KR102118313B1 - Energy independence system using pure oxygen combustion power generation and new renewable energy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저등급연료를 공급하는 연료공급부, 상기 연료공급부를 통해 공급된 저등급연료를 에너지원으로 열분해하여 발전하는 저등급연료발전부, 신재생에너지를 통해 전기를 생산하는 신재생에너지부, 상기 신재생에너지부를 통해 생산된 전기를 수전해에 이용하여 수소와 산소로 분리하는 수전해부, 상기 저등급연료발전부의 발전 시 상기 수전해부 또는 외부로부터 순수한 산소를 공급하여 오염배출원을 감소시키도록 구비된 순산소공급부, 상기 저등급연료발전부를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 상기 수전해부를 통해 분리된 수소와 결합시켜 메탄을 생산하도록 메탄화하는 메탄화부 및 상기 메탄화부를 통해 생산된 메탄을 포집하여 저장하거나 외부로 수송하는 메탄처리부를 포함한다.The present invention relates to an energy self-reliance system using pure oxygen combustion power generation and renewable energy, and more specifically, a fuel supply unit that supplies low-grade fuel, and thermally decomposes low-grade fuel supplied through the fuel supply unit into an energy source. The low-grade fuel power generation unit, a new and renewable energy unit that produces electricity through new and renewable energy, and a water and electricity dissociation unit that separates hydrogen and oxygen into electricity using the electricity generated through the new and renewable energy unit, and the low-grade fuel power generation. When generating electricity, the pure oxygen supply unit provided to reduce the pollutant emission source by supplying pure oxygen from the faucet dissection or the outside, combines carbon monoxide or carbon dioxide produced through the low-grade fuel generation unit with hydrogen separated through the faucet dissection. It includes a methanation unit to methanize to produce methane and a methane processing unit to collect and store or transport the methane produced through the methanation unit to the outside.
Description
본 발명은 에너지자립시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 순산소연소발전을 기저발전으로 하고 신재생에너지를 추가함으로써, 에너지를 자체적으로 수급하여 에너지 자립도를 향상시킬 수 있는 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy self-reliance system, and more specifically, by using pure oxygen combustion power as a base power generation and adding new and renewable energy, it can supply and receive energy itself to improve energy independence. It relates to an energy self-reliance system using renewable energy.
전 세계적으로 온실가스 감축을 위한 재생에너지 보급이 확대되고 있으며, 최근 우리나라도 2030까지 국내 신재생에너지 발전 비중을 20%까지 높이는 것을 목표로 한 “재생에너지 2030”이행 계획을 발표하였다. The supply of renewable energy to reduce greenhouse gas is increasing worldwide, and recently Korea also announced a plan to implement “Renewable Energy 2030” aiming to increase the share of domestic renewable energy generation to 20% by 2030.
그러나, 전기는 다른 에너지원과 달리 저장이 어렵기 때문에 생산과 동시에 소비가 이루어져야 하지만 재생에너지가 가지고 있는 출력 변동성으로 인해 재생에너지원에 의해 생산된 전기를 효율적으로 이용하기 위한 수요와 공급의 균형 확보를 위한 수단이 필요하다.However, since electricity is difficult to store unlike other energy sources, it must be consumed at the same time as production, but due to the output variability of renewable energy, securing the balance between supply and demand for efficient use of electricity produced by renewable energy sources You need a means for
따라서, 이를 대체하기 위한 수단으로 현재 온실가스의 메탄화에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있는 실정이다. 이러한 메탄의 대부분은 화석연료에 기반한 천연가스로부터 얻어지고 있는데 화석연료의 유한성과 기후 변화 등의 문제에 대응하기 위해서 단순히 자원을 소비하는 차원에서 지속가능한 메탄 공급 방법에 대한 논의가 활발하다. 특히, 메탄을 연소할 때 발생하는 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포함하는 산화탄소로부터 메탄을 생산하기 위한 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.Therefore, as a means to replace it, research on the methanization of greenhouse gases is currently being actively conducted. Most of these methane are obtained from fossil fuel-based natural gas, and discussions about sustainable methane supply methods are actively conducted in order to simply consume resources to cope with problems such as finite nature of fossil fuels and climate change. In particular, many studies have been conducted on a method for producing methane from carbon monoxide containing carbon monoxide or carbon dioxide generated when methane is burned.
메탄 생산은 혼합 탱크 반응기 등에서 진행되는 70℃ 이하의 저온반응과 촉매를 이용한 고정층 반응기에서 진행되는 250℃ 이상의 반응으로 나눌 수 있다. 저온반응은 반응 수율이 낮고 반응속도가 낮아, 촉매를 이용한 고정층 반응기에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 촉매를 이용한 메탄화 반응은 일산화탄소를 이용한 반응과 이산화탄소를 이용한 반응으로 나눌 수 있으며, 각각의 반응식은 하기와 같다.Methane production can be divided into a low temperature reaction of 70° C. or lower in a mixed tank reactor and a reaction of 250° C. or higher in a fixed bed reactor using a catalyst. Low-temperature reactions have low reaction yields and low reaction rates, and research on fixed-bed reactors using catalysts is mainly conducted. The methanation reaction using a catalyst can be divided into a reaction using carbon monoxide and a reaction using carbon dioxide, and each reaction formula is as follows.
CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O(g) -206kJ/mol (at 298K)CO + 3H 2 ↔ CH 4 + H 2 O(g) -206kJ/mol (at 298K)
CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O(g) -164kJ/mol (at 298K)CO 2 + 4H 2 ↔ CH 4 + 2H 2 O(g) -164kJ/mol (at 298K)
상기 반응은 모두 발열반응으로서 공통적으로 물이 생성된다. 촉매를 이용하여 상기 반응을 진행할 경우 400℃ 내지 500℃의 고온에서 진행되는 경우가 많고 반응이 빠르게 진행되나, 생성되는 반응열에 의해서 전환율이 떨어지는 문제가 있다.All of the above reactions are exothermic reactions, and water is commonly produced. When the reaction is carried out using a catalyst, it is often carried out at a high temperature of 400°C to 500°C, and the reaction proceeds rapidly, but there is a problem that the conversion rate is lowered due to the generated reaction heat.
또한, 실제 국내에서는 온실가스 감축을 위한 에너지자립섬 조성사업이 시행되었으나 이를 완료한 도서지역은 실제 디젤발전 등과 같은 수단에 의존하므로 에너지 자립도가 미흡한 실정이다.In addition, although an energy independent island creation project was implemented in Korea to reduce greenhouse gases, the island area that completed this is not enough for energy independence because it relies on measures such as diesel power generation.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 순산소연소발전을 기저발전으로 하고 신재생에너지를 추가함으로써, 순산소연소발전에서 발생되는 일산화탄소 또는 이산화탄소를 신재생에너지를 통해 수분해하여 발생되는 수소와 결합시켜 메탄을 생산함으로써, 에너지를 자체적으로 수급하여 에너지 자립도를 향상시킬 수 있는 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to combine methane or hydrogen produced by hydrolysis of carbon monoxide or carbon dioxide generated from pure oxygen combustion power through renewable energy by adding pure renewable energy as base power and adding new renewable energy. Providing an energy self-reliance system using pure oxygen-fired power generation and renewable energy that can improve energy independence by supplying energy by itself.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템은 저등급연료를 공급하는 연료공급부, 상기 연료공급부를 통해 공급된 저등급연료를 에너지원으로 열분해하여 발전하는 저등급연료발전부, 신재생에너지를 통해 전기를 생산하는 신재생에너지부, 상기 신재생에너지부를 통해 생산된 전기를 수전해에 이용하여 수소와 산소로 분리하는 수전해부, 상기 저등급연료발전부의 발전 시 상기 수전해부 또는 외부로부터 순수한 산소를 공급하여 오염배출원을 감소시키도록 구비된 순산소공급부, 상기 저등급연료발전부를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 상기 수전해부를 통해 분리된 수소와 결합시켜 메탄을 생산하도록 메탄화하는 메탄화부 및 상기 메탄화부를 통해 생산된 메탄을 포집하여 저장하거나 외부로 수송하는 메탄처리부를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the energy independence system using pure oxygen combustion power generation and new and renewable energy according to the present invention thermally decomposes the low-grade fuel supplied through the fuel-supplying unit into an energy source. A low-grade fuel power generation unit that generates electricity, a new and renewable energy unit that generates electricity through new and renewable energy, and a water and electricity dissociation unit that separates hydrogen and oxygen into electricity using the electricity produced through the new and renewable energy unit. When generating power from the fuel generating unit, the pure oxygen supply unit provided to reduce the pollutant emission source by supplying pure oxygen from the water receiving unit or the outside, and the carbon monoxide or carbon dioxide produced through the low-grade fuel generating unit is separated from the hydrogen separated through the water receiving unit. It provides a methanation unit to methanize to combine to produce methane, and a methane processing unit to capture and store or transport the methane produced through the methanation unit to the outside.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 저등급연료는 석탄, 바이오매스 및 페기물 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 저등급연료발전부를 통해 지속적으로 일산화탄소 또는 이산화탄소를 생산하여 상기 메탄부에 공급하여 안정적으로 메탄을 생산하는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the low-grade fuel includes at least one of coal, biomass, and waste, and continuously produces carbon monoxide or carbon dioxide through the low-grade fuel generation unit and supplies it to the methane stably. It is also possible to produce methane.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 신재생에너지부는 풍력, 수력 및 태양광과 같은 신재생에너지를 적어도 하나 이상 이용하여 전기를 생산하는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the renewable energy unit may also generate electricity by using at least one of renewable energy such as wind power, water power, and sunlight.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메탄화부는 일산화탄소 또는 이산화탄소를 수소와 결합하여 메탄을 생산하는 과정에서 발생되는 다량의 열을 이용하여 스팀을 생산하고, 상기 스팀을 통해 발전하여 전기를 생산하도록 스팀발전부가 구비된 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the methanation unit generates steam by using a large amount of heat generated in the process of producing methane by combining carbon monoxide or carbon dioxide with hydrogen, and generates steam by generating electricity through the steam. The power generation unit may be provided.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 신재생에너지부는 신재생에너지를 통해 전기를 생산하고, 선택적으로 이를 배터리에 저장하는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the new and renewable energy unit may generate electricity through new and renewable energy, and optionally store it in a battery.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수전해부는 수전해를 통해 분리된 산소 및 수소를상황에 따라 메탄화하기 위해 공급하지 않고, 산화 및 환원반응의 에너지를 통해 전기를 생산하는 연료전지발전을 통해 전기를 생산하는 연료전지발전부가 구비된 것도 가능하다.In the embodiment of the present invention, the water electrolysis unit does not supply oxygen and hydrogen separated through the water electrolysis to methane according to the situation, but through fuel cell power generation that generates electricity through the energy of oxidation and reduction reactions. It is also possible that a fuel cell generator for producing electricity is provided.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 수전해부에 사용되는 물을 해수로 공급하고, 수전해를 통해 분리된 수소를 상기 저등급연료발전부를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 결합시켜 담수를 생산하는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, it is also possible to produce water by supplying water used for the water electrolysis unit to seawater and combining hydrogen separated through the water electrolysis unit with carbon monoxide or carbon dioxide produced through the low-grade fuel power generation unit. Do.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메탄화부는 일산화탄소 또는 이산화탄소가 수소와 함께 촉매에 의해 촉매 전환 반응에 의해서 메탄으로 합성되도록 반응기가 구비되고, 상기 반응기의 내부에 배치된 하나 이상의 챔버에 의해서 메탄으로 합성되는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the methanation unit is provided with a reactor such that carbon monoxide or carbon dioxide is synthesized into methane by a catalytic conversion reaction by a catalyst together with hydrogen, and is converted into methane by one or more chambers disposed inside the reactor. It is also possible to be synthesized.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 촉매는 니켈성분을 기반으로 일산화탄소 또는 이산화탄소의 산소 운반체 입자로 사용되어 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소가 효과적으로 반응하도록 하는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the catalyst is used as an oxygen carrier particle of carbon monoxide or carbon dioxide based on a nickel component, so that it is possible to effectively react carbon monoxide or carbon dioxide with hydrogen.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반응기의 내부에는 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소가 유동되고, 유동방향을 따라 챔버들이 순차적으로 배치되어 고온에서 저온으로 각 챔버에서 촉매 전환 반응이 수행되는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen are flowed inside the reactor, and it is also possible to perform catalytic conversion reactions in each chamber from high temperature to low temperature by sequentially arranging chambers along the flow direction.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 챔버들은 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버로 구성되고, 상기 제 1 챔버는 400℃~500℃, 제 2 챔버는 350℃~400℃ 및 제 3 챔버는 250℃~350℃의 온도로 설정되어 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소가 촉매 전환 반응이 수행되는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the chambers are composed of a first chamber, a second chamber, and a third chamber, wherein the first chamber is 400°C to 500°C, the second chamber is 350°C to 400°C, and the third chamber Is set to a temperature of 250 ℃ to 350 ℃ may be a carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen catalytic conversion reaction is performed.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버는 하나의 반응기의 내부에 배치되고, 바이오가스와 수소가 상기 반응기의 일측으로 유입되어 상기 반응기의 내부의 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버에 순차적으로 유동되며 촉매 전환 반응이 수행되어 상기 반응기의 타측으로 반응된 결과물로 메탄과 물이 배출되는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first chamber, the second chamber, and the third chamber are disposed inside one reactor, and biogas and hydrogen flow into one side of the reactor, and the first chamber inside the reactor , It may flow sequentially to the second chamber and the third chamber, and a catalytic conversion reaction is performed, so that methane and water may be discharged as a result of reacting to the other side of the reactor.
본 발명의 실시예에 있어서, 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템은 상기 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템은 도서지역에서 순산소연소발전기를 기저발전으로 사용하고, 신재생에너지를 추가하여 에너지자립도를 향상시키는 에너지자립시스템이 적용된 도서지역 발전기일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the energy independence system using pure oxygen combustion power and new and renewable energy uses the pure oxygen combustion power generation and renewable energy energy independence system as a base power in the island region. , It can be an island generator with an energy self-reliance system that improves energy independence by adding new and renewable energy.
본 발명의 실시예에 따르면, 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템은 순산소연소발전을 기저발전으로 하고 신재생에너지를 추가함으로써, 순산소연소발전에서 발생되는 일산화탄소 또는 이산화탄소를 신재생에너지를 통해 수분해하여 발생되는 수소와 결합시켜 메탄을 생산함으로써, 에너지를 자체적으로 수급하여 에너지 자립도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, the energy independence system using pure oxygen combustion power and renewable energy is based on pure oxygen combustion power generation and adding new renewable energy, thereby renewing carbon monoxide or carbon dioxide generated in pure oxygen combustion power. By producing methane by combining with hydrogen generated by hydrolysis through renewable energy, energy can be supplied and supplied to improve energy independence.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템의 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템의 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템이 적용된 반응기를 도시한 단면도이다.1 is a block diagram of an energy independence system using pure oxygen combustion power generation and renewable energy according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an energy self-reliance system using pure oxygen combustion power generation and renewable energy according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a reactor to which an energy independence system using pure oxygen combustion power generation and renewable energy according to an embodiment of the present invention is applied.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "It also includes the case where it is. Also, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further provided instead of excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템의 블럭도이다.1 is a block diagram of an energy self-reliance system using pure oxygen combustion power generation and renewable energy according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템(100)은 저등급연료를 공급하는 연료공급부(110), 상기 연료공급부(110)를 통해 공급된 저등급연료를 에너지원으로 열분해하여 발전하는 저등급연료발전부(120), 신재생에너지를 통해 전기를 생산하는 신재생에너지부(130), 상기 신재생에너지부(130)를 통해 생산된 전기를 수전해에 이용하여 수소와 산소로 분리하는 수전해부(140), 상기 저등급연료발전부(120)의 발전 시 상기 수전해부(140) 또는 외부로부터 순수한 산소를 공급하여 오염배출원을 감소시키도록 구비된 순산소공급부(150), 상기 저등급연료발전부(120)를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 상기 수전해부(140)를 통해 분리된 수소와 결합시켜 메탄을 생산하도록 메탄화하는 메탄화부(160) 및 상기 메탄화부(160)를 통해 생산된 메탄을 포집하여 저장하거나 외부로 수송하는 메탄처리부(170)를 제공한다.Referring to FIG. 1, the energy independence system 100 using pure oxygen combustion power generation and renewable energy according to the present invention includes a
본 발명의 실시예에 있어서, 저등급연료를 공급하는 연료공급부(110)를 포함한다.In an embodiment of the present invention, it includes a
보다 상세하게는, 상기 연료공급부(110)는 석탄, 바이오매스 및 페기물 중 적어도 하나 이상의 연료를 공급한다. 따라서, 저등급연료를 공급하여 발전함으로써, 비용을 절감할 수 있다.More specifically, the
또한, 연료공급부(110)를 통해 공급된 저등급연료를 에너지원으로 열분해하여 발전하는 저등급연료발전부(120)가 구비된다.In addition, a low-
보다 상세하게는, 상기 저등급연료발전부(120)는 상기 연료공급부(110)를 통해 저등급연료를 공급받고, 상기 저등급연료를 에너지원으로 열분해하여 발전함으로써, 전기를 생산할 수 있다.In more detail, the low-
또한, 신재생에너지를 통해 전기를 생산하는 신재생에너지부(130)가 구비된다.In addition, a new
보다 상세하게는, 상기 신재생에너지부(130)는 풍력, 수력 및 태양광과 같은 신재생에너지를 적어도 하나 이상 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 추가적인 장비나 에너지의 투입없이 풍력, 수력 및 태양광을 통해 전기를 생산할 수 있다.More specifically, the new and
또한, 신재생에너지부(130)를 통해 생산된 전기를 수전해에 이용하여 수소와 산소로 분리하는 수전해부(140)가 구비된다.In addition, a
보다 상세하게는, 상기 수전해부(140)는 상기 신재생에너지부(130)를 통해 생산된 전기를 사용하여 물을 전기분해하고, 이를 통해 산소와 수소를 분리한다. 상기 신재생에너지는 바람직하게는 잉여전기를 통해서 분해하여 산소 및 수소를 저장하고 필요에 따라 산소 및 수소를 이용한다.More specifically, the
또한, 저등급연료발전부(120)의 발전 시 상기 수전해부(140) 또는 외부로부터 순수한 산소를 공급하여 오염배출원을 감소시키도록 순산소공급부(150)가 구비될 수 있다.In addition, a pure
보다 상세하게는, 상기 순산소공급부(150)는 상기 저등급연료발전부(120)의 발전 시 상기 수전해부(140)를 통해 물을 전기분해하여 생산된 산소를 공급하거나, 외부로부터 별도로 산소를 공급받아 저등급연료의 열분해에 이용한다.In more detail, the pure
따라서, 상기 순산소공급부(150)를 통해 순수한 산소를 공급하므로, 상기 저등급연료의 열분해 시 물과 이산화탄소만 발생하게 된다.Therefore, since pure oxygen is supplied through the pure
또한, 저등급연료발전부(120)를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 상기 수전해부(140)를 통해 분리된 수소와 결합시켜 메탄을 생산하도록 메탄화하는 메탄화부(160)가 구비된다.In addition, a
보다 상세하게는, 상기 메탄화부(160)는 상기 저등급연료발전부(120)를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 수소와 결합시켜 메탄화함으로써 메탄을 생산할 수 있다.In more detail, the
즉, 상기 저등급연료발전부(120)에서는 저등급연료를 에너지원으로 열분해하여 일산화탄소 또는 이산화탄소가 생산되고, 상기 수전해부(140)에서는 물을 전기분해하여 수소가 분리된다. 따라서, 상기 일산화탄소 및 이산화탄소를 수소와 촉매를 통해 촉매전환반응시키면 메탄을 생산할 수 있다.That is, the low-grade fuel
또한, 메탄화부(160)를 통해 생산된 메탄을 포집하여 저장하거나 외부로 수송하는 메탄처리부(170)가 구비된다.In addition, a
보다 상세하게는, 상기 메탄처리부(170)는 상기 메탄화부(160)를 통해 생산된 메탄을 저장소로 보내 저장하거나, 가정용 또는 산업용으로 바로 사용하도록 메탄을 처리한다.More specifically, the
또한, 상기 저등급연료는 석탄, 바이오매스 및 페기물 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 저등급연료발전부(120)를 통해 지속적으로 일산화탄소 또는 이산화탄소를 생산하여 상기 메탄부에 공급하여 안정적으로 메탄을 생산할 수 있다.In addition, the low-grade fuel includes at least one of coal, biomass, and waste, and continuously produces carbon monoxide or carbon dioxide through the low-grade
보다 상세하게는, 상기 저등급연료발전부(120)는 석탄, 바이오매스 및 페기물과 같은 저등급연료를 통해 지속적으로 발전하여 전기를 생산하고 이에 따른 부산물로 일산화탄소 또는 이산화탄소를 생산할 수 있다. 따라서, 도서지역에서 저등급연료발전부(120)를 기저발전으로 삼고 일산화탄소 또는 이산화탄소를 수소와 반응시켜 메탄을 생산함으로써 부가적인 에너지를 창출할 수 있고, 도서지역의 에너지 자립도를 향상시킬 수 있다.More specifically, the low-grade
또한, 수전해부(140)는 풍력, 수력 및 태양광과 같은 신재생에너지를 적어도 하나 이상 이용하여 전기를 생산할 수 있다.In addition, the
보다 상세하게는, 상기 수전해부(140)는 신재생에너지를 통해 전기를 생산하도록 풍력, 수력 및 태양광과 같은 에너지를 활용할 수 있다. 따라서, 신재생에너지를 활용함으로써, 추가적인 에너지의 공급없이 수전해를 통해 산소 및 수소를 생산할 수 있다.In more detail, the
또한, 메탄화부(160)는 일산화탄소 또는 이산화탄소를 수소와 결합하여 메탄을 생산하는 과정에서 발생되는 다량의 열을 이용하여 스팀을 생산하고, 상기 스팀을 통해 발전하여 전기를 생산하도록 스팀발전부(180)가 구비될 수 있다.In addition, the
보다 상세하게는, 상기 메탄화부(160)에서 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소의 촉매전환반응 시에 반응과정에서 다량의 열이 발생하게 되고, 지속적인 반응을 위해서 냉각이 필요하다.More specifically, a large amount of heat is generated in the reaction process during the catalytic conversion reaction of carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen in the
따라서, 냉매와의 열교환과정에서 온도가 높아진 냉매를 통해 물을 가열하여 스팀을 생산하거나 냉매를 물로 사용함으로써, 뜨거워진 물이 스팀으로 변하여 스팀을 생산할 수 있고, 상기 스팀발전부(180)는 상기 스팀으로 터빈을 회전시켜 전기를 생산할 수 있다.Accordingly, in the heat exchange process with the refrigerant, water may be heated by heating water through a refrigerant having a high temperature, or by using the refrigerant as water, hot water may be converted into steam to produce steam, and the
또한, 신재생에너지부(130)는 신재생에너지를 통해 전기를 생산하고, 선택적으로 이를 배터리(131)에 저장할 수 있다.In addition, the
보다 상세하게는, 상기 신재생에너지부(130)는 상기 신재생에너지를 통해 전기를 생산할 수 있고, 수전해를 통해 생산하는 수소 또는 산소의 저장용량이 가득차거나 더 이상 생산이 필요없는 경우, 생산된 신재생에너지를 통해 생산된 전기를 배터리(131)에 저장할 수 있으며, 이를 필요에 따라 다시 수전해에 이용할 수 있다.More specifically, the new and
또한, 수전해부(140)는 수전해를 통해 분리된 산소 및 수소를 상황에 따라 메탄화하기 위해 공급하지 않고, 산화 및 환원반응의 에너지를 통해 전기를 생산하는 연료전지발전을 통해 전기를 생산하는 연료전지발전부(190)가 구비될 수 있다.In addition, the
보다 상세하게는, 상기 수전해부(140)는 수전해를 통해 산소 및 수소를 분리할 수 있고, 필요에 따라 연료전지발전부(190)에서 이를 역반응시켜 수소와 산소를 반응시켜 전기와 열을 생산할 수 있다. 따라서, 상기 연료전지발전은 화석연료를 이용하는 터빈발전방식에 비해 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 온실가스의 발생을 감소시킬 수 있다.More specifically, the
도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템의 블럭도이다.2 is a block diagram of an energy self-reliance system using pure oxygen combustion power generation and renewable energy according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 수전해부(240)에 사용되는 물을 해수로 공급하고, 수전해를 통해 분리된 수소를 상기 저등급연료발전부(220)를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 결합시켜 담수를 생산할 수 있다.Referring to FIG. 2, water used for the
보다 상세하게는, 상기 수전해부(240)에 해수를 공급하고, 분리된 수소를 상기 저등급연료발전부(220)를 통해 생산된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 결합시켜 담수를 생산할 수 있다. 따라서, 물이 부족한 섬지역에 수전해부(240)에 해수를 공급함으로써, 식수에 필요한 담수를 생산할 수 있다.In more detail, seawater may be supplied to the
또한, 촉매는 니켈성분을 기반으로 일산화탄소 또는 이산화탄소의 산소 운반체 입자로 사용되어 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소가 효과적으로 반응하도록 할 수 있다.In addition, the catalyst may be used as an oxygen carrier particle of carbon monoxide or carbon dioxide based on a nickel component to effectively react carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen.
또한, 메탄화부(260)는 일산화탄소 또는 이산화탄소가 수소와 함께 촉매에 의해 촉매 전환 반응에 의해서 메탄으로 합성되도록 반응기가 구비되고, 상기 반응기의 내부에 배치된 하나 이상의 챔버에 의해서 메탄으로 합성될 수 있다.In addition, the
또한, 반응기의 내부에는 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소가 유동되고, 유동방향을 따라 챔버들이 순차적으로 배치되어 고온에서 저온으로 각 챔버에서 촉매 전환 반응이 수행될 수 있다.In addition, carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen flow in the interior of the reactor, and the chambers are sequentially arranged along the flow direction, so that a catalytic conversion reaction can be performed in each chamber from high temperature to low temperature.
또한, 상기 챔버들은 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버로 구성되고, 상기 제 1 챔버는 400℃~500℃, 제 2 챔버는 350℃~400℃ 및 제 3 챔버는 250℃~350℃의 온도로 설정되어 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소가 촉매 전환 반응이 수행될 수 있다.In addition, the chambers are composed of a first chamber, a second chamber, and a third chamber, the first chamber is 400°C to 500°C, the second chamber is 350°C to 400°C, and the third chamber is 250°C to 350°C. It is set to a temperature of carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen can be carried out catalytic conversion reaction.
또한, 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버는 하나의 반응기의 내부에 배치되고, 바이오가스와 수소가 상기 반응기의 일측으로 유입되어 상기 반응기의 내부의 제 1 챔버, 제 2 챔버 및 제 3 챔버에 순차적으로 유동되며 촉매 전환 반응이 수행되어 상기 반응기의 타측으로 반응된 결과물로 메탄과 물이 배출될 수 있다.In addition, the first chamber, the second chamber, and the third chamber are disposed inside one reactor, and biogas and hydrogen flow into one side of the reactor, such that the first chamber, the second chamber, and the third inside the reactor It is sequentially flowed into the chamber and a catalytic conversion reaction is performed, so that methane and water can be discharged as a result of reacting to the other side of the reactor.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템이 적용된 반응기를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a reactor to which an energy independence system using pure oxygen combustion power generation and renewable energy according to an embodiment of the present invention is applied.
하나의 실시예에 있어서, 상기 반응기는 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기로 구비될 수 있고, 이와 관련하여 도3을 참조하면, 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기(300)는 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 메탄화하기 위한 반응기에 있어서, 내부에 기체가 유동되도록 중공의 관형상으로 형성된 본체부(310), 상기 본체부(310)의 내부의 하단에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스와 고온의 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 1 챔버(321), 상기 본체부(310)의 하단에 구비되고, 제 1 챔버(321)의 하단으로 혼합가스를 공급하도록 구비된 공급부(331), 상기 공급부(331) 및 제 1 챔버(321)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 공급부(331)로부터 공급된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 상기 제 1 챔버(321)에 균일하게 분배하도록 구비된 제 1 가스분배기(341), 상기 제 1 챔버(321)의 상부와 연결되고, 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 1 열교환호퍼(351), 상기 제 2 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 2 챔버(322), 상기 제 1 열교환호퍼(351)와 상기 제 2 챔버(322)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 2 챔버(322)에 균일하게 분배하도록 구비된 제 2 가스분배기(342), 상기 제 2 챔버(322)의 상부와 연결되고, 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 2 열교환호퍼(361), 상기 제 3 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 구비된 제 3 챔버(323), 상기 제 2 열교환호퍼(361)와 상기 제 3 챔버(323)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 3 챔버(323)에 균일하게 분배하도록 구비된 제 3 가스분배기(343), 상기 제 3 챔버(323)의 상부와 연결되고, 상기 제 3 챔버(323)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 구비된 제 3 열교환호퍼(371), 상기 본체부(310)의 상단에 구비되어 상기 제 3 열교환호퍼(371)의 상부에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소와 촉매의 반응으로 생성된 메탄 및 물이 배출되는 배출부(332)를 제공한다.In one embodiment, the reactor may be provided as an integral multi-stage reactor for methanation. Referring to FIG. 3 in this regard, the integral
본 발명의 실시예에 있어서, 내부에 기체가 유동되도록 중공의 관형상으로 형성된 본체부(310)를 포함한다.In an embodiment of the present invention, it includes a
보다 상세하게는, 상기 본체부(310)는 내부에 일산화탄소 또는 이산화탄소 등과 같은 산화탄소와 수소가 유동되도록 중공의 긴 관형상으로 형성된다. 따라서, 산화탄소와 수소가 상기 본체부(310)의 내부에 유동되며 반응하여 메탄이 생성된다.More specifically, the
또한, 상기 본체부(310)의 내부의 하단에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스와 고온의 촉매 전환 반응이 일어나도록 제 1 챔버(321)가 구비된다.In addition, the
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(321)는 상기 본체부(310)의 내부의 하단에 배치되고, 외부로부터 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 공급받아 고온의 촉매 전환 반응을 통해 메탄이 생산된다.More specifically, the
이때, 촉매 전환 반응은 고온에서 전환 반응이 일어나고, 이때 내부 흐름은 고속유동층(fast fluidized bed) 영역이고, 상기 촉매는 일반적으로 니켈계 촉매가 사용되나, 상기 산화탄소와 수소의 반응을 촉진시켜 메탄을 생산할 수 있다면 크게 제한되지 않는다.At this time, the catalytic conversion reaction occurs at a high temperature, where the internal flow is a fast fluidized bed region, and the catalyst is generally a nickel-based catalyst, but promotes the reaction of the carbon oxide and hydrogen to methane. If you can produce it is not greatly limited.
또한, 본체부(310)의 하단에 구비되고, 제 1 챔버(321)의 하단으로 혼합가스를 공급하도록 공급부(331)가 구비된다.In addition, it is provided at the bottom of the
보다 상세하게는, 상기 공급부(331)는 상기 본체부(310)의 하단에 구비되어 외부로부터 공급된 산화탄소 및 수소로 구성된 혼합가스를 상기 제 1 챔버(321)로 공급한다. 따라서, 상기 공급부(331)는 관과 같은 수단에 의해 상기 본체부(310)와 연결되어 상기 제 1 챔버(321)로 공급할 수 있다.More specifically, the
또한, 공급부(331) 및 제 1 챔버(321)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 공급부(331)로부터 공급된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소를 상기 제 1 챔버(321)에 균일하게 분배하도록 제 1 가스분배기(341)가 구비된다.In addition, it is disposed between the lower end of the
보다 상세하게는, 상기 제 1 가스분배기(341)는 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 공급부(331) 및 제 1 챔버(321)의 하단의 사이에 배치되어 상기 공급부(331)로부터 공급된 혼합가스를 상기 제 1 챔버(321)에 균일하게 분배하도록 구비된다. 따라서, 상기 제 1 가스분배기(341)는 상기 혼합가스를 균일하게 분배하여 촉매 전환 반응이 효과적으로 이루어지도록 한다.More specifically, the
또한, 제 1 챔버(321)의 상부와 연결되고, 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 제 1 열교환호퍼(351)가 구비된다.In addition, the first
보다 상세하게는, 상기 제 1 열교환호퍼(351)는 혼합가스를 냉각시키도록 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 제 1 챔버(321)의 상부와 연결되어 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환됨으로써 냉각시키게 된다.More specifically, the first
이때, 상기 냉매는 상기 혼합가스를 냉각시킬 수 있다면 크게 제한되지 않으나 바람직하게는 물을 사용하는 것이다. 따라서, 상기 메탄화공정을 통해 생산된 메탄과 물 중 물을 냉매로 다시 투입하는 것도 가능하다.At this time, the refrigerant is not greatly limited as long as it can cool the mixed gas, but is preferably water. Therefore, it is also possible to re-inject water from the methane and water produced through the methanation process as a refrigerant.
또한, 상기 제 1 열교환호퍼(351)의 상단에 배치되고, 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 제 2 챔버(322)가 구비된다.In addition, the
보다 상세하게는, 상기 제 2 챔버(322)는 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 제 1 열교환호퍼(351)의 상단에 배치되고, 상기 제 1 열교환호퍼(351)를 통해 냉각된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응을 통해 메탄이 생산된다.More specifically, the
즉, 상기 제 2 챔버(322)는 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 상기 제 1 열교환호퍼(351)를 통해 냉각되고, 이와 함께 촉매를 통해 촉매 전환 반응이 일어나게 된다.That is, in the
또한, 제 1 열교환호퍼(351)와 상기 제 2 챔버(322)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 2 챔버(322)에 균일하게 분배하도록 제 2 가스분배기(342)가 구비된다.In addition, carbon, water, carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen, which are disposed between the first
보다 상세하게는, 상기 제 2 가스분배기(342)는 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 제 1 열교환호퍼(351)와 제 2 챔버(322)의 하단의 사이에 배치되어 상기 제 1 열교환호퍼(351)로부터 유동된 혼합가스를 상기 제 2 챔버(322)에 균일하게 분배하도록 구비된다. 따라서, 상기 제 2 가스분배기(342)는 상기 혼합가스를 균일하게 분배하여 촉매 전환 반응이 효과적으로 이루어지도록 한다.More specifically, the
또한, 제 2 챔버(322)의 상부와 연결되고, 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 제 2 열교환호퍼(361)가 구비된다.In addition, a second
보다 상세하게는, 상기 제 2 열교환호퍼(361)는 혼합가스의 온도를 냉각시키도록 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 제 2 챔버(322)의 상부와 연결되어 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환됨으로써 냉각시키게 된다.More specifically, the second
또한, 제 3 가스분리부의 상단에 배치되고, 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응이 일어나도록 제 3 챔버(323)가 구비된다.In addition, a
상기 제 3 챔버(323)는 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 제 2 열교환호퍼(361)의 상단에 배치되고, 상기 제 2 열교환호퍼(361)를 통해 냉각된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 촉매와 함께 촉매 전환 반응을 통해 메탄이 생산된다.The
또한, 제 2 열교환호퍼(361)와 상기 제 3 챔버(323)의 하단의 사이에 배치되고, 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 탄소, 물, 일산화탄소 또는 이산화탄소 및 수소를 상기 제 3 챔버(323)에 균일하게 분배하도록 제 3 가스분배기(343)가 구비된다.In addition, between the second
보다 상세하게는, 상기 제 3 가스분배기(343)는 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 제 2 열교환호퍼(361)와 제 3 챔버(323)의 하단의 사이에 배치되어 상기 제 2 열교환호퍼(361)로부터 유동된 혼합가스를 상기 제 3 챔버(323)에 균일하게 분배하도록 구비된다. 따라서, 상기 제 3 가스분배기(343)는 상기 혼합가스를 균일하게 분배하여 촉매 전환 반응이 효과적으로 이루어지도록 한다.More specifically, the
또한, 제 3 챔버(323)의 상부와 연결되고, 상기 제 3 챔버(323)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환을 수행하여 낮추도록 제 3 열교환호퍼(371)가 구비된다.In addition, a third
보다 상세하게는, 상기 제 3 열교환호퍼(371)는 혼합가스의 온도를 냉각시키도록 상기 본체부(310)의 내부에서 상기 제 3 챔버(323)의 상부와 연결되어 상기 제 3 챔버(323)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 냉매를 통해 열교환됨으로써 냉각시키게 된다.More specifically, the third
또한, 본체부(310)의 상단에 구비되어 상기 제 3 열교환호퍼(371)의 상부에 배치되고, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소와 촉매의 반응으로 생성된 메탄 및 물이 배출되는 배출부(332)가 구비된다.In addition, it is provided on the top of the
보다 상세하게는, 상기 본체부(310)의 하단에 구비된 공급부(331)를 통해 유입된 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소로 구성된 혼합가스가 제 1 챔버(321), 제 2 챔버(322) 및 제 3 챔버(323)를 지나 촉매와 반응되어 메탄과 물이 생성되고, 상기 본체부(310)의 상단에 형성된 배출부(332)를 통해서 배출된다.More specifically, the mixed gas composed of carbon monoxide or carbon dioxide and hydrogen introduced through the
이때, 상기 배출부(332)는 상기 본체부(310)의 상단과 관과 같은 수단에 의해 연결되어 메탄 및 물을 배출한다.At this time, the
또한, 제 3 열교환호퍼(371)는 상기 제 3 챔버(323)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 냉매가 유입되는 제 1 유입구(352)가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 1 배출구(353)가 구비될 수 있다.In addition, the third
보다 상세하게는, 상기 제 3 열교환호퍼(371)는 코일형상의 긴관으로 형성되어 내부에 냉매가 유동되고, 상기 냉매에 의해서 상기 제 3 열교환호퍼(371)는 상기 제 3 챔버(323)로부터 상기 배출부(332)로 유동되는 혼합가스를 열교환에 의해서 냉각시키게 된다.More specifically, the third
따라서, 상기 제 3 열교환호퍼(371) 일측 끝단에는 외부로부터 냉매가 유입되는 제 1 유입구(352)가 구비되고, 상기 제 1 유입구(352)를 통해 유입된 냉매가 코일형상으로 형성된 관을 지남으로써, 상기 제 3 열교환호퍼(371)의 외부를 지나가는 혼합가스를 냉각시키고, 열교환이 수행된 후 타측 끝단의 제 1 배출구(353)를 통해 배출된다.Therefore, at one end of the third
또한, 제 2 열교환호퍼(361)는 상기 제 2 챔버(322)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 1 배출구(353)로부터 냉매가 유입되는 제 2 유입구(362)가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 2 배출구(363)가 구비될 수 있다.In addition, the second
보다 상세하게는, 상기 제 2 열교환호퍼(361)는 코일형상의 긴관으로 형성되어 내부에 냉매가 유동되고, 상기 냉매에 의해서 상기 제 2 열교환호퍼(361)는 상기 제 2 챔버(322)로부터 상기 제 3 챔버(323)로 유동되는 혼합가스를 열교환에 의해서 냉각시키게 된다.More specifically, the second
따라서, 상기 제 2 열교환호퍼(361) 일측 끝단에는 상기 제 1 배출구(353)와 연결되어 제 1 배출구(353)로부터 냉매가 유입되는 제 2 유입구(362)가 구비되고, 상기 제 2 유입구(362)를 통해 유입된 냉매가 코일형상으로 형성된 관을 지남으로써, 상기 제 2 열교환호퍼(361)의 외부를 지나가는 혼합가스를 냉각시키고, 열교환이 수행된 후 타측 끝단에 구비된 제 2 배출구(363)를 통해 냉매가 배출된다.Therefore, a
또한, 제 1 열교환호퍼(351)는 상기 제 1 챔버(321)로부터 유동된 혼합가스의 온도를 낮추도록 코일형상의 긴관으로 배치되고, 내부에 냉매가 유동되도록 일측 끝단에 상기 제 2 배출구(363)로부터 냉매가 유입되는 제 3 유입구(372)가 구비되고, 타측 끝단에 열교환이 수행되고 냉매가 배출되도록 제 3 배출구(373)가 구비될 수 있다.In addition, the first
보다 상세하게는, 상기 제 1 열교환호퍼(351)는 코일형상의 긴관으로 형성되어 내부에 냉매가 유동되고, 상기 냉매에 의해서 상기 제 1 열교환호퍼(351)는 상기 제 1 챔버(321)로부터 상기 제 2 챔버(322)로 유동되는 혼합가스를 열교환에 의해서 냉각시키게 된다.In more detail, the first
따라서, 상기 제 1 열교환호퍼(351) 일측 끝단에는 상기 제 2 배출구(363)와 연결되어 제 2 배출구(363)로부터 냉매가 유입되는 제 3 유입구(372)가 구비되고, 상기 제 3 유입구(372)를 통해 유입된 냉매가 코일형상으로 형성된 관을 지남으로써, 상기 제 1 열교환호퍼(351)의 외부를 지나가는 혼합가스를 냉각시키고, 열교환이 수행된 후 타측 끝단에 구비된 제 3 배출구(373)를 통해 냉매가 배출된다.Therefore, a
또한, 제 1 챔버(321)는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 열교환호퍼(351)에서 혼합가스가 일차적으로 냉각될 수 있다.In addition, a conversion reaction occurs at a temperature of 400°C to 500°C in the
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(321)는 공급부(331)를 통해 유입된 혼합가스 및 촉매가 반응속도를 높이기 위해 400℃ 내지 500℃의 고온에서 촉매전환반응이 일어나고, 가열된 혼합가스가 상기 제 1 열교환호퍼(351)에 의해서 일차적으로 냉각된다. 따라서, 상기 제 1 챔버(321)는 고온에서 촉매전환반응이 실행되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.In more detail, the
또한, 상기 제 2 챔버(322)는 상기 제 1 열교환호퍼(351)에 의해 냉각된 혼합가스 및 촉매가 350℃ 내지 400℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 2 열교환호퍼(361)에서 혼합가스 및 촉매가 이차적으로 냉각될 수 있다.In addition, in the
보다 상세하게는, 상기 제 2 챔버(322)는 상기 제 1 챔버(321)를 통해 유입된 혼합가스 및 촉매가 350℃ 내지 400℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 챔버(321)보다 낮은 온도에서 전환반응이 일어남으로써, 반응속도보다 높은 평형 전환율을 달성할 수 있으며, 가열된 혼합가스가 상기 제 2 열교환호퍼(361)에 의해서 이차적으로 냉각되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.More specifically, in the
또한, 제 3 챔버(323)는 상기 제 2 열교환호퍼(361)에 의해 냉각된 혼합가스 및 촉매가 250℃ 내지 350℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 3 열교환호퍼(371)에서 혼합가스가 삼차적으로 냉각될 수 있다.In addition, in the
보다 상세하게는, 상기 제 3 챔버(323)는 상기 제 2 챔버(322)를 통해 유입된 혼합가스 및 촉매가 250℃ 내지 350℃의 온도에서 전환반응이 일어나고, 상기 제 2 챔버(322)보다 낮은 온도에서 전환반응이 일어남으로써, 반응속도보다 높은 평형 전환율을 달성할 수 있으며, 가열된 혼합가스가 상기 제 3 열교환호퍼(371)에 의해서 삼차적으로 냉각되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.More specifically, in the
또한, 제 1 챔버(321), 제 2 챔버(322) 및 제 3 챔버(323)를 통과한 혼합가스는 상기 제 1열교환호퍼, 제 2 열교환호퍼(361) 및 제 3 열교환호퍼(371)로 인해 순차적으로 냉각되어 점차 온도가 낮아질 수 있다.In addition, the mixed gas passing through the
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(321), 제 2 챔버(322) 및 제 3 챔버(323)는 상기 본체부(310)의 내부에 순차적으로 배치되고, 상기 제 1 챔버(321)와 제 2 챔버(322)의 사이에는 제 1열교환호퍼가 배치되고, 제 2 챔버(322)의 제 3 챔버(323) 사이에는 제 2열교환호퍼가 배치되며, 상기 제 3 챔버(323)의 상부에는 제 3열교환호퍼가 배치되고, 혼합가스가 상기 제 1 챔버(321), 제 2 챔버(322) 및 제 3 챔버(323)를 순차적으로 통과하며 촉매와 함께 촉매전환반응이 수행됨으로써, 상기 제 1열교환호퍼, 제 2 열교환호퍼(361) 및 제 3 열교환호퍼(371)를 통해 상기 혼합가스가 순차적으로 냉각된다.More specifically, the
따라서, 초기의 고온의 조건에서 촉매전환반응을 수행하여 높은 반응속도를 갖고 순차적으로 낮은온도에서 촉매전환반응을 수행하여 높은 평형 전환율을 갖게 되어 효율적으로 메탄을 생산할 수 있다.Therefore, it is possible to efficiently produce methane by performing a catalytic conversion reaction at an initial high temperature condition and having a high reaction rate and sequentially carrying out a catalytic conversion reaction at a low temperature to have a high equilibrium conversion rate.
또한, 냉매는 제 3열교환호퍼를 시작으로 제 2 열교환호퍼(361)와 제 1 열교환호퍼(351)의 순으로 유동되어 상기 제 3 챔버(323), 제 2 챔버(322) 및 제 1 챔버(321)에 의해 순차적으로 가열되어 점차 온도가 상승될 수 있다.In addition, the refrigerant flows in the order of the second
보다 상세하게는, 상기 제 3 열교환호퍼(371), 제 2 열교환호퍼(361) 및 제 3 열교환호퍼(371)가 서로 연결되어 냉매가 순차적으로 유동하고, 냉매는 제 3 챔버(323), 제 2 챔버(322) 및 제 1 챔버(321) 순으로 냉각됨에 따라 냉매의 온도가 점차 상승하게 된다.In more detail, the third
즉, 상기 혼합가스는 상기 본체를 기준으로 하단으로 공급되어 상단으로 이동될수록 온도가 감소하게 되고, 상기 냉매는 상기 본체부(310)를 기준으로 상단에서 하단으로 이동될수록 온도가 상승하게 된다.That is, the mixed gas is supplied to the bottom based on the main body and the temperature decreases as it moves to the top, and the temperature increases as the refrigerant moves from the top to the bottom based on the
또한, 수소는 신재생에너지를 통해 생산된 잉여 전기로 수전해를 통해 산소와 수소를 분리하여 공급할 수 있다.In addition, hydrogen can be supplied by separating oxygen and hydrogen through water electrolysis with surplus electricity produced through renewable energy.
보다 상세하게는, 상기 수소는 물을 전기분해하여 산소와 수소를 분리하여 공급하는 것으로, 신재생에너지 또는 발전소를 통해 생산된 잉여전기를 통해 얻을 수 있다.More specifically, the hydrogen is supplied by separating oxygen and hydrogen by electrolysis of water, and can be obtained through renewable energy or surplus electricity produced through a power plant.
하나의 예로, 섬과 같은 독립된 공간에 풍력발전이나 태양광발전을 통해 발생되는 잉여에너지를 통해 물을 전기분해하여 산소와 수소를 분리하고, 생산된 산소는 판매하고, 나머지 수소를 통해 산화탄소를 메탄화하여 에너지로 사용할 수 있다.For example, in an isolated space such as an island, oxygen and hydrogen are separated by electrolysis of water through surplus energy generated through wind or solar power generation, and the produced oxygen is sold, and carbon oxide is supplied through the rest of the hydrogen. It can be methanized and used as energy.
또한, 일산화탄소 또는 이산화탄소는 온실가스를 통해 배출된 일산화탄소 또는 이산화탄소를 포집하여 공급할 수 있다.In addition, carbon monoxide or carbon dioxide can be supplied by collecting carbon monoxide or carbon dioxide emitted through greenhouse gases.
보다 상세하게는, 상기 일산화탄소 또는 이산화탄소 등과 같은 산화탄소를 자동차의 매연이나 화석연료의 사용을 통해 손쉽게 얻을 수 있고, 이러한 산화탄소를 포집하여 메탄화할 수 있다.More specifically, the carbon monoxide, such as carbon monoxide or carbon dioxide, can be easily obtained through the use of automobile fumes or fossil fuels, and carbon dioxide can be collected and methaneized.
또한, 제 1 열교환호퍼(351)는 상기 제 1 챔버(321)를 냉각시켜 온도가 상승된 냉매를 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 물을 가열시켜 스팀을 생산할 수 있다.In addition, the first
보다 상세하게는, 상기 제 1 챔버(321)는 400℃ 내지 500℃의 온도에서 혼합가스 및 촉매가 전환반응이 일어나고, 상기 제 1 열교환호퍼(351)가 이를 냉각시키게 된다.More specifically, in the
따라서, 상기 제 1 열교환호퍼(351)의 냉매는 높은 온도를 유지하고 있으므로, 이를 통해 물을 가열시킴으로써 스팀을 얻을 수 있고, 이를 통해 생산된 스팀을 판매하거나 또는 이를 발전시켜 전기를 생산할 수 있다.Therefore, since the refrigerant of the first
또한, 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기(300)는 이산화탄소와 수소의 반응을 통해 생성된 메탄을 생산하도록 메탄화 공정에 적용될 수 있다.In addition, the integrated
또한, 본 발명에 따른 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기(300)에서 촉매는 혼합가스와 고정층이 아닌 유동층으로 반응함으로써, 반응과 동시에 열회수 및 촉매 고열(반응열)을 방지할 수 있는데 제 1 가스분배기(341), 제 2 가스분배기(342) 및 제 3 가스분배기(343)를 통한 촉매의 투입에 따른 최소유동화속도 계산식인 는 아래의 계산식을 따른다.In addition, in the integrated
= minimum fluidizing condition, = minimum fluidizing condition,
= screen size = screen size
= gas density = gas density
= coefficient of viscosity = coefficient of viscosity
= bed voidage = bed voidage
= () of same volume = ( ) of same volume
(sheres), 0<<1(all other particle shapes) (sheres), 0< <1(all other particle shapes)
= particle density or catalyst density = particle density or catalyst density
= gravitational acceleration = gravitational acceleration
또한, 상기 제 1 가스분배기(341), 제 2 가스분배기(342) 및 제 3 가스분배기(343)를 통해 투입되는 촉매입자의 크기, 밀도를 제어함으로써, 일산화탄소 또는 이산화탄소와 수소의 유량 및 속도를 제어할 수 있다.In addition, by controlling the size and density of the catalyst particles input through the
순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템은 도서지역에서 순산소연소발전기를 기저발전으로 사용하고, 신재생에너지를 추가하여 에너지자립도를 향상시키도록 에너지자립시스템이 적용된 도서지역 발전기가 구비될 수 있다.The energy independence system using pure oxygen combustion power generation and new and renewable energy is equipped with an island generator with an energy independence system to improve energy independence by using pure oxygen combustion generators as base power in island areas and adding renewable energy. Can be.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration only, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.
100: 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템
110, 210: 연료공급부
120, 220: 저등급연료발전부
130, 230: 신재생에너지부
131, 231: 배터리
140, 240: 수전해부
150, 250: 순산소공급부
160, 260: 메탄화부
170, 270: 메탄처리부
180, 280: 스팀발전부
190, 290: 연료전지발전부
300: 메탄화를 위한 일체형 다단 반응기
310: 본체부
321: 제 1 챔버
322: 제 2 챔버
323: 제 3 챔버
331: 공급부
332: 배출부
341: 제 1 가스분배기
342: 제 2 가스분배기
343: 제 3 가스분배기
351: 제 1 열교환호퍼
352: 제 1 유입구
353: 제 1 배출구
361: 제 2 열교환호퍼
362: 제 2 유입구
363: 제 2 배출구
371: 제 3 열교환호퍼
372: 제 3 유입구
373: 제 3 배출구100: Energy independence system using pure oxygen combustion power and renewable energy
110, 210: fuel supply unit
120, 220: low-grade fuel generation department
130, 230: Ministry of Renewable Energy
131, 231: battery
140, 240: faucet dissection
150, 250: pure oxygen supply
160, 260: methanation unit
170, 270: Methane treatment unit
180, 280: steam generator
190, 290: fuel cell power generation department
300: integral multi-stage reactor for methanation
310: main body
321 first chamber
322: second chamber
323: third chamber
331: supply
332: outlet
341: first gas distributor
342: second gas distributor
343: third gas distributor
351: first heat exchange hopper
352: first inlet
353: first outlet
361: second heat exchange hopper
362: second inlet
363: second outlet
371: third heat exchange hopper
372: third inlet
373: third outlet
Claims (13)
상기 연료공급부와 연통하고 상기 연료공급부를 통해 공급된 저등급연료를 에너지원으로 열분해하여 발전함으로써 전기를 생산하면서 메탄화부로 일산화탄소 또는 이산화탄소를 공급하는 저등급연료발전부;
신재생에너지를 통해 전기를 생산하는 신재생에너지부;
상기 신재생에너지부와 전기적으로 연결되고 상기 신재생에너지부를 통해 생산된 전기를 수전해에 이용하여 수소와 산소로 분리하는 수전해부;
상기 수전해부 및 상기 저등급연료발전부와 연통하고 상기 저등급연료발전부의 발전 시 상기 수전해부로부터 유입된 상기 산소 또는 외부로부터 순수한 산소를 상기 저등급연료발전부로 공급하여 오염배출원을 감소시키도록 구비된 순산소공급부;
상기 저등급연료발전부 및 상기 수전해부와 연통하고, 상기 일산화탄소 또는 상기 이산화탄소를 수소와 결합하여 메탄을 생산하는 과정에서 발생되는 다량의 열을 이용하여 스팀을 생산하고 상기 스팀을 통해 발전하여 전기를 생산하는 스팀발전부를 구비하며, 상기 저등급연료발전부를 통해 생산된 상기 일산화탄소 또는 상기 이산화탄소를 상기 수전해부를 통해 분리된 수소와 결합시켜 메탄을 생산하도록 메탄화하는 메탄화부; 및
상기 메탄화부와 연통하고 상기 메탄화부를 통해 생산된 메탄을 포집하여 저장하거나 외부로 수송하는 메탄처리부;
를 포함하고,
상기 저등급연료발전부는 상기 전기를 생산하면서 상기 일산화탄소 또는 상기 이산화탄소를 상기 메탄화부로 공급하고,
상기 순산소공급부는 상기 산소 또는 상기 순수한 산소를 저등급연료발전부로 공급하며,
상기 수전해부는 상기 수소를 상기 메탄화부로 공급하고,
상기 메탄화부는 상기 메탄처리부로 상기 메탄을 공급하면서 상기 스팀발전부로 상기 스팀을 공급하며,
그에 따라 상기 메탄화부 및 상기 스팀발전부는 도서지역으로 상기 전기를 공급하고, 상기 메탄처리부는 상기 메탄을 저장소로 보내거나 상기 메탄을 가정용 또는 산업용으로 사용 가능하도록 처리하여 상기 도서지역으로 공급함으로써 상기 도서지역의 에너지 자립도를 향상시키는 순산소연소발전과 신재생에너지를 이용한 에너지자립시스템.A fuel supply unit that supplies low-grade fuel;
A low-grade fuel generator that communicates with the fuel supply unit and generates electricity by thermally decomposing low-grade fuel supplied through the fuel supply unit into an energy source while supplying carbon monoxide or carbon dioxide to the methanation unit;
A new and renewable energy department that produces electricity through renewable energy;
A water electrolysis unit electrically connected to the renewable energy unit and separating hydrogen and oxygen into electricity using the electricity produced through the renewable energy unit;
It is provided to communicate with the faucet and the low-grade fuel generator and supply the oxygen introduced from the faucet or pure oxygen from the outside to the low-grade fuel generator when the low-grade fuel generator is generated to reduce pollution sources. Pure oxygen supply unit;
It communicates with the low-grade fuel generation unit and the faucet, and generates steam using a large amount of heat generated in the process of producing methane by combining the carbon monoxide or the carbon dioxide with hydrogen, and generates electricity through the steam to generate electricity. A methanation unit having a steam generating unit for producing and methanizing the carbon monoxide or the carbon dioxide produced through the low-grade fuel generating unit with hydrogen separated through the water receiving unit to produce methane; And
A methane treatment unit communicating with the methanation unit and collecting and storing methane produced through the methanation unit and transporting it to the outside;
Including,
The low-grade fuel generation unit supplies the carbon monoxide or the carbon dioxide to the methanation unit while producing the electricity,
The pure oxygen supply unit supplies the oxygen or the pure oxygen to a low-grade fuel power generation unit,
The water electrolysis unit supplies the hydrogen to the methanation unit,
The methanation unit supplies the steam to the steam generator while supplying the methane to the methane processing unit,
Accordingly, the methanation unit and the steam generation unit supply the electricity to the island area, and the methane processing unit sends the methane to a storage area or processes the methane to be used for home or industrial use and supplies it to the island area. An energy independence system that uses pure oxygen-fired power generation and renewable energy to improve local energy independence.
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