KR101379377B1 - The co2 conversion system intergrating oxyfuel combustion, catalytic reforming and coelectrolysis - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이산화탄소 전환 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 중 산소를 분리하는 ITM(Ion Transfer Membrane), ITM에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기, 순산소연소반응을 통하여 생성된 고농도의 이산화탄소를 합성가스(CO, H2)로 변환시켜주는 개질기, 열과 전기에너지를 가하여 이산화탄소와 수증기를 합성가스와 산소로 전환해주는 공전해기, 그리고 합성가스를 메탄올 또는 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기 등으로 구성된 순산소 연소와 신재생에너지를 이용한 공전해 및 촉매전환공정을 연계한 융합형 이산화탄소 전환 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbon dioxide conversion system, and more particularly, ITM (Ion Transfer Membrane) that separates oxygen from the air, a oxygen burner for combustion using oxygen separated from the ITM as an oxidant, and produced through a oxygen combustion reaction. A reformer converts the high concentration of carbon dioxide into syngas (CO, H 2 ), an electrolytic reactor that converts carbon dioxide and water into syngas and oxygen by applying heat and electric energy, and syngas into methanol, ketone, or carbonate. The present invention relates to a fusion type carbon dioxide conversion system that combines pure oxygen combustion composed of a converting synthesizer and an electrolysis and catalytic conversion process using renewable energy.
순산소연소기술은 공기 중의 질소 및 다른 성분을 제거하지 않고 연소기에 주입되는 기존의 공기연소 방식에서 공기 중에 약 79%를 점하는 질소분을 제거한 순산소를 기존의 연소용 공기 대신 주입하여 연소시킨 후 이산화탄소의 포집을 쉽게 하는 순산소연소기술이다. 순산소연소를 채택하여 이산화탄소를 회수하는 기술에서는 산화제를 공기 대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 연소시켜 열을 발생시킨다. 순산소연소를 통해서 발생하는 배기가스의 대부분은 이산화탄소와 수증기로 구성되어 있으며, 발생되는 배기가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 최종적으로 배기가시의 이산화탄소 농도를 80% 이상으로 농축시킬 수 있다. 배출되는 배기가스의 주성분 가운데 수증기를 응축시킬 경우, 거의 전량의 이산화탄소를 회수할 수 있으며, 회수된 이산화탄소를 저장시켜서 이산화탄소와 대기오염물질의 무 배출을 구현하는 기술이다.Oxygen combustion technology uses pure air that removes about 79% of nitrogen in air from existing air combustion system that is injected into a combustor without removing nitrogen and other components in the air. It is a pure oxygen combustion technology that facilitates the capture of carbon dioxide. In the technology of recovering carbon dioxide by adopting pure oxygen combustion, the oxidant is burned by using high-concentration oxygen of 95% or more in purity instead of air to generate heat. Most of the exhaust gas generated through pure oxygen combustion is composed of carbon dioxide and water vapor, and about 70-80% of the generated exhaust gas is recirculated back to the combustion chamber to finally concentrate the carbon dioxide concentration of exhaust gas to 80% or more . When condensing water vapor among the main components of the exhaust gas discharged, it is possible to recover substantially the entire amount of carbon dioxide and store the recovered carbon dioxide, thereby realizing no emission of carbon dioxide and air pollutants.
이산화탄소 전환 시스템은 상기 언급한 바와 같이 고농도의 이산화탄소를 포집하는 시스템이다. 하지만 순산소연소를 하기 위해서는 고농도의 산소가 필요하며 이 때 공기 분리기(ASU, Air Seperation Unit)를 사용하여 공기 중 산소를 분리하면 많은 에너지가 소모되어 전체 시스템 효율이 낮아지는 단점이 있다.The carbon dioxide conversion system is a system for capturing a high concentration of carbon dioxide as mentioned above. However, in order to perform pure oxygen combustion, a high concentration of oxygen is required. In this case, separation of oxygen in the air by using an air separation unit (ASU) consumes a lot of energy and lowers the overall system efficiency.
또한, 종래의 시스템에서는 순산소연소를 거쳐 나온 고농도의 이산화탄소를 포집 및 수송하여 저장하는데 활용하여 그 효용가치가 떨어지는 문제점이 있다.In addition, in the conventional system, there is a problem that the utility value of the carbon dioxide absorbed by the high concentration carbon dioxide collected through the pure oxygen combustion is collected and transported and stored.
또한, 종래의 순산소연소기는 산화제로 산소를 이용하는 것으로 공기를 이용하였을 때에 비하여 단일화염온도가 높아 연소기 외벽의 손상을 가져오므로 연소 온도를 감소시키기 위하여 수증기(Steam)를 유입시켰다. 이 경우 수증기를 생성시키기 위한 열원이 있어야 할 뿐만 아니라 수증기를 구동시키기 위한 별도의 Pump Work도 소모되는 문제점이 있다.
In addition, since the conventional oxy-fuel combustor uses oxygen as an oxidizing agent, it has a higher single flame temperature than air, which causes damages to the outer wall of the combustor, so steam is introduced to reduce the combustion temperature. In this case, there is a problem that not only a heat source for generating water vapor but also a separate pump work for driving steam is consumed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 공기 중 산소를 분리하는 ITM, ITM에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기, 순산소연소반응을 통하여 생성된 고농도의 이산화탄소를 합성가스(CO, H2)로 변환시켜주는 개질기, 열과 전기에너지를 가하여 이산화탄소와 수증기를 합성가스로 전환해주는 공전해기, 그리고 합성가스를 메탄올 등으로 변환시켜주는 합성기 등으로 구성된 순산소 연소와 신재생에너지를 이용한 공전해 및 촉매전환공정을 연계한 융합형 이산화탄소 전환 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above problems, ITM for separating the oxygen in the air, oxy-fuel burner for combustion by using the oxygen separated from the ITM as an oxidant, high concentration carbon dioxide produced through the pure oxygen combustion reaction Oxygen combustion consisting of a reformer that converts gas into syngas (CO, H 2 ), an electrolyzer that converts carbon dioxide and water into syngas by applying heat and electric energy, and a synthesizer that converts syngas into methanol. It is to provide a fusion type carbon dioxide conversion system linked to the electrolytic and catalytic conversion process using and renewable energy.
또한, 포집된 이산화탄소를 새로운 연료나 유용한 화합물로 전환시키는 이산화탄소 전환 시스템을 제공하는 것이다.It also provides a carbon dioxide conversion system that converts captured carbon dioxide into new fuels and useful compounds.
또한, 순산소연소기의 외벽에 개질기를 통합한 통합반응기를 제공함으로써 순산소연소기의 수명증대 및 개질반응의 전환율을 향상 시킬수 있는 이산화탄소 전환 시스템을 제공하는 것이다.
In addition, by providing an integrated reactor incorporating a reformer on the outer wall of the oxy-fuel burner to provide a carbon dioxide conversion system that can increase the lifetime of the oxy-fuel burner and improve the conversion rate of the reforming reaction.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기 중 산소를 분리하는 이온 전도성 멤브레인; 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기; 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 외부에서 공급되는 메탄가스를 드라이 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 드라이-리포머(Dry-Reformer); 열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하는 이산화탄소 전환 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ion conductive membrane for separating oxygen in air. A pure oxygen combustor for burning oxygen separated from the ion conductive membrane as an oxidant; A dry reformer for converting carbon dioxide generated from the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion unit and methane gas supplied from the outside into carbon monoxide and hydrogen by dry reforming; It provides a carbon dioxide conversion system comprising; an electrolytic reactor for converting carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion device to carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy.
또한, 상기 드라이-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the dry-former or the synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the electrolyzer to methanol, ketone or carbonate and the like; characterized in that it further comprises.
또한, 상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기를 더 포함하고, 상기 혼합기에서 순산소연소기로 산소를 공급해주는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a mixer for mixing oxygen generated in the electrolyzer and oxygen separated from the ion conductive membrane, and supplying oxygen from the mixer to the pure oxygen combustion device.
또한, 본 발명은 공기 중 산소를 분리하는 이온 전도성 멤브레인; 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기; 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기, 외부에서 공급되는 메탄가스, 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 삼중 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 트리-리포머(Tri-Reformer); 열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하는 이산화탄소 전환 시스템을 제공한다.In addition, the present invention is an ion conductive membrane for separating oxygen in the air; A pure oxygen combustor for burning oxygen separated from the ion conductive membrane as an oxidant; Tri-reformer converts carbon dioxide and water vapor generated through pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion group, methane gas supplied from the outside, and oxygen separated from the ion conductive membrane into carbon monoxide and hydrogen by triple reforming reaction. Reformer); It provides a carbon dioxide conversion system comprising; an electrolytic reactor for converting carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion device to carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy.
또한, 상기 트리-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the tri-reformer or a synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the co-electrolyzer to methanol, ketone or carbonate and the like; characterized in that it further comprises.
또한, 상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기; 상기 혼합기에서 순산소연소기 또는 트리-리포머로 산소를 공급해주기 위한 삼방밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a mixer for mixing the oxygen generated in the electrolyzer and the oxygen separated in the ion conductive membrane; And a three-way valve for supplying oxygen to the oxy-fuel burner or the tri-reformer in the mixer.
또한, 상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스를 이용하여 터빈을 돌리고, 상기 터빈에 연결된 발전기를 통해서 전기를 생산하는 것을 특징으로 한다.Also, the turbine is rotated by using the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor, and electricity is generated through the generator connected to the turbine.
또한, 상기 순산소연소기의 후단에 제 1 열교환기를 달아서 순환되는 흐름을 승온시켜주는 것을 특징으로 한다.In addition, the first heat exchanger may be installed at a rear end of the oxy-fuel combustor to increase the temperature of the circulated flow.
또한, 상기 터빈을 통과한 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 순산소연소기로 공급해주는 것을 특징으로 한다.In addition, steam is separated from the exhaust gas passing through the turbine and supplied to the oxy-fuel combustor.
또한, 상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기에 공급해주는 것을 특징으로 한다.Also, it is characterized in that water vapor is separated from the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor and supplied to the tri-reformer and the oxy-fuel combustor.
또한, 상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기로 공급되는 수증기의 유량을 조절해주는 삼방밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, a three-way valve for controlling the flow rate of steam supplied to the tri-reformer and the oxy-fuel combustor is further provided.
또한, 본 발명은 공기 중 산소를 분리하는 이온 전도성 멤브레인; 순산소연소기의 외벽에 드라이-리포머를 배치시킨 통합반응기; 열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하며, 상기 통합반응기의 순산소연소기에서는 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소반응이 일어나고, 상기 통합반응기의 드라이-리포머에서는 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 외부에서 공급되는 메탄가스를 드라이 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템을 제공한다.In addition, the present invention is an ion conductive membrane for separating oxygen in the air; An integrated reactor in which a dry-reformer is disposed on an outer wall of the oxy-fuel burner; And an electrolytic reactor for converting carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen burner into carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy, and in the pure oxygen burner of the integrated reactor, the ion conductivity. Combustion reaction takes place using oxygen separated from the membrane as an oxidant, and dry reformer of the integrated reactor reacts with carbon monoxide by dry reforming the carbon dioxide produced through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion reactor and methane gas supplied from the outside. It provides a carbon dioxide conversion system characterized in that the conversion to and hydrogen.
또한, 상기 드라이-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the dry-former or the synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the electrolyzer to methanol, ketone or carbonate and the like; characterized in that it further comprises.
또한, 상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기를 더 포함하고, 상기 혼합기에서 순산소연소기로 산소를 공급해주는 것을 특징으로 한다.The apparatus may further include a mixer for mixing oxygen generated in the electrolyzer and oxygen separated from the ion conductive membrane, and supplying oxygen from the mixer to the pure oxygen combustion device.
또한, 본 발명은 공기 중 산소를 분리하는 이온 전도성 멤브레인; 순산소연소기의 외벽에 트리-리포머를 배치시킨 통합반응기; 열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하며, 상기 통합반응기의 순산소연소기에서는 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소반응이 일어나고, 상기 통합반응기의 트리-리포머에서는 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기, 외부에서 공급되는 메탄가스, 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 삼중 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템을 제공한다.In addition, the present invention is an ion conductive membrane for separating oxygen in the air; An integrated reactor in which a tri-reformer is disposed on an outer wall of the oxy-fuel burner; And an electrolytic reactor for converting carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen burner into carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy, and in the pure oxygen burner of the integrated reactor, the ion conductivity. Combustion reaction occurs using oxygen separated from the membrane as an oxidant, and in the tri-reformer of the integrated reactor, carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen burner, methane gas supplied from the outside, and the ion conductivity It provides a carbon dioxide conversion system characterized in that the oxygen separated from the membrane is converted to carbon monoxide and hydrogen by triple reforming reaction.
또한, 상기 트리-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the tri-reformer or a synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the co-electrolyzer to methanol, ketone or carbonate and the like; characterized in that it further comprises.
또한, 상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기; 상기 혼합기에서 순산소연소기 또는 트리-리포머로 산소를 공급해주기 위한 삼방밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a mixer for mixing the oxygen generated in the electrolyzer and the oxygen separated in the ion conductive membrane; And a three-way valve for supplying oxygen to the oxy-fuel burner or the tri-reformer in the mixer.
또한, 상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스를 이용하여 터빈을 돌리고, 상기 터빈에 연결된 발전기를 통해서 전기를 생산하는 것을 특징으로 한다.Also, the turbine is rotated by using the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor, and electricity is generated through the generator connected to the turbine.
또한, 상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 순산소연소기로 공급해주며, 상기 수증기의 유량을 조절하기 위해서 삼방밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is further provided with a three-way valve for separating steam from the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor and supplying the steam to the oxy-fuel combustor, and for controlling the flow rate of the steam.
또한, 상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기에 공급해주는 것을 특징으로 한다.Also, it is characterized in that water vapor is separated from the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor and supplied to the tri-reformer and the oxy-fuel combustor.
또한, 상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기로 공급되는 수증기의 유량을 조절해주는 삼방밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
In addition, a three-way valve for controlling the flow rate of steam supplied to the tri-reformer and the oxy-fuel combustor is further provided.
본 발명에 따른 이산화탄소 전환 시스템에 따르면 산소 생산 측면에서 ITM을 사용하여 공기 중 산소를 분리하는 ASU에 비하여 산소 생산비가 절감되어 시스템 효율의 향상시키는 효과가 있다.According to the carbon dioxide conversion system according to the present invention, oxygen production cost is reduced as compared with an ASU for separating oxygen in the air using ITM in terms of oxygen production, thereby improving system efficiency.
개질기로부터 변환된 합성가스를 부가적인 공정을 거쳐 메탄올이나 케톤, 카보네이트 등과 같은 새로운 연료나 유용한 화합물질로 전환 및 합성을 할 수 있어 다양한 용도로의 활용이 가능하다는 장점이 있다.The synthesis gas converted from the reformer can be converted and synthesized into a new fuel or a useful compound material such as methanol, ketone, carbonate, etc. through an additional process, so that it can be used for various purposes.
본 발명에 따른 이산화탄소 전환 시스템에서 순산소연소기의 외벽에 트리-리포머 또는 드라이-리포머를 통합하여 제작함으로써, 순산소연소기의 외벽에 손실이 되는 열을 트리-리포머 또는 드라이-리포머로 전달시킬 수 있어 수증기의 유입이 불필요해지거나 그 양을 줄일 수 있게 되어 수증기 생성 및 구동을 위한 에너지 소모가 적어지는 효과가 있다.In the carbon dioxide conversion system according to the present invention, the tri-reformer or the dry-reformer is integrally formed on the outer wall of the oxy-fuel combustor, so that the heat lost on the outer wall of the oxy-fuel combustor can be transferred to the tri- It is possible to reduce the amount of water vapor to be consumed or reduce the energy consumption for generating and driving steam.
또한, 트리-리포머 또는 드라이-리포머에 공급되는 열전달율도 향상시켜서 합성가스 전환율을 향상 시킬수 있는 효과도 있다.In addition, it is also possible to improve the syngas conversion rate by improving the heat transfer rate supplied to the tri- or dry-former.
또한, 심야전력이나 신재생에너지로부터 나오는 잉여전력 및 열에너지를 이용하여 합성가스를 새로운 연료나 유용한 화합물질로 전환 및 합성을 할 수 있어 다양한 용도로의 활용이 가능하다는 장점이 있다.
In addition, by using the surplus power and thermal energy from the late-night power or renewable energy to convert and synthesize the synthesis gas into a new fuel or a useful compound material has the advantage that it can be used for various purposes.
도 1은 종래의 ASU를 이용한 순산소 연소 시스템의 개략도이다.
도 2 내지 5는 본 발명에 따른 순순산소 연소와 신재생에너지를 이용한 공전해 및 촉매전환공정을 연계한 융합형 이산화탄소 전환 시스템의 개략도이다. 1 is a schematic view of a conventional oxy-fuel combustion system using an ASU.
2 to 5 are schematic diagrams of a fusion type carbon dioxide conversion system incorporating electrolytic and catalytic conversion processes using pure oxygen combustion and renewable energy according to the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 순산소 연소와 신재생에너지를 이용한 공전해 및 촉매전환공정을 연계한 융합형 이산화탄소 전환 시스템의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail preferred embodiments of the fusion type carbon dioxide conversion system in conjunction with the electrolytic combustion and catalytic conversion process using pure oxygen combustion and renewable energy according to the present invention. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 종래의 ASU를 이용한 순산소 연소 시스템을 나타낸 것으로, 상기 시스템은 크게 순산소연소기(1), ASU(2), 터빈(3), 열교환기(4), 히터(5), 송풍기(6), 발전기(7)로 구성된다.FIG. 1 shows a pure oxyfuel combustion system using a conventional ASU. The system includes a
순산소연소기(1)에서는 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소반응이 일어나며, 순산소연소기(1)에서 배출되는 배기가스는 주성분이 이산화탄소와 수증기가 된다. 상기 배기가스를 이용하여 터빈(3)을 구동시키고 상기 터빈(3)과 동일축에 연결된 발전기(7)에서 전기를 생산하게 된다.In the pure oxygen combustor (1), the combustion reaction occurs using the separated oxygen as the oxidizing agent, and the exhaust gas discharged from the pure oxygen combustor (1) becomes the main components of carbon dioxide and water vapor. The exhaust gas is used to drive the
터빈(3)을 통과한 배기가스는 히터(5)에 의해서 이산화탄소와 수증기로 분리가 되고, 분리된 수증기는 송풍기(7)에 의해 열교환기(4)로 보내진다. 열교환기(4)를 통과한 고온의 수증기는 다시 순산소연소기(1)로 재순환되는 과정을 거친다.The exhaust gas that has passed through the
상술한 종래 시스템은 유입되는 공기중 산소를 분리시켜주는 ASU(2)를 이용하는데, 산소를 분리하는 과정에서 에너지가 소모되어 전체 시스템 효율이 떨어지는 문제점이 있다.The conventional system uses an ASU (2) that separates oxygen from the incoming air. Energy is consumed in the process of separating oxygen, which lowers overall system efficiency.
또한, 순산소연소반응에 공기대신 산소를 산화제로 사용해서 단일화염온도가 높아서 순산소연소기(1)로 수증기를 공급해줘야 하는 문제가 있고, 순산소연소기(1)의 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
In addition, there is a problem of supplying water vapor to the oxy-
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 시스템 구성도를 나타낸 것이다.2 shows a system configuration diagram of the first embodiment according to the present invention.
[실시예 1]Example 1
실시예 1은 크게, 공기 중 산소를 분리하는 ITM(20), ITM(20)에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기(10), 순산소연소반응을 통하여 생성된 고농도의 이산화탄소를 합성가스(CO, H2)로 변환시켜주는 드라이-리포머(15), 열과 전기에너지를 가하여 이산화탄소와 수증기를 합성가스와 산소로 전환해주는 공전해기(60), 그리고 합성가스를 메탄올 등으로 변환시켜주는 합성기(50) 등으로 구성된다.Example 1 is largely,
ITM(20)에서의 산소 분리의 반응온도는 약 850℃, 작동압력은 약 1 bar이며 공급되는 공기의 온도를 별도의 열교환기를 통과시켜 승온시키거나 ITM(20)의 외부에 히터(21)를 설치하는 방법을 사용할 수 있다.
The reaction temperature of oxygen separation in the
순산소연소반응은 상기 식(1)과 같은 반응을 하는데 순산소연소기(10)에 외부로부터 공급되는 천연가스(CH4)와 ITM(20)에서 분리된 산소, 순산소연소기(10)의 배기가스로부터 분리되어 순환되는 수증기(H20)가 투입되어서 연소반응을 하게 되면 이산화탄소와 수증기가 배기가스로 생성된다.The oxy-fuel combustion reaction is carried out in the same manner as in the above formula (1) except that the oxygen separated from the
배출된 배기가스는 제 1 열교환기(11)를 거쳐서 터빈(12)을 구동시키고, 상기 터빈(12)과 동일축에 연결된 발전기(13)가 전기를 생산하게 된다. 터빈(12)을 통과한 배기가스는 삼방밸브(61)에서 제 2 열교환기(30)로 가는 흐름과 공전해기(60)로 가는 흐름으로 분기된다. 우선, 제 2 열교환기(30)를 통과하고, 상기 제 2 열교환기(30)를 통과한 배기가스흐름은 히터(31)에 의해서 이산화탄소와 수증기로 분리된다.The discharged exhaust gas drives the
상기 분리된 이산화탄소는 상기 제 1 열교환기(11)에서 승온되어 드라이-리포머(15)로 공급된다. 또한, 상기 분리된 수증기는 송풍기(32)에 의해서 제 2 열교환기(30)로 보내지고, 제 2 열교환기(30)에서 승온되어 순산소연소기(10)로 공급된다. 순산소연소기(10)로 공급되는 수증기의 양을 조절하기 위해서 삼방밸브(34)를 달수도 있다. 상기 삼방밸브(34)에서 순산소연소기(10)로 유입되는 수증기의 양을 조절하여 시스템 효율을 조절하는 기능을 한다.The separated carbon dioxide is heated in the first heat exchanger (11) and supplied to the dry reformer (15). The separated steam is sent to the
다음으로, 공전해기(60)로 가는 흐름은 배기가스 중의 이산화탄소와 수증기가 함께 전해하여 합성가스와 산소로 전환되는 공전해(Coelectrolysis) 공정을 거친다. 공전해 공정은 열과 전기에너지를 가하여 합성가스와 산소로 전환해주는 공정을 말한다. 상기 기술된 바와 같이 공전해 공정에는 열 및 전기에너지가 필요하므로 심야전력이나 신재생에너지로부터 나오는 잉여전력 및 열에너지를 이용할 수도 있다. Next, the flow to the
심야전력을 이용하는 경우, 주간에는 드라이 개질반응 또는 삼중 개질반응과 같은 촉매화학공정으로만 이산화탄소를 전화시키며, 야간에 잉여전력이 발생할 때, 잉여전력의 양에 해당하는 만큼 이산화탄소와 수증기를 공전해기(60)로 공급하여 합성가스와 산소를 생산하게 된다. When using late-night power, carbon dioxide is converted only to catalytic chemical processes such as dry reforming or triple reforming during the day. When surplus power is generated at night, the amount of surplus power is used to revolve carbon dioxide and water vapor. It is fed to (60) to produce syngas and oxygen.
풍력, 태양력 등 신재생에너지로부터 나오는 전력도 심야전력을 이용하는 방법과 동일한 방법으로 공전해 공정을 할 수 있다. 이와 같이 공전해기(60)를 이용한다면 버려지는 전력을 이용할 수 있으며, 생성물로 합성가스외에도 산소가 부가적으로 생산되어 ITM(20)에서 생산되어야 하는 산소의 양도 줄일 수 있어 상대적으로 ITM(20)에서 소모되는 에너지도 감소시킬 수 있다.Electric power from renewable energy such as wind power and solar power can also be subjected to the electrostatic process in the same way as the method using the midnight power. In this way, if the
공전해기(60)에서 생산되는 산소는 혼합기(62)에서, ITM(20)에서 분리된 산소와 혼합되어서 순산소연소기(10)로 공급된다.Oxygen produced in the
드라이-리포머(15)는 작동온도가 약 700℃, 작동압력이 1bar이며, 공급되는 이산화탄소는 상기 언급한 바와 같이 순산소연소기(10)에서 배출되는 배기가스중에서 이산화탄소를 분리시켜서 순환시킨 후 제 1 열교환기(11)에서 승온시켜서 상기 드라이-리포머(15)로 공급한다.The
본 실시예에서는 식(2)와 같은 드라이 개질반응(Dry-Reforming)이 일어난다.
In this embodiment, the dry reforming reaction (Dry-Reforming), such as the formula (2) occurs.
상기 식(2)와 같은 드라이 개질반응은 1몰의 메탄과 1몰의 이산화탄소를 공급받아서 개질반응 후에 2몰의 일산화탄소와 2몰의 수소를 생성하는 반응이다. 드라이-리포머(15)는 외부에서 천연가스와 순산소연소반응에서 생성되는 이산화탄소를 이용하여 일산화탄소와 수소를 생성한다.The dry reforming reaction as shown in the above formula (2) is a reaction in which 1 mole of methane and 1 mole of carbon dioxide are fed to produce 2 moles of carbon monoxide and 2 moles of hydrogen after the reforming reaction. The dry-
드라이-리포머(15) 또는 공전해기(60)에서 생성된 일산화탄소와 수소는 합성기(50)를 거쳐서 메탄올(Methanol) 또는 케톤(Ketone) 또는 카보네이트(Carbonate) 등과 같은 새로운 연료나 유용한 화학물질로 전환 및 합성될 수 있다.Carbon monoxide and hydrogen generated in the dry-former (15) or the electrolyzer (60) are converted to new fuels or useful chemicals such as methanol or ketone or carbonate through the synthesizer (50). And synthetic.
합성기(50)는 드라이-리포머(15) 또는 공전해기(60)의 후단에 설치 될 수 있다.
The
도 3은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 시스템 구성도를 나타낸 것이다.3 shows a system configuration diagram of a second embodiment according to the present invention.
[실시예 2][Example 2]
실시예 2는 크게, 공기 중 산소를 분리하는 ITM(20), ITM(20)에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기(10), 순산소연소반응을 통하여 생성된 고농도의 이산화탄소와 수증기, 외부로부터 공급되는 천연가스, ITM(20)에서 분리된 산소를 합성가스(CO, H2)로 변환시켜주는 트리-리포머(16), 열과 전기에너지를 가하여 이산화탄소와 수증기를 합성가스와 산소로 전환해주는 공전해기(60), 그리고 합성가스를 메탄올 등으로 변환시켜주는 합성기(50) 등으로 구성된다.Example 2 is largely an
실시예 1과는 달리 실시예 2에서는 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 경우인데, 삼중 개질반응은 식(3)과 같은 반응식을 나타낸다.
Unlike Example 1, in Example 2, a tri-reforming reaction is performed. The triple reforming reaction shows a reaction formula as in Equation (3).
삼중 개질반응은 이산화탄소와 천연가스만 유입시켜주는 드라이 개질반응과는 달리 부가적으로 산소와 수증기를 유입시켜줘야만 한다.Unlike the dry reforming reaction, which feeds only carbon dioxide and natural gas, the triple reforming reaction must additionally introduce oxygen and water vapor.
따라서, 산소를 유입시켜주기 위해서 ITM(20)에서 분리된 산소는 삼방밸브(35)에 의해서 순산소연소기(10) 또는 트리-리포머(16)로 유입될 수 있게 조절된다.Therefore, the oxygen separated from the
순산소연소기(10)에서 식(1)과 같은 순산소연소반응을 하고 배출되는 배기가스는 제 1 열교환기(11)로 이동한다. 상기 제 1 열교환기(11)를 통과한 배기가스는 터빈(12)을 구동시키고, 상기 터빈(12)과 동일축으로 연결된 발전기(13)에서 전기를 생산하게 된다.In the pure oxy-
상기 터빈(12)을 통과한 배기가스는 삼방밸브(61)에서 제 2 열교환기(30)로 가는 흐름과 공전해기(60)로 가는 흐름으로 분기된다. 우선, 제 2 열교환기(30)를 통과하고, 상기 제 2 열교환기(30)를 통과한 배기가스흐름은 히터(31)에 의해서 이산화탄소와 수증기로 분리된다. 분리된 수증기는 송풍기(32)에 의해서 제 2 열교환기(30)로 유입되고, 여기서 승온된 후 삼방밸브(34)에서 순산소연소기(10) 방향 또는 트리-리포머(16) 방향으로 흐름이 조절된다.The exhaust gas passing through the
상기 삼방밸브(34)에서 트리-리포머(16) 방향으로 흐르는 흐름은 다시 혼합기(14)로 유입되는데, 상기 혼합기(14)는 상기 히터(31)에서 분리된 이산화탄소와 혼합되어서 제 1 열교환기(11)에서 승온된 후 트리-리포머(16)로 공급된다.The flow of the three-
트리-리포머(16)는 작동온도가 약 800~900℃, 작동압력이 5bar으로 실시예 1에서 언급한 드라이-리포머(15)보다도 높은 온도와 압력에서 작동이 되는바, 제 1 열교환기(11)에서 수증기 및 이산화탄소가 충분히 승온된 후 트리-리포머(16)로 공급되어야 한다.The tree-
다음으로, 공전해기(60)로 가는 흐름은 배기가스 중의 이산화탄소와 수증기가 함께 전해하여 합성가스와 산소로 전환되는 공전해(Coelectrolysis) 공정을 거친다.Next, the flow to the
공전해기(60)에서 생산되는 산소는 혼합기(62)에서, ITM(20)에서 분리된 산소와 혼합되고, 삼방밸브(35)에 의해서 순산소연소기(10) 또는 트리-리포머(16)로 공급된다.Oxygen produced in the
ITM(20)에서 분리된 산소의 온도는 트리 리포밍의 반응온도인 850℃에 대략적으로 부합하여 열교환기를 거치지 않고 공급될 수 있다.The temperature of the oxygen separated from the
트리-리포머(16) 또는 공전해기(60)에서 생성된 일산화탄소와 수소는 합성기(50)를 거쳐서 메탄올(Methanol) 또는 케톤(Ketone) 또는 카보네이트(Carbonate) 등과 같은 새로운 연료나 유용한 화학물질로 전환 및 합성될 수 있다.
Carbon monoxide and hydrogen generated in the tri-reformer (16) or electrolyzer (60) are converted to new fuels or useful chemicals such as methanol or ketone or carbonate through the synthesizer (50). And synthetic.
도 4는 본 발명에 따른 제 3 실시예의 시스템 구성도를 나타낸 것이다.4 shows a system configuration diagram of a third embodiment according to the present invention.
[실시예 3][Example 3]
실시예 3은 크게, 공기 중 산소를 분리하는 ITM(20), 순산소연소기(10)의 외벽에 순산소연소반응을 통하여 생성된 고농도의 이산화탄소를 합성가스(CO, H2)로 변환시켜주는 드라이-리포머(41)를 배치시킨 통합반응기(40), 열과 전기에너지를 가하여 이산화탄소와 수증기를 합성가스와 산소로 전환해주는 공전해기(60), 그리고 합성가스를 메탄올 등으로 변환시켜주는 합성기(50) 등으로 구성된다.Example 3 largely converts the high concentration of carbon dioxide produced by the pure oxygen combustion reaction on the outer wall of the
종래의 순산소연소기는 산소를 산화제로 이용하여 단일화염온도가 높아 연소기의 외벽손상을 가져오므로 이를 막기 위해서 수증기를 유입시켜 연소 온도를 낮추는 형태로 반응을 진행시켰다. 이 경우 수증기를 생성시키기 위한 열원이 있어야 할 뿐만 아니라 수증기를 구동시키기 위한 별도의 펌프 동력이 필요하게 되어 시스템 구성이 복잡해지고, 전체적인 시스템 효율이 떨어지는 문제가 있었다.Since the conventional oxy-fuel combustor uses oxygen as the oxidizer, it causes damage to the outer wall of the combustor due to high single flame temperature. In order to prevent this, the reaction is proceeded by lowering the combustion temperature by introducing water vapor. In this case, not only a heat source for generating water vapor but also a separate pump power for driving water vapor is required, which complicates the system configuration and lowers the overall system efficiency.
이에 본 실시예 3에서는 원통형의 순산소연소기(10)의 외벽에 드라이-리포머(41)를 통합하여 통합반응기(40)를 본 시스템에 도입하였다. 이를 통해서 순산소연소기(10)에서 생성되는 열이 드라이-리포머(41) 전달되어 순산소연소기(10)의 단열화염온도를 낮춰줄 수 있어 기존의 순산소연소기에 비해서 유입되는 수증기의 양이 줄어들어 수증기를 생성시키기 위한 열 및 펌프의 소모동력을 감소시킬 수 있으며, 시스템의 구성을 간략하게 할 수도 있다.Thus, in the third embodiment, the
순산소연소기(10)에서는 식(1)과 같은 반응 후에 배기가스로 이산화탄소와 수증기(또는 산소)를 배출한다. 배출된 배기가스는 터빈(12)을 구동시키고, 터빈(12)과 동일축에 연결된 발전기(13)에서 전기를 생산한다.In the
터빈(12)을 통과한 배기가스는 삼방밸브(61)의 의해서 공전해기(60)로 가는 흐름과 제 2 열교환기(30)로 가는 흐름으로 분기된다. 우선, 제 2 열교환기(30)로 가는 흐름은 제 2 열교환기(30)를 통과하고, 히터(31)에 의해서 이산화탄소와 수증기로 분리된다. 분리된 수증기는 송풍기(32)에 의해서 다시 제 2 열교환기(30)로 유입되고, 승온된 후 다시 순산소연소기(10)로 순환된다. 순산소연소기(10)로 유입되기 전에 삼방밸브(34)에서 유량을 조절할 수도 있다.The exhaust gas having passed through the
분리된 이산화탄소는 드라이-리포머(41)로 공급되는데, 공급된 이산화탄소와 외부에서 유입되는 천연가스가 식(2)의 드라이 개질반응을 통해서 합성가스(일산화탄소, 수소)를 생성한다.The separated carbon dioxide is supplied to the
다음으로, 공전해기(60)로 가는 흐름은 배기가스 중의 이산화탄소와 수증기가 함께 전해하여 합성가스와 산소로 전환되는 공전해(Coelectrolysis) 공정을 거친다.Next, the flow to the
공전해기(60)에서 생산되는 산소는 혼합기(62)에서, ITM(20)에서 분리된 산소와 혼합되어서 순산소연소기(10)로 공급된다.Oxygen produced in the
드라이-리포머(41) 또는 공전해기(60)에서 생성된 일산화탄소와 수소는 합성기(50)를 거쳐서 메탄올(Methanol) 또는 케톤(Ketone) 또는 카보네이트(Carbonate) 등과 같은 새로운 연료나 유용한 화학물질로 전환 및 합성될 수 있다.Carbon monoxide and hydrogen produced in the dry-reformer (41) or the electrolyzer (60) are converted to new fuels or useful chemicals such as methanol or ketone or carbonate through the synthesizer (50). And synthetic.
순산소연소기(10)와 드라이-리포머(41)를 통합시킨 통합반응기(40)의 도입으로 시스템의 구성이 더 간단해지는 효과를 얻을 수 있다.
The introduction of the integrated reactor 40 incorporating the oxy-
도 5는 본 발명에 따른 제 4 실시예의 시스템 구성도를 나타낸 것이다.5 shows a system configuration diagram of a fourth embodiment according to the present invention.
[실시예 4]Example 4
실시예 4은 크게, 공기 중 산소를 분리하는 ITM(20), 순산소연소기(10)의 외벽에 트리-리포머(42)를 배치시킨 통합반응기(40), 열과 전기에너지를 가하여 이산화탄소와 수증기를 합성가스와 산소로 전환해주는 공전해기(60), 그리고 합성가스를 메탄올 등으로 변환시켜주는 합성기(50) 등으로 구성된다.In Example 4,
ITM(20)에서 분리된 산소는 삼방밸브(22)에 의해서 순산소연소기(10) 또는 트리-리포머(42)로 공급된다. ITM(20)에서 분리된 산소를 산화제로 순산소연소기(10)에서 순산소연소반응을 하고 이산화탄소와 수증기(또는 산소)를 배기가스로 배출한다.The oxygen separated from the
배출된 배기가스는 터빈(12)을 구동시키고 상기 터빈(12)과 동일축에 있는 발전기(13)에 의해서 전기를 생산할 수도 있다. The exhaust gas may drive the
상기 터빈(12)을 통과한 배기가스는 삼방밸브(61)에서 제 2 열교환기(30)로 가는 흐름과 공전해기(60)로 가는 흐름으로 분기된다. 우선, 제 2 열교환기(30)를 통과하고, 상기 제 2 열교환기(30)를 통과한 배기가스흐름은 히터(31)에 의해서 이산화탄소와 수증기로 분리된다.The exhaust gas passing through the
분리된 이산화탄소는 트리-리포머(42)로 공급되어서 식(3)에 나타난 삼중 개질반응을 하게 된다.The separated carbon dioxide is fed to the tri-reformer 42 to effect the triple reforming reaction shown in equation (3).
분리된 수증기는 송풍기(32)에 의해서 다시 제 1 열교환기(30)로 유입되고, 제 1 열교환기(30)에서 승온된 수증기는 트리-리포머(42) 또는 순산소연소기(10) 방향으로 흐르게 된다. 상기 흐름을 조절하는 삼방밸브(34)가 더 구비될 수도 있다. The separated water vapor is again introduced into the
다음으로, 공전해기(60)로 가는 흐름은 배기가스 중의 이산화탄소와 수증기가 함께 전해하여 합성가스와 산소로 전환되는 공전해(Coelectrolysis) 공정을 거친다.Next, the flow to the
공전해기(60)에서 생산되는 산소는 혼합기(62)에서, ITM(20)에서 분리된 산소와 혼합되고, 삼방밸브(35)에 의해서 순산소연소기(10) 또는 트리-리포머(42)로 공급된다.Oxygen produced in the
트리-리포머(42)에서는 삼중 개질반응이 일어나는데, 외부에서 공급받는 천연가스와 히터(31)에서 분리된 이산화탄소, 제 1 열교환기를 통과한 수증기, ITM(20)에서 분리된 산소를 공급받아서 개질반응이 이루어진다. 실시예 3에서 나타난 드라이 개질반응과 달리 삼중 개질반응은 수증기와 산소의 공급이 부가적으로 필요하여 본 시스템과 같이 흐름을 구성하였다.In the tri-reformer 42, a triple reforming reaction takes place. The natural gas supplied from the outside, the carbon dioxide separated from the
트리-리포머(42) 또는 공전해기(60)에서 생성된 일산화탄소와 수소는 합성기(50)를 거쳐서 메탄올(Methanol) 또는 케톤(Ketone) 또는 카보네이트(Carbonate) 등과 같은 새로운 연료나 유용한 화학물질로 전환 및 합성될 수 있다.
Carbon monoxide and hydrogen generated in the tri-reformer 42 or the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
1: 순산소연소기 2: ASU
3: 터빈 4: 열교환기
5: 히터 6: 송풍기
7: 발전기 10: 순산소연소기
11: 제 1 열교환기 12: 터빈
13: 발전기 14: 혼합기
15: 드라이-리포머 16: 트리-리포머
20: ITM 21: 히터
22: 삼방밸브 30: 제 2 열교환기
31: 히터 32: 송풍기
34: 삼방밸브 35: 삼방밸브
40: 통합반응기 41: 드라이-리포머
42: 트리-리포머 50: 합성기
60: 공전해기 61: 삼방밸브
62: 혼합기1: oxyfuel combustor 2: ASU
3: turbine 4: heat exchanger
5: heater 6: blower
7: generator 10: oxygen burner
11: first heat exchanger 12: turbine
13: Generator 14: Mixer
15: dry-reformer 16: tri-reformer
20: ITM 21: Heater
22: Three-way valve 30: Second heat exchanger
31: heater 32: blower
34: Three-way valve 35: Three-way valve
40: Integrated Reactor 41: Dry-Reformer
42: tree-reformer 50: synthesizer
60: idle break 61: three-way valve
62: mixer
Claims (21)
상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기;
상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 외부에서 공급되는 메탄가스를 드라이 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 드라이-리포머(Dry-Reformer);
열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하는 이산화탄소 전환 시스템.An ion conductive membrane separating oxygen in the air;
A pure oxygen combustor for burning oxygen separated from the ion conductive membrane as an oxidant;
A dry reformer for converting carbon dioxide generated from the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion unit and methane gas supplied from the outside into carbon monoxide and hydrogen by dry reforming;
A carbon dioxide conversion system comprising: an electrolytic reactor for converting carbon dioxide and water vapor generated through a pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion unit into carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy.
상기 드라이-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.The method according to claim 1,
And a synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the dry-reformer or the electrolyzer into methanol, ketone, carbonate, or the like.
상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기를 더 포함하고, 상기 혼합기에서 순산소연소기로 산소를 공급해주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.The method according to claim 1,
And a mixer for mixing oxygen generated from the electrolyzer and oxygen separated from the ion conductive membrane, and supplying oxygen from the mixer to the oxy-fuel burner.
상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소시키는 순산소연소기;
상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기, 외부에서 공급되는 메탄가스, 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 삼중 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 트리-리포머(Tri-Reformer);
열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하는 이산화탄소 전환 시스템.An ion conductive membrane separating oxygen in the air;
A pure oxygen combustor for burning oxygen separated from the ion conductive membrane as an oxidant;
Tri-reformer converts carbon dioxide and water vapor generated through pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion group, methane gas supplied from the outside, and oxygen separated from the ion conductive membrane into carbon monoxide and hydrogen by triple reforming reaction. Reformer);
A carbon dioxide conversion system comprising: an electrolytic reactor for converting carbon dioxide and water vapor generated through a pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustion unit into carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy.
상기 트리-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.5. The method of claim 4,
And a synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the tri-reformer or the electrolyzer into methanol, ketone, carbonate, and the like.
상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기;
상기 혼합기에서 순산소연소기 또는 트리-리포머로 산소를 공급해주기 위한 삼방밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.5. The method of claim 4,
A mixer for mixing oxygen generated in the electrolyzer and oxygen separated from the ion conductive membrane;
And a three-way valve for supplying oxygen to the oxy-fuel burner or the tri-reformer in the mixer.
상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스를 이용하여 터빈을 돌리고, 상기 터빈에 연결된 발전기를 통해서 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the turbine is rotated using the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor, and electricity is generated through a generator connected to the turbine.
상기 순산소연소기의 후단에 제 1 열교환기를 달아서 순환되는 흐름을 승온시켜주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
And a first heat exchanger is installed at a rear end of the oxy-fuel combustor to increase the temperature of the circulating flow.
상기 터빈을 통과한 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 순산소연소기로 공급해주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템. The method of claim 7, wherein
And separating steam from the exhaust gas that has passed through the turbine, and supplying the steam to the oxy-fuel combustor.
상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기에 공급해주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.The method according to any one of claims 4 to 6,
Wherein the water vapor is separated from the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor and supplied to the tri-reformer and the oxy-fuel combustor.
상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기로 공급되는 수증기의 유량을 조절해주는 삼방밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.11. The method of claim 10,
Further comprising a three-way valve for controlling a flow rate of the steam supplied to the purifier and the tri-reformer and the steam supplied to the oxy-fuel combustor.
순산소연소기의 외벽에 드라이-리포머를 배치시킨 통합반응기;
열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하며,
상기 통합반응기의 순산소연소기에서는 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소반응이 일어나고,
상기 통합반응기의 드라이-리포머에서는 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 외부에서 공급되는 메탄가스를 드라이 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.An ion conductive membrane separating oxygen in the air;
An integrated reactor in which a dry-reformer is disposed on an outer wall of the oxy-fuel burner;
It includes; and an electrolytic device for converting carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen burner to carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy.
In the oxy-fuel combustor of the integrated reactor, the oxygen separated from the ion conductive membrane is used as an oxidant to cause a combustion reaction,
Wherein the dry reformer of the integrated reactor converts dry carbon dioxide generated from the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen combustor and methane gas supplied from the outside into dry carbon monoxide and hydrogen.
상기 드라이-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.13. The method of claim 12,
And a synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the dry-reformer or the electrolyzer into methanol, ketone, carbonate, and the like.
상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기를 더 포함하고, 상기 혼합기에서 순산소연소기로 산소를 공급해주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.13. The method of claim 12,
And a mixer for mixing oxygen generated from the electrolyzer and oxygen separated from the ion conductive membrane, and supplying oxygen from the mixer to the oxy-fuel burner.
순산소연소기의 외벽에 트리-리포머를 배치시킨 통합반응기;
열과 전기에너지를 가하여 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기를 일산화탄소, 수소, 및 산소로 전환해주는 공전해기;를 포함하며,
상기 통합반응기의 순산소연소기에서는 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 산화제로 사용하여 연소반응이 일어나고,
상기 통합반응기의 트리-리포머에서는 상기 순산소연소기의 순산소연소반응을 통하여 생성된 이산화탄소와 수증기, 외부에서 공급되는 메탄가스, 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 삼중 개질반응하여 일산화탄소와 수소로 전환시켜주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.An ion conductive membrane separating oxygen in the air;
An integrated reactor in which a tri-reformer is disposed on an outer wall of the oxy-fuel burner;
It includes; and an electrolytic device for converting carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen burner to carbon monoxide, hydrogen, and oxygen by applying heat and electric energy.
In the oxy-fuel combustor of the integrated reactor, the oxygen separated from the ion conductive membrane is used as an oxidant to cause a combustion reaction,
In the tri-reformer of the integrated reactor, carbon dioxide and water vapor generated through the pure oxygen combustion reaction of the pure oxygen burner, methane gas supplied from the outside, and oxygen separated from the ion conductive membrane are converted into carbon monoxide and hydrogen by triple reforming reaction. Carbon dioxide conversion system characterized in that.
상기 트리-리포머 또는 상기 공전해기에서 생성된 일산화탄소와 수소를 메탄올, 케톤 또는 카보네이트 등으로 변환시켜주는 합성기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.The method of claim 15,
And a synthesizer for converting carbon monoxide and hydrogen generated in the tri-reformer or the electrolyzer into methanol, ketone, carbonate and the like.
상기 공전해기에서 생성된 산소와 상기 이온 전도성 멤브레인에서 분리된 산소를 혼합하는 혼합기;
상기 혼합기에서 순산소연소기 또는 트리-리포머로 산소를 공급해주기 위한 삼방밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.The method of claim 15,
A mixer for mixing oxygen generated in the electrolyzer and oxygen separated from the ion conductive membrane;
And a three-way valve for supplying oxygen to the oxy-fuel burner or the tri-reformer in the mixer.
상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스를 이용하여 터빈을 돌리고, 상기 터빈에 연결된 발전기를 통해서 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.The method according to any one of claims 12 to 17,
Wherein the turbine is rotated using the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor, and electricity is generated through a generator connected to the turbine.
상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 순산소연소기로 공급해주며, 상기 수증기의 유량을 조절하기 위해서 삼방밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템. The method according to any one of claims 12 to 14,
Further comprising a three-way valve for separating steam from the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor, supplying the oxygen to the oxy-fuel combustor, and controlling the flow rate of the steam.
상기 순산소연소기에서 배출되는 배기가스에서 수증기를 분리하여 상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기에 공급해주는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.18. The method according to any one of claims 15 to 17,
Wherein the water vapor is separated from the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor and supplied to the tri-reformer and the oxy-fuel combustor.
상기 트리-리포머 및 상기 순산소연소기로 공급되는 수증기의 유량을 조절해주는 삼방밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 전환 시스템.21. The method of claim 20,
Further comprising a three-way valve for controlling a flow rate of the steam supplied to the purifier and the tri-reformer and the steam supplied to the oxy-fuel combustor.
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