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KR20250137586A - Combustion system with fuel cell and carbon capture system - Google Patents

Combustion system with fuel cell and carbon capture system

Info

Publication number
KR20250137586A
KR20250137586A KR1020257024253A KR20257024253A KR20250137586A KR 20250137586 A KR20250137586 A KR 20250137586A KR 1020257024253 A KR1020257024253 A KR 1020257024253A KR 20257024253 A KR20257024253 A KR 20257024253A KR 20250137586 A KR20250137586 A KR 20250137586A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
fuel cell
carbon capture
cathode
combustion system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020257024253A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
디네시 탄가나다르
무랄리 크리슈나 칼라가
조엘 미더 홀
토마스 레이먼드 파렐
Original Assignee
지이 버노바 테크놀로지 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지이 버노바 테크놀로지 게엠베하 filed Critical 지이 버노바 테크놀로지 게엠베하
Publication of KR20250137586A publication Critical patent/KR20250137586A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

연소 시스템이 제공된다. 연소 시스템은 배기 가스의 유동을 생성하는 토핑 사이클 및 보터밍 사이클을 포함한다. 연소 시스템은 토핑 사이클로부터 배기 가스를 수용하는 배열회수보일러(HRSG)를 더 포함한다. HRSG는 보터밍 사이클에서 사용하기 위한 증기의 유동을 생성한다. 연료 전지는 애노드 측, 캐소드 측, 및 전해질을 포함한다. 캐소드 측은 배기 가스의 유동을 HRSG로부터 캐소드 유입구 라인을 통해 수용한다. 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 배기 가스로부터 제거한다. 탄소 포집 시스템은 캐소드 유출구 라인을 통해 캐소드 측에 유체 연통되게 결합된다. 탄소 포집 시스템은 오염 물질의 제2 부분을 배기 가스로부터 제거한다.A combustion system is provided. The combustion system includes a topping cycle and a bottoming cycle that generate a flow of exhaust gas. The combustion system further includes a heat recovery steam generator (HRSG) that receives exhaust gas from the topping cycle. The HRSG generates a flow of steam for use in the bottoming cycle. The fuel cell includes an anode side, a cathode side, and an electrolyte. The cathode side receives a flow of exhaust gas from the HRSG through a cathode inlet line. The cathode side removes a first portion of pollutants from the exhaust gas. A carbon capture system is fluidly connected to the cathode side through a cathode outlet line. The carbon capture system removes a second portion of pollutants from the exhaust gas.

Description

연료 전지 및 탄소 포집 시스템을 갖춘 연소 시스템Combustion system with fuel cell and carbon capture system

본 개시내용은 전반적으로, 연료 전지와 하나 이상의 추가적인 탄소 포집 시스템을 갖춘 연소 시스템에 관련된 것이다. 특히, 본 개시내용은 연료 전지와 탄소 포집 시스템을 갖춘 연소 시스템에 관련된 것이다.The present disclosure relates generally to a combustion system comprising a fuel cell and one or more additional carbon capture systems. In particular, the present disclosure relates to a combustion system comprising a fuel cell and a carbon capture system.

가스 터빈 파워 플랜트, 예컨대, 복합 사이클 파워 플랜트(CCPP: combined cycle power plant) 또는 복합 사이클 시스템(CCS: combined cycle system)은 일반적으로 가스 터빈을 포함하며, 이 가스 터빈은 압축기 섹션, 연소 섹션, 터빈 섹션, 터빈으로부터 하류에 배치되는 배열회수보일러(HRSG: heat recovery steam generator) 및 HRSG와 유체 연통되는 적어도 하나의 증기 터빈을 갖는다. 작동 중에, 공기가 유입구 시스템을 통해서 압축기로 들어가서, 연소 섹션의 연소기(들)를 적어도 부분적으로 둘러싼 압축기 배출 또는 확산기 케이싱을 향해서 보내지면서 점진적으로 압축된다. 압축된 공기의 적어도 일부분은 연료와 혼합되고 연소기(들) 내에 획정된 연소실 내에서 태워져, 고온 및 고압 연소 가스를 생성한다.A gas turbine power plant, such as a combined cycle power plant (CCPP) or combined cycle system (CCS), typically includes a gas turbine having a compressor section, a combustion section, a turbine section, a heat recovery steam generator (HRSG) disposed downstream from the turbine, and at least one steam turbine in fluid communication with the HRSG. During operation, air enters the compressor through an inlet system and is progressively compressed as it is directed toward a compressor discharge or diffuser casing that at least partially surrounds the combustor(s) of the combustion section. At least a portion of the compressed air is mixed with fuel and burned within combustion chambers defined within the combustor(s) to produce high temperature and high pressure combustion gases.

연소 가스는 고온 가스 경로를 따라서 연소기로부터 터빈을 관통해서 보내지고, 이 터빈에서 연소 가스는 로터 샤프트에 결합된 회전 가능한 터빈 블레이드 및 고정식 베인의 교번하는 스테이지를 가로질러 유동하면서 점진적으로 팽창한다. 에너지는 연소 가스로부터 터빈 블레이드로 전달되어, 로터 샤프트를 회전시킨다. 로터 샤프트의 회전 에너지는 발전기를 통해 전기 에너지로 변환될 수 있다. 연소 가스는 배기 가스로서 터빈을 빠져나가고, 배기 가스는 HRSG로 들어간다. 배기 가스로부터의 열 에너지는 HRSG의 하나 이상의 열교환기를 통해서 유동하는 물로 전달되며, 이로써 과열증기(superheated steam) 또는 초임계증기(supercritical steam)가 생성된다. 그런 다음에 과열증기는 추가적인 전기를 생성하는 데 사용될 수 있는 증기 터빈 안으로 보내지므로, 전체 파워 플랜트 효율이 향상된다.Combustion gases are routed from the combustor through the turbine along a hot gas path, where they gradually expand as they flow across alternating stages of rotatable turbine blades and stationary vanes, which are coupled to a rotor shaft. Energy is transferred from the combustion gases to the turbine blades, which rotate the rotor shaft. The rotational energy of the rotor shaft can be converted into electrical energy via a generator. The combustion gases exit the turbine as exhaust gas, which enters the HRSG. The thermal energy from the exhaust gas is transferred to flowing water through one or more heat exchangers in the HRSG, thereby producing superheated or supercritical steam. The superheated steam is then routed into a steam turbine, where it can be used to generate additional electricity, thereby increasing the overall power plant efficiency.

터보기계 연소 시스템은 통상적으로 탄화수소 연료를 태워, 공기 오염 배출물, 예컨대, 질소 산화물(NOx), 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2)를 생성한다. 배출물을 감소시키기 위한 노력으로, 터보기계 가스를 대기로 배기하기 전에 CO2 및 기타 공기 오염 가스를 포집하기 위해 탄소 포집 시스템을 활용한다. 그러나, 공지된 탄소 포집 시스템은 부분적으로만 효과가 있고, 많은 양의 에너지를 필요로 한다.Turbomachinery combustion systems typically burn hydrocarbon fuels, producing air pollutants such as nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide ( CO2 ). In an effort to reduce emissions, carbon capture systems are used to capture CO2 and other pollutants before turbomachinery gases are exhausted into the atmosphere. However, known carbon capture systems are only partially effective and require significant amounts of energy.

따라서, 많은 양의 전기적 동력을 필요로 하지 않으면서 배출물로부터 오염 물질을 제거하는, 탄소 포집 시스템을 갖춘 향상된 복합 사이클 파워 플랜트가 본 기술분야에서 요구되고 있고 진가를 인정받게 될 것이다.Therefore, an improved combined cycle power plant with a carbon capture system that removes pollutants from emissions without requiring large amounts of electrical power will be in demand and will be recognized in this field.

본 개시내용에 따른 복합 사이클 시스템 및 방법의 양태 및 장점은 하기의 설명에서 부분적으로 제시되거나, 또는 이 설명으로부터 명백해질 수 있거나, 또는 본 기술의 실시를 통해 학습될 수 있다.Aspects and advantages of the combined cycle system and method according to the present disclosure are set forth in part in the following description, or may become apparent from this description, or may be learned by practice of the present technology.

일 실시형태에 따르면, 연소 시스템이 제공된다. 연소 시스템은 배기 가스의 유동을 생성하는 토핑 사이클 및 보터밍 사이클을 포함한다. 연소 시스템은 애노드 측, 캐소드 측, 및 전해질을 갖는 연료 전지를 추가로 포함한다. 캐소드 측은 배기 가스의 유동을 토핑 사이클로부터 캐소드 유입구 라인을 통해 수용한다. 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 배기 가스로부터 제거한다. 연소 시스템은 배기 가스를 캐소드 측으로부터 캐소드 유출구 라인을 통해 수용하는 배열회수보일러(HRSG)를 더 포함한다. HRSG는 보터밍 사이클에서 사용하기 위한 증기의 유동을 생성한다. 탄소 포집 시스템은 HRSG에 HRSG 유출구 라인을 통해 유체 연통되게 결합된다. 탄소 포집 시스템은 오염 물질의 제2 부분을 배기 가스로부터 제거한다.According to one embodiment, a combustion system is provided. The combustion system includes a topping cycle and a bottoming cycle that generate a flow of exhaust gas. The combustion system further includes a fuel cell having an anode side, a cathode side, and an electrolyte. The cathode side receives a flow of exhaust gas from the topping cycle through a cathode inlet line. The cathode side removes a first portion of pollutants from the exhaust gas. The combustion system further includes a heat recovery steam generator (HRSG) that receives the exhaust gas from the cathode side through a cathode outlet line. The HRSG generates a flow of steam for use in the bottoming cycle. A carbon capture system is fluidly connected to the HRSG through an HRSG outlet line. The carbon capture system removes a second portion of pollutants from the exhaust gas.

다른 실시형태에 따르면, 연소 시스템에서 오염 물질을 제거하는 방법이 제공된다. 방법은 연소 시스템의 토핑 사이클을 작동시키는 단계(이에 의해 제1 동력 출력(power output) 및 배기 가스가 생성됨)를 포함한다. 방법은 배기 가스를 연료 전지의 캐소드 측을 통해 전달하는 단계(이에 의해 오염 물질의 제1 부분이 배기 가스로부터 제거됨)를 더 포함할 수 있다. 방법은 캐소드 측의 유출구로부터의 배기 가스를 탄소 포집 시스템에 제공하는 단계를 더 포함한다. 오염 물질의 제2 부분은 배기 가스로부터 탄소 포집 시스템에 의해서 제거된다.According to another embodiment, a method of removing pollutants from a combustion system is provided. The method comprises the step of operating a topping cycle of the combustion system, thereby generating a first power output and exhaust gas. The method may further comprise the step of passing the exhaust gas through a cathode side of a fuel cell, thereby removing a first portion of the pollutants from the exhaust gas. The method further comprises the step of providing the exhaust gas from an outlet of the cathode side to a carbon capture system. A second portion of the pollutants is removed from the exhaust gas by the carbon capture system.

다른 실시형태에 따르면, 연소 시스템이 제공된다. 연소 시스템은 배기 가스의 유동을 생성하는 토핑 사이클 및 보터밍 사이클을 포함한다. 연소 시스템은 토핑 사이클로부터 배기 가스를 수용하는 배열회수보일러(HRSG)를 더 포함한다. HRSG는 보터밍 사이클에서 사용하기 위한 증기의 유동을 생성한다. 연료 전지는 애노드 측, 캐소드 측, 및 전해질을 포함한다. 캐소드 측은 배기 가스의 유동을 HRSG로부터 캐소드 유입구 라인을 통해 수용한다. 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 배기 가스로부터 제거한다. 탄소 포집 시스템은 캐소드 유출구 라인을 통해 캐소드 측에 유체 연통되게 결합된다. 탄소 포집 시스템은 오염 물질의 제2 부분을 배기 가스로부터 제거한다.According to another embodiment, a combustion system is provided. The combustion system includes a topping cycle and a bottoming cycle that generate a flow of exhaust gas. The combustion system further includes a heat recovery steam generator (HRSG) that receives exhaust gas from the topping cycle. The HRSG generates a flow of steam for use in the bottoming cycle. The fuel cell includes an anode side, a cathode side, and an electrolyte. The cathode side receives a flow of exhaust gas from the HRSG through a cathode inlet line. The cathode side removes a first portion of pollutants from the exhaust gas. A carbon capture system is fluidly connected to the cathode side through a cathode outlet line. The carbon capture system removes a second portion of pollutants from the exhaust gas.

다른 실시형태에 따르면, 연소 시스템이 제공된다. 연소 시스템은 압축기 섹션, 연소 섹션, 및 터빈 섹션을 갖는 가스 터빈을 포함한다. 터빈 섹션은 배기 가스를 생성한다. 연료 전지는 애노드 측, 캐소드 측, 및 전해질을 포함한다. 캐소드 측은 배기 가스 유출구 라인을 통해 터빈 섹션으로부터 배기 가스를 수용한다. 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 배기 가스로부터 제거한다. 탄소 포집 시스템은 배기 가스로부터 오염 물질의 제2 부분을 제거하기 위해 연료 전지에 유체 연통되게 결합된다. 배기 가스 재순환 라인은 배기 가스 유출구 라인으로부터 압축기 섹션까지 연장된다.According to another embodiment, a combustion system is provided. The combustion system includes a gas turbine having a compressor section, a combustion section, and a turbine section. The turbine section generates exhaust gas. The fuel cell includes an anode side, a cathode side, and an electrolyte. The cathode side receives exhaust gas from the turbine section through an exhaust gas outlet line. The cathode side removes a first portion of pollutants from the exhaust gas. A carbon capture system is fluidly connected to the fuel cell to remove a second portion of pollutants from the exhaust gas. An exhaust gas recirculation line extends from the exhaust gas outlet line to the compressor section.

본 연소 시스템 및 방법의 이러한 특징 및 다른 특징, 양태 및 장점은 하기의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되고 이의 일 부분을 구성하는 첨부 도면은 본 기술의 실시형태를 예시하며, 본 설명과 함께 본 기술의 원리를 설명하는 역할을 한다.These and other features, aspects, and advantages of the present combustion system and method will be better understood with reference to the following description and the appended claims. The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the present technology and, together with the description, serve to explain the principles of the present technology.

본 연소 시스템 및 방법을 만들고 사용하는 최선의 형태를 포함하여, 당업자에게 지향된 본 연소 시스템 및 방법의 전체 및 실시 가능한(enabling) 개시내용은 명세서에 제시되며, 이는 다음의 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 본 개시내용의 실시형태에 따른 연소 시스템의 개략적 예시이다.
도 2는 본 개시내용의 실시형태에 따른 연소 시스템의 개략적 예시이다.
도 3은 본 개시내용의 실시형태에 따른 연소 시스템에서 오염 물질을 제거하는 방법의 흐름도이다.
A complete and enabling disclosure of the present combustion system and method, including the best mode of making and using the present combustion system and method, intended for those skilled in the art, is set forth in the specification, which reference is made to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic illustration of a combustion system according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 2 is a schematic illustration of a combustion system according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 3 is a flowchart of a method for removing pollutants from a combustion system according to an embodiment of the present disclosure.

이제, 본 연소 시스템 및 방법의 실시형태를 상세히 참조할 것이며, 이의 하나 이상의 실시형태가 도면에 예시된다. 각각의 실시형태는 본 기술을 한정하는 것이 아니라 설명의 수단으로 제공된다. 실제로, 청구된 기술의 범위 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 본 기술에서 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시형태의 부분으로서 예시되거나 설명된 특징은 다른 실시형태와 함께 사용되어 또 다른 실시형태를 산출할 수 있다. 따라서, 본 개시내용은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범위 내에 속하게 되는 그러한 변형 및 변경을 포괄하는 것으로 의도된다.Reference will now be made in detail to embodiments of the present combustion system and method, one or more of which are illustrated in the drawings. Each embodiment is provided by way of illustration and not limitation of the present technology. In fact, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations can be made in the present technology without departing from the scope or spirit of the claimed technology. For example, features illustrated or described as part of one embodiment may be combined with another embodiment to yield a still further embodiment. Accordingly, the present disclosure is intended to cover such modifications and variations as fall within the scope of the appended claims and their equivalents.

용어 "예시적인"은 본 명세서에서 "실시형태, 사례 또는 예시로서의 역할을 하는"을 의미하는 데 사용된다. "예시적인"으로 본 명세서에서 설명된 임의의 구현예는 반드시 다른 구현예에 대해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다. 추가적으로, 달리 구체적으로 식별되지 않는 한, 본 명세서에서 설명된 모든 실시형태는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.The term "exemplary" is used herein to mean "serving as an embodiment, instance, or illustration." Any implementation described herein as "exemplary" should not necessarily be construed as preferred or advantageous over other implementations. Additionally, unless specifically identified otherwise, all embodiments described herein should be considered exemplary.

상세한 설명은 도면 내의 특징을 지칭하기 위해 숫자 및 문자 표시를 사용한다. 도면 및 설명 내의 동일한 또는 유사한 표시가 본 발명의 동일한 또는 유사한 부분을 지칭하는 데 사용되었다. 본 명세서에서 사용되는, 용어 "제1", "제2", 및 "제3"은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위해 상호 교환 가능하게 사용될 수 있으며, 개별 구성 요소의 위치 또는 중요성을 나타내려는 것은 아니다.The detailed description uses numbers and letters to designate features within the drawings. The same or similar designations in the drawings and description are used to designate the same or similar parts of the present invention. As used herein, the terms "first," "second," and "third" may be used interchangeably to distinguish one component from another, and are not intended to indicate the position or importance of individual components.

용어 "유체"는 기체 또는 액체일 수 있다. "유체 연통"이라는 용어는, 유체가 지정된 영역 사이를 연결할 수 있다는 것을 의미한다.The term "fluid" may be a gas or a liquid. The term "fluid communication" means that a fluid can connect the designated areas.

본 명세서에서 사용되는, 용어 "상류"(또는 "전방") 및 "하류"(또는 "후방")는 유체 경로 내의 유체 유동에 대한 상대적인 방향을 의미한다. 예를 들어, "상류"는 유체가 그로부터 유동하는 방향을 의미하고, "하류"는 유체가 그를 향해 유동하는 방향을 의미한다. 그러나, 본 명세서에서 사용되는 "상류" 및 "하류"라는 용어는 또한 전기의 흐름을 의미할 수도 있다. 용어 "반경 방향으로"는 특정 구성 요소의 축 방향 중심선에 실질적으로 수직인 상대적인 방향을 지칭하고, 용어 "축 방향으로"는 특정 구성 요소의 축 방향 중심선에 실질적으로 평행한 및/또는 동축으로 정렬된 상대적인 방향을 지칭하고, 용어 "원주 방향으로"는 특정 구성 요소의 축 방향 중심선 주위로 연장되는 상대적인 방향을 지칭한다.As used herein, the terms "upstream" (or "forward") and "downstream" (or "backward") refer to the relative direction of fluid flow within a fluid path. For example, "upstream" refers to the direction in which fluid flows away from it, and "downstream" refers to the direction in which fluid flows toward it. However, the terms "upstream" and "downstream" as used herein may also refer to the flow of electricity. The term "radially" refers to a relative direction substantially perpendicular to the axial centerline of a particular component, the term "axially" refers to a relative direction substantially parallel and/or coaxially aligned with the axial centerline of a particular component, and the term "circumferentially" refers to a relative direction extending around the axial centerline of a particular component.

근사화(approximation) 용어, 예컨대, "약", "대략적으로", "일반적으로", 및 "실질적으로"는 지정된 정확한 값으로 한정되지 않는다. 적어도 일부 사례에서, 근사화 표현은 값을 측정하는 기기의 정밀도, 또는 구성 요소 및/또는 시스템을 구성하거나 제조하는 방법 또는 기계의 정밀도에 대응할 수 있다. 예를 들어, 근사화 표현은 개별 값, 값의 범위(들), 및/또는 값의 범위(들)를 정의하는 종점에서 1 퍼센트, 2 퍼센트, 4 퍼센트, 5 퍼센트, 10 퍼센트, 15 퍼센트, 또는 20 퍼센트의 오차 범위 내에 있음을 의미할 수 있다. 각도 또는 방향의 맥락에서 사용될 때, 그러한 용어는 언급된 각도 또는 방향보다 10도 내로 더 크거나 더 작은 것을 포함한다. 예를 들어, "일반적으로 수직"은 임의의 방향, 예를 들어, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 수직의 10도 내의 방향을 포함한다.Approximation terms, such as "about," "approximately," "typically," and "substantially," are not limited to the exact values specified. In at least some instances, approximation expressions may correspond to the precision of the instrument that measures the value, or the precision of the method or machine that constructs or manufactures the component and/or system. For example, an approximation expression may mean within 1 percent, 2 percent, 4 percent, 5 percent, 10 percent, 15 percent, or 20 percent of an individual value, a range(s) of values, and/or an endpoint defining a range(s) of values. When used in the context of an angle or direction, such terms include within 10 degrees of the stated angle or direction. For example, "typically perpendicular" includes any direction, e.g., clockwise or counterclockwise, within 10 degrees of perpendicular.

용어 "결합된", "고정된", "부착된" 등은, 본 명세서에서 달리 명시되지 않는 한, 직접 결합, 고정, 또는 부착뿐만 아니라 하나 이상의 중간 구성 요소 또는 특징을 통한 간접 결합, 고정 또는 부착을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는, 용어 "구성하다", "구성하는", "포함하다", "포함하는", "가지다", "가지는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 특징의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품, 또는 장치가 반드시 그러한 특징으로만 제한되는 것이 아니라, 명시적으로 열거되지 않거나 그러한 공정, 방법, 물품, 또는 장치에 고유한 다른 특징을 포함할 수 있다. 또한, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, "또는"은 "포괄적 논리합"을 칭하고 "배타적 논리합"을 의미하는 것이 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 조건 B는 하기 중 어느 하나에 의해 만족된다: A는 참(또는 존재함)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음), A는 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B는 참(또는 존재함), A 및 B 둘 모두는 참(또는 존재함).The terms "coupled," "fixed," "attached," and the like, unless otherwise stated herein, refer to direct coupling, fixation, or attachment, as well as indirect coupling, fixation, or attachment via one or more intermediate components or features. As used herein, the terms "comprise," "comprising," "include," "comprising," "have," "having," or any other variation thereof, are intended to include a non-exclusive inclusion. For example, a process, method, article, or apparatus that comprises a list of features is not necessarily limited to only those features but may include other features not expressly listed or inherent to such process, method, article, or apparatus. Furthermore, unless expressly stated to the contrary, "or" refers to an "inclusive or" and not an "exclusive or." For example, condition A or condition B is satisfied by either: A is true (or exists) and B is false (or does not exist), A is false (or does not exist) and B is true (or exists), or both A and B are true (or exist).

본 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐서, 범위 한계는 조합되고 상호 교환되며, 이러한 범위는 식별되고, 문맥이나 표현이 달리 나타내지 않는 한, 그 안에 포함된 모든 하위 범위를 포함한다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 종점을 포함하고, 종점은 서로 독립적으로 조합 가능하다.Throughout this specification and claims, range limits are combined and interchangeable, and such ranges are identified and include all subranges contained therein, unless context or language dictates otherwise. For example, all ranges disclosed herein are inclusive of endpoints, and the endpoints are independently combinable.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "라인"은 유체 반송 도관, 예컨대, 파이프, 호스, 튜브, 덕트, 또는 다른 유체 반송 도관을 지칭할 수 있다.As used herein, the term "line" may refer to a fluid conveying conduit, such as a pipe, hose, tube, duct, or other fluid conveying conduit.

도면을 참조하면, 도 1 및 도 2는 각각, 토핑 사이클(102)과 보터밍 사이클(104)을 포함하는 연소 시스템 또는 복합 사이클 시스템(100)의 일 실시형태의 개략적 다이어그램을 예시한다. 토핑 사이클(102)에서, 연료는 태워져 전기적 또는 기계적 동력을 생성하고, 결과적으로, 이산화탄소를 함유하는 배기 가스(34)가 생성된다. 그런 다음에 보터밍 사이클(104)에서, 토핑 사이클(102)로부터의 배기 가스(34)는 추가의 전기적 및 기계적 동력을 생성하기 위해서 사용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 토핑 사이클(102)은, 연료가 태워지는 산업 공정에서와 같이, 내연기관 등일 수 있다. 일부 실시형태에서, 보터밍 사이클(104)은 열 교환기, 보일러, 초임계 CO2 사이클, 과열기(superheater), 증발기, 펌프 등일 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 도시된 바와 같이, 토핑 사이클(102)은 가스 터빈(10)일 수 있고, 보터밍 사이클(104)은 증기 터빈 시스템(22)일 수 있다.Referring to the drawings, FIGS. 1 and 2 illustrate schematic diagrams of one embodiment of a combustion system or combined cycle system (100) comprising a topping cycle (102) and a bottoming cycle (104), respectively. In the topping cycle (102), fuel is burned to generate electrical or mechanical power, resulting in the production of exhaust gas (34) containing carbon dioxide. Then, in the bottoming cycle (104), the exhaust gas (34) from the topping cycle (102) can be used to generate additional electrical and mechanical power. In various embodiments, the topping cycle (102) may be an internal combustion engine, such as in an industrial process where fuel is burned. In some embodiments, the bottoming cycle (104) may be a heat exchanger, a boiler, a supercritical CO 2 cycle, a superheater, an evaporator, a pump, or the like. In an exemplary embodiment, as shown, the topping cycle (102) may be a gas turbine (10) and the bottoming cycle (104) may be a steam turbine system (22).

복합 사이클 시스템(100)은 제1 부하(14)를 구동하는 가스 터빈(10)을 포함할 수 있다. 제1 부하(14)는, 예를 들어, 전기적 동력을 생성하는 전기 발전기일 수 있다. 가스 터빈(10)은 터빈 섹션(16), 연소기 또는 연소 섹션(18) 및 압축기 섹션(20)을 포함할 수 있다. 터빈 섹션(16) 및 압축기 섹션(20)은 하나 이상의 샤프트(21)에 의해서 연결될 수 있다. 연소기 연료 공급부(15)는 연소 섹션(18)의 연소기에 연료를 공급할 수 있다. 연소기 연료 공급부(15)는 연소 섹션(18)에 천연가스, 예컨대, 탄화수소 연료를 공급할 수 있으며, 이 탄화수소 연료는 메탄, 프로판 등을 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 연소기 연료 공급부(15)는 연소 섹션(18)에 메탄(CH4)을 공급할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 연소기 연료 공급부(15)는 연소기에 액체 연료, 예컨대, 디젤, 원유, 합성 가스 등을 공급할 수 있다.A combined cycle system (100) may include a gas turbine (10) driving a first load (14). The first load (14) may be, for example, an electric generator that generates electrical power. The gas turbine (10) may include a turbine section (16), a combustor or combustion section (18), and a compressor section (20). The turbine section (16) and the compressor section (20) may be connected by one or more shafts (21). A combustor fuel supply (15) may supply fuel to a combustor of the combustion section (18). The combustor fuel supply (15) may supply natural gas, for example, a hydrocarbon fuel, to the combustion section (18), which may include methane, propane, or the like. In an exemplary embodiment, the combustor fuel supply (15) may supply methane (CH 4 ) to the combustion section (18). Additionally or alternatively, the combustor fuel supply unit (15) may supply liquid fuel, such as diesel, crude oil, synthesis gas, etc., to the combustor.

가스 터빈(10)의 작동 중에, 공기(171)와 같은 작업 유체가 압축기 섹션(20) 안으로 유동되며, 여기서 공기는 점진적으로 압축되며, 따라서 압축된 공기를 연소 섹션(18)의 연소기(들)에 제공한다. 압축된 공기는 연료와 혼합되고 각각의 연소기 내에서 태워져 연소 가스를 생성한다. 연소 가스는 고온 가스 경로를 통해 연소 섹션(18)으로부터 터빈 섹션(16) 안으로 유동되며, 여기서 (운동 및/또는 열) 에너지가 연소 가스로부터 로터 블레이드로 전달되어, 하나 이상의 샤프트(21)가 회전되게 한다. 기계적 회전 에너지는 이어서, 압축기 섹션(20)에 동력을 공급하고/하거나 전기를 생성하는 데 사용될 수 있다.During operation of the gas turbine (10), a working fluid, such as air (171), flows into the compressor section (20), where the air is progressively compressed, thereby providing the compressed air to the combustor(s) of the combustion section (18). The compressed air is mixed with fuel and burned within each combustor to produce combustion gases. The combustion gases flow from the combustion section (18) through a hot gas path into the turbine section (16), where (kinetic and/or thermal) energy is transferred from the combustion gases to rotor blades, causing one or more shafts (21) to rotate. The mechanical rotational energy may then be used to power the compressor section (20) and/or to generate electricity.

그 후, 터빈 섹션(16)을 빠져나가는 가열된 배기 가스(34)는 가스 터빈(10)으로부터 배출될 수 있고, 먼저 배열회수보일러(HRSG)(32) 또는 연료 전지(106)를 통해 보내질 수 있으며, 여기서 오염 물질의 제1 부분(예: CO2)이 배기 가스(34)로부터 제거된다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기 가스(34)는 연료 전지(106)로 유입되기 전에 HRSG(32)를 통해 먼저 보내질 수 있다. 연료 전지(106)로 유입되기 전에 먼저 배기 가스(34)가 HRSG(32)를 통해 보내지는 이러한 실시형태에서, 배기 가스는 HRSG(32)를 빠져나갈 때 약 60℃ 내지 약 150℃ 사이로 냉각될 것이다. 캐소드 측(116)에서의 배기 가스(34)의 유입구 온도는 약 500℃ 내지 약 650℃ 사이일 필요가 있다. 따라서, 열 교환기(180)는 캐소드 측(116)으로의 유입되기 전에 배기 가스(34)를 예열하기 위해 캐소드 유입구 라인(118) 상에 배치될 수 있다. 열 교환기(180)는 HRSG(32)의 하류와 캐소드 측(116)의 상류에서 캐소드 유입구 라인(118) 상에서 열 연통되게 배치될 수 있다. 열 교환기(180)는 열 유체로서 캐소드 출력 생성물(예: 캐소드 출력 생성물 전체)을 수용할 수 있다. 예를 들어, 열 교환기(180)는 캐소드 유출구 라인(146) 상에서 유체 연통될 수 있다. 열 교환기(180)를 통과한 후에, 캐소드 출력 생성물은 탄소 포집 시스템(108)에 제공될 수 있다. 캐소드 출력 생성물은 캐소드 유입구 라인(118) 내의 배기 가스에 열을 전달할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 배기 가스가 캐소드 측(116) 내로 유입되기 전에 그 온도를 상승시키기 위해, 캐소드 유입구 라인(118) 상에 버너(184)가 포함될 수 있다. 버너(184)는 (예: 연료 공급부(15)로부터의) 천연 가스 또는 애노드 출력 생성물일 수 있는 연료를 연소시킬 수 있다.The heated exhaust gas (34) exiting the turbine section (16) may then be discharged from the gas turbine (10) and may first be sent through a heat recovery steam generator (HRSG) (32) or a fuel cell (106), where a first portion of the pollutants (e.g., CO 2 ) are removed from the exhaust gas (34). For example, in some embodiments, as illustrated in FIG. 2 , the exhaust gas (34) may first be sent through the HRSG (32) before being introduced into the fuel cell (106). In such embodiments where the exhaust gas (34) is first sent through the HRSG (32) before being introduced into the fuel cell (106), the exhaust gas will be cooled to between about 60° C. and about 150° C. as it exits the HRSG (32). The inlet temperature of the exhaust gas (34) at the cathode side (116) needs to be between about 500° C. and about 650° C. Accordingly, a heat exchanger (180) may be disposed on the cathode inlet line (118) to preheat the exhaust gas (34) prior to introduction into the cathode side (116). The heat exchanger (180) may be disposed in thermal communication with the cathode inlet line (118) downstream of the HRSG (32) and upstream of the cathode side (116). The heat exchanger (180) may receive the cathode output product (e.g., the entire cathode output product) as a thermal fluid. For example, the heat exchanger (180) may be in fluid communication with the cathode outlet line (146). After passing through the heat exchanger (180), the cathode output product may be provided to the carbon capture system (108). The cathode output product may transfer heat to the exhaust gas within the cathode inlet line (118). Additionally or alternatively, a burner (184) may be included on the cathode inlet line (118) to increase the temperature of the exhaust gas before it is introduced into the cathode side (116). The burner (184) may combust a fuel, which may be natural gas (e.g., from the fuel supply (15)) or an anode output product.

다른 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 배기 가스(34)는 HRSG(32)로 유입되기 전에 먼저 연료 전지(106)를 통해 보내질 수 있다. HRSG(32)에서, 배기 가스(34)와 HRSG(32)의 다양한 컴포넌트 사이에서 열 전달이 발생되어 증기를 생성하며, 이는 증기 터빈 시스템(22)에 제공된다. 다음으로, 배기 가스(34)는 탄소 포집 시스템(108), 예컨대, 흡착층(absorption bed)으로 보내질 수 있으며, 여기서 오염 물질(예컨대, CO2)의 제2 부분(예컨대, 나머지)이 배기 가스로부터 제거된다. 마지막으로, 배기 가스(34)는 탄소 포집 시스템(108)을 빠져나와 배기 스택(110)을 통해 대기로 배출될 수 있다.In another embodiment, as illustrated in FIG. 1, the exhaust gas (34) may first be routed through a fuel cell (106) before being introduced into the HRSG (32). In the HRSG (32), heat transfer occurs between the exhaust gas (34) and various components of the HRSG (32) to produce steam, which is provided to the steam turbine system (22). Next, the exhaust gas (34) may be routed to a carbon capture system (108), such as an absorption bed, where a second portion (e.g., the remainder) of the pollutants (e.g., CO 2 ) are removed from the exhaust gas. Finally, the exhaust gas (34) may exit the carbon capture system (108) and be exhausted to the atmosphere through an exhaust stack (110).

배기 가스(34)는 터빈 섹션(16)을 나갈 때, 주로 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 및 물(H2O)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 배기 가스(34)는 미량의 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 및/또는 아르곤(Ar)을 포함할 수 있다. 복합 사이클 시스템(100)의 예시적인 구현예에서, 이산화탄소(CO2)의 제1 부분은 연료 전지(106)에서 배기 가스(34)로부터 제거될 수 있고, 이산화탄소(CO2)의 제2 부분은 추가적인 탄소 포집 시스템(108)(예컨대, 흡착층)에서 배기 가스(34)로부터 제거될 수 있다. 여러 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)에서 제거되는 CO2의 제2 부분은 배기 가스(34)에서 CO2의 나머지일 수 있어, 모든 CO2(예컨대, 100%)가 배기 스택(110)을 통해 배기되기 전에 배기 가스(34)로부터 제거될 수 있다.The exhaust gas (34) may primarily comprise nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), oxygen (O 2 ), and water (H 2 O) as it exits the turbine section (16). Additionally, the exhaust gas (34) may comprise trace amounts of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), and/or argon (Ar). In an exemplary embodiment of the combined cycle system (100), a first portion of the carbon dioxide (CO 2 ) may be removed from the exhaust gas (34) in a fuel cell (106), and a second portion of the carbon dioxide (CO 2 ) may be removed from the exhaust gas (34) in an additional carbon capture system (108) (e.g., an adsorption bed). In some embodiments, the second portion of the CO 2 removed from the carbon capture system (108) may be the remainder of the CO 2 in the exhaust gas (34), such that all of the CO 2 (e.g., 100%) may be removed from the exhaust gas (34) before it is exhausted through the exhaust stack (110).

복합 사이클 시스템(100)은 또한 제2 부하(24)를 구동하는 증기 터빈 시스템(22)을 포함할 수 있다. 제2 부하(24)는 또한 전기적 동력을 생성하는 전기 발전기일 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 부하(14, 24)는 가스 터빈(10) 및 증기 터빈 시스템(22)에 의해서 구동될 수 있는 다른 유형의 부하일 수 있다. 또한, 가스 터빈(10) 및 증기 터빈 시스템(22)이, 예시된 실시형태에서 도시된 바와 같이, 별도의 부하(14 및 24)를 구동시킬 수 있지만, 가스 터빈(10) 및 증기 터빈 시스템(22)은 또한 단일 샤프트를 통해 단일 부하를 구동시키도록 직렬로(in tandem) 활용될 수 있다.The combined cycle system (100) may also include a steam turbine system (22) that drives a second load (24). The second load (24) may also be an electric generator that generates electrical power. However, the first and second loads (14, 24) may be other types of loads that can be driven by the gas turbine (10) and the steam turbine system (22). Furthermore, while the gas turbine (10) and the steam turbine system (22) may drive separate loads (14 and 24), as shown in the illustrated embodiment, the gas turbine (10) and the steam turbine system (22) may also be utilized in tandem to drive a single load via a single shaft.

예시된 실시형태에서, 증기 터빈 시스템(22)은 저압(LP: low pressure) 증기 터빈(26), 중압(IP: intermediate pressure) 증기 터빈(28), 및 고압(HP: high pressure) 증기 터빈(30)을 포함할 수 있다. 저압(LP) 증기 터빈(26), 중압(IP) 증기 터빈(28), 고압(HP) 증기 터빈(30), 및 부하(24)는 각각 하나 이상의 샤프트(23)(예컨대, 일부 실시형태에서 공통의 샤프트)에 배치될 수 있다.In the illustrated embodiment, the steam turbine system (22) may include a low pressure (LP) steam turbine (26), an intermediate pressure (IP) steam turbine (28), and a high pressure (HP) steam turbine (30). The low pressure (LP) steam turbine (26), the intermediate pressure (IP) steam turbine (28), the high pressure (HP) steam turbine (30), and the load (24) may each be disposed on one or more shafts (23) (e.g., a common shaft in some embodiments).

예시적인 실시형태에서, 연료 전지(106)는 애노드 측(112), 캐소드 측(116) 및 전해질(114)(전기적으로 하전된 이온을 전도할 수 있음)을 포함할 수 있다. 연료 전지(106)는 탄화수소 연료에 저장된 화학적 에너지를 전기적 에너지로 전기화학적 반응에 의하여 직접적으로 변환시킬 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 연료 전지(106)는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC), 예컨대, 내부 개질 MCFC 및/또는 외부 개질 MCFC일 수 있다. 그러한 실시형태에서, 전해질(114)은 베타-알루미나 고체 전해질(BASE: beta-alumina solid electrolyte)의 다공성의 화학적으로 불활성인 세라믹 매트릭스 내에 현탁된 용융 탄산염 혼합물일 수 있다. MCFC는, 산화 가스(예컨대, 산소와 함께 이산화탄소를 함유하는 배기 가스)가 캐소드 측(116)을 통과하는 동안, 반응물 연료 가스(예컨대, 천연가스)를 애노드 측(112)을 통과하게 함으로써 작동될 수 있으며, 이는 이산화탄소를 소비하고(또는 화학적으로 변환시키고) 전기를 생성하는 전기화학적 반응을 전해질(114) 전반에 걸쳐 유발한다. 특히, 캐소드 측(116)에서, 산소 및 이산화탄소는 탄산염 이온(CO3 2-)을 만들어 낸다.In an exemplary embodiment, the fuel cell (106) may include an anode side (112), a cathode side (116), and an electrolyte (114) capable of conducting electrically charged ions. The fuel cell (106) may directly convert chemical energy stored in a hydrocarbon fuel into electrical energy by an electrochemical reaction. In an exemplary embodiment, the fuel cell (106) may be a molten carbonate fuel cell (MCFC), such as an internal reforming MCFC and/or an external reforming MCFC. In such embodiments, the electrolyte (114) may be a molten carbonate mixture suspended within a porous, chemically inert ceramic matrix of a beta-alumina solid electrolyte (BASE). An MCFC can be operated by passing a reactant fuel gas (e.g., natural gas) across the anode side (112) while an oxidizing gas (e.g., exhaust gas containing carbon dioxide along with oxygen) passes across the cathode side (116), which causes an electrochemical reaction across the electrolyte (114) that consumes (or chemically converts) carbon dioxide and generates electricity. In particular, at the cathode side (116), the oxygen and carbon dioxide produce carbonate ions (CO 3 2- ).

위에서 간략히 언급된 바와 같이, 연료 전지(106)는, CO2를 배기 가스로부터 제거하면서(예컨대, CO2가 연료 전지(106) 내에서 전기화학적 반응을 통해 제거됨), 애노드 연료 스트림 및 배기 가스를 전기적 에너지로 변환한다. 예를 들어, 연료 전지 동력 출력(120)은 DC 전류를 하나 이상의 서브시스템에 의해서 효과적으로 활용될 수 있는 AC 전류로 변경하기 위해 동력 변환기(121)로 보내질 수 있다. 특히, 도시된 실시형태에서, 동력 출력(120)은 동력 변환기로부터 하나 이상의 전기 디바이스(122)로 전기 버스(124)를 통해 제공될 수 있다. 전기 버스(124)는 복합 사이클 시스템(100), 가스 터빈(10), 증기 터빈 시스템(22), 연료 전지(106)의 전기 버스, 탄소 포집 시스템(108)의 전기 버스 등 전용 전기 버스일 수 있다. 전기 버스(124)는, 전원, 전력 싱크(power sink), 또는 이들 모두일 수 있는 하나 이상의 추가적 전기 디바이스(122)와 전기적으로 연통된다. 예를 들어, 추가적 전기 디바이스(122)는 전력 저장 디바이스(예컨대, 하나 이상의 배터리), 전기 기계(전기 발전기, 전기 모터, 또는 이들 모두)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 동력 출력(120)은 제1 부하(14) 및/또는 제2 부하(24)를 구동시키는 것을 도울 수 있다. 복합 사이클 시스템(100)은 총 동력 출력(예컨대, 제1 부하(14), 제2 부하(24), 및 연료 전지(106)의 동력 출력(120)의 합)을 생성할 수 있다. 여러 실시형태에서, 연료 전지(106)의 동력 출력(120)은 복합 사이클 시스템(100)의 전체 동력 출력의 약 10% 내지 약 30%일 수 있다. 다른 실시형태에서, 연료 전지(106)의 동력 출력(120)은 복합 사이클 시스템(100)의 전체 동력 출력의 약 15% 내지 약 25%일 수 있다.As briefly mentioned above, the fuel cell (106) converts the anode fuel stream and exhaust gas into electrical energy while removing CO2 from the exhaust gas (e.g., CO2 is removed via an electrochemical reaction within the fuel cell (106). For example, the fuel cell power output (120) may be sent to a power converter (121) to change the DC current into AC current that can be effectively utilized by one or more subsystems. In particular, in the illustrated embodiment, the power output (120) may be provided from the power converter to one or more electrical devices (122) via an electric bus (124). The electric bus (124) may be a dedicated electric bus, such as an electric bus for the combined cycle system (100), the gas turbine (10), the steam turbine system (22), the fuel cell (106), or the carbon capture system (108). The electric bus (124) is electrically connected to one or more additional electrical devices (122), which may be a power source, a power sink, or both. For example, the additional electrical devices (122) may be power storage devices (e.g., one or more batteries), electric machines (e.g., an electric generator, an electric motor, or both). Alternatively or additionally, the power output (120) may assist in driving the first load (14) and/or the second load (24). The combined cycle system (100) may produce a total power output (e.g., the sum of the first load (14), the second load (24), and the power output (120) of the fuel cell (106). In various embodiments, the power output (120) of the fuel cell (106) may be about 10% to about 30% of the total power output of the combined cycle system (100). In another embodiment, the power output (120) of the fuel cell (106) may be about 15% to about 25% of the total power output of the combined cycle system (100).

여러 실시형태에서, 캐소드 측(116)은 가스 터빈(10)에 캐소드 유입구 라인(118)을 통해 유체 연통되게 결합(예: 직접적으로 유체 연통되게 결합)될 수 있다. 캐소드 유입구 라인(118)은 터빈 섹션(16)의 유출구로부터 연장되는 배기 유출구 라인(117)과 동일할 수 있거나, 캐소드 유입구 라인(118)은 배기 유출구 라인(117)으로부터 연장될 수 있다. 특히, 캐소드 측(116)은, 캐소드 측(116)이 배기 가스(34)의 유동을 터빈 섹션(16)으로부터 수용하도록 터빈 섹션(16)의 유출구와 유체 연통되게 결합될 수 있다. 예를 들어, 캐소드 유입구 라인(118)은 터빈 섹션(16)의 유출구와 연료 전지(106)의 캐소드 측(116)의 유입구 사이에서 연장되어(예컨대, 직접적으로) 배기 가스(34)를 터빈 섹션(16)으로부터 캐소드 측(116)으로 전달할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 터빈 섹션(16)의 유출구로부터의 모든 배기 가스(34)는 연료 전지(106)의 캐소드 측(116)을 통과해서 보내져 오염 물질(예컨대, CO2)의 제1 부분을 배기 가스(34)로부터 제거할 수 있다(즉, 분기 라인이 캐소드 유입구 라인(118)으로부터 연장될 수 없음). 선택적인 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 팬 또는 블로워(157)가 캐소드 유입구 라인(118)에 포함될 수 있다. 팬(157)은 유리하게는 캐소드 측(116), HRSG(32), 직접 접촉 쿨러(155), 및 탄소 포집 시스템(108)에서의 유동 저항을 극복할 수 있다. 즉, 팬(157)은 캐소드 측(116), HRSG(32), 직접 접촉 쿨러(155), 및 탄소 포집 시스템(108)을 통과한 배기 가스의 유동을 촉진할 수 있다.In various embodiments, the cathode side (116) may be fluidly coupled (e.g., directly coupled) to the gas turbine (10) via a cathode inlet line (118). The cathode inlet line (118) may be identical to an exhaust outlet line (117) extending from an outlet of the turbine section (16), or the cathode inlet line (118) may extend from the exhaust outlet line (117). In particular, the cathode side (116) may be fluidly coupled with an outlet of the turbine section (16) such that the cathode side (116) receives a flow of exhaust gas (34) from the turbine section (16). For example, a cathode inlet line (118) can extend (e.g., directly) between the outlet of the turbine section (16) and the inlet of the cathode side (116) of the fuel cell (106) to convey exhaust gas (34) from the turbine section (16) to the cathode side (116). In an exemplary embodiment, all of the exhaust gas (34) from the outlet of the turbine section (16) can be directed through the cathode side (116) of the fuel cell (106) to remove a first portion of the contaminants (e.g., CO 2 ) from the exhaust gas (34) (i.e., a branch line cannot extend from the cathode inlet line (118). In an alternative embodiment, a fan or blower (157) can be included in the cathode inlet line (118), as illustrated in FIG. 1 . The fan (157) can advantageously overcome the flow resistance in the cathode side (116), HRSG (32), direct contact cooler (155), and carbon capture system (108). That is, the fan (157) can promote the flow of exhaust gas passing through the cathode side (116), HRSG (32), direct contact cooler (155), and carbon capture system (108).

다양한 실시형태에서, 애노드 측(112)은 연료 및/또는 증기를 애노드 유입구 라인(126)을 통해 수용할 수 있다. 연료 및 증기는 애노드 측(112)을 통과해서 전달될 수 있다. 애노드 유입구 라인(126)은 애노드 측(112)을 애노드 연료 공급부(128)에 유체 연통되게 결합시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 애노드 연료 공급부(128)는, 동일한 연료가 연소 섹션 및 연료 전지(106)의 애노드 측에 공급되도록 연소기 연료 공급부(15)와 동일할 수 있다. 다른 실시형태에서, 애노드 연료 공급부(128) 및 연소기 연료 공급부(15)는 상이할 수 있다. 여러 구현예에서, 애노드 연료 공급부(128)는 천연가스(예컨대, 탄화수소 연료)를 애노드 측(112)에 애노드 유입구 라인(126)을 통해서 공급할 수 있다. 천연가스는 메탄, 프로판, 등을 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 애노드 연료 공급부(128)는 메탄(CH4)을 애노드 측(112)에 공급할 수 있다. 연료 예열기(preheater)(130), 예컨대, 열 교환기가 애노드 유입구 라인(126)에 열 연통되게 배치될 수 있다. 연료 예열기(130)는 연료를 연료 전지(106)의 애노드 측(112) 안으로 들어가기 전에 가열할 수 있으며, 이는 유리하게는 연료 전지(106)의 효율을 증가시킨다.In various embodiments, the anode side (112) can receive fuel and/or vapor through an anode inlet line (126). Fuel and vapor can be delivered through the anode side (112). The anode inlet line (126) can fluidly couple the anode side (112) to an anode fuel supply (128). In some embodiments, the anode fuel supply (128) can be identical to the combustor fuel supply (15) such that the same fuel is supplied to the combustion section and the anode side of the fuel cell (106). In other embodiments, the anode fuel supply (128) and the combustor fuel supply (15) can be different. In various embodiments, the anode fuel supply (128) can supply natural gas (e.g., a hydrocarbon fuel) to the anode side (112) through the anode inlet line (126). The natural gas can include methane, propane, etc. In an exemplary embodiment, the anode fuel supply (128) can supply methane (CH 4 ) to the anode side (112). A fuel preheater (130), such as a heat exchanger, can be positioned in thermal communication with the anode inlet line (126). The fuel preheater (130) can heat the fuel before it enters the anode side (112) of the fuel cell (106), which advantageously increases the efficiency of the fuel cell (106).

예시적인 실시형태에서, 복합 사이클 시스템(100)은 애노드 증기 공급 라인(188)을 포함할 수 있다. 애노드 증기 공급 라인(188)은 열교환기(136)와 애노드 유입구 라인(126) 사이에서 연장될 수 있다. 증기는 열교환기(136) 내에서 애노드 출력 생성물로부터의 열에 의해서 생성되고 애노드 유입구 라인(126)에 제공될 수 있다. 애노드 증기 공급 라인(188)은 증기의 유동을 연료 전지(106)의 애노드 측(112)에서의 사용을 위해 애노드 유입구 라인(126)에 제공할 수 있다. 다양한 실시형태에서(미도시), 애노드 증기 공급 라인(126)은, HRSG(32)가 증기 터빈 시스템(22) 및 연료 전지(106)의 애노드 측(112) 모두에 증기를 공급하도록 HRSC(32)에 유체 연통되게 결합될 수 있다.In an exemplary embodiment, the combined cycle system (100) may include an anode vapor supply line (188). The anode vapor supply line (188) may extend between a heat exchanger (136) and an anode inlet line (126). Steam may be generated by heat from the anode output product within the heat exchanger (136) and provided to the anode inlet line (126). The anode vapor supply line (188) may provide a flow of steam to the anode inlet line (126) for use in the anode side (112) of the fuel cell (106). In various embodiments (not shown), the anode vapor supply line (126) may be fluidly coupled to the HRSC (32) such that the HRSG (32) supplies steam to both the steam turbine system (22) and the anode side (112) of the fuel cell (106).

여러 실시형태에서, 복합 사이클 시스템(100)은 애노드 유출구 라인(132)을 포함할 수 있으며, 이 애노드 유출구 라인(132)은 애노드 유출구 라인이 연료 전지(106) 내에서의 전기화학적 반응 후 애노드 측(112)으로부터의 출력 생성물을 수용하도록 애노드 측(112)의 유출구에 유체 연통되게 결합된다. 특정 실시형태에서, 애노드 출력 생성물은 CO2, CO, H2, 물, 및 비활용된 CH4(예컨대, 연료 전지(106) 내에서 전기화학적 반응 중에 활용되지 않은 메탄)를 포함할 수 있다. 애노드 출력 생성물은 분리 시스템(134)에 공급될 수 있으며, 이는 물 및 액화된 CO2를 애노드 출력 생성물로부터 제거할 수 있다.In various embodiments, the combined cycle system (100) can include an anode outlet line (132) that is fluidly connected to an outlet of the anode side (112) such that the anode outlet line receives output products from the anode side (112) after the electrochemical reaction within the fuel cell (106). In certain embodiments, the anode output products can include CO 2 , CO, H 2 , water, and unutilized CH 4 (e.g., methane that was not utilized during the electrochemical reaction within the fuel cell (106). The anode output products can be supplied to a separation system (134), which can remove water and liquefied CO 2 from the anode output products.

분리 시스템(134)은, 직렬 유동 순서로(예컨대, 상류로부터 하류로), 열교환기(136), 물 플래시(flash) 분리기(138), 압축기(140), 칠러(chiller)(142), 및 액체 이산화탄소 분리기(144)를 포함할 수 있다. 열교환기(136)는 열적으로 그리고 유체 연통되게 애노드 유출구 라인(132)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 애노드 유출구 라인(132)은 애노드 측(112)의 유출구와 열교환기(136) 사이에서 연장될 수 있다. 열교환기(136)는 열을 애노드 출력 생성물로부터 물 플래시 분리기(138) 안으로 들어가기 전에 제거할 수 있으며, 이는 원하는 증기 대 탄소 분자비(이는 약 1.5 내지 약 5, 또는 구체적으로 약 2 내지 약 3일 수 있음)를 유지하기 위해서 애노드 측의 유입구에서 사용하기 위한 증기를 증기 유입구 라인(188)에서 생성한다. 물 플래시 유입구 라인(137)은 열교환기(136)와 물 플래시 분리기(138) 사이에서 연장되고 유체 연통되게 결합된다. 물 플래시 분리기(138)는 물을 애노드 출력 생성물로부터 제거할 수 있다. 예를 들어, 애노드 출력 생성물의 물은 열교환기(136)에 의해서 액화 온도로 냉각될 수 있고, 후속적으로 물 플래시 분리기(138)에 의해서 제거될 수 있다. 일부 실시형태에서, 애노드 출력 생성물은 물 가스 시프트(shift) 반응기를 통과하여 일산화탄소를 수소로 변환시킬 수 있다. 그러한 실시형태에서, 물 가스 시프트 반응기는 열교환기(136)와 물 플래시 분리기(138) 사이에 배치될 수 있다.The separation system (134) may include, in serial flow order (e.g., from upstream to downstream), a heat exchanger (136), a water flash separator (138), a compressor (140), a chiller (142), and a liquid carbon dioxide separator (144). The heat exchanger (136) may be thermally and fluidically coupled to the anode outlet line (132). For example, the anode outlet line (132) may extend between the outlet of the anode side (112) and the heat exchanger (136). A heat exchanger (136) can remove heat from the anode output product before it enters the water flash separator (138), which generates steam in the steam inlet line (188) for use at the inlet on the anode side to maintain a desired steam to carbon molecular ratio (which may be from about 1.5 to about 5, or specifically from about 2 to about 3). A water flash inlet line (137) extends between and fluidly connects the heat exchanger (136) and the water flash separator (138). The water flash separator (138) can remove water from the anode output product. For example, water in the anode output product can be cooled to a liquefaction temperature by the heat exchanger (136) and subsequently removed by the water flash separator (138). In some embodiments, the anode output product can be passed through a water gas shift reactor to convert carbon monoxide to hydrogen. In such an embodiment, the water gas shift reactor may be placed between the heat exchanger (136) and the water flash separator (138).

많은 실시형태에서, 압축기 유입구 라인(139)이 물 플래시 분리기(138)와 압축기(140) 사이에 연장되고 이들과 유체 연통되게 결합할 수 있다. 압축기(140)는 애노드 출력 생성물을 가압할 수 있고, 가압된 애노드 출력 생성물을 칠러 유입구 라인(141)을 통해 칠러(142)에 제공할 수 있다. 칠러(142)는 가압된 애노드 출력 생성물의 CO2를 가압된 애노드 출력 생성물의 온도를 감소시킴으로써 액화시킬 수 있다. 후속적으로, 액체 CO2는 액체 이산화탄소 분리기(144)를 통해 제거될 수 있다. 제거된 액체 이산화탄소는 탄소 격리(carbon sequestration) 또는 탄소 활용에 보내질 수 있다. 예를 들어, 칠러(142)는 액체 이산화탄소 분리기(144)에 연결 라인(143)을 통해 유체 연통되게 결합될 수 있다.In many embodiments, a compressor inlet line (139) may extend between and be connected in fluid communication with a water flash separator (138) and a compressor (140). The compressor (140) may pressurize the anode output product and provide the pressurized anode output product to a chiller (142) via a chiller inlet line (141). The chiller (142) may liquefy the CO2 in the pressurized anode output product by reducing the temperature of the pressurized anode output product. Subsequently, the liquid CO2 may be removed via a liquid carbon dioxide separator (144). The removed liquid carbon dioxide may be sent to carbon sequestration or carbon utilization. For example, the chiller (142) may be connected in fluid communication with the liquid carbon dioxide separator (144) via a connection line (143).

애노드 재순환 라인(145)은 분리 시스템(134)의 유출구로부터 애노드 유입구 라인(126)까지(연료 예열기(130)의 상류에) 연장될 수 있다. 예를 들어, 애노드 재순환 라인(145)은 액체 이산화탄소 분리기(144)로부터 연료 예열기(130)의 하류의 애노드 유입구 라인(126)까지 연장되어 애노드 출력 생성물(물 및 액체 이산화탄소가 제거한 상태)을 애노드 측(112) 안으로 재유입시킬 수 있다. 예를 들어, 애노드 재순환 라인(145)은 유리하게는 임의의 비활용된 메탄 및 초과량의 수소를 전기화학적 변환을 위해 다시 애노드 측(112)에 재유입시킬 수 있다.An anode recycle line (145) may extend from the outlet of the separation system (134) to the anode inlet line (126) (upstream of the fuel preheater (130)). For example, the anode recycle line (145) may extend from the liquid carbon dioxide separator (144) to the anode inlet line (126) downstream of the fuel preheater (130) to reintroduce the anode output product (water and liquid carbon dioxide removed) into the anode side (112). For example, the anode recycle line (145) may advantageously reintroduce any unutilized methane and excess hydrogen back into the anode side (112) for electrochemical conversion.

일부 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, HRSG(32)는 캐소드 측(116)의 하류에 배치될 수 있다. 그러한 실시형태에서, HRSG(32)는 연료 전지(106)의 캐소드 측(116)의 유출구에 유체 연통되게 결합(일부 실시형태에서 직접적으로 유체 연통되게 결합)될 수 있다. HRSG(32)는 보터밍 사이클(104)에서 사용을 위한 증기의 유동을 생성할 수 있다. 예를 들어, 캐소드 유출구 라인(146)은 캐소드 측(116)의 유출구와 HRSG(32) 사이에서 연장되고 유체 연통되게 결합될 수 있다. HRSG(32)는 캐소드 측(116)을 나가는 배기 가스로부터의 열로 증기를 생성할 수 있고, 증기는 증기 터빈 시스템(22)에 공급될 수 있다.In some embodiments, as illustrated in FIG. 1, the HRSG (32) may be positioned downstream of the cathode side (116). In such embodiments, the HRSG (32) may be fluidly coupled (in some embodiments directly fluidly coupled) to an outlet of the cathode side (116) of the fuel cell (106). The HRSG (32) may generate a flow of steam for use in the bottoming cycle (104). For example, a cathode outlet line (146) may extend and be fluidly coupled between the outlet of the cathode side (116) and the HRSG (32). The HRSG (32) may generate steam from heat from exhaust gases exiting the cathode side (116), which may be supplied to the steam turbine system (22).

다른 실시형태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, HRSG(32)는 캐소드 측(116)의 상류에 배치될 수 있다. 그러한 실시형태에서, HRSG(32)는 터빈 섹션(16)의 유출구에 유체 연통되게 결합(예: 일부 실시형태에서 직접적으로 유체 연통되게 결합)될 수 있다. HRSG(32)는 보터밍 사이클(104)에서 사용을 위한 증기의 유동을 생성할 수 있다. HRSG(32)는 터빈 섹션(16)을 나가는 배기 가스로부터의 열을 사용하여 증기를 생성할 수 있고, 증기는 증기 터빈 시스템(22)에 공급될 수 있다.In another embodiment, as illustrated in FIG. 2, the HRSG (32) may be positioned upstream of the cathode side (116). In such an embodiment, the HRSG (32) may be fluidly coupled (e.g., directly fluidly coupled in some embodiments) to the outlet of the turbine section (16). The HRSG (32) may generate a flow of steam for use in the bottoming cycle (104). The HRSG (32) may use heat from exhaust gases exiting the turbine section (16) to generate steam, which may be supplied to the steam turbine system (22).

증기 공급 라인(148)은 HSRG(32)로부터 증기 터빈 시스템(22)까지 연장될 수 있다. 특히, 증기 공급 라인(148)은 HSRG(32)로부터 HP 증기 터빈(30)까지 연장될 수 있다. HP 증기 터빈(30)의 유출구는 IP 증기 터빈(28)의 유입구에 유체 연통되게 결합될 수 있고, IP 증기 터빈(28)의 유출구는 LP 증기 터빈(26)의 유입구에 유체 연통되게 결합될 수 있다. 대안적으로, 다른 실시형태(미도시)에서, HP 증기 터빈(30)의 유출구 증기는 HRSG의 재가열기에 재진입될 수 있고 과열된 후 IP 증기 터빈(28)의 유입구로 복귀될 수 있다. LP 증기 터빈의 유출구는 터빈 유출구 라인(152)을 통해 응축기(150)에 유체 연통되게 결합될 수 있다. 응축기는 LP 증기 터빈(26)의 유출구로부터의 증기를 물로 변환시킬 수 있으며, 이는 응축액 복귀 라인(151)을 통해 HRSG(32)에 다시 제공될 수 있다.A steam supply line (148) may extend from the HSRG (32) to the steam turbine system (22). In particular, the steam supply line (148) may extend from the HSRG (32) to the HP steam turbine (30). The outlet of the HP steam turbine (30) may be fluidly coupled to the inlet of the IP steam turbine (28), and the outlet of the IP steam turbine (28) may be fluidly coupled to the inlet of the LP steam turbine (26). Alternatively, in another embodiment (not shown), the outlet steam of the HP steam turbine (30) may re-enter the reheater of the HRSG and, after being superheated, may be returned to the inlet of the IP steam turbine (28). The outlet of the LP steam turbine may be fluidly coupled to a condenser (150) via a turbine outlet line (152). The condenser can convert steam from the outlet of the LP steam turbine (26) into water, which can be supplied back to the HRSG (32) via a condensate return line (151).

특정 실시형태에서, 복합 사이클 시스템(100)은 캐소드 유출구 라인(146)으로부터 캐소드 유입구 라인(118)으로 연장되고 유체 연통되게 결합되는 캐소드 재순환 라인(168)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐소드 재순환 라인(168)은 캐소드 유출구 라인(146) 상에 배치된 유입구(예: 캐소드 측(116)의 유출구와 HRSG(32)의 유입구 사이)와 캐소드 유입구 라인(118) 상에 배치된 유출구 사이에서 유체 연통되게 연장될 수 있다. 캐소드 재순환 라인은 임의의 미반응된 CO2를 배기 가스로부터의 추가 반응/제거를 위해 캐소드 측(116)으로 재유입할 수 있다.In certain embodiments, the combined cycle system (100) may further include a cathode recycle line (168) extending from the cathode outlet line (146) to the cathode inlet line (118) and coupled in fluid communication therewith. For example, the cathode recycle line (168) may extend in fluid communication between an inlet disposed on the cathode outlet line (146) (e.g., between the outlet of the cathode side (116) and the inlet of the HRSG (32)) and an outlet disposed on the cathode inlet line (118). The cathode recycle line may reintroduce any unreacted CO 2 to the cathode side (116) for further reaction/removal from the exhaust gas.

여러 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 탄소 포집 시스템(108), 예컨대, 흡착제 기반 탄소 포집 시스템은, 탄소 포집 시스템(108)이 연료 전지(106)의 캐소드 측(116)으로부터 캐소드 출력 생성물을 수용하도록 연료 전지(106)에 유체 연통되게 결합될 수 있다. 특히, 탄소 포집 시스템은 HRSG 유출구 라인(154)을 통해 HRSG(32)의 유출구에 유체 연통되게 결합될 수 있다. HRSG 유출구 라인(154)은 배기 가스를 HRSG(32)의 유출구로부터 탄소 포집 시스템(108)까지 전달할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)은 오염물질의 제2 부분(예컨대, CO2)을 배기 가스로부터 제거하는 흡착층(156)일 수 있다. 특히, 흡착층(156)은 CO2의 전부가 배기 스택(110)을 나가기 전에 배기 가스로부터 제거되도록 CO2의 나머지를 배기 가스로부터 제거할 수 있다. 추가적으로, 일부 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 직접 접촉 냉각기(155)가 HRSG(32)를 나가는 배기 가스를 탄소 포집 시스템(108) 안으로 들어가기 전에 더 냉각시키기 위해 HRSG 유출구 라인(154)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 직접 접촉 냉각기(155)는 탄소 포집 시스템(108)의 상류에서 HRSG 유출구 라인(154)에 배치될 수 있다. 직접 접촉 냉각기(155)는 물(또는 다른 적합한 냉각제)을 배기 가스 안으로 분무할 수 있으며, 이로써 배기 가스의 온도를 탄소 포집 시스템(108) 안으로 들어가기 전에 냉각시킬 수 있다.In various embodiments, as illustrated in FIG. 1, a carbon capture system (108), e.g., an adsorbent-based carbon capture system, may be fluidly coupled to the fuel cell (106) such that the carbon capture system (108) receives cathode output products from the cathode side (116) of the fuel cell (106). In particular, the carbon capture system may be fluidly coupled to the outlet of the HRSG (32) via an HRSG outlet line (154). The HRSG outlet line (154) may convey exhaust gas from the outlet of the HRSG (32) to the carbon capture system (108). In an exemplary embodiment, the carbon capture system (108) may be an adsorbent bed (156) that removes a second portion of the pollutants (e.g., CO 2 ) from the exhaust gas. In particular, the adsorption layer (156) can remove the remainder of the CO 2 from the exhaust gas such that all of the CO 2 is removed from the exhaust gas before it exits the exhaust stack (110). Additionally, in some embodiments, as illustrated in FIG. 1, a direct contact cooler (155) can be included in the HRSG outlet line (154) to further cool the exhaust gas exiting the HRSG (32) before it enters the carbon capture system (108). For example, the direct contact cooler (155) can be positioned in the HRSG outlet line (154) upstream of the carbon capture system (108). The direct contact cooler (155) can spray water (or other suitable coolant) into the exhaust gas, thereby cooling the temperature of the exhaust gas before it enters the carbon capture system (108).

다른 실시형태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 탄소 포집 시스템(108)은 캐소드 유출구 라인(146)을 통해 캐소드 측(116)의 유출구에 유체 연통되게 결합(예: 직접적으로 유체 연통되게 결합)될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 캐소드 유출구 라인(146)은 캐소드 측(116)과 탄소 포집 시스템(108) 사이에 연장되며, 이들과 유체 연통되게 결합될 수 있다. 캐소드 유출구 라인(146)은 배기 가스를 캐소드 측(146)의 유출구로부터 탄소 포집 시스템(108)까지 전달할 수 있다.In another embodiment, as illustrated in FIG. 2, the carbon capture system (108) may be fluidly coupled (e.g., directly coupled) to the outlet of the cathode side (116) via a cathode outlet line (146). In such an embodiment, the cathode outlet line (146) may extend between and be fluidly coupled with the cathode side (116) and the carbon capture system (108). The cathode outlet line (146) may convey exhaust gas from the outlet of the cathode side (146) to the carbon capture system (108).

탄소 포집 시스템(108)의 예시적인 실시형태가 흡착층(156)을 포함하지만, 탄소 포집 시스템(108)은 압력 스윙 흡착, 온도 스윙 흡착, 신속 열 스윙 흡착, 진공 온도 스윙 흡착, 화학적 흡착, 극저온 분리, 및 멤브레인 분리를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 기술을 적용하여 남아 있는 이산화탄소를 배기 가스로부터 분리할 수 있다.Although the exemplary embodiment of the carbon capture system (108) includes an adsorbent layer (156), the carbon capture system (108) may utilize a variety of techniques to separate the remaining carbon dioxide from the exhaust gas, including but not limited to pressure swing adsorption, temperature swing adsorption, rapid thermal swing adsorption, vacuum temperature swing adsorption, chemical adsorption, cryogenic separation, and membrane separation.

다양한 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)은 압력 스윙 흡착(PSA: pressure swing adsorption)을 채용할 수 있다. PSA는 이산화탄소를 가스의 혼합물로부터 분리하기 위해서 사용될 수 있다. PSA 기술에 있어서, 높은 분압에서, 고체 분자 시브(sieve)는 이산화탄소를 흡착할 수 있다. 결과적으로, 상승된 압력에서, 이산화탄소는 가스의 혼합물이 흡착층을 통과할 때 이 혼합물로부터 제거된다. 층의 재생은 감압 및 퍼징(purging)에 의해서 달성된다. 일반적으로, 필수 작동에 대해서, 복수의 흡착 용기가 이산화탄소의 연속적 분리를 위해 사용되며, 여기서 하나의 흡착층은 다른 흡착층이 재생되는 동안 사용된다.In various embodiments, the carbon capture system (108) may employ pressure swing adsorption (PSA). PSA may be used to separate carbon dioxide from a gas mixture. In PSA technology, at high partial pressures, a solid molecular sieve may adsorb carbon dioxide. Consequently, at elevated pressures, carbon dioxide is removed from the gas mixture as it passes through the adsorption bed. Regeneration of the bed is achieved by depressurization and purging. Typically, for essential operations, multiple adsorption vessels are used for continuous separation of carbon dioxide, where one adsorption bed is in use while another adsorption bed is being regenerated.

예시적인 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)은 온도 스윙 흡착(TSA: temperature swing adsorption)을 채용할 수 있다. TSA에서, 흡착제는 CO2를 캐소드 출력 생성물로부터 저온에서(바람직하게는 극저온의 낮은 온도와 최대 60℃ 이하 사이에서) 흡착한다. 후속적으로, 포화된 흡착제층은 온도를 증가시킴으로써(일반적으로 100℃ 이상에서) 탈착이 이루어진다. 탈착은 CO2의 분압을 낮추는 스윕 가스(sweep gas)의 존재 하에서 또는 진공 상태 하에서 발생될 수 있다. 탈착에 요구되는 열은 저압 증기 터빈으로부터의 증기에 의해서 공급될 수 있다. 마지막으로, 흡착제층은 층이 다음 흡착 사이클을 위해 준비되도록 초기 온도로 다시 냉각될 것이다.In an exemplary embodiment, the carbon capture system (108) may employ temperature swing adsorption (TSA). In TSA, the adsorbent adsorbs CO2 from the cathode output product at low temperatures (preferably between cryogenic temperatures and up to 60°C). Subsequently, the saturated adsorbent bed is desorbed by increasing the temperature (typically above 100°C). Desorption may occur in the presence of a sweep gas that lowers the partial pressure of the CO2 or under vacuum. The heat required for desorption may be supplied by steam from a low-pressure steam turbine. Finally, the adsorbent bed will be cooled back to its initial temperature to prepare the bed for the next adsorption cycle.

특정 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)은 이산화탄소를 배기 가스로부터 산화물, 예컨대, 산화칼슘(CaO) 및 산화마그네슘(MgO) 또는 이들의 조합을 사용하여 화학적 흡착에 의해서 분리할 수 있다. 일 실시형태에서, 상승된 압력 및 온도에서, CO2는 CaO가 탄산칼슘(CaCO3)을 형성함으로써 흡수되며, 이로써 CO2를 가스 혼합물로부터 제거한다. 흡착제 CaO는 CaCO3의 하소(calcination)에 의해서 재생되며, 이는 CaCO3을 다시 CaO로 개질(reform)할 수 있다.In certain embodiments, the carbon capture system (108) can separate carbon dioxide from the exhaust gas by chemical adsorption using oxides, such as calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) or a combination thereof. In one embodiment, at elevated pressure and temperature, CO 2 is absorbed by the CaO to form calcium carbonate (CaCO 3 ), thereby removing CO 2 from the gas mixture. The adsorbent CaO is regenerated by calcination of the CaCO 3 , which can reform the CaCO 3 back into CaO.

일부 실시형태에서, 멤브레인 분리 기술이 또한 탄소 포집 시스템(108)에 의해서 이산화탄소의 배기 가스로부터의 분리를 위해서 사용될 수 있다. 고온 이산화탄소 분리를 위해서 사용되는 멤브레인은 제올라이트 멤브레인 및 세라믹 멤브레인을 포함하며, 이들은 CO2에 대해 선택적이다. 멤브레인 분리기는 더 높은 압력에서 더 효율적으로 작동되고, 이산화탄소를 배기 가스로부터 분리하는 멤브레인 분리기의 사용은 추가적인 압축에 의해서(예컨대, 탄소 포집 시스템(108)의 상류에 있는 하나 이상의 압축기에 의해) 달성될 수 있다.In some embodiments, membrane separation technology may also be used for the separation of carbon dioxide from the exhaust gas by the carbon capture system (108). Membranes used for high temperature carbon dioxide separation include zeolite membranes and ceramic membranes, which are selective for CO2 . Membrane separators operate more efficiently at higher pressures, and the use of membrane separators to separate carbon dioxide from the exhaust gas may be accomplished by additional compression (e.g., by one or more compressors upstream of the carbon capture system (108)).

다른 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)에 의해서 CO2의 배기 가스로부터의 분리를 위해 사용될 수 있는 다른 기술은 아민(amine)을 사용하는 CO2의 화학적 흡수를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 배기 가스는 아민을 사용하는 이산화탄소의 화학적 흡수를 사용하도록 적합한 온도로 냉각될 수 있다. 이 기술은 알카놀(alkanol) 아민 용매에 기반하며, 이는 이산화탄소를 상대적으로 낮은 온도에서 흡수하는 능력을 갖고, 리치 용매의 온도를 올림으로써 쉽게 재생된다. 이산화탄소 리치 스트림은 리치 용매의 재생 후에 얻어진다. 이 기술에서 사용되는 용매는 순수한 트리에탄올아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디이소프로판올아민(diisopropanolamine), 디글리콜아민(diglycolamine) 및 피페라진(piperazine), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.In another embodiment, other technologies that may be used for the separation of CO2 from the exhaust gas by the carbon capture system (108) may include, but are not limited to, chemical absorption of CO2 using amines. The exhaust gas may be cooled to a temperature suitable for chemical absorption of carbon dioxide using amines. This technology is based on an alkanol amine solvent, which has the ability to absorb carbon dioxide at relatively low temperatures and is easily regenerated by increasing the temperature of the rich solvent. A carbon dioxide rich stream is obtained after regeneration of the rich solvent. Solvents used in this technology may include pure triethanolamine, monoethanolamine, diethanolamine, diisopropanolamine, diglycolamine, and piperazine, or mixtures thereof.

일부 실시형태에서, 탄소 포집 시스템은 적어도 하나의 흡수 용기를 포함할 수 있으며, 여기서 화학적 흡수 기술이 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 이산화탄소 분리기는 적어도 하나의 멤브레인 분리기를 포함한다.In some embodiments, the carbon capture system may include at least one absorption vessel, wherein chemical absorption technology is used. In another embodiment, the carbon dioxide separator includes at least one membrane separator.

예시적인 실시형태에서, 탄소 포집 시스템은 적어도 하나의 흡착층(156)을 포함할 수 있으며, 여기에서 TSA 기술은 이산화탄소를 출구 스트림 배기 가스로부터 분리하는 데 사용될 수 있다. 특히, 예시적인 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)은 복수의 흡착층(156)(예컨대, 약 10개 내지 약 500개의 흡착층, 또는, 예컨대, 약 10개 내지 약 400개의 흡착층, 또는, 예컨대, 약 30개 내지 약 250개의 흡착층, 또는, 예컨대, 약 10개 내지 약 100개의 흡착층)을 포함할 수 있다. 작동 중에, 일부 흡착층(156)은 흡착이 이루어질 것이고, 일부 흡착층(156)은 탈착이 이루어질 수 있는 동안, 나머지 흡착층은 온도 스윙 흡착 공정을 위한 냉각이 이루어진다. 부분 부하 하에서, 배기 가스(캐소드 출력 생성물) 중의 감소된 CO2 유량 때문에 흡착층 중 단지 일부만이 동작할 필요가 있으며, 이는 다른 흡착층(156)이 대기하도록 한다. 주변 공기가 이러한 대기 흡착층(156)에 공급되어 추가적인 CO2를 대기로부터 흡착할 수 있으며, 이로써 네거티브 시스템 배출(negative system emission)을 달성할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 일부 추가적인 흡착층이 추가될 수 있으며, 이는 탈착을 위한 증기 터빈으로부터 증기를 수용하는 직접 공기 포집 시스템으로 작동할 수 있다. 이러한 방식으로, 네거티브 탄소 배출이 정상 전부하(full load) 상태 중에 달성될 수 있다.In an exemplary embodiment, the carbon capture system may include at least one adsorbent bed (156), wherein TSA technology may be used to separate carbon dioxide from the exhaust stream exhaust gas. In particular, in an exemplary embodiment, the carbon capture system (108) may include a plurality of adsorbent beds (156) (e.g., from about 10 to about 500 adsorbent beds, or from about 10 to about 400 adsorbent beds, or from about 30 to about 250 adsorbent beds, or from about 10 to about 100 adsorbent beds). During operation, some adsorbent beds (156) may undergo adsorption, some adsorbent beds (156) may undergo desorption, while the remaining adsorbent beds are cooled for the temperature swing adsorption process. Under partial load, only some of the adsorbent beds need to be operated due to the reduced CO2 flow rate in the exhaust gas (cathode output product), allowing the other adsorbent beds (156) to stand by. Ambient air may be supplied to these atmospheric adsorption layers (156) to adsorb additional CO2 from the atmosphere, thereby achieving negative system emissions. Alternatively, or additionally, several additional adsorption layers may be added, which may operate as a direct air capture system that receives steam from a steam turbine for desorption. In this manner, negative carbon emissions may be achieved during normal full load conditions.

다른 실시형태에서, 흡착층(156)은 직접 접촉 흡착층일 수 있다. 직접 접촉 흡착층은 하나의 대형 회전 층을 포함하며, 이는 상이한 공정이 이루어지는 많은 세그먼트를 포함한다. 그러한 실시형태에서, 탄소 포집 시스템(108)은 약 1개 내지 약 100개의 직접 접촉 흡착층을 포함할 수 있다.In another embodiment, the adsorption layer (156) may be a direct contact adsorption layer. The direct contact adsorption layer comprises a single large rotating bed, which includes many segments in which different processes occur. In such an embodiment, the carbon capture system (108) may comprise from about 1 to about 100 direct contact adsorption layers.

예를 들면, 복합 사이클 시스템(100)은 대기(또는 주위 환경)에 그리고 탄소 포집 시스템(108)에 유체 연통되게 결합된 공기 유입구 라인(160)을 더 포함할 수 있다. 특히, 공기 유입구 라인(160)은 흡착층(156) 각각과 유체 연통될 수 있어, 추가적인 공기가 스탠-바이 흡착층(156)에 추가적인 탄소 포집을 위해 공급될 수 있다. . 여러 실시형태에서, 펌프(162)(예컨대, 팬 또는 블로워) 및 밸브(164)가 공기 유입구 라인(160)에 유체 연통되게 배치될 수 있다. 밸브(164)는 개방 위치(공기가 이를 통해 유동되는 것을 허용함)와 폐쇄 위치(공기의 통과를 제한하거나 아니면 막음) 사이에서 작동 가능할 수 있다. 밸브(164)는 펌프(162)의 하류에 있을 수 있다. 펌프(162)는 펌프가 작동될 때 공기를 대기로부터 당기는 차압을 생성할 수 있다. 대기로부터의 공기는 탄소 포집 시스템(108)(예컨대, 흡착층(156))에 통과되어 공기에 존재하는 임의의 오염 물질(예컨대, CO2)이 제거될 수 있다. 이것은, 터빈 섹션(16)으로부터의 배기 가스 내 이산화탄소의 전부(예컨대, 100%)가 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)에 의해서 포집될 수 있고, 추가적인 대기 공기가 추가적인 대기 공기의 이산화탄소 제거를 위해 공기 유입구 라인(160)에 의해서 탄소 포집 시스템(108)에 도입될 수 있기 때문에, 유리하게는 복합 사이클 시스템(100)이 네거티브 이산화탄소 배출을 할 수 있게 한다.For example, the combined cycle system (100) may further include an air inlet line (160) fluidly coupled to the atmosphere (or surrounding environment) and to the carbon capture system (108). In particular, the air inlet line (160) may be in fluid communication with each of the adsorbent beds (156) such that additional air may be supplied to the standby adsorbent beds (156) for additional carbon capture. In various embodiments, a pump (162) (e.g., a fan or blower) and a valve (164) may be disposed in fluid communication with the air inlet line (160). The valve (164) may be operable between an open position (allowing air to flow therethrough) and a closed position (restricting or otherwise preventing the passage of air). The valve (164) may be downstream of the pump (162). The pump (162) may create a differential pressure that draws air from the atmosphere when the pump is operated. Air from the atmosphere can be passed through a carbon capture system (108) (e.g., an adsorption layer (156)) to remove any contaminants (e.g., CO 2 ) present in the air. This advantageously allows the combined cycle system (100) to have negative carbon dioxide emissions, since all (e.g., 100%) of the carbon dioxide in the exhaust gas from the turbine section (16) can be captured by the fuel cell (106) and the carbon capture system (108), and additional atmospheric air can be introduced to the carbon capture system (108) via the air inlet line (160) for additional carbon dioxide removal from the atmospheric air.

본 명세서에 설명된 다양한 기술을 사용하여, 이산화탄소 리치 스트림(158)이 탄소 포집 시스템(108)으로부터 생성된다. 이산화탄소 리치 스트림(158)은 임의의 다른 산업적 사용을 위해서 격리(sequester)되거나 외부로 보내질(export) 수 있다.Using various techniques described herein, a carbon dioxide rich stream (158) is generated from the carbon capture system (108). The carbon dioxide rich stream (158) may be sequestered or exported for any other industrial use.

여러 실시형태에서, 복합 사이클 시스템(100)은 탄소 포집 시스템(108)과 배기 스택(110) 사이에서 연장되는 배기 라인(166)을 더 포함할 수 있다. 특히, 배기 라인(166)은 흡착층(156)의 유출구와 배기 스택(110) 사이에서 연장될 수 있다. 배기 스택(110)은 배기 가스(오염 물질이 제거됨)를 대기에 배기할 수 있다.In various embodiments, the combined cycle system (100) may further include an exhaust line (166) extending between the carbon capture system (108) and the exhaust stack (110). In particular, the exhaust line (166) may extend between the outlet of the adsorption layer (156) and the exhaust stack (110). The exhaust stack (110) may exhaust the exhaust gas (from which pollutants have been removed) to the atmosphere.

전술된 바와 같이, 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)은 토핑 사이클(102)을 나가는 배기 가스로부터의 오염 물질(예컨대, 이산화탄소) 전부를 배기 스택(110)을 통해 배기 가스가 대기 속으로 배기되기 전에 집합적으로 제거할 수 있다. 예를 들어, 토핑 사이클(102)을 나가는 배기 가스로부터의 오염 물질의 약 85% 내지 약 100%가 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)(예컨대, 흡착층(156))에 의해서 집합적으로 포집된다. 연료 전지(106)는 이산화탄소의 대부분을 배기 가스로부터 제거할 수 있고, 탄소 포집 시스템(108)은 이산화탄소의 나머지를 배기 가스로부터 제거할 수 있다. 특히, 배기 가스로부터의 이산화탄소의 약 50% 내지 약 90%는 배기 가스 재순환이 구현될 때, 또는, 예컨대, 약 75% 내지 약 85%는 배기 가스 재순환 없이, 연료 전지(106)에서 제거될 수 있다. 더 많은 이산화탄소가 연료 전지(106)에서 제거될 수 있지만, 이것은 연료 전지(106)에 과도한 스트레스를 주고, 연료 전지(106)의 수명을 감소시키고, 연료 전지(106)의 전기 효율(즉, 연료 전지로부터 생성되는 전기와 애노드에서 공급되는 연료 에너지 사이의 비율)을 감소시키지 않고서는 불가능하다. 따라서, 배기 가스로부터 이산화탄소의 약 75% 내지 약 85%를 제거하는 방식으로 연료 전지(106)를 작동시키는 것이 유리하게는 연료 전지(106)의 수명을 보존하고 효율적으로 작동하게 한다. 터빈 섹션(16)을 나가는 배기 가스 내 이산화탄소의 나머지, 예컨대, 배기 가스 내 이산화탄소의 약 10% 내지 약 30%(또는, 예컨대, 배기 가스 내 이산화탄소의 약 15% 내지 약 25%)는 탄소 포집 시스템(108)(예컨대, 예시적인 실시형태에서 흡착층(156))에 의해서 제거될 수 있다.As described above, the fuel cell (106) and the carbon capture system (108) can collectively remove all of the pollutants (e.g., carbon dioxide) from the exhaust gas exiting the topping cycle (102) before the exhaust gas is exhausted into the atmosphere via the exhaust stack (110). For example, about 85% to about 100% of the pollutants from the exhaust gas exiting the topping cycle (102) are collectively captured by the fuel cell (106) and the carbon capture system (108) (e.g., the adsorption layer (156)). The fuel cell (106) can remove a majority of the carbon dioxide from the exhaust gas, and the carbon capture system (108) can remove the remainder of the carbon dioxide from the exhaust gas. In particular, about 50% to about 90% of the carbon dioxide from the exhaust gas can be removed by the fuel cell (106) when exhaust gas recirculation is implemented, or, for example, about 75% to about 85% without exhaust gas recirculation. While more carbon dioxide can be removed from the fuel cell (106), this is not possible without undue stress on the fuel cell (106), reducing the life of the fuel cell (106), and reducing the electrical efficiency (i.e., the ratio between electricity produced by the fuel cell and fuel energy supplied at the anode) of the fuel cell (106). Therefore, operating the fuel cell (106) in a manner that removes about 75% to about 85% of the carbon dioxide from the exhaust gas advantageously preserves the life of the fuel cell (106) and allows it to operate efficiently. The remainder of the carbon dioxide in the exhaust gas exiting the turbine section (16), e.g., about 10% to about 30% of the carbon dioxide in the exhaust gas (or, e.g., about 15% to about 25% of the carbon dioxide in the exhaust gas), can be removed by the carbon capture system (108) (e.g., the adsorbent layer (156) in the exemplary embodiment).

앞서 논의된 바와 같이, 일부 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, HRSG(32)는 캐소드 측(116)의 하류에 배치될 수 있어서, 배기 가스(34)는 HRSG(32)로 유입되기 전에 캐소드 측(116)을 통해 이동한다. 이러한 실시형태에서, 캐소드 유출구 라인(146)은 배기 가스(또는 캐소드 출력 생성물)를 HRSG(32)에 제공하고, HRSG 유출구 라인(154)은 배기 가스를 탄소 포집 시스템(108)에 제공할 수 있다. 대안적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, HRSG(32)는 캐소드 측(116)의 상류에 배치될 수 있다. 이러한 실시형태에서, HRSG(32)는 배기 가스 유출구 라인(117)으로부터 배기 가스를 수용할 수 있다. 이어서, 배기 가스는 캐소드 유입구 라인(118)을 통해 캐소드 측(116)으로 제공될 수 있다. 추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, HRSG(32)가 연료 전지(106)의 상류에 배치될 때, 캐소드 출력 생성물은 (예: 캐소드 유출구 라인(146)을 통해) 탄소 포집 시스템(108)에 직접 제공될 수 있다.As previously discussed, in some embodiments, as illustrated in FIG. 1, the HRSG (32) may be positioned downstream of the cathode side (116), such that the exhaust gas (34) travels through the cathode side (116) before entering the HRSG (32). In such embodiments, the cathode outlet line (146) may provide the exhaust gas (or cathode output product) to the HRSG (32), and the HRSG outlet line (154) may provide the exhaust gas to the carbon capture system (108). Alternatively, as illustrated in FIG. 2, the HRSG (32) may be positioned upstream of the cathode side (116). In such embodiments, the HRSG (32) may receive the exhaust gas from the exhaust gas outlet line (117). The exhaust gas may then be provided to the cathode side (116) via the cathode inlet line (118). Additionally, as illustrated in FIG. 2, when the HRSG (32) is positioned upstream of the fuel cell (106), the cathode output product can be provided directly to the carbon capture system (108) (e.g., via the cathode outlet line (146)).

여러 실시형태에서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복합 사이클 시스템(100)은 배기 가스 재순환 라인(170)을 포함할 수 있으며, 이는 터빈 섹션(16)을 압축기 섹션(20)에 유체 연통되게 결합시켜, 터빈 섹션(16)의 유출구로부터의 배기 가스가 압축기 섹션(20)의 유입구에 제공된다. 배기 가스 재순환 라인(170)은 배기 가스 유출구 라인(117)으로부터 압축기 섹션(20)까지 연장될 수 있다. 그러한 실시형태에서, 압축기(20)는 재순환된 배기 가스뿐만 아니라 주변 공기(171)를 수용할 수 있다. 배기 가스 재순환이 도입될 때, 이것은 가스 터빈 배기 가스 내 CO2 mol%를 약 4.3%로부터 최대 약 8%까지 증가시키며, 이는 연료 전지(106)가 더 높은 효율로 작동되게 한다. 예를 들어, 배기 가스 재순환에 의해, 연료 전지(106)는 CO2의 최대 90%를 배기 가스로부터 제거할 수 있다. 배기 가스 재순환 라인(170)은 배기 가스의 일부분을 배기 가스 유출구 라인(117)으로부터 다시 압축기 섹션(20)의 유입구로 선택적으로 전환시킨다. 예를 들어, 밸브(172)가 배기 가스 재순환 라인(170)에 배치될 수 있다. 밸브(172)는 개방 위치(배기 가스 재순환을 허용함)와 폐쇄 위치(배기 가스 재순환을 제한하거나 방지함) 사이에서 선택적으로 작동될 수 있다. 추가적으로, 예시적인 실시형태에서, 배기 가스 냉각기(174)가 배기 가스 재순환 라인(170)에 배치될 수 있다. 배기 가스 냉각기(174)는, 배기 가스 재순환 라인(170) 내의 배기 가스를 가스 터빈(10)에 대한 유입구 온도 요건을 만족시키기 위해서 냉각시키는 열교환기일 수 있다.In various embodiments, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the combined cycle system (100) may include an exhaust gas recirculation line (170) that fluidly couples the turbine section (16) to the compressor section (20) such that exhaust gas from the outlet of the turbine section (16) is provided to the inlet of the compressor section (20). The exhaust gas recirculation line (170) may extend from the exhaust gas outlet line (117) to the compressor section (20). In such embodiments, the compressor (20) may receive ambient air (171) as well as the recycled exhaust gas. When exhaust gas recirculation is introduced, this increases the CO 2 mol% in the gas turbine exhaust gas from about 4.3% to up to about 8%, which allows the fuel cell (106) to operate at a higher efficiency. For example, with exhaust gas recirculation, the fuel cell (106) may remove up to 90% of the CO 2 from the exhaust gas. An exhaust gas recirculation line (170) selectively diverts a portion of the exhaust gas from the exhaust gas outlet line (117) back to the inlet of the compressor section (20). For example, a valve (172) may be disposed in the exhaust gas recirculation line (170). The valve (172) may be selectively operable between an open position (allowing exhaust gas recirculation) and a closed position (restricting or preventing exhaust gas recirculation). Additionally, in an exemplary embodiment, an exhaust gas cooler (174) may be disposed in the exhaust gas recirculation line (170). The exhaust gas cooler (174) may be a heat exchanger that cools the exhaust gas within the exhaust gas recirculation line (170) to meet the inlet temperature requirements for the gas turbine (10).

도 3을 참조하면, 복합 사이클 시스템에서 오염 물질을 제거하는 방법(200)의 일 실시형태의 흐름도가 본 주제물의 양태에 따라 예시된다. 일반적으로, 방법(200)은 도 1 및 도 2를 참조하여 전술된 복합 사이클 시스템(100)을 참조하여 본 명세서에서 설명될 것이다. 그러나, 개시된 방법(200)이 일반적으로 임의의 적합한 복합 사이클 시스템과 함께 활용될 수 있고/있거나 임의의 다른 적합한 시스템 구성을 갖는 시스템과 관련하여 활용될 수 있다는 것이 당업자에 의해서 이해될 것이다. 또한, 도 3은 예시 및 논의의 목적을 위해 특정 순서로 수행되는 단계를 도시하지만, 본 명세서에서 논의된 방법은, 청구범위에서 달리 특정되지 않는 한, 임의의 특정 순서 또는 배열로 한정되지 않는다. 당업자는, 본 명세서에 제공된 개시내용을 사용하여, 본 명세서에 개시된 방법의 다양한 단계가 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 생략, 재배열, 조합 및/또는 조정될 수 있다는 것을 이해할 것이다.Referring to FIG. 3, a flow diagram of one embodiment of a method (200) for removing contaminants from a combined cycle system is illustrated in accordance with aspects of the present subject matter. Generally, the method (200) will be described herein with reference to the combined cycle system (100) described above with reference to FIGS. 1 and 2 . However, it will be appreciated by those skilled in the art that the disclosed method (200) can generally be utilized with any suitable combined cycle system and/or in connection with a system having any other suitable system configuration. Furthermore, while FIG. 3 depicts steps performed in a particular order for purposes of illustration and discussion, the methods discussed herein are not limited to any particular order or arrangement unless otherwise specified in the claims. Those skilled in the art will appreciate, using the teachings provided herein, that the various steps of the methods disclosed herein can be omitted, rearranged, combined, and/or adjusted in various ways without departing from the scope of the present disclosure.

도시된 바와 같이, 방법(200)은 블록 202에서 복합 사이클 시스템(100)의 토핑 사이클(102)을 작동시키는 단계(이에 의해 제1 동력 출력 및 배기 가스가 생성됨)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 토핑 사이클(102)을 작동시키는 단계는 가스 터빈(10)을 부분 부하 또는 전부하에서 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 결과, 제1 동력 출력 및 배기 가스가 생성된다. 제1 동력 출력은 제1 부하(14)에 의해서 생성될 수 있다. 제1 부하(14)는, 예를 들어, 가스 터빈(10)에 하나 이상의 샤프트를 통해 결합된 전기 발전기일 수 있으며, 이는 회전되어 제1 동력 출력을 생성한다. 가스 터빈(10)은 연소 섹션(18)에서 천연가스 연료를 태울 수 있으며, 이는 터빈 섹션(16)을 통과해서 보내지고 배기 가스로서 배기될 수 있고, 이는 오염 물질, 예컨대, 이산화탄소를 함유할 수 있다.As illustrated, the method (200) may include operating a topping cycle (102) of the combined cycle system (100) at block 202, thereby generating a first power output and exhaust gas. For example, operating the topping cycle (102) may include operating the gas turbine (10) at partial load or full load. As a result, a first power output and exhaust gas are generated. The first power output may be generated by a first load (14). The first load (14) may be, for example, an electric generator coupled to the gas turbine (10) via one or more shafts, which rotate to generate the first power output. The gas turbine (10) may burn natural gas fuel in a combustion section (18), which may be passed through the turbine section (16) and exhausted as exhaust gas, which may contain pollutants, such as carbon dioxide.

예시적인 구현예에서, 도시된 바와 같이, 방법(200)은 블록 204에서 배기 가스를 연료 전지(106)의 캐소드 측(116)을 통과시켜 전달하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이에 의해 오염 물질의 제1 부분이 배기 가스로부터 제거된다. 예를 들어, 이산화탄소를 배기 가스로부터 제거하고 전기를 생성하는 전기화학적 반응이 연료 전지(106) 내에서 발생될 수 있으며, 이 전기는 하나 이상의 전기 디바이스(122)에 전기 버스(124)를 통해 제공될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 연료 전지(106)는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC), 예컨대, 내부 개질 MCFC 및/또는 외부 개질 MCFC일 수 있다. MCFC는, 산화 가스(예컨대, 이산화탄소 및 산소를 함유하는 배기 가스)가 캐소드 측(116)을 통과하는 동안, 증기와 혼합된 반응물 연료 가스(예컨대, 증기와 혼합된 천연가스)를 애노드 측(112)에 통과시킴으로써 작동될 수 있으며, 이는 이산화탄소를 제거하고(또는 화학적으로 변환시키고) 전기 및 수소를 생성하는 전기화학적 반응을 전해질(114) 전반에 걸쳐 유발한다.In an exemplary embodiment, as illustrated, the method (200) may further include the step of passing the exhaust gas through the cathode side (116) of the fuel cell (106) at block 204, whereby a first portion of the pollutants are removed from the exhaust gas. For example, an electrochemical reaction may occur within the fuel cell (106) to remove carbon dioxide from the exhaust gas and generate electricity, which may be provided to one or more electrical devices (122) via an electrical bus (124). In an exemplary embodiment, the fuel cell (106) may be a molten carbonate fuel cell (MCFC), such as an internal reforming MCFC and/or an external reforming MCFC. An MCFC can be operated by passing a reactant fuel gas (e.g., natural gas mixed with steam) across the anode side (112) while an oxidizing gas (e.g., exhaust gas containing carbon dioxide and oxygen) passes across the cathode side (116), which causes an electrochemical reaction across the electrolyte (114) to remove (or chemically convert) carbon dioxide and produce electricity and hydrogen.

여러 구현예에서, 도시된 바와 같이, 방법(200)은 블록 206에서 캐소드 측의 유출구로부터의 배기 가스(즉, 캐소드 출력 생성물)를 탄소 포집 시스템(108)에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 오염 물질(예컨대, 이산화탄소)의 제2 부분은 탄소 포집 시스템(108)을 통과할 때 배기 가스로부터 제거된다. 예를 들어, 탄소 포집 시스템(108)은 이산화탄소의 나머지를 연료 전지(106)의 하류의 배기 가스로부터 제거하는 흡착층(156)일 수 있다.In various implementations, as illustrated, the method (200) may further include the step of providing exhaust gas (i.e., cathode output product) from the outlet of the cathode side at block 206 to a carbon capture system (108). A second portion of the contaminant (e.g., carbon dioxide) is removed from the exhaust gas as it passes through the carbon capture system (108). For example, the carbon capture system (108) may be an adsorption layer (156) that removes the remainder of the carbon dioxide from the exhaust gas downstream of the fuel cell (106).

예를 들어, 오염 물질은 이산화탄소일 수 있고, 배기 가스로부터 캐소드 측에 의해서 제거되는 오염 물질의 제1 부분은 가스 터빈(10)을 나갈 때의 배기 가스 내의 이산화탄소의 대부분(예컨대, 50% 초과)일 수 있다. 따라서, 배기 가스로부터 탄소 포집 시스템(108)에 의해서 제거되는 오염 물질의 제2 부분은 배기 가스 내의 이산화탄소의 나머지일 수 있다. 특히, 터빈 섹션(16)으로부터의 배기 가스 내 이산화탄소의 최대 약 85%는 연료 전지(106)의 캐소드 측(116)에서 제거(즉, 전기화학적으로 변환)될 수 있고, 이산화탄소의 나머지(예컨대, 약 15%)는 탄소 포집 시스템(108)에 의해서 배기 스택(110)으로부터의 배기 전에 제거될 수 있다. 예를 들어, 토핑 사이클(102)을 나가는 배기 가스로부터의 오염 물질의 약 85% 내지 약 100%가 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)(예컨대, 흡착층(156))에 의해서 집합적으로 포집된다. 연료 전지(106)는 이산화탄소의 대부분을 배기 가스로부터 제거할 수 있고, 탄소 포집 시스템(108)은 이산화탄소의 나머지를 배기 가스로부터 제거할 수 있다. 특히, 배기 가스로부터의 이산화탄소의 약 70% 내지 약 90%는, 또는, 예컨대, 약 75% 내지 약 85%는 연료 전지(106)에서 제거될 수 있다. 더 많은 이산화탄소가 연료 전지(106)에서 제거될 수 있지만, 이것은 연료 전지(106)에 과도한 스트레스를 주고, 연료 전지(106)의 수명을 감소시키고, 연료 전지(106)의 효율을 감소시키지 않고서는 불가능하다. 따라서, 배기 가스로부터의 이산화탄소의 약 50% 내지 약 85%(또는, 예컨대, 배기 가스 재순환이 구현될 때 약 50% 내지 약 90%)를 제거하는 방식으로 연료 전지(106)를 작동시키는 것이 유리하게는 연료 전지(106)의 수명을 보존하고 효율적으로 작동하게 한다. 터빈 섹션(16)을 나가는 배기 가스 내 이산화탄소의 나머지, 예컨대, 배기 가스의 약 15% 내지 약 50%(또는, 예컨대, 약 15% 내지 약 25%)는 탄소 포집 시스템(108)(예컨대, 예시적인 실시형태에서 흡착층(156))에 의해서 제거될 수 있다.For example, the pollutant may be carbon dioxide, and a first portion of the pollutant removed from the exhaust gas by the cathode side may be a majority (e.g., greater than 50%) of the carbon dioxide in the exhaust gas as it exits the gas turbine (10). Accordingly, a second portion of the pollutant removed from the exhaust gas by the carbon capture system (108) may be the remainder of the carbon dioxide in the exhaust gas. In particular, up to about 85% of the carbon dioxide in the exhaust gas from the turbine section (16) may be removed (i.e., electrochemically converted) at the cathode side (116) of the fuel cell (106), and the remainder of the carbon dioxide (e.g., about 15%) may be removed by the carbon capture system (108) prior to exhaust from the exhaust stack (110). For example, about 85% to about 100% of the pollutants from the exhaust gas exiting the topping cycle (102) are collectively captured by the fuel cell (106) and the carbon capture system (108) (e.g., the adsorption layer (156)). The fuel cell (106) can remove a majority of the carbon dioxide from the exhaust gas, and the carbon capture system (108) can remove the remainder of the carbon dioxide from the exhaust gas. In particular, about 70% to about 90%, or, for example, about 75% to about 85%, of the carbon dioxide from the exhaust gas can be removed by the fuel cell (106). While more carbon dioxide can be removed by the fuel cell (106), this is not possible without undue stress on the fuel cell (106), reducing the life of the fuel cell (106), and reducing the efficiency of the fuel cell (106). Accordingly, operating the fuel cell (106) in a manner that removes from about 50% to about 85% (or, for example, from about 50% to about 90% when exhaust gas recirculation is implemented) of the carbon dioxide from the exhaust gas advantageously preserves the life of the fuel cell (106) and allows for efficient operation. The remainder of the carbon dioxide in the exhaust gas exiting the turbine section (16), for example, from about 15% to about 50% (or, for example, from about 15% to about 25%) of the exhaust gas, can be removed by the carbon capture system (108) (e.g., the adsorbent layer (156) in the exemplary embodiment).

여러 구현예에서, 복합 사이클 시스템(100)을 작동시키는 단계는 총 동력 출력(예컨대, 제1 부하(14)에 의해서 생성된 동력, 제2 부하(24)에 의해서 생성된 동력, 및 연료 전지(106)의 동력 출력(120)의 합)을 생성할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)을 작동시키는 단계는 총 동력 출력의 약 0.5% 내지 약 5%(또는, 예컨대, 약 3% 내지 약 5%)의 동력 공급을 필요로 할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 연료 전지(106)는 85~90%를 초과하는 이산화탄소가 연료 전지(106)에서 포집되는 더 적극적인 작동이 가능할 수 있으나, 이는 캐소드 분극화(이산화탄소의 낮은 농도로 인한 지배적 저항), 오옴 저항, 애노드 분극화, 및 활성화 손실 같은, 손실 메커니즘의 영향을 상당히 증가시킨다. 이것은 전체 플랜트 효율, 또는 연료 전지(106)의 전기적 효율을 감소시킨다. 최대 약 85%의 이산화탄소를 소비하도록 연료 전지(106)를 작동시키면서 남아 있는 이산화탄소를 추가적인 탄소 포집 시스템(108)(예컨대, 예시적인 실시형태에서 흡착층(156))으로 포집하는 단계는, 유리하게는 복합 사이클 시스템(100)의 총 동력 출력의 약 3% 내지 약 5%인 동력 공급만을 요구하며, 이것은, CO2를 포집하기 위해 요구되는 특정 에너지(MJ/포집된 CO2의 kg)가 탄소 포집 비율이 증가됨에 따라 단조적으로 증가되기 때문에 100% 탄소 포집 비율을 달성하는 다른 설계보다 더 낮다. 추가적으로, 연료 전지(106)(예컨대, MCFC) 집적화는 약 20~25%의 추가적인 동력을 생성하고, 따라서 플랜트 네트(net) 동력 출력이 증가되는 반면, 모든 다른 탄소 포집 기술은 에너지를 소비하며, 이로써 플랜트로부터의 네트 동력 출력을 낮춘다. 연료 전지(106)(예: MCFC)는 약 20% 내지 25%의 잉여 동력을 생성할 수 있다(탄소 포집 비율을 약 85%라고 가정할 경우; 탄소 포집 비율이 약 50%로 감소되면, 잉여 동력의 하한 범위는 약 10%일 수 있음); 그러나, 그것은 그렇게 하기 위해 연료도 소모한다. 연료 전지(106)로부터의 CO2 포집 비율을 증가시키는 것은 연료 전지(106) 내의 손실을 증가시키고, 따라서 연료 전지(106)의 연료 대 전기 효율을 감소시키고, 이로써 연료 전지(106)로부터의 동력 생성이 복합 사이클 동력 플랜트로부터 동력을 생성하는 것에 비해 상대적으로 덜 효율적이게 한다. 또한, 분리 시스템(134)은 기생하는 부하를 소비하고, 이것은 약 2% 초과(이는 연료 전지(106)에서 탄소 포집 비율이 증가됨에 따라 증가될 수 있음)의 전체 플랜트 효율의 감소에 기여한다. 연료 전지(106)에서 탄소 포집 비율이 약 50%로 감소된 구현예에서, 전체 플랜트 효율의 감소는 약 1%일 수 있다.In various implementations, operating the combined cycle system (100) may produce a total power output (e.g., the sum of the power produced by the first load (14), the power produced by the second load (24), and the power output (120) of the fuel cell (106). In exemplary implementations, operating the fuel cell (106) and the carbon capture system (108) may require a power supply of about 0.5% to about 5% (or, for example, about 3% to about 5%) of the total power output. As discussed above, the fuel cell (106) may be capable of more aggressive operation, where greater than 85-90% of the carbon dioxide is captured in the fuel cell (106), but this significantly increases the impact of loss mechanisms, such as cathode polarization (dominant resistance due to low concentrations of carbon dioxide), ohmic resistance, anode polarization, and activation losses. This reduces the overall plant efficiency, or electrical efficiency, of the fuel cell (106). Operating the fuel cell (106) to consume up to about 85% of the carbon dioxide while capturing the remaining carbon dioxide with an additional carbon capture system (108) (e.g., adsorption bed (156) in the exemplary embodiment) advantageously requires only a power supply of about 3% to about 5% of the total power output of the combined cycle system (100), which is lower than other designs that achieve a 100% carbon capture rate because the specific energy required to capture CO2 (MJ/kg of CO2 captured) increases monotonically as the carbon capture rate increases. Additionally, integrating a fuel cell (106) (e.g., MCFC) generates about 20-25% additional power, thus increasing the net power output of the plant, whereas all other carbon capture technologies consume energy, thereby lowering the net power output from the plant. A fuel cell (106) (e.g., MCFC) can generate about 20% to 25% surplus power (assuming a carbon capture ratio of about 85%; if the carbon capture ratio is reduced to about 50%, the lower bound for surplus power may be about 10%); however, it also consumes fuel to do so. Increasing the CO2 capture ratio from the fuel cell (106) increases losses within the fuel cell (106), thus decreasing the fuel-to-electricity efficiency of the fuel cell (106), making power generation from the fuel cell (106) relatively less efficient compared to power generation from a combined cycle power plant. Additionally, the separation system (134) consumes a parasitic load, which contributes to a decrease in overall plant efficiency of greater than about 2% (which may increase as the carbon capture ratio in the fuel cell (106) increases). In an embodiment where the carbon capture ratio in the fuel cell (106) is reduced to about 50%, the decrease in overall plant efficiency may be about 1%.

연료 전지(106)(예컨대, MCFC)의 최대 CO2 포집 한계는 배기 가스 내 CO2 농도의 함수로서 변할 것이다. 가스 터빈(10) 배기 가스(34)는 전형적으로 약 5%몰의 CO2를 함유한다. 배기 가스 재순환이 구현될 때, %몰은 약 8%몰의 CO2로 증가되며, 이는 결과적으로 연료 전지(106)에 의한 최대 CO2 포집을 약 85%로부터 약 90%까지 증가시킨다. 다른 공정, 예컨대, 산업적 공정은 높은 CO2 농도 배기 가스를 가질 수 있다(예컨대, 시멘트 플랜트 배기는 약 30%몰의 CO2를 가질 것이다). 그러한 구현예에서, 연료 전지가 배기 가스를 높은 %몰의 CO2를 갖는 산업적 공정(예컨대, 시멘트 플랜트 또는 석탄 플랜트)으로부터 공급받을 때, 연료 전지는 더 높은 포집 비율(예컨대, 90%보다 더 큰 탄소 포집 비율)을 달성할 수 있다.The maximum CO2 capture limit of a fuel cell (106) (e.g., MCFC) will vary as a function of the CO2 concentration in the exhaust gas. Gas turbine (10) exhaust gas (34) typically contains about 5% molar CO2 . When exhaust gas recirculation is implemented, the % molar increases to about 8% molar CO2 , which in turn increases the maximum CO2 capture by the fuel cell (106) from about 85% to about 90%. Other processes, such as industrial processes, may have high CO2 concentration exhaust gases (e.g., cement plant exhaust will have about 30% molar CO2 ). In such embodiments, when the fuel cell is fed exhaust gas from an industrial process having a high % molar CO2 (e.g., a cement plant or a coal plant), the fuel cell can achieve higher capture rates (e.g., greater than 90%).

선택적인 구현예에서, 파선 박스에 의해서 표시되는 바와 같이, 방법(200)은 블록 208에서 배기 가스를 탄소 포집 시스템(108)에 제공하기 전에 배기 가스를 캐소드 측(116)의 유출구로부터 배열회수보일러(HRSG)(32)를 통과시켜 전달하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 실시형태에서, 방법은 블록 210에서 HRSG(32)로 증기를 생성하는 단계 및 블록 212에서 증기를 보터밍 사이클(104)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 보터밍 사이클(104)은 제2 동력 출력을 생성할 수 있다. 예를 들어, 보터밍 사이클(104)은 증기 터빈 시스템(22)일 수 있으며, 이는 제2 부하(24)를 전기적 동력을 생성하기 위해서 구동한다. 제2 부하(24)는 또한 전기적 동력을 생성하는 전기 발전기일 수 있다.In an alternative embodiment, as indicated by the dashed box, the method (200) may include passing the exhaust gas from the outlet of the cathode side (116) through a heat recovery steam generator (HRSG) (32) prior to providing the exhaust gas to the carbon capture system (108) at block 208. In such an embodiment, the method may include generating steam with the HRSG (32) at block 210 and providing the steam to a bottoming cycle (104) at block 212. The bottoming cycle (104) may generate a second power output. For example, the bottoming cycle (104) may be a steam turbine system (22) that drives a second load (24) to generate electrical power. The second load (24) may also be an electric generator that generates electrical power.

일부 실시형태에서, 방법(200)은 블록 214에서 (예컨대, 토핑 사이클(102)이 부분 부하에서 정상 크기의 흡착층에 대해서 작동될 때, 또는 토핑 사이클(102)이 전부하에서 과대 크기의 흡착층에 대해서 작동될 때) 공기를 대기로부터 배기 가스에 추가하여 탄소 포집 시스템(108)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대기로부터의 공기는, 가스 터빈(10)이 부분 부하에서 토핑 사이클(102)의 이산화탄소 출력에 기반하여 크기가 결정된 탄소 포집 시스템(108)을 갖는 시스템에 대해 작동될 때, 공기 유입구 라인(160)을 통해 탄소 포집 시스템(108)에 도입될 수 있다. 대안적으로, 대기로부터의 공기는, 가스 터빈(10)이 전부하에서 (예컨대, 가스 터빈 이산화탄소 출력 요건보다 더 크게 크기가 결정된) 과대 크기의 탄소 포집 시스템(108)을 갖는 시스템에 대해 작동될 때, 공기 유입구 라인(160)을 통해 탄소 포집 시스템(108)에 도입될 수 있다. 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 추가하여 공기를 제공한 결과로, 이산화탄소가 공기 및 배기 가스로부터 제거되어 연소 시스템이 네거티브 탄소 포집 배출을 생성한다. 가스 터빈(10)은 전부하(예컨대, 최대 용량 또는 100%) 및 부분 부하(예컨대, 최대 용량 미만 또는 100% 미만)에서 작동적일 수 있다. 전부하 중에, 가스 터빈(10)은 큰 양의 배기 가스를 생성할 수 있으며, 이는 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)의 전체 이산화탄소 포집 용량을 활용할 수 있다. 그러나, 부분 부하 상태에서, 가스 터빈(10)은 더 적은 배기 가스를 생성할 수 있으며, 이로써 탄소 포집 시스템(108)에 이산화탄소를 포집하는 추가적인 용량을 제공할 수 있다. 이러한 추가적인 용량은 대기로부터의 이산화탄소를 포집하기 위해서 활용될 수 있으며, 이는 유리하게는 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)이 토핑 사이클(102)(예컨대, 가스 터빈(10))에서 생성되는 이산화탄소의 100%보다 더 많이 포집하게 한다. 예를 들어, 토핑 사이클(102)에서 생성되는 이산화탄소의 전부는 연료 전지(106) 및 탄소 포집 시스템(108)에 의해서 집합적으로 포집될 수 있고, 추가적인 이산화탄소는 배기 가스에 추가적으로 공기를 대기로부터 탄소 포집 시스템(108)에 도입함으로써 대기로부터 포집될 수 있다.In some embodiments, the method (200) may include providing air from the atmosphere to the exhaust gas to the carbon capture system (108) at block 214 (e.g., when the topping cycle (102) is operated at partial load for a normal-sized adsorbent bed, or when the topping cycle (102) is operated at full load for an oversized adsorbent bed). For example, the air from the atmosphere may be introduced to the carbon capture system (108) through the air inlet line (160) when the gas turbine (10) is operated at partial load for a system having a carbon capture system (108) sized based on the carbon dioxide output of the topping cycle (102). Alternatively, air from the atmosphere can be introduced into the carbon capture system (108) via the air inlet line (160) when the gas turbine (10) is operated at full load for a system having an oversized carbon capture system (108) (e.g., sized larger than the gas turbine carbon dioxide output requirement). As a result of providing air in addition to the exhaust gas from the gas turbine, carbon dioxide is removed from the air and exhaust gas, causing the combustion system to produce a negative carbon capture emission. The gas turbine (10) can be operated at full load (e.g., full capacity or 100%) and part load (e.g., less than full capacity or less than 100%). At full load, the gas turbine (10) can produce a large amount of exhaust gas, which can utilize the full carbon dioxide capture capacity of the fuel cell (106) and carbon capture system (108). However, at partial load, the gas turbine (10) may produce less exhaust gas, which may provide additional capacity for capturing carbon dioxide to the carbon capture system (108). This additional capacity may be utilized to capture carbon dioxide from the atmosphere, advantageously allowing the fuel cell (106) and carbon capture system (108) to capture more than 100% of the carbon dioxide produced in the topping cycle (102) (e.g., the gas turbine (10)). For example, all of the carbon dioxide produced in the topping cycle (102) may be collectively captured by the fuel cell (106) and carbon capture system (108), and additional carbon dioxide may be captured from the atmosphere by introducing air from the atmosphere to the carbon capture system (108) in addition to the exhaust gas.

이러한 서면 설명은 최상의 모드를 포함하는 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 만들고 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하는 본 발명을 임의의 당업자가 실시할 수 있게 하기 위해 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 당업자에게 일어나는 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시형태가 청구범위의 문헌적 표현과 상이하지 않은 구조적 요소를 포함한다면, 또는 청구범위의 문헌적 표현과 사소한 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함한다면, 이는 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.This written description discloses the invention, including the best mode, and also uses examples to enable any person skilled in the art to practice the invention, including making and using any device or system and performing any integrated method. The patentable scope of the invention is defined by the claims and may include other examples that occur to those skilled in the art. These other embodiments are intended to be within the scope of the claims if they include structural elements that do not differ from the literal expression of the claims, or if they include equivalent structural elements with minor differences from the literal expression of the claims.

본 발명의 추가의 양태가 하기 항목의 발명 요지에 의해 제공된다:Additional aspects of the present invention are provided by the following subject matter:

연소 시스템으로서, 배기 가스의 유동을 생성하는 토핑 사이클; 보터밍 사이클; 애노드 측, 캐소드 측 및 전해질을 포함하는 연료 전지(상기 캐소드 측은 상기 배기 가스의 유동을 상기 토핑 사이클로부터 캐소드 유입구 라인을 통해 수용하고, 상기 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 상기 배기 가스로부터 제거함); 상기 배기 가스를 상기 캐소드 측으로부터 캐소드 유출구 라인을 통해 수용하는 배열회수보일러(HRSG)(상기 HRSG는 상기 보터밍 사이클에서 사용을 위한 증기의 유동을 생성함); 및 상기 HRSG에 HRSG 유출구 라인을 통해 유체 연통되게 결합된 탄소 포집 시스템(상기 탄소 포집 시스템은 오염 물질의 제2 부분을 상기 배기 가스로부터 제거함)을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system comprising: a topping cycle generating a flow of exhaust gas; a bottoming cycle; a fuel cell comprising an anode side, a cathode side, and an electrolyte, the cathode side receiving a flow of exhaust gas from the topping cycle through a cathode inlet line, the cathode side removing a first portion of pollutants from the exhaust gas; a heat recovery steam generator (HRSG) receiving the exhaust gas from the cathode side through a cathode outlet line, the HRSG generating a flow of steam for use in the bottoming cycle; and a carbon capture system fluidly connected to the HRSG through an HRSG outlet line, the carbon capture system removing a second portion of pollutants from the exhaust gas.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템은 흡찹층을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, the carbon capture system comprises an adsorbent layer.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 대기 및 상기 탄소 포집 시스템에 유체 연통되게 결합된 공기 유입구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, further comprising an air inlet line fluidly connected to said atmosphere and said carbon capture system, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 토핑 사이클은 제1 부하에 결합된 가스 터빈이고, 상기 가스 터빈은 압축기 섹션, 연소 섹션 및 터빈 섹션을 포함하고, 상기 터빈 섹션은 상기 배기 가스를 생성하는, 연소 시스템.A combustion system in any one of the preceding items, wherein the topping cycle is a gas turbine coupled to a first load, the gas turbine comprising a compressor section, a combustion section and a turbine section, the turbine section generating the exhaust gas.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 터빈 섹션을 상기 압축기 섹션에 유체 연통되게 결합시키는 배기 가스 재순환 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system according to any one of the preceding claims, further comprising an exhaust gas recirculation line fluidly connecting the turbine section to the compressor section.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 연료 전지는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)인, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, the fuel cell is a molten carbonate fuel cell (MCFC).

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 캐소드 유출구 라인으로부터 상기 캐소드 유입구 라인으로 연장되는 캐소드 재순환 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system further comprising a cathode recirculation line extending from the cathode outlet line to the cathode inlet line in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템과 배기 스택 사이에서 유체 연통되게 연장되는 배기 라인을 더 포함하는, 탄소 포집 시스템.A carbon capture system, further comprising an exhaust line extending in fluid communication between the carbon capture system and the exhaust stack, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 애노드 측은 연료 및/또는 증기의 유동을 애노드 유입구 라인을 통해 수용하는, 연소 시스템.A combustion system in any of the preceding items, wherein the anode side receives a flow of fuel and/or steam through an anode inlet line.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 물과 액체 이산화탄소를 애노드 출력 생성물로부터 제거하는 분리 시스템에 유체 연통되게 결합된 애노드 유출구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system further comprising an anode outlet line fluidly connected to a separation system for removing water and liquid carbon dioxide from the anode output product, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 토핑 사이클을 나가는 상기 배기 가스로부터의 상기 오염 물질의 약 85% 내지 약 100%가 상기 연료 전지 및 상기 탄소 포집 시스템에 의해서 집합적으로 포집되는, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, about 85% to about 100% of the pollutants from the exhaust gas exiting the topping cycle are collectively captured by the fuel cell and the carbon capture system.

연소 시스템에서 오염 물질을 제거하는 방법으로서, 상기 방법은: 상기 연소 시스템의 토핑 사이클을 작동시키는 단계(이에 의해 제1 동력 출력 및 배기 가스가 생성됨); 상기 배기 가스를 연료 전지의 캐소드 측을 통해 전달하는 단계(이에 의해 상기 오염 물질의 제1 부분이 상기 배기 가스로부터 제거됨); 및 상기 캐소드 측의 유출구로부터의 상기 배기 가스를 탄소 포집 시스템에 제공하는 단계(상기 오염 물질의 제2 부분이 상기 탄소 포집 시스템에 의해 상기 배기 가스로부터 제거됨)를 포함하는, 방법.A method of removing a pollutant from a combustion system, the method comprising: operating a topping cycle of the combustion system, whereby a first power output and exhaust gas are generated; passing the exhaust gas through a cathode side of a fuel cell, whereby a first portion of the pollutant is removed from the exhaust gas; and providing the exhaust gas from an outlet of the cathode side to a carbon capture system, whereby a second portion of the pollutant is removed from the exhaust gas by the carbon capture system.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 오염 물질은 이산화탄소를 포함하고, 상기 캐소드 측에 의해 상기 배기 가스로부터 제거된 상기 오염 물질의 상기 제1 부분은 상기 배기 가스 내의 상기 이산화탄소의 대부분을 포함하고, 상기 탄소 포집 시스템에 의해 상기 배기 가스로부터 제거된 상기 오염 물질의 상기 제2 부분은 상기 배기 가스 내의 상기 이산화탄소의 나머지인, 방법.A method according to any one of the preceding claims, wherein the pollutant comprises carbon dioxide, wherein the first portion of the pollutant removed from the exhaust gas by the cathode side comprises a majority of the carbon dioxide in the exhaust gas, and wherein the second portion of the pollutant removed from the exhaust gas by the carbon capture system is the remainder of the carbon dioxide in the exhaust gas.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 오염 물질은 이산화탄소를 포함하고, 상기 배기 가스로부터의 상기 이산화탄소의 약 50% 내지 약 90%가 상기 연료 전지의 상기 캐소드 측에서 제거되고, 상기 배기 가스로부터의 상기 이산화탄소의 나머지는 상기 탄소 포집 시스템에서 제거되는, 방법.A method according to any one of the preceding claims, wherein the pollutant comprises carbon dioxide, and wherein about 50% to about 90% of the carbon dioxide from the exhaust gas is removed at the cathode side of the fuel cell, and the remainder of the carbon dioxide from the exhaust gas is removed in the carbon capture system.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 연소 시스템이 총 동력 출력을 생성하고, 상기 연료 전지 및 상기 탄소 포집 시스템을 작동시키는 단계는 상기 총 동력 출력의 약 0.5% 내지 약 5%의 동력 공급을 필요로 하는, 방법.A method according to any preceding claim, wherein the combustion system generates a total power output, and the step of operating the fuel cell and the carbon capture system requires a power supply of about 0.5% to about 5% of the total power output.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템에 상기 배기 가스를 제공하기 전에 배열회수보일러(HRSG)를 통해 상기 캐소드 측의 유출구로부터 상기 배기 가스를 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.A method according to any preceding item, further comprising the step of delivering the exhaust gas from the outlet of the cathode side through a heat recovery steam generator (HRSG) prior to providing the exhaust gas to the carbon capture system.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 HRSG로 증기를 생성하는 단계; 및 상기 증기를 상기 연소 시스템의 보터밍 사이클에 제공하는 단계(상기 보터밍 사이클은 제2 동력 출력을 생성함)를 더 포함하는, 방법.A method further comprising the steps of: generating steam with the HRSG; and providing the steam to a bottoming cycle of the combustion system, the bottoming cycle generating a second power output.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템에 상기 배기 가스 이외에 상기 대기로부터 공기를 제공하는 단계(이에 의해 이산화탄소가 상기 공기로부터 제거되어 상기 연소 시스템이 네거티브 탄소 포집 배출을 생성함)를 더 포함하는, 방법.A method according to any preceding claim, further comprising the step of providing air from the atmosphere in addition to the exhaust gas to the carbon capture system, whereby carbon dioxide is removed from the air such that the combustion system produces negative carbon capture emissions.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 연료 전지의 애노드 측을 통해 연료 및/또는 증기를 전달하는 단계를 더 포함하는, 방법.A method according to any preceding item, further comprising the step of delivering fuel and/or vapor through the anode side of the fuel cell.

연소 시스템으로서, 배기 가스의 유동을 생성하는 토핑 사이클; 보터밍 사이클; 상기 토핑 사이클로부터 상기 배기 가스를 수용하는 배열회수보일러(HRSG)(상기 HRSG는 상기 보터밍 사이클에서 사용하기 위한 증기의 유동을 생성함); 및 애노드 측, 캐소드 측, 및 전해질을 포함하는 연료 전지(상기 캐소드 측은 캐소드 유입구 라인을 통해 HRSG로부터 상기 배기 가스의 유동을 수용하고, 상기 캐소드 측은 상기 배기 가스로부터 오염 물질의 제1 부분을 제거함); 캐소드 유출구 라인을 통해 캐소드 측에 유체 연통되게 결합된 탄소 포집 시스템(상기 탄소 포집 시스템은 오염 물질의 제2 부분을 상기 배기 가스로부터 제거함)을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system comprising: a topping cycle generating a flow of exhaust gas; a bottoming cycle; a heat recovery steam generator (HRSG) receiving the exhaust gas from the topping cycle, the HRSG generating a flow of steam for use in the bottoming cycle; and a fuel cell comprising an anode side, a cathode side, and an electrolyte, the cathode side receiving the flow of exhaust gas from the HRSG through a cathode inlet line, the cathode side removing a first portion of pollutants from the exhaust gas; and a carbon capture system fluidly connected to the cathode side through a cathode outlet line, the carbon capture system removing a second portion of pollutants from the exhaust gas.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템은 흡찹층을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, the carbon capture system comprises an adsorbent layer.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 대기 및 상기 탄소 포집 시스템에 유체 연통되게 결합된 공기 유입구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, further comprising an air inlet line fluidly connected to said atmosphere and said carbon capture system, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 토핑 사이클은 제1 부하에 결합된 가스 터빈이고, 상기 가스 터빈은 압축기 섹션, 연소 섹션 및 터빈 섹션을 포함하고, 상기 터빈 섹션은 상기 배기 가스를 생성하는, 연소 시스템.A combustion system in any one of the preceding items, wherein the topping cycle is a gas turbine coupled to a first load, the gas turbine comprising a compressor section, a combustion section and a turbine section, the turbine section generating the exhaust gas.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 연료 전지는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)인, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, the fuel cell is a molten carbonate fuel cell (MCFC).

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 캐소드 유출구 라인으로부터 상기 캐소드 유입구 라인으로 연장되는 캐소드 재순환 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system further comprising a cathode recirculation line extending from the cathode outlet line to the cathode inlet line in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템과 배기 스택 사이에서 유체 연통되게 연장되는 배기 라인을 더 포함하는, 탄소 포집 시스템.A carbon capture system, further comprising an exhaust line extending in fluid communication between the carbon capture system and the exhaust stack, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 애노드 측은 연료 및/또는 증기의 유동을 애노드 유입구 라인을 통해 수용하는, 연소 시스템.A combustion system in any of the preceding items, wherein the anode side receives a flow of fuel and/or steam through an anode inlet line.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 물과 액체 이산화탄소를 애노드 출력 생성물로부터 제거하는 분리 시스템에 유체 연통되게 결합된 애노드 유출구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system further comprising an anode outlet line fluidly connected to a separation system for removing water and liquid carbon dioxide from the anode output product, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 토핑 사이클을 나가는 상기 배기 가스로부터의 상기 오염 물질의 약 85% 내지 약 100%가 상기 연료 전지 및 상기 탄소 포집 시스템에 의해서 집합적으로 포집되는, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, about 85% to about 100% of the pollutants from the exhaust gas exiting the topping cycle are collectively captured by the fuel cell and the carbon capture system.

연소 시스템으로서, 압축기 섹션, 연소 섹션, 및 터빈 섹션을 포함하는 가스 터빈(상기 터빈 섹션은 배기 가스를 생성함); 애노드 측, 캐소드 측 및 전해질을 포함하는 연료 전지(상기 캐소드 측은 상기 배기 가스를 상기 터빈 섹션으로부터 배기 가스 유출구 라인을 통해 수용하고, 상기 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 상기 배기 가스로부터 제거함); 상기 배기 가스로부터 오염 물질의 제2 부분을 제거하기 위해 상기 연료전지에 유체 연통되게 결합된 탄소 포집 시스템; 및 상기 배기 가스 유출구 라인으로부터 상기 압축기 섹션으로 연장되는 배기 가스 재순환 라인을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system comprising: a gas turbine comprising a compressor section, a combustion section, and a turbine section, the turbine section generating exhaust gas; a fuel cell comprising an anode side, a cathode side, and an electrolyte, the cathode side receiving the exhaust gas from the turbine section through an exhaust gas outlet line, the cathode side removing a first portion of pollutants from the exhaust gas; a carbon capture system fluidly coupled to the fuel cell for removing a second portion of the pollutants from the exhaust gas; and an exhaust gas recirculation line extending from the exhaust gas outlet line to the compressor section.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템은 흡찹층을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, the carbon capture system comprises an adsorbent layer.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 대기 및 상기 탄소 포집 시스템에 유체 연통되게 결합된 공기 유입구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, further comprising an air inlet line fluidly connected to said atmosphere and said carbon capture system, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 연료 전지는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)인, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, the fuel cell is a molten carbonate fuel cell (MCFC).

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 캐소드 유출구 라인으로부터 상기 캐소드 유입구 라인으로 연장되는 캐소드 재순환 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system further comprising a cathode recirculation line extending from the cathode outlet line to the cathode inlet line in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템과 배기 스택 사이에서 유체 연통되게 연장되는 배기 라인을 더 포함하는, 탄소 포집 시스템.A carbon capture system, further comprising an exhaust line extending in fluid communication between the carbon capture system and the exhaust stack, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 애노드 측은 연료 및/또는 증기의 유동을 애노드 유입구 라인을 통해 수용하는, 연소 시스템.A combustion system in any of the preceding items, wherein the anode side receives a flow of fuel and/or steam through an anode inlet line.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 물과 액체 이산화탄소를 애노드 출력 생성물로부터 제거하는 분리 시스템에 유체 연통되게 결합된 애노드 유출구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system further comprising an anode outlet line fluidly connected to a separation system for removing water and liquid carbon dioxide from the anode output product, in any one of the preceding items.

선행 항목 중 어느 하나에 있어서, 상기 토핑 사이클을 나가는 상기 배기 가스로부터의 상기 오염 물질의 약 85% 내지 약 100%가 상기 연료 전지 및 상기 탄소 포집 시스템에 의해서 집합적으로 포집되는, 연소 시스템.A combustion system, wherein in any one of the preceding items, about 85% to about 100% of the pollutants from the exhaust gas exiting the topping cycle are collectively captured by the fuel cell and the carbon capture system.

Claims (19)

연소 시스템으로서,
배기 가스의 유동을 생성하는 토핑 사이클;
보터밍 사이클;
상기 배기 가스를 상기 토핑 사이클로부터 수용하는 배열회수보일러(HRSG)(상기 HRSG는 상기 보터밍 사이클에서 사용을 위한 증기의 유동을 생성함); 및
애노드 측, 캐소드 측 및 전해질을 포함하는 연료 전지(상기 캐소드 측은 상기 배기 가스의 유동을 HRSG로부터 캐소드 유입구 라인을 통해 수용하고, 상기 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 상기 배기 가스로부터 제거함);
캐소드 유출구 라인을 통해 캐소드 측에 유체 연통되게 결합된 탄소 포집 시스템(상기 탄소 포집 시스템은 오염 물질의 제2 부분을 상기 배기 가스로부터 제거함)을 포함하는, 연소 시스템.
As a combustion system,
Topping cycle which creates a flow of exhaust gases;
Botting cycle;
a heat recovery steam generator (HRSG) receiving the exhaust gas from the topping cycle (the HRSG generating a flow of steam for use in the bottoming cycle); and
A fuel cell comprising an anode side, a cathode side and an electrolyte, said cathode side receiving a flow of said exhaust gas from a HRSG through a cathode inlet line, said cathode side removing a first portion of contaminants from said exhaust gas;
A combustion system comprising a carbon capture system fluidly connected to the cathode side via a cathode outlet line, said carbon capture system removing a second portion of pollutants from said exhaust gas.
제1항에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템은 흡찹층을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system in accordance with claim 1, wherein the carbon capture system comprises an adsorbent layer. 제1항에 있어서, 상기 대기 및 상기 탄소 포집 시스템에 유체 연통되게 결합된 공기 유입구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, further comprising an air inlet line fluidly connected to the atmosphere and the carbon capture system in accordance with the first aspect of the invention. 제1항에 있어서, 상기 토핑 사이클은 제1 부하에 결합된 가스 터빈이고, 상기 가스 터빈은 압축기 섹션, 연소 섹션 및 터빈 섹션을 포함하고, 상기 터빈 섹션은 상기 배기 가스를 생성하는, 연소 시스템.A combustion system in accordance with claim 1, wherein the topping cycle is a gas turbine coupled to a first load, the gas turbine comprising a compressor section, a combustion section and a turbine section, the turbine section generating the exhaust gas. 제1항에 있어서, 연료 전지는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)인, 연소 시스템.A combustion system in claim 1, wherein the fuel cell is a molten carbonate fuel cell (MCFC). 제1항에 있어서, 상기 캐소드 유출구 라인으로부터 상기 캐소드 유입구 라인으로 연장되는 캐소드 재순환 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, further comprising a cathode recirculation line extending from the cathode outlet line to the cathode inlet line in the first aspect. 제1항에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템과 배기 스택 사이에서 유체 연통되게 연장되는 배기 라인을 더 포함하는, 탄소 포집 시스템.A carbon capture system, further comprising an exhaust line extending in fluid communication between the carbon capture system and the exhaust stack in accordance with the first aspect. 제1항에 있어서, 상기 애노드 측은 연료 및/또는 증기의 유동을 애노드 유입구 라인을 통해 수용하는, 연소 시스템.A combustion system in accordance with claim 1, wherein the anode side receives a flow of fuel and/or steam through an anode inlet line. 제1항에 있어서, 물과 액체 이산화탄소를 애노드 출력 생성물로부터 제거하는 분리 시스템에 유체 연통되게 결합된 애노드 유출구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, further comprising an anode outlet line fluidly connected to a separation system for removing water and liquid carbon dioxide from the anode output product. 제1항에 있어서, 상기 토핑 사이클을 나가는 상기 배기 가스로부터의 상기 오염 물질의 약 85% 내지 약 100%가 상기 연료 전지 및 상기 탄소 포집 시스템에 의해서 집합적으로 포집되는, 연소 시스템.A combustion system in accordance with claim 1, wherein about 85% to about 100% of the pollutants from the exhaust gas exiting the topping cycle are collectively captured by the fuel cell and the carbon capture system. 연소 시스템으로서,
압축기 섹션, 연소 섹션, 및 터빈 섹션을 포함하는 가스 터빈(상기 터빈 섹션은 배기 가스를 생성함);
애노드 측, 캐소드 측 및 전해질을 포함하는 연료 전지(상기 캐소드 측은 상기 배기 가스를 상기 터빈 섹션으로부터 배기 가스 유출구 라인을 통해 수용하고, 상기 캐소드 측은 오염 물질의 제1 부분을 상기 배기 가스로부터 제거함);
상기 배기 가스로부터 오염 물질의 제2 부분을 제거하기 위해 상기 연료 전지에 유체 연통되게 결합된 탄소 포집 시스템; 및
상기 배기 가스 유출구 라인으로부터 상기 압축기 섹션으로 연장되는 배기 가스 재순환 라인을 포함하는, 연소 시스템.
As a combustion system,
A gas turbine comprising a compressor section, a combustion section, and a turbine section, the turbine section generating exhaust gas;
A fuel cell comprising an anode side, a cathode side and an electrolyte, said cathode side receiving said exhaust gas from said turbine section through an exhaust gas outlet line, said cathode side removing a first portion of pollutants from said exhaust gas;
a carbon capture system fluidly coupled to the fuel cell for removing a second portion of pollutants from the exhaust gas; and
A combustion system comprising an exhaust gas recirculation line extending from the exhaust gas outlet line to the compressor section.
제11항에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템은 흡찹층을 포함하는, 연소 시스템.A combustion system in claim 11, wherein the carbon capture system includes an absorbent layer. 제11항에 있어서, 상기 대기 및 상기 탄소 포집 시스템에 유체 연통되게 결합된 공기 유입구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, in accordance with claim 11, further comprising an air inlet line fluidly connected to the atmosphere and the carbon capture system. 제11항에 있어서, 연료 전지는 용융 탄산염 연료 전지(MCFC)인, 연소 시스템.A combustion system in claim 11, wherein the fuel cell is a molten carbonate fuel cell (MCFC). 제11항에 있어서, 상기 캐소드 유출구 라인으로부터 상기 캐소드 유입구 라인으로 연장되는 캐소드 재순환 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system in accordance with claim 11, further comprising a cathode recirculation line extending from the cathode outlet line to the cathode inlet line. 제11항에 있어서, 상기 탄소 포집 시스템과 배기 스택 사이에서 유체 연통되게 연장되는 배기 라인을 더 포함하는, 탄소 포집 시스템.A carbon capture system, further comprising an exhaust line extending in fluid communication between the carbon capture system and the exhaust stack, in accordance with claim 11. 제11항에 있어서, 상기 애노드 측은 연료 및/또는 증기의 유동을 애노드 유입구 라인을 통해 수용하는, 연소 시스템.A combustion system in accordance with claim 11, wherein the anode side receives a flow of fuel and/or steam through an anode inlet line. 제11항에 있어서, 물과 액체 이산화탄소를 애노드 출력 생성물로부터 제거하는 분리 시스템에 유체 연통되게 결합된 애노드 유출구 라인을 더 포함하는, 연소 시스템.A combustion system, further comprising an anode outlet line fluidly connected to a separation system for removing water and liquid carbon dioxide from the anode output product in accordance with claim 11. 제11항에 있어서, 상기 토핑 사이클을 나가는 상기 배기 가스로부터의 상기 오염 물질의 약 85% 내지 약 100%가 상기 연료 전지 및 상기 탄소 포집 시스템에 의해서 집합적으로 포집되는, 연소 시스템.A combustion system in accordance with claim 11, wherein about 85% to about 100% of the pollutants from the exhaust gas exiting the topping cycle are collectively captured by the fuel cell and the carbon capture system.
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