KR101209704B1 - 순산소연소 발전시스템 및 그의 정제방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소유닛에서 배출되는 배기가스 내의 이산화탄소의 회수율을 높일 수 있는 순산소연소 발전시스템 및 그의 이산화탄소 정제방법에 관한 것이다.
개시된 본 발명은 산소를 생성하는 공기분리유닛, 산소에 의해 연료를 연소하는 연소유닛, 및 상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스 스트림내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제유닛을 포함하는 순산소연소 발전시스템에 있어서, 상기 연소유닛과 이산화탄소 정제유닛 사이에는 배출통로가 연결되고, 상기 배출통로 상에는 배기가스 압축기 및 드라이어가 설치되며, 상기 이산화탄소 정제유닛의 일측에는 벤트가스 통로가 접속되고, 벤트가스 통로의 도중에는 하나 이상의 이산화탄소 흡착유닛이 설치되며, 이산화탄소 흡착유닛의 일측에는 재순환통로가 접속되고, 상기 재순환통로는 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 연장되는 것을 특징으로 한다.

Description

순산소연소 발전시스템 및 그의 정제방법{OXY-FUEL COMBUSTION POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR PURIFICATION CARBON DIOXIDE OF THE SAME}
본 발명은 순산소연소 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소유닛에서 배출되는 배기가스 내의 이산화탄소의 회수율을 높일 수 있는 순산소연소 발전시스템 및 그의 이산화탄소 정제방법에 관한 것이다.
널리 주지된 바와 같이, 발전설비(power plant)는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 연소시킴으로써 발전시키고, 전통적으로 산화제로서 공기를 이용하는 공기 연소(air combustion)가 적용되어 왔었다. 하지만, 이러한 전통적인 공기 연소방식은 공기 내에 불활성가스인 질소가 대략 79% 정도 함유되어 있으므로 공기 연소시 발열량 중의 상당 부분이 질소를 가열하는데 소모되어 화염온도가 저하되고, 연소된 후에 고온가스의 배출에 따른 열손실이 상당히 크며, 아울러 배가스(flue gas) 중의 이산화탄소 농도가 13~16% 정도로 낮고, 배가스의 유량도 많아지므로 고농도의 이산화탄소 회수에 상당한 비용이 소요될 뿐만 아니라 NOx의 제거가 어려운 단점이 있었다.
이에, 최근에는 연료의 산화제로서 공기 대신에 산소 특히, 95% 이상의 순산소를 이용하여 연료를 연소시키는 순산소 연소방식이 다양하게 연구, 개발되고 있다. 이러한 순산소 연소방식은 질소가 거의 제거된 조건이므로 연소가스의 량이 75~80% 정도 감소되고, 복사율이 높은 고농도의 이산화탄소(CO2) 및 H2O로만 구성되어 복사 열전달량이 증가하며, 연소된 후의 배가스를 통한 에너지 손실은 크게 감소되어 에너지 이용효율이 증가되는 효과가 있으며, 배가스 중의 이산화탄소 농도가 90% 이상이므로 고농도의 이산화탄소의 회수효율이 높을 분만 아니라 NOx 문제의 해결이 용이한 장점이 있다. 특히, 순산소 연소방식은 배출가스 내의 이산화탄소 농도를 높여 이산화탄소의 포집효율이 향상시킴으로써 지구 온난화의 원인으로 지목되는 이산화탄소의 배출을 감축할 수 있는 최근의 추세에 부합하는 장점이 있다.
한편, 종래의 순산소연소 발전시스템은 순산소를 생산하는 공기분리유닛(Air Separation Unit; ASU), 보일러 등과 같은 연소유닛(Combustion Unit), 연소유닛에서 배출되는 배기가스(flue gas) 내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제유닛(CO2 Purification Unit; CPU) 등으로 구성되며, 공기분리유닛에 의해 생산된 순산소를 연료와 함께 연소유닛 측으로 공급하여 연소유닛 내에서 연소시킴으로써 발전시키고, 연소유닛에서 배출되는 배기가스는 이산화탄소 정제유닛에서 정제 및 압축된 후에 지중 저장되며, 이산화탄소가 정제된 벤트가스(vent gas)는 외부로 배출된다.
하지만, 종래의 순산소연소 발전시스템은 공기분리유닛, 연소유닛, 이산화탄소 정제유닛 각각에 동력이 개별적으로 소요되도록 구성되어 있으므로, 공기분리유닛의 산소 생산, 이산화탄소 정제유닛의 이산화탄소 정제 및 압축 등에 소요되는 동력비에 따른 발전효율이 상대적으로 낮은 단점이 있었다.
특히, 종래의 순산소연소 발전시스템은 연소유닛에서 배출되는 배기가스의 압축 및 배기가스 내의 이산화탄소가 정제된 벤트가스의 팽창 시에 상대적으로 많은 동력이 소비되므로 전체적인 에너지 효율이 저하되는 단점이 있었다.
그리고, 종래의 순산소연소 발전시스템은 이산화탄소 정제유닛이 심랭방식을 통해 배기가스 내의 이산화탄소를 분리하는 방식을 채택하고 있지만, 이산화탄소는 압력 0.5MPa, 온도 -56.5℃에서 삼중점을 가져 그 이하의 온도로 냉각시킬 수 없으므로 이산화탄소의 회수율을 증대시킴에 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 공기분리유닛, 이산화탄소 정제유닛 각각에서 소요되는 동력의 낭비를 방지함과 더불어 이산화탄소의 회수율을 증대시킬 수 있는 순산소연소 발전시스템 및 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는, 산소를 생성하는 공기분리유닛, 산소에 의해 연료를 연소하는 연소유닛, 및 상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스 스트림내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제유닛을 포함하는 순산소연소 발전시스템에 관한 것으로,
상기 연소유닛과 이산화탄소 정제유닛 사이에는 배출통로가 연결되고, 상기 배출통로 상에는 배기가스 압축기 및 드라이어가 설치되며,
상기 이산화탄소 정제유닛의 일측에는 벤트가스 통로가 접속되고, 벤트가스 통로의 도중에는 하나 이상의 이산화탄소 흡착유닛이 설치되며, 이산화탄소 흡착유닛의 일측에는 재순환통로가 접속되고, 상기 재순환통로는 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 연장되는 것을 특징으로 한다.
상기 재순환통로 상에는 재순환용 압축기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착유닛의 토출측에는 벤트가스 재순환통로가 접속되고, 상기 벤트가스 재순환통로는 상기 공기분리유닛으로 연장되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착유닛은 하나의 이산화탄소 흡착유닛으로 구성되고, 상기 이산화탄소 흡착유닛에 의해 이산화탄소 스트림 및 벤트가스 스트림으로 분리되며, 상기 이산화탄소 스트림은 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 안내되고, 상기 벤트가스 스트림은 상기 공기분리유닛측으로 안내되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착유닛은 제1 및 제2 이산화탄소 흡착유닛으로 구성되고, 상기 제1이산화탄소 흡착유닛의 일측에는 제1재순환통로가 접속되며, 상기 제1재순환통로는 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 연장되고,
상기 제2이산화탄소 흡착유닛의 일측에는 제2재순환통로가 접속되며, 상기 제2재순환통로는 상기 제2재순환통로의 하류측 단부는 상기 드라이어 측에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기분리유닛의 일측에는 질소 도입배관이 접속되고, 상기 질소 도입배관의 하류측 단부는 상기 드라이어측에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 배출통로 및 벤트가스 통로를 가로질러 터보 익스팬더가 설치되고, 상기 터보 익스팬더는 배기가스 스트림을 압축하는 압축기 및 상기 압축기에 샤프트를 매개로 연결되는 팽창기로 구성되며,
상기 팽창기는 상기 벤트가스 통로의 도중에 설치되고, 상기 압축기는 상기 배출통로의 도중에 설치되며, 상기 팽창기 내에서 벤트가스 스트림이 팽창함에 따라 발생하는 회수에너지에 의해 상기 압축기가 작동하는 것을 특징으로 한다.
상기 팽창기의 입구 측에는 히터가 설치되고, 상기 히터는 상기 배기가스 압축기 또는 상기 공기분리유닛의 압축기에서 발생하는 압축열을 회수하여 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 정제유닛은,
상기 배출통로의 하류측 단부에 설치된 제1상분리기, 상기 제1상분리기측에 직렬로 연결된 제2상분리기, 상기 배출통로로 안내되는 배기가스 스트림을 냉각하는 열교환기, 제1 및 제2 상분리기로부터 각각 분리된 액상의 이산화탄소 스트림을 압축하는 압축부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1상분리기의 상부에는 제1기상 통로가 접속되고, 상기 제1상분리기의 하부에는 제1액상 통로가 접속되며, 상기 제1상분리기의 제1액상 통로는 상기 열교환기를 관통한 후에 상기 압축부에 연결되고, 상기 제1액상 통로에는 제1감압밸브가 설치되며,
상기 제2상분리기는 상기 제1기상 통로를 통해 제1상분리기에 직렬로 연결되고, 상기 제2상분리기의 상부측에는 제2기상 통로가 접속되며, 상기 제2상분리기의 하부측에는 제2액상 통로가 접속되고, 상기 제2기상 통로는 열교환기를 관통한 후에 벤트가스 통로측에 연결되며, 상기 제2액상 통로는 상기 열교환기를 관통한 후에 상기 압축부에 연결되며, 상기 제2액상 통로에는 제2감압밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 압축부는 상기 제1상분리기의 제1액상통로에 연결된 제1압축통로, 상기 제2상분리기의 제2액상통로에 연결된 제2압축통로, 상기 제1 및 제2 압축통로가 합류되어 생성되는 통합통로, 상기 통합통로의 도중에 설치된 제1이산화탄소 압축기, 상기 제2압축통로의 도중에 설치되는 제2이산화탄소 압축기, 상기 제1이산화탄소 압축기의 하류측에 설치되는 제1냉각기, 상기 제2이산화탄소 압축기의 하류측에 설치되는 제2냉각기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태는 산소를 생성하는 공기분리유닛, 산소에 의해 연료를 연소하는 연소유닛, 및 상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스 스트림 내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제유닛을 포함하는 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법에 관한 것으로,
상기 배기가스 스트림을 압축시키는 배기가스 압축단계;
상기 이산화탄소 정제유닛의 열교환기를 통해 상기 배기가스 스트림을 냉각시킨 후에 상기 이산화탄소 정제유닛의 상분리기를 통해 액상의 이산화탄소 스트림과 기상의 벤트가스 스트림으로 분리하는 이산화탄소 분리단계;
상기 분리된 벤트가스 스트림 내에서 이산화탄소를 흡착함으로써 이산화탄소 스트림 및 정제된 벤트가스 스트림을 분리하는 이산화탄소 흡착단계;
상기 이산화탄소 흡착단계에서 분리된 이산화탄소 스트림을 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 재순환시키는 이산화탄소 재순환단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착단계에서 분리된 벤트가스 스트림을 상기 공기분리유닛 측으로 재순환시키는 벤트가스 재순환단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배기가스 압축단계와 상기 이산화탄소 분리단계 사이에는 상기 벤트가스 스트림을 팽창시킴으로써 생성되는 회수에너지를 이용하여 상기 배기가스 스트림을 추가적으로 압축하는 압축단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 흡착단계는 상기 벤트가스 스트림 내의 이산화탄소를 2번 이상으로 흡착하여 이산화탄소 스트림 및 정제된 벤트가스 스트림으로 분리하는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화탄소 분리단계는,
상기 배기가스 스트림을 -20~-30℃로 1차 냉각시킨 후에 95 vol% 이상의 농도를 가진 제1이산화탄소 스트림 및 배기가스 스트림으로 분리하는 제1분리단계; 및
상기 제1분리단계에서 분리된 배기가스 스트림을 -50~-55℃로 2차 냉각시킨 후에 95 vol% 이상의 농도를 가진 제2이산화탄소 스트림 및 벤트가스 스트림으로 분리하는 제2분리단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제1분리단계에서 분리된 제1이산화탄소 스트림을 15~20bar의 압력으로 팽창시킨 후에 열교환기를 통해 상온으로 열교환하고, 상기 제2분리단계에서 분리된 제2이산화탄소 스트림을 5~10bar의 압력으로 팽창시킨 후에 열교환기를 통해 상온으로 열교환하며, 상기 제1 및 제2 이산화탄소 스트림을 합류시킨 후에 압축시키는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 공기분리유닛, 이산화탄소 정제유닛을 유기적으로 연결함으로써 각 부분에 요구되는 동력의 낭비를 최소화하여 소요동력 대비 발전효율을 높일 수 있고, 이와 더불어 이산화탄소의 회수율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 이산화탄소 정제공정에서 발생된 벤트가스 내의 이산화탄소를 흡착시키고, 벤트가스로부터 흡착된 이산화탄소를 이산화탄소 정제유닛 측으로 재순환시킴으로써 이산화탄소의 회수율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 정제된 벤트가스를 공기분리유닛측으로 재순환시킴으로써 공기분리유닛의 전력 소모량 감소 및 산소의 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한 구체적인 실시도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한 구체적인 실시도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한 구체적인 실시도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법을 도시한 공정도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 순산소연소 발전시스템은 순산소를 생성하는 공기분리유닛(10, Air Separation Unit), 보일러 등과 같은 연소유닛(Combustion Unit), 연소유닛(10)에서 배출되는 배기가스(flue gas) 내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제유닛(30, CO2 Purification Unit)을 포함한다.
공기분리유닛(10)의 상류측에는 외부의 공기를 압축하는 압축기(11)가 설치되고, 이에 공기분리유닛(10)은 압축기(11)를 통해 압축된 공기 내에서 질소, 기타 불순물 등을 분리하여 산소를 생성한다.
연소유닛(20)은 보일러 등으로 구성되고, 연소유닛(20)는 공기분리유닛(10)에서 공급된 산소(12)에 의해 연료(21)를 연소시키며, 연소유닛(20)에는 터빈 등이 연결된다. 그리고, 연소유닛(20)의 하류에는 배출통로(22)가 접속되고, 배출통로(22)를 통해 이산화탄소가 농후한 배기가스 스트림(CO2 rich flue gas stream)이 배출된다.
배출통로(22)의 도중 즉, 연소유닛(20)의 하류 측에는 응축기(23)가 설치되고, 응축기(23)는 배출통로(22)를 통과하는 배기가스 스트림 내의 회분(ash) 등과 같은 불순물을 분리함과 더불어 배기가스 스트림을 상온으로 냉각시킨다. 그리고, 응축기(23)의 일측에는 리턴통로(23a)가 접속되고, 리턴통로(23a)는 연소유닛(20)측으로 연장되며, 응축기(23)에서 분리된 불순물은 리턴통로(23a)를 통해 연소유닛(20)측으로 리턴된다. 응축기(23)를 통해 상온으로 냉각된 배기가스 스트림 내에는 대략 75 vol%의 이산화탄소가 포함되어 있다.
응축기(23)의 하류측에는 배기가스 압축기(24)가 설치되고, 배기가스 압축기(24)는 대략 75 vol%의 이산화탄소가 포함된 배기가스 스트림을 대략 20~25 bar까지 압축한다.
이산화탄소 정제유닛(30)은 연소유닛(20)의 배출통로(22)의 하류측에 설치되고, 이산화탄소 정제유닛(30)은 배출통로(22)를 통해 이송되는 배기가스 스트림 내의 이산화탄소를 95 vol%의 순도로 정제한 후에 임계압력 이상인 110 bar 까지 압축하여 분리하며, 이렇게 분리된 고농도의 이산화탄소(39)는 지중 또는 외부의 저장수단(미도시)에 저장된다.
이산화탄소 정제유닛(30)의 일측에는 벤트가스 통로(45)가 접속되고, 이에 이산화탄소 정제유닛(30)에서 분리되지 않은 일부(대략 20~25 vol%)의 이산화탄소가 포함된 벤트가스 스트림(vent gas stream)은 벤트가스 통로(45)를 통해 배출된다.
벤트가스 통로(45)의 도중에는 하나 이상의 이산화탄소 흡착유닛(41)이 설치되고, 이산화탄소 흡착유닛(41)은 벤트가스 내에 함유된 대략 20~25 vol%의 이산화탄소를 흡착함으로써 이산화탄소 스트림(CO2 stream)과 정제된(이산화탄소가 제거된) 벤트가스 스트림을 분리하도록 구성된다.
이와 같이, 이산화탄소 흡착유닛(41)에 의해 분리된 이산화탄소 스트림은 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 재순환되고, 이산화탄소 흡착유닛(41)에 의해 정제된(이산화탄소가 제거된) 벤트가스 스트림은 공기분리유닛(10)측으로 재순환된다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 하나의 이산화탄소 흡착유닛(41)이 설치될 수도 있다. 이산화탄소 흡착유닛(41)의 일측에는 재순환통로(41a)가 접속되며, 재순환통로(41a)는 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 연장되고, 이에 이산화탄소 흡착유닛(41)의 흡착에 의해 포집된 이산화탄소 스트림이 재순환통로(41a)를 통해 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 유입됨으로써 재순환된다. 한편, 이산화탄소 흡착유닛(41)은 온도 스윙 흡착(TSA), 압력 스윙 흡착(PAS), 멤브레인(menbrane) 중에서 어느 하나로 구성되어 벤트가스 내에 함유된 이산화탄소를 흡착하여 포집한다.
그리고, 이산화탄소 흡착유닛(41)의 토출측에는 벤트가스 재순환통로(46)가접속되고, 벤트가스 재순환통로(46)는 공기분리유닛(10)측으로 연장되며, 이에 이산화탄소 흡착유닛(41)의 흡착에 의해 정제된(이산화탄소가 거의 제거된) 벤트가스 스트림은 벤트가스 재순환통로(46)를 통해 공기분리유닛(10)측으로 유입되어 재순환된다.
특히, 벤트가스 재순환통로(46)의 하류측 단부는 압축기(11)의 토출측과 공기분리유닛(10)의 입구측 사이에 접속되도록 구성되고, 이에 공기분리유닛(10)의 압축기(11) 하류 측으로 대기압 보다 높은 압력(대략 5~6bar)을 가진 벤트가스 스트림(vent gas stream)이 재순환됨에 따라 압축기(11)의 동력 소모를 감소시킬 수 있으므로 공기분리유닛(10)에 의한 산소생산의 전력소모량을 절감함과 더불어 산소의 생산단가를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 이산화탄소 흡착유닛(41)의 재순환통로(41a)을 통해 재순환되는 이산화탄소 스트림은 이산화탄소 흡착유닛(41) 내에서 최대 3bar의 압력강하가 일어나므로 재순환통로(41a) 상에는 재순환용 압축기(43)가 설치되고, 재순환용 압축기(43)는 재순환되는 이산화탄소 스트림을 대략 20~25bar의 압력으로 압축시킨다.
이와 같이, 본 발명은 이산화탄소 정제유닛(30)의 하류 측에 설치된 이산화탄소 흡착유닛(41)의 흡착에 의해 포집된 이산화탄소 스트림을 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 재순환시킴으로써 이산화탄소의 회수율을 기존 대비 8~10% 증대시킬 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 순산소연소 발전시스템의 구체적인 실시형태를 도시한 도면이다.
배기가스 압축기(24)의 하류측에는 드라이어(35)가 설치되고, 드라이어(35)는 배기가스 압축기(24)에 의해 압축된 배기가스 스트림 내에서 수분을 제거함으로써 건조된 배기가스 스트림을 생성한다.
배출통로(22) 및 벤트가스 통로(45)를 가로질러 터보 익스팬더(50, turbo expander)가 설치되고, 터보 익스팬더(50)는 배기가스 스트림을 압축하는 압축기(51) 및 이 압축기(51)에 샤프트(53)를 매개로 연결되는 팽창기(52)로 구성된다.
팽창기(52)는 벤트가스 통로(45)의 도중에 설치되며, 팽창기(52)의 입구측에는 히터(54)가 설치되고, 히터(54)는 벤트가스 스트림을 대략 100~150℃ 까지 가열한다. 한편, 히터(54)는 일반적인 전열히터가 적용될 수도 있으나, 본 발명의 히터(54)는 공기분리유닛(10)의 압축기(11) 또는 배기가스 압축기(24)에서 발생된 압축열을 회수하여 사용하도록 구성됨이 바람직할 것이다. 예컨대, 압축기(11) 또는 배기가스 압축기(24)로부터 히터(54)측으로 배관이 연결되고, 이 배관을 통해 압축기(11) 또는 배기가스 압축기(24)의 토출열이 히터(54)측으로 전달됨으로써 히터(54)는 그 토출열에 의해 발열하도록 구성될 수 있다.
이에, 히터(54)에 의해 벤트가스 스트림이 100~150℃까지 가열된 후에 팽창기(52)로 유입되어 대략 6~7bar로 팽창됨에 따라 샤프트(53)를 회전구동시키고, 이 샤프트(53)의 회전구동에 의해 압축기(51)가 작동하고, 이러한 압축기(51)의 작동에 의해 배출통로(22)를 통해 이송되는 20~25bar의 배기가스 스트림은 대략 30~35bar로 압축된다.
이와 같이, 본 발명은 배기가스 압축기(24)에 의해 대략 20~25bar의 압력으로 1차 압축된 후에 터보 익스팬더(50)의 압축기(51)에 의해 대략 30~35bar의 압력으로 2차 압축된다. 즉, 터보 익스팬더(50)에 의해 벤트가스 스트림의 회수에너지를 배기가스 스트림의 압축에 활용하도록 구성됨으로써, 배기가스 스트림의 압축에 이용되는 전력 소모를 줄일 수 있고, 이를 통해 에너지 활용이 매우 유용한 장점이 있다.
그리고, 이산화탄소 흡착유닛(41)은 터보 익스팬더(50)의 팽창기(52)의 토출 측에 설치되고, 이산화탄소 흡착유닛(41)의 재순환통로(41a) 상에는 재순환용 압축기(43)가 설치되며, 재순환통로(41a)의 하류측 단부는 배기가스 압축기(24)와 드라이어(35) 사이의 배출통로(22) 상에 연결된다. 이에 재순환통로(41a)를 통해 안내되는 이산화탄소 스트림은 배출통로(22)의 배기가스 스트림과 합류된 후에 드라이어(35)를 거쳐 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 재순환됨으로써 이산화탄소의 회수율을 증대시킬 수 있다.
이산화탄소 정제유닛(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 배출통로(22)의 하류측 단부에 설치된 제1상분리기(31), 제1상분리기(31)측에 직렬로 연결된 제2상분리기(32), 제1 및 제2 상분리기(31, 32) 사이에 설치된 열교환기(33), 제1 및 제2 상분리기(31, 32)로부터 각각 분리된 이산화탄소 스트림을 압축하는 압축부(38)를 포함한다.
배출통로(22)의 하류측 일부는 열교환기(33)를 관통하여 외부로 인출되고, 배출통로(22)의 하류측 단부는 제1상분리기(31) 측에 접속된다. 제1상분리기(31)의 상부에는 제1기상 통로(31a)가 접속되고, 제1상분리기(31)의 하부에는 제1액상 통로(31b)가 접속된다. 제1상분리기(31)의 제1기상 통로(31a)에는 제2상분리기(32)가 직렬로 연결되고, 제1상분리기(31)의 제1액상 통로(31b)는 열교환기(33)를 관통한 후에 압축부(38)의 제1압축통로(38a)측에 연결되며, 제1액상 통로(31b)에는 제1감압밸브(31c)가 설치된다.
제2상분리기(32)는 제1기상 통로(31a)를 통해 제1상분리기(31)측에 직렬로 연결되고, 제2상분리기(32)의 상부측에는 제2기상 통로(32a)가 접속되며, 제2상분리기(32)의 하부측에는 제2액상 통로(32b)가 접속된다. 제2기상 통로(32a)는 열교환기(33)를 관통한 후에 벤트가스 통로(42)측에 연결된다. 제2액상 통로(32b)는 2번에 걸쳐 열교환기(33)를 관통한 후에 압축부(38)의 제2압축통로(38b)측에 연결되며, 제2액상 통로(32b)에는 제2감압밸브(32c)가 설치된다.
열교환기(33)는 브레이징 방법에 의해 제작된 알루미늄 플레이트 핀 타입의 열교환기로 구성될 수 있고, 배출통로(22)를 통해 안내되는 배기가스 스트림의 온도를 이산화탄소의 삼중점에 근접한 온도까지 냉각시키도록 구성된다.
이에, 배기가스 통로(22a)의 하류 일부가 열교환기(33)를 관통하도록 구성됨에 따라 배기가스 스트림은 열교환기(33) 내에서 약 -20℃ ~ -30℃로 1차 냉각된 후에 제1상분리기(31)에서 대략 95 vol% 이상의 농도를 가진 액체 상태의 제1이산화탄소 스트림이 제1액상 통로(31b)를 통해 분리되고, 1차로 이산화탄소가 분리된 기체 상태의 배기가스 스트림은 제1기상 통로(31a)를 통해 제2상분리기(32)측으로 안내된다. 그런 다음, 제1이산화탄소 스트림은 제1감압밸브(31c)에 의해 대략 15~20bar의 압력으로 팽창된 후에 열교환기(33)를 거치면서 상온으로 열교환되어 액체 상태에서 기체 상태로 상변화되고, 그 후에 압축부(38)의 제1압축통로(38a)로 안내된다.
제1상분리기(31)에서 분리된 배기가스 스트림이 제1기상 통로(31a)를 통해 열교환기(33) 내에서 -50~-55℃로 2차 냉각된 후에 제2상분리기(32)에서 대략 95 vol% 이상의 농도를 가진 액체 상태의 제2이산화탄소 스트림이 제2액상 통로(32b)를 통해 분리되고, 2차로 이산화탄소가 분리된 벤트가스 스트림은 제2상분리기(32)의 제2기상 통로(32a)를 통해 벤트가스 통로(45)로 안내된다. 그런 다음, 제2이산화탄소 스트림은 제2감압밸브(32c)에 의해 대략 5~10bar의 압력으로 팽창된 후에 열교환기(33)를 거치면서 상온으로 열교환되어 액체 상태에서 기체상태로 상변화되고, 그 후에 압축부(38)의 제2압축통로(38b)로 안내된다.
압축부(38)는 제1상분리기(31)의 제1액상통로(31b)에 연결된 제1압축통로(38a), 제2상분리기(32)의 제2액상 통로(32b)에 연결된 제2압축통로(38b), 제1 및 제2 압축통로(38a, 38b)이 합류되어 생성되는 통합통로(38c), 통합통로(38c)의 도중에 설치된 제1이산화탄소 압축기(38d), 제2압축통로(38b)의 도중에 설치되는 제2이산화탄소 압축기(38e)로 구성된다. 그리고, 제1이산화탄소 압축기(38d)의 하류측에는 제1냉각기(38f)가 설치되고, 제2이산화탄소 압축기(38e)의 하류측에는 제2냉각기(38g)가 설치된다.
이러한 압축부(38)의 구성에 의해, 제2상분리기(32)를 통해 분리된 5~10bar의 제2이산화탄소 스트림은 제2압축통로(38b)에서 제2이산화탄소 압축기(38e)에 의해 15~20bar의 압력으로 압축된 후에 제2냉각기(38g)에 의해 냉각되고, 제2이산화탄소 스트림은 통합통로(38c) 상에서 제1이산화탄소 스트림과 함께 합류되며, 이렇게 합류된 제1 및 제2 이산화탄소 스트림은 제1이산화탄소 압축기(38d)에 의해 110bar의 압력까지 압축된 후에 제1냉각기(38f)를 통해 냉각된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 벤트가스 내의 이산화탄소를 단계적으로 흡착하도록 2 이상의 이산탄소 흡착유닛(41, 42)이 벤트가스 통로(45) 상에 설치될 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, 도3 및 도 4에 도시된 바와 같이 이산화탄소 흡착유닛(41, 42)은 제1이산화탄소 흡착유닛(41)과 제2이산화탄소 흡착유닛(42)으로 구성된다.
제1이산화탄소 흡착유닛(41)의 일측에는 제1재순환통로(41a)가 접속되며, 제1재순환통로(41a)는 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 연장된다. 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 제1이산화탄소 흡착유닛(41)은 터보 익스팬더(50)의 팽창기(52)의 하류 측에 설치되고, 제1이산화탄소 흡착유닛(41)의 제1재순환통로(41a) 상에는 재순환용 압축기(43)가 설치되며, 제1재순환통로(41a)의 하류측 단부는 배기가스 압축기(24)와 드라이어(35) 사이의 배출통로(22) 상에 연결된다. 이에 제1재순환통로(41a)를 통해 안내되는 이산화탄소 스트림은 배출통로(22)의 배기가스 스트림과 합류된 후에 드라이어(35)를 거쳐 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 재순환됨으로써 이산화탄소의 회수율을 증대시킬 수 있다.
제2이산화탄소 흡착유닛(42)의 일측에는 제2재순환통로(42a)가 접속되며, 제2재순환통로(42a)의 하류측 단부는 드라이어(35)측에 연결되고, 제2재순환통로(42a)을 통해 안내되는 이산화탄소 스트림은 드라이어(35)로 유입되며, 이에 드라이어(35) 내로 유입되는 이산화탄소 스트림은 드라이어(35)의 재생에 활용될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 터보 익스팬더(50)의 팽창기(52)에 의해 대략 6~7bar의 압력으로 팽창된 벤트가스 스트림이 제1이산화탄소 흡착유닛(41)으로 유입되면, 제1이산화탄소 흡착유닛(41)은 20~25 vol%의 이산화탄소가 포함된 벤트가스 스트림 내에서 이산화탄소를 흡착함으로써 75 vol%의 농도를 가진 이산화탄소 스트림을 생성하며, 이를 통해 벤트가스 스트림은 대략 80% 이상으로 정제(즉, 이산화탄소가 80% 정도 제거된 벤트가스 스트림)될 수 있다. 그리고, 제2이산화탄소 흡착유닛(42)에 의해 5~10 vol%의 이산화탄소가 포함된 벤트가스 스트림을 2차로 흡착함으로써 벤트가스 스트림에서 거의 대부분의 이산화탄소를 제거함으로써 정제된 벤트가스 스트림이 생성된다. 이때, 정제된 벤트가스 스트림은 공기와 거의 유사한 조성을 가지며 그 압력은 대략 5~6bar를 가진다.
한편, 이산화탄소 흡착유닛(41, 42)은 온도 스윙 흡착(TSA), 압력 스윙 흡착(PAS), 멤브레인(menbrane) 중에서 어느 하나로 구성되어 벤트가스 내에 함유된 이산화탄소를 흡착하여 분리한다.
그리고, 제2이산화탄소 흡착유닛(42)의 토출측에는 벤트가스 재순환통로(46)가 접속되고, 벤트가스 재순환통로(46)는 공기분리유닛(10)측으로 연장되며, 이에 이산화탄소 흡착유닛(41, 42)에 의해 정제된 벤트가스 스트림(이산화탄소가 거의 제거된 상태임)은 벤트가스 재순환통로(46)를 통해 공기분리유닛(10)측으로 유입되어 재순환된다. 이때, 정제된 벤트가스 스트림은 공기와 거의 유사한 조성을 가지며, 그 압력은 대략 5~6bar정도로 대기압 보다 높은 상태가 된다.
특히, 벤트가스 재순환통로(46)의 하류측 단부는 압축기(11)의 토출측과 공기분리유닛(10)의 입구측 사이에 접속되도록 구성되고, 이에 공기분리유닛(10)의 압축기(11) 하류 측으로 대기압 보다 높은 압력(대략 5~6bar)의 벤트가스 스트림이 유입됨에 따라 압축기(11)의 동력 소모를 감소시킬 수 있으므로 공기분리유닛(10)에 의한 산소생산의 전력소모량을 절감함과 더불어 과도한 산소의 생산단가를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.
그외 나머지 구성 및 작동은 선행하는 제1실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 순산소연소 발전시스템을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 제2이산화탄소 흡착유닛(42)의 제2재순환통로(42a)를 대체하여 공기분리유닛(10)의 일측에는 질소 도입배관(18)이 설치되고, 질소 도입배관(18)의 하류측 단부는 드라이어(35)측에 연결된다. 이에, 공기분리유닛(10)의 질소(17)는 질소 도입배관(18)을 통해 드라이어(35)측으로 직접 유입되고, 이에 드라이어(35) 내로 유입되는 저순도의 질소가 드라이어(35)의 재생에 활용될 수도 있다.
그외 나머지 구성 및 작동은 선행하는 제1 및 제2 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명에 의한 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법을 도시한 공정도로서, 본 발명에 의한 이산화탄소 정제방법은 배기가스 압축단계(S1), 이산화탄소 분리단계(S2), 이산화탄소 흡착단계(S3), 이산화탄소 재순환단계(S4)로 이루어진다.
이하, 본 발명의 이산화탄소 정제방법을 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
배기가스 압축단계(S1)에서, 배기가스 압축기(24)에 의해 배기가스 스트림을 대략 25~30bar의 압력으로 압축시킨다.
이산화탄소 분리단계(S2)에서, 열교환기(33)를 통해 배기가스 스트림을 냉각시킨 후에 상분리기(31, 32)를 통해 액상의 이산화탄소 스트림과 벤트가스 스트림으로 분리한다.
이러한 이산화탄소 분리단계(S2)를 도 2, 도 4, 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 배기가스 스트림은 열교환기(33)에 의해 약 -20℃ ~ -30℃로 1차 냉각된 후에 제1상분리기(31)에서 대략 95 vol% 이상을 가진 액체상태의 제1이산화탄소 스트림이 제1액상 통로(31b)를 통해 1차로 분리되고, 1차로 이산화탄소가 분리된 배기가스 스트림은 제1기상 통로(31a)를 통해 제2상분리기(32)측으로 안내된다. 그런 다음, 제1이산화탄소 스트림은 제1감압밸브(31c)에 의해 대략 15~20bar의 압력으로 팽창된 후에 열교환기(33)를 거치면서 상온으로 열교환되어 액체 상태에서 기체 상태로 상변환되고, 그 후에 압축부(38)의 제1압축통로(38a)로 안내된다.
제1상분리기(31)에서 분리된 배기가스 스트림이 제1기상 통로(31a)를 통해 열교환기(33) 내에서 -50~-55℃로 2차 냉각된 후에 제2상분리기(32)에서 대략 95 vol% 이상의 농도를 가진 액체 상태의 제2이산화탄소 스트림이 제2액상 통로(32b)를 통해 2차로 분리되고, 2차로 이산화탄소가 제거된 벤트가스 스트림은 제2상분리기(32)의 제2기상 통로(32a)를 통해 벤트가스 통로(45)로 안내된다. 그런 다음, 제2이산화탄소 스트림은 제2감압밸브(32c)에 의해 대략 5~10bar의 압력으로 팽창된 후에 열교환기(33)를 거치면서 상온으로 열교환되어 액체 상태에서 기체 상태로 상변화되고, 그 후에 압축부(38)의 제2압축통로(38b)로 안내된다.
그리고, 제2상분리기(32)를 통해 분리된 5~10bar의 제2이산화탄소 스트림은 제2압축통로(38b)에서 제2이산화탄소 압축기(38e)에 의해 15~20bar의 압력으로 압축된 후에 제2냉각기(38g)에 의해 냉각되고, 제2이산화탄소 스트림은 통합통로(38c) 상에서 제1이산화탄소 스트림과 함께 합류되며, 이렇게 합류된 제1 및 제2 이산화탄소 스트림은 제1이산화탄소 압축기(38d)에 의해 110bar의 압력까지 압축된 후에 제1냉각기(38f)를 통해 냉각된다.
이산화탄소 흡착단계(S3)은 이산화탄소 정제유닛(30)에서 배출되는 벤트가스 스트림 내의 이산화탄소를 흡착함으로써, 이산화탄소 스트림과 정제된 벤트가스 스트림(이산화탄소가 제거됨)으로 분리하는 공정이다.
또한, 이산화탄소 흡착단계(S3)에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 벤트가스 스트림 내의 이산화탄소가 2 이상의 이산화탄소 흡착유닛(41, 42)에 의해 2번 이상으로 단계적으로 흡착될 수 있다.
이산화탄소 재순환단계(S4)에서, 이산화탄소 흡착단계(S3)에서 흡착된 이산화탄소 스트림은 이산화탄소 정제유닛(30)측으로 재순환되고, 이에 재순환되는 이산화탄소 스트림은 이산화탄소 정제유닛(30) 내에서 이산화탄소의 분리공정이 반복됨으로써 이산화탄소의 회수율이 증대될 수 있다. 특히, 벤트가스 스트림 내의 이산화탄소를 2번 이상으로 단계적으로 흡착할 경우에는 이산화탄소의 회수율이 더욱 증대될 수 있다.
그리고, 이산화탄소 흡착단계(S3)에서 분리된 정제 벤트가스 스트림을 벤트가스 재순환통로(46)를 통해 공기분리유닛(10) 측으로 재순환시키는 벤트가스 재순환단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 재순환되는 벤트가스는 대기압 보다 높은 압력을(대략 5~6bar) 가지고, 공기와 거의 유사한 조성을 가진 상태로 공기분리유닛(10)의 압축기(11) 하류 측으로 유입됨에 따라 압축기(11)의 동력 소모를 감소시킬 수 있으므로 공기분리유닛(10)에 의한 산소생산의 전력소모량을 절감함과 더불어 산소의 생산단가를 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 배기가스 압축단계(S1)와 이산화탄소 분리단계(S2) 사이에는 벤트가스 스트림을 팽창시킴으로써 생성되는 회수에너지를 이용하여 배기가스 스트림을 2차로 압축하는 추가 압축단계를 더 포함할 수도 있다.
도 2, 도 3, 도 5를 참조하여 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 히터(54)에 의해 벤트가스 스트림이 100~150℃까지 가열된 후에 팽창기(52)로 유입됨에 따라 대략 6~7bar로 팽창되면서 샤프트(53)를 회전구동시키고, 이 샤프트(53)의 회전구동에 의해 압축기(51)가 작동하고, 이러한 압축기(51)의 작동에 의해 배출통로(22)를 통해 이송되는 20~25bar의 배기가스 스트림은 대략 30~35bar로 압축된다.
이와 같이, 본 발명은 배기가스 압축기(24)에 의해 대략 20~25bar의 압력으로 1차 압축된 후에 터보 익스팬더(50)의 압축기(51)에 의해 대략 30~35bar의 압력으로 2차 압축된다. 즉, 터보 익스팬더(50)에 의해 벤트가스 스트림의 회수에너지를 배기가스 스트림의 압축에 활용하도록 구성됨으로써, 배기가스 스트림의 압축에 이용되는 전력 소모를 줄일 수 있고, 이를 통해 에너지 활용이 매우 유용한 장점이 있다.
10: 공기분리유닛 20: 연소유닛
30: 이산화탄소 정제유닛 31, 32: 제1 및 제2 상분리기
33: 열교환기 35: 드라이어
41, 42: 이산화탄소 흡착유닛 41a, 42a: 재순환통로
50: 터보 익스팬더 51: 압축기
52: 팽창기

Claims (17)

  1. 산소를 생성하는 공기분리유닛, 산소에 의해 연료를 연소하는 연소유닛, 및 상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스 스트림내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제유닛을 포함하는 순산소연소 발전시스템에 있어서,
    상기 연소유닛과 이산화탄소 정제유닛 사이에는 배출통로가 연결되고, 상기 배출통로 상에는 배기가스 압축기 및 드라이어가 설치되며,
    상기 이산화탄소 정제유닛의 일측에는 벤트가스 통로가 접속되고, 벤트가스 통로의 도중에는 하나 이상의 이산화탄소 흡착유닛이 설치되며, 이산화탄소 흡착유닛의 일측에는 재순환통로가 접속되고, 상기 재순환통로는 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 연장되고,
    상기 공기분리유닛의 일측에는 질소 도입배관이 접속되고, 상기 질소 도입배관의 하류측 단부는 상기 드라이어 측에 연결되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재순환통로 상에는 재순환용 압축기가 설치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡착유닛의 토출측에는 벤트가스 재순환통로가 접속되고, 상기 벤트가스 재순환통로는 상기 공기분리유닛으로 연장되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡착유닛은 하나의 이산화탄소 흡착유닛으로 구성되고, 상기 이산화탄소 흡착유닛에 의해 이산화탄소 스트림 및 벤트가스 스트림으로 분리되며, 상기 이산화탄소 스트림은 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 안내되고, 상기 벤트가스 스트림은 상기 공기분리유닛측으로 안내되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡착유닛은 제1 및 제2 이산화탄소 흡착유닛으로 구성되고, 상기 제1이산화탄소 흡착유닛의 일측에는 제1재순환통로가 접속되며, 상기 제1재순환통로는 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 연장되고,
    상기 제2이산화탄소 흡착유닛의 일측에는 제2재순환통로가 접속되며, 상기 제2재순환통로는 상기 제2재순환통로의 하류측 단부는 상기 드라이어 측에 연결되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배출통로 및 벤트가스 통로를 가로질러 터보 익스팬더가 설치되고, 상기 터보 익스팬더는 배기가스 스트림을 압축하는 압축기 및 상기 압축기에 샤프트를 매개로 연결되는 팽창기로 구성되며,
    상기 팽창기는 상기 벤트가스 통로의 도중에 설치되고, 상기 압축기는 상기 배출통로의 도중에 설치되며, 상기 팽창기 내에서 벤트가스 스트림이 팽창함에 따라 발생하는 회수에너지에 의해 상기 압축기가 작동하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팽창기의 입구 측에는 히터가 설치되고, 상기 히터는 상기 배기가스 압축기 또는 상기 공기분리유닛의 압축기에서 발생하는 압축열을 회수하여 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이산화탄소 정제유닛은,
    상기 배출통로의 하류측 단부에 설치된 제1상분리기, 상기 제1상분리기측에 직렬로 연결된 제2상분리기, 상기 배출통로로 안내되는 배기가스 스트림을 냉각하는 열교환기, 제1 및 제2 상분리기로부터 각각 분리된 액상의 이산화탄소 스트림을 압축하는 압축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1상분리기의 상부에는 제1기상 통로가 접속되고, 상기 제1상분리기의 하부에는 제1액상 통로가 접속되며, 상기 제1상분리기의 제1액상 통로는 상기 열교환기를 관통한 후에 상기 압축부에 연결되고, 상기 제1액상 통로에는 제1감압밸브가 설치되며,
    상기 제2상분리기는 상기 제1기상 통로를 통해 제1상분리기에 직렬로 연결되고, 상기 제2상분리기의 상부측에는 제2기상 통로가 접속되며, 상기 제2상분리기의 하부측에는 제2액상 통로가 접속되고, 상기 제2기상 통로는 열교환기를 관통한 후에 벤트가스 통로측에 연결되며, 상기 제2액상 통로는 상기 열교환기를 관통한 후에 상기 압축부에 연결되며, 상기 제2액상 통로에는 제2감압밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압축부는 상기 제1상분리기의 제1액상통로에 연결된 제1압축통로, 상기 제2상분리기의 제2액상통로에 연결된 제2압축통로, 상기 제1 및 제2 압축통로가 합류되어 생성되는 통합통로, 상기 통합통로의 도중에 설치된 제1이산화탄소 압축기, 상기 제2압축통로의 도중에 설치되는 제2이산화탄소 압축기, 상기 제1이산화탄소 압축기의 하류측에 설치되는 제1냉각기, 상기 제2이산화탄소 압축기의 하류측에 설치되는 제2냉각기로 구성되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템.
  12. 산소를 생성하는 공기분리유닛, 산소에 의해 연료를 연소하는 연소유닛, 및 상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스 스트림 내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제유닛을 포함하는 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법에 있어서,
    상기 배기가스 스트림을 압축시키는 배기가스 압축단계;
    상기 이산화탄소 정제유닛의 열교환기를 통해 상기 배기가스 스트림을 냉각시킨 후에 상기 이산화탄소 정제유닛의 상분리기를 통해 액상의 이산화탄소 스트림과 기상의 벤트가스 스트림으로 분리하는 이산화탄소 분리단계;
    상기 분리된 벤트가스 스트림 내에서 이산화탄소를 흡착함으로써 이산화탄소 스트림 및 정제된 벤트가스 스트림을 분리하는 이산화탄소 흡착단계;
    상기 이산화탄소 흡착단계에서 분리된 이산화탄소 스트림을 상기 이산화탄소 정제유닛측으로 재순환시키는 이산화탄소 재순환단계;로 이루어지되,
    상기 배기가스 압축단계와 상기 이산화탄소 분리단계 사이에는 상기 벤트가스 스트림을 팽창시킴으로써 생성되는 회수에너지를 이용하여 상기 배기가스 스트림을 추가적으로 압축하는 압축단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡착단계에서 분리된 벤트가스 스트림을 상기 공기분리유닛 측으로 재순환시키는 벤트가스 재순환단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡착단계는 상기 벤트가스 스트림 내의 이산화탄소를 2번 이상으로 흡착하여 이산화탄소 스트림 및 정제된 벤트가스 스트림으로 분리하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 이산화탄소 분리단계는,
    상기 배기가스 스트림을 -20~-30℃로 1차 냉각시킨 후에 95 vol% 이상의 농도를 가진 제1이산화탄소 스트림 및 배기가스 스트림으로 분리하는 제1분리단계; 및
    상기 제1분리단계에서 분리된 배기가스 스트림을 -50~-55℃로 2차 냉각시킨 후에 95 vol% 이상의 농도를 가진 제2이산화탄소 스트림 및 벤트가스 스트림으로 분리하는 제2분리단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1분리단계에서 분리된 제1이산화탄소 스트림을 15~20bar의 압력으로 팽창시킨 후에 열교환기를 통해 상온으로 열교환하고, 상기 제2분리단계에서 분리된 제2이산화탄소 스트림을 5~10bar의 압력으로 팽창시킨 후에 열교환기를 통해 상온으로 열교환하며,
    상기 제1 및 제2 이산화탄소 스트림을 합류시킨 후에 압축시키는 것을 특징으로 하는 순산소연소 발전시스템의 이산화탄소 정제방법.
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