KR20160034635A - 이산화탄소 배출이 없는 고효율 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 발전시스템에서 포집된 이산화탄소를 발전 연료로 전환하거나 탄산소다, 중탄산소다, 차아염소산나트륨 및 염소의 생산에 사용함으로써, 이산화탄소를 100% 활용 가능하여 친환경적이고 추가의 부가 수익을 얻을 수 있는 발전시스템을 제공한다.
일 예로, 연료를 연소시켜 고온의 합성가스를 생성하는 플라즈마 가스화기; 상기 합성가스를 연소시켜 전력을 생산하는 발전기; 상기 발전기에서 발생된 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 포집하는 이산화탄소 포집설비; 상기 이산화탄소 포집설비로부터 공급된 이산화탄소에 가성소다(NaOH) 수용액을 반응시켜 탄산소다(Na2CO3)를 생성하는 제 1 탄산화 반응기; 상기 이산화탄소 포집설비로부터 공급된 이산화탄소와 상기 제 1 탄산화 반응기에서 생성된 탄산소다의 일부를 반응시켜 중탄산소다(NaHCO3)를 생성하는 제 2 탄산화 반응기; 상기 제 1 탄산화 반응기 및 제 2 탄산화 반응기로부터 생성된 탄산소다 및 중탄산소다 중 일부에 염산(HCl)을 투입시켜 염화나트륨(NaCl) 수용액을 생성하는 믹서; 상기 믹서로부터 생성된 염화나트륨과 물이 투입되고 이를 전기분해하여 염소 가스(Cl2), 수소 가스(H2) 및 가성소다 수용액을 생성하는 전기분해 장치; 및 상기 염소 가스와 가성소다 수용액을 반응시켜 차아염소산나트륨(NaOCl)을 제조하고, 염소 가스와 수소 가스를 반응시켜 염산을 제조하는 화합물 제조부를 포함하는 발전시스템이 개시된다.

Description

이산화탄소 배출이 없는 고효율 발전시스템 {high-efficient power plant system with no carbon dioxide emission}
본 발명은 이산화탄소 배출이 없는 고효율 발전시스템에 관한 것이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, LNG 등의 화석연료의 사용 증가로 인하여 대기 중에 CO2, H2S, COS 등의 산성 가스 농도가 급격하게 증가하였다. 이러한 산성 가스, 특히 이산화탄소는 지구를 온난화시킨다는 것이 밝혀지면서, 세계적으로 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다.
이산화탄소 배출 증가를 억제하기 위한 기술로서는, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지절약기술, 이산화탄소의 포집 및 저장 기술(Carbon dioxide capture and storage: CCS), 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 대체에너지 기술 등이 있다. 또한, 최근에는 배출된 이산화탄소를 활용하여 탄산나트륨, 중탄산나트륨 등과 같은 고부가 화합물을 제조하는 방법이 제안되고 있다.
본 발명은 발전시스템에서 포집된 이산화탄소를 발전 연료로 전환하거나 탄산소다, 중탄산소다, 차아염소산나트륨 및 염소의 생산에 사용함으로써, 이산화탄소를 100% 활용 가능하여 친환경적이고 추가의 부가 수익을 얻을 수 있는 발전시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 발전시스템은 연료를 연소시켜 고온의 합성가스를 생성하는 플라즈마 가스화기; 상기 합성가스를 연소시켜 전력을 생산하는 발전기; 상기 발전기에서 발생된 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 포집하는 이산화탄소 포집설비; 상기 이산화탄소 포집설비로부터 공급된 이산화탄소에 가성소다(NaOH) 수용액을 반응시켜 탄산소다(Na2CO3)를 생성하는 제 1 탄산화 반응기; 상기 이산화탄소 포집설비로부터 공급된 이산화탄소와 상기 제 1 탄산화 반응기에서 생성된 탄산소다의 일부를 반응시켜 중탄산소다(NaHCO3)를 생성하는 제 2 탄산화 반응기; 상기 제 1 탄산화 반응기 및 제 2 탄산화 반응기로부터 생성된 탄산소다 및 중탄산소다 중 일부에 염산(HCl)을 투입시켜 염화나트륨(NaCl) 수용액을 생성하는 믹서; 상기 믹서로부터 생성된 염화나트륨과 물이 투입되고 이를 전기분해하여 염소 가스(Cl2), 수소 가스(H2) 및 가성소다 수용액을 생성하는 전기분해 장치; 및 상기 염소 가스와 가성소다 수용액을 반응시켜 차아염소산나트륨(NaOCl)을 제조하고, 염소 가스와 수소 가스를 반응시켜 염산을 제조하는 화합물 제조부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 플라즈마 가스화기는 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 포함할 수 있다.
그리고 상기 플라즈마 가스화기에는 연료로써 화석연료, 바이오매스, 폐기물이 투입될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 가스화기와 발전기 사이에는 전처리부가 더 포함됨으로써 상기 플라즈마 가스화기에서 발생된 고온의 합성가스가 발전기에 투입되기 전 정제될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 가스화기와 발전기 사이에는 용융탄산염 연료전지가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 포집설비 후단에는 마이크로웨이브 플라즈마 발생기 및 리포머가 더 포함되며, 상기 이산화탄소 포집설비를 통해 포집된 이산화탄소 중 일부는 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 통해 일산화탄소로 전환되고, 전환된 상기 일산화탄소는 상기 리포머를 통과하여 메탄으로 전환됨으로써 상기 용융탄산염 연료전지의 연료로 재투입될 수 있다.
또한, 상기 이산화탄소 포집설비 후단에는 마이크로웨이브 플라즈마 발생기가 더 포함되며, 상기 이산화탄소 포집설비를 통해 포집된 이산화탄소 중 일부는 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 통해 일산화탄소로 전환되어 상기 플라즈마 가스화기의 연료로 활용될 수 있다.
또한, 상기 제 1 탄산화 반응기에 투입되는 가성소다 수용액은 상기 전기분해 장치로부터 공급될 수 있다.
또한, 상기 제 1 탄산화 반응기는 pH 12 내지 pH 12.5로 유지될 수 있다.
또한, 상기 제 2 탄산화 반응기는 pH 8.5 내지 pH 9.0으로 유지될 수 있다.
또한, 상기 믹서로 투입되는 염산은 상기 전기분해 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
또한, 상기 전기분해는 클로르 알칼리(Chlor-Alkali) 공정에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전기분해 장치는 양극 및 음극을 포함하고, 상기 양극에는 염화나트륨 수용액이 투입되고 염소 가스가 생성되며, 상기 음극에는 물이 투입되고 가성소다 및 수소 가스가 생성될 수 있다.
또한, 상기 양극 및 음극의 사이에는 분리막이 설치될 수 있다.
본 발명에 의한 발전시스템은 발전시스템에서 포집된 이산화탄소를 발전 연료로 전환하거나 탄산소다, 중탄산소다, 차아염소산나트륨 및 염소의 생산에 사용함으로써, 이산화탄소를 100% 활용 가능하여 친환경적이고 이산화탄소 저감 비용을 낮출 수 있으며 추가의 부가 수익을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 발전 시스템은 플라즈마를 적용한 가스화 방식을 채택하므로 석탄뿐만 아니라 저가의 바이오매스 및 폐기물 등을 원료로 활용할 수 있으므로 발전 단가가 낮아져 경제성이 뛰어나다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 A를 구체적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1의 B를 구체적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 도 1의 D를 구체적으로 도시한 구성도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템의 개략도이다. 도 2는 도 1의 A를 구체적으로 도시한 구성도이다. 도 3은 도 1의 B를 구체적으로 도시한 구성도이다. 도 4는 도 1의 D를 구체적으로 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템은 플라즈마 가스화기(100), 전처리부(210, 220), 발전기(300), 이산화탄소 포집설비(350), 탄산화 반응기(410, 420), 믹서(450), 전기분해 장치(500) 및 화합물 제조부(610, 620)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템은 용융탄산염 연료전지(250)를 더 포함할 수도 있다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 발전시스템의 발전 및 이산화탄소 포집 공정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 플라즈마 가스화기(100)는 연료를 연소시켜 고온의 합성가스를 생성한다. 이 때, 상기 플라즈마 가스화기(100)는 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 포함할 수 있다. 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생기는 플라즈마 발생을 위해 마이크로웨이브를 이용하여 입자를 가열하는 방식인데 마이크로웨이브의 주파수 대역이 플라즈마 전자의 거동에 가까이 있기 때문에 플라즈마의 가열에 매우 효과적이다.
상기 플라즈마 가스화기(100)에는 화석연료, 바이오매스 또는 폐기물 등이 연료 투입라인(L1)을 통해 공급된다. 또한, 상기 플라즈마 가스화기(100)에는 공기가 주입되어 연료와 함께 연소된다. 상기 플라즈마 가스화기(100)에서의 연료 연소에 의해 발생된 고온의 합성가스는 합성가스 이송라인(L2)을 거쳐 전처리부(210, 220)로 공급된다.
상기 전처리부(210, 220)는 사이클론(210) 및 백 필터(220)를 포함한다. 상기 사이클론(210)은 상기 합성가스 이송라인(L2)을 통해 공급된 합성가스 중의 고형물을 분리시킨다. 그리고 상기 합성가스는 사이클론(210) 후단의 합성가스 이송라인(L3)을 통해 백 필터(bag filter)(220)로 유입되고, 여기서 미세 분진의 제거가 이루어진다. 상기 전처리부(210, 220)를 통과하여 정제된 합성가스는 정제 합성가스 이송라인(L4)을 통하여 발전기(300)로 투입된다.
상기 발전기(300)에서는 합성가스의 연소에 의해 전력이 생산된다. 그리고 상기 발전기(300)에서 최종 발생된 연소 배가스는 연소 배가스 이송라인(L5)을 통해 이산화탄소 포집설비(350)로 투입된다. 통상 바이오매스를 연료로 한 마이크로웨이브 플라즈마 발생기에서의 연소시 연소 배가스 중의 이산화탄소의 농도는 15 내지 19 부피비 수준으로 발생된다.
본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 활용한 발전 방식은 플라즈마 발전을 위한 원료로 석탄뿐만 아니라 바이오매스, 페기물 등을 활용할 수 있고, 플라즈마 가스화기의 설비가 소규모로 적용 가능하므로 소규모 분산형 전원에 적합한 장점이 있다.
특히, 대규모 집중형 발전에서 발생되는 많은 사회적 비용(송전탑 건설, 환경 오염) 및 자연재해 증가에 대한 취약성이 증가되는 시점에서 수 MW~수십 MW 규모의 플라즈마 발전 방식은 많은 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 신재생 에너지 중심의 분산형 자가발전의 개념으로 버려지는 에너지가 최소화될 수 있다. 즉, 전력을 소비하는 기업, 개인이 소규모 발전 시설을 지역에 구축하여 자가소비 시스템을 구축할 수 있으며, 남는 전력은 판매를 할 수 있다. 또한 플라즈마를 적용한 가스화 방식을 채택함으로써 석탄뿐만 아니라 저가의 바이오매스 및 폐기물 등을 원료로 사용할 수 있다는 점에서 경제성이 매우 뛰어나다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템은, 도 2에는 설명의 편의를 위해 미도시하였지만, 플라즈마 가스화기(100)와 발전기(300) 사이, 보다 구체적으로는 전처리부(210, 220)와 발전기(300) 사이에 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)가 더 설치될 수도 있다. 상기 용융탄산염 연료전지(250)가 추가적으로 설치될 경우 발전시스템의 발전 효율 증대가 가능하다.
상기 이산화탄소 포집설비(350)는 발전기의 후단에 설치되어 상기 발전기(300)에서 발생되는 연소 배가스 중의 이산화탄소(CO2)를 포집한다. 상기 이산화탄소 포집설비(350)에 의하여 포집되는 연소 배가스 중의 이산화탄소는 90% 이상이 될 수 있다. 통상 연소 배가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 방법으로는 아민계열 화학 흡수제를 활용하는 방법, 고체 흡수제를 활용하는 방법 및 막(Membrane)을 활용하는 방법이 이용될 수 있으며, 특히 아민계열 화학 흡수제를 활용한 습식 이산화탄소 포집기술이 신뢰성 및 공정 안정성 측면에서 가장 널리 사용되고 있다.
만약 도 1에 도시된 바와 같이 상기 용융탄산염 연료전지(250)가 추가적으로 설치될 경우, 상기 이산화탄소 포집설비(350)를 통해 포집된 고순도 이산화탄소는 상기 플라즈마 가스화기(100)에 다시 투입되어 플라즈마 발전을 위한 연료로 재사용이 가능하다. 보다 구체적으로, 상기 이산화탄소 포집설비(350)를 통해 포집된 이산화탄소는 또 마이크로웨이브 플라즈마 발생기(260)에 투입되어 일산화탄소(CO)로 전환될 수 있다. 그리고 상기 일산화탄소는 상기 플라즈마 가스화기(100)로 공급되어 연료로 활용될 수 있다. 또는, 상기 일산화탄소가 리포머(270)에 투입되고, 상기 리포머(270)에 의해 메탄(CH4) 등으로 전환되어 상기 용융탄산염 연료전지(250)를 위한 연료로 사용이 가능하다. 또한, 상기 용융탄산염 연료전지(250)의 추가시 발생되는 수소 또한 상기 이산화탄소 포집설비(350)에서 포집된 후 상기 용융탄산염 연료전지(250)로 재투입이 가능하다.
한편, 상기 이산화탄소 포집설비(350)를 통해 포집된 이산화탄소 중 연료 전환이 제외된 이산화탄소는 탄산화 반응기(410, 420)에 투입되어 탄산화 반응을 거쳐 탄산소다, 중탄산소다, 차아염소산 나트륨 및 고순도 염산의 제조에 활용이 된다.
본 발명의 실시예에 따른 발전시스템은 이산화탄소 포집 저장 기술이 대규모 이산화탄소 저장소가 결정되지 못하여 단시일에 적용되기 어려운 상황에서 포집된 이산화탄소를 다시 마이크로웨이브 플라즈마 발전을 위한 연료로 사용할 수 있기 때문에 대규모 저장소의 고려없이 온실가스를 저감할 수 있을뿐만 아니라, 포집된 이산화탄소를 연료로 재활용할 수 있으므로 전체 이산화탄소 포집비용을 크게 낮출 수 있는 장점이 있다.
다음으로, 도 1 및 도 3을 참조하여 탄산화반응 및 고부가화합물 제조공정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
상기 탄산화반응기(410, 420)에서는 상기 이산화탄소 포집설비(350)에 의해 포집된 연소배가스 중의 이산화탄소로부터 탄산소다(Na2CO3) 및 중탄산소다(NaHCO3)를 생성한다. 보다 구체적으로, 상기 이산화탄소 포집설비(350)에 의해 포집된 이산화탄소 중 연료로 재사용되는 이산화탄소를 제외한 나머지 이산화탄소는 송풍기(블로어)(미도시)를 통해 연소배가스 투입라인(L6)을 거쳐 탄산화반응기(410, 420)로 투입된다. 여기서, 상기 탄산화반응기(410, 420)는 제 1 탄산화반응기(410) 및 제 2 탄산화반응기(420)를 포함한다.
상기 제 1 탄산화반응기(410)에서는 상기 연소배가스 투입라인(L6)을 통해 하부로 투입되는 이산화탄소를 포함하는 연소배가스가 상기 제 1 탄산화반응기(410) 상부의 가성소다 투입라인(L7)을 통해 투입되는 가성소다와 반응하여 탄산소다를 생성한다. 여기서, 상기 가성소다는 이후 설명될 전기분해 공정을 통하여 생산된다. 상기 탄산소다의 생성 반응은 다음의 반응식 1을 통해 이루어진다.
[반응식 1] CO2(g) + 2NaOH(l) → Na2CO3 + H2O (△H = -91.7 KJ/mole)
상기 제 2 탄산화반응기(420)에는 상기 제 1 탄산화반응기(410)에서 생성된 탄산소다 슬러리 중 일부가 슬러리 이송펌프(415)를 통해 유입된다. 또한, 상기 제 2 탄산화반응기(420)에는 또 다른 연소배가스 투입라인(L6)으로부터 이산화탄소를 포함하는 연소배가스가 투입된다. 따라서, 상기 제 1 탄산화반응기(410)에서 생성된 탄산소다 슬러리는 상기 제 2 탄산화반응기(420) 하부로 투입되는 연소배가스 중의 이산화탄소와 반응하여 중탄산소다를 생성한다. 상기 중탄산소다의 생성 반응은 다음의 반응식 2를 통해 이루어질 수 있다.
[반응식 2] Na2CO3 + CO2(g) + H2O → 2NaHCO3(l) (△H = -84.1 KJ/mole)
상기 제 1, 2 탄산화반응기(410, 420)에서의 반응은 pH를 조절하여 탄산소다 및 중탄산소다를 선별적으로 합성 가능하다. 즉, 상기 탄산소다의 제조를 위해서는 pH를 12 내지 12.5로 유지하여 반응시키고, 상기 중탄산소다의 제조를 위해서는 pH를 8.5 내지 9.0으로 유지하여 반응시킨 후 생성된 슬러리의 탈수 및 건조를 통하여 최종적으로 고부가 화합물을 제조한다. 이는 탄산소다-중탄산소다-물의 3상 상평형에 따라 해당 pH 영역에서 상기 탄산소다 및 중탄산소다의 생성량이 최대가 되기 때문이다.
상기의 반응에 따라 생성된 탄산소다 및 중탄산소다는 비누, 세제, 피혁 및 식품 첨가제 등의 다양한 산업분야에서 활용이 가능한 물질로써 부가가치가 높을 뿐만 아니라 상업적 잠재력이 큰 화합물이다.
상기 탄산화반응기(410, 420)에서 생성된 탄산소다 및 중탄산소다 혼합물 중의 일부는 믹서(450)로 이송되어 상기 믹서(450)에 투입된 염산과 반응시킴으로써 염화나트륨(NaCl) 수용액을 생성할 수 있다. 상기 염화나트륨 수용액의 생성 반응은 다음의 반응식 3을 통해 이루어진다.
[반응식 3] Na2CO3 + NaHCO3 + 3HCl + H2O → 3NaCl + 3H2O + 2CO2
그리고 상기 염화나트륨 수용액은 이후 전기분해 공정에 의한 수소, 염소 및 가성소다의 생성에 투입될 수 있다. 또한, 상기 반응식 3에 의하여 생성된 이산화탄소는 다시 이산화탄소 포집 설비(350)로 이송되어 연료로 재활용되거나 탄산화 반응기에 투입될 수 있다.
이하에서는 도 1 및 도 4를 참조하여 전기분해 공정에 대하여 설명하도록 한다.
상기 전기분해 장치(500)에서는 상기 믹서(450)에서 생성된 염화나트륨 수용액을 전기 분해시켜 수소, 염소 및 가성소다를 생산한다. 상기 전기분해 공정은 다음의 반응식 4에 의한 클로르 알칼리(Chlor-Alkali) 공정에 따라 이루어진다.
[반응식 4] 2H2O + 2e- → H2(g) + 2OH- 환원전극(음극) 반응
2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e- 산화전극(양극) 반응
전체반응 : 2NaCl + 2H2O → Cl2(g) + H2(g) + 2NaOH
상기 전기분해 장치(500)의 양극(anode)(510)에는 염화나트륨 투입라인(L10)을 통해 상기 믹서(450)에서 생성된 염화나트륨 수용액이 투입된다. 그리고 상기 양극(510)에서 생성된 염소 이온(Cl-)은 염소 가스(Cl2)로 산화된 후 염소 가스 배출라인(L11)을 통해 외부로 배출된다. 상기 양극(510)에서 생성된 염소가스는 염소가스 단독 혹은 수소와의 반응을 통해 고순도 염산을 생산하거나 가성소다와 반응하여 차아염소산나트륨을 생산하는데 활용된다.
상기 전기분해 장치(500)의 음극(cathode)(520)에서는 물 공급 라인(L12)을 통해 전기분해를 위한 물(H2O)이 공급된다. 상기 음극(520)으로 공급된 물 분자는 환원되어 수산화이온(OH-)이 되며, 수산화이온은 염화나트륨 수용액 중의 나트륨이온(Na+)과 만나 가성소다(NaOH)를 생성한다. 상기 가성소다는 가성소다 배출라인(L13)을 통해 외부로 배출된 후 상기 제 1 탄산화 반응기(410)의 가성소다 투입라인(L7)으로 이송된다. 또한, 상기 음극(520)에서 생성된 수소가스(H2)는 수소가스 배출라인(L14)을 통해 외부로 배출되며, 상기 양극(510)에서 생성된 염소 가스와 반응하여 염산을 생성하는데 활용된다.
한편, 상기 전기분해 장치(500)의 양극(510) 및 음극(520) 사이에는 분리막(530)이 설치될 수 있다. 상기 분리막(530)은 상기 전기분해 공정 중 음극(520)에서 생성되는 수소기체와 수산화물이 상기 양극(510)에서 생성되는 염소기체와 다시 섞여 반응하는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 분리막(530)의 재질은 불소계 및 하이드로카본계 또는 그 등가물로 이루어질 수 있다.
상기 화합물 제조부(610, 620)는 차아염소산나트륨 제조부(610) 및 염산 제조부(620)를 포함하며, 상기 전기분해 장치(500)에서 생성된 염소, 수소 및 가성소다를 반응시켜 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 염산(HCl)을 제조한다. 상기 차아염소산나트륨 제조부(610)에서는 상기 양극(510)에서 배출된 염소와 상기 음극(520)에서 배출된 가성소다가 투입되어 차아염소산나트륨이 생성된다. 또한, 상기 염산 제조부(620)에서는 상기 양극(510)에서 배출된 염소와 상기 음극(520)에서 배출된 수소가 반응하여 염산이 생성된다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 플라즈마 가스화기, 이산화탄소 포집공정, 고부가화합물 제조공정 및 전기분해 공정이 연계되어 이산화탄소 배출이 전혀 없는 친환경 고효율 발전시스템을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 발전시스템은 마이크로웨이브 플라즈마 발전을 위한 연료로 석탄뿐만 아니라 저가의 바이오매스, 폐기물 등을 활용할 수 있으므로 발전 단가가 크게 감소되어 경제성이 매우 뛰어나다. 또한, 플라즈마 가스화기의 설비가 소규모로 적용 가능하므로 수 MW~ 수십 MW 규모의 소규모 분산형 전원에 적합하다는 장점이 있다.
더불어, 플라즈마 가스화기에 의해 발생되는 이산화탄소를 포집하여 마이크로웨이브 플라즈마를 활용하여 고부가 연료로 사용 가능한 일산화탄소 혹은 메탄으로 전환 가능하다. 또는 포집된 이산화탄소를 탄산화 반응 및 전기분해와 연계시켜 고부가 화합물을 제조할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 발전시스템은 연소 중에 발생되는 이산화탄소를 100% 활용이 가능하므로 매우 친환경적일 뿐만 아니라, 이산화탄소를 활용하여 고부가 화합물을 생산함으로써 추가적인 부가 수익을 얻을 수 있어 경제성이 매우 높다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 발전시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 플라즈마 가스화기 210, 220; 전처리부
250; 연료전지 260; 마이크로웨이브 플라즈마 발생기
270; 리포머 300; 발전기
350; 이산화탄소 포집 설비 410, 420; 탄산화 반응기
450; 믹서 500; 전기분해 장치
610, 620; 화합물 제조부

Claims (14)

  1. 연료를 연소시켜 고온의 합성가스를 생성하는 플라즈마 가스화기;
    상기 합성가스를 연소시켜 전력을 생산하는 발전기;
    상기 발전기에서 발생된 연소 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 포집하는 이산화탄소 포집설비;
    상기 이산화탄소 포집설비로부터 공급된 이산화탄소에 가성소다(NaOH) 수용액을 반응시켜 탄산소다(Na2CO3)를 생성하는 제 1 탄산화 반응기;
    상기 이산화탄소 포집설비로부터 공급된 이산화탄소와 상기 제 1 탄산화 반응기에서 생성된 탄산소다의 일부를 반응시켜 중탄산소다(NaHCO3)를 생성하는 제 2 탄산화 반응기;
    상기 제 1 탄산화 반응기 및 제 2 탄산화 반응기로부터 생성된 탄산소다 및 중탄산소다 중 일부에 염산(HCl)을 투입시켜 염화나트륨(NaCl) 수용액을 생성하는 믹서;
    상기 믹서로부터 생성된 염화나트륨과 물이 투입되고 이를 전기분해하여 염소 가스(Cl2), 수소 가스(H2) 및 가성소다 수용액을 생성하는 전기분해 장치; 및
    상기 염소 가스와 가성소다 수용액을 반응시켜 차아염소산나트륨(NaOCl)을 제조하고, 염소 가스와 수소 가스를 반응시켜 염산을 제조하는 화합물 제조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스화기는 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스화기에는 연료로써 화석연료, 바이오매스, 폐기물이 투입되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스화기와 발전기 사이에는 전처리부가 더 포함됨으로써 상기 플라즈마 가스화기에서 발생된 고온의 합성가스가 발전기에 투입되기 전 정제되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 가스화기와 발전기 사이에는 용융탄산염 연료전지가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 포집설비 후단에는 마이크로웨이브 플라즈마 발생기 및 리포머가 더 포함되며,
    상기 이산화탄소 포집설비를 통해 포집된 이산화탄소 중 일부는 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 통해 일산화탄소로 전환되고, 전환된 상기 일산화탄소는 상기 리포머를 통과하여 메탄으로 전환됨으로써 상기 용융탄산염 연료전지의 연료로 재투입되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 포집설비 후단에는 마이크로웨이브 플라즈마 발생기가 더 포함되며,
    상기 이산화탄소 포집설비를 통해 포집된 이산화탄소 중 일부는 상기 마이크로웨이브 플라즈마 발생기를 통해 일산화탄소로 전환되어 상기 플라즈마 가스화기의 연료로 활용되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탄산화 반응기에 투입되는 가성소다 수용액은 상기 전기분해 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탄산화 반응기는 pH 12 내지 pH 12.5로 유지되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 탄산화 반응기는 pH 8.5 내지 pH 9.0으로 유지되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서로 투입되는 염산은 상기 전기분해 장치로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기분해는 클로르 알칼리(Chlor-Alkali) 공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기분해 장치는 양극 및 음극을 포함하고,
    상기 양극에는 염화나트륨 수용액이 투입되고 염소 가스가 생성되며,
    상기 음극에는 물이 투입되고 가성소다 및 수소 가스가 생성되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 양극 및 음극의 사이에는 분리막이 설치되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
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