出物管道的鼓风机，所述鼓风机经配置以压缩来自所述至少一个氢气泵的所述未泵送流出物出口的未泵送流出物产物。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其进一步包含通过至少一个流出物管道以流体方式连接至所述鼓风机的出口的氧化反应器，所述氧化反应器经配置以减少或消除来自由所述鼓风机压缩的所述未泵送流出物产物的残余H2和CO含量。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其进一步包含通过至少一个流出物管道以流体方式连接至所述氧化反应器的出口的二氧化碳处理装置，所述二氧化碳处理装置经配置以将所述未泵送流出物产物转换成经纯化或纯CO2产物。
8.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述至少一个氢气泵包含电化学氢气泵，其产生包含大于99体积百分比氢气的经压缩氢气产物。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述经压缩氢气产物管道以流体方式连接至至少一个氢气再循环管道，所述至少一个氢气再循环管道经配置以再循环所述经压缩氢气产物的至少一部分以供所述燃料电池系统使用。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述经压缩氢气产物管道以流体方式连接至至少一个氢气再循环管道，所述至少一个氢气再循环管道以流体方式连接至所述燃料电池系统的热箱的阳极再循环回路。
11.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述经压缩氢气产物管道以流体方式连接至至少一个氢气再循环管道，所述至少一个氢气再循环管道以流体方式连接至所述燃料电池系统的热箱的阳极尾气氧化器ATO。
12.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述经压缩氢气产物管道以流体方式连接至至少一个氢气再循环管道，所述至少一个氢气再循环管道以流体方式连接至所述燃料电池系统的燃料源和所述燃料电池系统的一或多个热箱的燃料入口管道中的至少一个。
13.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中所述至少一个氢气再循环管道经配置以再循环所述经压缩氢气产物的第一部分以供所述燃料电池系统使用，且所述经压缩氢气产物管道以流体方式连接至至少一个氢气存储管道，所述至少一个氢气存储管道经配置以向一或多个氢气存储容器提供所述经压缩氢气产物的第二部分。
14.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其进一步包含：
水煤气变换WGS反应器，至少一个以流体方式将所述歧管的出口连接至所述WGS反应器的入口的产物管道；和
冷凝器、至少一个以流体方式将所述WGS反应器的出口连接至所述冷凝器的入口的产物管道，和至少一个以流体方式将所述冷凝器的出口连接至所述至少一个氢气泵的所述入口的产物管道。
15.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述至少一个氢气泵包含：
低压氢气泵，至少一个以流体方式连接至所述低压氢气泵的入口以用于接收所述阳极排气产物的第一部分的产物管道，其中由所述低压氢气泵产生的经压缩氢气产物经再循环以用于所述燃料电池系统；和
高压氢气泵，至少一个以流体方式连接至所述高压氢气泵的入口以用于接收所述阳极排气产物的第二部分的产物管道，其中由所述高压氢气泵产生的经压缩氢气产物被提供至一或多个氢气存储容器。
16.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池系统包含固体氧化物燃料电池SOFC系统。
17.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其进一步包含至少一个二氧化碳泵，其中：
(a)所述至少一个二氧化碳泵的入口通过至少一个未泵送流出物管道以流体方式连接至所述至少一个氢气泵的所述未泵送流出物出口，经压缩二氧化碳产物管道连接至所述至少一个二氧化碳泵的压缩二氧化碳产物出口，且至少一个未泵送流出物再循环管道耦合至所述至少一个二氧化碳泵的未泵送流出物出口，以再循环来自所述至少一个二氧化碳泵的未泵送流出物以供所述燃料电池系统使用，或
(b)至少一个产物管道，其以流体方式将所述热箱的所述阳极排气产物出口连接至所述至少一个二氧化碳泵的入口，经压缩二氧化碳产物管道连接至所述至少一个二氧化碳泵的压缩二氧化碳产物出口，且至少一个未泵送流出物再循环管道耦合至所述至少一个二氧化碳泵的未泵送流出物出口，以用于向所述至少一个氢气泵的所述入口提供来自所述至少一个二氧化碳泵的未泵送流出物。
18.一种燃料电池系统，其包含：
至少一个热箱，其包含燃料电池堆且产生阳极排气产物；
至少一个二氧化碳泵；
至少一个产物管道，其以流体方式将所述热箱的阳极排气产物出口连接至所述至少一个二氧化碳泵的入口；
经压缩二氧化碳产物管道，其连接至所述至少一个二氧化碳泵的经压缩二氧化碳产物出口；和
至少一个流出物管道，其连接至所述至少一个二氧化碳泵的未泵送流出物出口。
19.根据权利要求18所述的燃料电池系统，其中所述至少一个二氧化碳泵包含电化学二氧化碳泵，所述电化学二氧化碳泵经配置以从提供给所述至少一个二氧化碳泵的所述阳极排气产物中去除至少约70％的所述二氧化碳，并且产生经压缩二氧化碳产物和未泵送流出物。
20.根据权利要求19所述的燃料电池系统，其进一步包含以流体方式连接至所述至少一个流出物管道的至少一个鼓风机，所述鼓风机经配置以再循环来自所述至少一个二氧化碳泵的所述未泵送流出物以供所述燃料电池系统使用。
21.一种操作燃料电池系统的方法，其包含：
向所述燃料电池系统的至少一个热箱提供燃料入口流；
从所述燃料电池系统的所述至少一个热箱产生阳极排气产物流；
将所述阳极排气产物流提供给至少一个氢气泵；
在所述至少一个氢气泵中产生经压缩氢气产物和未泵送流出物；和
将所述经压缩氢气产物的至少一部分再循环至所述燃料电池系统的所述至少一个热箱。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包含以下各项中的至少一个：
从来自所述至少一个氢气泵的所述未泵送流出物中产生经纯化或纯CO2产物，和
将所述经压缩氢气产物的一部分提供给至少一个氢气存储容器。
23.一种操作燃料电池系统的方法，其包含：
向所述燃料电池系统的至少一个热箱提供燃料入口流；
从所述燃料电池系统的所述至少一个热箱产生阳极排气产物流；
将所述阳极排气产物流提供给至少一个二氧化碳泵；
在所述至少一个二氧化碳泵中产生经压缩二氧化碳产物和未泵送流出物；和
将来自所述二氧化碳泵的所述未泵送流出物的至少一部分再循环至所述燃料电池系统的所述至少一个热箱。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包含：
从来自所述至少一个二氧化碳泵的所述经压缩二氧化碳产物中产生经纯化或纯CO2产物。
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