KR20130007817A - 액화천연가스를 사용하는 기관의 배기가스에서 질소산화물저감 및 액화이산화탄소와 압축질소 회수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수의 냉열을 이용하여 기관에서 배출되는 배기가스의 일부를 냉각하여 배기중의 수분을 제거하며 액화천연가스의 냉열을 이용하여 이산화질소를 액화흡착 제거하며 이산화탄소를 액화하여 액화 이산화탄소를 회수하고 나머지 가스인 질소를 압축하여 압축질소를 회수하는 시스템

Description

액화천연가스를 사용하는 기관의 배기가스에서 질소산화물저감 및 액화이산화탄소와 압축질소 회수시스템{NOx Reduction, Liquified CO2 Collection and Compressed N2 Collection System in Exhaust Gas of Engine Using Liquified Natural Gas(LNG)}

본 발명은 해수의 냉열을 이용하여 기관에서 배출되는 배기가스의 일부를 냉각하여 배기중의 수분을 제거하며 액화천연가스의 냉열을 이용하여 이산화질소를 액화흡착 제거하며 이산화탄소를 액화하여 액화 이산화탄소를 회수하고 나머지 가스인 질소를 압축하여 압축질소를 회수하는 시스템에 관한 것으로, 공급되는 배기가스중의 유해배출물을 제거하고 일산화질소를 이산화질소로 산화시키기 위하여 디젤산화촉매를 부착하고 시스템에 공급되는 배기가스의 유량을 조절하는 제어시스템과 해수의 열교환에 의한 수분제거부, 이산화탄소액화후의 저온의 질소에 의한 건조배기냉각부, 액화천연가스의 기화열교환에 의한 이산화질소 및 이산화탄소 액화부와 이산화탄소액화후에 남아있는 질소를 압축하여 저장하는 압축질소회수부으로 구성된다.

액화천연가스운반선(LNG Tanker)은 터빈이나 디젤기관을 사용한 추진기관이 적용되고 있다. 그러나 선박기관에서의 배기규제가 강화되고 기화되는 천연가스방출에 의한 운반손실을 저감하기 위하여 액화천연가스를 연료로 하는 기관의 적용이 증가되고 있다. 액화천연가스를 연료로 사용하는 기관은 벙커유나 디젤유를 사용하는 기관과 달리 영하 163의 초저온 액체연료를 사용해야하는 문제가 있다. 초저온 상태로 연소실에 공급되면 분사장치 등의 공급시스템에 여러 가지 문제가 발생하며 연소실분사후에는 원활한 착화와 연소에 어려움이 있다. 또한 공급되는 에너지가 낮은 만큼의 열효율저감을 가져온다. 따라서 초저온의 천연가스를 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스로 가열하여 공급하는 시스템이 적용되고 있다. 이렇게 초저온의 액화천연가스는 가열되어야할 필요성이 있으며 이 과정에서 사라지는 양질의 액화천연가스의 냉열은 매우 아까운 에너지로 초저온의 냉열을 이용하는 기술의 개발이 절실히 요구된다. 한편 지구환경에 관한 관심이 높아지면서 기관에서 배출되는 유독배출가스, 특히 질소산화물과 지구 온난화의 주원인이 되는 이산화탄소의 배출이 규제의 대상이 되고 있으며 연소기를 사용하는 작업장에서는 탄소배출량을 할당받아 이산화탄소를 감축해야만 하는 현실에 직면해있다.

기관의 연료로 사용되는 초저온의 액화천연가스의 냉열에너지를 이용하고 연소실에 공급되는 천연가스의 온도를 가열하며 질소산화물과 이산화탄소를 줄일 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 기관에서 배출되는 배기가스의 일부를 액화천연가스의 냉열을 이용하여 이산화질소를 액화하여 흡착시켜 제거하고 이산화탄소를 액화시켜 회수하며 남은 질소를 압축하여 회수함으로써 대기중으로 방출되어 사라지는 배기가스에서 액화이산화탄소와 악축질소를 생산하며 동시에 천연가스에 배기가스의 열을 공급하여 가열함으로써 연료공급과 연소를 원활하게 하여 효율향상을 가져오는 것을 그 목적으로 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명은, 연료로 공급되는 액화천연가스의 유량으로 배기중의 이산화질소와 이산화탄소를 액화할 수 있는 적절한 배기가스를 장치에 공급하는 유량제어부와 본 시스템에 공급되는 배기가스의 유해물질 제거를 위한 디젤산화촉매 통과 후에 해수의 냉온을 이용하여 배기중의 수분을 응축하여 제거하는 수분제거부, 이산화탄소액화후의 저온의 질소에 의한 건조배기냉각부, 액화천연가스의 기화열교환에 의한 이산화질소액화흡착부와 이산화탄소 액화부, 이산화탄소액화후에 남아있는 질소를 압축하여 저장하는 압축질소회수부로 이루어지는 시스템에 의하여 질소산화물을 저감하고 액화이산화탄소를 생산하며 배기와 열교환된 후에 가열된 천연가스를 엔진에 공급하여 연소효율을 향상하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 버려지는 초저온의 액화천연가스의 냉열을 이용하여 질소산화물을 저감하는 효과 및 액체이산화탄소를 생산함으로써 탄소저감과 함께 이윤창출의 효과가 있으며 수분과 이산화탄소를 제거한 후에 압축만으로 질소를 회수하는 효과와 배기열교환에 의하여 가열된 천연가스를 엔진에 공급하여 열효율을 향상하는 효과가 있다.

그림 1. 액화천연가스를 사용하는 기관의 배기가스에서 질소산화물저감 및 액화이산화탄소와 압축질소 회수시스템

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수분제거부(24), 건조배기냉각부(26), 이산화질소 및 이산화탄소액화부(32)와 질소압축부로 나누어진다. 기관에서 배출된 고온의 배기가스는 배기열회수시스템(13)에 의하여 열이 열교환된다. 열교환후 배기가스의 일부는 송풍기(21)에 의하여 본 시스템으로 공급되는데 이때 디젤산화촉매(61)에 의하여 유해배기물질인 일산화탄소와 탄화수소가 제거되고 일산화질소의 많은 부분은 액화가 쉬운 이산화질소로 산화된다. 디젤산화촉매의 위치는 배기온도가 높은 터보챠저 부근에 위치할 수 있다. 공급되는 유량은 유량제어유닛(51)과 유량제어밸브(22)로 제어된다. 수분제거부입구(23)로 공급된 배기가스는 해수냉각순환시스템(25)에 의하여 순환되는 해수와 열교환을 하여 냉각되고 수증기가 응축되어 배출된다. 수분제거부(24)를 통과하면서 수분이 제거된 건조배기는 액화천연가스의 냉열에 의하여 이산화탄소를 액화하고 남은 차가운 질소에 의하여 더욱 냉각된다. 건조배기냉각부(32)에서 냉각된 건조배기(주요가스: CO2, N2, NO2)는 이산화탄소액화부입구(31)로 공급되어 초저온인 액화천연가스탱크에서 공급되는 액화천연가스의 기화열과 현열에 의하여 이산화탄소의 액화온도이하로 냉각되어 이산화탄소액화부(32) 하단에서 액체로 변환되어 액화이산화탄소저장탱크(33)에 저장된다. 이때 이산화탄소의 액화온도 보다 높은 온도를 갖는 이산화질소는 이산화탄소액화부(32) 중간에 있는 이산화질소액화흡착부(62)에서 액화되어 흡착된다. 이 과정동안 배기가스에 의하여 가열된 천연가스는 연소에 적당한 상태로 엔진에 공급된다. 액화에 의하여 이산화탄소가 제거되고 남은 차가운 질소는 건조배기냉각부(26)에 공급되고 건조배기냉각부출구(37)를 지나 질소압축기(41)로 압축된 후에 해수냉각순환시스템(42)으로 냉각되어 압축질소저장탱크(43)에 저장된다.

11: 주배기구입구 12: 주배기구출구 13: 배기열회수시스템
21: 송풍기 22: 유량제어밸브 23: 수분제거부입구 24: 수분제거부
25: 해수냉각순환시스템 26: 건조배기냉각부
31: 이산화탄소액화부입구 32: 이산화탄소액화부 33: 액화이산화탄소저장탱크
34: LNG 유량계 35: 천연가스배출구 36: 저온질소공급구 37: 건조배기냉각부출구
41: 질소압축기 42: 해수냉각순환시스템 43: 압축질소저장탱크
51: 유량제어유닛 52: 온도센서
61: 디젤산화촉매(DOC) 62: 이산화질소액화흡착부

Claims (3)

1. 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 액화천연가스를 연료로 사용하는 기관의 배기가스에서 액화천연가스의 냉열을 이용하여 질소산화물을 저감하고 액화이산화탄소 및 압축질소를 회수하는 시스템
2. 제 1 항에 있어서, 액화천연가스의 냉열에 의하여 배기가스중의 이산화탄소를 모두 액화하여 회수할 수 있도록, 연료로 공급되는 액화천연가스의 유량과 액화부의 온도에 의하여 시스템에 공급되는 배기가스유량을 제어하는 유량제어 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 질소산화물 저감과 고순도의 액화이산화탄소 및 압축질소의 회수를 위한 디젤산화촉매와 이산화질소액화흡착기술의 복합시스템.
   
   
   

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