用于多个燃料电池堆的壳体的制作方法

在多种不同的方面中，本发明涉及使用熔融碳酸盐燃料电池发电和从含co2气体流中去除co2。

背景技术：

熔融碳酸盐燃料电池利用氢气和/或其它燃料来发电。可以通过在燃料电池上游或在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。可重整燃料可以包括含烃材料，其可以在升高的温度和/或压力下与蒸汽和/或氧气反应以产生包含氢气的气态产物。可选地或另外，燃料可以在熔融碳酸盐燃料电池中的阳极电池中重整，所述燃料电池可以被操作以产生适合在阳极中重整燃料的条件。可选地或另外，重整可以在燃料电池的外部和内部进行。

技术实现要素：

在多种不同的方面，提供了用于将处理单元布置在公共容积中以使得作为质量和/或热传递过程的一部分处理流体流的系统和方法。燃料电池是处理单元的实例，其包括独立流道，用于处理在所述独立流道之间具有质量和/或热传递的两个输入流体流。在燃料电池的情况下，处理可导致电力产生，但也可以采用其它类型的处理单元。本文描述的布置可以使得将气相流体流递送到公共容积中的处理单元的第一工艺流道。所述气相流体流可以在减少、最小化和/或消除使用中间歧管的同时以相对均匀的方式递送，以将气体从所述公共容积分配到所述处理单元中。

附图说明

图1示意性示出燃料电池堆在公共容积内的布置。

图2示意性示出燃料电池堆在公共容积内的可选布置。

图3示出多种不同燃料电池堆布置的公共容积和相应过渡区域的周边表面积值。

图4示出多种不同燃料电池堆布置的公共容积和相应过渡区域的周边表面积值。

具体实施方式

概述

在多个方面，提供了使用熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)来处理大规模的含co2流例如来自工业涡轮机或炉的排气流的方法和构造。熔融碳酸盐燃料电池的当前堆叠尺寸的处理能力基本上小于即使小型工业涡轮机的输出流量。并非试图使用歧管来将这种大规模的含co2流分配到大量多个燃料电池堆中，而是可以将燃料电池堆定位在公共容积中。通过选择具有合适形状的公共容积来容纳燃料电池堆的合适布置，并且通过选择递送含co2流的导管与公共容积之间的过渡段的适当几何形状，含co2流可以基本上均匀的方式分配到燃料电池堆的阴极。这可以使得有效地处理含co2流中的co2，以及在整个燃料电池堆中提供相对均匀的电力产生。另外或替代地，合适的公共容积形状、合适的燃料电池堆布置以及用于过渡段的适当几何形状可以使得公共容积和过渡段的热损失减小或最小化。本文所述的燃料电池堆的布置可适用于包含至少约8个燃料电池堆(或其它处理单元)、或至少约20个燃料电池堆/处理单元、或至少约25个、或至少约35个、或至少约50个、或至少约100个并且任选地多达数百或甚至数千个燃料电池堆、例如多达约5000个燃料电池堆的公共容积。

除了发电外，熔融碳酸盐燃料电池可用于将co2从较低浓度输入流输送到较高浓度输出流。例如，可以使用低co2浓度流，例如来自气驱动涡轮机的排气，作为熔融碳酸盐燃料电池的阴极入口进料的一部分。然后，在用于发电的燃料电池中的反应过程中，co2可以被输送穿过燃料电池中的熔融碳酸盐电解质。来自燃料电池的所得阳极输出流于是可具有比用于阴极入口流的原始涡轮机排气和/或其它来源基本上更高的co2浓度。从较低浓度流到较高浓度流的这种co2转移在需要减少co2排放的情况下可以提供各种潜在益处。

尽管将co2生成功率源与熔融碳酸盐燃料电池配对可能是期望的，但是这种配对可能存在各种问题。一些问题可能与典型的商业规模功率产生源与商业规模熔融碳酸盐燃料电池堆的典型容量之间的不匹配有关。例如，仅以相对功率产生计，大型商业燃气轮机(通常为100-400mw)比当前可用的商业规模mcfc堆叠或堆叠阵列(300kw至1.4mw)产生高两到三个数量级的功率。这导致在典型的商业规模燃气轮机的排气中产生的co2量相对于当前可用的mcfc堆叠或堆叠阵列的处理能力有相似类型的差异。即使是小型燃气轮机，例如22mw涡轮机，也可能需要24个常规mcfc堆叠来处理涡轮机排气以进行co2去除。

解决这种不匹配的一个选择可以是提供足够大量的mcfc堆叠以处理来自涡轮机的排气。然而，由于相对尺寸存在潜在的两到三个数量级的差异，提供足够数量的燃料电池堆可能对应于需要数十个、数百个或甚至可能数千个燃料电池堆来处理来自单个功率产生源的排气。

如果期望使用大量多个燃料电池堆来处理含co2的排气，则不仅需要存在燃料电池堆，而且另一个困难可能是以相对均等的方式将来自功率产生源的排气分配到燃料电池系统中。否则，燃料电池的一部分可能会以低效模式工作和/或可能无法有效地促进含co2排气的处理。为了使用常规方法进行含co2排气的基本上均匀分配，多个mcfc系统与co2生成功率源的配对可能需要管路、阀门、互连件、管道和/或其它特征的大型且复杂的歧管式网络，以将排气的多个部分递送到多个mcfc系统的阴极。虽然潜在地可能构建这样的气体递送网络，但是该网络可能需要大量的额外轨迹和构建成本。

将含co2气体分配到多个mcfc阴极堆叠的另一种常规解决方案可以是将含co2气体引入到外壳中部，其中具有少量的周围燃料电池堆。例如，可以使用位于顶部或底部中心的导管将含co2气体通过外壳的顶部或底部引入所述外壳中。少量的mcfc(例如四个)可以在开口周围等距布置。尽管这可以产生气体到阴极入口的相对均匀分配，但是该设计对于放大到大量的mcfc是不切实际的。

使用mcfc从排气(或其它含co2流)中除去co2的另一种并发状况可能与减少或最小化对周围环境的热量损失有关。使用mcfc进行co2分离的好处之一是也产生了电能。然而，典型的mcfc的工作温度通常是约600℃。由于来自功率产生源的排气可能通常具有相当(或可能更高)的温度，因此可能希望在将排气输送到mcfc期间维持排气的温度。否则，可能需要额外的能量来将含co2排气再次加热到mcfc工作所需的温度。不幸的是，用于将排气分配到mcfc的众多管路、阀门、互连件和其它歧管部件可能会大大增加输送期间的表面积和相应的热损失。代替这种热损失的需求可大大降低mcfc工作期间产生的净功率。

在多个方面，可以通过将大型排气源流体连接到位于公共容积中的多个mcfc系统来减少或最小化歧管式气体递送网络的使用和/或需要。并非试图使用歧管式网络以成比例方式将含co2气体分配到各个mcfc阴极，而是可以在含co2气体进入公共容积之前通过扩大含有所述气体的导管(或可能多个导管，例如少于约5个)的宽度以与公共容积区域的横截面积大致匹配来将含co2气体引入公共容积中。一旦含co2气体在公共容积中，则含co2气体可以直接从公共容积进入燃料电池堆的阴极和/或燃料电池堆周围的外壳。这意味着含co2气体可以在不具有中间歧管的情况下进入燃料电池堆(阴极或周围外壳)，以迫使含co2气体特定分配到燃料电池堆。相反，公共容积内的流动特性可以使得公共容积中的各种燃料电池堆的阴极入口压力的变化系数小于阈值，使得相似量的含co2气体基于压力相似性进入每个燃料电池堆。为方便起见，通过进入燃料电池堆周围的外壳或通过直接进入暴露于公共容积的燃料电池堆的阴极，进入燃料电池堆时的压力在本文中被称为阴极入口压力。

在一些方面，避免使用迫使含co2气体特定分配到公共容积中的多个燃料电池堆的中间歧管可以对应于具有一个或多个歧管，其中所述歧管仅与公共容积中的燃料电池堆的子集呈流体连通。在这种方面，任何最初从递送气体到公共容积的导管接收气体的中间歧管可以与所述多个燃料电池堆中的少于全部的燃料电池堆呈直接流体连通。最初从递送气体到公共容积的导管接收气体的歧管与可能存在于公共容积内并且从公共容积内部的位置接收输入气体流的歧管相反。歧管与燃料电池堆之间的直接流体连通在本文中被定义为歧管与燃料电池堆之间的流体连通，其不涉及作为歧管与燃料电池堆之间的流道的一部分通过公共容积。例如，可以使用一个或多个歧管将含co2气体从携带含co2气体的导管递送到所选燃料电池组。这种方面中的一个选择可以是避免使用与公共容积中的多个燃料电池堆中的全部燃料电池堆呈直接流体连通的单个歧管。其它选择可以包括避免使用与公共容积中至少约75％、或至少约50％、或至少约33％、或至少约25％的燃料电池堆呈直接流体连通的单个歧管。这种方面中的另一个选择可以是避免使用多个歧管，这些歧管在含有气体流的导管与公共容积中的全部燃料电池堆之间组合提供直接流体连通。其它选择可以包括避免使用多个歧管，它们组合地与公共容积中至少约75％、或至少约50％、或至少约33％、或至少约25％的燃料电池堆呈直接流体连通。

在导管横截面积的这种扩张以期望的方式进行的方面，可以改善排气向mcfc的分配，同时任选地还减少或最小化过渡段中的热损失。因此，并非必须提供复杂的歧管式网络，排气可以使用单个(或可选地，少量个)公共管道或导管递送到公共容积中的mcfc阴极。任选但优选地，递送到公共容积中的气体可以以使得如下的方式被递送：过渡区域与公共容积的和公共容积的顶面或底面相对的侧面具有交界。在该讨论中，公共容积的侧面被定义为与如下文进一步定义的燃料电池堆平面相交的表面。通过公共容积的顶部或底部引入气体流可能有利于在燃料电池堆相对于气体流的位置产生径向对称性。然而，随着堆叠数量的增加，试图创建这种径向对称性可能导致基本上更大的外壳容积。

将含co2气体引入用于通过多个燃料电池堆处理的公共容积中的另一个好处可以是降低含co2气体的表观速度。从热管理的角度来看，可以期望的是使用具有尽可能小的表面积的导管将来自燃烧源(例如涡轮机)的排气输送到mcfc用于处理。这可以对应于使用可导致导管内的气体流动速度更高的较小直径的导管(或多个较小直径的导管)。例如，导管内的气体速度可以是至少约10m/s，或至少约15m/s，或至少约20m/s，例如高达约40m/s。由于公共容积可以具有比导管基本上更大的横截面积，随着含co2气体通过过渡区域并被引入到公共容积中，气体的表观速度可能降低。因此，公共容积中的含co2气体的表观速度可以是约10.0m/s以下、或约5.0m/s以下、或约3.0m/s以下、或约2.0m/s以下、或约1.0m/s以下。

更一般来说，本文描述的公共容积内的布置可以用于希望具有由多个处理单元处理的气体流的各种情况，其中在不使用歧管的情况下，气体流以相对均匀的方式被分配到所述多个处理单元。例如，尽管其它类型的燃料电池可能不会输送co2穿过电解质，但燃料电池如固体氧化物燃料电池可以处理在固体氧化物燃料电池的阴极处接收的o2输入流。对于使用固体氧化物燃料电池的大规模发电，不是使用歧管将o2递送到单独的燃料电池堆，而是固体氧化物燃料电池可以如本文所述进行布置，以处理被递送到公共容积中的含o2流的流动。

更一般来说，对于非燃料电池相关应用，本文描述的布置可以任选但优选地用于处理装置，所述处理装置使用处理单元内的独立流道来用于处理具有不同组成的两个输入流体流。所述处理装置可以是例如用于在两个独立流之间进行热和/或质量交换的装置。在处理装置可以在流之间进行质量交换的方面，处理单元内的独立流道可以任选地进行呈部分流体连通，例如对应于离子穿过燃料电池中的电解质输送的部分流体连通。通过选择性渗透膜的流体连通可以是呈部分流体连通中的流道的另一个实例。本文描述的布置可以使得用于一个流道的气相产品在不具有中间歧管的情况下经由公共容积递送，而用于第二流道的输入流体(气体或液体)可以经由独立的歧管递送。

为了便于各方面的解释，提供以下定义。

公共容积：公共容积在本文中定义为含有多个燃料电池堆例如熔融碳酸盐燃料电池堆的外壳。在该定义中，外壳经由一个或多个导管接收含co2流，所述导管经由具有适于将流动扩张到外壳中的扩张半角的交界区域连接到外壳。在一些方面，所有含co2流可以作为阴极排气或阳极排气流的一部分离开公共容积。在其它方面，含co2流的一部分可以作为区别于阴极排气流或阳极排气流的料流的一部分离开公共容积。

扩张半角和过渡区域：扩张半角在本文中根据常规定义被定义为当表征用于扩张导管以与公共容积相接的过渡区域时的半角。在该讨论中，扩张半角对应于公共容积的横向或宽度方向上的扩张。用于将气体递送到公共容积的典型导管的直径可以是任何适宜尺寸，例如直径为约0.2米至约3.0米，或约0.3米至约2.0米。典型燃料电池堆的高度可以是大约4米以下。即使典型的燃料电池堆的高度可以大于典型的导管直径，对于在保持基本均匀流动的同时气体在垂直方向上的扩张，差异也不是很大。除非在垂直(高度)方向上设置多层燃料电池，否则在垂直方向上的气流均匀性的影响可能较低或最小。

随着导管从用于携带含co2流的第一尺寸到在与容积相接之前的第二尺寸的尺寸增加，扩张半角对应于平均扩张角的一半。对应于容积扩张的导管的部分可以被称为过渡区域。在一些优选的方面，过渡区域可以具有与平均扩张角基本上相同的均匀的扩张角。在其它方面，过渡区域中的扩张角可以变化。

应注意，过渡区域可使导管扩张量小于公共容积的整个横向范围或宽度。根据燃料电池堆的行和列布置，可以通过具有在与公共容积的交界处的宽度为公共容积的宽度的至少约25％、或至少约50％、或至少约60％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％、或至少约99％(即宽度基本上类似于公共容积的宽度)的过渡区域来获得足够的流动均匀性。在该讨论中，公共容积的宽度可以被定义为与过渡区域形成交界的公共容积侧面的宽度。

燃料电池和燃料电池组件：在该讨论中，燃料电池可以对应于单个电池，其中阳极和阴极由电解质隔开。阳极和阴极可以接收输入气流以促进相应的阳极和阴极反应，用于将电荷输送穿过电解质并发电。燃料电池堆可以表示集成单元中的多个电池。尽管燃料电池堆可以包含多个燃料电池，但是所述燃料电池通常可以并联连接(相对于流动)，并且可以(大致地)好像它们共同地表示更大尺寸的单一燃料电池一样工作。当输入流被递送到燃料电池堆的阳极或阴极时，燃料堆叠可以包含用于分隔堆叠中的每个电池之间的输入流的流动通道和用于组合来自各个电池的输出流的流动通道。在该讨论中，燃料电池阵列可以用于指多个燃料电池(例如多个燃料电池堆)，其串联、并联或以任何其它适宜方式(例如，以串联和并联的组合)布置。燃料电池阵列可以包含一个或多个阶段的燃料电池和/或燃料电池堆，其中来自第一阶段的阳极/阴极输出可以用作第二阶段的阳极/阴极输入。共同外壳内的燃料电池堆将被认为是在单一的阴极阶段内。应注意，燃料电池阵列中的阳极不是必须以与阵列中的阴极相同的方式连接。为方便起见，燃料电池阵列的第一阳极阶段的输入可被称为阵列的阳极输入，并且燃料电池阵列的第一阴极阶段的输入可被称为阵列的阴极输入。类似地，最终阳极/阴极阶段的输出可被称为阵列的阳极/阴极输出。

应当理解，本文中对于使用燃料电池的提及通常表示由单独的燃料电池组成的“燃料电池堆”，并且更一般是指使用一个或多个呈流体连通的燃料电池堆。单个燃料电池元件(板)通常可以矩形阵列“堆叠”在一起，称为“燃料电池堆”。该燃料电池堆通常可以采用进料流并在所有各个燃料电池元件之间分配反应物，然后可以从这些元件中的每一个收集产物。当被视为一个单元时，工作中的燃料电池堆可以视为整体，尽管其由许多(通常是数十或数百个)的单独的燃料电池元件构成。当元件串联地电连接时，这些单独的燃料电池元件通常可以具有相似的电压(因为反应物和产物浓度相似)，并且总功率输出可以由所有电池元件中的所有电流的总和得到。堆叠也可以串联布置方式布置以产生高电压。并联布置可以增强电流。

为了本发明的目的，除非另有说明，否则术语“燃料电池”应理解为也指和/或被定义为包括对由一个或多个单独的燃料电池元件组组成的燃料电池堆的提及，其中存在单一的输入和输出，因为这是燃料电池在实践中通常采用的方式。类似地，除非另有说明，否则术语燃料电池(复数)应理解为也指和/或被定义为包含多个单独的燃料电池堆。换句话说，除非特别注明，否则本文件中的所有提及可以互换地指示作为“燃料电池”的燃料电池堆的操作。

变化系数(cv)：变化系数(cv)在本领域中称为一组值的标准偏差除以该组值的平均值。它通常以百分比表示(标准偏差为平均值的百分比)。

燃料电池堆行和列

在该讨论中，公共容积中的燃料电池堆可以基于相对于公共容积内的气体流动方向的行和列来表征。在一些方面，公共容积内的气体流动的净方向(netdirection)可以与处理大部分气体流的燃料电池的阴极中的气体流动方向基本对齐。在其它方面，阴极内的气体流动方向可以与公共容积内的气体流动的净方向正交和/或无关，并且甚至可以在不同堆叠之间变化。

图1示出了以行和列布置燃料电池的理想化版本。在图1中，示出了公共容积100。还示出了平均流动方向120。在图1所示的构造中，燃料电池堆排列在行131-134中并排列在列141-144中。在该讨论中，当直线连接燃料电池堆的平均几何中心时，燃料电池堆可以被认为是对齐的。这些直线通常大体上平行于或垂直于平均流动方向(如图1中的情况)。在一些方面，对齐直线可以与流动呈一定角度。另外或替代地，如图1所示，如果公共容积中的燃料电池堆的外壳基本上相同，则当两个或更多个外壳的边缘可以通过与平均气体流动方向基本上平行的直线连接时，燃料电池堆可以被认为是对齐的。在诸如图1的构造中，行和列对齐并且容易识别。这里分别用符号r和c表示的行数和列数可以通过观测来指定。

通常，堆叠可以以类似高度位于外壳内，即，定位以使得每个堆叠的几何中心位于外壳内的大致水平的平面上。为了提供确定这种“燃料电池堆平面”的确定方法，可以基于使用燃料电池堆的几何中心确定的平均值来定义燃料电池堆平面。首先，可以确定燃料电池堆的几何中心的平均位置。该平均几何中心位置对应于公共容积内的点。然后，基于满足以下条件的平面来确定燃料电池堆平面：a)通过平均几何中心位置和b)具有从每个几何中心到平面的距离的平方和的最小值。

在确定燃料电池堆平面之后，燃料电池堆平面与限定公共容积的壁的交叉处可以被称为公共容积轮廓形状。通常这个公共容积轮廓形状可以是矩形，但这并不是必需的。公共容积轮廓形状可以是平行四边形、截锥或其它合适的形状。在矩形公共容积中的规则间隔堆叠的情况下，如图1所示，可以直接识别行和列的数量，例如简单地通过观测识别。对于更一般的情况，可以采用以下程序：

在一般情况下，x轴可以置于燃料电池堆平面上，使得其穿过最接近流动原点的堆叠的几何中心并垂直于平均流动方向。y轴可以置于燃料电池堆平面上，使得其穿过从进入流的角度看向左侧最远(最低x)的堆叠的几何中心。对于每个堆叠(i)，当与燃料电池堆平面相交时，从x轴到该堆叠的几何中心的距离可以被定义为yi，并且距y轴的相应距离定义为xi。对于如上所定义的轴，所有yi≥0并且所有xi≥0。

在使用一般程序确定行/列的方面，对于每个堆叠(i)，列方向最近相邻堆叠可以被识别为最近相邻堆叠(j)，对其而言xj>xi的，并且对其而言可以识别到距y轴的距离的绝对值大于距x轴的距离的绝对值。对于距轴的绝对距离比较，这可以基于上述xi和yi的定义用数学方式表示为|xj-xi|>|yj-yi|。一般来说，最近相邻是相距最小距离的堆叠，其中两个堆叠i和j之间的距离可以被计算为((xj-xi)²+(yj-yi)²)的平方根。在列方向最近相邻堆叠的情况下，它是也满足xj>xi和|xj-xi|>|yj-yi|的两个约束的最近堆叠。这是堆叠(i)的右侧象限(以流动方向看)中的最近堆叠。对于这个堆叠，计算δxi为(xj-xi)。如上文所定义，该值必须为正的。在外壳右侧附近的一个或多个堆叠(以流动方向看)可能没有列方向最近相邻堆叠。特征列间距(ccs)于是可以定义为平均δxi，其中平均值仅考虑存在列方向最近相邻堆叠的堆叠。(最大)行宽度于是也可以定义为xmax，其中xmax是具有最大值xi(距右侧最远，以流动方向看)的堆叠的xi。

以类似的方式，对于每个堆叠(i)，行方向最近相邻堆叠可以被识别为其中yk>yi并且|yk-yi|>|xk-xi|的最近相邻堆叠(k)。计算作为(yk-yi)的δyi。根据定义，该值只能是正的。在外壳下游端附近的一个或多个堆叠可能没有行方向最近相邻堆叠。于是可以将特征行间距(crs)定义为平均值δyi，其中平均值仅考虑存在行方向最近相邻堆叠的堆叠。(最大)列长度于是也可以定义为ymax，其中ymax是具有最大值yi(平均流动方向最下游)的堆叠的yi。

基于上述，特征行数(rc)可以被定义为(ymax/crs)+1。特征列数(cc)可以类似地定义为(xmax/ccs)+1。在没有堆叠具有列方向最近相邻堆叠的罕见情况下，这表示只有单列，因此可以将cc设置为等于1。类似地，在没有堆叠具有行方向最近相邻堆叠的罕见情况下，这表示只有单行，并且rc可以设置为等于1。如果通过观测没有明显的r和c，则出于本发明的目的可以取代上述方法。

图2中示出了如何确定用于计算如上文所定义的rc和cc的各种数量的实例。在图2中，示出公共容积200，以及导管210和过渡区域215，以及平均流动方向220。对于过渡区域215，还示出了扩张半角217。在图2中，燃料电池堆251是最接近导管210与过渡段215相交的交界的堆叠。因此，燃料电池堆251最接近公共容积内的流动原点。使用上述一般方法，通过以下定义x轴231：a)将x轴置于燃料电池堆平面(未示出)中，b)在x轴上包含燃料电池堆251的几何中心，并且c)放置x轴以使其垂直于平均流动方向220。类似地，可以通过将燃料电池堆252识别为最左(最低x)堆叠，然后绘制y轴232作为垂直于x轴231的轴来绘制y轴232，两者都穿过燃料电池堆252的几何中心并且位于燃料电池堆平面中。燃料电池堆253、254和255是用于示出上述最近相邻计算的燃料电池堆的适宜实例。对于最近相邻计算，燃料电池堆253可以对应于上面指定为堆叠i的堆叠，燃料电池堆254可以对应于列方向最近相邻堆叠(上文指定为堆叠j)，并且燃料电池堆255可以对应于行方向最近相邻堆叠(上文指定为堆叠k)。与燃料电池堆253相关的对角线示意性地示出了堆叠的几何中心可以定位的边界，同时对于列方向最近相邻堆叠如堆叠254仍满足条件|xj-xi|>|yj-yi|，或者对于行方向最近相邻堆叠如堆叠255仍满足条件|yk-yi|>|xk-xi|。燃料电池堆256是具有最大y值并因此决定ymax的堆叠。类似地，燃料电池堆257是具有最大x值并因此决定xmax的堆叠。

单个燃料电池堆的操作

在多种不同的方面，在公共容积内不使用歧管以将含co2气体递送到燃料电池堆中的燃料电池的阴极中。为了阐明公共容积和mcfc中的气体流，描述了单个燃料电池堆内的气体流的描述。

mcfc的阴极的流道可以基本上与公共容积内的气体流的主要方向对齐；基本上垂直于气体流的主要方向；基本上相对于气流方向是随机的；或任何其它适宜方向。在一些方面，每个燃料电池堆的阴极流道的取向可以独立地定向，其中一个或多个燃料电池堆共用阴极流道的共同对齐，或者甚至可能没有燃料电池堆共用阴极流道的共同对齐。

阴极排气可以排放进入歧管或多个歧管，所述歧管可以从公共容积去除阴极排气。用于各种堆叠的阴极排气用歧管可以例如在公共容积外部组合用于进一步处理。阴极排气可以通过歧管以任何适宜的方向输送到公共容积的外部。

用于mcfc的阳极流道可以相对于阴极流道处于任何适宜的方向。例如，具有与阴极流道正交的阳极流道可以方便地定位用于mcfc的阳极输入流动歧管和阳极输出流动歧管。用于各种堆叠的阳极排气用歧管可以例如在公共容积外部组合用于进一步处理。阳极排气可以通过歧管以任何适宜的方向输送到公共容积的外部。

燃料电池堆和过渡区域的布置

熔融碳酸盐燃料电池在公共容积内的布置可以基于多种不同的考虑。虽然可以使用组织燃料电池堆的任何适宜的方法，但是在大多数方面，可能需要以行和列组织燃料电池堆。

另一个考虑可以是减小或最小化公共容积的尺寸，因为这可以有助于减少热损失可用的周边表面积。基于这种考虑，可以期望使行和列中的相邻燃料电池堆之间的距离最小化。然而，对于公共容积中的所有mcfc也可能期望具有相似的阴极入口压力。如果一行内的燃料电池堆之间的间距太小，则这可能增加在堆叠之间通到下游位置的气体的压降。这种额外的压降可能会迫使额外的气体进入额外压降上游的阴极。

另一组考虑因素可能与燃料电池的构建和维护有关。虽然降低外壳的容积从热管理的观点来看可能是有益的，但是为了能够容易地进入公共容积内的燃料电池堆，以一些效率为代价是可取的。例如，可能期望在燃料电池堆之间具有足够的空间以使得维护车(maintenancevehicle)在堆叠之间通过。其它考虑可能会导致期望堆叠之间的间距更大。

基于上述考虑中的一种或多种，燃料电池堆可以实现以下的方式进行组织：能够改善递送到公共容积中的多个堆叠的阴极入口的压力的均匀性；减小或最小化公共容积的尺寸；保持燃料电池之间的足够距离以避免不均匀流动；和/或基于其它考虑的期望距离。燃料电池堆可以布置成使得行数与列数的比率在限定范围内。行/列比(或r/c)的限定范围可以有利于将燃料电池布置成在燃料电池之间具有所需量的流动均匀性，同时还平衡了减少或最小化由于公共容积和过渡区域的暴露表面积所引起的热损失的要求。

在各个方面，行数和列数可以通过观测来确定，或者更一般来说，行数和列数可以对应于如上所述的特征行数rc和特征列数cc的值。根据确定的行数和列数，公共容积中的燃料电池堆的行/列比(r/c)可以为约0.1至约5.0，或约0.1至约4.0，或约0.2至约5.0，或约0.2至约4.0，或约0.2至约3.0，或约0.2至约2.0，或约0.3至约5.0，或约0.3至约4.0，或约0.3至约3.0，或约0.3至约2.0。

上述行/列比与过渡区域中约15°至约80°的扩张半角组合可以是有益的。通常，当希望从导管递送到较大外壳中的气体产生均匀流动时，将推荐约7.5°的扩张半角，与相应的长而窄的公共容积。不幸的是，这种常规选择也导致最大化的表面积。利用可以帮助减少或最小化表面积(以减少热损失)的公共容积形状，已经出乎意料地确定了其它扩张角度可以提供改善的进入燃料电池堆的阴极的流动均匀性。在多个方面，过渡区域的扩张半角可以是约15°至约80°，或约20°至约80°，或约25°至约80°，或约30°至约80°，或约35°至约80°，或约40°至约80°，或约15°至约75°，或约20°至约75°，或约25°至约75°，或约30°至约75°，或约35°至约75°，或约40°至约75°，或15°至约70°，或约20°至约70°，或约25°至约70°，或约30°至约70°，或约35°至约70°，或约40°至约70°。

通过使用燃料电池堆的行和列的合适布置，结合用于过渡区域的适当的扩张半角，公共容积中的燃料电池堆的阴极可以在具有如上定义的减小或最小化的变化系数(cv)的阴极入口压力下操作，同时还减小或最小化热损失可用的外壳的周边表面积。在一些方面，公共容积内的燃料电池堆(或其它处理单元)的阴极入口压力的cv可以是约8.0％以下，或约6.0％以下，或约5.0％以下，或约4.0％以下。

另外或替代地，对于具有指定的行/列比的燃料电池堆构造，阴极入口压力的变化系数可以取决于过渡区域的扩张半角。在一些方面，可能需要选择过渡区域的扩张半角，其不同于可使公共容积中的阴极入口压力的变化系数最小化的扩张半角。可以确定选定的扩张半角下的cv相对于使cv最小化的扩张半角下的cv的比率。在这些方面，cv值(选定值与最小值)的比率可以是约2.0以下，或约1.8以下，或约1.6以下，或约1.5以下，或约1.4以下。

公共容积和过渡区域周边的周边表面积

在该实例中，示出了在根据常规设计原理选择的公共容积的形状(及因此相应的燃料电池堆的布置)与根据本文所述的原理的燃料电池堆布置之间的差异。在图3中，通过曲线310示出了包含多个燃料电池堆的公共容积的外部周边面积。如果只考虑公共容积，没有过渡区域，则最小周边面积可以对应于正方形构造。例如，对于包含4个堆叠的容积，其中外壳内的每个堆叠占用长度和宽度等于1个长度单位的空间，所述堆叠可以包含在周长为8个长度单位的容积中。在这种正方形构造中，燃料电池堆的行/列比(r/c)可以是约1。这与其它布置形成对比，例如使所有燃料电池堆在一条线上。对于包含4个这样的堆叠的容积，排列成4行1列，或排列成1行4列，将导致周边面积为10。相应的r/c比将分别为4.0或0.25。

将过渡区域加入到周边面积计算可以改变公共容积的最小周边形状。曲线320中示出了公共容积和具有7.5°的扩张半角的相应过渡区域的组合周边面积。如上所述，7.5°的扩张半角对应于导管或管道与较大容积之间的过渡区域的常规选择。较窄的公共容积可以减小过渡区域的长度，从而减少周边面积的总量。结果，如曲线320所示，最小组合周边面积对应于较窄的公共容积(较高的r/c)。根据常规理解，曲线320中所示的最小周边将产生优化的流动均匀性和最小热损失面积的组合。

已经出乎意料地发现，用于改善流动均匀性的常规的扩张半角与利用相对均等数量的行和列布置的较大数量的燃料电池堆的阴极入口压力的变化减小或最小化不充分相关。相反，在较大的扩张半角下，已经确定，利用约0.2至约5.0的行/列比布置燃料电池堆可以有助于减小或最小化燃料电池堆之间的阴极入口压力的变化系数。如图4所示，该确定还可以导致用于减小或最小化组合的公共容积和过渡区域的周边面积的扩张半角的不同选择。

阴极入口压力变化

图4提供了考虑燃料电池堆的布置的行/列比与用于包含燃料电池堆布置的组合公共容积和过渡区域的周边表面积之间的关系的另一种选择。图4所示的实施例对应于360个燃料电池堆的布置。在这些曲线中，对于扩张半角和r/c比的每个值，计算得出在公共容积长度上仍满足小于约2”h2o(约0.5kpa)的压降规格的情况下可以实现的最小燃料电池堆间距。使用该燃料电池堆间距，可以计算对应于公共容积和过渡区域的外壳的周边表面积。图4中所示的曲线对应于7.5°(415)、15°(425)、30°(435)、45°(445)、60°(455)、75°(465)和90°(475)的过渡区域半角。如图4所示，在7.5°的扩张半角下，过渡区域所需的额外周边表面积导致实质上更大的表面积，而与燃料电池的行/列比无关。随着扩张半角增加，可以实现较低的表面积。

图4提供了关于用于容纳燃料电池布置的总外壳(公共容积加过渡区域)的相对尺寸的信息。作为对图4的补充，也可以例如通过使用计算流体力学来确定布置中的燃料电池堆的阴极入口压力的变化。表1提供了对燃料电池堆和扩张半角值的各种布置执行计算流体力学建模的结果，以确定燃料电池堆的最大和最小阴极入口压力之间的差异。在这些模拟中，28或30个燃料电池堆被布置在公共容积内。所述堆叠以足够的间距布置成行和列，以避免在相邻的燃料电池堆之间通过的气体的有意义的压降，但是使相邻燃料电池堆之间的距离减小或最小化。燃料电池堆被布置成对齐的行和列。对于模拟中的气流，过渡区域将气流从初始导管尺寸扩张到公共容积的整个宽度。燃料电池堆的阴极入口被布置成使得阴极流平行于平均气体流动方向，入口在堆叠的下游侧(在该实施例中，堆叠与外壳流动方向相反)。所有阴极出口处的压力保持在恒定值，代表共同的下游排气歧管。

基于模拟，确定公共容积中每个燃料电池堆的阴极流量，并确定该组堆叠流量的变化系数。如上所述，变化系数(cv)在本领域中已知为一组值的标准偏差除以该组值的平均值。它通常以百分比表示(标准偏差为平均值的百分比)。

表1-阴极入口压力变化系数

单独评估表1或图4可能会导致不如表1和图4一起评估有利的结果。例如，如表1所示，在小于0.2的r/c比下，7.5°的扩张半角可以导致公共容积中的阴极入口压力的低cv。然而，如图4所示，具有低r/c比的小的扩张半角可导致最小的周边表面积，其为在较大的扩张半角下和在约0.2至约0.5的r/c比下的周边表面积的至少约3倍。因此，即使表1表明r/c比小于0.2可能有利于降低阴极入口压力的差异，但图4表明这种r/c比可导致外壳尺寸过大，从而增加了使热损失最小化的难度。相比之下，在图4中的7.5°扩张半角的最小周边面积下，7.5°扩张半角将导致比许多其它选择更大的阴极入口压力的cv。图4示出7.5°扩张半角的最小周边面积是在r/c比约为1下。在r/c值接近1的情况下，表1显示最小cv发生在约45°至约65°的扩张半角下。

作为另一实施例，图4中的周边表面积值可以表明低r/c比与可能接近90°的大的扩张半角相结合是有利的。然而，如表1所示，选择具有大的扩张半角的小的r/c比将可能导致阴极入口压力的大的cv，因为最小cv发生在接近7.5°的r/c值下。

彼此结合评价表1和图4可以导致燃料电池堆的改进布置的选择。如图4所示，选择较大的扩张半角可能倾向于降低燃料电池堆外壳(公共容积和过渡区域)所需的周边表面积。表1显示，约0.2至约5.0，例如约0.5至约2.0的r/c值，可适用于减小或最小化当选择约15°至约80°、或约15°至约70°、或约20°至约80°、或约20°至约70°、或约30°至约80°、或约30°至约70°的扩张半角时的阴极入口压力的cv。

阳极输入和输出

在本发明的多个方面，mcfc阵列可以由在阳极入口处接收的燃料进料，该燃料包含例如氢气和烃如甲烷(或者可选地可含有不同于c和h的杂原子的含烃或类烃化合物)两者。进料到阳极的大部分甲烷(或其它含烃或类烃化合物)通常可为新鲜甲烷。在本说明书中，新鲜燃料如新鲜甲烷是指并非从另一燃料电池工艺再循环的燃料。例如，从阳极出口流再循环回到阳极入口的甲烷可能不被认为是“新鲜的”甲烷，而可以被描述为回收的甲烷。所使用的燃料源可以与其它部件共用，例如使用燃料源的一部分来提供用于阴极输入的含co2流的涡轮机。燃料源输入可以包含与适于在生成氢气的重整段中重整烃(或类烃)化合物的燃料成比例的水。例如，如果甲烷是用于重整以生成h2的燃料输入，则水与燃料的摩尔比可以是约1:1至约10:1，例如至少约2:1。4:1或更大的比率是外部重整的典型值，但较低的值可以是内部重整的典型值。在h2是燃料源的一部分的程度上，在一些任选方面，燃料中可能不需要额外的水，因为阳极处的h2的氧化可倾向于产生可用于重整燃料的h2o。燃料源还可以任选地包含燃料源所附带的组分(例如，天然气进料可含有一定含量的co2作为额外组分)。例如，天然气进料可含有co2、n2和/或其它惰性(稀有)气体作为额外组分。任选地，在一些方面，燃料源还可含有co，例如来自阳极排气的再循环部分的co。进入燃料电池组件的燃料中的co的另外或替代的潜在来源可以是在进入燃料电池组件之前在燃料上进行的烃燃料的蒸汽重整所产生的co。

更一般来说，多种类型的燃料流可适合用作熔融碳酸盐燃料电池的阳极的输入流。一些燃料流可以对应于含有还可以包括不同于c和h的杂原子的烃和/或类烃化合物的料流。在该讨论中，除非另有说明，否则将含有用于mcfc阳极的烃的燃料流的提及定义为包括含有这种类烃化合物的燃料流。烃(包括类烃)燃料流的实例包括天然气、含有c1-c4碳化合物(例如甲烷或乙烷)的料流，和含有较重的c5+烃(包括类烃化合物)的料流，以及它们的组合。用于阳极输入的潜在燃料流的其它另外或替代实例可包括生物气型流，例如由有机材料的天然(生物)分解产生的甲烷。

在一些方面，熔融碳酸盐燃料电池可用于处理由于存在稀释剂化合物而具有低能量含量的输入燃料流，例如天然气和/或烃流。例如，甲烷和/或天然气的一些来源是可能包括大量co2或其它惰性分子如氮气、氩气或氦气的来源。由于存在升高量的co2和/或惰性气体，可能减少基于该来源的燃料流的能量含量。使用低能量含量燃料用于燃烧反应(例如用于驱动燃烧动力涡轮机)可能会带来困难。然而，熔融碳酸盐燃料电池可以基于低能量含量燃料源产生动力，对燃料电池的效率具有降低或最小的影响。额外的气体体积的存在可能需要额外加热以将燃料的温度升高到用于重整和/或阳极反应的温度。另外，由于燃料电池阳极内的水煤气变换反应的平衡性质，额外co2的存在可能对阳极输出中存在的h2和co的相对量具有影响。然而，惰性化合物可能对重整和阳极反应仅具有最小的直接影响。用于熔融碳酸盐燃料电池的燃料流中的co2和/或惰性化合物的量当存在时可以是至少约1体积％，例如至少约2体积％，或至少约5体积％，或至少约10体积％，或至少约15体积％，或至少约20体积％，或至少约25体积％，或至少约30体积％，或至少约35体积％，或至少约40体积％，或至少约45体积％，或至少约50体积％，或至少约75体积％。另外或替代地，用于熔融碳酸盐燃料电池的燃料流中的co2和/或惰性化合物的量可以是约90体积％以下，例如约75体积％以下，或约60体积％以下，或约50体积％以下，或约40体积％以下，或约35体积％以下。

用于阳极输入流的潜在来源的其它实例可以对应于炼油厂和/或其它工业过程输出流。例如，焦化是许多炼油厂将较重化合物转化为较低沸点范围的常见方法。焦化通常产生含有多种在室温下为气体的化合物的废气，包括co和多种c1-c4烃。这种废气可以用作阳极输入流的至少一部分。其它炼油厂废气流可以另外地或替代地适合包含在阳极输入流中，例如在裂化或其它炼油过程中产生的轻馏分(c1-c4)。其它合适的精炼流可以额外地或者替代地包括还含有h2和/或可重整燃料化合物的含co或co2的精炼流。

用于阳极输入的其它潜在的来源可以另外或替代地包括具有增加的水含量的料流。例如，来自乙醇装置(或另一类型的发酵方法)的乙醇输出流可以在最终蒸馏之前包含相当一部分h2o。这样的h2o通常可对燃料电池的操作仅造成最小的影响。因此，醇(或其它发酵产物)和水的发酵混合物可以用作阳极输入流的至少一部分。

生物气或蒸煮器气体是用于阳极输入的另一个额外或替代的潜在来源。生物气可能主要包含甲烷和co2，并且通常通过有机物的分解或消化而产生。厌氧菌可用于消化有机物并产生生物气。诸如含硫化合物的杂质可以在用作阳极输入之前从生物气中除去。

来自mcfc阳极的输出流可以包括h2o、co2、co和h2。任选地，阳极输出流还可以在进料中具有未反应的燃料(例如h2或ch4)或惰性化合物作为额外的输出组分。并非使用该输出流作为燃料源来为重整反应提供热量或作为燃烧燃料用于加热电池，而是可以在阳极输出流上执行一次或多次分离以将co2与作为另一过程的输入具有潜在价值的组分例如h2或co分离。h2和/或co可以用作用于化学合成的合成气，作为化学反应的氢源，和/或作为具有减少的温室气体排放的燃料。

在多个方面，来自阳极的输出流的组成可受到若干因素的影响。可影响阳极输出组成的因素可以包括阳极的输入流的组成，燃料电池产生的电流量和/或阳极出口处的温度。由于水煤气变换反应的平衡性质，阳极出口处的温度可能是相关的。在典型的阳极中，形成阳极壁的板中的至少一个可适用于催化水煤气变换反应。结果，如果a)阳极输入流的组成是已知的，b)阳极输入流中的可重整燃料的重整程度是已知的，和c)从阴极输送到阳极的碳酸盐量(对应于产生的电流量)是已知的，则阳极输出的组成可以基于水煤气变换反应的平衡常数来确定。

keq＝[co2][h2]/[co][h2o]

在上述方程中，keq是在给定温度和压力下的反应平衡常数，并且[x]是组分x的分压。基于水煤气变换反应，可以注意到，阳极输入中的co2浓度增加可倾向于导致额外的co形成(以h2为代价)，而增加的h2o浓度可倾向于导致额外的h2形成(以co为代价)。

为了确定阳极输出处的组成，可以将阳极输入的组成用作起点。然后可以对该组成进行修改以反映在阳极内可发生的任何可重整燃料的重整程度。这种重整可以降低阳极输入的烃含量，以换取增加的氢气和co2。接着，基于产生的电流量，可以减少阳极输入中的h2量，以换取额外的h2o和co2。然后可以基于水煤气变换反应的平衡常数调整该组成，以确定h2、co、co2和h2o的出口浓度。

表2显示了典型燃料类型的不同燃料利用率下的阳极排气组成。阳极排气组成可以反映阳极重整反应、水煤气变换反应和阳极氧化反应的组合结果。通过假设具有约2:1比率的蒸汽(h2o)与碳(可重整燃料)的阳极输入组成来计算表2中的输出组成值。假设可重整燃料为甲烷，假定其100％重整为氢气。假设阳极输入中的初始co2和h2浓度可忽略不计，而输入n2浓度为约0.5％。如表中所示，使得燃料利用率uf(如本文所定义)从约35％变化至约70％。为了确定平衡常数的正确值，假定燃料电池阳极的出口温度为约650℃。

表2-阳极排气组成

表2显示了对于一组特定条件和阳极输入组成的阳极输出组成。更一般来说，在多个方面，阳极输出可以包含约10体积％至约50体积％h2o。由于阳极氧化反应可以产生阳极中的h2o，h2o的量可以变化很大。如果超出重整所需的过量的h2o被引入到阳极中，则过量的h2o通常可以在大部分未反应的情况下通过，除了由于燃料重整和水煤气变换反应而消耗(或产生)的h2o。阳极输出中的co2浓度也可能广泛变化，例如约20体积％至约50体积％co2。co2的量可以受到所产生的电流量以及阳极输入流中的co2量两者的影响。取决于阳极中的燃料利用率，阳极输出中的h2量可另外或替代地为约10体积％h2至约50体积％h2。在阳极输出处，co的量可以是约5体积％至约20体积％。应注意，对于给定的燃料电池，阳极输出中的co量相对于h2量可以部分地由燃料电池中存在的温度和压力下的水煤气变换反应的平衡常数确定。阳极输出还可以另外或替代地包含5体积％或更少的各种其它组分，例如n2、ch4(或其它未反应的含碳燃料)和/或其它组分。

任选地，如果需要，阳极输出之后可以包括一个或多个水煤气变换反应阶段以将阳极输出中的co和h2o转变成co2和h2。可以例如通过在较低温度下使用水煤气变换反应器将阳极输出中存在的h2o和co转化为h2和co2来增加阳极输出中存在的h2量。可选地，可以升高温度并且可以逆转水煤气变换反应，从h2和co2产生更多的co和h2o。水是在阳极发生的反应的预期输出，因此相对于阳极输出中存在的co量，阳极输出通常可以具有过量的h2o。可选地，可以在阳极出口之后但在水煤气变换反应之前将h2o加入料流中。由于重整期间碳转化不完全和/或由于在重整条件或阳极反应期间存在的条件下h2o、co、h2和co2之间的平衡均衡反应(即，水煤气变换平衡)，co可以存在于阳极输出中。水煤气变换反应器可以在以co和h2o为代价驱动在形成co2和h2的方向上进一步平衡的条件下操作。较高的温度可能倾向于有利于co和h2o的形成。因此，用于操作水煤气变换反应器的一个选择可以是在例如约190℃至约210℃的合适温度下将阳极输出流暴露于合适的催化剂，例如包括铁氧化物、锌氧化物、铜/氧化锌(copperonzincoxide)等的催化剂。任选地，水煤气变换反应器可以包括用于降低阳极输出流中的co浓度的两个阶段，其中第一较高温度阶段在至少约300℃至约375℃的温度下操作并且第二较低温度阶段在约225℃或更低、例如约122℃至约210℃的温度下操作。除了增加阳极输出中存在的h2量之外，水煤气变换反应可以另外或替代地以co为代价来增加co2的量。这样可以使难以除去的一氧化碳(co)交换为二氧化碳，其可以通过冷凝(例如，低温去除)、化学反应(例如胺去除)和/或其它co2去除方法更容易地除去。另外或替代地，可能需要增加阳极排气中存在的co含量以实现所需的h2与co的比率。

在通过任选的水煤气变换反应阶段之后，阳极输出可以通过一个或多个分离阶段，以从阳极输出流中除去水和/或co2。例如，可以通过单独地或组合地使用一种或多种方法在阳极输出上进行co2分离来形成一个或多个co2输出流。这种方法可用于产生co2含量为90体积％或更大、例如至少95％体积％co2或至少98体积％co2的co2输出流。这种方法可以回收阳极输出的co2含量的大约至少约70％，例如阳极输出的co2含量的至少约80％，或至少约90％。可选地，在一些方面，可能希望仅回收阳极输出流中的co2的一部分，其中co2的回收部分为阳极输出中的co2的约33％至约90％，例如至少约40％，或至少约50％。例如，可能希望在阳极输出流中保留一些co2，使得可以在随后的水煤气变换阶段中实现期望的组成。合适的分离方法可包括使用物理溶剂(例如selexol^tm或rectisol^tm)；胺或其它碱(例如mea或mdea)；冷冻(例如低温分离)；变压吸附；真空变压吸附；及其组合。低温co2分离器可以是合适的分离器的实例。随着阳极输出被冷却，阳极输出中的大部分水可以作为冷凝(液体)相分离出来。水分耗尽的阳极输出流的进一步冷却和/或加压于是可以分离出高纯度co2，因为阳极输出流中的其它剩余组分(例如h2、n2、ch4)不容易形成冷凝相。取决于操作条件，低温co2分离器可以回收流中存在的co2的约33％至约90％。

无论是在进行co2分离之前、期间还是之后，从阳极排气中除去水以形成一个或多个水输出流也可以是有益的。阳极输出中的水量可以根据所选择的操作条件而变化。例如，在阳极入口处建立的蒸汽/碳比可以影响阳极排气中的水含量，高的蒸汽/碳比通常导致大量的水可以在未反应和/或仅由于阳极中的水煤气变换平衡而反应的情况下通过阳极。取决于方面，阳极排气中的水含量可以对应于阳极排气中的容积的至多约30％或更多。另外或替代地，水含量可以是阳极排气的容积的约80％或更少。虽然这种水可以通过压缩和/或冷却而导致的冷凝除去，但是除去这种水可能需要额外的压缩机功率和/或热交换表面积和过量的冷却水。去除一部分这种过量水的一种有利方式可以是基于使用吸附床，其可以从潮湿阳极流出物捕获湿气，然后可以使用无水阳极进料气“再生”，以便为阳极进料提供额外的水。hvac型(加热、通风和空气调节)吸附轮设计可以适用，因为阳极排气和入口的压力可能相似，并且从一个料流到另一个料流的微小泄漏对整个过程影响最小。在使用低温方法进行co2去除的实施方式中，可能需要在除去co2之前或期间除去水，包括通过三乙二醇(teg)系统和/或干燥剂去除。相比之下，如果使用胺洗涤来除去co2，则可以从co2去除阶段下游的阳极排气中去除水。

替代地或除了co2输出流和/或水输出流之外，阳极输出可以用于形成包含所需化学物质或燃料产物的一个或多个产物流。这样的一个或多个产物流可以对应于合成气流、氢气流，或合成气产物和氢气产物流两者。例如，可以形成含有至少约70体积％h2、例如至少约90体积％h2o或至少约95体积％h2的氢气产物流。另外或替代地，可以形成含有至少约70体积％的组合h2和co、例如至少约90体积％的h2和co的合成气流。一个或多个产物流可以具有对应于阳极输出中至少约75％的组合h2和co气体体积、例如至少约85％或至少约90％的组合h2和co气体体积的气体体积。应注意，产物流中的h2和co的相对量可以基于使用水煤气变换反应阶段在产物之间转化而不同于阳极输出中的h2与co的比率。

在一些方面，可能需要去除或分离阳极输出中存在的一部分h2。例如，在一些方面，阳极排气中的h2:co比率可以是至少约3.0:1。相比之下，利用合成气的方法例如fischer-tropsch合成可消耗不同比率的h2和co，例如更接近于2:1的比率。一种替代方案可以是使用水煤气变换反应来改变阳极输出的含量，使得h2:co比率更接近于所需的合成气组成。另一种替代方案可以是使用膜分离来去除阳极输出中存在的一部分h2以实现所需的h2和co的比率，或者仍然替代地使用膜分离和水煤气变换反应的组合。使用膜分离仅去除阳极输出中的一部分h2的一个优点可以是在相对温和的条件下进行期望的分离。由于一个目标可能是产生仍然具有大量h2含量的滞留物，因此可以通过膜分离产生高纯度氢气的渗透物，而不需要苛刻的条件。例如，并非在约100kpaa以下(例如环境压力)的膜的渗透物侧上施加压力，而是渗透物侧可以处于相对于环境的升高压力下，同时仍然具有足够的驱动力来执行膜分离。另外或替代地，诸如甲烷的吹扫气体可以用于为膜分离提供驱动力。这可以降低h2渗透物流的纯度，但是可能是有利的，这取决于渗透物流的期望用途。

在本发明的多个方面，阳极排气流(优选在分离co2和/或h2o之后)的至少一部分可以用作燃料电池和相关联的重整阶段外部的工艺的进料。在多个方面，阳极排气可以具有约1.5:1至约10:1、例如至少约3.0:1、或至少约4.0:1、或至少约5.0:1的h2:co比率。可以从阳极排气产生或取出合成气流。任选地在分离co2和/或h2o之后，并且任选地在进行水煤气变换反应和/或膜分离以除去过量的氢气之后，阳极排气可以对应于含有大部分h2和/或co的料流。对于具有相对低含量co的料流，例如h2:co比率为至少约3:1的料流，阳极排气可能适合用作h2进料。可以从h2进料中受益的工艺的实例可以包括但不限于炼油工艺、氨合成装置、或(另一种)发电系统中的涡轮机，或其组合。取决于应用，可以需要更低的co2含量。对于h2:co比率小于约2.2:1且大于约1.9:1的料流，该料流可能适合用作合成气进料。可以从合成气进料中受益的工艺的实例可以包括但不限于气-液装置(例如使用具有非转移催化剂(non-shiftingcatalyst)的fischer-tropsch法的装置)和/或甲醇合成装置。用作外部工艺的进料的阳极排气量可以是任何适宜的量。任选地，当阳极排气的一部分用作外部工艺的进料时，阳极排气的第二部分可以再循环到阳极输入和/或再循环到燃烧动力发电机的燃烧区。

阴极输入和输出

在熔融碳酸盐燃料电池中，碳酸根离子穿过燃料电池中的电解质的输送可以提供一种将co2从第一流道输送到第二流道的方法，其中所述输送方法可以使得从较低浓度(阴极)输送到较高浓度(阳极)，因此可以有利于捕获co2。燃料电池对于co2分离的选择性可能部分基于使得电池发电的电化学反应。对于有效地不参与燃料电池中的电化学反应的非反应性物质(例如n2)，从阴极到阳极的反应和运输量可能是不显著的。相比之下，阴极与阳极之间的电位(电压)差可以为碳酸根离子穿过燃料电池的输送提供强大的驱动力。结果，熔融碳酸盐燃料电池中碳酸根离子的输送可以使得co2以相对高的选择性从阴极(较低的co2浓度)输送到阳极(较高的co2浓度)。然而，使用熔融碳酸盐燃料电池去除二氧化碳的挑战可能在于，燃料电池从相对稀的阴极进料中除去二氧化碳的能力有限。碳酸盐燃料电池产生的电压和/或功率可以随着co2浓度降至低于约2.0体积％而开始迅速下降。随着co2浓度进一步下降，例如低于约1.0体积％，在某一时刻，燃料电池上的电压可以变得足够低，使得几乎不发生碳酸盐的进一步输送，并且燃料电池停止工作。因此，在商业上可行的操作条件下，至少一些co2可能存在于燃料电池的阴极阶段的排气中。

递送到燃料电池阴极的二氧化碳的量可以基于用于阴极入口的来源的co2含量来确定。用作阴极输入流的合适的含co2流的一个实例可以是来自燃烧源的输出或排气流。燃烧源的实例包括但不限于基于天然气燃烧、煤燃烧和/或其它烃类燃料(包括生物源燃料)燃烧的来源。其它或替代的来源可以包括其它类型的锅炉、火焰加热器、炉子和/或燃烧含碳燃料以便加热另一种物质(例如水或空气)的其它类型的装置。大致上，来自燃烧源的输出流的co2含量可以是流量的较小部分。即使对于较高co2含量的排气流，例如来自燃煤燃烧源的输出，大多数商业燃煤发电厂的co2含量也可以是约15体积％以下。更一般来说，来自燃烧源的输出或排气流的co2含量可以是至少约1.5体积％、或至少约1.6体积％、或至少约1.7体积％、或至少约1.8体积％、或至少约1.9体积％、或至少大于2体积％、或至少约4体积％、或至少约5体积％、或至少约6体积％、或至少约8体积％。另外或替代地，来自燃烧源的输出或排气流的co2含量可以是约20体积％以下，例如约15体积％以下，或约12体积％以下，或约10体积％以下，或约9体积％以下，或约8体积％以下，或约7体积％以下，或约6.5体积％以下，或约6体积％以下，或约5.5体积％以下，或约5体积％以下，或约4.5体积％以下。上文给出的浓度是以干重计。应注意，较低的co2含量值可以存在于来自一些天然气或甲烷燃烧源的排气中，例如作为发电系统的一部分的发电机，其可以包括或可以不包括排气再循环回路。

阴极输入流的其它潜在来源可以额外或替代地包括生物生产的co2的来源。这可以包括例如在处理生物源化合物期间产生的co2，例如在乙醇生产期间产生的co2。另外或替代的实例可以包括通过燃烧生物生产的燃料产生的co2，例如木质纤维素的燃烧。其它额外或替代的潜在co2源可以对应于来自各种工业过程的输出或排气流，例如由用于制造钢、水泥和/或纸的装置产生的含co2流。

另一种额外或替代的潜在的co2源可以是来自燃料电池的含co2流。来自燃料电池的含co2流可以对应于来自不同燃料电池的阴极输出流，来自不同燃料电池的阳极输出流，从燃料电池的阴极输出到阴极输入的再循环流，和/或从燃料电池的阳极输出到阴极输入的再循环流。例如，在常规条件下以独立模式运行的mcfc可以产生具有至少约5体积％的co2浓度的阴极排气。这种含co2的阴极排气可以用作根据本发明的一个方面操作的mcfc的阴极输入。更一般来说，可以额外地或替代地使用从阴极排气产生co2输出的其它类型的燃料电池，以及不是由“燃烧”反应和/或燃烧动力发电机产生的其它类型的含co2流。任选但优选地，来自另一燃料电池的含co2流可以来自另一个熔融碳酸盐燃料电池。例如，对于相对于阴极串联连接的熔融碳酸盐燃料电池，可以使用第一熔融碳酸盐燃料电池的阴极输出作为第二熔融碳酸盐燃料电池的阴极输入。

对于来自燃烧源以外来源的多种不同类型的含co2流，料流的co2含量可以广泛变化。阴极输入流的co2含量可以含有至少约2体积％的co2，例如至少约4体积％、或至少约5体积％、或至少约6体积％、或至少约8体积％。另外或替代地，阴极输入流的co2含量可以是约30体积％以下，例如约25体积％以下，或约20体积％以下，或约15体积％以下，或约10体积％以下，或约8体积％以下，或约6体积％以下，或约4体积％以下。对于一些较高的co2含量流，co2含量可以大于约30体积％，例如基本上由仅含有偶然量的其它化合物的co2组成的料流。举例来说，不具有排气再循环的燃气轮机可以产生co2含量约为4.2体积％的排气流。利用egr，燃气轮机可产生co2含量为约6-8体积％的排气流。甲烷的化学计量燃烧可产生co2含量为约11体积％的排气流。煤炭燃烧可产生co2含量为约15-20体积％的排气流。使用炼油厂废气的火焰加热器可产生co2含量为约12-15体积％的排气流。在不具有任何egr的低btu气体下运行的燃气轮机可以产生co2含量为～12体积％的排气流。

除了co2之外，阴极输入流可以包括o2以提供阴极反应所需的组分。一些阴极输入流可以基于以空气为组分。例如，燃烧排气流可以通过在空气存在下燃烧烃燃料来形成。这种燃烧排气流或另一种具有基于包含空气的氧含量的阴极输入流可以具有约20体积％以下、例如约15体积％以下、或约10体积％以下的氧含量。另外或替代地，阴极输入流的氧含量可以是至少约4体积％，例如至少约6体积％，或至少约8体积％。更一般来说，阴极输入流可以具有适合于进行阴极反应的氧含量。在一些方面，这可以对应于约5体积％至约15体积％、例如约7体积％至约9体积％的氧含量。对于许多类型的阴极输入流，co2和o2的组合量可以对应于输入流的少于约21体积％，例如该料流的少于约15体积％或该料流的少于约10体积％。含有氧气的空气流可以与氧含量低的co2源组合。例如，通过燃烧煤产生的排气流可包括低氧含量，其可以与空气混合以形成阴极入口流。

除了co2和o2外，阴极输入流也可以由惰性/非反应性物质如n2、h2o和其它典型的氧化剂(空气)组分组成。例如，对于来自燃烧反应的排气的阴极输入，如果使用空气作为燃烧反应的氧化剂源的一部分，则排气可以包括空气的典型组分，例如n2、h2o和空气中存在的微量的其它化合物。取决于用于燃烧反应的燃料源的性质，基于燃料源进行燃烧之后存在的其它物质可包括以下中的一种或多种：h2o、氮氧化物(nox)和/或硫氧化物(sox)，以及存在于燃料中和/或作为燃料中存在的化合物的部分或完全燃烧产物的其它化合物，例如co。这些物质可以以不会使阴极催化剂表面中毒但它们可能降低总体阴极活性的量存在。这种性能降低可能是可接受的，或者与阴极催化剂相互作用的物质可以通过已知的污染物去除技术降低至可接受的水平。

存在于阴极输入流(例如基于燃烧排气的输入阴极流)中的o2量可以有利地足以提供燃料电池中的阴极反应所需的氧。因此，o2的体积百分比可以有利地是排气中co2量的至少0.5倍。任选地，根据需要，可以向阴极输入添加额外的空气以提供用于阴极反应的足够的氧化剂。当使用某种形式的空气作为氧化剂时，阴极排气中的n2量可以是至少约78体积％，例如至少约88体积％，和/或约95体积％以下。在一些方面，阴极输入流可以另外或替代地含有通常被视为污染物的化合物，例如h2s或nh3。在其它方面，阴极输入流可以被清洁以减少或最小化这些污染物的含量。

除了形成碳酸根离子以用于输送穿过电解质的反应之外，阴极中的条件还可以适合于将氮氧化物转化成硝酸盐和/或硝酸根离子。在下文中，为了方便起见，仅提及硝酸根离子。所得到的硝酸根离子也可以被输送穿过电解质，以在阳极中反应。阴极输入流中的nox浓度通常可以是ppm量级，因此这种硝酸盐输送反应可以对穿过电解质输送的碳酸盐量产生最小的影响。然而，这种除去nox的方法对于基于来自燃气轮机的燃烧排气的阴极输入流可能是有益的，因为这可以提供用于减少nox排放的机制。阴极中的条件可以另外或替代地适合于将未燃烧的烃(与阴极输入流中的o2组合)转化为典型的燃烧产物，例如co2和h2o。

适用于mcfc操作的温度可以在约450℃至约750℃之间，例如至少约500℃，例如其中入口温度为约550℃并且出口温度为约625℃。在进入阴极之前，如果需要，可以对燃烧排气加热或从燃烧排气除去热量，例如为其它过程提供热量，例如对阳极燃料输入进行重整。例如，如果阴极输入流的来源是燃烧排气流，则所述燃烧排气流的温度可能高于阴极入口的期望温度。在这样的一个方面，在用作阴极输入流之前可以从燃烧排气中除去热量。可选地，燃烧排气可以处于非常低的温度，例如在燃煤锅炉上的湿法气体洗涤器之后，在这种情况下，燃烧排气可能低于约100℃。

其它实施方式

实施方式1.一种用于在多个处理单元中处理气体的方法，所述处理单元任选地包含多个燃料电池，所述方法包括：任选地使气体从导管进入任选的过渡区域，所述任选的过渡区域任选地具有约15°至约80°的扩张半角，所述任选的过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述任选的过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度任选地为所述公共容积的宽度的至少约25％；将所述气体的至少一部分从所述导管和/或所述任选的过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个处理单元，所述多个处理单元包含a)至少约20个处理单元或b)至少约8个处理单元，并且其中所述任选的过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面，所述多个处理单元任选地被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)，所述多个处理单元中的每一个具有一个或多个第一工艺流道和一个或多个第二工艺流道，用于在所述一个或多个第一工艺流道与所述一个或多个第二工艺流道之间进行质量交换和任选的热交换，所述处理单元任选地是包含多个燃料电池的燃料电池堆，所述一个或多个第一工艺流道任选地包含多个燃料电池堆的工艺流道；以及操作所述多个处理单元以在所述多个处理单元的所述一个或多个第一工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个处理单元中的每一个对于所述一个或多个第一工艺流道具有工艺流道入口压力，所述多个处理单元的所述流道入口压力的变化系数任选地小于约8.0％，其中在所述多个处理单元的所述一个或多个第一工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个处理单元。

实施方式2.一种用于在多个处理单元中处理气体的方法，所述处理单元任选地包含多个燃料电池，所述方法包括：任选地使气体从导管进入任选的过渡区域，所述任选的过渡区域任选地具有约15°至约80°的扩张半角，所述任选的过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述任选的过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度任选地为所述公共容积的宽度的至少约25％；将所述气体的至少一部分从所述导管和/或所述任选的过渡区域引入所述公共容积，所述公共容积含有多个处理单元，所述多个处理单元包含a)至少约20个处理单元或b)至少约8个处理单元，并且其中所述任选的过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面，所述多个处理单元任选地被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)，所述多个处理单元中的每一个具有一个或多个第一工艺流道和一个或多个第二工艺流道，用于在所述一个或多个第一工艺流道与所述一个或多个第二工艺流道之间进行质量交换和任选的热交换，所述处理单元任选地是包含多个燃料电池的燃料电池堆，所述一个或多个第一工艺流道任选地包含多个燃料电池堆的工艺流道；以及操作所述多个处理单元以在所述多个处理单元的所述一个或多个第一工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个处理单元中的每一个对于所述一个或多个第一工艺流道具有工艺流道入口压力，所述多个处理单元的所述流道入口压力的变化系数任选地小于约8.0％，其中i)气体的至少第二部分在所述多个处理单元中的一个或多个处理单元的所述第一工艺流道中处理，所述气体的至少第二部分通过从所述导管传送通过一个或多个中间歧管而进入所述多个处理单元中的所述一个或多个处理单元中，所述一个或多个中间歧管组合地与所述多个处理单元中的少于全部的处理单元呈直接流体连通，ii)其中在所述多个处理单元的所述第一工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过与所述多个处理单元的全部处理单元呈直接流体连通的中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个处理单元，或iii)i)和ii)的组合。

实施方式3.一种用于在多个处理单元中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个处理单元，所述多个处理单元中的每一个具有一个或多个第一工艺流道和一个或多个第二工艺流道，用于在所述一个或多个第一工艺流道与所述一个或多个第二工艺流道之间进行质量交换和任选的热交换，所述多个处理单元包含至少约20个处理单元，所述多个处理单元被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个处理单元以在所述多个处理单元的所述一个或多个第一工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个处理单元中的每一个对于所述一个或多个第一工艺流道具有工艺流道入口压力，所述多个处理单元的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％，其中在所述多个处理单元的所述一个或多个第一工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个处理单元。

实施方式4.一种用于在多个处理单元中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％，所述过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个处理单元，所述多个处理单元中的每一个具有一个或多个第一工艺流道和一个或多个第二工艺流道，用于在所述一个或多个第一工艺流道与所述一个或多个第二工艺流道之间进行质量交换和任选的热交换，所述多个处理单元包含至少约8个处理单元，所述多个处理单元被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个处理单元以在所述多个处理单元的所述一个或多个第一工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个处理单元中的每一个对于所述一个或多个第一工艺流道具有工艺流道入口压力，所述多个处理单元的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中在所述多个处理单元的所述一个或多个第一工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个处理单元。

实施方式5.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约20个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中在所述多个燃料电池堆的所述工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个燃料电池堆。

实施方式6.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％，所述过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约8个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中在所述多个燃料电池堆的所述工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个燃料电池堆。

实施方式7.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约20个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中气体的至少第二部分在所述多个燃料电池堆的一个或多个燃料电池堆的工艺流道中处理，所述气体的至少第二部分通过从所述导管传送通过一个或多个中间歧管而进入所述多个燃料电池堆中的所述一个或多个燃料电池堆中，所述一个或多个中间歧管组合地与所述多个燃料电池堆中的少于全部的燃料电池堆呈直接流体连通。

实施方式8.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％，所述过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约8个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中气体的至少第二部分在所述多个燃料电池堆中的一个或多个燃料电池堆的工艺流道中处理，所述气体的至少第二部分通过从所述导管传送通过一个或多个中间歧管而进入所述多个燃料电池堆中的所述一个或多个燃料电池堆中，所述一个或多个中间歧管组合地与所述多个燃料电池堆中的少于全部的燃料电池堆呈直接流体连通。

实施方式9.根据实施方式2、7或8中的任一项所述的方法，其中所述中间歧管与所述多个燃料电池堆中的约75％以下、或约50％以下、或约33％以下、或约25％以下的燃料电池堆呈流体连通。

实施方式10.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约20个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中在所述多个燃料电池堆的所述工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过与所述多个燃料电池堆中的全部燃料电池堆呈直接流体连通的中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个燃料电池堆。

实施方式11.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：使气体从导管进入过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角，所述过渡区域与所述导管呈流体连通并与公共容积呈流体连通，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％，所述过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面；将所述气体的至少一部分从所述过渡区域引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约8个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中在所述多个燃料电池堆的所述工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过与所述多个燃料电池堆中的全部燃料电池堆呈直接流体连通的中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个燃料电池堆。

实施方式12.根据实施方式2、8或9中的任一项所述的方法，其中在所述多个燃料电池堆的所述工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过与所述多个燃料电池堆中的至少约75％、或至少约50％、或至少约33％、或至少约25％的燃料电池堆呈直接流体连通的中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个燃料电池堆。

实施方式13.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述过渡区域的扩张半角下的变化系数与最小半角下的变化系数的比率为约2.0以下，或约1.8以下，或约1.6以下。

实施方式14.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约50％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％、或至少约99％。

实施方式15.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述行/列比为约0.5至约2.0，或其中所述过渡区域的所述扩张半角为约30°至约70°，或其组合。

实施方式16.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约50％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％、或至少约99％。

实施方式17.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：将气体的至少一部分从导管引入公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约20个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中在所述多个燃料电池堆的所述工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个燃料电池堆。

实施方式18.一种用于在多个燃料电池中处理气体的方法，所述方法包括：将气体的至少一部分从导管在公共容积的侧面引入所述公共容积中，所述公共容积含有多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含至少约8个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)；以及操作所述多个燃料电池堆以在所述多个燃料电池堆的工艺流道中处理所述引入气体的至少一部分，所述多个燃料电池堆中的每一个具有工艺流道入口压力，所述多个燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约8.0％；其中在所述多个燃料电池堆的所述工艺流道中处理的所述引入气体的至少一部分在不通过中间歧管的情况下从所述公共容积进入所述多个燃料电池堆。

实施方式19.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述多个处理单元或燃料电池堆的所述流道入口压力的变化系数小于约6.0％，或小于约5.0％。

实施方式20.根据实施方式1至2或5至19中的任一项所述的方法，其中所述多个燃料电池堆的所述工艺流道包括燃料电池阴极。

实施方式21.根据实施方式1至2或5至20中的任一项所述的方法，其中所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个熔融碳酸盐燃料电池。

实施方式22.根据实施方式1至2或5至21中的任一项所述的方法，其中所述引入气体包括含co2气体。

实施方式23.根据实施方式22所述的方法，其中基本上所有的所述引入的含co2气体在所述多个燃料电池堆的所述阴极中处理。

实施方式24.根据实施方式22或23所述的方法，其中所述含co2气体包括来自燃烧源的排气。

实施方式25.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述导管中的气体具有至少约10.0m/s、或至少约15.0m/s、或至少约20.0m/s的速度。

实施方式26.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述公共容积中的所述引入气体具有约5.0m/s以下、或约3.0m/s以下、或约2.0m/s以下的表观速度。

实施方式27.根据前述实施方式中的任一项所述的方法，其中所述多个处理单元或所述多个燃料电池堆被布置成具有至少两行的处理单元或燃料电池堆，或至少三行的处理单元或燃料电池堆，或至少四行的处理单元或燃料电池堆，其中所述多个处理单元或所述多个燃料电池堆包含至少约25个处理单元或燃料电池堆，或至少约35个处理单元或燃料电池堆，或至少约45个处理单元或燃料电池堆，或其组合。

实施方式28.根据实施方式1至2或5至27中的任一项所述的方法，其中所述多个燃料电池堆的所述阴极中的平均气体流动方向与所述公共容积中的平均气体流动方向基本上对齐。

实施方式29.一种用于在多个处理单元中处理气体的系统，所述系统包含：用于递送气体的至少一个导管；与所述至少一个导管呈流体连通的任选的过渡区域，所述任选的过渡区域任选地具有约15°至约80°的扩张半角；与所述导管和/或所述任选的过渡区域呈流体连通的公共容积，所述任选的过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；布置在所述公共容积内的多个处理单元，所述多个处理单元任选地包含多个燃料电池堆，所述多个处理单元在无中间歧管的情况下与所述公共容积呈流体连通，所述多个处理单元被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比；用于将来自所述多个处理单元的一个或多个第一工艺流道的第一工艺流动排气流传送到所述公共容积外部的多个第一工艺流动歧管；和用于将第二工艺流动输入流递送到所述多个处理单元的所述一个或多个第二流道并将第二工艺流动排气流传送到所述公共容积外部的多个第二工艺流动导管。

实施方式30.一种用于在多个处理单元中处理气体的系统，所述系统包含：用于递送气体的至少一个导管；与所述至少一个导管呈流体连通的任选的过渡区域，所述任选的过渡区域任选地具有约15°至约80°的扩张半角；与所述导管和/或所述任选的过渡区域呈流体连通的公共容积，所述任选的过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；与所述导管并与所述多个处理单元的一个或多个处理单元呈流体连通的一个或多个任选的中间歧管，所述一个或多个任选的中间歧管组合地任选与所述多个燃料电池堆中的少于全部的燃料电池堆、例如所述多个燃料电池堆中约75％以下、或约50％以下、或约33％以下、或约25％以下的燃料电池堆呈直接流体连通；布置在所述公共容积内的多个处理单元，所述多个处理单元任选地包含多个燃料电池堆，任选地所述处理单元的至少一部分在无中间歧管的情况下与所述公共容积呈流体连通，例如所述多个处理单元中至少约25％、或至少约33％、或至少约50％、或至少约75％的处理单元在无中间歧管的情况下与所述公共容积呈流体连通，所述多个处理单元被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比；用于将来自所述多个处理单元的一个或多个第一工艺流道的第一工艺流动排气流传送到所述公共容积外部的多个第一工艺流动歧管；和用于将第二工艺流动输入流递送到所述多个处理单元的所述一个或多个第二流道并将第二工艺流动排气流传送到所述公共容积外部的多个第二工艺流动导管。

实施方式31.一种用于在多个燃料电池中处理气体的系统，所述系统包含：用于递送气体的至少一个导管；与所述至少一个导管呈流体连通的过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角；与所述过渡区域呈流体连通的公共容积，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；布置在所述公共容积内的多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆在无中间歧管的情况下与所述公共容积呈流体连通，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个熔融碳酸盐燃料电池，所述多个燃料电池堆中的每一个中的所述多个熔融碳酸盐燃料电池的阴极与所述公共容积中的平均流动方向基本上对齐；用于递送阳极输入流到所述多个燃料电池堆的阳极并传送阳极排气流到所述公共容积外部的多个阳极流动导管；和用于将来自所述多个燃料电池堆的阴极排气流传送到所述公共容积外部的多个阴极排气歧管。

实施方式32.一种用于在多个燃料电池中处理气体的系统，所述系统包含：用于递送气体的至少一个导管；与所述至少一个导管呈流体连通的公共容积；布置在所述公共容积内的多个燃料电池堆，所述燃料电池堆在无中间歧管的情况下与所述公共容积呈流体连通，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含a)至少约20个燃料电池堆，或b)至少约8个燃料电池堆，所述过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面；用于递送阳极输入流到所述多个燃料电池堆的阳极并传送阳极排气流到所述公共容积外部的多个阳极流动导管；和用于将来自所述多个燃料电池堆的阴极排气流传送到所述公共容积外部的多个阴极排气歧管。

实施方式33.一种用于在多个燃料电池中处理气体的系统，所述系统包含：用于递送气体的至少一个导管；与所述至少一个导管呈流体连通的过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角；与所述过渡区域呈流体连通的公共容积，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；与所述导管并与所述多个燃料电池堆的一个或多个燃料电池堆呈流体连通的一个或多个中间歧管，所述一个或多个中间歧管组合地与所述多个燃料电池堆中的少于全部的燃料电池堆、例如所述多个燃料电池堆中约75％以下、或约50％以下、或约33％以下、或约25％以下的燃料电池堆呈直接流体连通；布置在所述公共容积内的多个燃料电池堆，所述燃料电池堆的至少一部分与所述公共容积呈流体连通，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含a)至少约20个燃料电池堆，或b)至少约8个燃料电池堆，所述过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面；用于递送阳极输入流到所述多个燃料电池堆的阳极并传送阳极排气流到所述公共容积外部的多个阳极流动导管；和用于将来自所述多个燃料电池堆的阴极排气流传送到所述公共容积外部的多个阴极排气歧管。

实施方式34.一种用于在多个燃料电池中处理气体的系统，所述系统包含：用于递送气体的至少一个导管；与所述至少一个导管呈流体连通的过渡区域，所述过渡区域具有约15°至约80°的扩张半角；与所述过渡区域呈流体连通的公共容积，所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约25％；布置在所述公共容积内的多个燃料电池堆，所述燃料电池堆的至少一部分在无中间歧管的情况下与所述公共容积呈流体连通，例如所述多个燃料电池堆中的至少约25％、或至少约33％、或至少约50％、或至少约75％的燃料电池堆在无中间歧管的情况下与所述公共容积呈流体连通，所述多个燃料电池堆被布置成具有约0.2至约5.0的行/列比(r/c)，所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个燃料电池，所述多个燃料电池堆包含a)至少约20个燃料电池堆，或b)至少约8个燃料电池堆，所述过渡区域与所述公共容积的交界在所述公共容积的侧面；用于递送阳极输入流到所述多个燃料电池堆的阳极并传送阳极排气流到所述公共容积外部的多个阳极流动导管；和用于将来自所述多个燃料电池堆的阴极排气流传送到所述公共容积外部的多个阴极排气歧管。

实施方式35.根据实施方式29至34中的任一项所述的系统，其中所述多个处理单元的第一工艺流道入口压力或所述多个燃料电池堆的工艺流道入口压力的变化系数小于约8.0％，或小于约6.0％，或小于约5.0％。

实施方式36.根据实施方式35所述的方法，其中在所述扩张半角下的变化系数与在最小半角下的变化系数的比率为约2.0以下，或约1.8以下，或约1.6以下。

实施方式37.根据实施方式35或36所述的方法，其中所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约50％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％、或至少约99％。

实施方式38.根据实施方式29至31或33至37中的任一项所述的方法，其中所述行/列比为约0.5至约2.0，或其中所述过渡区域的所述扩张半角为约30°至约70°，或其组合。

实施方式39.根据实施方式29至31或33至38中的任一项所述的方法，其中所述过渡区域在与所述公共容积的交界处的宽度为所述公共容积的宽度的至少约50％、或至少约70％、或至少约80％、或至少约90％、或至少约99％。

实施方式40.根据实施方式30至39中的任一项所述的方法，其中所述多个燃料电池堆的所述工艺流道包括燃料电池阴极。

实施方式41.根据实施方式30至40中的任一项所述的方法，其中所述多个燃料电池堆中的每一个包含多个熔融碳酸盐燃料电池。

实施方式42.根据实施方式29至41中的任一项所述的方法，其中所述引入气体包括含co2气体。

实施方式43.根据实施方式42所述的方法，其中基本上所有的所述引入的含co2气体在所述多个燃料电池堆的燃料电池阴极中处理。

实施方式44.根据实施方式42或43所述的方法，其中所述含co2气体包括来自燃烧源的排气。

实施方式45.根据实施方式29至44中的任一项所述的方法，其中所述导管中的所述气体具有至少约10.0m/s、或至少约15.0m/s、或至少约20.0m/s的速度。

实施方式46.根据实施方式29至45中的任一项所述的方法，其中所述公共容积中的所述引入气体具有约5.0m/s以下、或约3.0m/s以下、或约2.0m/s以下的表观速度。

实施方式47.根据实施方式29至46中的任一项所述的方法，其中所述多个处理单元或所述多个燃料电池堆被布置成具有至少两行的处理单元或燃料电池堆，或至少三行的处理单元或燃料电池堆，或至少四行的处理单元或燃料电池堆，其中所述多个处理单元或所述多个燃料电池堆包含至少约25个处理单元或燃料电池堆，或至少约35个处理单元或燃料电池堆，或至少约45个处理单元或燃料电池堆，或其组合。

实施方式48.根据实施方式30至47中的任一项所述的方法，其中所述多个燃料电池堆的所述阴极中的平均气体流动方向与所述公共容积中的平均气体流动方向基本上对齐。

虽然已经通过参考特定实施方式描述和例示了本发明，但是本领域普通技术人员应理解，本发明适用于本文未必示出的变化形式。因此，为了确定本发明的真实范围，应当仅仅参考所附权利要求。