KR102647412B1 - Carbon dioxide treatment system and offshore floating vessel including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소를 가열 및 가압하여 주입부에 주입하는 이산화탄소 처리 시스템에 관한 것으로, 상기 이산화탄소 처리 시스템은, 상기 주입부로 주입되는 이산화탄소를 가압하는 이산화탄소 공급펌프; 상기 주입부로 주입되는 이산화탄소를 가열하는 이산화탄소 가열기; 및 상기 이산화탄소 처리 시스템에 공급되는 전력을 생산하는 메탄올 연료전지;를 포함하고, 상기 메탄올 연료전지의 배기가스는, 이산화탄소를 저장하는 버퍼탱크에서 발생되는 기체 이산화탄소와 혼합되어 상기 이산화탄소 가열기로 공급될 수 있다.The present invention relates to a carbon dioxide treatment system that heats and pressurizes carbon dioxide and injects it into an injection unit. The carbon dioxide treatment system includes: a carbon dioxide supply pump that pressurizes carbon dioxide injected into the injection unit; a carbon dioxide heater that heats carbon dioxide injected into the injection unit; and a methanol fuel cell that produces power supplied to the carbon dioxide treatment system, wherein the exhaust gas of the methanol fuel cell can be mixed with gaseous carbon dioxide generated in a buffer tank storing carbon dioxide and supplied to the carbon dioxide heater. there is.

Description

이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 부유물{Carbon dioxide treatment system and offshore floating vessel including the same}Carbon dioxide treatment system and offshore floating vessel including the same}

본 발명은 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 부유물에 관한 것이다.The present invention relates to carbon dioxide treatment systems and marine floats containing the same.

최근 국제 협약을 통한 온실가스 배출에 대한 규제가 강화되고 있다. 이에 따라 온실가스 감축을 위한 방안으로 이산화탄소를 영구 또는 반영구적으로 해양, 지중, 지표 등에 저장하는 이산화탄소 포집 및 지중저장 기술(Carbon Capture Storage, CCS)이 개발되고 있다.Recently, regulations on greenhouse gas emissions have been strengthened through international agreements. Accordingly, carbon dioxide capture and underground storage technology (Carbon Capture Storage, CCS), which permanently or semi-permanently stores carbon dioxide in the ocean, underground, or surface, is being developed as a way to reduce greenhouse gases.

이산화탄소를 지중 저장하기 위한 해양 CCS 플랫폼의 경우, 해저 배관으로 이산화탄소를 공급받도록 구성되거나, 이산화탄소 운반선을 통해 이산화탄소를 공급받도록 구성되며, 해양 CCS 플랫폼이 해저 배관으로 이산화탄소를 공급받으며 동시에 이산화탄소 운반선을 통해 이산화탄소를 공급받도록 구성되지 않는다. 이는 해저 배관의 이산화탄소의 공급 조건(상온, 고압 조건)과 이산화탄소 운반선을 통한 이산화탄소의 공급 조건(0℃ 이하, 저압)이 상이하여, 해저 배관의 이산화탄소와 이산화탄소 운반선의 이산화탄소가 혼합될 때 이산화탄소의 상변화가 야기되거나, 운전온도 조건이 설계 범위 밖으로 벗어날 수 있어 설비의 운영 안정성이 떨어질 수 있기 때문이다.In the case of an offshore CCS platform for storing carbon dioxide underground, it is configured to receive carbon dioxide through a subsea pipeline or to receive carbon dioxide through a carbon dioxide carrier. An offshore CCS platform receives carbon dioxide through an underwater pipeline and simultaneously supplies carbon dioxide through a carbon dioxide carrier. It is not configured to be supplied. This is because the supply conditions of carbon dioxide from the submarine pipeline (room temperature, high pressure conditions) and the supply conditions of carbon dioxide through the carbon dioxide carrier (below 0°C, low pressure) are different, so when carbon dioxide from the submarine pipeline and carbon dioxide from the carbon dioxide carrier are mixed, the phase of carbon dioxide This is because changes may occur or operating temperature conditions may deviate from the design range, which may reduce the operational stability of the facility.

이에 따라, 해저 배관의 이산화탄소와 이산화탄소 운반선의 이산화탄소의 공급 조건 각각을 맞추기 위해, 별도의 설비를 구비할 수 있으나, 설비의 수가 증가하면 비용이 증가하고 설치 공간이 필요하게 된다.Accordingly, separate facilities can be provided to meet the supply conditions of carbon dioxide in the submarine pipe and carbon dioxide in the carbon dioxide carrier, but as the number of facilities increases, the cost increases and installation space is required.

따라서, 해저 배관의 이산화탄소와 이산화탄소 운반선의 이산화탄소를 동시에 공급받아 이산화탄소를 처리하고, 이산화탄소를 지중에 주입하기 위한 이산화탄소 처리 시스템이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a carbon dioxide treatment system to simultaneously receive carbon dioxide from submarine pipes and carbon dioxide from a carbon dioxide carrier, process the carbon dioxide, and inject the carbon dioxide into the ground.

한편, 이산화탄소는 삼중점 즉, -56.3℃, 5.17bar 부근에서 가장 밀도가 높으므로 삼중점 부근의 상태에서 운반하는 것이 일반적이며, 포집단계에서 기상의 이산화탄소를 액상의 이산화탄소로 액화시켜 운반하며, 이산화탄소의 지중 주입 안전성을 위하여 초임계상태의 이산화탄소로 변환하여 지중에 주입한다.Meanwhile, carbon dioxide has the highest density near the triple point, that is, -56.3℃, 5.17 bar, so it is generally transported near the triple point. In the capture stage, gaseous carbon dioxide is liquefied into liquid carbon dioxide and transported, and carbon dioxide is stored in the ground. For injection safety, it is converted into supercritical carbon dioxide and injected into the ground.

이산화탄소를 초임계상태로 만들기 위해 이산화탄소에 대해 가열이 필요하다. 이산화탄소의 가열을 위해, 해수를 열원으로 사용하거나, 전열기 또는 연소기 등을 사용할 수 있다.To make carbon dioxide into a supercritical state, carbon dioxide needs to be heated. To heat carbon dioxide, seawater can be used as a heat source, or an electric heater or combustor can be used.

해수를 열원으로 사용하는 경우, 이산화탄소 처리 시스템 설비의 구성이 복잡해질 수 있으며, 해수 온도(해수 온도가 5℃ 이하인 경우 가열이 불가능함)가 충분히 높지 않다면 이산화탄소를 가열이 불가능할 수 있다. If seawater is used as a heat source, the configuration of the carbon dioxide treatment system equipment may become complicated, and if the seawater temperature (heating is not possible when the seawater temperature is below 5℃) is not high enough, it may not be possible to heat the carbon dioxide.

전열기나 외부 버너를 이용하여 이산화탄소를 직접 가열하는 경우, 설비의 구성은 단순화될 수 있으나, 이산화탄소의 가열을 위해 이산화탄소 처리 시스템에 지속적으로 에너지가 공급되어야 하며, 에너지를 공급하기 위해 연료를 연소하는 과정에서 이산화탄소가 추가적으로 배출될 수 있다.When directly heating carbon dioxide using an electric heater or external burner, the configuration of the facility can be simplified, but energy must be continuously supplied to the carbon dioxide treatment system to heat the carbon dioxide, and the process of burning fuel to supply energy is required. Additional carbon dioxide may be emitted.

따라서, 이산화탄소를 효율적으로 가열할 수 있으면서, 가열하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 최소화하고, 발생하는 이산화탄소를 외부로 배출되지 않기 위한 이산화탄소 처리 시스템이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a carbon dioxide treatment system that can efficiently heat carbon dioxide, minimize carbon dioxide generated during the heating process, and prevent the generated carbon dioxide from being discharged to the outside.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 이산화탄소 처리 시스템에 전력을 공급하는 과정에서 발생하는 이산화탄소가 대기로 배출되지 않는 친환경 플랫폼을 제공하기 위한 것이다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and the purpose of the present invention is to provide an eco-friendly platform in which carbon dioxide generated in the process of supplying power to a carbon dioxide treatment system is not emitted into the atmosphere.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 측면에 따른 이산화탄소 처리 시스템은, 이산화탄소를 가열 및 가압하여 주입부에 주입하는 이산화탄소 처리 시스템에 관한 것으로, 상기 이산화탄소 처리 시스템은, 상기 주입부로 주입되는 이산화탄소를 가압하는 이산화탄소 공급펌프; 상기 주입부로 주입되는 이산화탄소를 가열하는 이산화탄소 가열기; 및 상기 이산화탄소 처리 시스템에 공급되는 전력을 생산하는 메탄올 연료전지;를 포함하고, 상기 메탄올 연료전지의 배기가스는, 이산화탄소를 저장하는 버퍼탱크에서 발생되는 기체 이산화탄소와 혼합되어 상기 이산화탄소 가열기로 공급될 수 있다.A carbon dioxide treatment system according to one aspect of the present invention relates to a carbon dioxide treatment system that heats and pressurizes carbon dioxide and injects it into an injection unit. The carbon dioxide treatment system includes: a carbon dioxide supply pump that pressurizes carbon dioxide injected into the injection unit; a carbon dioxide heater that heats carbon dioxide injected into the injection unit; and a methanol fuel cell that produces power supplied to the carbon dioxide treatment system, wherein the exhaust gas of the methanol fuel cell can be mixed with gaseous carbon dioxide generated in a buffer tank storing carbon dioxide and supplied to the carbon dioxide heater. there is.

구체적으로, 이산화탄소를 해수를 이용하여 하이드레이트 상태로 변환하는 하이드레이트 반응기를 포함할 수 있다.Specifically, it may include a hydrate reactor that converts carbon dioxide into a hydrate state using seawater.

구체적으로, 상기 하이드레이트 반응기에서 전달되는 이산화탄소 하이드레이트를 이산화탄소와 물로 분해하는 하이드레이트 분해기를 포함할 수 있다.Specifically, it may include a hydrate decomposition unit that decomposes carbon dioxide hydrate delivered from the hydrate reactor into carbon dioxide and water.

구체적으로, 상기 하이드레이트 분해기는, 이산화탄소 하이드레이트를 상기 메탄올 연료전지의 배기가스 및 상기 버퍼탱크에서 발생되는 기체 이산화탄소의 혼합가스와 열교환시켜, 이산화탄소 하이드레이트를 분해할 수 있다.Specifically, the hydrate decomposition unit may decompose carbon dioxide hydrate by heat-exchanging carbon dioxide hydrate with a mixed gas of exhaust gas of the methanol fuel cell and gaseous carbon dioxide generated in the buffer tank.

구체적으로, 상기 하이드레이트 분해기로부터 전달되는 물과 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 분리기를 포함하고, 상기 이산화탄소 분리기에서 분리된 물은, 메탄올 연료전지 또는 하이드레이트 반응기로 전달될 수 있다.Specifically, it includes a carbon dioxide separator that separates carbon dioxide from water delivered from the hydrate decomposition unit, and the water separated in the carbon dioxide separator can be delivered to a methanol fuel cell or a hydrate reactor.

본 발명에 따른 해양 부유물은, 상기 이산화탄소 처리 시스템을 포함할 수 있다.The marine float according to the present invention may include the carbon dioxide treatment system.

본 발명에 따른 이산화탄소 처리 시스템은 고온의 연료전지 배기가스를 이산화탄소의 가열에 사용하여 에너지 효율성을 확보하고, 이산화탄소의 외부 배출을 줄일 수 있다.The carbon dioxide treatment system according to the present invention can secure energy efficiency and reduce external emissions of carbon dioxide by using high-temperature fuel cell exhaust gas to heat carbon dioxide.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a carbon dioxide treatment system according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 “구비”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Hereinafter, when a part is said to “include” or “have” a certain component, this means that it does not exclude other components but may further include other components, unless specifically stated to the contrary.

이하에서, 액화가스는 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG), 에틸렌, 암모니아, 이산화탄소 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 천연가스(NG)를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.Hereinafter, liquefied gas may be used to encompass all gas fuels that are generally stored in a liquid state, such as liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), ethylene, ammonia, carbon dioxide, etc., and can be used for heating or pressurization. For convenience, even if it is not in a liquid state, it can be expressed as a liquefied gas. This can also be applied to evaporation gas. In addition, for convenience, LNG can be used to encompass both natural gas (NG) in a liquid state as well as natural gas (NG) in a supercritical state, and boil-off gas includes not only gaseous boil-off gas but also liquefied boil-off gas. It can be used with meaning.

이하에서, 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온 및 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.Hereinafter, high pressure (HP), low pressure (LP), high temperature, and low temperature are relative and do not represent absolute values.

이하에서, 제1, 제2 등과 같은 표현은 본 발명에서 특정 구성이 복수 개로 마련되는 것을 지칭하기 위한 것으로, 각각의 표현은 복수 개의 구성 중 어느 하나를 지칭하는 것일 수 있다. 제1, 제2 등의 표현이 부가되지 않은 경우, 해당 구성은 제1, 제2 등의 표현이 부가된 구성을 모두 포괄하는 개념일 수 있다. Hereinafter, expressions such as first, second, etc. are intended to refer to the fact that a plurality of specific configurations are provided in the present invention, and each expression may refer to any one of the plurality of configurations. If the first, second, etc. expressions are not added, the corresponding configuration may be a concept that encompasses all configurations to which the first, second, etc. expressions are added.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템의 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the carbon dioxide treatment system of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a carbon dioxide treatment system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하여 보면, 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템(1)에서 이산화탄소는 이산화탄소 공급부(10) 또는 이산화탄소 운반선(11)으로부터 공급될 수 있다.Referring to FIG. 1, in the carbon dioxide treatment system 1 of the present invention, carbon dioxide may be supplied from a carbon dioxide supply unit 10 or a carbon dioxide carrier 11.

이산화탄소는 이산화탄소 공급부(10)로부터 해저 배관(미도시)을 통해 공급될 수 있으며, 공급되는 이산화탄소는 5 내지 10℃의 온도와 100 내지 200 bar의 압력을 가질 수 있다. 이산화탄소 운반선(11)의 이산화탄소는 -30℃ 이하의 온도와 20 bar 이하의 압력을 가질 수 있다.Carbon dioxide may be supplied from the carbon dioxide supply unit 10 through a submarine pipe (not shown), and the supplied carbon dioxide may have a temperature of 5 to 10° C. and a pressure of 100 to 200 bar. The carbon dioxide in the carbon dioxide carrier 11 may have a temperature of -30°C or lower and a pressure of 20 bar or lower.

버퍼탱크(12)는 이산화탄소를 저장하는 장치로서, 이산화탄소 공급부(10) 또는 이산화탄소 운반선(11)으로부터 공급되는 이산화탄소는 버퍼탱크(12)에서 혼합될 수 있다.The buffer tank 12 is a device that stores carbon dioxide, and carbon dioxide supplied from the carbon dioxide supply unit 10 or the carbon dioxide carrier 11 can be mixed in the buffer tank 12.

버퍼탱크(12)의 이산화탄소는 이산화탄소 공급펌프(13)에서 가압되고, 이산화탄소 가열기(14)에서 가열된 후 주입부(16)에서 지중으로 주입될 수 있다. 운영 과정에서 일부 기화된 이산화탄소는 배출부(15)로 전달되어 배출될 수 있다.The carbon dioxide in the buffer tank 12 may be pressurized by the carbon dioxide supply pump 13, heated in the carbon dioxide heater 14, and then injected into the ground through the injection unit 16. During the operation process, some of the vaporized carbon dioxide may be transferred to the discharge unit 15 and discharged.

버퍼탱크(12)에서 발생되는 기체 이산화탄소는 배출라인(L1)을 통해 배출부(15)로 전달될 수 있다. 상기 배출라인(L1)은 배기라인(L2)을 통해 메탄올 연료전지(Methanol Fuel Cell, 27)와 연결되어, 메탄올 연료전지(27)의 배기가스(이산화탄소)와 배출라인(L1)의 이산화탄소가 혼합될 수 있다. 혼합된 가스는 분기라인(L3)을 따라 이산화탄소 가열기(14)로 전달되어, 주입부(16)로 공급되는 이산화탄소를 가열할 수 있다.Gaseous carbon dioxide generated in the buffer tank 12 may be delivered to the discharge unit 15 through the discharge line (L1). The discharge line (L1) is connected to the methanol fuel cell (27) through the exhaust line (L2), so that the exhaust gas (carbon dioxide) of the methanol fuel cell (27) and carbon dioxide from the discharge line (L1) are mixed. It can be. The mixed gas can be transferred to the carbon dioxide heater 14 along the branch line L3 to heat the carbon dioxide supplied to the injection unit 16.

메탄올 탱크(21)는 메탄올을 저장하는 장치로서, 메탄올은 메탄올 탱크(21)에서 메탄올 공급펌프(22)를 통해 메탄올 연료전지(27)로 공급될 수 있다.The methanol tank 21 is a device that stores methanol, and methanol can be supplied from the methanol tank 21 to the methanol fuel cell 27 through the methanol supply pump 22.

메탄올 연료전지(27)를 구동하기 위해서는 물과 공기도 필요하다. 이때 공기는 공기 공급부(23)에서 공기 압축 펌프(24)를 통해 메탄올 연료전지(27)로 공급될 수 있다. 물은 초기에 해수 공급부(25)로부터 제1 펌프(26)를 통해 메탄올 연료전지(27)로 공급될 수 있고, 이산화탄소 처리 시스템(1)이 가동된 후에는 이산화탄소 분리기(36)로부터 공급될 수 있다.Water and air are also required to drive the methanol fuel cell (27). At this time, air can be supplied from the air supply unit 23 to the methanol fuel cell 27 through the air compression pump 24. Water may initially be supplied from the seawater supply unit 25 to the methanol fuel cell 27 through the first pump 26, and after the carbon dioxide treatment system 1 is operated, it may be supplied from the carbon dioxide separator 36. there is.

해수 공급부(25)를 통해 공급되는 해수는, 메탄올 연료전지(27) 또는 하이드레이트 반응기(32)로 전달될 수 있으며, 상기 해수는 메탄올 연료전지(27) 또는 하이드레이트 반응기(32)에서 사용될 수 있도록 처리된 상태일 수 있다.Seawater supplied through the seawater supply unit 25 can be delivered to the methanol fuel cell 27 or the hydrate reactor 32, and the seawater is treated so that it can be used in the methanol fuel cell 27 or the hydrate reactor 32. It may be in a state of being

메탄올 연료전지(27)는, 직접메탄올연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)일 수 있으며, 산화전극(anode)에서는 메탄올과 물이 산화반응하여, 이산화탄소와 수소 이온(H+)이 생성되며, 여기서 생성된 전자는 회로로 방출된다. 상기 수소 이온은 분리막을 통과한 후, 환원전극(cathode)에서 산소, 전자와 환원반응을 하여 물을 생성한다. 이 과정에서 전력이 발생될 수 있고, 여기서 발생된 전력은 이산화탄소 처리 시스템을 가동하거나 또는 상기 이산화탄소 처리 시스템을 포함하는 해양 부유물을 가동하기 위해 사용될 수 있다.The methanol fuel cell 27 may be a direct methanol fuel cell (DMFC), where methanol and water undergo an oxidation reaction at the anode, producing carbon dioxide and hydrogen ions (H+). The generated electrons are emitted into the circuit. After the hydrogen ions pass through the separation membrane, they undergo a reduction reaction with oxygen and electrons at the cathode to produce water. Electrical power may be generated during this process, which may be used to operate a carbon dioxide treatment system or a marine float containing the carbon dioxide treatment system.

메탄올 연료전지(27)에서 발생한 배기가스는, 이산화탄소를 포함하는 고온의 가스로서 이산화탄소 가열기(14)로 전달되어, 주입부(16)로 공급되는 이산화탄소를 가열할 수 있다.The exhaust gas generated from the methanol fuel cell 27 is a high-temperature gas containing carbon dioxide and is transmitted to the carbon dioxide heater 14 to heat the carbon dioxide supplied to the injection unit 16.

메탄올 연료전지(27)에서 발생한 물은, 해수 공급부(25)로부터 공급된 해수 또는 이산화탄소 분리기(36)에서 배출되는 물과 혼합되어, 제2 펌프(31)를 통해 하이드레이트 반응기(32)로 공급될 수 있다. 메탄올 연료전지(27)에서 발생한 물은, 이산화탄소 처리 시스템(1)이 가동되기 전에는 해수 공급부(25)로부터 공급되는 해수와 혼합될 수 있고, 이산화탄소 처리 시스템(1)이 가동된 후에는 이산화탄소 분리기(36)로부터 공급되는 물과 혼합될 수 있다.The water generated from the methanol fuel cell 27 is mixed with seawater supplied from the seawater supply unit 25 or water discharged from the carbon dioxide separator 36, and is supplied to the hydrate reactor 32 through the second pump 31. You can. The water generated from the methanol fuel cell 27 can be mixed with seawater supplied from the seawater supply unit 25 before the carbon dioxide treatment system 1 is operated, and after the carbon dioxide treatment system 1 is operated, the carbon dioxide separator ( It can be mixed with water supplied from 36).

한편, 하이드레이트 반응기(32)는 해수를 이용하여 이산화탄소 가스를 이산화탄소 하이드레이트로 전환할 수 있다. 가스 하이드레이트(gas hydrates)란 상대적으로 낮은 온도 및 높은 압력하에서 물이 만들어낸 3차원의 격자 구조에 저분자량 가스 분자가 물리적으로 포집되어 형성되는 결정체인데, 가스 하이드레이트는 일반적으로 비교적 낮은 온도, 높은 압력에서 형성된다. 그러므로, 가스 하이드레이트 형성 조건에 맞는 온도 및 압력이 형성되도록 해야 한다.Meanwhile, the hydrate reactor 32 can convert carbon dioxide gas into carbon dioxide hydrate using seawater. Gas hydrates are crystals formed by physically trapping low molecular weight gas molecules in a three-dimensional lattice structure created by water under relatively low temperature and high pressure. Gas hydrates are generally formed at relatively low temperature and high pressure. is formed in Therefore, it is necessary to ensure that the temperature and pressure suitable for the gas hydrate formation conditions are formed.

이산화탄소 하이드레이트는 격자구조를 이루는 주체(host)를 물로 하고, 격자구조에 생기는 공간에 채워지는 객체(guest)를 이산화탄소 가스로 하여 형성되는 결정체이다.Carbon dioxide hydrate is a crystal formed with water as the host of the lattice structure and carbon dioxide gas as the guest filling the space created in the lattice structure.

하이드레이트 반응기(32)에서 생성된 이산화탄소 하이드레이트는 하이드레이트 분리기(33)로 전달될 수 있으며, 하이드레이트 분리기(33)에서는 이산화탄소 하이드레이트와 반응하지 않고 남아있는 공기가 분리될 수 있다.The carbon dioxide hydrate produced in the hydrate reactor 32 may be transferred to the hydrate separator 33, and the air remaining without reacting with the carbon dioxide hydrate may be separated in the hydrate separator 33.

공기는 공기 배출부(34)를 통해 배출될 수 있으며, 이산화탄소 하이드레이트는 하이드레이트 분해기(35)로 전달된다. Air can be discharged through the air outlet 34, and carbon dioxide hydrate is delivered to the hydrate decomposition unit 35.

하이드레이트 분해기(35)는 고체상의 결정인 이산화탄소 하이드레이트의 온도를 높여서 이산화탄소 하이드레이트를 물과 이산화탄소 기체로 분해할 수 있다. 하이드레이트 분해기(35)는 배출라인(L1)에서 분기된 분기라인(L3)을 통해, 이산화탄소 가열기(14)를 통과한 이산화탄소를 공급받을 수 있다. 이산화탄소 가열기(14)를 통과한 이산화탄소는 메탄올 연료전지(27)에서 배출된 배기가스가 혼합되어 고온상태이므로, 하이드레이트 분해기(35)에서 이산화탄소 하이드레이트를 분해하기 위해 사용될 수 있다.The hydrate decomposer 35 can decompose carbon dioxide hydrate into water and carbon dioxide gas by increasing the temperature of carbon dioxide hydrate, which is a solid crystal. The hydrate decomposition unit 35 can receive carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide heater 14 through a branch line (L3) branched from the discharge line (L1). Since the carbon dioxide that has passed through the carbon dioxide heater (14) is mixed with the exhaust gas discharged from the methanol fuel cell (27) and is at a high temperature, it can be used to decompose carbon dioxide hydrate in the hydrate decomposer (35).

이산화탄소 분리기(36)는 하이드레이트 분해기(35)에서 분해된 이산화탄소 기체와 물을 분리할 수 있다. 여기서 분리된 물은 해수 공급부(25)로부터 공급되는 해수 또는 메탄올 연료전지(27)에서 배출되는 물과 혼합되어 제2 펌프(31)를 통해 하이드레이트 반응기(32)로 공급될 수 있고, 분리된 이산화탄소 기체는 제습기(37)에서 수분이 제거된 상태로 이산화탄소 액화기(38)에서 액화되어 버퍼탱크(12)로 공급될 수 있다.The carbon dioxide separator 36 can separate the carbon dioxide gas decomposed in the hydrate decomposer 35 and water. Here, the separated water can be mixed with seawater supplied from the seawater supply unit 25 or water discharged from the methanol fuel cell 27 and supplied to the hydrate reactor 32 through the second pump 31, and the separated carbon dioxide The gas may be liquefied in the carbon dioxide liquefaction device 38 with moisture removed in the dehumidifier 37 and supplied to the buffer tank 12.

이와 같이, 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템(1)은, 메탄올 연료전지 시스템에서 발생되는 고온의 배기가스를 대기로 방출하지 않고 해양 부유물 설비 내 열원으로 활용한 후 고농도로 포집/분리할 수 있다.As such, the carbon dioxide treatment system 1 of the present invention can capture/separate the high-temperature exhaust gas generated from the methanol fuel cell system at high concentration after utilizing it as a heat source within the marine floating facility without releasing it into the atmosphere.

또한, 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템(1)은, 이산화탄소를 가열하는 방식으로 기존에 고려했던 해수 가열 방식 또는 전기 가열 방식 외에 고온의 연료전지 배기가스를 적용하는 방식으로 설비의 간편성을 확보하면서도 전기 및 연소가열 방식 대비 에너지 사용을 줄일 수 있다.In addition, the carbon dioxide treatment system (1) of the present invention secures the simplicity of the facility by applying high-temperature fuel cell exhaust gas in addition to the seawater heating or electric heating method that was previously considered as a method of heating carbon dioxide, while ensuring the convenience of electricity and electricity. Energy use can be reduced compared to combustion heating.

또한, 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템(1)은, 해양 부유물에서 발생하는 이산화탄소 기체를 메탄올 연료전지 배기가스와 동시에 처리할 수 있어 설비 구축 비용 및 운영 관련 비용을 절감할 수 있다.In addition, the carbon dioxide treatment system 1 of the present invention can simultaneously treat carbon dioxide gas generated from marine floating matter and methanol fuel cell exhaust gas, thereby reducing facility construction costs and operation-related costs.

또한, 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템(1)은, 별도의 강제 기화기를 구비하지 않아도 되므로, 강제 기화기를 사용할 경우 발생할 수 있는 스팀 가열 비용 등의 추가 비용을 줄일 수 있다.Additionally, since the carbon dioxide treatment system 1 of the present invention does not require a separate forced vaporizer, additional costs such as steam heating costs that may occur when a forced vaporizer is used can be reduced.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.The present invention is not limited to the embodiments described above, and of course may include a combination of the above embodiments or a combination of at least one of the above embodiments with known techniques as another embodiment.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for the purpose of specifically explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto, and can be understood by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It would be clear that modifications and improvements are possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

1: 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템
10: 이산화탄소 공급부 11: 이산화탄소 운반선
12: 버퍼탱크 13: 이산화탄소 공급펌프
14: 이산화탄소 가열기 15: 배출부
16: 주입부 21: 메탄올 탱크
22: 메탄올 공급펌프 23: 공기 공급부
24: 공기 압축 펌프 25: 해수 공급부
26: 제1 펌프 27: 메탄올 연료전지
31: 제2 펌프 32: 하이드레이트 반응기
33: 하이드레이트 분리기 34: 공기 배출부
35: 하이드레이트 분해기 36: 이산화탄소 분리기
37: 제습기 38: 이산화탄소 액화기
L1: 배출라인 L2: 배기라인
L3: 분기라인1: Carbon dioxide treatment system of the present invention
10: Carbon dioxide supply unit 11: Carbon dioxide carrier
12: buffer tank 13: carbon dioxide supply pump
14: carbon dioxide heater 15: discharge unit
16: Inlet 21: Methanol tank
22: methanol supply pump 23: air supply unit
24: air compression pump 25: seawater supply unit
26: first pump 27: methanol fuel cell
31: second pump 32: hydrate reactor
33: hydrate separator 34: air outlet
35: hydrate decomposer 36: carbon dioxide separator
37: Dehumidifier 38: Carbon dioxide liquefaction device
L1: exhaust line L2: exhaust line
L3: branch line

Claims (6)

이산화탄소를 가열 및 가압하여 주입부에 주입하는 이산화탄소 처리 시스템에 있어서,
상기 이산화탄소 처리 시스템은,
상기 주입부로 주입되는 이산화탄소를 가압하는 이산화탄소 공급펌프;
상기 주입부로 주입되는 이산화탄소를 가열하는 이산화탄소 가열기; 및
상기 이산화탄소 처리 시스템에 공급되는 전력을 생산하는 메탄올 연료전지;를 포함하고,
상기 메탄올 연료전지의 배기가스는, 이산화탄소를 저장하는 버퍼탱크에서 발생되는 기체 이산화탄소와 혼합되어 상기 이산화탄소 가열기로 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 처리 시스템. In a carbon dioxide treatment system that heats and pressurizes carbon dioxide and injects it into an injection unit,
The carbon dioxide treatment system,
A carbon dioxide supply pump that pressurizes the carbon dioxide injected into the injection unit;
a carbon dioxide heater that heats carbon dioxide injected into the injection unit; and
Includes a methanol fuel cell that produces power supplied to the carbon dioxide treatment system,
A carbon dioxide treatment system, characterized in that the exhaust gas of the methanol fuel cell is mixed with gaseous carbon dioxide generated in a buffer tank storing carbon dioxide and supplied to the carbon dioxide heater. 제 1 항에 있어서,
이산화탄소를 해수를 이용하여 하이드레이트 상태로 변환하는 하이드레이트 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 처리 시스템.According to claim 1,
A carbon dioxide treatment system comprising a hydrate reactor that converts carbon dioxide into a hydrate state using seawater. 제 2 항에 있어서,
상기 하이드레이트 반응기에서 전달되는 이산화탄소 하이드레이트를 이산화탄소와 물로 분해하는 하이드레이트 분해기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 처리 시스템.According to claim 2,
A carbon dioxide treatment system comprising a hydrate decomposition unit that decomposes carbon dioxide hydrate delivered from the hydrate reactor into carbon dioxide and water. 제 3 항에 있어서,
상기 하이드레이트 분해기는,
이산화탄소 하이드레이트를 상기 메탄올 연료전지의 배기가스 및 상기 버퍼탱크에서 발생되는 기체 이산화탄소의 혼합가스와 열교환시켜, 이산화탄소 하이드레이트를 분해하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 처리 시스템.According to claim 3,
The hydrate decomposition unit is,
A carbon dioxide treatment system characterized in that carbon dioxide hydrate is decomposed by heat exchanging carbon dioxide hydrate with a mixed gas of exhaust gas of the methanol fuel cell and gaseous carbon dioxide generated in the buffer tank. 제 4 항에 있어서,
상기 하이드레이트 분해기로부터 전달되는 물과 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 분리기를 포함하고,
상기 이산화탄소 분리기에서 분리된 물은, 메탄올 연료전지 또는 하이드레이트 반응기로 전달되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 처리 시스템.According to claim 4,
It includes a carbon dioxide separator that separates water and carbon dioxide delivered from the hydrate decomposer,
A carbon dioxide treatment system, characterized in that the water separated in the carbon dioxide separator is delivered to a methanol fuel cell or hydrate reactor. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 상기 이산화탄소 처리 시스템을 포함하는 해양 부유물.A marine float comprising the carbon dioxide treatment system of any one of claims 1 to 5.
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