KR20220014356A - System for capturing carbon dioxide from exhaust gas - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a system for capturing carbon dioxide from exhaust gas of a ship. The capture system according to an embodiment of the present invention comprises: a fuel supply line which supplies liquefied natural gas from an LNG tank to an engine, and on which a first heat exchanger and a second heat exchanger are installed; a fuel heating line which supplies steam heating the liquefied natural gas supplied to the fuel supply line to the second heat exchanger, and on which installed are a condenser for receiving the steam having passed through the second heat exchanger and a water tank for storing water condensed in the condenser; and an exhaust gas discharge line to which exhaust gas discharged from the engine after combustion is supplied, and on which installed are an economizer cooling the exhaust gas by exchanging heat with the water supplied from the water tank, a compressor pressurizing the exhaust gas supplied from the economizer, a pre-cooler pre-cooling the exhaust gas supplied from the compressor, a first gas-liquid separator separating moisture from the exhaust gas having passed through the pre-cooler and then, supplying the exhaust gas to the first heat exchanger, a second gas-liquid separator separating liquefied carbon dioxide condensed through the first heat exchanger from the remaining exhaust gas, and a liquefied carbon dioxide tank storing the liquefied carbon dioxide separated by the second gas-liquid separator. The present invention can reduce the emission of carbon dioxide into the atmosphere by collecting and storing carbon dioxide included in exhaust gas discharged from an engine of a ship.

Description

선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템{SYSTEM FOR CAPTURING CARBON DIOXIDE FROM EXHAUST GAS}Carbon dioxide capture system from ship exhaust gas {SYSTEM FOR CAPTURING CARBON DIOXIDE FROM EXHAUST GAS}

본 발명은 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박의 배기가스에 포함된 이산화탄소 포집 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for capturing carbon dioxide in exhaust gas of a ship, and more particularly, to a system for capturing carbon dioxide contained in exhaust gas of a ship using liquefied natural gas as a 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 the increase in atmospheric carbon dioxide concentration increases, the amount of carbon dioxide that can be emitted is limited by country. Recently, interest in carbon dioxide emitted from ships is increasing, and movements to regulate the amount of carbon dioxide emitted from ships are intensifying.

이에 대한 일환으로 대기오염물질을 적게 발생시키는 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박이 등장하기 시작하였는데, 액화천연가스를 연료로 사용하였을 때 배출되는 이산화탄소의 감소량은 20% 정도에 불과한 실정이다.As a part of this, ships that use liquefied natural gas as fuel, which generate less air pollutants, have begun to appear.

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 emissions are strengthened, there is a fear that the ships cannot be used and a huge loss may occur.

본 발명의 실시 예들은 액화천연가스를 연료로 사용하는 선박의 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하는 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a system for capturing carbon dioxide from the exhaust gas of a ship using liquefied natural gas as a fuel.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스를 저장하는 엘엔지 탱크;와, 상기 엘엔지 탱크의 액화천연가스를 엔진에 공급하며, 제1 열교환기와, 제2 열교환기가 설치되는 연료 공급라인;과, 상기 연료 공급라인에 공급된 액화천연가스를 가열하는 스팀을 상기 제2 열교환기에 공급하며, 상기 제2 열교환기를 거친 스팀이 공급되는 응축기, 상기 응축기에서 응축된 물을 저장하는 워터 탱크가 설치되는 연료 가열라인;과, 상기 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스가 공급되며, 상기 워터 탱크에서 공급되는 물과 열 교환하여 상기 배기가스를 냉각하는 이코노마이저, 상기 이코노마이저에서 공급된 배기가스를 가압하는 압축기, 상기 압축기에서 공급된 배기가스를 예냉하는 예비 냉각기, 상기 예비 냉각기를 거친 배기가스의 수분을 분리한 후 상기 제1 열교환기로 배기가스를 공급하는 제1 기액 분리기, 상기 제1 열교환기를 거쳐 응축된 액화 이산화탄소와 잔여 배기가스를 분리하는 제2 기액 분리기, 상기 제2 기액 분리기에서 분리된 액화 이산화탄소를 저장하는 액화 이산화탄소 탱크가 설치되는 배기가스 배기라인;을 포함하는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, an LNG tank for storing liquefied natural gas; and a fuel supply line for supplying the liquefied natural gas of the LNG tank to an engine, in which a first heat exchanger and a second heat exchanger are installed; and Steam for heating the liquefied natural gas supplied to the fuel supply line is supplied to the second heat exchanger, and a condenser to which steam passing through the second heat exchanger is supplied, and a water tank for storing water condensed in the condenser are installed. line; and an economizer to which exhaust gas discharged after combustion from the engine is supplied, heat exchange with water supplied from the water tank to cool the exhaust gas, a compressor for pressurizing the exhaust gas supplied from the economizer, the compressor a pre-cooler for pre-cooling the exhaust gas supplied in A second gas-liquid separator for separating the residual exhaust gas, an exhaust gas exhaust line in which a liquefied carbon dioxide tank for storing the liquefied carbon dioxide separated in the second gas-liquid separator is installed; a carbon dioxide collection system for ship exhaust gas can be provided .

상기 제2 기액 분리기에서 분리된 잔여 배기가스를 상기 예비 냉각기로 공급하는 잔여 배기가스 배기라인을 더 포함하고, 상기 제2 기액 분리기에서 분리된 잔여 배기가스는 상기 예비 냉각기의 열교환매체로 이용된 후 외부로 배기될 수 있다.and a residual exhaust gas exhaust line for supplying the residual exhaust gas separated by the second gas-liquid separator to the preliminary cooler, wherein the residual exhaust gas separated from the second gas-liquid separator is used as a heat exchange medium of the preliminary cooler It can be exhausted to the outside.

상기 배기가스 배기라인에는 상기 이코노마이저에서 공급된 배기가스를 공급받아 해수 또는 청수를 이용하여 이물질을 제거한 후 상기 압축기로 공급하는 녹 아웃 드럼을 더 포함한다.The exhaust gas exhaust line further includes a knock-out drum that receives the exhaust gas supplied from the economizer, removes foreign substances using seawater or fresh water, and supplies the exhaust gas to the compressor.

상기 엘엔지 탱크의 액화천연가스는 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기를 순차적으로 거친 후 상기 엔진에 공급될 수 있다.The liquefied natural gas of the LNG tank may be supplied to the engine after sequentially passing through the first heat exchanger and the second heat exchanger.

상기 압축기는 상기 배기가스를 5bar 이상으로 가압할 수 있다.The compressor may pressurize the exhaust gas to 5 bar or more.

상기 제1 열교환기는 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 액화시키는 온도범위 내로 상기 배기가스를 냉각할 수 있다.The first heat exchanger may cool the exhaust gas within a temperature range for liquefying carbon dioxide contained in the exhaust gas.

상기 액화 이산화탄소 탱크는 선박에 구비된 소화 시스템 라인 또는 불활성 가스 공급 시스템 라인과 연결될 수 있다.The liquefied carbon dioxide tank may be connected to a fire extinguishing system line or an inert gas supply system line provided on the ship.

상기 엔진은 저압 4-Stroke Otto Cycle 엔진을 포함한다.The engine includes a low pressure 4-Stroke Otto Cycle engine.

상기 연료 공급라인은 비상 시 상기 제1 열교환기를 거치지 않고 상기 제2 열교환기로 상기 엘엔지 탱크의 액화천연가스를 공급하는 바이패스 라인을 포함한다.The fuel supply line includes a bypass line for supplying the liquefied natural gas of the LNG tank to the second heat exchanger without going through the first heat exchanger in an emergency.

상기 배기가스 배기라인은 비상 시 상기 이코노마이저에서 배출되는 배기가스와 상기 제2 기액 분리기에서 배출되는 배기가스를 바로 배기하기 위한 비상 배기라인을 더 포함한다.The exhaust gas exhaust line further includes an emergency exhaust line for directly exhausting the exhaust gas discharged from the economizer and the exhaust gas discharged from the second gas-liquid separator in an emergency.

상기 배기가스 배기라인은 비상 시 상기 제1 열교환기 쪽으로 세정기체를 공급하기 위해 상기 압축기 전단에 세정기체를 공급하는 세정기체 공급라인과, 상기 압축기에 의해 가압된 세정기체를 상기 제1 열교환기 쪽으로 바로 공급하는 세정라인을 더 포함한다.The exhaust gas exhaust line includes a cleaning gas supply line for supplying cleaning gas to the front end of the compressor to supply cleaning gas toward the first heat exchanger in an emergency, and a cleaning gas pressurized by the compressor toward the first heat exchanger. It further includes a cleaning line that supplies directly.

본 발명의 실시 예들은 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하여 저장함으로써 대기 중으로 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있다.Embodiments of the present invention can reduce the emission of carbon dioxide into the atmosphere by capturing and storing carbon dioxide contained in exhaust gas discharged from the engine of a ship.

또한 본 발명의 실시 예들은 열교환기와 배기가스의 고열을 이용하여 배기가스 내 이산화탄소를 냉각, 액화시키는 것 뿐만 아니라 액화천연가스를 사전에 가열시키는 용도로 활용하여 선박에서 사용하는 스팀의 소모량을 줄일 수 있다.In addition, embodiments of the present invention can reduce the consumption of steam used in ships by using the heat exchanger and the high heat of the exhaust gas to cool and liquefy carbon dioxide in the exhaust gas, as well as to preheat the liquefied natural gas. have.

도 1은 본 실시 예에 따른 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a carbon dioxide capture system of ship exhaust gas according to this embodiment.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. The present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted from the drawings, and in the drawings, the width, length, thickness, etc. of components may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 실시 예에 따른 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a carbon dioxide capture system of ship exhaust gas according to this embodiment.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템(10)은 엘엔지 탱크(11), 연료 공급라인(20), 연료 가열라인(30), 배기가스 배기라인(40), 잔여 배기가스 배기라인(50)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the carbon dioxide collection system 10 of ship exhaust gas according to an embodiment of the present invention includes an LNG tank 11 , a fuel supply line 20 , a fuel heating line 30 , and an exhaust gas exhaust line 40 . ), and the residual exhaust gas exhaust line 50 .

엘엔지 탱크(11)는 대략 -162℃로 유지된 액화천연가스가 저장된다. 엘엔지 탱크(11)에 저장된 액화천연가스는 연료 공급라인(20)을 통해 엔진(12)에 공급된다.The LNG tank 11 stores liquefied natural gas maintained at approximately -162°C. The liquefied natural gas stored in the LNG tank 11 is supplied to the engine 12 through the fuel supply line 20 .

엔진(12)은 액화천연가스를 연료로 하는 저압 4-Stroke Otto Cycle 엔진을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 예로서, 엔진(12)은 2-Stroke Cycle 엔진을 포함할 수도 있고, 이와 같은 경우, 엔진(12)의 배기관에는 고온의 연소 가스로 발생하는 질소 산화물(NOx) 처리를 위한 선택적 환원 촉매(SCR) 등이 설치될 수 있다.The engine 12 includes, but is not limited to, a low-pressure 4-stroke Otto Cycle engine using liquefied natural gas as a fuel. For example, the engine 12 may include a 2-stroke cycle engine, and in this case, the exhaust pipe of the engine 12 has a selective reduction catalyst (SCR) for nitrogen oxide (NOx) treatment generated as a high-temperature combustion gas. ) can be installed.

연료 공급라인(20)은 엘엔지 탱크(11)에서 시작하여 엔진(12)에 연결되고, 연료 공급라인(20)에는 배기가스 배기라인(40)의 유체와 열 교환하는 제1 열교환기(21)와, 연료 가열라인(30)의 유체와 열 교환하는 제2 열교환기(22)가 순차적으로 설치된다.The fuel supply line 20 starts from the LNG tank 11 and is connected to the engine 12 , and the fuel supply line 20 has a first heat exchanger 21 that exchanges heat with the fluid of the exhaust gas exhaust line 40 . And, a second heat exchanger 22 that exchanges heat with the fluid of the fuel heating line 30 is sequentially installed.

제1 열교환기(21)는 연료 공급라인(20)을 따라 흐르는 액화천연가스를 열교환매체로 이용하여 배기가스 배기라인(40)에 유동하는 배기가스를 냉각하는 냉각기로서 제공되고, 제2 열교환기(22)는 연료 가열라인(30)을 따라 흐르는 스팀을 열교환매체로 이용하여 제1 열교환기(21)를 거친 후 엔진(12)에 공급되는 액화천연가스를 가열하여 기화시키는 히터로서 제공된다.The first heat exchanger 21 is provided as a cooler for cooling the exhaust gas flowing in the exhaust gas exhaust line 40 using liquefied natural gas flowing along the fuel supply line 20 as a heat exchange medium, and the second heat exchanger Reference numeral 22 is provided as a heater for heating and vaporizing the liquefied natural gas supplied to the engine 12 after passing through the first heat exchanger 21 using steam flowing along the fuel heating line 30 as a heat exchange medium.

제2 열교환기(22)에서 열교환된 액화천연가스는 엔진(12)에서 필요로 하는 약 35℃ 온도의 가스 상태로 변환될 수 있다. 제2 열교환기(22)를 거쳐 엔진(12)에 공급되는 액화천연가스는 엔진(12) 전단에 설치되는 GVU(Gas Valve Unit)를 통해 온도 및 유량이 조절될 수 있다.The liquefied natural gas heat-exchanged in the second heat exchanger 22 may be converted into a gaseous state at a temperature of about 35° C. required by the engine 12 . The temperature and flow rate of the liquefied natural gas supplied to the engine 12 through the second heat exchanger 22 may be controlled through a gas valve unit (GVU) installed at the front end of the engine 12 .

연료 가열라인(30)은 고압의 스팀 시스템(31)으로부터 공급되는 스팀을 제2 열교환기(22)에 공급한다.The fuel heating line 30 supplies steam supplied from the high-pressure steam system 31 to the second heat exchanger 22 .

연료 가열라인(30)에는 제2 열교환기(22)를 거쳐 열교환된 스팀을 응축하기 위한 응축기(33)와, 응축기(33)에서 액화된 물을 저장하는 워터 탱크(34)가 설치된다.A condenser 33 for condensing the steam heat-exchanged through the second heat exchanger 22 and a water tank 34 for storing water liquefied in the condenser 33 are installed in the fuel heating line 30 .

워터 탱크(34)에 저장된 물은 엔진(12)에서 배기되는 배기가스의 폐열을 회수하기 위한 이코노마이저(ECM, Economizer)(41)에 공급되고, 이코노마이저(41)에 공급된 물은 이코노마이저(41)에 공급되는 배기가스의 고열을 이용하여 가열, 기화된 후 다시 고압의 스팀 시스템(31)으로 재 공급될 수 있다.The water stored in the water tank 34 is supplied to an economizer (ECM, Economizer) 41 for recovering waste heat of exhaust gas exhausted from the engine 12, and the water supplied to the economizer 41 is supplied to the economizer 41. It can be heated and vaporized using the high heat of the exhaust gas supplied to the , and then re-supplied to the high-pressure steam system 31 .

연료 가열라인(30)에는 워터 탱크(34)에 저장된 물을 펌핑하여 이코노마이저(41)에 공급하는 펌프(35)가 설치된다.A pump 35 is installed in the fuel heating line 30 to pump the water stored in the water tank 34 and supply it to the economizer 41 .

워터 탱크(34)에는 벤트 관(36)이 설치될 수 있고, 벤트 관(36)에는 가스 감지기(미도시)가 설치될 수 있다. 가스 감지기는 제2 열교환기(22)의 파공 등으로 인한 액화천연가스의 스팀 내부로의 유입을 감지하는 역할을 수행할 수 있다.A vent pipe 36 may be installed in the water tank 34 , and a gas detector (not shown) may be installed in the vent pipe 36 . The gas detector may serve to detect the inflow of the liquefied natural gas into the steam due to a hole in the second heat exchanger 22 .

여기서, 연료 공급라인(20)을 통해 엔진(12)에 공급되는 액화천연가스는 제1 열교환기(21)에서 열교환되어 가열된 후 제2 열교환기(22)로 공급되고, 제2 열교환기(22)로 공급되는 스팀은 이코노마이저(41)에 공급되는 배기가스의 고열과 열교환되어 스팀 시스템(31)에 재 공급됨에 따라 엔진(12)에 공급되는 액화천연가스를 기화시키기 위해 필요한 스팀 소모량을 줄여 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Here, the liquefied natural gas supplied to the engine 12 through the fuel supply line 20 is heat-exchanged in the first heat exchanger 21 and then supplied to the second heat exchanger 22, and the second heat exchanger ( 22), the steam supplied to the economizer 41 exchanges heat with the high heat of the exhaust gas supplied to the economizer 41, and as it is re-supplied to the steam system 31, the amount of steam required to vaporize the liquefied natural gas supplied to the engine 12 is reduced. energy efficiency can be improved.

배기가스 배기라인(40)에는 이코노마이저(41), 녹 아웃 드럼(42), 압축기(43), 예비 냉각기(44), 제1 기액 분리기(45), 제1 열교환기(21), 제2 기액 분리기(46) 및 액화 이산화탄소 저장탱크(47)가 설치될 수 있다.The exhaust gas exhaust line 40 includes an economizer 41 , a knock-out drum 42 , a compressor 43 , a pre-cooler 44 , a first gas-liquid separator 45 , a first heat exchanger 21 , and a second gas-liquid A separator 46 and a liquefied carbon dioxide storage tank 47 may be installed.

엔진(12)에서 배출되는 배기가스는 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 산소(O2), 이물질(Soot), 수증기(H2O) 등을 포함한다.Exhaust gas discharged from the engine 12 includes carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), foreign substances (Soot), water vapor (H 2 O), and the like.

엔진(12)에서 배출되는 배기가스는 이코노마이저(41)를 통해 열교환되어 냉각된 후 녹 아웃 드럼(42)에 공급된다.The exhaust gas discharged from the engine 12 is heat-exchanged through the economizer 41 and cooled, and then supplied to the knock-out drum 42 .

녹 아웃 드럼(42)의 내부에는 해수 또는 청수 라인(42a)과 연결되는 노즐이 배치되고, 노즐에서 분무되는 해수(Sea Water) 또는 청수(Fresh Water)에 의해 녹 아웃 드럼(42) 내부에 유입된 배기가스 내의 이물질(Soot)이 제거된다.A nozzle connected to the seawater or fresh water line 42a is disposed inside the knock-out drum 42, and is introduced into the knock-out drum 42 by seawater or fresh water sprayed from the nozzle. Soot in exhaust gas is removed.

해수 또는 청수 라인(42a)에는 공급되는 해수 또는 청수의 이물질을 거르는 필터(미도시)가 구비될 수 있다.The seawater or fresh water line 42a may be provided with a filter (not shown) that filters foreign substances from the supplied seawater or fresh water.

녹 아웃 드럼(42)에서 배출되는 배기가스는 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 산소(O2), 수증기(H2O) 등을 포함한다.Exhaust gas discharged from the knock-out drum 42 includes carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ), water vapor (H 2 O), and the like.

녹 아웃 드럼(42)에서 이물질이 제거된 배기가스는 압축기(43)로 공급되고, 압축기(43)는 배기가스를 5 bar 이상으로 가압한다.The exhaust gas from which foreign substances are removed from the knock-out drum 42 is supplied to the compressor 43, and the compressor 43 pressurizes the exhaust gas to 5 bar or more.

이러한 압축기(43)는 시스템 내에서 배기가스의 원활한 흐름을 보장하고, 이산화탄소의 냉각 과정 중 발생할 수 있는 5 bar 이하의 저압 환경에서 이산화탄소의 응결 현상, 즉 고체화(Soldification)를 방지하기 위해 5 bar 이상으로 가압한다.The compressor 43 ensures a smooth flow of exhaust gas within the system, and is 5 bar or more to prevent the condensation of carbon dioxide, that is, solidification, in a low pressure environment of 5 bar or less that may occur during the cooling process of carbon dioxide. pressurize with

압축기(43)에 의해 가압된 배기가스는 예비 냉각기(44)로 공급된다. 예비 냉각기(44)로 공급되는 배기가스는 제2 기액 분리기(46)에서 분리된 잔여 배기가스와 열교환되어 냉각될 수 있다.The exhaust gas pressurized by the compressor 43 is supplied to the pre-cooler 44 . The exhaust gas supplied to the preliminary cooler 44 may be cooled by heat exchange with the remaining exhaust gas separated in the second gas-liquid separator 46 .

예비 냉각기(44)에서 예냉된 배기가스는 제1 기액 분리기(45)로 공급된다. 제1 기액 분리기(45)는 예비 냉각기(44)에서 공급된 배기가스를 기체 성분과 액체 성분으로 분리시킨다.The exhaust gas pre-cooled by the pre-cooler 44 is supplied to the first gas-liquid separator 45 . The first gas-liquid separator 45 separates the exhaust gas supplied from the pre-cooler 44 into a gas component and a liquid component.

예비 냉각기(44)를 통해 예냉된 배기가스의 수증기는 액화되어 제1 기액 분리기(45)의 워터 배출라인(48)을 통해 배출되고, 제1 기액 분리기(45)에서 분리된 이산화탄소(CO2), 질소(N2), 산소(O2)를 포함한 배기가스는 제1 열교환기(21)로 공급된다.Water vapor of the exhaust gas pre-cooled through the pre-cooler 44 is liquefied and discharged through the water discharge line 48 of the first gas-liquid separator 45, and carbon dioxide (CO 2 ) separated in the first gas-liquid separator 45 , nitrogen (N 2 ), and exhaust gas containing oxygen (O 2 ) is supplied to the first heat exchanger (21).

제1 열교환기(21)에 공급된 배기가스는 연료 공급라인(20)에서 공급되는 극 저온의 액화천연가스와 열 교환되어 냉각된다.The exhaust gas supplied to the first heat exchanger 21 is cooled by heat exchange with the extremely low-temperature liquefied natural gas supplied from the fuel supply line 20 .

제1 열교환기(21)는 배기가스에 포함된 이산화탄소만을 액화시키는 온도범위(최소 -57℃) 내에서 배기가스를 냉각시킨다. 이산화탄소는 대략 5 bar에서 약 -57℃의 끓는점을 나타내는 물질이다.The first heat exchanger 21 cools the exhaust gas within a temperature range (at least -57° C.) for liquefying only carbon dioxide contained in the exhaust gas. Carbon dioxide is a substance that exhibits a boiling point of about -57°C at about 5 bar.

제1 열교환기(21)에서 열교환된 배기가스는 제2 기액 분리기(46)로 공급된다. 제2 기액 분리기(46)로 공급되는 배기가스의 압력은 약 5 bar이고, 온도는 -57℃일 수 있다.The exhaust gas heat-exchanged in the first heat exchanger 21 is supplied to the second gas-liquid separator 46 . The pressure of the exhaust gas supplied to the second gas-liquid separator 46 may be about 5 bar, and the temperature may be -57°C.

제2 기액 분리기(46)는 제1 열교환기(21)를 통해 열교환된 배기가스를 기체성분과 액체성분으로 분리시킨다.The second gas-liquid separator 46 separates the exhaust gas heat-exchanged through the first heat exchanger 21 into a gas component and a liquid component.

제2 기액 분리기(46)에서 분리된 기체성분은 질소(N2)와 산소(O2)를 포함하고, 제2 기액 분리기(46)에서 분리된 액체성분은 액화 이산화탄소를 포함한다.The gas component separated by the second gas-liquid separator 46 includes nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ), and the liquid component separated by the second gas-liquid separator 46 includes liquefied carbon dioxide.

제2 기액 분리기(46)에서 분리된 기체성분은 잔여 배기가스 배기라인(50)을 통해 예비 냉각기(44)로 공급되며, 압축기(43)에서 공급되는 배기가스를 예냉시키는 열교환매체로 이용되어 가열된 후 외부로 배출된다.The gas component separated in the second gas-liquid separator 46 is supplied to the pre-cooler 44 through the residual exhaust gas exhaust line 50 , and is used as a heat exchange medium for pre-cooling the exhaust gas supplied from the compressor 43 to heat it. after being discharged to the outside.

따라서, 예비 냉각기(44)를 거쳐 외부로 배기되는 배기가스는 저온 배기가스로 인한 배기구 주변의 수증기 응결을 방지할 수 있다.Accordingly, the exhaust gas exhausted to the outside through the pre-cooler 44 may prevent condensation of water vapor around the exhaust port due to the low-temperature exhaust gas.

제2 기액 분리기(46)에서 분리된 액화 이산화탄소는 액화 이산화탄소 저장탱크(47)로 공급된다.The liquefied carbon dioxide separated by the second gas-liquid separator 46 is supplied to the liquefied carbon dioxide storage tank 47 .

액화 이산화탄소 저장탱크(47)는 소화 시스템 라인(50) 또는 불활성 가스 공급 시스템 라인(51)과 연결될 수 있다.The liquefied carbon dioxide storage tank 47 may be connected to the fire extinguishing system line 50 or the inert gas supply system line 51 .

액화 이산화탄소 저장탱크(47)에 저장된 이산화탄소는 소화 시스템 라인(50)을 통해 소화 용도로 이용되거나, 불활성 가스 공급 시스템 라인(51)을 통해 불활성 가스를 공급하는 용도로 이용될 수 있다. 또한 액화 이산화탄소 저장탱크(47)에 저장된 이산화탄소는 터미널에서 회수되어, 오일 회수 증진을 위한 유전 재주입용이나, 바이오 메스 생성을 위한 식물이나 조류 재배용, 칼슘과 반응시켜 탄산염 형태의 건축 자재로 활용 가능하다.The carbon dioxide stored in the liquefied carbon dioxide storage tank 47 may be used for fire extinguishing through the fire extinguishing system line 50 or used for supplying an inert gas through the inert gas supply system line 51 . In addition, the carbon dioxide stored in the liquefied carbon dioxide storage tank 47 is recovered from the terminal, and it can be used as a building material in the form of carbonate by reacting with calcium for oil field re-injection to enhance oil recovery, for plant or algae cultivation for biomass production. do.

한편, 본 실시예의 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템(10)은 제1 열교환기(21)에서 이산화탄소를 액화시키는 과정에서 이산화탄소의 액화조건 범위를 벗어남에 따라 배기가스의 수분이나 이산화탄소의 응결이 발생하여 포집 시스템(10)의 사용이 불가능한 비상 시 액화천연가스와 배기가스의 흐름을 조절하기 위한 바이패스 라인(60), 비상 배기라인(70) 및 세정라인(82)을 포함한다.On the other hand, in the carbon dioxide collection system 10 of the ship exhaust gas of this embodiment, moisture in the exhaust gas or condensation of carbon dioxide occurs as the carbon dioxide liquefaction condition is out of the range of the carbon dioxide liquefaction condition in the process of liquefying the carbon dioxide in the first heat exchanger 21. It includes a bypass line 60 , an emergency exhaust line 70 , and a cleaning line 82 for controlling the flow of liquefied natural gas and exhaust gas in an emergency in which the collection system 10 cannot be used.

연료 공급라인(20)에는 제1 열교환기(21)를 거치지 않고 제2 열교환기(22)로 엘엔지 탱크(11)의 액화천연가스를 바로 공급하는 바이패스 라인(60)이 설치되고, 바이패스 라인(60)에는 액화천연가스의 흐름을 제어하는 액화천연가스 개폐밸브(61)가 설치된다.A bypass line 60 for directly supplying the liquefied natural gas of the LNG tank 11 to the second heat exchanger 22 without going through the first heat exchanger 21 is installed in the fuel supply line 20, and the bypass A liquefied natural gas on-off valve 61 for controlling the flow of liquefied natural gas is installed in the line 60 .

바이패스 라인(60)은 엘엔지 탱크(11)와 제1 열교환기(21) 사이의 연료 공급라인(20)에서 분기되어 제1 열교환기(21)와 제2 열교환기(22) 사이의 연료 공급라인(20)에 연결된다.The bypass line 60 is branched from the fuel supply line 20 between the LNG tank 11 and the first heat exchanger 21 to supply fuel between the first heat exchanger 21 and the second heat exchanger 22 . connected to line 20 .

액화천연가스 개폐밸브(61)는 평상 시 닫힌 상태이고, 비상 시에는 열린 상태로 전환되어, 엘엔지 탱크(11)의 액화천연가스를 제2 열교환기(22)로 바로 공급한다.The liquefied natural gas opening/closing valve 61 is normally closed, and in an emergency, it is switched to an open state, and the liquefied natural gas of the LNG tank 11 is directly supplied to the second heat exchanger 22 .

배기가스 배기라인(40)에는 이코노마이저(41)에서 배출되는 배기가스와, 제2 기액 분리기(46)에서 배출되는 배기가스가 후 공정으로 공급되지 않고 우회하여 바로 배기시키기 위한 비상 배기라인(70)이 설치되고, 비상 배기라인(70)에는 배기가스의 흐름을 제어하는 배기가스 개폐밸브(74,75)가 설치된다.In the exhaust gas exhaust line 40, the exhaust gas discharged from the economizer 41 and the exhaust gas discharged from the second gas-liquid separator 46 are not supplied to a post-process, but bypassed and directly exhausted through an emergency exhaust line 70. This is installed, and exhaust gas on-off valves 74 and 75 for controlling the flow of exhaust gas are installed in the emergency exhaust line 70 .

비상 배기라인(70)은 이코노마이저(41)와 녹 아웃 드럼(42) 사이의 배기가스 배기라인(40)에서 분기되어 벤트라인(73)과 연결되는 제1 비상 배기라인(71)과, 제2 기액 분리기(46)와 예비 냉각기(44) 사이의 배기가스 배기라인(40)에서 분기되어 벤트라인(73)과 연결되는 제2 비상 배기라인(72)을 포함한다.The emergency exhaust line 70 is a first emergency exhaust line 71 branched from the exhaust gas exhaust line 40 between the economizer 41 and the knock-out drum 42 and connected to the vent line 73 , and a second The second emergency exhaust line 72 is branched from the exhaust gas exhaust line 40 between the gas-liquid separator 46 and the pre-cooler 44 and is connected to the vent line 73 .

제1 비상 배기라인(71)에는 제1 배기가스 개폐밸브(74)가 설치되고, 제2 비상 배기라인(72)에는 제2 배기가스 개폐밸브(75)가 설치된다. 제1 배기가스 개폐밸브(74)와 제2 배기가스 개폐밸브(75)는 평상 시 닫힌 상태이고, 비상 시에는 열린 상태로 전환된다.A first exhaust gas opening/closing valve 74 is installed in the first emergency exhaust line 71 , and a second exhaust gas opening/closing valve 75 is installed in the second emergency exhaust line 72 . The first exhaust gas on-off valve 74 and the second exhaust gas on-off valve 75 are normally closed, and switched to an open state in case of emergency.

이러한 구성을 통해, 비상 시 엘엔지 탱크(11)에 저장된 액화천연가스는 바이패스 라인(60)을 통해 제2 열교환기(22)를 거쳐 기화된 후 엔진(12)에 공급되고, 엔진(12)에서 연소 후 배출되는 배기가스는 제1 비상 배기라인(71)을 통해 외부로 배기된다. 또한, 시스템에 잔존하는 배기가스는 제2 비상 배기라인(72)을 통해 외부로 배기될 수 있다.Through this configuration, the liquefied natural gas stored in the LNG tank 11 in an emergency is vaporized through the second heat exchanger 22 through the bypass line 60 and then supplied to the engine 12, and the engine 12 The exhaust gas discharged after combustion is exhausted to the outside through the first emergency exhaust line 71 . In addition, the exhaust gas remaining in the system may be exhausted to the outside through the second emergency exhaust line 72 .

배기가스 배기라인(40)에는 비상 시 제2 열교환기(22) 내부에 응결된 이산화탄소나 수분을 제거하기 위한 세정기체 공급라인(80)과 세정라인(82)이 설치될 수 있다.The exhaust gas exhaust line 40 may be provided with a cleaning gas supply line 80 and a cleaning line 82 for removing carbon dioxide or moisture condensed inside the second heat exchanger 22 in an emergency.

세정기체 공급라인(80)은 압축기(43) 전단의 배기가스 배기라인(40)에 연결되어 세정기체(에어, 질소 등)를 압축기(43)로 공급하고, 세정라인(82)은 압축기(43)에 의해 압축된 고온, 고압의 세정기체를 제1 열교환기(21) 쪽으로 바로 공급한다.The cleaning gas supply line 80 is connected to the exhaust gas exhaust line 40 in front of the compressor 43 to supply cleaning gas (air, nitrogen, etc.) to the compressor 43 , and the cleaning line 82 is connected to the compressor 43 ), the high-temperature, high-pressure cleaning gas compressed by the pressure is directly supplied to the first heat exchanger 21 .

세정라인(82)은 예비 냉각기(44)와 제1 기액 분리기(45) 사이의 배기가스 배기라인(40)과 제1 기액 분리기(45)와 제1 열교환기(21) 사이의 배기가스 배기라인(40)을 연결하는 바이패스 배관으로 구성될 수 있다.The cleaning line 82 is an exhaust gas exhaust line 40 between the pre-cooler 44 and the first gas-liquid separator 45 and an exhaust gas exhaust line between the first gas-liquid separator 45 and the first heat exchanger 21 . It may be composed of a bypass pipe connecting the (40).

세정기체 공급라인(80)과 세정라인(82)에는 세정기체의 흐름을 개폐하는 세정기체 개폐밸브(81,83)가 설치되고, 세정기체 개폐밸브(81,83)는 평상 시 닫힌 상태이고, 세정 시 열린 상태로 전환된다.Cleaning gas on/off valves 81 and 83 for opening and closing the flow of cleaning gas are installed in the cleaning gas supply line 80 and the cleaning line 82, and the cleaning gas on/off valves 81 and 83 are normally closed, It switches to an open state during cleaning.

이러한 구성을 통해, 세정기체 공급라인(80)을 통해 공급되는 세정기체는 압축기(43)를 통해 가압되고, 압축기(43)에서 고온, 고압으로 가압된 세정기체는 예비 냉각기(44)를 지나 세정라인(82)으로 공급된 후 제1 열교환기(21)에 공급되어 제1 열교환기(21) 내부에 응결된 이산화탄소나 수분을 제거할 수 있다.Through this configuration, the cleaning gas supplied through the cleaning gas supply line 80 is pressurized through the compressor 43 , and the cleaning gas pressurized at high temperature and high pressure in the compressor 43 passes through the pre-cooler 44 and is cleaned. After being supplied to the line 82 , it is supplied to the first heat exchanger 21 to remove carbon dioxide or moisture condensed inside the first heat exchanger 21 .

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.In the above, specific embodiments have been shown and described. However, it is not limited to the above-described embodiment, and those of ordinary skill in the art to which the invention pertains will be able to make various changes without departing from the spirit of the invention described in the claims below.

10: 이산화탄소 포집 시스템, 11: 엘엔지 탱크,
12: 엔진, 20: 연료 공급라인,
21: 제1 열교환기, 22: 제2 열교환기,
30: 연료 가열라인, 33: 응축기,
34: 워터 탱크, 40: 배기가스 배기라인,
41: 이코노마이저, 42: 녹 아웃 드럼,
43: 압축기, 44: 예비 냉각기,
45: 제1 기액 분리기, 46: 제2 기액 분리기,
47: 액화 이산화탄소 저장탱크, 48: 잔여 배기가스 배기라인,
50: 소화 시스템 라인, 51: 불활성 가스 공급 시스템 라인,
60: 바이패스 라인, 70: 비상 배기라인,
80: 세정기체 공급라인, 82: 세정라인.10: carbon dioxide capture system, 11: LNG tank,
12: engine, 20: fuel supply line,
21: a first heat exchanger, 22: a second heat exchanger,
30: fuel heating line, 33: condenser,
34: water tank, 40: exhaust gas exhaust line,
41: economizer, 42: knock-out drum,
43: compressor, 44: pre-cooler,
45: a first gas-liquid separator, 46: a second gas-liquid separator;
47: liquefied carbon dioxide storage tank, 48: residual exhaust gas exhaust line,
50: fire extinguishing system line, 51: inert gas supply system line;
60: bypass line, 70: emergency exhaust line,
80: cleaning gas supply line, 82: cleaning line.

Claims (8)

액화천연가스를 저장하는 엘엔지 탱크;
상기 엘엔지 탱크의 액화천연가스를 엔진에 공급하며, 제1 열교환기와, 제2 열교환기가 설치되는 연료 공급라인;
상기 연료 공급라인에 공급된 액화천연가스를 가열하는 스팀을 상기 제2 열교환기에 공급하며, 상기 제2 열교환기를 거친 스팀이 공급되는 응축기, 상기 응축기에서 응축된 물을 저장하는 워터 탱크가 설치되는 연료 가열라인; 및
상기 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스가 공급되며, 상기 워터 탱크에서 공급되는 물과 열 교환하여 상기 배기가스를 냉각하는 이코노마이저, 상기 이코노마이저에서 공급된 배기가스를 가압하는 압축기, 상기 압축기에서 공급된 배기가스를 예냉하는 예비 냉각기, 상기 예비 냉각기를 거친 배기가스의 수분을 분리한 후 상기 제1 열교환기로 배기가스를 공급하는 제1 기액 분리기, 상기 제1 열교환기를 거쳐 응축된 액화 이산화탄소와 잔여 배기가스를 분리하는 제2 기액 분리기, 상기 제2 기액 분리기에서 분리된 액화 이산화탄소를 저장하는 액화 이산화탄소 탱크가 설치되는 배기가스 배기라인;을 포함하는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.LNG tank for storing liquefied natural gas;
a fuel supply line supplying the liquefied natural gas of the LNG tank to the engine, a first heat exchanger and a second heat exchanger installed therein;
A condenser to which steam for heating the liquefied natural gas supplied to the fuel supply line is supplied to the second heat exchanger, the steam passing through the second heat exchanger is supplied, and a water tank for storing water condensed in the condenser. heating line; and
Exhaust gas discharged from the engine is supplied after combustion, and an economizer that cools the exhaust gas by heat exchange with water supplied from the water tank, a compressor that pressurizes the exhaust gas supplied from the economizer, and the exhaust gas supplied from the compressor A pre-cooler for pre-cooling gas, a first gas-liquid separator for supplying exhaust gas to the first heat exchanger after separating moisture from the exhaust gas that has passed through the pre-cooler, liquefied carbon dioxide and residual exhaust gas condensed through the first heat exchanger A second gas-liquid separator to separate, an exhaust gas exhaust line in which a liquefied carbon dioxide tank for storing the liquefied carbon dioxide separated in the second gas-liquid separator is installed; 제1항에 있어서,
상기 제2 기액 분리기에서 분리된 잔여 배기가스를 상기 예비 냉각기로 공급하는 잔여 배기가스 배기라인을 더 포함하고,
상기 제2 기액 분리기에서 분리된 잔여 배기가스는 상기 예비 냉각기의 열교환매체로 이용된 후 외부로 배기되는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.The method of claim 1,
Further comprising a residual exhaust gas exhaust line for supplying the residual exhaust gas separated in the second gas-liquid separator to the preliminary cooler,
The residual exhaust gas separated in the second gas-liquid separator is used as a heat exchange medium for the pre-cooler and then exhausted to the outside. 제1항에 있어서,
상기 배기가스 배기라인에는 상기 이코노마이저에서 공급된 배기가스를 공급받아 해수 또는 청수를 이용하여 이물질을 제거한 후 상기 압축기로 공급하는 녹 아웃 드럼을 더 포함하는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.According to claim 1,
The exhaust gas exhaust line receives the exhaust gas supplied from the economizer, removes foreign substances using seawater or fresh water, and then further includes a knock-out drum for supplying the exhaust gas to the compressor. 제1항에 있어서,
상기 엘엔지 탱크의 액화천연가스는 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기를 순차적으로 거친 후 상기 엔진에 공급되는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.According to claim 1,
The liquefied natural gas of the LNG tank sequentially passes through the first heat exchanger and the second heat exchanger, and then the carbon dioxide collection system of the ship exhaust gas is supplied to the engine. 제1항에 있어서,
상기 액화 이산화탄소 탱크는 선박에 구비된 소화 시스템 라인 또는 불활성 가스 공급 시스템 라인과 연결되는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.According to claim 1,
The liquefied carbon dioxide tank is a carbon dioxide collection system of the exhaust gas of a ship connected to a fire extinguishing system line or an inert gas supply system line provided on the ship. 제4항에 있어서,
상기 연료 공급라인은 비상 시 상기 제1 열교환기를 거치지 않고 상기 제2 열교환기로 상기 엘엔지 탱크의 액화천연가스를 공급하는 바이패스 라인을 포함하는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.5. The method of claim 4,
The fuel supply line includes a bypass line for supplying the liquefied natural gas of the LNG tank to the second heat exchanger without going through the first heat exchanger in an emergency. 제6항에 있어서,
상기 배기가스 배기라인은 비상 시 상기 이코노마이저에서 배출되는 배기가스와 상기 제2 기액 분리기에서 배출되는 배기가스를 바로 배기하기 위한 비상 배기라인을 더 포함하는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.7. The method of claim 6,
The exhaust gas exhaust line further comprises an emergency exhaust line for directly exhausting the exhaust gas discharged from the economizer and the exhaust gas discharged from the second gas-liquid separator in an emergency. 제1항에 있어서,
상기 배기가스 배기라인은 비상 시 상기 제1 열교환기 쪽으로 세정기체를 공급하기 위해 상기 압축기 전단에 세정기체를 공급하는 세정기체 공급라인과, 상기 압축기에 의해 가압된 세정기체를 상기 제1 열교환기 쪽으로 바로 공급하는 세정라인을 더 포함하는 선박 배기가스의 이산화탄소 포집 시스템.According to claim 1,
The exhaust gas exhaust line includes a cleaning gas supply line for supplying cleaning gas to the front end of the compressor to supply cleaning gas toward the first heat exchanger in an emergency, and a cleaning gas pressurized by the compressor toward the first heat exchanger. Carbon dioxide capture system of ship exhaust gas further comprising a cleaning line that supplies directly.
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