KR102399367B1 - 에너지 완전소모형 lng 융복합 활용 시스템 및 방법 - Google Patents

에너지 완전소모형 lng 융복합 활용 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LNG(Liquefied Natural Gas)를 NG로 기화시킨 후, 개질기를 통해 NG를 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 분해하고, 이산화탄소(CO2)를 이용하여 드라이아이스 및 액화 이산화탄소(LCO2)를 제조하며, 수소(H2)를 이용하여 전기 및 열을 만들고, 전기는 소내사용 및 판매, 열은 스마트팜에 냉방 및 난방에 이용하여 LNG가 보유하고 있는 에너지를 모두 사용하는 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템 및 방법{LNG CONVERGENCE UTILIZATION SYSTEM AND METHOD BY COMPLETE CONSUMPTION OF ENERGY}
본 발명은 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, LNG(Liquefied Natural Gas)를 NG로 기화시킨 후, 개질기를 통해 NG를 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 분해하고, 이산화탄소(CO2)를 이용하여 드라이아이스 및 액화 이산화탄소(LCO2)를 제조하며, 수소(H2)를 이용하여 전기 및 열을 만들고, 전기는 소내사용 및 판매, 열은 스마트팜에 냉방 및 난방에 이용하여 LNG가 보유하고 있는 에너지를 모두 사용하는 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 천연가스(NG)는 메탄(CH4)이 주성분으로 냉열 및 이산화탄소 등은 사용되지 않고 폐기된다. 설령 다양한 형식의 개질기(Reformer)를 거쳐 수소(H2), 이산화탄소(CO2) 등으로 분해되고, 여기서 이산화탄소(CO2)를 선별적으로 포집한 후 상업적으로 활용하기 위하여 액화 이산화탄소로 제조하여 저장하는 시스템이 활용된다고 하여도, 수소는 자원을 제대로 활용하지 못하는 기술이 많으며, LNG가 가지고 있는 모든 에너지를 활용하지 못하는 문제점을 가진다.
한국등록특허 제10-1992468호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, LNG(Liquefied Natural Gas)를 NG로 기화시킨 후, 개질기를 통해 NG를 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 분해하고, 이산화탄소(CO2)를 이용하여 드라이아이스 및 액화 이산화탄소(LCO2)를 제조하며, 수소(H2)를 이용하여 전기 및 열을 만들고, 전기는 소내사용 및 판매, 열은 스마트팜에 냉방 및 난방에 이용하여 LNG가 보유하고 있는 에너지를 모두 사용하는 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템은 액화 천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 저장하는 탱크로리, 상기 탱크로리로부터 상기 LNG를 LNG 이송 펌프를 통해 이송 받아 상기 LNG의 열을 교환하며, 상기 LNG를 열교환을 통해 냉매 냉각하는 열교환기, NG를 분해하는 개질기(SMR: Steam Methane Reforming), 액화 이산화탄소(LCO2) 및 드라이아이스 중 적어도 어느 하나를 생산하는 이산화탄소 활용생산부, 전기 및 열을 생산하는 연료전지부, 상기 연료전지부로부터 상기 열을 전달받아 냉난방용으로 사용하는 스마트팜부 및 상기 스마트팜부로부터 생산된 생산품을 상기 열교환기로부터 받은 냉매를 이용하여 급속동결시키는 초저온 급속동결부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 열교환기는 상기 탱크로리로부터 -162℃의 상기 LNG를 전달 받아 통과시켜, 상기 NG로 기화시키며, 냉열을 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 개질기는 상기 NG를 상기 열교환기로부터 이송 받아 통과시켜, 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 분해하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이산화탄소 활용생산부는 상기 이산화탄소(CO2)를 상기 액화 이산화탄소로 제조하는 액화 이산화탄소 제조 설비부 및 상기 이산화탄소(CO2)를 상기 드라이아이스로 제조하는 드라이아이스 제조 설비부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스마트팜은 상기 연료전지부로부터 열을 받아 냉방을 하는 흡수식 냉동부;를 더 포함하며, 상기 스마트팜은 상기 액화 이산화탄소 제조 설비부로부터 상기 액화 이산화탄소를 전달 받는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 방법은 탱크로리에 액화 천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 저장하는 단계, 열교환기에서 수행되며, 상기 탱크로리로부터 상기 LNG를 LNG 이송 펌프를 통해 이송 받아 상기 LNG의 열을 교환하며, 상기 LNG를 열교환을 통해 냉매 냉각하는 단계, 개질기(SMR: Steam Methane Reforming)를 이용하여 NG를 분해하는 단계, 이산화탄소 활용생산부에서 수행되며, 액화 이산화탄소(LCO2) 및 드라이아이스 중 적어도 어느 하나를 생산하는 이산화탄소 활용 단계, 연료전지부에서 수행되며, 전기 및 열을 생산하는 단계, 스마트팜부에서 수행되며, 상기 연료전지부로부터 상기 열을 전달받아 냉난방용으로 사용하는 스마트팜 단계 및 초저온 급속동결부에서 수행되며, 상기 스마트팜부로부터 생산된 생산품을 상기 열교환기로부터 받은 냉매를 이용하여 급속동결시키는 초저온 급속동결 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 냉매를 냉각하는 단계는 상기 탱크로리로부터 -162℃의 상기 LNG를 전달 받아 통과시켜, 상기 NG로 기화시키고, 냉열을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 NG를 분해하는 단계는 상기 개질기에서 상기 NG를 상기 열교환기로부터 이송 받아 통과시켜, 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이산화탄소 활용 단계는 액화 이산화탄소 제조 설비부에서 수행되며, 상기 이산화탄소(CO2)를 상기 액화 이산화탄소로 제조하는 액화 이산화탄소 제조 단계 및 드라이아이스 제조 설비부에서 수행되며, 상기 이산화탄소(CO2)를 상기 드라이아이스로 제조하는 드라이아이스 제조 설비 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스마트팜 단계는 흡수식 냉동부에서 수행되며, 상기 연료전지부로부터 열을 받아 냉방을 하는 흡수식 냉동 단계를 더 포함하며, 상기 스마트팜 단계는 상기 액화 이산화탄소 제조 설비부로부터 액화 이산화탄소를 전달 받는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템은 액화천연가스(LNG)내 미활용 냉열에너지(200kcal/LNG kg)를 활용하는 이점을 가진다.
또한, 약 90%이상 메탄(CH4)으로 구성된 천연가스내 수소자원을 활용하며, 천연가스 내 수소자원 활용을 위한 개질과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2) 포집 및 자원화를 하는 이점을 가진다.
또한, 이산화탄소(CO2)는 드라이아이스 및 액화 이산화탄소(LCO2)를 제조하며, 수소(H2)를 통해 전기 및 열을 획득함으로써, LNG가 보유하고 있는데 모든 에너지를 활용할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템(100)을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용생산부(140)를 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템(100)을 설명하기 위한 참고도이다.
도 1을 살펴보면, 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템(100)은 탱크로리(110), 열교환기(120), 개질기(130), 이산화탄소 활용생산부(140), 연료전지부(150), 스마트팜부(160) 및 초저온 급속동결부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
탱크로리(110)는 액화 천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 저장할 수 있다. 여기에서 LNG를 이용하는 것은 NG보다 LNG의 부피가 1/600 수준이며, SMR에서 요구하는 높은 압력(약 10~30bar)까지 가압을 할 때 기체 상태의 NG에 비해 소비하는 전력 등이 적어 LNG를 사용한다.
탱크로리(210)에 저장된 LNG를 LNG 이송 펌프(220)를 이용하여 열교환기로(230)로 전달하며, 열교환기(230)는 탱크로리(210)로부터 LNG를 이송 받아 LNG의 열을 교환할 수 있다. 여기에서 열을 교환하는 것은, -162℃의 LNG를 NG로 기화시키는 것을 의미한다.
열교환기(120)는 탱크로리(110)로부터 LNG를 LNG 이송 펌프를 통해 이송 받아 LNG의 열을 교환하며, LNG를 천연가스(NG: Natural Gas)로 기화시키며, LNG냉열을 추출할 수 있다.
개질기(SMR: Steam Methane Reforming)(130)는 열교환기(120)를 통해 기화된 천연가스(NG)를 전달 받아 천연가스(NG)를 수소(H2), 이산화탄소(CO2) 및 일산화탄소(CO)로 분해할 수 있으며, 분해된 수소(H2)는 연료전지부(150)에 전달할 수 있으며, 이산화탄소(CO2)는 이산화탄소 활용생산부(140)에 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 활용생산부(140)를 설명하기 위한 참고도이다.
도 2를 살펴보면, 이산화탄소 활용 생산부(140)는 드라이아이스 제조설비부(141) 및 액화 이산화탄소(LCO2) 제조설비부(142)를 포함할 수 있다.
드라이아이스 제조설비부(141)는 개질기(130)로부터 전달받은 이산화탄소(CO2)를 이용하여 드라이아이스를 제조할 수 있으며, 액화 이산화탄소(LCO2) 제조 설비부 또한, 개질기(130)로부터 전달받은 이산화탄소(CO2)를 이용하여 액화 이산화탄소(LCO2)를 제조할 수 있다.
또한, 드라이아이스 제조설비부(141)로부터 생성된 드라이아이스는 초저온 급속동결부(170)에서 급속동결시킨 스마트팜부(160)에서 생산된 생산물과 콜드체인부에 전달될 수 있으며, 드라이아이스 자체만으로 판매용으로 생산 될 수 있다.
또한, 액화 이산화탄소(LCO2) 제조설비부(142)로부터 생성된 액화 이산화탄소(LCO2)는 스마트팜부(160)에 전달할 수 있으며, 외부 판매용으로 사용될 수 있다.
다시 도 1로 돌아와서, 연료전지부(150)는 전기 및 열을 생산할 수 있다. 여기에서 전기 및 열은 개질기에서 NG가 분해되어 수소(H2), 이산화탄소(CO2) 및 일산화탄소(CO)로 나누어지며, 이중 수소(H2)를 이용하여 전기 및 열을 생산할 수 있다. 여기서, 연료전지부(150)를 통해 생성된 전기는 소내사용이 가능하며, 판매용으로도 가능할 수 있다. 또한, 연료전지부(150)를 통해 생성된 열은 스마트팜부(160)에 전달 할 수 있다.
스마트팜부(160)는 흡수식 냉동부(180)를 포함할 수 있다. 또한, 연료전지부(150)로부터 열을 전달 받아 냉난방용으로 사용할 수 있다.
여기에서, 연료전지부(150)로부터 열을 전달받아 난방용으로 사용할 수 있으며, 스마트팜부(160)에 포함된 흡수식 냉동부(180)에서 열을 전달받아 흡수 냉동을 통해 냉방용으로 사용하여 스마트팜의 온도 조절을 자유롭게 할 수 있다.
스마트팜부(160)에서 생산된 생산물(농산물)은 초저온 급속동결부(170)에 전달 될 수 있다.
초저온 급속동결부(170)는 열교환기(120)로부터 전달받은 냉매를 이용하여 스마트팜(160)으로부터 전달받은 생산물(농산물)을 초저온으로 급속 동결할 수 있다.
또한 급속동결한 생산물은 콜드체인부로 전달하여 생산된 생산물의 신선도와 품질을 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 살펴보면, 탱크로리에 액화천연가스(LNG)를 저장할 수 있다(S210). 열교환기는 탱크로리로부터 액화천연가스(LNG)를 LNG 이송펌프를 이송 받아 LNG의 열을 교환하며, LNG를 열교환을 통해 냉매 냉각할 수 있다(S220). 또한, LNG를 기화하여 NG로 생성할 수 있다.
또한, 개질기를 통해 NG를 분해할 수 있다(S230). 여기에서 NG는 수소(H2), 이산화탄소(CO2) 및 일산화탄소(CO) 형태로 분해될 수 있다. 분해된 이산화탄소(CO2)는 액화 이산화탄소(LCO2) 및 드라이아이스 중 적어도 어느 하나를 생산할 수 있다(S240). 또한, 이산화탄소(CO2)는 스마트팜부에 전달 될 수 있다.
개질기에서 NG가 분해되어 남은 수소(H2)를 이용하여 전기 및 열을 생성할 수 있다(S250). 여기에서 열은 스마트팜에 전달되어 온난방을 위해 이용될 수 있다(S260).
스마트팜에서 생산된 생산물(농산물)은 초저온 급속동결부에 전달되어 생산물의 신선함 및 품질을 유지하기 위해 초저온으로 급속동결 할 수 있다(S270).
또한, 급속동결된 생산물은 콜드체인으로 전달되어 신선함을 유지하기 위한 과정을 거칠 수 있다(S280).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템
110: 탱크로리
120: 열교환기
130: 개질기(SMR: Steam Methane Reforming)
140: 이산화탄소 활용생성부
150: 연료전지부
160: 스마트팜부
170: 초저온 급속동결부

Claims (10)

  1. 액화 천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 저장하는 탱크로리;
    상기 탱크로리로부터 상기 LNG를 LNG 이송 펌프를 통해 이송 받아 상기 LNG의 열을 교환하며, 상기 LNG를 열교환을 통해 냉매 냉각하는 열교환기;
    NG를 분해하는 개질기(SMR: Steam Methane Reforming);
    액화 이산화탄소(LCO2) 및 드라이아이스 중 적어도 어느 하나를 생산하는 이산화탄소 활용생산부;
    전기 및 열을 생산하는 연료전지부;
    상기 연료전지부로부터 상기 열을 전달받아 냉난방용으로 사용하는 스마트팜부; 및
    상기 스마트팜부로부터 생산된 생산품을 상기 열교환기로부터 받은 냉매를 이용하여 급속동결시키는 초저온 급속동결부;를 포함하고,
    상기 스마트팜은,
    상기 연료전지부로부터 열을 받아 냉방을 하는 흡수식 냉동부;를 더 포함하며,
    상기 스마트팜은,
    상기 액화 이산화탄소 제조 설비부로부터 상기 액화 이산화탄소를 전달 받는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는,
    상기 탱크로리로부터 -162℃의 상기 LNG를 전달 받아 통과시켜, 상기 NG로 기화시키며, 냉열을 추출하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개질기는,
    상기 NG를 상기 열교환기로부터 이송 받아 통과시켜, 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 분해하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이산화탄소 활용생산부는,
    상기 이산화탄소(CO2)를 상기 액화 이산화탄소로 제조하는 액화 이산화탄소 제조 설비부; 및
    상기 이산화탄소(CO2)를 상기 드라이아이스로 제조하는 드라이아이스 제조 설비부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 시스템.
  5. 삭제
  6. 탱크로리에 액화 천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 저장하는 단계;
    열교환기에서 수행되며, 상기 탱크로리로부터 상기 LNG를 LNG 이송 펌프를 통해 이송 받아 상기 LNG의 열을 교환하며, 상기 LNG를 열교환을 통해 냉매 냉각하는 단계;
    개질기(SMR: Steam Methane Reforming)를 이용하여 NG를 분해하는 단계;
    이산화탄소 활용생산부에서 수행되며, 액화 이산화탄소(LCO2) 및 드라이아이스 중 적어도 어느 하나를 생산하는 이산화탄소 활용 단계;
    연료전지부에서 수행되며, 전기 및 열을 생산하는 단계;
    스마트팜부에서 수행되며, 상기 연료전지부로부터 상기 열을 전달받아 냉난방용으로 사용하는 스마트팜 단계; 및
    초저온 급속동결부에서 수행되며, 상기 스마트팜부로부터 생산된 생산품을 상기 열교환기로부터 받은 냉매를 이용하여 급속동결시키는 초저온 급속동결 단계;를 포함하고,
    상기 스마트팜 단계는,
    흡수식 냉동부에서 수행되며, 상기 연료전지부로부터 열을 받아 냉방을 하는 흡수식 냉동 단계;를 더 포함하며,
    상기 스마트팜 단계는,
    상기 액화 이산화탄소 제조 설비부로부터 상기 액화 이산화탄소를 전달 받는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉매 냉각하는 단계는,
    상기 탱크로리로부터 -162℃의 상기 LNG를 전달 받아 통과시켜, 상기 NG로 기화시키고, 냉열을 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 NG를 분해하는 단계는,
    상기 개질기에서 상기 NG를 상기 열교환기로부터 이송 받아 통과시켜, 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2)로 분해하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이산화탄소 활용 단계는,
    액화 이산화탄소 제조 설비부에서 수행되며, 상기 이산화탄소(CO2)를 상기 액화 이산화탄소로 제조하는 액화 이산화탄소 제조 단계; 및
    드라이아이스 제조 설비부에서 수행되며, 상기 이산화탄소(CO2)를 상기 드라이아이스로 제조하는 드라이아이스 제조 설비 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    에너지 완전소모형 LNG 융복합 활용 방법.
  10. 삭제
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