KR20140033017A - 저온 열을 전기 및 냉각으로 변환하는 방법 및 그의 시스템 - Google Patents

저온 열을 전기 및 냉각으로 변환하는 방법 및 그의 시스템 Download PDF

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Abstract

150℃ 또는 그 이하의 열을 제공하는 태양열, 지열, 산업 폐열 또는 전력 생산 공정으로부터의 열과 같은 열원을 사용하는 전기 에너지를 생산하는 방법이 개시되어 있으며, 또한 작동 가스, 주로 이산화탄소 CO2가 흡수제, 일반적으로 아민에 흡수되는 흡수 시스템을 포함하고 있고, 또한 상기 열원으로부터 열을 수용하여 흡수제-CO2 혼합물을 CO2와 흡수제로 분열시키는 반응기를 포함하고 있으며, 또한 팽창기, 전기 발생기, 펌프, 파이프 및 열교환기와 같은 보조 장치를 포함하고 있다. 상기 방법에 따른 시스템은 전기 에너지의 생산과 저가의 열원을 활용하는 냉각에 비용 효율성이 좋다.

Description

저온 열을 전기 및 냉각으로 변환하는 방법 및 그의 시스템{METHOD FOR CONVERSION OF LOW TEMPERATURE HEAT TO ELECTRICITY AND COOLING, AND SYSTEM THEREFORE}
본 발명은 고효율로 저온 열을 전기 및 냉각으로 변환하기 위한 방법, 이하에서 "탄소 캐리어 사이클, C3"라 칭함, 에 관한 것이다. 본 발명은 열역학, 화학 및 발전 등의 분야를 결합한 것이다.
150℃ 이하의 저온 열을 전기로 변환하는 현재 방법은 유기 랭킨 사이클, 칼리나 사이클 및 트리래터럴 플래시 사이클과 같은 랭킨 사이클의 유래를 포함한다.
현재 방법은 60℃의 낮은 온도로 내려도 전기를 생산할 수 있지만, 변환 효율이 매우 낮으므로 용도에 따라서 발생되는 열이 매우 낮은 비용으로 이용될 수 있다고 해도 경제적으로 매력없다.
이상적인 카르노 사이클에 비해 변환 효율이 낮은 주된 이유는 시스템의 콜드측을 줄인 엔트로피의 큰 에너지 손실이고 가스 팽창시 매우 작은 델타 T이다. 이것은 오버헤드 손실이 크고 실용적인 변환 효율을 감소시킨다는 것을 의미한다.
아직 한랭원으로서 주위 온도를 사용하여 팽창기에서 보다 효율적인 엔트로피 감소와 더 큰 델타 온도와 함께 크게 증가된 실용적인 변환 효율을 달성할 수 있다.
이는 본 발명이 해결하였고, 탄소 캐리어 사이클 시스템을 기반으로 구축되었다는 것이다.
핵 연료와 화석 연료 및 아마 CSP(집광형 태양열 발전) 등이 발전용 터빈의 고온 발생, 이후의 수분 증발 및 동작에 유용하다. 열역학적 사이클에 따라 200℃ 이상의 초기 온도가 사용되고 있다.
이러한 열역학적 사이클의 변화는 미국특허 제4,009,575호이고, 여기에서 고압(최대 100 bar) C02 사이클은 매체 압력(1-8 bar) 및 매체 온도(50-80 ℃) C02 흡수가 에너지 생성을 위한 수용액 K2CO3에 연결되어 있다.
마찬가지로, WO제2011/130981호는 메탄(또는 C02를 포함하는 다른 가스)과 같은 기체 상태의 작동 매체가 솔벤트에 의해 흡수될 수 있다는 열역학적 사이클을 설명하고 있다. 통상적인 압력과 온도는 고압부에서 40 bar 이상이고 177 ℃ 이상이며, 극저온에서 1.6-5 bar, 예를 들면 저압 흡수부에서 마이너스 96℃이다.
CZ 제302 037호에는 최대 +25℃의 열원과 C02의 증발을 이용하여 전기 생산을 위한 C02 증발/응축 사이클을 사용하도록 제안하고 있다. 문서에서는 유용한 흡수제 또는 화학 물질을 개시하지 않고 있다.
SE 제9504683호에는 개질된 카르노 공정에서 모노에탄올아민(MEA) 내에 C02를 흡수하고, 20~최대 100℃로 가열해서 MEA-C02 복합체로부터 C02를 방출하도록 제안하고 있다. 세부사항 또는 결과를 개시하고 있지는 않다.
일반적인 관점에 있어서, 이것은 터빈의 하류 작동 액체 매체(물, C02, 기타)의 응축 또는 압력 감소가 화학 물질을 첨가(NH3, 칼리나, 고스와미) 또는 흡수와 같은 다양한 수단에 의해 향상될 경우 고온의 열역학 사이클을 보다 효율적으로 작동할 수 있다고 입증되었다. 얻어진 개선이 한계가 나타날 수 있다 하더라도 그것을 경제적으로 활용하는 것은 매우 가치있을 수 있다.
그러나, 낮은 값, 즉 60-150℃, 또는 70-140℃, 또는 80-130℃의 범위로 간주되는 열원을 사용하여 이러한 공정을 작동시킬 방법이 알려져 있지 않다. 또한, 열역학적 사이클이 전기, 열 및 냉을 직접 발생시킬 수 있다고 개시되어 있지 않다. 특히, 냉 스트림 형태의 에너지, 예를 들면 마이너스 25℃ 또는 더 차가운 온도를 갖는 액체는 에어컨 목적 또는 식품의 냉각에 매우 바람직하다. US4009 575는 냉각이지만, 추가적인 장비가 요구되는 간접적인 공정을 통해서 설명된다.
또한, 화학 물질이 압력의 감소를 위해 터빈의 하류 가스의 액화를 향상시키는데 사용될 경우, 에너지의 양은 대개 가스(예를 들면, C02)와 화합 물질(예를 들면, MEA, SE 제9504683호)간의 화학 복합체의 엔탈피가 형성되는 양과 대개 일치되어 방출된다. 화학 복합체를 분할하기 위해서 이 에너지를 제거하고, 열역학 사이클, 즉 터빈의 상류의 고온 측으로 다시 설치되어야 한다. 이 에너지가 낮을 경우에는 사이클이 더 효율적인 것은 분명하다. 한편, 저형성 엔탈피는 종종 느린 반응을 수반한다. 따라서, 밸런스는 반응 속도와 형성 엔탈피 사이에서 발견될 필요가 있다. 상세한 설명도 공정에서 열의 회수와 같은 관련된 측면에 대해서는 후술하는 텍스트 및 문서를 참조한다.
온실 가스와 기후 변화의 광범위한 배출과 관련된 위험을 감안할 때, 큰 범위로 재생가능한 에너지원을 채용할 필요성이 분명히 존재한다. 이하 개시된 본 발명에서 사용될 수 있는 재생가능한 에너지는 일반적으로 낮은 값의 열로서 간주되는 열원에 의해 구성되어 있다. 그들은 태양열(물, 150℃ 이하까지 가열된 기름 등), 지열(또한 150℃ 까지), 산업 폐열(통상적으로 120℃ 까지), 연소 과정에서의 열(또한 150℃ 까지)을 포함한다. 일반적으로, 이들 온도 이상은 작동 매체로서 물 대신에 휘발성 유기 액체를 사용하는 ORC(유기 랭킨 사이클)를 포함하는 종래의 열역학적 사이클을 채용하는 것이 가장 유용하다.
공지된 기술의 주된 단점은 현재 낮은 값으로 간주되는 열원을 사용한 전기, 열 및 냉의 형태로 에너지를 생성할 수 있는 사용가능한 효율적이고 편리한 방법이 현재 없다는 것이다. 용어 ORC 사이클의 알려진 방법은 130℃에서 출발한 온도 범위에서 아마 유용한 낮은 열전 변환 효율에도 불구하고, 그러나 그들은 동시에 직접 냉의 형태로 에너지를 제공할 수 없다.
본 발명의 목적은 현재 낮은 값, 특히 태양열과 지열로 간주되는 열원을 사용한 전기, 열 및 냉의 형태뿐만 아니라 산업 폐열(통상적으로 150℃까지) 및 연소 공정, 예를 들면 종래의 발전소에서의 열 또는 엔진 등에서의 폐열(또한 150℃까지)의 에너지를 직접 생산할 수 있는 열역학적 사이클을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 최적화 공정을 통해서 매우 낮은 비용으로 에너지를 생산할 수 있게 하는 것이다. 후자의 측면이 매우 중요하다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 모든 열역학적 사이클이 소정 압력-온도 범위에서 작동한다. 일반적으로, 장비 및 운영 비용은 압력 및 온도에 따라 증가한다. 또한, 열역학 사이클을 구동할 수 있는 핫미디어를 제공하는 비용은 압력 및 온도에 따라 증가한다. 따라서, 비교적 낮은 온도, 예를 들면 -78℃와 +150℃ 사이, 및 비교적 저압, 예를 들면 10bar 이하에서 작동하는 열역학적 사이클을 제공하는 것이 바람직하다.
가장 효율적인 에너지 변환 시스템을 제공하기 위해서 첫째로는 에너지 사이클의 모든 면에서 에너지 손실을 최소화하는 것이 바람직하다. 경쟁력을 최대화하기 위해서는, 또한 시스템이 심플하고 견고할 필요가 있으며 비용 구동 조건을 피할 필요가 있다.
구체적으로 저온 변환을 위해서, 에너지 손실을 최소화하고 재료 비용을 저감하는 효과적인 방법으로는 주위 지면 수준의 온도와 대기압 정도의 사이클이다. 또한 팽창기를 통해 델타 온도를 최대화하고 사이클의 냉각부에서 엔트로피 감소시 에너지 손실을 최소화하는 것이 효율적인 변환에 매우 중요하다.
본 발명에 의해 개시된 해결책은 탄소 캐리어 사이클, C3에 랭킨 사이클을 디바이딩함으로써 상기의 모든 것을 최적화할 수 있다. 콘덴서 대신에 이산화탄소의 케미컬 흡수 공정은 터빈/팽창기의 매우 효율적인 저압력 하류를 생성하는데 사용된다. 따라서 터빈/팽창기의 작용 가스는 펌핑과 같은 관련된 장점과 함께 액체 상태에 일시적으로 저장된다.
흡수는 자발적인 화학 반응이기 때문에 터빈/팽창기를 나오는 가스의 온도는 -70℃로 낮고, 사이클의 효율성이 이상적인 카르노 사이클에 매우 가깝다. 90℃의 고열원과 25℃의 주위 온도는 C3가 낮은 에너지 손실과 큰 델타 T로 인해 현재 저온 변환 기술에 비해 300% 이상의 전기에 상응하는 15%에 도달할 수 있도록 한다.
시스템은 다소 고압측에 대기압 이상에서 동작하고, 매우 비용이 효율적인 기계 아키텍처를 사용할 수 있는 터빈/팽창기의 저압측의 진공에 가깝다. 바람직하게 흡수 시스템은 들어오는 가스가 고속으로 흡수 단계에 진입하는 것이 바람직하기 때문에 빠른 흡수, 컴팩트 저가 흡수와 컴팩트 저가 터빈을 가능하게 하는 작은 액적으로 화학 솔벤트를 분할하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 있어서, 별도의 반응기 부스터 단계는 보조 열원을 이용할 수 있을 경우, 더 높은 온도로 이산화탄소 가스를 가열할 목적으로 주반응기에 추가된다. 소정 실시형태에 있어서, 부스터는 동일한 주열원을 사용한 종래의 리-보일러 또는 슈퍼-히터이다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 집중 모듈은 흡수 압력이 감소하는 동시에 반응기에서 평형 가스 압력을 증가시키기 위해서 화학 물질을 흡수한 후 탑재된 솔벤트 및 비탑재된 솔벤트를 분리해서 추가한다. 이 단계는 더욱 효율성을 증가시키고 열원에서 60℃의 낮은 온도로 내려서 효율적인 변환을 가능하게 한다.
또한 냉각을 제공하는 확장된 가스로부터 매우 낮은 온도를 추출할 가능성은 소정 용도에 매력적인 옵션이다.
본 발명에 사용되는 통상적인 영역은 산업 폐열, 지열, 지역열, 태양열, 열 병합 발전소에서의 바닥 사이클, 일반적인 발전소에서의 열, 엔진을 기반으로 하는 연소로부터 과잉열, 전기로 열원을 발생시키는 기타 연소 및 필요에 따라 주위 온도 이하 및 -70℃ 이하 사이의 온도로 외부 냉각을 포함한다.
본 발명의 전체적인 장점은 다음과 같다.
1. 산업 공정에서 과도한 열을 사용한 비용 효율적으로 전기(및 냉각) 생산을 가능하게 하는 것.
2. 저온 근원지를 형성하는 지열을 사용한 효율적인 비용으로 전력 (냉각) 생산을 가능하게 하는 것.
3. 물에 열 에너지를 저장하는 잇점을 가지는 크고 작은 규모의 저온 태양열 전력 생산이 가능하고, 하루 24시간, 주당 7일(24 / 7) 전기의 생산이 가능한 것.
4. 열 생산 과정에서 전기로 변환하는 비용 효율을 가능하게 하는 것.
5. 운송 산업을 위한 전기로 컴팩트하게 열 회수를 가능하게 하는 것.
6. 가스 터빈에서 전기로 컴펙트하게 열 회수를 가능하게 하는 것.
7. 육지와 해상 운송에 사용되는 내연 기관에서 전기로 컴팩트하게 열 회수를 가능하게 하는 것.
8. 발전소에서 바닥 사이클로부터 전기의 추가 생산을 가능하게 하는 것.
다른 해결방안과 비교하여 제품의 전체적인 장점은 다음과 같다.
1. 매우 높은 변환 효율.
2. 가정 규모에서 대형 시스템에 이르기 까지 매우 컴팩트하고 확장이 가능하게 하는 것.
3. 압력과 온도가 낮고, 온실 잠재력으로 오존층 파괴 가스 또는 가스를 전혀 사용하지 않는 점, 위험하거나 희귀한 재료를 포함하지 않고 상당히 안전하고 환경 친화적인 제품을 만든다는 것.
4. 간단하고 효율적으로 공동 생산된 전력 및 냉각인 점.
다른 해결방안과 비교해서 사이클의 전체적인 잇점은 다음과 같다.
1. 팽창기를 통한 온도 차이와 압력 할당량이 크다는 점.
2. 엔트로피 감소 효율이 크다는 점.
3. 팽창기 이후에 압력 감소가 매우 효율적이라는 점.
4. 가스 출구 속도가 극히 높기 때문에 터빈이 매우 컴팩트하다는 점.
5. 작동 압력과 온도가 주변 온도와 대기압 주위로 균형을 이룬다는 점.
6. 작동 가스로서 이산화탄소와 함께 양성 유기 화합물을 사용한다는 점.
7. 용매의 농도가 매우 낮은 열원 온도에서 고 효율이 가능하다는 점.
도 1a는 온도 관점 대 압력으로부터 알려진 다른 전력 사이클에 대해서 탄소 캐리어 사이클의 일반화된 도면을 나타낸다.
도 1b는 연관된 액체 상태의 온도 관점 대 압력으로부터, 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타낸다.
도 2a는 액체 입구 및 출구에 대해서 시스템의 관점으로부터, 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타낸다.
도 2b는 시스템 관점으로부터, 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타낸다.
도 2c는 시스템 관점으로부터, 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타낸다.
도 2d는 2c에 비해 다른 실시형태를 나타낸다.
도 2e는 2c와 2d에 비해 다른 실시형태를 나타낸다.
도 3a는 온도와 압력 대 그 하중에 대해서 솔벤트 상태의 관점으로부터, 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타낸다.
도 3b는 특히 탑재된 흡수성을 풍부하게 하기 위해서 집광 모듈을 사용할 경우, 도 3a에서 솔벤트의 상태 설명의 다른 도면을 나타낸다.
도 4a는 흡수 시스템의 일반화된 도면을 나타낸다.
도 4b는 하중 농도를 증가시키기 위해서 풍부한 솔벤트의 재활용으로 4a의 흡수 시스템의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 4c는 하중 농도를 증가시키기 위해서 흡수기의 터빈 출구와 추가적인 냉각 후 냉각 추출로 4a의 흡수 시스템의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 5는 반응기 시스템의 일반화된 도면을 나타낸다.
온도 관점 대 압력으로부터 알려진 다른 전력 사이클에 대해서 탄소 캐리어 사이클의 일반화된 도면을 나타내는 도 1a에 설명된 실시형태를 현재 참조한다.
설명된 바와 같이 랭킨 사이클 또는 스팀 사이클은 스팀을 생산하기 위해서 가압하고 물을 가열함으로써 작동한다. 전기는 통상적으로 100bar에서의 P4 및 500℃ 이하에서의 T4~100℃ 이하인 시점에서 스팀을 팽창함으로써 생성되고, 그것은 진공에 가까운 저압력을 생성하는 냉각 동안에 다시 물을 응축시킨다.
유기 랭킨 사이클, ORC라 불리는 저온 사이클은 동일한 원리로 사용되지만, 물 대신에 물보다 끓는점이 낮은 상이한 작동 매체를 채용하고 있다. 통상적으로, 이 사이클은 28bar-7bar 사이에서 90℃ 열원과 25℃ 냉원 사이의 압력 범위를 사용하고 있다.
탄소 캐리어 사이클, C3은 상이한 방식으로 작동한다. 열은 화학적으로 캐리어 매체 또는 작동 액체로부터 C02를 탈착하는 데 사용된다. C02가 팽창을 통해서 전기를 생성한 후, 냉각하는 동안 전기는 화학적으로 캐리어 매체에 흡수된다. 화학 흡수는 저압을 생성하기에 매우 효율적이고, C02는 낮은 열원의 온도에도 불구하고 -78℃ 아래의 온도로 팽창할 수 있어서 높은 출력을 야기한다.
관련된 액체 상태의 온도 관점 대 압력에서 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타내는 도 1b에서 설명한 실시형태를 참조한다.
본질적으로 폐쇄형 루프는 유체 상태(1[FS1])에서 주위 온도(T2)까지 냉각된 화학 솔벤트를 포함한다. 솔벤트를 FS3 액적으로 세분화해서 C02 (FS2)와 혼합하고, 0.05bar PI의 저압을 생성해서 C02가 풍부한 액체 솔벤트(FS4)를 형성하도록 자발적인 화학 반응을 행하고 있다.
C02가 풍부한 솔벤트는 FS6에 사이클에서 재사용되는 열에 의해 가열되어서 150℃ 이하의 온도(T3)에서 FS7에 외부 열원에 의해 더욱 가열된 FS5에 가압된다.
가열시 P2(통상적으로 1bar)와 P3 사이의 압력(20bar 이하)에서 C02는 필요에 따라 FS8에서 더욱 가압되어 화학 솔벤트가 남겨진 린 솔벤트를 제거한다. (FS4와 FS5간의 압력 증가도 별도의 펌프의 필요성을 제거한 FS4와 FS1간의 압력 델타보다 높도록 설계될 수 있다.) 핫 린 솔벤트의 열 에너지가 FS5와 FS6간의 풍부한 솔벤트로 반환되어서 FS9에 냉 린 솔벤트를 야기한다.
캐리어 매체 사이클은 FS1의 뒤쪽인 FS9에 린 솔벤트를 더욱 냉각함으로써 닫혀진다.
FS7에서 탈착된 C02는 FS2로 팽창되어서 -78℃의 낮은 온도를 야기한다.
팽창기(FS2)의 출구점과 화학 흡수 FS3, FS4 사이에 열교환이 FS2의 주위와 가스 온도 사이의 온도에서 외부 사용을 위한 냉각을 생성하기 위해서 선택적으로 적용될 수 있다.
유체 입구 및 출구에 대한 시스템 관점에서 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타내는 도 2a에서 설명한 실시형태를 참조한다.
화력 발전 시스템은: 제 1 유체 입구(1 FI)를 포함하는 작동 가스로 사용할 수 있는 전기 생산 확장 시스템(15) 및 제 1 유체 출구(I FO);
열 냉각원; 제 2 유체 출구(2 FO)와 제 2(2 FI)와 제 3 액체 입구(3 FI), 제 1 유체 출구(I FO), 유동적으로 연결된 제 2 액체 입구(2FI)를 갖는 화학 흡수 시스템이 있고, 화학 흡수 시스템은 액체 흡수제와 액체 흡수제에 흡수되는 작동 가스를 포함하는 혼합물을 생성하기 위해 제 2 액체 입구(2 FI)에 들어가는 작동 가스를 화학적으로 흡수하는 액체 화학 흡수제를 포함하고; 화학 흡수 시스템은 혼합물을 냉각하기 위해 에너지의 전달을 위한 냉원(4)과 에너지적으로 연결되어 있다;
열 에너지원; 제 4 유체 입구(4 FI) 및 제 3(3 FO)와 제 4 유체 출구(4 FO), 혼합물을 수용하기 위한 제 2 유체 출구에 유동적으로 연결되는 제 4 유체 입구를 갖는 반응기 시스템(7)이 있고; 이 반응기 시스템은 혼합물을 가열하기 위해 에너지를 수용하기 위한 열 에너지원과 에너지적으로 연결되어 있다;
반응기 시스템(7)은 상승한 온도, 상승한 압력의 작동 가스와 액체 흡수제의 혼합물을 분리하기 위해 작동될 수 있다; 제 3 유체 출구(3FO)는 제 1 유체 입구에 상승된 온도, 상승된 압력 작동 가스, 전기를 생성하는 팽창 시스템 (15)를 통과하는 상승된 온도, 상승된 압력 작동 가스를 공급하기 위해 제 1 유체 입구와 연결되어 있고 전기를 발생하는 팽창 시스템을 생성하는 전기를 가진 저압, 낮은 온도의 작동 가스로서 제 1 유체 출구(I FO)를 빠져나간다; 또한 제 4 유체 출구(4 FO)는 제 3 유체 입구에 액체 흡수제를 공급하기 위해서 제 3 유체 입구(3FI)와 연결되어 있는 것을 포함한다.
시스템의 관점으로부터 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타내는 도 2b에 설명된 실시형태를 참조하면, 본질적으로 폐쇄형 루프는 액체 펌프(6), 예비 반응기(가장 실용적인 목적을 위해 열교환기로서 간주되고 열 교환기(12)의 부분을 형성하는 것이 바람직하다), 반응기(7), 부스터(19), 팽창 시스템(15), 흡수 시스템(3) 및 냉각 시스템(4)를 포함한다.
펌프(6)는 액체 C02-흡수 믹스의 압력을 증가시키고, 여기서 예비 반응기와 반응기(7)는 열에 의해 C02를 방출한다. 또한, 전기를 생성하기 위해서 확장 시스템(15)에 들어가기 전에 부스터(19)는 고압 C02를 가열한다. 팽창된 가스는 필요에 따라서 외부 냉각 용도 또는 흡수되기 전에 흡수를 냉각하기 위한 것 중 어느 하나의 저온 추출용 열교환기(35)에 들어간다. 확장된 C02와 C02가 없는 흡수는 화학적으로 흡수되거나 반복되는 공정의 냉각 시스템(4)에 의해 냉각 중 흡수 시스템(3)의 액체 C02 흡수 믹스로 변환된다.
시스템의 관점으로부터 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타내는 도 2c에서 설명한 실시형태를 참조한다.
반응기(7)는 열교환기(12)로부터 반가열된 가스가 풍부한 솔벤트를 수용한다. 적어도 하나의 열원(1)에 의해 생성된 열 매체의 열에너지를 사용함으로써 풍부한 솔벤트는 더 가열되어서 가스가 화학적으로 탈착된다. 발전기(23)을 통해서 전기(24)를 생성하기 위해서 팽창기(15)에 진입하기 전에 가스를 가열하는 선택적인 가스 가열 부스터(19)에 탈착된 가스가 반응기를 빠져나온다. 린 솔벤트는 열교환기(12)에서 들어오는 풍부한 솔벤트에 열에너지를 전송하는 반응기를 나온다.
팽창기(15)는 가스 흡수 장치에 진입한 후에 외부 냉각(38)을 제공하는 선택적 열교환기(35)에 진입하는 저압 및 저온으로 가열하고 가압된 가스를 확대한다.
흡수 장치(3)과 냉원(4)에 의해 열 교환기(36)에 의해 냉각되고 작은 액적으로 원자화되는 액체 펌프(37)에 의해 가압된 린 솔벤트에 들어있는 냉 가스는 현재 가스가 린 솔벤트로 흡수되고 흡수 장치가 펌프(6)에서 빠져나가는 자발적인 발열 화학 반응을 일으킨다.
풍부한 솔벤트는 상술한 반응기(7)에서 열교환기(12)를 통해 전송된다.
도 2c에 비해 다른 실시형태를 나타내는 도 2d의 설명된 실시형태를 참조한다.
흡수 장치를 빠져나가는 풍부한 솔벤트는 탑재된 솔벤트 및 비탑재된 솔벤트 모두를 포함하고 있다. 소정 화학 시스템에 대해서는 가능하고 반응기로의 액체 이동을 최소화하고 팽창기의 압력비를 증가시키기 위해서 이들을 분리하는 것이 유리하다.
이것을 달성하기 위해서는 흡수 장치를 빠져나오는 풍부한 솔벤트가 분리기(40)에서 펌프(6)에 의해 펌핑된다.
분리기는 비탑재된 솔벤트에서 부분적으로 탑재된 솔벤트를 분리한다. 비탑재된 솔벤트는 흡수 장치에서 재순환되고, 매우 풍부한 솔벤트는 열교환기(12)를 통해 반응기(7)로 보내진다. 이것이 작동하기 위해서, 추가적인 펌프(39)가 반응기로부터 린 솔벤트를 전달하기 위해 요구될 수 있다.
도 2c 및 2d에 설명된 실시형태와 비교해서 다른 실시형태를 나타내는 도 2e에 설명된 실시형태를 참조한다.
반응기 내에 C02 탈착 압력은 흡수 장치에서 달성된 화학 솔벤트 중 C02의 로딩 농도를 증가시킨다. 흡수는 발열 반응이기 때문에 솔벤트를 더 농축하기 위해서 흡수 장치에 추가적인 냉각을 제공하는 것이 유용하다
본 실시형태와 도 2c에 실시형태의 차이점은 추가적인 냉각이 흡수 장치에 추가되었다는 것이다.
도 2e는 열 작동 액체를 저장하는 축열 장치 2를 나타낸다. 이것은 열원이 비활성일 경우 기간의 지속적인 전기 생산을 가능하게 한다. 그것은 항상 사용할 수 없으며 특히 야간 작동을 위한 태양열 구동 발전소에 유용할 뿐만 아니라 열원으로서 지열, 폐열과 유사한 용도에 유용하거나 온도와 양에 관해서는 다양할 수 있다.
온도와 압력 대 그것의 탑재에 대해서 솔벤트 상태의 관점으로부터, 본 발명의 방법의 일반화된 도면을 나타내는 도 3a에 설명된 실시형태를 참조한다.
이 경우에 있어서, x축(그림 3a) 상에 탑재는 최소 탑재(L1)가 제로 몰 가스당 몰 솔벤트로 정의되고 최대 탑재(L4)는 솔벤트의 몰 가스당 몰의 이론적인 최대값인 몰 가스, 몰 솔벤트로서 정의된다. Y축은 반응기에서 C02 압력으로서 P6과 흡수 장치에서 C02 압력으로서 P5를 갖는 압력을 나타낸다. 온도 곡선 T2, T5, T6 및 T7은 사이클을 설명하는 솔벤트 상태의 온도를 나타낸다. 각 솔벤트의 상태를 규정하는 압력은 특정 온도 및 탑재로 솔벤트와 평형에 있는 부분 C02 압력으로서 정의된다
SSI에서 냉각된 린 솔벤트는 통상적으로 주위 온도 T2에서 감압하는데 매우 가까운 고유의 낮은 분압을 유지하고 부분적으로 L2가 탑재된다. 냉각된 린 솔벤트는 가스를 흡수해서 높은 탑재(L3)와 온도 상승(T5)을 가진 SS2에서 풍부한 솔벤트를 야기한다. 이 점에서 풍부한 솔벤트의 분압 P5는 흡수 장치에 도달하여 정상 상태의 압력과 가까이 있다.
풍부한 솔벤트는 열원 온도(T6) 부근에서 가열되고, 여기서 가스는 탈착되어서 솔벤트는 SS4에서 낮은 로딩 농도를 가진 린 상태로 반환된다. 린 솔벤트의 온도는 탈착 냉각 및/또는 열 교환 중 어느 하나에 의해 T7까지 낮아진다.
여기에서 P6에 의해 설명된 반응기 내의 정상 상태의 C02 압력은 SS4에서 솔벤트의 분압과 유사하다.
SS4에서 린 솔벤트를 SS2에서 풍부한 냉 솔벤트로 열 에너지를 전달하고 솔벤트 상태 SSI에서 사이클의 초기 냉 린 솔벤트에 도달하기 위해서 외부 냉원으로 에너지를 전달함으로써 냉각된다.
도 3a에서 솔벤트 상태의 설명의 다른 도면을 나타내는 도 3b에서 설명한 실시형태를 참조해서 두 차이점은 기록해야 한다:
1. 부분적으로 탑재된 솔벤트 SS2가 SS2'에 의해 설명된 더 높은 탑재와SS2"에 의해 설명된 매우 린 솔벤트를 가진 솔벤트로 분리된다.
2. 상태 SS4에서 솔벤트 탈착된 핫은 초기 린 상태 SSI를 형성하도록 SS2"의 매우 린 솔벤트를 사용하여 냉각 혼합된다.
원리는 도 3a와 유사하지만, 동일한 열원 온도를 사용하여 더 높은 반응기 압력(P6')과 낮은 흡수 압력(P5')는 도 3a에서 P6과 P5와 비교해서 달성될 수 있다. 이것은 디캔터와 같은 별도의 장비의 비용과 연관된 작동 비용으로 사이클에서 더 높은 변환 효율을 가능하게 한다.
흡수 장치 시스템의 일반화된 도면을 나타내는 도 4a를 참조한다.
흡수 시스템의 목적은 아마 -78℃ 및 압력은 1bar에 가깝거나 그 이하, 바람직하게는 1bar보다 훨씬 낮게(참고: 이러한 조건에서, C02도 고체 입자, 예를 들면 "드라이 아이스"의 형태로 공존할 수 있음) 내려 가스를 팽창할 때 C02의 경우에 있어서 극저온 때문에 이상적으로 등엔트로피 팽창을 통해서 터빈 15를 나온 가스(16)을 흡수하는 것이다. 흡수체(18)는 흡수성과 화학적으로 C02 반응인 다수의 흡수성 샤워(29)를 사용함으로써 흡수 챔버(30)에 분사된다. 반응 생성물은 액체 C02 흡수 믹스(5)로 흡수 시스템을 빠져나가기 위해 선택적인 이송 스크류(28)의 중력에 의해 화살표(31)로 표시되도록 아래로 이동한다. 또한 흡수 시스템의 측면도는 도 4a에서 시각화된다.
분사된 솔벤트와 가스간의 직접적인 접촉은 터빈으로부터 가스의 매우 높은 출력 속도, 100-200㎧로 높은 용액을 가능하게 하는 매우 빠를 흡수 공정과 결합됨으로써 매우 컴팩트하고 낮은 비용의 터빈을 가능하게 한다.
도 4a에서 나타낸 흡수 시스템의 다른 실시형태를 나타내는 도 4b에서 설명된 실시형태를 참조한다.
흡수 시스템의 옵션은 흡수 장치(5)에 남은 풍부한 솔벤트의 일부를 재활용해서 가압(42)하고 열을 냉원으로 전달하는 열교환기(43)에 의해 상기 솔벤트를 냉각한 다음, 상기 솔벤트를 다시 흡수 장치에 분사한다.
이것의 목적은 반응기의 압력을 증가시켜 시스템 내의 액체의 이동량을 감소시키도록 풍부한 솔벤트의 로딩을 증가시키는 것이다.
흡수체에 있어서는 0.5bar와 0.001bar 사이, 바람직하게는 0.3bar와 0.002bar 사이, 더욱 바람직하게는 0.15bar와 0.005bar 사이, 가장 바람직하게는 0.1bar와 0.01bar 사이의 C02 압력을 얻는 것이 바람직하다.
도 4a에서 흡수 시스템의 다른 실시형태를 나타내는 도 4c에서 설명된 실시형태를 참조한다.
외부 목적을 위해 가치있는 냉각을 추출하기 위해서 하나의 옵션은 터빈과 흡수 장치의 출구점 사이의 기류(35)에 열교환기(38)을 도입하기 위한 것이다.
도 2e에 관련된 또 다른 옵션은 스프레이가 가스를 흡수한 후와 풍부한 용제가 흡수 장치를 빠져나가기 전에 풍부한 용제를 더 냉각하는 것이다. 이것의 목적은 반응기 압력을 증가시켜서 시스템 내의 액체의 이동량을 감소하도록 풍부한 솔벤트의 탑재를 증가시키는 것이다.
반응기를 나타내는 도 5에서 설명한 실시형태를 참조하면, 상기 C02 흡수 혼합(5)가 저온에서 반응기(7)에 진입한다. 핫 열 액체 11은 예비 반응기에 진입하고 믹스의 열에너지를 방출하고 예비 소정 터빈 챔버(10)에 C02(33)을 스트립핑해서 이전의 반응기(34)를 빠져나가는 C02 흡수 믹스에 비해 카운터 방향으로 흐른다. 예비 반응기(18)로부터 저온에서 열 액체가 나온다.
C02 저감 믹스(32)는 약간 C02로부터 더 스트립되도록 반응기에서 계속 가열된다. 필요에 따라서, 가스 분리막(9) 또는 짧게 충전된 증류 컬럼 또는 데미스터와 같은 터빈에 들어가는 흡수액의 방울을 정지시키는 필터 또는 물리적 수단이 에비 터빈 챔버(10)가 흡수제로 들어오지 않았음을 보증하는데 사용된다.
반응기에 있어서는 20bar와 0.5bar 사이, 바람직하게는 15bar와 0.8bar 사이, 더욱 바람직하게는 10bar와 1.2bar 사이의 C02 압력을 얻는 것이 바람직하다.
에너지 생산을 최대화하기 위해서, 정압 또는 배압이 부정적으로 전기를 생산하는 터빈의 능력에 따라 영향을 미칠 가능성이 구축되는 것을 방지하는 것이 중요하다. 이러한 스팀의 형태로 물과 같은 다수의 확장 가스는 특히 동시 냉각하면 감소되는 변동성에 따라 액체로 응축된다. 본 발명에 있어서, 배압을 저감하는 작업은 물리적 또는 화학적으로 C02와 반응하는 매체 중 바람직하게는 C02 가스를 흡수함으로써 해결된다. "반응"은 여기에서 일반적으로 적어도 10J/mol C02의 엔탈피 변화에 의해 특징되어진 공유 결합 또는 이온 결합(염의 형성) 또는 매력적인 반데르발스 또는 유사한 결합 및 힘의 흡수 또는 형성으로서 이해되고, 통상적으로 꽤 높으며, 통상적으로 열의 형태로 방출된다.
팽창 가스가 이산화탄소인 경우에 있어서, 소정 기술적 선택은 연소 공정으로부터 C02 캡쳐의 필드에서 검토되고 있다. C02는 다공성 실리케이트, 이온성 액체에 흡수될 수 있지만, 특히 적합한 재료는 아민, 예를 들면 필요에 따라서 물로 희석된 모노에탄올아민이다. C02 캡쳐 필드에 있어서, 연소 가스는 CO2 풍부한 가스는 약 40℃와 1-2bar에서 아민액과 혼합된 흡수 장치를 거치게 된다. 이러한 조건은 연소 가스로부터 본질적으로 모든 C02를 제거하는데 적합하다. C02가 풍부한 아민액은 통상적으로 120℃까지와 1bar로 상이한 반응기로 가열된 다음, 순수한 C02가 아민으로부터 방출된다. C02가 부족한 아민은 흡수 단계에서 재활용될 수 있다.
이 기본 설계가 본 발명에 사용되지만, 연관된 저온으로 인해 고체 입자의 형성의 위험을 관리할 필요가 있다. 대부분의 아민(모노에틸아민, 피페라진, 모르폴린, 기타 모노-, 디- 및 폴리아민)은 0-20℃ 부근의 어는점을 갖는다. 간단한 실시형태에 있어서, 아민과 C02의 가능한 고체 혼합물은 수송과 화합 스크류와 같은 고체 컨베이어에 의해 터빈 팽창 영역으로부터 수송되는 가장 간단한 실시형태에 있어서 반응은 아민과 C02 사이에서 일어날 수 있다. 상술한 바와 같이, C02와 아민 사이에 화학 결합이 40℃까지의 온도에서 C02의 낮은 휘발성을 확보한다. 공학 관점에서 액체 혼합물이 그 단계에서 처리되는 것이 바람직하다. 실용적인 해결은 실리콘유와 같은 매우 낮은 융점으로 화학적으로 불활성 액체의 아민을 혼합함으로써 제공된다. 실리콘유에서 미리 분산된 아민은 C02를 효율적으로 흡수할 수 있는 액체 매체이고 점성 액체로 터빈의 하류를 모든 일반적인 조건에서 처리할 수 있다.
실리콘유와 같은 저융점 액체에 분산된 아민을 사용함으로써 C02 흡수를 위해 매우 상이한 아민을 사용할 기회를 제공한다. 특히, 이것은 C02 덜 격렬하게 반응하거나 모노에틸아민(MEA)보다 열 발생량이 낮은(1900kJ/kg C02 미만, 이하의 기준 참조) 아민을 사용하는 것이 바람직하다. 그것은 이러한 에너지의 값이 근사치와 수분 함량, 흐름, 접촉 시간(화학적으로 변경될 가능성이 있는 DOE/DE-FC26-00NT 40935, 18페이지, Gary Rochelle에서 Edward Rubin and Arnand Rao, "수용액 흡수에 의한 C02 캡쳐", 화학 공학, 텍사스 대학 및 유사 공적 문서의 부가 있으므로 다양한 아민에서 C02 흡수를 위한 상이한 에너지는 100-4000kJ/kg C02 사이의 범위인 문헌에 제공된다)과 같은 공정 파라미터에 의존하고 있다는 것에 주목해야 한다. 아민의 대체가 후술되지만, 여기 개시되는 일반적인 원칙은 아민, 제올라이트, 미세다공성 재료, "진정 암모니아" 또는 중탄산 암모늄 및 -80과 +60℃ 사이의 온도에서 C02 바인딩하는 유사한 시스템을 통합해서 더 높은 온도에서 C02를 방출할 수 있다. 보다 부피가 크거나 입체 장애 아민을 사용하는 것이 그 단계에서 바람직하다. 다른 적합한 아민으로는, 예를 들면 DEA(디에탄올아민), DGA(디글리콜아민), DIPA(디이소프로판올아민), TEA(트리에탄올아민) 및 기타 단독 또는 혼합물, 통상적으로 물 또는 알코올과 혼합한 것이다. 특히 적합한 아민계는 참조에 의해 에워싸인 하기 공보로 설명되고 명세서의 마지막에 기재되어 있다.
개시된 화학 물질, 예를 들면 아민 또는 효과적으로 저온에서 C02를 흡수하는 NH3 시스템을 포함하고 특히 바람직하게는 태양 가열에 의해 발생되는 온수, 또는 예를 들면 산업 폐열이 열원으로서 사용될 경우 80-100℃의 순서대로 부분적으로 이미 고온에서 C02를 방출할 수 있다.
다양한 실시형태와 기본적인 발명의 기술적인 향상은 모든 알칼리성 흡수 매체 또는 액체 중에 C02 가스의 화학 및 임시 흡수의 원리를 사용하는 것이 가능하다. 일례로서, 히터/부스터는 밸브를 통해 주로 반응기로부터 분리될 수 있는 용기 또는 예비 반응기의 수용으로부터 가압된 일부 C02(예를 들면, 소형 터빈의 분리를 통해)를 방출함으로써 배치식으로 작동시킬수 있다. 상기 예비 반응기는 가스 흡수와 C02-린 흡수제의 분리를 위해 고온부에 이어 흐르는 C02-풍부한 흡수제를 충전할 수 있다.
본 발명에 따른 열 작동 액체가 -70℃와 150℃,보다 바람직하게는 -30℃와 140℃ 사이, 더욱 바람직하게는 -10℃와 130℃ 사이, 가장 바람직하게는 0℃와 100℃ 사이에서 작동되는 것이 바람직하다.
(실시예)
실시예는 파워 사이클, 즉 흡수, 펌프, 열교환기, 스트리퍼, 반응기 또는 탈착기, 터빈과 여분의 장비와 화학 물질을 포함하는 팽창 장치의 상이한 부분과 관련하여 하기 섹션에 주어진다. 이러한 실시예는 바람직한 실시형태를 함유한다.
흡수제 및 화학 물질: 설명한 바와 같이, 팽창기를 빠져나가는 작동 가스는 이 단계에서 화학적으로 흡수된다. 암모니아 및 MEA, MDEA, PZ, DETA 및 더 많은 것을 포함하는 아민에 의해 C02의 흡수 속도를 평가하기 위해서, 상이한 실험의 두 세트로 행했다. 정지한 실험에서는 2리터 스테인리스 반응기에 통상적으로 100g의 아민, 첨가제 및 C02 가스의 1-5bar를 넣었다. 하기 표는 통상적인 무게 증가와 의견을 나타낸다. 일반적으로, 하기 특성: 고용량, 아민 또는 아민 대한 높은 C02 함량, 빠른 흡수, 흡수시 저열 현상, 최종품의 낮은 점도, 그들을 펌핑하지 않는 소금의 형성, 발포없이 저온에서 탈착 가능하며, 낮은 독성, 낮은 가격, 양호한 열 안정성, 탈착 온도에서 낮은 증기압이 바람직하다. 암모니아와 같은 일부 화학 물질은 디에틸아민과 같은 저분자량의 아민이 증발해서 반응기 벽에 소금을 형성한다. 그 높은 증기압으로 인해, 그들은 저온에서 처리될 필요가 있다. 특히 암모니아는 터빈의 저온에서 팽창시 형성되도록 취급이 곤란하다. 디부틸아민(DBA)과 같은 디알킬아민, 단독 또는 물 또는 1-헥산올과 같은 알콜과 혼합, MDEA와 같은3차 아민 및 DETA와 같은 2차 아민, 5-10% 피페라진 또는 DBA, 60% MDEA와 나머지 물과 같은 것의 조합은 상술한 요구 사항의 대부분을 충족시키는 것이 판명되었다. 다른 유용한 아민은 M.Sc.Yudi Halim Tan의 석사 논문, "thermomorphic 친유성 아민 솔벤트의 CO 흡수 연구", Dortmund, 2010년, 그 인용된 서적으로 설명된다. 구아니딘(TMG), 아미딘(DBU)과 Barton 및 Hunig 염기를 포함하는 David Heldebrant(퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소)에 의해 보고된 것과 같은 강한 염기는 높은 가격에도 불구하고, 주로 카보네이트 형성의 방법으로 알콜과 조합해서 C02를 바인딩할 수 있기 때문에 유용하다.
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Figure pct00002
화학 물질의 선택을 요약함으로써, 하기: MEA(모노에탄올아민), 몰포린, 피페라진, MDEA(메틸-디에탄올아민), DEA(디에탄올아민), DGA(디글리콜아민), DIPA(디이소프로필아민), TEA(트리에탄올아민), DETA(디에틸렌트리아민), 단독 또는 물이나 알코올과 혼합, 또는 실록산 관능기를 갖는 아민과 같은 기타 아민, 또는 이상성 및 테르모모르픽 아민 혼합물을 포함하는 그 혼합물, 또는 물 및/또는 알코올의 혼합물을 포함하는 제올라이트 또는 실리카와 연결된 아민, 또는 암모니아(NH3) 또는 아미노산 유도체, 또는 이온성 액체, 단독 또는 어는점 강하제 또는 차가운 슬러리를 기계적 수단에 의해 수송할 수 있도록 한 화학 물질의 조합을 1개 이상 포함하는 것이 공정에 적합하다. 상기 화학 물질은 실리콘유, 물, 알코올, 오일, 및 소포제로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. MEA와 DETA는 100℃ 이상의 온도에서만 C02 탈착이 상당하게 유용한 반면, 매우 낮은 압력을 흡수제에서 얻을 수 있다. MEA 와 DETA의 흡수 엔탈피가 오히려 높으므로, 피페라진과 물, 또는 상술한 DBA와 같은 알킬아민과 조합한 MDEA와 같은 기타 아민은 탈착 온도, 흡수 엔탈피, 점도 및 반응 속도의 관점에서 화학 물질이 바람직하다.
흡수제는 DEA(디에탄올아민), MEA(모노에탄올-아민), 몰포린, 피페라진, MDEA(메틸디에탄올아민), DGA(디글리콜아민), DIPA(디이소프로판올아민), TEA(트리에탄올아민) 단독 또는 물 또는 알코올과의 혼합물, 알킬은 메틸, 에틸, 바람직하게는 프로필, 부틸, 이차 부틸 및 탄소 원자를 6개 이상 가진 이소 부틸, 펜틸, 헥실 또는 알킬기인 디알킬아민과 같은 친유성의 아민, 이상성 및 테르모모르픽 아민 혼합물을 포함하는 그 혼합물, 물 및/또는 부탄올, 헥산올과 같은 알코올의 혼합물을 포함하는 제올라이트 또는 실리카와 연결된 아민 및 글리콜, 아미노실리콘, 구아나민, 아미딘, 아미노산 유도체, 이온성 액체, 단독 또는 어는점 강하제 또는 차가운 슬러리를 기계적 수단에 의해 수송할 수 있도록 한 실리콘유를 포함하는 화학 물질로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하고, 여기서 아민은 MEA(모노에탄올아민)보다 C02-아민 반응에 대해서 낮은 흡수 엔탈피를 갖고 120℃ 이상 1bar에서 끓는점을 갖는 것이 바람직하다.
동적인 실험에 대해서는, 뷰잉 글라스를 구비한 12리터 유동 반응기(ca 1m 길이), 아민에 대한 수집 용기, C02에 대한 질량 유동 컨트롤러, 아민 흐름에 대한 멤브레인 펌프, 압력 및 온도 센서가 사용된다. 반응기는, 예를 들면 아민이 작은 물방울로 반응기의 상부까지 펌핑되는 1.2bar C02에 따라 정화되고 탑재될 수 있다. 흡수 반응 속도는(밀리바 수준으로 주로 압력 감소) 밀리세컨 해상도를 따른다. 아민은 분석을 위해 수집되거나, C02와의 반응을 직접 충전한 후 재사용되어서 부분적으로 C02 탑재된 흡수 속도를 연구한다. 실험의 변화에 있어서, C02 가스는, 예를 들면 분당 2리터 가스(STP, 표준 온도와 압력)에서 흐르고, 아민은, 예를 들면 분당 0.5리터에서 반응기로 분사되며, 달성 진공도가 기록된다. 통상적으로, DETA 또는 DBA와 같은 유용하고 바람직한 아민의 500㎖는 이러한 조건 하에 3-10초 내에서 16리터 STP C02를 흡수한다. 이것은 다수의 작은 물방울로 아민액을 분리함으로써 흡수 용액의 전면을 증가시키는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해서, 아민은 반응기에 분사된다. 최적의 평균 액적 크기는 사용되는 화학 물질과 반응기의 설계에 따르지만, 0.01과 5㎜ 사이, 바람직하게는 0.025와 2㎜ 사이, 더욱 바람직하게는 0.05와 0.5㎜ 사이, 및 가장 바람직하게는 0.1과 0.25㎜ 사이의 값이 매우 유용하다. 훨씬 작은 물방울은 물방울을 만드는 데 필요한 높은 펌프력의 밸런스가 높은 흡수 속도를 제공하지 않고, 너무 큰 물방울은 100mbar 이하의 진공 수준, 또는 50mbar 이하 또는 20mbar 이하인 경우 충분히 빨리 흡수되지 않는다.
작동의 상전이 모드: 디부틸아민(DBA)과 같은 소정 아민은 드물게 수용성이지만, C02와의 반응에 의해 형성된 카바메이트 또는 비카보네이트 또는 카보네이트는 수용성이고, 대체적으로 이들은 수상에 젤 또는 침전을 형성하는 경향이 있다. 다른 아민은 취급이 곤란한 C02와 반응하여 염을 형성한다. 이러한 경우에 있어서, 특별한 동작 모드는 상전이를 수반하여 적용될 수 있다.
일례로서, DBA 및 물은 C02를 캡처하기 위해 흡수제에 분사되고, 얻어진 혼합물은 본질적으로 순수 DBA의 위상에 상분리되며, 카바메이트, 카보네이트 및 다른 염은 물의 저상에 용해되거나 분산된다. 아민은 흡수제로 직접 재활용될 수 있고, 이상적으로 농축된 수용액은 탈착제로 펌핑된다. 이 동작의 한가지 장점은 필요에 따라서 흡수제에 직접적인 냉각을 피할 수 있도록 물이 열을 흡수하는 것이다. 수성 단계의 농도(또는 상이한 물에서 솔벤트를 선택할 경우, 극성상)는 원심 분리 또는 데칸팅에 의해 행해질 수 있다. 일례로서, DBA와 C02의 복합체가 수상에서 젤형 침전을 형성한다. C02의 이론적인 최대 로딩(0.5몰 C02 몰당 DBA)의 40%를 함유하는 DBA와 C02의 혼합물은 동일한 양의 물로 처리된다. 수상에서 젤 형성을 분리해서 82%(=0.82*0.5몰 C02 몰당 DBA)의 로딩 정도에 따라 DBA를 함유하는 것을 발견했다. 이 농축된 혼합물은 40% 로딩 정도의 혼합물보다 가열하면 상당히 높은 C02 압력을 발생한다: 농축된 혼합물은 70℃에서 이미 4.2bar C02의 압력을 발생시키는 반면, 40%의 혼합물은 90℃에서 2.5bar를 발생한다. 아민-C02 복합체 농축은 흡수 단계 후와 탈착제에 탑재된 풍부한 아민을 펌핑하기 전에 행해지도록 하는 매우 유용한 작업이다.
흡수 열: 그것은 일반적으로 내부 열교환기 또는 흡수 장치 벽의 냉각 중 어느 하나로 C02 탑재된 아민을 냉각하는 것이 바람직하다. 이것은 흡수하는 아민의 과도한 가열을 제한하고 흡수 장치의 C02 압력을 제한한다. 일반적으로, 터빈이 전기 출력을 결정하기 전과 후의 C02의 압력비로서 그것은 흡수의 최저 압력 후에 노력하는 것이 좋기 때문에 소정 냉각이 종종 바람직하다. 냉각하는 확실한 방법은 물을 첨가하고, 이것은 상기한 바와 같이 C02-탑재된 아민의 농축을 위한 추가적인 장점을 가질 수 있다. 물의 존재는 흡수 장치에 상당한 분압을 일으키므로 물보다 높은 끓는점을 가지는 극성 알코올, 오일 및 기타 액체가 대안적이다. 열은 처분하거나 이전 탈착 장치에 진입하기 전에 풍부한 아민을 예열해서 사용할 수 있다.
탈착기 또는 반응기: 실험 연구에 위해서 진공 펌프에 접속과 액체를 충전하기 위한 개구부/밸브, 가스상과 액상 및 마노미터를 위한 온도 센서를 가진 150㎖의 강철 보틀이 사용된다. 통상적으로, 냉각 후의 휘발성 아민인 경우에 있어서 C02 탑재된 아민의 50㎖를 진공 처리된 반응기에 넣는다. 보틀은 오일 가열 욕에 넣었다. 압력은 온도의 함수로서 기록된다. 실험의 변형에 있어서, 보틀은 주어진 온도, 예를 들면 90℃로 가열되고 평형 압력이 기록된다. 소정량의 가스가 방출되고, 예를 들면 2-4bar 또는 유사한 압력을 줄임으로써 새롭게 얻어진 평형 압력을 기록한다.
액상의 C02 함량을 산출한 후, 이 실험 수율은 아민의 C02 함량의 함수로서 주어진 온도에서 C02 압력의 다이어그램이다. 나머지 아민 질량은 질량 밸런스를 확인하기 위해서 칭량된다. 통상적으로, 주어진 온도에서 달성가능한 최대 압력은 C02 로딩의 감소에 따라 감소한다. 탈착은 가열된 반응기 또는 다른 공지의 구성으로 풍부한 아민을 분사하는 트리클 유동 반응기에 의해 얻어질 수 있다. 효율적인 예비 가열 및 열 전달을 위해 특히 유용한 것은 액체 풍부한 아민이 열교환기의 가스 형성을 방지하고 가압하면서 가열된 플래시 증발로서 알려진 기술이다. 이것은 명쾌하게 탈착제에 C02 풍부한 아민을 분사하여 결합될 수 있다. 발포는 화학 물질과 솔벤트의 선택에 의해 통제될 수 있고, 엔지니어링함으로써 데미스타와 같은 것을 측정할 수 있다. 큰 동작에 있어서, 작동 가스에 여분의 열을 공급하고 이미 린 솔벤트로부터 C02를 더 스트립하는 것 모두가 알려져 있고 부스터, 리보일러 또는 슈퍼히터를 채용하는 것이 유용하다. 이 리보일러는 반응기 또는 다른 용기의 필수적인 부분일 수 있고, 그것은 실용적인 목적으로 동일하거나 보충 열원을 가지고 있어도 좋다.
하기 요약한 표에 있어서, 실험 데이터는 본 발명의 실행에 유용한 다양한 아민 시스템을 제공한다. 여기에서 포커스는 100℃ 이하와 같은 비교적 낮은 온도에서 에너지를 추출하는데 유용한 시스템인 것이다.
Figure pct00003
Figure pct00004
DBA의 경우에 있어서, DBA와 C02의 화학 복합체가 원심 분리 방식으로 농축될 수 있다는 것을 발견했다. 통상적으로, 이것은 디캔터를 사용하여 지속적으로 수행할 수 있다. 또한, 고체 잔사는 스크류 운송 장치를 사용하여 추출될 수 있다. 따라서, 아민, C02 및 물이나 알코올과 같은 솔벤트를 함유하는 흡수 혼합물을 적당하게 흡수부에 탑재시킬 수 있고, 평형 압력을, 예를 들면 0.1 이하 또는 0.2bar 이하로 유지시킬 수 있는지 확인하며, 혼합물에 분리 또는 농축 공정을 실시할 수 있으므로 린 액체가 흡수로 재활용되고 아민-C02 복합체에 풍부한 단지를 탈착으로 전달한다. 상기 표에 선 6 및 선 7의 비교를 상당히 높은 압력이 별도의 분리 단계를 사용하여 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 이것은 70℃와 같은 낮은 탈착 온도가 요구될 경우 특히 유용하다. 90℃ 이상의 온도에서, 일반적으로 이러한 추가 단계를 채용하지 않는 것이 바람직하다. 전문가는 아민, 코-솔벤트 및 농도의 선택은 시스템이 흐름, 온도 등의 관점에서 밸런스를 요구하는 방법에 따라 달라지는 것을 실현하게 된다.
별도의 분리 단계는 상분리, 디캔팅 및 원심 분리로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 상기 C02 탑재된 흡수성은 C02가 풍부한 분수가 C02 가스와 린 흡수제로의 분할 반응기에 전송되는 적어도 2개의 분획으로 분리된다.
일반적인 설명: 하기 표에 근거해서 흡수 및 탈착 공정을 나타내고, 효율적인 공정을 설계하는데 어려움이 강조된다. 표 1은 C02의 상이한 두가지 로딩 수준에 대한 온도의 함수로서 디부틸아민(DBA)을 함유하는 상기 혼합물의 평형 C02 압력(로딩 수준=DBA에 저장된 최대 C02의 비율, 100%= 몰 아민당 0.5몰 C02)을 나타낸다. C02 압력이 로딩 수준으로 증가(주어진 온도에서)되는 것이 분명하다. (단, 1/T 대 압력의 해당하는 로그의 경사를 흡수 엔탈피의 측정을 제공한다). 이러한 결과는 흡수 및 탈착 디자인 모두에 대한 지침을 제공한다. 일례로서, 아민(DBA)이 50℃에서 흡수제에 40%까지 탑재되어 있을 경우, 0.44bar의 압력이 우선된다. 탈착에 있어서, 2.2bar의 최대 압력은 90℃에서 발생될 수 있다.
표 1: DBA/C02의 두 가지 로딩 수준에 대한 온도의 함수로서 C02의 평형 압력.
Figure pct00005
표 2는 DBA를 함유하는 혼합물에 대해서 두가지의 상이한 온도에서 평형 C02 압력을 나타낸다. 일반적으로, 평형 압력은 주어진 온도에서 C02 로딩과 함께 증가한다. 매우 낮은 압력의 쉘을 흡수제에 유지해야 할 경우 20℃ DBA의 100% 로딩이 달성될 수 없는 것이 분명하다.(단, 주어진 값은 대략: DBA가 1bar C02 이상의 C02 압력에서 100%로 탑재될 수 있으므로, 얻어진 혼합물은 메타-안정될 수 있는 것을 발견했다. 이것은 낮은 점도의 액체로 하루 안정될 수 있지만, 동시에 여러 C02의 손실 및 약간의 자동 가열로 결정화할 수 있다.) 90℃의 값은 아민-C02 복합체로부터 C02의 탈착이, 예를 들면 70% 탑재된 DBA가 90℃로 가열될 경우, 3.3bar 발생되는 것을 나타낸다.
공정에서 물의 사용을 피하거나 최소화하기 위해서는 매우 유익할 수 있다. 일례로서, 수증기가 흡수 장치의 평형 압력에 크게 기여한다. 따라서, 파라핀 또는 에스테르유는 C02가 비스코스액으로 되는 반응에 따라 순수한 형태로 아민에 유용한 대체 희석액이다. 이 작동 모드는 터빈 블레이드 상의 얼음 형성의 위험을 제거한다.
표 1과 2는 실제로 아민이 예를 들면, 25℃에서 예를 들면, 20 내지 50% 탑재된 작동 모드가 선택된 것을 보여주고 있다. 상기 50% 혼합물은 아민이 다시 20%의 탑재 수준이 될 때까지 CO2 압력이 발생하게 되는 재생기(desorber)에서 90℃로 가열되어진다. 열교환 후, 25℃로 냉각된 아민이 흡수기에서 재사용된다. 변형 작동 모드에서, 미반응 아민을 재생하고 물을 함유하는 상을 생성하고 아민을 농축(상 전이 부분 참조)하기 위해서 아민-CO2 혼합물이 흡수기에서 극성 용매, 바람직하게는 물과 접촉한다. 미반응 아민은 흡수기에서 재사용하고, 아민-CO2 복합체를 농축하기 위해서 아민/물 상으로부터 바람직하게는 원심분리 또는 디캔딩을 하여 물을 제거한다. 이 작동 모드는 아민을 최대로 활용할 수 있고, 고농축상이 재생기에서 사용될 수 있으므로 재생기에서 최대 압력을 발생시킬 수 있다. 저온에서 CO2와 함께 아민을 순환 및 탑재하고 상승 온도에서 CO2 탈착하는 일반적인 개념은 도 3a와 3b에 추가로 나타내었으며, 여기서, 도 3b는 부분적으로 탑재된 아민의 농축을 포함하는 공정을 나타내고 있다.
표 2 : 다양한 CO2 탑재 수준(DBA 혼합물)에 대해 두 온도에서의 CO2 평형 압력
Figure pct00006
터빈과 다른 팽창기 : 소정의 온도 및 압력에서 CO2의 에너지 함량은 공개 데이터(Mollier diagram)를 활용하여 계산할 수 있다. 터빈과 터빈 효율성이 공개 정보를 활용하여 계산할 수 있다. 화학 물질의 선택과 열원에 따라 1-20 bar, 일반적으로는 2-4bar의 상류 압력이 달성된다. 더 상세한 수준에서, 20 bar와 0.5bar, 바람직하게는 15bar와 0.8bar, 보다 더 바람직하게는 10bar와 1.2bar 사이의 반응기 내에서 CO2 압력을 얻는 것이 바람직하다. 그리고 0.5bar와 0.001bar, 바람직하게는 0.3bar와 0.002bar, 보다 더 바람직하게는 0.15bar와 0.005bar, 더욱 바람직하게는 0.1bar와 0.01bar 사이의 흡수 시스템에서 CO2 압력을 얻는 것이 바람직하다.
동시에 터빈의 상류/하류의 유용한 압력 비율은 5-40, 바람직하게는 10 -25 사이가 바람직하다. 이것은 반응기와 흡수기에서의 압력이 연관이 있다는 것을 의미한다. 이들 두 압력값의 유용한 조합은 반응기에서 3bar, 흡수기에서 0.2bar 또는 반응기에서 2bar, 흡수기에서 0.1bar(압력 비율이 15)의 정상 상태 압력에 의해서 주어지게 된다.
일례로서, 열원이 90과 120 ℃ 사이에서 열을 공급한다면 압력비는 12와 25 사이가 유용하다. 열원의 온도가 120℃ 이상이면 압력비는 20-40, 바람직하게는 20-40이 바람직하다. 90℃ 이하에서는 압력비는 5-15가 바람직하다. 추가로, 압력 할당량 또는 비율은 가스를 그의 3중점 온도(CO2의 경우 -78℃)로 등엔트로피하게 팽창시키는데 필요한 것 보다 큰 구조에서, 터빈에서 팽창 단계 사이의 가스를 가열하는 재가열 시스템은 더욱 더 효율성을 높이고 더 많은 외부 냉각을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
최종 선택은 사용되는 흡착제에 의존하며, 상기한 바와 같이 탑재 수준, 온도 등과 같은 모든 매개 변수들의 균형을 이루는 실험과 최적화에 의해서 찾을 수 있다.
흡수기 수단으로 분무되는 작은 액적으로의 CO2의 높은 흡수 속도는 터빈의 크기가 감소할 수 있다는 것을 의미한다. CO2의 배출 속도는 매우 빠를 수 있고, 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 액적의 흐름과 함께 가스 흐름은 최적화될 수 있다. 터빈에서 배출되는 냉각 가스는 열 교환기 시스템으로 열을 전달하여 흡수 속도의 심각한 영향을 줌이 없이 냉각 흐름을 발생할 수 있다. 팽창기는 적어도 하나의 등엔트로피성 가스 팽창 터빈을 포함하는 것이 바람직하다.
터빈 대신에 편차 팽창기(Wankel type, Stirling, piston arrangement)를 사용할 수 있으며, 이것은 단지 CO2의 적정 압력이 달성될 수 있다면 유용하다. 이러한 경우에 CO2가 실린더 볼륨을 채우면서 피스톤이 이동하고 그로 인해서 실린더의 볼륨이 증가하게 된다. 실린더로 들어가는 가스는 피스톤을 구동시키게 된다. 이후 또는 동시에 약간의 아민이 실린더로 분무되어 압력 감소를 일으킨다. 이러한 압력 감소는 팽창기의 제2의 원동력이 되며, 피스톤의 역 방향 이동의 원인이 된다. 많은 아민이 실린더 밖으로 끊임없이 공급되어 사이클이 반복된다. 적당한 밸브, 캠 샤프트 등이 공정을 통제한다. 어떤 의미에서는, 팽창 기는 전기 생산을 위한 발전기를 구동시킬 수 있으며, 2-행정 내연 기관의 반대가 된다. 기계가 낮은 압력을 수용할 수 있으므로 농축 아민의 완전한 방전을 원한다면 이러한 배치가 유용하다. 복수의 실린더가 연속 공정에 사용될 수 있다.
열교환기, 열원 및 냉각 : 공정을 구동하는 데 필요한 열 에너지는 태양 에너지 또는 산업 또는 폐열에 의해 제공될 수 있다. 물리적 매체 또는 작동 유체는 원하는 경우 적절하게 안정화된 최대 90℃ 까지 유용한 물, 온수 스팀, 오일 또는 다른 열전달 유체일 수 있다. 고열 매체를 위한 저장 유닛(2)은 예를 들어 태양 구동 프로세스의 야간 작업과 같이 열원을 단기간 동안 이용할 수 없다면 프로세스가 운영될 수 있도록 시스템의 일부를 구성할 수 있다. 태양 구동 프로세스의 경우에, 제2 열원은 90℃, 100℃, 110℃ 또는 120℃ 이상 열을 제공하는 것이 유용할 수 있으며, 유용한 도구로는 열 파이프 또는 포물면 홈통(parabolic trough) 또는 리니어 프레스넬 리플렉터(Linear Fresnell reflector) 또는 마이크로(Micro) CSP's 또는 포물면 접시(Parabolic dish) 집광기와 같은 집중 태양 집광기 또는 보조하는 2차 열원이 있다. 또한, 폐열에 기초한 프로세스는 가스 온도 부스터를 통과하는 작업 가스의 온도를 증가시키기 위해서, 에너지를 제공하는 가스 온도 부스터에 바람직하게 에너지적으로 결합되는 것이 보조하는 2차 열원으로의 이점이 있을 수 있다. 태양 시스템은 태양열 집광기 어셈블리에 의해서 주어지는 열 에너지원으로 이루어지며, 태양열 집광기 어셈블리는 선택적으로 산업 폐열이나 엔진 열 또는 지열과 같은 열원을 가열하게 된다. 열 작동 유체를 가열하기 위한 태양열 집광기는 집광기 유체 입구와 집광기 유체 출구, 상기 집광기 유체 출구를 반응기의 가열된 유체 입구에 연결하는 고온 저장 용기, 및 집광기 유체 입구를 반응기의 냉각된 유체 출구에 연결하는 저온 저장 용기를 가질 수 있다. 추가로 태양 열 집광기 어셈블리와 반응기에 의해서 주어진 시스템은 반응기로 열을 공급하기 위한 폐쇄형 루프 난방 시스템을 만들어낸다.
열 교환은 반응기를 나오는 빈약한 흡수제와 반응기로 흐르는 풍부한 흡수제 간의 시스템의 성능과 효율성을 최적화하기 위해서 바람직하거나 필요할 수 있다. 열은 흡수 단계 도중에 또는 그 이후에 시스템으로부터 또는 반응기를 나오는 빈약한 흡수제로부터 제거할 수 있다.
참고문헌:
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3: 흡수 시스템, 4: 냉원(냉각 시스템), 6: 액체 펌프, 7: 반응기, 12: 열 교환기, 15: 전기 생산 팽창 시스템, 19: 부스타, 23: 발전기, 24: 전기, 35,36,43: 열교환기, 35: 기류, 37: 액체 펌프, 38: 외부 냉각, 39: 펌프

Claims (15)

  1. -열 에너지가 가열된 흡수성 액체를 포함하는 열 작동 유체로 전달될 수 있는 적어도 하나의 열원(1)을 제공하는 단계;
    -상기 흡수성 액체에 이산화탄소(C02)를 화학적으로 흡수시켜 액체 C02 흡수성 믹스를 제공하기 위한 흡수 시스템(3)을 제공하는 단계;
    -상기 시스템에서 발생되는 열을 제거하거나 전달하는 냉각 및 열교환 시스템(4,12)을 제공하는 단계;
    -상기 가스-흡수성 믹스의 압력을 증가시키고, 가압된 가스-흡수성 믹스를 가열하기 위해 상기 열원(1)으로부터 열 에너지를 사용해서 반응기(7)로 상기 가스 흡수성 믹스를 전달하기 위한 상기 시스템에서 작동 유체를 이송하기 위한 적어도 하나의 펌프 장치(6)를 제공하는 단계;
    -상기 흡수 시스템(3)에서 발생된 저압을 사용하여 상기 반응기(7)로부터의 가열 및 가압 가스를 극저온 가스로 팽창시키는 것에 의해 전기를 생산하게 되는 발전기(23)를 구비한 팽창기(15)를 제공하는 단계;
    -상기 시스템을 통해서 상기 작동 유체를 유도하는 파이프 시스템을 제공하는 단계, 구체적으로 공정의 재시작을 위해 화학적으로 액체 가스-흡수성 믹스로 재흡수되도록 상기 반응기(7)를 나오는 상기 가열된 흡수성 액체와 상기 팽창기(15)를 나오는 극저온 가스를 상기 흡수 시스템(3)으로 유도하는 단계를 포함하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하여 전기 에너지를 생산하는 방법에 있어서,
    -상기 팽창기를 -78℃와 +150℃ 사이, 바람직하게는 -70℃와 +140℃ 사이의 온도 간격 내에서 작동시키기 위해서 상기 고압 가스로서 이산화탄소(C02)를 사용하는 단계;
    -물리적인 반데르발스 힘 또는 화학 결합에 의해 C02를 결합할 수 있는 물질을 사용하고,
    -상기 반응기에서 C02 압력을 20bar와 0.5bar 사이, 바람직하게는 15bar와 0.8bar 사이, 더욱 바람직하게는 10bar와 1.2bar 사이로 얻는 단계; 및
    -상기 흡수 시스템에서 C02 압력을 0.5bar와 0.001bar 사이, 바람직하게는 0.3bar와 0.002bar 사이, 더욱 바람직하게는 0.15bar와 0.005bar 사이, 가장 바람직하게는 0.1bar와 0.01bar 사이로 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 작동 유제는 -70℃와 150℃ 사이, 보다 바람직하게는 -30℃와 140℃ 사이, 더욱 바람직하게는 -10℃와 130℃ 사이, 가장 바람직하게는 0℃와 100℃ 사이에서 작동가능한 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    -열원이 활동적이지 않을 때 시스템에 열 에너지를 제공하기 위해서 열 작동 유체를 저장하기 위한 열 에너지 저장 유닛(2)을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    -반응기에 있는 CO2를 들어오는 C02-흡수성 믹스로 방출한 후에 열 작동 유체로터의 열 에너지 또는 흡수성 물질에 저장된 에너지를 열 교환에 의해서 회수하는 열 교환기 시스템(12)의 일부를 바람직하게 형성하는 예비 반응기 시스템을 제공하는 단계를 더 포함하되 상기 예비 반응기 시스템은 베치- 또는 반-연속 모드로 작동될 경우 소정의 C02를 방출시키는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용한 전기 에너지의 생산방법.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    - 반응기(7)의 하류 구간 후에 또는 구간에서 그리고 팽장기(15)로 들어가기 전에 열 동작 유체와 같은 최소한 동일 온도에서 작동하는 상기 열원 또는 제2 열원으로 이산화탄소를 가열하기 위한 부스터 시스템(19)을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    -적어도 하나의 이송 스쿠류 또는 유사한 장비를 이용하여 점도 또는 결정화를 조정하거나 흡수제-CO2 믹스를 포함하는 슬러리의 이송을 가능하게 하기 위하여 흡수제-CO2 믹스의 빙점이 낮아지도록 적어도 하나의 화학물질을 첨가하는 단계를 더 포함하되, 상기 화학 물질은 물, 알콜, 오일, 실리콘 오일 및 소포제로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 열원(1)은 태양 에너지, 발전소나 산업공정에서의 폐열, 모타 또는 엔진에서의 폐열, 지열, 유기물질의 연소열 및 고온의 발전 사이클의 폐열로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  8. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 흡수제는 NH3 또는 아민과 같은 적어도 하나의 질소-함유하는 화학 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 흡수제는 DEA(디에탄올아민), MEA(모노에탄올-아민), 몰포린, 피페라진, MDEA(메틸디에탄올아민), DGA(디글리콜아민), DIPA(디이소프로판올아민), TEA(트리에탄올아민) 단독 또는 물 또는 알콜과의 혼합물, 디알킬아민과 같은 친유성 아민, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, 바람직하게는 프로필, 부틸, sec-부틸 및 탄소 원자를 6개 이상 가진 이소 부틸, 펜틸, 헥실 또는 알킬기, 이상성 및 테르모모르픽 아민 혼합물을 포함하는 이들의 혼합물, 물 및/또는 부탄올, 헥산올과 같은 알코올의 혼합물을 포함하는 제올라이트 또는 실리카와 연결된 아민 및 글리콜, 아미노실리콘, 구아나민, 아미딘, 아미노산 유도체, 이온성 액체, 단독 또는 빙점 강하제 또는 차가운 슬러리를 기계적 수단에 의해 수송할 수 있도록 한 실리콘유를 포함하는 화학 물질로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하고, 여기서 아민은 MEA(모노에탄올아민)보다 C02-아민 반응에 대해서 낮은 흡수 엔탈피를 갖고 120℃ 이상 1bar에서 비점을 갖는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 터빈에 존재하는 CO2의 냉각 온도는 신선수를 생성하거나 냉동기를 위한 냉각을 공급하기 위해서 물을 응축시키거나 얼음을 만드는데 사용되고 및/또는 시스템에서 발생된 과도한 열은 거주하는 고열수를 제공하거나, 전 시스템의 동작의 일부를 예를 들면 오전 시간에 빠른 시동을 위해서 최소한 태양열을 모으는 열 유체를 예열하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 흡수제로의 CO2의 흡수 및 질량 전달은 액체 흡수제를 액적 형태, 바람직하게는 액체 흡수제를 흡수제로 분무하는 것으로 제공하는 것에 의해 가속화하여, 팽창기에 존재하는 가스가 복수의 흡수제 액적으로 구성된 넓은 표면과 접촉할 수 있게 되며, 여기서, 바람직하게 액적은 5 mm와 0.01 mm 사이, 바람직하게는 2 mm와 0.025 mm 사이, 더욱 바람직하게는 0.5 mm와 0.05 mm 사이, 및 가장 바람직하게는 0.1 mm와 0.25 ㎜ 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 하나의 항에 있어서, CO2-탑재된 흡수제는 상 분리, 디캔딩 및 원심분리로 부터 선택되는 분리 단계로 처리되고, 여기서 CO2-탑재 흡수제는 최소한 두 개의 단편으로 분열하되, CO2가 풍부한 단편은 CO2 가스와 흡수제로 분열되기 위해 반응기로 전달되는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 흡수 장치 및 CO2- 흡수제의 벽면은 냉각시키는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 탑재된 CO2-흡수제의 최소한의 분율은 높은 탑재 수준을 달성하기 위해서, 흡수 시스템(3)으로 다시 반송되는 것을 특징으로 하는 기본적으로 폐쇄된 루프 시스템을 사용하는 전기 에너지의 생산방법.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 하나의 항에 따라 전기 에너지를 생산하기 위한 시스템.



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