KR20110074165A - System for capturing carbon dioxide from exhaust gas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템에 관한 것으로, 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박의 배기가스에 포함된 이산화탄소 포집시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide capture system in the exhaust gas, and to a carbon dioxide capture system included in the exhaust gas of a vessel using liquefied natural gas as fuel.
대기중 이산화탄소 농도의 증가에 대한 관심이 증가되면서, 국가별로 이산화탄소를 배출할 수 있는 양을 제한하고 있다. 최근에는 선박에서 배출되는 이산화탄소에 대한 관심이 증가되고 있으며, 선박에서 배출되는 이산화탄소의 양을 규제하려는 움직임이 심화되고 있다.As interest in increasing atmospheric carbon dioxide concentrations increases, countries are limiting the amount of carbon dioxide they can emit. In recent years, interest in carbon dioxide emitted from ships has increased, and the movement to regulate the amount of carbon dioxide emitted from ships has intensified.
이에 대한 일환으로 대기오염물질을 적게 발생시키는 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박이 등장하기 시작하였는데, 액화천연가스를 연료로 사용하였을 때 배출되는 이산화탄소의 감소량은 20% 정도에 불과한 실정이다.As part of this, ships using liquefied natural gas as fuel, which generates less air pollutants, have started to appear, and the amount of carbon dioxide emitted when liquefied natural gas is used as fuel is only about 20%.
특히 선박의 경우에는 이산화탄소의 배출량에 대한 규제가 강화되는 경우, 선박을 사용할 수 없게 되어 막대한 손실이 발생될 우려가 있다.In particular, in the case of ships, when regulations on carbon dioxide emission are tightened, ships cannot be used, which may cause enormous losses.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따르면 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박의 배기가스로부터 이산화탄소를 포집할 수 있다.The present invention has been made to solve the problems described above, according to the present invention can collect carbon dioxide from the exhaust gas of the vessel using liquefied natural gas as fuel.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스를 기화하여 연료로 사용하는 엔진이 구비된 선박의 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템으로서, 액화천연가스를 저장하는 복수의 저장탱크와, 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 기화시키는 제1 열교환기 및 제2 열교환기와, 제1 열교환기 및 제2 열교환기 사이에 설치된 압축기를 포함하고, 기화된 액화천연가스가 엔진에서 연소되며 발생하는 배기가스는 제1 열교환기로 유입되어 제2 열교환기를 거친 액화천연가스와 열교환 되고, 제1 열교환기를 거친 배기가스는 압축기를 통과한 후 제2 열교환기로 유입되어 제2 열교환기로 공급되는 액화천연가스와 열교환 되는 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템이 제공된다.In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a carbon dioxide collection system of the exhaust gas of the ship equipped with an engine for vaporizing the liquefied natural gas as a fuel, a plurality of storage for storing the liquefied natural gas A tank, a first heat exchanger and a second heat exchanger for vaporizing the liquefied natural gas supplied from the storage tank, and a compressor installed between the first heat exchanger and the second heat exchanger, wherein the vaporized liquefied natural gas is burned in the engine. The generated exhaust gas is introduced into the first heat exchanger to exchange heat with the liquefied natural gas passing through the second heat exchanger, and the exhaust gas passing through the first heat exchanger passes through the compressor to the second heat exchanger and is supplied to the second heat exchanger. A carbon dioxide capture system is provided in the exhaust gas which is heat exchanged with natural gas.
배기가스 중 이산화탄소 포집시스템은, 제1 열교환기에 연결된 응축수 배출라인을 더 포함하여, 배기가스에 포함된 수분이 제1 열교환기 내에서 응결되어 생성되는 응축수는 응축수 배출라인을 통하여 배출되도록 할 수 있다. 그리고, 제2 열교환기에 연결된 액화이산화탄소 포집라인을 더 포함하여, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 제2 열교환기 내에서 액화되어 생성되는 액화이산화탄소는 액화이산화탄소 포집라인을 통하여 배출되도록 할 수 있다.The carbon dioxide collection system of the exhaust gas may further include a condensate discharge line connected to the first heat exchanger, such that condensate generated by condensation of moisture contained in the exhaust gas in the first heat exchanger may be discharged through the condensate discharge line. . Further, the method may further include a liquefied carbon dioxide collection line connected to the second heat exchanger, so that the liquefied carbon dioxide generated by liquefying carbon dioxide included in the exhaust gas in the second heat exchanger may be discharged through the liquefied carbon dioxide collection line.
또는, 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템은, 제1 열교환기 및 압축기 사이에 설치된 제1 기액분리기와, 제1 기액분리에 연결된 응축수 배출라인을 더 포함하여, 배기가스에 포함된 수분이 제1 열교환기 내에서 응결되어 생성되는 응축수는 응축수 배출라인을 통하여 배출되도록 할 수 있다. 그리고, 제2 열교환기를 거친 배기가스가 유입되는 제2 기액분리기와, 제2 기액분리기에 연결된 액화이산화탄소 포집라인을 더 포함하여, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 제2 열교환기 내에서 액화되어 생성되는 액화이산화탄소는 액화이산화탄소 포집라인을 통하여 배출되도록 할 수 있다.Alternatively, the carbon dioxide collection system in the exhaust gas further includes a first gas-liquid separator installed between the first heat exchanger and the compressor, and a condensate discharge line connected to the first gas-liquid separation, so that the moisture contained in the exhaust gas is supplied to the first heat exchanger. The condensate produced by condensation in the discharge may be discharged through the condensate discharge line. And a second gas-liquid separator into which the exhaust gas passing through the second heat exchanger is introduced, and a liquefied carbon dioxide collection line connected to the second gas-liquid separator, wherein carbon dioxide contained in the exhaust gas is liquefied in the second heat exchanger. Liquefied carbon dioxide can be discharged through the liquefied carbon dioxide collection line.
여기서, 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템은 액화이산화탄소 포집라인에 연결된 액화이산화탄소 저장탱크를 더 포함할 수 있다.Here, the carbon dioxide capture system in the exhaust gas may further include a liquefied carbon dioxide storage tank connected to the liquefied carbon dioxide collection line.
또는, 액화이산화탄소 포집라인은 복수의 저장탱크에 연결되고, 복수의 저장탱크는 액화천연가스를 제1 열교환기 및 제2 열교환기에 순차적으로 공급하며, 복수의 저장탱크 중 액화천연가스가 모두 배출된 것에 액화된 이산화탄소가 저장되도록 할 수 있다. 여기서, 엔진의 가동 초기에 포집되는 액화이산화탄소가 저장되는 저장탱크를 더 포함할 수 있다.Alternatively, the liquefied carbon dioxide collection line is connected to a plurality of storage tanks, and the plurality of storage tanks sequentially supply liquefied natural gas to the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the liquefied natural gas is discharged from the plurality of storage tanks. The liquefied carbon dioxide can be stored in it. Here, the method may further include a storage tank in which liquefied carbon dioxide collected at an initial operation of the engine is stored.
그리고, 엔진 및 제1 열교환기 사이에 설치된 제3 열교환기를 더 포함하고, 제2 열교환기를 거친 배기가스와 엔진에서 발생하는 고온의 배기가스가 제3 열교환기에 의해 열교환 되도록 할 수 있다.The apparatus may further include a third heat exchanger installed between the engine and the first heat exchanger, and the exhaust gas passing through the second heat exchanger and the high temperature exhaust gas generated in the engine may be heat-exchanged by the third heat exchanger.
또한, 복수의 저장탱크 및 제2 열교환기 사이에 설치된 연료공급라인과, 연료공급라인을 감싸는 산소차단수단을 더 포함하고, 제2 열교환기를 거친 배기가스 는 산소차단수단으로 유입되도록 할 수 있다.In addition, the fuel supply line installed between the plurality of storage tanks and the second heat exchanger, and further comprising an oxygen blocking means surrounding the fuel supply line, exhaust gas passing through the second heat exchanger may be introduced into the oxygen blocking means.
본 발명의 실시예에 따르면, 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하여 저장함으로써 이산화탄소가 대기중으로 배출되지 않게 할 수 있고, 액화천연가스의 기화에 배기가스의 열을 활용함으로써 에너지 사용효율이 높아지며, 배기가스로부터 분리된 질소가스를 가스의 누출에 의한 화재 및 폭발을 방지하는 용도로 활용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by capturing and storing carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the engine of the ship, it is possible to prevent carbon dioxide from being released into the atmosphere, and energy by utilizing the heat of the exhaust gas for vaporization of liquefied natural gas The use efficiency is increased, and the nitrogen gas separated from the exhaust gas can be used for preventing fire and explosion caused by gas leakage.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템이 제공된다.Figure 1 is provided with a carbon dioxide capture system in the exhaust gas according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집 시스템(100)은, 복수의 저장탱크(111, 112, 113, 114, 115, 116), 제1 열교환기(151), 압축기(154) 및 제2 열교환기(155)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a carbon
제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)에는 도시되지 않은 선박에 구비된 엔진(160)에서 연료로 사용될 액화천연가스가 저장된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(100)에는 6개의 저장탱크(111 내지 116)가 구비되나, 저장탱크의 수는 필요에 따라 가감될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 액화천연가스가 저장되는 저장탱크의 용량이 충분히 큰 경우에는 하나의 저장탱크만을 구비할 수도 있다.In the first to
제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)에는 연료공급라인(140) 및 액화이산화탄소 포집라인(156)이 각각 연결된다. 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116) 및 연료공급라인(140) 사이에는 제1 내지 제6 공급밸브(131 내지 136)가 각각 설치된다, 그리고, 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)와 액화이산화탄소 포집라인(156) 사이에는 제1 내지 제6 포집밸브(121 내지 126)가 설치된다.The
여기서, '사이에 설치된다'는 것은 순차적인 연결관계를 의미하는 것으로, 상술한 액화천연가스 및 후술할 배기가스 등이 이동되는 경로상에 배치되는 것을 의미하고, 실제적인 배치관계 측면에서 '사이에 설치되는 것'을 의미하는 것이 아님을 밝힌다. 이는 본 명세서 전반에 적용된다.Here, "installed between" means a sequential connection relationship, which means that the liquefied natural gas and the exhaust gas to be described later are disposed on the path to move, and in terms of the actual arrangement relationship It does not mean that it is installed in '. This applies throughout this specification.
연료공급라인(140)은 제2 열교환기(155) 및 제1 열교환기(151)를 순차적으로 거쳐 엔진(160)으로 공급된다. 여기서, 엔진(160)은 액화천연가스만을 연료로 사용하는 것 또는 이중연료엔진, 즉 유류와 같은 액체연료 및 기화된 액화천연가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 것 등이 사용될 수 있다.The
엔진(160)과 제1 열교환기(151)는 배기라인(161)으로 연결되어, 엔진(160)에서 배출되는 배기가스가 제1 열교환기(151)로 유입된다. 제1 열교환기(151)로 유입된 배기가스는 제1 열교환기(151) 및 제2 열교환기(155) 사이를 연결하는 도관(153)에 설치된 압축기(154)를 거치며 압축되어, 제2 열교환기(155)로 공급된다.The
제1 열교환기(151)에는 응축수 배출라인(152)이 연결되고, 제2 열교환기(155)에는 상술한 액화이산화탄소 포집라인(156) 및 배기가스를 배출하는 배출라인(157)이 연결된다.The
배출라인(157)에는 전환밸브(171)가 설치되고, 전환밸브(171)에는 배출라인(157)을 통하여 배출되는 배기가스를 산소차단수단(170)으로 유입시키는 도관(158) 및 배기가스를 선박(도시되지 않음)의 외부로 배출하는 배기관(159)이 연결된다.
여기서, 산소차단수단(170)은 연료공급라인(140)을 감싸는 외측관으로, 연료공급라인(140)의 외측으로 배기가스가 유동하도록 구성된다. 산소차단수단(170)의 일단부에는 배출라인(157)을 통해 배출되는 배기가스를 유입시키는 도관(158)이 연결되고, 타단부에는 산소차단수단(170)을 거친 배기가스를 선박(도시되지 않음)의 외부로 배출하는 배기관(172)이 연결된다.Here, the oxygen blocking means 170 is an outer tube surrounding the
상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(100)은 다음과 같이 작동된다.Carbon
제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)에 저장된 액화천연가스는 연료공급라 인(140)을 통해 제2 열교환기(155) 및 제1 열교환기(151)를 거치며 기화된 후 엔진(160)으로 공급된다. 여기서, 제1 열교환기(151) 및 제2 열교환기(155)에는 엔진(160)에서 배출되는 고온의 배기가스가 배기라인(161)에 의해 공급되고 있으므로, 액화천연가스는 제2 열교환기(155) 및 제1 열교환기(151)를 거치며 배기가스와 열교환이 일어나 기화된다. 그리고, 이와 같이 기화된 액화천연가스는 엔진(160)으로 공급되어 연료로 사용된다.The liquefied natural gas stored in the first to
엔진(160)에서 배출되는 배기가스는 이산화탄소, 질소 및 수증기 등을 포함한다. 배기라인(161)을 통하여 제1 열교환기(151)로 유입된 고온의 배기가스는, 제2 열교환기(155)를 거친 후 제1 열교환기(151)로 유입되는 저온의 액화천연가스와 열교환 되면서 냉각되어, 배기가스에 포함된 수분이 응결하게 된다. 이러한 수분은 응결되어 응축수를 생성하며, 생성된 응축수는 응축수 배출라인(152)을 통하여 제1 열교환기(151) 외부로 배출된다.The exhaust gas discharged from the
제1 열교환기(151)를 거치며 수분이 제거된 배기가스는 도관(153)을 통하여 압축기(154)로 유입된다. 압축기(154)에 의해 압축된 배기가스는 제2 열교환기(155)로 유입된다. 제2 열교환기(155)로 유입된 배기가스는 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)로부터 공급되는 극저온의 액화천연가스와 열교환을 하게 되는데, 이때 적절한 압력이 주어지면 배기가스에 포함된 액화천연가스가 액화된다.Exhaust gas from which moisture is removed while passing through the
여기서, 이산화탄소의 삼중점은 약 섭씨 영하 56.4도 및 약 5.18 bar이므로, 압축기(154)를 이용하여 제2 열교환기(155) 내에 삼중점 이상의 압력을 가하게 되면 배기가스에 포함된 이산화탄소가 액화된다. 따라서, 배기가스는 제2 열교환 기(155)에서 이산화탄소가 제거된 상태로 배출라인(157)을 통하여 선박의 외부로 배출되며, 배출라인(157)을 통하여 배출되는 배기가스에는 주로 질소 성분만 남기 때문에 대기에 악영향을 미치지 않게 된다.Here, since the triple point of the carbon dioxide is about 56.4 degrees Celsius and about 5.18 bar, the pressure of the triple point or more in the
여기서, 제1 열교환기(151)를 이용하여 배기가스에 포함된 수분을 먼저 제거하는 이유는 다음과 같다. 엔진(160)으로부터 배출되는 고온의 배기가스가 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)로부터 공급되는 극저온의 액화천연가스와 직접 열교환 되면, 응결되는 수분이 급속도로 냉동되면서 얼음층을 형성하여 열교환 효율을 급격히 저하시키기 때문이다.Here, the reason for first removing the moisture contained in the exhaust gas by using the
따라서, 배기가스에 포함된 수분을 우선 제거함으로써 제2 열교환기(155)에서 이산화탄소의 액화 효율을 높일 수 있다.Therefore, by first removing the moisture contained in the exhaust gas, the liquefaction efficiency of carbon dioxide may be increased in the
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(100)은, 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)에 저장된 액화천연가스를 순차적으로 사용한다. 예를 들어, 제1 공급밸브(131)를 개방하여 연료공급라인(140)으로 제1 저장탱크(111) 내의 액화천연가스가 공급되도록 하고, 제1 저장탱크(111)에 저장된 액화천연가스가 모두 소모되면 제1 공급밸브(131)는 차단하고 제2 공급밸브(132)를 개방하여 연료공급라인(140)에 액화천연가스를 공급한다.Carbon
제1 내지 제6 포집밸브(121 내지 126)는 모두 폐쇄된 상태인데, 상술한 바와 같이 제1 저장탱크(111)에 저장된 액화천연가스가 모두 소모된 후에는 제1 포집밸브(121)를 개방한다. 그러면, 제2 열교환기(155)에서 포집되는 액화이산화탄소가 제1 저장탱크(111)로 유입된다.All of the first to
액화천연가스의 주성분은 메탄(methane)이므로, 1몰(mole)의 메탄이 연소되면 약 1몰(mole)의 이산화탄소가 발생된다. 따라서, 엔진(160)의 연소효율이나 제1 열교환기(151) 및 제2 열교환기(155)의 열교환효율에 따라 포집되는 액화이산화탄소의 양에 차이가 발생할 수는 있으나, 제1 저장탱크(111)에 저장된 액화천연가스가 모두 연소되었을 때 발생되는 액화이산화탄소의 양은 제1 저장탱크(111)에 모두 저장될 수 있는 양이다.Since the main component of liquefied natural gas is methane, when one mole of methane is burned, about one mole of carbon dioxide is generated. Accordingly, although the amount of liquefied carbon dioxide collected may vary according to the combustion efficiency of the
제1 저장탱크(111)가 액화이산화탄소로 채워지고, 제2 저장탱크(112)에 저장된 액화천연가스가 모두 소모된 후에는, 제1 포집밸브(121) 및 제2 공급밸브(132)를 폐쇄하고 제3 공급밸브(133)를 개방하여 연료공급라인(140)을 통하여 액화천연가스가 제2 열교환기(155)로 공급되도록 한다. 그리고, 제2 포집밸브(122)를 개방하여 액화이산화탄소 포집라인(156)을 통하여 액화이산화탄소가 제2 저장탱크(112)로 유입되도록 한다. After the
상술한 바와 같이, 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)는 액화천연가스의 저장뿐만 아니라, 액화이산화탄소의 저장에도 사용될 수 있다.As described above, the first to
그리고, 선박이 출항하기 전 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116) 중 어느 하나에는 액화천연가스를 저장하지 않고 비워 두거나, 빈 저장탱크(도시되지 않음)를 더 구비할 수 있다. 이럴 경우, 엔진(160)을 가동하기 시작하면서 발생되는 배기가스에 포함된 이산화탄소도 포집하여 저장할 수 있으므로, 엔진(160)의 가동 초기부터 배기가스에 포함된 이산화탄소가 포함된 배기가스를 배출하지 않을 수 있다.In addition, any one of the first to
단, 액화이산화탄소를 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)에 저장하기 위해서는 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)가 7bar 이상의 내압을 견딜 수 있어야 한다. 여기서, 7bar는 액화이산화탄소를 일반적인 온도 및 압력 상태에서 안정적으로 저장하기 위하여 견딜 수 있어야 하는 내압이다.However, in order to store the liquefied carbon dioxide in the first to
그런데, 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)가 7bar 이상의 내압을 견디도록 제조하면, 그 외벽이 다소 두껍게 제작되어 하중이 증가되는 단점이 있는 반면, 액화천연가스의 소모가 감소되는 장점이 있다.However, when the first to
즉, 액화천연가스를 저장하는 동안 발생되는 증발가스(Boil-off Gas)는 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)의 내압성능을 고려하여, 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116) 내부의 압력이 안전범위를 벗어날 때에는 선박에 구비된 소각장치(GCU, 도시되지 않음)로 소각처리 하게 된다.That is, the boil-off gas generated while storing the liquefied natural gas is the first to
그런데, 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)가 7 bar 이상의 내압을 견딜 수 있을 경우에는 상당량의 증발가스가 발생되더라도 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)가 이 압력을 견딜 수 있으므로, 소각장치로 보내게 되는 증발가스의 양이 현저하게 감소된다. 따라서, 연료로 사용되지 못하고 버려지는 액화천연가스의 양을 상당량 감소시킬 수 있는 효과를 얻는다.However, when the first to
도시되지는 않았으나, 제1 내지 제6 저장탱크(111 내지 116)는 액화천연가스를 저장하는 용도로만 사용하고, 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(100)에 7bar 이상의 내압을 견딜 수 있는 액화이산화탄소 저장탱크를 별도로 설치하는 것도 가능하다.Although not shown, the first to
한편, 도시되지는 않았으나, 액화천연가스, 액화석유가스 및 원유 등을 운반하는 선박에는 질소가스 발생장치를 설치하고, 질소가스 발생장치에 의해 생성된 질소가스를 액화천연가스, 액화석유가스 및 원유 등을 저장하는 저장탱크에 주입하여 산소농도를 낮춤으로써 화재 및 폭발을 방지하고 있다.On the other hand, although not shown, a nitrogen gas generator is installed in a ship carrying liquefied natural gas, liquefied petroleum gas and crude oil, and the liquefied natural gas, liquefied petroleum gas and crude oil are installed in the nitrogen gas generated by the nitrogen gas generator. It is injected into a storage tank that stores lamps and lowers the oxygen concentration to prevent fire and explosion.
특히, 액화천연가스 운반선은 일반적으로 5년 정도의 간격으로 정비를 위하여 도크(dock)에 들어가는 리도킹(re-docking)을 하게 되는데, 이때 저장탱크의 청소에는 비활성가스(inert gas)가 사용된다. 이를 위하여 액화천연가스 운반선에는 비활성가스 발생장치 및 비활성가스 내의 수분을 제거하는 드라이어 등이 설치된다.In particular, liquefied natural gas carriers are typically re-docked into the dock for maintenance at intervals of about five years. Inert gas is used to clean the storage tank. . To this end, the LNG carrier is provided with an inert gas generator and a dryer for removing moisture from the inert gas.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(100)은 배출라인(157)을 통하여 수분이 제거된 질소가스를 배출한다. 따라서, 배출라인(157)을 통하여 배출되는 질소가스를 액화천연가스, 액화석유가스 및 원유 등을 저장하는 저장탱크에 주입하여 산소농도를 낮추는 용도로 사용하거나, 리도킹시 저장탱크를 청소하는 용도로 사용하면, 상술한 바와 같은 질소발생기, 비활성가스 발생장치 및 드라이어 등을 선박에 설치할 필요가 없어지거나 그 용량을 감소시킬 수 있게 된다.As described above, the carbon
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(100)은, 전환밸브(171)를 이용하여 배출라인(157)을 통해 배출되는 질소가스를 배기관(159)을 통하여 선박(도시되지 않음) 외부로 배출시키거나, 질소가스가 도관(158)을 통하여 산소차단수단(170) 내를 유동한 후 배기관(172)으로 배출되도록 할 수 있다. 즉, 질소가스를 이용하여 연료공급라인(140)이 산소와 접촉하는 것을 차단함으로써, 연료공급라인(140)에서 액화천연가스가 누출되더라도 화재 및 폭발 등의 사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.Carbon
그리고, 도시되지는 않았으나, 제2 열교환기(155) 및 제1 열교환기(151) 사이, 제1 열교환기(151) 및 엔진(160) 사이의 연료공급라인(140)에도 산소차단수단(170)과 같은 외측관이 설치될 수 있다. Although not shown, oxygen blocking means 170 may also be applied to the
도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템이 도시되어 있다.Figure 2 shows a carbon dioxide capture system in the exhaust gas according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(200)은 복수의 저장탱크(211, 212, 213, 214, 215, 216), 제1 열교환기(251), 압축기(254), 제2 열교환기(255), 제1 기액분리기(270), 제2 기액분리기(280) 및 제3 열교환기(290)를 포함한다.2, the carbon
제1 내지 제6 저장탱크(211 내지 216)에는 내부에 저장된 액화천연가스를 엔진(260)으로 공급하는 연료공급라인(240)이 각각 연결된다. 그리고, 제1 내지 제6 저장탱크(211 내지 216)에는 액화이산화탄소 포집라인(286)이 각각 연결된다.
제1 내지 제6 저장탱크(211 내지 216)와 연료공급라인(240) 사이에는 제1 내지 제6 공급밸브(231 내지 236)가 각각 설치되며, 제1 내지 제6 저장탱크(211 내지 216)와 액화이산화탄소 포집라인(286) 사이에는 제1 내지 제6 포집밸브(221 내지 226)가 설치된다.First to
연료공급라인(240)은 제2 열교환기(255) 및 제1 열교환기(251)을 거쳐 엔 진(260)으로 연결된다. 엔진(260) 및 제1 열교환기(255) 사이에는 제3 열교환기(290)가 설치된다. 엔진(260)에서 배출되는 배기가스는 엔진(260) 및 제3 열교환기(290)를 연결하는 배기라인(261)을 통하여 제3 열교환기(290)로 유입된다.The
제3 열교환기(290)를 거친 배기가스는 제1 열교환기(251)로 유입된다. 제1 열교환기(251)로 유입된 배기가스는, 제2 열교환기(252)를 통하여 제1 열교환기(251)로 유입되는 액화천연가스와 열교환 되어 배기가스에 포함된 수분이 응결하게 된다.The exhaust gas passing through the
이때, 제1 기액분리기(270)는 제1 열교환기(251) 및 압축기(254) 사이에 설치되는데, 응결된 수분이 포함된 배기가스는 제1 기액분리기(270)로 유입되어 액체상태가 된 수분이 기체상태의 배기가스로부터 분리된다. 액체상태가 된 수분은 응축수로서, 제1 기액분리기(270)에 연결된 응축수 배출라인(272)을 통하여 배출된다.At this time, the first gas-
제1 기액분리기(270)를 통과하며 수분이 제거된 배기가스는 도관(273)을 통해 압축기(254)로 유입되어 압축된 후, 제2 열교환기(255)로 유입된다. 제2 열교환기(255)로 유입된 배기가스는 제1 내지 제6 저장탱크(211 내지 216)로부터 공급되는 극저온의 액화천연가스와 열교환 되고, 이 과정에서 배기가스에 포함된 이산화탄소가 액화된다.Exhaust gas from which water is removed while passing through the first gas-
제2 열교환기(255)를 거쳐 액화된 이산화탄소가 포함된 배기가스는 도관(256)을 통해 제2 기액분리기(280)로 유입된다. 제2 기액분리기(280)에는 포집라인(286) 및 배출라인(287)이 연결되어, 액체상태인 액화이산화탄소는 포집라 인(286)으로 유입되고, 기체상태인 배기가스는 배출라인(287)으로 유입된다.Exhaust gas containing carbon dioxide liquefied through the
배출라인(287)은 제3 열교환기(290)와 연결되어, 제2 열교환기(255)를 거친 배기가스는 제3 열교환기(290)로 유입된다. 따라서, 제3 열교환기(290)에서는 제2 열교환기(255)를 거친 배기가스가 엔진(260)으로부터 배출되는 고온의 배기가스와 열교환 된 후 배출된다.The
본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(200)의 제1 내지 제6 저장탱크(211 내지 216), 제1 내지 제6 공급밸브(231 내지 236) 및 제1 내지 제6 포집밸브(221 내지 226)는, 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(도 1의 100)의 제1 내지 제6 저장탱크(도 1의 111 내지 116), 제1 내지 제6 공급밸브(도 1의 131 내지 136) 및 제1 내지 제6 포집밸브(도 1의 121 내지 126)과 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다.According to another embodiment of the present invention, the first to
본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(200)은 제1 기액분리기(270)를 이용하여 제1 열교환기(251)를 거친 배기가스에 포함된 수분을 최대한 분리함으로써, 제2 열교환기(255)의 열교환 효율을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(200)은 제2 기액분리기(280)를 이용하여 제2 열교환기(255)를 거친 배기가스에 포함된 액화이산화탄소의 포집효율을 향상시킨다.The carbon
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(200)은 상술한 바와 같이 배출라인(287)을 통하여 배출되는 저온의 배기가스가 제3 열교환기(290)에 의해 엔진(260)으로부터 배출되는 고온의 배기가스와 열교환 되도록 한다.In addition, in the carbon
즉, 제1 열교환기(251)로 유입되는 배기가스의 온도를 낮춤으로써 제1 열교환기(251)에서는 배기가스에 포함된 수분의 응결이 더욱 촉진되고, 제2 열교환기(255)에서는 이산화탄소의 액화가 더욱 촉진되므로, 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(200)의 이산화탄소 포집효율이 향상된다.That is, by lowering the temperature of the exhaust gas flowing into the
그리고, 배출라인(287)을 통하여 배출되는 배기가스의 질소가스의 순도 또한 더욱 높아지므로, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 배기가스를 저장탱크에 주입하여 산소농도를 낮추는 용도, 리도킹시 저장탱크를 청소하는 용도 및 연료공급라인(240)이 산소와 접촉하는 것을 차단하는 용도 등으로 사용하기에 더욱 적합해지는 효과가 있다.In addition, since the purity of the nitrogen gas of the exhaust gas discharged through the
참고로, 본 발명의 실시예들에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템(100, 200)은 액화천연가스를 엔진(160, 260)의 연료로 사용하기 위하여 액화천연가스를 기화시키는 과정에서 엔진(160, 260)에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하므로, 액화천연가스의 기화에 별도의 에너지를 공급하지 않게 되어 에너지 사용효율이 높아진다.For reference, the carbon
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.In the above description of the carbon dioxide capture system in the exhaust gas according to an embodiment of the present invention, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented herein, those skilled in the art to understand the spirit of the present invention the scope of the same idea Within the scope of the present invention, other embodiments may be easily proposed by adding, changing, deleting, adding, etc., but this is also within the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템.1 is a carbon dioxide capture system in the exhaust gas according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 중 이산화탄소 포집시스템.Figure 2 is a carbon dioxide capture system in the exhaust gas according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
111, 112, 113, 114, 115, 116: 저장탱크111, 112, 113, 114, 115, 116: storage tank
121, 122, 123, 124, 125, 126: 포집밸브121, 122, 123, 124, 125, 126: collection valve
131, 132, 133, 134, 135, 136: 연료공급밸브131, 132, 133, 134, 135, 136: fuel supply valve
140: 연료공급라인 150: 이산화탄소 액화부140: fuel supply line 150: carbon dioxide liquefaction unit
151: 제1 열교환기 152: 응축수 배출라인151: first heat exchanger 152: condensate discharge line
154: 압축기 155: 제2 열교환기154: compressor 155: second heat exchanger
156: 포집라인 157: 배출라인156: collection line 157: discharge line
160: 엔진 161: 배기라인160: engine 161: exhaust line
170: 산소차단수단170: oxygen blocking means
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