KR101425267B1 - Coupled reactor of oxyfuel combustor and carbon dioxide catalytic reformer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순산소연소-개질 통합반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 순산소연소기에서 생성되는 열원을 이용하여 이를 개질기에 공급하여 효율을 증대시키는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기에 관한 것이다.
본 발명은 메탄(CH4)과 산소(O2) 및 수증기(H20)를 공급받아 동력을 발생시키고, 수증기(H20)와 이산화탄소(CO2)를 생성하는 순산소연소기; 상기 순산소연소기의 외벽에 배치되는 개질기; 상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 발생하는 열원을 이용하여 흡열반응인 개질반응을 수행하고, 상기 순산소연소기에서 생성되는 열을 상기 개질기로 전달시켜 단열화염온도를 낮추어 상기 순산소연소기의 외벽을 보호하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기를 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pure oxygen combustion-reforming integrated reactor, and more particularly, to a pure oxygen combustion-carbon dioxide catalytic reforming reforming reactor in which a heat source generated in a pure oxy- .
The present invention relates to a pure oxygen combustor for generating power by supplying methane (CH 4 ), oxygen (O 2 ) and water vapor (H 2 O), and generating steam (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ); A reformer disposed on an outer wall of the oxy-fuel combustor; The reformer performs a reforming reaction, which is an endothermic reaction, using a heat source generated in the oxy-fuel combustor. The heat generated in the oxy-fuel combustor is transferred to the reformer to lower the temperature of the flame to thereby protect the outer wall of the oxy- And a reforming reactor for reforming the oxygen-containing gas.

Description

순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기{COUPLED REACTOR OF OXYFUEL COMBUSTOR AND CARBON DIOXIDE CATALYTIC REFORMER}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a CO 2 reforming-

본 발명은 순산소연소-개질 통합반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 순산소연소기에서 생성되는 열원을 이용하여 이를 개질기에 공급하여 효율을 증대시키는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pure oxygen combustion-reforming integrated reactor, and more particularly, to a pure oxygen combustion-carbon dioxide catalytic reforming reforming reactor in which a heat source generated in a pure oxy- .

순산소 연소기술은 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 연소기술이다. 순산소 연소를 채택하여 이산화탄소를 회수하는 기술에서는 산화제를 공기 대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 연소시켜 열을 발생시킨다. 순산소 연소를 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 combustion technology that makes it easy to capture 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.

종래의 순산소연소기(Oxy-Fuel Combustor)는 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.Conventional Oxy-Fuel Combustor has a high single flame temperature and damages 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.

개질기는 화석연료(천연가스, 메탄올 등)로부터 수소를 발생시키는 장치로 연료전지에 사용되는 수소를 생성시키는 장치를 말한다. 대표적인 개질반응인 이산화탄소 드라이 개질반응(Dry-Reforming)과 삼중 개질반응(Tri-reforiming)은 흡열반응으로 종래기술에서는 외부버너에 의해서 열을 공급하여 개질반응이 일어나도록 하였는바, 원활한 개질반응을 위해서는 별도의 열원을 공급해주어야 하는 문제점이 있다.
A reformer is a device that generates hydrogen from fossil fuels (natural gas, methanol, etc.) and refers to a device that generates hydrogen used in a fuel cell. As a typical reforming reaction, carbon dioxide dry reforming and tri-reforming are endothermic reactions, in the prior art, heat is supplied by an external burner to cause a reforming reaction. There is a problem that a separate heat source must be supplied.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 순산소연소기의 외벽에 개질기를 통합하여 제작하고, 순산소연소기에서 생성되는 열이 개질기로 전달되어 순산소연소기의 단일화염온도를 낮춰줄 수 있어 기존의 순산소연소기에 비하여 유입되는 수증기의 양을 감소시킬 수 있으며, 발열반응이 일어나는 개질기에 열원을 공급시켜줌으로써 별도의 열원공급이 필요치 않은 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합 반응기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a reformer for reforming a pure oxygen combustor by integrating a reformer on an outer wall of a pure oxygen combustor, It is possible to reduce the amount of water vapor introduced compared to the conventional pure oxygen combustor because the flame temperature can be lowered and the pure oxygen combustion -CO 2 conversion catalyst which does not require a separate heat source supply by supplying a heat source to the reformer, And to provide a reforming integrated reactor.

또한, 순산소연소기에서 발전후 최종적으로 생성되는 이산화탄소를 개질기로 재순환시켜 전체시스템 효율을 증가시키는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기를 제공하는 것이다.
Also, it is an object of the present invention to provide an integrated oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalytic reforming reforming reactor in which carbon dioxide finally generated in a pure oxy-fuel combustor is recycled to a reformer to increase the overall system efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 메탄(CH4)과 산소(O2) 및 수증기(H20)를 공급받아 동력을 발생시키고, 수증기(H20)와 이산화탄소(CO2)를 생성하는 순산소연소기; 상기 순산소연소기의 외벽에 배치되는 개질기; 상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 발생하는 열원을 이용하여 흡열반응인 개질반응을 수행하고, 상기 순산소연소기에서 생성되는 열을 상기 개질기로 전달시켜 단열화염온도를 낮추어 상기 순산소연소기의 외벽을 보호하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기를 제공한다.The present invention to accomplish the above object, the methane (CH 4) and oxygen (O 2) and water vapor to receive supply (H 2 0) generate power and, the water vapor (H 2 0) and carbon dioxide (CO 2) A producing oxygen combustor; A reformer disposed on an outer wall of the oxy-fuel combustor; The reformer performs a reforming reaction, which is an endothermic reaction, using a heat source generated in the oxy-fuel combustor. The heat generated in the oxy-fuel combustor is transferred to the reformer to lower the temperature of the flame to thereby protect the outer wall of the oxy- And a reforming reactor for reforming the oxygen-containing gas.

또한, 상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 연소후 생성되는 이산화탄소가 순환되어 유입되는 것을 특징으로 한다.Also, the reformer is characterized in that carbon dioxide produced after combustion in the oxy-fuel combustor is circulated and introduced.

또한, 상기 개질기는 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 것을 특징으로 한다.Further, the reformer is characterized in performing a dry-reforming reaction.

또한, 상기 개질기는 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 것을 특징으로 한다.Further, the reformer is characterized in performing tri-reforming.

또한, 상기 개질기는 상기 순산소연소기의 외벽에 원통형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.Further, the reformer is disposed in a cylindrical shape on the outer wall of the oxy-fuel combustor.

또한, 상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 배치되는 것을 특징으로 한다.Further, a heat exchange fin for heat exchange is disposed on the reformer side.

또한, 상기 순산소연소기측과 상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
Further, the heat exchange fins for heat exchange are disposed on the side of the oxy-fuel combustor and the side of the reformer, respectively.

본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합 반응기에 따르면 기존의 순산소연소기에 비해서 적은 양의 수증기만으로도 구동될 수 있어 수증기를 생성시키기 위한 열 및 구동시키기 위한 펌프의 소모동력을 감소시킬 수 있어 전체 시스템 효율을 상승시키는 효과가 있다.According to the combined oxygen and carbon dioxide catalytic reforming reforming reactor according to the present invention, it is possible to drive only a small amount of water vapor compared with the conventional pure oxygen combustor, thereby reducing heat consumption to generate steam and power consumption of the pump Thus increasing the overall system efficiency.

또한, 단일화염온도를 낮출 수 있어 순산소연소기의 외벽 손상을 방지할 수 있어, 내구성이 증대되는 효과가 있다.In addition, since the single flame temperature can be lowered, damage to the outer wall of the oxy-fuel combustor can be prevented, and durability can be increased.

또한, 종래의 개질기의 경우 외부 열원 공급이 필요하였으나, 순산소연소기에서 발생되는 열을 이용할 수 있는바 시스템구조가 간단해지는 효과가 있다.
In addition, in the case of the conventional reformer, external heat source supply is required, but the system structure that can utilize the heat generated in the oxy-fuel combustor is simplified.

도 1은 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 주요 구성부분을 나타내는 것으로, 개질기가 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 주요 구성부분을 나타내는 것으로, 개질기가 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 단면도를 나타내는 것으로 순산소연소기의 외벽에 개질기가 원통형으로 설치된 형태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 단면도로 열교환을 원활히 하기 위해 열교환핀을 설치한 것을 나타내는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 단면도를 나타내는 것으로 순산소연소기와 개질기에 각각 열교환핀을 설치한 것을 나타내는 것이다.FIG. 1 shows a main component of a combined reforming reactor for oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalytic reforming according to the present invention, and shows a flow of a case in which a reformer performs dry-reforming.
FIG. 2 shows the main components of the combined reforming reactor for oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalyzed reforming according to the present invention, and shows the flow of the reforming reaction when triple reforming is performed.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a combined reforming reactor for pure oxygen combustion-carbon dioxide catalytic reforming according to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a reformer installed in a cylindrical shape on the outer wall of a pure oxygen combustor.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a combined reforming reactor for oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalytic reforming according to the present invention, in which heat exchange fins are installed to facilitate heat exchange.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a combined reforming reactor for oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalyzed reforming according to the present invention, in which heat exchange fins are respectively installed in a pure oxygen combustor and a reformer.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout. 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 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 주요 구성부분을 나타내는 것으로, 개질기가 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.FIG. 1 shows a main component of a combined reforming reactor for oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalytic reforming according to the present invention, and shows a flow of a case in which a reformer performs dry-reforming.

도 1을 참조하면, 통합 반응기(100)는 순산연소기(10)의 외벽에 개질기(20)를 통합하여 구성하였다.Referring to FIG. 1, the integrated reactor 100 is constructed by integrating a reformer 20 on the outer wall of the net combustor 10.

종래의 순산소연소기는 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 떨어졌다. 또한, 개질기에서의 반응은 흡열반응으로 원활한 동작을 위해서는 외부에서 열원을 공급하여야 하는 문제가 있었다.The conventional oxy-fuel combustor has a high single flame temperature, which causes damage to the outer wall of the combustor. To prevent this, the reaction is carried out by introducing water vapor and lowering the combustion temperature. In this case, not only a heat source for generating water vapor but also a separate pump power for driving water vapor are required, which complicates the system configuration and lowers the overall system efficiency. In addition, the reaction in the reformer has a problem that a heat source must be supplied from the outside in order to operate smoothly due to an endothermic reaction.

이에 본 발명에서는 원통형의 순산소연소기(10)의 외벽에 개질기(20)를 통합하여 제작하였다. 이를 통해서 순산소연소기(10)에서 생성되는 열이 개질기로 전달되어 순산소연소기(10)의 단열화염온도를 낮춰줄 수 있어 기존의 순산소연소기에 비해서 유입되는 수증기의 양이 줄어들어 수증기를 생성시키기 위한 열 및 펌프의 소모동력을 감소시킬 수 있다.Therefore, in the present invention, the reformer 20 is integrally formed on the outer wall of the cylindrical oxy-fuel combustor 10. Accordingly, the heat generated in the oxy-fuel combustor 10 is transferred to the reformer to lower the adiabatic flame temperature of the oxy-fuel combustor 10, so that the amount of the steam introduced into the oxy- And the power consumption of the pump can be reduced.

일반적으로 순산소연소기(10)에서는 식(1)과 같은 반응식으로 반응이 일어난다.Generally, in the oxy-fuel combustor 10, the reaction takes place in accordance with the equation (1).

Figure 112012057906105-pat00001
Figure 112012057906105-pat00001

상기 반응은 발열반응으로 메탄가스와 산소가 반응하여 발전을 한 후에 최종적으로 이산화탄소와 수증기를 배출하는 반응이다. The reaction is an exothermic reaction in which methane gas and oxygen react to generate electricity, and finally, carbon dioxide and water vapor are discharged.

도 1에 도시된 개질기(20)에서는 식(2)와 같은 드라이 개질반응(Dry-Reforming)이 일어난다.In the reformer 20 shown in FIG. 1, a dry reforming reaction as shown in Equation (2) occurs.

Figure 112012057906105-pat00002
Figure 112012057906105-pat00002

드라이 개질반응은 1몰의 메탄과 1몰의 이산화탄소를 공급받아서 개질반응 후에 2몰의 일산화탄소와 2몰의 수소를 생성하는 반응을 말하는데, 상기 식(2)에서도 볼 수 있듯이 상당한 흡열반응이기 때문에 930K 이상의 고온에서 반응이 활발히 진행된다. 따라서 종래의 개질기에서는 외부 버너에 의해서 열을 공급해주는 별도의 장치를 달아서 개질반응을 진행시켜야 했다.The dry reforming reaction 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. Since this is a considerable endothermic reaction as shown in the above formula (2) The reaction proceeds actively at high temperatures. Therefore, in the conventional reformer, the reforming reaction has to proceed by attaching a separate device for supplying heat by the external burner.

이에 본 발명은 순산소연소기(10)에서 생성되는 열을 개질기(20)에 전달하여 별도의 열원 공급없이도 개질반응이 원활히 일어날 수 있도록 하였다.Accordingly, the present invention transmits heat generated in the pure oxy-fuel combustor 10 to the reformer 20 so that the reforming reaction can be smoothly performed without supplying a separate heat source.

순산소연소기(10)는 식(1)에서 나타났듯이 연소시에 상당량의 열이 발생됨을 알 수 있다. 이 열로 인해서 순산소연소기(10)의 외벽이 손상되는바, 종래에는 많은 양의 수증기를 투입하여 외벽의 손상을 막는 방법을 취해왔다. 이와 같은 방법은 수증기를 생성하기 위한 열원 뿐만 아니라 수증기를 구동시키기 위한 펌프도 필요하게 되어 전체 시스템 구성이 복잡해지고, 시스템 효율이 낮아지는 결과를 초래하였다.As shown in Equation (1), the net oxygen combustor (10) generates a considerable amount of heat during combustion. This heat damages the outer wall of the oxy-fuel combustor 10, and conventionally, a large amount of water vapor has been injected to prevent damage to the outer wall. In this method, not only a heat source for generating steam but also a pump for driving water vapor are required, which results in a complicated overall system configuration and lower system efficiency.

따라서, 순산소연소기(10)에서 연소 반응시 발생하는 열을 개질기(20)로 전달시킴으로써 순산소연소기(10) 내부로 투입되는 수증기의 양을 감소시킬 수 있으며, 외벽의 손상을 막아서 순산소연소기(10)의 수명을 증대시킬 수 있다.Accordingly, by transmitting the heat generated during the combustion reaction in the oxy-fuel combustor 10 to the reformer 20, it is possible to reduce the amount of water vapor injected into the oxy-fuel combustor 10, The life of the battery 10 can be increased.

또한, 순산소연소기(10)에서 연소 반응후 생성되는 이산화탄소는 지중 또는 해저에 저장할 수도 있지만, 개질기(20)로 재순환시켜서 일산화탄소와 수소를 생성하는 용도로 사용할 수도 있다. 개질기(20)로 재순환시키면 전체 시스템의 효율을 증대되는 효과도 얻을 수 있다.The carbon dioxide generated after the combustion reaction in the oxy-fuel combustor 10 may be stored in the earth or the seabed, but it may be used for producing carbon monoxide and hydrogen by recycling to the reformer 20. It is possible to obtain an effect of increasing the efficiency of the whole system by recycling the gas to the reformer 20.

도 2는 개질기(20)가 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.FIG. 2 shows a flow in the case where the reformer 20 performs a triple reforming reaction (Tri-Reforming).

삼중 개질반응은 식(3)과 같은 반응식을 나타낸다.The triple reforming reaction is represented by the reaction formula (3).

Figure 112012057906105-pat00003
Figure 112012057906105-pat00003

삼중 개질반응은 4몰의 메탄과 2.5몰의 산소와 1몰의 이산화탄소와 1몰의 수증기를 공급받아서 개질반응 후에 4몰의 일산화탄소와 1몰의 이산화탄소와 2몰의 수증기와 7몰의 수소를 생성하는 반응을 말한다.In the triple reforming reaction, 4 mol of methane, 2.5 mol of oxygen, 1 mol of carbon dioxide and 1 mol of water vapor are fed to produce 4 mol of carbon monoxide, 1 mol of carbon dioxide, 2 mol of water vapor and 7 mol of hydrogen .

삼중 개질반응을 수행하게 되면 드라이 개질반응에 비해서 다음과 같은 장점을 가진다. 첫째로 더 높은 메탄 전환율을 달성할 수 있고, 둘째로 유입가스의 CO2/H2O/O2 조성에 따라 H2/CO 비율을 1~3까지 조정할 수 있다. 셋째로 부분 산화반응이 발열반응을 나타내기 때문에 온도 유지가 용이하다. 넷째는 각각의 개질 반응을 단독으로 수행할 때 보다 탄소 침적의 억제 효과가 강하다는 점이다.The triple reforming reaction has the following advantages over the dry reforming reaction. First, higher methane conversion can be achieved, and second, the CO 2 / H 2 O / O 2 Depending on the composition, the H 2 / CO ratio can be adjusted from 1 to 3. Third, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction, so temperature maintenance is easy. Fourth, the inhibition effect of carbon deposition is stronger than that of each reforming reaction alone.

상기와 같은 장점들로 인해서 개질기(20)에서의 반응은 드라이 개질반응보다는 삼중 개질반응이 더 권장된다.Due to these advantages, the reaction in the reformer 20 is more preferably a triple reforming rather than a dry reforming reaction.

삼중 개질반응에서도 드라이 개질반응에서와 같이 순산소연소기(10)에서 연소 반응후 생성되는 이산화탄소 재순환시켜서 사용할 수 있다.In the triple reforming reaction, carbon dioxide generated after the combustion reaction in the pure oxygen combustor 10 can be recycled as in the dry reforming reaction.

도 3은 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기(100)의 단면도로 원통형의 순산소연소기(10)의 외벽에 개질기(20)가 원통형으로 설치된 형태를 나타내는 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of a combined oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalytic reforming reforming reactor 100 according to the present invention, in which a reformer 20 is installed in a cylindrical shape on the outer wall of a cylindrical oxy-fuel combustor 10.

개질기(20)의 형태는 다양한 형태로 구성할 수 있는데, 순산소연소기(10)와 열교환을 잘 할 수 있는 형태라면 어떠한 형태라도 무관한다. 순산소연소기(10)와 열교환을 잘 할 수 있도록 하기 위해서 접촉면적을 최대로 하는 형태의 구조가 바람직하며, 도 3에서는 원통형의 순산소연소기(10)를 둘러싸는 원통형의 개질기(20)를 배치하였다. 순산소연소기(20)에서 발생된 열을 개질기(20)로 전달시켜줌으로써 개질반응에 필요한 열원을 해결한 것을 도시적으로 표현해 주고 있다.The shape of the reformer 20 may be in various forms, but it may be of any shape as long as it can perform heat exchange with the oxy-fuel combustor 10 well. In order to facilitate the heat exchange with the pure oxygen combustor 10, a structure in which the contact area is maximized is preferable. In FIG. 3, a cylindrical reformer 20 surrounding the cylindrical oxy-fuel combustor 10 is disposed Respectively. The heat generated from the pure oxygen combustor 20 is transferred to the reformer 20 to solve the heat source necessary for the reforming reaction.

도 4는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기(100)의 단면도로 열교환을 원활히 하기 위해 열교환핀(30)을 설치한 실시예를 보여주고 있다. 상기 열교환핀(30)은 개질기(20)쪽에만 설치할 수도 있고, 순산소연소기(10)와 개질기(20) 사이를 관통하여 설치 될 수도 있다.FIG. 4 is a cross-sectional view of a combined oxy-fuel-carbon dioxide catalytic reforming reforming reactor 100 according to an embodiment of the present invention, in which a heat exchange fin 30 is installed to facilitate heat exchange. The heat exchange fins 30 may be installed only on the side of the reformer 20 or on the side of the pure oxygen combustor 10 and the reformer 20.

열교환핀(30)의 설치로 순산소연소기(10)에서 연소열이 좀 더 효율적으로 개질기(20)로 전달될 수 있다.The heat exchange fins 30 may be installed to allow the combustion heat to be more efficiently transferred to the reformer 20 in the oxy-fuel combustor 10.

본 통합반응기(100)의 목적은 순산소연소기(10)에서 생성되는 열을 개질기(20)로 효과적으로 전달하기 위하여 제작된 것인바, 열교환핀(30)을 달아서 이와 같은 목적을 좀 더 효율적으로 달성할 수 있도록 하였다.The purpose of the present integrated reactor 100 is to efficiently transfer the heat generated in the oxy-fuel combustor 10 to the reformer 20, and to heat-exchange the heat-exchanging fins 30 to accomplish this purpose more efficiently .

도 5는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기(100)의 단면도를 나타내는 것으로 순산소연소기(10)와 개질기(20)에 각각 열교환핀(30)을 설치한 것을 나타내는 것이다.5 is a cross-sectional view of a combined oxy-fuel combustion-carbon dioxide catalytic reforming reforming reactor 100 according to the present invention, in which a heat exchange fin 30 is installed in a pure oxygen combustor 10 and a reformer 20, respectively.

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.

10: 순산소연소기
20: 개질기
30: 열교환핀
100: 통합반응기10: Oxygen Combustor
20: reformer
30: Heat exchange pin
100: Integrated Reactor

Claims (7)

메탄(CH4)과 산소(O2) 및 수증기(H20)를 공급받아 동력을 발생시키고, 수증기(H20)와 이산화탄소(CO2)를 생성하는 순산소연소기;
상기 순산소연소기의 외벽을 이루도록 상기 순산소연소기를 둘러싸는 개질기;
상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 발생하는 열원을 이용하여 흡열반응인 개질반응을 수행하고, 상기 순산소연소기에서 생성되는 열을 상기 개질기로 전달시켜 단열화염온도를 낮추고, 상기 순산소연소기를 상기 개질기가 둘러싸는 구조로 구성되어 상기 순산소연소기의 외벽을 보호하고,
상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 연소후 생성되는 이산화탄소가 순환되어 유입되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.A pure oxygen combustor that receives methane (CH 4 ), oxygen (O 2 ), and water vapor (H 2 O) to generate power and generate water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 );
A reformer surrounding the oxy-fuel combustor to form an outer wall of the oxy-fuel combustor;
The reformer performs a reforming reaction, which is an endothermic reaction, using a heat source generated in the Pure Oxygen Combustor, transfers the heat generated in the Pure Oxygen Combustor to the reformer to lower the adiabatic flame temperature, The outer wall of the oxy-fuel combustor is protected,
Wherein the reformer circulates carbon dioxide generated after the combustion in the oxy-fuel combustor, and flows into the reformer. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 개질기는 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.The method according to claim 1,
Wherein the reformer is subjected to a dry-reforming reaction. 제 1 항에 있어서,
상기 개질기는 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.The method according to claim 1,
Wherein the reformer is subjected to a tri-reforming reaction. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 개질기는 상기 순산소연소기의 외벽에 원통형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.The method according to any one of claims 1 and 3 to 4,
Wherein the reformer is disposed in a cylindrical shape on the outer wall of the oxy-fuel combustor. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 배치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.The method according to any one of claims 1 and 3 to 4,
And a heat exchange fin for heat exchange is disposed on the reformer side. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 순산소연소기측과 상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.The method according to any one of claims 1 and 3 to 4,
And a heat exchange fins for heat exchange are disposed on the side of the oxy-fuel combustor and the side of the reformer, respectively.
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