KR20150037925A - Co2 분리를 위한 열 이용 - Google Patents

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KR20150037925A
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뤼디거 슈나이더
헨닝 슈람
니콜라스 포어트마이어
게어하르트 침머만
크리스티안 브룬후버
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 흡착기(21) 및 탈착기(22)를 포함하는 CO2 분리 장치(20)에 부가적으로 열 전달 유체(35)의 저장을 위한 어큐물레이터(30)를 포함하는, 연소 장치(10)의 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기(1)에 관한 것이며, 어큐물레이터(30)와 탈착기(22)는 열 기술적으로 도관 시스템(40)을 통해 서로 결합되며, 어큐물레이터(30)는 어큐물레이터(30) 내에서 열 전달 유체(35)의 열적인 조절을 가능케 하는 전기 작동식 가열 장치(50)와 열적으로 결합되며, 가열 장치(50)는 모터로서의 발전기(55)에 의해 작동되는 가스 터빈(56)으로서 구성되며, 가열 장치의 작동 중에, 공기가 가스 터빈(56)의 압축 단계에서 흡입되어, 압축에 따라 실질적으로 단열적으로 가열되며, 가스 터빈(56)으로부터 방출되는 가열된 배기 가스(57)는 열 전달을 위해 어큐물레이터(30)와 함께 작용한다.

Description

CO2 분리를 위한 열 이용{UTILIZATION OF HEAT FOR SEPARATING CO2}
본 발명은 연소 장치의 배기 가스로부터 CO2를 분리하기 위한 기기 및 상기 기기의 작동 방법에 관한 것이다.
화력 발전소 또는 화력 산업 설비의 배기 가스로부터의 CO2의 분리는 단지 여러 국가들에서 시행하는 배출권 거래 제도와 관련하여서만 상당히 중요한 것은 아니다. 더욱이, 특히 유럽 연합에서도 최근 몇 년에 걸쳐 CO2 분리 기술을 직접적인 목표로 하는 법안이 가결되었다. 예를 들어 여러 유럽 국가들에서 이미 시행되고 있으며 2020년까지 고효율 신설 발전소에 CCS-기술 적용이 요구되는 유럽 연합의 2009년 CCS-가이드 라인이 언급된다. 다른 비 EU 국가들은 비교 가능한 법적인 방법을 추구한다.
화력 발전소의 배기 가스로부터 CO2를 분리하기 위해 여러 해결 방안이 이미 제안되었다. 그 중에 출원인이 개발한 포스트 캡(Post-Cap) 기술을 들 수 있는데, 이는 연소 공정에 대해 후속하는, 배기 가스로부터의 CO2의 분리를 가능케 한다. 관련 분리 장치는, CO2의 선택적 결합을 가능케 하는 세정제(솔벤트)로서 아미노산 염의 수용액을 이용하여 배기 가스의 목표한 처리를 제공한다. 상기 장치의 탈착기에서 아미노산 염과 CO2의 복합물은 열 처리 후에 다시 분해됨으로써, 방출되는 CO2가 가스 형태로 분리될 수 있다. 이러한 과정 중에 다시 얻어진 솔벤트는 새로운 CO2 분리를 위해 흡착기로 공급될 수 있다. 이 기술의 세부 사항은 예를 들어 본 출원인의 특허 출원 DE 10 2010 013 729.4에서 설명된다.
상기 기술을 이용하는 배기 가스 유동으로부터 CO2의 분리는 한편으로, 예를 들어 CO2 분리 장치에 포함된 펌프, 압축기 및 다른 전기 소비 유닛을 작동하기 위해 전기 에너지를 필요로 하고, 탈착기 내에서 솔벤트를 재생하기 위해 열 에너지를 필요로 한다. 상기 종래 기술에 따르면, 탈착기에 공급된 열은 통상 발전소 또는 산업용 연소 설비의 공정 증기로부터 추출된다. 그러나 그에 따라 공정 증기에 의해 유지되는 공정을 위해 탈착기에 공급된 열 에너지가 손실된다. 특히 공정 증기에 의해 지원되는 증기 공정을 이용하는 전류 생성 시에 바람직하지 못하게 감소된 효율이 발생한다.
비용이 저렴한 열을 탈착기에 대안적으로 공급하는 것을 보장하기 위해, EP2425887A1에는, 필요한 열 에너지가 태양열 집열판에 의해 생성되며, 그 열이 단기간 동안 열 어큐물레이터에 저장될 수 있는 것이 제안된다.
그러나 공정 증기를 이용하는 탈착기에 대한 공급은 단지 공정 증기가 충분히 제공되는 때에만, 예를 들어 EP2425887A1의 대상의 경우에는 태양광이 충분히 있는 경우에만 수행된다는 것이 단점으로 증명되었다. 국가적인 에너지 공급의 개조의 범주 내에서 몇몇 나라에서 얼마간의 발전소가 간헐적으로 작동되거나 또는 필요한 발전소 출력의 심한 변동의 영향을 받기 때문에, 때로는 공정 증기의 공급이 시간적으로 변동하는 레벨에서만 보장될 수 있다.
또한, 발전소의 작동 개시 중에, CO2 분리 장치의 효율적인 작동이 보장되도록, 때때로 아직 충분하지 않은 양의 열이 탈착기에 공급될 수 있는 것도 단점이다.
따라서, 종래 기술의 단점을 전반적으로 방지할 수 있는, 연소 장치의 배기 가스로부터 CO2의 분리를 위해 적합한 기기를 제안하는 기술적인 필요성이 제시된다. 특히 본 발명의 과제는, 배기 가스 유동으로부터 에너지 효율적인 CO2 분리를 가능케 하는 기기를 제안하는 것이다. 또한, 그 작동 준비 상태가 더 작은 시간 변동에 영향을 받거나, 또는 전적으로 연소 장치의 작동 상태에 따라 결정되지만은 않는 CO2 분리 장치가 제안되어야 한다. 더 특별하게는, 준비를 위한 초기 투자가 낮게 발생하도록, 기존의 에너지 기반을 활용할 수 있도록 해야 한다.
본 발명의 과제는, 청구항 제1항에 따른 연소 장치의 배기 가스 유동으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기 및 청구항 제12항에 따른 상기 유형의 기기의 작동 방법에 의해 해결된다.
특히, 본 발명의 기초를 이루는 상기 과제는, 흡착기 및 탈착기를 포함하는 CO2 분리 장치에 부가적으로 열 전달 유체의 저장을 위한 어큐물레이터를 포함하는, 연소 장치의 배기 가스 유동으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기에 의해 해결되며, 어큐물레이터와 탈착기는 열 기술적으로 도관 시스템을 통해 서로 결합되며, 어큐물레이터는, 어큐물레이터 내에서 열 전달 유체의 열적인 조절을 가능케 하는 전기 작동식 가열 장치와 열적으로 결합되며, 가열 장치는 모터로서의 발전기에 의해 작동되는 가스 터빈으로서 구성되며, 가열 장치의 작동 중에, 공기가 가스 터빈의 압축 단계에서 흡입되어, 압축에 따라 실질적으로 단열적으로(adiabatically) 가열되며, 가스 터빈으로부터 방출되는 가열된 배기 가스가 열 전달을 위해 어큐물레이터와 함께 작용한다.
또한, 본 발명의 기초를 이루는 상기 과제는, 흡착기 및 탈착기를 포함하는 CO2 분리 장치에 부가적으로 열 전달 유체의 저장을 위한 어큐물레이터를 포함하는, 연소 장치의 배기 가스 유동으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기의 작동 방법에 의해 해결되며, 어큐물레이터와 탈착기는 열 기술적으로 서로 결합되며, 어큐물레이터는, 모터로서의 발전기에 의해 작동되는 가스 터빈으로서 구성되는 전기 작동식 가열 장치와 결합되며, 가열 장치의 작동 중에, 공기가 가스 터빈의 압축 단계에서 흡입되어, 압축에 따라 실질적으로 단열적으로 가열되며, 상기 방법은 이하의 단계를 포함한다:
- 전력을 이용하여 가열 장치를 작동하며, 가스 터빈으로부터 방출되는 가열된 배기 가스가 어큐물레이터 내의 열 전달 유체의 가열을 위해 어큐물레이터와 함께 작용하는 단계와,
- 탈착기에 공급되고 CO2가 적재된, CO2 분리 장치의 솔벤트를 가열된 열 전달 유체를 이용하여 가열하는 단계.
따라서 본 발명에 따르면, CO2를 분리하기 위한 기기는 흡착기 및 탈착기를 포함하는 CO2 분리 장치에 부가적으로, 열 전달 유체가 저장될 수 있는 어큐물레이터를 추가로 포함한다. 어큐물레이터는, 전기적으로 작동되며 어큐물레이터 내의 열 전달 유체의 열적인 조절을 가능하게하는 가열 장치와 결합된다. 본 발명에 따르면, 즉 어큐물레이터 내에 있는 열 전달 유체는 원하는 온도 레벨에 도달되도록 가열될 수 있다. 열 전달 유체는 상기 온도 레벨에 도달한 후에 도관 시스템을 통해 CO2 분리 장치의 탈착기로 공급될 수 있으며, 열 전달 유체 내에 저장된 열은 적어도 부분적으로 탈착기에 전달된다.
본 발명에 따르면, 연소 장치 자체가 작동되지 않거나 또는 단지 작은 부하 상태에서 작동되는 경우에만, 탈착기에 열이 공급될 수 있도록, 어큐물레이터를 이용하는 탈착기로의 열 공급은 적어도 연소 장치의 작동으로부터 차단될 수 있다. 결과적으로, 연소 장치의 차단 후에 또는 부하 상태의 변경 후에 어큐물레이터를 통해 충분한 열이 탈착기에 공급되도록, 연소 장치의 작동 시에 충분한 양의 열 에너지가 열 전달 유체로 충전된 어큐물레이터에 공급되는 것이 가능하다. 특히, 연소 장치의 작동 개시 중에, CO2 분리 장치의 효율적인 작동이 보장될 수 있도록, 어큐물레이터를 통해 충분한 열이 탈착기에 공급될 수 있다.
또한, 특히 공공 전력 공급망에서 충분한 전력이 저장을 위해 제공되는 경우, 열이 어큐물레이터 내에 존재하는 열 전달 유체의 도움으로 저장되는 것은 바람직한 것으로 증명되었다. 따라서, 예를 들어, 공공 전력 공급망 내의 과전류의 제공 시에, 이러한 과전류를 열 생성을 위해 이용하는 것은 바람직하며, 이때 상기 열은 열 전달 유체의 도움으로 어큐물레이터 내에 중간 저장될 수 있다. 어큐뮬레이터 내에 중간 저장된 열 에너지는, 이후의 시점에서 예를 들어 전류 공급보다 더 많은 전류 수요가 공공 전류 공급망에 존재하는 경우, 탈착기를 에너지 효율적으로 작동시키기 위해 다시 추출될 수 있다. 특히 공정 증기에 의해 탈착기에 대한 완전한 공급이 생략될 수 있으며, 어큐뮬레이터로부터 열의 적어도 일부가 추출될 수 있다.
또한, 가열 장치의 전기적 작동으로 인하여, 전류가 쉽게 저장 가능한 다른 에너지 형태로 빠르게 변환되는, 기술적으로 비교적 간단한 해결 방안이 구현된다. 또한, 가열 장치의 전기적 작동으로 인하여, 전류 공급의 변동에 대해서도 문제없이 반응될 수 있다.
가열 장치는 모터로서의 발전기에 의해 작동되는 가스 터빈으로서 구성되며, 그 배기 가스는 열 전달을 위해 어큐물레이터와 함께 작용한다. 본 발명에 따르면, 요구되는 전기 에너지가 모터로서의 발전기의 작동을 위해 이용됨으로써, 기계적으로 연결된 가스 터빈이 강제적인 회전 운동을 실행한다. 가스 터빈의 이러한 작동 중에, 공기가 가스 터빈의 압축 단계에서 흡입되어 압축되며, 압축된 공기의 실질적인 단열적 가열이 형성된다. 유입된 공기에 비해 명확히 가열된, 가스 터빈으로부터 방출된 배기 가스가 어큐물레이터로 공급되어, 적절한 열 전달 후에 어큐뮬레이터 내에 존재하는 열 전달 유체가 가열된다. 모터로서의 발전기에 의해 작동되는 가스 터빈의 회전 속도에 따라, 배기 가스 유동의 온도는 (가스 터빈 내의 연료의 연소에 의한 추가 연소 없이) 약 200℃까지 도달할 수 있다. 가열 장치로서의 가스 터빈의 사용은 특히 가스 터빈의 양호한 이용 가능성으로 인하여 특히 유리하다. 가스 터빈은 이러한 작동에 대해 단지 약간만 적응할 필요가 있기 때문에, 단지 낮은 투자 비용만으로도 이미 적절한 가열 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 기기의 특히 바람직한 제1 실시예에 따르면, 공기 가열이 추가로 가스 터빈의 적절한 연소를 통해 지원될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 도관 시스템이 팽창 용기를 포함하는 것도 가능한데, 팽창 용기는 팽창된 열 전달 유체를 응축상(condensed phase) 및 기체상(gaseous phase)으로 분리시키는데 이용된다. "플래시 용기(flash vessel)"로도 표시되는 상기 팽창 용기는 특히 압력 하에 있는 과열된 유체가 보다 낮은 압력 레벨로 팽창되도록 하며, 팽창된 열 전달 유체는 실질적으로 열적 평형에 있는 두 개의 상이한 상으로 분리될 수 있다. 이에 따라, 어큐물레이터 내의 열 전달 유체가 압력 하에서 과열되어 존재하면 특히 바람직하기 때문에, 비교적 많은 양의 열 에너지가 어큐물레이터 내에 저장될 수 있다. 또한, CO2 분리 장치의 탈착기에 대해서도 열이 비교적 높은 온도 레벨로 제공될 수 있다.
도관 시스템이 팽창 용기의 상류에 연결된 팽창 밸브를 포함할 때, 팽창 용기의 이용이 특히 바람직한 것으로 증명되었다. 이때 팽창 밸브는 열 전달 유체의 목표한 바의 제어된 팽창을 보장한다.
마찬가지로, 도관 시스템이 제1 열 교환기를 포함하는 것도 바람직한 것으로 증명되었는데, 열 교환기는 팽창 용기에 공급된 열 전달 유체와 팽창 용기로부터 방출되는 가스 형태의 열 전달 유체 사이의 열 교환을 위해 구성된다. 이 경우에, 가스 형태의 열 전달 유체는, 열 함량을 증가시키기 위해, 팽창 용기에 공급된 열 전달 유체의 열 에너지의 일부를 과열을 위해 흡수할 수 있다. 그 결과, 열 전달 유체가 예를 들어 리보일러(reboiler) 열 교환기(25) 내에서 그의 열 에너지의 일부를 방출할 수 있기 전에, 어큐물레이터로부터 방출된 가스 형태의 열 전달 유체가 이미 도관 시스템(40) 내에서 응축되지 않는 것이 보장될 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 도관 시스템이 제2 열 교환기를 포함하는 것도 가능한데, 제2 열 교환기는 팽창 용기로부터 방출된 가스 형태의 열 전달 유체와, 탈착기에 공급되고 CO2가 적재된 CO2 분리 장치의 솔벤트 사이의 열 교환을 위해 구성된다. 제2 열 교환기는 가스 형태의 열 전달 유체의 유동으로부터 탈착기 내로의 목표한 열 전달을 가능하게 한다. 바람직하게는 제2 열 교환기(80)는 리보일러 열 교환기(25)로서 구성된다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 도관 시스템이 탈착기 내로 합류하고 열 전달 유체를 탈착기로 송출하는 것도 가능하다. 그 결과, 열 전달 유체와 CO2 분리 장치에 포함된 솔벤트 사이의 직접적인 열 교환이 가능하다. 그러나 이 경우에, 후속 공정 단계에서 열 교환 유체가 다시 획득될 필요가 있다. 통상 이러한 경우에, 열 전달 유체는 탈착기로 유입되는 물이며, 물은 탈착기 내에 있는 솔벤트와 혼합된다. 추가의 공정 단계에서, 이어서 예를 들어 상기 방식으로 공급된 물의 응축 및 활용 회로 내로의 복귀가 수행된다.
또한, 일 실시예에 따르면, 도관 시스템이 순환식으로 구성됨으로써, 탈착기와 열 전달 유체의 열 기술적 교환 작용에 따라, 열 교환 유체가 다시 어큐물레이터로 복귀될 수 있다. 이러한 순환식 도관 시스템은 재료 절약 및 유지 보수 친화적일 뿐만 아니라, 에너지 효율적이기도 하다. 열 전달 유체가 어큐물레이터로 복귀됨으로써, 열 전달 유체에 내재하는 잔여 열이 재획득될 수 있고 다시 이용 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도관 시스템은 팽창된 열 전달 유체의 응축상이 다시 어큐물레이터로 복귀될 수 있도록 구성된다. 이로써, 유지 보수 친화적이며 자원 절약적이며 에너지 효율적인 해결책이 다시 제공될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 어큐물레이터는 압력 어큐물레이터이다. 그 결과, 후속적으로 탈착기 내에서 이용되도록 제공될 수 있으며 개방된 어큐물레이터에 비해 확실히 높은 열 함량이, 어큐물레이터에 포함된 열 전달 유체에 전달될 수 있다. 또한, 추가로 압력 저장으로 인해, 개방된 시스템에 비해 열 손실이 낮게 유지되는 것도 가능하다. 압력 어큐물레이터가 열 전달 유체로서의 물과 관련되는 것은 특히 바람직하다. 그러나, 더 높은 비등점을 갖는 다른 열 교환 유체가 대안적으로 제공될 수도 있다. 이는 마찬가지로 대기압으로 또는 대기압에 비해 증가된 압력으로 어큐물레이터 내에 저장될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 열 전달 유체는 물이다. 이는 공급에 있어서 단지 저렴할 뿐만 아니라 기술적으로 단순하게 처리될 수 있다.
특히 본 발명에 따른 방법의 다른 특히 바람직한 실시예에 따르면, 가열 장치가 전기적인 과전류를 이용하여 작동된다. 이로써, 가열 장치의 특히 효율적인 작동이 보장될 수 있는데, 그 이유는 이용된 과전류가 비교적 저렴하거나 또는 더욱이 공공의 전류 공급망으로부터 유상으로 얻을 수 있기 때문이다. 또한, 실시예에 따른 방법은 공공 전류 공급망 내의 과전류의 공급 시에 조절 유닛으로서 사용될 수 있는 적절한 소비 유닛을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 열 전달 유체가 탈착기에 공급되고 CO2가 적재된 CO2 분리 장치의 솔벤트가 가열되기 전에, 팽창 용기 내의 가열된 열 전달 유체의 열적 팽창의 단계가 더 포함될 수 있다. 상술된 바와 같이, 팽창 용기 내의 가열된 열 전달 유체의 팽창은 기체상 및 액체상으로의 분리 및 이에 따른 열 전달 유체의 바람직한 열적 응축을 가능하게 한다.
또한, 본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 가스 터빈의 압축 단계에서, 압축된 공기의 가열을 지원하기 위해 공기가 추가로 연소될 수 있다.
다른 실시예는 종속 청구항에서 설명된다.
이하, 본 발명의 개념이 도면을 참조로 상세히 설명된다. 이때 도면의 개략적인 특성이 본 발명의 대상의 구체화에 대한 한정을 의미하는 것이 아니라는 것이 참조된다.
또한, 도면에서 지시된 특징은 단독으로 그리고 다른 실시예에 포함된 특징과의 조합으로도 청구되는 것이 주목된다.
도 1은 본 발명에 따른 CO2 분리 장치의 제1 실시예의 개략 회로도이다.
도 2는 배기 가스 유동으로부터 CO2를 분리하기 위한 본 발명에 따른 기기의 실시예의 개략적인 부분도이다.
도 3은 본원에서 청구하지 않은 CO2를 분리하기 위한 기기의 실시예의 개략적인 회로도이다.
도 4는 본원에서 청구하지 않은 CO2를 분리하기 위한 기기의 실시예의 개략적인 회로도이다.
도 1은 연소 장치(10)의 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기(1)에 포함될 수 있는 CO2 분리 장치(20)의 일 실시예를 도시한다. CO2 분리 장치(20)는 흡착기(21) 및 탈착기(22)를 포함하는데, 이 흡착기와 탈착기는 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리하기 위해 함께 작용한다. 이 경우에, 연소 장치(10)로부터 배출되는 배기 가스 유동(11)은 먼저 흡착기(21)로 공급되며, 흡착기 내에서는 배기 가스 유동 내에서 솔벤트(세정제)로 세척함으로써, 존재하는 CO2의 대부분이 결합된다. 정화된 배기 가스는 가능한 한 추가의 이용 또는 정화를 위해 배출 도관(26)으로부터 배출된다. 마찬가지로 배기 가스는 추가의 이용 없이 자유로운 대기로 배출될 수 있다. 분리된 CO2는 솔벤트와 함께 복합물로 결합되고 흡착기(21)의 하부 단부에 축적된다. CO2가 적재된 솔벤트는 펌프(23)에 의해 탈착기(22)로 공급되며, 탈착기 내에서 CO2는 열 처리를 통해 다시 솔벤트로부터 분리된다. 이를 위해, CO2가 적재된 솔벤트는 탈착기(22) 내로 분무되며, 분리된 CO2는 CO2 방출 도관(27)을 통해 탈착기(22)의 상부 단부로 방출될 수 있다. 탈착기(22)의 하부 단부에 축적된 솔벤트는 리보일러 열 교환기(25)에 공급되며, 리보일러 열 교환기는 솔벤트로부터 CO2의 분할이 촉진될 수 있도록, 솔벤트에 충분한 열 에너지를 공급한다. 이 경우에, 특히 솔벤트는 증발되고 다시 탈착기(22)에 공급된다. 동시에, CO2 희박 솔벤트(재생된 솔벤트)의 재 획득을 위해 중요한 열이 탈착기(22)에 다시 공급된다. 열 처리 후에 재공된 재생된 솔벤트는 펌프에 의해, CO2 분리를 위해 흡착기(21)에 다시 공급된다. 흡착기(21)와 탈착기(22) 사이의 열 평형을 개선하기 위해, 흡착기(21)로부터 나오며 CO2가 적재된 솔벤트의 유동과, 탈착기(22)로부터 나오는 재생된 솔벤트의 유동 사이에 열 교환이 제공된다.
도 2는 (본원에 도시되지 않은) 연소 장치(10)의 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리 하기 위한 본 발명에 따른 기기(1)의 다른 실시예의 개략 부분도를 도시한다. 도면에는 단지 탈착기(22)만이 도시되며, 이는 도관 시스템(40)을 통해 어큐물레이터(30)와 결합된다. 어큐물레이터(30)는 사전 결정된 양의 열 전달 유체(35)를 포함하는데, 이는 도관 시스템(40)을 통해 목표한 대로 리보일러 열 교환기(25) 또는 제2 열 교환기(80)로 공급될 수 있다. 리보일러 열 교환기(25) 또는 제2 열 교환기(80)는 적절한 도관 섹션을 통해 탈착기(22)로의 열 전달을 가능하게 한다. 이 경우에, 열 전달 유체(35)에 포함된 열이 리보일러 열 교환기(25) 또는 제2 열 교환기(80)를 통해 탈착기(22)에 포함된 솔벤트로 전달된다. 이러한 열 전달로 인해 적재된 솔벤트로부터 CO2의 분리가 수행된다. 리보일러 열 교환기(25) 또는 제2 열 교환기(80)에 공급된 열 전달 유체(35)의 양을 바람직하게 설정하기 위해, 도관 시스템(40) 내에 밸브(41) 또는 일반적으로 적절한 설정 수단이 제공된다.
열 전달 유체(35)에 포함된 열은 실질적으로 전기적으로 작동되는 가열 장치(50)를 통해 제공되는데, 가열 장치는 모터로서의 발전기(55)를 통해 작동되는 가스 터빈(56)으로서 구성된다. 열의 형성을 위해 모터로서 작동되는 발전기(55)에 의해 이 전기 에너지로부터 가스 터빈(56)의 기계적 운동 에너지로 변환된다. 전기 에너지의 수용은 본 실시예에서 도면 부호 없는 화살표로 도시된다. 모터로서의 발전기(55)의 작동을 통해 가스 터빈(56)의 압축 단계에서 흡입 공기의 압축이 수행되며, 이때 압축된 공기의 실질적인 단열적 가열이 실행된다. 또한, 이 실시예에 따르면, 압축 공기의 열 함량의 추가 증가를 위해, 가스 터빈(56)의 연소실 내에서 연료가 추가의 열 전달을 위해 연소되는 것도 가능하다. 이렇게 처리된 압축 공기가 가스 터빈(56)으로부터 방출되면, 압축 공기는 흡입 공기에 비해 증가된 온도 레벨을 포함한다. 어큐물레이터(30)와 열적 결합을 위해, 열적으로 응축된, 가스 터빈(56)으로부터의 공기의 적절한 유도를 통해, 공기에 포함된 열이 적어도 부분적으로 어큐물레이터(30) 내의 열 전달 유체(35)로 전달될 수 있다. 이어서, 열 전달 유체(35)에 포함된 열은 탈착기(22) 내에서 더 이용되도록 제공된다.
또한, 대안적인 실시예에 따르면, 가스 터빈(56)은 정규 전류를 생성하는 작동 시에 연소 장치(10)의 기능을 충족시킬 수 있다. 단지 전류를 소비하는 작동 시에, 즉, 모터로서의 발전기(55)가 작동되는 경우, 전기 에너지는 어큐물레이터(30)의 가열을 위해 열 에너지로 변환된다.
도 3은 (본원에 도시되지 않은) 연소 장치(10)의 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기에 대한 본원에서 청구하지 않은 실시예의 개략 회로도를 도시한다. 도 2에 도시된 본 발명의 실시예와 비교하면, 사전 결정된 양의 열 전달 유체(35)를 포함하는 어큐물레이터(30)가 포함된다. 또한, 열 전달 유체(35)의 열적 응축을 위해, 전기 작동식 가열 장치(50)가 제공되는데, 이는 본 실시예에서 단지 개략적으로 가열 코일로서 도시된다. 상기 전기 작동식 가열 장치(50)에 의해 전기 에너지가 열 에너지로 변환될 수 있는데, 이러한 열 에너지는 열 전달 유체(35)에 의해 어큐물레이터(30) 내에 중간 저장될 수 있다. 필요한 경우에, 열 전달 유체(35)는 어큐물레이터(30)로부터 추출될 수 있고 팽창 용기(60) (플래시 용기)로 공급될 수 있다.
이 경우에, 어큐물레이터(30)에 포함된 열 전달 유체(35)는 압력 하에 과열된 상태로 존재한다. 팽창 용기(60)로의 열 전달 유체(35)의 공급 후에, 열 전달 유체(35)의 상 분리의 결과를 갖는 열 팽창이 수행된다. 이때, 팽창은 팽창 용기(60)의 상류에 연결된 팽창 밸브(65)에 의해 달성된다. 상 분리 시에, 열 전달 유체(35)의 일부가 액체상으로 팽창 용기(60)의 하부 영역 내에 침전되며, 팽창 용기(60)의 나머지 부분은, 탈착기(22)에 공급되는 증기[가스 형태의 열 전달 유체(35)]가 차지한다.
열 전달 유체(35)의 가스 형태의 함유량이 탈착기(22)에 공급되기 전에, 제1 열 교환기(70)에 의해 가스 형태의 열 전달 유체(35)와 팽창 용기(60)에 공급된 열 전달 유체(35) 사이에 열 전달이 수행된다.
가스 형태의 열 전달 유체로부터 추가의 열 전달을 위해 도관 시스템(40)에 제2 열 교환기(80)가 포함되며, 이 제2 열 교환기는 리보일러의 관점에서(도1 참조) 가스 형태의 열 전달 유체(35)로부터의 열 에너지를 탈착기(22)에 공급한다.
열 전달이 실행된 후에, 열 전달 유체(35)는 응축될 수 있고 추가의 유체 안내를 위해 응축 용기(85) 내에 유지될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 이렇게 응축된 열 전달 유체(35)는 팽창 용기(60) 내의 응축된 열 전달 유체(35)와 함께, 추가의 열 처리를 위해 다시 어큐물레이터(30)에 공급된다. 이 경우에, 펌프(86)가 열 전달 유체에 대한 유동 운동의 작용을 실행한다.
도 4는 (본원에 도시되지 않은) 연소 장치(10)의 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기(1)에 대한, 본원에서 청구하지 않은 실시예의 개략 회로도를 도시한다. 도 4에 도시된 실시예와 도 3에 도시된 실시예의 차이점은 단지, 탈착기(22)에 공급된 열 전달 유체(35)가 그 열을 제2 열 교환기를 통해 탈착기(22)에 송출하는 것이 아니라, 탈착기(22) 내로의 직접 주입을 통해 송출한다는 것이다. 이에 의해, 열 전달 유체(35)가 탈착기(22) 내로 직접 주입되며, 열 전달 유체(35)와, 탈착기(22)에 포함된 솔벤트 사이의 혼합 공정 중에, 동시적인 열 전달이 수행된다. 열 전달 유체(35)를 재획득하기 위해, 열 전달 유체는 예를 들어 응축기(87)에 의해 응축될 수 있다. 특히, 열 전달 유체(35)가 물일 경우에, 탈착기(22)로부터 CO2 방출 도관(27)을 통해 가스 형태의 CO2와 물의 혼합물이 방출됨으로써, 물의 재획득이 응축기(87)에 의한 응축을 통해 쉽게 수행될 수 있다.

Claims (14)

  1. 흡착기(21) 및 탈착기(22)를 포함하는 CO2 분리 장치(20)에 부가적으로 열 전달 유체(35)의 저장을 위한 어큐물레이터(30)를 포함하는, 연소 장치(10)의 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기(1)이며, 어큐물레이터(30)와 탈착기(22)는 열 기술적으로 도관 시스템(40)을 통해 서로 결합되는, CO2를 분리하기 위한 기기에 있어서,
    어큐물레이터(30)는 어큐물레이터(30) 내에서 열 전달 유체(35)의 열적인 조절을 가능케 하는 전기 작동식 가열 장치(50)와 열적으로 결합되며, 가열 장치(50)는 모터로서의 발전기(55)에 의해 작동되는 가스 터빈(56)으로서 구성되며, 가열 장치의 작동 중에, 공기가 가스 터빈(56)의 압축 단계에서 흡입되어, 압축에 따라 실질적으로 단열적으로 가열되며, 가스 터빈(56)으로부터 방출되는 가열된 배기 가스(57)는 열 전달을 위해 어큐물레이터(30)와 함께 작용하는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  2. 제1항에 있어서, 가스 터빈(56)의 압축 단계에서 공기의 압축을 통한 가열은 가스 터빈(56)의 연소를 통해 추가로 지원되는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 도관 시스템(40)은, 팽창된 열 전달 유체(35)를 응축상 및 기체상으로 분리하기 위해 구성된 팽창 용기(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  4. 제3항에 있어서, 도관 시스템(40)은, 팽창 용기(60)의 상류에 연결된 팽창 밸브(65)를 포함하는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 도관 시스템(40)은 제1 열 교환기(70)를 포함하며, 제1 열 교환기는 팽창 용기(60)에 공급된 열 전달 유체(35)와, 팽창 용기(60)로부터 방출된 가스 형태의 열 전달 유체(35) 사이의 열 교환을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 도관 시스템(40)은 제2 열 교환기(80)를 포함하며, 제2 열 교환기는 팽창 용기(60)로부터 방출된 가스 형태의 열 전달 유체(35)와, 탈착기(22)에 공급되고 CO2가 적재된, CO2 분리 장치(20)의 솔벤트 사이의 열 교환을 위해 구성되는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 도관 시스템(40)은 탈착기(22) 내로 합류되며 열 전달 유체(35)를 탈착기로 송출하는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 도관 시스템(40)은 순환식으로 구성됨으로써, 탈착기(22)와 열 전달 유체(35)의 열 기술적 교환 작용에 따라, 열 교환 유체가 어큐물레이터로 다시 복귀될 수 있는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 도관 시스템(40)은, 팽창된 열 교환 유체(35)의 응축상이 어큐물레이터로 다시 복귀될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 어큐물레이터(30)는 압력 어큐물레이터인 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전달 유체(35)는 물인 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기.
  12. 흡착기(21) 및 탈착기(22)를 포함하는 CO2 분리 장치(20)에 부가적으로 열 전달 유체(35)의 저장을 위한 어큐물레이터(30)를 포함하는, 연소 장치(10)의 배기 가스 유동(11)으로부터 CO2를 분리하기 위한 기기(1)의 작동 방법이며, 어큐물레이터(30)와 탈착기(22)는 열 기술적으로 서로 결합되는, CO2를 분리하기 위한 기기(1)의 작동 방법에 있어서,
    어큐물레이터(30)는 모터로서의 발전기(55)에 의해 작동되는 가스 터빈(56)으로서 구성되는 전기 작동식 가열 장치(50)와 열적으로 결합되며, 가열 장치(50)의 작동 중에, 공기가 가스 터빈(56)의 압축 단계에서 흡입되어, 압축에 따라 실질적으로 단열적으로 가열되며, 상기 방법은,
    전력을 이용하여 가열 장치(50)를 작동하며, 가스 터빈(56)으로부터 방출되는 가열된 배기 가스(57)가 어큐물레이터(30) 내의 열 전달 유체(35)의 가열을 위해 어큐물레이터(30)와 함께 작용하는 단계와,
    탈착기(22)에 공급되고 CO2가 적재된, CO2 분리 장치(20)의 솔벤트를 가열된 열 전달 유체(35)를 이용하여 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기(1)의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 열 전달 유체(35)가, 탈착기(22)에 공급되고 CO2가 적재된, CO2 분리 장치(20)의 솔벤트를 가열하기 전에, 팽창 용기(60) 내에서 가열된 열 전달 유체(35)의 열적 팽창 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기(1)의 작동 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 가스 터빈(56)의 압축 단계에서, 압축된 공기의 가열을 지원하기 위해 가스 터빈(56)의 연소가 수행되는 것을 특징으로 하는, CO2를 분리하기 위한 기기(1)의 작동 방법.
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