KR102417097B1 - blue hydrogen production device using natural gas, liquefied device for waste gas generated during combustion of raw materials, and steam turbine power generation device using high-temperature steam - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 블루수소 생산 및 증기 발전과 온수공급 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 블루 수소 생산 시스템의 천연가스를 활용하는 복합 공정 시스템 및 증기 발생기(Water Heater)에서 발생한 고온의 수증기와 천연가스 개질기 및 증기-가스 환원 반응기에서 산화-환원에 의하여 수소 생산이 증가하고, 증기발생기(Water Heater)의 연료가 1,500~2,000 ℃의 높은 온도로 연소 도중 발생한 황화수소, 황화카보닐을 이산화황으로 변환하고, 이산화탄소를 추출하고 이러한 폐가스를 유효하게 사용하기 위해 액상화하여 재활용할 수 있는 방법이며, 이때 필요한 증기를 생산하기 위해 담수화 플랜트(Desalination Plant)를 이용하여 냉각수를 시스템에 공급하고, 블루수소 생산 공정의 운영으로 발생한 고온의 증기를 활용하여 증기 터빈 발전 및 온수 생산을 하고, 나머지는 재활용하거나 온수 및 담수를 각 필요지역에 배관을 통하여 공급할 수 있는 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치와 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화 장치, 고온의 증기를 이용한 증기 터빈 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to blue hydrogen production and steam power generation and hot water supply technology, and more particularly, high-temperature steam and natural gas reformer generated from a complex process system and a steam generator using natural gas of the blue hydrogen production system. And hydrogen production is increased by oxidation-reduction in the vapor-gas reduction reactor, and hydrogen sulfide and carbonyl sulfide generated during combustion of the fuel of a water heater at a high temperature of 1,500 to 2,000 ℃ are converted into sulfur dioxide, and carbon dioxide It is a method that extracts and liquefies this waste gas to effectively use it and recycles it. At this time, a desalination plant is used to produce the necessary steam to supply cooling water to the system, and to operate the blue hydrogen production process. A blue hydrogen production device using natural gas that can use the generated high-temperature steam to generate steam turbine power generation and hot water, and to recycle the rest or supply hot water and fresh water to each required area through a pipe, and liquefaction of waste gas generated during raw material combustion It relates to a device, a steam turbine generator using high-temperature steam.
수소는 에너지, 정유, 정밀화학 및 석유화학 공정에 사용되는 중요한 화학물질이다. 전형적으로, 이는 많은 리파이너리(Refinery) 공정에 사용된다. 최근들어 화석연료기반의 경제는 수소경제 사회로 전환이 시작되면서, 소형 연료전지용 개질기, 연료전지 자동차용 수소스테이션 그리고 대용량 수소 제조용 화학 플랜트의 공정개발이 주목을 받고 있다.Hydrogen is an important chemical used in energy, oil refining, fine chemical and petrochemical processes. Typically, it is used in many refinery processes. Recently, as the fossil fuel-based economy is shifting to a hydrogen economy society, the process development of a reformer for a small fuel cell, a hydrogen station for a fuel cell vehicle, and a chemical plant for producing large-capacity hydrogen is attracting attention.
그러나 종래에는 수소를 생산하는 과정에서 이산화탄소 등과 같은 불필요한 부산물이 발생하고, 과도한 에너지를 소비를 요구하는 등의 문제점이 있다.However, in the related art, unnecessary by-products such as carbon dioxide are generated in the process of producing hydrogen, and there are problems such as requiring excessive energy consumption.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 천연가스로부터 블루수소를 생산하고, 이때 발생되는 폐가스를 액화하고, 고온의 증기를 이용한 전기를 생산할 수 있도록 하는 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치와 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화 장치, 고온의 증기를 이용한 증기 터빈 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, blue hydrogen using natural gas to produce blue hydrogen from natural gas, liquefy the generated waste gas, and produce electricity using high-temperature steam An object of the present invention is to provide a hydrogen production device, a liquefaction device for waste gas generated during raw material combustion, and a steam turbine generator using high-temperature steam.
상기한 바와 같은 목적은, 버너 또는 플라즈마를 이용한 연소장치와 송풍기를 구비하여, 1,750~2,000 ℃의 고온으로 유입되는 담수로부터 370 ℃, 48.04 bar의 고온의 증기를 생산하는 증기 발생기, 상기 증기 발생기로부터 370 ℃, 48.04 bar의 고온의 증기가 유입되어 천연가스를 370 ℃, 48.04 bar의 고온의 가스로 변환하는 제1 천연가스 히터, 상기 증기 발생기로부터의 발생되는 370 ℃, 48.04 bar의 고온의 증기가 각각 유입되어 상기 제1 천연가스 히터에서 변환된 천연가스를 370~500 ℃, 48.04~46.08 bar의 초고온의 천연가스로 변환하여 가스 개질 반응기에 공급하는 제2, 제3 천연가스 히터를 구비한 증기 발생부; 및 상기 증기 발생기로부터 고온의 증기가 유입되고 상기 제3 천연가스 히터로부터 초고온의 천연가스가 유입되어 알루미나 또는 니켈 기반 촉매에 의해 천연가스에 존재하는 탄화수소와 증기가 반응하여 수소와 일산화탄소를 생성하는 가스 개질 반응기로 구성되는, 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치에 의해 달성된다.The above object is provided with a combustion device and a blower using a burner or plasma, a steam generator that produces high-temperature steam of 370 ℃, 48.04 bar from fresh water flowing in at a high temperature of 1,750 ~ 2,000 ℃, from the steam generator A first natural gas heater that converts natural gas into high-temperature gas of 370° C. and 48.04 bar by introducing high-temperature steam of 370° C. and 48.04 bar, 370° C., high-temperature steam of 48.04 bar generated from the steam generator Steam having second and third natural gas heaters that are respectively introduced and converted in the first natural gas heater into ultra-high temperature natural gas of 370 to 500 ℃ and 48.04 to 46.08 bar and supplied to the gas reforming reactor generator; And high-temperature steam is introduced from the steam generator and ultra-high-temperature natural gas is introduced from the third natural gas heater, so that hydrocarbons and steam present in the natural gas react with an alumina or nickel-based catalyst to generate hydrogen and carbon monoxide. It is achieved by a blue hydrogen production apparatus using natural gas, which consists of a reforming reactor.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 천연가스로부터 수분을 제거하는 탈수분장치, 및 상기 수분이 제거된 천연가스로부터 황화수소를 제거하는 제1, 제2 탈황장치를 구비한 천연가스 전처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, further comprising a natural gas pretreatment unit having a dehydration device for removing moisture from natural gas, and first and second desulfurization devices for removing hydrogen sulfide from the natural gas from which the moisture has been removed characterized in that
본 발명의 다른 측면에 의하면, 해수를 여과하는 스크린 여과기, 상기 스크린 여과기를 통과한 해수와 함께 응고제와 차아염소산나트륨이 투입되어 상기 해수를 세정 및 살균하는 침전조, 생분해성 고분자와 함께 투입되는 상기 세정 및 살균된 해수를 1차 여과하는 초기 여과기 저장조, 상기 1차 여과된 해수로부터 부유물을 제거하는 부유물 여과기 저장조, 항산성제와 역삼투막 확장 억제 전처리 약품과 함께 투입되는 상기 부유물이 제거된 담수를 1차로 여과하는 카트리지 1차 여과기, 아황산 수소 나트륨과 함께 상기 카트리지 1차 여과기로부터 역삼투용 고압펌프를 이용하여 투입되는 담수의 갈변 및 미생물을 살균하는 해수 역삼투시스템, 상기 해수 염삼투시스템의 담수가 유입되는 흡착 저장조, 상기 흡착 저장조의 담수가 역삼투 투과펌프를 통해 역압이 감소되어 유입되는 서비스 물 저장조, 상기 서비스 물 저장조로부터 부유물 제거 역삼투 펌프에 의해 부유물이 제거 투입되어 담수를 2차 여과하는 카트리지 2차 여과기, 부유물 역삼투용 고압 펌프에 의해 부유물 역삼투용 장치에 유입되어 부유물이 제거된 상기 카트리지 2차 여과기의 담수로부터 추가 부유물을 제거하는 부유물 역삼투용 투과 저장조, 및 이온 교환장치 유입펌프를 통한 상기 투유물 역삼투용 투과 저장조의 담수로부터 우수한 수질의 담수를 생산하여 탈염수 저장조에 저장하는 이온 교환장치를 구비한 담수화 플랜트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, a screen filter for filtering seawater, a coagulant and sodium hypochlorite are added together with the seawater that has passed through the screen filter, and a sedimentation tank for washing and sterilizing the seawater, the washing that is put together with a biodegradable polymer And the initial filter storage tank for primary filtering of the sterilized seawater, the suspension filter storage tank for removing suspended matter from the primary filtered seawater, the fresh water from which the suspended matter is removed, which is added together with an acid-resistant agent and a reverse osmosis membrane expansion inhibition pretreatment agent, is filtered primarily A cartridge primary filter that uses a high-pressure pump for reverse osmosis from the cartridge primary filter together with sodium hydrogen sulfite, a seawater reverse osmosis system that sterilizes browning and microorganisms of fresh water, and adsorption of fresh water flowing in the seawater salt osmosis system A storage tank, a service water storage tank in which the fresh water from the adsorption tank is introduced by reducing the reverse pressure through the reverse osmosis permeation pump, and the floating materials are removed from the service water storage tank by the reverse osmosis pump Secondary cartridge for secondary filtering of fresh water A filter, a permeate storage tank for floating matter reverse osmosis that removes additional suspended matter from the fresh water of the cartridge secondary filter from which suspended matter is removed by flowing into the suspended matter reverse osmosis device by a high-pressure pump for float reverse osmosis, and the permeate through the ion exchange device inlet pump It characterized in that it further comprises a desalination plant equipped with an ion exchange device for producing excellent quality fresh water from the fresh water of the reverse osmosis permeation storage tank and storing it in the demineralized water storage tank.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 초기 여과기 저장조와 상기 부유물 여과기 저장조에 여과된 공기를 주입하는 여과 송풍기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, it is characterized in that it further comprises a filtering blower for injecting filtered air into the initial filter storage tank and the float filter storage tank.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 부유물 여과기 저장조에서 부유물이 제거되지 않은 해수를 역세척 여과 펌프를 통해 상기 초기 여과기 저장조 및 상기 부유물 여과기 저장조에서 재여과되도록 하는 역세척 저장조를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, it further comprises a backwash reservoir for re-filtering the seawater from which suspended matter has not been removed from the float filter reservoir in the initial filter reservoir and the float filter reservoir through a backwash filtration pump. do it with
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 가스 개질 반응기에서 개질된 가스와 나머지 증기에 포함되어 있는 일산화탄소를 산화철, 크롬기 촉매가 존재하는 상태에서 310~370 ℃의 온도범위에서 증기와 반응시켜 350~400 ℃의 이산화탄소로 변환하는 고온증기-가스환원 반응기, 및 상기 고온증기-가스환원 반응기의 공정가스가 200 ℃로 냉각되어 금속 구리, 산화 아연 및 알루미나, 크로미아 중 하나 이상의 소모형 산화물로 구성된 촉매에 의해 공정가스 중 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하여 담수가 유입되는 냉각기로 전달하는 저온증기-환원 반응기를 구비한 증기-가스 환원 반응부; 상기 저온증기-환원 반응기로부터 가스가 유입되고 25~30 ℃의 담수가 유입되며 재생모터에탄올 아민 저장조로부터 25~30 ℃의 모노에탄올아민이 유입되어 이산화탄소를 흡착 제거하는 아민 이산화탄소 흡수장치, 220 ℃의 증기가 유입되고 상기 이산화탄소가 흡착 제거된 가스로부터 모노 에탄올아민을 재생하여 재생 모노에탄올아민 저장조에 저장하는 모노 에탄올아민 재생장치, 상기 모노 에탄올아민 재생장치로부터 배출되는 가스를 필터링하여 일산화탄소 및 이산화탄소를 이산화탄소 액상화시스템에 공급하는 아민필터, 상기 아민 이산화탄소 흡수장치 및 상기 모노 에탄올아민 재생장치로부터 배출되는 가스 중 수소를 포함하는 질소를 압력 순환식 흡착장치에 전달하는 침전탱크를 구비한 이산화탄소 제거장치; 및 상기 침전탱크부터 유입되는 29~30 ℃, 23 bar의 수소를 포함하는 질소를 30 bar로 증압하는 압축기, 상기 증압된 수소를 포함하는 질소를 담수에 의해 냉각하는 냉각기, 상기 냉각기로부터 배출되는 수소에 포함되어 있는 미량의 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 다량의 질소를 흡착 제거하는 버퍼탱크에 저장하는 수소 분리기를 구비한 압력 순환식 흡착장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, High-temperature steam that converts carbon monoxide contained in the gas reformed in the gas reforming reactor and the remaining steam with steam at a temperature range of 310 to 370 ℃ in the presence of iron oxide and chromium catalyst to convert it to carbon dioxide at 350 to 400 ℃ -Gas reduction reactor, and the high-temperature steam-process gas of the gas reduction reactor is cooled to 200 ℃, carbon monoxide in the process gas is converted to carbon dioxide by a catalyst composed of metal copper, zinc oxide, and one or more consumable oxides of alumina and chromia a low-temperature steam-reducing reactor having a low-temperature steam-reduction reactor for converting and transferring the fresh water to a cooler into which fresh water is introduced; An amine carbon dioxide absorber that adsorbs and removes carbon dioxide by introducing gas from the low-temperature steam-reduction reactor, fresh water at 25-30 ℃, and monoethanolamine at 25-30 ℃ from the regenerator ethanol amine storage tank, 220 ℃ A monoethanolamine regenerator for regenerating monoethanolamine from the gas in which steam is introduced and the carbon dioxide is removed by adsorption and storing it in a regenerated monoethanolamine storage tank, and filtering the gas discharged from the monoethanolamine regenerator to convert carbon monoxide and carbon dioxide into carbon dioxide a carbon dioxide removal device having an amine filter supplied to the liquefaction system, a settling tank for transferring nitrogen containing hydrogen in gas discharged from the amine carbon dioxide absorber and the monoethanolamine regeneration device to a pressure circulation type adsorption device; and a compressor for increasing the pressure of nitrogen containing hydrogen at 29 to 30 ℃ and 23 bar from the settling tank to 30 bar, a cooler for cooling nitrogen containing the pressurized hydrogen with fresh water, hydrogen discharged from the cooler It characterized in that it further comprises a pressure circulation type adsorption device having a hydrogen separator for storing a small amount of carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and a large amount of nitrogen contained in the buffer tank to adsorb and remove.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치; 탈황시설 반응부; 이산화탄소 제거장치; 및 이산화탄소 액상화장치를 더 포함하여 구성되며, 상기 탈황시설 반응부는, 상기 증기 발생기에서 발생한 677~721 ℃, 19 bar의 폐가스가 유입되어 황화수소(H2S) 및 황화카보닐(COS)이 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe22O3)과 반응하면서 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS), 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)가 발생하는 탈황산 반응기, 상기 탈황 반응기의 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS), 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)에서 이산화황을 분리하는 분리기, 상기 분리기에서 이산화황이 분리된 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS), 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)가 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)과 반응하여 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)과 산소(O2)로 분리하는 직접 탈황 반응기, 상기 분리기 및 상기 직접 탈황반응기에서 발생한 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)이 냉각기를 거친 공기 히터의 외부공기 중의 산소와 결합하여 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)을 재생하는 재생장치, 상기 재생장치에서 재생되지 않은 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)과 황화가스로부터 황화가스가 분리되어 탈황 반응기를 거쳐 분리기로 유입되는 재생 분리기, 및 상기 직접 탈황 반응기에서 산화-환원 완료되어 생성된 이산화황을 응축하는 황 응축기로 구성되고, 상기 이산화탄소 제거장치는, 상기 증기발생기에서 발생한 677~721 ℃, 19 bar의 폐가스를 수에 의해 600~650 ℃, 30 bar의 고온의 증기로 변환하여 증기 버퍼탱크에 저장하는 폐열 회수장치, 상기 폐열 회수장치로부터 유입되는 폐가스로부터 25~30 ℃의 물(H2O)과 25~30 ℃의 모노에탄올아민의 수용액이 0.7 %의 미세량의 일산화탄소 내지 9 %의 다량의 이산화탄소를 흡착하는 이산화탄소 흡수장치, 및 상기 이산화탄수 흡수장치로부터 0.7 %의 미세 량의 일산화탄소 내지 9 %의 다량의 이산화탄소가 흡착된 폐가스로부터 모노 에탄올아민을 재생하여 재생 모노 에탄올 아민 저장조에 저장하는 모노 에탄올아민 재생장치로 구성되며, 상기 이산화탄소 액화장치는, 담수에 의해 상기 아민 이산화탄소 흡수장치에서 흡수된 이산화탄소 가스를 냉각하는 냉각기, 상기 냉각기에 의해 냉각된 가스로부터 물과 같은 응축된 구성요소를 분리하는 분리기, 상기 분리기에서 물과 같은 응축된 구성요소가 분리된 이산화탄소를 고압으로 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 고압으로 압축된 이산화탄소를 냉각하는 냉각기, 상기 냉각기에서 냉각된 이산화탄소의 온도를 낮춰 줄-톰슨 밸브를 통과하면서 액화하는 교환기, 상기 액화된 이산화탄소 중 액화되지 않은 이산화탄소를 분리하여 상기 열교환기에 재공급하고 액화된 이산화탄소를 외부의 저장조에 저장하는 분리기로 구성되는 것을 특징으로 하는, 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화장치에 의해 달성된다.In addition, another object of the present invention, blue hydrogen production apparatus using natural gas; desulfurization facility reaction unit; carbon dioxide removal device; and a carbon dioxide liquefaction device, wherein the desulfurization facility reaction unit receives the waste gas of 677∼721 ℃, 19 bar generated from the steam generator to generate hydrogen sulfide (H 2 S) and carbonyl sulfide (COS) from zinc oxide Desulfurization reactor in which zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS), water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) are generated while reacting with (ZnO) to iron Ⅲ oxide (Fe 2 2O 3 ), sulfation of the desulfurization reactor A separator for separating sulfur dioxide from zinc (ZnS) to iron sulfide (FeS), water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ), zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS), water vapor (H) from which sulfur dioxide is separated in the separator 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) react with zinc oxide (ZnO) to iron Ⅲ (Fe 2 O 3 ) to separate zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS) and oxygen (O 2 ) into a direct desulfurization reactor; Zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS) generated in the separator and the direct desulfurization reactor is combined with oxygen in the external air of the air heater that has passed through the cooler to regenerate zinc oxide (ZnO) to iron oxide III (Fe 2 O 3 ) A regeneration device, a regeneration separator in which sulfide gas is separated from zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS) and sulfide gas not regenerated in the regeneration device and flows into the separator through a desulfurization reactor, and oxidation-reduction is completed in the direct desulfurization reactor It consists of a sulfur condenser that condenses the generated sulfur dioxide, and the carbon dioxide removal device converts the waste gas of 677-721 ℃, 19 bar generated from the steam generator into high-temperature steam of 600-650 ℃, 30 bar by water. A waste heat recovery device that is stored in a vapor buffer tank, and an aqueous solution of 25-30 ℃ water (H 2 O) and 25-30 ℃ monoethanolamine from the waste gas flowing from the waste heat recovery device is 0.7% of carbon monoxide A carbon dioxide absorber that absorbs 9% of a large amount of carbon dioxide, and a small amount of 0.7% of carbon monoxide to 9% of a large amount of the carbon dioxide absorber from the carbon dioxide absorber. It consists of a monoethanolamine regenerator that regenerates monoethanolamine from the waste gas to which carbon dioxide has been adsorbed and stores it in a regenerated monoethanolamine storage tank, wherein the carbon dioxide liquefaction device cools the carbon dioxide gas absorbed in the amine carbon dioxide absorber with fresh water. a cooler, a separator that separates a condensed component such as water from the gas cooled by the cooler, a compressor that compresses carbon dioxide from which a condensed component such as water is separated in the separator to a high pressure, and the compressor compresses it at a high pressure A cooler that cools the carbon dioxide, an exchanger that lowers the temperature of the carbon dioxide cooled in the cooler and liquefies it while passing through a Joule-Thomson valve, separating non-liquefied carbon dioxide from the liquefied carbon dioxide and re-supplying it to the heat exchanger and re-supplying the liquefied carbon dioxide to the heat exchanger It is achieved by a liquefaction device for waste gas generated during raw material combustion, characterized in that it consists of a separator to be stored in an external storage tank.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 상기 황 응축기에서 응축되지 않은 이산화황 가스를 담수를 공급받아 냉각하는 냉각기, 상기 냉각기에서 냉각된 이산화황 가스로부터 물과 같은 응축된 구성요소를 분리하는 분리기, 상기 분리기에서 물과 같은 응축된 구성요소가 분리된 이산화황을 고압으로 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 고압으로 압축된 이산화황을 냉각하는 냉각기, 상기 냉각기에서 냉각된 이산화황의 온도를 낮춰 줄-톰슨 밸브를 통과시켜 액화되도록 하는 교환기, 상기 액화된 이산화황 중 액화되지 않은 이산화황을 분리하여 상기 열교환기에 재공급하고 액화된 이산화황을 저장조에 저장하는 분리기를 구비한 이산화황 액화처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, a cooler for cooling the sulfur dioxide gas not condensed in the sulfur condenser by receiving fresh water, a separator for separating condensed components such as water from the sulfur dioxide gas cooled in the cooler, in the separator A compressor that compresses sulfur dioxide from which condensed components such as water are separated to high pressure, a cooler that cools the compressed sulfur dioxide at high pressure in the compressor, lowers the temperature of the cooled sulfur dioxide in the cooler and passes it through a Joule-Thomson valve to liquefy it It is characterized in that it further comprises a sulfur dioxide liquefaction treatment unit having a separator for separating non-liquefied sulfur dioxide from among the liquefied sulfur dioxide and re-supplying it to the heat exchanger and storing the liquefied sulfur dioxide in a storage tank.
그리고 본 발명의 다른 목적은, 천연가스를 이용한 수소 생산 장치; 및 상기 증기 발생기로부터 고온의 증기가 유입되는 증기 버퍼 탱크, 상기 증기 버퍼 탱크의 증기를 400 ℃, 100 bar 이상의 고압의 증기로 변환하는 증기 압축기, 상기 증기 압축기의 고압의 증기에 의해 발전하는 고압 증기터빈, 상기 고압 증기 터빈에서 배출되는 280 ℃, 60 bar의 증기에 의해 발전하는 중간 증기터빈, 상기 중간 증기터빈으로부터 배출되는 210 ℃, 30 bar의 증기에 발전하는 저압 증기터빈, 상기 고압 증기터빈, 상기 중간 증기터빈, 상기 저압 증기터빈에서 발전하는 전기에너지로부터 전기를 생산하여 변전소에 송출하는 발전기를 구비한 증기 터빈 발전부로 구성되는, 고온증기를 이용한 증기 터빈 발전장치에 의해 달성된다.And another object of the present invention, a hydrogen production device using natural gas; and a vapor buffer tank into which high-temperature steam is introduced from the steam generator; A turbine, an intermediate steam turbine generating power by steam of 280 ℃, 60 bar discharged from the high-pressure steam turbine, a low-pressure steam turbine generating power by steam of 210 ℃, 30 bar discharged from the intermediate steam turbine, the high-pressure steam turbine, This is achieved by a steam turbine generator using high-temperature steam, which is composed of a steam turbine generator having a generator that generates electricity from the electric energy generated by the intermediate steam turbine and the low-pressure steam turbine and sends it to a substation.
본 발명에 의하면, 천연가스를 이용하여 수소를 생산하고, 수소를 생산하는 과정에서 발생하는 증기를 전기를 발전하고, 환경오염의 주범인 폐가스를 액상화하여 활용함으로써, 저렴한 비용으로 수소를 취득할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염을 최소화하면서 에너지를 낭비를 최소한으로 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, hydrogen can be obtained at low cost by producing hydrogen using natural gas, generating electricity using steam generated in the process of producing hydrogen, and liquefying and utilizing waste gas, the main culprit of environmental pollution. Not only that, but it also has the effect of reducing energy waste to a minimum while minimizing environmental pollution.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 의한 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치와 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화 장치, 고온의 증기를 이용한 증기 터빈 발전장치 및 온수 담수 생산장치를 보인 구성도이다.1A to 1D are diagrams showing a blue hydrogen production apparatus using natural gas, a liquefaction apparatus of waste gas generated during raw material combustion, a steam turbine generator using high-temperature steam, and a hot water desalination apparatus according to an embodiment of the present invention. .
본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명에 의해 생산되는 블루수소에 대해 살펴보면, 블루수소는, 수소를 연료 하는 자동차, 수소발전, 수소 연료전지, 화학 공급원료 등으로 사용하는 수소 기반 경제에서 매우 유용하게 사용할 수 있는 제품이며, 뿐만 아니라 수소(H2)와 이산화탄소(CO2)를 산화-환원반응에 의하여 파라핀(Paraffin): 2CO2+ 7H2 → CH3-CH3 + 4H2O), 올레핀(Olefin): 2CO2 + 6H2 → CH2-CH2 + 4H2O), DME: 2CO2 + 6H2 → CH3OCH3 + 3H2O), 에탄올(Ethanol): 2CO2 + 6H2 → CH3CH2OH + 3H2O), 메탄올(Methanol): 2CO2 + 6H2 → 2CH3OH + 2H2O 등에 대하여 증기-가스 역류 반응기(Reverse Water Gas Shift, RWGS)을 거쳐 응축수를 제거한 이후, 일부 수증기는 환풍기(Vent)를 통해 외부로 배출하고, 압축기를 거쳐 버퍼탱크에서 파라핀, 올레핀, DME, 에탄올, 메탄올 반응기를 거쳐 별도로 필요한 제품의 생산이 가능하며, 수소를 연료로 여러 가지 것에 대하여 매력적인 이유가 있으며, 뿐만 아니라 수소와 산소를 연소시켜 전기 및 기타 동력원을 생산하면 오염되지 않은 물만이 배출되기 때문이다. 수소는 비료 생산이나 액체 또는 수소의 저장 문제가 없는 연료의 원천인 금속 하이드라이드(경금속 광석에 주로 존재하는 금속-산소 또는 금속-염소 결합에 비해 금속-수소 결합이 훨씬 약하기 때문에 상온 수소저장에 유리한 금속) 생산과 같은 다른 공정에서도 유용하게 사용 가능하다.Looking at blue hydrogen produced by the present invention before describing specific embodiments of the present invention, blue hydrogen is a hydrogen-based economy that is used as a hydrogen fueled vehicle, hydrogen power generation, hydrogen fuel cell, chemical feedstock, etc. It is a product that can be used very usefully in paraffin: 2CO 2 + 7H 2 → CH 3 -CH 3 + 4H 2 O ), Olefin: 2CO 2 + 6H 2 → CH 2 -CH2 + 4H 2 O), DME: 2CO 2 + 6H 2 → CH 3 OCH 3 + 3H 2 O), Ethanol: 2CO 2 + 6H 2 → CH 3 CH 2 OH + 3H 2 O), methanol: 2CO 2 + 6H 2 → 2CH 3 OH + 2H 2 O After removal, some water vapor is discharged to the outside through a vent, goes through a compressor, and goes through paraffin, olefin, DME, ethanol, and methanol reactors in a buffer tank to produce separately necessary products. There are attractive reasons for this, as well as the burning of hydrogen and oxygen to produce electricity and other power sources, which results in only unpolluted water. Hydrogen is advantageous for storage of hydrogen at room temperature because the metal-hydrogen bond is much weaker than the metal-oxygen or metal-chlorine bond, which is mainly present in light metal ores, which is a source of fuel without fertilizer production or storage of liquid or hydrogen. It can be usefully used in other processes such as metal) production.
천연가스로부터 취득되는 수소는 증기 메탄 개질기와 같은 가스 생산 과정에서 얻어질 수 있는데, 이 과정에서 천연가스의 탄화수소 함량이 증기의 공급에 따라 수소와 일산화탄소의 주요 성분으로 전환된다. 또한, 천연가스 개질에 의한 수소생산을 하고 탄소를 포집하거나 저장 내지 타분자와 결합함으로써, 전반적인 이산화탄소 배출량이 크게 감소하며, 담수화 플랜트(Desalination Plant)를 이용하여 상온의 담수를 공급하여 증기발생기 및 냉각기에서 발생하는 고온의 증기는 증기발전 및 온수와 나머지 담수공급하므로 완전히 에너지를 재활용함으로써, 매우 경제적이다.Hydrogen obtained from natural gas can be obtained from gas production processes such as steam methane reformers, in which the hydrocarbon content of natural gas is converted into the main components of hydrogen and carbon monoxide according to the supply of steam. In addition, by producing hydrogen by reforming natural gas and capturing or storing carbon or combining it with other molecules, overall carbon dioxide emission is greatly reduced, and fresh water at room temperature is supplied using a desalination plant to supply steam generators and coolers. It is very economical by completely recycling energy because the high-temperature steam generated from the steam power generation and supply of hot water and remaining fresh water.
또한, 본 발명은 천연가스를 주 원료로 하여 탄소 포획이 가능한 산업용 수소 공장을 개발하는 수소 생산 복합 공정 시스템이며, 또한 수소 생산 공정 중 발생하는 열을 사용하여 증기터빈 발전과, 온수 및 담수를 주위 지역에 공급할 수 있는 것으로 본 공정은 매우 간단하다. 특히, 메탄-증기 개질을 위하여 증기발생기에서 370 ℃, 48~50 bar고온의 증기를 생산하기 위해 별도 연료를 사용하여야 하며, 이 경우 높은 온도의 연소에서 발생한 이산화황(SO2), 이산화탄소(CO2) 등 개질 공정과정에서 발생한 이산화탄소(CO2) 등을 포집, 액화하여 환경적 이점뿐만 아니라 타 분자와 결합하거나, 즉 구리 표면의 전자는 이산화탄소 및 물과 상호작용해 이들을 에탄올 연료나 에틸렌, 프로판올 같은 산물로 변환시키며, 이들은 비닐봉지 생산이나 제약산업 과정에서 유용하게 사용된다.In addition, the present invention is a hydrogen production complex process system that develops an industrial hydrogen plant capable of capturing carbon using natural gas as the main raw material, and also uses heat generated during the hydrogen production process to generate steam turbine power generation, hot water and fresh water around This process is very simple as it can be supplied locally. In particular, for methane-steam reforming, a separate fuel must be used to produce steam at a high temperature of 370 ℃ and 48 to 50 bar in the steam generator. In this case, sulfur dioxide (SO 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) generated from combustion at a high temperature ), carbon dioxide (CO 2 ) generated during the reforming process is captured and liquefied to combine with other molecules as well as environmental benefits. They are converted into products, which are usefully used in the production of plastic bags or in the pharmaceutical industry.
그리고 탄산음료제조 등 별도 판매하면 경제적 이익창출에 기여할 것으로 판단되며, 특히 이산화황(SO2)은 이 반응물인 4가지 산화-환원 반응식[SO2 + 2H2O+Cl2 → H2SO4(황산) + 2HCl, SO2 + 2H2S → 2H2O + 3S, SO2 + H2O →H2SO3(아황산), SO2 + NaOH →NaHSO3(아황산수소나트륨)]을 이용하여 이산화황(SO2)은 비료 제조, 광석처리, 폐수처리, 석유정제 등 매우 다양한 분야에 이용되며, 아황산 및 아황산수소나트륨은 와인에서 항산화제로서 산화방지, 살균작용, 갈변 방지 등의 작용 때문에 널리 사용된 물질이며, 와인뿐 아니라 일반 식품, 음료, 약품 등의 보존제로도 널리 사용되고 있으므로 필요한 지역에 판매하면 경제적 이익창출에 기여할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예에서는 이러한 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2)을 이용한 제품에 대한 구체적인 설명을 생략한다.In addition, it is judged that it will contribute to economic profit creation if sold separately, such as for the manufacture of carbonated beverages. In particular, sulfur dioxide (SO 2 ) is a reactant of four oxidation-reduction reactions [SO 2 + 2H 2 O+Cl 2 → H 2 SO 4 (sulfuric acid). ) + 2HCl, SO 2 + 2H 2 S → 2H 2 O + 3S, SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3 (sulfite), SO 2 + NaOH → NaHSO 3 (sodium hydrogen sulfite)] SO 2 ) is used in a wide variety of fields such as fertilizer manufacturing, ore treatment, wastewater treatment, and petroleum refining. In addition to wine, it is widely used as a preservative for general foods, beverages, and medicines, so it can contribute to economic profit creation if sold to necessary areas. Hereinafter, in an embodiment of the present invention, a detailed description of products using such carbon dioxide (CO 2 ) and sulfur dioxide (SO 2 ) will be omitted.
이러한 본 발명의 특징을 살펴보면, 천연가스에는 %몰(수소 몰/원료 전체 몰)의 수소(H2)가 최대 22~25 %가 포함되어 있고, %무게(수소무게/투입연료무게)는 2.2~2.5 %가 되며, 이러한 천연가스를 가스 개질 반응기(Gas Reformer), 고온증기-가스환원 반응기(HTWGS) 및 저온 증기-가스환원반응기(LTWGS)를 거치나, 일반적인 수소연료전지 수소생산 공정은 수증기/탄소의 몰비=3~3.5로서 수소(H2)의 %무게는 40 %정도이나 본 발명은 일반 수소연료전지 수소생산 공정에 비하여 빠른 반응을 위하여 촉매인 알루미나/니켈 및 870~920 ℃ 초고온의 증기를 활용하여 수증기/탄소의 몰비=3~5까지 가능하고, 고온 증기-가스환원 반응기는 12 % 및 저온 증기-가스환원 반응기 의 촉매는 산화철/크롬기를 사용하며, 특히 수소(H2) 생산을 약 3~4 % 생산을 증가하기 위해 3단 저온 증기-가스환원 반응기를 사용하고 있다.Looking at these characteristics of the present invention, natural gas contains up to 22-25% of hydrogen (H2) in %mol (moles of hydrogen/moles of raw materials), and %weight (weight of hydrogen/weight of input fuel) is 2.2- It becomes 2.5%, and this natural gas passes through a gas reformer, a high-temperature steam-gas reduction reactor (HTWGS) and a low-temperature steam-gas reduction reactor (LTWGS), but the general hydrogen fuel cell hydrogen production process is As the molar ratio of carbon = 3 to 3.5, the % weight of hydrogen (H 2 ) is about 40%, but the present invention provides alumina/nickel catalyst and 870-920 ℃ ultra-high temperature steam for a faster reaction compared to the general hydrogen fuel cell hydrogen production process. The molar ratio of water vapor/carbon = 3 to 5 is possible using A three-stage low-temperature steam-gas reduction reactor is used to increase production by about 3-4%.
본 발명의 수소(H2)의 %무게(생산수소무게/투입연료무게)가 천연가스 생산지역에 따라 다소 차이는 있지만, 대략 48~58 %까지 약 1.2~1.45배 이상의 일반 수소연료전지의 수소생산 공정(천연가스 개질기(Gas Reformer)→고온 증기-가스환원반응기(HTWGS)의 2단계 공정)에 비하여 최대값으로 생산하고, 특히, 수소생산을 위한 냉각수는 담수화 플랜트(Desalination Plant)를 이용하여 담수를 시스템에 공급하고, 이를 위해, 천연가스 개질기(Gas Reformer)→고온 증기-가스환원 반응기(HTWGS)→저온 증기-가스환원 반응기(LTWGS)의 3단계 공정이다.Although the % weight (weight of hydrogen produced / weight of input fuel) of the present invention (H 2 ) varies slightly depending on the natural gas production region, it is about 1.2 to 1.45 times more hydrogen in general hydrogen fuel cells, from 48 to 58 %. Compared to the production process (a natural gas reformer → high-temperature steam-gas reduction reactor (HTWGS) two-step process), it is produced at the maximum value, and, in particular, cooling water for hydrogen production is Fresh water is supplied to the system, and for this purpose, it is a three-step process: natural gas reformer → high temperature steam-gas reduction reactor (HTWGS) → low temperature steam-gas reduction reactor (LTWGS).
단지, 천연가스를 시간당 8.3톤(10mmscfd)을 투입할 경우에 한하여, 증기터빈 발전을 최소한 42MW이고 증기발생기의 폐가스를 이용한 고온의 증기는 시간당 1,002 톤이며, 모노에탄올아민 재생 보일러에 주입된 고온의 증기는 시간당 2,607~3,400 톤의 본 공정을 통하여 발생한 온수를 생산할 수 있으며, 나머지 담수 등은 필요 지역에 공급하고, 이산화황(SO2)액화는 시간당 6 톤, 이산화탄소(CO2)는 시간당 23 톤을 생산할 수 있는 공정이며, 이 경우 이산화탄소(CO2)는 개질 중에 발생한 일산화탄소 및 증기발생기에서 연소 중에 발생한 것이며, 이산화황(SO2)은 증기발생기에서 연소 중에 발생한 것으로 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2)의 액화 물량은 증기발생기의 연소를 위한 연료의 종류에 따라 다소 다를 수 있으며, 만일 증기발생기(Water Heater)의 연소를 플라즈마를 사용할 경우 약 20~40 %정도 감소될 수 있으며, 증기발생기(Water Heater)의 연소방법에 대해서는 본 발명의 실시예에서 구체적으로 언급되지 않으며, 그리고 이산화탄소(CO2), 이산화황(SO2)의 발생량이 많은 것은 증기발생기(Water Heater)의 연소방법이나 연료에 의한 것이다.However, only when 8.3 tons (10mmscfd) of natural gas are input per hour, the steam turbine power generation is at least 42MW, and the high-temperature steam using the waste gas of the steam generator is 1,002 tons per hour, and the high-temperature steam injected into the monoethanolamine regeneration boiler is The steam can produce 2,607-3,400 tons of hot water generated through this process per hour, and the rest of the fresh water is supplied to the necessary areas. It is a process that can be produced, in this case carbon dioxide (CO 2 ) is carbon monoxide generated during reforming and generated during combustion in a steam generator, and sulfur dioxide (SO 2 ) is generated during combustion in a steam generator, carbon dioxide (CO 2 ), sulfur dioxide (SO 2 ) ) may be slightly different depending on the type of fuel for combustion of the steam generator, and if plasma is used for the combustion of the steam generator, it can be reduced by about 20 to 40 %. The combustion method of the heater) is not specifically mentioned in the embodiment of the present invention, and the large amount of carbon dioxide (CO2) and sulfur dioxide (SO2) generated is due to the combustion method or fuel of the steam generator (Water Heater).
이하, 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구체적으로 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 의한 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치와 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화 장치, 고온의 증기를 이용한 증기 터빈 발전장치 및 온수 담수 생산장치를 보인 구성도이다.1A to 1D are diagrams showing a blue hydrogen production apparatus using natural gas, a liquefaction apparatus of waste gas generated during raw material combustion, a steam turbine generator using high-temperature steam, and a hot water desalination apparatus according to an embodiment of the present invention. .
도 1a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예는, 천연가스 전처리부(100), 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 지하 배관(434)을 거쳐 유입된 냉각수가 증기 발생기(112)로 투입되고 연소 장치에서 연료를 연소시킴으로 발생하는 황화수소, 황화카보닐은 탈황 회수공정인 탈황 시설 반응부(200)에서 이산화황으로 개질하고 액화공정으로 이송하는 공정, 제1 천연가스 히터(NG Heater)(111), 제2 천연가스 히터(113), 제3 천연가스 히터(114)의 추가적인 2단계 히터를 거친 천연가스의 가스 개질 반응기(120)에서의 가스 개질 공정(Gas Reformer), 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 거쳐 유입된 냉각수의 냉각기(170)에서의 냉각 공정, 증기-가스 환원 반응부(130)에서의 증기-가스환원 반응기공정(WGS), 재차 냉각기 공정을 거쳐 응축수 저장조(135)로 이동한 다음 응축수는 재활용으로 지하 배관(320)으로 보내어지고, 나머지 온수는 각 필요지역으로 펌프(437)의 배관을 통하여 이송된다.As shown in FIG. 1A , in the embodiment of the present invention, the cooling water flowing in from the natural
뿐만 아니라, 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)설비에서 지하배관(434)으로 공급된 담수를 이용한 증기 발생기(Water Heater) 내지 히터 및 냉각기를 거친 냉각수는 고온의 증기로 변환되며, 이러한 고온의 증기는 증기터빈으로 이송되는 공정을 거치며, 증기-가스 환원 반응부(130)에서의 증기-가스환원 반응 공정(WGS)과 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 거쳐 유입된 냉각수로 냉각을 하고 이러한 냉각기를 거친 가스는 이산화탄소가 포함되어 있으므로 이산화탄소 제거 장치인 아민 이산화탄소 제거장치(140)를 거쳐, 이산화탄소를 포집하기 위한 장치로 이송되고, 질소, 수소가 포함된 가스는 압력 순환 흡착장치(150)에 의한 수소 포집을 위한 압력 순환식 흡착공정을 거쳐 순도 99.99 %의 수소를 버퍼 탱크로 보내어 필요한 곳으로 이송되는 공정을 나타내며, 담수화 플랜트(400)설비에서 지하배관(434)으로 공급된 담수가 냉각기를 거친 고온의 증기는 증기 버퍼 탱크(161)를 거쳐 압축기(162)를 통하여 고압 증기터빈(163), 중간 증기터빈(164), 저압 증기터빈(165)을 거쳐 발전기(166)에서 전기를 생산하는 공정이며, 변전소(168)는 발전소(166)에서 생산된 전기를 승압하여 송전하는 변압기이다. 증기 터빈 시스템을 거친 수증기는 응축기(167)를 통하여 응축수를 재활용하거나 온수를 공급할 수 있도록 지하 배관(320)으로 연결되어 있다.In addition, the cooling water passing through the steam generator (Water Heater) or the heater and cooler using fresh water supplied from the desalination plant (400) facility to the underground pipe (434) is converted into high-temperature steam, such high-temperature steam is transferred to the steam turbine, and the cooling water introduced through the
도 1b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예는, 도 1a의 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)에서 지하배관(434)으로 공급된 담수가 증기 발생기(112)에서 고온의 증기를 생산하기 위해, 연소 당시 생성된 780~800 ℃, 19 bar의 이산화탄소(CO2), 이산화항(SO2)을 우선 이산화항(SO2)을 회수 공정을 거쳐, 탈황시설 반응부(200)에서 이산화항(SO2)의 회수 공정을 거쳐, 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)에서 지하배관(434)으로 공급된 담수가 폐열 회수장치(226)에서 600~650 ℃의 고온의 증기를 회수하여 도 1a의 증기 터빈 발전부(160)의 증기 버퍼탱크(161)로 보내어져 증기터빈 발전에 이용되고 필요시 일부는 온수로 도 1c의 지하 배관(320)을 거쳐 펌프(437)에 의하여 필요지역에 공급되거나 탈염수 저장조(432)에 저장된다. 폐열 회수장치(226)를 거친 가스는 이산화탄소가 포함되어 있으므로 이산화탄소 제거 장치인 아민 이산화탄소 제거 장치(220)를 거쳐, 이산화탄소를 포집하기 위한 장치로 이송된다.As shown in FIG. 1B, in the embodiment of the present invention, fresh water supplied to the
도 1c에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예는, 도 1b의 탈황 시설 반응부(200)에서의 탈황 회수공정을 거친 이산화황과 합성가스가 도 1a의 이산화탄소 제거장치(140) 및 아민 이산화탄소 제거 장치(220)를 거치면 이산화탄소 액상화장치(300)에서의 이산화탄소 액화공정 및 이산화황 액화 처리부(310)에서의 이산화황 액화공정을 위하여 최대한 냉각하여야 하므로 이러한 가스가 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 거쳐 유입된 냉각수로 가스가 냉각기(301)(311)를 거쳐 각 압축기(303)(313)에 의해 압축되어 줄-톰슨 밸브(306)(316)를 거쳐 액화시키는 구성이다.As shown in Figure 1c, in the embodiment of the present invention, sulfur dioxide and synthesis gas that have undergone the desulfurization recovery process in the desulfurization
도 1d에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예의 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)는, 스크린 여과기(401)를 거친 해수가 해수 역삼투시스템(Seawater Reverse Osmosis Systems)(418)을 거치면서 탈염수 저장조(Demineralized Water Storage tanks)(432)에 저장되며, 펌프(433)를 거쳐 배관(434)을 통하여 도 1a의 증기 발생부(Water Heater)(110)를 거쳐 천연가스 히터(NG Heater)에 공급되고, 천연가스 개질 반응기(Reformer)(120)의 냉각기, 증기-가스 환원 반응부(130), 이산환탄소 제거장치(140)의 냉각기에 필요한 냉각수를 공급하고, 아민 이산화탄소 제거 장치(140)와 수소 포집을 위한 압력 순환식 흡착장치(150)에 공급되며, 도 1b의 아민 이산화탄소 제거 장치(140)에 공급되며, 도 1c의 이산화탄소의 액상화장치(300)와 이산화황 액화 처리부(310)의 냉각기에 공급되는 냉각수를 생산하는 것으로서, 각 공정에 필요한 담수, 즉 냉각수는 배관(434)을 거쳐 수소 생산 공정에 재 공급되고 나머지 담수는 펌프(435)를 거쳐 지하배관으로 공급 펌프(436)로 이송되어 필요지역에 공급되며 수소생산 과정에서 발생한 온수는 펌프(437)를 거쳐 지하배관으로 통하여 온수공급 펌프(438)로 이송되어 필요지역에 공급된다.As shown in FIG. 1D, in the
위와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치와 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화 장치, 고온의 증기를 이용한 증기 터빈 발전장치의 동작에 대해 설명한다. 이하, 발명의 이해를 돕기 위해, 도 1a 내지 도 1d와 같이 구성된 본 발명의 실시예를 각 도면별로 분리해서 설명한다.The operation of the blue hydrogen production apparatus using natural gas according to the embodiment of the present invention configured as above, the liquefaction apparatus of waste gas generated during raw material combustion, and the steam turbine generator using high-temperature steam will be described. Hereinafter, in order to help the understanding of the invention, an embodiment of the present invention configured as shown in FIGS. 1A to 1D will be described separately for each drawing.
먼저, 도 1a는 천연가스부터 나오는 블루수소 생산 공정을 위한 구성으로서, 천연가스 전처리부(100), 증기발생기(Water Heater)(112), 제1 천연가스 히터(111), 가스 개질 반응기(120), 증기-가스환원 반응부(130), 이산화탄소 제거 장치인 아민 이산화탄소 흡수 장치(140), 수소분리를 위한 압력 순환식 흡착장치(Pressure Swing Adsorption, PSA)(150) 및 증기터빈 발전부(160)를 주요 구성으로 한다.First, FIG. 1a is a configuration for a blue hydrogen production process from natural gas, a natural
가스 유정에서 올라온 천연가스에 포함된 황화수소(H2S), 이산화탄소(CO2) 등과 같은 황화물과 염소화물 등과 같은 할로겐화합물을 제거하기 위해 천연가스를 전처리하기 위한 천연가스 전처리부(100)가 구비되며, 일반적인 천연가스는 천연가스 전처리부(100)를 거쳐 액화가스시설로 공급이 되나, 본 발명의 실시예에서는 가스정에서 직접 수소화 공정을 할 경우 천연가스에 대하여 전처리 공정을 하여야 하며, 주로 포함된 불순물인 가스는 황화수소(H2S), 수분(H2O)으로서 비록 미세량이 포함되었다 하더라도, 장치 등의 부식이 심각하므로 이를 제거하여야 하므로 우선 수분을 제거하는 탈수장치(101)를 설치하여 탈수하고, 다음으로는 황화수소(H2S)를 제거해야 하므로 1차 탈황장치(102) 및 2차 탈황장치(103)로 구성된 탈황설비를 설치하여 황화수소를 제거하고 있다.A natural
천연가스 전처리부(100)에서의 전 처리과정이 끝난 천연가스는 제1 천연가스 히터(NG Heater)(111)로 유입되고, 도 1d의 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 지하 배관(434)을 통해 유입된 담수(H2O)가 워퍼 펌프(116)에 의해 유입되어 증기 발생기(112)로 들어가 370 ℃, 48.04 bar의 고온의 증기를 생산하는데, 이때 연소 장치(115)는 버너 내지 플라즈마를 이용한 것으로 연료를 공급하여 1,750~2,000 ℃의 고온으로 연소하기 위해, 공기 주입기에 송풍기(117)로 공기를 주입하여 고온의 증기를 생산한다.Natural gas, which has been pre-processed in the natural
그리고, 증기 발생기(112)에서 생산된 370 ℃, 48.04 bar의 고온의 증기 중 일부 증기는 배관을 통해 제1 천연가스 히터(111)로 들어가면서 천연가스를 370 ℃, 48.04bar의 고온의 가스로 변환시키며, 제1 천연가스 히터(NG Heater)(111)에서 나온 가스는 재차 제2 천연가스 히터(113), 제3 천연가스 히터(114) 각각의 2단계 히터로 들어가는데, 이 경우 증기 발생기(Water Heater)(112)에서 생산된 370 ℃, 48.04 bar의 고온의 증기가 배관을 통해 제2, 제3 천연가스 히터(113)(114)로 들어가 천연가스를 각각 370 ℃, 48.04 bar에서 500 ℃, 46.08 bar, 및 870 ℃, 44.12 bar로 천연가스의 온도를 초고온으로 증가시켜, 제3 천연가스 히터(114)의 고온의 천연가스는 가스 개질 반응기(120)로 유입되고, 해당 증기 발생기(112)에서 생산된 일부 고온의 증기는 증기 및 메탄을 개질 하기 위해, 가스 반응 개질기(Gas Reformer)(120)로 유입된다.And, some of the high-temperature steam of 370 ℃, 48.04 bar produced by the
위와 같은 증기 발생기(112)에서 발생한 고온의 증기가 가스 반응 개질기(120)에 유입되므로, 가스 반응 개질기(Gas Reformer)(120) 내부에서 수소는 개질 가스에서 메탄 및 기타 경량 탄화수소가 870~900 ℃의 초고온의 증기와 20~25 bar의 압력으로 화학 반응을 일으켜 생성된다. 반응은 반응 속도를 높이기 위해, 알루미나 또는 니켈 기반 촉매에 의해 추가로 반응되며, 수증기/탄소 몰 비(%molH2O/%molC)는 3~5 사이다. 가스 개질 반응기(120)는 탄화수소 및 코크스 형성으로 열 균열을 방지하기 위해 충분한 증기를 포함해야 하며, 증기 대 탄소 비율이 높을수록 촉매 표면의 탄소 퇴적 위험도 부분적으로 감소된다. 그리고, 천연가스 개질 반응기(120) 내부에서는 천연 가스에 존재하는 탄화수소가 증기와 반응하여 수소와 일산화탄소를 생성한다. 이러한 과정에서 수소의 대부분이 생산되며, 그 반응으로 일산화탄소가 부산물로 생산되며, 최종적으로 수소를 더 많이 생산하기 위해 추가 공정을 필요로 한다.Since the high-temperature steam generated from the
그 후, 가스 개질 반응기(Reformer System)(120)에서 개질된 가스와 나머지 증기는 냉각기(170)에 의해 350˚C, 40bar의 온도로 냉각된 후 (400)담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입되어 냉각수는 800 ℃, 60 bar의 고온의 증기로 변하여 증기 버퍼탱크(161)로 들어가 증기터빈 발전에 사용되고, 350 ˚C, 40 bar의 온도로 냉각된 개질된 천연가스와 증기는 증기-가스환원 반응부(130)로 유입된다.After that, the reformed gas and the remaining steam in the gas reforming reactor (Reformer System) 120 are cooled to a temperature of 350 ˚C and 40 bar by the cooler 170 (400) Desalination Plant (400) The cooling water is introduced through the
상기한 증기는 증기-가스환원 반응부(130) 중 고온 증기-가스환원 반응기(HT-WGS)(131)로 들어가며, 또한 가스 개질 반응기(120)의 가스를 추가로 냉각하기 위해 냉각기(170)를 사용하게 되는데, 이 경우 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 800 ℃, 60 bar의 고온의 증기를 생산하는데, 이때 가스 재질 반응기(120)에서 개량된 가스의 주요 구성은 일산화탄소(CO)이다. 이 일산화탄소(CO)와 증기의 촉매 반응에 의해 추가적인 수소 가스를 얻을 수 있으며, CH4+H2O→CO+3H2, CO+H2O→CO2+H2가 되고, 최종적으로 CO2+4H2가 된다. 이 반응은 발열 반응이며 일반적으로 증기-가스환원 반응 또는 이동 반응이라고 한다. 왜냐하면 반응은 발열이고 평형에 의해 조절되기 때문이며, 평형 상수는 온도의 함수로서 반응이 저온에서 유리하다는 것을 의미한다. 따라서 반응 중에 발생한 열은 철저히 제거해야 한다. 그럼에도 불구하고 낮은 온도에서는 반응 속도가 감소한다. The above-described steam enters the high-temperature steam-gas reduction reactor (HT-WGS) 131 of the steam-gas
따라서 본 발명의 실시예의 증기-가스 환원 반응부(130)에서는 고온의 증기-가스환원 반응기(131)와 저온의 증기-가스환원 반응기(133)가 도입된다.Therefore, in the vapor-gas
고온의 증기-가스환원 반응기(HTWGS)(131) 내부에서는 일산화탄소가 산화철/크롬기 촉매가 존재하는 상태에서 310~370 ℃의 온도 범위에서 증기와 반응하며, 출구 온도 범위는 350~400 ℃이다. 공정 가스의 일산화탄소(CO)는 대부분 이산화탄소(CO2)로 변환된다. 배출 가스에 남아 있는 일산화탄소(CO)는 2~3 % 사이다. 이후 공정가스는 고온의 증기-가스환원 반응기(HTWGS)(131)를 떠나 냉각기(132)에 의해 개질 가스가 200 ℃의 온도로 냉각된 후 저온 증기-가스환원 반응기(LTWGS)(133)로 들어간다. 이 경우, 냉각기(132)에 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 가스를 냉각하고, 그 이후 약 500 ℃의 고온의 증기로 변환되어 증기터빈 발전부(160)의 증기 버퍼 탱크(161)로 유도되며, 증기 발전에 이용된다.Inside the high-temperature steam-gas reduction reactor (HTWGS) 131, carbon monoxide reacts with steam at a temperature range of 310 to 370 ℃ in the presence of an iron oxide/chromium-based catalyst, and the outlet temperature range is 350 to 400 ℃. Most of the carbon monoxide (CO) in the process gas is converted to carbon dioxide (CO2). The remaining carbon monoxide (CO) in the exhaust gas is between 2 and 3 %. After that, the process gas leaves the high-temperature steam-gas reduction reactor (HTWGS) 131 and the reformed gas is cooled to a temperature of 200° C. by the cooler 132, and then enters the low-temperature steam-gas reduction reactor (LTWGS) 133. . In this case, the cooling water introduced through the
저온의 증기-가스환원 반응기(LTWGS)(133)의 경우, 190~230 ℃ 범위의 유입구와 220~250 ℃ 범위의 배출구가 대표적이다. 저온 이동 반응에는 일반적으로 금속 구리, 산화 아연 및 알루미나, 크로미아 등 하나 이상의 소모형 산화물로 구성된 촉매가 사용된다. 일산화탄소(CO)의 대부분은 이산화탄소(CO2)로 변환되어 일산화탄소(CO)의 함량이 0.2 vol% 미만으로 떨어진다. 그런 다음 저온의 증기-가스환원 반응기(LTWGS)(133)의 가스는 냉각기(134)로 전달된다. 이 경우 냉각기(134)를 통과한 가스 온도가 55 ℃로 감소한다. 이러한 냉각기(134)에 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 500 ℃의 고온의 증기로 변환되며 이러한 고온의 증기는 증기터빈 발전부(160)의 증기버퍼 탱크(161)로 유도되며, 증기터빈 발전에 이용된다.In the case of a low-temperature steam-gas reduction reactor (LTWGS) (133), an inlet in the range of 190 to 230 °C and an outlet in the range of 220 to 250 °C are typical. Cold transfer reactions typically use catalysts composed of metallic copper, zinc oxide and one or more consumable oxides such as alumina, chromia, and the like. Most of carbon monoxide (CO) is converted to carbon dioxide (CO 2 ), so that the content of carbon monoxide (CO) drops to less than 0.2 vol%. Then, the gas from the low-temperature vapor-gas reduction reactor (LTWGS) 133 is transferred to the cooler 134 . In this case, the temperature of the gas passing through the cooler 134 is reduced to 55 ℃. The cooling water introduced through the
상기한 냉각기(134)에서 나온 가스는 응축기(135)로 들어가고 그 중 응축된 수증기는 재생하여 사용하기 위해 별도의 도 1c의 배관(320)으로 유입되고, 응축기(135)에서 나온 가스는 이산화탄소 제거 장치(140)인 아민 이산화탄소 흡수 장치(147)로 유입된다.The gas from the cooler 134 goes into the
이산화탄소 제거장치(140)인 아민 이산화탄소 흡수 장치, 수소분리를 위한 압력 순환식 흡착장치(Pressure Swing Adsorption, PSA)(150), 증기터빈 발전부(160)로 구성이 되며, 응축기(135)에서 나온 가스가 0.7 %의 미세량의 일산화탄소와 50 %의 다량의 이산화 탄소가 일부 포함되어 있으므로 이산화탄소 제거 장치(140)인 아민 이산화탄소 흡수 장치(147 )의 응축기(135)를 거친 가스가 주입구(141)를 거쳐 아민 이산화탄소 흡수장치(147)에 유입되고, 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 담수 주입펌프(142)에서 25~30 ℃의 물(H2O)과 아민 주입 펌프(146)에서 25~30 ℃의 모노에탄올아민(MEA)이 이산화탄소 흡수장치(147)에서 물과 모노에탄올아민의 수용액이 0.7 %의 미세량의 일산화탄소 내지 50 %의 다량의 이산화탄소를 흡착시킨 후 모노에탄올아민(MEA) 재생장치(증기보일러)(143)로 유입된다.It is composed of an amine carbon dioxide absorber that is a carbon
이때 모노 에탄올아민 재생장치(143) 내부를 118 ℃, 13.5 bar로 유지하기 위해, 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 220 ℃의 고온의 증기로 배관을 통하여 스팀 펌프(149)에 의하여 모노 에탄올아민 재생장치(보일러)(143)로 유입되고 118 ℃로 저감된 증기는 재차 재활용하거나 온수로 공급하기 위해, 도 1c의 지하 배관(320)으로 보내어져 도 1d의 탈염수 저장조(432)로 유입되며, 이와 동시에 아민 이산화탄소 흡수장치(141)의 가스가 이산화탄소 흡수장치(147)에서 일산화탄소, 이산화탄소가 흡수되고, 나머지 가스는 침전탱크(145)에서 일부 침전물(응축수) 등은 이산화탄소 흡수장치(147)에 유입되고 수소를 포함한 질소 등은 수소분리를 위한 압력 순환식 흡착장치(Pressure Swing Adsorption, PSA)(150)로 유입된다.At this time, in order to maintain the interior of the monoethanolamine regenerating device 143 at 118 ° C. and 13.5 bar, the cooling water introduced through the
모노 에탄올아민(MEA) 재생장치(143)로 담수화 플랜트(Desalination Plant) (400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수가 고온의 220℃, 23.2bar의 수증기를 스팀 펌프(149)로 모노에탄올아민(MEA) 재생장치(보일러)(143)에 투입되어 내부 온도를 228 ℃, 13.5 bar로 유지하면, 미세 량의 일산화탄소, 이산화탄소는 가스화가 되고, 물은 수증기로 변환되며, 모노에탄올아민(MEA)은 액체가 되며, 모노에탄올아민(MEA)은 재생 모노에탄올아민(MEA) 저장조(148)에서 냉각되어 재차 모노 에탄올 아민(146)으로 재활용되는 것으로, 여기서 발생한 증기는 재차 냉각한 다음 이를 재차 사용하도록 지하배관(320)으로 이송되고, 미세 량의 일산화탄소, 이산화탄소는 가스는 아민 필터(144)를 통하여 도 1c의 이산화탄소 액상화장치(300)의 냉각기(301)로 유입된다.The cooling water introduced through the
침전탱크(145)에서 나온 가스는 수소분리를 위한 압력 순환식 흡착장치(Pressure Swing Adsorption, PSA)(150)로 유입되며, 29~30 ℃, 23 bar의 가스를 압축기(151)를 통해 30~35 bar로 증압을 한 후 가스의 온도를 20 ℃의 저온으로 유지하기 위해, 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 냉각기(152)로 보내어지고 사용한 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 저온이므로 증기터빈 발전에는 사용할 수 없으므로, 재생하여 다시 사용하기 위해 도 1c의 배관(320)으로 보내어진다.The gas from the
냉각기(152)에서 나온 가스는 20 ℃, 25 bar로 주로 수소(H2)와 불순물인 매우 미량의 일산화탄소(CO), 매우 미량의 이산화탄소(CO2), 매우 미량의 메탄(CH4), 다량의 질소(N2)로서 흡착기(153)에 유입되며, 이를 통하면 불순물(CO, CO2, CH4, N2)이 제거되고 99.99 %의 수소가 최종적으로 나오는데, 이렇게 취득된 수소는 버퍼탱크(154)로 유입되어 최종적으로 수소가 요구되는 지역으로 육상 배관을 통하여 송출된다.The gas from the cooler 152 is 20 ℃, 25 bar, mainly hydrogen (H2) and very trace amounts of carbon monoxide (CO) as impurities, very trace amounts of carbon dioxide (CO 2 ), very trace amounts of methane (CH 4 ), a large amount of It flows into the
수소 분리기(153)는 분자체와 같은 고체 흡착제에 고압으로 수소가 풍부한 가스 스트림에서 불순물(CO, CO2, CH4, N2)을 흡착하는 순환 공정을 수행한다. 공정은 상온에서 20~25 bar의 개량된 가스 압력에서 수행된다. 흡착 프로세스의 경우, 두 개의 흡착 용기(흡착기)가 사용된다. 공급 가스는 한 흡착 용기에서 다른 흡착 용기로 전환되며, 한 여과기에서 흡착이 이루어지는 동안 다른 여과기에서 흡착제가 재생되는데, 이러한 공정은 항상 고순도 가스를 생성하는 신선한 흡착기(수소분리기)(153)에서 수행되며, 불순물은 흡착 여과기의 내부 표면에 흡착된다. 이 흡착기(153)가 흡착 용량에 도달하여 더 이상 불순물을 제거할 수 없게 되면 오프라인 상태로 전환되고 공급은 다른 새 흡착기로 전환된다. 흡착기(153) 내 흡착공간에 갇힌 수소를 회수하기 위해, 흡착기(153)는 공급 흐름 방향(동류)과 같은 방향으로 제품 측으로부터 감압되어 고순도 수소를 배출한다. 이때 탈착된 불순물은 흡착기(153)에서 오프 가스로 배척된다.The
담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수는 증기 발생기(112)의 고온의 증기 중 가스 개질 반응기(120)에서 사용한 나머지, 냉각기(121)에서 나온 고온의 수증기, 냉각기(132)(134)에서 나온 고온의 증기는 증기터빈 발전부(160)로 유입되는데, 이러한 고온의 수증기는 모두 증기 버퍼탱크(161)로 유입된다. 이와 같은 520~563 ℃의 고온의 증기는 압력이 29~35 bar에 불구하므로 증기터빈을 작동시키기 어려움으로 증기 압축기(162)를 이용하여 400 ℃, 100 bar 이상의 고압의 증기로 변환하여 고압 증기터빈(163) 발전에 사용되고, 그 이후 증기는 280 ℃, 60 bar로 낮아져 중간 증기터빈(164)으로 유입되어 증기 발전에 사용되며, 그 이후 다시 증기는 210 ℃, 30 bar로 낮아져 저압 증기터빈(165)으로 유입되어 증기 발전에 사용되는데, 이렇게 고압 증기터빈(163), 중간 증기터빈(164), 저압 증기터빈(165)에서 발생한 에너지로 발전기(166)에서 전기를 생산하여 내부전선(Spur line)은 지하박스로 변전소(168)에 연결하고 변전소에서는 전압을 승압하여 송전선로(Transmission line)를 통하여 필요한 지역으로 송출한다. 또한 최종적으로 저압 증기터빈(165)에서 나온 증기는 130 ℃, 6 bar가 되어 재응축기(167)에서 증기를 25 ℃, 5 bar의 응축수로 변환하여 재차 이용되도록 도 1c의 배관(320)으로 보내게 된다.The cooling water introduced through the
다음으로, 도 1b의 증기 발생기(Water Heater)(112)는 370 ℃, 48.04 bar의 고온 증기를 생산하기 위하여 필요한 연료를 사용한다. 이 경우 연소시 이산화탄소(CO2)와 이산화황(SO2)과 같은 폐가스(산성 가스)가 발생한다. 따라서 인공적이고 환경적으로 유해한 가스 배출을 완화하기 위한 포획 이용 및 저장 기법을 활용하고 있다.Next, the steam generator (Water Heater) 112 of FIG. 1b uses fuel necessary to produce high-temperature steam of 370 °C and 48.04 bar. In this case, during combustion, waste gas (acid gas) such as carbon dioxide (CO 2 ) and sulfur dioxide (SO 2 ) is generated. Therefore, capture use and storage techniques are being utilized to mitigate the emission of man-made and environmentally harmful gases.
상기한 바와 같이 증기 발생기(112)에 이용한 연료로 인하여 폐가스가 발생하고, 이러한 폐가스는 탈황시설 반응부(200)인 황화 응축기(207)를 거친 이산화황(SO2)과 이산화탄소(CO2) 제거 장치(220)인 아민 이산화탄소 흡수 장치인 아민 필터(224)에서 나온 이산화탄소(CO2)는 도 1c로 각각 전달되어, 이산화황(SO2)은 이산화황 액화처리부(310)로 유입되고, 이산화탄소(CO2)는 이산화탄소 액상화장치(300)로 유입된다.As described above, waste gas is generated due to the fuel used in the
또한, 증기 발생기(112)에서 677~721 ℃, 19 bar의 고온의 연소된 폐가스는 우선 탈황시설 반응부(200)의 탈황 반응기(201)로 이송되면서 탈황시설장치의 일부분인 탈황 반응기(201)에서 황화수소(H2S) 및 황화카보닐(COS)이 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)과 반응하면서 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS), 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)가 발생하여 분리기(204)에서 분리되는 데, 이때 이산화황(SO2)는 직접 탈황반응기(DSRP)(205)에서 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)와 반응하여 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)과 산소(O2)로 분리된다.In addition, the waste gas burned at a high temperature of 677 ~ 721 ℃, 19 bar in the
또한, 분리기(204) 및 직접 탈황 반응기(DSRP)(205)에서 발생한 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)은 냉각기(209)를 통해 공기 히터(202)에서 외부공기를 압축기(208)로 압축하여 공기의 온도를 약 10 ℃ 이상 상승시키고, 재생장치(203)를 통하여 공기중의 산소(O2)와 결합하여 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)을 재생하여 재차 이용한다. 그 중 일부 재생되지 않은 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)와 황화가스가 포함된 것은 재생 분리기(211)를 통해 황화가스는 탈황 반응기(201)를 거쳐 분리기(204)로 들어가고, 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)은 재차 공기 히터(202)로 재차 들어가서 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3) 재생장치(203)로 들어가서 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)을 재생하여 재활용한다. 직접 탈황반응기(DSRP)(205)에서 산화-환원이 완료되어 생성된 이산화황(SO2)은 냉각기(210)로 들어가 700 ℃ 이하의 온도로 황 응축기(207)로 보내어져 도 1c의 이산화황 액화처리부(310)로 들어간다. 또한 황 응축기(207)에서 응축되지 않은 이산화황(SO2)가스는 재차 압축기(206)를 통해 탈황 반응기(201)로 들어가 재차 분리된다.In addition, zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS) generated in the
이와 같이 연소가스의 폐가스에 포합된 황화수소(H2S), 황화카보닐(COS), 이산화황(SO2)을 탈황시설 반응부(200)에서 제거하고 이산화황(SO2) 가스로 분리한 후 도 1c의 이산화황 액화처리부(310)의 냉각기(311)로 유입한다.In this way, hydrogen sulfide (H 2 S), carbonyl sulfide (COS), and sulfur dioxide (SO 2 ) contained in the waste gas of the combustion gas are removed from the desulfurization
증기 발생기(112)에서 677~721 ℃, 19 bar의 고온의 연소된 폐가스에 포함된 이산화탄소(CO2)는 이산화탄소 제거 장치(220)인 아민 이산화탄소 흡수장치로 유입되기 전 677~721 ℃, 19 bar고온의 폐가스는 폐열 회수장치(226)인 보일러로 유입되고, 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수가 이로 인하여 600~650 ℃, 30 bar 고온의 증기로 변환되어 도 1a의 증기 버퍼 탱크(161)로 유입되어 증기터빈 발전에 사용되며, 일부는 온수가 필요한 지역에 공급되도록 도 1c의 배관(320)으로 이송된다.Carbon dioxide (CO 2 ) contained in the high-temperature burned waste gas of 677-721 ℃, 19 bar in the
그리고 677~721 ℃에서 600 ℃로 저감된 폐가스는 이산화탄소 제거장치(220)인 아민 이산화탄소 흡수 장치로 유입되고, 해당 폐가스에는 0.7 %의 미세량의 일산화탄소(CO)와 9 %의 다량의 이산화 탄소(CO2)가 일부 포함되어 있으므로, 이 폐가스는 폐열회수 장치인 보일러(226)를 통해 가스 주입구(221)를 거쳐 이산화탄소(CO2) 흡수장치(228)에 유입되고, 담수 주입펌프(222)로 25~30 ℃의 물(H2O)과 25~30 ℃의 모노에탄올아민(MEA)이 아민 주입펌프(227)로 유입되는 이산화탄소(CO2) 흡수장치(228)에서 물과 모노에탄올아민의 수용액이 0.7 %의 미세 량의 일산화탄소(CO) 내지 9 %의 다량의 이산화탄소(CO2)를 흡착한 후 모노에탄올아민(MEA) 재생장치(보일러)(223)로 유입된다.And the waste gas, which has been reduced from 677 to 721 ℃ to 600 ℃, is introduced into the amine carbon dioxide absorber, which is the carbon
이와 동시에 가스는 주입구(221)를 통하여 폐열 회수장치(226)로부터 유입되는 폐가스는 이산화탄소 흡수장치(228)에서 일산화탄소, 이산화탄소가 흡수되고, 나머지 가스는 침전탱크(225)에서 침전되어 일부 응축수는 등은 재차 이산화탄소 흡수장치(228)에 유입된다. 이때 물과 모노에탄올아민(MEA)의 수용액은 재생하기 위하여, 모노에탄올아민(MEA) 재생장치(223)로 유입되고, 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 담수가 고온의 220 ℃, 23.2 bar의 수증기를 생산하여 스팀펌프(229)를 통해 220 ℃의 고온의 증기를 만들어 보일러에 투입하여 내부 온도를 118 ℃, 13.5 bar로 유지하면, 0.7 %의 미세 량의 일산화탄소, 9 %의 이산화탄소는 가스화되고, 물은 수증기로 변화되고, 모노에탄올아민(MEA)은 액체가 되며, 재생모노에탄올아민(MEA)은 재생모노에탄올아민(MEA) 저장조(230)에서 냉각되어 아민 주입펌프(227)로 재차 주입되어 이산화탄소 흡수장치(228)에 재차 재활용된다.At the same time, the gas introduced from the waste
여기서, 발생한 증기는 재차 냉각된 다음 이를 재차 사용하도록 도 1c의 배관(320)으로 유입되고, 미세 량의 일산화탄소, 이산화탄소는 아민 필터(224)를 통하여 도 1c의 이산화탄소 액상화장치(300)의 냉각기(301)로 유입된다.Here, the generated vapor is cooled again and then introduced into the
또한, 연료 소비 및 생산 과정에서 간과해서는 안 되는 필연적인 결과 중 하나는 이산화탄소(CO2)와 이산화황(SO2)과 같은 폐가스의 발생하므로, 인공적이고 환경적으로 유해한 가스 배출을 완화하기 위한 포획 이용 및 저장 기법을 구비하고 있다.In addition, one of the inevitable consequences of fuel consumption and production processes is the generation of waste gases such as carbon dioxide (CO 2 ) and sulfur dioxide (SO 2 ), so the use of capture to mitigate artificial and environmentally harmful gas emissions. and storage techniques.
도 1a의 이산화탄소 제거 장치(140)인 아민 이산화탄소 흡수 장치인 아민 필터(144)에서 나온 이산화탄소(CO2)와 도 2b의 이산화탄소 제거 장치(220)인 아민 이산화탄소 흡수 장치인 아민 필터(224)에서 나온 이산화탄소(CO2)와 도 1b의 탈황시설 반응부(200)의 황 응축기(207)에서 응축되지 않은 이산화황(SO2) 가스는 도 1c의 이산화탄소 액상화장치(300)와 이산화황 액화처리부(310)로 각각 유입된다.Carbon dioxide (CO2) from the
도 1c는 상기한 바와 같은 이산화탄소 및 이산화황의 액화를 위한 구성으로서 액화 가스의 팽창 및 재순환에 의한 가스 직접 압축과 내부 냉각을 기본으로 채용하고 있다.1C is a configuration for the liquefaction of carbon dioxide and sulfur dioxide as described above, based on gas direct compression and internal cooling by expansion and recirculation of liquefied gas.
도 1a의 천연가스 개질 반응기(120) 및 (130)증기-가스 환원 반응부(130)에서 발생한 이산화탄소(CO2) 가스로부터 아민 필터(144)를 통해 축출한 이산화탄소(CO2), 도 1b2의 폐가스로부터 탈황시설 반응부(200)의 황 응축기(207)에서 응축되지 않은 이산화황(SO2) 가스가 냉각기(311)로 보내어지고, 폐가스로부터 이산화황을 제거하고 분리기(204)를 통해 폐열회수 장치(226)인 보일러에서 이산화탄소(CO2)가 이산화탄소 제거 장치(220)인 아민 이산화탄소 흡수 장치의 아민필터(224)에서 나온 이산화탄소(CO2) 가스는 이산화탄소 액상화 장치(300)로 들어가 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 냉각수가 냉각기(301)를 통해 보내지는 냉각수에 의하여 냉각된다. 그런 다음, 26 ℃, 35 bar인 이산화탄소(CO2) 공급은 첫 번째 분리기(302)로 전달되어 압축 전에 물과 같은 응축된 구성 요소를 분리하는데, 이때 발생하는 응축수는 응축수 저장조(308)에 받아 외부로 배출한다.Carbon dioxide (CO 2 ) extracted from the carbon dioxide (CO 2 ) gas generated in the natural
또한, 이산화탄소(CO2)는 압축기(303)에 의해 60 bar 고압으로 압축된 후 두 번째 냉각기(304)(필요한 경우)에 의해 냉각되고 팽창되어 온도가 떨어지며, 이는 열 교환기(305)를 통과하면서 온도를 보다 낮춰 줄-톰슨 밸브(306)를 통과하면서 액화화되어 분리기(307)에 들어가는데, 이때 일부가 액화가 되지 않으면, 이러한 이산화탄소(CO2) 가스를 열교환기(305)를 재차 통과시켜 분리기(302)로 들어가 재차 순환 공정을 거쳐 액화시킨다. 이후, 이렇게 액화된 이산화탄소(CO2)는 필요지역 또는 이산화탄소(CO2)의 활용 제품생산 공장, 가스 용접기 등의 연료로 판매된다.In addition, carbon dioxide (CO 2 ) is compressed to a high pressure of 60 bar by the
도 1c에서의 677~721 ℃, 19 bar 고온의 이산화황(SO2) 가스는 이산화황 액화 처리부(310)로 들어가 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로부터 배관(434)을 통해 유입된 담수가 냉각기(311)의 펌프를 통해 냉각되어 보내지는 냉각수에 의해 냉각된다. 그런 다음 26 ℃, 46 bar인 이산화탄소 공급은 첫 번째 분리기(312)로 전달되어 압축 전에 물과 같은 응축된 구성 요소를 분리하며, 응축수 발생시 이는 응축수저장조(318)에 받아 외부로 배출한다.677 ~ 721 ℃, 19 bar high temperature sulfur dioxide (SO 2 ) gas in FIG. 1c enters the sulfur dioxide
이산화황(SO2)은 압축기(313)에 의해 50 bar 고압으로 압축된 후 두 번째 냉각기(314)(필요한 경우)에서 냉각되고 팽창되어 온도가 떨어지며, 이는 열 교환기(315)를 통과하면서 온도를 보다 낮춰 줄-톰슨 밸브(316)를 통과 하면서 액화되며 분리기(317)로 들어간다. 만일, 일부가 액화가 되지 않으면, 이러한 이산화황 가스를 열 교환기(315)를 재차 통하여 분리기(312)로 들어가 재차 순환 공정을 거쳐 액화시킨다. 그 이후 액화된 이산화황(SO2)은 이산화황(SO2)의 활용 제품생산 공장 등에 판매된다. 도 1a의 증기터빈 발전부(160)의 재 응축기(167)에서 나온 응축 수, 도 1a의 이산화탄소 제거 장치(140)인 아민 이산화탄소 흡수 장치의 모노에탄올아민(MEA) 재생장치(143)에서 발생한 일부 증기, 수소분리를 위한 압력 순환 식 흡착장치(Pressure Swing Adsorption, PSA)(150), 도 1b2의 폐열 회수 장치(226)인 보일러에서 나온 일부 온수, 이산화탄소 제거 장치(220)인 아민 이산화탄소 흡수 장치의 모노에탄올아민(MEA) 재생장치(223)에서 발생된 온수 및 도 1c의 이산화탄소 액상화장치(300)와 이산화황 액화처리부(310)에서 냉각수로 사용된 온수는 도 1c의 지하 배관(320)에서 모두 집수한 후 도 1d의 탈염수 저장조(Demineralized Water Storage tanks)(432)로 이송되며, 온수가 필요한 지역에는 이러한 온수가 도 1d의 펌프(437)를 통해 보내진다.Sulfur dioxide (SO 2 ) is compressed to 50 bar high pressure by the
도 4d는 본 발명의 실시예에 의한 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)로서, 이는 도 1a의 증기 발생부(Water Heater)(110)를 통해 제1 천연가스 히터(111)에 냉각수를 공급하는 한편, 천연가스 개질 반응기(Reformer)(120)의 냉각기, 증기-가스환원 반응부(130)의 증기-가스 변환 반응기(133), 이산화탄소 제거장치(140)의 냉각기에 필요한 냉각수를 공급하며, 아민 이산화탄소 흡수장치(140)와 수소 포집을 위한 압력 순환식 흡착장치(PSA)(150)에도 냉각수를 공급한다.4D is a
또한, 담수화 플랜트(400)는 아민 이산화탄소 흡수 장치(220)와 도 1c의 이산화탄소 액상화장치(300)와 이산화황 액화 처리부(310의 냉각기에 공급되는 담수, 즉 냉각수를 생산한다. 위와 같은 담수화 플랜트(400)는 본 발명의 각 구성요소에 냉각수를 공급함과 동시에 냉각수 외 나머지 담수는 필요지역에 임의로 공급할 수 있다.In addition, the
상기한 담수화 플랜트(Desalination Plant)(400)는 수소 생산 연료인 천연가스로부터 수소(H2)를 생산하기 위해, 다량의 고온의 증기가 요구되므로 고온의 증기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하기 위해 반드시 필요로 하는 구성요소이다.In order to produce hydrogen (H 2 ) from natural gas, which is a hydrogen production fuel, the
이러한 담수화 플랜트(400)는 바닷물을 이용하기 때문에 해안 구역(Basin)에 위치하는 것이 바람직하다. 해수는 스크린 여과기(401)를 통해 주입관(402)을 거쳐 해수 흡입펌프(403)에 의해 취수되어 침전조(Flocculation Tank)(406)에 주입되는는 데, 주입 되기 전 배관에 응고제(Coagulant)주입펌프(404)로 응고제를 투입하고, 바로 차아염소산나트륨(Sodium Hypochlorite)주입펌프(405)로 차아염소산나트륨을 투입하는데, 이는 해수를 세정 및 살균하기 위함이다.This
해수와 함께 침전조(Flocculation Tank)(406)에 투입되는 침전물을 제거하고, 이렇게 침전물이 제거된 해수는 여과기 저장조로 이동하는 과정에서 생분해성 고분자(Biodegradable Polymer)주입펌프(407)로 고분자가 투입된 후, 필터 펌프(Filtered Feed Pump)(408)에 의해 초기 여과기 저장조(Primary Filters)(409)에 투입되어 1차 여과를 하고, 부유물 여과기 저장조(Polishing Filters)(410)로 투입되면서, 부유물 여과기는 여과를 통해 부유물(20미크론 이상)을 90 %까지 제거하는데, 이때 여과 송풍기(Filter Blower)(411)에 의해 초기 여과기(Primary Filters)(409)와 부유물 여과기 저장조(Polishing Filters)(410)에 여과된 공기를 주입하여 보다 효과적으로 부유물을 제거할 수 있다.After removing the sediment injected into the
위와 같은 부유물 과정을 통해서도 미 제거된 부유물은 역세척 저장조(Backwash Tank)(412)에 투입되는데, 이때 역세척 여과 펌프(Filter Backwash Pump)(413)를 이용하여, 재차 초기 여과기(Primary Filters)(409)와, 부유물 여과기 저장조(Polishing Filters)(410)에서 재차 여과를 한다.Floating matter not removed even through the above-mentioned floatation process is put into the
이렇게 부유물 여과기 저장조(Polishing Filters)(410)에서 부유물이 완전히 제거된 담수는 카트리지 1차 여과기(Cartridge Filter)(415)에 보내면서, 항산성제(Antiscalant)주입펌프(414)로 항산성제를 투입하여, 역삼투(RO, Reverse Osmosis)막 확장 억제 전처리 약품을 투입하며, 카트리지 1차 여과기(Cartridge Filter)(415)에서 1차로 여과된다.In this way, the fresh water from which the suspended matter has been completely removed from the floating filter storage tank (Polishing Filters) 410 is sent to the cartridge primary filter (Cartridge Filter) 415, and an anti-acid agent is injected with an anti-acid injection pump (414). , a reverse osmosis (RO, Reverse Osmosis) membrane expansion inhibition pre-treatment agent is injected, and is first filtered in a cartridge primary filter (Cartridge Filter) 415 .
이후, 아황산 수소나트륨(Sodium Bisulfite)주입펌프(416)로 담수의 갈변 및 미생물의 살균을 위하여 담수에 아황산 수소나트륨을 투입하고, 역삼투용 고압 펌프(SWRO Booster Pumps)(417)를 이용하여 담수를 해수 역삼투시스템(Seawater Reverse Osmosis Systems)(418)에 투입하는데, 이는 소금과 다른 유기물이 흐르지 못하게 하는 반 다공성 막을 통과하도록 강제하는 소금물에 고압 펌프를 사용하여 여과한다. 이후, 폐소금물(Rejected Brine)은 폐소금물 방류펌프(419)로 소금이 포함된 폐기 담수는 바다로 돌려보내며, 깨끗한 담수는 흡착 저장조(Suckback Tank)(420)에 저장한다.Thereafter, sodium bisulfite is added to the fresh water for browning of the fresh water and sterilization of microorganisms with a sodium
여기서, 흡착 저장조(420)의 역삼투 투과펌프(SWRO Permeate Pump)(421)는 역삼투(RO, Reverse Osmosis) 장치의 저장 탱크의 역압을 크게 감소시키기 위하여 사용되는데, 이때 서비스 물 저장조(Service Water Storage Tank)(422)에 유입되는 담수로부터 부유물 제거 역삼투 펌프(Polishing Ro Feed Pumps)(423)를 사용하여 부유물을 제거한다.Here, the reverse osmosis permeate pump (SWRO Permeate Pump) 421 of the
이렇게 부유물이 제거된 담수는 카트리지 2차 여과기(Cartridge Filter)(424)에 투입되어, 2차 여과가 이루어지고, 부유물 역삼투용 고압 펌프(Polishing RO Booster Pumps)(425)에 의해 부유물 역삼투용 장치(Polishing RO Unit)(426)로 유입되어 부유물을 추가로 제거한다. 이후, 폐소금물(Rejected Brine)은 폐소금물 방류펌프(427)로 소금이 포함된 폐기 담수는 제거하기 위해 바다로 돌려보내며, 깨끗한 담수는 부유물 역삼투용 투과 저장조(Polishing RO Permeate Tank)(428)에서 추가로 부유물을 제거한다.The fresh water from which the suspended matter has been removed is put into a cartridge
그리고, 이온 교환 장치 유입 펌프 (Mixed Bed FEED Pump)(429)에 의해 유입되는 담수는, 이온 교환 장치(Mixed Bed Units)(430)에서 우수한 수질의 담수로 생산된다. 이러한 과정은 일반적으로 수처리 공정 과정의 마지막 처리 단계이며, 처리된 담수는, 탈염수 펌프(431)를 이용하여 최종적으로 탈염수 저장조 (Demineralized Water Storage tanks)(432)에 저장을 한다.In addition, fresh water introduced by the ion exchange unit inflow pump (Mixed Bed FEED Pump) 429 is produced as fresh water of excellent quality in the ion exchange unit (Mixed Bed Units) 430 . This process is generally the last treatment step of the water treatment process, and the treated fresh water is finally stored in demineralized
또한, 도 1a의 증기터빈 발전부(160)의 응축기(167) 및 도 1c에서 재활용되는 온수는 지하 배관(320)을 통하여 탈염수 저장조(Demineralized Water Storage tanks)(432)에 저장되거나, 온수 지역 공급펌프(437)를 거쳐 지하배관(320)을 통하여 온수 각 지역에 따라 필요한 공급펌프(438)로 이송되는데, 이로서 펌프(438)에서 각 온수가 지하배관을 통하여 필요한 지역으로 이송된다. 그리고 탈염수 저장조(Demineralized Water Storage tanks)(432)의 담수는 담수공급펌프(433)에 의해 지하 담수공급배관(434)을 통하여 수소(H2)생산 플랜트로 재 이송되거나, 냉각수 지역공급펌프(435)로 보내어지는데, 이때 펌프(435)는 나머지 담수를 지하 배관을 거쳐 냉각수 각 지역에 따라 필요한량을 공급 펌프(436)로 보내거나, 각 담수가 필요한 지역으로 이송된다.In addition, the
본 발명의 실시예에 의한 담수화 플랜트의 해수 역삼투시스템(Seawater Reverse Osmosis Systems)(418)을 거쳐 나온 담수는 칼슘(Calcium) 4.5 ppm(0.00045%), 마그네슘(Magnesium) 24.8 ppm(0.00248%), 나트륨(Sodium) 236.3 ppm(0.02363%), 칼륨(Potassium) 7.5 ppm(0.00076%), 중탄산염(Bicarbonate) 1.5 ppm(0.00015%), 염화물(Chloride) 260.3 ppm(0.02603%), 황산염(Sulphate) 11.3 ppm(0.00113%)이하이며, 전도도(Conductivity) >>800mS/cm의 담수 정도이나 그 외는 나오지 않고 있다.The fresh water coming out through the Seawater Reverse Osmosis Systems (418) of the desalination plant according to an embodiment of the present invention is calcium (Calcium) 4.5 ppm (0.00045%), magnesium (Magnesium) 24.8 ppm (0.00248%), Sodium 236.3 ppm (0.02363%), Potassium 7.5 ppm (0.00076%), Bicarbonate 1.5 ppm (0.00015%), Chloride 260.3 ppm (0.02603%), Sulphate 11.3 ppm (0.00113%) or less, and conductivity >>800mS/cm of fresh water, but nothing else.
또한, 부유물 역삼투용 장치(Polishing RO Unit)(426)를 통과하여 부유물 역삼투용 투과저장조(Polishing RO Permeate Tank)(428)를 거쳐 나온 담수는 마그네슘(Magnesium) 0.5 ppm(0.00005%), 나트륨(Sodium) 6.5 ppm(0.00065%), 칼륨(Potassium) 0.3 ppm(0.00003%), 중탄산염(Bicarbonate) 0.8 ppm(0.00008%), 염화물(Chloride) 6.1 ppm(0.00061%), 황산염(Sulphate) 0.4 ppm(0.00004%)이하이며, 전도도(Conductivity) >>25mS/cm의 담수 정도이며, 최종적으로 이온교환 장치(Mixed Bed Units)(430)를 거친 담수는 나트륨(Sodium) 0.01 ppm(0.000001%), 규산염(Silica) 0.01 ppm(0.000001%) 이하, 전도도(Conductivity) <0.2mS/cm로서 식음수의 기준을 충분히 만족하는 수준이다.In addition, fresh water passed through the
따라서 본 발명은 담수화 플랜트(Desalination Plant)와 수소생산, 이산화황 및 이산화탄소의 추출 및 액화와 증기터빈과 온수공급 및 나머지 담수를 필요지역에 공급하는 공정이므로 청정에너지 및 재생에너지와 이산화탄소(CO2)와 이산화황(SO2) 포집 기술의 종합복합공정을 거친 블루수소 생산을 위한 획기적인 기술이다.Therefore, the present invention is a desalination plant, hydrogen production, extraction and liquefaction of sulfur dioxide and carbon dioxide, a steam turbine, hot water supply, and a process for supplying the remaining fresh water to the necessary areas, so clean energy and renewable energy and carbon dioxide (CO 2 ) and It is an innovative technology for the production of blue hydrogen that has undergone a comprehensive complex process of sulfur dioxide (SO 2 ) capture technology.
이상에서 설명한 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있으므로 본 발명의 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the description of the present invention described above is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiment described herein. That is, the present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is limited by the following claims, and the configuration of the present invention is variously changed within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. And since it can be modified, the embodiment of the present invention can be variously changed and can have various forms. Accordingly, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea.
100 : 천연가스 전처리부 101 : 탈 수분장치
102, 103 : 탈황장치 110 : 증기 발생부
111 : 제1 천연가스 히터 112 : 증기 발생기
113, 114 : 제2, 제3 천연가스 히터 115 : 연소 장치
116 : 담수 주입 펌프 117 : 공기 주입 송풍기
120 : 가스 개질 반응기 130 증기-가스 환원 반응부
131 : 고온 증기-가스 환원 반응기 133 : 저온증기 -가스 환원 반응기
132, 134, 152, 209, 210, 301, 304, 311, 314 : 냉각기
135 : 응축수 저장조 140 : 이산화탄소 제거장치
141. 221 : 가스 주입구 142, 222 : 담수 주입펌프
146, 227 : 재생 모노 아민 주입펌프 149, 229 : 스팀(증기) 주입펌프
143, 223 : 모노 에탄올아민 재생장치 144, 224 : 아민필터
145, 225 : 침전탱크 147 : 아민 이산화탄소 흡수장치
148 : 재생모노 에탄올아민저장조 150 : 압력 순환식 흡착장치
151, 208, 313, 303 : 압축기 153 : 수소 분리기
154 : 버퍼 탱크 160 : 증기터빈 발전부
161 : 증기 버퍼 탱크 162 : 증기 압축기
163 : 고압 증기터빈 164 : 중간 증기터빈
165 : 저압 증기터빈 166 : 발전기
167 : 증기 재응축 탱크 168 : 변전소
200 : 탈황시설 반응부 201 : 탈황산 반응기
202 : 공기 히터 203 : 재생장치
204, 302, 307, 312, 317 : 분리기 205 : 직접 탈황 반응기
206 : 잔존가스 재압축기 207 : 황 응축기
211 : 재생 분리기 220 : 이산화탄소 제거장치
226 : 폐열 회수장치 228 : 이산화탄소 흡수장치
230 : 재생모노 에탄올아민 저장조 223 : 모노 에탄올아민 재생장치
300 : 이산화탄소 액상화장치 305, 315 : 교환기
306, 316 : 줄-톰슨 밸브 310 : 이산화황 액화 처리부
320 : 지하배관 400 : 담수화 플랜트 401 :스크린 여과기 402 : 해수 주입관 403 : 해수 펌프 404 : 응고제 투입펌프 405 : 치아염소산나트륨 투입 펌프 406 : 침전조
407 : 생분해성 고분자 투입펌프 408 : 필터 펌프 409 : 초기 여과기 저장조 410 : 부유물 여과기 저장조 411 : 여과 송풍기 412 : 역세척 저장조 413 : 역세척 여과 펌프 414 : 항산성제 투입펌프
415 : 카트리지 1차 여과기 416 : 아황산수소나트륨 투입펌프 417 : 역삼투용 고압펌프 418 : 해수 역삼투시스템 419, 427 : 폐소금물 방류펌프 420 : 흡착 저장조 421 : 역삼투 투과펌프 422 : 서비스 물 저장조 423 : 부유물 제거 역삼투 펌프 424 : 카트리지 2차 여과기 425 : 부유물 역삼투용 고압 펌프 426 : 부유물 역삼투용 장치 428 : 부유물 역삼투용 투과 저장조 429 : 이온 교환장치 유입펌프 430 : 이온 교환장치 431 : 탈염수 펌프 432 : 탈염수 저장조(담수 저장조) 433 : 탈염수(담수) 공급펌프 434 : 담수 공급 배관 435 : 냉각수 지역 이송펌프 436 : 냉각수 각 지역에 따라 필요한 이송펌프
437 : 온수 지역 이송펌프 438 : 온수 각 지역에 따라 필요한 이송펌프100: natural gas pre-processing unit 101: dewatering device
102, 103: desulfurization device 110: steam generator
111: first natural gas heater 112: steam generator
113, 114: second, third natural gas heater 115: combustion device
116: fresh water injection pump 117: air injection blower
120:
131: high-temperature steam-gas reduction reactor 133: low-temperature steam-gas reduction reactor
132, 134, 152, 209, 210, 301, 304, 311, 314: cooler
135: condensate storage tank 140: carbon dioxide removal device
141. 221:
146, 227: regeneration monoamine injection pump 149, 229: steam (steam) injection pump
143, 223:
145, 225: sedimentation tank 147: amine carbon dioxide absorber
148: regenerated monoethanolamine storage tank 150: pressure circulation type adsorption device
151, 208, 313, 303
154: buffer tank 160: steam turbine power generation unit
161
163: high pressure steam turbine 164: intermediate steam turbine
165: low pressure steam turbine 166: generator
167: vapor recondensation tank 168: substation
200: desulfurization facility reaction unit 201: desulfurization reactor
202: air heater 203: regeneration device
204, 302, 307, 312, 317
206: residual gas recompressor 207: sulfur condenser
211: regeneration separator 220: carbon dioxide removal device
226: waste heat recovery device 228: carbon dioxide absorption device
230: regenerated mono-ethanolamine storage tank 223: mono-ethanolamine regenerating device
300: carbon
306, 316: Joule-Thompson valve 310: sulfur dioxide liquefaction processing unit
320: underground pipe 400: desalination plant 401: screen filter 402: seawater injection pipe 403: seawater pump 404: coagulant injection pump 405: sodium hypochlorite injection pump 406: settling tank
407: biodegradable polymer injection pump 408: filter pump 409: initial filter storage tank 410: floating filter storage tank 411: filtering blower 412: backwash storage tank 413: backwash filtration pump 414: acid-resistant agent injection pump
415: Cartridge primary filter 416: Sodium hydrogen sulfite input pump 417: Reverse osmosis high pressure pump 418: Seawater
437: hot water area transfer pump 438: hot water transfer pump required for each area
Claims (9)
상기 증기 발생기(112)로부터 고온의 증기가 유입되고 상기 제3 천연가스 히터(114)로부터 초고온의 천연가스가 유입되어 알루미나 또는 니켈 기반 촉매에 의해 천연가스에 존재하는 탄화수소와 증기가 반응하여 수소와 일산화탄소를 생성하는 가스 개질 반응기(120)로 구성되는, 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치에 있어서,
천연가스로부터 수분을 제거하는 탈수분장치(101), 및 상기 수분이 제거된 천연가스로부터 황화수소를 제거하는 제1, 제2 탈황장치(102)(103)를 구비한 천연가스 전처리부(100)를 더 포함하며,
상기 가스 개질 반응기(120)에서 개질된 가스와 나머지 증기에 포함되어 있는 일산화탄소를 산화철, 크롬기 촉매가 존재하는 상태에서 310~370 ℃의 온도범위에서 증기와 반응시켜 350~400℃의 이산화탄소로 변환하는 고온증기-가스환원 반응기(131), 및 상기 고온증기-가스환원 반응기(131)의 공정가스가 200 ℃로 냉각되어 금속 구리, 산화 아연 및 알루미나, 크로미아 중 하나 이상의 소모형 산화물로 구성된 촉매에 의해 공정가스 중 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하여 담수가 유입되는 냉각기(134)로 전달하는 저온증기-환원 반응기(133)를 구비한 증기-가스 환원 반응부(130);
상기 저온증기-환원 반응기(133)로부터 가스가 유입되고 25~30 ℃의 담수가 유입되며 재생모터에탄올 아민 저장조(148)로부터 25~30 ℃의 모노에탄올아민이 유입되어 이산화탄소를 흡착 제거하는 아민 이산화탄소 흡수장치(147), 220 ℃의 증기가 유입되고 상기 이산화탄소가 흡착 제거된 가스로부터 모노 에탄올아민을 재생하여 재생 모노에탄올아민 저장조(148)에 저장하는 모노 에탄올아민 재생장치(143), 상기 모노 에탄올아민 재생장치(143)로부터 배출되는 가스를 필터링하여 일산화탄소 및 이산화탄소를 이산화탄소 액상화시스템(301)에 공급하는 아민필터(144), 상기 아민 이산화탄소 흡수장치(147) 및 상기 모노 에탄올아민 재생장치(143)로부터 배출되는 가스 중 수소를 포함하는 질소를 압력 순환식 흡착장치에 전달하는 침전탱크(145)를 구비한 이산화탄소 제거장치(140); 및
상기 침전탱크(145)부터 유입되는 29~30 ℃, 23 bar의 수소를 포함하는 질소를 30 bar로 증압하는 압축기(151), 상기 증압된 수소를 포함하는 질소를 담수에 의해 냉각하는 냉각기(152), 상기 냉각기(152)로부터 배출되는 수소에 포함되어 있는 미량의 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 다량의 질소를 흡착 제거하는 버퍼탱크(154)에 저장하는 수소 분리기(153)를 구비한 압력 순환식 흡착장치(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치.
A steam generator 112 that produces steam at a high temperature of 370 ℃ and 48.04 bar from fresh water flowing in at a high temperature of 1,750 to 2,000 ℃ by having a combustion device 115 and a blower 117 using a burner or plasma, the steam A first natural gas heater 111 that converts natural gas to a high-temperature gas of 370° C. and 48.04 bar by introducing high-temperature steam of 370° C. and 48.04 bar from the generator 112, generated from the steam generator 112 The high-temperature steam of 370 ℃ and 48.04 bar is introduced, and the natural gas converted in the first natural gas heater 111 is converted into ultra-high temperature natural gas of 370-500 ℃, 48.04-46.08 bar to the gas reforming reactor ( Steam generator 110 having a second, third natural gas heater 113, 114 for supplying to 120; and
High-temperature steam is introduced from the steam generator 112 and ultra-high-temperature natural gas is introduced from the third natural gas heater 114, and hydrocarbons and steam present in the natural gas react with hydrogen and hydrogen by an alumina or nickel-based catalyst. In the blue hydrogen production apparatus using natural gas, consisting of a gas reforming reactor 120 for generating carbon monoxide,
A natural gas pretreatment unit 100 having a dehydration device 101 for removing moisture from natural gas, and first and second desulfurization devices 102 and 103 for removing hydrogen sulfide from the natural gas from which the moisture has been removed. further comprising,
The gas reformed in the gas reforming reactor 120 and carbon monoxide contained in the remaining steam are reacted with steam at a temperature range of 310 to 370 ° C in the presence of iron oxide and a chromium catalyst to convert to carbon dioxide of 350 to 400 ° C. The high-temperature steam-gas reduction reactor 131, and the process gas of the high-temperature steam-gas reduction reactor 131 is cooled to 200° C., and a catalyst composed of metal copper, zinc oxide, alumina, and chromia, at least one consumable oxide. a low-temperature steam-reducing reactor 133 for converting carbon monoxide in the process gas into carbon dioxide and transferring it to a cooler 134 into which fresh water is introduced - a vapor-gas reduction reaction unit 130;
Gas is introduced from the low-temperature steam-reduction reactor 133, fresh water of 25-30 ℃ is introduced, and monoethanolamine of 25-30 ℃ is introduced from the regeneration motor ethanol amine storage tank 148 to adsorb and remove carbon dioxide. Absorber 147, a monoethanolamine regeneration device 143 for regenerating monoethanolamine from the gas from which steam of 220° C. is introduced and the carbon dioxide is removed by adsorption and storing it in the regenerated monoethanolamine storage tank 148, the monoethanol An amine filter 144 that filters the gas discharged from the amine regeneration device 143 and supplies carbon monoxide and carbon dioxide to the carbon dioxide liquefaction system 301, the amine carbon dioxide absorber 147, and the monoethanolamine regeneration device 143 a carbon dioxide removal device 140 having a settling tank 145 for transferring nitrogen containing hydrogen in the gas discharged from the pressure circulation type adsorption device; and
A compressor 151 for increasing the pressure of nitrogen containing hydrogen at 29-30 ℃ and 23 bar from the settling tank 145 to 30 bar, and a cooler 152 for cooling the nitrogen containing the pressurized hydrogen with fresh water. ), a pressure circulation type adsorption equipped with a hydrogen separator 153 that stores a small amount of carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and a large amount of nitrogen contained in the hydrogen discharged from the cooler 152 in a buffer tank 154 that adsorbs and removes it. Blue hydrogen production apparatus using natural gas, characterized in that it further comprises an apparatus 150.
해수를 여과하는 스크린 여과기(401),
상기 스크린 여과기(401)를 통과한 해수와 함께 응고제와 차아염소산나트륨이 투입되어 상기 해수를 세정 및 살균하는 침전조(406),
생분해성 고분자와 함께 투입되는 상기 세정 및 살균된 해수를 1차 여과하는 초기 여과기 저장조(409),
상기 1차 여과된 해수로부터 부유물을 제거하는 부유물 여과기 저장조(410),
항산성제와 역삼투막 확장 억제 전처리 약품과 함께 투입되는 상기 부유물이 제거된 담수를 1차로 여과하는 카트리지 1차 여과기(415),
아황산 수소 나트륨과 함께 상기 카트리지 1차 여과기(415)로부터 역삼투용 고압펌프(417)를 이용하여 투입되는 담수의 갈변 및 미생물을 살균하는 해수 역삼투시스템(418),
상기 해수 역삼투시스템(418)의 담수가 유입되는 흡착 저장조(421),
상기 흡착 저장조(421)의 담수가 역삼투 투과펌프(421)를 통해 역압이 감소되어 유입되는 서비스 물 저장조(422),
상기 서비스 물 저장조(422)로부터 부유물 제거 역삼투 펌프(423)에 의해 부유물이 제거 투입되어 담수를 2차 여과하는 카트리지 2차 여과기(424),
부유물 역삼투용 고압 펌프(425)에 의해 부유물 역삼투용 장치(426)에 유입되어 부유물이 제거된 상기 카트리지 2차 여과기(424)의 담수로부터 추가 부유물을 제거하는 부유물 역삼투용 투과 저장조(428), 및
이온 교환장치 유입펌프(429)를 통한 상기 부유물 역삼투 투과 저장조(428)의 담수로부터 우수한 수질의 담수를 생산하여 탈염수 저장조(432)에 저장하는 이온 교환장치(430)를 구비한 담수화 플랜트(400)로 구성되며,
상기 초기 여과기 저장조(409)와 상기 부유물 여과기 저장조(410)에 여과된 공기를 주입하는 여과 송풍기(411)를 더 포함하며,
상기 부유물 여과기 저장조(410)에서 부유물이 제거되지 않은 해수를 역세척 여과 펌프(413)를 통해 상기 초기 여과기 저장조(409) 및 상기 부유물 여과기 저장조(410)에서 재여과되도록 하는 역세척 저장조(412)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 천연가스를 이용한 블루수소 생산장치.
According to claim 1,
A screen filter 401 that filters seawater,
A settling tank 406 for washing and sterilizing the seawater by adding a coagulant and sodium hypochlorite together with the seawater that has passed through the screen filter 401;
An initial filter storage tank 409 for primary filtering of the washed and sterilized seawater input together with the biodegradable polymer;
Floating filter storage tank 410 for removing suspended matter from the first filtered seawater,
Cartridge primary filter (415) for first filtering the fresh water from which the suspended matter is removed, which is added together with the anti-acid agent and the reverse osmosis membrane expansion inhibition pretreatment drug;
A seawater reverse osmosis system (418) for sterilizing the browning and microorganisms of fresh water fed from the cartridge primary filter (415) together with sodium hydrogen sulfite using the high-pressure pump (417) for reverse osmosis (418);
Adsorption storage tank 421 into which fresh water of the seawater reverse osmosis system 418 is introduced,
a service water storage tank 422 into which the fresh water of the adsorption storage tank 421 is introduced by reducing the back pressure through the reverse osmosis permeation pump 421;
A cartridge secondary filter 424 for secondary filtering of fresh water by removing suspended matter from the service water storage tank 422 and removing the suspended matter by the reverse osmosis pump 423,
A permeation storage tank 428 for floating matter reverse osmosis, which is introduced into the apparatus 426 for reverse osmosis of suspended matter by a high-pressure pump 425 for reverse osmosis and removes additional suspended matter from the fresh water of the cartridge secondary filter 424 from which suspended matter has been removed, and
A desalination plant equipped with an ion exchange device 430 for producing excellent quality fresh water from the fresh water of the reverse osmosis permeation storage tank 428 through the ion exchange device inlet pump 429 and storing it in the demineralized water storage tank 432 ( 400) is composed of,
Further comprising a filtering blower 411 for injecting filtered air into the initial filter storage tank 409 and the floating filter storage tank 410,
Backwash storage tank 412 for re-filtering seawater from which suspended matter has not been removed from the suspension filter storage tank 410 in the initial filter storage tank 409 and the floating material filter storage tank 410 through the backwash filtration pump 413 Blue hydrogen production apparatus using natural gas, characterized in that it further comprises.
탈황시설 반응부(200);
이산화탄소 제거장치(220); 및
이산화탄소 액상화장치(300)
를 더 포함하여 구성되며,
상기 탈황시설 반응부(200)는,
상기 증기 발생기(112)에서 발생한 677~721 ℃, 19 bar의 폐가스가 유입되어 황화수소(H2S) 및 황화카보닐(COS)이 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)과 반응하면서 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS), 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)가 발생하는 탈황 반응기(201),
상기 탈황 반응기(201)의 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS), 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)에서 이산화황을 분리하는 분리기(204),
상기 분리기(204)에서 이산화황이 분리된 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS), 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)가 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)과 반응하여 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)과 산소(O2)로 분리하는 직접 탈황 반응기(205),
상기 분리기(204) 및 상기 직접 탈황반응기(205))에서 발생한 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)이 냉각기(208)를 거친 공기 히터(202)의 외부공기 중의 산소와 결합하여 산화아연(ZnO) 내지 산화철 Ⅲ(Fe2O3)을 재생하는 재생장치(203),
상기 재생장치(203)에서 재생되지 않은 황화아연(ZnS) 내지 황화철(FeS)과 황화가스로부터 황화가스가 분리되어 탈황 반응기(201)를 거쳐 분리기(204)로 유입되는 재생 분리기(211), 및
상기 직접 탈황 반응기(205)에서 산화-환원 완료되어 생성된 이산화황을 응축하는 황 응축기(207)로 구성되고,
상기 이산화탄소 제거장치(220)는,
상기 증기발생기(112)에서 발생한 677~721 ℃, 19 bar의 폐가스를 담수에 의해 600~650 ℃, 30 bar의 고온의 증기로 변환하여 증기 버퍼탱크(161)에 저장하는 폐열 회수장치(226),
상기 폐열 회수장치(226)로부터 유입되는 폐가스로부터 25~30 ℃의 물(H2O)과 25~30 ℃의 모노에탄올아민의 수용액이 0.7 %의 미세량의 일산화탄소 내지 9 %의 다량의 이산화탄소를 흡착하는 이산화탄소 흡수장치(228), 및
상기 이산화탄소 흡수장치(228)로부터 0.7 %의 미세 량의 일산화탄소 내지 9 %의 다량의 이산화탄소가 흡착된 폐가스로부터 모노 에탄올아민을 재생하여 재생 모노 에탄올 아민 저장조(230)에 저장하는 모노 에탄올아민 재생장치(223)로 구성되며,
상기 이산화탄소 액상화장치(300)는,
담수에 의해 상기 아민 이산화탄소 흡수장치(147)(228)에서 흡수된 이산화탄소 가스를 냉각하는 냉각기(301),
상기 냉각기(301)에 의해 냉각된 가스로부터 물과 같은 응축된 구성요소를 분리하는 분리기(302),
상기 분리기(302)에서 물과 같은 응축된 구성요소가 분리된 이산화탄소를 고압으로 압축하는 압축기(303),
상기 압축기(303)에서 고압으로 압축된 이산화탄소를 냉각하는 냉각기(304),
상기 냉각기(304)에서 냉각된 이산화탄소의 온도를 낮춰 줄-톰슨 밸브(306)를 통과하면서 액화하는 교환기(305), 및
상기 액화된 이산화탄소 중 액화되지 않은 이산화탄소를 분리하여 상기 교환기(305)에 재공급하고 액화된 이산화탄소를 외부의 저장조에 저장하는 분리기(307)
로 구성되는 것을 특징으로 하는, 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화장치.Blue hydrogen production apparatus using the natural gas of claim 1;
Desulfurization facility reaction unit 200;
carbon dioxide removal device 220; and
Carbon dioxide liquefaction device (300)
Consists of further including
The desulfurization facility reaction unit 200,
Waste gas of 677∼721 ℃, 19 bar generated from the steam generator 112 is introduced, and hydrogen sulfide (H 2 S) and carbonyl sulfide (COS) react with zinc oxide (ZnO) to iron oxide Ⅲ (Fe 2 O 3 ) Desulfurization reactor 201 that generates zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS), water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) while
A separator 204 for separating sulfur dioxide from zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS), water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) of the desulfurization reactor 201;
In the separator 204, zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS), water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) from which sulfur dioxide is separated in the separator 204 are reacted with zinc oxide (ZnO) to iron Ⅲ oxide (Fe 2 O 3 ) a direct desulfurization reactor 205 to separate zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS) and oxygen (O 2 );
Zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS) generated in the separator 204 and the direct desulfurization reactor 205) is combined with oxygen in the external air of the air heater 202 that has passed through the cooler 208 to combine with zinc oxide (ZnO). ) to iron oxide III (Fe 2 O 3 ) regeneration device 203 to regenerate,
A regeneration separator 211 in which sulfide gas is separated from zinc sulfide (ZnS) to iron sulfide (FeS) and sulfide gas not regenerated in the regeneration device 203 and flows into the separator 204 through the desulfurization reactor 201; and
It is composed of a sulfur condenser 207 for condensing the sulfur dioxide produced by oxidation-reduction completed in the direct desulfurization reactor 205,
The carbon dioxide removal device 220,
Waste heat recovery device 226 for converting the 677 to 721 ℃, 19 bar waste gas generated in the steam generator 112 into high temperature steam of 600 to 650 ℃ 30 bar by fresh water and storing it in the vapor buffer tank 161 ,
From the waste gas flowing from the waste heat recovery device 226, an aqueous solution of water (H 2 O) at 25-30 ° C and monoethanolamine at 25-30 ° C. a carbon dioxide absorber 228 to adsorb, and
A monoethanolamine regeneration device for regenerating monoethanolamine from the waste gas adsorbed from the carbon dioxide absorber 228 to a large amount of carbon monoxide of 0.7% to 9% of carbon dioxide and storing it in the regeneration monoethanolamine storage tank 230 ( 223), and
The carbon dioxide liquefaction device 300,
A cooler 301 for cooling the carbon dioxide gas absorbed in the amine carbon dioxide absorber 147, 228 with fresh water;
a separator (302) for separating condensed components, such as water, from the gas cooled by the cooler (301);
Compressor 303 for compressing carbon dioxide from which condensed components such as water are separated in the separator 302 to high pressure;
A cooler 304 for cooling the carbon dioxide compressed at high pressure in the compressor 303,
An exchanger 305 that lowers the temperature of the carbon dioxide cooled in the cooler 304 and liquefies it while passing through the Joule-Thompson valve 306, and
Separator 307 for separating non-liquefied carbon dioxide from among the liquefied carbon dioxide, re-supplying it to the exchanger 305, and storing the liquefied carbon dioxide in an external storage tank
A liquefaction device for waste gas generated during raw material combustion, characterized in that it consists of.
상기 황 응축기(207)에서 응축되지 않은 이산화황 가스를 담수를 공급받아 냉각하는 냉각기(311),
상기 냉각기(311)에서 냉각된 이산화황 가스로부터 물과 같은 응축된 구성요소를 분리하는 분리기(312),
상기 분리기(312)에서 물과 같은 응축된 구성요소가 분리된 이산화황을 고압으로 압축하는 압축기(313),
상기 압축기(313)에서 고압으로 압축된 이산화황을 냉각하는 냉각기(314),
상기 냉각기(314)에서 냉각된 이산화황의 온도를 낮춰 줄-톰슨 밸브(316)를 통과시켜 액화되도록 하는 교환기(315), 및
상기 액화된 이산화황 중 액화되지 않은 이산화황을 분리하여 상기 교환기(315)에 재공급하고 액화된 이산화황을 저장조에 저장하는 분리기(317)를 구비한 이산화황 액화처리부(310)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 원료 연소시 발생한 폐가스의 액화장치.8. The method of claim 7,
A cooler 311 cooling the sulfur dioxide gas not condensed in the sulfur condenser 207 by receiving fresh water;
a separator (312) for separating condensed components such as water from the sulfur dioxide gas cooled in the cooler (311);
A compressor 313 that compresses the sulfur dioxide from which condensed components such as water are separated in the separator 312 to a high pressure;
A cooler 314 for cooling the sulfur dioxide compressed at high pressure in the compressor 313,
an exchanger 315 that lowers the temperature of the sulfur dioxide cooled in the cooler 314 and liquefies it by passing it through a Joule-Thompson valve 316, and
Sulfur dioxide liquefaction treatment unit 310 having a separator 317 for separating non-liquefied sulfur dioxide from among the liquefied sulfur dioxide, re-supplying it to the exchanger 315, and storing the liquefied sulfur dioxide in a storage tank
The liquefaction apparatus of waste gas generated during raw material combustion, characterized in that it further comprises.
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