KR101279706B1 - Method for integrating production process of synthetic natural gas and process of fuel cell - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fuel battery process and synthetic natural gas generating process link method are provided to use fuel or synthetic natural gas to utilize and improve energy efficiency. CONSTITUTION: A link method of fuel battery process and synthetic gas generating process comprises the following steps. A step of producing air separation unit (11) by using oxygen; a step of producing carbon monoxide in gasifier (12) by using oxygen and coal; a step of producing hydrogen in water gas shift reactor (14) by using carbon monoxide; a step of generating methane gas using upper hydrogen and carbon monoxide in the methane effector (18) ; and a step of conducting power generation by supplying fuel cell with methane gas. [Reference numerals] (11) Air separation unit; (12) Gasifier; (13) Pre-processing; (14) Water gas shift reactor WGS; (15) Cooling gas; (16) Acidic gas remover; (18) Methane effecter; (31) Pre-heater; (32) Combustor; (33) Turbine; (34) Condenser; (41) Reformer; (42) Anode; (43) Cathode; (AA) Fuel(coal); (BB) Air; (CC,DD,EE) Water

Description

합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법{Method for integrating production process of synthetic natural gas and process of fuel cell}Method for integrating production process of synthetic natural gas and process of fuel cell}

본 발명은 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합성천연가스를 생성하여 연료전지의 연료로 이용함으로써, 에너지의 효과적인 이용이 가능한 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a method for linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process, and more particularly, by generating a synthetic natural gas and using it as a fuel of a fuel cell, a synthetic natural gas generation process and fuel capable of effectively utilizing energy It relates to a linkage system of a battery process.

합성천연가스(SNG, Synthetic Natural Gas)는 탄소 물질을 포함한 연료인 석유나 석탄 등으로부터 만들어지는 가스이고, 메탄이 주성분인 천연가스와 성분이 비슷하여 합성천연가스 또는 대체천연가스라고도 한다. Synthetic Natural Gas (SNG) is a gas made from petroleum or coal, which is a fuel containing carbon material. It is also called synthetic natural gas or alternative natural gas because its composition is similar to that of natural gas, which is the main component of methane.

최근에는 이 합성천연가스를 생성하는 공정에 관심이 대두되고 있다. 합성천연가스 생성공정은 산화탄소(CO2,C0) 및 수소를 함유하는 반응 기체를 메탄 가스로 변화시키는 과정이며, 가스화, 수성가스전환 및 산성가스제거의 순차적 단계에 의해 메탄가스가 생성된다. In recent years, attention has been paid to the process for producing the synthetic natural gas. Synthetic natural gas production process is a process of converting the reaction gas containing carbon oxides (CO 2 , CO) and hydrogen into methane gas, methane gas is generated by the sequential steps of gasification, water gas conversion and acid gas removal.

한국공개특허 2010-012423호에는 탄소 물질을 가스화한 후, 수성가스 전환 및 메탄생성 반응기를 이용하여 합성천연가스를 생성하는 기술이 개시되어 있다. Korean Unexamined Patent Publication No. 2010-012423 discloses a technology for generating a synthetic natural gas by gasifying a carbon material and then using a water gas conversion and methane generation reactor.

상기와 같이 메탄 가스를 포함하는 합성천연가스 생성에 대한 관심이 증가되고 있으므로, 생성된 합성천연가스를 효율적으로 이용하는 방안에 대한 연구가 필요하다.As the interest in generating a synthetic natural gas containing methane gas is increasing as described above, it is necessary to study a method of efficiently using the generated synthetic natural gas.

본 발명의 목적은, 합성천연가스를 연료전지의 연료로 이용하여 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a method for linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process that can improve the energy utilization efficiency by using the synthetic natural gas as the fuel of the fuel cell.

본 발명에 따른 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법은, 공기를 이용해 공기 분리유닛에서 산소를 생성하는 단계와, 상기 산소와 석탄을 이용해 가스화기에서 일산화탄소를 생성하는 단계와, 상기 일산화탄소를 이용해 수성가스전환 반응기에서 수소를 생성하는 단계와, 상기 수소와 일산화탄소를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스를 생성하는 단계와, 상기 메탄 가스를 연료전지에 공급하여 발전을 수행하는 단계를 포함한다.The method for linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process according to the present invention includes generating oxygen in an air separation unit using air, generating carbon monoxide in a gasifier using the oxygen and coal, and the carbon monoxide. Generating hydrogen in a water gas conversion reactor using the; and generating methane gas in a methanation reactor using the hydrogen and carbon monoxide; and supplying the methane gas to a fuel cell to perform power generation. .

본 발명의 다른 측면에 따른 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법은, 공기를 이용해 공기 분리유닛에서 산소를 생성하는 단계와, 상기 산소와 석탄을 이용해 가스화기에서 일산화탄소를 생성하는 단계와, 상기 일산화탄소를 이용해 수성가스전환 반응기에서 수소를 생성하는 단계와, 상기 수소와 일산화탄소를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스를 생성하는 단계와, 상기 메탄 가스를 연료전지에 공급하여 발전을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 공기 분리유닛에서 나온 산소 중 일부는 상기 가스화기로 유입하고, 나머지는 상기 연료전지에 공급하며, 상기 연료전지에서 배출되는 일산화탄소의 일부를 상기 수성가스전환 반응기로 공급하여 재이용한다.In accordance with another aspect of the present invention, a method for linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process may include: generating oxygen in an air separation unit using air; and generating carbon monoxide in a gasifier using the oxygen and coal; Generating hydrogen in a water gas shift reactor using the carbon monoxide; generating methane gas in a methanation reactor using the hydrogen and carbon monoxide; and supplying the methane gas to a fuel cell to perform power generation. It includes, and some of the oxygen from the air separation unit is introduced into the gasifier, the rest is supplied to the fuel cell, a portion of the carbon monoxide discharged from the fuel cell is supplied to the water gas conversion reactor for reuse.

본 발명에 따른 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계방법은, 메탄화반응기를 통해 생성된 합성천연가스(SNG)를 연료전지에 이용함으로써, 에너지의 효과적인 이용이 가능하다.In the method of linking the synthetic natural gas generation process and the fuel cell process according to the present invention, by using the synthetic natural gas (SNG) generated through the methanation reactor in the fuel cell, it is possible to effectively use energy.

또한, 공기분리유닛에서 생성된 산소 중 일부는 가스화기로 공급되어 사용되고, 나머지는 연료전지에 공급되어 사용됨으로써, 하나의 설비만으로 두 곳에 산소 공급이 용이하기 때문에, 설비 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다. In addition, since some of the oxygen generated in the air separation unit is supplied to the gasifier and the rest is supplied to the fuel cell, the oxygen can be easily supplied to two places with only one facility, thereby reducing the cost of the facility. have.

또한, 연료전지에서 배출되는 일산화탄소 일부를 합성천연가스 생성 공정의 수성가스전환 반응기로 보내 재이용함으로써, 에너지의 효과적인 이용이 가능하다.In addition, by sending a portion of carbon monoxide discharged from the fuel cell to the water gas conversion reactor of the synthetic natural gas generation process for reuse, it is possible to effectively use energy.

또한, 연료전지에서 배출되는 이산화탄소 중 일부를 용융탄산염 연료전지로 보내 재이용하고, 나머지는 포집함으로써, 이산화탄소 배출량이 최소화되어 환경 오염 문제를 저감시킬 수 있다. In addition, some of the carbon dioxide discharged from the fuel cell is sent to the molten carbonate fuel cell for reuse, and the rest is collected, thereby minimizing carbon dioxide emissions and reducing environmental pollution.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법이 적용된 설비의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법이 적용된 설비의 구성도이다. 1 is a block diagram of a facility to which a method of connecting a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process according to a first embodiment of the present invention is applied.
2 is a block diagram of a facility to which a method of connecting a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process according to a second embodiment of the present invention is applied.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method for linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1에서는 본 발명의 제 1실시예에 따른 합성천연가스 생성 공정을 위한 설비(10)와 연료전지 공정을 위한 설비(30)가 도시되어 있다. In FIG. 1, a facility 10 for a synthetic natural gas generation process and a facility 30 for a fuel cell process are shown according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 합성천연가스 생성 공정을 위한 설비(10)는, 공기분리유닛(ASU, Air Separation Unit)(11), 가스화기(12), 수성가스전환 반응기(14), 산성가스제거기(16), 메탄화반응기(18)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the facility 10 for the synthetic natural gas generation process includes an air separation unit (ASU) 11, a gasifier 12, a water gas conversion reactor 14, and an acid gas. And a methanation reactor 18.

공기는 상기 공기분리유닛(11)에서 산소(O2)와 질소(N2)로 분리된다. 상기 공기분리유닛(11)으로부터 생성된 산소(O2)는 상기 가스화기(12)로 유입된다. 또한, 상기 공기분리유닛(11)에서 생성된 산소(O2) 중 일부는 후술하는 상기 연료전지(40)로도 공급되어 사용된다. 도면부호 22는 상기 공기분리유닛(11)에서 생성된 산소(O2)를 상기 연료전지(40)측으로 안내하여 공급하는 유로이다. Air is separated into oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ) in the air separation unit (11). Oxygen (O 2 ) generated from the air separation unit 11 is introduced into the gasifier 12. In addition, some of the oxygen (O 2 ) generated in the air separation unit 11 is also supplied to and used in the fuel cell 40 to be described later. Reference numeral 22 is a flow path for guiding and supplying oxygen (O 2 ) generated in the air separation unit 11 to the fuel cell 40.

상기 가스화기(12)에는 전처리기(13)를 거친 석탄과, 상기 공기분리유닛(11)에서 나온 산소(O2), 그리고 물이 유입된다. 상기 가스화기(12)에서는 상기 석탄, 상기 산소(O2), 그리고 물이 서로 반응하여, 산화탄소(CO, CO2)가 생성된다. 상기 가스화기(12)에서 생성된 가스는 산화탄소(CO, CO2)가 대부분을 이루며, 그 외에도 수소(H2)나 다른 여러 가지 가스도 함께 생성되나, 이하, 산화탄소(CO, CO2)이외의 가스에 대한 설명은 생략한다. 상기 가스화기(12)에서 생성된 가스 중에서 일산화탄소(CO)가 후술하는 메탄화반응기(18)에서 메탄가스를 만드는 데 이용된다. 상기 가스화기(12)에서 생성된 일산화탄소(CO) 중 일부는 상기 수성가스전환 반응기(WGS, Water Gas Shift)(14)로 유입되어 수소(H2)를 만드는 데 사용되고, 나머지는 상기 가스 냉각기(15)로 바이패스된다.In the gasifier 12, coal passed through the pretreatment 13, oxygen (O 2 ) from the air separation unit 11, and water are introduced into the gasifier 12. In the gasifier 12, the coal, the oxygen (O 2 ), and water react with each other to generate carbon oxides (CO, CO 2 ). The gas generated in the gasifier 12 is composed of carbon oxides (CO, CO 2 ), and in addition to hydrogen (H 2 ) or other various gases are also generated, but also, carbon oxides (CO, CO 2) The description of gases other than) is omitted. Carbon monoxide (CO) in the gas generated in the gasifier 12 is used to produce methane gas in the methanation reactor 18 described later. Some of the carbon monoxide (CO) generated in the gasifier 12 is introduced into the water gas shift reactor (WGS) 14 to be used to make hydrogen (H 2 ), and the other part of the gas cooler ( Bypassed to 15).

상기 가스 냉각기(15)로 바이패스된 가스는 냉각된 후 상기 메탄화 반응기(18)로 공급되어 메탄 가스(CH4)를 만드는 데 이용된다. The gas bypassed to the gas cooler 15 is cooled and then supplied to the methanation reactor 18 to be used to make methane gas (CH 4 ).

상기 수성가스전환반응기(14)에서는 공급된 물이 스팀으로 변환되고, 상기 스팀의 존재 하에 일산화탄소(CO)가 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 전환된다. 따라서, 상기 수성가스전환 반응기(14)에서는 수소(H2)가 생성되고, 생성된 수소(H2)는 후술하는 메탄화 반응기(18)에서 메탄 가스(CH4)를 만드는 데 이용된다. In the water gas shift reactor 14, the supplied water is converted into steam, and carbon monoxide (CO) is converted into hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) in the presence of the steam. Accordingly, hydrogen (H 2 ) is produced in the water gas shift reactor (14), and the generated hydrogen (H 2 ) is used to make methane gas (CH 4 ) in the methanation reactor 18 described later.

상기 메탄화 반응기(18)로 유입되기 이전에, 상기 수성가스전환 반응기(14)에서 생성된 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)와 상기 가스 냉각기(15)에서 냉각된 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)는 상기 산성가스 제거기(16)로 유입된다. 상기 산성가스 제거기(16)에서는 이산화탄소(CO2)는 바로 제거되고, 황 성분(Sulfur)은 황회수기(SRU, Sulfur Recovery Unit)(17)를 거치면서 회수된다. 상기 산성가스 제거기(16)를 통과한 가스는 거의 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 혼합물이다. 상기 산성가스 제거기(16)를 통과한 일산화탄소(CO)와 수소(H2)는 메탄화 반응기(18)로 유입된다. Hydrogen (H 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) produced in the water gas shift reactor (14) and carbon monoxide (CO) cooled in the gas cooler (15) before entering the methanation reactor (18) and Carbon dioxide (CO 2 ) is introduced into the acidic gas remover (16). Carbon dioxide (CO 2 ) is immediately removed from the acidic gas remover (16), and sulfur (Sulfur) is recovered while passing through a sulfur recovery unit (SRU). The gas passed through the acidic gas remover 16 is almost a mixture of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ). Carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) passing through the acidic gas remover 16 is introduced into the methanation reactor (18).

상기 메탄화 반응기(18)에서는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)가 반응하여 메탄 가스(CH4)과 수증기(H20)를 포함한 합성 천연가스(SNG)를 생성하는 메탄화 반응이 일어난다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 합성 천연가스(SNG)는 메탄 가스(CH4)로 칭한다. 상기 메탄화 반응기(18)에서 생성된 메탄 가스(CH4)는 연료전지 공정을 위한 설비(30)로 유입된다. 도면부호 20은 상기 메탄화 반응기(18)에서 생성된 메탄가스(CH4)가 상기 연료전지(40)로 공급되는 유로이다. In the methanation reactor 18, carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) is reacted to generate a methanation reaction to generate a synthetic natural gas (SNG) including methane gas (CH 4 ) and water vapor (H 2 0). . Hereinafter, for the convenience of description, the synthetic natural gas (SNG) is referred to as methane gas (CH 4 ). Methane gas (CH 4 ) generated in the methanation reactor 18 is introduced into the facility 30 for the fuel cell process. Reference numeral 20 is a flow path for supplying the methane gas CH 4 generated in the methanation reactor 18 to the fuel cell 40.

상기 연료전지 공정을 위한 설비(30)는, 예열기(31), 연료전지(40), 연소기(32), 터빈(33) 그리고 응축기(34)를 포함한다. The facility 30 for the fuel cell process includes a preheater 31, a fuel cell 40, a combustor 32, a turbine 33 and a condenser 34.

상기 메탄화 반응기(18)에서 생성된 메탄 가스(CH4)는 예열기(31)에서 예열한 후, 상기 연료전지(40)로 유입된다. 본 실시예에서는 상기 연료전지(40)는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)인 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 다른 종류의 연료전지의 사용도 물론 가능하다. 상기 연료전지(40)는 개질기(41)와 스택을 포함하고, 상기 스택은 연료극인 애노드(Anode)(42), 공기극인 캐소드(Cathode)(43) 그리고 전해질(미도시)을 포함한다. 상기 개질기(41)에서는 수소(H2)를 생성하고, 상기 수소(H2)를 상기 애노드(42)로 공급한다. 상기 캐소드(43)에는 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)가 공급된다. 상기 캐소드(43)는 상기 공기분리 유닛(11)에서 분리된 산소(O2) 중 일부를 공급받고, 이산화탄소(CO2)는 별도로 외부에서 공급받는다. 상기 연료전지(40)에서 필요한 산소 공급을 위해 상기 합성천연가스 생성 공정(10)의 공기분리 유닛(11)이 사용되기 때문에, 산소 공급을 위한 별도의 설비가 필요하지 않으므로 설비 비용이 절감될 수 있다. 상기 연료전지(40)의 애노드(42)와 캐소드(43)에서는 상기 수소(H2), 상기 산소(O2) 및 상기 이산화탄소(CO2)에 의하여, 전기 및 물(H2O) 이 발생된다. 다만, 상기 연료전지(40)에서는 물만이 아니라, 유입된 가스 중 미반응 가스도 존재하는 바, 상기 연료전지(40)에서 나온 배출가스는 수소(H2), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 등을 포함한다. Methane gas (CH 4 ) generated in the methanation reactor 18 is preheated in the preheater 31 and then introduced into the fuel cell 40. In the present embodiment, the fuel cell 40 is a molten carbonate fuel cell (MCFC). For example, the fuel cell 40 is not limited thereto, but other types of fuel cells may be used. The fuel cell 40 includes a reformer 41 and a stack, and the stack includes an anode 42 as a fuel electrode, a cathode 43 as an air electrode, and an electrolyte (not shown). The reformer 41, the supplies the generated hydrogen (H 2) and the hydrogen (H 2) to said anode (42). Oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) are supplied to the cathode 43. The cathode 43 is supplied with a portion of oxygen (O 2 ) separated from the air separation unit 11, and carbon dioxide (CO 2 ) is separately supplied from the outside. Since the air separation unit 11 of the synthetic natural gas generation process 10 is used for supplying the oxygen required by the fuel cell 40, a separate facility for supplying oxygen is not required, thereby reducing the installation cost. have. In the anode 42 and the cathode 43 of the fuel cell 40, electricity and water (H 2 O) are generated by the hydrogen (H 2 ), the oxygen (O 2 ), and the carbon dioxide (CO 2 ). do. However, in the fuel cell 40, not only water, but also unreacted gas among the gas introduced therein, the exhaust gas from the fuel cell 40 is hydrogen (H 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide ( CO) and the like.

상기 연료전지(40)에서 나온 배출가스는 상기 연소기(32)에서 연소되고, 상기 연소기(32)에서 나온 연소 가스를 이용해 터빈(33)을 구동한다. 상기 터빈(33)은 연소가스의 팽창에 의해 구동된다. The exhaust gas from the fuel cell 40 is combusted in the combustor 32, and drives the turbine 33 using the combustion gas from the combustor 32. The turbine 33 is driven by the expansion of the combustion gas.

상기 터빈(33)에서 나온 배출가스를 응축기(34)에서 응축하고, 상기 응축기(34)에서는 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 배출된다. 여기에서, 배출된 이산화탄소(CO2)는 별도의 저장 시설에 저장되는 바, 대기로 배출되는 이산화탄소(CO2)가 최소화되고, 저장된 이산화탄소(CO2)는 별도의 용도로 이용될 수 있다.The exhaust gas from the turbine 33 is condensed in the condenser 34, and carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O) are discharged from the condenser 34. Here, the discharged carbon dioxide (CO 2 ) is stored in a separate storage facility, the carbon dioxide (CO 2 ) discharged to the atmosphere is minimized, the stored carbon dioxide (CO 2 ) can be used for a separate use.

상기와 같이 본 발명의 제 1실시예에서는, 상기 합성천연가스 생성 공정에서 생성된 메탄 가스(CH4)를 상기 연료 전지(40)의 연료로 이용하여 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있고, 부산물인 이산화탄소(CO2)를 포집하여 저장할 수 있다.
As described above, in the first embodiment of the present invention, methane gas (CH 4 ) generated in the synthesis natural gas generation process may be used as the fuel of the fuel cell 40 to improve energy use efficiency, and may be a byproduct. Carbon dioxide (CO 2 ) can be captured and stored.

도 2에서는 본 발명의 제 2실시예에 따른 합성천연가스 생성 공정을 위한 설비(10)와 연료전지 공정을 위한 설비(30)가 도시되어 있다. In FIG. 2, a facility 10 for a synthetic natural gas generation process and a facility 30 for a fuel cell process are shown according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2실시예에서는 상기 메탄화 반응기(18)에서 생성된 합성가스(SNG)를 상기 연료전지(40)에 이용하는 구성은 상기 제 1실시예와 유사하나, 상기 연료전지(40)에서 배출되는 일산화탄소(CO)의 일부를 상기 수성가스전환 반응기(14)로 바이패스하여 재이용하는 것과 상기 응축기(34)에서 나온 이산화탄소(CO2)의 일부를 상기 연료전지(40)로 바이패스하여 재이용하는 것이 상이하다. 따라서, 유사구성에 대해 동일 부호를 사용하고 그에 따른 상세한 설명은 생략하고 상이점을 중심으로 설명한다. Referring to FIG. 2, in the second embodiment of the present invention, the configuration of using the synthesis gas (SNG) generated in the methanation reactor 18 in the fuel cell 40 is similar to that of the first embodiment. Bypassing a portion of carbon monoxide (CO) discharged from the fuel cell 40 to the water gas conversion reactor (14) for reuse, and part of the carbon dioxide (CO 2 ) from the condenser (34) to the fuel cell (40) Bypass by) and reuse is different. Therefore, the same reference numerals are used for similar configurations, and detailed description thereof will be omitted and the description will be made based on differences.

상기 연료전지(40)에서 배출되는 일산화탄소(CO) 중 일부는 상기 수성가스전환 반응기(14)로 바이패스되어, 상기 메탄가스(CH4)를 만드는 데 재이용되고, 나머지는 상기 연소기(32)에서 연소시켜 상기 터빈(33)을 출력하도록 한다. 상기 연료전지(40)에서 나온 일산화탄소(CO) 중에서 상기 수성가스전환 반응기(14)로 바이패스되는 양은 상기 합성천연가스 생성 공정(10)에서 요구되는 양에 따라 적절히 조절될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 일산화탄소(CO)는 상기 수성가스전환 반응기(14)가 아니라 상기 가스 냉각기(15)의 전단이나 후단으로 바이패스되거나, 상기 산성가스 제거기(16) 또는 상기 메탄화반응기(18)로 직접 바이패스되어, 상기 메탄화반응기(18)에서 메탄을 생성하는데 직접 이용될 수도 있다. 도면부호 36은 상기 연료전지(40)에서 배출되는 일산화탄소(CO) 중 일부를 상기 수성가스전환 반응기(14)로 바이패스하는 유로이다. Some of the carbon monoxide (CO) discharged from the fuel cell 40 is bypassed to the water gas shift reactor 14, and reused to make the methane gas (CH 4 ), the rest in the combustor 32 Combustion is output to the turbine 33. The amount of carbon monoxide (CO) from the fuel cell 40 is bypassed to the water gas shift reactor 14 may be appropriately adjusted according to the amount required in the synthesis natural gas production process (10). However, the present invention is not limited thereto, and the carbon monoxide (CO) is bypassed to the front end or the rear end of the gas cooler 15 instead of the water gas shift reactor 14, or the acid gas remover 16 or the It may be bypassed directly to methanation reactor 18 and used directly to produce methane in the methanation reactor 18. Reference numeral 36 is a flow path for bypassing some of the carbon monoxide (CO) discharged from the fuel cell 40 to the water gas conversion reactor (14).

상기 터빈(33)에서 나온 배기가스는 상기 응축기(34)에서 응축된다. 상기 응축기(34)에서는 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 배출된다. 상기 응축기(34)에서 나오는 상기 이산화탄소(CO2) 중의 전체 또는 일부는 상기 연료전지(40)의 캐소드(43)로 바이패스하여 재이용하고, 나머지는 포집된다. 도면부호 38은 상기 응축기(34)에서 나온 상기 이산화탄소(CO2) 중의 전체 또는 일부는 상기 연료전지(40)의 캐소드(43)로 바이패스하는 유로이다. Exhaust gas from the turbine 33 is condensed in the condenser 34. The condenser 34 discharges carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O). All or part of the carbon dioxide (CO 2 ) coming from the condenser 34 is bypassed and reused by the cathode 43 of the fuel cell 40, and the rest is collected. Reference numeral 38 is a flow path for bypassing all or part of the carbon dioxide (CO 2 ) from the condenser 34 to the cathode 43 of the fuel cell 40.

상기와 같이, 상기 연료전지(40)에서 나온 배기가스 중 일산화탄소(CO)는 상기 수성가스전환 반응기(14)로 바이패스하여 상기 메탄가스를 만드는 데 이용하고, 이산화탄소(CO2)는 상기 연소기(32)에서 연소시킨 후 상기 연료전지(40)의 캐소드(43)로 보내 재이용함으로써, 에너지의 효과적인 이용이 가능하다. As described above, carbon monoxide (CO) in the exhaust gas from the fuel cell 40 is used to bypass the water gas shift reactor 14 to make the methane gas, and carbon dioxide (CO 2 ) is used in the combustor ( After combustion in 32, it is sent to the cathode 43 of the fuel cell 40 for reuse, thereby enabling efficient use of energy.

또한, 이산화탄소(CO2) 배출량이 감소되어 환경 오염 문제의 발생이 저감될 수 있다.
In addition, the carbon dioxide (CO 2 ) emissions can be reduced to reduce the occurrence of environmental pollution problems.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

11: 공기분리유닛 12: 가스화기
14: 수성가스전환 반응기 16: 산성가스 제거기
18: 메탄화 반응기 31: 예열기
32: 연소기 33: 터빈
34: 응축기 40: 연료전지
42: 애노드 43: 캐소드11: air separation unit 12: gasifier
14: water gas shift reactor 16: acid gas remover
18: methanation reactor 31: preheater
32: combustor 33: turbine
34: condenser 40: fuel cell
42: anode 43: cathode

Claims (11)

공기를 이용해 공기 분리유닛에서 산소를 생성하는 단계와;
상기 산소와 석탄을 이용해 가스화기에서 일산화탄소를 생성하는 단계와;
상기 일산화탄소를 이용해 수성가스전환 반응기에서 수소를 생성하는 단계와;
상기 수소와 일산화탄소를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스를 생성하는 단계와;
상기 메탄 가스를 연료전지에 공급하여 발전을 수행하는 단계를 포함하는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법.Generating oxygen in the air separation unit using air;
Producing carbon monoxide in a gasifier using the oxygen and coal;
Generating hydrogen in a water gas shift reactor using the carbon monoxide;
Generating methane gas in a methanation reactor using the hydrogen and carbon monoxide;
A method of linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process comprising supplying the methane gas to a fuel cell to perform power generation. 청구항 1에 있어서,
상기 공기 분리유닛에서 나온 산소 중 일부는 상기 가스화기로 유입하고, 나머지는 상기 연료전지에 공급하여 이용하는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법. The method according to claim 1,
Part of the oxygen from the air separation unit flows into the gasifier, the remainder is supplied to the fuel cell using the synthetic natural gas generation process and the fuel cell process. 청구항 1에 있어서,
상기 가스화기에서 나온 일산화탄소 중 일부는 상기 수성가스전환 반응기로 공급하고, 나머지는 바이패스시켜 상기 메탄화 반응기로 공급하는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법. The method according to claim 1,
Some of the carbon monoxide from the gasifier is supplied to the water gas conversion reactor, and the rest is bypassed and supplied to the methanation reactor. 청구항 3에 있어서,
상기 바이패스된 일산화탄소를 가스냉각기에서 냉각하는 단계를 더 포함하는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계방법. The method according to claim 3,
And synthesizing the bypassed carbon monoxide in a gas cooler. 청구항 1에 있어서,
상기 메탄화 반응기로 유입되기 전에, 이산화탄소와 산성 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법. The method according to claim 1,
The method of connecting a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process further comprising the step of removing carbon dioxide and acidic gas before entering the methanation reactor. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지에서 배출되는 일산화탄소를 상기 수성가스전환 반응기로 공급하여 재이용하고, 나머지는 연소기에서 연소시켜 터빈을 구동하는 데 사용하는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법.The method according to claim 1,
A method of linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process for supplying carbon monoxide discharged from the fuel cell to the water gas shift reactor for reuse, and burning the rest in a combustor to drive a turbine. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지는 용융탄산염 연료전지이고,
상기 연료전지에서 나온 배출가스는 연소기에서 연소되고, 상기 연소 가스 중 이산화탄소의 전부 또는 일부는 상기 연료전지로 공급하여 재이용하는 합성천연가스 생성공정과 연료전지 공정의 연계방법. The method according to claim 1,
The fuel cell is a molten carbonate fuel cell,
The exhaust gas from the fuel cell is burned in a combustor, and all or part of the carbon dioxide in the combustion gas is supplied to the fuel cell for reuse. 청구항 7에 있어서,
상기 연료전지에서 나온 배출가스를 상기 연소기에서 연소하는 단계와,
상기 연소기에서 나온 연소가스를 이용해 터빈을 구동하는 단계와,
상기 터빈에서 나온 배출가스를 응축기에서 응축하는 단계를 더 포함하고,
상기 응축기에서 나온 이산화탄소 중 일부를 상기 연료전지로 공급하여 재이용하고 나머지는 포집하는 합성천연가스 생성공정과 연료전지 공정의 연계 방법. The method of claim 7,
Combusting the exhaust gas from the fuel cell in the combustor;
Driving the turbine using the combustion gas from the combustor;
Condensing the exhaust gas from the turbine in a condenser,
A method of linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process of supplying some of the carbon dioxide from the condenser to the fuel cell for reuse and collecting the rest. 청구항 1에 있어서,
상기 연료전지는 용융탄산염 연료전지이고,
상기 메탄 가스가 상기 연료전지로 유입되기 전에, 예열기에서 예열하는 단계와,
상기 메탄 가스를 예열한 후, 개질기에서 수소를 추출하는 단계를 더 포함하는 합성천연가스 생성 공정과 연료전지 공정의 연계 방법. The method according to claim 1,
The fuel cell is a molten carbonate fuel cell,
Preheating in a preheater before the methane gas enters the fuel cell,
And preheating the methane gas, further comprising extracting hydrogen from a reformer. 공기를 이용해 공기 분리유닛에서 산소를 생성하는 단계와;
상기 산소와 석탄을 이용해 가스화기에서 일산화탄소를 생성하는 단계와;
상기 일산화탄소를 이용해 수성가스전환 반응기에서 수소를 생성하는 단계와;
상기 수소와 일산화탄소를 이용하여 메탄화 반응기에서 메탄 가스를 생성하는 단계와;
상기 메탄 가스를 연료전지에 공급하여 발전을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 공기 분리유닛에서 나온 산소 중 일부는 상기 가스화기로 유입하고, 나머지는 상기 연료전지에 공급하며,
상기 연료전지에서 배출되는 일산화탄소의 일부를 상기 수성가스전환 반응기로 공급하여 재이용하는 합성천연가스 생성공정과 연료전지 공정의 연계 방법. Generating oxygen in the air separation unit using air;
Producing carbon monoxide in a gasifier using the oxygen and coal;
Generating hydrogen in a water gas shift reactor using the carbon monoxide;
Generating methane gas in a methanation reactor using the hydrogen and carbon monoxide;
Supplying the methane gas to a fuel cell to perform power generation;
Some of the oxygen from the air separation unit flows into the gasifier, the rest is supplied to the fuel cell,
A method of linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process for supplying a portion of carbon monoxide discharged from the fuel cell to the water gas conversion reactor for reuse. 청구항 10에 있어서,
상기 연료전지는 용융탄산염 연료전지이고,
상기 연료전지에서 배출되는 이산화탄소 중 일부를 상기 연료전지로 공급하여 재이용하는 합성천연가스 생성공정과 연료전지 공정의 연계 방법. The method of claim 10,
The fuel cell is a molten carbonate fuel cell,
A method of linking a synthetic natural gas generation process and a fuel cell process for supplying some of the carbon dioxide discharged from the fuel cell to the fuel cell for reuse.
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