KR102289495B1 - 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템은 탄화수소 계열의 연료를 연료전지에 공급하여 전기에너지를 생산하는 제1 전기 생산부; 상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스로부터 분리된 수분을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 전기 생산부; 상기 제2 전기 생산부에서 수분이 제거된 상기 미반응가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부; 및 상기 이산화탄소 포집부에서 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하여 다시 연료전지로 공급하는 재순환부를 포함한다.

Description

연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR CAPTURING CARBON DIOXIDE USING FUEL CELL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스를 활용하여 공기극의 비가역적 손실을 최소화하고, 추가적인 전기에너지를 회수하며, 이산화탄소가 분리된 상기 미반응가스를 연소하여 연료전지에 재공급되도록 하는, 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학에너지를 전기화학적 반응에 의해 전기에너지로 직접 변환하는 장치이다. 일반적으로, 연료전지는 전기적으로 충전된 이온을 도전시키는 전해질에 의해 분리되는 연료극과 공기극을 포함한다. 용융 탄산염 연료전지는 이산화탄소를 포함하는 가스를 산화시킬 동안 연료극를 통해 반응물 연료가스를 통과함으로써 작동되며, 산소와 이산화탄소는 탄산염형태로 전해질을 통과한다.
일반적으로 연료전지는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로서, NOx, SOx의 배출량이 획기적으로 줄어들기 때문에 기존의 화석연료를 이용한 발전설비보다 친환경적인 장점이 있으며, 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생성물이 계외로 제거된다.
한편, 탄소 포집 저장 시스템의 기술은 화석연료를 사용하는 발전 또는 기타 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 수송, 저장하여 대기중으로 이산화탄소가 방출되는 것을 방지하기 위한 기술이다. 이렇게 함으로써 지구 온난화의 주범인 화석연료에 의한 이산화탄소의 대기 방출 문제를 경감시킬 수 있다.
종래 전해조-연료전지를 통한 이산화탄소 포집 시스템은 이산화탄소가 포함된 배기가스를 전해조 전지의 공기극에 공급하여 전해조 전기 연료극에서 발생하는 CO3 2-를 전해조 전지의 공기극에 전달하고 전해조 전지의 공기극에서 전환된 이산화탄소와 산소를 배기가스와 함께 연료전지 공기극에 공급하는 구조로 되어 있다. 연료전지 공기극에 공급된 이산화탄소와 산소는 CO3 2-로 전환되어 전해질을 통해 연료전지의 연료극으로 이동하고, 연료전지의 연료극으로 공급된 천연가스와 반응하여 물, 이산화탄소, 미반응 가스(수소/일산화탄소)로 전환되어 냉동사이클 공정으로 이동한다. 냉동 사이클 공정으로 이동된 연료전지 연료극 배출가스는 냉각되어 액체 이산화탄소와 가스 성분으로 분리된다. 배출된 가스 성분은 전해조 전지의 연료극으로 공급되고, 전해조 전지의 연료극에 공급된 가스 중 이산화탄소와 산소는 CO3 2-로 전환되어 전해조 전지의 공기극으로 전달되고 나머지는 수소로 전환되어 배출되는 구조이다.
그러나 상기와 같은 종래 기술은 배기가스 내의 이산화탄소와 산소의 농도 저하로 인해 연료전지 공기극에서 발생할 수 있는 비가역적 손실을 최소화하기 위해서 전해조 전지를 활용하여 연료전지 연료극에서 배출된 미반응가스와 이산화탄소를 활용하여 전해조 전지의 공기극에 이산화탄소와 산소를 공급하는 구조로 되어 있기 때문에 이산화탄소를 포집하기 위해서 전해조 전지에 별도의 열/전기 에너지를 공급해야 하며, 전해조 전지를 추가로 연계함으로써 이산화탄소를 포집하기 위해 필요한 시설투자비가 증가하여 경제성이 결여될 수 있는 문제가 있다. 또한 연료전지 연료극에서 배출되는 가스는 고온의 현열을 보유하고 있음에도 불구하고 이를 냉동사이클에 공급함으로써 전체 시스템의 열효율이 저하될 수 있는 문제가 있으며, 액화 이산화탄소를 생성하기 위해 냉동사이클을 구성할 경우, 연료전지 연료극에서 배출되는 수분이 결빙되어 연결 배관의 막힘 현상 등으로 인해서 전체 시스템의 신뢰도를 악화시키는 문제점이 있었다.
(문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0023113호(2014.02.26)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 안출된 것으로, 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스를 활용하여 공기극의 비가역적 손실을 최소화하는데 그 목적이 있으며,
또한, 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스를 수분제거 없이 냉각공정에 공급함에 따라 미반응가스 내의 수분이 결빙되어 시스템의 신뢰도를 저하시키고, 이산화탄소 포집 농도를 저하시킬 수 있는 문제를 해결하기 위해, 연료전지 연료극에서 배출되는 가스의 현열을 스팀으로 회수하고 이를 스팀터빈 발전기에 공급함으로써 전기 에너지를 추가적으로 회수하는데 추가 목적이 있으며,
또한, 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스에서 수분을 제거하고 이산화탄소를 포집한 후, 연소하여 다시 연료전지의 공기극으로 재공급하도록 구성하여 전해조 전지 없이 이산화탄소를 고농도로 포집할 수 있으므로, 시설투자비 저감을 통해 비용을 절감하는데 추가 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템에 있어서, 탄화수소 계열의 연료를 연료전지에 공급하여 전기에너지를 생산하는 제1 전기 생산부; 상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스로부터 분리된 수분을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 전기 생산부; 상기 제2 전기 생산부에서 수분이 제거된 상기 미반응가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부; 및 상기 이산화탄소 포집부에서 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하여 다시 연료전지로 공급하는 재순환부를 포함하는, 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템을 제공한다.
상기 제1 전기 생산부는, 상기 탄화수소 계열의 연료를 저장하는 연료 탱크; 상기 연료 탱크로부터 배출되는 연료 중 일부를 상기 연료극에 공급하기 전에 수성가스로 개질하는 개질기; 및 상기 연료 탱크로부터 배출되는 연료 중 나머지를 상기 공기극에 공급하기 전에 연소시키는 제1 연소기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 전기 생산부는, 상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스에 포함된 수분을 응축하는 수분 응축기; 상기 수분 응축기에서 분리된 응축수가 상기 연료극에서 배출되는 미반응가스로부터의 현열을 회수하는 스팀 재생 열교환기; 상기 수분 응축기에서 상기 스팀 재생 열교환기로 응축수를 공급하는 고압 펌프; 및 상기 스팀 재생 열교환기에서 배출되는 스팀을 공급받아 전기에너지를 생산하는 스팀 터빈 발전기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스팀 터빈 발전기에서 배출되는 스팀을 상기 개질기로 공급하여 수성가스로 전환하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 이산화탄소 포집부는, 상기 수분 응축기에서 응축수가 제거된 후 배출되는 오프가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 배출되는 오프가스와 상기 연료 탱크에서 배출되는 연료가 열교환되는 냉각기; 상기 냉각기에서 냉각된 오프가스 중 액체 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리기; 및 상기 이산화탄소 분리기에서 분리된 액체 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장 탱크를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 재순환부는, 상기 이산화탄소 분리기에서 액체 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하는 제2 연소기를 포함하고, 상기 제2 연소기에서 배출되는 제2 연소가스를 상기 연료전지의 연료극과 공기극에 공급하는 것이 바람직하다.
상기 제1 연소기에서 배출되는 제1 연소가스는 상기 공기극에서 배출되는 배기가스와 재열 열교환기에서 열교환된 후 상기 공기극에 공급되며, 상기 재열 열교환기에서 열교환된 상기 배기가스는 연돌을 통해 외부로 배출되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 탄화수소계열의 연료를 연료전지에 공급하여 전기를 생산하는 제1 전기 생산 단계; 상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스로부터 분리된 수분을 이용하여 전기를 생산하는 제2 전기 생산 단계; 및 상기 제2 전기 생산 단계에서 수분이 제거된 상기 미반응가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집 단계를 포함하는, 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.
상기 이산화탄소 포집 단계에서 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하여 다시 연료전지로 공급하는 재순환 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 전기 생산 단계에서 배출되는 스팀을 개질하여 상기 제1 전기 생산 단계에 재공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스를 활용하여 공기극의 비가역적 손실을 최소화하는 효과가 있으며,
또한, 연료전지 연료극에서 배출되는 가스의 현열을 스팀으로 회수하고 이를 스팀터빈 발전기에 공급함으로써 전기 에너지를 추가적으로 회수함으로써 전체 시스템 효율을 향상시키고, 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스를 수분제거 없이 냉각공정에 공급함에 따라 미반응가스 내의 수분이 결빙되어 시스템의 신뢰도를 저하시키고, 이산화탄소 포집 농도를 저하시킬 수 있는 문제를 해결하는 효과가 있으며,
연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스에서 수분을 제거하고 이산화탄소를 포집한 후, 연소하여 다시 연료전지의 공기극으로 재공급하도록 구성하여 전해조 전지 없이 이산화탄소를 고농도로 포집할 수 있으므로, 시설투자비 저감을 통해 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도의 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.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템(100)에 있어서, 탄화수소 계열의 연료를 연료전지에 공급하여 전기에너지를 생산하는 제1 전기 생산부(110), 연료전지(116)의 연료극(117)에서 배출되는 미반응가스로부터 분리된 수분을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 전기 생산부(120), 제2 전기 생산부(120)에서 수분이 제거된 미반응가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부(130), 및 이산화탄소 포집부(130)에서 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하여 다시 연료전지(116)로 공급하는 재순환부(140)를 포함할 수 있다.
제1 전기 생산부(110)는 탄화수소 계열 연료를 저장하는 연료 탱크(112), 연료 탱크(112)로부터 배출되는 연료 중 일부를 연료극(117)에 공급하기 전에 수성가스로 개질하는 개질기(115) 및 연료 탱크로부터 배출되는 연료 중 나머지를 공기극에 공급하기 전에 연소시키는 제1 연소기(116)를 포함할 수 있다.
여기서 탄화수소 계열의 연료란 천연가스, 디젤, 가솔린, 프로판, 에탄올 등과 같은 연료를 의미한다.
탄화수소 계열의 연료를 이용하는 발전 설비로부터 배출되는 배기가스는 이산화탄소와 산소가 각각 10~15% 포함되어 있기 때문에 기존 용융 탄산염 연료전지 공기극에 공급되는 조성과 유사한 특징이 있다. 따라서 이와 같이 연료전지 중에서 이산화탄소와 산소를 공기극에 공급해야하는 특이한 물질전달 메커니즘을 가지고 있는 융용 탄산염 연료전지를 탄화수소 계열의 연료를 이용하는 발전 설비로부터 배출되는 배기가스 중에 이산화탄소를 공급할 경우 이산화탄소를 선택적으로 포집할 수 있는 특징이 있다.
따라서 본 발명은 탄화수소계열의 연료를 이용하는 발전 설비로부터 배출되는 배기가스 중 이산화탄소를 효율적으로 포집하기 위한 기술로서, 연료전지 중 용융탄산염 연료전지의 공기극의 물질 전달 메커니즘의 특성을 이용하여 이산화탄소를 효율적으로 포집하고 분리할 수 있는 시스템을 안출하였다.
한편, 제2 전기 생산부(120)는 연료전지(116)의 연료극(117)에서 배출되는 미반응가스에 포함된 수분을 응축하는 수분 응축기(122), 수분 응축기(122)에서 분리된 응축수가 연료극(117)에서 배출되는 미반응가스로부터의 현열을 회수하는 스팀 재생 열교환기(124), 수분 응축기(122)에서 스팀 재생 열교환기(124)로 응축수를 공급하는 고압 펌프(123), 및 스팀 재생 열교환기(124)에서 배출되는 스팀을 공급받아 전기에너지를 생산하는 스팀 터빈 발전기(126)를 포함할 수 있다.
스팀 터빈 발전기(126)에서 배출되는 스팀은 개질기(115)로 공급되어 수성가스로 전환되도록 하여 수소를 얻을 수 있다. 즉, 연료극(117)에서 전환된 CO3 2-와 반응하기 위해 수소가 필요한데, 우선, 천연가스를 개질기(115)에 공급하여 얻을 수 있고, 두 번째로, 연료극(117)에서 배출되는 미반응가스가 수분 응축기(122)에서 응축된 후, 연료극(117)에서 배출되는 미반응가스의 현열을 통해 스팀으로 전환된 후, 스팀 터빈 발전기(126)를 통해 추가 전기 에너지를 회수하고 배출된 저압 스팀을 개질기(115)에 공급하여 수소로 전환하도록 할 수 있다.
다시 말해, 연료극(117)에서 전환된 이산화탄소와 물 그리고 미반응 가스와 산소는 용융 탄산염 연료전지의 작동온도에 따라 고온으로 배출되고, 배출되는 가스의 현열을 회수하고 수분을 응축하기 위해서 수분 응축기(122)에서 배출되는 수분을 고압 펌프(123)를 통해 스팀 재생 열교환기(124)로 공급한다. 공급된 물은 스팀 재생 열교환기(124)에서 고압 스팀으로 재생되고 이를 스팀 터빈 발전기(126)에 공급하여 추가 전기에너지를 회수한다. 스팀 터빈 발전기(126)에서 배출된 저압 스팀은 개질기(115)로 공급되어 연료극(117)에 공급될 소수로 전환될 수 있다. 공급된 수소는 CO3 2-와 반응하여 물과 이산화탄소로 전환되고 전하는 공기극(118)으로 이동한다.
수분 응축기(122)를 이용함으로써, 연료전지 연료극(117)에서 배출되는 가스 내의 수분을 제거하지 않고 냉각 공정에 공급하여 발생할 수 있는 수분 결빙 문제를 해결하였다. 이산화탄소 포집 농도를 향상시킴과 동시에 연료전지 연료극(117)에서 배출되는 가스의 현열을 회수하기 위해서 수분 응축기(122)에서 응축된 물을 이용하여 고압 스팀으로 전환시키고, 이를 스팀 터빈 발전기(126)에 공급하여 추가 전기에너지를 회수하도록 하였으며, 이로써 액체 이산화탄소 전환 전 수분을 충분히 응축시켜 분리하여, 이산화탄소 액화 시 발생할 수 있는 수분 결빙 문제를 해결하고, 이산화탄소 순도를 향상시킬 수 있다.
한편, 스팀 재생 열교환기(124)에서 배출되는 스팀은 스팀 터빈 발전기(126)를 거치지 않고 다른 장치의 열원으로 공급된 후 개질기(115)로 공급될 수 있다.
이산화탄소 포집부(130)는 수분 응축기(122)에서 응축수가 제거된 후 배출되는 오프가스를 압축하는 압축기(132), 압축기(132)에서 배출되는 오프가스와 연료 탱크(112)에서 배출되는 연료가 열교환되는 냉각기(134), 냉각기(134)에서 냉각된 오프가스 중 액체 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리기(136), 및 이산화탄소 분리기(136)에서 분리된 액체 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장 탱크(138)를 포함할 수 있다.
즉, 수분 응축기(12)에서 수분을 응축한 후 배출된 오프가스는 냉각기(134)에서 액화천연가스와 열교환되어 액화천연가스는 기화되고, 오프가스 중 이산화탄소는 액화되어 이산화탄소 분리기(136)에 공급된다. 이산화탄소 분리기(136)에서 액상 상태의 이산화탄소와 이산화탄소가 제거된 오프가스가 분리되며, 분리된 액체 이산화탄소는 이산화탄소 저장 탱크(138)에 저장된다.
재순환부(140)는 이산화탄소 분리기(136)에 액체 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하는 제2 연소기(145)를 포함할 수 있고, 제2 연소기(145)에서 배출되는 제2 연소가스를 연료전지의 연료극(117) 또는 공기극(118)에 공급할 수 있다.
제1 연소기(114)에서 배출되는 배기가스 내 이산화탄소와 산소 농도 저하로 발생할 수 있는 비가역 손실을 최소화하기 위해서 이산화탄소 분리기(136)로부터 배출되는 오프가스를 제2 연소기에서 연소시켜 이를 제1 연소기(114)에서 배출되는 제1 연소가스와 함께 공급하도록 구성하였으며, 이와 같은 구성으로, 연료극(117)에서 배출되는 열원을 회수하여 공기극(118)으로 공급되도록 하여 열효율을 향상시켰다.
제1 연소기(114)에서 배출되는 제1 연소가스는, 제2 연소기(145)에서 배출되는 제2 연소가스와 합류한 후, 재열 열교환기(150)에서 공기극(118)에서 배출되는 이산화탄소가 제거된 배기가스에서 열을 회수한 후 300도 이상으로 예열되어 상기 공기극(118)에 공급되며, 재열 열교환기(150)에서 열교환된 상기 이산화탄소가 제거된 배기가스는 연돌(155)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
연료극(117)에서 배출되는 미반응 가스는 물, 이산화탄소, 미반응 수소, 일산화탄소, 및 산소 등을 포함하며, 수분 응축기(122)를 거쳐 물이 분리되고, 이산화탄소 분리기(136)를 거쳐 이산화탄소가 분리되어, 제2 연소기(145)로 공급되는 오프가스에는 기체상태의 미반응 수소, 일산화탄소, 산소 등이 포함된다.
한편, 본 실시 예에 따른 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 방법은, 탄화수소계열의 연료를 연료전지에 공급하여 전기를 생산하는 제1 전기 생산 단계, 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스로부터 분리된 수분을 이용하여 전기를 생산하는 제2 전기 생산 단계, 및 제2 전기 생산 단계에서 수분이 제거된 미반응가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집 단계를 포함할 수 있다.
또한, 이산화탄소 포집 단계에서 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하여 다시 연료전지로 공급하는 재순환 단계를 더 포함할 수 있다. 이로써 공기극에서 발생할 수 있는 비가역적 손실을 최소화하여 전해조 전지 없이도 이산화탄소를 고농도로 포집할 수 있다.
또한, 제2 전기 생산 단계에서 전기를 생산하고 배출되는 스팀을 개질하여 제1 전기 생산 단계에 재공급함으로써 연료극에 수소를 충분히 공급할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템은 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스를 활용하여 공기극의 비가역적 손실을 최소화하는 효과가 있으며,
또한, 연료전지 연료극에서 배출되는 가스의 현열을 스팀으로 회수하고 이를 스팀터빈 발전기에 공급함으로써 전기 에너지를 추가적으로 회수함으로써 전체 시스템 효율을 향상시키고, 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스를 수분제거 없이 냉각공정에 공급함에 따라 미반응가스 내의 수분이 결빙되어 시스템의 신뢰도를 저하시키고, 이산화탄소 포집 농도를 저하시킬 수 있는 문제를 해결하는 효과가 있으며,
연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스에서 수분을 제거하고 이산화탄소를 포집한 후, 연소하여 다시 연료전지의 공기극으로 재공급하도록 구성하여 전해조 전지 없이 이산화탄소를 고농도로 포집할 수 있으므로, 시설투자비 저감을 통해 비용을 절감하는 효과가 있다.
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 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 제1 전기 생산부 112 : 연료 탱크
114 : 제1 연소기 115 : 개질기
116 : 연료전지 120 : 제2 전기 생산부
122 : 수분 응축기 123 : 고압 펌프
124 : 스팀 재생 열교환기 126 : 스팀 터빈 발전기
130 : 이산화탄소 포집부 132 : 압축기
134 : 냉각기 136 : 이산화탄소 분리기
138 : 이산화탄소 저장 탱크 140 : 재순환부
145 : 제2 연소기 150 : 재열 열교환기
155 : 연돌

Claims (1)

  1. 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템에 있어서,
    탄화수소 계열의 연료를 연료전지에 공급하여 전기에너지를 생산하는 제1 전기 생산부;
    상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스로부터 분리된 수분을 이용하여 전기에너지를 생산하는 제2 전기 생산부;
    상기 제2 전기 생산부에서 수분이 제거된 상기 미반응가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부; 및
    상기 이산화탄소 포집부에서 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하여 다시 연료전지로 공급하는 재순환부를 포함하며,
    상기 제1 전기 생산부는,
    상기 탄화수소 계열의 연료를 저장하는 연료 탱크;
    상기 연료 탱크로부터 배출되는 연료 중 일부를 상기 연료극에 공급하기 전에 수성가스로 개질하는 개질기; 및
    상기 연료 탱크로부터 배출되는 연료 중 나머지를 공기극에 공급하기 전에 연소시키는 제1 연소기를 포함하며,
    상기 제2 전기 생산부는,
    상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 미반응가스에 포함된 수분을 응축하는 수분 응축기;
    상기 수분 응축기에서 분리된 응축수가 상기 연료극에서 배출되는 미반응가스로부터의 현열을 회수하는 스팀 재생 열교환기;
    상기 수분 응축기에서 상기 스팀 재생 열교환기로 응축수를 공급하는 고압 펌프; 및
    상기 스팀 재생 열교환기에서 배출되는 스팀을 공급받아 전기에너지를 생산하는 스팀 터빈 발전기를 포함하며,
    상기 스팀 터빈 발전기에서 배출되는 스팀을 상기 개질기로 공급하여 수성가스로 전환하도록 하며,
    상기 이산화탄소 포집부는,
    상기 수분 응축기에서 응축수가 제거된 후 배출되는 오프가스를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 배출되는 오프가스와 상기 연료 탱크에서 배출되는 연료가 열교환되는 냉각기;
    상기 냉각기에서 냉각된 오프가스 중 액체 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리기; 및
    상기 이산화탄소 분리기에서 분리된 액체 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장 탱크를 포함하며,
    상기 재순환부는,
    상기 이산화탄소 분리기에서 액체 이산화탄소를 분리한 후 배출되는 오프가스를 연소하는 제2 연소기를 포함하고,
    상기 제2 연소기에서 배출되는 제2 연소가스를 상기 연료전지의 연료극과 공기극에 공급하며,
    상기 제1 연소기에서 배출되는 제1 연소가스는, 상기 제2 연소기에서 배출되는 제2 연소가스와 합류한 후에 재열 열교환기에서 상기 공기극로부터 배출되는 이산화탄소가 제거된 배기가스로부터 열을 회수한 후 상기 공기극에 공급되며,
    상기 재열 열교환기에서 열교환된 상기 이산화탄소가 제거된 배기가스는 연돌을 통해 외부로 배출되는, 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템.
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