利用带有REP的燃料电池系统生成氢气的制作方法

背景技术：

1、本技术总体上涉及通过将重整电解器-净化器(“rep”)与高温燃料电池结合来生成h2(“氢气”)的领域。具体地，rep可以与燃料电池一起使用来生成氢气。rep和包括rep的系统的示例在pct公开no.wo 2015/116964中有描述，其已转让给本技术的受让人。

2、rep需要部分重整的燃料，以便在运行期间在rep内保持均匀的温度分布和热平衡。例如，存在比重整过程所需的更多的少量ch4(“甲烷”)可能会对在rep中提供一致的温度分布有重大影响。但是，重整燃料通常需要燃料制备、转化和重整供热方面的专用设备，这可能会增加系统的成本和复杂性以及附加设备的运行成本。因此，将期望的进料制备和部分重整方法并入燃料电池系统中的燃料电池中可能是有利的。

技术实现思路

1、一个实施方案涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括燃料电池，燃料电池具有阳极和阴极，阴极配置为输出阴极排气。燃料电池配置为生成废热。燃料电池系统还包括重整器，重整器配置为利用废热对进料气进行部分重整，并输出含氢流。燃料电池系统还包括rep，rep具有rep阳极和rep阴极，rep阳极配置为接收含氢流的第一部分。

2、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的一个方面，热交换器配置为利用废热加热进料气并输出加热的进料气。废热在阴极排气中被传送到热交换器。重整器配置为接收加热的进料气。

3、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池配置为接收含氢流的剩余部分。

4、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括间接重整单元，间接重整单元设置在阳极上。间接重整单元配置为进一步重整含氢流并输出燃料转化气。

5、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料转化气的第一部分是由rep阳极接收的含氢流的第一部分，并且阳极配置为接收燃料转化气的剩余部分。

6、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，rep阳极配置为接收从阳极输出的阳极排气的一部分。

7、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，阳极配置为接收从间接重整单元输出的燃料转化气的剩余部分。

8、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括阳极气体氧化器(“ago”)，该阳极气体氧化器配置为从阳极接收阳极排气，并用来自空气供应装置的空气氧化阳极排气；和传热元件，该传热元件设置在ago中。燃料电池系统配置为将燃料转化气的第一部分与来自水供应装置的水混合以形成含水的进料气。传热元件配置为接收含水的进料气，并将来自ago中的氧化反应的热量传递给含水的进料气。

9、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，rep阳极配置为从传热元件接收含水的进料气。

10、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括第二重整器，该第二重整器设置在传热元件与rep阳极之间。第二重整器配置为在将含水的进料气引入到rep阳极之前进一步重整含水的进料气。

11、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，重整器配置为接收来自ago中的氧化反应的热量。

12、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括阳极气体氧化器(“ago”)，该阳极气体氧化器配置为从阳极接收阳极排气。ago配置为用来自空气供应装置的空气氧化阳极排气。

13、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，ago配置为从rep阴极接收加热的吹扫气。

14、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括传热元件，该传热元件设置在ago中。燃料电池系统配置为将含氢流的第一部分与来自水供应装置的水混合以形成含水的进料气。传热元件配置为接收含水的进料气，并将来自ago中的氧化反应的热量传递给含水的进料气。

15、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，rep阳极配置为从传热元件接收含水的进料气。

16、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括第二重整器，该第二重整器设置在传热元件和rep阳极之间。第二重整器配置为在将含水的进料气引入到rep阳极之前进一步重整含水的进料气。

17、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，重整器配置为接收来自ago中的氧化反应的热量。

18、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括传热元件，该传热元件设置在ago中，并且配置为从空气供应装置接收空气，并将来自ago中的氧化反应的热量传递给通过传热元件的空气。

19、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，rep阴极配置为接收通过传热元件的空气作为吹扫气。

20、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，rep阳极配置为从水供应装置接收蒸汽。

21、另一实施方案涉及一种操作燃料电池系统的方法，包括：提供具有阳极和阴极的燃料电池；提供重整器；以及提供具有rep阳极和rep阴极的rep。该方法还包括：从燃料电池生成废热；以及用废热加热进料气，形成加热的进料气。该方法还包括：在重整器中部分重整加热的进料气并输出含氢流；以及将含氢流的第一部分供给到rep阳极。

22、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的一个方面，该方法还包括用来自水供应装置的蒸汽将含氢流的第一部分水合以形成含水的进料气。

23、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的另一方面，该方法还包括：将含氢流的剩余部分供给到阳极；以及从阳极输出阳极排气。

24、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的另一方面，该方法还包括在将含水的进料气引入到rep阳极之前重整含水的进料气。

25、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的另一方面，该方法还包括：在ago中氧化阳极排气；以及将来自ago的热量传递给含水的进料气。

26、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的另一方面，该方法还包括：将来自ago的热量传递给来自空气供应装置的空气；以及将加热的空气供给到rep阴极用作吹扫气。

27、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的另一方面，吹扫气在整个rep阴极上保持基本均匀的温度。

28、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的另一方面，该方法还包括：在ago处接收吹扫气；以及用吹扫气氧化阳极排气。

29、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的方法的另一方面，该方法还包括在引入到rep阳极之前，将阳极排气的一部分与含水的进料气混合。

30、另一实施方案涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括供给系统，该供给系统具有水供应装置和燃料供应装置。供给系统配置为净化来自水供应装置的水和来自燃料供应装置的燃料，并且将水和燃料混合以形成含水的进料气。燃料电池系统还包括燃料电池，该燃料电池具有阳极和阴极，阳极配置为接收含水的进料气的第一部分。燃料电池系统还包括重整器-电解器-净化器(“rep”)，该重整器-电解器-净化器具有rep阳极和rep阴极，rep阳极配置为接收含水的进料气的第二部分。

31、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的一个方面，燃料电池系统还包括水处理系统，该水处理系统配置为净化来自水供应装置的水。

32、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括第一热交换器，该第一热交换器配置为接收含水的进料气并使含水的进料气中的至少一部分水蒸发。

33、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括第二热交换器，该第二热交换器配置为接收含水的进料气，并将通过第一热交换器之后剩余的含水的进料气中的水蒸发。

34、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括重整器，该重整器配置为将含水的进料气的一部分重整为氢气。

35、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统还包括氢气净化装置或氢气加压装置中的至少一种，氢气净化装置或氢气加压装置配置为将从rep阳极输出的氢气的至少一部分再循环到供给系统。

36、在可与以上实施方案和方面以任何组合相结合的燃料电池系统的另一方面，燃料电池系统配置为将来自rep阳极的氢气与含水的进料气混合。