KR102403144B1 - Apparatus for reducing greenhouse gas emission in vessel cooperated with exhaust gas recirculation and vessel including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 배기가스 리시버(110), 배기가스 리시버(110)로부터의 배기가스로 세정수를 분사하여 SOX과 슈트를 제거하여 세정하고, 냉각수를 순환시켜 배기가스를 냉각하는, 세정부(120), 세정부(120)를 통과한 배기가스로 흡수액을 분사하여 CO2를 흡수하여 제거하는 CO2 흡수부(130), 연소공기 리시버(140), 고농도 CO2 흡수액을 제조하여 CO2 흡수부(130)로 공급하는 흡수액 제조부(150), CO2 흡수부(130)로부터 배출된 암모늄염 수용액을 2가 금속수산화물 수용액과 반응시켜 흡수액과 NH3를 재생하여 CO2 흡수부(130)로 순환 공급하여 흡수액으로 재사용하도록 하는 흡수액 재생부(160), 및 CO2 흡수부(130)로부터 배출된 암모늄염 수용액과 미반응 흡수액 일부를 흡수액 순환라인(A)을 통해 CO2 흡수부(130)로 순환시키는 흡수액 순환부(170)를 포함하여서, 기존 EGR을 유지하면서 EGR의 본래 목적인 NOX 생성을 줄이면서도 CO2는 물론, SOX를 흡수하여 배출하거나, 유용한 물질로 저장할 수 있고, 잔존 미반응 흡수액을 순환시키고 흡수액을 재생하여 재사용하도록 하고, 흡수액의 농도를 조절할 수 있는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치를 구비한 선박을 개시한다.The present invention is an exhaust gas receiver 110 , a washing unit ( 120), a CO 2 absorption unit 130 that absorbs and removes CO 2 by injecting an absorption liquid into the exhaust gas that has passed through the cleaning unit 120, a combustion air receiver 140, and a high-concentration CO 2 absorption liquid to absorb CO 2 Absorbent solution production unit 150 supplied to unit 130, CO 2 The aqueous solution of ammonium salt discharged from the absorption unit 130 is reacted with an aqueous divalent metal hydroxide solution to regenerate the absorption liquid and NH 3 to the CO 2 absorption unit 130. The absorption liquid regeneration unit 160 for recycling and reuse as an absorption liquid, and a portion of the ammonium salt aqueous solution and unreacted absorption liquid discharged from the CO 2 absorption unit 130 are transferred to the CO 2 absorption unit 130 through the absorption liquid circulation line (A). Including the absorption liquid circulation unit 170 for circulating, while maintaining the existing EGR and reducing the generation of NO X , the original purpose of EGR, it can absorb and discharge CO 2 as well as SO X , or store it as a useful material, and the remaining unreacted Disclosed are an EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for a vessel capable of circulating an absorbent liquid, regenerating the absorbent liquid to be reused, and controlling the concentration of the absorbent liquid, and a vessel equipped with the same.
Description
본 발명은 기존 EGR을 유지하면서 EGR의 본래 목적인 NOX 생성을 줄이면서도 대표적 온실가스인 CO2는 물론, SOX를 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나, 유용한 물질로 저장할 수 있어 엔진의 부식을 방지하고 연소품질을 향상시키고, 암모늄염 수용액 일부만을 탄산염으로 전환하고 잔존 미반응 흡수액을 순환시켜 CO2 흡수율을 유지하도록 하고, 흡수액을 재생하여 재사용하도록 하고, 흡수액의 흡수성능 저하를 방지하도록 흡수액의 농도를 조절하도록 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치를 구비한 선박에 관한 것이다.The present invention maintains the existing EGR and reduces the generation of NO X , which is the original purpose of EGR, while absorbing CO 2 , which is a representative greenhouse gas, as well as SO X , and converts it into a material that does not affect the environment. to prevent engine corrosion and improve combustion quality, convert only a portion of the aqueous ammonium salt solution into carbonate, circulate the remaining unreacted absorbent liquid to maintain the CO 2 absorption rate, regenerate the absorbent liquid to reuse it, and reduce the absorption performance of the absorbent liquid It relates to an EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for a ship, which controls the concentration of the absorbent liquid to prevent it, and a ship equipped with the device.
최근, 무분별한 화석연료 사용에 따른 온실가스 배출의 영향으로 지구 온난화 현상과 이와 연계된 환경 재해들이 발생하고 있다.Recently, global warming and related environmental disasters have occurred due to the influence of greenhouse gas emissions caused by indiscriminate use of fossil fuels.
이에, 대표적 온실가스인 이산화탄소를 방출하지 않고 포집하여 저장하는데 관련된 일련의 기술들을 CCS(Carbon dioxide Capture and Storage) 기술이라 하여 최근 매우 큰 주목을 받고 있는데, CCS 기술 중에서 화학 흡수법(chemical absorption)은 대규모 처리가 가능하다는 측면에서 그 중에서 가장 많이 상용화된 기술이다Accordingly, a series of technologies related to the capture and storage of carbon dioxide, a representative greenhouse gas, without emitting it is called CCS (Carbon dioxide Capture and Storage) technology and is receiving a lot of attention recently. Among CCS technologies, chemical absorption is It is the most commercialized technology among them in terms of large-scale processing possible.
또한, 이산화탄소 배출 규제는 IMO의 EEDI를 통해 규제하는데, 2050년에는 2008년 배출량의 50% 이상의 절감을 목표로 하고 있고, 2030년에도 2008년 배출량의 40%를 절감해야 하므로 CO2를 배출하지 않거나, 배출된 CO2를 포집하는 기술이 주목을 받고 있다. In addition, carbon dioxide emission regulation is regulated through IMO's EEDI, which aims to reduce more than 50% of 2008 emissions in 2050, and 40% of 2008 emissions must be reduced in 2030. , the technology to capture the emitted CO 2 is attracting attention.
앞서 언급한 이산화탄소의 배출을 절감, 또는 생성된 이산화탄소를 포집하는 기술은 현재 선박에서는 상용화된 사례가 없는 실정이고, 수소나 암모니아를 연료로 사용하는 방법도 현재는 개발 중이며 상업화 수준의 단계에 이르지 못한 실정이다.The above-mentioned technology for reducing carbon dioxide emission or capturing the generated carbon dioxide has not been commercialized in ships at present, and a method using hydrogen or ammonia as a fuel is currently being developed and has not reached the stage of commercialization. the current situation.
한편, 선박 엔진으로부터 배기되는 배기가스 내의 NOX를 저감하는 방법으로, 배기가스의 일부를 압축된 연소공기와 혼합하여 혼합가스를 선박 엔진의 흡입계통으로 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation)이 적용되고 있다.On the other hand, as a method of reducing NO X in the exhaust gas exhausted from the marine engine, EGR (Exhaust Gas Recirculation) is applied, which recirculates the mixed gas to the intake system of the marine engine by mixing a part of the exhaust gas with compressed combustion air. have.
이에, 종래 화석연료를 사용하여 운항 중이거나 또는 건조 예정인 선박에 대해 EGR을 유지하면서 EGR의 본래 목적인 NOX 생성을 줄이면서도 대표적 온실가스인 CO2는 물론, SOX를 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나 유용한 물질로 저장할 수 있고, 흡수액의 흡수성능 저하를 방지하도록 흡수액의 농도를 조절하고, 흡수액을 재생할 수 있는 기술을 적용할 필요성이 제기된다.Accordingly, while maintaining EGR for ships operating or scheduled to be built using conventional fossil fuels, while reducing NO X generation, which is the original purpose of EGR, it absorbs CO 2 , a representative greenhouse gas, as well as SO X , and does not affect the environment by absorbing SO X. There is a need to apply a technology that can be converted into a non-toxic material and discharged or stored as a useful material, control the concentration of the absorbent liquid to prevent deterioration of the absorption performance of the absorbent liquid, and regenerate the absorbent liquid.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존 EGR을 유지하면서 EGR의 본래 목적인 NOX 생성을 줄이면서도 대표적 온실가스인 CO2는 물론, SOX를 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나 유용한 물질로 저장할 수 있고, 흡수액의 흡수성능 저하를 방지하도록 흡수액의 농도를 조절하고, 흡수액을 재생하여 재사용할 수 있는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치를 구비한 선박을 제공하는 데 있다.The technical task to be achieved by the idea of the present invention is to maintain the existing EGR and reduce the generation of NO X , which is the original purpose of EGR, while absorbing CO 2 as well as SO X , which is a representative greenhouse gas, and converting it into a material that does not affect the environment. A vessel equipped with an EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device and a vessel that can be discharged or stored as useful substances, control the concentration of the absorbent liquid to prevent deterioration of the absorption performance of the absorbent liquid, and regenerate and reuse the absorbent liquid is to provide
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 선박 엔진의 각 실린더로부터 배기되는 배기가스를 임시 저장하여 맥동을 제거하는 배기가스 리시버; 상기 배기가스 리시버로부터의 배기가스로 세정수를 분사하여 SOX과 슈트를 제거하여 세정하고, 냉각수를 순환시켜 배기가스를 냉각하는, 세정부; 상기 세정부를 통과한 배기가스로 흡수액을 분사하여 CO2를 흡수하여 제거하는 CO2 흡수부; 상기 CO2 흡수부를 통과한 배기가스를 임시저장하여 맥동을 제거하고, 연소공기와 혼합하여 선박 엔진의 각 실린더로 급기하는, 연소공기 리시버; 고농도 CO2 흡수액을 제조하여 상기 CO2 흡수부로 공급하는 흡수액 제조부; 상기 CO2 흡수부로부터 배출된 암모늄염 수용액을 2가 금속수산화물 수용액과 반응시켜 흡수액과 NH3를 재생하여 상기 CO2 흡수부로 순환 공급하여 흡수액으로 재사용하도록 하는 흡수액 재생부; 및 상기 CO2 흡수부로부터 배출된 암모늄염 수용액과 미반응 흡수액 일부를 흡수액 순환라인을 통해 상기 CO2 흡수부로 순환시키는 흡수액 순환부;를 포함하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the exhaust gas receiver to temporarily store the exhaust gas exhausted from each cylinder of the marine engine to remove the pulsation; a washing unit which sprays washing water into the exhaust gas from the exhaust gas receiver to remove SO X and chute for washing, and circulates cooling water to cool the exhaust gas; a CO 2 absorption unit for absorbing and removing CO 2 by injecting an absorption liquid into the exhaust gas that has passed through the washing unit; a combustion air receiver for temporarily storing the exhaust gas that has passed through the CO 2 absorber, removing the pulsation, and mixing it with combustion air to supply air to each cylinder of the marine engine; an absorption liquid preparation unit for preparing a high-concentration CO 2 absorption liquid and supplying it to the CO 2 absorption unit; an absorption liquid regenerating unit for regenerating the absorption liquid and NH 3 by reacting the aqueous ammonium salt solution discharged from the CO 2 absorption unit with an aqueous divalent metal hydroxide solution, circulating and supplying the absorption liquid and NH 3 to the CO 2 absorption unit for reuse as an absorption liquid; and an absorption liquid circulation unit for circulating a portion of the ammonium salt aqueous solution and unreacted absorption liquid discharged from the CO 2 absorption unit to the CO 2 absorption unit through an absorption liquid circulation line;
또한, 상기 세정부는, 청수를 공급받아 중화시켜 세정수를 공급하는 세정수 공급모듈과, 상기 세정수 공급모듈로부터의 세정수를 상기 배기가스 리시버로부터의 배기가스로 분사하여 냉각하고 세정하는 세정모듈과, 냉각수를 통해 배기가스를 냉각하는 냉각모듈과, 상기 세정모듈을 통과한 세정수를 순환시키는 세정수 순환모듈과, 세정수를 수처리하는 수처리모듈을 포함할 수 있다.In addition, the washing unit includes a washing water supply module that receives fresh water and neutralizes it to supply washing water, and the washing water from the washing water supply module is sprayed into the exhaust gas from the exhaust gas receiver to cool and clean. It may include a module, a cooling module for cooling the exhaust gas through cooling water, a washing water circulation module for circulating the washing water that has passed through the washing module, and a water treatment module for water treatment of the washing water.
또한, 상기 세정수 공급모듈은, 청수를 공급받아 세정수를 보충하여 상기 세정모듈로 공급하는 세정수보충펌프와, 상기 세정모듈로 공급되는 세정수에 pH를 조절하기 위한 중화제를 투입하는 중화제 공급밸브를 포함하고, 상기 세정모듈은, 배기가스로 세정수를 분사하여 SOX과 슈트를 제거하여 세정하는 하나 이상의 세정유닛을 포함하며, 상기 냉각모듈은, 상기 하나 이상의 세정유닛의 하단에 형성되어 순환하는 냉각수에 의해 상기 흡수액의 종류에 따라 일정온도로 배기가스를 냉각하는 하나 이상의 냉각유닛을 포함하고, 상기 세정수 순환모듈은, 상기 세정모듈을 통과한 세정수를 집수하는 세정수 순환탱크와, 상기 세정수 순환탱크로부터의 세정수의 pH를 측정하여서 상기 중화제 공급밸브를 조절하여 상기 중화제의 투입량을 결정하도록 하는 pH 미터와, 세정수 초기수량을 저장하고 세정수를 보충하는 버퍼탱크와, 상기 버퍼탱크로 세정수 일부를 순환시키고 상기 세정모듈로 세정수 일부를 순환시키는 세정수 순환펌프를 포함하며, 상기 수처리모듈은, 상기 버퍼탱크로부터 배수되는 세정수를 수처리하여 수처리된 세정수를 상기 버퍼탱크로 회귀시키는 수처리유닛과, 상기 수처리유닛에 의한 슬러지를 저장하는 슬러지탱크와, 상기 수처리유닛에 의해 일정 배출조건을 충족하는 세정수를 선외배출하는 선외배출밸브와, 상기 버퍼탱크로부터의 세정수를 임시 저장하는 세정수 드레인탱크를 포함할 수 있다.In addition, the washing water supply module includes a washing water replenishment pump that receives fresh water and supplements the washing water and supplies it to the washing module, and a neutralizing agent supplying a neutralizing agent for adjusting pH to the washing water supplied to the washing module. a valve, wherein the cleaning module includes one or more cleaning units for cleaning by removing SO X and chute by spraying cleaning water with exhaust gas, and the cooling module is formed at a lower end of the one or more cleaning units, and at least one cooling unit for cooling the exhaust gas to a predetermined temperature according to the type of the absorption liquid by circulating cooling water, wherein the washing water circulation module includes: a washing water circulation tank collecting the washing water that has passed through the washing module; a pH meter for measuring the pH of the washing water from the washing water circulation tank and adjusting the neutralizing agent supply valve to determine the input amount of the neutralizing agent; a buffer tank for storing the initial amount of washing water and replenishing the washing water; and a washing water circulation pump for circulating a part of washing water to the buffer tank and circulating a part of washing water to the washing module, wherein the water treatment module treats the washing water drained from the buffer tank to receive the water-treated washing water. A water treatment unit returning to the buffer tank, a sludge tank for storing sludge by the water treatment unit, an overboard discharge valve for discharging washing water satisfying a predetermined discharge condition by the water treatment unit overboard, and washing from the buffer tank It may include a washing water drain tank for temporarily storing water.
또한, 상기 세정수 순환펌프의 후단에 설치되어 순환하는 세정수를 냉각하는 세정수 냉각유닛을 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a washing water cooling unit installed at the rear end of the washing water circulation pump to cool the circulating washing water.
또한, 상기 CO2 흡수부는, 상기 흡수액 제조부 또는 상기 흡수액 재생부로부터 공급되는 흡수액을 분사하는 하나 이상의 분사노즐과, CO2와 상기 흡수액을 접촉시켜 화학반응에 의해 CO2를 소정물질로 전환시키는 하나 이상의 유로와, 상기 하나 이상의 유로로 냉각수를 순환시켜 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 냉각하는 냉각모듈을 포함할 수 있다.In addition, the CO 2 absorption unit, one or more injection nozzles for spraying the absorption liquid supplied from the absorption liquid production unit or the absorption liquid regeneration unit, CO 2 and the absorption liquid to contact the CO 2 by a chemical reaction to convert CO 2 into a predetermined material. It may include one or more flow passages, and a cooling module for circulating cooling water through the one or more flow passages to cool the heat generated by the CO 2 absorption reaction.
또한, 상기 하나 이상의 분사노즐은, 상기 흡수액을 하향 분사하는 상단분사노즐과 하단분사노즐을 포함하고, 상기 하나 이상의 유로는, CO2와 상기 흡수액을 접촉시켜 화학반응에 의해 CO2를 소정물질로 전환시키는 상단유로와 하단유로를 포함하며, 상기 냉각모듈은 상기 상단유로 및 상기 하단유로 구간으로 냉각수를 순환시켜 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 냉각하고, 상기 CO2 흡수부는, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 상기 하단유로를 통과한 배기가스의 수분을 제거하는 미스트 캐쳐와, 수분이 제거된 배기가스의 압력을 높여 상기 연소공기 리시버로 재순환시키는 배기가스 재순환팬을 더 포함할 수 있다.In addition, the one or more injection nozzles include an upper injection nozzle and a lower injection nozzle for downwardly spraying the absorption liquid, and the one or more flow passages contact CO 2 with the absorption liquid to convert CO 2 into a predetermined material by a chemical reaction. It includes an upper channel and a lower channel for converting, and the cooling module circulates cooling water in the upper channel and the lower channel section to cool the heat generated by the CO 2 absorption reaction, and the CO 2 absorber has a curved multi-plate shape. It may further include a mist catcher that is formed to remove moisture in the exhaust gas that has passed through the lower flow path, and an exhaust gas recirculation fan that increases the pressure of the exhaust gas from which moisture has been removed and recirculates it to the combustion air receiver.
또한, 상기 상단유로 또는 상기 하단유로는, 상기 흡수액과 배기가스의 접촉시간이 늘어나도록 복수의 단과 격벽으로 구성되어 유로를 길게 형성할 수 있다.In addition, the upper flow passage or the lower flow passage may be configured with a plurality of stages and partition walls to extend the contact time between the absorbent liquid and the exhaust gas to form a long flow passage.
또한, 상기 상단유로 또는 상기 하단유로에는, 상기 흡수액과 배기가스의 접촉시간이 늘어나도록 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된 증류 칼럼 패킹이 다단으로 구성된 충진재와, 다단으로 구성된 상기 증류 칼럼 패킹 사이에 용액 재분배기가 형성될 수 있다.In addition, in the upper flow path or the lower flow path, a distillation column packing designed to have a large contact area per unit volume to increase the contact time between the absorption liquid and the exhaust gas is formed in multiple stages, and a solution between the distillation column packing composed of multiple stages A redistributor may be formed.
또한, 상기 상단유로 및 상기 하단유로에서 상기 흡수액인 NH4OH(aq)에 의해 CO2를 흡수하여 NH4HCO3(aq)로 전환시키고, 상기 냉각모듈은 상기 상단유로 및 상기 하단유로에 쿨링재킷 또는 쿨링코일 형태로 배치되어 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 제거하여 배기가스를 20℃ 내지 50℃로 냉각할 수 있다.In addition, in the upper channel and the lower channel, CO 2 is absorbed by NH 4 OH(aq), which is the absorption liquid, and converted into NH 4 HCO 3 (aq), and the cooling module is cooled in the upper channel and the lower channel. It is disposed in the form of a jacket or a cooling coil to remove the heat generated by the CO 2 absorption reaction, thereby cooling the exhaust gas to 20°C to 50°C.
또한, 티어 2(Tier Ⅱ) 모드 운전시에, 상기 배기가스 재순환팬 출구측의 밸브를 통해, 연소공기의 상기 배기가스 재순환팬으로의 역류를 방지하고, 연소공기의 압력에 따라 상기 배기가스 재순환팬의 송풍압력을 조절하여 수분이 제거된 배기가스의 압력을 높일 수 있다.In addition, during Tier II mode operation, a reverse flow of combustion air to the exhaust gas recirculation fan is prevented through the valve at the outlet side of the exhaust gas recirculation fan, and the exhaust gas recirculates according to the pressure of the combustion air By adjusting the blowing pressure of the fan, the pressure of the exhaust gas from which moisture has been removed can be increased.
또한, 상기 배기가스 리시버로부터 공급되는 고온고압의 배기가스에 의해 회전하는 터빈과, 상기 터빈의 회전축에 결합되어 회전하여서 연소공기를 압축하여 상기 연소공기 리시버로 공급하는 압축기와, 상기 압축기의 흡입구측에 형성되어 이물질을 필터링하는 공기흡입필터와, 상기 압축기로부터 상기 연소공기 리시버로 공급되는 연소공기를 냉각하는 연소공기 냉각모듈과, 상기 배기가스 리시버로부터 상기 터빈으로의 배기가스의 유량을 조절하는 제1조절밸브와, 상기 터빈의 후단에 형성되어 상기 세정부로의 배기가스의 유량을 조절하는 제2조절밸브로 구성되는, 과급기를 더 포함할 수 있다.In addition, a turbine rotating by high-temperature and high-pressure exhaust gas supplied from the exhaust gas receiver, a compressor coupled to a rotating shaft of the turbine and rotating to compress combustion air and supply it to the combustion air receiver; an air intake filter for filtering foreign substances, a combustion air cooling module for cooling combustion air supplied from the compressor to the combustion air receiver, and a second agent for controlling the flow rate of exhaust gas from the exhaust gas receiver to the turbine The first control valve and the second control valve is formed at the rear end of the turbine to control the flow rate of the exhaust gas to the cleaning unit, it may further include a supercharger.
또한, 상기 배기가스 리시버로부터 상기 세정부로의 배기가스의 유량을 조절하는 제3조절밸브를 더 포함하고, 높은 부하 또는 높은 온도의 배기가스로 인해, 상기 터빈에 연결된 배기가스파이프에 결합된 배기가스이용 관련장치의 손상이 예상되는 경우에, 상기 제3조절밸브의 개폐를 제어하여 상기 세정부로의 배기가스의 유량을 증가시켜 배기가스의 온도를 낮출 수 있다.In addition, further comprising a third control valve for controlling a flow rate of exhaust gas from the exhaust gas receiver to the cleaning unit, due to a high load or high temperature exhaust gas, the exhaust coupled to the exhaust gas pipe connected to the turbine When damage to the gas use-related device is expected, the temperature of the exhaust gas may be lowered by controlling the opening and closing of the third control valve to increase the flow rate of the exhaust gas to the cleaning unit.
또한, 상기 연소공기 냉각모듈은, 냉각수를 순환시켜 연소공기를 냉각하는 1단 이상의 쿨링재킷과, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 상기 쿨링재킷을 통과한 연소공기의 수분을 제거하는 미스트 캐쳐를 포함할 수 있다.In addition, the combustion air cooling module includes at least one cooling jacket for cooling the combustion air by circulating cooling water, and a mist catcher formed in a curved multi-plate shape to remove moisture from the combustion air that has passed through the cooling jacket. can
또한, 상기 CO2 흡수부로부터 배출되는 배출물은 상기 슬러지탱크에 저장하거나 선외배출될 수 있다.In addition, the discharge discharged from the CO 2 absorber may be stored in the sludge tank or discharged overboard.
또한, 상기 세정부 및 상기 CO2 흡수부는 상기 선박 엔진의 엔진룸 또는 엔진 케이싱 내부에 장착되는 형태로 구성될 수 있다.In addition, the cleaning unit and the CO 2 absorption unit may be configured to be mounted in an engine room or engine casing of the marine engine.
또한, 상기 흡수액 제조부는, 청수를 저장하는 청수탱크; 상기 청수탱크로부터의 청수의 공급량을 조절하는 청수조절밸브; 고압의 NH3를 저장하는 NH3저장소; 상기 청수조절밸브에 의해 공급되는 청수에 상기 NH3저장소로부터 공급되는 NH3를 분사하여 흡수액인 고농도 암모니아수를 제조하여 저장하는 암모니아수탱크; 상기 암모니아수탱크 내의 암모니아수 농도를 측정하는 pH센서; 및 상기 암모니아수탱크로부터 상기 흡수액 순환라인을 통해 상기 CO2 흡수부로 암모니아수를 공급하는 암모니아수 공급펌프;를 포함할 수 있다.In addition, the absorbent liquid manufacturing unit, a fresh water tank for storing fresh water; a fresh water control valve for controlling the supply amount of fresh water from the fresh water tank; NH 3 storage for storing high pressure NH 3 ; an ammonia water tank for preparing and storing high-concentration ammonia water as an absorption liquid by injecting NH 3 supplied from the NH 3 storage to the fresh water supplied by the fresh water control valve; a pH sensor for measuring the ammonia water concentration in the ammonia water tank; and an ammonia water supply pump for supplying ammonia water from the ammonia water tank to the CO 2 absorber through the absorption liquid circulation line.
또한, 상기 암모니아수탱크 내에 일정압력의 압축공기를 주입하여 NH3의 증발손실을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent evaporation loss of NH 3 by injecting compressed air of a certain pressure into the ammonia water tank.
또한, 상기 흡수액 재생부는, 2가 금속수산화물 수용액을 저장하는 저장탱크; 상기 CO2 흡수부로부터 배출된 고농도 암모늄염 수용액과 2가 금속수산화물 수용액을 교반기에 의해 교반하여 NH3(g)와 탄산염을 생성하는 혼합탱크; 및 상기 혼합탱크로부터 용액 및 침전물을 흡입하여 탄산염을 분리하는 필터;를 포함할 수 있다.In addition, the absorption liquid regeneration unit, a storage tank for storing the divalent metal hydroxide aqueous solution; a mixing tank for generating NH 3 (g) and carbonate by stirring the high-concentration aqueous ammonium salt solution and the divalent metal hydroxide aqueous solution discharged from the CO 2 absorber with a stirrer; and a filter for separating carbonate by sucking the solution and precipitate from the mixing tank.
또한, 상기 혼합탱크에 의해 재생된 NH3(g)를 상기 CO2 흡수부로 재공급하거나, 상기 필터에 의해 분리된 흡수액을 상기 흡수액 순환부로 공급할 수 있다.In addition, NH 3 (g) regenerated by the mixing tank may be re-supplied to the CO 2 absorption unit, or the absorption liquid separated by the filter may be supplied to the absorption liquid circulation unit.
또한, 상기 저장탱크에 저장된 2가 금속수산화물 수용액은 청수와, CaO 또는 MgO를 반응시켜 생성된 Ca(OH)2 또는 Mg(OH)2일 수 있다.In addition, the aqueous solution of divalent metal hydroxide stored in the storage tank may be Ca(OH) 2 or Mg(OH) 2 generated by reacting fresh water with CaO or MgO.
또한, 상기 필터에 의해 분리된 암모니아수 또는 청수를 상기 흡수액 순환라인으로 공급하거나, 총순환 청수 대비 상기 혼합탱크에 의해 추가 생성된 잉여 청수를 청수탱크에 저장하여 상기 저장탱크에서의 2가 금속수산화물 수용액 생성시 재활용할 수 있다.In addition, the ammonia water or fresh water separated by the filter is supplied to the absorption liquid circulation line, or the surplus fresh water additionally generated by the mixing tank compared to the total circulation fresh water is stored in the fresh water tank, and the divalent metal hydroxide aqueous solution in the storage tank It can be recycled when created.
또한, 상기 흡수액 순환부는, 상기 흡수액 순환라인을 통해 암모늄염 수용액 또는 미반응 흡수액 일부를 순환시키는 암모니아수 순환펌프와, 상기 흡수액 순환라인을 통해 상기 CO2 흡수부로 공급되는 흡수액의 농도를 측정하는 pH센서를 포함할 수 있다.In addition, the absorption liquid circulation unit includes an ammonia water circulation pump that circulates a part of the ammonium salt aqueous solution or unreacted absorption liquid through the absorption liquid circulation line, and a pH sensor for measuring the concentration of the absorption liquid supplied to the CO 2 absorption unit through the absorption liquid circulation line. may include
한편, 전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은 전술한 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치를 구비한 선박을 제공할 수 있다.On the other hand, in order to achieve the above object, the present invention can provide a ship equipped with an EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the aforementioned ship.
본 발명에 의하면, 기존 EGR을 유지하면서 EGR의 본래 목적인 NOX 생성을 줄이면서도 대표적 온실가스인 CO2는 물론, SOX를 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나, 유용한 물질로 저장 후 별도 처리할 수 있고, 재순환하는 배기가스에서 SOX와 CO2를 제거하여 엔진의 부식을 방지하고 연소품질을 향상시키고, 선박 엔진의 엔진룸 또는 엔진 케이싱 내부에 장착되는 형태로 구성하여 설치공간을 절약할 수 있어 여유공간을 확보할 수 있고, 기존 EGR 시스템이 기설치된 선박에 추가 설치가 가능하도록 하여 변경사항이 적도록 구성할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, while maintaining the existing EGR and reducing NO X generation, which is the original purpose of EGR, it absorbs CO 2 , which is a representative greenhouse gas, as well as SO X , converts it into a material that does not affect the environment, or converts it into a useful material. It can be treated separately after storage, and it removes SO X and CO 2 from the recirculated exhaust gas to prevent engine corrosion and improve combustion quality. It is possible to save space, so it is possible to secure free space, and it is possible to additionally install the existing EGR system on an already installed ship, so there is an effect that it can be configured to have fewer changes.
또한, 암모늄염 수용액 일부만을 탄산염으로 전환하고 잔존 미반응 흡수액을 순환시켜 CO2 흡수율을 유지하도록 하고, 흡수액을 재생하여 재사용하도록 하고, 흡수액의 흡수성능 저하를 방지하도록 흡수액의 농도를 조절하도록 할 수 있는 효과가 있다.In addition, only a portion of the aqueous ammonium salt solution is converted to carbonate, and the remaining unreacted absorption liquid is circulated to maintain the CO 2 absorption rate, the absorption liquid is regenerated and reused, and the concentration of the absorption liquid can be adjusted to prevent deterioration of the absorption performance of the absorption liquid. It works.
더 나아가, 흡수액의 일부만을 취해 흡수된 CO2를 제거처리하여 흡수액 재생부 및 흡수액 순환부의 장치 크기를 작게 유지하고 연속 운전이 가능하고, 선박 엔진의 부하 변화에 따른 CO2 흡수율에 유연하게 대처하도록 할 수 있고, 가압시스템을 적용하여 고농도 흡수액의 자연증발로 인한 흡수액 손실을 방지하고, NH3를 재생하여 비교적 고가의 NH3의 소모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, by taking only a portion of the absorption liquid and removing the absorbed CO 2 , the size of the apparatus of the absorption liquid regeneration part and the absorption liquid circulation part is kept small, continuous operation is possible, and it is possible to flexibly cope with the CO 2 absorption rate according to the load change of the ship engine. It is possible to prevent loss of absorbent liquid due to natural evaporation of high concentration absorbent liquid by applying a pressurization system, and it is possible to minimize consumption of relatively expensive NH 3 by regenerating NH 3 .
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치를 구현한 시스템 회로도를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 시스템 회로도의 배기가스 리시버 및 과급기를 분리 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 시스템 회로도의 세정부를 분리 도시한 것이다.
도 5는 도 2의 시스템 회로도의 CO2 흡수부와 흡수액 재생부와 흡수액 순환부를 분리 도시한 것이다.
도 6은 도 2의 시스템 회로도의 흡수액 순환라인을 통한 흡수액 농도조절 구성을 예시한 것이다.
도 7은 도 2의 시스템 회로도의 흡수액 제조부를 분리 도시한 것이다.1 shows a schematic configuration diagram of an EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a system circuit diagram that implements the EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship of Figure 1.
3 is a view showing the exhaust gas receiver and the supercharger separated in the system circuit diagram of FIG.
4 is an exploded view of the cleaning unit of the system circuit diagram of FIG. 2 .
5 is a diagram illustrating the separation of the CO 2 absorption unit, the absorption liquid regeneration unit, and the absorption liquid circulation unit in the system circuit diagram of FIG. 2 .
FIG. 6 illustrates a configuration for adjusting the concentration of an absorbent liquid through an absorbent liquid circulation line of the system circuit diagram of FIG. 2 .
FIG. 7 is an exploded view of the absorbent liquid manufacturing unit of the system circuit diagram of FIG. 2 .
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치는, 선박 엔진(10)의 각 실린더로부터 배기되는 배기가스를 임시 저장하여 맥동을 제거하는 배기가스 리시버(110), 배기가스 리시버(110)로부터의 배기가스로 세정수를 분사하여 SOX과 슈트를 제거하여 세정하고, 냉각수를 순환시켜 배기가스를 냉각하는, 세정부(120), 세정부(120)를 통과한 배기가스로 흡수액을 분사하여 CO2를 흡수하여 제거하는 CO2 흡수부(130), CO2 흡수부(130)를 통과한 배기가스를 임시저장하여 맥동을 제거하고, 연소공기와 혼합하여 선박 엔진(10)의 각 실린더로 급기하는, 연소공기 리시버(140), 고농도 CO2 흡수액을 제조하여 CO2 흡수부(130)로 공급하는 흡수액 제조부(150), CO2 흡수부(130)로부터 배출된 암모늄염 수용액을 2가 금속수산화물 수용액과 반응시켜 흡수액과 NH3를 재생하여 CO2 흡수부(130)로 순환 공급하여 흡수액으로 재사용하도록 하는 흡수액 재생부(160), 및 CO2 흡수부(130)로부터 배출된 암모늄염 수용액과 미반응 흡수액 일부를 흡수액 순환라인(A)을 통해 CO2 흡수부(130)로 순환시키는 흡수액 순환부(170)를 포함하여서, 기존 EGR을 유지하면서 EGR의 본래 목적인 NOX 생성을 줄이면서도 대표적 온실가스인 CO2는 물론, SOX를 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나, 유용한 물질로 저장할 수 있어 엔진의 부식을 방지하고 연소품질을 향상시키고, 암모늄염 수용액 일부만을 탄산염으로 전환하고 잔존 미반응 흡수액을 순환시켜 CO2 흡수율을 유지하도록 하고, 흡수액을 재생하여 재사용하도록 하고, 흡수액의 흡수성능 저하를 방지하도록 흡수액의 농도를 조절하도록 하는 것을 요지로 한다.1, the EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship according to an embodiment of the present invention is an exhaust gas receiver ( 110), a
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 전술한 구성의 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치를 구체적으로 상술하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 7, the EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship of the above configuration will be described in detail as follows.
우선, 배기가스 리시버(exhaust gas receiver)(110)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 선박 엔진(10)의 다수로 구성된 각 실린더(미도시)의 연소실로부터 연소 후 배기행정에 의해 배기가스 배출구로부터 배기되는 고온고압의 배기가스를 임시 저장하여 배기가스의 맥동을 제거하고, 조절밸브의 개폐를 통해 후단의 세정부(120) 또는 과급기(180)로 공급한다.First, the
예컨대, 각 실린더별 점화순서가 상이하므로 배기가스의 배출시점도 상이하여 맥동이 발생하는데, 배기가스 압력의 맥동을 제거하기에 적합한 용량을 구비하고 보온이 가능한 실린더 형태로 형성되고 일측은 연소실의 배기가스 배출구와 연결되고 타측은 과급기(180)의 터빈(181) 입구측 또는 세정부(120)의 세정모듈(122) 입구측과 연결된다.For example, since the ignition sequence for each cylinder is different, the discharge timing of the exhaust gas is also different and pulsation occurs. It is connected to the gas outlet and the other end is connected to the inlet side of the
다음, 세정부(EGR)(120)는 배기가스의 세정, 냉각 및 중화를 수행하는 구성요소로서, 배기가스 리시버(110)로부터 직접 또는 과급기(180)의 터빈(181) 후단으로부터 분기되어 공급되는 배기가스로 세정수를 1차 또는 2차로 순차적으로 분사하여 배기가스에 함유된 SOX과 슈트(soot)를 제거하여 세정하고, 냉각수를 순환시켜 배기가스를 냉각하여서, CO2 흡수부(130)로 공급한다.Next, the cleaning unit (EGR) 120 is a component that performs cleaning, cooling, and neutralization of exhaust gas, directly from the
참고로, 연소실에서, 연소공기에 함유된 산소 중 일부는 연료와 연소하여 CO2를 생성하고 나머지는 NOX과 SOX을 생성하는데, 세정부(120)는 연소 후 CO2가 다량 함유된 배기가스를 세정 및 냉각하여 과급기(180)로부터의 연소공기와 함께 연소에 필요한 최소한의 산소만을 선박 엔진(10)의 연소실로 공급하여, 연소공기 자체의 CO2 농도를 높이고 산소의 농도를 낮춰서 NOX의 생성을 억제하도록 한다.For reference, in the combustion chamber, some of the oxygen contained in the combustion air is combusted with fuel to generate CO 2 and the rest to generate NO X and SO X. The
한편, 배기가스의 재순환 비율에 비례하여 NOX의 감소량도 증가하는데 전체 배기가스의 30% 내지 40% 정도가 재순환되어 선박 엔진(10)으로 재급기된다.On the other hand, the reduction amount of NO X also increases in proportion to the recirculation ratio of the exhaust gas, and about 30% to 40% of the total exhaust gas is recirculated and re-supplied to the
구체적으로, 세정부(120)는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 청수(fresh water)를 공급받아 중화시켜 세정수를 세정모듈(122)과 냉각모듈(123)로 공급하는 세정수 공급모듈(121)과, 세정수 공급모듈(121)로부터의 세정수를 배기가스 리시버(110)로부터의 배기가스로 분사하여 냉각하고 세정하는 세정모듈(122)과, 냉각수를 통해 배기가스를 냉각하는 냉각모듈(123)과, 세정모듈(122)을 통과한 세정수를 순환시켜 재사용하도록 하는 세정수 순환모듈(124)과, 세정수를 수처리하는 수처리모듈(WTS;water treatment system)(125)로 구성될 수 있다.Specifically, as shown in FIGS. 2 and 4 , the
여기서, 세정수 공급모듈(121)은, 청수공급밸브(121a)를 통해 공급량을 조절하여 청수를 공급받아 세정수를 보충하여서 세정모듈(122)과 냉각모듈(123)로 공급하는 세정수보충펌프(121b)와, 세정수보충펌프(121b)로부터 세정모듈(122)과 냉각모듈(123)로 공급되는 세정수에 배기가스에 포함된 SOX에 의해 생성된 황산(H2SO4)을 제거하기 위한 염기성 중화제를 투입하는 중화제 공급밸브(121c)로 구성된다.Here, the washing
또한, 세정모듈(122)은, 세정수 공급모듈(121) 또는 세정수 순환모듈(124)로부터 공급되는 세정수를 배기가스로 1차분사하여(pre-spray) 고온의 배기가스를 200℃ 내지 300℃로 냉각하고 SOX과 슈트 등의 파티클 성분을 제거하여 세정하는 전단의 제1세정유닛(122a)과, 세정수를 배기가스로 2차분사하여(EGR cooler spray) 전단에서 냉각된 배기가스를 45℃ 내외로 냉각하고 SOX과 슈트 등의 파티클 성분을 제거하여 세정하는 후단의 제2세정유닛(122b)으로 구성된다.In addition, the washing module 122 is configured to pre-spray the washing water supplied from the washing
또한, 냉각모듈(123)은, 제1세정유닛(122a)의 하단에 형성되어 순환하는 냉각수에 의해, CO2를 흡수하기 위해 사용되는 흡수액의 종류에 따라 일정온도로 배기가스를 냉각하는 제1냉각유닛(123a)과, 제2세정유닛(122b)의 하단에 형성되어 순환하는 냉각수에 의해, CO2를 흡수하기 위해 사용되는 흡수액의 종류에 따라 일정온도로 배기가스를 냉각하는 제2냉각유닛(123b)으로 구성된다.In addition, the cooling module 123 is formed at the lower end of the
또한, 세정수 순환모듈(124)은, 세정모듈(122)을 통과한 세정수를 집수하는 세정수 순환탱크(124a)와, 세정수 순환탱크(124a)로부터의 세정수의 pH를 측정하여서 중화제 공급밸브(121c)를 조절하여 염기성 중화제의 투입량을 결정하도록 하는 pH 미터(124b)와, 세정수 초기수량을 저장하고 세정모듈(122)로 순환하는 세정수를 보충하는 버퍼탱크(124c)와, 버퍼탱크(124c)로 세정수 일부를 순환시키고 세정모듈(122)로 세정수 일부를 순환시키는 세정수 순환펌프(124d)로 구성될 수 있다.In addition, the washing
여기서, pH 미터(124b)는 순환하는 세정수에 함유된 황산에 의한 pH를 측정하고, 측정된 pH에 따라, 중화제 공급밸브(121c)에 의해 염기성 중화제, 예컨대 NaOH의 투입량을 조절하여 세정수를 중화시켜 세정수가 순환하는 파이프라인과 관련 구성요소의 부식을 방지하도록 하고, 버퍼탱크(124c)는 배기가스의 연소로 인해 부수적으로 발생한 잉여 수분을 집수하여 제거하고 수처리모듈(125)에 의해 수처리되어 정화된 세정수를 저장하여 보충할 수도 있다.Here, the
한편, 세정수 순환모듈(124)은 세정수 순환펌프(124d)의 후단에 설치되어 순환하는 세정수를 냉각하는 세정수 냉각유닛(124e)을 더 포함하여서, 배기가스의 세정 후 온도가 상승한 세정수를 냉각하여 세정모듈(122)로 공급할 수 있다. 예컨대, 세정모듈(122)을 통과하는 배기가스의 온도는 20℃ 내지 50℃ 내외가 적절하다.On the other hand, the washing
또한, 수처리모듈(125)은, 버퍼탱크(124c)로부터 배수되는 세정수를 원심분리 또는 필터링에 의해 수처리하고, 수처리된 세정수를 버퍼탱크(124c)로 회귀시키는 수처리유닛(125a)과, 수처리유닛(125a)에 의해 배출되는 슬러지(sludge)를 저장하는 슬러지탱크(125b)와, 수처리유닛(125a)에 의해 일정 선외배출조건을 충족하는 세정수를 선외배출하는 선외배출밸브(125c)와, 버퍼탱크(124c)로부터의 세정수를 임시 저장하는 세정수 드레인탱크(125d)로 구성되어서, 세정수에 포함된 슈트 등의 찌꺼기를 분리하여 저장하고 분리된 배출수를 선외배출하도록 한다.In addition, the water treatment module 125 includes a
다음, CO2 흡수부(130)는 세정부(120)를 통과하여 SOX가 제거되고 냉각된 배기가스로 흡수액 제조부(150)로부터 공급되는 흡수액을 분사하여 CO2를 흡수하여 제거하도록 한다.Next, the CO 2 absorption unit 130 passes through the
구체적으로, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, CO2 흡수부(130)는, 흡수액을 하향 분사하는 상단분사노즐(131)과, CO2와 흡수액을 물리적으로 접촉시켜 화학반응에 의해 CO2를 NH4HCO3로 전환시키는 상단유로(132)와, 흡수액을 하향 분사하는 하단분사노즐(133)과, CO2와 흡수액을 물리적으로 접촉시켜 화학반응에 의해 CO2를 NH4HCO3로 전환시키는 하단유로(134)와, 상단유로(132) 및 하단유로(134) 구간으로 냉각수를 순환시켜 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 각각 냉각하는 냉각모듈(135)과, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 하단유로(134)를 통과한 배기가스의 수분을 제거하는 미스트 캐쳐(136)와, 수분이 제거된 배기가스의 압력을 높여 연소공기 리시버(140)로 재순환시키는 배기가스 재순환팬(137)으로 구성된다.Specifically, as shown in FIGS. 2 and 5 , the CO 2 absorbing unit 130 includes the
여기서, 상단분사노즐(131) 및 하단분사노즐(133)은 주배관에 다수의 분사홀을 구비한 다수의 보조배관이 연통되어 설치된 형태로 구성될 수 있다.Here, the
한편, 상단유로(132) 또는 하단유로(134)는, 흡수액과 배기가스의 접촉시간이 늘어나도록 복수의 단과 격벽으로 구성되어 유로를 길게 형성하여서, 흡수액에 의해 CO2를 충분히 흡수하여 용해시키거나 선외배출조건을 충족하는 물질로 전환하도록 한다.On the other hand, the
또한, 상단유로(132) 또는 하단유로(134)에는, 흡수액과 배기가스의 접촉시간이 늘어나도록 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된 증류 칼럼 패킹(distilling column packing)이 다단으로 구성된 충진재(132a,134a)와, 다단으로 구성된 증류 칼럼 패킹 사이에 용액 재분배기(미도시)가 형성될 수 있다.In addition, in the
예컨대, 단위면적당 접촉면적과 기체의 압력강하와 범람속도를 고려하여 공정에 적절한 증류 칼럼 패킹을 선정할 수 있고, 용액 재분배기에 의해 청수의 채널링(channeling) 현상을 방지하도록 할 수 있다.For example, it is possible to select an appropriate distillation column packing for the process in consideration of the contact area per unit area, the pressure drop of the gas, and the overflow rate, and to prevent the channeling of fresh water by the solution redistributor.
한편, CO2를 흡수하는 흡수액의 선택에 따라, 생성물과 냉각방식이 상이할 수 있는데, 즉, 흡수액으로 흡수액 제조부(150)에 의해 제조된 고농도 NH4OH(aq)를 사용하는 경우에는, 상단유로(132) 및 하단유로(134)를 통과하는 NH4OH(aq)가 다음의 [화학식 1] 또는 [화학식 2]에 의해 CO2를 흡수하여 NH4HCO3(aq)로 전환시키고, 냉각모듈(135)은 상단유로(132) 및 하단유로(134)에 쿨링재킷(cooling jacket) 또는 쿨링코일(cooling coil) 형태로 배치되어 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 제거하여 배기가스를 20℃ 내지 50℃로 냉각하여서, [화학식 1] 또는 [화학식 2]의 원활한 정반응을 유도할 수 있다.On the other hand, depending on the selection of the absorption liquid for absorbing CO 2 , the product and the cooling method may be different, that is, when using the high concentration NH 4 OH (aq) prepared by the absorption
즉, 20℃에 미달하는 경우에 CO2 흡수율이 감소하고, 50℃를 초과하는 경우에 CO2 흡수율이 증가할 수 있지만 NH3가 기화되어 소실되는 단점이 있어서, 20℃ 내지 50℃로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.That is, when it is less than 20 ℃, the CO 2 absorption rate decreases, and when it exceeds 50 ℃, the CO 2 absorption rate may increase, but NH 3 has a disadvantage in that it is vaporized and disappears, maintaining it at 20 ℃ to 50 ℃ it may be desirable
한편, ECA(Emission Control Area)에서는 NOX 배출기준으로 티어 3(Tier Ⅲ)가 적용되어 EGR를 구동시켜 NOX 배출기준 이하로 배기가스의 NOX를 저감하여야 하나, EGR의 구동이 필수적이지 않은 공해상에서 적용되는 티어 2(Tier Ⅱ) 모드 운전시에, 배기가스 재순환팬(137) 출구측의 밸브(138)를 통해, 연소공기의 배기가스 재순환팬(137)으로의 역류를 방지하고, 연소공기의 압력에 따라 배기가스 재순환팬(137)의 송풍압력을 RPM 조절방식(VFD;Variable Frequency Driver)으로 조절하여 수분이 제거된 배기가스의 압력을 높일 수 있다.On the other hand, in ECA (Emission Control Area), Tier III is applied as the NO X emission standard to drive EGR to reduce NO X in exhaust gas below the NO X emission standard, but EGR driving is not essential. During Tier II mode operation applied on the high seas, through the
또한, 상단유로(132) 및 하단유로(134)를 통과하여 배액되는 흡수액 중 고농도 NH4HCO3(aq)은 흡수액 재생부(160)로 공급되어 NH4OH(aq)와 NH3(g)를 재생하고, 미반응 NH4OH(aq)는 흡수액 순환라인(A)를 통해 CO2 흡수부(130)로 공급되어 재사용 가능하도록 밸브조절에 의해 슬러지탱크(125b)에 저장될 수 있다.In addition, a high concentration of NH 4 HCO 3 (aq) among the absorbent liquid drained through the
다음, 연소공기 리시버(scavenge air receiver)(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이, CO2 흡수부(130)를 통과하여 CO2가 제거되고 산소 농도가 낮아진 배기가스를 임시저장하여 맥동을 제거하고, 흡입행정에서 연소공기와 혼합하여 선박 엔진(10)의 각 실린더로 급기한다.Next, the combustion air receiver (scavenge air receiver) 140, as shown in FIG. 3, passes through the
예컨대, 각 실린더별 점화순서가 상이하므로 연소공기의 흡입시점도 상이하여 맥동이 발생하는데, 연소공기 리시버(140)는 연소공기 압력의 맥동을 제거하기에 적합한 용량을 구비하고 보온이 가능한 실린더 형태로 형성되고 일측은 연소실의 연소공기 흡입구와 연결되고 타측은 CO2 흡수부(130) 또는 과급기(180)의 압축기(182) 출구측 또는 연소공기 냉각모듈(184)과 연결된다.For example, since the ignition sequence for each cylinder is different, the intake time of combustion air is also different and pulsation occurs. One side is connected to the combustion air intake of the combustion chamber and the other side is connected to the CO 2 absorber 130 or the
다음, 흡수액 제조부(150)는 고농도 CO2 흡수액을 제조하여 CO2 흡수부(130)로 초기공급하거나 흡수액 순환라인(A)을 통해 순환하는 흡수액의 농도 저하시에 고농도 흡수액을 보충하여 흡수액 농도를 조절하여 설정된 흡수성능을 유지하도록 한다.Next, the absorption
즉, 흡수액 제조부(150)는 흡수액의 농도 유지를 위해 고농도 흡수액을 공급하고자, 다음의 [화학식 3]와 같이 청수와 NH3를 반응시켜 CO2 흡수액인 고농도의 암모니아수(NH4OH(aq))를 제조하여 흡수액 순환부(170)를 거쳐 CO2 흡수부(130)로 공급한다.That is, the absorption
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 흡수액 제조부(150)는, 청수를 저장하는 청수탱크(미도시), 청수탱크로부터 청수를 암모니아수탱크(153)로 공급하는 청수조절밸브(151), 고압의 NH3를 저장하는 NH3저장소(152), 청수조절밸브(151)에 의해 공급되는 청수에 NH3저장소(152)로부터 공급되는 NH3를 분사하여 고농도 암모니아수를 제조하여 저장하는 암모니아수탱크(153), 암모니아수탱크(153) 내의 암모니아수 농도를 측정하는 pH센서(154), 및 암모니아수탱크(153)로부터 흡수액 순환라인(A)을 통해 CO2 흡수부(130)로 암모니아수를 공급하는 암모니아수 공급펌프(155)로 구성될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 7, the absorption
여기서, 흡수액 순환라인(A)을 따라 CO2 흡수부(130)와 흡수액 재생부(160)를 순환하는 암모니아수는 운전을 거듭하면서 농도가 낮아지게 되고, 이와 같이 농도가 낮아지는 경우에, 흡수액 제조부(150)는 고농도의 암모니아수를 흡수액 순환부(170)의 흡수액 순환라인(A)에 공급하여서, 낮아진 암모니아수 농도를 보상하여 설계된 암모니아수 농도로 일정하게 유지하도록 할 수 있다.Here, the concentration of ammonia water circulating through the CO 2 absorption unit 130 and the absorption
한편, 고농도 암모니아수는 동일 온도에서 저농도 암모니아수에 대비하여 NH3(g)의 분압(partial pressure)이 높아서, 대기압 상태에서는 NH3가 상대적으로 증발이 더 잘 일어나 손실이 증가한다. 이에, 고농도 암모니아수를 저장하기 위해서는 용해도가 높고 NH3(g)의 증기압이 낮아지도록 온도를 낮추고 가압 시스템하에서 운전해야 한다.On the other hand, high-concentration ammonia water has a higher partial pressure of NH 3 (g) compared to low-concentration ammonia water at the same temperature, so that NH 3 evaporates more easily at atmospheric pressure, resulting in an increase in loss. Therefore, in order to store high concentration ammonia water, the temperature should be lowered so that the solubility is high and the vapor pressure of NH 3 (g) is lowered, and it should be operated under a pressurized system.
예컨대, NH3(g)가 대기 중으로 증발 손실되는 현상을 방지하기 위해 암모니아수탱크(153) 내에 일정압력의 압축공기를 주입하여서, 암모니아수탱크(153) 내의 압력을 높은 상태로 유지하여 NH3의 증발손실을 효과적으로 방지할 수 있다.For example, in order to prevent NH 3 (g) from being evaporated and lost to the atmosphere, compressed air of a certain pressure is injected into the
예를 들면, NH3는 -34℃, 8.5bar에서 액체 상태로 저장이 가능하므로 선내에서 가용한 7bar 압축공기를 사용하여 암모니아수탱크(153) 내부를 일정압력으로 유지하여서, 50% 농도의 암모니아수를 암모니아수탱크(153)에 저장할 수 있다.For example, since NH3 can be stored in a liquid state at -34°C and 8.5 bar, the inside of the
또한, 암모니아수탱크(153)의 과압방지를 위한 안전밸브(safety valve)(156)가 설치될 수 있다.In addition, a
다음, 흡수액 재생부(160)는 CO2 흡수부(130)로부터 배출된 암모늄염 수용액을 2가 금속수산화물 수용액과 반응시켜 흡수액과 NH3를 재생하여 CO2 흡수부(130)로 순환 공급하여 흡수액으로 재사용하도록 한다.Next, the absorption
즉, 흡수액 재생부(160)는 암모늄염 수용액으로부터 NH3를 재생하여 CO2 흡수부(130)로 회귀시켜 CO2 흡수액으로 재사용하도록 하고, CO2를 CaCO3(s) 또는 MgCO3(s) 형태로 저장하거나 선외 배출하도록 할 수 있다.That is, the absorption
구체적으로, 흡수액 재생부(160)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 2가 금속수산화물 수용액을 저장하는 저장탱크(161), CO2 흡수부(130)로부터 배액된 암모늄염 수용액과 2가 금속수산화물 수용액을 교반기에 의해 교반하여 다음의 [화학식 4]과 같이 NH3(g)와 탄산염을 생성하는 혼합탱크(162)와, 혼합탱크(162)로부터 용액 및 침전물을 흡입하여 탄산염을 분리하는 필터(163)로 구성될 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 5 , the absorption
또한, 저장탱크(161)에 저장된 2가 금속수산화물 수용액은 청수와, CaO 또는 MgO를 반응시켜 생성된 Ca(OH)2 또는 Mg(OH)2일 수 있다.In addition, the aqueous solution of divalent metal hydroxide stored in the storage tank 161 may be Ca(OH) 2 or Mg(OH) 2 generated by reacting fresh water with CaO or MgO.
또한, 흡수액 순환라인(A)을 순환하는 암모니아수의 농도가 낮을 경우에는 앞선 [화학식 2]의 (NH4)2CO3의 생성이 줄어 CO2 배출량이 증가하게 되고, 농도가 높을 경우에는 과다한 CO2 흡수로 인해 탄산염 생산량이 필요 이상으로 증가하게 되므로, 암모니아수의 농도를 일정하게 유지하여 CO2 흡수부(130)의 CO2 흡수성능이 지속되도록 하여야 한다. 이를 구현하기 위해, 암모니아수의 농도를 질량기준 12%로 조절하도록 설계할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 사용조건에 따라 변경될 수 있다.In addition, when the concentration of the ammonia water circulating in the absorption liquid circulation line (A) is low, the generation of (NH 4 ) 2 CO 3 of the previous [Formula 2] is reduced to increase the CO 2 emission, and when the concentration is high, excessive CO 2 Because carbonate production increases more than necessary due to absorption, the concentration of ammonia water must be kept constant so that the CO 2 absorption performance of the CO 2 absorption unit 130 can be continued. In order to implement this, it may be designed to adjust the concentration of ammonia water to 12% by mass, but is not limited thereto and may be changed according to the conditions of use.
또한, 필터(163)에 의해 분리된 탄산염(CaCO3(s), MgCO3(s))을 슬러리 상태로, 또는 건조기(dryer)(미도시)로 이송되어 고형화된 고체 상태로, 저장하는 별도의 저장탱크(미도시)를 구비할 수도 있고, 저장없이 선외로 배출할 수도 있다. 여기서, 필터(163)의 일례로서, 고압 유체 이송에 의한 침전물 분리에 적합한 멤브레인 필터가 적용될 수 있다.In addition, the carbonate (CaCO 3 (s), MgCO 3 (s)) separated by the filter 163 is transferred to a slurry state, or a dryer (not shown) to be transferred to a solid state, and stored separately It may be provided with a storage tank (not shown) of the or may be discharged overboard without storage. Here, as an example of the filter 163, a membrane filter suitable for sediment separation by high-pressure fluid transfer may be applied.
한편, 필터(163)에 의해 분리된 암모니아수 또는 청수를 흡수액 순환부(170)로 공급하거나, 총순환 청수 대비 혼합탱크(162)에 의해 추가 생성된 잉여 청수를 청수탱크(미도시)에 저장하여 저장탱크(161)에서의 2가 금속수산화물 수용액 생성시 재활용하도록 하여 청수를 절감할 수도 있다.On the other hand, the ammonia water or fresh water separated by the filter 163 is supplied to the absorption
이를 통해, 비교적 저렴한 금속산화물(CaO 또는 MgO) 또는 2가 금속수산화물 수용액(Ca(OH)2 또는 Mg(OH)2)만을 투입하여 물의 추가 투입이 필요 없으며, 암모니아수의 농도 감소가 없고, 필터(163)의 용량 크기를 줄일 수 있고, NH3 재생비용을 줄일 수 있다. 즉, 이론적으로는 금속산화물만 소모하고, NH3와 청수를 재사용하도록 하여, CO2 제거비용을 상당히 절감할 수 있다.Through this, only relatively inexpensive metal oxide (CaO or MgO) or divalent metal hydroxide aqueous solution (Ca(OH) 2 or Mg(OH) 2 ) is added, so that additional input of water is not required, there is no decrease in the concentration of ammonia water, and the filter ( 163), it is possible to reduce the capacity size, and it is possible to reduce the cost of NH 3 regeneration. That is, in theory, only metal oxide is consumed, and NH 3 and fresh water are reused, thereby significantly reducing the cost of CO 2 removal.
또한, 앞서 언급한 바와 같이, 혼합탱크(162)에서 생성된 NH3(g)는 CO2 흡수부(130)로 공급되어 재사용되도록 할 수 있다.In addition, as mentioned above, NH 3 (g) generated in the mixing tank 162 may be supplied to the CO 2 absorption unit 130 to be reused.
다음, 흡수액 순환부(170)는 CO2 흡수부(130)로부터 배출된 암모늄염 수용액과 미반응 흡수액 일부를 흡수액 순환라인(A)을 통해 CO2 흡수부(130)로 순환시킨다.Next, the absorption
구체적으로, 흡수액 순환부(170)는, 도 1, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 흡수액 순환라인(A)을 통해 암모늄염 수용액과 미반응 흡수액 일부를 순환시키는 원심펌프타입의 암모니아수 순환펌프(171)와, CO2 흡수부(130) 상단으로 공급되는 흡수액의 농도를 측정하는 pH센서(172)를 포함할 수 있다.Specifically, the absorption
여기서, 흡수액 중 HCO3 -의 농도가 높을 경우 CO2 흡수량이 줄어들어 CO2 배출량이 증가하게 되고, HCO3 -의 농도가 낮을 경우 과다한 CO2 흡수로 인해 탄산염 생산량이 필요 이상으로 증가하게 되므로, pH센서(172)를 통해 흡수액의 농도를 지속적으로 모니터링하여 흡수액의 HCO3 -의 농도 또는 OH-의 농도, 즉 pH를 적정수준으로 유지할 수 있다.Here, when the concentration of HCO 3 − in the absorption liquid is high, the amount of CO 2 absorption decreases and CO 2 emission increases, and when the concentration of HCO 3 − is low, the carbonate production increases more than necessary due to excessive CO 2 absorption, pH By continuously monitoring the concentration of the absorbent liquid through the
이를 통해, 흡수액 순환라인(A)을 유동하는 암모늄염 수용액 일부는 흡수액 재생부(160)의 혼합탱크(162)로 이송되어 탄산염으로 전환하여 CO2 일부만을 제거처리하고, 필터(163)에 의해 재생된 암모니아수를 흡수액 순환라인(A)으로 공급하여 OH-의 농도가 높고 HCO3 -의 농도가 낮아진 흡수액을 공급하여 CO2 흡수율을 유지하도록 할 수 있다.Through this, a portion of the ammonium salt aqueous solution flowing through the absorption liquid circulation line (A) is transferred to the mixing tank 162 of the absorption
이에 따라, CO2 포집시 사용하는 흡수액의 일부만을 취해 흡수된 CO2를 제거처리하여 흡수액 재생부(160) 및 흡수액 순환부(170)의 장치 크기를 작게 유지하고 연속 운전이 가능하고, 선박 엔진(10)의 부하 변화에 따른 CO2 흡수율에 유연하게 대처하도록 할 수 있다.Accordingly, by taking only a part of the absorbent liquid used for collecting CO 2 and removing the absorbed CO 2 , the size of the apparatus of the
다음, 과급기(turbo charger)(180)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 배기가스 리시버(110)로부터 공급되는 고온고압의 배기가스에 의해 회전하는 터빈(181)과, 터빈(181)의 회전축에 결합되어 회전하여서 연소공기를 압축하여 연소공기 리시버(140)로 공급하는 압축기(182)와, 압축기(182)의 흡입구측에 형성되어 이물질을 필터링하는 공기흡입필터(183)와, 압축기(182)로부터 연소공기 리시버(140)로 공급되는 연소공기를 냉각하는 연소공기 냉각모듈(184)과, 배기가스 리시버(110)로부터 터빈(181)으로의 배기가스의 유량을 조절하는 제1조절밸브(185)와, 터빈의 후단(181)에 형성되어 세정부(120)로의 배기가스의 유량을 조절하는 제2조절밸브(186)로 구성되어서, 배기가스의 고온고압 에너지를 이용하여 연소공기를 압축시켜 엔진효율을 높이도록 한다.Next, as shown in FIG. 3 , the
한편, 배기가스 리시버(110)로부터 세정부(120)로의 배기가스의 유량을 조절하는 제3조절밸브(187)를 더 포함하여서, 높은 부하 또는 높은 온도의 배기가스로 인해, 터빈(181)의 출구측에 연결된 배기가스파이프(A)에 결합된 배기가스이용 관련장치, 예를 들면 스팀발생장치의 손상이 예상되는 경우에, 제3조절밸브(187)의 개폐를 제어하여 세정부(120)로의 배기가스의 유량을 증가시켜 배기가스의 온도를 낮추도록 할 수도 있다.On the other hand, by further comprising a
또한, 연소공기 냉각모듈(184)은, 냉각수를 순환시켜 연소공기를 냉각하는 1단 또는 2단의 쿨링재킷(184a)과, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 쿨링재킷(184a)을 통과한 연소공기의 수분을 제거하는 미스트 캐쳐(184b)로 구성되어서, 압축기(182)에 의한 연소공기 압축에 따른 온도상승을 낮춰 과급기 효율을 높이고 공기 밀도를 높여 선박 엔진(10)의 효율을 향상시키도록 한다.In addition, the combustion
한편, 세정부(120) 및 CO2 흡수부(130)는 선박 엔진(10)의 엔진룸 또는 엔진 케이싱 내부에 장착되는 형태로 구성되어서, 설치공간을 절약할 수 있고, 기존 EGR 시스템이 기설치된 선박에 추가 설치가 가능하도록 하여 변경사항이 적도록 구성할 수 있다.On the other hand, the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박은, 앞서 언급한 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치를 구비한 선박을 제공할 수 있다.On the other hand, the ship according to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a ship equipped with the above-mentioned EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device.
따라서, 전술한 바와 같은 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치의 구성에 의해서, 기존 EGR을 유지하면서 EGR의 본래 목적인 NOX 생성을 줄이면서도 대표적 온실가스인 CO2는 물론, SOX를 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나, 유용한 물질로 저장할 수 있어 엔진의 부식을 방지하고 연소품질을 향상시키고, 재순환하는 배기가스에서 SOX와 CO2를 제거하여 엔진의 부식을 방지하고 연소품질을 향상시키고, 선박 엔진의 엔진룸 또는 엔진 케이싱 내부에 장착되는 형태로 구성하여 설치공간을 절약할 수 있어 여유공간을 확보할 수 있고, 기존 EGR 시스템이 기설치된 선박에 추가 설치가 가능하도록 하여 변경사항이 적도록 구성할 수 있다.Therefore, by the configuration of the ship's EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device as described above, while maintaining the existing EGR and reducing the generation of NO X , which is the original purpose of EGR, it absorbs CO 2 as well as SO X , which is a representative greenhouse gas, to the environment. It can be converted into a substance that does not affect the exhaust or stored as a useful substance to prevent engine corrosion and improve combustion quality. It is possible to improve the quality and to be installed in the engine room of a ship engine or inside the engine casing to save installation space, thereby securing free space, and enabling additional installation on ships where the existing EGR system is already installed. It can be configured to have few changes.
또한, 암모늄염 수용액 일부만을 탄산염으로 전환하고 잔존 미반응 흡수액을 순환시켜 CO2 흡수율을 유지하도록 하고, 흡수액을 재생하여 재사용하도록 하고, 흡수액의 흡수성능 저하를 방지하도록 흡수액의 농도를 조절하도록 할 수 있고, 흡수액의 일부만을 취해 흡수된 CO2를 제거처리하여 흡수액 재생부 및 흡수액 순환부의 장치 크기를 작게 유지하고 연속 운전이 가능하고, 선박 엔진의 부하 변화에 따른 CO2 흡수율에 유연하게 대처하도록 할 수 있고, 가압시스템을 적용하여 고농도 흡수액의 자연증발로 인한 흡수액 손실을 방지하고, NH3를 재생하여 비교적 고가의 NH3의 소모를 최소화할 수 있다.In addition, only a part of the aqueous ammonium salt solution is converted into carbonate, and the remaining unreacted absorption liquid is circulated to maintain the CO 2 absorption rate, the absorption liquid is regenerated and reused, and the concentration of the absorption liquid can be adjusted to prevent deterioration of the absorption performance of the absorption liquid. , by taking only a part of the absorbent and removing the absorbed CO 2 , the size of the absorbent regeneration part and the absorbent circulation part is kept small, continuous operation is possible, and the CO 2 absorption rate according to the load change of the ship engine can be flexibly dealt with. In addition, by applying a pressurization system, absorption liquid loss due to natural evaporation of high concentration absorption liquid is prevented, and consumption of relatively expensive NH 3 can be minimized by regenerating NH 3 .
110 : 배기가스 리시버 120 : 세정부
121 : 세정수 공급모듈 122 : 세정모듈
123 : 냉각모듈 124 : 세정수 순환모듈
125 : 수처리모듈 130 : CO2 흡수부
131 : 상단분사노즐 132 : 상단유로
133 : 하단분사노즐 134 : 하단유로
135 : 냉각모듈 136 : 미스트 캐쳐
137 : 배기가스 재순환팬 138 : 밸브
140 : 연소공기 리시버 150 : 흡수액 제조부
151 : 청수조절밸브 152 : NH3저장소
153 : 암모니아수탱크 154 : pH센서
155 : 암모니아수 공급펌프 156 : 안전밸브
160 : 흡수액 재생부 161 : 저장탱크
162 : 혼합탱크 163 : 필터
170 : 흡수액 순환부 171 : 암모니아수 순환펌프
172 : pH센서 180 : 과급기
181 : 터빈 182 : 압축기
183 : 공기흡입필터 184 : 연소공기 냉각모듈
185 : 제1조절밸브 186 : 제2조절밸브
187 : 제3조절밸브110: exhaust gas receiver 120: cleaning unit
121: washing water supply module 122: washing module
123: cooling module 124: washing water circulation module
125: water treatment module 130: CO 2 absorption part
131: upper injection nozzle 132: upper flow path
133: lower injection nozzle 134: lower flow path
135: cooling module 136: mist catcher
137: exhaust gas recirculation fan 138: valve
140: combustion air receiver 150: absorption liquid production unit
151: fresh water control valve 152: NH 3 storage
153: ammonia water tank 154: pH sensor
155: ammonia water supply pump 156: safety valve
160: absorption liquid regeneration unit 161: storage tank
162: mixing tank 163: filter
170: absorption liquid circulation unit 171: ammonia water circulation pump
172: pH sensor 180: supercharger
181: turbine 182: compressor
183: air intake filter 184: combustion air cooling module
185: first control valve 186: second control valve
187: third control valve
Claims (23)
상기 배기가스 리시버로부터의 배기가스로 세정수를 분사하여 SOX과 슈트를 제거하여 세정하고, 냉각수를 순환시켜 배기가스를 냉각하는, 세정부;
상기 세정부를 통과한 배기가스로 흡수액을 분사하여 CO2를 흡수하여 제거하는 CO2 흡수부;
상기 CO2 흡수부를 통과한 배기가스를 임시저장하여 맥동을 제거하고, 연소공기와 혼합하여 선박 엔진의 각 실린더로 급기하는, 연소공기 리시버;
고농도 CO2 흡수액을 제조하여 상기 CO2 흡수부로 공급하는 흡수액 제조부;
상기 CO2 흡수부로부터 배출된 암모늄염 수용액을 2가 금속수산화물 수용액과 반응시켜 흡수액과 NH3를 재생하여 상기 CO2 흡수부로 순환 공급하여 흡수액으로 재사용하도록 하는 흡수액 재생부; 및
상기 CO2 흡수부로부터 배출된 암모늄염 수용액과 미반응 흡수액 일부를 흡수액 순환라인을 통해 상기 CO2 흡수부로 순환시키는 흡수액 순환부;를 포함하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.an exhaust gas receiver for temporarily storing exhaust gas exhausted from each cylinder of the marine engine to remove pulsation;
a washing unit which sprays washing water into the exhaust gas from the exhaust gas receiver to remove SO X and chute for washing, and circulates cooling water to cool the exhaust gas;
a CO 2 absorption unit for absorbing and removing CO 2 by injecting an absorption liquid into the exhaust gas that has passed through the washing unit;
a combustion air receiver for temporarily storing the exhaust gas that has passed through the CO 2 absorber, removing the pulsation, and mixing it with combustion air to supply air to each cylinder of the marine engine;
an absorption liquid preparation unit for preparing a high-concentration CO 2 absorption liquid and supplying it to the CO 2 absorption unit;
an absorption liquid regenerating unit for regenerating the absorption liquid and NH 3 by reacting the aqueous ammonium salt solution discharged from the CO 2 absorption unit with an aqueous divalent metal hydroxide solution, circulating and supplying the absorption liquid and NH 3 to the CO 2 absorption unit for reuse as an absorption liquid; and
An absorption liquid circulation unit circulating a portion of the ammonium salt aqueous solution and unreacted absorption liquid discharged from the CO 2 absorption unit to the CO 2 absorption unit through an absorption liquid circulation line; Containing, EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for ships.
상기 세정부는,
청수를 공급받아 중화시켜 세정수를 공급하는 세정수 공급모듈과, 상기 세정수 공급모듈로부터의 세정수를 상기 배기가스 리시버로부터의 배기가스로 분사하여 냉각하고 세정하는 세정모듈과, 냉각수를 통해 배기가스를 냉각하는 냉각모듈과, 상기 세정모듈을 통과한 세정수를 순환시키는 세정수 순환모듈과, 세정수를 수처리하는 수처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.The method of claim 1,
The cleaning unit,
A washing water supply module that receives fresh water and neutralizes it to supply washing water; a washing module that cools and cleans by spraying the washing water from the washing water supply module into the exhaust gas from the exhaust gas receiver; A cooling module for cooling gas, a washing water circulation module for circulating the washing water that has passed through the washing module, and a water treatment module for water treatment of the washing water, an EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for a ship.
상기 세정수 공급모듈은, 청수를 공급받아 세정수를 보충하여 상기 세정모듈로 공급하는 세정수보충펌프와, 상기 세정모듈로 공급되는 세정수에 pH를 조절하기 위한 중화제를 투입하는 중화제 공급밸브를 포함하고,
상기 세정모듈은, 배기가스로 세정수를 분사하여 SOX과 슈트를 제거하여 세정하는 하나 이상의 세정유닛을 포함하며,
상기 냉각모듈은, 상기 하나 이상의 세정유닛의 하단에 형성되어 순환하는 냉각수에 의해 상기 흡수액의 종류에 따라 일정온도로 배기가스를 냉각하는 하나 이상의 냉각유닛을 포함하고,
상기 세정수 순환모듈은, 상기 세정모듈을 통과한 세정수를 집수하는 세정수 순환탱크와, 상기 세정수 순환탱크로부터의 세정수의 pH를 측정하여서 상기 중화제 공급밸브를 조절하여 상기 중화제의 투입량을 결정하도록 하는 pH 미터와, 세정수 초기수량을 저장하고 세정수를 보충하는 버퍼탱크와, 상기 버퍼탱크로 세정수 일부를 순환시키고 상기 세정모듈로 세정수 일부를 순환시키는 세정수 순환펌프를 포함하며,
상기 수처리모듈은, 상기 버퍼탱크로부터 배수되는 세정수를 수처리하여 수처리된 세정수를 상기 버퍼탱크로 회귀시키는 수처리유닛과, 상기 수처리유닛에 의한 슬러지를 저장하는 슬러지탱크와, 상기 수처리유닛에 의해 일정 배출조건을 충족하는 세정수를 선외배출하는 선외배출밸브와, 상기 버퍼탱크로부터의 세정수를 임시 저장하는 세정수 드레인탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.3. The method of claim 2,
The washing water supply module includes a washing water replenishment pump that receives fresh water and replenishes the washing water and supplies it to the washing module, and a neutralizing agent supply valve that injects a neutralizing agent for adjusting pH to the washing water supplied to the washing module. including,
The cleaning module includes one or more cleaning units for cleaning by spraying cleaning water with exhaust gas to remove SO X and chute,
The cooling module includes one or more cooling units formed at the lower end of the one or more cleaning units and cooling the exhaust gas to a predetermined temperature according to the type of the absorption liquid by the circulating cooling water,
The washing water circulation module includes: a washing water circulation tank collecting the washing water that has passed through the washing module; a pH meter to determine the pH; ,
The water treatment module includes: a water treatment unit that water-treats the washing water drained from the buffer tank and returns the water-treated washing water to the buffer tank; a sludge tank that stores sludge from the water treatment unit; An EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for a ship, comprising: an overboard discharge valve for discharging the washing water satisfying the discharge condition to the outboard; and a washing water drain tank for temporarily storing the washing water from the buffer tank.
상기 세정수 순환펌프의 후단에 설치되어 순환하는 세정수를 냉각하는 세정수 냉각유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.4. The method of claim 3,
EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship, characterized in that it further comprises a washing water cooling unit installed at the rear end of the washing water circulation pump to cool the circulating washing water.
상기 CO2 흡수부는,
상기 흡수액 제조부 또는 상기 흡수액 재생부로부터 공급되는 흡수액을 분사하는 하나 이상의 분사노즐과, CO2와 상기 흡수액을 접촉시켜 화학반응에 의해 CO2를 소정물질로 전환시키는 하나 이상의 유로와, 상기 하나 이상의 유로로 냉각수를 순환시켜 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 냉각하는 냉각모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.The method of claim 1,
The CO 2 absorption unit,
One or more injection nozzles for spraying the absorbent liquid supplied from the absorbent liquid manufacturing unit or the absorbent liquid regenerating unit, one or more flow passages for converting CO 2 into a predetermined material by a chemical reaction by contacting CO 2 with the absorbent liquid, and the one or more EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship, characterized in that it includes a cooling module for cooling the heat generated by the CO 2 absorption reaction by circulating the cooling water through the flow path.
상기 하나 이상의 분사노즐은, 상기 흡수액을 하향 분사하는 상단분사노즐과 하단분사노즐을 포함하고,
상기 하나 이상의 유로는, CO2와 상기 흡수액을 접촉시켜 화학반응에 의해 CO2를 소정물질로 전환시키는 상단유로와 하단유로를 포함하며,
상기 냉각모듈은 상기 상단유로 및 상기 하단유로 구간으로 냉각수를 순환시켜 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 냉각하고,
상기 CO2 흡수부는, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 상기 하단유로를 통과한 배기가스의 수분을 제거하는 미스트 캐쳐와, 수분이 제거된 배기가스의 압력을 높여 상기 연소공기 리시버로 재순환시키는 배기가스 재순환팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.6. The method of claim 5,
The one or more injection nozzles include an upper injection nozzle and a lower injection nozzle for downwardly spraying the absorption liquid,
The at least one flow path includes an upper flow path and a lower flow path for converting CO 2 into a predetermined material by a chemical reaction by contacting CO 2 with the absorption liquid,
The cooling module circulates cooling water to the upper passage and the lower passage section to cool the heat generated by the CO 2 absorption reaction,
The CO 2 absorption unit is formed in a curved multi-plate shape and includes a mist catcher for removing moisture from the exhaust gas that has passed through the lower flow path, and exhaust gas recirculation for recirculating the exhaust gas to the combustion air receiver by increasing the pressure of the exhaust gas from which moisture has been removed. EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship, characterized in that it further comprises a fan.
상기 상단유로 또는 상기 하단유로는, 상기 흡수액과 배기가스의 접촉시간이 늘어나도록 복수의 단과 격벽으로 구성되어 유로를 길게 형성하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.7. The method of claim 6,
The upper flow passage or the lower flow passage, characterized in that it is composed of a plurality of stages and bulkheads so as to increase the contact time of the absorption liquid and the exhaust gas to form a long passage, EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for ships.
상기 상단유로 또는 상기 하단유로에는, 상기 흡수액과 배기가스의 접촉시간이 늘어나도록 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된 증류 칼럼 패킹이 다단으로 구성된 충진재와, 다단으로 구성된 상기 증류 칼럼 패킹 사이에 용액 재분배기가 형성되는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.7. The method of claim 6,
In the upper flow path or the lower flow path, a distillation column packing designed to have a large contact area per unit volume to increase the contact time between the absorbent liquid and the exhaust gas is formed in multiple stages, and a solution redistributor is provided between the distillation column packing composed of multiple stages. A device for reducing EGR-coupled greenhouse gas emissions of a ship, characterized in that it is formed.
상기 상단유로 및 상기 하단유로에서 상기 흡수액인 NH4OH(aq)에 의해 CO2를 흡수하여 NH4HCO3(aq)로 전환시키고,
상기 냉각모듈은 상기 상단유로 및 상기 하단유로에 쿨링재킷 또는 쿨링코일 형태로 배치되어 CO2 흡수반응으로 인한 발열을 제거하여 배기가스를 20℃ 내지 50℃로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.7. The method of claim 6,
Absorbing CO 2 by NH 4 OH(aq), which is the absorption liquid, in the upper flow path and the bottom flow path, and converting it into NH 4 HCO 3 (aq),
The cooling module is disposed in the form of a cooling jacket or a cooling coil in the upper passage and the lower passage to remove heat due to the CO 2 absorption reaction to cool the exhaust gas to 20°C to 50°C, EGR of a ship Combined greenhouse gas emission reduction device.
티어 2(Tier Ⅱ) 모드 운전시에, 상기 배기가스 재순환팬 출구측의 밸브를 통해, 연소공기의 상기 배기가스 재순환팬으로의 역류를 방지하고,
연소공기의 압력에 따라 상기 배기가스 재순환팬의 송풍압력을 조절하여 수분이 제거된 배기가스의 압력을 높이는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.7. The method of claim 6,
During Tier II mode operation, through the valve on the outlet side of the exhaust gas recirculation fan, the reverse flow of combustion air to the exhaust gas recirculation fan is prevented,
An EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for a ship, characterized in that it increases the pressure of the exhaust gas from which moisture has been removed by adjusting the blowing pressure of the exhaust gas recirculation fan according to the pressure of the combustion air.
상기 배기가스 리시버로부터 공급되는 고온고압의 배기가스에 의해 회전하는 터빈과, 상기 터빈의 회전축에 결합되어 회전하여서 연소공기를 압축하여 상기 연소공기 리시버로 공급하는 압축기와, 상기 압축기의 흡입구측에 형성되어 이물질을 필터링하는 공기흡입필터와, 상기 압축기로부터 상기 연소공기 리시버로 공급되는 연소공기를 냉각하는 연소공기 냉각모듈과, 상기 배기가스 리시버로부터 상기 터빈으로의 배기가스의 유량을 조절하는 제1조절밸브와, 상기 터빈의 후단에 형성되어 상기 세정부로의 배기가스의 유량을 조절하는 제2조절밸브로 구성되는, 과급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.The method of claim 1,
A turbine rotating by the high-temperature and high-pressure exhaust gas supplied from the exhaust gas receiver, a compressor coupled to a rotating shaft of the turbine and rotating to compress combustion air and supply it to the combustion air receiver; an air intake filter for filtering foreign substances, a combustion air cooling module for cooling the combustion air supplied from the compressor to the combustion air receiver, and a first control for controlling the flow rate of exhaust gas from the exhaust gas receiver to the turbine A valve and a second control valve formed at the rear end of the turbine to control the flow rate of exhaust gas to the washing unit, characterized in that it further comprises a turbocharger, EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship.
상기 배기가스 리시버로부터 상기 세정부로의 배기가스의 유량을 조절하는 제3조절밸브를 더 포함하고,
높은 부하 또는 높은 온도의 배기가스로 인해, 상기 터빈에 연결된 배기가스파이프에 결합된 배기가스이용 관련장치의 손상이 예상되는 경우에, 상기 제3조절밸브의 개폐를 제어하여 상기 세정부로의 배기가스의 유량을 증가시켜 배기가스의 온도를 낮추도록 하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.12. The method of claim 11,
Further comprising a third control valve for controlling the flow rate of the exhaust gas from the exhaust gas receiver to the cleaning unit,
When damage to the exhaust gas use related device coupled to the exhaust gas pipe connected to the turbine is expected due to a high load or high temperature exhaust gas, the third control valve is opened and closed to control the exhaust gas to the cleaning unit EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship, characterized in that to lower the temperature of the exhaust gas by increasing the flow rate of gas.
상기 연소공기 냉각모듈은, 냉각수를 순환시켜 연소공기를 냉각하는 1단 이상의 쿨링재킷과, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 상기 쿨링재킷을 통과한 연소공기의 수분을 제거하는 미스트 캐쳐를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.12. The method of claim 11,
The combustion air cooling module comprises at least one cooling jacket for cooling the combustion air by circulating cooling water, and a mist catcher formed in a curved multi-plate shape to remove moisture from the combustion air that has passed through the cooling jacket. EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device for ships.
상기 CO2 흡수부로부터 배출되는 배출물은 상기 슬러지탱크에 저장하거나 선외배출되는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.4. The method of claim 3,
EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship, characterized in that the discharge discharged from the CO 2 absorption unit is stored in the sludge tank or discharged overboard.
상기 세정부 및 상기 CO2 흡수부는 상기 선박 엔진의 엔진룸 또는 엔진 케이싱 내부에 장착되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.The method of claim 1,
The washing unit and the CO 2 absorption unit EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship, characterized in that it is configured in a form mounted inside the engine room or engine casing of the ship engine.
상기 흡수액 제조부는,
청수를 저장하는 청수탱크;
상기 청수탱크로부터의 청수의 공급량을 조절하는 청수조절밸브;
고압의 NH3를 저장하는 NH3저장소;
상기 청수조절밸브에 의해 공급되는 청수에 상기 NH3저장소로부터 공급되는 NH3를 분사하여 흡수액인 고농도 암모니아수를 제조하여 저장하는 암모니아수탱크;
상기 암모니아수탱크 내의 암모니아수 농도를 측정하는 pH센서; 및
상기 암모니아수탱크로부터 상기 흡수액 순환라인을 통해 상기 CO2 흡수부로 암모니아수를 공급하는 암모니아수 공급펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.The method of claim 1,
The absorbent liquid production unit,
Fresh water tank for storing fresh water;
a fresh water control valve for controlling the supply amount of fresh water from the fresh water tank;
NH 3 storage for storing high pressure NH 3 ;
an ammonia water tank for preparing and storing high-concentration ammonia water as an absorption liquid by injecting NH 3 supplied from the NH 3 storage to the fresh water supplied by the fresh water control valve;
a pH sensor for measuring the ammonia water concentration in the ammonia water tank; and
An ammonia water supply pump for supplying ammonia water from the ammonia water tank to the CO 2 absorption part through the absorption liquid circulation line;
상기 암모니아수탱크 내에 일정압력의 압축공기를 주입하여 NH3의 증발손실을 방지하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.17. The method of claim 16,
EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship, characterized in that by injecting compressed air of a certain pressure into the ammonia water tank to prevent evaporative loss of NH 3 .
상기 흡수액 재생부는,
2가 금속수산화물 수용액을 저장하는 저장탱크;
상기 CO2 흡수부로부터 배출된 고농도 암모늄염 수용액과 2가 금속수산화물 수용액을 교반기에 의해 교반하여 NH3(g)와 탄산염을 생성하는 혼합탱크; 및
상기 혼합탱크로부터 용액 및 침전물을 흡입하여 탄산염을 분리하는 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.The method of claim 1,
The absorbent liquid regeneration unit,
a storage tank for storing an aqueous solution of divalent metal hydroxide;
a mixing tank for generating NH 3 (g) and carbonate by stirring the high-concentration aqueous ammonium salt solution and the divalent metal hydroxide aqueous solution discharged from the CO 2 absorber with a stirrer; and
A filter for separating carbonate by sucking the solution and sediment from the mixing tank; characterized in that it comprises a, EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship.
상기 혼합탱크에 의해 재생된 NH3(g)를 상기 CO2 흡수부로 재공급하거나, 상기 필터에 의해 분리된 흡수액을 상기 흡수액 순환부로 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.19. The method of claim 18,
NH 3 (g) regenerated by the mixing tank is re-supplied to the CO 2 absorption unit, or the absorption liquid separated by the filter is supplied to the absorption liquid circulation unit, EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship .
상기 저장탱크에 저장된 2가 금속수산화물 수용액은 청수와, CaO 또는 MgO를 반응시켜 생성된 Ca(OH)2 또는 Mg(OH)2인 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.19. The method of claim 18,
The divalent metal hydroxide aqueous solution stored in the storage tank is Ca(OH) 2 or Mg(OH) 2 generated by reacting fresh water with CaO or MgO, EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of a ship, characterized in that.
상기 필터에 의해 분리된 암모니아수 또는 청수를 상기 흡수액 순환라인으로 공급하거나, 총순환 청수 대비 상기 혼합탱크에 의해 추가 생성된 잉여 청수를 청수탱크에 저장하여 상기 저장탱크에서의 2가 금속수산화물 수용액 생성시 재활용하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.19. The method of claim 18,
When the ammonia water or fresh water separated by the filter is supplied to the absorption liquid circulation line, or the surplus fresh water additionally generated by the mixing tank compared to the total circulation fresh water is stored in the fresh water tank to generate a divalent metal hydroxide aqueous solution in the storage tank Characterized in recycling, the EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship.
상기 흡수액 순환부는, 상기 흡수액 순환라인을 통해 암모늄염 수용액 또는 미반응 흡수액 일부를 순환시키는 암모니아수 순환펌프와, 상기 흡수액 순환라인을 통해 상기 CO2 흡수부로 공급되는 흡수액의 농도를 측정하는 pH센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 EGR 결합 온실가스 배출 저감장치.The method of claim 1,
The absorption liquid circulation unit includes an ammonia water circulation pump for circulating a portion of the ammonium salt aqueous solution or unreacted absorption liquid through the absorption liquid circulation line, and a pH sensor for measuring the concentration of the absorption liquid supplied to the CO 2 absorption unit through the absorption liquid circulation line Characterized in that, the EGR-coupled greenhouse gas emission reduction device of the ship.
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Legal Events
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