KR20220033606A - Hydrogen production system for ship - Google Patents

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류시진
박아민
정승재
최병윤
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

Disclosed is a hydrogen production system for a ship. The hydrogen production system for a ship according to the present invention comprises: a storage tank accommodating natural gas including liquefied natural gas and natural boil-off gas (BOG) occurring therefrom; a reaction unit receiving the natural gas from the storage tank to reform the supplied natural gas into syngas including hydrogen; a hydrogen storage unit containing hydrogen out of the syngas produced by the reaction unit; a gas supply line supplying the natural gas in the storage tank to the reaction unit; a coolant line cooling the syngas produced by the reaction unit through a coolant; a circulation line thermally connected to the coolant line to have a heat medium circulating therein; and a first heat exchanger disposed on the gas supply line and connected to the circulation line to allow the natural gas in the gas supply line to exchange heat with the heat medium in the circulation line. Accordingly, the natural gas stored in the storage tank is used to produce hydrogen.

Description

선박용 수소생산시스템{HYDROGEN PRODUCTION SYSTEM FOR SHIP}Hydrogen production system for ships {HYDROGEN PRODUCTION SYSTEM FOR SHIP}

본 발명은 선박용 수소생산시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박에서 저장탱크에 저장된 천연가스를 이용하여 수소를 생산할 수 있는 선박용 수소생산시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen production system for ships, and more particularly, to a hydrogen production system for ships capable of producing hydrogen using natural gas stored in a storage tank in a ship.

수소 에너지는 공해가 없는 청정에너지로서 그 실용화 범위가 확대되고 있다. 이러한 수소 생산을 위해 사용되는 종래의 스팀 개질법은 천연가스와 같은 탄화수소 물질을 스팀(수증기)과 개질반응시켜 수소를 추출하는 방법이다.Hydrogen energy is a clean energy without pollution, and its practical use is expanding. The conventional steam reforming method used for such hydrogen production is a method of extracting hydrogen by reforming a hydrocarbon material such as natural gas with steam (steam).

천연가스는 수소 비율이 높은 메탄(Methane)을 다량 함유하고 있으므로 스팀 개질에 많이 사용되고 있다. 종래에는 천연가스 개질 방식의 수소 생산 설비를 육상에 마련하고 있으며, 육상의 파이프라인을 통해 천연가스를 공급받아 수소 생산을 수행하고 있다.Since natural gas contains a large amount of methane with a high hydrogen ratio, it is widely used for steam reforming. Conventionally, hydrogen production facilities of a natural gas reforming method are provided on land, and hydrogen production is performed by supplying natural gas through an onshore pipeline.

이에, 가스정 또는 유정으로부터 채굴된 천연가스를 공급받아 선박에서 수소 생산 설비를 통해 바로 수소를 생산함으로써, 육상의 수소 생산 설비를 줄이고, 이동성을 확보하여 다양한 수요처로 생산된 수소를 공급할 수 있는 방안이 제기된다.Accordingly, there is a method that can supply hydrogen produced to various consumers by reducing onshore hydrogen production facilities and securing mobility by supplying natural gas mined from a gas well or oil well and producing hydrogen directly from a ship through a hydrogen production facility. is raised

대한민국 공개특허공보 10-2018-0051910호(2018년 05월 17일, 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0051910 (May 17, 2018, published)

본 실시 예는 저장탱크에 저장된 천연가스를 이용하여 수소를 생산할 수 있는 선박용 수소생산시스템을 제공하고자 함이다.This embodiment is intended to provide a hydrogen production system for ships capable of producing hydrogen using natural gas stored in a storage tank.

본 발명의 일 측면에 의하면, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 수용하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시키는 반응부; 상기 반응부에서 생산된 합성가스 중 수소를 저장하는 수소저장부; 상기 저장탱크의 천연가스를 상기 반응부로 공급하는 가스공급라인; 냉각수를 통해 상기 반응부에서 생산된 합성가스를 냉각시키는 냉각수라인; 상기 냉각수라인과 열적으로 연결되며, 열매체가 순환되는 순환라인; 및 상기 가스공급라인에 구비되며, 상기 순환라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제1 열교환부;를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a storage tank for accommodating natural gas including liquefied natural gas and natural boil-off gas generated therefrom; a reaction unit receiving the natural gas of the storage tank and reforming the supplied natural gas into a synthesis gas containing hydrogen; a hydrogen storage unit for storing hydrogen in the synthesis gas produced in the reaction unit; a gas supply line for supplying the natural gas of the storage tank to the reaction unit; a cooling water line for cooling the synthesis gas produced in the reaction unit through cooling water; a circulation line thermally connected to the cooling water line and through which a heating medium is circulated; and a first heat exchange unit provided in the gas supply line and connected to the circulation line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line and the heat medium of the circulation line.

상기 순환라인은 상기 순환라인 상에서 열매체를 가압하여 순환시키는 펌프와, 열매체의 압력 변화를 흡수하는 팽창 탱크를 구비할 수 있다.The circulation line may include a pump that pressurizes and circulates the heating medium on the circulation line, and an expansion tank that absorbs the pressure change of the heating medium.

상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부;를 더 포함할 수 있다.A second heat exchange unit provided at a downstream point of the first heat exchange unit in the gas supply line and connected to the cooling water line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line passing through the first heat exchange unit and the cooling water of the cooling water line. ; may be further included.

상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 가스공급라인의 천연가스 중 일부를 상기 반응부의 연료로 공급하는 분기라인;을 더 포함할 수 있다.The gas supply line may further include a branch line branched at a downstream point of the second heat exchange unit and configured to supply some of the natural gas of the gas supply line as fuel to the reaction unit.

상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이에 구비되며, 상기 제1 열교환부를 거친 천연가스를 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 기액분리기; 및 상기 기액분리기에서 분리된 액체성분의 천연가스를 상기 분기라인으로 공급하는 액체성분 공급라인;을 더 포함하며, 상기 기액분리기에서 분리된 기체성분의 천연가스는 상기 가스공급라인을 통해 상기 제2 열교환부로 공급되며, 상기 기액분리기에서 분리된 액체성분의 천연가스는 상기 액체성분 공급라인을 통해 상기 분기라인으로 합류되어 상기 반응부의 연료로 공급될 수 있다.a gas-liquid separator provided between the first heat exchange part and the second heat exchange part of the gas supply line and for separating the natural gas passing through the first heat exchange part into a gas component and a liquid component; and a liquid component supply line for supplying the natural gas of the liquid component separated in the gas-liquid separator to the branch line, wherein the natural gas of the gas component separated in the gas-liquid separator is passed through the gas supply line to the second It is supplied to the heat exchange unit, and the liquid component natural gas separated in the gas-liquid separator may be joined to the branch line through the liquid component supply line and supplied as fuel to the reaction unit.

상기 냉각수라인은 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인; 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 제2 열교환부와 연결되어 가열된 냉각수를 상기 제2 열교환부로 공급하는 제2 냉각수라인; 및 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제2 열교환부 상류 지점에서 분기되며, 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점으로 합류되고, 상기 순환라인과 열적으로 연결되는 제3 냉각수라인;을 더 포함할 수 있다.The cooling water line may include a first cooling water line through which cooling water passes through the reaction unit and is converted into steam, and supplies the converted steam to the gas supply line; a second cooling water line through which cooling water passes through the reaction unit and is heated, and connected to the second heat exchange unit to supply the heated cooling water to the second heat exchange unit; and a third cooling water line branched from an upstream point of the second heat exchange unit among the second cooling water lines, joined to a downstream point of the second heat exchange unit among the second cooling water lines, and thermally connected to the circulation line. may include

상기 반응부는 상기 가스공급라인을 통해 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스로 개질시키는 개질반응기; 제1 반응라인을 통해 상기 개질반응기로부터 제1 합성가스를 공급받으며, 공급된 제1 합성가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스로 전환시키는 전환반응기; 및 제2 반응라인을 통해 상기 전환반응기로부터 제2 합성가스를 공급받으며, 공급된 제2 합성가스 중 수소를 분리하는 수소분리기;를 더 포함할 수 있다.The reaction unit is supplied with natural gas through the gas supply line, a reforming reactor for reforming the supplied natural gas into a first synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide; a conversion reactor receiving a first synthesis gas from the reforming reactor through a first reaction line and converting the supplied first synthesis gas into a second synthesis gas containing hydrogen and carbon dioxide; and a hydrogen separator that receives the second synthesis gas from the conversion reactor through a second reaction line and separates hydrogen from the supplied second synthesis gas.

상기 개질반응기에서 발생한 폐가스를 외부로 배출하는 제1 폐가스라인; 및 상기 가스공급라인에 구비되며, 상기 제1 폐가스라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 제1 폐가스라인의 폐가스 상호간에 열교환되도록 하는 제3 열교환부;를 더 포함할 수 있다.a first waste gas line for discharging the waste gas generated in the reforming reactor to the outside; and a third heat exchange unit provided in the gas supply line and connected to the first waste gas line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line and the waste gas of the first waste gas line.

상기 제1 반응라인에 구비되며, 상기 제1 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 반응라인의 제1 합성가스와 상기 제1 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제4 열교환부; 및 상기 제2 반응라인에 구비되며, 상기 제2 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 반응라인의 제2 합성가스와 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제5 열교환부;를 더 포함할 수 있다.a fourth heat exchange unit provided in the first reaction line and connected to the first cooling water line to exchange heat between the first synthesis gas of the first reaction line and the cooling water of the first cooling water line; and a fifth heat exchange unit provided in the second reaction line and connected to the second cooling water line to exchange heat between the second synthesis gas of the second reaction line and the cooling water of the second cooling water line. can

상기 제1 냉각수라인 중 상기 제4 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 제1 냉각수라인의 스팀 중 일부를 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제2 열교환부 상류 지점으로 합류시키는 제4 냉각수라인; 상기 제4 냉각수라인에 구비되며, 상기 제4 냉각수라인의 스팀 유통량을 조절하는 제1 스팀밸브; 및 상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서;를 더 포함할 수 있다.a fourth cooling water line branching from a point downstream of the fourth heat exchange unit among the first cooling water lines and joining a portion of the steam of the first cooling water line to a point upstream of the second heat exchange unit among the second cooling water lines; a first steam valve provided in the fourth coolant line and configured to control a steam flow rate of the fourth coolant line; and a first temperature sensor provided at a downstream point of the second heat exchange unit in the gas supply line and configured to measure the natural gas temperature of the gas supply line passing through the second heat exchange unit.

상기 순환라인에 구비되며, 상기 제3 냉각수라인과 연결되어 상기 순환라인의 열매체와 상기 제3 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 기화열교환부;를 더 포함할 수 있다.It may further include a; vaporization heat exchanger provided in the circulation line, connected to the third cooling water line to exchange heat between the heating medium of the circulation line and the cooling water of the third cooling water line.

상기 순환라인의 열매체는 상기 기화열교환부를 거친 뒤 가열되며, 가열된 열매체는 상기 제1 열교환부로 공급되어 상기 가스공급라인의 천연가스를 가열시킬 수 있다.The heating medium of the circulation line may be heated after passing through the vaporization heat exchange unit, and the heated heating medium may be supplied to the first heat exchange unit to heat the natural gas of the gas supply line.

상기 순환라인에 구비되며, 상기 순환라인 상에서 열매체 유통량을 조절하는 순환밸브; 및 상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제2 온도센서;를 더 포함할 수 있다.a circulation valve provided in the circulation line and configured to control a heat medium flow rate on the circulation line; and a second temperature sensor provided at a downstream point of the first heat exchange unit in the gas supply line and configured to measure the natural gas temperature of the gas supply line passing through the first heat exchange unit.

상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부와 상기 제3 열교환부 사이에 구비되며, 상기 가스공급라인을 통과하는 천연가스의 메탄 함유량을 높이는 메탄 분리부;를 더 포함할 수 있다.A methane separation unit provided between the second heat exchange unit and the third heat exchange unit of the gas supply line to increase the methane content of the natural gas passing through the gas supply line; may further include.

상기 순환라인의 열매체는 글리콜 워터로 마련될 수 있다.The heating medium of the circulation line may be provided as glycol water.

상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 순환라인과 열적으로 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부;를 더 포함할 수 있다.A second second provided at a downstream point of the first heat exchange unit in the gas supply line and is thermally connected to the circulation line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line passing through the first heat exchange unit and the heat medium of the circulation line It may further include a heat exchange unit.

유입부가 상기 순환라인 중 상기 제1 열교환부 상류 지점에서 분기되며, 상기 제2 열교환부를 경유하고, 토출부가 상기 순환라인 중 상기 유입부가 분기된 지점보다 하류 지점에 합류되는 바이패스라인;을 더 포함할 수 있다.A bypass line in which an inlet is branched at a point upstream of the first heat exchange unit among the circulation lines, passes through the second heat exchange unit, and a discharge unit joins a point downstream of the circulation line where the inlet is branched; further includes can do.

상기 냉각수라인은 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인; 및 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 순환라인과 열적으로 연결되는 제2 냉각수라인;를 포함하며, 상기 순환라인에 구비되며, 상기 제2 냉각수라인과 연결되어 상기 순환라인의 열매체와 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 기화열교환부;를 더 포함할 수 있다.The cooling water line may include a first cooling water line through which cooling water passes through the reaction unit and is converted into steam, and supplies the converted steam to the gas supply line; and a second cooling water line in which cooling water passes through the reaction unit and is heated, and is thermally connected to the circulation line, is provided in the circulation line, is connected to the second cooling water line, and is connected to the heating medium of the circulation line and the The second cooling water line may further include a vaporization heat exchange unit configured to exchange heat with each other.

상기 제1 냉각수라인에서 분기되며, 상기 제1 냉각수라인의 스팀 중 일부를 상기 제2 냉각수라인 중 상기 기화열교환부 상류 지점으로 합류시키는 제5 냉각수라인;을 더 포함할 수 있다.A fifth cooling water line branching from the first cooling water line and joining a portion of the steam of the first cooling water line to an upstream point of the vaporization heat exchanger in the second cooling water line; may further include.

상기 제5 냉각수라인에 구비되며, 상기 제5 냉각수라인의 스팀 유통량을 조절하는 제2 스팀밸브; 및 상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서;를 더 포함할 수 있다.a second steam valve provided in the fifth coolant line and configured to control a steam flow rate of the fifth coolant line; and a first temperature sensor provided at a downstream point of the second heat exchange unit in the gas supply line and configured to measure the natural gas temperature of the gas supply line passing through the second heat exchange unit.

본 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템은 저장탱크에 저장된 천연가스를 이용하여 수소를 생산할 수 있다.The hydrogen production system for ships according to this embodiment can produce hydrogen using natural gas stored in a storage tank.

본 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템은 FSRU(Floating, Storage, Re-gasification Unit) 등과 같은 선박에 적용되어 해상에서 이동하며 수소를 생산할 수 있다.The hydrogen production system for ships according to this embodiment is applied to ships such as FSRU (Floating, Storage, Re-gasification Unit), etc., and can produce hydrogen while moving in the sea.

본 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템은 반응부에서 합성가스를 생산하며 발생된 폐열을 회수하여 천연가스를 가열시킬 수 있다.The hydrogen production system for ships according to this embodiment can heat natural gas by recovering waste heat generated while producing syngas in the reaction unit.

본 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템은 제3 열교환부를 통과한 제1 냉각수라인의 냉각수가 스팀으로 전환된 후 가스공급라인으로 공급되어 천연가스와 합류되므로, 별도의 스팀 발생기가 구비되지 않더라도 수증기 개질 반응에 필요한 스팀(수증기)를 공급할 수 있다.In the hydrogen production system for ships according to this embodiment, since the cooling water of the first cooling water line passing through the third heat exchange unit is converted into steam and then supplied to the gas supply line and merged with natural gas, steam reforming is performed even if a separate steam generator is not provided. Steam (water vapor) required for the reaction can be supplied.

본 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템은 개질반응기에서 발생한 폐가스의 폐열을 이용하여 천연가스를 가열하므로, 개질반응기로 도입되는 메탄 함유량이 높은 천연가스의 온도가 높으며, 이로 인해 개질반응기의 버너에서 사용되는 연료로서의 천연가스 양을 줄일 수 있다.Since the hydrogen production system for ships according to this embodiment heats natural gas by using the waste heat of the waste gas generated in the reforming reactor, the temperature of the natural gas with a high methane content introduced into the reforming reactor is high, so it is used in the burner of the reforming reactor The amount of natural gas as a fuel used can be reduced.

본 발명의 선박용 수소생산시스템은 기존의 선박 중 천연가스용 저장탱크가 있는 선박에 대해 과도한 개조 없이 수소생산시스템을 곧바로 적용할 수 있으므로 새로운 선박 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.Since the hydrogen production system for ships of the present invention can directly apply the hydrogen production system to ships having a natural gas storage tank among existing ships without excessive modification, it is possible to reduce the cost of manufacturing a new ship.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a hydrogen production system for ships according to a first embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a hydrogen production system for ships according to a second embodiment of the present invention.

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 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following examples are presented to sufficiently convey the spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, and are not limited to those presented herein and may be embodied in other forms. The drawings may omit the illustration of parts irrelevant to the description in order to clarify the present invention, and may slightly exaggerate the size of the components to help understanding.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템은 FSRU(Floating, Storage, Re-gasification Unit) 등과 같은 선박에 적용되어 선박의 운용시에도 반응부가 저장탱크로부터 천연가스를 공급받아 수소를 생산할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템은 FSRU 등과 같은 선박에 적용되는 것에 한정하는 것은 아니며, 이외에도 천연가스를 수용할 수 있는 저장탱크가 구비된 다양한 선박에 적용될 수 있다.The hydrogen production system for a ship according to an embodiment of the present invention is applied to a ship such as a Floating, Storage, Re-gasification Unit (FSRU), etc. On the other hand, the hydrogen production system for ships according to an embodiment of the present invention is not limited to being applied to ships such as FSRU, and in addition, it can be applied to various ships equipped with a storage tank capable of accommodating natural gas.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a marine hydrogen production system 100 according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 저장탱크(110)와, 반응부(140)와, 수소저장부(150)와, 가스공급라인(120)과, 냉각수라인(160)과, 순환라인(181)과, 제1 열교환부(T1)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the hydrogen production system 100 for a ship according to the first embodiment of the present invention includes a storage tank 110 , a reaction unit 140 , a hydrogen storage unit 150 , and a gas supply line 120 . ), a cooling water line 160 , a circulation line 181 , and a first heat exchange unit T1 .

저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스(LNG, liquefied natural gas)를 수용 및 저장하도록 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다.The storage tank 110 may be provided to receive and store liquefied natural gas and natural gas (LNG, liquefied natural gas) including natural boil-off gas generated therefrom. The storage tank 110 may be provided as a membrane-type cargo hold insulated to minimize vaporization of liquefied natural gas due to external heat intrusion.

저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 또는 공급처 등으로부터 액화된 천연가스를 공급받아 수용 및 저장할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만 저장탱크(110)의 액화천연가스 및 천연 증발가스는 엔진용 라인(미도시)을 통해 선박의 추진용 엔진(미도시) 또는 선박의 발전용 엔진(미도시) 등의 연료가스로 공급될 수도 있다.The storage tank 110 may receive and store liquefied natural gas supplied from a natural gas production site or supplier. On the other hand, although not shown, the liquefied natural gas and natural boil-off gas of the storage tank 110 are transmitted through an engine line (not shown) to a ship's propulsion engine (not shown) or a ship's power generation engine (not shown). It may be supplied as fuel gas.

저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 천연 증발가스가 존재하게 된다.The storage tank 110 is generally installed with heat insulation, but it is practically difficult to completely block the intrusion of external heat, so there is a natural boil-off gas generated by the natural vaporization of the liquefied natural gas inside the storage tank 110 . will do

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 이와 같은 저장탱크(110) 내부에 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 후술하는 반응부(140)로 공급하여 수소를 생산할 수 있다. 한편, 저장탱크(110)는 도시된 바와 같이 복수개로 마련될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 필요에 따라 다양한 개수로 마련될 수 있다.The hydrogen production system 100 for ships according to the first embodiment of the present invention is a reaction unit 140 which will be described later for natural gas including liquefied natural gas and natural boil-off gas generated therefrom in such a storage tank 110 . can be supplied to produce hydrogen. On the other hand, the storage tank 110 may be provided in plurality as shown, and not limited thereto, and may be provided in various numbers as needed.

가스공급라인(120)은 저장탱크(110)의 천연가스를 반응부(140)로 공급할 수 있다. 가스공급라인(120)은 저장탱크(110)에 연결된 액화가스라인(120a) 및 증발가스라인(120b)과, 액화가스라인(120a) 및 증발가스라인(120b)을 통해 공급되는 액화천연가스 및 천연 증발가스를 혼합시키는 혼합부(112)가 구비될 수 있다.The gas supply line 120 may supply the natural gas of the storage tank 110 to the reaction unit 140 . The gas supply line 120 includes a liquefied gas line 120a and a boil-off gas line 120b connected to the storage tank 110, and liquefied natural gas supplied through the liquefied gas line 120a and the boil-off gas line 120b, and A mixing unit 112 for mixing natural BOG may be provided.

액화가스라인(120a)은 저장탱크(110)의 액화천연가스를 혼합부(112)로 공급하도록 마련될 수 있다. 이를 위해 액화가스라인(120a)의 입구 측 단부는 저장탱크(110)의 내부 하측에 배치되되 이송펌프(111)가 마련될 수 있으며, 출구 측 단부는 혼합부(112)에 연결될 수 있다.The liquefied gas line 120a may be provided to supply the liquefied natural gas of the storage tank 110 to the mixing unit 112 . To this end, the inlet-side end of the liquefied gas line 120a may be disposed on the inner lower side of the storage tank 110 , and a transfer pump 111 may be provided, and the outlet-side end may be connected to the mixing unit 112 .

증발가스라인(120b)은 저장탱크(110)의 증발가스를 혼합부(112)로 공급하도록 마련될 수 있다. 이를 위해 증발가스라인(120b)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 혼합부(112)에 연결될 수 있다.The boil-off gas line 120b may be provided to supply the boil-off gas from the storage tank 110 to the mixing unit 112 . To this end, the boil-off gas line 120b may have an inlet end connected to the inside of the storage tank 110 , and an outlet end connected to the mixing unit 112 .

증발가스라인(120b)은 개폐밸브(도면부호 미도시)가 구비될 수 있다. 개폐밸브는 증발가스라인(120b)에 구비되어 증발가스라인(120b)의 개방 및 폐쇄를 조절할 수 있다. 개폐밸브의 일례로서, 전자적으로 제어되는 솔레노이드 밸브로 마련되어 제어부의 작동에 따라 자동으로 개폐가 조절될 수 있으며, 다른 예로서, 개폐밸브는 저장탱크(110) 내부의 천연 증발가스 압력이 기 설정된 값 이상이 되면 개방되는 밸브로 마련될 수도 있다. 한편, 개폐밸브를 이에 한정하는 것은 아니며 증발가스라인(120b)의 개방 및 폐쇄를 조절하는 다양한 방식으로 마련될 수 있다.The boil-off gas line 120b may be provided with an on/off valve (not shown). The on-off valve is provided in the boil-off gas line 120b to control the opening and closing of the boil-off gas line 120b. As an example of the on-off valve, it is provided with an electronically controlled solenoid valve and can be automatically opened and closed according to the operation of the control unit. When abnormal, it may be provided as a valve that is opened. On the other hand, the on-off valve is not limited thereto, and may be provided in various ways to control the opening and closing of the boil-off gas line 120b.

액화가스라인(120a)을 통해 혼합부(112)로 공급된 액화천연가스 및 증발가스라인(120b)을 통해 혼합부(112)로 공급된 천연 증발가스는 혼합부(112)에서 혼합되며 섞일 수 있다.The liquefied natural gas supplied to the mixing unit 112 through the liquefied gas line 120a and the natural BOG supplied to the mixing unit 112 through the boil-off gas line 120b are mixed in the mixing unit 112 and can be mixed. there is.

혼합부(112)의 일례로서, 혼합부(112)는 공지된 재기화부로 구비될 수 있다. 혼합부(112)가 재기화부로 마련된 경우, 혼합부(112)는 가스공급라인(120)에 구비되어 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스를 재기화시킬 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 혼합부(112)는 저장탱크(110)로부터 액화가스라인(120a)을 통해 액체상태의 액화천연가스를 공급받으며, 저장탱크(110)로부터 증발가스라인(120b)을 통해 기체상태의 천연 증발가스를 공급받을 수 있다.As an example of the mixing unit 112 , the mixing unit 112 may be provided as a known regasification unit. When the mixing unit 112 is provided as a regasification unit, the mixing unit 112 may be provided in the gas supply line 120 to regasify the natural gas passing through the gas supply line 120 . More specifically, the mixing unit 112 receives the liquefied natural gas in a liquid state from the storage tank 110 through the liquefied gas line 120a, and from the storage tank 110 through the boil-off gas line 120b. It can be supplied with natural boil-off gas in a gaseous state.

혼합부(112)는 저장탱크(110)로부터 액체상태 또는 기체상태로 공급되는 천연가스를 고압으로 만들어주는 고압펌프를 포함하고, 약 -163 ℃의 천연가스를 기화시켜 상온(약 5 ℃)의 천연가스로 변환시킬 수 있다.The mixing unit 112 includes a high-pressure pump that makes the natural gas supplied in a liquid or gaseous state from the storage tank 110 at a high pressure, and vaporizes the natural gas at about -163 ℃ at room temperature (about 5 ℃). can be converted into natural gas.

혼합부(112)는 액체상태 또는 기체상태로 공급되는 천연가스를 열전달 매체와의 열교환을 통해 고압 천연가스로 재기화할 수 있으며, 열전달 매체를 가열하기 위한 히터 및 해수를 끌어올리기 위한 해수펌프를 포함할 수 있다.The mixing unit 112 can regasify natural gas supplied in liquid or gaseous state into high-pressure natural gas through heat exchange with a heat transfer medium, and includes a heater for heating the heat transfer medium and a seawater pump for raising seawater can do.

예컨대, 혼합부(112)는 해수를 열전달 매체로 사용하는 오픈 루프 방식의 기화기이거나 청수, 스팀, 프로판을 열전달 매체로 사용하는 클로즈 루프 방식의 기화기로 구성될 수 있다. 또한 혼합부(112)에서 열교환을 위한 열전달 매체로 천연가스의 온도인 약 -163℃에서도 상변화가 일어나지 않도록 부동액이 첨가된 글리콜 워터(Glycol water)를 사용할 수도 있다. 이에 따라 혼합부(112)를 통과하기 전 천연 증발가스와 액화천연가스는 혼합부(112)를 통과한 뒤 고온 고압의 천연가스로 상태가 변화될 수 있다. 한편, 혼합부(112)에서는 후술하는 메탄 분리부(130)에서 분리 및 정제되기에 적절한 온도 및 압력을 가지도록 천연가스의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.For example, the mixing unit 112 may be configured as an open-loop vaporizer using seawater as a heat transfer medium or a closed-loop vaporizer using fresh water, steam, or propane as a heat transfer medium. In addition, as a heat transfer medium for heat exchange in the mixing unit 112 , glycol water to which antifreeze is added may be used so that a phase change does not occur even at about -163° C., which is the temperature of natural gas. Accordingly, the natural boil-off gas and liquefied natural gas before passing through the mixing unit 112 may be changed to natural gas of high temperature and high pressure after passing through the mixing unit 112 . Meanwhile, in the mixing unit 112 , the temperature and pressure of natural gas may be adjusted to have an appropriate temperature and pressure to be separated and purified in the methane separation unit 130 to be described later.

혼합부(112)의 다른 예로서, 혼합부(112)는 공지된 인라인 믹서(inline mixer)로 마련될 수도 있다. 혼합부(112)가 인라인 믹서로 마련된 경우, 혼합부(112)는 가스공급라인(120)에 구비되어 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스를 혼합시킬 수 있다. 이 경우, 액화가스라인(120a)을 통해 혼합부(112)로 공급된 액화천연가스 및 증발가스라인(120b)을 통해 혼합부(112)로 공급된 천연 증발가스는 혼합부(112)에서 혼합되어 가스공급라인(120)을 통해 반응부(140)로 공급될 수 있다.As another example of the mixing unit 112 , the mixing unit 112 may be provided as a known inline mixer. When the mixing unit 112 is provided as an in-line mixer, the mixing unit 112 is provided in the gas supply line 120 to mix the natural gas passing through the gas supply line 120 . In this case, the liquefied natural gas supplied to the mixing unit 112 through the liquefied gas line 120a and the natural BOG supplied to the mixing unit 112 through the BOG line 120b are mixed in the mixing unit 112 . and may be supplied to the reaction unit 140 through the gas supply line 120 .

한편, 혼합부(112)의 방식을 전술한 바에 한정하는 것은 아니며, 혼합부(112)는 혼합부(112)를 통과하는 액화천연가스 및 천연 증발가스가 혼합되거나, 혼합부(112)를 통과하는 액화천연가스 및 천연 증발가스를 고온 고압의 천연가스로 상태를 변화시키는 다양한 수단으로 마련될 수 있다.On the other hand, the method of the mixing unit 112 is not limited to the above, and the mixing unit 112 is a mixture of liquefied natural gas and natural BOG passing through the mixing unit 112 , or passing through the mixing unit 112 . It can be provided by various means for changing the state of liquefied natural gas and natural boil-off gas to natural gas of high temperature and high pressure.

반응부(140)는 가스공급라인(120)을 통해 천연가스를 공급받을 수 있으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시킬 수 있다. 반응부(140)는 개질반응기(141)와, 전환반응기(142) 및 수소분리기(143)를 포함할 수 있다. 아울러, 반응부(140)는 제1 반응라인(146)과, 제2 반응라인(147)과, 냉각부(T4, T5)와, 제1 폐가스라인(144) 및 제2 폐가스라인(145)을 더 포함할 수 있다.The reaction unit 140 may receive natural gas through the gas supply line 120 , and may reform the supplied natural gas into syngas containing hydrogen. The reaction unit 140 may include a reforming reactor 141 , a conversion reactor 142 , and a hydrogen separator 143 . In addition, the reaction unit 140 includes a first reaction line 146 , a second reaction line 147 , cooling units T4 and T5 , a first waste gas line 144 and a second waste gas line 145 . may further include.

반응부(140)의 개질반응기(141)는 가스공급라인(120)을 통해 가열된 천연가스를 공급받을 수 있다. 반응부(140)의 개질반응기(141)는 가스공급라인(120)에서 분기된 분기라인(121)을 통해 공급받은 천연가스를 연소시킬 수 있는 버너(도면부호 미도시)가 구비될 수 있다.The reforming reactor 141 of the reaction unit 140 may receive heated natural gas through the gas supply line 120 . The reforming reactor 141 of the reaction unit 140 may be provided with a burner (not shown) capable of burning the natural gas supplied through the branch line 121 branched from the gas supply line 120 .

분기라인(121)은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 제3 열교환부(T3) 사이에서 분기되며, 가스공급라인(120)의 천연가스 중 일부를 반응부(140)의 연료로 공급할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 분기라인(121)은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 메탄 분리부(130) 사이에서 분기될 수 있다.The branch line 121 is branched between the second heat exchange part T2 and the third heat exchange part T3 of the gas supply line 120 , and part of the natural gas of the gas supply line 120 is converted into the reaction part 140 . can be supplied as fuel for More specifically, the branch line 121 may branch between the second heat exchange unit T2 and the methane separation unit 130 of the gas supply line 120 .

개질반응기(141)는 버너로부터 발생한 연소열을 이용하여, 가스공급라인(120)을 통해 공급된 천연가스를 스팀과 개질반응시켜 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스로 개질시킬 수 있다. 한편, 개질반응기(141)에서 발생한 가스 중에서 제1 합성가스를 제외한 나머지 폐가스는 제1 폐가스라인(144)을 통해 외부로 배출될 수 있다.The reforming reactor 141 may reform the natural gas supplied through the gas supply line 120 with steam by using combustion heat generated from the burner to reform the first synthesis gas including hydrogen and carbon monoxide. Meanwhile, the remaining waste gas excluding the first synthesis gas among the gases generated in the reforming reactor 141 may be discharged to the outside through the first waste gas line 144 .

반응부(140)의 개질반응기(141)에서는 천연가스와 수증기가 촉매 작용 하에 수증기 개질 반응을 일으키고, 이에 따라 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스가 생성될 수 있다. 한편, 천연가스(메탄(CH4) 함유 가스)의 수증기 개질 반응은 흡열 반응이며, 반응식은 "CH4 + H20 + Q(버너에 의해 발생한 연소열) -> 3H2 + CO"와 같다.In the reforming reactor 141 of the reaction unit 140, natural gas and water vapor may undergo a steam reforming reaction under a catalytic action, thereby generating a first synthesis gas including hydrogen and carbon monoxide. On the other hand, the steam reforming reaction of natural gas (methane (CH4) containing gas) is an endothermic reaction, and the reaction formula is "CH4 + H20 + Q (heat of combustion generated by the burner) -> 3H2 + CO".

수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스는 제1 반응라인(146)을 통해 전환반응기(142)로 공급될 수 있다.The first synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide may be supplied to the conversion reactor 142 through the first reaction line 146 .

전환반응기(142)는 제1 반응라인(146)을 통해 개질반응기(141)로부터 제1 합성가스를 공급받을 수 있다. 전환반응기(142)는 개질반응기(141)로부터 공급된 제1 합성가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스로 전환시킬 수 있다.The conversion reactor 142 may receive the first synthesis gas from the reforming reactor 141 through the first reaction line 146 . The conversion reactor 142 may convert the first synthesis gas supplied from the reforming reactor 141 into a second synthesis gas containing hydrogen and carbon dioxide.

전환반응기(142)는 수성가스 전환 반응을 통해 제1 합성가스로부터 일산화탄소가 전환되고 수소가 생성되어 제1 합성가스에 비해 수소 함량이 더욱 높은 합성가스가 생성될 수 있다. 전환반응기(142)의 수성가스 전환반응은 발열 반응이며, 반응식은 "CO + H20 -> CO2 + H2 + Q(Heat)"와 같다.In the conversion reactor 142, carbon monoxide is converted from the first synthesis gas through a water gas conversion reaction and hydrogen is generated, so that a synthesis gas having a higher hydrogen content than the first synthesis gas can be generated. The water gas conversion reaction of the conversion reactor 142 is an exothermic reaction, and the reaction formula is "CO + H20 -> CO2 + H2 + Q(Heat)".

전환반응기(142)는 일례로서, 수성가스 전환반응을 일으키는 Watergas Shifter로 마련될 수 있다. 다만, 전환반응기(142)는 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 합성가스에 함유된 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하여 일산화탄소의 농도를 낮추는 전환반응기(142)로서, 공지된 고온전환반응기(142)(HTS, High Temperature Shift) 및 저온전환반응기(142)(LTS, Low Temperature Shift)로 마련될 수도 있다.The shift reactor 142 may be provided as an example, as a Watergas Shifter causing a water gas shift reaction. However, the conversion reactor 142 is not limited thereto, and a known high-temperature conversion reactor 142 (HTS, High Temperature Shift) and a low temperature conversion reactor 142 (LTS, Low Temperature Shift) may be provided.

수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스는 제2 반응라인(147)을 통해 수소분리기(143)로 공급될 수 있다.The second synthesis gas including hydrogen and carbon dioxide may be supplied to the hydrogen separator 143 through the second reaction line 147 .

수소분리기(143)는 제2 반응라인(147)을 통해 공급된 제2 합성가스로부터 수소를 분리 및 정제할 수 있다. 한편, 전환반응기(142)를 통과한 제2 합성가스는 수소 및 이산화탄소 이외에도 스팀, 일산화탄소 등의 성분이 포함될 수 있다. 이 중에서 수소분리기(143)에 의해 분리 및 정제된 수소는 수소분리기(143)에 연결되는 수소공급라인(151)을 통해 수소저장부(150)로 공급될 수 있다.The hydrogen separator 143 may separate and purify hydrogen from the second synthesis gas supplied through the second reaction line 147 . On the other hand, the second synthesis gas that has passed through the conversion reactor 142 may contain components such as steam and carbon monoxide in addition to hydrogen and carbon dioxide. Among them, hydrogen separated and purified by the hydrogen separator 143 may be supplied to the hydrogen storage unit 150 through a hydrogen supply line 151 connected to the hydrogen separator 143 .

수소분리기(143)의 일례로서, 공지된 4~12개의 흡착탑으로 구성된 PSA(Pressure Swing Adsorption) 공정을 수행할 수 있으며, 예컨대 흡착제로 molecular sieve를 사용하여 400~500 psig의 혼합유체 흐름에서 80~92%의 수소(H2)를 분리할 수 있다.As an example of the hydrogen separator 143, it is possible to perform a PSA (Pressure Swing Adsorption) process consisting of 4 to 12 known adsorption towers, for example, 80 to in a mixed fluid flow of 400 to 500 psig using a molecular sieve as an adsorbent. 92% of hydrogen (H2) can be separated.

한편, 수소분리기(143)는 이에 한정하는 것은 아니며, 수소분리기(143)에서 수소를 분리 및 정제하여 수소저장부(150)로 공급하며, 수소 이외의 기체를 제2 폐가스라인(145)을 통해 배출할 수 있도록 제2 합성가스를 분리 및 정제할 수 있는 다양한 수단으로 마련될 수 있다.On the other hand, the hydrogen separator 143 is not limited thereto, and the hydrogen separator 143 separates and purifies hydrogen and supplies it to the hydrogen storage unit 150 , and gas other than hydrogen is supplied to the second waste gas line 145 through the second waste gas line 145 . It may be provided by various means capable of separating and refining the second synthesis gas so as to be discharged.

수소분리기(143)는 제2 합성가스 중에서 수소를 제외한 나머지 기체를 수소 분리기에 연결되는 제2 폐가스라인(145)을 통해 배출시킬 수 있다. 수소분리기(143)에 연결된 제2 폐가스라인(145)은 제2 합성가스 중에서 수소를 제외한 나머지 기체를 개질반응기(141)에 연결된 제1 폐가스라인(144)으로 합류시킬 수 있다.The hydrogen separator 143 may discharge gases other than hydrogen in the second synthesis gas through the second waste gas line 145 connected to the hydrogen separator. The second waste gas line 145 connected to the hydrogen separator 143 may join the remaining gases except for hydrogen in the second synthesis gas into the first waste gas line 144 connected to the reforming reactor 141 .

제2 폐가스라인(145)은 일단이 수소분리기(143)에 연결되며, 타단이 제1 폐가스라인(144)에 연결될 수 있다. 이에 따라 수소분리기(143)에서 분리된 수소를 제외한 나머지 폐가스 기체는 제2 폐가스라인(145)을 통해 개질반응기(141)에서 배출되는 폐가스와 제1 폐가스라인(144)에서 합류될 수 있다. 합류된 폐가스 기체들은 제1 폐가스라인(144)을 통해 외부로 배출될 수 있다.The second waste gas line 145 may have one end connected to the hydrogen separator 143 and the other end connected to the first waste gas line 144 . Accordingly, the remaining waste gas gas except for the hydrogen separated in the hydrogen separator 143 may be combined with the waste gas discharged from the reforming reactor 141 through the second waste gas line 145 in the first waste gas line 144 . The combined waste gas gases may be discharged to the outside through the first waste gas line 144 .

수소저장부(150)는 반응부(140)에서 생산된 합성가스 중 수소를 저장할 수 있다. 수소저장부(150)는 반응부(140)를 통과하며 생산된 합성가스 중 반응부(140)의 수소분리기(143)에서 분리된 수소를 수소공급라인(151)을 통해 공급받을 수 있다.The hydrogen storage unit 150 may store hydrogen in the synthesis gas produced in the reaction unit 140 . The hydrogen storage unit 150 may receive hydrogen separated by the hydrogen separator 143 of the reaction unit 140 from the synthesis gas produced while passing through the reaction unit 140 through the hydrogen supply line 151 .

수소저장부(150)는 수소저장탱크(110) 등으로 마련될 수 있다. 수소저장부(150)는 이와 달리 생산된 수소를 저장할 수 있는 연료전지 등으로 마련될 수도 있다. 한편, 수소저장부(150)는 이에 한정하는 것은 아니며 반응부(140)를 통과하며 생산된 수소를 저장할 수 있는 다양한 수단으로 마련될 수 있다.The hydrogen storage unit 150 may be provided as a hydrogen storage tank 110 or the like. Alternatively, the hydrogen storage unit 150 may be provided as a fuel cell or the like capable of storing the produced hydrogen. Meanwhile, the hydrogen storage unit 150 is not limited thereto and may be provided by various means capable of storing hydrogen produced while passing through the reaction unit 140 .

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 순환라인(181)이 마련될 수 있다. 순환라인(181)은 냉각수라인(160)과 열적으로 연결되며, 열매체가 순환될 수 있다. 열매체는 순환라인(181) 상을 순환하며, 냉각수라인(160)으로부터 온열을 공급받으며, 공급받은 온열을 제1 열교환부(T1)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스로 제공할 수 있다.The hydrogen production system 100 for ships according to the first embodiment of the present invention may be provided with a circulation line 181 . The circulation line 181 is thermally connected to the cooling water line 160 , and a heating medium may be circulated. The heating medium circulates on the circulation line 181, receives heat from the cooling water line 160, and can provide the received heat as natural gas of the gas supply line 120 passing through the first heat exchange unit T1. there is.

순환라인(181)을 순환하는 열매체는 냉각매체로 마련될 수 있다. 열매체는 냉각수로 구비될 수 있다. 이와 달리 열매체는 부동액을 첨가한 글리콜 워터(Glycol water)로 구비될 수도 있다. 아울러, 열매체는 헬륨, 질소 등을 포함하는 냉매로 마련될 수도 있다. 한편, 열매체는 기화열교환부(T6)에서 온열을 공급받으며, 제1 열교환부(T1)에서 온열을 가스공급라인(120)의 천연가스로 공급할 수 있는 다양한 열매체로 마련될 수도 있다.The heating medium circulating the circulation line 181 may be provided as a cooling medium. The heating medium may be provided as cooling water. Alternatively, the heating medium may be provided as glycol water to which antifreeze is added. In addition, the heating medium may be provided as a refrigerant containing helium, nitrogen, or the like. Meanwhile, the heating medium receives heat from the vaporization heat exchange unit T6 and may be provided with various heating mediums capable of supplying the heat from the first heat exchange unit T1 to the natural gas of the gas supply line 120 .

순환라인(181)은 순환라인(181) 상에서 열매체를 가압하여 순환시키는 펌프(183)와, 열매체의 압력 변화를 흡수하는 팽창탱크(182)를 구비할 수 있다. 아울러, 순환라인(181)은 순환밸브(181a)를 구비할 수 있다. 순환밸브(181a)는 순환라인(181)에 구비되며, 순환라인(181) 상에서 열매체 유통량을 조절할 수 있다. 순환밸브(181a)는 전자적으로 작동하는 솔레노이드 밸브로 마련될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 개방 및 폐쇄 정도에 따라 순환라인(181) 상에서 열매체 유통량을 조절할 수 있는 다양한 밸브로 마련될 수 있다.The circulation line 181 may include a pump 183 that pressurizes and circulates the heating medium on the circulation line 181 , and an expansion tank 182 that absorbs the pressure change of the heating medium. In addition, the circulation line 181 may include a circulation valve 181a. The circulation valve (181a) is provided in the circulation line (181), it is possible to adjust the heat medium flow rate on the circulation line (181). The circulation valve 181a may be provided as an electronically operated solenoid valve, but is not limited thereto, and may be provided as a variety of valves capable of adjusting the heat medium flow rate on the circulation line 181 according to the degree of opening and closing.

도 1에 도시된 바와 같이, 펌프(183)는 순환라인(181) 중 팽창탱크(182) 하류 지점에 설치되며, 팽창탱크(182)에 저장된 액체 상태의 열매체를 기화열교환부(T6)로 공급하도록 할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the pump 183 is installed at a point downstream of the expansion tank 182 in the circulation line 181 , and supplies the liquid heat medium stored in the expansion tank 182 to the vaporization heat exchange unit T6 . can make it

순환밸브(181a)는 순환라인(181) 중 펌프(183) 하류 지점에 설치되며, 순환라인(181) 상에서 유통되는 열매체의 유통량을 조절할 수 있다. 한편, 열매체는 순환라인(181) 상에서 순환밸브(181a)를 통과하며 어느 정도 팽창될 수 있다. 이에 따라 순환밸브(181a)를 거친 열매체는 팽창과 함께 어느 정도 냉각이 된 후 기화열교환부(T6)로 도입될 수 있으며, 기화열교환부(T6)를 통과하는 냉각수라인(160)의 냉각수의 냉각 효율이 향상될 수 있다.The circulation valve 181a is installed at a point downstream of the pump 183 in the circulation line 181 , and can control the flow rate of the heat medium circulating on the circulation line 181 . On the other hand, the heating medium passes through the circulation valve (181a) on the circulation line (181) can be expanded to some extent. Accordingly, the heat medium passing through the circulation valve 181a may be introduced into the vaporization heat exchange unit T6 after being cooled to some extent along with expansion, and the cooling water of the cooling water line 160 passing through the vaporization heat exchange unit T6 is cooled. Efficiency can be improved.

기화열교환부(T6)는 순환라인(181)에 구비될 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 기화열교환부(T6)는 순환라인(181) 중 순환밸브(181a) 하류 지점에 설치될 수 있다. 기화열교환부(T6)는 순환라인(181)의 열매체와 냉각수라인(160)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 기화열교환부(T6)는 냉각수라인(160) 중 제3 냉각수라인(164)과 연결되어 순환라인(181)의 열매체와 제3 냉각수라인(164)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 아울러, 기화열교환부(T6)를 거친 순환라인(181)의 열매체는 제1 열교환부(T1)로 공급될 수 있다.The vaporization heat exchange unit T6 may be provided in the circulation line 181 . Specifically, the vaporization heat exchange unit T6 may be installed at a downstream point of the circulation valve 181a in the circulation line 181 . The vaporization heat exchange unit T6 may allow heat exchange between the heating medium of the circulation line 181 and the cooling water of the cooling water line 160 . More specifically, the vaporization heat exchange unit T6 is connected to the third cooling water line 164 of the cooling water line 160 so that the heat medium of the circulation line 181 and the cooling water of the third cooling water line 164 exchange heat with each other. can do. In addition, the heat medium of the circulation line 181 passing through the vaporization heat exchange unit T6 may be supplied to the first heat exchange unit T1 .

즉 순환라인(181)의 열매체는 기화열교환부(T6)를 거친 뒤 가열되며, 가열된 열매체는 제1 열교환부(T1)로 공급되어 가스공급라인(120)의 천연가스를 가열시킬 수 있다.That is, the heating medium of the circulation line 181 is heated after passing through the vaporization heat exchange unit T6 , and the heated heating medium is supplied to the first heat exchange unit T1 to heat the natural gas of the gas supply line 120 .

팽창탱크(182)는 순환라인(181) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 설치될 수 있으며, 제1 열교환부(T1)에서 가스공급라인(120)의 천연가스와 열교환 과정에서 냉각된 열매체 또는 냉각되어 액화된 열매체를 저장할 수 있다. 팽창탱크(182)는 순환라인(181)의 순환 조건에 따른 열매체의 압력 변화를 흡수하고, 팽창탱크(182)로 회수되는 열매체가 설정된 온도 범위를 유지하여 정해진 압력 범위를 유지할 수 있도록 할 수 있다.The expansion tank 182 may be installed at a point downstream of the first heat exchange unit T1 of the circulation line 181 , and is cooled in the heat exchange process with natural gas of the gas supply line 120 in the first heat exchange unit T1 . It is possible to store a heating medium or a cooling medium liquefied. The expansion tank 182 may absorb the pressure change of the heating medium according to the circulation conditions of the circulation line 181, and the heating medium recovered to the expansion tank 182 may maintain a set temperature range to maintain a predetermined pressure range. .

한편, 순환라인(181)에 구비되는 팽창탱크(182), 펌프(183), 순환밸브(181a) 및 기화열교환부(T6)의 배치는 전술한 바에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 적절하게 그 배치를 변경할 수 있다.On the other hand, the arrangement of the expansion tank 182, the pump 183, the circulation valve 181a, and the vaporization heat exchange unit T6 provided in the circulation line 181 is not limited to the above-mentioned bar, and the You can change the layout.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 가열부(T1, T2, T3)와 냉각부(T4, T5)가 구비될 수 있다.The hydrogen production system 100 for ships according to the first embodiment of the present invention may include heating units T1, T2, T3 and cooling units T4 and T5.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 가열부(T1, T2, T3)는 각각 가스공급라인(120)에 구비되는 제1 열교환부(T1)와, 제2 열교환부(T2)와, 제3 열교환부(T3)를 포함할 수 있다. 가열부(T1, T2, T3)는 후술하는 바와 같이 순환라인(181)의 열매체, 냉각수라인(160)의 냉각수 또는 제1 폐가스라인(144)의 폐가스와 열적으로 연결될 수 있다.The heating units T1, T2, and T3 according to the first embodiment of the present invention include a first heat exchange unit T1, a second heat exchange unit T2, and a third heat exchange unit provided in the gas supply line 120, respectively. A portion T3 may be included. The heating units T1 , T2 , and T3 may be thermally connected to the heating medium of the circulation line 181 , the cooling water of the cooling water line 160 , or the waste gas of the first waste gas line 144 , as will be described later.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 열교환부(T1)는 가스공급라인(120) 중 혼합부(112) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 순환라인(181)과 연결될 수 있다. 제2 열교환부(T2)는 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제2 냉각수라인(162)과 연결될 수 있다. 제3 열교환부(T3)는 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제1 폐가스라인(144)과 연결될 수 있다.More specifically, the first heat exchange unit T1 may be provided at a downstream point of the mixing unit 112 of the gas supply line 120 , and may be connected to the circulation line 181 . The second heat exchange unit T2 may be provided at a downstream point of the first heat exchange unit T1 of the gas supply line 120 , and may be connected to the second cooling water line 162 . The third heat exchange unit T3 may be provided at a downstream point of the second heat exchange unit T2 of the gas supply line 120 , and may be connected to the first waste gas line 144 .

가열부(T1, T2, T3)는 가스공급라인(120)에 구비되며, 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스를 가열시킬 수 있다. 이에 따라 가열부(T1, T2, T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스는 가열된 상태로 개질반응기(141)에 도입될 수 있다. 한편, 가스공급라인(120)의 천연가스는 가열부(T1, T2, T3)를 거치며 가열된 상태를 가지므로, 이에 따라 개질 반응에 사용되는 메탄을 포함하는 천연가스가 반응에 적절한 온도로 개질반응기(141)로 공급될 수 있으며, 아울러 버너에서 연료로 사용되는 천연가스의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다.The heating units T1 , T2 , and T3 are provided in the gas supply line 120 , and can heat the natural gas passing through the gas supply line 120 . Accordingly, the natural gas of the gas supply line 120 passing through the heating units T1 , T2 , and T3 may be introduced into the reforming reactor 141 in a heated state. On the other hand, since the natural gas of the gas supply line 120 has a heated state through the heating units T1, T2, and T3, the natural gas containing methane used in the reforming reaction is reformed to an appropriate temperature for the reaction. It may be supplied to the reactor 141, and there is an advantage in that the amount of natural gas used as fuel in the burner can be reduced.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 냉각부(T4, T5)는 제1 반응라인(146)에 구비되는 제4 열교환부(T4)와, 제2 반응라인(147)에 구비되는 제5 열교환부(T5)를 포함할 수 있다. 냉각부(T4, T5)는 후술하는 바와 같이 냉각수라인(160)의 냉각수와 열적으로 연결될 수 있다.The cooling units T4 and T5 according to the first embodiment of the present invention include a fourth heat exchange unit T4 provided in the first reaction line 146 and a fifth heat exchange unit provided in the second reaction line 147 . (T5). The cooling units T4 and T5 may be thermally connected to the cooling water of the cooling water line 160 as will be described later.

냉각부(T4, T5)는 제1 반응라인(146) 또는 제2 반응라인(147)에 마련되며, 제1 반응라인(146)을 통과하는 제1 합성가스를 냉각시키거나, 제2 반응라인(147)을 통과하는 제2 합성가스를 냉각시킬 수 있다. The cooling units T4 and T5 are provided in the first reaction line 146 or the second reaction line 147, and cool the first synthesis gas passing through the first reaction line 146, or the second reaction line The second syngas passing through (147) can be cooled.

개질반응기(141)에서 제1 반응라인(146)을 통해 배출되는 제1 합성가스는 매우 고온 상태일 수 있다. 이에 따라 제1 반응라인(146)의 제1 합성가스는 냉각부(T4, T5)를 통해 냉각수라인(160)의 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.The first synthesis gas discharged from the reforming reactor 141 through the first reaction line 146 may be in a very high temperature state. Accordingly, the first synthesis gas of the first reaction line 146 may be cooled by the cooling water of the cooling water line 160 through the cooling units T4 and T5.

전환반응기(142)에서 제2 반응라인(147)을 통해 배출되는 제2 합성가스는 개질반응기(141)에서 제1 반응라인(146)을 통해 배출되는 제1 합성가스보다는 상대적으로 저온 상태에 해당될 수 있다. 이는 제1 합성가스는 제1 반응라인(146)에서 냉각부(T4, T5)에 의해 냉각된 상태로 전환반응기(142)로 공급되기 때문이다. 한편, 제2 반응라인(147)의 제2 합성가스는 냉각부(T4, T5)를 통해 냉각수라인(160)의 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.The second synthesis gas discharged from the conversion reactor 142 through the second reaction line 147 corresponds to a relatively low temperature state than the first synthesis gas discharged from the reforming reactor 141 through the first reaction line 146 . can be This is because the first synthesis gas is supplied to the conversion reactor 142 in a cooled state by the cooling units T4 and T5 in the first reaction line 146 . Meanwhile, the second synthesis gas of the second reaction line 147 may be cooled by the cooling water of the cooling water line 160 through the cooling units T4 and T5 .

냉각수라인(160)은 냉각수를 통해 반응부(140)에서 생산된 합성가스를 냉각시킬 수 있다. 냉각수라인(160)은 냉각수공급부(W)에 연결될 수 있으며, 냉각수공급부(W)로부터 냉각수를 공급받아 유통시킬 수 있다.The cooling water line 160 may cool the synthesis gas produced in the reaction unit 140 through cooling water. The cooling water line 160 may be connected to the cooling water supply unit W, and may receive and distribute cooling water from the cooling water supply unit W.

냉각수공급부(W)는 선박 내부에 구비되는 냉각수를 냉각수라인(160)으로 공급하는 방식으로 마련될 수 있으며, 이와 달리 선박 외부의 해수를 담수화 및 정화 처리한 냉각수를 냉각수라인(160)으로 공급하는 방식으로 마련될 수도 있다.The cooling water supply unit W may be provided in such a way that the cooling water provided inside the ship is supplied to the cooling water line 160. In contrast, the cooling water desalinated and purified from the seawater outside the ship is supplied to the cooling water line 160. It may be provided in this way.

냉각수라인(160)은 냉각부(T4, T5)에 연결될 수 있다. 이에 따라 냉각부(T4, T5)는 제1 반응라인(146)을 통과하는 제1 합성가스 또는 제2 반응라인(147)을 통과하는 합성가스를 냉각수라인(160)의 냉각수에 의해 냉각시킬 수 있다.The cooling water line 160 may be connected to the cooling units T4 and T5. Accordingly, the cooling units T4 and T5 can cool the first synthesis gas passing through the first reaction line 146 or the synthesis gas passing through the second reaction line 147 by the cooling water of the cooling water line 160 . there is.

냉각수라인(160)은 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162)을 포함할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 냉각수라인(160)은 냉각수공급부(W)에서 하나의 라인으로 냉각수가 공급되며, 하나의 라인에서 각각 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162)으로 분기될 수 있다. 이와 달리, 도시되지는 않았지만 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162)은 각각 냉각수공급부(W)와 연결되는 별도의 라인으로 마련될 수도 있다.The cooling water line 160 may include a first cooling water line 161 and a second cooling water line 162 . On the other hand, as shown in FIG. 1 , the cooling water line 160 is supplied with cooling water in one line from the cooling water supply unit W, and a first cooling water line 161 and a second cooling water line 162 in one line, respectively. can be branched into Alternatively, although not shown, the first coolant line 161 and the second coolant line 162 may be provided as separate lines connected to the coolant supply unit W, respectively.

제1 냉각수라인(161)은 냉각수공급부(W)로부터 공급받은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 스팀으로 전환될 수 있으며, 전환된 스팀을 가스공급라인(120)으로 합류시킬 수 있다.In the first cooling water line 161 , the cooling water supplied from the cooling water supply unit W may pass through the reaction unit 140 to be converted into steam, and the converted steam may be joined into the gas supply line 120 .

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 냉각수라인(161)은 반응부(140)의 냉각부(T4, T5) 중 제4 열교환부(T4)와 연결될 수 있다. 냉각부(T4, T5) 중 제4 열교환부(T4)는 제1 반응라인(146)에 구비되며, 제1 냉각수라인(161)과 연결되어 제1 반응라인(146)의 제1 합성가스와 제1 냉각수라인(161)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 이에 따라 제1 냉각수라인(161)의 냉각수가 제1 반응라인(146)의 합성가스를 냉각시킬 수 있다.More specifically, the first cooling water line 161 may be connected to the fourth heat exchange unit T4 among the cooling units T4 and T5 of the reaction unit 140 . Of the cooling units T4 and T5, the fourth heat exchange unit T4 is provided in the first reaction line 146, is connected to the first cooling water line 161, and is connected to the first synthesis gas of the first reaction line 146 and It is possible to heat exchange between the coolants in the first coolant line 161 . Accordingly, the cooling water of the first cooling water line 161 may cool the synthesis gas of the first reaction line 146 .

구체적으로 살펴보면, 제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 냉각부(T4, T5) 중 제1 반응라인(146)에 구비되는 제4 열교환부(T4)를 통과할 수 있다. 제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제4 열교환부(T4)를 통과하며 스팀으로 전환될 수 있다. 이는 개질반응기(141)에서 배출되는 제1 합성가스가 매우 고온 상태에 해당되기 때문이다.Specifically, the cooling water of the first cooling water line 161 may pass through the fourth heat exchange unit T4 provided in the first reaction line 146 among the cooling units T4 and T5. The cooling water of the first cooling water line 161 may pass through the fourth heat exchange unit T4 and be converted into steam. This is because the first synthesis gas discharged from the reforming reactor 141 corresponds to a very high temperature state.

제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제4 열교환부(T4)를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 제3 열교환부(T3) 사이 지점으로 합류될 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 냉각수라인(161)은 제4 열교환부(T4)를 통과한 스팀이 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 메탄 분리부(130) 사이 지점에 공급되도록 가스공급라인(120)에 연결될 수 있다.The cooling water of the first cooling water line 161 passes through the fourth heat exchange part T4 and is converted into steam, and the converted steam is the second heat exchange part T2 and the third heat exchange part T3 of the gas supply line 120 . ) can be joined at a point between More specifically, in the first cooling water line 161 , the steam passing through the fourth heat exchange unit T4 is located between the second heat exchange unit T2 and the methane separation unit 130 of the gas supply line 120 . It may be connected to the gas supply line 120 to be supplied.

이에 따라 제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제4 열교환부(T4)를 통과하며 스팀으로 전환된 후, 전환된 스팀은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 메탄 분리부(130) 사이 지점에 공급되어 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스와 합류될 수 있다. 아울러, 후술하는 바와 같이 제1 냉각수라인(161)의 스팀 중 일부는 제4 냉각수라인(165)을 통해 제2 냉각수라인(162) 중 제2 열교환부(T2) 상류 지점으로 합류될 수 있다.Accordingly, the cooling water of the first cooling water line 161 passes through the fourth heat exchange unit T4 and is converted into steam. It may be supplied to a point between 130 and merge with natural gas passing through the gas supply line 120 . In addition, as will be described later, some of the steam of the first cooling water line 161 may be joined to an upstream point of the second heat exchange unit T2 of the second cooling water line 162 through the fourth cooling water line 165 .

가스공급라인(120)에서 합류된 스팀과 천연가스는 가스공급라인(120)을 통해 개질반응기(141)로 공급될 수 있다. 이에 따라 개질반응기(141)에서 스팀과 천연가스가 개질반응하여 제1 합성가스가 생산될 수 있다.Steam and natural gas joined in the gas supply line 120 may be supplied to the reforming reactor 141 through the gas supply line 120 . Accordingly, steam and natural gas may undergo a reforming reaction in the reforming reactor 141 to produce a first synthesis gas.

한편, 제1 냉각수라인(161)은 전술한 바와 같이 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 메탄 분리부(130) 사이에 연결될 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며 가스공급라인(120)의 다양한 위치에 연결될 수 있다.Meanwhile, the first cooling water line 161 may be connected between the second heat exchange unit T2 and the methane separation unit 130 of the gas supply line 120 as described above, but is not limited thereto, and the gas supply line ( 120) can be connected to various locations.

제2 냉각수라인(162)은 냉각수공급부(W)로부터 공급받은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 가열되며, 가열부(T1, T2, T3) 중 제2 열교환부(T2)와 연결되어 가열된 냉각수를 제2 열교환부(T2)로 공급할 수 있다.In the second cooling water line 162 , the cooling water supplied from the cooling water supply unit W passes through the reaction unit 140 and is heated, and is connected to the second heat exchange unit T2 among the heating units T1 , T2 and T3 to be heated. The cooled cooling water may be supplied to the second heat exchange unit T2.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제2 냉각수라인(162)은 반응부(140)의 냉각부(T4, T5) 중 제5 열교환부(T5)에 연결될 수 있다. 냉각부(T4, T5) 중 제5 열교환부(T5)는 제2 반응라인(147)에 구비되며, 제2 냉각수라인(162)과 연결되어 제2 반응라인(147)의 제2 합성가스와 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 이에 따라 제2 냉각수라인(162)의 냉각수가 제1 반응라인(146)의 제2 합성가스를 냉각시킬 수 있다.More specifically, the second cooling water line 162 may be connected to the fifth heat exchange unit T5 among the cooling units T4 and T5 of the reaction unit 140 . Of the cooling units T4 and T5 , the fifth heat exchange unit T5 is provided in the second reaction line 147 , is connected to the second cooling water line 162 , and is connected to the second synthesis gas of the second reaction line 147 and The cooling water of the second cooling water line 162 may be exchanged with each other. Accordingly, the cooling water of the second cooling water line 162 may cool the second synthesis gas of the first reaction line 146 .

구체적으로 살펴보면, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 냉각부(T4, T5) 중 제2 반응라인(147)에 구비되는 제5 열교환부(T5)를 통과할 수 있다. 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제5 열교환부(T5)를 통과하며 가열될 수 있다. 이는 제2 반응라인(147)을 통과하는 제2 합성가스가 제2 냉각수라인(162)의 냉각수보다 고온 상태에 해당되기 때문이다.Specifically, the cooling water of the second cooling water line 162 may pass through the fifth heat exchange unit T5 provided in the second reaction line 147 among the cooling units T4 and T5. The cooling water of the second cooling water line 162 may be heated while passing through the fifth heat exchange unit T5. This is because the second synthesis gas passing through the second reaction line 147 corresponds to a higher temperature than the cooling water of the second cooling water line 162 .

제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제5 열교환부(T5)를 통과하며 가열되고, 제2 냉각수라인(162)은 가스공급라인(120)에 구비되는 제2 열교환부(T2)와 연결되어 가열된 냉각수를 제2 열교환부(T2)로 공급할 수 있다.The cooling water of the second cooling water line 162 passes through the fifth heat exchange unit T5 and is heated, and the second cooling water line 162 is connected to the second heat exchange unit T2 provided in the gas supply line 120 , The heated cooling water may be supplied to the second heat exchange unit T2 .

제2 냉각수라인(162) 중 제5 열교환부(T5)를 거친 냉각수는 제5 열교환부(T5)를 거치면서 제2 반응라인(147)의 제2 합성가스로부터 온열을 공급받으며, 이에 의해 제5 열교환부(T5)를 거치기 전 제2 냉각수라인(162)의 냉각수보다 상대적으로 고온 상태에 해당될 수 있다.Of the second cooling water line 162, the cooling water that has passed through the fifth heat exchange unit T5 receives heat from the second synthesis gas of the second reaction line 147 while passing through the fifth heat exchange unit T5, and thereby 5 It may correspond to a relatively high temperature state than the cooling water of the second cooling water line 162 before going through the heat exchange unit T5.

제2 냉각수라인(162)은 제5 열교환부(T5)를 통과하며 회수한 온열을 제2 열교환부(T2)로 공급할 수 있다. 아울러, 후술하는 바와 같이 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부는 제3 냉각수라인(164)을 통해 기화열교환부(T6)로 공급될 수 있다.The second cooling water line 162 may supply the heat recovered by passing through the fifth heat exchange part T5 to the second heat exchange part T2. In addition, as will be described later, some of the cooling water of the second cooling water line 162 may be supplied to the vaporization heat exchanger T6 through the third cooling water line 164 .

제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 제5 열교환부(T5)를 거친 후 제2 열교환부(T2)로 도입되는 냉각수는 제2 열교환부(T2)에서 가스공급라인(120)의 천연가스와 열교환될 수 있다. 아울러, 후술하는 바와 같이 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부는 제3 냉각수라인(164)을 통해 기화열교환부(T6)로 도입되어 기화열교환부(T6)에서 순환라인(181)의 열매체와 열교환될 수 있다.Among the cooling water of the second cooling water line 162 , the cooling water introduced into the second heat exchange unit T2 after passing through the fifth heat exchange unit T5 is combined with the natural gas of the gas supply line 120 in the second heat exchange unit T2 . can be heat exchanged. In addition, as will be described later, some of the cooling water of the second cooling water line 162 is introduced into the vaporization heat exchange unit T6 through the third cooling water line 164 and the heat medium of the circulation line 181 in the vaporization heat exchange unit T6. can be exchanged with

제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제4 열교환부(T4)를 거친 뒤 스팀으로 전환되어 가스공급라인(120)으로 합류되며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제5 열교환부(T5)를 거친 뒤 가열되어 제2 열교환부(T2)로 공급될 수 있다.The cooling water of the first cooling water line 161 passes through the fourth heat exchange unit T4 and is converted into steam and merges into the gas supply line 120 , and the cooling water of the second cooling water line 162 passes through the fifth heat exchange unit T5 . ) and then heated and may be supplied to the second heat exchange unit T2.

제3 냉각수라인(164)은 제2 냉각수라인(162)에서 분기되며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부를 기화열교환부(T6)로 공급할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 제3 냉각수라인(164)은 제2 냉각수라인(162) 중 제2 열교환부(T2) 상류 지점에서 분기될 수 있다. 즉 제3 냉각수라인(164)은 제2 냉각수라인(162) 중 제5 열교환부(T5) 하류 지점에서 분기될 수 있다.The third cooling water line 164 is branched from the second cooling water line 162 , and some of the cooling water of the second cooling water line 162 may be supplied to the vaporization heat exchange unit T6 . More specifically, the third cooling water line 164 may branch at an upstream point of the second heat exchange unit T2 among the second cooling water lines 162 . That is, the third cooling water line 164 may branch at a downstream point of the fifth heat exchange unit T5 among the second cooling water lines 162 .

제3 냉각수라인(164)은 제2 냉각수라인(162)의 제2 열교환부(T2) 상류 지점에서 분기되며, 기화열교환부(T6)를 경유한 뒤 제2 냉각수라인(162) 중 제2 열교환부(T2) 하류 지점으로 합류될 수 있다.The third cooling water line 164 is branched from the upstream point of the second heat exchange unit T2 of the second cooling water line 162 , and passes through the vaporization heat exchange unit T6, followed by a second heat exchange among the second cooling water lines 162 . Sub T2 may be joined as a downstream point.

즉 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부는 제3 냉각수라인(164)을 통해 기화열교환부(T6)를 경유한 뒤 제2 냉각수라인(162)으로 합류하며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 나머지는 제2 열교환부(T2)를 경유한 뒤 제3 냉각수라인(164)의 냉각수와 합류될 수 있다. 이 합류된 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 냉각수라인(160)으로 다시 합류되어 냉각수라인(160)을 순환할 수 있다.That is, some of the cooling water of the second cooling water line 162 passes through the vaporization heat exchange unit T6 through the third cooling water line 164 and then joins the second cooling water line 162 , and the second cooling water line 162 . The remainder of the cooling water may be combined with the cooling water of the third cooling water line 164 after passing through the second heat exchange unit T2. The cooling water of the joined second cooling water line 162 may be re-joined into the cooling water line 160 to circulate the cooling water line 160 .

한편, 제2 냉각수라인(162)이 회수되는 지점은 도시된 바와 같이 냉각수라인(160) 중 제1 냉각수라인(161)과 제2 냉각수라인(162)이 분기되는 지점보다 상류 지점일 수 있다. 이 경우, 회수된 냉각수는 다시 분기되어 각각 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162)으로 유통될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 이와 달리 제2 냉각수라인(162)이 회수되는 지점은 제1 냉각수라인(161) 중 제4 열교환부(T4) 상류지점이거나 제2 냉각수라인(162) 중 제5 열교환부(T5) 상류지점일 수도 있다. 또한 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 냉각수라인(160)으로 회수되지 않고 냉각수공급부(W)로 회수되거나, 이와 달리 선박의 외부로 배출하는 것도 가능하다.On the other hand, the point at which the second coolant line 162 is recovered may be a point upstream of the branching point of the first coolant line 161 and the second coolant line 162 among the coolant lines 160 as shown. In this case, the recovered cooling water may be branched again and distributed to the first cooling water line 161 and the second cooling water line 162 , respectively. Although not shown, unlike the point at which the second coolant line 162 is recovered, the point upstream of the fourth heat exchange part T4 of the first coolant line 161 or the fifth heat exchange part ( T5) It may be upstream. In addition, the cooling water of the second cooling water line 162 is not recovered to the cooling water line 160 but is recovered to the cooling water supply unit W, or alternatively, it is possible to discharge it to the outside of the ship.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)의 가열부(T1, T2, T3)는 제1 열교환부(T1)와, 제2 열교환부(T2)와, 제3 열교환부(T3)를 포함할 수 있다.The heating units T1, T2, and T3 of the hydrogen production system 100 for ships according to the first embodiment of the present invention include a first heat exchange unit T1, a second heat exchange unit T2, and a third heat exchange unit ( T3) may be included.

도 1을 참조하면, 제1 열교환부(T1)는 가스공급라인(120)에 구비되며, 순환라인(181)과 연결되어 가스공급라인(120)의 천연가스와 순환라인(181)의 열매체 상호간에 열교환되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the first heat exchange unit T1 is provided in the gas supply line 120 , and is connected to the circulation line 181 between the natural gas of the gas supply line 120 and the heat medium of the circulation line 181 . It can be heat-exchanged to

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 열교환부(T1)는 가스공급라인(120) 중 혼합부(112) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 순환라인(181)과 연결될 수 있다. 이에 따라 혼합부(112)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 순환라인(181)의 열매체 상호간에 제1 열교환부(T1)에서 열교환될 수 있다. 이 경우, 가스공급라인(120)의 천연가스는 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열될 수 있다. 제3 냉각수라인(164)은 제2 반응라인(147)의 온열을 회수한 제2 냉각수라인(162)으로부터 분기되며, 제3 냉각수라인(164)의 냉각수는 기화열교환부(T6)에서 순환라인(181)의 열매체를 가열시킬 수 있다. 즉 제2 반응라인(147)의 온열은 제2 냉각수라인(162), 제3 냉각수라인(164) 및 순환라인(181)을 통해 가스공급라인(120)의 제1 열교환부(T1)로 공급될 수 있다.More specifically, the first heat exchange unit T1 may be provided at a downstream point of the mixing unit 112 of the gas supply line 120 , and may be connected to the circulation line 181 . Accordingly, heat exchange may be performed between the natural gas of the gas supply line 120 passing through the mixing unit 112 and the heat medium of the circulation line 181 in the first heat exchange unit T1. In this case, the natural gas of the gas supply line 120 may be heated by the heating medium of the circulation line 181 . The third cooling water line 164 is branched from the second cooling water line 162 that has recovered the heat of the second reaction line 147 , and the cooling water of the third cooling water line 164 is circulated in the vaporization heat exchange unit T6 . The heating medium of (181) can be heated. That is, the warm heat of the second reaction line 147 is supplied to the first heat exchange unit T1 of the gas supply line 120 through the second cooling water line 162 , the third cooling water line 164 , and the circulation line 181 . can be

이 경우, 가스공급라인(120)의 천연가스는 제3 냉각수라인(164)의 온열을 회수한 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열될 수 있다. 아울러, 순환라인(181)의 열매체는 가스공급라인(120)의 천연가스에 의해 냉각되거나 또는 냉각되어 액화된 후 팽창탱크(182)로 공급될 수 있다.In this case, the natural gas of the gas supply line 120 may be heated by the heating medium of the circulation line 181 that has recovered the heat of the third cooling water line 164 . In addition, the heating medium of the circulation line 181 may be cooled by the natural gas of the gas supply line 120 or supplied to the expansion tank 182 after being cooled and liquefied.

가스공급라인(120)은 제2 온도센서(S2)를 구비할 수 있다. 제2 온도센서(S2)는 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비되며, 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 측정할 수 있다.The gas supply line 120 may include a second temperature sensor S2. The second temperature sensor S2 is provided at a point downstream of the first heat exchange unit T1 of the gas supply line 120, and measures the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1. can

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부는 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.The hydrogen production system 100 for ships according to the first embodiment of the present invention may further include a control unit (not shown). A control unit according to an exemplary embodiment of the present invention includes a non-volatile memory (not shown) configured to store data related to an algorithm configured to control the operation of various components or software instructions for reproducing the algorithm, and data stored in the memory It may be implemented through a processor (not shown) configured to perform operations described below using Here, the memory and the processor may be implemented as separate chips. Alternatively, the memory and processor may be implemented as a single chip integrated with each other. A processor may take the form of one or more processors.

제어부는 제2 온도센서(S2)를 통해 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 감지하며, 순환밸브(181a)를 제어함으로써 순환라인(181)의 열매체 유통량을 조절할 수 있다.The control unit detects the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1 through the second temperature sensor S2, and controls the circulation valve 181a to thereby control the circulation amount of the heat medium in the circulation line 181. can be adjusted.

제어부는 제2 온도센서(S2)로부터 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도 정보를 제공받을 수 있다. 제어부는 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도가 기 설정된 값 이하인 경우, 순환라인(181)을 통해 제1 열교환부(T1)로 도입되는 열매체의 유통량이 증가되도록 순환밸브(181a)를 개방 제어할 수 있다.The control unit may receive the natural gas temperature information of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1 from the second temperature sensor S2. When the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1 is lower than a preset value, the control unit increases the flow rate of the heat medium introduced into the first heat exchange unit T1 through the circulation line 181 It is possible to control the opening of the circulation valve (181a) as possible.

제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스는 가스공급라인(120)을 통해 기액분리기(170)로 공급될 수 있다. 이 때, 제어부는 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스가 온도가 낮아 기액분리기(170)에서 사용하기 부적절한 경우, 순환밸브(181a)가 좀 더 많이 개방되도록 제어함으로써 순환라인(181)을 통해 제1 열교환부(T1)로 도입되는 열매체의 유통량을 증가되도록 할 수 있다.The natural gas of the gas supply line 120 passing through the first heat exchange unit T1 may be supplied to the gas-liquid separator 170 through the gas supply line 120 . At this time, when the natural gas of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1 is inappropriate to use in the gas-liquid separator 170 because the temperature is low, the control unit controls the circulation valve 181a to open more. By doing so, it is possible to increase the flow rate of the heating medium introduced into the first heat exchange unit T1 through the circulation line 181 .

이에 따라 제1 열교환부(T1)로 도입되는 순환라인(181)의 열매체가 증가되며, 이에 따라 제1 열교환부(T1)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스가 온열을 좀 더 많이 공급받을 수 있게 된다. 한편, 제어부는 혼합부(112)와 순환밸브(181a)를 조절함으로써 기액분리기(170)에서 분리되기에 적절한 온도 및 압력을 가지도록 천연가스의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.Accordingly, the heat medium of the circulation line 181 introduced into the first heat exchange unit T1 is increased, and accordingly, the natural gas of the gas supply line 120 passing through the first heat exchange unit T1 generates more heat. can be supplied. On the other hand, the control unit can adjust the temperature and pressure of the natural gas to have an appropriate temperature and pressure to be separated from the gas-liquid separator 170 by adjusting the mixing unit 112 and the circulation valve 181a.

기액분리기(170)는 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1)와 제2 열교환부(T2) 사이에 구비될 수 있다. 기액분리기(170)는 제1 열교환부(T1)를 거친 천연가스를 기체성분 및 액체성분으로 분리할 수 있다.The gas-liquid separator 170 may be provided between the first heat exchange part T1 and the second heat exchange part T2 of the gas supply line 120 . The gas-liquid separator 170 may separate the natural gas that has passed through the first heat exchange unit T1 into a gas component and a liquid component.

기액분리기(170)는 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스를 기체성분과 액체성분으로 분리하도록 마련된다. 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스는 기체와 액체의 혼합 상태인 기액 상태일 수 있으며, 이에 기액분리기(170)가 기액 상태의 천연가스를 수용하되, 기체성분 및 액체성분으로 분리하여 각 성분의 용이한 취급 및 관리를 도모할 수 있다.The gas-liquid separator 170 is provided to separate the natural gas of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1 into a gas component and a liquid component. The natural gas of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1 may be in a gas-liquid state that is a mixture of gas and liquid, and the gas-liquid separator 170 receives the natural gas in a gas-liquid state, and liquid components to facilitate easy handling and management of each component.

기액분리기(170)에서 분리된 기체성분의 천연가스는 가스공급라인(120)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급되며, 기액분리기(170)에서 분리된 액체성분의 천연가스는 액체성분 공급라인(123)을 통해 분기라인(121)으로 합류되어 반응부(140)의 연료로 공급될 수 있다.The natural gas of the gas component separated in the gas-liquid separator 170 is supplied to the second heat exchange unit T2 through the gas supply line 120 , and the natural gas of the liquid component separated by the gas-liquid separator 170 is supplied as a liquid component It may be joined to the branch line 121 through the line 123 and supplied as fuel of the reaction unit 140 .

액체성분 공급라인(123)은 기액분리기(170)에서 분리된 액체성분을 분기라인(121)으로 공급하도록 할 수 있다. 액체성분 공급라인(123)은 기액분리기(170)와 분기라인(121)을 연결하도록 입구 측 단부가 기액분리기(170)의 내부 하측에 연결되고, 출구 측 단부가 분기라인(121)에 연결될 수 있다. 액체성분 공급라인(123)에는 분기라인(121)으로 공급되는 액체성분의 천연가스 공급량을 조절할 수 있는 기액밸브(미도시)가 마련될 수 있다. 기액밸브는 액체성분 수위에 따라 개방 및 폐쇄 정도가 제어될 수 있다. 액체성분 공급라인(123)을 통해 분기라인(121)으로 공급된 천연가스는 분기라인(121)의 천연가스와 합류되어 반응부(140) 중 개질반응기(141) 버너의 연료로 공급될 수 있다.The liquid component supply line 123 may supply the liquid component separated by the gas-liquid separator 170 to the branch line 121 . The liquid component supply line 123 may have an inlet end connected to the lower inner side of the gas-liquid separator 170 to connect the gas-liquid separator 170 and the branch line 121 , and an outlet end connected to the branch line 121 . there is. The liquid component supply line 123 may be provided with a gas-liquid valve (not shown) capable of regulating the natural gas supply amount of the liquid component supplied to the branch line 121 . The degree of opening and closing of the gas-liquid valve can be controlled according to the liquid component level. The natural gas supplied to the branch line 121 through the liquid component supply line 123 may be combined with the natural gas of the branch line 121 to be supplied as fuel for the burner of the reforming reactor 141 of the reaction unit 140 . .

기액분리기(170)에 의해 분리된 기체성분의 천연가스는 가스공급라인(120)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급될 수 있다.Natural gas of a gas component separated by the gas-liquid separator 170 may be supplied to the second heat exchange unit T2 through the gas supply line 120 .

도 1을 참조하면, 제2 열교환부(T2)는 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비되며, 냉각수라인(160)과 연결되어 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 냉각수라인(160)의 냉각수 상호간에 2차적으로 열교환되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the second heat exchange part T2 is provided at a point downstream of the first heat exchange part T1 of the gas supply line 120 , and is connected to the cooling water line 160 to connect the first heat exchange part T1 . The natural gas of the rough gas supply line 120 and the cooling water of the cooling water line 160 may be secondarily exchanged with each other.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제2 열교환부(T2)는 가스공급라인(120) 중 기액분리기(170)와 메탄 분리부(130) 사이에 구비될 수 있으며, 냉각수라인(160) 중 제2 냉각수라인(162)과 연결될 수 있다.More specifically, the second heat exchange unit T2 may be provided between the gas-liquid separator 170 and the methane separator 130 of the gas supply line 120 , and the second cooling water line of the cooling water line 160 . (162) may be connected.

이에 따라 제1 열교환부(T1) 및 기액분리기(170)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 상호간에 제2 열교환부(T2)에서 열교환될 수 있다. 이 경우, 가스공급라인(120)의 천연가스는 제2 반응라인(147)의 온열을 회수한 제2 냉각수라인(162)의 냉각수에 의해 가열될 수 있다. 아울러, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 가스공급라인(120)의 천연가스에 의해 냉각될 수 있다.Accordingly, heat exchange between the natural gas of the gas supply line 120 that has passed through the first heat exchange unit T1 and the gas-liquid separator 170 and the cooling water of the second cooling water line 162 may be exchanged in the second heat exchange unit T2. . In this case, the natural gas of the gas supply line 120 may be heated by the cooling water of the second cooling water line 162 that has recovered the heat of the second reaction line 147 . In addition, the cooling water of the second cooling water line 162 may be cooled by the natural gas of the gas supply line 120 .

도 1을 참조하면, 제4 냉각수라인(165)은 제1 냉각수라인(161) 중 제4 열교환부(T4) 하류 지점에서 분기되며, 제1 냉각수라인(161)의 스팀 중 일부를 제2 냉각수라인(162) 중 제2 열교환부(T2) 상류 지점으로 합류시킬 수 있다. 제4 냉각수라인(165)은 제1 스팀밸브(165a)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the fourth cooling water line 165 is branched at a point downstream of the fourth heat exchange unit T4 among the first cooling water lines 161 , and a portion of the steam of the first cooling water line 161 is converted into the second cooling water. The line 162 may be joined to an upstream point of the second heat exchange unit T2. The fourth coolant line 165 may include a first steam valve 165a.

제4 냉각수라인(165)은 제1 스팀밸브(165a)를 구비할 수 있다. 아울러, 제1 스팀밸브(165a)는 제4 냉각수라인(165)의 스팀 유통량을 조절할 수 있다. 제1 스팀밸브(165a)는 솔레노이드 밸브로 구비될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 제4 냉각수라인(165)의 스팀 유통량을 조절할 수 있는 다양한 밸브로 구비될 수 있다.The fourth coolant line 165 may include a first steam valve 165a. In addition, the first steam valve 165a may adjust the steam flow rate of the fourth coolant line 165 . The first steam valve 165a may be provided as a solenoid valve, but is not limited thereto, and may be provided as various valves capable of adjusting the steam flow rate of the fourth cooling water line 165 .

가스공급라인(120)은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)를 거친 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서(S1)를 구비할 수 있다. 제1 온도센서(S1)는 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 측정할 수 있다.The gas supply line 120 may include a first temperature sensor S1 that measures the temperature of the natural gas that has passed through the second heat exchange unit T2 of the gas supply line 120 . The first temperature sensor S1 may be provided at a point downstream of the second heat exchange unit T2 of the gas supply line 120 , and measures the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2. can be measured

제어부는 제1 온도센서(S1)를 통해 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 감지하며, 제1 스팀밸브(165a)를 제어함으로써 제4 냉각수라인(165)의 스팀 유통량을 조절할 수 있다.The control unit detects the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 through the first temperature sensor S1, and controls the first steam valve 165a to thereby control the fourth coolant line 165. ) of steam distribution can be adjusted.

제어부는 제1 온도센서(S1)로부터 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도 정보를 제공받을 수 있다. 제어부는 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도가 기 설정된 값 이하인 경우, 제2 냉각수라인(162)을 통해 제2 열교환부(T2)로 도입되는 냉각수의 유통량 및 온도가 증가되도록 제1 스팀밸브(165a)를 개방 제어할 수 있다. The control unit may receive the natural gas temperature information of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 from the first temperature sensor S1. When the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 is equal to or less than a preset value, the control unit controls the flow rate of the cooling water introduced into the second heat exchange unit T2 through the second cooling water line 162 . And it is possible to control the opening of the first steam valve (165a) to increase the temperature.

제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 중 일부는 메탄 분리부(130)로 공급되며, 나머지는 분기라인(121)을 통해 개질반응기(141)의 버너로 공급될 수 있다. 이 때, 제어부는 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스가 온도가 낮아 메탄 분리부(130)에서 사용하기 부적절한 경우, 제1 스팀밸브(165a)가 좀 더 많이 개방되도록 제어함으로써 제4 냉각수라인(165)을 통해 제2 냉각수라인(162)으로 도입되는 스팀의 유통량을 증가되도록 할 수 있다.Some of the natural gas of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 is supplied to the methane separation unit 130 , and the rest is supplied to the burner of the reforming reactor 141 through the branch line 121 . can At this time, when the natural gas of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 is inappropriate to use in the methane separation unit 130 due to a low temperature, the control unit activates the first steam valve 165a a little more. By controlling the opening, the flow rate of steam introduced into the second cooling water line 162 through the fourth cooling water line 165 can be increased.

이에 따라 제2 열교환부(T2)로 도입되는 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 유통량 및 냉각수 온도가 증가되며, 이에 따라 제2 열교환부(T2)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스가 온열을 좀 더 많이 공급받을 수 있게 된다. 한편, 제어부는 제1 스팀밸브(165a)를 조절함으로써 메탄 분리부(130)에서 분리 및 정제되기에 적절한 온도 및 압력을 가지도록 천연가스의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.Accordingly, the cooling water flow rate and cooling water temperature of the second cooling water line 162 introduced into the second heat exchange unit T2 are increased, and accordingly, the natural gas of the gas supply line 120 passing through the second heat exchange unit T2 is increased. can receive more heat. On the other hand, the control unit may adjust the temperature and pressure of natural gas to have an appropriate temperature and pressure to be separated and purified in the methane separation unit 130 by controlling the first steam valve (165a).

제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 중 일부는 메탄 분리부(130)로 도입될 수 있다. 한편, 가스공급라인(120) 중 메탄 분리부(130)의 상류 지점에는 유통밸브(120c)가 구비될 수 있다. 유통밸브(120c)의 개방 정도에 따라 가스공급라인(120)의 천연가스 중 메탄 분리부(130)로 도입되는 천연가스의 유통량과, 분기라인(121)으로 도입되는 천연가스의 유통량을 조절할 수 있다.Some of the natural gas of the gas supply line 120 passing through the second heat exchange unit T2 may be introduced into the methane separation unit 130 . Meanwhile, a distribution valve 120c may be provided at an upstream point of the methane separator 130 in the gas supply line 120 . The flow rate of natural gas introduced into the methane separation unit 130 among natural gas of the gas supply line 120 and the flow rate of natural gas introduced into the branch line 121 can be adjusted according to the degree of opening of the distribution valve 120c. there is.

메탄 분리부(130)는 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 제3 열교환부(T3) 사이에 구비될 수 있다. 메탄 분리부(130)는 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스의 메탄(CH4) 함유량을 높일 수 있다.The methane separator 130 may be provided between the second heat exchange part T2 and the third heat exchange part T3 of the gas supply line 120 . The methane separator 130 may increase the methane (CH4) content of the natural gas passing through the gas supply line 120 .

이를 위해 메탄 분리부(130)는 일례로서, Adsorption, Membrane, Hydrocyclone, 기액분리기(170) 등의 분리기가 사용될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스의 메탄(CH4)의 함유량을 높일 수 있는 다양한 방식으로 마련될 수 있다.For this purpose, the methane separator 130 is an example, and a separator such as Adsorption, Membrane, Hydrocyclone, gas-liquid separator 170 may be used. ) can be prepared in various ways to increase the content.

도 1을 참조하면, 메탄 분리부(130)는 제1 분리기(131)와, 제2 분리기(132)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the methane separator 130 may include a first separator 131 and a second separator 132 .

제1 분리기(131)는 가스공급라인(120)의 천연가스 중 중탄화수소를 분리할 수 있다. 제1 분리기(131)에서 분리된 중탄화수소는 제1 토출라인(131a)을 통해 분기라인(121)으로 공급될 수 있다. 이에 따라 제1 분리기(131)에서 분리된 중탄화수소는 제1 토출라인(131a) 및 분기라인(121)을 통해 개질반응기(141) 버너의 연료로 공급될 수 있다. 한편, 가스공급라인(120)의 천연가스 중 제1 분리기(131)에서 분리된 중탄화수소를 제외한 나머지는 가스공급라인(120)을 따라 제2 분리기(132)로 공급될 수 있다.The first separator 131 may separate heavy hydrocarbons from the natural gas of the gas supply line 120 . The heavy hydrocarbons separated by the first separator 131 may be supplied to the branch line 121 through the first discharge line 131a. Accordingly, the heavy hydrocarbons separated in the first separator 131 may be supplied as fuel for the burner of the reforming reactor 141 through the first discharge line 131a and the branch line 121 . Meanwhile, the rest of the natural gas of the gas supply line 120 , except for the heavy hydrocarbons separated by the first separator 131 , may be supplied to the second separator 132 along the gas supply line 120 .

제2 분리기(132)는 가스공급라인(120)의 천연가스 중 질소 등을 분리할 수 있다. 제2 분리기(132)에서 분리된 질소 등은 제2 토출라인(132a)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 한편, 가스공급라인(120)의 천연가스 중 제2 분리기(132)에서 분리된 질소를 제외한 나머지는 가스공급라인(120)을 통해 제3 열교환부(T3)로 도입될 수 있다.The second separator 132 may separate nitrogen from the natural gas of the gas supply line 120 . The nitrogen, etc. separated by the second separator 132 may be discharged to the outside through the second discharge line 132a. Meanwhile, the rest of the natural gas of the gas supply line 120 , except for the nitrogen separated by the second separator 132 , may be introduced into the third heat exchange unit T3 through the gas supply line 120 .

도 1을 참조하면, 제3 열교환부(T3)는 가스공급라인(120)에 구비되며, 제1 폐가스라인(144)과 연결되어 가스공급라인(120)의 천연가스와 제1 폐가스라인(144)의 폐가스 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 제3 열교환부(T3)는 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2) 하류 지점에 구비되며, 제1 폐가스라인(144)과 연결되어 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 제1 폐가스라인(144)의 폐가스 상호간에 열교환되도록 할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the third heat exchange part T3 is provided in the gas supply line 120 , and is connected to the first waste gas line 144 to provide natural gas and a first waste gas line 144 in the gas supply line 120 . ) of the waste gas can be exchanged with each other. Specifically, the third heat exchange unit T3 is provided at a downstream point of the second heat exchange unit T2 of the gas supply line 120 , and is connected to the first waste gas line 144 to connect the second heat exchange unit T2. It is possible to heat exchange between the natural gas of the rough gas supply line 120 and the waste gas of the first waste gas line 144 .

좀 더 구체적으로 살펴보면, 가스공급라인(120)의 천연가스는 제1 냉각수라인(161)에 의해 스팀이 혼합된 상태로 제3 열교환부(T3)로 도입될 수 있다. 이 경우, 가스공급라인(120)의 스팀과 혼합된 천연가스는 개질반응기(141)에서 발생한 폐가스를 배출하는 제1 폐가스라인(144)의 폐가스에 의해 가열될 수 있다. 아울러, 제1 폐가스라인(144)의 폐가스는 가스공급라인(120)의 천연가스에 의해 냉각된 후 외부로 배출될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 수소분리기(143)에서 수소를 제외한 기체는 제2 폐가스라인(145)을 통해 제1 폐가스라인(144)으로 도입되며, 제1 폐가스라인(144)의 폐가스와 합류된 후 제3 열교환부(T3)를 거친 뒤 외부로 배출될 수 있다.More specifically, the natural gas of the gas supply line 120 may be introduced into the third heat exchange unit T3 in a state in which steam is mixed by the first cooling water line 161 . In this case, the natural gas mixed with the steam of the gas supply line 120 may be heated by the waste gas of the first waste gas line 144 for discharging the waste gas generated in the reforming reactor 141 . In addition, the waste gas of the first waste gas line 144 may be cooled by the natural gas of the gas supply line 120 and then discharged to the outside. On the other hand, as described above, in the hydrogen separator 143 , the gas except for hydrogen is introduced into the first waste gas line 144 through the second waste gas line 145 , and after being merged with the waste gas of the first waste gas line 144 . After passing through the third heat exchange unit T3, it may be discharged to the outside.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 반응부(140)에서 발생한 폐열을 회수하여 가스공급라인(120) 상에 천연가스를 가열하므로 열 효율이 증대되는 장점이 있다.Since the hydrogen production system 100 for ships according to the first embodiment of the present invention recovers waste heat generated in the reaction unit 140 and heats the natural gas on the gas supply line 120 , there is an advantage in that thermal efficiency is increased.

즉 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 냉각수라인(160)과, 제4 열교환부(T4) 및 제5 열교환부(T5)를 통해 반응부(140)의 합성가스를 냉각시키며 반응부(140)의 폐열을 회수하고, 회수한 폐열을 직접적으로 냉각수라인(160)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급하거나, 회수한 폐열을 간접적으로 냉각수라인(160)과, 기화열교환부(T6)와, 순환라인(181)을 통해 제1 열교환부(T1)로 공급할 수 있다. 아울러, 폐가스라인을 통해 반응부(140)에서 발생한 폐가스를 배출시키며, 폐가스가 가지고 있는 폐열을 제3 열교환부(T3)로 공급할 수 있다.That is, in the hydrogen production system 100 for ships according to the first embodiment of the present invention, the synthesis gas of the reaction unit 140 through the cooling water line 160 , the fourth heat exchange unit T4 and the fifth heat exchange unit T5 . The waste heat of the reaction unit 140 is recovered by cooling the , may be supplied to the first heat exchange unit T1 through the vaporization heat exchange unit T6 and the circulation line 181 . In addition, the waste gas generated in the reaction unit 140 may be discharged through the waste gas line, and waste heat of the waste gas may be supplied to the third heat exchange unit T3.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 선박을 운용하면서도 선박에서 수소를 생산할 수 있는 장점이 있다.The hydrogen production system 100 for a ship according to the first embodiment of the present invention has the advantage of being able to produce hydrogen in the ship while operating the ship.

이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(200)에 대해 설명한다.Hereinafter, the hydrogen production system 200 for a ship according to a second embodiment of the present invention will be described.

이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(200)의 관한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(100)에 관한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.Hydrogen production system for ships according to the first embodiment of the present invention described above, except for cases where separate reference numerals are used in the description of the marine hydrogen production system 200 according to the second embodiment of the present invention to be described below. It is the same as the description for (100), and the description is omitted to prevent duplication of content.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(200)은 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비되며, 순환라인(181)과 열적으로 연결되는 제2 열교환부(T2)가 마련될 수 있다. 한편, 제2 열교환부(T2)는 제1 열교환부(T1)를 거친 천연가스와 순환라인(181)의 열매체 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 제2 열교환부(T2)는 기액분리기(170) 하류 지점에 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention is provided at a downstream point of the first heat exchange unit T1 of the gas supply line 120 , and is connected to the circulation line 181 and thermal A second heat exchange part T2 connected to may be provided. Meanwhile, the second heat exchange unit T2 may allow heat exchange between the natural gas passing through the first heat exchange unit T1 and the heat medium of the circulation line 181 . More specifically, the second heat exchange unit T2 may be provided at a downstream point of the gas-liquid separator 170 .

본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(200)은 제2 열교환부(T2)가 순환라인(181)과 열적으로 연결될 수 있다. 즉 본 발명의 제2 실시 예에 의한 제2 열교환부(T2)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스는 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열될 수 있다.In the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention, the second heat exchange unit T2 may be thermally connected to the circulation line 181 . That is, the natural gas of the gas supply line 120 passing through the second heat exchange unit T2 according to the second embodiment of the present invention may be heated by the heating medium of the circulation line 181 .

이를 위해 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(200)은 바이패스라인(284)을 더 포함할 수 있다. 바이패스라인(284)은 유입부(284a)와 토출부(284b)가 각각 순환라인(181)에 연결되며, 순환라인(181)의 열매체 중 일부를 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)로 경유시킨 뒤 다시 순환라인(181)으로 합류시킬 수 있다.To this end, the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention may further include a bypass line 284 . In the bypass line 284 , an inlet 284a and an outlet 284b are respectively connected to the circulation line 181 , and a portion of the heat medium of the circulation line 181 is second heat exchanged through the bypass line 284 . After passing through the section T2, it can be merged with the circulation line 181 again.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 바이패스라인(284)은 유입부(284a)가 순환라인(181) 중 제1 열교환부(T1) 상류 지점에서 분기될 수 있다. 즉 바이패스라인(284)의 유입부(284a)는 순환라인(181) 중 기화열교환부(T6)와 제1 열교환부(T1) 사이에서 분기될 수 있다. 따라서 기화열교환부(T6)를 통과한 열매체 중 일부는 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급되며, 나머지는 순환라인(181)을 통해 제1 열교환부(T1)로 공급될 수 있다.More specifically, in the bypass line 284 , the inlet 284a may branch at an upstream point of the first heat exchange unit T1 of the circulation line 181 . That is, the inlet 284a of the bypass line 284 may be branched between the vaporization heat exchange part T6 and the first heat exchange part T1 of the circulation line 181 . Accordingly, some of the heat medium passing through the vaporization heat exchange unit T6 is supplied to the second heat exchange unit T2 through the bypass line 284 , and the rest is supplied to the first heat exchange unit T1 through the circulation line 181 . can be supplied.

즉 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(200)은 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스가 1차적으로 제1 열교환부(T1)에서 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열되며, 2차적으로 제2 열교환부(T2)에서 바이패스라인(284)의 열매체에 의해 가열될 수 있다.That is, in the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention, the natural gas passing through the gas supply line 120 is primarily generated by the heat medium of the circulation line 181 in the first heat exchange unit T1. It is heated, and may be secondarily heated by the heating medium of the bypass line 284 in the second heat exchange part T2.

바이패스라인(284)은 순환라인(181)에서 분기되어 제2 열교환부(T2)를 경유하고, 바이패스라인(284)의 토출부(284b)가 순환라인(181) 중 바이패스라인(284)의 유입부(284b)가 분기된 지점보다 하류 지점에 합류될 수 있다. 따라서 순환라인(181)의 열매체 중 일부는 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)를 경유한 후 다시 순환라인(181)으로 합류되며, 순환라인(181)에서 합류된 열매체는 순환라인(181)을 순환할 수 있다.The bypass line 284 is branched from the circulation line 181 and passes through the second heat exchange unit T2 , and the discharge part 284b of the bypass line 284 is the bypass line 284 of the circulation line 181 . ) of the inlet 284b may be joined at a point downstream from the branched point. Accordingly, some of the heating medium of the circulation line 181 passes through the second heat exchange unit T2 through the bypass line 284 and then joins the circulation line 181 again, and the heating medium joined in the circulation line 181 is The circulation line 181 may be circulated.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 수소생산시스템(200)은 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162)이 구비될 수 있다. 제1 냉각수라인(161)은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 가스공급라인(120)으로 공급할 수 있다. 제2 냉각수라인(162)은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 가열되고, 순환라인(181)과 열적으로 연결될 수 있다. 순환라인(181)과 제2 냉각수라인(162)이 열적으로 연결되기 위해 기화열교환부(T6)가 마련될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention may include a first coolant line 161 and a second coolant line 162 . In the first cooling water line 161 , cooling water passes through the reaction unit 140 and is converted into steam, and the converted steam may be supplied to the gas supply line 120 . The second cooling water line 162 may be heated as the cooling water passes through the reaction unit 140 , and may be thermally connected to the circulation line 181 . A vaporization heat exchange unit T6 may be provided to thermally connect the circulation line 181 and the second cooling water line 162 .

기화열교환부(T6)는 순환라인(181)에 구비되며, 제2 냉각수라인(162)과 연결되어 순환라인(181)의 열매체와 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제5 열교환부(T5)에서 제2 반응라인(147)의 제2 합성가스와 열교환되되, 제5 열교환부(T5)를 통과하며 가열된 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 기화열교환부(T6)로 공급될 수 있다.The vaporization heat exchange unit T6 is provided in the circulation line 181 and is connected to the second cooling water line 162 so as to exchange heat between the heating medium of the circulation line 181 and the cooling water of the second cooling water line 162 . . The cooling water of the second cooling water line 162 is heat-exchanged with the second synthesis gas of the second reaction line 147 in the fifth heat exchange unit T5, and passes through the fifth heat exchange unit T5 and is heated through the second cooling water line The cooling water of 162 may be supplied to the vaporization heat exchange unit (T6).

제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 기화열교환부(T6)를 통과하며, 순환라인(181)의 열매체에 의해 냉각될 수 있다. 아울러, 순환라인(181)의 열매체는 기화열교환부(T6)를 통과하며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수에 의해 가열될 수 있다.The cooling water of the second cooling water line 162 passes through the vaporization heat exchange unit T6 and may be cooled by the heating medium of the circulation line 181 . In addition, the heating medium of the circulation line 181 passes through the vaporization heat exchange unit T6 , and may be heated by the cooling water of the second cooling water line 162 .

한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(200)은 제2 냉각수라인(162)의 냉각수가 제2 열교환부(T2)를 경유하지 않으며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수가 직접적으로 기화열교환부(T6)로 공급될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제2 냉각수라인(162) 중 제5 열교환부(T5) 하류 지점에서 분기되는 별도의 냉각수라인(미도시)가 마련되어 분기되는 별도의 냉각수라인이 제2 열교환부(T2)를 경유한 뒤 제2 냉각수라인(162) 중 기화열교환부(T6) 하류 지점으로 합류될 수도 있다. 이 경우, 제2 열교환부(T2)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스는 바이패스라인(284)의 열매체 및 분기되는 별도의 냉각수라인(미도시)의 냉각수에 의해 이중으로 가열될 수 있다.On the other hand, in the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention, the cooling water of the second cooling water line 162 does not pass through the second heat exchange unit T2, and the cooling water of the second cooling water line 162 . may be directly supplied to the vaporization heat exchange unit T6. Although not shown, a separate cooling water line (not shown) branching off at a point downstream of the fifth heat exchange unit T5 among the second cooling water lines 162 is provided, and a separate cooling water line that branches off connects the second heat exchange unit T2 to the second cooling water line 162 . After passing through, the second cooling water line 162 may be joined to a downstream point of the vaporization heat exchange unit T6. In this case, the natural gas of the gas supply line 120 passing through the second heat exchange unit T2 is to be double heated by the heating medium of the bypass line 284 and the cooling water of a branched separate cooling water line (not shown). can

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(200)은 제5 냉각수라인(265)을 더 포함할 수 있다. 제5 냉각수라인(265)은 제1 냉각수라인(161)에서 분기되며, 제1 냉각수라인(161)의 스팀 중 일부를 제2 냉각수라인(162) 중 기화열교환부(T6) 상류 지점으로 합류시킬 수 있다.Referring to FIG. 2 , the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention may further include a fifth coolant line 265 . The fifth cooling water line 265 is branched from the first cooling water line 161 , and a portion of the steam of the first cooling water line 161 is joined to an upstream point of the vaporization heat exchanger T6 among the second cooling water lines 162 . can

도 2를 참조하면, 제5 냉각수라인(265)은 제1 냉각수라인(161) 중 제4 열교환부(T4) 하류 지점에서 분기되며, 제1 냉각수라인(161)의 스팀 중 일부를 제2 냉각수라인(162) 중 기화열교환부(T6) 상류 지점으로 합류시킬 수 있다. 제5 냉각수라인(265)은 제2 스팀밸브(265a)를 구비할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the fifth cooling water line 265 is branched at a point downstream of the fourth heat exchange unit T4 among the first cooling water lines 161 , and a portion of the steam of the first cooling water line 161 is converted into the second cooling water. The line 162 may be joined to an upstream point of the vaporization heat exchange unit T6. The fifth coolant line 265 may include a second steam valve 265a.

제5 냉각수라인(265)은 제2 스팀밸브(265a)를 구비할 수 있다. 아울러, 제2 스팀밸브(265a)는 제5 냉각수라인(265)의 스팀 유통량을 조절할 수 있다. 제2 스팀밸브(265a)는 솔레노이드 밸브로 구비될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 제5 냉각수라인(265)의 스팀 유통량을 조절할 수 있는 다양한 밸브로 구비될 수 있다.The fifth coolant line 265 may include a second steam valve 265a. In addition, the second steam valve 265a may adjust the steam flow rate of the fifth coolant line 265 . The second steam valve 265a may be provided as a solenoid valve, but is not limited thereto, and may be provided as various valves capable of adjusting the steam flow rate of the fifth cooling water line 265 .

가스공급라인(120)은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)를 거친 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서(S1)를 구비할 수 있다. 제1 온도센서(S1)는 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 측정할 수 있다.The gas supply line 120 may include a first temperature sensor S1 that measures the temperature of the natural gas that has passed through the second heat exchange unit T2 of the gas supply line 120 . The first temperature sensor S1 may be provided at a point downstream of the second heat exchange unit T2 of the gas supply line 120 , and measures the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2. can be measured

제어부는 제1 온도센서(S1)를 통해 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 감지하며, 제2 스팀밸브(265a)를 제어함으로써 제5 냉각수라인(265)의 스팀 유통량을 조절할 수 있다.The control unit detects the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 through the first temperature sensor S1, and controls the second steam valve 265a to control the fifth coolant line 265 ) of steam distribution can be adjusted.

제어부는 제1 온도센서(S1)로부터 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도 정보를 제공받을 수 있다. 제어부는 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도가 기 설정된 값 이하인 경우, 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)로 도입되는 열매체의 온도가 증가되도록 제2 스팀밸브(265a)를 개방 제어할 수 있다.The control unit may receive the natural gas temperature information of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 from the first temperature sensor S1. When the natural gas temperature of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 is less than or equal to a preset value, the controller controls the temperature of the heating medium introduced into the second heat exchange unit T2 through the bypass line 284. It is possible to control the opening of the second steam valve (265a) to increase.

제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 중 일부는 메탄 분리부(130)로 공급되며, 나머지는 분기라인(121)을 통해 개질반응기(141)의 버너로 공급될 수 있다. 이 때, 제어부는 제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스가 온도가 낮아 메탄 분리부(130)에서 사용하기 부적절한 경우, 제2 스팀밸브가 좀 더 많이 개방되도록 제어함으로써 제5 냉각수라인(265)을 통해 제2 냉각수라인(162)으로 도입되는 스팀의 유통량을 증가되도록 할 수 있다.Some of the natural gas of the gas supply line 120 that has passed through the second heat exchange unit T2 is supplied to the methane separation unit 130 , and the rest is supplied to the burner of the reforming reactor 141 through the branch line 121 . can At this time, when the natural gas of the gas supply line 120 passing through the second heat exchange unit T2 is inappropriate to use in the methane separation unit 130 due to a low temperature, the control unit controls the second steam valve to open more By doing so, the flow rate of steam introduced into the second cooling water line 162 through the fifth cooling water line 265 can be increased.

이에 따라 기화열교환부(T6)로 도입되는 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 유통량 및 냉각수 온도가 증가되며, 이에 따라 기화열교환부(T6)를 통과하는 순환라인(181)의 열매체가 온열을 좀 더 많이 공급받을 수 있게 된다. 이에 따라 기화열교환부(T6)를 통과한 열매체 중 일부가 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)로 도입되며, 제2 열교환부(T2)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스가 온열을 좀 더 많이 공급받을 수 있게 된다.Accordingly, the cooling water flow rate and cooling water temperature of the second cooling water line 162 introduced into the vaporization heat exchange unit T6 are increased, and accordingly, the heating medium of the circulation line 181 passing through the vaporization heat exchange unit T6 generates some heat. more can be supplied. Accordingly, a portion of the heat medium passing through the vaporization heat exchange unit T6 is introduced into the second heat exchange unit T2 through the bypass line 284, and the gas supply line 120 passes through the second heat exchange unit T2. of natural gas can receive more heat.

한편, 제어부는 제2 스팀밸브(265a)를 조절함으로써 메탄 분리부(130)에서 분리 및 정제되기에 적절한 온도 및 압력을 가지도록 천연가스의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.On the other hand, the control unit may adjust the temperature and pressure of natural gas to have an appropriate temperature and pressure to be separated and purified in the methane separation unit 130 by controlling the second steam valve 265a.

즉 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(200)은 냉각수라인(160)과, 제4 열교환부(T4) 및 제5 열교환부(T5)를 통해 반응부(140)의 합성가스를 냉각시키며 반응부(140)의 폐열을 회수하고, 회수한 폐열을 기화열교환부(T6)를 통해 순환라인(181)으로 공급하며, 공급된 폐열을 순환라인(181)의 열매체를 통해 제1 열교환부(T1), 제2 열교환부(T2)로 공급할 수 있다. 아울러, 폐가스라인을 통해 반응부(140)에서 발생한 폐가스를 배출시키며, 폐가스가 가지고 있는 폐열을 제3 열교환부(T3)로 공급할 수 있다.That is, in the hydrogen production system 200 for ships according to the second embodiment of the present invention, the synthesis gas of the reaction unit 140 through the cooling water line 160 , the fourth heat exchange unit T4 and the fifth heat exchange unit T5 . The waste heat of the reaction unit 140 is recovered by cooling the It may be supplied to the heat exchange unit T1 and the second heat exchange unit T2. In addition, the waste gas generated in the reaction unit 140 may be discharged through the waste gas line, and waste heat of the waste gas may be supplied to the third heat exchange unit T3.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 수소생산시스템(100)은 선박을 운용하면서도 선박에서 수소를 생산할 수 있는 장점이 있다.The hydrogen production system 100 for a ship according to the second embodiment of the present invention has the advantage of being able to produce hydrogen in the ship while operating the ship.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

100, 200 : 선박용 수소생산시스템
120 : 가스공급라인 130 : 메탄 분리부
140 : 반응부 150 : 수소저장부
160 : 냉각수라인 181 : 순환라인
284 : 바이패스라인100, 200: Hydrogen production system for ships
120: gas supply line 130: methane separation unit
140: reaction unit 150: hydrogen storage unit
160: cooling water line 181: circulation line
284: bypass line

Claims (19)

액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 수용하는 저장탱크;
상기 저장탱크의 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시키는 반응부;
상기 반응부에서 생산된 합성가스 중 수소를 저장하는 수소저장부;
상기 저장탱크의 천연가스를 상기 반응부로 공급하는 가스공급라인;
냉각수를 통해 상기 반응부에서 생산된 합성가스를 냉각시키는 냉각수라인;
상기 냉각수라인과 열적으로 연결되며, 열매체가 순환되는 순환라인; 및
상기 가스공급라인에 구비되며, 상기 순환라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제1 열교환부를 포함하는 선박용 수소생산시스템.a storage tank for accommodating liquefied natural gas and natural gas including natural boil-off gas generated therefrom;
a reaction unit receiving the natural gas of the storage tank and reforming the supplied natural gas into a synthesis gas containing hydrogen;
a hydrogen storage unit for storing hydrogen in the synthesis gas produced in the reaction unit;
a gas supply line for supplying the natural gas of the storage tank to the reaction unit;
a cooling water line for cooling the synthesis gas produced in the reaction unit through cooling water;
a circulation line thermally connected to the cooling water line and through which a heating medium circulates; and
and a first heat exchange unit provided in the gas supply line and connected to the circulation line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line and the heat medium of the circulation line. 제1항에 있어서,
상기 순환라인은
상기 순환라인 상에서 열매체를 가압하여 순환시키는 펌프와, 열매체의 압력 변화를 흡수하는 팽창 탱크를 구비하는 선박용 수소생산시스템.According to claim 1,
The circulation line is
A hydrogen production system for ships, comprising: a pump for pressurizing and circulating a heating medium on the circulation line; and an expansion tank for absorbing pressure changes of the heating medium. 제1항에 있어서,
상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.According to claim 1,
A second heat exchange unit provided at a downstream point of the first heat exchange unit in the gas supply line and connected to the cooling water line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line passing through the first heat exchange unit and the cooling water of the cooling water line. Hydrogen production system for ships further comprising. 제3항에 있어서,
상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 가스공급라인의 천연가스 중 일부를 상기 반응부의 연료로 공급하는 분기라인을 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.4. The method of claim 3,
The hydrogen production system for ships further comprising a branch line branched at a point downstream of the second heat exchange part of the gas supply line and supplying some of the natural gas of the gas supply line as fuel to the reaction part. 제4항에 있어서,
상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부와 상기 제2 열교환부 사이에 구비되며, 상기 제1 열교환부를 거친 천연가스를 기체성분 및 액체성분으로 분리하는 기액분리기; 및
상기 기액분리기에서 분리된 액체성분의 천연가스를 상기 분기라인으로 공급하는 액체성분 공급라인;을 더 포함하며,
상기 기액분리기에서 분리된 기체성분의 천연가스는 상기 가스공급라인을 통해 상기 제2 열교환부로 공급되며, 상기 기액분리기에서 분리된 액체성분의 천연가스는 상기 액체성분 공급라인을 통해 상기 분기라인으로 합류되어 상기 반응부의 연료로 공급되는 선박용 수소생산시스템.5. The method of claim 4,
a gas-liquid separator provided between the first heat exchange part and the second heat exchange part of the gas supply line and for separating the natural gas passing through the first heat exchange part into a gas component and a liquid component; and
It further includes; a liquid component supply line for supplying the natural gas of the liquid component separated in the gas-liquid separator to the branch line;
The natural gas of the gas component separated in the gas-liquid separator is supplied to the second heat exchange unit through the gas supply line, and the natural gas of the liquid component separated in the gas-liquid separator is merged into the branch line through the liquid component supply line. A hydrogen production system for ships that is supplied as fuel to the reaction unit. 제3항에 있어서,
상기 냉각수라인은
냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인;
냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 제2 열교환부와 연결되어 가열된 냉각수를 상기 제2 열교환부로 공급하는 제2 냉각수라인; 및
상기 제2 냉각수라인 중 상기 제2 열교환부 상류 지점에서 분기되며, 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점으로 합류되고, 상기 순환라인과 열적으로 연결되는 제3 냉각수라인을 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.4. The method of claim 3,
The cooling water line
a first cooling water line through which cooling water passes through the reaction unit and is converted into steam, and supplies the converted steam to the gas supply line;
a second cooling water line through which cooling water passes through the reaction unit and is heated, and is connected to the second heat exchange unit to supply the heated cooling water to the second heat exchange unit; and
and a third coolant line branched from an upstream point of the second heat exchange unit among the second cooling water lines, joined to a downstream point of the second heat exchange unit among the second cooling water lines, and thermally connected to the circulation line Hydrogen production system for ships. 제6항에 있어서,
상기 반응부는
상기 가스공급라인을 통해 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스로 개질시키는 개질반응기;
제1 반응라인을 통해 상기 개질반응기로부터 제1 합성가스를 공급받으며, 공급된 제1 합성가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스로 전환시키는 전환반응기; 및
제2 반응라인을 통해 상기 전환반응기로부터 제2 합성가스를 공급받으며, 공급된 제2 합성가스 중 수소를 분리하는 수소분리기를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.7. The method of claim 6,
the reaction part
a reforming reactor receiving natural gas through the gas supply line and reforming the supplied natural gas into a first synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide;
a conversion reactor that receives a first synthesis gas from the reforming reactor through a first reaction line and converts the supplied first synthesis gas into a second synthesis gas containing hydrogen and carbon dioxide; and
A hydrogen production system for ships, further comprising a hydrogen separator for receiving a second synthesis gas from the conversion reactor through a second reaction line, and for separating hydrogen from the supplied second synthesis gas. 제7항에 있어서,
상기 개질반응기에서 발생한 폐가스를 외부로 배출하는 제1 폐가스라인; 및
상기 가스공급라인에 구비되며, 상기 제1 폐가스라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 제1 폐가스라인의 폐가스 상호간에 열교환되도록 하는 제3 열교환부를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.8. The method of claim 7,
a first waste gas line for discharging the waste gas generated in the reforming reactor to the outside; and
Ship hydrogen production system further comprising a third heat exchange unit provided in the gas supply line and connected to the first waste gas line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line and the waste gas of the first waste gas line. 제7항에 있어서,
상기 제1 반응라인에 구비되며, 상기 제1 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 반응라인의 제1 합성가스와 상기 제1 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제4 열교환부; 및
상기 제2 반응라인에 구비되며, 상기 제2 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 반응라인의 제2 합성가스와 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제5 열교환부를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.8. The method of claim 7,
a fourth heat exchange unit provided in the first reaction line and connected to the first cooling water line to exchange heat between the first synthesis gas of the first reaction line and the cooling water of the first cooling water line; and
Hydrogen production for ships further comprising a fifth heat exchange unit provided in the second reaction line and connected to the second cooling water line to exchange heat between the second synthesis gas of the second reaction line and the cooling water of the second cooling water line system. 제9항에 있어서,
상기 제1 냉각수라인 중 상기 제4 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 제1 냉각수라인의 스팀 중 일부를 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제2 열교환부 상류 지점으로 합류시키는 제4 냉각수라인;
상기 제4 냉각수라인에 구비되며, 상기 제4 냉각수라인의 스팀 유통량을 조절하는 제1 스팀밸브; 및
상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.10. The method of claim 9,
a fourth cooling water line branching from a point downstream of the fourth heat exchange unit among the first cooling water lines and joining a portion of the steam of the first cooling water line to a point upstream of the second heat exchange unit among the second cooling water lines;
a first steam valve provided in the fourth coolant line and configured to control a steam flow rate of the fourth coolant line; and
The hydrogen production system for ships further comprising a first temperature sensor provided at a downstream point of the second heat exchange part of the gas supply line and configured to measure a natural gas temperature of the gas supply line passing through the second heat exchange part. 제6항에 있어서,
상기 순환라인에 구비되며, 상기 제3 냉각수라인과 연결되어 상기 순환라인의 열매체와 상기 제3 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 기화열교환부를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.7. The method of claim 6,
and a vaporization heat exchange unit provided in the circulation line and connected to the third cooling water line to exchange heat between the heating medium of the circulation line and the cooling water of the third cooling water line. 제11항에 있어서,
상기 순환라인의 열매체는 상기 기화열교환부를 거친 뒤 가열되며, 가열된 열매체는 상기 제1 열교환부로 공급되어 상기 가스공급라인의 천연가스를 가열시키는 선박용 수소생산시스템.12. The method of claim 11,
The heating medium of the circulation line is heated after passing through the vaporization heat exchange unit, and the heated heating medium is supplied to the first heat exchange unit to heat the natural gas of the gas supply line. 제11항에 있어서,
상기 순환라인에 구비되며, 상기 순환라인 상에서 열매체 유통량을 조절하는 순환밸브; 및
상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제2 온도센서를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.12. The method of claim 11,
a circulation valve provided in the circulation line and configured to control a heat medium flow rate on the circulation line; and
The hydrogen production system for ships further comprising a second temperature sensor provided at a downstream point of the first heat exchange part of the gas supply line and configured to measure a natural gas temperature of the gas supply line passing through the first heat exchange part. 제8항에 있어서,
상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부와 상기 제3 열교환부 사이에 구비되며, 상기 가스공급라인을 통과하는 천연가스의 메탄 함유량을 높이는 메탄 분리부를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.9. The method of claim 8,
The hydrogen production system for ships is provided between the second heat exchange part and the third heat exchange part of the gas supply line, and further comprises a methane separator for increasing the methane content of the natural gas passing through the gas supply line. 제1항에 있어서,
상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 순환라인과 열적으로 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.According to claim 1,
A second second provided at a downstream point of the first heat exchange part of the gas supply line and is thermally connected to the circulation line to exchange heat between the natural gas of the gas supply line passing through the first heat exchange part and the heat medium of the circulation line Hydrogen production system for ships further comprising a heat exchange unit. 제15항에 있어서,
유입부가 상기 순환라인 중 상기 제1 열교환부 상류 지점에서 분기되며, 상기 제2 열교환부를 경유하고, 토출부가 상기 순환라인 중 상기 유입부가 분기된 지점보다 하류 지점에 합류되는 바이패스라인을 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.16. The method of claim 15,
A bypass line in which an inlet is branched at a point upstream of the first heat exchange unit among the circulation lines, passes through the second heat exchange unit, and a discharge unit joins a point downstream of the circulation line from a point at which the inlet is branched. Hydrogen production system for ships. 제15항에 있어서,
상기 냉각수라인은
냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인; 및
냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 순환라인과 열적으로 연결되는 제2 냉각수라인를 포함하며,
상기 순환라인에 구비되며, 상기 제2 냉각수라인과 연결되어 상기 순환라인의 열매체와 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 기화열교환부를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.16. The method of claim 15,
The cooling water line
a first cooling water line through which cooling water passes through the reaction unit and is converted into steam, and supplies the converted steam to the gas supply line; and
and a second cooling water line in which cooling water passes through the reaction unit and is heated, and is thermally connected to the circulation line,
and a vaporization heat exchange unit provided in the circulation line and connected to the second cooling water line to exchange heat between the heating medium of the circulation line and the cooling water of the second cooling water line. 제17항에 있어서,
상기 제1 냉각수라인에서 분기되며, 상기 제1 냉각수라인의 스팀 중 일부를 상기 제2 냉각수라인 중 상기 기화열교환부 상류 지점으로 합류시키는 제5 냉각수라인을 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.18. The method of claim 17,
and a fifth cooling water line branched from the first cooling water line and joining a portion of the steam of the first cooling water line to an upstream point of the vaporization heat exchange unit among the second cooling water lines. 제18항에 있어서,
상기 제5 냉각수라인에 구비되며, 상기 제5 냉각수라인의 스팀 유통량을 조절하는 제2 스팀밸브; 및
상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서;를 더 포함하는 선박용 수소생산시스템.19. The method of claim 18,
a second steam valve provided in the fifth coolant line and configured to control a steam flow rate of the fifth coolant line; and
and a first temperature sensor provided at a downstream point of the second heat exchange part of the gas supply line and configured to measure the natural gas temperature of the gas supply line passing through the second heat exchange part.
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