KR20170041531A - Carbon Dioxide Recovery System from Exhaust Gas of Engine on Ship and Method the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 대기 중으로 배출시키지 않고 에너지 생산 자원으로 활용할 수 있는 선박의 이산화탄소 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide processing system and method of a ship capable of utilizing carbon dioxide contained in exhaust gas discharged from an engine of a ship as energy production resources without discharging it to the atmosphere.
선박에서는 대부분 디젤유(HFO, Heavy Fuel Oil)를 연료로 사용하며 높은 출력이 요구되는 특성상 많은 유해 물질을 함유한 채 대기중으로 배기가스가 배출된다. 이러한 배기가스 중 대표적인 유해 물질로서는 미세입자, 질소산화물, 황산화물 및 이산화탄소 등이 있다.Most of the ships use diesel oil (HFO) as their fuel, and because of their high output characteristics, exhaust gas is emitted into the atmosphere containing many harmful substances. Representative harmful substances among these exhaust gases include fine particles, nitrogen oxides, sulfur oxides and carbon dioxide.
특히, 이산화탄소는 지구 온난화 현상을 일으키는 온실가스로 지정되어 있으며, 이산화탄소의 지구 온난화 지수는 다른 온실가스에 비해 낮은 편이지만, 전체 온실가스 배출량의 80%를 차지한다는 점과 배출량을 규제할 수 있다는 점에서 중요하다. 이로 인해, IMO(국제해사기구)에서 향후 건조되는 신조선에 대해서 에너지효율설계지수(EEDI, Energy Efficiency Desing Index) 지표를 도입하기로 최종 결정함에 따라 2025년까지 기존 대비 30%의 온실가스를 감축해야 하는 상황이다.Particularly, carbon dioxide is designated as a greenhouse gas causing global warming phenomenon. Although the global warming index of carbon dioxide is lower than other greenhouse gases, it accounts for 80% of total greenhouse gas emissions and can regulate emissions . As a result, the International Maritime Organization (IMO) has decided to introduce the Energy Efficiency Desing Index (EEDI) index for newbuildings to be built in the future, and should reduce greenhouse gas emissions by 30% .
이에 따라, 포집된 이산화탄소를 해양, 지중 등의 지하장소에 주입하여 저장하는 CCS(Carbon Capture and Storage), 1차 또는 2차 회수 후에도 지하에 남아 있는 석유를 이산화탄소를 주입하여 회수하는 석유회수증진법(EOS, Enhanced Oil Recovery) 등의 이산화탄소 처리 기술이 선박에서도 응용되고 있다. Accordingly, CCS (Carbon Capture and Storage), in which captured carbon dioxide is injected and stored in an underground place such as the ocean or underground, a method of recovering oil recovered by injecting carbon dioxide remaining in the underground after the first or second recovery EOS, and Enhanced Oil Recovery) have been applied to ships.
한편, HFO 연료를 사용하는 초대형 원유 운반선(VLCC, Very Large Crude Oil Carrier)의 경우 1년에 약 70,000ton의 이산화탄소가 발생하는데, 원유 운반선에서 발생한 배기가스 중의 이산화탄소를 처리하기 위해서는 발생한 이산화탄소를 포집하여 외부로 이송해야 하므로 비용이 많이 들고 이산화탄소의 액화공정 등 시스템이 복잡하다는 단점이 있다. On the other hand, a very large crude oil carrier (VLCC) using HFO fuel generates about 70,000 tons of carbon dioxide per year. In order to treat carbon dioxide in the exhaust gas generated from the crude oil carrier, It has a disadvantage in that the system is complicated such as liquefaction process of carbon dioxide.
또한, 상술한 바와 같은 초대형 원유 운반선을 포함하여 대부분의 선박에서는 선박의 엔진에서 발생하는 배기가스의 폐열을 재활용하는 폐열회수시스템(WHRS, Waste Heat Recovery System)을 적용하여 배기가스의 폐열로 스팀을 생성하고, 생성된 스팀으로 터빈을 구동시켜 선박용 전력을 생산하고 있는데, 추가적인 에너지를 생산하는 데에는 한정적이라는 단점이 있다. Further, in most of the ships including the super large crude oil carrier as described above, the waste heat recovery system (WHRS) for recycling the waste heat of the exhaust gas generated from the engine of the ship is applied, And the turbine is driven by the generated steam to produce electric power for ships. However, it is disadvantageous in producing additional energy.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하고 보완하고자 제안된 것이며, 선박에서 대기로 방출되는 이산화탄소 배출량을 줄이고, 소형 터빈으로 고효율의 에너지를 생산하고자 하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to improve and overcome the above-mentioned problems, and to reduce the amount of carbon dioxide emitted from a ship to the atmosphere and to produce energy with high efficiency using a small turbine.
본 발명의 일 측면에 의하면, 선박용 엔진; 상기 엔진에서 배출되는 배기가스 중에서 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부; 상기 이산화탄소 포집부에서 포집된 이산화탄소를 초임계 유체로 변화시키는 초임계 이산화탄소 생성부; 및 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 발전기를 구동시키는 초임계 터빈(Turbine);을 포함하여, 상기 선박용 엔진의 배기가스로부터 회수된 초임계 이산화탄소를 이용하여 생산한 전기에너지를 선박용 전력으로 공급하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a marine engine; A carbon dioxide collecting unit for collecting carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the engine; A supercritical carbon dioxide generating unit for converting the carbon dioxide captured by the carbon dioxide collecting unit into a supercritical fluid; And a supercritical turbine for driving the generator using the supercritical carbon dioxide, wherein the supercritical carbon dioxide recovered from the exhaust gas of the marine engine is supplied with electric energy produced by supercritical carbon dioxide, A carbon dioxide treatment system is provided.
바람직하게는, 상기 초임계 터빈을 통과한 후의 초임계 이산화탄소를 냉각하는 초임계 쿨러; 상기 냉각된 초임계 이산화탄소를 압축하는 초임계 컴프레서; 및 상기 압축된 초임계 이산화탄소를 가열하는 초임계 히터;를 더 포함하고, 상기 냉각, 압축 및 가열된 초임계 이산화탄소는 상기 초임계 터빈으로 재순환될 수 있다.Preferably, a supercritical cooler for cooling supercritical carbon dioxide after passing through said supercritical turbine; A supercritical compressor for compressing the cooled supercritical carbon dioxide; And a supercritical heater for heating the compressed supercritical carbon dioxide, wherein the cooled, compressed and heated supercritical carbon dioxide can be recycled to the supercritical turbine.
바람직하게는, 상기 초임계 컴프레서의 후단에는, 상기 초임계 터빈으로부터 배출되어 상기 쿨러로 공급되는 초임계 이산화탄소 중 일부를 우회시켜 재압축시킨 후 상기 초임계 터빈으로 재공급하도록 하는 리사이클 컴프레서;를 더 포함할 수 있다.Preferably, a recycle compressor for bypassing and recompressing a part of supercritical carbon dioxide discharged from the supercritical turbine and supplied to the cooler is supplied to the supercritical turbine at a subsequent stage of the supercritical compressor .
바람직하게는, 상기 이산화탄소 포집부는, 상기 배기가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑; 및 상기 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생하는 재생탑;을 포함할 수 있다.Preferably, the carbon dioxide collecting unit includes an absorption tower for absorbing carbon dioxide from the exhaust gas; And a regeneration tower for regenerating the absorbent absorbing carbon dioxide in the absorption tower.
바람직하게는, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산하는 보일러; 및 상기 보일러에서 생산된 스팀을 작동유체로 하여 전기에너지를 생산하는 스팀 터빈;을 더 포함하여, 상기 초임계 터빈을 보조 발전기로 활용할 수 있다.A boiler for producing steam using waste heat of the exhaust gas discharged from the engine; And a steam turbine that generates electric energy using steam produced in the boiler as a working fluid, the supercritical turbine may be used as an auxiliary power generator.
바람직하게는, 상기 엔진은 벙커C유 또는 액화천연가스를 연료로 할 수 있다.Preferably, the engine may be fueled by Bunker C oil or liquefied natural gas.
바람직하게는, 상기 초임계 컴프레서는, 상기 엔진의 연료공급용 컴프레서일 수 있다.Preferably, the supercritical compressor may be a fuel supply compressor of the engine.
바람직하게는, 상기 초임계 히터는, 상기 선박의 연료공급용 기화기일 수 있다.Preferably, the supercritical heater may be a vaporizer for fueling the ship.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 선박용 엔진에서 배출되는 배기가스를 공급받아 상기 배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 포집하는 단계; 상기 포집된 이산화탄소를 가압하여 초임계 이산화탄소로 변화시키는 단계; 상기 초임계 이산화탄소를 발전기가 구비된 터빈의 작동유체로 공급하는 단계; 및 상기 발전기에서 생산된 전기에너지를 상기 선박의 전력 수요처 또는 추진모터로 공급하는 단계;를 포함하여, 상기 엔진의 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하여 선박용 전기에너지를 생산하는, 선박의 이산화탄소 처리 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an internal combustion engine, comprising the steps of: collecting carbon dioxide contained in the exhaust gas by receiving exhaust gas discharged from a marine engine; Converting the captured carbon dioxide to supercritical carbon dioxide; Supplying the supercritical carbon dioxide to a working fluid of a turbine equipped with a generator; And supplying electric energy produced by the generator to a power consumer or a propulsion motor of the ship, and collecting carbon dioxide from the exhaust gas of the engine to produce electrical energy for ship. do.
바람직하게는, 상기 터빈으로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각하는 단계; 상기 냉각된 초임계 이산화탄소를 압축하는 단계; 상기 압축된 초임계 이산화탄소를 가열하는 단계; 및 상기 냉각, 압축 및 가열된 초임계 이산화탄소를 상기 터빈으로 재순환시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.Preferably, cooling the supercritical carbon dioxide discharged from the turbine; Compressing the cooled supercritical carbon dioxide; Heating the compressed supercritical carbon dioxide; And recirculating the cooled, compressed and heated supercritical carbon dioxide to the turbine.
본 발명에 의하면, 선박용 엔진의 배기가스 내의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있고, EEDI 환경 규정을 만족시킬 수 있으며, 따라서 해당 선박은 IEEC(International Energy Efficiency Certificate)를 취득할 수 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the amount of carbon dioxide emission in the exhaust gas of the marine engine, satisfy the EEDI environmental regulation, and thus the vessel can acquire the International Energy Efficiency Certificate (IEEC).
또한, 온실 가스 감축 및 녹색 성장 동력을 확보할 수 있으며, 고부가가치의 Green Ship으로써 기술 경쟁력을 확보할 수 있다. In addition, greenhouse gas reduction and green growth engine can be secured, and technology competitiveness can be secured as a high value-added Green Ship.
또한, 초임계 이산화탄소를 활용함으로써 발전 효율이 높고, 구성이 단순하며, 터빈 등의 장치를 소형화할 수 있어 제작비를 절감하고 경제성을 확보할 수 있다.Also, by utilizing supercritical carbon dioxide, the power generation efficiency is high, the structure is simple, and the apparatus such as the turbine can be miniaturized, so that the production cost can be reduced and the economical efficiency can be secured.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 이산화탄소 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view illustrating a carbon dioxide processing system for a ship according to an embodiment of the present invention; FIG.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects attained by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention, and to the contents of the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. The same elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In addition, the following examples can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이산화탄소 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이며, 이하 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 1 is a schematic view showing a carbon dioxide processing system of a ship according to an embodiment of the present invention, and will be described with reference to FIG.
본 발명의 일 실시예에서 선박은 원유 운반선을 예로 들어 설명하기로 하나, 이에 한정되는 것은 아니고, 이산화탄소의 배출량을 절감할 필요가 있는 해상 운송 수단, 해상 이송 수단에 적용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the vessel will be described by taking crude oil carrier as an example. However, the present invention is not limited thereto, and can be applied to a marine transporting means and a marine transporting means which need to reduce the amount of carbon dioxide emission.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이산화탄소 처리 시스템(1000)은 도 1에 도시한 바와 같이, 선박의 엔진룸에 마련되는 엔진(100), 엔진(100)에서 배출되는 배기가스 중에서 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부(200), 이산화탄소 포집부(200)에서 포집된 이산화탄소를 초임계 유체로 변화시키는 초임계 이산화탄소 생성부(300), 초임계 이산화탄소 생성부(300)에서 생성된 초임계 이산화탄소를 작동 유체로하여 발전기(421)를 구동시키는 초임계 터빈(420)을 포함한다. As shown in FIG. 1, the
본 명세서에서 엔진은, 선박의 메인(Main) 엔진 또는 보조(Auxiliary) 엔진일 수 있으며, 또한, 벙커C유, HFO(Heavy Fuel Oil)와 같은 중유 또는 LNG(Liquefied Natural Gas. 액화천연가스)와 같은 액화가스 중 어느 하나 이상을 연료로 하는 선박용 추진 엔진 또는 발전 엔진일 수 있다. 또한, 이러한 엔진은 선박의 선체에 마련되는 엔진룸에 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 선박의 추진용 메인 엔진에 적용되는 것을 예로 들기로 한다. In the present specification, the engine may be a main engine or an auxiliary engine of a ship, and may also include heavy oil such as Bunker C oil, HFO (Heavy Fuel Oil) or LNG (Liquefied Natural Gas) And may be a marine propulsion engine or a power generation engine using any one or more of the same liquefied gases as fuel. Such an engine may be provided in an engine room provided in a hull of a ship. In an embodiment of the present invention, an example is applied to a main engine for propulsion of a ship.
본 발명에 따르면, 선박용 엔진(100)에서 연소된 후 배출되는 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 초임계 이산화탄소로 변화시켜 전기에너지를 생산하여 선박용 전력으로 공급한다. According to the present invention, carbon dioxide is captured from the exhaust gas after being burned in the
엔진의 배기가스로부터 회수된 초임계 이산화탄소로부터 생산된 전기에너지는 선박용 엔진(100)의 연료공급시스템(미도시), 재기화시스템(미도시) 각종 선박 에 설치되는 장비의 전원 공급용, 추진용 엔진(100)의 추진 모터(110) 등 전력 수요처로 공급할 수 있다.The electric energy produced from the supercritical carbon dioxide recovered from the exhaust gas of the engine is supplied to the fuel supply system (not shown) of the
초임계 터빈(420)을 작동시켜 발전기(421)를 통해 전기에너지를 생산시킨 후 초임계 터빈(420)을 통과한 초임계 이산화탄소는 초임계 쿨러(430)에서 냉각되고, 냉각된 초임계 이산화탄소는 초임계 컴프레서(440)에서 압축되며, 압축된 초임계 이산화탄소는 초임계 히터(410)에서 가열된 후, 초임계 터빈(420)으로 재순환되는 사이클(400)을 형성할 수 있다.The
이산화탄소의 임계점은 약 31℃, 74atm으로써, 임계점 이상의 고온, 고압 영역에서는 액체와 기체의 특성을 동시에 가지는 초임계 유체가 된다. 초임계 상태의 이산화탄소는 액체와 같이 높은 밀도를 가지며 압축일이 작고, 기체와 같이 낮은 점성을 가지며 유동저항이 작아 사이클(400)의 초임계 터빈(420), 초임계 컴프레서(440), 초임계 히터(410), 쿨러(430) 등 열교환기의 크기를 소형화할 수 있어 제작단가를 낮추고 경제성을 확보할 수 있다. 또한, 선박에서는 각종 장비의 배치와 공간활용성이 선박의 크기를 결정하는 중요한 요소 중의 하나인데, 이러한 측면에서도 유리하다. The critical point of carbon dioxide is about 31 ° C and 74atm, and it becomes a supercritical fluid having characteristics of liquid and gas at the high temperature and high pressure region above the critical point. The supercritical carbon dioxide has a high density such as liquid, a low compression, a low viscosity such as gas, and a low flow resistance, so that the
또한, 상술한 초임계 이산화탄소 사이클(400)에서 초임계 컴프레서(440) 후단에는, 초임계 터빈(420)으로부터 배출되어 초임계 쿨러(430)로 공급되는 초임계 이산화탄소 중 일부를 초임계 쿨러(430)를 우회시켜 재압축시키는 리사이클 컴프레서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 초임계 쿨러(430)를 우회하여 리사이클 컴프레서에서 재압축된 초임계 이산화탄소는 초임계 히터(410)에서 가열되어 초임계 터빈(420)의 작동유체로써 재공급될 수 있다. In the supercritical
초임계 이산화탄소 사이클(400)은 가스 브레이튼 사이클 방식으로, 약 32℃, 74atm 이상의 조건을 유지하여 사이클의 모든 부분이 이산화탄소의 임계조건 이상으로 유지될 수 있다.The supercritical
또한, 초임계 터빈(420)은 300MW 용량 이하, 직경 1m 이하의 소형 터빈일 수 있으며, 종래의 증기(Steam) 터빈과 비교하여 상대적으로 작은 크기이면서도, 고효율의 전기에너지를 생산할 수 있다. Also, the
또한, 초임계 컴프레서(440)는 선박(1)에 기설치되며, 엔진(100)에 연료, 특히 액화천연가스(LNG)를 연료로써 공급하는 연료공급시스템(미도시)에 포함된 압축기, 특히 HP(High Pressure) 압축기(미도시)를 포함할 수 있다.The
또한, 초임계 히터(410)는 선박(1)에 기설치되는 연료, 특히 액화천연가스(LNG)를 기화시키는 재기화시스템(미도시)에 포함되는 기화기(Vaporizer)(미도시)를 포함할 수 있다.The
또한, 초임계 이산화탄소 생성부(300)는 배기가스로부터 포집된 이산화탄소를 임계점 이상으로 가압하는 이산화탄소 압축기(미도시)를 포함할 수 있다. The supercritical
이산화탄소 포집부(200)는 엔진(100)의 배기가스로터 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑(미도시), 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생하는 재생탑(미도시)을 포함하는 연속공정으로 이루어질 수 있다. 이산화탄소를 흡수하는 흡수제는 MEA(Monoethanol Amine)와 같은 아민계열 또는 코솔계열의 습식 흡수제일 수 있다.The carbon
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 선박용 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 폐열과 물(Water)을 열교환하여 스팀(Steam)을 생산하는 보일러(미도시)와 보일러에서 생산된 스팀을 작동유체로 하여 전기에너지를 생산하는 스팀 터빈(미도시)을 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a boiler (not shown) for producing steam by heat-exchanging waste heat of waste gas discharged from the
이때, 보일러에서 물을 가열시킨 후 배출되는 배기가스를 이산화탄소 포집부(200)로 공급하고, 이산화탄소 포집부(200)에서 포집된 이산화탄소를 초임계 이산화탄소 생성부(300)로 공급하여 초임계 터빈(420)을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 즉, 스팀 터빈을 메인 발전 시스템으로 활용하고, 초임계 터빈(420)은 보조 발전 시스템으로 활용할 수도 있다. At this time, the exhaust gas after heating the water in the boiler is supplied to the carbon
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(1000)은 초대형 원유 운반선이 원유를 운반하기 위하여 해상을 항해하면서 선박용 엔진(100)으로부터 배출되는 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 초임계 이산화탄소로 변화시켜, 초임계 이산화탄소를 초임계 터빈(420)의 작동유체로 공급함으로써 전기에너지를 생산하고, 생산된 전기에너지를 선박의 전력수요처(500)로 공급할 수 있다. As described above, the carbon
초임계 이산화탄소의 높은 밀도, 낮은 점성 등의 특징에 의해 장치를 소형화할 수 있고, 고효율의 전기에너지를 생산할 수 있으며, 선박의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있고, 따라서 IEEC를 획득할 수 있는 고부가가치의 녹색 성장 동력과 기술 경쟁력을 확보할 수 있다.High density and low viscosity of supercritical carbon dioxide makes it possible to miniaturize the apparatus, produce high-efficiency electric energy, reduce CO2 emissions of ships, and thus provide a high-value-added green It can secure growth engine and technological competitiveness.
본 발명에 따르면, 예를 들어 원유 운반선의 경우, 평균적으로 1년에 약 70,000ton의 이산화탄소가 배기가스를 통해 발생하는데, 환경규제를 만족시키기 위하여 기존의 HFO 대신 MGO(Marine Gas Oil)를 엔진의 연료로써 사용하려면, 선박의 평균 수명인 약 20년을 기준으로 하여, 약 1752억원의 비용이 추가로 요구된다. 현 시세를 기준으로 HFO는 톤당 약 $600이고, MGO는 톤당 약 $900이다. 또한 선박이 상용출력(Normal Continuous Raing, NCR) 약 15.8노트(Knots)로 운항하며, 하루 평균 약 80ton의 연료를 사용한다고 계산하면, 환경규제를 만족시키기 위해 기존 선박들은 약 1752억원의 추가 비용을 감당해야만 하는 것이다.According to the present invention, for example, in the case of a crude oil carrier, about 70,000 tons of carbon dioxide is generated through exhaust gas on average per year. In order to satisfy environmental regulations, MGO (Marine Gas Oil) To be used as a fuel, an additional cost of about 175.2 billion won is required, based on an average life span of about 20 years. Based on current quotes, the HFO is about $ 600 per ton and the MGO is about $ 900 per ton. In addition, when the ship is operating at about 15.8 knots (Normal Continuous Raing (NCR)) and using about 80 tons of fuel per day, the existing vessels will pay about 175.2 billion won It must be done.
그러나, 본 발명에 따르면, 상대적으로 저렴한 HFO를 연료로 사용할 수 있으면서도 이산화탄소의 배출량을 저감시켜 국제환경규제를 만족시킬 수 있고, 배기가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 이용하여 추가로 에너지를 생산할 수 있으므로 매우 경제적인 효과를 기대할 수 있다.However, according to the present invention, it is possible to use a relatively inexpensive HFO as fuel, reduce the emission of carbon dioxide to satisfy international environmental regulations, and further produce energy using carbon dioxide contained in the exhaust gas. Economical effect can be expected.
본 발명에 따른 이산화탄소 처리 방법은, 선박용 엔진(100)에서 배출되는 배기가스를 공급받아 배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 포집하는 단계, 포집된 이산화탄소를 가압하여 초임계 이산화탄소로 변화시키는 단계, 초임계 이산화탄소를 발전기(421)가 구비된 초임계 터빈(420)의 작동유체로 공급하는 단계, 발전기(421)에서 생산된 전기에너지를 선박의 전력 수요처(500) 또는 추진 엔진의 추진모터(110)로 공급하는 단계를 포함하여, 엔진(100)의 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하여 선박용 전기에너지를 생산할 수 있다. The method for treating carbon dioxide according to the present invention includes the steps of collecting carbon dioxide contained in exhaust gas supplied from an exhaust gas discharged from a marine engine (100), pressurizing the collected carbon dioxide to change into supercritical carbon dioxide, To the
초임계 터빈(420)으로부터 배출된 초임계 이산화탄소는 냉각, 압축, 가열 단계를 거쳐 다시 초임계 터빈(420)으로 공급되는 초임계 이산화탄소 사이클(400)을 형성할 수 있다.The supercritical carbon dioxide discharged from the
이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. . Therefore, the above-described embodiments are to be considered as illustrative rather than restrictive, and the present invention is not limited to the above description, and may be modified within the scope of the appended claims and equivalents thereof.
1000 : 선박의 이산화탄소 처리 시스템
100 : 선박용 엔진
110 : 엔진의 추진 모터
200 : 이산화탄소 포집부
300 : 초임계 이산화탄소 생성부
400 : 초임계 이산화탄소 사이클
410 : 초임계 히터
420 : 초임계 터빈
421 : 초임계 터빈 발전기
430 : 초임계 쿨러
440 : 초임계 컴프레서
500 : 선박의 전력수요처1000: Carbon dioxide treatment system of ship
100: Marine engine
110: Propulsion motor of the engine
200: Carbon dioxide collection unit
300: supercritical carbon dioxide generating unit
400: supercritical carbon dioxide cycle
410: Supercritical Heater
420: Supercritical turbine
421: Supercritical turbine generator
430: Supercritical cooler
440: supercritical compressor
500: Power demand of ship
Claims (10)
상기 엔진에서 배출되는 배기가스 중에서 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집부;
상기 이산화탄소 포집부에서 포집된 이산화탄소를 초임계 유체로 변화시키는 초임계 이산화탄소 생성부; 및
상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 발전기를 구동시키는 초임계 터빈(Turbine);을 포함하여,
상기 선박용 엔진의 배기가스로부터 회수된 초임계 이산화탄소를 이용하여 생산한 전기에너지를 선박용 전력으로 공급하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템. Marine engine;
A carbon dioxide collecting unit for collecting carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the engine;
A supercritical carbon dioxide generating unit for converting the carbon dioxide captured by the carbon dioxide collecting unit into a supercritical fluid; And
And a supercritical turbine for driving the generator using the supercritical carbon dioxide,
Wherein the electric energy produced by using the supercritical carbon dioxide recovered from the exhaust gas of the marine engine is supplied to the marine power.
상기 초임계 터빈을 통과한 후의 초임계 이산화탄소를 냉각하는 초임계 쿨러;
상기 냉각된 초임계 이산화탄소를 압축하는 초임계 컴프레서; 및
상기 압축된 초임계 이산화탄소를 가열하는 초임계 히터;를 더 포함하고,
상기 냉각, 압축 및 가열된 초임계 이산화탄소는 상기 초임계 터빈으로 재순환되는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템.The method according to claim 1,
A supercritical cooler for cooling the supercritical carbon dioxide after passing through the supercritical turbine;
A supercritical compressor for compressing the cooled supercritical carbon dioxide; And
And a supercritical heater for heating the compressed supercritical carbon dioxide,
Wherein the cooled, compressed and heated supercritical carbon dioxide is recycled to the supercritical turbine.
상기 초임계 컴프레서의 후단에는,
상기 초임계 터빈으로부터 배출되어 상기 쿨러로 공급되는 초임계 이산화탄소 중 일부를 우회시켜 재압축시킨 후 상기 초임계 터빈으로 재공급하도록 하는 리사이클 컴프레서;를 더 포함하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템.The method of claim 2,
At the downstream end of the supercritical compressor,
Further comprising a recycle compressor for bypassing and recompressing some of the supercritical carbon dioxide discharged from the supercritical turbine and supplying the supercritical carbon dioxide to the supercritical turbine.
상기 이산화탄소 포집부는,
상기 배기가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑; 및
상기 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생하는 재생탑;을 포함하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템.The method according to claim 1,
The carbon dioxide collecting unit
An absorption tower for absorbing carbon dioxide from the exhaust gas; And
And a regeneration tower for regenerating the absorbent that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower.
상기 엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산하는 보일러; 및
상기 보일러에서 생산된 스팀을 작동유체로 하여 전기에너지를 생산하는 스팀 터빈;을 더 포함하여,
상기 초임계 터빈을 보조 발전기로 활용하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템.The method according to claim 1,
A boiler for producing steam using waste heat of the exhaust gas discharged from the engine; And
And a steam turbine for producing electric energy using steam produced in the boiler as a working fluid,
Wherein the supercritical turbine is used as an auxiliary generator.
상기 엔진은 벙커C유 또는 액화천연가스를 연료로 하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the engine is fueled by Bunker C oil or liquefied natural gas.
상기 초임계 컴프레서는,
상기 엔진의 연료공급용 컴프레서인 것을 특징으로 하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템.The method of claim 2,
Wherein the supercritical compressor comprises:
Wherein the fuel supply system is a fuel supply compressor of the engine.
상기 초임계 히터는,
상기 선박의 연료공급용 기화기인 것을 특징으로 하는, 선박의 이산화탄소 처리 시스템.The method of claim 2,
Wherein the supercritical heater comprises:
Wherein the fuel is a vaporizer for fueling the ship.
상기 포집된 이산화탄소를 가압하여 초임계 이산화탄소로 변화시키는 단계;
상기 초임계 이산화탄소를 발전기가 구비된 터빈의 작동유체로 공급하는 단계; 및
상기 발전기에서 생산된 전기에너지를 상기 선박의 전력 수요처 또는 추진모터로 공급하는 단계;를 포함하여,
상기 엔진의 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하여 선박용 전기에너지를 생산하는, 선박의 이산화탄소 처리 방법.Collecting carbon dioxide contained in the exhaust gas by receiving the exhaust gas discharged from the marine engine;
Converting the captured carbon dioxide to supercritical carbon dioxide;
Supplying the supercritical carbon dioxide to a working fluid of a turbine equipped with a generator; And
And supplying electric energy produced by the generator to a power consumer of the ship or a propulsion motor,
And collecting carbon dioxide from the exhaust gas of the engine to produce electrical energy for ship.
상기 터빈으로부터 배출되는 초임계 이산화탄소를 냉각하는 단계;
상기 냉각된 초임계 이산화탄소를 압축하는 단계;
상기 압축된 초임계 이산화탄소를 가열하는 단계; 및
상기 냉각, 압축 및 가열된 초임계 이산화탄소를 상기 터빈으로 재순환시키는 단계;를 더 포함하는, 선박의 이산화탄소 처리 방법.The method of claim 9,
Cooling supercritical carbon dioxide discharged from the turbine;
Compressing the cooled supercritical carbon dioxide;
Heating the compressed supercritical carbon dioxide; And
Further comprising the step of recirculating said cooled, compressed and heated supercritical carbon dioxide to said turbine.
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