熔融碳酸盐燃料电池在钢铁加工中的集成制造技术

在各种方面中，提供了与铁和/或钢生产工艺一起运行熔融碳酸盐燃料电池的系统和方法。该系统和方法可提供工艺改进，如提高的效率、生产每吨产品的碳排放降低或作为该系统的集成部分的碳排放的捕集简化。可以降低单独工艺数和整个生产系统的复杂性，同时提供燃料原料和向这些工艺供能所需的各种化学、热和电输出的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】熔融碳酸盐燃料电池在钢铁加工中的集成专利
在各种方面中，本专利技术涉及熔融碳酸盐燃料电池在铁或钢的加工和/或生产中的用途。专利技术背景尽管正在进行研究以改进该工艺，但仍可看出由铁矿生产铁和钢的现代方法与早期历史方法有联系。传统技术仍涉及在炉中在固体含碳材料如焦炭存在下加热铁矿。由于该工艺的性质，包括用于形成熔融铁(和其它金属)的巨大热需求，用于还原铁氧化物以形成铁的传统工艺还导致生成相当大量的二氧化碳。这部分归因于在典型工艺中使用煤或其它高污染燃料提供必要的热。熔融碳酸盐燃料电池利用氢气和/或其它燃料发电。生成用于熔融碳酸盐燃料电池的氢气的选项包括在燃料电池的阳极内重整甲烷或其它可重整燃料或在燃料电池内部或外部的相关重整区中重整燃料。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/或氧反应产生含氢的气态产物的烃质材料。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。这种最大化可基于燃料电池独自或与另一发电系统结合。为了实现提高的发电量和管理热发生，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程。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分离单元，所述分离单元构造成接收阳极排气料流并分离氢气。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是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一般类型提到燃料电池。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使得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)输入生成甲烷的气化器的输入。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。因此，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。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。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文章中描述的模拟建立了660℃的最大出口温度并指出入口温度必须足够更冷以说明经过燃料电池的温升。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封存(CO2sequestration)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。模型参数描述了50.3％的MCFC电效率。美国专利申请公开2013/0081516描述了由矿石不经造粒或压块直接生产铁板(ironslabs)和铁块(nuggets)的方法。该方法包括形成铁矿细粒与碳源(如生物质、焦炭或煤)细粒的混合物。使该细粒混合物通过线性炉以形成金属铁。可以使用过量的生物质、焦炭或煤以便过量生成CO和H2，它们可作为合成气从炉中的气相环境中回收。美国专利6,524,356描述了一种在竖式炉中使用重整甲烷作为合成气来源进行直接铁还原的方法。该方法进一步描述了将额外的天然气引入竖式炉中作为并入铁中的碳源。专利技术概述一方面，提供了一种生产铁或钢的方法。该方法包括将包含可重整燃料的燃料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与所述阳极相关的内部重整元件或其组合；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入燃料电池的阴极；在所述熔融碳酸盐燃料电池内发电；从阳极排气中取出包含CO的气流，所述阳极排气具有大约500kPag或更低的压力；和将从阳极排气中取出的气流引入生产铁、钢或其组合的工艺中。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“IntegratedPowerGenerationandCarbonCaptureusingFuelCells”的2013EM109-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM272-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCellsataReducedElectricalEfficiency”的2013EM273-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM274-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM277-WO；名称为“IntegratedCarbonCaptureandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM278-WO；名称为“IntegratedPowerGenerationandChemicalProductionusingFuelCells”的2013EM279-WO；名称为“IntegratedOperationofMoltenCarbonateFuelCells”的2013EM285-W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产铁和/或钢的方法，所述方法包括：将包含可重整燃料的燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与所述阳极相关的内部重整元件、或它们的组合；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阴极；在熔融碳酸盐燃料电池内发电；从阳极排气中取出包含CO的第一气体料流，所述阳极排气具有大约500kPag或更低的压力；和将从阳极排气中取出的第一气体料流引入铁和/或钢生产工艺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/787,587;2013.03.15 US 61/787,697;1.一种生产铁和/或钢的方法，所述方法包括：将包含可重整燃料的燃料料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阳极、与所述阳极相关的内部重整元件、或它们的组合；将包含CO2和O2的阴极入口料流引入熔融碳酸盐燃料电池的阴极；在熔融碳酸盐燃料电池内发电；从阳极排气中取出包含CO的第一气体料流，所述阳极排气具有500kPag或更低的压力；和将从阳极排气中取出的第一气体料流引入铁和/或钢生产工艺。2.权利要求1的方法，其进一步包括利用生成的电向铁和/或钢生产工艺供热。3.权利要求1的方法，其进一步包括从阳极排气中取出包含H2的第二气体料流并利用第二气体料流作为用于加热铁和/或钢生产工艺的燃料。4.权利要求1的方法，其进一步包括从阳极排气、从阳极排气中取出的第一气体料流、或它们的组合中分离水，并使用分离的水洗涤工艺炉渣。5.权利要求1的方法，其中所述阴极入口料流包含至少一部分由铁和/或钢生产工艺产生的含CO2的排气。6.权利要求5的方法，其进一步包括从由铁和/或钢生产工艺产生的含CO2的排气中分离CO2。7.权利要求1的方法，其进一步包括在将取出的第一气体料流引入铁和/或钢生产工艺之前，使取出的第一气体料流在有效水煤气变换条件下暴露在水煤气变换催化剂下。8.权利要求1的方法，其中以1.0或更低的热比率运行所述熔融碳酸盐燃料电池以发电，所述方法进一步包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·贝洛维茨，T·A·巴尔克霍尔兹，A·S·李，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：发明
国别省市：美国;US