KR102038684B1 - 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치 및 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화 천연 가스의 냉열을 이용하여 발전 설비의 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 포집하면서, 액화 천연 가스를 천연 가스로 재기화할 수 있는 이산화탄소 포집 장치 및 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 측면 실시예에 따른 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치는 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기, 상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 라인, 상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기, 및 상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러를 포함한다.

Description

액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치 및 발전 시스템 {Carbon dioxide capture apparatus and power generation system using cold heat of liquefied natural gas}
본 발명은 액화 천연 가스의 냉열을 이용하여 발전 설비의 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 장치 및 발전 시스템에 관한 것이다.
천연가스(Natural Gas)란 지하에서 천연적으로 산출되어 지표 조건에서 기체상을 이루는 탄화수소물 및 비탄화수소 물질을 모두 일컫는다. 천연가스는 산지에 따라 약간씩 차이가 있으나 메탄(CH4)이 80~90%를 차지하고 있으며 나머지는 에탄(C2H6), 프로판(C3H8)등의 가연성 기체를 포함하고 있다. 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG)는 천연가스를 저온(약 -160도)에서 인공으로 액화한 것을 말한다.
천연 가스는 유전에서 채굴되는데, 원활한 채굴을 위해 유전에 증기, 지하수, 해수, 이산화탄소 등과 같은 충진제를 주입한다. 채굴된 천연 가스는 액화 천연 가스와 같은 액화 상태로 소비지로 운송된다. 소비지로 운송된 액화 천연 가스는 사용 또는 분배를 위해서 재기화(regasification)될 필요가 있다.
액화 천연 가스의 재기화를 위해서 해수를 사용할 수 있다. 그러나 이러한 해수의 사용은 해양 생태계에 예상하지 못한 영향을 미칠 수 있다. 다른 시스템에서는 천연 가스를 연소시켜 열을 발생시켜 액화 천연 가스를 재기화할 수도 있다. 그러나 이러한 재기화 방식은 에너지의 낭비를 초래하게 된다.
또한 화력 발전 설비에서 배출되는 플루 가스에는 이산화탄소가 포함되어 있는데, 이산화탄소는 지구 온난화의 주범으로 지속적으로 감소시킬 필요가 있다. 따라서 다양한 방법의 이산화탄소 저감 기술이 개발되고 있으나, 비용과 효율 측면에서 큰 효과를 보고 있지 못한 상황이다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0109426호 (명칭: 발전소 연도 가스의 이산화탄소 포집 방법 및 그 장치)
본 발명의 목적은 액화 천연 가스의 냉열을 이용하여 발전 설비의 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 포집하면서, 액화 천연 가스를 천연 가스로 재기화할 수 있는 이산화탄소 포집 장치 및 발전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 측면 실시예에 따른 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치는 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기, 상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 라인, 상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기, 및 상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러를 포함한다.
여기서, 상기 제1 열 교환기에서 상기 제2 열 교환기로 유입되는 냉매의 유량을 m1wt%이라 하고, 상기 제1 열 교환기에서 상기 바이패스 라인으로 유입되는 냉매의 유량을 m2wt%라 할 때, 상기 m1은 상기 m2의 0.4배 내지 1.5배로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제2 온도의 절대치는 상기 제1 온도의 절대치의 1.4배 내지 2.5배로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 바이패스 라인을 통해서 이동하는 냉매가 가열되어 제1 열 교환기로 유입될 수 있도록 상기 바이패스 라인은 열원과 연결 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 열교환기과 상기 제2 열교환기에는 상기 제2 열교환기에서 배출된 액화된 천연 가스를 상기 제1 열교환기로 전달하는 제1 천연가스 라인이 연결 설치될 수 있다.
또한, 상기 제2 열교환기에는 상기 제2 열교환기에서 배출된 냉매를 상기 포집 쿨러로 전달하는 제1 냉매 라인이 연결 설치되고, 상기 제1 냉매 라인에는 냉매의 이동을 제어하는 제어부가 연결 설치될 수 있다.
또한, 상기 포집 쿨러에서 배출되는 플루 가스의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 냉매 라인에 연결 설치된 펌프와 상기 온도 센서에서 정보를 전달받아 상기 펌프의 작동을 제어하는 펌프 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제1 냉매 라인에 연결 설치되어 냉매를 저장하는 저장부, 상기 제1 냉매 라인에서 상기 저장부로 냉매를 전달하는 제1 냉매 덤핑 라인, 상기 저장부에서 상기 제1 냉매 라인으로 냉매를 전달하는 제1 냉매 제어 라인, 상기 바이패스 라인에서 상기 저장부로 냉매를 전달하는 제2 냉매 덤핑 라인, 상기 저장부에서 상기 바이패스 라인으로 냉매를 전달하는 제2 냉매 제어 라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 포집 쿨러로 유입되는 플루 가스를 사전에 냉각하는 가스 쿨러를 더 포함하고, 상기 가스 쿨러에는 상기 포집 쿨러에서 배출되는 냉매를 상기 가스 쿨러로 전달하는 제2 냉매 라인이 연결 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 설치된 제3 열교환기와 상기 제3 열교환기에 연결 설치되어 상기 제3 열교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 상기 제2 냉매 라인으로 전달하는 냉매 전달 라인을 더 포함하고, 상기 제3 열교환기에는 상기 제2 열교환기에서 배출된 액화된 천연 가스를 상기 제3 열교환기로 전달하는 제1 천연가스 라인이 연결 설치되고, 상기 제1 열교환기에는 상기 제3 열교환기에서 배출된 액화된 천연 가스를 상기 제1 열교환기로 전달하는 제2 천연가스 라인이 연결 설치될 수 있다.
또한, 상기 가스 쿨러와 상기 바이패스 라인을 연결하여 상기 가스 쿨러에서 배출된 냉매를 상기 바이패스 라인으로 전달하는 제3 냉매 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 열원에서 배출된 플루 가스를 이용하여 상기 포집 쿨러에서 배출된 플루 가스를 가열하고, 상기 열원에서 배출된 플루 가스를 냉각하는 가스 히터를 더 포함하고, 상기 가스 히터에는 상기 열원에서 배출된 플루 가스에서 응축된 수분이 배출되는 수분 배출부가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 발전 시스템은 액화 천연 가스를 저장하는 LNG 저장 설비, 연료를 이용하여 발전하며, 플루 가스를 배출하는 발전 설비, 및 상기 LNG 저장 설비에서 공급되는 액화된 천연 가스와 냉매의 열교환에 의하여 액화 천연 가스는 천연 가스로 재기화되며 냉매는 냉각되는 열교환부와 상기 발전 설비의 플루 가스와 상기 냉매가 열교환을 하여, 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소가 포집되는 포집부를 포함하는 이산화탄소 포집 장치를 포함하며, 상기 열교환부는 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기, 상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시켜서 상기 발전 설비로 제공하는 바이패스 라인, 상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기를 포함하고, 상기 포집부는 상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러, 상기 포집 쿨러에서 배출되는 냉매를 이용하여 상기 포집 쿨러로 유입되는 플루 가스를 사전에 냉각하는 가스 쿨러를 포함한다.
여기서, 상기 제1 열 교환기에서 상기 제2 열 교환기로 유입되는 냉매의 양을 m1wt%이라 하고, 상기 제1 열 교환기에서 상기 바이패스 라인으로 유입되는 냉매의 양을 m2wt%라 할 때, 상기 m1은 상기 m2의 0.4배 내지 1.5배로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 포집부는 상기 발전 설비에서 배출된 플루 가스와 상기 포집 쿨러에서 배출된 플루 가스의 열교환에 의하여 상기 포집 쿨러에서 배출된 플루 가스를 가열하고, 상기 발전 설비에서 배출된 플루 가스를 냉각하는 가스 히터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 액화 천연 가스의 냉열을 이용하여 발전 설비의 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 드라이아이스로 포집하여 대기 중으로 이산화탄소의 배출을 감소시킬 수 있다.
또한, 냉매와 액화 천연 가스의 열교환을 이용하여 안전성이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 냉매의 일부를 바이패스 시키고, 나머지 냉매를 2차로 냉각하여 냉매를 효율적으로 극저온 상태까지 냉각시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 1차 냉각에 따른 냉매의 온도와 열전달량의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 2b는 본 제1 실시예에 따른 냉매의 온도와 열전달량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉매 라인의 압력 제어를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 제2 실시예에 따른 냉매의 온도와 열전달량의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 발전 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(100)는 제1 열교환기(121), 제2 열교환기(123), 포집 쿨러(141), 가스 쿨러(142), 가스 히터(143), 제어부(130), 바이패스 라인(155)를 포함할 수 있다.
냉매는 질소로 이루어질 수 있다. 또한 냉매는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 냉매는 R14(CF4), R22(CHClF2), R23(CHF3), R116(C2F2), R218(C3F8)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
냉매는 제1 열교환기(121)에서 1차로 냉각된 후, 분기되어 제1 유량(m1)은 제2 열교환기(123)를 거쳐 포집 쿨러(141), 가스 쿨러(142)로 유입되며, 제2 유량은 바이패스 라인(155)에 공급되는데, 제1 유량(m1)과 제2 유량(m2)은 바이패스 라인(155)에서 합류하여 발전 설비(110)에서 가열되어 제1 열교환기(121)로 다시 유입되어 순환한다.
제1 열교환기(121)는 액화된 천연 가스(LNG)를 이용하여 냉매를 냉각시키며, 액화된 천연 가스는 제1 열교환기(121)에서 재기화된다. 본 기재에서 재기화는 액체 상태의 천연 가스가 기체 상태의 천연 가스로 되는 것뿐만 아니라, 액체 상태의 천연 가스가 완전히 기체 상태의 천연 가스로 되지는 못하지만 온도가 올라가는 것도 포함하는 개념이다.
제1 열교환기(121)에는 제1 냉매 전달 라인(156)을 통해서 발전 설비(110) 등의 열원에서 배출되는 냉매가 유입되며, 제2 냉매 전달 라인(157)을 통해서 일부의 냉매가 제2 열교환기(123)로 전달된다. 제2 냉매 전달 라인(157)에는 바이패스 라인(155)이 연결 설치되는데, 바이패스 라인(155)은 제1 열교환기(121)에서 배출되는 냉매 중 일부를 열원으로 전달한다. 여기서 열원은 발전 설비(110)로 이루어질 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 바이패스 라인(155)은 제1 열교환기(121)에 직접 연결 설치될 수도 있으며, 열원은 연소 가스를 배출하는 다양한 설비가 될 수 있다.
바이패스 라인(155)을 통해서 배출되는 냉매는 가스 쿨러(142)에서 배출되는 냉매와 함께 발전 설비의 콘덴서로 공급되어 발전 설비의 열 배출에 사용되고, 발전 설비에서 열을 얻어 다시 제1 열교환기(121)로 공급된다.
냉매가 충분히 가열되지 않으면 액화된 천연 가스가 재기화되지 못하는 문제가 발생할 수 있는바, 본 제1 실시예와 같이 바이패스된 냉매 및 이산화탄소 포집에 사용된 냉매가 발전 설비(110)의 열 배출에 사용되면 충분히 가열되어 액화된 천연 가스가 재기화되어 기체 상태의 천연 가스로 변환될 수 있다.
제1 열교환기(121)에서 배출되는 냉매는 제1 온도를 갖는데, 제1 온도는 -30deg.C 내지 -150deg.C로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 -60deg.C 내지 -100deg.C로 이루어질 수 있다. 제1 열교환기(121)에서 배출되는 냉매의 압력은 50bar 내지 200bar로 이루어질 수 있다. 또한, 바이패스 라인(155)을 통해서 이동하는 냉매의 제2 유량(m2)은 제1 열교환기(121)에 유입되는 유량(m1+m2)의 40wt% 내지 70wt%로 이루어질 수 있다.
제2 열교환기(123)는 액화된 천연 가스를 이용하여 2차로 냉매를 냉각시키며, 제1 열교환기(121)에는 LNG 저장 설비로부터 액화된 천연 가스가 공급된다. 액화된 천연 가스는 약 -150deg.C 내지 -162deg.C의 온도, 100bar의 압력을 갖고, 제2 열교환기(123)에서 냉매를 냉각하면서 1차로 가열되고, 제1 열교환기(121)에서 냉매를 냉각하면서 재기화되어 소비자 또는 설비에게 공급될 수 있다.
제2 열교환기(123)는 제2 냉매 전달 라인(157)을 통해서 제1 열교환기(121)로부터 냉매를 공급받으며, 제2 열교환기(123)로 유입되는 냉매의 제1 유량(m1)은 바이패스 라인(155)으로 유입되는 냉매의 제2 유량(m2)의 0.4배 내지 1.5배로 이루어질 수 있다.
제2 열교환기(123)에서 배출되는 냉매는 제2 온도를 갖는데, 제2 온도는 -100deg.C 내지 -200deg.C로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 -120deg.C 내지 -150deg.C로 이루어질 수 있다. 여기서 제2 온도는 제1 온도보다 더 낮은 값을 갖는데, 제2 온도의 절대치는 제1 온도의 절대치의 1.4배 내지 2.5배로 이루어질 수 있다.
제1 열교환기(121)와 제2 열교환기(123)에는 제2 열교환기(123)에서 배출된 액화된 천연 가스를 상기 제1 열교환기(121)로 전달하는 제1 천연가스 라인(161)이 연결 설치되는데, 제2 열교환기(123)에서 냉매를 냉각시키고 가열된 냉매는 제1 천연가스 라인(161)을 통해서 제1 열교환기(121)로 공급된다.
도 2a, 도 2b는 질소의 열량과 온도의 관계를 나타낸 그래프로서, 도 2a에 도시된 바와 같이 질소의 경우, 온도가 낮아질수록 더 많은 열량을 빼앗아야 온도가 내려가며 -120deg.C에서 비열은 0deg.C에 비하여 3배가 된다. 이에 따라 질소를 극저온 상태로 변화시키기가 매우 힘든 문제가 있는데, 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 제1 실시예에 따르면 질소의 일부를 바이패스시키고, 나머지 유량을 더욱 냉각하여 질소를 -150deg.C의 극저온 상태로 변화시킬 수 있다.
제2 열교환기(123)와 포집 쿨러(141)에는 제2 열교환기(123)에서 배출된 냉매를 포집 쿨러(141)로 전달하는 제1 냉매 라인(151)이 연결 설치된다. 냉매는 포집 쿨러(141)에서 가스 쿨러(142)로 이동하면서 플루 가스를 냉각한 후, 바이패스 라인(155)에서 합류한다.
이하에서는 플루 가스의 흐름을 중심으로 설명한다.
발전 설비에서 배출된 플루 가스는 대기압이며, 약 100deg.C 온도이다. 플루 가스에는 4 ~15%의 이산화탄소가 존재하며, 이산화탄소의 분압은 0.04 ~ 0.15기압이다.
플루 가스는 가스 히터(143), 가스 쿨러(142), 포집 쿨러(141)를 거쳐서 냉각되며, 포집 쿨러(141)에서 냉각된 플루 가스는 가스 히터(143)에서 가열되어 정화 장치로 공급되거나 외부로 배출된다.
가스 히터(143)는 발전 설비(110)에서 배출된 고온의 플루 가스를 이용하여 포집 쿨러(141)에서 배출된 극저온의 플루 가스를 열 교환으로 가열하고, 발전 설비(110)에서 배출된 플루 가스를 냉각한다. 이를 위해서 가스 히터(143)에는 발전 설비(110)에서 배출되는 플루 가스가 공급되는 제1 가스 라인(171)과 포집 쿨러(141)에서 저온의 플루 가스가 전달되는 제4 가스 라인(174)이 연결 설치되어 있다.
포집 쿨러(141)에서 플루 가스는 이산화탄소의 포집을 위해서 -100deg.C 내지 -150deg.C로 냉각될 수 있는데, 이러한 플루 가스가 외부로 배출되면 환경을 파괴할 수 있다. 이에 포집 쿨러(141)에서 냉각된 플루 가스는 가스 히터(143)에서 가열된 후, 외부로 배출될 수 있다.
또한, 발전 설비(110)에서 배출되는 플루 가스는 0deg.C 내지 100deg.C의 고온으로 이루어질 수 있는데, 고온의 플루 가스는 포집 쿨러(141)에서 배출된 극저온의 플루 가스와의 열 교환에 의하여 -100deg.C 내지 0deg.C로 냉각되어 배출된다. 이 과정에서 고온의 플루 가스에 포함된 물이 응축되며, 가스 히터(143)에는 발전 설비에서 배출된 플루 가스에서 응축된 수분이 배출되는 수분 배출부(175)가 형성될 수 있다. 수분은 수분 배출 라인(176)을 통해서 얼음 상태로 배출될 수 있으며 액체 형태로 배출될 수도 있다. 이와 같이 플루 가스에서 수분이 제거되면 플루 가스가 배출될 때, 백연이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.
가스 히터(143)에서 냉각된 플루 가스는 제2 가스 라인(172)을 매개로 가스 쿨러(142)로 공급되는데, 가스 쿨러(142)는 포집 쿨러(141)에서 전달된 냉매를 이용하여 가스 히터(143)에서 냉각된 플루 가스를 냉각한다. 이에 따라 플루 가스는 포집 쿨러(141)로 유입되기 전에 가스 쿨러(142)에서 냉각될 수 있다.
가스 쿨러(142)에는 포집 쿨러(141)에서 배출되는 냉매를 가스 쿨러(142)로 전달하는 제2 냉매 라인(152)과 가스 쿨러(142)와 바이패스 라인(155)을 연결하여 가스 쿨러(142)에서 배출된 냉매를 바이패스 라인(155)으로 전달하는 제3 냉매 라인(153)이 설치된다. 가스 쿨러(142)에서 플루 가스는 2차로 냉각되며 -100deg.C 내지 0deg.C로 냉각될 수 있다. 가스 쿨러(142)에서 냉각된 플루 가스는 제3 가스 라인(173)을 매개로 포집 쿨러(141)로 전달될 수 있다.
포집 쿨러(141)는 제1 냉매 라인(151)을 통해서 제2 열교환기(123)로부터 냉매를 공급받고, 제3 가스 라인(173)을 통해서 가스 쿨러(142)로부터 플루 가스를 공급받는다. 포집 쿨러(141)에서 플루 가스는 냉매와의 열교환을 통해서 -0deg.C 내지 -150deg.C 또는 -100deg.C 내지 -150deg.C까지 냉각될 수 있다.
이에 따라 플루 가스에 포함된 이산화탄소는 고체 상태로 승화되어 플루 가스에서 분리되며, 플루 가스의 다른 기체들(N2, O2, Ar)은 기체 상태로 존재한다. 이산화탄소는 액체 상태로 분리 배출될 수도 있다.
예를 들어, 플루 가스에 이산화탄소가 10% 부피비로 포함되어 있다면, 약 -100deg.C에서 이산화탄소가 고체로 승화하기 시작한다. 포집 쿨러()에서 냉매의 냉열로 플루 가스의 온도가 -130deg.C가 되면, 플루 가스에는 이산화탄소가 1% 미만으로 존재한다. 따라서 이산화탄소의 제거 효율이 90% 이상이 되며 이론적으로 96%의 이산화탄소가 제거될 수 있다.
만약 플루 가스에 이산화탄소가 4% 부피비로 포함되어 있다면, 약 -110deg.C에서 이산화탄소가 고체로 승화하기 시작한다. 포집 쿨러에서 통과하면서 플루 가스의 온도가 -130deg.C가 되면, 플루 가스에는 이산화탄소가 1% 미만으로 존재한다. 따라서 이산화탄소의 제거 효율이 약 70% 이상이 된다.
이하에서는 냉매가 이동하는 제1 냉매 라인(151)과 바이패스 라인(155)의 제어에 대해서 설명한다.
본 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(100)는 냉매의 이동을 제어하는 제어부(130)를 더 포함한다. 제어부(130)는 냉매가 저장되는 저장부(131), 제1 냉매 라인(151)에서 저장부(131)로 냉매를 전달하는 제1 냉매 덤핑 라인(181), 저장부(131)에서 제1 냉매 라인(151)으로 냉매를 전달하는 제1 냉매 제어 라인(182), 바이패스 라인(155)에서 저장부(131)로 냉매를 전달하는 제2 냉매 덤핑 라인(183), 저장부(131)에서 바이패스 라인(155)으로 냉매를 전달하는 제2 냉매 제어 라인(184)을 포함할 수 있다.
제1 냉매 덤핑 라인(181)에는 제1 냉매 라인(151)에서 저장부(131)로 이동하는 냉매를 제어하는 제1 밸브(136)가 설치되고, 제1 냉매 제어 라인(182)에는 저장부(131)에서 제1 냉매 라인(151)으로 이동하는 냉매를 제어하는 제1 제어 펌프(137)가 설치된다.
제1 냉매 라인(151)에는 제1 냉매 라인(151)의 압력을 측정하는 압력 센서(185)가 설치될 수 있는데, 액화된 천연 가스의 공급이 중단되는 등의 이유로 냉매의 온도가 상승하여 제1 냉매 라인(151)의 압력이 한계 압력보다 상승하면 제1 밸브(136)가 개방되어 냉매가 저장부(131)로 이동하며 이에 따라 제1 냉매 라인(151)의 압력은 감소한다.
또한, 제1 냉매 라인(151)의 압력이 한계 압력보다 낮으면 제1 제어 펌프(137)가 가동되어 저장부(131)에서 제1 냉매 라인(151)으로 냉매가 공급된다. 한편, 저장부(131)의 압력이 너무 낮은 경우에는 제1 제어 펌프(137)가 작동하지 못하도록 인터락(interlock)이 설치될 수 있다. 이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 제1 냉매 라인(151)의 압력은 기 설정된 범위 내로 제어될 수 있다.
또한, 제2 냉매 덤핑 라인(183)에는 바이패스 라인(155)에서 저장부(131)로 이동하는 냉매를 제어하는 제2 밸브(138)가 설치되고, 제2 냉매 제어 라인(184)에는 저장부(131)에서 바이패스 라인(155)으로 이동하는 냉매를 제어하는 제2 제어 펌프(139)가 설치된다.
바이패스 라인(155)에는 바이패스 라인(155)의 압력을 측정하는 압력 센서(186)가 설치될 수 있는데, 액화된 천연 가스의 공급이 중단되는 등의 이유로 냉매의 온도가 상승하여 바이패스 라인(155)의 압력이 한계 압력보다 상승하면 제2 밸브(138)가 개방되어 냉매가 저장부(131)로 이동하며 이에 따라 바이패스 라인(155)의 압력이 감소된다. 또한, 바이패스 라인(155)의 압력이 한계 압력보다 낮으면 제2 제어 펌프(139)가 가동되어 저장부(131)에서 바이패스 라인(155)으로 냉매가 공급될 수 있다.
제어부(130)는 상기 제1 냉매 라인(151)에 연결 설치되어 냉매의 이동을 제어하는 제1 펌프(132)와 바이패스 라인(155)에 연결 설치되어 냉매의 이동을 제어하는 제2 펌프(134)를 더 포함할 수 있다. 한편, 본 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(100)는 제4 가스 라인(174)에 설치되어 포집 쿨러(141)에서 배출되는 플루 가스의 온도를 측정하는 온도 센서(170)를 더 포함할 수 있다.
제1 펌프(132)에는 제1 펌프(132)의 작동을 제어하는 펌프 제어기(133)가 연결 설치되는데, 펌프 제어기(133)는 가변속 드라이브(VFD, Variable Frequency Drive)로 이루어질 수 있다. 펌프 제어기(133)는 제1 펌프(132)를 통해서 이동하는 냉매의 유량을 제어하며, 펌프 제어기(133)는 온도 센서에서 측정된 플루 가스의 온도가 기준 온도보다 높은 경우에는 제1 냉매 라인(151)을 통해서 이동하는 냉매의 유량을 증가시키고, 플루 가스의 온도가 기준 온도보다 낮은 경우에는 제1 냉매 라인(151)을 통해서 이동하는 냉매의 유량을 감소시킬 수 있다. 한편, 제2 펌프(134)는 바이패스 라인(155)을 통해서 이동하는 냉매의 유량을 제어하며, 제2 펌프(134)에도 펌프 제어기(135)가 연결 설치된다. 이에 따라 제2 펌프에 의하여 분기되는 냉매의 제2 유량(m2)이 제어될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 의하면 냉매가 2단계로 냉각되고 일부의 냉매가 바이패스되므로 냉매를 극저온으로 효율적으로 냉각할 수 있다. 또한, 발전 설비(110)에서 배출된 플루 가스가 가스 히터(143), 가스 쿨러(142), 및 포집 쿨러(141)에서 3단계로 냉각되므로 플루 가스의 냉각 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치에 대해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(200)는 제3 열교환기(225)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(200)는 제1 열교환기(221), 제2 열교환기(223), 제3 열교환기(225), 포집 쿨러(241), 가스 쿨러(242), 가스 히터(243), 제어부(230), 바이패스 라인(255)를 포함할 수 있다.
냉매는 제1 열교환기(221)에서 냉각된 후, 분기되어 제1 유량(m1)은 제3 열교환기(225), 제2 열교환기(223)를 거쳐 포집 쿨러(241), 가스 쿨러(242)로 공급된다. 제1 열교환기(221)에서 배출된 후, 분기된 제2 유량(m2)은 바이패스 라인(255)에 공급되며, 제1 열교환기(221)과 제3 열교환기(225)에서 냉각된 후, 분기된 제3 유량(m3)은 제2 냉매 라인(252)을 거쳐 가스 쿨러(242)로 유입된다.
제1 유량(m1), 제2 유량(m2), 제3 유량(m3)은 바이패스 라인(255)에서 합류하여 발전 설비(210)에서 가열되어 제1 열교환기(221)로 다시 유입되어 순환한다. 여기서 제1 유량(m1)은 전체 냉매 유량(m1+m2+m3)의 20wt% 내지 40wt%일 수 있으며, 제2 유량(m2)은 전체 냉매 유량(m1+m2+m3)의 20wt% 내지 40wt%일 수 있으며, 제3 유량(m3)은 전체 냉매 유량(m1+m2+m3)의 20wt% 내지 40wt%일 수 있다. 예를 들어 제1 유량(m1)과 제3 유량(m3)은 각각 전체 냉매 유량의 35wt%일 수 있으며, 제2 유량(m2)은 전체 냉매 유량의 30wt%일 수 있다.
제2 열교환기(223)에서 배출된 냉매는 제1 냉매 라인(251)을 통해서 포집 쿨러(241)로 공급되며, 포집 쿨러(241)의 냉매는 제2 냉매 라인(252)을 통해서 가스 쿨러(242)에 공급된다. 가스 쿨러(242)의 냉매는 제3 냉매 라인(253)을 통해서 바이패스 라인(255)으로 공급된다. 제3 열교환기(225)에서 배출된 냉매 중 일부는 제4 냉매 라인(256)을 통해서 제2 냉매 라인(252)으로 공급되고, 나머지는 제2 열교환기(223)로 공급된다.
제1 냉매 라인(251)에는 냉매의 이동을 제어하는 제1 펌프(232)가 설치되고, 바이패스 라인(255)에는 냉매의 이동을 제어하는 제2 펌프(234)가 설치되며 제4 냉매 라인(256)에는 냉매의 이동을 제어하는 제3 펌프(233)가 설치될 수 있다. 각각의 펌프들(232, 233, 234)에는 펌프의 작동을 제어하는 펌프 제어기가 연결 설치될 수 있다.
제어부(230)는 냉매가 저장되는 저장부(231), 제1 냉매 라인(251)에서 저장부(231)로 냉매를 전달하는 제1 냉매 덤핑 라인(281), 저장부(231)에서 제1 냉매 라인(251)으로 냉매를 전달하는 제1 냉매 제어 라인(282), 바이패스 라인(255)에서 저장부(231)로 냉매를 전달하는 제2 냉매 덤핑 라인(283), 저장부(231)에서 바이패스 라인(255)으로 냉매를 전달하는 제2 냉매 제어 라인(284)을 포함할 수 있다. 냉매 덤핑 라인들(281, 283)들에는 밸브가 설치될 수 있으며, 냉매 제어 라인들(282, 284)에는 제어 펌프가 연결 설치될 수 있다.
발전 설비(210)에서 배출된 플루 가스는 제1 가스 라인(271)을 통해서 가스 히터(243)로 공급되며, 가스 히터(243)의 플루 가스는 제2 가스 라인(272)을 통해서 가스 쿨러로 공급되며, 가스 쿨러(142)의 플루 가스는 제3 가스 라인(273)을 매개로 포집 쿨러(241)로 전달될 수 있다. 또한 포집 쿨러(241)의 플루 가스는 제4 가스 라인(274)을 통해서 가스 히터(243)로 전달되어 가열된 후, 배출된다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 제2 실시예에 따르면 1차 냉각된 질소의 일부를 1차 바이패스시키고, 나머지 질소를 2차 냉각한 후, 일부는 2차 바이패스시키고, 마지막 남은 질소를 3차 냉각한 후 포집 쿨러(241)에 공급하면 냉매를 더욱 용이하게 -150deg.C의 극저온 상태로 변화시킬 수 있다.
또한, 본 제2 실시예에 따르면, 2차 바이패스된 냉매가 가스 쿨러(242)에 공급되어 포집 쿨러(241)로 유입되는 플루 가스를 사전에 냉각하므로 플루 가스의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발전 시스템에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 발전 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 발전 시스템(300)은 LNG 터미널(350), 발전 설비(310), 이산화탄소 포집 장치(330), 이산화탄소 전달 설비(360), 오프쇼어(offshore) 설비(370)를 포함한다.
LNG 터미널(350)는 액화 천연 가스를 저장하고, 기체상 천연 가스를 액체로 변환하거나 액화된 천연 가스를 재기화시킨다. 천연 가스는 유전에서 채굴되는데, 지하에 매장된 천연 가스를 채굴하기 위해 시추공 등의 설비가 필요하다. 원활한 천연 가스의 채굴을 위해 유전에 충진제를 주입하기 위한 설비를 사용하기도 한다. 채굴된 천연 가스는 액화시켜서 액화 천연 가스 상태로 LNG 선박과 같은 운송 수단에 의해 운송한다. 운송 수단에 의해 운송된 액화 천연 가스는 LNG 터미널(350)에 저장된다. LNG 터미널(350)은 FSRU(Floating, Storage, Re-gasification Unit)일 수 있으며, 해수 또는 드라이아이스를 이용하여 액화된 천연 가스를 기화시킬 수 있다.
오프쇼어 설비(370)는 해상에 설치되는 부유식 저장 설비일 수 있으며, LNG 선박일 수 있다. 또한, 오프쇼어 설비(370)는 천연가스를 생산하는 해상 시추 설비일 수 있으며, 가스 정제 설비일 수 있다. 오프쇼어 설비(370)는 LNG 터미널(350)에 기화된 천연 가스 또는 액화된 천연 가스를 공급할 수 있다. 또한 오프쇼어 설비(370)는 LNG 터미널(350)에서 액화된 천연 가스를 공급할 수 있다.
발전 설비(310)는 연료를 이용하여 발전을 하며, 플루 가스(flue gas)를 배출한다. 본 실시예에서 발전 설비(310)는 가스 터빈 발전기가 될 수 있다. 가스 터빈 발전기는 천연 가스를 이용하여 발전한다. 가스 터빈 발전기는 압축기, 연소기 및 터빈을 포함한다. 압축기는 외부 공기를 흡입하여 압축한 후 연소기로 전달한다. 압축기에서 압축된 공기는 고압 및 고온의 상태가 된다. 연소기는 압축기로부터 유입된 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소시킨다. 연료는 천연 가스가 될 수 있다. 연소로 인해 발생된 플루 가스는 터빈으로 배출된다. 연소 가스에 의해 터빈 내부의 터빈 블레이드가 회전하게 되며, 이를 통해 발전기를 회전시켜 발전을 한다. 터빈을 통과한 플루 가스는 이산화탄소 포집 장치(330)의 가스 히터(343)로 유입된다.
이산화탄소 포집 장치(330)는 열교환부(320)와 포집부(340)를 포함하며, 열교환부(320)는 제1 열교환기(321), 제2 열교환기(323)를 포함할 수 있다. 포집부(340)는 가스 히터(343), 가스 쿨러(342), 포집 쿨러(341)를 포함할 수 있다. 이산화탄소 포집 장치(330)는 상기한 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치와 동일한 구조로 이루어질 수 있으며, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
이산화탄소 포집 장치(330)에서 재기화된 기체상의 천연 가스는 LNG 터미널(350)을 거쳐서 소비자에게 공급될 수 있으며, 이산화탄소 포집 장치(330)에서 포집된 드라이아이스 형태의 이산화탄소는 이산화탄소 전달 설비(360)로 공급될 수 있다.
이산화탄소 전달 설비(360)는 고화된 드라이아이스 형태의 이산화탄소를 이산화탄소 포집 장치(330)에서 전달받아 저장하며, 필요 시에는 드라이아이스를 LNG 터미널(350)에 공급하여 드라이아이스가 액화된 천연 가스의 재기화에 사용되거나 장비의 냉각에 사용될 수 있도록 한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100, 200, 330: 이산화탄소 포집 장치
110, 210, 310: 발전 설비
121, 221, 321: 제1 열교환기
123, 223, 323: 제2 열교환기
141, 241, 341: 포집 쿨러
142, 242, 342: 가스 쿨러
143, 243, 343: 가스 히터
130, 230: 제어부
131, 231: 저장부
132, 232: 제1 펌프
133: 펌프 제어기
134, 234: 제2 펌프
135: 펌프 제어기
136: 제1 밸브
137: 제1 제어 펌프
138: 제2 밸브
139: 제2 제어 펌프
181, 281: 제1 냉매 덤핑 라인
182, 282: 제1 냉매 제어 라인
183, 283: 제2 냉매 덤핑 라인
184, 284: 제2 냉매 제어 라인
151, 251: 제1 냉매 라인
152, 252: 제2 냉매 라인
153, 253: 제3 냉매 라인
155, 255: 바이패스 라인
156: 제1 냉매 전달 라인
157: 제2 냉매 전달 라인
170: 온도 센서
171, 271: 제1 가스 라인
172, 272: 제2 가스 라인
173, 273: 제3 가스 라인
174, 274: 제4 가스 라인
175: 수분 배출부
176: 수분 배출 라인
225: 제3 열교환기
233: 제3 펌프
254: 제4 냉매 라인
300: 발전 시스템
320: 열교환부
340: 포집부
350: LNG 터미널
360: 이산화탄소 전달 설비
370: 오프쇼어 설비

Claims (15)

  1. 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기;
    상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 라인;
    상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기; 및
    상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러;
    를 포함하며,
    상기 바이패스 라인은 열원과 연결되어 상기 열원으로 냉매를 전달하는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열 교환기에서 상기 제2 열 교환기로 유입되는 냉매의 유량을 m1wt%이라 하고, 상기 제1 열 교환기에서 상기 바이패스 라인으로 유입되는 냉매의 유량을 m2wt%라 할 때, 상기 m1은 상기 m2의 0.4배 내지 1.5배인 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 온도의 절대치는 상기 제1 온도의 절대치의 1.4배 내지 2.5배인 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환기와 상기 열원 사이에는 상기 열원에서 상기 제1 열교환기로 냉매를 전달하는 제1 냉매 전달 라인이 설치된 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환기과 상기 제2 열교환기에는 상기 제2 열교환기에서 배출된 액화된 천연 가스를 상기 제1 열교환기로 전달하는 제1 천연가스 라인이 연결 설치된 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  6. 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기;
    상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 라인;
    상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기; 및
    상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러;
    를 포함하며,
    상기 제2 열교환기에는 상기 제2 열교환기에서 배출된 냉매를 상기 포집 쿨러로 전달하는 제1 냉매 라인이 연결 설치되고, 상기 제1 냉매 라인에는 냉매의 이동을 제어하는 제어부가 연결 설치된 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 포집 쿨러에서 배출되는 플루 가스의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 냉매 라인에 연결 설치된 펌프와 상기 온도 센서에서 정보를 전달받아 상기 펌프의 작동을 제어하는 펌프 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 냉매 라인에 연결 설치되어 냉매를 저장하는 저장부, 상기 제1 냉매 라인에서 상기 저장부로 냉매를 전달하는 제1 냉매 덤핑 라인, 상기 저장부에서 상기 제1 냉매 라인으로 냉매를 전달하는 제1 냉매 제어 라인, 상기 바이패스 라인에서 상기 저장부로 냉매를 전달하는 제2 냉매 덤핑 라인, 상기 저장부에서 상기 바이패스 라인으로 냉매를 전달하는 제2 냉매 제어 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  9. 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기;
    상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 라인;
    상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기;
    상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러; 및
    상기 포집 쿨러로 유입되는 플루 가스를 사전에 냉각하는 가스 쿨러;
    를 포함하고,
    상기 가스 쿨러에는 상기 포집 쿨러에서 배출되는 냉매를 상기 가스 쿨러로 전달하는 제2 냉매 라인이 연결 설치된 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이에 설치된 제3 열교환기와 상기 제3 열교환기에 연결 설치되어 상기 제3 열교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 상기 제2 냉매 라인으로 전달하는 냉매 전달 라인을 더 포함하고,
    상기 제3 열교환기에는 상기 제2 열교환기에서 배출된 액화된 천연 가스를 상기 제3 열교환기로 전달하는 제1 천연가스 라인이 연결 설치되고, 상기 제1 열교환기에는 상기 제3 열교환기에서 배출된 액화된 천연 가스를 상기 제1 열교환기로 전달하는 제2 천연가스 라인이 연결 설치된 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 가스 쿨러와 상기 바이패스 라인을 연결하여 상기 가스 쿨러에서 배출된 냉매를 상기 바이패스 라인으로 전달하는 제3 냉매 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  12. 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기;
    상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 라인;
    상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기;
    상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러; 및
    열원에서 배출된 플루 가스를 이용하여 상기 포집 쿨러에서 배출된 플루 가스를 가열하고, 상기 열원에서 배출된 플루 가스를 냉각하는 가스 히터;
    를 포함하고,
    상기 가스 히터에는 상기 열원에서 배출된 플루 가스에서 응축된 수분이 배출되는 수분 배출부가 형성된 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 이산화탄소 포집 장치.
  13. 액화 천연 가스를 저장하는 LNG 저장 설비;
    연료를 이용하여 발전하며, 플루 가스를 배출하는 발전 설비; 및
    상기 LNG 저장 설비에서 공급되는 액화된 천연 가스와 냉매의 열교환에 의하여 액화 천연 가스는 천연 가스로 재기화되며 냉매는 냉각되는 열교환부와 상기 발전 설비의 플루 가스와 상기 냉매가 열교환을 하여, 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소가 포집되는 포집부를 포함하는 이산화탄소 포집 장치;
    를 포함하며,
    상기 열교환부는 냉매와 액화된 천연 가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열 교환기, 상기 제1 열 교환기에서 배출되는 냉매 중 일부를 바이패스시켜서 상기 발전 설비로 제공하는 바이패스 라인, 상기 제1 열 교환기에서 배출된 냉매 중 일부와 액화된 천연가스의 열 교환이 이루어지며 상기 냉매를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열 교환기를 포함하고,
    상기 포집부는 상기 제2 열 교환기에서 배출된 냉매와 플루 가스를 열 교환하여 상기 플루 가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 포집 쿨러, 상기 포집 쿨러에서 배출되는 냉매를 이용하여 상기 포집 쿨러로 유입되는 플루 가스를 사전에 냉각하는 가스 쿨러를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 발전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 열 교환기에서 상기 제2 열 교환기로 유입되는 냉매의 양을 m1wt%이라 하고, 상기 제1 열 교환기에서 상기 바이패스 라인으로 유입되는 냉매의 양을 m2wt%라 할 때, 상기 m1은 상기 m2의 0.4배 내지 1.5배인 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 발전 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 포집부는 상기 발전 설비에서 배출된 플루 가스와 상기 포집 쿨러에서 배출된 플루 가스의 열교환에 의하여 상기 포집 쿨러에서 배출된 플루 가스를 가열하고, 상기 발전 설비에서 배출된 플루 가스를 냉각하는 가스 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화 천연 가스의 냉열을 이용한 발전 시스템.
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