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    • 1. 发明公开
    • 가스터빈 순산소연소, 터빈배기 냉각, 배기열 회수 및 CO2포집 히트펌프 구성 장치와 (CO2중립)운전방법
    • KR1020220121232A
    • 2022-08-31
    • KR1020220104359
    • 2022-08-19
    • F01K25/10F01K13/02F01K9/00F02C7/143F02C7/10F25B9/00
    • 본발명은가스터빈순산소연소, 터빈배기냉각, 배기열회수및 CO2포집히트펌프구성장치와 (또는 CO2중립) 운전방법에관한것으로, 산소와질소가냉매로활용되며, 연소실에순산소만주입되고, 작동유체로써질소분량의순환수가예열되어연소실에과열증기로주입, 재순환되어순산소연소가구현되고, 터빈 (HRSG 경유) 배기가, 히트펌프기술로, 기(pre)-복수, 냉매산소및 질소로냉각, 증기가복수되고, CO2가포집되며, 터빈배기열이회수되고, 순환수가과열증기로예열되며, (배기) 증기의냉각복수효과로터빈에서높은동력생산효율이구현되며, 또한, 포집된 CO2가냉각수에탄산수로녹여지고이 탄산수가수소생산시스템에공급되어수소가생산되며, 이수소와냉매로활용된질소가, 수소저장수단으로써최적의매체인, 암모니아제조플랜트에공급, 암모니아가제조됨으로써, CO2중립이경제적으로실현되도록구성된것이특징이다. 가스터빈에서, 터빈배기는 (8H2O + 2O2 + CH4 = 8H2O + CO2 + 2H2O) HRSG를경유하여, 110℃로강온되어, 배압 0.2bar로, 본배기냉각기에흡입되어, 증기는복수되고, CO2가 -13℃로 (포집) 배출된다. 증기는막대한 (대기압기준 539kcal/kg) 응축열특성이있어, 이를냉각복수하는것이쉽지않으나, 본발명에서는, 터빈배기가, 이미냉각복수된선행기(pre)-복수로냉각복수된다. 즉, 기-복수가증발하면서기화열로, 후속터빈배기가냉각복수된다. 이기-복수증기는, 도 2에도시한바와같이, 입구에위치한배기열흡수기로이송되고, 터빈 110℃배기는, 이배기의냉각복수효과로, 배압 (Back Pressure) 0.2bar로, 본배기냉각기에흡입되어, (포화온도 60.06℃) 60℃로복수되고, 포화온도인기-복수는터빈 110℃배기열로증발하면서터빈배기열을흡수하고, 90℃증기로승온하게된다. 이어이 터빈배기는, 냉기순환배관으로천장에서내품는냉기와, 천장물분사노즐에서, 이미냉각된복수로내품는수증기물보라로, 직접냉각되며, 중앙 (Vapor) 증기냉각기에서, 튜브로흐르는냉매산소로, 냉각 (0.2bar 60℃) 복수된다. 이어, 배기 CO2는 CO2냉각기에서, 냉매산소로영하(-13℃)로냉각되어, 배큠펌프로배출된다. 상기 (0.2bar 60℃) 복수는냉매로써, 기-복수펌프로상기배기열흡수기튜브에주입되어, 앞서설명한바와같이, 터빈배기를냉각하며, 배기열을흡수하고, 배큠펌프에흡입되어, 도 4에보인터빈배기열회수시스템으로이송되어, 작동유체증기에가해진, 총열량의 50%에해당하는, 터빈배기열이모두순환증기로회수된다. 본발명에서는, 연소로생성된 CO2가, 대기로방출되지않고, 영하(-13℃)로냉각 (포집) 배출되어, -20℃로더 냉각되고, 연소로생성된증기로부터냉각된 5℃ (복수) 냉각수와촉매로써의바닷물에, (Mixer) 혼합기에서탄산수로녹여지고, 이탄산수가 (최근에개발된) CO₂로전기와수소를생산하는시스템에공급되어수소가생산되며, 생산된이 수소와냉매로활용된질소로암모니아가제조되어, 청정에너지수소가저장, 이송수단으로써최적의매체인암모니아(NH₃)에, 게다가액체저장에비하여 1.5배나많은분량이, 상온에서 8.6bar의낮은압력으로저장됨으로써, 발전소에서끊임없이발생하는이 (문제의) CO2 중립을경제적으로실현할수 있다.