WO2014014192A1 - 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기 - Google Patents

순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a pure oxygen combustion-reforming integrated reactor, and more particularly, to a pure oxygen combustion-carbon dioxide catalytic conversion reforming integrated reactor which increases efficiency by supplying it to a reformer by using a heat source generated in a pure oxygen burner. .
  • the oxy-fuel combustion technology removes about 79% of the nitrogen in the air from the conventional air combustion system, which is injected into the combustor without removing nitrogen and other components from the air, and then burns the oxy-fuel instead of the conventional combustion air.
  • Combustion technology to facilitate the capture of carbon dioxide.
  • the oxidant is burned using high concentration oxygen of 95% or more purity instead of air to generate heat.
  • Most of the exhaust gas generated through pure oxygen combustion is composed of carbon dioxide and water vapor, and about 70-80% of the generated exhaust gas is recycled back to the combustion chamber to finally concentrate the carbon dioxide concentration of the exhaust gas to 80% or more.
  • water vapor is condensed among the main components of the exhaust gas, almost the entire amount of carbon dioxide can be recovered, and the recovered carbon dioxide is stored to realize no emission of carbon dioxide and air pollutants.
  • a reformer is a device that generates hydrogen from fossil fuels (natural gas, methanol, etc.) and refers to a device that generates hydrogen used in fuel cells.
  • Carbon dioxide dry reforming (Dry-Reforming) and triple reforming (Tri-reforming) which is a typical reforming reaction, is an endothermic reaction.
  • a reforming reaction is performed by supplying heat by an external burner. There is a problem that must supply a separate heat source.
  • an object of the present invention is to integrate the reformer on the outer wall of the oxy-fuel burner, and the heat generated from the oxy-fuel burner is transferred to the reformer is a single unit of the oxy-fuel burner It can lower the flame temperature and reduce the amount of water vapor introduced compared to the conventional oxy-fuel burner, and by supplying the heat source to the reformer where the exothermic reaction takes place, the conversion of oxy-fuel-carbon dioxide catalyst that does not require a separate heat source supply It is to provide a reforming integrated reactor.
  • the present invention generates power by receiving methane (CH 4 ), oxygen (O 2 ), and water vapor (H 2 O), and generating water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ).
  • the reformer is characterized in that the carbon dioxide generated after combustion in the oxy-combustion is circulated inflow.
  • the reformer is characterized in that the dry reforming (Dry-Reforming).
  • the reformer is characterized in that the tri-reforming (Tri-Reforming).
  • the reformer is characterized in that the cylindrical disposed on the outer wall of the oxy-combustion.
  • the heat exchange fin for heat exchange is disposed on the reformer side.
  • the oxy-fuel burner side and the reformer side is characterized in that the heat exchange fins for heat exchange are respectively disposed.
  • the oxyfuel-to-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor According to the oxyfuel-to-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor according to the present invention, it can be driven with only a small amount of water vapor compared to the conventional oxyfuel, which can reduce heat for generating water and power consumption of the pump for driving. There is an effect of increasing the overall system efficiency.
  • the single flame temperature can be lowered to prevent damage to the outer wall of the oxy-fuel burner, thereby increasing the durability.
  • Figure 1 shows the main components of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming integrated reactor according to the present invention, showing the flow when the reformer performs a dry-reforming.
  • Figure 2 shows the main components of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming integrated reactor according to the present invention, showing the flow when the reformer performs a tri-reforming.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a pure oxygen combustion-carbon dioxide catalytic conversion reforming integrated reactor according to the present invention, which is a cross-sectional view showing a shape in which a reformer is cylindrically installed on the outer wall of the pure oxygen combustion device.
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor according to the present invention showing that the heat exchange fins are installed to facilitate the heat exchange.
  • Figure 5 shows a cross-sectional view of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming integrated reactor according to the present invention showing that the heat exchange fins are respectively installed in the oxy-fuel and reformer.
  • Figure 1 shows the main components of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming integrated reactor according to the present invention, showing the flow when the reformer performs a dry-reforming.
  • the integrated reactor 100 was configured by integrating the reformer 20 on the outer wall of the oxy-fuel burner (10).
  • the reformer 20 was integrated into the outer wall of the cylindrical oxy-fuel burner 10 and manufactured. Through this, the heat generated from the oxy-fuel burner 10 is transferred to the reformer, thereby lowering the adiabatic flame temperature of the oxy-fuel burner 10, thereby reducing the amount of water vapor introduced into the conventional oxy-fuel burner to generate water vapor. Heat and pump power consumption can be reduced.
  • the reaction is an exothermic reaction in which methane gas and oxygen react to generate carbon dioxide and water vapor after power generation.
  • Equation (2) a dry reforming reaction such as Equation (2) occurs.
  • the dry reforming reaction is a reaction of generating 2 mol of carbon monoxide and 2 mol of hydrogen after reforming by receiving 1 mol of methane and 1 mol of carbon dioxide. As shown in Equation (2), the dry reforming reaction is 930K. The reaction proceeds actively at the above high temperature. Therefore, in the conventional reformer, a reforming reaction was required by attaching a separate device for supplying heat by an external burner.
  • the present invention transfers the heat generated from the oxy-fuel burner 10 to the reformer 20 so that the reforming reaction can occur smoothly without a separate heat source supply.
  • Equation (1) the oxy-fuel burner 10 can be seen that a significant amount of heat is generated during combustion. This heat damages the outer wall of the oxy-fuel burner 10. In the past, a large amount of water vapor was introduced to prevent damage to the outer wall. Such a method requires not only a heat source for generating water vapor but also a pump for driving water vapor, resulting in a complicated overall system configuration and a lower system efficiency.
  • the amount of water vapor introduced into the oxy-fuel burner 10 can be reduced, and the oxy-oxygen burner is prevented by damaging the outer wall.
  • the life of (10) can be increased.
  • the carbon dioxide generated after the combustion reaction in the oxy-fuel burner 10 may be stored in the ground or the seabed, it may be used for the purpose of generating carbon monoxide and hydrogen by recycling to the reformer 20. Recycling to the reformer 20 can also achieve the effect of increasing the efficiency of the overall system.
  • FIG 2 shows a flow in the case where the reformer 20 performs a tri-reforming reaction.
  • the triple reforming reaction is supplied with 4 moles of methane, 2.5 moles of oxygen, 1 mole of carbon dioxide, and 1 mole of steam, and after the reforming reaction, 4 moles of carbon monoxide, 1 mole of carbon dioxide, 2 moles of steam, and 7 moles of hydrogen are produced. Says a reaction.
  • Performing the triple reforming reaction has the following advantages over the dry reforming reaction.
  • Fourth, the effect of inhibiting carbon deposition is stronger than that of each reforming reaction alone.
  • the reaction in the reformer 20 is more preferably triple reforming than dry reforming.
  • carbon dioxide generated after the combustion reaction in the oxy-fuel burner 10 may be used by recycling.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor 100 according to the present invention, a cross-sectional view showing the reformer 20 is cylindrically installed on the outer wall of the cylindrical oxy-fuel 10.
  • the reformer 20 may be configured in various forms, and any form may be used as long as it can exchange heat well with the oxy-fuel burner 10.
  • a structure having a maximum contact area is preferable.
  • a cylindrical reformer 20 surrounding the cylindrical oxy-fuel burner 10 is disposed. It was. By passing the heat generated in the oxy-fuel burner 20 to the reformer 20 is shown to solve the heat source necessary for the reforming reaction.
  • FIG 4 is a cross-sectional view of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor 100 according to the present invention shows an embodiment in which the heat exchange fins 30 are installed to facilitate heat exchange.
  • the heat exchange fin 30 may be installed only on the reformer 20 side, or may be installed to penetrate between the oxy-fuel burner 10 and the reformer 20.
  • the combustion heat from the oxy-fuel burner 10 may be more efficiently transmitted to the reformer 20.
  • the purpose of the integrated reactor 100 is to manufacture the transfer to the reformer 20, the heat generated in the oxy-fuel burner (10) effectively, by attaching a heat exchange fin (30) to achieve this purpose more efficiently I could do it.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the oxy-fuel-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor 100 according to the present invention showing that the heat exchange fins 30 are installed in the oxy-fuel burner 10 and the reformer 20, respectively.
  • the oxyfuel-to-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor According to the oxyfuel-to-carbon dioxide catalytic conversion reforming reactor according to the present invention, it can be driven with only a small amount of water vapor compared to the conventional oxyfuel, which can reduce heat for generating water and power consumption of the pump for driving. There is an effect of increasing the overall system efficiency.
  • the single flame temperature can be lowered to prevent damage to the outer wall of the oxy-fuel burner, thereby increasing the durability.

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Description

순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기
본 발명은 순산소연소-개질 통합반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 순산소연소기에서 생성되는 열원을 이용하여 이를 개질기에 공급하여 효율을 증대시키는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기에 관한 것이다.
순산소 연소기술은 공기 중의 질소 및 다른 성분을 제거하지 않고 연소기에 주입되는 기존의 공기연소 방식에서 공기 중에 약 79%를 점하는 질소분을 제거한 순산소를 기존의 연소용 공기 대신 주입하여 연소시킨 후 이산화탄소의 포집을 쉽게 하는 연소기술이다. 순산소 연소를 채택하여 이산화탄소를 회수하는 기술에서는 산화제를 공기 대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 연소시켜 열을 발생시킨다. 순산소 연소를 통해서 발생하는 배기가스의 대부분은 이산화탄소와 수증기로 구성되어 있으며, 발생되는 배기가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 최종적으로 배기가스의 이산화탄소 농도를 80% 이상으로 농축시킬 수 있다. 배출되는 배기가스의 주성분 가운데 수증기를 응축시킬 경우, 거의 전량의 이산화탄소를 회수할 수 있으며, 회수된 이산화탄소를 저장시켜서 이산화탄소와 대기오염물질의 무 배출을 구현하는 기술이다.
종래의 순산소연소기(Oxy-Fuel Combustor)는 단일화염온도가 높아 연소기 외벽의 손상을 가져오므로 연소 온도를 감소시키기 위하여 수증기(Steam)를 유입시켰다. 이 경우 수증기를 생성시키기 위한 열원이 있어야 할 뿐만 아니라 수증기를 구동시키기 위한 별도의 펌프일(Pump Work)도 소모되는 문제점이 있다.
개질기는 화석연료(천연가스, 메탄올 등)로부터 수소를 발생시키는 장치로 연료전지에 사용되는 수소를 생성시키는 장치를 말한다. 대표적인 개질반응인 이산화탄소 드라이 개질반응(Dry-Reforming)과 삼중 개질반응(Tri-reforming)은 흡열반응으로 종래기술에서는 외부버너에 의해서 열을 공급하여 개질반응이 일어나도록 하였는바, 원활한 개질반응을 위해서는 별도의 열원을 공급해주어야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 순산소연소기의 외벽에 개질기를 통합하여 제작하고, 순산소연소기에서 생성되는 열이 개질기로 전달되어 순산소연소기의 단일화염온도를 낮춰줄 수 있어 기존의 순산소연소기에 비하여 유입되는 수증기의 양을 감소시킬 수 있으며, 발열반응이 일어나는 개질기에 열원을 공급시켜줌으로써 별도의 열원공급이 필요치 않은 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합 반응기를 제공하는 것이다.
또한, 순산소연소기에서 발전 후 최종적으로 생성되는 이산화탄소를 개질기로 재순환시켜 전체 시스템 효율을 증가시키는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 메탄(CH4)과 산소(O2)및 수증기(H2O)를 공급받아 동력을 발생시키고, 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)를 생성하는 순산소연소기, 및 상기 순산소연소기의 외벽에 배치되는 개질기를 포함하고, 상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 발생하는 열원을 이용하여 흡열반응인 개질반응을 수행하고, 상기 순산소연소기에서 생성되는 열을 상기 개질기로 전달시켜 단열화염온도를 낮추어 상기 순산소연소기의 외벽을 보호하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기를 제공한다.
또한, 상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 연소 후 생성되는 이산화탄소가 순환되어 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개질기는 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개질기는 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개질기는 상기 순산소연소기의 외벽에 원통형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 순산소연소기측과 상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합 반응기에 따르면 기존의 순산소연소기에 비해서 적은 양의 수증기만으로도 구동될 수 있어 수증기를 생성시키기 위한 열 및 구동시키기 위한 펌프의 소모동력을 감소시킬 수 있어 전체 시스템 효율을 상승시키는 효과가 있다.
또한, 단일화염온도를 낮출 수 있어 순산소연소기의 외벽 손상을 방지할 수 있어, 내구성이 증대되는 효과가 있다.
또한, 종래의 개질기의 경우 외부 열원 공급이 필요하였으나, 순산소연소기에서 발생되는 열을 이용할 수 있는바 시스템구조가 간단해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 주요 구성부분을 나타내는 것으로, 개질기가 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 주요 구성부분을 나타내는 것으로, 개질기가 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 단면도를 나타내는 것으로 순산소연소기의 외벽에 개질기가 원통형으로 설치된 형태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 단면도로 열교환을 원활히 하기 위해 열교환핀을 설치한 것을 나타내는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 단면도를 나타내는 것으로 순산소연소기와 개질기에 각각 열교환핀을 설치한 것을 나타내는 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기의 주요 구성부분을 나타내는 것으로, 개질기가 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.
도 1을 참조하면, 통합 반응기(100)는 순산연소기(10)의 외벽에 개질기(20)를 통합하여 구성하였다.
종래의 순산소연소기는 단일화염온도가 높아 연소기의 외벽손상을 가져오므로 이를 막기 위해서 수증기를 유입시켜 연소 온도를 낮추는 형태로 반응을 진행시켰다. 이 경우 수증기를 생성시키기 위한 열원이 있어야 할 뿐만 아니라 수증기를 구동시키기 위한 별도의 펌프 동력이 필요하게 되어 시스템 구성이 복잡해지고, 전체적인 시스템 효율이 떨어졌다. 또한, 개질기에서의 반응은 흡열반응으로 원활한 동작을 위해서는 외부에서 열원을 공급하여야 하는 문제가 있었다.
이에 본 발명에서는 원통형의 순산소연소기(10)의 외벽에 개질기(20)를 통합하여 제작하였다. 이를 통해서 순산소연소기(10)에서 생성되는 열이 개질기로 전달되어 순산소연소기(10)의 단열화염온도를 낮춰줄 수 있어 기존의 순산소연소기에 비해서 유입되는 수증기의 양이 줄어들어 수증기를 생성시키기 위한 열 및 펌프의 소모동력을 감소시킬 수 있다.
일반적으로 순산소연소기(10)에서는 식(1)과 같은 반응식으로 반응이 일어난다.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O △H0 = -880 kJ/mol …………………… 식 (1)
상기 반응은 발열반응으로 메탄가스와 산소가 반응하여 발전을 한 후에 최종적으로 이산화탄소와 수증기를 배출하는 반응이다.
도 1에 도시된 개질기(20)에서는 식(2)와 같은 드라이 개질반응(Dry-Reforming)이 일어난다.
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 △H0 = 247.3 kJ/mol …………………… 식 (2)
드라이 개질반응은 1몰의 메탄과 1몰의 이산화탄소를 공급받아서 개질반응 후에 2몰의 일산화탄소와 2몰의 수소를 생성하는 반응을 말하는데, 상기 식(2)에서도 볼 수 있듯이 상당한 흡열반응이기 때문에 930K 이상의 고온에서 반응이 활발히 진행된다. 따라서 종래의 개질기에서는 외부 버너에 의해서 열을 공급해주는 별도의 장치를 달아서 개질반응을 진행시켜야 했다.
이에 본 발명은 순산소연소기(10)에서 생성되는 열을 개질기(20)에 전달하여 별도의 열원 공급 없이도 개질반응이 원활히 일어날 수 있도록 하였다.
순산소연소기(10)는 식(1)에서 나타났듯이 연소시에 상당량의 열이 발생됨을 알 수 있다. 이 열로 인해서 순산소연소기(10)의 외벽이 손상되는바, 종래에는 많은 양의 수증기를 투입하여 외벽의 손상을 막는 방법을 취해왔다. 이와 같은 방법은 수증기를 생성하기 위한 열원 뿐만 아니라 수증기를 구동시키기 위한 펌프도 필요하게 되어 전체 시스템 구성이 복잡해지고, 시스템 효율이 낮아지는 결과를 초래하였다.
따라서, 순산소연소기(10)에서 연소 반응시 발생하는 열을 개질기(20)로 전달시킴으로써 순산소연소기(10) 내부로 투입되는 수증기의 양을 감소시킬 수 있으며, 외벽의 손상을 막아서 순산소연소기(10)의 수명을 증대시킬 수 있다.
또한, 순산소연소기(10)에서 연소 반응 후 생성되는 이산화탄소는 지중 또는 해저에 저장할 수도 있지만, 개질기(20)로 재순환시켜서 일산화탄소와 수소를 생성하는 용도로 사용할 수도 있다. 개질기(20)로 재순환시키면 전체 시스템의 효율을 증대되는 효과도 얻을 수 있다.
도 2는 개질기(20)가 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 경우의 흐름을 나타내는 것이다.
삼중 개질반응은 식(3)과 같은 반응식을 나타낸다.
4CH4 + 2.5O2 + CO2 + H2O → 4CO + CO2 + 2H2O + 7H2 …………… 식 (3)
삼중 개질반응은 4몰의 메탄과 2.5몰의 산소와 1몰의 이산화탄소와 1몰의 수증기를 공급받아서 개질반응 후에 4몰의 일산화탄소와 1몰의 이산화탄소와 2몰의 수증기와 7몰의 수소를 생성하는 반응을 말한다.
삼중 개질반응을 수행하게 되면 드라이 개질반응에 비해서 다음과 같은 장점을 가진다. 첫째로 더 높은 메탄 전환율을 달성할 수 있고, 둘째로 유입가스의 CO2/H2O/O2조성에 따라 H2/CO비율을 1~3까지 조정할 수 있다. 셋째로 부분 산화반응이 발열반응을 나타내기 때문에 온도 유지가 용이하다. 넷째는 각각의 개질 반응을 단독으로 수행할 때 보다 탄소 침적의 억제 효과가 강하다는 점이다.
상기와 같은 장점들로 인해서 개질기(20)에서의 반응은 드라이 개질반응보다는 삼중 개질반응이 더 권장된다.
삼중 개질반응에서도 드라이 개질반응에서와 같이 순산소연소기(10)에서 연소 반응 후 생성되는 이산화탄소 재순환시켜서 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기(100)의 단면도로 원통형의 순산소연소기(10)의 외벽에 개질기(20)가 원통형으로 설치된 형태를 나타내는 단면도이다.
개질기(20)의 형태는 다양한 형태로 구성할 수 있는데, 순산소연소기(10)와 열교환을 잘 할 수 있는 형태라면 어떠한 형태라도 무관하다. 순산소연소기(10)와 열교환을 잘 할 수 있도록 하기 위해서 접촉면적을 최대로 하는 형태의 구조가 바람직하며, 도 3에서는 원통형의 순산소연소기(10)를 둘러싸는 원통형의 개질기(20)를 배치하였다. 순산소연소기(20)에서 발생된 열을 개질기(20)로 전달시켜줌으로써 개질반응에 필요한 열원을 해결한 것을 도시적으로 표현해 주고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기(100)의 단면도로 열교환을 원활히 하기 위해 열교환핀(30)을 설치한 실시예를 보여주고 있다. 상기 열교환핀(30)은 개질기(20)쪽에만 설치할 수도 있고, 순산소연소기(10)와 개질기(20) 사이를 관통하여 설치될 수도 있다.
열교환핀(30)의 설치로 순산소연소기(10)에서 연소열이 좀 더 효율적으로 개질기(20)로 전달될 수 있다.
본 통합반응기(100)의 목적은 순산소연소기(10)에서 생성되는 열을 개질기(20)로 효과적으로 전달하기 위하여 제작된 것인바, 열교환핀(30)을 달아서 이와 같은 목적을 좀 더 효율적으로 달성할 수 있도록 하였다.
도 5는 본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기(100)의 단면도를 나타내는 것으로 순산소연소기(10)와 개질기(20)에 각각 열교환핀(30)을 설치한 것을 나타내는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합 반응기에 따르면 기존의 순산소연소기에 비해서 적은 양의 수증기만으로도 구동될 수 있어 수증기를 생성시키기 위한 열 및 구동시키기 위한 펌프의 소모동력을 감소시킬 수 있어 전체 시스템 효율을 상승시키는 효과가 있다.
또한, 단일화염온도를 낮출 수 있어 순산소연소기의 외벽 손상을 방지할 수 있어, 내구성이 증대되는 효과가 있다.
또한, 종래의 개질기의 경우 외부 열원 공급이 필요하였으나, 순산소연소기에서 발생되는 열을 이용할 수 있는바 시스템구조가 간단해지는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 메탄(CH4)과 산소(O2)및 수증기(H2O)를 공급받아 동력을 발생시키고, 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)를 생성하는 순산소연소기; 및
    상기 순산소연소기의 외벽에 배치되는 개질기를 포함하고,
    상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 발생하는 열원을 이용하여 흡열반응인 개질반응을 수행하고, 상기 순산소연소기에서 생성되는 열을 상기 개질기로 전달시켜 단열화염온도를 낮추어 상기 순산소연소기의 외벽을 보호하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.
  2. 제 1 항에서,
    상기 개질기는 상기 순산소연소기에서 연소 후 생성되는 이산화탄소가 순환되어 유입되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.
  3. 제 1 항에서,
    상기 개질기는 드라이 개질반응(Dry-Reforming)을 하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.
  4. 제 1 항에서,
    상기 개질기는 삼중 개질반응(Tri-Reforming)을 하는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에서,
    상기 개질기는 상기 순산소연소기의 외벽에 원통형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에서,
    상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 배치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에서,
    상기 순산소연소기측과 상기 개질기측에는 열교환을 위한 열교환핀이 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 순산소연소-이산화탄소 촉매 전환 개질 통합반응기.
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