使用燃料电池的综合发电和碳捕集的制造方法与工艺

使用燃料电池的综合发电和碳捕集发明领域在各种方面中，本发明涉及通过熔融碳酸盐燃料电池与燃烧电源的集成分离和/或捕集所产生的排放物的低排放发电。发明背景发电厂排放的气体的捕集是越来越受关注的领域。基于化石燃料(例如石油、天然气或煤)的燃烧的发电厂生成二氧化碳作为反应副产物。历史上，在燃烧后将这种二氧化碳释放到大气中。但是，越来越希望指出为燃烧过程中生成的二氧化碳找到替代用途的方式。管理由燃烧反应生成的二氧化碳的一个选项是使用捕集法将CO2与燃烧排气中的其它气体分离。用于捕集碳的传统方法的一个实例是使该排气料流经过胺洗涤器。尽管胺洗涤器可有效从排气料流中分离CO2，但有几个缺点。特别地，需要能量运行胺洗涤器和/或改变排气料流的温度和压力以适合经过胺洗涤器。CO2分离所需的能量降低发电工艺的总体效率。为了补偿CO2捕集所需的动力，一个选项是使用熔融碳酸盐燃料电池辅助CO2分离。导致CO2从燃料电池的阴极部分传输到燃料电池的阳极部分的燃料电池反应也可导致电力生成。但是，燃烧供能涡轮机或发电机与用于碳分离的燃料电池的传统组合导致每单位消耗燃料的发电效率净降低。JournalofFuelCellScienceandTechnology中的一篇文章(G.Manzolini等人,J.FuelCellSci.andTech.,第9卷，2012年2月)描述了一种将燃烧发电机与熔融碳酸盐燃料电池组合的发电系统。描述了燃料电池的各种布置和运行参数。来自燃烧发电机的燃烧输出部分用作燃料电池阴极的输入。在使阳极输出经过深冷CO2分离器后用该阳极输出的再循环部分补充这种进料。Manzolini文章中的模拟的一个目标是使用MCFC从发电机的废气中分离CO2。Manzolini文章中描述的模拟确立660℃的最大出口温度并指出入口温度必须足够更冷以虑及经过燃料电池的升温。基础模型实例中MCFC燃料电池的电效率(即发电量/燃料输入)为50％。针对CO2捕捉优化的试验模型实例中的电效率也是50％。Desideri等人的文章(Intl.J.ofHydrogenEnergy,Vol.37,2012)描述了使用燃料电池分离CO2的发电系统的性能的建模方法。利用阳极排气再循环到阳极入口和阴极排气再循环到阴极入口来改进燃料电池的性能。基于该文章中显示的模型和配置，提高燃料电池内的CO2利用率据显示适用于改进CO2的分离。模型参数描述了50.3％的MCFC电效率。美国专利No.7,396,603描述了减少CO2排放的集成化石燃料发电厂和燃料电池系统。至少一部分阳极输出在从该阳极输出中除去一部分CO2后再循环到阳极输入。熔融碳酸盐燃料电池利用氢气和/或其它燃料发电。可通过在燃料电池上游或燃料电池内的蒸汽重整器中重整甲烷或其它可重整燃料来提供氢气。可重整燃料可包括可以在升高的温度和/或压力下与蒸汽和/或氧反应产生含氢气的气态产物的烃质材料。或者或另外，燃料可以在熔融碳酸盐燃料电池的阳极池中重整，可运行所述燃料电池以创造适合在阳极中重整燃料的条件。或者或另外，可以在燃料电池的外部和内部进行重整。传统上，运行熔融碳酸盐燃料电池以使每单位燃料输入的发电量最大化，这可以被称作燃料电池的电效率。这种最大化可基于独自或与另一发电系统结合的燃料电池。为了实现提高的发电量和管理热的产生，燃料电池内的燃料利用率通常保持在70％至75％。美国公开专利申请2011/0111315描述了一种在阳极入口料流中存在显著氢气含量的运行燃料电池系统的系统和方法。’315公开中的技术涉及在阳极入口提供足够的燃料以在燃料接近阳极出口时仍有足够的燃料用于氧化反应。为了确保足够的燃料，’315公开提供了具有高H2浓度的燃料。氧化反应中未用到的H2再循环到阳极以用于下一循环。按单程计，H2利用率可以为10％至30％。文献’315没有描述阳极内的显著重整，而是主要依靠外部重整。美国公开专利申请2005/0123810描述了一种用于氢气和电能联产的系统和方法。该联产系统包含燃料电池和构造成接收阳极排气料流并分离氢气的分离单元。一部分阳极排气也再循环到阳极入口。’810公开中给出的运行范围看起来基于固体氧化物燃料电池。熔融碳酸盐燃料电池被描述为替代物。美国公开专利申请2003/0008183描述了一种用于氢气和电力联产的系统和方法。作为用于将烃型燃料转化成氢气的化学转化器的通用类型提到燃料电池。该燃料电池系统还包括外部重整器和高温燃料电池。描述了该燃料电池系统的一个实施方案，其具有大约45％的电效率和大约25％的化学生产率，导致系统联产效率为大约70％。‘183公开看起来没有描述独立于该系统的燃料电池的电效率。美国专利5,084,362描述了一种将燃料电池与气化系统集成以便可使用煤气作为燃料电池阳极的燃料源的系统。使用燃料电池生成的氢气作为用于由煤气(或其它煤)进料生成甲烷的气化器的进料。然后使用来自气化器的甲烷作为燃料电池的至少一部分输入燃料。由此，燃料电池生成的至少一部分氢气以气化器生成的甲烷的形式间接再循环到燃料电池阳极入口。发明概述一方面，提供了一种捕集来自燃烧源的二氧化碳的方法。该方法可包括捕集来自燃烧源的输出料流，所述捕集的输出料流包含氧气和二氧化碳；用一个或多个熔融碳酸盐燃料电池的燃料电池阵列加工所述捕集的输出料流，所述一个或多个燃料电池各自具有阳极和阴极，所述熔融碳酸盐燃料电池经所述燃料电池阵列中的熔融碳酸盐燃料电池的一个或多个阴极入口在操作上连向所述二氧化碳料流；使燃料与来自所述一个或多个燃料电池阴极的碳酸盐在所述一个或多个燃料电池阳极内反应以产生电力，来自所述燃料电池阵列的至少一个阳极出口的阳极排气料流包含二氧化碳和氢气，与碳酸盐反应的至少一部分燃料包含从阳极排气料流再循环来的氢气；在一个或多个分离阶段中从所述阳极排气料流中分离二氧化碳；和在从所述阳极排气料流中分离二氧化碳后将至少一部分阳极排气料流再循环到阳极。任选地，燃料电池的燃料利用率为大约60％或更低和/或在从阳极排气中分离二氧化碳之前该阳极排气料流可经过水煤气变换反应阶段。本申请与另外21个共同待审的PCT申请有关，它们在同一日期与其一起提交并通过下列代理人案号和名称标识：名称为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM104-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM107-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM108-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM272-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCellsataReducedElectricalEfficiency”的2013EM273-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM274-WO；名为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM277-WO；名称为“IntegratedCarbonCaptureandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM278-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM279-WO；名称为“IntegratedOperationofMoltenCarbonateFuelCells”的2013EM285-WO；名称为“MitigationofNOxinIntegratedPowerProduction”的2014EM047-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationusingMoltenCarbonateFuelCells”的2014EM048-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinFischer-TropschSynthesis”的2014EM049-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinFischer-TropschSynthesis”的2014EM050-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinFischer-TropschSynthesis”的2014EM051-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinMethanolSynthesis”的2014EM052-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinaRefinerySetting”的2014EM053-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsforSynthesisofNitrogenCompounds”的2014EM054-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellswithFermentationProcesses”的2014EM055-WO；名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinIronandSteelProcessing”的2014EM056-WO；和名称为“IntegratedofMoltenCarbonateFuelCellsinCementProcessing”的2014EM057-WO。这些共同待审的PCT申请中的每一个全文经引用并入本文。附图简述图1示意性显示基于碳基燃料的燃烧发电的联合循环系统的一个实例。图2示意性显示熔融碳酸盐燃料电池的运行的一个实例。图3显示熔融碳酸盐燃料电池的阳极燃料利用率与电压之间的关系的一个实例。图4示意性显示阳极再循环回路的配置的一个实例。图5显示熔融碳酸盐燃料电池的CO2利用率、电压和功率之间的关系的一个实例。图6示意性显示熔融碳酸盐燃料电池和相关重整和分离阶段的构造的一个实例。图7示意性显示熔融碳酸盐燃料电池和相关重整和分离阶段的构造的另一实例。图8示意性显示基于碳基燃料的燃烧发电的联合循环系统的另一实例。图9示意性显示基于碳基燃料的燃烧发电的联合循环系统的一个实例。图10-11显示来自包括燃烧供能涡轮机和用于分离二氧化碳的熔融碳酸盐燃料电池的发电系统的各种配置的模拟的结果。图12和13显示在不同燃料电池工作电压VA下的CH4转化率的实例。详述在各种方面中，提供了使用熔融碳酸盐燃料电池(MCFCs)捕集来自燃烧源的CO2的系统和方法。该系统和方法可解决与来自燃烧排气料流的碳捕集和/或使用熔融碳酸盐燃料电池进行碳捕集有关的一个或多个问题。使用熔融碳酸盐燃料电池从排气料流中分离CO2的一个困难可包括处理来自商业规模涡轮机或其它电/热发生器的排气通常需要的燃料电池的大面积。使用熔融碳酸盐燃料电池接收商业规模排气流通常可涉及使用多个燃料电池而非构造具有足够面积的单燃料电池。为了向该多个燃料电池输送排气料流，需要附加的连接以在各燃料电池之间分割排气。因此，降低捕集所需量的二氧化碳所需的燃料电池面积可提供所需流程连接数和/或复杂性的相应降低。在本发明的一些方面中，可通过使至少一部分阳极排气料流再循环回阳极入口来降低或将加工含CO2的排气料流所需的燃料电池面积减至最低。另外或或者，可以在较低燃料利用率下运行燃料电池。可以将排气料流送入熔融碳酸盐燃料电池的阴极。在该燃料电池的运行过程中，阳极排气可经过一个或多个分离阶段。这可包括用于除去H2O和/或CO2的分离阶段。然后可以将剩余阳极排气的至少一部分再循环到阳极入口。在一个优选实施方案中，可避免阳极排气直接或间接到阴极的任何再循环。通过使阳极排气再循环到阳极入口，在第一次经过阳极时未使用的任何燃料可用于下一程。有助于降低燃料电池面积的另一特征可包括避免来自阳极排气的CO2传送回阴极入口。避免这种传送可包括避免直接传送或间接传送。在传统燃料电池运行过程中，使用至少一部分阳极排气作为阴极输入。这代表CO2从阳极直接送往阴极。间接传送可相当于将一部分阳极排气再循环到阴极上游的位置，如位于阴极入口上游的燃烧器。在任一情况下，提供用于将阳极排气送回阴极入口的路径意味着有在分离出来并传送到燃料电池的阳极侧后将CO2送回阴极入口的路径可用。再循环到阴极入口的任何CO2可以有利地再传送到阳极以避免损失到环境中。单个CO2分子从阴极到阳极的这些多次传送可能意味着也许需要附加的燃料电池面积捕集相同的CO2净量。使用熔融碳酸盐燃料电池时的另一挑战可归因于适当运行的燃气轮机的排气的相对较低CO2含量。例如，由低CO2含量的天然气燃料源供能的燃气轮机可生成例如含有大约4体积％的CO2的排气。如果使用一定类型的排气再循环，这一值可提高到例如大约6体积％。相反，熔融碳酸盐燃料电池的阴极进料的典型所需CO2含量可为大约10％或更大。在本发明的一些方面中，在本文中提供了能在仍有效运行燃气轮机或其它燃烧供能发电机的同时提高排气中的CO2含量的系统和方法。在本发明的一些方面中，提供了在用具有低CO2含量的阴极排气运行时改进和/或优化燃料电池的碳捕集效率的系统和方法。另一挑战可包括降低或减轻由碳捕集造成的发电效率损失。如上所述，传统的碳捕集方法会造成每单位消耗燃料的发电净效率的损失。在本发明的一些方面中，提供了改进总发电效率的系统和方法。另外或或者，在本发明的一些方面中，提供了以降低和/或将生成有商业价值的CO2料流所需的能量减至最低的方式分离CO2的方法。在本发明的大多数方面中，可以至少部分通过与联合循环发电系统，如燃烧天然气的联合循环电厂结合使用熔融碳酸盐燃料电池实现一个或多个上述优点，其中来自燃烧反应的烟气和/或热也可用于向蒸汽轮机供能。更通常，该熔融碳酸盐燃料电池可以与各种类型的电或热发生系统，如锅炉、燃烧器、催化氧化器和/或其它类型的燃烧供能发电机联合使用。在本发明的一些方面中，来自MCFCs的至少一部分阳极排气可以(在分离CO2后)再循环到MCFC阳极的输入流中。在阳极排气后的水煤气变换反应区可任选用于进一步提高阳极排气中存在的H2量，同时也能将CO转化成更易分离的CO2。在本发明的一些方面中，使至少一部分阳极排气再循环到阳极入口能够降低重整量和/或消除在阳极入口前的重整阶段。代替在进入阳极前重整燃料料流，再循环的阳极排气可以为阳极的燃料进料提供足够的氢气。这可允许阳极输入料流不经过单独的预重整阶段就送入阳极。在降低的氢燃料利用率水平下运行阳极可通过提供具有提高的氢气含量的阳极排气而进一步有利于减少和/或消除预重整阶段。在本发明的各种方面中，可以提供使用熔融碳酸盐燃料电池捕集来自燃烧源的CO2的改进的方法。这可包括例如在降低和/或减轻发电过程中的排放的同时使用涡轮机(或基于燃烧的其它电或热发生方法，如锅炉、燃烧器和/或催化氧化器)发电的系统和方法。这任选至少部分通过使用联合循环发电系统实现，其中来自燃烧反应的烟气和/或热也可用于向蒸汽轮机供能。另外或或者，这可至少部分通过使用一个或多个熔融碳酸盐燃料电池(MCFCs)作为碳捕集装置以及附加电力源实现。在本发明的一些方面中，该MCFCs可以在低燃料利用率条件下运行，这可以改进燃料电池中的碳捕集，同时也降低和/或将损失或浪费的燃料量减至最低。另外或或者，可以运行该MCFCs以降低和/或最大限度减少将燃烧烟气料流的CO2含量降至所需水平，例如1.5体积％或更低或1.0体积％或更低所需的MCFCs总数和/或体积。在这样的方面中，对于来自阵列序列(通常至少包括串联布置，或最后阴极和最初阴极相同)中的最后阴极的阴极输出，输出组合物可包括大约2.0体积％或更少的CO2(例如，大约1.5体积％或更少或大约1.2体积％或更少)和/或至少大约1.0体积％的CO2，如至少大约1.2体积％或至少大约1.5体积％。可至少部分通过将阳极排气送回阳极入口并在将阳极排气送回阳极入口之前除去阳极排气中的至少一部分CO2来实现这些方面。可以例如使用深冷CO2分离器实现从阳极排气中如此除去CO2。在本发明的一些任选方面中，可以将阳极排气再循环到阳极入口以致不提供将阳极排气再循环到阴极入口的路径。通过避免阳极排气再循环到阴极入口，经MCFCs传输到阳极再循环回路的任何CO2可以留在阳极再循环回路中直至从该回路中的其它气体中分离出CO2。熔融碳酸盐燃料电池传统上以独立模式使用以发电。在独立模式中，可以将燃料，如甲烷的输入料流送入熔融碳酸盐燃料电池的阳极侧。可以重整(外部或内部)甲烷以形成H2和其它气体。H2然后可以在燃料电池中与从阴极穿过电解质的碳酸根离子反应形成CO2和H2O。对于燃料电池阳极中的反应，燃料利用率通常为大约70％或75％或甚至更高。在传统配置中，考虑到重整反应的吸热性质，可以将阳极排气中的剩余燃料氧化(燃烧)以生成用于保持燃料电池和/或外部重整器的温度的热。在这种氧化过程中可以添加空气和/或另一氧源以便更完全燃烧。然后可以将阳极排气(在氧化后)送入阴极。由此，进入阳极的单一燃料料流可用于为阳极和阴极提供所有能量和几乎所有反应物。这种配置也可以使进入阳极的所有燃料耗尽，同时在阳极中只需要～70％或～75％或略高的燃料利用率。在传统系统可能典型的上述独立方法中，运行熔融碳酸盐燃料电池的目标可能通常是基于输入燃料料流有效生成电力。相反，与燃烧供能涡轮机、发动机或其它发电机集成的熔融碳酸盐燃料电池可用于提供不同用途。尽管该燃料电池的发电仍然合意，但该燃料电池可运行例如以改进和/或使在给定的燃料电池体积下从排气料流中捕集的CO2量最大化。这可以在仍由燃料电池发电的同时改进CO2捕集。图1提供本发明的一些方面的概念的示意性概览。提供图1以助于理解一般概念，因此可以在图1中并入附加的进料、工艺和/或配置而不背离整体概念的精神。在图1所示的概览实例中，可以使用天然气涡轮机110(或另一燃烧供能涡轮机)基于燃料112的燃烧生成电力。对于图1中所示的天然气涡轮机110，这可包括压缩空气料流或其它气相料流111以形成压缩气料流113。然后可将压缩气料流113与燃料112一起引入燃烧区115。然后可以将所产生的热烟气或排气117送入涡轮机110的膨胀机部分以生成电力。在膨胀(和任选净化和/或其它加工步骤)后，可以将膨胀的烟气送入熔融碳酸盐燃料电池的阴极部分120。该烟气可包括足够用于阴极处的反应的氧气，或如果必要，可以提供追加的氧气。为了促进燃料电池反应，可以将燃料132与至少一部分阳极排气一起送入燃料电池的阳极部分130。在再循环前，阳极排气可经过二氧化碳分离系统140，如深冷二氧化碳分离器。这可以从阳极排气中除去至少一部分CO2147，通常也还有一部分水149。在除去至少一部分CO2和水后，再循环的阳极排气仍含有一些CO2和水以及H2和/或可能烃，如甲烷形式的未反应燃料。燃料132可代表含氢气料流和/或含有甲烷和/或可重整(内部或外部)形成H2的另一烃的料流。要指出，在图1中，没有使CO2再进入燃料电池的阴极部分的路径可用。相反，CO2可以留在阳极再循环回路中直至通过二氧化碳分离装置140除去CO2。然后可以将来自燃料电池的阴极部分120的排气送入热回收区150，以便可回收来自阴极排气的热，以例如向蒸汽发生器160供能。在回收热后，阴极排气可作为排气料流156离开该系统。排气料流156可以排放到环境中，或可以使用任选附加净化工艺，如使用胺洗涤器进行料流156上的附加CO2捕集。表征燃料电池运行的一种方法可以是表征燃料电池接收的各种进料的“利用率”。例如，表征燃料电池运行的一种常见方法可以是指定燃料电池的(阳极)燃料利用率。除燃料利用率外，可以表征燃料电池中的其它反应物的利用率。例如，另外或或者，可以就“CO2利用率”和/或“氧化剂”利用率表征燃料电池的运行。可以以类似方式规定CO2利用率和/或氧化剂利用率的值。对于CO2利用率，如果CO2是阴极输入料流或流中存在的唯一燃料组分，可以使用(CO2-速率-入-CO2-速率-出)/CO2-速率-入的简化计算，唯一反应因此是CO32-的形成。类似地，对于氧化剂利用率，如果O2是阴极输入料流或流中存在的唯一氧化剂，可以使用该简化形式，唯一反应因此是CO32-的形成。使用多个燃料电池的另一原因可能是在将燃烧排气的CO2含量降至所需水平的同时实现有效的燃料电池运行。可以在将燃烧降至所需水平的同时在较低燃料利用率下运行两个(或更多个)燃料电池，而非运行燃料电池以具有高(或最佳)CO2利用率。在燃料电池的传统运行，如独立运行过程中，运行燃料电池的目标可以是在有效利用提供给电池的“燃料”的同时生成电力。该“燃料”可相当于氢气(H2)、含氢气气体料流和/或包含可重整提供氢气的物质(如甲烷、另一链烷或烃和/或一种或多种其它类型的含碳和氢的化合物，它们在反应时可提供氢气)的气体料流。这些重整反应通常是吸热的，因此通常在制氢气中消耗一些热能。也可以使用可直接和/或在反应时提供CO的碳源，因为通常在燃料电池阳极催化剂表面存在下可发生水煤气变换反应(CO+H2O＝H2+CO2)。这能由CO源产生氢气。对于这样的传统运行，运行燃料电池的一个潜在目标可以是耗尽提供给电池的所有燃料，同时保持燃料电池的合意输出电压，这传统上可通过在大约70％至大约75％的燃料利用率下运行燃料电池阳极，接着燃烧其余燃料以生成保持燃料电池的温度的热来实现。在熔融碳酸盐燃料电池中，跨过燃料电池中的电解质的碳酸根离子传输可提供从第一流路向第二流路传输CO2的方法，其中该传输方法可允许从较低浓度(阴极)向较高浓度(阳极)传输，这因此有利于捕集CO2。该燃料电池对CO2分离的部分选择性可基于能使该电池生成电力的电化学反应。对于有效地不参与燃料电池内的电化学反应的非反应性物类(如N2)，可以存在微不足道的反应量和从阴极到阳极的传输。相反，阴极和阳极之间的电位(电压)差可提供跨过燃料电池传输碳酸根离子的强驱动力。因此，熔融碳酸盐燃料电池中的碳酸根离子传输可允许以相对较高的选择性从阴极(较低CO2浓度)向阳极(较高CO2浓度)传输CO2。但是，使用熔融碳酸盐燃料电池脱除二氧化碳的一个挑战在于，该燃料电池具有有限的从相对较稀的阴极进料中除去二氧化碳的能力。随着CO2浓度下降到大约2.0体积％以下，由碳酸盐燃料电池生成的电压和/或功率开始快速降低。随着CO2浓度进一步降低，例如降到大约1.0体积％以下，在某一点，跨过燃料电池的电压变得足够低以致几乎或完全不发生碳酸盐的进一步传输且燃料电池停止工作。因此，在商业可行的运行条件下来自燃料电池的阴极阶段的排气中可能存在至少一些CO2。可基于阴极进料源的CO2含量确定送往燃料电池阴极的二氧化碳量。适合用作阴极输入流的含CO2料流的一个实例可以是来自燃烧源的输出或排出流。燃烧源的实例包括，但不限于，基于天然气的燃烧、煤的燃烧和/或其它烃型燃料(包括生物衍生燃料)的燃烧的来源。另外或替代的来源可包括其它类型的锅炉、火焰加热器、炉和/或燃烧含碳燃料以加热另一物质(如水或空气)的其它类型的装置。大致上，来自燃烧源的输出流的CO2含量可以为该流的次要部分。即使对较高CO2含量的排气流，如来自燃煤燃烧源的输出而言，来自大多数商业燃煤发电厂的CO2含量可以为大约15体积％或更低。更通常，来自燃烧源的输出或排出流的CO2含量可以为至少大约1.5体积％，或至少大约1.6体积％，或至少大约1.7体积％，或至少大约1.8体积％，或至少大约1.9体积％，或至少大于2体积％，或至少大约4体积％，或至少大约5体积％，或至少大约6体积％，或至少大约8体积％。另外或或者，来自燃烧源的输出或排出流的CO2含量可以为大约20体积％或更低，如大约15体积％或更低，或大约12体积％或更低，或大约10体积％或更低，或大约9体积％或更低，或大约8体积％或更低，或大约7体积％或更低，或大约6.5体积％或更低，或大约6体积％或更低，或大约5.5体积％或更低，或大约5体积％或更低，或大约4.5体积％或更低。上文给出的浓度基于干基础。要指出，在来自一些天然气或甲烷燃烧源(例如是可能包括或不包括排气再循环回路的发电系统的一部分的发电机)的排气中可存在更低的CO2含量值。阳极部分和阳极再循环回路的运行在本发明的各种方面中，可以在允许燃料电池的阳极部分中的较低燃料利用率的条件下运行熔融碳酸盐燃料电池。这可不同于燃料电池的传统运行，其中通常选择燃料利用率以使送往燃料电池的燃料的70％或更多作为燃料电池运行的一部分消耗。在传统运行中，几乎所有燃料可通常在燃料电池的阳极内消耗或燃烧以向燃料电池的进料料流提供明显的热。图3显示在传统(独立)条件下运行的燃料电池的燃料利用率和输出功率之间的关系的一个实例。图3中所示的图显示燃料电池运行的两种极限情况。一种极限情况包括运行燃料电池以消耗送往燃料电池的燃料的接近100％的燃料(如H2或重整成H2的甲烷)量的极限。从效率角度看，送往燃料电池的燃料的～100％消耗是合意的，以在燃料电池的运行过程中不浪费燃料。但是，运行燃料电池以消耗送往电池的燃料的大于大约80％有两个可能的缺点。首先，随着燃料消耗量接近100％，由该燃料电池提供的电压急剧降低。为了消耗接近100％的燃料量，燃料电池(或至少在阳极附近)中的燃料浓度必须在燃料电池的至少一部分运行过程中按定义几乎接近0。以渐趋0的燃料浓度运行燃料电池的阳极可导致用于跨过燃料电池的电解质传输碳酸根的驱动力渐低。这会造成电压的相应降低，在消耗供给阳极的所有燃料的真实极限情况中电压可能也接近0。第二个缺点也与相对较高的燃料利用值(大于大约80％)有关。如图3中所示，在大约75％或更低的燃料利用值下，由燃料电池生成的电压与燃料利用率具有大致线性关系。在图3中，在大约75％燃料利用率下，产生的电压可以为大约0.7伏特。在图3中，在大约80％或更高的燃料利用值下，电压对利用率曲线看起来呈指数或幂型关系。从工艺稳定性的角度看，可优选在其中该关系呈线性的电压对利用率曲线部分中运行燃料电池。在图3中所示的另一极限情况中，随着燃料利用率降低，由熔融碳酸盐燃料电池产生的电压表现出轻微提高。但是，在传统运行中，在降低的利用率下运行燃料电池会造成各种困难。例如，可能需要降低送往以较低燃料利用率运行的传统运行的燃料电池的总燃料量，以使留在阳极排气/输出料流中的任何燃料仍可提供适于保持燃料电池温度的热量(在进一步燃烧时)。如果降低燃料利用率而不调节送往燃料电池的燃料量，未使用的燃料的氧化可能造成燃料电池的高于期望的温度。至少基于这些极限情况考量，传统燃料电池通常在大约70％至大约75％的燃料利用率下运行以实现与燃料完全利用的热平衡。一个备选配置可以是将至少一部分来自燃料电池阳极的排气再循环到燃料电池阳极的输入。来自MCFC阳极的输出料流可包括H2O、CO2、任选的CO和任选但通常未反应的燃料(如H2或CH4)作为主要输出组分。代替使用这种输出料流作为燃料源以向重整反应供热，可以对阳极输出料流进行一次或多次分离以将CO2与具有潜在燃料价值的组分，如H2或CO分离。然后可以将具有燃料价值的组分再循环到阳极的输入。这种类型的配置可提供一个或多个益处。首先，可以从阳极输出中分离出CO2，如通过使用深冷CO2分离器。阳极输出的几种组分(H2、CO、CH4)不是易冷凝组分，而CO2和H2O可独立地作为冷凝相分离。根据该实施方案，可以分离出阳极输出中至少大约90体积％的CO2以形成相对高纯的CO2输出料流。在分离后，阳极输出的剩余部分可主要相当于具有燃料价值的组分以及降低量的CO2和/或H2O。分离后的这部分阳极输出可再循环以与附加燃料一起用作阳极输入的一部分。在这种类型的配置中，即使在经过MCFC的单程中的燃料利用率可能低，但未使用的燃料可有利地再循环另一程经过阳极。因此，单程燃料利用率可处于降低的水平，同时避免未燃烧的燃料损失(排放)到环境中。可以例如通过使用水煤气变换反应器将阳极输出中存在的H2O和CO转化成H2和CO2来提高阳极输出中存在的H2量。水是在阳极处发生的反应的预期输出，因此该阳极输出通常可具有与阳极输出中存在的CO量相比过量的H2O。由于在重整过程中的不完全碳燃烧和/或由于在重整条件或在阳极反应过程中存在的条件下H2O、CO、H2和CO2之间的平衡反应(即水煤气变换平衡)，在阳极输出中可存在CO。水煤气变换反应器可以在以CO和H2O为代价进一步朝形成CO2和H2的方向驱动该平衡的条件下运行。较高温度可能趋向于有利于形成CO和H2O。因此，运行水煤气变换反应器的一个选项可以是在合适的温度，例如大约190℃至大约210℃下使阳极输出料流暴露在合适的催化剂，如包括氧化铁、氧化锌、在氧化锌上的铜等的催化剂下。该水煤气变换反应器任选可包括用于降低阳极输出料流中的CO浓度的两个阶段，其中第一较高温阶段在至少大约300℃至大约375℃的温度下运行，第二较低温阶段在大约225℃或更低，如大约180℃至大约210℃的温度下运行。除提高阳极输出中存在的H2量外，该水煤气变换反应还可以以CO为代价提高CO2量。这可以将难除去的一氧化碳(CO)换成可更容易通过冷凝(例如低温脱除)、化学反应(如胺脱除)和/或其它CO2脱除法除去的二氧化碳。尽管该阳极再循环回路允许较低燃料利用率而没有燃料伴随损失到环境中，再循环回路中的过量燃料可造成其它后果。例如，如果使用深冷法从阳极排气中分离CO2，通常可作为该分离法的一部分压缩阳极排气料流。如果燃料利用率相对较高，阳极排气可以主要由典型燃烧产物，如CO2、CO和H2O构成。但是，任何未使用的燃料，如H2也在排气中。这种额外的H2也要求在CO2分离过程中压缩。任何额外气体的压缩需要额外能量。由于H2压缩中的已知困难，当H2是该额外气体时，可提高这种额外能量的量。在大约75％的传统燃料利用值下，阳极排气中的CO2含量可以至少与该排气中的H2量一样高，且CO2含量优选可为H2含量的至少两倍。相反，在大约50％或更低的燃料利用值下，大约一半或更多的阳极排气可相当于H2。未分离出的这种额外气体的压缩可能需要显著的额外能量。在本发明的一些方面中，分离部分CO2(和H2O)后留下的所有或基本所有阳极输出料流可以再循环以用作阳极输入。或者，分离后的阳极输出料流可用于多于一个目的，但可有利地避免任何部分的阳极输出料流再循环用作阴极的直接输入和/或作为用于加热燃料电池的氧化器的输入。控制阳极输出料流的用途可提供几个优点。例如，通过避免阳极输出再循环用作阴极输入，可以将该系统内的CO2传输限于从燃料电池阴极传输到燃料电池阳极。换言之，一旦可将CO2“捕集”在该系统的阳极回路部分中，该CO2不可回到该系统的阴极部分，例如其中CO2可能排放到大气中和/或可能必须通过辅助碳捕集装置捕集。反之，“捕集”在阳极回路中的任何CO2可以留在阳极回路中直至可以分离出CO2，例如以形成高纯CO2料流。除过量燃料的压缩外，特别在其中所有或基本所有阳极输出料流再循环到阳极输入的配置中，阳极再循环回路中的惰性或非反应性气体的压缩会造成显著的能量消耗。在阳极再循环回路中，可以在经过阳极再循环回路的各循环过程中除去大部分(如高达90％或更多)的可冷凝组分，如CO2和H2O。在经过阳极再循环回路的各循环过程中也可至少部分消耗能参与重整器和/或阳极中的反应的组分，如CH4、H2和CO。但是，阳极再循环回路的输入燃料可通常是含有其它非反应性物类的燃料。例如，如果使用天然气料流作为燃料，典型的天然气料流可含有大约1％至5％(或更多)的N2。这种N2在阳极中通常不反应并在分离阶段中仅可少量除去。因此，相当大量的N2可积聚在阳极再循环回路中。尽管在各再循环过程中可以使用放气料流(bleedstream)除去一部分N2，但这样的放气料流也可造成阳极再循环回路中存在的燃料气体的损失。阳极再循环回路中的过量非反应性气体可进一步有助于再循环回路中用于压缩的能量成本。用于再循环回路中的气体压缩的额外成本可通过降低该系统的总体电效率降低和/或减轻阳极中的低燃料利用率的益处。图4显示根据本发明的发电机/燃料电池系统的阳极流路部分的一个实例。在图4中，初始燃料料流405可任选重整410以将甲烷(或另一类型的燃料)和水转化成H2和CO2。或者，可以在是包括重整阶段和燃料电池阳极420的组件的一部分的重整阶段中进行重整反应。另外或或者，至少一部分燃料料流405可相当于氢气，以便可降低和/或最大限度减少向阳极420提供燃料所需的重整量。然后可以将该任选重整的燃料415送入阳极420。来自阳极排气425的包括燃料组分的再循环料流455也可充当阳极420的输入。来自燃料电池的阴极部分(未显示)的碳酸根离子流422可提供阳极燃料电池反应所需的其余反应物。基于阳极420中的反应，所得阳极排气425可包括H2O、CO2、相当于未反应燃料的一种或多种组分(H2、CO、CH4或其它)和任选一种或多种附加非反应性组分，如N2和/或为燃料料流405的一部分的其它污染物。然后可以将阳极排气425送入一个或多个分离阶段430以除去CO2(以及任选的H2O)。深冷CO2脱除系统可以是分离阶段的合适类型的一个实例。任选地，阳极排气可以首先经过水煤气变换反应器440以将阳极排气中存在的任何CO(与一些H2O一起)转化成任选水煤气变换的阳极排气445中的CO2和H2。分离阶段430的初始部分可用于作为H2O输出料流432除去阳极排气425中存在的大部分H2O。深冷CO2脱除系统然后可作为高纯CO2料流434除去大部分CO2。如果需要，也可存在吹扫料流(未显示)以防止惰性气体积聚在阳极再循环回路内。然后可以将阳极排气料流的剩余部分455送回阳极420的入口。如图4中所示，可以在燃料电池外和/或在燃料电池内进行燃料的重整。另一选项可以是降低、最大限度减少或甚至消除在燃料进入燃料电池阳极前进行的重整。当在阳极进料中存在足量的H2，如送往阳极的燃料的至少大约10体积％为H2形式时，阳极中的反应条件可允许在阳极本身内发生额外重整。因此，惯常地，送入阳极的燃料在进入阳极前可进行重整以例如提供充足的初始H2量。如果阳极进料不含足量的氢气，阳极反应可能失速，并可能降低、最大限度减少或完全停止阳极中的重整活性。在传统运行中，可以重整送往MCFC阳极的至少一部分燃料以提供用于维持阳极反应的H2。但是，当阳极排气再循环到阳极入口时，无需任何重整，在阳极输入料流中存在足够的H2。取而代之地，来自再循环料流的H2能够维持阳极反应以致在阳极本身内可发生额外重整。由于重整通常是吸热过程，保持用于阳极前的重整阶段中的重整的温度可能通常需要额外的热和因此燃料。在阳极输入前不需要重整阶段可通过消除重整阶段的热需求改进该发电系统的总效率。因此，除能够降低燃料电池面积外，使阳极输出再循环到阳极输入和以低燃料利用率运行燃料电池的组合可以改进发电效率。阴极部分的运行在根据本发明的各种方面中，可以运行用于碳捕集的熔融碳酸盐燃料电池以改进或增强该燃料电池的碳捕集方面，而非(或甚至牺牲)增强发电能力。传统上，可基于在消耗送往阳极的燃料料流中的所有燃料的同时提供合意电压来运行熔融碳酸盐燃料电池。这可在传统上部分通过使用阳极排气作为至少一部分阴极输入料流实现。相反，本发明对阳极输入和阴极输入使用分开/不同的来源。通过消除阳极输入流和阴极输入流的组成之间的联系，用于运行燃料电池的附加选项变得可用，以改进二氧化碳的捕集。使用熔融碳酸盐燃料电池除去二氧化碳中的一个初始挑战在于该燃料电池具有有限的从相对较稀的阴极进料中除去二氧化碳的能力。图5基于阴极输入气体中的CO2浓度显示1)电压和CO2浓度以及2)功率和CO2浓度之间的关系的一个实例。如图5中所示，随着CO2浓度下降到大约2.0体积％以下，由碳酸盐燃料电池产生的电压和/或功率开始快速降低。随着CO2浓度进一步降低，例如降到大约1.0体积％以下，在某一点，跨过燃料电池的电压变得足够低以致几乎或完全不能发生碳酸根的进一步传输。因此，在来自燃料电池的阴极阶段的排气中可能存在至少一些CO2，几乎与运行条件无关。燃料电池运行条件的一个修改可以是利用在阳极处的过量可用反应物运行燃料电池，如通过如上所述以阳极处的低燃料利用率运行。通过为燃料电池中的阳极反应提供过量的反应物，用于阴极反应的CO2的可得性可用作该反应的限速变量。当运行MCFCs以增强碳捕集量时，平衡因素可不同于尝试改进燃料利用率时。特别地，可基于来自提供含CO2料流的燃烧发电机的输出流确定送往燃料电池的二氧化碳量。大致上，来自燃烧发电机的输出流的CO2含量可以为该流的次要部分。即使对较高CO2含量的排气流，如来自燃煤燃烧发电机的输出而言，来自大多数商业燃煤发电厂的CO2含量可以为大约15体积％或更低。为了进行阴极反应，这可能潜在地包括大约5％至大约15％，通常大约7％至大约9％的用于与CO2反应形成碳酸根离子的氧气。因此，阴极反应通常可消耗阴极输入料流的不到大约25体积％。阴极流的其余至少大约75％的部分可由惰性/非反应性物类，如N2、H2O和其它典型的氧化剂(空气)组分以及任何未反应的CO2和O2构成。相对于阴极反应，基于阴极输入流的性质，对于基于较清洁燃料源，如天然气源的燃烧的输入流，在阴极消耗和除去的阴极输入部分可以为大约25体积％或更低，例如大约10体积％或更低。确切量可基于所用燃料、输入燃料中的稀释剂含量(例如，在天然气中通常以小百分比存在N2)和运行燃烧器的氧化剂(空气)/燃料比(所有这些都可变但通常对商业运行而言是熟知的)而变。因此，在用于碳捕集的总燃料电池阵列上，进入燃料电池的阴极部分的总气流相对可预测(恒定)。可以使用几种可能的配置以提供用于增强/改进/优化碳捕集的燃料电池阵列。下列配置选项可以独自或组合用作改进碳捕集的策略的一部分。一个典型配置选项可以是在多个燃料电池之间分割含CO2料流。相对于尺寸合理的单MCFC的合意运行条件，来自工业发电机的含CO2的输出料流通常相当于大流量体积。代替在单MCFC中加工整个流，可以在多个MCFC单元之间将该流分割，其中至少一些通常可以并联，以使各单元中的流速在所需流速范围内。另外或或者，可以串联使用燃料电池以从流动料流中相继除去CO2。无论含CO2料流可并联分配到的初始燃料电池数是多少，各初始燃料电池后可串联接着一个或多个附加电池以进一步除去额外的CO2。类似于图3中对阳极的H2输入例示的情况，尝试在单燃料电池中除去料流内的CO2会导致低和/或不可预测的电压输出。不同于尝试在单燃料电池中除去CO2至所需水平，可以在连续的电池中除去CO2直至可实现所需水平。例如，一连串燃料电池中的各电池可用于除去燃料料流中存在的一定百分比(例如大约50％)的CO2。在这种实例中，如果串联使用三个燃料电池，可以降低CO2浓度(例如至原始存在量的大约15％或更低，这可相当于经串联的三个燃料电池的进程将CO2浓度从大约6％降至大约1％或更低)。再另外或或者，在可选择阶段阵列以实现所需碳捕集水平的同时，可以在串联的早期燃料阶段中选择运行条件以提供所需输出电压。例如，可以使用具有串联的三个燃料电池的燃料电池阵列。串联的前两个燃料电池可用于在保持所需输出电压的同时除去CO2。然后可以运行最后一个燃料电池以除去CO2至所需浓度。再另外或或者，燃料电池阵列中的阳极和阴极可单独连接。例如，如果燃料电池阵列包括串联的燃料阴极，相应的阳极可以以任何方便的方式连接，不必与它们的相应阴极相同的布置匹配。这可包括，例如，并联连接阳极，以使各阳极接收相同类型的燃料进料，和/或反向串联连接阳极，以使阳极中的最高燃料浓度对应于具有最低CO2浓度的那些阴极。氢气或合成气捕集可作为化学能量输出从阳极排气中提取氢气或合成气。氢气可用作在燃烧时不生成温室气体的清洁燃料。反之，对于通过烃(或烃质化合物)的重整生成的氢气，已将CO2“捕集”在阳极回路中。另外，氢气可以是用于各种炼油厂工艺和/或其它合成工艺的有价值的进料。合成气也可是用于各种工艺的有价值的进料。除具有燃料价值外，合成气还可用作用于生产其它更高价值产品的原材料，例如通过使用合成气作为费托合成和/或甲醇合成工艺的进料。在各种方面中，阳极排气可具有大约1.5:1至大约10:1，如至少大约3.0:1，或至少大约4.0:1，或至少大约5.0:1，和/或大约8.0:1或更低或大约6.0:1或更低的H2/CO比。可以从阳极排气中提取合成气料流。在各种方面中，从阳极排气中取出的合成气料流可具有至少大约0.9:1，如至少大约1.0:1，或至少大约1.2:1，或至少大约1.5:1，或至少大约1.7:1，或至少大约1.8:1，或至少大约1.9:1的H2摩尔数与CO摩尔数的比率。另外或或者，从阳极排气中取出的合成气中的H2/CO摩尔比可以为大约3.0:1或更低，如大约2.7:1或更低，或大约2.5:1或更低，或大约2.3:1或更低，或大约2.2:1或更低，或大约2.1:1或更低。要指出，取出的合成气料流中较高的H2/CO比可倾向于相对于阴极排气中的CO2量降低CO量。但是，许多类型的合成气应用获益于具有至少大约1.5:1至大约2.5:1或更低的H2/CO摩尔比的合成气，因此形成具有例如大约1.7:1至大约2.3:1的H2/CO含量摩尔比的合成气料流对一些应用而言是合意的。可以通过任何方便的方法从阳极排气中提取合成气。在一些方面中，可以通过对阳极排气进行分离以除去阳极排气中的至少一部分不同于H2和CO的组分而从阳极排气中提取合成气。例如，可以首先使阳极排气经过任选的水煤气变换阶段以调节H2和CO的相对量。然后可以使用一个或多个分离阶段从阳极排气中除去H2O和/或CO2。阳极排气的剩余部分随后相当于合成气料流，其随后可以任何方便的方式取出以供使用。另外或或者，可以使取出的合成气料流经过一个或多个水煤气变换阶段和/或经过一个或多个分离阶段。要指出，改变取出的合成气中的H2/CO摩尔比的附加或替代性的方式可以是例如通过进行膜分离从阳极排气和/或合成气中分离H2料流。形成单独的H2输出料流的这种分离可以在任何方便的位置进行，如在使阳极排气经过水煤气变换反应阶段之前和/或之后，和在使阳极排气经过一个或多个分离阶段以除去阳极排气中的不同于H2和CO的组分之前和/或之后。任选地，可以在从阳极排气中分离H2料流之前和之后使用水煤气变换阶段。在一个附加或替代性的实施方案中，可任选从取出的合成气料流中分离H2。在一些方面中，分离的H2料流相当于高纯H2料流，如含有至少大约90体积％的H2，如至少大约95体积％的H2或至少大约99体积％的H2的H2料流。在一些方面中，可以使用具有中等或低CO2含量的阴极输入进料运行熔融碳酸盐燃料电池。适用于碳分离和捕集的各种料流可包括具有中等至低CO2含量的料流。例如，阴极入口的可能的输入料流可具有大约20体积％或更低，如大约15体积％或更低，或大约12体积％或更低，或大约10体积％或更低的CO2含量。这种含CO2料流可以由燃烧发电机，如燃煤或燃烧天然气的涡轮机生成。在具有中等或低CO2含量的阴极输入料流上实现所需CO2利用水平可允许使用较低含量的CO2料流，而非需要在使用该料流作为阴极输入料流之前使该料流富集CO2。在各种方面中，燃料电池的CO2利用率可以为至少大约50％，如至少大约55％或至少大约60％。另外或或者，CO2利用率可以为大约98％或更低，如大约97％或更低，或大约95％或更低，或大约90％或更低，或可以刚好高到足以使足够的CO2留在阴极排气中以允许燃料电池有效或按需运行。本文所用的CO2利用率可以是阴极出口料流中的CO2摩尔数和阴极入口料流中的CO2摩尔数之差除以阴极入口中的CO2摩尔数。以数学方式表达，CO2利用率＝(CO2(阴极输入)-CO2(阴极输出))/CO2(阴极输入)。运行策略作为对本文描述的燃料电池运行策略的增加、补充和/或替代，可以在也降低或将在阴极排气料流中离开燃料电池的CO2量减至最低的同时以提高的合成气(或氢气)产量运行熔融碳酸盐燃料电池(如燃料电池组件)。合成气可以是用于各种工艺的有价值的进料。除具有燃料价值外，合成气还可用作用于形成其它更高价值产品的原材料，例如通过使用合成气作为费托合成和/或甲醇合成工艺的进料。用于制造合成气的一个选项可以是重整烃或烃类燃料，如甲烷或天然气。对于许多类型的工业工艺，具有接近2:1(或甚至更低)的H2/CO比的合成气可能通常是合意的。如果额外的CO2(如在阳极中生成)可用，可以利用水煤气变换反应降低合成气中的H2/CO比。通过将合成气生成和熔融碳酸盐燃料电池的使用集成而提供的整体效益的一种表征方式可基于在阳极排气中离开燃料电池的合成气的净量相对于在阴极排气中离开燃料电池的CO2量的比率。这种表征衡量以低排放和高效率(电和化学)发电的效力。在本说明书中，阳极排气中的合成气的净量被定义为阳极排气中存在的H2摩尔数和CO摩尔数的总和抵消阳极入口存在的H2和CO量。由于该比率基于阳极排气中的合成气的净量，简单地将过量H2送入阳极不会改变该比率的值。但是，由于在阳极中和/或在与阳极相关的内部重整段中重整而生成的H2和/或CO可造成该比率的更高值。在阳极中氧化的氢可降低该比率。要指出，水煤气变换反应可以用H2交换CO，因此H2和CO的总摩尔数代表阳极排气中的总潜在合成气，无论合成气中最终所需的H2/CO比如何。然后可以将阳极排气的合成气含量(H2+CO)与阴极排气的CO2含量相比较。这可提供一种类型的效率值，其也可说明碳捕集量。这可同等地表示为如下方程阳极排气中的净合成气与阴极CO2的比率＝(H2+CO)阳极的净摩尔数/(CO2)阴极的摩尔数在各种方面中，阳极排气中的合成气的净摩尔数与阴极排气中的CO2摩尔数的比率可以为至少大约2.0，如至少大约3.0，或至少大约4.0，或至少大约5.0。在一些方面中，阳极排气中的净合成气与阴极排气中的CO2量的比率可以更高，如至少大约10.0，或至少大约15.0，或至少大约20.0。另外或或者，可以实现大约40.0或更低，如大约30.0或更低，或大约20.0或更低的比率值。在阴极入口处的CO2量为大约6.0体积％或更低，如大约5.0体积％或更低的方面中，至少大约1.5的比率值可能足够/现实的。阳极排气中的净合成气与阴极排气中的CO2量的这种摩尔比率值可高于照常规运行的燃料电池的值。作为对本文描述的燃料电池运行策略的增加、补充和/或替代，可以在也具有如至少大约60％的高CO2利用值的同时在降低的燃料利用值，如大约50％或更低的燃料利用率下运行熔融碳酸盐燃料电池(如燃料电池组件)。在这种类型的配置中，该熔融碳酸盐燃料电池可有效用于碳捕集，因为CO2利用率可有利地足够高。不同于试图使电效率最大化，在这种类型的配置中可基于综合电和化学效率改进或提高该燃料电池的总效率。化学效率可基于作为输出从阳极排气中提取氢气和/或合成气料流以用于其它工艺。尽管与一些传统配置相比可能降低电效率，但利用阳极排气中的化学能量输出可实现燃料电池的合意的总效率。在各种方面中，燃料电池阳极中的燃料利用率可以为大约50％或更低，如大约40％或更低，或大约30％或更低，或大约25％或更低，或大约20％或更低。在各种方面中，为了生成至少一些电力，该燃料电池中的燃料利用率可以为至少大约5％，如至少大约10％，或至少大约15％，或至少大约20％，或至少大约25％，或至少大约30％。另外或或者，CO2利用率可以为至少大约60％，如至少大约65％，或至少大约70％，或至少大约75％。作为对本文描述的燃料电池运行策略的增加、补充和/或替代，可以运行熔融碳酸盐燃料电池以便可相对于氧化量选择重整量以实现燃料电池的所需热比率。本文所用的“热比率”被定义为由燃料电池组件中的放热反应生成的热除以在燃料电池组件内发生的重整反应的吸热需求。以数学方式表达，热比率(TH)＝QEX/QEN，其中QEX是由放热反应生成的热量总和且QEN是在燃料电池内发生的吸热反应消耗的热量总和。要指出，由放热反应生成的热相当于归因于该电池中的重整反应、水煤气变换反应和电化学反应的任何热。可基于跨过电解质的燃料电池反应的理想电化学势减去燃料电池的实际输出电压计算由电化学反应生成的热。例如，基于在电池中发生的净反应，认为MCFC中的反应的理想电化学势为大约1.04V。在MCFC的运行过程中，由于各种损失，该电池通常具有小于1.04V的输出电压。例如，常见输出/工作电压可以为大约0.7V。生成的热等于该电池的电化学势(即～1.04V)减去工作电压。例如，当输出电压为～0.7V时，由电池中的电化学反应生成的热为～0.34V。因此，在这种情况中，电化学反应产生～0.7V的电和～0.34V的热能。在这种实例中，～0.7V的电能不作为QEX的一部分。换言之，热能不是电能。在各种方面中，可以对任何方便的燃料电池结构，如燃料电池堆、燃料电池堆内的独立燃料电池、具有集成的重整段的燃料电池堆、具有集成的吸热反应段的燃料电池堆或其组合测定热比率。也可以对燃料电池堆内的不同单元，如燃料电池或燃料电池堆的组装件计算热比率。例如，可以对单一燃料电池内的单一阳极、燃料电池堆内的阳极段或与集成的重整段和/或集成的吸热反应段元件(从热集成角度看足够紧密靠近要集成的阳极段)一起的燃料电池堆内的阳极段计算热比率。本文所用的“阳极段”包括在燃料电池堆内的共用共同入口或出口歧管的多个阳极。在本发明的各种方面中，可以基于热比率表征燃料电池的运行。如果运行燃料电池以具有所需热比率，则可以运行熔融碳酸盐燃料电池以具有大约1.5或更低，例如大约1.3或更低，或大约1.15或更低，或大约1.0或更低，或大约0.95或更低，或大约0.90或更低，或大约0.85或更低，或大约0.80或更低，或大约0.75或更低的热比率。另外或或者，热比率可以为至少大约0.25，或至少大约0.35，或至少大约0.45，或至少大约0.50。另外或或者，在一些方面中，可以运行燃料电池以具有大约40℃或更小，如大约20℃或更小，或大约10℃或更小的在阳极输入与阳极输出之间的升温。再另外或或者，可以运行燃料电池以具有比阳极入口温度低大约10℃至高大约10℃的阳极出口温度。再另外或或者，可以运行燃料电池以具有比阳极出口温度高的阳极入口温度，如高至少大约5℃，或高至少大约10℃，或高至少大约20℃，或高至少大约25℃。再另外或或者，可以运行燃料电池以具有比阳极出口温度高大约100℃或更低，如高大约80℃或更低，或大约60℃或更低，或大约50℃或更低，或大约40℃或更低，或大约30℃或更低，或大约20℃或更低的阳极入口温度。作为对本文描述的燃料电池运行策略的增加、补充和/或替代，可以用相对于在燃料电池的阳极中反应的氢量过量的可重整燃料运行熔融碳酸盐燃料电池(如燃料电池组件)。代替选择燃料电池的运行条件来改进或使燃料电池的电效率最大化，可以将过量的可重整燃料送入燃料电池的阳极以提高燃料电池的化学能量输出。任选但优选地，这可导致基于燃料电池的综合电效率和化学效率的燃料电池总效率提高。在一些方面中，送往阳极和/或送往与阳极相关的重整段的输入料流中的可重整燃料的可重整氢含量可以比在阳极中氧化的氢量高至少大约50％，如高至少大约75％至少大约100％。在各种方面中，燃料料流中的可重整燃料的可重整氢含量与在阳极中反应的氢量的比率可以为至少大约1.5:1，或至少大约2.0:1，或至少大约2.5:1，或至少大约3.0:1。另外或或者，燃料料流中的可重整燃料的可重整氢含量与在阳极中反应的氢量的比率可以为大约20:1或更低，如大约15:1或更低或大约10:1或更低。一方面，预计阳极入口料流中的可重整氢含量的少于100％可转化成氢气。例如，阳极入口料流中的可重整氢含量的至少大约80％可以在阳极中和/或在相关重整段中转化成氢气，如至少大约85％，或至少大约90％。作为对本文描述的燃料电池运行策略的增加、补充和/或替代，也可以在可改进或优化燃料电池的综合电效率和化学效率的条件下运行熔融碳酸盐燃料电池(如燃料电池组件)。代替选择用于使燃料电池的电效率最大化的传统条件，该运行条件可允许在燃料电池的阳极排气中输出过量合成气和/或氢气。该合成气和/或氢气然后可用于各种应用，包括化学合成工艺和收集氢气以用作“清洁”燃料。在本发明的方面中，可以降低电效率以实现高的总效率，这包括基于相对于燃料电池的燃料输入的能量值生成的合成气和/或氢气的化学能量值的化学效率。在一些方面中，可基于电效率表征燃料电池的运行。如果运行燃料电池以具有低的电效率(EE)，可以运行熔融碳酸盐燃料电池以具有大约40％或更低的电效率，例如大约35％EE或更低，大约30％EE或更低，大约25％EE或更低，或大约20％EE或更低，大约15％EE或更低，或大约10％EE或更低。另外或或者，EE可以为至少大约5％，或至少大约10％，或至少大约15％，或至少大约20％。再另外或或者，可基于总燃料电池效率(TFCE)，如燃料电池的综合电效率和化学效率表征燃料电池的运行。如果运行燃料电池以具有高的总燃料电池效率，可以运行熔融碳酸盐燃料电池以具有大约55％或更大，例如大约60％或更大，或大约65％或更大，或大约70％或更大，或大约75％或更大，或大约80％或更大，或大约85％或更大的TFCE(和/或综合电效率和化学效率)。要指出，对于总燃料电池效率和/或综合电效率和化学效率，在效率计算中可不包括利用燃料电池生成的过量热生成的任何额外电力。在本发明的各种方面中，可基于大约40％或更低的所需电效率和大约55％或更大的所需总燃料电池效率表征燃料电池的运行。如果运行燃料电池以具有所需电效率和所需总燃料电池效率，可以运行熔融碳酸盐燃料电池以具有大约40％或更低的电效率及大约55％或更大的TFCE，例如大约35％EE或更低及大约60％或更大的TFCE，大约30％EE或更低及大约65％或更大的TFCE，大约25％EE或更低及大约70％TFCE或更大，或大约20％EE或更低及大约75％或更大的TFCE，大约15％EE或更低及大约80％或更大的TFCE，或大约10％EE或更低及大约85％或更大的TFCE。作为对本文描述的燃料电池运行策略的增加、补充和/或替代，可以在可提供提高的功率密度的条件下运行熔融碳酸盐燃料电池(如燃料电池组件)。燃料电池的功率密度相当于实际工作电压VA乘以电流密度I。对于在电压VA下运行的熔融碳酸盐燃料电池，该燃料电池还倾向于生成废热，废热被定义为(V0–VA)*I，其基于VA与提供电流密度I的燃料电池的理想电压V0之差。可重整燃料在燃料电池的阳极内的重整可消耗一部分这种废热。剩余部分的这种废热可以被周围的燃料电池结构和气流吸收，导致跨燃料电池的温度差。在传统运行条件下，燃料电池的功率密度可基于燃料电池在不损害燃料电池完整性的情况下可容许的废热量受到限制。在各种方面中，通过在燃料电池内进行有效量的吸热反应，可以提高燃料电池可容许的废热量。吸热反应的一个实例包括可重整燃料在燃料电池阳极内和/或在相关重整段，如燃料电池堆中的集成重整段中的蒸汽重整。通过向燃料电池的阳极(或向集成/相关重整段)提供额外的可重整燃料，可以进行额外的重整以便可消耗额外的废热。这可降低跨燃料电池的温度差的量，由此允许燃料电池在具有提高的废热量的运行条件下运行。电效率的损失可通过产生可用于各种用途(包括额外的发电)的额外产物料流抵消，所述额外产物料流例如为合成气和/或H2，以进一步扩大该系统的功率范围。在各种方面中，燃料电池生成的废热量，如上定义的(V0–VA)*I可以为至少大约30mW/cm2，如至少大约40mW/cm2，或至少大约50mW/cm2，或至少大约60mW/cm2，或至少大约70mW/cm2，或至少大约80mW/cm2，或至少大约100mW/cm2，或至少大约120mW/cm2，或至少大约140mW/cm2，或至少大约160mW/cm2，或至少大约180mW/cm2。另外或或者，燃料电池生成的废热量可以小于大约250mW/cm2，如小于大约200mW/cm2，或小于大约180mW/cm2，或小于大约165mW/cm2，或小于大约150mW/cm2。尽管生成的废热量可能相对较高，但这样的废热不一定代表燃料电池以差效率运行。相反，可能由于在提高的功率密度下运行燃料电池而生成废热。改进燃料电池的功率密度的部分可包括在足够高的电流密度下运行燃料电池。在各种方面中，燃料电池生成的电流密度可以为至少大约150mA/cm2，如至少大约160mA/cm2，或至少大约170mA/cm2，或至少大约180mA/cm2，或至少大约190mA/cm2，或至少大约200mA/cm2，或至少大约225mA/cm2，或至少大约250mA/cm2。另外或或者，燃料电池生成的电流密度可以为大约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。在各种方面中，为了能在提高的发电和提高的废热生成下运行燃料电池，可以进行有效量的吸热反应(如重整反应)。或者，可通过在燃料电池阵列中布置与阳极或阴极热连通但不流体连通的“板”或段而使用与阳极运行无关的其它吸热反应来利用废热。有效量的吸热反应可以在相关重整段、集成重整段、用于进行吸热反应的集成堆叠元件或其组合中进行。有效量的吸热反应可相当于足以将从燃料电池入口到燃料电池出口的升温减小至大约100℃或更低，如大约90℃或更低，或大约80℃或更低，或大约70℃或更低，或大约60℃或更低，或大约50℃或更低，或大约40℃或更低，或大约30℃或更低的量。另外或或者，有效量的吸热反应可相当于足以使从燃料电池入口到燃料电池出口的降温为大约100℃或更低，如大约90℃或更低，或大约80℃或更低，或大约70℃或更低，或大约60℃或更低，或大约50℃或更低，或大约40℃或更低，或大约30℃或更低，或大约20℃或更低，或大约10℃或更低的量。当有效量的吸热反应超过生成的废热时，可发生从燃料电池入口到燃料电池出口的降温。另外或或者，这可相当于吸热反应(如重整和另一吸热反应的组合)消耗燃料电池生成的废热的至少大约40％，如消耗至少大约50％的废热，或至少大约60％的废热，或至少大约75％的废热。再另外或或者，吸热反应可消耗大约95％或更少的废热，如大约90％或更少的废热，或大约85％或更少的废热。定义合成气:在本说明书中，合成气被定义为H2和CO的任何比率的混合物。任选地，H2O和/或CO2可存在于合成气中。任选地，惰性化合物(如氮)和残留可重整燃料化合物可存在于合成气中。如果H2和CO以外的组分存在于合成气中，合成气中H2和CO的总体积百分比可以为合成气总体积的至少25体积％，如至少40体积％，或至少50体积％，或至少60体积％。另外或或者，合成气中H2和CO的总体积百分比可以为100体积％或更低，如95体积％或更低或90体积％或更低。可重整燃料:可重整燃料被定义为含有可重整生成H2的碳-氢键的燃料。烃是可重整燃料的实例，其它烃质化合物，如醇也是。尽管CO和H2O可参与水煤气变换反应以形成氢气，CO不被视为这一定义下的可重整燃料。可重整氢含量:燃料的可重整氢含量被定义为可由燃料通过重整该燃料然后驱使水煤气变换反应完全以使H2生成最大化而形成的H2分子数。要指出，H2按定义具有1的可重整氢含量，尽管H2本身不被定义为本文中的可重整燃料。类似地，CO具有1的可重整氢含量。尽管CO严格来讲不是可重整的，但驱使水煤气变换反应完全会导致CO交换成H2。作为可重整燃料的可重整氢含量的实例，甲烷的可重整氢含量为4个H2分子，而乙烷的可重整氢含量为7个H2分子。更概括地，如果燃料的组成为CxHyOz，则该燃料在100％重整和水煤气变换下的可重整氢含量为n(H2最大重整)＝2x+y/2–z。基于...