KR20140023113A - The carbon dioxide capture and storage system by using heat pump and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전 또는 산업 플랜트에서 발생하는 탄소를 포집하기 위하여 필요한 대용량의 열에너지를 공급하는 기술을 제공한다. 이런 문제를 해결하기 위하여 연료전지를 사용하는 발전 싸이클 과정에서 발생하는 열을 이용하여 히트펌프를 구동시켜 승온된 열에 의해 흡수제와 이산화탄소를 분리 회수하는 이산화탄소 포집 저장 시스템에 관한 것이다.
The present invention provides a technique for supplying a large amount of thermal energy required to capture carbon generated in a power generation or industrial plant. In order to solve this problem, the present invention relates to a carbon dioxide capture storage system that separates and recovers an absorbent and carbon dioxide by heating the heat pump by using heat generated during a power generation cycle using a fuel cell.
가) 이산화탄소 포집 저장 시스템(Carbon Dioxide Capture & Storage System) : Carbon Dioxide Capture & Storage System
탄소 포집 저장 시스템의 기술은 화석연료를 사용하는 발전 또는 기타 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집, 수송, 저장하여 대기중으로 이산화탄소가 방출되는 것을 방지하기 위한 기술이다.The technology of the carbon capture storage system is to capture, transport and store carbon dioxide from fossil fuel-generated power generation or other industrial processes to prevent carbon dioxide from being released into the atmosphere.
이렇게함으로써 지구 온난화의 주범인 화석연료에 의한 이산화탄소의 대기 방출 문제를 경감시킬 수 있다.This alleviates the problem of carbon dioxide emissions from fossil fuels, the main culprit of global warming.
탄소포집저장 기술중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70 ~ 80% 를 차지하는 핵심기술로서 다음과 같이 3가지로 나누어진다.Carbon dioxide capture technology is one of the core technologies that accounts for 70 ~ 80% of the total cost.
- 연소후 포집기술(Post-Combustion Technology) Post-Combustion Technology
- 연소전 포집기술(Pre-Combustion Technology) -Pre-Combustion Technology
- 산소 연소기술(Oxy-Fuel Combustion Technology)
Oxy-Fuel Combustion Technology
연소후 탄소 포집기술은 이산화탄소 포집 시설을 갖춘 발전소의 대기중 이산화탄소 방출량을 시설이 없는 발전소에 비해 80 ~ 90% 정도까지 절감 시킬 수 있다.Post-combustion carbon capture technology can reduce carbon dioxide emissions in the atmosphere of a power plant equipped with a carbon dioxide capture plant by 80-90% compared to a plant without a facility.
현재 주로 사용되는 탄소 포집 기술로는 흡수법(Absorption Type), 흡착법(Adsorption Type), 막분리법(Membrane Type), 심냉법(Cryogenics)등이 있다. Currently used carbon capture techniques include absorption (Absorption Type), Adsorption (Adsorption Type), Membrane Type, Cryogenics.
흡수법은 대용량의 가수처리가 용이하고, 저농도의 가스 분리에 적합하기 때문에 대부분의 발전 및 산업플랜트에의 적용이 용이하여 아민계 또는 암모니아계의 흡수제를 사용하는 흡수공정이 현재 상업 운전중에 있다.Absorption process is easy to apply a large amount of hydrolysis, and is suitable for low concentration gas separation, so that it is easy to apply to most power generation and industrial plants, the absorption process using the amine-based or ammonia-based absorbent is currently in operation.
도 1 에서 보는 바와 같이 흡수법을 이용한 이산화탄소 포집 기술은, 흡수탑(Absorption Tower)에서 흡수제와 혼합가스를 반응시켜 이산화탄소를 흡수제에 흡수시킨 후 이를 재생탑(Stripper Tower)으로 이송하여 흡수제로부터 이산화탄소를 분리시키는 공정으로 이루어진다.As shown in FIG. 1, a carbon dioxide capture technology using an absorption method absorbs carbon dioxide into an absorbent by reacting an absorbent with a mixed gas in an absorption tower, and then transfers the carbon dioxide to a stripper tower to collect carbon dioxide from the absorbent. Separation process.
상기 재생탑에서는 플랜트의 보일러에 적용되는 공기예열기(Pre-Heater)로부터 공급되는 열에너지를 이용해 흡수제와 이산화탄소를 분리하게 된다. 이 때, 재생탑으로 공급되는 열에너지를 보충하기 위해 보조열원으로서 리보일러(Re-Boiler)를 추가로 설치하여 운용하게 된다.The regeneration tower separates the absorbent and carbon dioxide from the heat energy supplied from the pre-heater applied to the boiler of the plant. At this time, in order to supplement the thermal energy supplied to the regeneration tower, a reboiler (Re-Boiler) is additionally installed and operated as an auxiliary heat source.
상기 재생탑에서는 열에너지를 이용해 흡수제와 이산화탄소를 분리하게 되는데, 이 때 많은 양의 열에너지를 필요로 하기 때문에 이 열에너지의 사용으로 인해 플랜트의 효율을 저하시키면서 제품의 생산원가를 큰 폭으로 증가시키게 된다.In the regeneration tower, the absorbent and carbon dioxide are separated by using thermal energy, and since a large amount of thermal energy is required, the production cost of the product is greatly increased while decreasing the efficiency of the plant due to the use of the thermal energy.
흡수법은 습식과 건식으로 나누어 지는데 습식흡수법은 이산화탄소와의 반응이 빠르고 이산화탄소 제거율이 높아 기술적으로 신뢰성이 높은 편이지만 흡수제 재활용을 위해 이산화탄소를 다시 분리하는데 많은 비용이 든다.Absorption method is divided into wet and dry. Wet absorption method is technically reliable because of fast reaction with carbon dioxide and high carbon dioxide removal rate, but it is expensive to separate carbon dioxide for recycling absorbent.
반면 건식흡수법은 흡수제 재생시 비용이 적게 들고 부식에 강하며 비교적 약하게 이산화탄소와 반응하게 되어 설비구축과 운영비용이 상대적으로 낮은 장점이 있다.On the other hand, the dry absorption method has the advantages of low cost, strong corrosion resistance, and relatively weak reaction with carbon dioxide when the absorbent is regenerated, resulting in relatively low facility construction and operation costs.
반면 이산화탄소와의 반응성이 작아 이산화탄소 제거율이 습식에 비해 작은 단점이 있다.
On the other hand, the carbon dioxide removal rate is small compared to wet because of its low reactivity with carbon dioxide.
나) 연료전지 시스템(Fuel Cell System)B) Fuel Cell System
도 2 에서 보는 바와 같이 연료 전지(Fuel Cell)는 도시가스 등을 개질해 얻을 수 있는 수소 가스(H2)와 공기중의 산소(O2)의 결합반응에 의해 발전을 행하는 시스템이다 . 양극에서는 음극으로부터 용액 중을 이동해 온 수소이온(H+)과 양극에서 생성된 수산 이온(OH-)이 반응해 물(H2O)이 생성됨과 동시에 반응열이 발생한다. 연료전지의 주연료인 수소는 개질기(Reformer)를 통해서 공급되며, 연료전지의 핵심 연료인 수소는 부분 산화(POX:Partial Oxidation)반응, 자열 개질(ATR: Auto-Thermal Reforming)반응 및 메탄의 수증기 개질 반응(Methane Steam Reforming) 등에 의해서 생산되고 있다.이 방식은 전술한 두 가지 공정에 비하여 수증기 개질 반응이 수소의 생산량이 많고 개질 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 수증기 개질법은 반응 평형(정상)상태에 도달하는 속도가 느리며 촉매를 피독시키는 일산화탄소(CO)가 발생하고, 강력한 흡열 반응이기 때문에 외부에서 많은 열을 공급해주어야 한다. 연료전지는 수소와 산소의 화학반응을 일으키는 스택(Stack)의 화학물질 조성에 따라 고체고분자형(PEFC), 인산형(PAFC), 용융탄산염형(MCFC), 고체산화물형(SOFC)등의 다양한 형태의 연료전지가 있다. As shown in FIG. 2, a fuel cell is a system that generates electricity by a coupling reaction between hydrogen gas (H 2 ) and oxygen (O 2 ) in air obtained by reforming city gas. At the positive electrode, hydrogen ions (H +), which have migrated in solution from the negative electrode, and hydroxyl ions (OH-) generated at the positive electrode react to generate water (H 2 O) and generate heat of reaction at the same time. Hydrogen, the main fuel of a fuel cell, is supplied through a reformer, and hydrogen, a key fuel of a fuel cell, is a partial oxidation (POX) reaction, an auto-thermal reforming (ATR) reaction, and steam of methane. It is produced by a reforming reaction (Methane Steam Reforming), etc. This method is known that the steam reforming reaction is more hydrogen production and the reforming efficiency is higher than the two processes described above. However, steam reforming is slow to reach the equilibrium state of reaction, carbon monoxide (CO) which poisons the catalyst, and is a powerful endothermic reaction, so it needs to supply a lot of heat from the outside. Fuel cells have a variety of solid polymers (PEFC), phosphoric acid (PAFC), molten carbonate (MCFC), solid oxide (SOFC), etc., depending on the chemical composition of the stack that causes the chemical reaction between hydrogen and oxygen. There is a type of fuel cell.
연료전지의 발전 효율은 일반 화력 발전소보다 훨씬 높은 40~60% 정도이며, 반응과정에서 나오는 배출열을 회수하면, 최대 80% 정도까지 에너지 효율을 높일 수 있고 열병합(CHP:Combined Heat Power) 발전도 가능하다. 게다가 액화천연가스(LNG)와 메탄올, 액화석유가스(LPG), 나프타, 등유, 석탄 가스화 등 다양한 연료를 사용할 수 있기 때문에 에너지 자원을 확보하기 쉽고, 연료를 연소시키지 않기 때문에 친환경적인 미래의 에너지원의 하나이다.
The power generation efficiency of fuel cell is 40 ~ 60% which is much higher than that of general thermal power plant. By recovering the exhaust heat from the reaction process, the energy efficiency can be increased up to 80% and the combined heat power (CHP) power generation It is possible. In addition, various fuels such as LNG, liquefied petroleum gas (LPG), naphtha, kerosene, and coal gasification can be used, making it easy to secure energy resources, and do not burn fuel. Is one of.
다) 흡수식 히트펌프 시스템(Absorption Heat Pump)C) Absorption Heat Pump System
도 3 에서 보는 바와 같이, 4개의 열교환기로 구성되어 열역학적인 싸이클에 의해 동작이 되는 흡수식 시스템의 특징은 가정용이 아닌 경우 각 설치 장소마다 상이한 열량 사용 조건을 가지기 때문에 사용조건을 면밀히 검토한 다음 흡수식 열평형 싸이클을(Heat Balance) 고려하여 시스템의 설계 및 제작을 해야 한다. 이때 흡수식 싸이클을 구성하는 재생기(Generator), 흡수기(Absorber), 응축기(Condenser), 증발기(Evaporator)에서의 압력, 온도를 고려한 저온부(증발기)에서의 회수열량(Chilled Water Capacity), 고온부(응축기)에서의 공급 열량(Hot Water Capacity) 및 흡수식 히트펌프를 구동할 수 있는 에너지(Heat Source)의 열평형 및 냉매의 유량 및 농도가 흡수식 시스템의 적용 여부를 결정하게 된다.
As shown in FIG. 3, the absorption system, which is composed of four heat exchangers and is operated by a thermodynamic cycle, has a different calorie usage condition at each installation site when not in home use, and thus, the usage conditions are carefully examined, and then the absorption heat is obtained. The system must be designed and manufactured in consideration of the heat balance. At this time, the pressure of the generator, the absorber, the condenser, the evaporator constituting the absorption cycle, and the recovered water capacity of the cold part (evaporator) considering the temperature, the high temperature part (condenser) The heat balance of the heat source and the heat balance of the heat source and the flow rate and concentration of the refrigerant that can drive the absorption heat pump will determine whether the absorption system is applied.
도 4 에서 보는 바와 같이 기존의 흡수법을 이용한 탄소 포집 기술은, 흡수탑(Absorption Tower)에서 흡수제와 혼합가스를 반응시켜 이산화탄소를 흡수제에 흡수시킨 후 이를 재생탑(Stripper Tower)으로 이송하여 흡수제로부터 이산화탄소를 분리시키는 공정으로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the carbon capture technology using the conventional absorption method absorbs carbon dioxide into the absorber by reacting the absorbent and the mixed gas in an absorption tower, and then transfers the carbon dioxide to the stripper tower from the absorber. It consists of a process of separating carbon dioxide.
상기 재생탑에서는 플랜트의 보일러에 적용되는 공기예열기(Pre-Heater)로부터 공급되는 열에너지를 이용해 흡수제와 이산화탄소를 분리하게 된다. 이 때, 재생탑으로 공급되는 열에너지를 보충하기 위해 보조열원으로서 리보일러(Re-Boiler)를 추가로 설치하여 운용하게 된다.The regeneration tower separates the absorbent and carbon dioxide from the heat energy supplied from the pre-heater applied to the boiler of the plant. At this time, in order to supplement the thermal energy supplied to the regeneration tower, a reboiler (Re-Boiler) is additionally installed and operated as an auxiliary heat source.
상기와 같이 재생탑에서는 열에너지를 이용해 흡수제와 이산화탄소를 분리하게 되는데, 이 때 필요한 열에너지의 양이 막대하기 때문에 플랜트의 에너지 효율을 떨어뜨림으로써 열평형(Heat Balance)에 영향을 주어 제품의 생산원가를 증가시키게 된다.In the regeneration tower as described above, the absorber and carbon dioxide are separated using heat energy, and the amount of heat energy required at this time is enormous, thereby lowering the energy efficiency of the plant and affecting heat balance, thereby reducing the production cost of the product. Is increased.
예를들면 발전 플랜트에서 이산화탄소 포집 저장 시스템의 용량이 큰 경우 배열(Exhaust Heat)을 회수하여 재생탑을 가동하기에는 열에너지가 부족하기 때문에 터빈의 추기스팀(Extraction Steam)을 추가로 사용하여 재생탑을 구동 시킨다.재생탑을 구동하기 위하여 터빈의 추기스팀을 사용함으로써 터빈의 출력 저하에 의한 발전 용량 감소 및 추기스팀의 과다사용은 터빈의 동특성에 영향을 주기 때문에 재생탑 가동 용량을 제한하게 된다.For example, if the capacity of the CO2 capture and storage system is large in the power plant, heat energy is insufficient to recover the exhaust heat and operate the regeneration tower. Therefore, additional turbine steam extraction steam is used to drive the regeneration tower. By using the turbine's extraction steam to drive the regeneration tower, the reduction of power generation capacity due to the decrease in turbine output and the overuse of the extraction steam affect the dynamic characteristics of the turbine, thus limiting the regeneration tower operating capacity.
본 발명에서는 발전용 또는 산업 플랜트에서 탄소 포집시 재생탑에서 필요한 대용량의 열에너지에 의한 탄소 포집 용량 제한 및 플랜트 공정상의 에너지 사용으로 인한 에너지 효율 저하 문제를 해결하고자 한다.
The present invention is intended to solve the problem of energy efficiency reduction due to the limit of carbon capture capacity by the large amount of thermal energy required in the regeneration tower when carbon capture in power generation or industrial plants and energy use in the plant process.
본 발명에서는 발전용 또는 산업 플랜트에서 탄소 포집시 재생탑에서 필요한 대용량의 열에너지에 의한 탄소 포집 용량 제한 및 플랜트 공정상의 에너지 사용으로 인한 에너지 효율 저하 문제를 해결하기 위하여 연료전지의 배열(Exhaust Heat) 및 열회수 시스템(Heat Recovery System)에서 배출되는 열원(Heat Source)을 이용하여 흡수식 히트펌프를 구동시킨다. In the present invention, in order to solve the problem of limiting the carbon capture capacity due to the large amount of thermal energy required in the regeneration tower when carbon capture in power generation or industrial plants and energy efficiency degradation due to energy use in the plant process (Exhaust Heat) and The absorption heat pump is driven by using a heat source discharged from a heat recovery system.
흡수식 히트펌프의 구동에 의해 승온된 스팀을 이용하여 탄소 포집을 위한 재생탑의 구동열원(Driving Heat Source)으로 사용함으로써 발전용 또는 산업용 플랜트의 공정에 영향을 주지 않는 대용량의 이산화탄소 포집 저장 시스템을 운영할 수 있다.
By using the steam heated by the absorption heat pump as a driving heat source of the regeneration tower for carbon capture, it operates a large-capacity CO2 capture storage system that does not affect the process of power generation or industrial plant. can do.
본 발명에서는 연료전지의 배열(Exhaust Heat) 및 열회수시스템(Heat Recovery System)에서 발생하는 고온의 열원을 이용하여 막대한 에너지가 필요한 탄소 포집 저장 시스템의 재생탑을 구동시킴으로써 탄소 포집 저장 시스템의 용량 증대 및 경제성 향상을 통한 조기 실용화를 달성할 수 있다.In the present invention, the capacity of the carbon capture storage system can be increased by driving a regeneration tower of a carbon capture storage system requiring enormous energy using a high temperature heat source generated from an exhaust heat and a heat recovery system. Early practical use can be achieved through economic improvement.
이렇게함으로써 화석연료의 사용으로 인해 발전소, 철강, 시멘트, 정유등과 같은 이산화탄소 대량 배출원에서 배출되는 이산화탄소를 포집하는 기술 적용에 의한 지구 온난화 문제 및 기후변화 문제를 해결할 수 있다. 또한 경제성 있는 신재생에너지가 개발될 때까지 지속발전가능한 화석연료를 안정적으로 사용할 수 있는 탄소 포집 저장 시스템의 기술 적용이 가능하게 된다.
By doing so, the problem of global warming and climate change caused by the application of technology to capture carbon dioxide emitted from large-scale carbon dioxide sources such as power plants, steel, cement, refinery, etc. can be solved. In addition, it becomes possible to apply the technology of carbon capture storage system that can stably use sustainable fossil fuel until economic renewable energy is developed.
도 1 이산화탄소 포집 시스템 구성도
도 2 연료전지에서 에너지 변환(전기에너지 + 열에너지)
도 3 흡수식 히트펌프 싸이클의 구성도
도 4 터빈의 추기스팀을 이용한 이산화탄소 포집 저장 시스템 구성도
도 5 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 저장 시스템 구성도1 carbon dioxide capture system configuration
Energy conversion in the fuel cell (electric energy + heat energy)
3 is a schematic diagram of an absorption heat pump cycle
4 is a block diagram of a carbon dioxide capture storage system using a steam extraction steam turbine
5 is a block diagram of a carbon dioxide capture storage system using a fuel cell
도 1. 및 도 4.에서 보는 바와 같이, 도 1 은 도 4 의 발전 플랜트 공정중에서 탄소포집 시스템(130 : CCS)의 공정을 상세하게 표시한 것이고 도 4. 는 발전 플랜트에서 탄소 포집을 하기 위한 전체적인 공정을 표시한 것이다.As shown in FIG. 1 and FIG. 4, FIG. 1 shows a detailed process of the carbon capture system 130 (CCS) in the power plant process of FIG. 4 and FIG. The overall process is shown.
도 1 의 탄소 포집 시스템은 흡수탑(10 : Absorption Tower)에서 흡수제와 혼합가스를 반응시켜 이산화탄소를 흡수제에 흡수시킨 후 이를 재생탑(20 : Stripper Tower)으로 이송하여 흡수제로부터 이산화탄소를 분리시키는 공정으로 이루어진다.The carbon capture system of FIG. 1 is a process of absorbing carbon dioxide into an absorbent by reacting an absorbent and a mixed gas in an absorption tower (10: Absorption Tower), and then transferring the carbon dioxide to a regeneration tower (20: Stripper Tower) to separate carbon dioxide from the absorbent. Is done.
상기 재생탑에서는 발전 플랜트의 보일러에 적용되는 공기예열기(Pre-Heater)로부터 공급되는 열에너지를 이용해 흡수제와 이산화탄소를 분리하게 된다. 이 때, 재생탑으로 공급되는 열에너지를 보충하기 위해 보조열원으로서 리보일러(70 : Re-Boiler)를 추가로 설치하여 운용하게 된다. 또한 탄소 포집 시스템(130 : CCS)의 용량이 커질 경우 리보일러(70 : Re-Boiler)의 용량으로 한계가 있기 때문에 발전 플랜트 터빈의 추기스팀(Extraction Steam)을 이용하여 열에너지를 재생탑으로 공급한다.
The regeneration tower separates the absorbent and carbon dioxide from the heat energy supplied from the pre-heater applied to the boiler of the power plant. In this case, in order to supplement the thermal energy supplied to the regeneration tower, a
상기 설명한 바와 같이 재생탑에서는 열에너지를 이용해 흡수제와 이산화탄소를 분리하게 되는데, 이 때 필요한 열에너지의 양이 막대하기 때문에 발전 플랜트 또는 산업 플랜트의 에너지 효율을 떨어뜨림으로써 열평형(Heat Balance)에 영향을 주고 탄소 포집 시스템의 경제성을 저하 시킨다.
As described above, in the regeneration tower, the absorber and carbon dioxide are separated using heat energy, and since the amount of heat energy required is enormous, it affects the heat balance by lowering the energy efficiency of the power plant or the industrial plant. Lowers the economics of a carbon capture system.
이러한 문제를 해결하기 위하여 도 5. 에서 보는 바와 같이 연료전지발전시스템(140)에서 방출되는 배가스(Flue Gas)의 배열 열교환기에 의한 열에너지를 사용함으로써 배열에 의해 구동되는 흡수식 히트펌프를 적용할 수 있다. 도 3. 에서 보는 바와 같이 흡수식 히트펌프를 구동하는 흡수식 싸이클은 4개의 기본요소로 구성이 된다. 흡수식 싸이클을 구동하기 위한 기본 요소로는 재생기(151 : Generator),응축기(152 : Condenser), 흡수기(153 : Absorber), 증발기(154 : Evaporator)가 있다. 도 3.에서 보는 바와 같이 필요에 따라 싸이클 과정에 리시버(Receiver:160), 용액열교환기(Solution Heat Exchanger)등을 추가하여 싸이클을 구성한다. 흡수식 싸이클의 진행 과정을 살펴보면 용액이 흡수기(153 : Absorber)와 재생기(151 : Generator) 사이를 순환하는데 흡수기에서는 냉매(Refrigerant)가 저압에서 흡수가 되고 재생기에서는 고압에서 냉매(Refrigerant)가 탈착(Desorb)이 된다. 진한 용액(Strong Solution)이 흡수기를 떠나면서 용액열교환기에서 예비가열이 되어 재생기로 들어가고 재생기(151 : Generator) 사이를 순환하는데 흡수기에서는 냉매(Refrigerant)가 저압에서 흡수가 되고 재생기에서는 고압에서 냉매(Refrigerant)가 탈착(Desorb)이 된다. 진한 용액(Strong Solution)이 흡수기를 떠나면서 용액열교환기에서 예비가열이 되어 재생기로 들어간다. 재생기는 고온의 구동에너지(스팀, 고온수)에 의해 2차 가열을 시키는 보일러 같은 역할을 하며 묽은 용액(Weak Solution)은 감압밸브(162 : Pressure Reducing Valve)를 거쳐 흡수기(153 : Absorber)로 돌아간다. In order to solve this problem, as shown in FIG. 5, an absorption type heat pump driven by an array may be applied by using heat energy of an array heat exchanger of a flue gas emitted from the fuel cell
한편 다른 증기(Vapour)는 응축기(152 : Condenser)에서 완전히 응축되어 리시버(Receiver:160)를 지나 팽창밸브(161 : Expansion Valve)에서 팽창되어 증발기(154)로 들어간다. 이때 혼합물의 수분함량에 따라 증발이 온도구배(Temperature Glide)에 의해 발생하고 증발과정에서 온도가 상승한다. 흡수식 싸이클은 증발기(154)를 지나 낮은 비율의 액체 상태의 증기로 될 때 흡수기(153)로 들어 가면서 종료된다. 이때 냉각 기능을 하는 중요한 요소는 증발기(154)이고, 재생기로 공급되는 구동열원(고온수/스팀)에 의하여 흡수식 싸이클이 작동하게 된다.Meanwhile, another vapor (Vapour) is completely condensed in the condenser (152: Condenser) is passed through the receiver (Receiver: 160) is expanded in the expansion valve (161: Expansion Valve) and enters the
상기 설명한 것과 같은 과정을 거치면서 연료전지발전시스템(140)에서 나온 배열(Exhaust Heat)은 재생기(151)쪽에서 1단계 승온이 이루어지고 증발기(154)쪽의 저온열원을 회수하여 2단계 승온을 시키면서 흡수기(153)를 통하여 재생탑(20)으로 열에너지를 공급하게 된다. 이렇게 공급되는 열에너지는 연료전지의 배열(Exhaust Heat)에 의해 흡수식 히트펌프를 작동시킴으로써 증발기(154)쪽에서 제공되는 저온열원을 회수하여 열효율을 높일 수 있다.
Through the same process as described above, the exhaust heat from the fuel cell
본 발명은 기존의 발전 플랜트 또는 산업 플랜트의 공정상에 있는 추기스팀을 사용하지 않고 독립적인 형태의 연료전지발전시스템 및 흡수식 히트펌프에서 공급되는 열에너지를 사용함으로써 열평형(Heat Balance) 문제의 해결 및 추기스팀 사용 제한에 의한 탄소 포집 시스템의 용량 제한 문제를 해결할 수 있다.
The present invention solves the heat balance problem by using the heat energy supplied from the fuel cell power generation system and the absorption type heat pump of an independent type without using the extraction steam in the process of the existing power plant or industrial plant. The capacity limitation of the carbon capture system can be solved by limiting the use of additional steam.
상기 설명한 것처럼 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
As described above, an embodiment of the present invention illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.
10 : 흡수탑(Absorption Tower)
20 : 재생탑(Stripper Tower)
30 : 쿨러(Cooler)
40 : 예열기(Pre-Heater)
50 : 응축기(Condenser)
70 : 리보일러(Re-Boiler)
80 : 열교환기(Heat Exchanger)
100 : 보일러(Boiler)
101 : 터빈(Turbine)
102 : 발전기(Generator)
103 : 복수기(Condenser)
104 : 냉각탑(Cooling Tower)
105 : 급수펌프(Feed Pump)
106 : 급수가열기(Feedwater Heater)
107 : 탈기기(Deaereator)
121 : 선택적 촉매환원장치(SCR : Selective Catalytic Reactor)
122 : 공기예열기(APH : Air Pre-Heater)
123 : 전기 집진 장치(ESP : ElectroStatic Precipitator)
124 : 배연탈황장치(FGD : Flue Gas Desulphurization)
130 : 탄소포집시스템(CCS : Carbon Dioxide Capture System)
140 : 연료전지발전시스템(Fuel Cell)
150 : 흡수식 히트펌프(Absorption Heat Pump)
151 : 재생기(Generator)
152 : 응축기(Condenser)
153 : 흡수기(Absorber)
154 : 증발기(Evaporator)10: Absorption Tower
20: stripper tower
30: Cooler
40: Pre-heater
50: condenser
70: Re-Boiler
80: Heat Exchanger
100: Boiler
101: Turbine
102: generator
103: condenser
104: Cooling Tower
105: feed pump
106: Feedwater Heater
107 Deaereator
121: Selective Catalytic Reactor (SCR)
122: air pre-heater (APH)
123: Electrostatic Precipitator (ESP)
124: Flue Gas Desulphurization (FGD)
130: Carbon Dioxide Capture System
140: Fuel cell power generation system (Fuel Cell)
150: Absorption Heat Pump
151: Generator
152: condenser
153: Absorber
154: Evaporator
Claims (2)
상기 고온의 열원을 발생하는 연료전지발전시스템(140)을 포함하고 있으며,
상기 흡수식 히트펌프(150)는 재생기(151), 흡수기(153), 응축기(152), 증발기(154)를 포함하고,
상기 이산화탄소 포집 시스템은 재생탑(20)을 포함하고 있으며,
상기 고온의 열원은, 재생기를 통과하면서 냉각되어 환류되도록 되어 있고,
상기 공급된 스팀은 흡수기와 응축기를 통과하면서 가열되어 이산화탄소 포집 시스템의 재생탑(20)으로 열에너지를 공급 하도록 되어 있고,
흡수식 히트펌프의 냉매는 흡수기, 재생기, 응축기, 증발기를 순환하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프 및 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 저장 시스템
As a system for collecting carbon dioxide by driving the absorption type heat pump 150 by the arrangement of the fuel cell power generation system 140.
It includes a fuel cell power generation system 140 for generating the high temperature heat source,
The absorption heat pump 150 includes a regenerator 151, an absorber 153, a condenser 152, and an evaporator 154.
The carbon dioxide capture system includes a regeneration tower 20,
The high temperature heat source is cooled to reflux while passing through a regenerator,
The supplied steam is heated while passing through the absorber and the condenser to supply thermal energy to the regeneration tower 20 of the carbon dioxide capture system.
The refrigerant of the absorption heat pump is a carbon dioxide collection and storage system using an absorption heat pump and a fuel cell, wherein the refrigerant is configured to circulate an absorber, a regenerator, a condenser and an evaporator.
리튬브로마이드 냉매로 구동되는 흡수식 히트펌프 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 흡수식 히트펌프 및 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 저장 시스템In claim 1
Carbon dioxide capture storage system using an absorption heat pump and a fuel cell, comprising an absorption heat pump system driven by a lithium bromide refrigerant
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170011648A (en) | 2015-07-23 | 2017-02-02 | 삼성중공업 주식회사 | Apparatus for treating gas combined with fuel cell unit |
KR20200050209A (en) | 2018-11-01 | 2020-05-11 | 고등기술연구원연구조합 | System for capturing carbon dioxide using fuel cell and method thereof |
KR20210035135A (en) | 2018-11-01 | 2021-03-31 | 고등기술연구원연구조합 | System for capturing carbon dioxide using fuel cell and method thereof |
CN115046238A (en) * | 2022-08-16 | 2022-09-13 | 石家庄诚峰热电有限公司 | Cold and hot dual supply system |
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2012
- 2012-08-17 KR KR1020120089895A patent/KR20140023113A/en not_active Application Discontinuation
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