KR20220033552A - 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법 - Google Patents

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Abstract

부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법이 개시된다. 본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템은 액상유기수소운반체(LOHC)를 수용하는 적어도 하나의 저장탱크, 저장탱크에 수용되고 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 수소를 추출하는 탈수소화 라인, 탈수소화 라인에 의해 발생되는 수소가스를 수요처로 공급하는 수소가스 공급라인, 탈수소화 라인에 의해 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받아 수용하는 버퍼탱크 및 탈수소화 라인으로 액상유기수소운반체의 공급이 완료된 저장탱크 또는 공실의 저장탱크로 버퍼탱크에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급하는 운반매체 회수라인을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법{HYDROGEN-FLOATING SUPPLYING SYSTEM AND METHOD OF OPERATING THE SAME}
본 발명은 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소를 안정적으로 적재하여 수요처로 운송함과 동시에, 수소를 용이하게 공급할 수 있는 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법에 관한 것이다.
오늘날 환경문제가 인류의 주요한 이슈로 대두됨에 따라, 전 세계적으로 지구 온난화 문제 해결 및 대기환경 개선을 위해 노력하고 있다. 이러한 문제 해결을 위해 환경문제의 근원이 되는 화석에너지를 대신하여 태양광, 풍력, 조력 및 수력과 같은 재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
그러나 재생에너지는 지역별, 계절별 수급 불균형의 문제가 있는 바, 재생에너지로 생산된 에너지를 효과적으로 저장할 수 있는 에너지 저장매체, 다시 말해 에너지 캐리어(Energy-carrier)가 필요하다. 다양한 에너지 저장매체 중에서도 대용량, 장기간 안정적으로 저장할 수 있으면서도, 타 에너지원으로의 변환이 용이한 수소가 최적의 에너지 캐리어 각광받고 있다. 뿐만 아니라, 수소는 석유화학이나 제철 등 화학공정의 부산물로 발생되는 부생가스에서 수소를 추출하거나, 천연가스 또는 갈탄 등 1차 에너지로부터 개질하여 생산할 수도 있으며, 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 등 다양한 방법에 의해 생산이 가능하다는 이점이 있다.
수소가 미래의 주요한 에너지원으로 주목받음에 따라, 수소의 저장 및 운송 기술에 관련된 과제들이 제시되고 있다. 수소의 저장방법으로는 기체나 액체형태로 취급하는 방법을 고려할 수 있겠으나, 기체형태로 저장 시 저장량 및 수송 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 액체형태로 저장 시 수소의 액화점이 약 -253 ℃로 초저온인데다가, 비중이 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)의 약 1/6 수준으로 작아 체적당 증발률(BOR, Boil-Off Rate)이 액화천연가스의 약 10배에 달할 정도로 높다는 문제점이 있다. 이에 수소를 안정적으로 저장함과 동시에, 목적지인 수요처에 이르기까지 수소를 효율적으로 운송 및 공급할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0049731호(2012. 05. 17. 공개)
본 실시 예는 액상유기수소운반체(LOHC)를 활용하여 수소를 안정적으로 저장 및 운송할 수 있는 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 수소를 수요처로 용이하고 신속하게 공급할 수 있는 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 본 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 해상에 부유한 상태에서 육상의 수요처로 수소를 안정적으로 공급할 수 있는 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 액상유기수소운반체(LOHC)를 수용하는 적어도 하나의 저장탱크, 상기 저장탱크에 수용되고 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 수소를 추출하는 탈수소화 라인, 상기 탈수소화 라인에 의해 발생되는 수소가스를 수요처로 공급하는 수소가스 공급라인, 상기 탈수소화 라인에 의해 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받아 수용하는 버퍼탱크 및 상기 탈수소화 라인으로 액상유기수소운반체의 공급이 완료된 상기 저장탱크 또는 공실의 상기 저장탱크로 상기 버퍼탱크에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급하는 운반매체 회수라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 탈수소화 라인은 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하는 히터와, 상기 히터에 의해 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 탈수소 반응을 유도하고, 탈수소 반응에 의해 발생되는 수소가스와 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 분리하는 반응-분리기를 포함하여 제공될 수 있다.
수소가스를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지, 상기 반응-분리기에서 발생 및 분리되는 수소가스 중 일부를 상기 연료전지로 공급하는 수소가스 분기라인 및 상기 연료전지에서 발생되는 폐열을 수집하는 폐열회수라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 히터는 상기 폐열회수라인을 따라 이송되는 가열된 열매체와 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 열교환하는 열교환장치를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 반응-분리기에서 발생 및 분리되는 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 상기 버퍼탱크로 공급하는 운반매체 추출라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 버퍼탱크는 육상 또는 선체와 분리되되 인접하게 마련되는 구조물에 설치 및 운용될 수 있다.
선체에 마련되는 적어도 하나의 저장탱크에 수소 공급처로부터 제공되는 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적하는 단계, 탈수소화 라인으로 상기 저장탱크에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급하여 수소를 추출하는 단계, 상기 탈수소화 라인에 의해 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 버퍼탱크로 공급하여 임시적으로 저장하는 단계 및 상기 탈수소화 라인으로 액상유기수소운반체의 공급이 완료된 상기 저장탱크 또는 공실의 상기 저장탱크로 상기 버퍼탱크에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 선적하는 단계를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 탈수소화 라인에 의해 발생되는 수소가스를 수요처로 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적하는 단계 후, 상기 수요처를 향해 선체를 운항하는 단계를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 선적하는 단계 후, 상기 수소 공급처로 선체를 운항하는 단계를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 수소를 추출하는 단계는 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하는 단계와, 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)의 탈수소 반응을 유도하는 단계와, 탈수소 반응에 의해 발생되는 수소가스 및 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 분리하는 단계를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하는 단계는 연료전지에서 발생되는 폐열에 의해 가열된 열매체와 액상유기수소운반체(LOHC+)를 서로 열교환하는 단계를 포함하여 제공될 수 있다.
본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법은 액상유기수소운반체(LOHC)를 활용하여 수소를 안정적으로 저장 및 운송할 수 있는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법은 수소를 수요처로 용이하고 신속하게 공급할 수 있는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법은 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용이 가능해지는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법은 에너지 효율이 향상되는 효과를 가진다.
본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법은 해상에 부유한 상태에서 육상의 수요처로 수소를 안정적으로 공급할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(100)은 액상유기수소운반체(LOHC)를 수용하는 적어도 하나의 저장탱크(110)와, 저장탱크(110)에 수용되고 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 수소를 추출하는 탈수소화 라인(120), 탈수소화 라인(120)에 의해 발생되는 수소가스를 수요처(10)로 공급하는 수소가스 공급라인(130), 탈수소화 라인(120)에 의해 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받아 수용하는 버퍼탱크(140), 액상유기수소운반체(LOHC)가 모두 하역된 공실의 저장탱크(110)로 버퍼탱크(140)에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급하는 운반매체 회수라인(160)을 포함하여 마련될 수 있다.
액상유기수소운반체(LOHC)는 수소화된 액체 상태의 유기화합물로서, 수소가 화학적 촉매 반응에 의해 액상유기수소운반체(LOHC)에 장입 또는 로딩됨으로써 수소 저장 및 운반체로 이용될 수 있다. 또한 가열 또는 화학적 촉매 역반응을 통해 액상유기수소운반체(LOHC)에 로딩된 수소가 방출 또는 언로딩될 수 있다. 액상유기수소운반체(LOHC)를 통해 수소를 저장 및 운송할 경우, 높은 수준의 에너지 밀도를 도모할 수 있으며 압력을 높일 필요가 없으므로 운용 설비나 비용을 절감할 수 있게 된다. 아울러 액상유기수소운반체(LOHC)는 수소를 로딩 및 언로딩하는 동안 자체적인 소모나 변형이 발생하지 않으므로 여러 번 재사용 가능한 장점이 있다. 액상유기수소운반체(LOHC)는 메틸시클로헥산(Methylcyclohexane), 페르히드로-디벤질톨루엔(Perhydro-dibenzyltoluene), 페르히드로-N-에틸카르바졸 (Perhydro-N-ethylcarbazole) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 수소를 로딩 및 언로딩함으로써, 수소를 저장 및 운송할 수 있다면 다양한 재료로 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 액상유기수소운반체(LOHC)를 공급받아 수용 및 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 선체(1)에 적어도 하나 이상 마련될 수 있으며, 내부에 액상유기수소운반체(LOHC)를 안정적으로 수용할 수 있도록 밀폐되어 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 수소 공급처에서 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적받아 수용 및 저장하거나, 후술하는 운반매체 회수라인(160)을 통해 공급되는 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받아 수용 및 저장할 수 있다.
탈수소화 라인(120)은 저장탱크(110)에 수용되고 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 수소를 추출 또는 언로딩하도록 마련된다.
탈수소화 라인(120)은 선체(1)에 설치되어 운용될 수 있으며 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부 하측에 마련될 수 있다. 탈수소화 라인(120)은 입구 측 단부에 마련되어 저장탱크(110)에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 탈수소화 라인(120)으로 유입시키는 송출펌프(123)와, 탈수소화 라인(120)으로 유입된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하는 히터(121)와, 히터(121)에 의해 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)의 탈수소 반응을 발생시킴과 동시에 탈수소 반응에 의해 발생되는 수소가스 및 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 분리하는 반응-분리기(122)를 포함할 수 있다.
히터(121)는 탈수소화 라인(120)으로 유입되고 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 실온, 즉 약 20 ℃ 로부터 약 120 ℃ 내지 180 ℃의 범위의 온도 수준까지 가열 또는 기화할 수 있다. 히터(121)가 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하여 반응-분리기(122)로 전달함으로써 탈수소 반응이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 반응-분리기(122)는 히터(121)를 거쳐 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 촉매를 통해 탈수소 반응을 유도할 수 있다. 탈수소 반응을 통해 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)는 반응-분리기(122)의 내부에서 수소가스와 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)로 분리될 수 있다. 한편, 본 실시 예에서는 반응-분리기(122)가 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 탈수소 반응 공정 및 분리 공정을 함께 수행하는 것으로 도시 및 설명하고 있으나, 탈수소 반응을 수행하는 반응기(Reactor)와, 탈수소 반응에 의해 발생되는 수소가스 및 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 분리하는 분리기(Seperator)가 각각 개별적으로 설치되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
반응-분리기(122)에 의해 발생 및 분리된 수소가스는 수소가스 공급라인(130)을 통해 육상의 수요처(10)로 공급할 수 있다. 이를 위해 수소가스 공급라인(130)은 입구 측 단부가 반응-분리기(122)의 내부 상측에 연결되고, 출구 측 단부는 육상의 저장소 등의 수요처(10)에 용이하게 연결될 수 있도록 매니폴드(미도시)가 마련될 수 있다. 또한 수소가스 공급라인(130)을 통해 수소가스를 안정적으로 공급할 수 있도록 수소가스를 가압 및 송출하는 컴프레서(미도시)가 마련될 수 있다.
이와 같이, 액상유기수소운반체(LOHC+)로부터 수소를 추출 또는 언로딩하는 탈수소화 라인(120)이 선체(1)에 설치되어 운용됨에 따라, 육상이나 항구에 별도의 탈수소화 설비를 구축하지 않더라도 수요처(10)로 수소를 용이하고 신속하게 공급할 수 있으며, 별도의 설비 구축 및 운용비용을 절감할 수 있으므로 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
버퍼탱크(140)는 반응-분리기(122)에 의해 발생 및 분리된 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 전달받아 임시적으로 수용 및 저장하도록 마련된다. 버퍼탱크(140)는 육상 또는 선체(1)와 분리되되 인접한 위치에 설치 또는 부유되는 구조물에 마련되어 운용될 수 있다.
버퍼탱크(140)는 운반매체 추출라인(150)을 통해 반응-분리기(122)로부터 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받을 수 있다. 이를 위해 운반매체 추출라인(150)은 입구 측 단부가 반응-분리기(122)의 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 버퍼탱크(140)의 내부에 연결될 수 있으며, 운반매체 추출라인(150)에는 이를 따라 이송되는 액상유기수소운반체(LOHC-)의 공급량 또는 공급속도를 조절하는 유량조절밸브가 마련될 수 있다.
버퍼탱크(140)는 어느 하나의 저장탱크(110)에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC+)가 탈수소화 라인(120)으로 모두 공급되어 공실이 될 때까지 반응-분리기(122)로부터 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받아 수용 및 저장하되, 선체(1)의 저장탱크(110) 중 공실의 저장탱크(110)가 존재하는 경우 운반매체 회수라인(160)을 통해 버퍼탱크(140)에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공실의 저장탱크(110)로 회수할 수 있다. 이를 위해 운반매체 회수라인(160)은 입구 측 단부가 버퍼탱크(140) 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 선체(1) 측으로 연장되어 저장탱크(110)의 내부에 연결될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 선체(1)에 저장탱크(110)가 복수개 마련되는 경우 운반매체 회수라인(160)의 출구 측 단부는 각 저장탱크(110)를 향해 분기되어 마련될 수 있다. 운반매체 회수라인(160)에는 이를 따라 이송되는 액상유기수소운반체(LOHC-)의 공급량 또는 공급속도를 조절하는 유량조절밸브가 마련될 수 있으며, 저장탱크(110)가 복수개 마련되는 경우에는 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공실의 저장탱크(110)로 선택적으로 회수할 수 있도록 분기된 지점의 후단에 유량조절밸브가 각각 마련될 수 있다.
운반매체 추출라인(150) 및 운반매체 회수라인(160)에 각각 마련되는 복수의 유량조절밸브는 작업자에 의해 수동으로 작동하거나, 제어부(미도시)에 의해 자동적으로 개폐정도가 작동 및 조절될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(100)의 운용방법에 대해 설명한다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(100)은 선체(1)에 마련되는 적어도 하나의 저장탱크(110)에 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선체(1)에 저장탱크(110)가 복수개 마련되는 경우에는 복수의 저장탱크(110)에 모두 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급 및 선적할 수 있다. 수소 공급처에서는 화학적 촉매 작용을 통해 액상유기수소운반체(LOHC)에 수소를 장입시킴으로써 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 생성할 수 있으며, 이를 선체(1)에 마련되는 저장탱크(110)로 공급 및 선적한다.
저장탱크(110)에 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적한 후, 선체(1)는 수요처(10)를 향해 운항하여 육상 또는 해상에 부유된 수요처(10)에 인접한 위치까지 접근할 수 있다. 선체(1)가 수요처(10)에 접근한 후, 저장탱크(110)에 수용되고 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 탈수소화 라인(120)으로 공급하여 수소를 추출한다. 탈수소화 라인(120)에 의한 수소를 추출하는 단계는 세부적으로 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 히터(121)에 의해 가열하는 단계와, 히터(121)에 의해 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 반응-분리기(122)로 공급하여 탈수소 반응을 유도하는 단계와, 탈수소 반응에 의해 발생되는 수소가스 및 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 반응-분리기(122)에서 분리하는 단계를 거치게 된다.
이 후, 탈수소화 라인(120)에 의해 발생 및 분리되는 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)는 운반매체 추출라인(150)을 통해 버퍼탱크(140)로 공급하여 임시적으로 저장할 수 있으며, 탈수소화 라인(120)에 의해 발생 및 분리되는 수소가스는 수소가스 공급라인(130)을 통해 수요처(10)로 공급될 수 있다.
어느 하나의 저장탱크(110)에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC+)가 탈수소화 라인(120)으로 공급이 완료되어 공실이 되거나, 다른 하나의 저장탱크(110)가 공실인 경우, 운반매체 회수라인(160)은 버퍼탱크(140)에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공실의 저장탱크(110)로 선적시킨다. 도 1과 같이, 선체(1)에 복수의 저장탱크(110)가 마련되는 경우, 어느 하나의 저장탱크(110)에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC+)가 탈수소화 라인(120)으로 공급이 완료되어 공실이 되면, 운반매체 회수라인(160)은 유량조절밸브의 작동을 조절하여 버퍼탱크(140)에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공실이 된 해당 저장탱크(110)로 선적시킴과 동시에, 탈수소화 라인(120)은 다른 하나의 저장탱크(110)에 수용된 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 수소를 계속해서 추출할 수 있다. 또한 다른 하나의 저장탱크(110)에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC+)가 탈수소화 라인(120)으로 공급이 완료될 때까지, 버퍼탱크(140)는 다른 하나의 저장탱크(110)로부터 탈수소화 라인(120)을 거쳐 발생 및 분리되는 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받아 수용하고, 다른 하나의 저장탱크(110)가 공실이 되면 운반매체 회수라인(160)은 유량조절밸브의 작동을 조절하여 버퍼탱크(140)에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공실이 된 다른 하나의 저장탱크(110)로 선적시킨다. 이와 같은 과정을 거쳐 선체(1)의 저장탱크(110)에 수용된 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)가 모두 전환된 후, 선체(1)는 다시 수소 공급처를 향해 운항하여 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 수소 공급처로 제공하고, 다시금 선체(1)의 저장탱크(110)에 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적받음으로써 본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(100)이 운용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(200)에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(200)을 나타내는 개념도로서, 도 2를 참조하면 수소가스를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지(270), 반응-분리기(122)에서 발생 및 분리되는 수소가스 중 일부를 연료전지(270)로 공급하는 수소가스 분기라인(230), 연료전지(270)에서 발생되는 폐열을 수집하는 폐열회수라인(280)을 더 포함할 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(200)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
연료전지(270)는 선체(1)에 구비되는 각종 설비에서 필요로 하는 전력을 생산하도록 마련된다. 연료전지(270)는 탈수소화 라인(220)을 거쳐 발생되는 수소가스의 일부를 공급받아 전력을 생산할 수 있으며, 이를 위해 수소가스 분기라인(230)이 수소가스 공급라인(130)으로부터 분기되어 반응-분리기(122)에서 발생 및 분리된 수소가스의 일부를 연료전지(270)로 공급할 수 있다.
한편, 연료전지(270)가 전력 생산 시 고열의 폐열이 발생하게 되는바, 폐열회수라인(280)은 연료전지(270)에서 발생디는 폐열을 수집하고, 탈수소화 라인(220)의 히터(221)로 폐열을 제공할 수 있다. 폐열회수라인(280)은 열매체가 이를 따라 이송 및 순환되게 마련될 수 있으며, 연료전지(270)에서 발생되는 폐열로부터 열을 전달받아 열매체가 가열될 수 있다. 연료전지(270)의 폐열에 의해 가열된 열매체는 폐열회수라인(280)을 따라 탈수소화 라인(220)의 히터(221)로 공급될 수 있으며, 히터(221)는 열교환장치로 마련되어 탈수소화 라인(220)을 따라 이송되는 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)와 폐열회수라인(280)을 따라 이송되는 가열된 열매체를 서로 열교환시킴으로써 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열시킬 수 있다. 폐열회수라인(280)을 따라 이송되는 열매체는 물(스팀), 글리콜 워터 등으로 이루어질 수 있으나, 연료전지(270)에서 발생되는 폐열을 수집하여 히터(221)로 전달할 수 있다면 다양한 열 전달 매체로 마련될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(200)의 운용방법에 대해 설명한다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(200)의 운용방법에 대한 설명 중 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(100)의 운용방법과 동일하다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템(200)에 있어서, 탈수소화 라인(220)에 의한 수소를 추출하는 단계는 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 히터(221)에 의해 가열하는 공정을 포함하되, 이는 연료전지(270)에서 발생되는 폐열에 의해 가열된 열매체와 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 서로 열교환하는 공정을 포함한다. 구체적으로, 히터(221)는 열교환장치로 마련되되 폐열회수라인(280)이 연료전지(270)에서 발생되는 폐열을 수집하여 열매체를 가열하고, 폐열에 의해 가열된 열매체를 탈수소화 라인(220) 상의 히터(221) 측으로 공급하여 탈수소화 라인(220)을 따라 이송되는 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)와 가열된 열매체가 서로 열교환할 수 있다. 가열된 열매체와 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)의 열교환을 통해 액상유기수소운반체(LOHC+)가 가열될 수 있으며, 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)는 탈수소화 라인(220)을 따라 반응-분리기(122)로 공급될 수 있다.
이와 같은 본 실시 예에 의한 부유식 수소 공급시스템 및 이의 운용방법은 액상유기수소운반체(LOHC)를 활용하여 수소의 저장 및 운송을 도모함으로써, 수소의 액화를 위한 냉각 공정 또는 수소의 가압 공정 등이 요구되지 않으므로 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다. 아울러, 수요처로의 수소 공급을 위한 탈수소 반응 중에 발생되는 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 버퍼탱크에 의해 임시적으로 저장함과 동시에, 액상유기수소운반체(LOHC+) 하역이 완료된 저장탱크로 다시 선적시킴으로써, 수소의 운송 및 선체의 운항이 보다 효율적이고 신속하게 이루어질 있다.
100, 200: 부유식 수소 공급시스템
110: 저장탱크 120, 220: 탈수소화 라인
121, 221: 히터 122: 반응/분리기
123: 송출펌프 130: 수소가스 공급라인
140: 버퍼탱크 150: 운반매체 추출라인
160: 운반매체 회수라인 230: 수소가스 분기라인
270: 연료전지 280: 폐열회수라인

Claims (11)

  1. 액상유기수소운반체(LOHC)를 수용하는 적어도 하나의 저장탱크;
    상기 저장탱크에 수용되고 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 수소를 추출하는 탈수소화 라인;
    상기 탈수소화 라인에 의해 발생되는 수소가스를 수요처로 공급하는 수소가스 공급라인;
    상기 탈수소화 라인에 의해 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급받아 수용하는 버퍼탱크; 및
    상기 탈수소화 라인으로 액상유기수소운반체의 공급이 완료된 상기 저장탱크 또는 공실의 상기 저장탱크로 상기 버퍼탱크에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 공급하는 운반매체 회수라인을 포함하는 부유식 수소 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탈수소화 라인은
    수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하는 히터와,
    상기 히터에 의해 가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급받아 탈수소 반응을 유도하고, 탈수소 반응에 의해 발생되는 수소가스와 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 분리하는 반응-분리기를 포함하는 부유식 수소 공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    수소가스를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지;
    상기 반응-분리기에서 발생 및 분리되는 수소가스 중 일부를 상기 연료전지로 공급하는 수소가스 분기라인; 및
    상기 연료전지에서 발생되는 폐열을 수집하는 폐열회수라인을 더 포함하는 부유식 수소 공급시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히터는
    상기 폐열회수라인을 따라 이송되는 가열된 열매체와 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 열교환하는 열교환장치를 포함하는 부유식 수소 공급시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 반응-분리기에서 발생 및 분리되는 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 상기 버퍼탱크로 공급하는 운반매체 추출라인을 더 포함하는 부유식 수소 공급시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼탱크는
    육상 또는 선체와 분리되되 인접하게 마련되는 구조물에 설치 및 운용되는 부유식 수소 공급시스템.
  7. 선체에 마련되는 적어도 하나의 저장탱크에 수소 공급처로부터 제공되는 수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적하는 단계;
    탈수소화 라인으로 상기 저장탱크에 수용된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 공급하여 수소를 추출하는 단계;
    상기 탈수소화 라인에 의해 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 버퍼탱크로 공급하여 임시적으로 저장하는 단계; 및
    상기 탈수소화 라인으로 액상유기수소운반체의 공급이 완료된 상기 저장탱크 또는 공실의 상기 저장탱크로 상기 버퍼탱크에 수용된 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 선적하는 단계를 포함하는 부유식 수소 공급시스템의 운용방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탈수소화 라인에 의해 발생되는 수소가스를 수요처로 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 선적하는 단계 후,
    상기 수요처를 향해 선체를 운항하는 단계;를 더 포함하는 부유식 수소 공급시스템의 운용방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 선적하는 단계 후,
    상기 수소 공급처로 선체를 운항하는 단계를 더 포함하는 부유식 수소 공급시스템의 운용방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수소를 추출하는 단계는
    수소가 로딩된 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하는 단계와,
    가열된 액상유기수소운반체(LOHC+)의 탈수소 반응을 유도하는 단계와,
    탈수소 반응에 의해 발생되는 수소가스 및 수소가 언로딩된 액상유기수소운반체(LOHC-)를 분리하는 단계를 포함하는 부유식 수소 공급시스템의 운용방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액상유기수소운반체(LOHC+)를 가열하는 단계는
    연료전지에서 발생되는 폐열에 의해 가열된 열매체와 액상유기수소운반체(LOHC+)를 서로 열교환하는 단계를 포함하는 부유식 수소 공급시스템의 운용방법.

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KR20120049731A (ko) 2010-11-09 2012-05-17 삼성중공업 주식회사 연료가스 공급장치 및 방법

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