2
СИСТЕМА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С УЛАВЛИВАНИЕМ СО

1. Система рециркуляции на основе топливного элемента, включающая:
топливный элемент, включающий анод, выполненный с возможностью образования горячего отходящего потока анода, причем анод включает вход и выход;
цикл рекуперации отходящего тепла, выполненный с возможностью выработки энергии из охлаждения горячего отходящего потока анода;
компрессор, выполненный с возможностью сжатия отходящего газа, охлажденного посредством цикла рекуперации отходящего тепла;
расширитель, выполненный с возможностью расширения и охлаждения сжатого отходящего газа, и
2
2
2
теплообменную систему, выполненную с возможностью приема по меньшей мере части расширенного газа и предварительного охлаждения сжатого отходящего газа цикла рекуперации отходящего тепла перед охлаждением посредством расширителя, а также выполненную с возможностью удаления посредством фазового перехода воды (HO) и диоксида углерода (CO) из отходящего газа, проходящего через цикл рекуперации отходящего тепла, а также выполненную с возможностью образования потока топлива, который возвращают на вход анода топливного элемента, с более высокой молярной концентрацией монооксида углерода (CO) и водорода (H) в топливе, чем изначально присутствовала в отходящем газе анода топливного элемента перед поступлением в цикл рекуперации отходящего тепла.
2. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.1, в которой топливный элемент включает твердооксидный топливный элемент.
3. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.1, в которой цикл рекуперации отходящего тепла включает органический цикл Ренкина.
2
4. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.1, в которой теплообменная система и расширитель совместно выполнены с возможностью удаления CO в твердой форме, конденсированной из расширенного газа, образованного посредством расширителя, в жидкой форме, конденсированной из потока топлива, образованного посредством теплообменной системы перед возвращением потока топлива на вход топливного элемента, или в обеих формах.
5. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.1, дополнительно включающая охлаждающее устройство с электрическим приводом, выполненное с возможностью дополнительного охлаждения сжатого отходящего газа цикла рекуперации отходящего тепла, проходящего через теплообменную систему.
2
6. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.5, в которой охлаждающее устройство с электрическим приводом и теплообменная система совместно выполнены с возможностью удаления CO в твердой форме, конденсированной из потока топлива, образованного посредством теплообменной системы, перед возращением потока топлива на вход топливного элемента, в жидкой форме, конденсированной из потока топлива, образованного посредством теплообменной системы, перед возращением потока топлива на вход топливного элемента, или в обеих формах.
7. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.1, в которой топливный элемент, цикл рекуперации отходящего тепла, компрессор, расширитель и теплообменная система совместно обеспечивают работу топливного элемента с коэффициентом полезного действия более приблизительно 50%.
8. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.1, в которой топливный элемент дополнительно включает катод, выполненный с возможностью выработки дополнительного количества тепла, приводящего в действие цикл рекуперации отходящего тепла, так что энергия, вырабатываемая посредством цикла рекуперации отходящего тепла, больше энергии, вырабатываемой посредством цикла рекуперации отходящего тепла только за счет охлаждения горячего анода.
9. Система рециркуляции на основе топливного элемента, включающая:
топливный элемент, включающий анод, выполненный с возможностью образования горячего отходящего газа, причем анод включает вход и выход;
цикл рекуперации отходящего тепла, выполненный с возможностью выработки энергии из охлаждения горячего анода, и
2
2
2
теплообменную систему, выполненную с возможностью удаления посредством фазового перехода воды (HO) и диоксида углерода (CO) из отходящего газа, проходящего через цикл рекуперации отходящего тепла, а также выполненную с возможностью образования потока топлива, который возвращают на вход анода топливного элемента, с более высокой молярной концентрацией монооксида углерода (CO) и водорода (H) в топливе, чем изначально присутствовала в отходящем газе анода топливного элемента перед поступлением в цикл рекуперации отходящего тепла.
10. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.9, в которой топливный элемент включает твердооксидный топливный элемент.
11. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.9, в которой цикл рекуперации отходящего тепла включает органический цикл Ренкина.
12. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.9, дополнительно включающая охлаждающее устройство с электрическим приводом, выполненное с возможностью дополнительного охлаждения отходящего газа цикла рекуперации отходящего тепла, проходящего через теплообменную систему.
2
13. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.12, в которой охлаждающее устройство с электрическим приводом и теплообменная система совместно выполнены с возможностью удаления CO в твердой форме, конденсированной из потока топлива, образованного посредством теплообменной системы, перед возращением потока топлива на вход топливного элемента, в жидкой форме, конденсированной из потока топлива, образованного посредством теплообменной системы, перед возращением потока топлива на вход топливного элемента, или в обеих формах.
14. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.9, дополнительно включающая:
компрессор, выполненный с возможностью сжатия отходящего газа, образованного посредством цикла рекуперации отходящего тепла, и
расширитель, выполненный с возможностью расширения и охлаждения сжатого отходящего газа, где теплообменная система дополнительно выполнена с возможностью приема по меньшей мере части расширенного газа и предварительного охлаждения сжатого отходящего газа цикла рекуперации отходящего тепла перед охлаждением посредством расширителя.
2
15. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.14, в которой теплообменная система и расширитель совместно выполнены с возможностью удаления CO в твердой форме, конденсированной из расширенного газа, образованного посредством расширителя.
16. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.9, в которой топливный элемент, цикл рекуперации отходящего тепла и теплообменная система совместно обеспечивают работу ТОТЭ с коэффициентом полезного действия более приблизительно 50%.
17. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.9, в которой топливный элемент дополнительно включает катод, выполненный с возможностью выработки дополнительного количества тепла, приводящего в действие цикл рекуперации отходящего тепла, так что энергия, вырабатываемая посредством цикла рекуперации отходящего тепла, больше энергии, вырабатываемой посредством цикла рекуперации отходящего тепла только за счет охлаждения горячего анода.
18. Система рециркуляции на основе топливного элемента, включающая:
2
систему риформинга углеводородного топлива, выполненную с возможностью образования монооксида углерода (CO) и водорода (H);
2
реактор для осуществления конверсии водяного газа, выполненный с возможностью преобразования CO в диоксид углерода (CO);
2
2
теплообменную систему, выполненную с возможностью нагревания H и удаления CO в твердой форме, в жидкой форме, или в обеих формах;
2
топливный элемент, включающий анод, выполненный с возможностью образования горячего отходящего газа под действием потока H из теплообменной системы, причем анод включает вход и выход, и
цикл рекуперации отходящего тепла, выполненный с возможностью выработки энергии из охлаждения горячего анода.
19. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.18, в которой топливный элемент включает твердооксидный топливный элемент.
20. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.18, в которой цикл рекуперации отходящего тепла включает органический цикл Ренкина.
2
2
21. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.18, дополнительно включающая канал для рециркуляции H, выполненный с возможностью возращения потока только H топлива из выходящего потока цикла рекуперации отходящего тепла на вход анода топливного элемента.
2
22. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.18, дополнительно включающая охлаждающее устройство с электрическим приводом, выполненное с возможностью дополнительного охлаждения CO, проходящего через теплообменную систему.
23. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.18, дополнительно включающая:
компрессор, выполненный с возможностью сжатия отходящего газа, образованного посредством цикла рекуперации отходящего тепла, и
расширитель, выполненный с возможностью расширения и охлаждения сжатого отходящего газа, где теплообменная система дополнительно выполнена с возможностью приема по меньшей мере части расширенного газа и предварительного охлаждения сжатого отходящего газа цикла рекуперации отходящего тепла перед охлаждением посредством расширителя.
2
24. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.23, в которой теплообменная система и расширитель совместно выполнены с возможностью удаления CO в твердой форме, конденсированной из расширенного газа, образованного посредством расширителя.
25. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.18, в которой система риформинга углеводородного топлива, реактор для осуществления конверсии водяного газа, теплообменная система, топливный элемент и система рекуперации отходящего тепла совместно обеспечивают работу топливного элемента с коэффициентом полезного действия более приблизительно 50%.
26. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.18, в которой топливный элемент дополнительно включает катод, выполненный с возможностью выработки дополнительного количества тепла, приводящего в действие цикл рекуперации отходящего тепла, так что энергия, вырабатываемая посредством цикла рекуперации отходящего тепла, больше энергии, вырабатываемой посредством ОЦР только за счет охлаждения горячего анода.
27. Система рециркуляции на основе топливного элемента, включающая:
топливный элемент, включающий анод, выполненный с возможностью образования горячего отходящего газа, причем анод включает вход и выход;
систему риформинга углеводородного топлива, выполненную с возможностью удаления углерода из углеводородного топлива и введения подвергнутого риформингу топлива в систему рециркуляции на основе топливного элемента ниже по потоку от выхода анода топливного элемента;
цикл рекуперации отходящего тепла, выполненный с возможностью выработки энергии из охлаждения горячего анода;
компрессор, выполненный с возможностью сжатия отходящего газа, охлажденного посредством цикла рекуперации отходящего тепла;
расширитель, выполненный с возможностью расширения и охлаждения сжатого отходящего газа, и
2
2
2
теплообменную систему, выполненную с возможностью приема по меньшей мере части расширенного газа и предварительного охлаждения сжатого отходящего газа цикла рекуперации отходящего тепла перед охлаждением посредством расширителя, а также выполненную с возможностью удаления посредством фазового перехода воды (HO) и диоксида углерода (CO) из отходящего газа, проходящего через цикл рекуперации отходящего тепла, а также выполненную с возможностью образования потока топлива, который возвращают на вход анода топливного элемента, с более высокой молярной концентрацией монооксида углерода (CO) и водорода (H) в топливе, чем изначально присутствовала в отходящем газе анода топливного элемента перед поступлением в цикл рекуперации отходящего тепла.
28. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.27, в которой топливный элемент включает твердооксидный топливный элемент.
29. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.27, в которой цикл рекуперации отходящего тепла включает органический цикл Ренкина.
2
30. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.27, в которой теплообменная система и расширитель совместно выполнены с возможностью удаления CO в твердой форме, конденсированной из расширенного газа, образованного посредством расширителя, в жидкой форме, конденсированной из потока топлива, образованного посредством теплообменной системы перед возвращением потока топлива на вход топливного элемента, или в обеих формах.
31. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.27, в которой топливный элемент, система риформинга топлива, цикл рекуперации отходящего тепла, компрессор, расширитель и теплообменная система совместно обеспечивают работу топливного элемента с коэффициентом полезного действия более приблизительно 50%.
32. Система рециркуляции на основе топливного элемента по п.27, в которой топливный элемент дополнительно включает катод, выполненный с возможностью выработки дополнительного количества тепла, приводящего в действие цикл рекуперации отходящего тепла, так что энергия, вырабатываемая посредством цикла рекуперации отходящего тепла, больше энергии, вырабатываемой посредством цикла рекуперации отходящего тепла только за счет охлаждения горячего анода.