KR20130047058A

KR20130047058A - 건식 이산화탄소 포집공정이 통합된 석탄가스화 복합발전 시스템

Info

Publication number: KR20130047058A
Application number: KR1020110111836A
Authority: KR
Inventors: 최동혁; 전원식; 엄태형
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2013-05-08

Abstract

본 발명은 건식 이산화탄소 포집공정이 통합된 석탄가스화 복합발전 시스템에 관한 것으로, 특히 건식 이산화탄소 포집공정이 통합되면서 이산화탄소의 흡수반응과 재생반응 및 수성가스 전환반응에 필요한 열원을 효율적으로 회수할 수 있는 석탄가스화 복합발전 시스템을 제공한다.

Description

건식 이산화탄소 포집공정이 통합된 석탄가스화 복합발전 시스템{Integrated gasification combined cycle system with dry type carbon dioxide removal process}

본 발명은 석탄가스화 복합발전 시스템에 관한 것으로, 특히 건식 이산화탄소 포집공정이 통합되면서 이산화탄소의 흡수반응과 재생반응 및 수성가스 전환반응에 필요한 열원을 효율적으로 회수할 수 있는 석탄가스화 복합발전 시스템에 관한 것이다.

석탄가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle: IGCC)은 석탄을 가스화하여 H₂와 CO가 주성분인 합성가스를 얻은 후, 이중 오염가스를 제거한 연료가스를 연소시켜 전기를 생산하는 기술을 말한다. 이러한 IGCC는 기존 미분탄 연소발전 대비 효율이 뛰어나고 친환경적이며, 향후 석탄을 이용한 화력발전의 주력을 담당할 수 있는 유력한 발전방식으로서 조기 실용화가 요구되는 기술이라 할 수 있다.

IGCC에 적용 가능한 연소전 CO₂ 포집기술 중에서, 현재 개발 중인 건식 재생 CO₂ 포집기술은 도 1과 같이 화석연료를 물과 산소 등으로 부분 산화시켜 합성가스를 제조하고, 집진 및 고온 탈황공정을 거친 후, 합성가스의 주성분인 CO를 수성가스 전환반응을 통해 H₂와 CO₂로 전환시킨 다음, 건식흡수제를 통해 CO₂만을 선택적으로 포집하는 기술이다. CO₂를 흡수한 건식흡수제는 재생반응기로 이송되어 CO₂가 회수되며, 재생된 흡수제는 다시 수성가스 전환반응에 적용되어 CO₂를 회수하게 된다. 해당 기술은 기존 저온 습식 공정보다 열효율이 높고, 공정 크기가 작으며, 친환경적인 장점을 보유하고 있다.

이러한 건식 CO₂ 포집기술과 연계하여 IGCC를 연구한 사례는 없으며, 이와 관련된 열 회수 방법에 대한 사례 역시 존재하지 않는다. 다만, 고온집진, 고온탈황 등 단위 공정으로서 가스화기 연계 공정 연구, 통합형 기화 복합발전 시스템의 운전방법 등과 같은 사례가 있다.

일례로, 대한민국 특허등록 제215619호에서는 통합형 기화 복합발전 시스템을 대상으로 가스터빈 공기 압축기의 배출물이 부분 부하 조건에서 선택된 압력 이하로 떨어지는 경우, 추출된 공기의 분리 유닛 쪽으로의 흐름은 불연속이 되고, 공기분리 유닛은 단지 공기공급 압축기에 의해서만 공급된 일정한 압력으로 작동되도록 하는 운전방법을 제시하였다.

또한, 대한민국 특허공개 제2010-74022호에서는 가스터빈의 압축기로부터 인터쿨러를 통해 공기를 받는 가변속도 부스터를 제공하여 비교적 일정한 압력으로 공기를 공기액화 분리장치에 공급하는 복합발전설비 시스템을 제안하였다.

대한민국 특허등록 제794914호에서는 파쇄된 석탄가루를 석탄가스화기 내에 분사하여 1,200℃ 이상의 고온에서 탄소 개질반응에 의해 합성가스(syngas)를 생성하는 석탄 가스화 방법, 상업용 석탄 속에 포함되어 있는 슬래그(slag)를 융점(non-fluid point) 이하에서 고체 상태로 포집하는 석탄가스화기(coal gasifier/gasification reactor)를 제안하였다.

대한민국 특허등록 제417202호에서는 IGCC 시스템에서 가스터빈 배기가스에 노출되지 않고 과열기의 하나의 단부 및 반대 단부를 접속시키며, 중간 경로를 바이패스(bypass)시켜 이에 의해 한 단부로부터의 냉각기 과열 증기를 상기 과열기의 반대 단부에 유입하는 과열저감 도관(an attemperating conduit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합사이클 시스템을 제안하였다.

상기 선행기술들의 경우, IGCC 공정 자체를 비롯하여 그에 파생된 각 단위공정 및 장치, 공정 운전방법 등을 제시하였으나, 건식 CO₂ 포집공정과 연계한 결과를 도출한 사례는 없었다. 따라서 IGCC의 친환경성, 효율성 측면의 장점 구현에 한계를 나타내었다. 더불어, IGCC와 건식 CO₂ 포집 통합공정에 있어, CO₂ 포집에 소요되는 열원 회수방안을 제시한 선행기술은 아직 존재하지 않는다.

본 발명의 목적은 IGCC 플랜트에 CO₂ 포집공정이 결합될 경우, CO₂ 포집 및 흡수제 재생, 수성가스 전환반응에 필요한 열원을 효율적으로 회수할 수 있으며, 이를 통해 CO₂ 포집공정과 오염가스 정제공정을 전단의 가스화기와 후단의 가스터빈 등과 연계하였을 때 각 공정의 성능을 최대한 발휘할 수 있는 석탄가스화 복합발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 석탄을 연소시켜 합성가스를 생성하는 가스화기; 가스화기에 설치되고 합성가스를 냉각하는 냉각기; 가스화기의 후단에 설치되고 합성가스 중 분진을 제거하는 집진필터; 가스화기와 집진필터의 연결라인에서 분기되어 합성가스가 가스화기로 재순환되는 재순환라인에 설치되는 제1열교환기; 집진필터의 후단에 설치되고 황을 제거하는 탈황반응기; 탈황반응기의 후단에 설치되고 수성가스 전환반응 및 이산화탄소 흡수반응과 흡수제 재생반응이 일어나는 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기; 수성가스전환 및 이산화탄소 포집 일체형 반응기의 후단에 설치되고 합성가스를 연소시켜 스팀을 발생시키는 연소기; 연소기의 후단에 설치되고 연소기에서 발생된 스팀으로 구동되는 가스터빈; 가스터빈의 후단에 설치되고 가스터빈으로부터 스팀을 공급받아 열을 회수하고 스팀을 발생시키는 열회수 스팀발생기; 열회수 스팀발생기와 연결되는 고압 스팀터빈; 고압 스팀터빈과 연결되는 중압 스팀터빈; 및 중압 스팀터빈과 연결되는 저압 스팀터빈을 포함하는 석탄가스화 복합발전 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 석탄가스화 복합발전 시스템은 탈황반응기와 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기 사이에 설치되는 제2열교환기, 및/또는 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기의 후단에 설치되는 제3열교환기를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에서 냉각기 후단의 온도는 450 내지 550℃로 유지되고, 제1열교환기를 통해 재순환 합성가스가 200 내지 300℃로 냉각될 수 있다.

본 발명에 따른 석탄가스화 복합발전 시스템은 제1열교환기와 연결되는 제1고압 스팀드럼을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 제1실시형태에 따르면, 제1열교환기에서 회수된 열은 제1고압 스팀드럼을 거쳐 500℃ 이상의 고압 스팀을 발생시키고, 이 고압 스팀은 열회수 스팀발생기에서 발생된 고압 스팀과 통합된 후, 일부는 고압 스팀터빈으로 공급되고, 일부는 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기에 공급되어 350 내지 450℃의 온도를 요구하는 이산화탄소 흡수제 재생반응에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 석탄가스화 복합발전 시스템은 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기 및 열회수 스팀발생기 각각에 연결되는 제2고압 스팀드럼을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 제1실시형태에 따르면, 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기에서 나온 스팀은 제2고압 스팀드럼을 거쳐 열회수 스팀발생기로 회수될 수 있다.

본 발명에서 제2열교환기는 550 내지 650℃의 탈황반응기 후단 온도를 이산화탄소 흡수반응에 필요한 150 내지 250℃로 냉각할 수 있다.

본 발명에서 제2열교환기에서 회수된 열로 생산된 저압 스팀은 중압 스팀터빈에서 나온 저압 스팀과 합쳐진 후 저압 스팀터빈을 구동시킬 수 있다.

본 발명에서 제3열교환기는 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기를 거친 450℃ 이상의 합성가스를 냉각시킬 수 있다.

본 발명에서 제3열교환기에서 회수된 열로 생산된 150 내지 250℃의 저압 스팀은 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기에 공급되어 수성가스 전환반응에 사용될 수 있다.

본 발명의 제2실시형태에 따르면, 이산화탄소 흡수제 재생반응은 100 내지 200℃에서 수행되며, 제2열교환기 및 중압 스팀터빈 각각에서 발생된 저압 스팀이 통합된 후, 이중 일부는 이산화탄소 흡수제 재생반응에 사용되고, 일부는 저압 스팀터빈을 구동시킬 수 있다.

지금까지의 IGCC 관련 선행기술들은 IGCC 전체 공정을 비롯한 단위공정 및 장치, 운전방법 등을 제시하였으나, IGCC의 환경적, 효율적 측면을 바람직하게 활용하기 위해서는 CO₂ 포집공정과의 결합기술에 대한 고찰이 필요하다.

본 발명에서는 향후 연소전 CO₂ 포집기술 실증을 대비하여, IGCC 플랜트에 건식재생 CO₂ 포집공정이 결합될 경우 CO₂ 포집 및 흡수제 재생에 소요되는 열원 회수에 대한 방법을 제시하였다. 이를 통해 CO₂ 포집공정과 오염가스 정제공정을 전단의 가스화기와 후단의 가스터빈 등과 연계하였을 때 각 공정의 성능을 최대한 발휘할 수 있도록 하는 시스템의 설계 및 운전기술을 개발하였다.

본 발명에서 제시한 열 회수 방안에 따라 건식 CO₂ 포집기술을 IGCC에 적용할 경우, 기존 습식기술에 비해 약 3% 효율 증가가 예상되며, 향후 CO₂ 포집 및 오염가스 정제비용을 현 수준 대비 50 내지 100% 저감할 수 있는 통합공정 기술 확보가 가능할 것으로 기대된다. 더불어, 소규모 장기운전으로 기술 신뢰성을 확보하여 300 MW 석탄 IGCC 플랜트 등 상용급 발전소에 적용이 가능한 기술을 제시할 수 있을 것으로 본다. 또한 2018년까지 석탄 IGCC 플랜트가 국내에 건설될 것으로 예상되어, 이에 적용 가능성이 있으며, 실제 고압합성가스 조건에서의 장시간 운전실증을 통해 국제공동연구 등 대외적 기술 협상력 제고가 가능하다.

도 1은 건식 재생 CO₂ 포집기술의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시형태에 따라 건식 이산화탄소 포집공정이 통합된 석탄가스화 복합발전 시스템의 전체구성 및 열 회수 메커니즘을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제2실시형태에 따라 건식 이산화탄소 포집공정이 통합된 석탄가스화 복합발전 시스템의 전체구성 및 열 회수 메커니즘을 도시한 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 원리를 요약하면, 첫째 가스화기 냉각기 및 가스화기 필터의 운전온도 설정, 둘째 탈황설비의 운전온도와 이를 위한 공정의 재구성, 셋째 수성가스 전환반응에 필요한 스팀의 공급원 설정, 넷째 건식 CO₂ 포집설비의 흡수제 재생에 필요한 스팀의 공급원 설정, 다섯째 CO₂ 포집공정을 거친 합성가스의 열 회수, 여섯째 HRSG(Heat Recovery Steam Generator)의 최적화이다.

본 발명의 구체적 내용에 대한 상세한 설명에 앞서, 기존 IGCC의 전체 공정 흐름을 간략하게 설명하고자 한다. 도 2에 IGCC 및 건식 CO₂ 포집 통합공정의 전체 공정흐름과 열 회수 방안을 도시하였는데, CO₂ 포집설비 및 열교환기를 제외한 전체공정은 기존 IGCC와 유사하므로, 이를 준용하여 기존 IGCC 공정을 설명하고자 한다. 참고로 도 2는 발명의 내용과 직접적인 관련이 있는 주요설비만을 도시하였고, 부속설비, 합성가스, 스팀, 냉각수 등의 일부를 필요에 따라 생략하였다.

우선 전체 공정 상 합성가스의 흐름을 살펴보면, 가스화기(1)에서 석탄을 연소시켜 CO, CO₂, H₂, 수분 등으로 이루어진 합성가스가 생성되며, 이는 가스화기 냉각기(2)를 거쳐 집진필터(3)로 이송된다. 이때, 가스화기(1) 출구의 합성가스 온도를 900℃ 이하로 일정하게 유지시키기 위해, 집진필터(3) 이송 전 250℃ 온도의 합성가스 일부를 취출하여 가스화기(1) 상부로 재순환시키게 된다. 집진필터(3)를 거친 합성가스는 스크러버(4)를 지나 탈황반응기(5)에서 황이 제거되며, 수성가스 전환촉매와 건식흡수제가 충전된 수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6) 중에서 합성가스 중 CO를 수성가스 전환반응을 통해 H₂와 CO₂로 전환시키면서, 건식흡수제를 통해 CO₂가 선택적으로 포집된다. 수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6)는 흡수탑과 재생탑으로 구성되어 있으며, 수성가스전환 촉매 및 CO₂ 흡수제는 각각의 탑을 연결하는 루프 실(Loop seal)을 통과하여 순환하게 된다. 이때, 흡수탑에서는 약 200℃, 2 MPa 조건에서 수성가스전환반응 및 CO₂ 포집 반응이 동시에 일어난다. 또한, 재생탑에서는 약 400℃, 2 MPa 조건에서 CO₂ 재생반응이 이루어진다. 탈황 및 CO₂ 포집공정을 거친 합성가스는 포화기(14)를 거쳐 가스터빈 연소기(17)에서 연소되며, 이때 발생된 스팀은 가스터빈(7)을 구동시킨 후 열회수 스팀발생기(HRSG)(9)로 보내진다.

더불어, 전체 공정에서의 스팀 흐름을 간략히 살펴보면, 콘덴서(15)에서 응축된 물은 탈기기(16) 및 HRSG 급수 가압펌프(19)를 거쳐 HRSG(9)로 이송된다. HRSG(9)는 일종의 대용량 열교환기로서, 가스터빈(7), 중압(IP) 스팀드럼(11), 고압(HP) 스팀드럼1(12) 등으로부터 회수한 열을 이용하여 약 11 MPa의 고압(HP), 약 3 MPa의 중압(IP), 약 0.43 MPa의 저압(LP) 스팀을 생산한다.

이중 HP 스팀을 이용하여 HP 스팀터빈(8a)을 구동시키게 되고, 이는 다시 HRSG(9)에서의 열교환을 통해 IP 스팀으로 전환되어 IP 스팀터빈(8b)을 구동시킨다. IP 스팀터빈(8b)을 거친 IP 스팀은 LP 스팀으로 전환되어 LP 스팀터빈(8c)을 구동시키고, 이후 콘덴서(15)로 이송된다.

본 발명은 상기 설명한 기존 IGCC 시스템에 CO₂ 포집공정을 통합하였을 경우, CO₂ 포집 및 흡수제 재생, 수성가스 전환반응에 필요한 열원의 효율적인 회수 방안을 제공한다. 이에 대해 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

가. CO₂ 흡수제 재생에 필요한 열 회수 방안(도 2의 적색라인)

기존 IGCC 공정의 가스화기 냉각기(2)를 거친 합성가스 온도는 약 250℃를 유지하게 된다. 만약 건식 CO₂ 포집설비를 설치하는 경우, 동일 조건으로 운전하게 되면, 후단의 탈황반응기(5)의 운전조건인 약 500℃를 만족시키기 위해, 250℃의 합성가스를 500℃까지 가열해야 하는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해서 HP 스팀터빈(8a)으로 공급되는 스팀의 열원을 사용하거나 별도의 히터를 설치하는 방법이 있지만, 시스템 효율의 저하를 초래할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 가스화기 냉각기(2) 후단의 온도를 약 500℃로 유지하고, 가스화기(1)와 집진필터(3)의 연결라인에서 분기되어 합성가스가 가스화기(1)로 재순환되는 재순환라인에 있어서, 재순환 합성가스 압축기(10) 전단에 별도의 제1열교환기(A)를 설치하여 가스화기(1)로 재순환되는 합성가스를 약 250℃로 냉각시킬 수 있도록 시스템을 구성하였다. 즉, 탈황반응기(5)의 운전온도가 약 500℃이고, 집진필터(3)를 거쳐 탈황반응기(5)로 공급되는 합성가스의 온도가 약 500℃이므로 에너지 측면에서 유리하도록 구성하였다. 제1열교환기(A)에서 회수된 열은 제1HP 스팀드럼1(12)을 거쳐 500℃ 이상의 고온 HP 스팀을 발생시키며, 이를 HRSG(9)에서 발생된 HP 스팀과 통합하여 HP 스팀터빈(8a)으로 공급하고, 그 중 일부를 수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6)에 공급되도록 하였다. HP 스팀은 약 400℃의 온도를 요구하는 건식 CO₂ 흡수제 재생반응에 사용되며, 반응이 완료된 후 수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6)에서 나온 스팀은 별도로 설치한 제2HP 스팀드럼(13)을 거쳐 HRSG(9)로 회수되도록 공정을 구성하였다.

나. CO₂ 흡수반응에 필요한 열 회수 방안(도 2의 청색라인)

수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6)에서의 CO₂ 흡수반응은 약 200℃의 온도조건이 요구되며, 이를 만족시키기 위해 탈황반응기(5)에서 나온 약 600℃의 합성가스를 냉각시킬 수 있도록 별도의 제2열교환기(B)를 설치하였다. 제2열교환기(B)를 거쳐 생산된 LP 스팀은 IP 스팀터빈(8b)에서 나온 LP 스팀과 합쳐져 LP 스팀터빈(8c)을 구동시킨 후 콘덴서(15)를 거쳐 HRSG(9)로 이송되도록 하였다.

다. 수성가스 전환반응에 필요한 열 회수 방안(도 2의 녹색라인)

CO₂ 포집공정을 거친 합성가스의 온도는 450℃ 이상의 고온으로, 기존 IGCC의 배출온도인 약 55℃에 비해 높은 에너지를 함유하고 있다. 이 열량을 회수하기 위해 수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6) 후단에 별도의 제3열교환기(C)를 설치하였으며, 탈기기(16)의 보일러수 중 일부를 열회수용 급수펌프(18)를 통해 제3열교환기(C)에 공급하여 스팀을 발생시켰다. 이를 통해 HRSG의 효율을 제고하고 전체 IGCC 효율을 높이도록 공정을 구성하였다. 이때 발생된 약 200℃의 LP 스팀은 수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6)에 공급되어 약 200℃의 스팀이 요구되는 수성가스 전환반응에 사용되도록 하였다. 제3열교환기(C)를 거친 합성가스는 기존 IGCC 시스템과 동일하게 포화기(14)를 거쳐 가스터빈 연소기(17)로 공급되도록 하였다.

[실시예 2]

본 발명의 다른 실시예를 도 3을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 도 3은 도 2와 마찬가지로 주요설비만을 도시하였으며, 부속설비, 합성가스, 스팀, 냉각수 등의 일부를 필요에 따라 생략하였다.

본 실시예 2에서는 탈황 및 CO₂ 흡수반응 운전조건은 실시예 1과 동일하게 하고, 건식 CO₂ 흡수제 재생온도를 약 150℃로 변경하여 이를 위한 열 공급 방안을 제시한다.

가. CO₂ 흡수제 재생에 필요한 열 회수 방안(도 3의 적색라인)

본 실시예 2에서는 CO₂ 흡수제 재생온도를 약 150℃로 설정하였기 때문에, 이에 필요한 열원은 IP 스팀터빈(8b)과 제2열교환기(B)에서 발생되어 통합된 LP 스팀 중 일부를 사용하였다. 흡수제 재생 이후의 LP 스팀은 콘덴서(15)를 거쳐 HRSG(9)로 이송되도록 하였다.

한편, 가스화기 냉각기(2) 및 집진필터(3)를 거쳐 재순환되는 합성가스는 실시예 1과 동일하게 제1열교환기(A)를 설치하여 약 250℃로 냉각시킬 수 있도록 시스템을 구성하였다. 이때 회수된 열은 기존 IGCC 공정과 같이, 제1HP 스팀드럼(12)을 거쳐 HP 스팀을 생성하고, 이를 HRSG(9)에서 발생된 HP 스팀과 통합하여 HP 스팀터빈(8a)으로 공급되도록 하였다.

상기와 같이 본 실시예 2에서는 CO₂ 재생반응에 HP 스팀이 불필요하므로, 실시예 1의 제2HP 스팀드럼(13)을 생략할 수 있다.

나. CO₂ 흡수반응에 필요한 열 회수 방안(도 3의 청색라인)

수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6)에서의 CO₂ 흡수반응에 적절한 온도를 맞추기 위해, 실시예 1과 동일한 방법으로 제2열교환기(B)를 통해 합성가스를 냉각시킨 후 공급되도록 구성하였다. 한편, 제2열교환기(B)를 거쳐 생산된 LP 스팀은 IP 스팀터빈(8b)에서 나온 LP 스팀과 통합된다. 통합된 LP 스팀은 실시예 1과 달리 일부를 CO₂ 흡수제 재생에 사용하고, 잔량을 통해 LP 스팀터빈(8c)을 구동시키도록 하였다.

다. 수성가스 전환반응에 필요한 열 회수 방안(도 3의 녹색라인)

수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기(6)에서의 수성가스 전환반응에 필요한 열원은 실시예 1과 동일한 방법으로 제3열교환기(C)를 통해 공급되도록 구성하였다.

1: 가스화기
2: 가스화기 냉각기
3: 집진필터
4: 스크러버
5: 탈황반응기
6: 수성가스전환/CO₂ 포집 일체형 반응기
7: 가스터빈
8: 스팀터빈
9: 열회수 스팀발생기(HRSG)
10: 재순환 합성가스 압축기
11: 중압(IP) 스팀드럼
12: 제1고압(HP) 스팀드럼
13: 제2고압(HP) 스팀드럼
14: 포화기
15: 콘덴서
16: 탈기기
17: 가스터빈 연소기
18: 열회수용 급수펌프
19: HRSG 급수 가압펌프
A, B, C: 열교환기

Claims

석탄을 연소시켜 합성가스를 생성하는 가스화기;
가스화기에 설치되고 합성가스를 냉각하는 냉각기;
가스화기의 후단에 설치되고 합성가스 중 분진을 제거하는 집진필터;
가스화기와 집진필터의 연결라인에서 분기되어 합성가스가 가스화기로 재순환되는 재순환라인에 설치되는 제1열교환기;
집진필터의 후단에 설치되고 황을 제거하는 탈황반응기;
탈황반응기의 후단에 설치되고 수성가스 전환반응 및 이산화탄소 흡수반응과 흡수제 재생반응이 일어나는 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기;
수성가스전환 및 이산화탄소 포집 일체형 반응기의 후단에 설치되고 합성가스를 연소시켜 스팀을 발생시키는 연소기;
연소기의 후단에 설치되고 연소기에서 발생된 스팀으로 구동되는 가스터빈;
가스터빈의 후단에 설치되고 가스터빈으로부터 스팀을 공급받아 열을 회수하고 스팀을 발생시키는 열회수 스팀발생기;
열회수 스팀발생기와 연결되는 고압 스팀터빈;
고압 스팀터빈과 연결되는 중압 스팀터빈; 및
중압 스팀터빈과 연결되는 저압 스팀터빈을 포함하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제1항에 있어서,
탈황반응기와 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기 사이에 설치되는 제2열교환기를 추가로 포함하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제1항에 있어서,
수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기의 후단에 설치되는 제3열교환기를 추가로 포함하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제1항에 있어서,
냉각기 후단의 온도는 450 내지 550℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제4항에 있어서,
제1열교환기를 통해 재순환 합성가스가 200 내지 300℃로 냉각되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제5항에 있어서,
제1열교환기와 연결되는 제1고압 스팀드럼을 추가로 포함하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제6항에 있어서,
제1열교환기에서 회수된 열은 제1고압 스팀드럼을 거쳐 500℃ 이상의 고압 스팀을 발생시키고, 이 고압 스팀은 열회수 스팀발생기에서 발생된 고압 스팀과 통합된 후, 일부는 고압 스팀터빈으로 공급되고, 일부는 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기에 공급되어 350 내지 450℃의 온도를 요구하는 이산화탄소 흡수제 재생반응에 사용되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제7항에 있어서,
수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기 및 열회수 스팀발생기 각각에 연결되는 제2고압 스팀드럼을 추가로 포함하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제8항에 있어서,
수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기에서 나온 스팀은 제2고압 스팀드럼을 거쳐 열회수 스팀발생기로 회수되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제2항에 있어서,
제2열교환기는 550 내지 650℃의 탈황반응기 후단 온도를 이산화탄소 흡수반응에 필요한 150 내지 250℃로 냉각하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제10항에 있어서,
제2열교환기에서 회수된 열로 생산된 저압 스팀은 중압 스팀터빈에서 나온 저압 스팀과 합쳐진 후 저압 스팀터빈을 구동시키는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제3항에 있어서,
제3열교환기는 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기를 거친 450℃ 이상의 합성가스를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제12항에 있어서,
제3열교환기에서 회수된 열로 생산된 150 내지 250℃의 저압 스팀은 수성가스전환/이산화탄소 포집 일체형 반응기에 공급되어 수성가스 전환반응에 사용되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제2항에 있어서,
이산화탄소 흡수제 재생반응은 100 내지 200℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.
제14항에 있어서,
제2열교환기 및 중압 스팀터빈 각각에서 발생된 저압 스팀이 통합된 후, 이중 일부는 이산화탄소 흡수제 재생반응에 사용되고, 일부는 저압 스팀터빈을 구동시키는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전 시스템.