KR20220075960A - Eco-offshore Plant for Ammonia and Ammonia Supply Method - Google Patents

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KR20220075960A
KR20220075960A KR1020200164627A KR20200164627A KR20220075960A KR 20220075960 A KR20220075960 A KR 20220075960A KR 1020200164627 A KR1020200164627 A KR 1020200164627A KR 20200164627 A KR20200164627 A KR 20200164627A KR 20220075960 A KR20220075960 A KR 20220075960A
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김윤기
임문채
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Abstract

본 발명은 해상에서 암모니아를 생산, 액화, 저장 및 공급하며, 전력을 생산할 수 있는 친환경 해양플랜트에 관한 것이다.
본 발명에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트는, 액상의 질소를 저장하는 하나 이상의 액화질소 저장탱크; 상기 액화질소 저장탱크로부터 배출된 액상의 질소와, 암모니아 합성 시스템으로부터 공급된 기상의 암모니아를 열교환시켜, 기상의 암모니아를 응축시키는 암모니아 냉각기; 상기 암모니아 냉각기에서 응축된 액상의 암모니아를 저장하는 하나 이상의 암모니아 저장탱크; 및 상기 암모니아 냉각기로 공급하기 전에 상기 액화질소 저장탱크로부터 배출된 액화질소의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 냉열발전부;를 포함하고, 상기 냉열발전부에서 냉열이 1차로 회수되고, 상기 암모니아 냉각기에서 냉열이 2차로 회수되면서 기화된 기체 상태의 질소는 상기 암모니아 합성 시스템으로 공급되어 암모니아 합성 반응의 원료로 사용된다.The present invention relates to an eco-friendly offshore plant capable of producing, liquefying, storing and supplying ammonia at sea, and generating electricity.
Eco-friendly ammonia offshore plant according to the present invention, at least one liquid nitrogen storage tank for storing liquid nitrogen; an ammonia cooler for condensing gaseous ammonia by heat-exchanging liquid nitrogen discharged from the liquid nitrogen storage tank and gaseous ammonia supplied from the ammonia synthesis system; One or more ammonia storage tanks for storing the liquid ammonia condensed in the ammonia cooler; and a cold-and-heat generator unit for generating electric power by recovering the cold heat of liquid nitrogen discharged from the liquid nitrogen storage tank before supplying it to the ammonia cooler. As the cold heat is recovered in the secondary, gaseous nitrogen vaporized is supplied to the ammonia synthesis system and used as a raw material for the ammonia synthesis reaction.

Figure P1020200164627
Figure P1020200164627

Description

친환경 암모니아 해양플랜트 및 암모니아 공급 방법 {Eco-offshore Plant for Ammonia and Ammonia Supply Method} Eco-offshore Plant for Ammonia and Ammonia Supply Method}

본 발명은 해상에서 암모니아를 생산, 액화, 저장 및 공급함과 동시에 전력을 생산할 수 있는 친환경 해양플랜트에 관한 것이다. The present invention relates to an eco-friendly offshore plant capable of producing, liquefying, storing and supplying ammonia at sea and simultaneously producing electricity.

국제해사기구, 유럽연합 및 미국 등에서 선박으로부터 배출되는 대기오염물질에 대한 규제가 대폭 강화될 예정이다. 이와 같이 국제적인 선박 배출가스 규제가 강화됨에 따라 세계 각국은 친환경 저탄소연료 및 그 연료를 사용하는 선박을 개발하는데 주력하고 있다. Regulations on air pollutants emitted from ships are expected to be significantly strengthened by the International Maritime Organization, the European Union, and the United States. As the international ship emission gas regulations are strengthened, countries around the world are focusing on developing eco-friendly low-carbon fuels and ships using the fuels.

최근까지는 기존의 화석연료를 대체할 친환경 연료로서, 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)가 가장 유력하게 고려되어 왔다. 실제로 LNG 선박은 2018년 09월 기준 423척 이상이 운항중이며, SOx와 NOx 배출량을 저감시키는데 크게 기여하고 있다(HFO 대비 SOx 92% 저감, NOx 80% 저감). Until recently, as an eco-friendly fuel to replace the existing fossil fuel, liquefied natural gas (LNG) has been considered the most influential. In fact, more than 423 LNG ships are in operation as of September 2018, contributing greatly to reducing SO x and NO x emissions (reduces SO x by 92% compared to HFO, reduces NO x by 80%).

LNG 연료는, 가격 변동성이 심하고, 엔진의 메탄 슬립 등의 문제로 온실가스의 증가가 우려되며 누출이나 화재 및 폭발의 위험이 상존한다는 문제점이 아직 해결과제로 남아있다. LNG fuel has severe price volatility, concerns about an increase in greenhouse gas due to problems such as engine methane slip, and risks of leakage, fire, and explosion still remain to be solved.

현재, 국제해사기구가 발표한 대기오염물질 저감 목표는 다음과 같다. Currently, the air pollutant reduction targets announced by the International Maritime Organization are as follows.

1) 선박 온실가스 배출 저감 목표 : 2008년 국제해운의 온실가스(메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 오존, 염화불화탄소 등) 배출 대비, 2050년까지 50% 저감 목표 추구 1) Ship’s GHG emission reduction goal: Compared to 2008 international shipping’s greenhouse gas (methane, carbon dioxide, carbon monoxide, ozone, chlorofluorocarbon, etc.) emissions, 50% reduction goal is pursued by 2050

2) 탄소 집약도(intensity) 저감 목표 : 선박 운송작업(transport work) 당 이산화탄소 배출량을 2008년 국제해운의 배출량 대비, 2030년까지 40% 저감, 2050년까지 70% 저감 목표 추구 2) Carbon intensity reduction goal: Pursuing the goal of reducing carbon dioxide emissions per transport work by 40% by 2030 compared to that of international shipping in 2008 and 70% by 2050

이와 같이, 향후 선박의 온실가스 배출 규제는 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화될 예정임에 따라, 기존의 엔진 및 연료만으로는 규제를 준수하기 어려울 것으로 전망된다. As such, it is expected that it will be difficult to comply with regulations using only the existing engines and fuels, as the regulations on greenhouse gas emissions from ships will be strengthened in stages at each major point by 2050.

현재 온실가스 배출 감소를 위한 대안으로 검증되어 실선 적용되고 있는 LNG 연료의 경우에도, 향후 강화되는 규제 조건을 만족시키기 어려운 것은 마찬가지이다. Even in the case of LNG fuel, which has been verified as an alternative to reducing greenhouse gas emissions and is currently being applied as a real ship, it is the same as it is difficult to satisfy the stricter regulatory conditions in the future.

특히 LNG 연료는 HFO 대비 이산화탄소 배출 저감효과가 15 ~ 25%에 불과하여, 이산화탄소의 저감에는 제한적이라는 단점이 있기 때문에, 장기적인 관점에서 기존의 다른 화석연료들과 마찬가지로 선박의 배출 규제를 준수하기 어려울 것이다. In particular, LNG fuel has only 15 to 25% of carbon dioxide emission reduction effect compared to HFO, which is limited in reducing carbon dioxide. .

또한, 2050년까지 교역 증가에 따른 선박의 운항 증가로 LNG를 통한 배출가스의 저감이 총량 기준으로는 효과가 없을 것이고, 불연소 메탄가스의 대기 누출에 다른 악영향이 저감 효과를 상쇄시킬 것이라는 전망도 나오고 있다. In addition, it is predicted that, by 2050, the reduction of exhaust gas through LNG will not be effective in terms of the total amount due to the increase in ship operation due to the increase in trade, and that other adverse effects on the atmospheric leakage of unburned methane gas will offset the reduction effect. is coming out

이와 같이 중단기적으로는 기존의 화석연료를 LNG 등 친환경 연료로 전환하더라도 장기적으로는 더 미래지향적인 대안이 필요하며, 앞으로 강화될 규제를 만족시킬 수 있는 대체연료의 발굴이 매우 시급하다. In the short to medium term, even if the existing fossil fuels are converted to eco-friendly fuels such as LNG, a more future-oriented alternative is needed in the long term, and it is very urgent to find alternative fuels that can satisfy the regulations to be strengthened in the future.

차세대 선박 연료의 대안으로는, 수소, 암모니아, 바이오연료, 태양에너지, 풍력에너지 등 비전통연료가 대두되고 있다. As an alternative to next-generation marine fuels, unconventional fuels such as hydrogen, ammonia, biofuels, solar energy, and wind energy are emerging.

본 발명은, 특히 이미 육상에서 100년 이상 사용되어왔으며, 생산, 저장, 운송 및 공급을 포함한 서플라이 체인(supply chain)이 충분히 검증된 암모니아를, 해양에서 생산하고, 저장하고, 암모니아 운반선에 공급하며, 이와 동시에 전력을 자체 생산할 수 있는 친환경 암모니아 해양플랜트 및 암모니아 공급 방법을 제공하고자 한다. The present invention, in particular, has been used for over 100 years on land, and the supply chain including production, storage, transport and supply has been sufficiently verified to produce, store and supply ammonia at sea, to ammonia carriers, , and at the same time to provide an eco-friendly ammonia offshore plant and ammonia supply method that can generate electricity by itself.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 액상의 질소를 저장하는 하나 이상의 액화질소 저장탱크; 상기 액화질소 저장탱크로부터 배출된 액상의 질소와, 암모니아 합성 시스템으로부터 공급된 기상의 암모니아를 열교환시켜, 기상의 암모니아를 응축시키는 암모니아 냉각기; 상기 암모니아 냉각기에서 응축된 액상의 암모니아를 저장하는 하나 이상의 암모니아 저장탱크; 및 상기 암모니아 냉각기로 공급하기 전에 상기 액화질소 저장탱크로부터 배출된 액화질소의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 냉열발전부;를 포함하고, 상기 냉열발전부에서 냉열이 1차로 회수되고, 상기 암모니아 냉각기에서 냉열이 2차로 회수되면서 기화된 기체 상태의 질소는 상기 암모니아 합성 시스템으로 공급되어 암모니아 합성 반응의 원료로 사용되는, 친환경 암모니아 해양플랜트가 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, at least one liquid nitrogen storage tank for storing liquid nitrogen; an ammonia cooler for condensing gaseous ammonia by heat-exchanging liquid nitrogen discharged from the liquid nitrogen storage tank and gaseous ammonia supplied from the ammonia synthesis system; One or more ammonia storage tanks for storing the liquid ammonia condensed in the ammonia cooler; and a cooling and heat generating unit for generating electric power by recovering the cooling heat of liquid nitrogen discharged from the liquid nitrogen storage tank before supplying it to the ammonia cooler. An eco-friendly ammonia offshore plant is provided, in which nitrogen in a gaseous state vaporized as cold heat is secondarily recovered from the ammonia synthesis system is supplied to the ammonia synthesis system and used as a raw material for the ammonia synthesis reaction.

바람직하게는, 상기 친환경 암모니아 해양플랜트는, 해상 또는 해안 근처에 구비되는 부유식 또는 고정식 해상구조물일 수 있다.Preferably, the eco-friendly ammonia offshore plant may be a floating or fixed offshore structure provided near the sea or coast.

바람직하게는, 상기 암모니아 합성 시스템은, 해수 또는 청수를 전기분해하여 수소와 산소를 생산하는 수전해 시스템으로부터 공급받은 수소와, 상기 암모니아 냉각기에서 열교환 후 배출되는 질소를 이용하여 암모니아를 생산할 수 있다.Preferably, the ammonia synthesis system may produce ammonia using hydrogen supplied from a water electrolysis system for producing hydrogen and oxygen by electrolyzing seawater or fresh water, and nitrogen discharged after heat exchange in the ammonia cooler.

바람직하게는, 상기 암모니아 합성 시스템은 상기 친환경 암모니아 해양플랜트에 구비되거나 또는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 육상에 구비될 수 있다.Preferably, the ammonia synthesis system may be provided in the eco-friendly ammonia offshore plant or on land near the location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed.

바람직하게는, 상기 수전해 시스템은 상기 친환경 암모니아 해양플랜트에 구비되거나 또는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 육상에 구비될 수 있다.Preferably, the water electrolysis system may be provided in the eco-friendly ammonia offshore plant or on land near the location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed.

바람직하게는, 상기 수전해 시스템은, 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 해상 또는 육상에 구비되는 친환경 발전 시스템에서 발전된 전력을 이용하여 수소 및 산소를 생산할 수 있다.Preferably, the water electrolysis system can produce hydrogen and oxygen using electric power generated from an eco-friendly power generation system provided on land or at sea near a location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed.

바람직하게는, 상기 친환경 발전 시스템은, 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 해상에 구비되는 풍력 발전 시스템일 수 있다.Preferably, the eco-friendly power generation system, the eco-friendly ammonia offshore plant may be a wind power generation system provided in the sea near the floating or fixed position.

바람직하게는, 상기 친환경 발전 시스템은, 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 육상에 구비되는 태양광 발전 시스템일 수 있다.Preferably, the eco-friendly power generation system may be a photovoltaic power generation system provided on land near the location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed.

바람직하게는, 상기 냉열발전부는, 상기 액화질소를 압축하는 펌프; 상기 펌프에 의해 압축된 액화질소를 기화시키는 기화기; 상기 액화질소를 기화시키기 위하여 상기 기화기로 공급할 열전달 매체를 압축하는 제1 냉매 펌프; 상기 제1 냉매 펌프에 의해 압축된 열전달 매체를 해수와의 열교환에 의해 기화시키는 제1 냉매 열교환기; 및 상기 제1 냉매 열교환기에 의해 기화된 열전달 매체를 팽창시키고, 그 팽창일을 전력으로 변환하는 팽창-발전기;를 포함하고, 상기 팽창-발전기에 의해 팽창된 열전달 매체가 상기 기화기로 공급될 수 있다.Preferably, the cooling and thermal power generation unit, a pump for compressing the liquid nitrogen; a vaporizer for vaporizing liquid nitrogen compressed by the pump; a first refrigerant pump for compressing the heat transfer medium to be supplied to the vaporizer to vaporize the liquid nitrogen; a first refrigerant heat exchanger for vaporizing the heat transfer medium compressed by the first refrigerant pump by heat exchange with seawater; and an expansion-generator that expands the heat transfer medium vaporized by the first refrigerant heat exchanger and converts the expansion work into electric power, wherein the heat transfer medium expanded by the expansion-generator may be supplied to the vaporizer. .

바람직하게는, 상기 기화기는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트의 어퍼 데크에 구비되고, 상기 팽창-발전기 및 제1 냉매 열교환기는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트의 선체(hull)의 머시너리 스페이스에 구비될 수 있다.Preferably, the vaporizer is provided on the upper deck of the environmentally friendly ammonia offshore plant, and the expansion-generator and the first refrigerant heat exchanger may be provided in the machinery space of the hull of the environmentally friendly ammonia offshore plant.

바람직하게는, 상기 기화기에서 기화된 액화질소는 상기 암모니아 냉각기로 공급되고, 상기 암모니아 냉각기에서 열교환 후 배출되는 질소를 상기 암모니아 합성 시스템에서 요구하는 온도까지 더 가열하는 트림히터;를 더 포함할 수 있다. Preferably, the liquid nitrogen vaporized in the vaporizer is supplied to the ammonia cooler, and a trim heater for further heating the nitrogen discharged after heat exchange in the ammonia cooler to a temperature required by the ammonia synthesis system; may further include .

바람직하게는, 상기 암모니아 저장탱크에 저장된 액상의 암모니아를 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 선박으로 공급하는 암모니아 공급설비;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the ammonia supply facility for supplying the liquid ammonia stored in the ammonia storage tank to an ammonia carrier or an ammonia fuel ship; may further include.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 수소와 질소를 합성하여 암모니아를 생산하는 단계; 상기 암모니아를, 하나 이상의 액화질소 저장탱크와 하나 이상의 암모니아 저장탱크가 구비되며 해상에 부유 또는 고정된 해양플랜트로 공급하는 단계; 상기 액화질소 저장탱크에 저장된 액화질소와 상기 암모니아를 열교환시켜 상기 암모니아를 응축시키고, 응축된 액상의 암모니아를 상기 암모니아 저장탱크에 저장하는 단계; 및 상기 암모니아 저장탱크에 저장된 액상의 암모니아를 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 선박에 공급하는 단계;를 포함하고, 상기 암모니아와 열교환하면서 액화질소는 기화되고, 상기 기화된 질소를 상기 암모니아를 생산하는 단계에 공급하며, 상기 액화질소를 상기 암모니아와 열교환시키기 전에, 상기 액화질소의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, the step of synthesizing hydrogen and nitrogen to produce ammonia; supplying the ammonia to an offshore plant that is provided with one or more liquid nitrogen storage tanks and one or more ammonia storage tanks and is floating or fixed in the sea; condensing the ammonia by exchanging the liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank with the ammonia, and storing the condensed liquid ammonia in the ammonia storage tank; and supplying liquid ammonia stored in the ammonia storage tank to an ammonia carrier or an ammonia fuel ship, wherein liquid nitrogen is vaporized while exchanging heat with the ammonia, and the vaporized nitrogen is supplied to the production of ammonia And, before exchanging the liquid nitrogen with the ammonia, recovering the cooling heat of the liquid nitrogen to generate electricity; may further include.

바람직하게는, 상기 암모니아를 생산하는 단계는, 상기 해양플랜트 내에서 또는 해양플랜트 외부 육상에서 실시될 수 있다.Preferably, the step of producing ammonia may be carried out in the offshore plant or on land outside the offshore plant.

바람직하게는, 해수 또는 청수를 전기분해하여 수소와 산소를 생산하는 단계; 및 상기 생산된 수소를 상기 암모니아를 생산하는 단계로 공급할 수 있다.Preferably, electrolyzing seawater or fresh water to produce hydrogen and oxygen; And the produced hydrogen may be supplied to the step of producing the ammonia.

바람직하게는, 상기 수소와 산소를 생산하는 단계는, 상기 해양플랜트 내에서 또는 해양플랜트 외부 육상에서 실시할 수 있다.Preferably, the producing of hydrogen and oxygen may be carried out in the offshore plant or on land outside the offshore plant.

바람직하게는, 육상에서 태양광 발전에 의해 전력을 생산하는 단계; 및 해상에서 풍력 발전에 의해 전력을 생산하는 단계; 중 어느 하나 이상을 포함하는 친환경 발전 단계;를 더 포함하고, 상기 수소와 산소를 생산하는 단계는, 상기 친환경 발전 단계에서 생산된 전력을 공급받아 실시할 수 있다.Preferably, generating electric power by solar power generation on land; and generating electric power by wind power generation at sea; An eco-friendly power generation step comprising any one or more of; further comprising, the step of producing hydrogen and oxygen may be performed by receiving the power produced in the eco-friendly power generation step.

본 발명에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트 및 암모니아 공급 방법은, 암모니아의 생산, 저장 및 공급을 위한 해양플랜트를 구축함으로써, 암모니아 연료 보급에 기여할 수 있고, 그에 따라 향후 강화될 선박 배출가스 규제에 대비할 수 있다.The eco-friendly ammonia offshore plant and ammonia supply method according to the present invention can contribute to the supply of ammonia fuel by constructing an offshore plant for the production, storage and supply of ammonia, and accordingly, it is possible to prepare for the ship exhaust gas regulation to be strengthened in the future. .

또한, 기존의 운반선을 그대로 활용할 수 있으면서도, 기존 운반선에 설치되는 가스 액화설비 및 메탄 선적설비를 삭제할 수 있어 운반선 가격과 운영 비용을 낮출 수 있으며, 선내 설치 공간을 고려하지 않아도 된다. In addition, while the existing carrier can be used as it is, the gas liquefaction facility and the methane loading facility installed on the existing carrier can be eliminated, thereby lowering the carrier price and operating cost, and it is not necessary to consider the space for installation on the ship.

또한, 액화질소를 이용하여 전력을 생산하는 것과 동시에, 냉열발전 후의 액화질소를 암모니아 생산 원료로 사용할 수 있어 에너지 효율성을 증가시킬 수 있고, 암모니아 액화를 위한 별도의 액화공정을 포함하지 않아도 된다.In addition, at the same time as generating electric power using liquid nitrogen, liquid nitrogen after cold and thermal power generation can be used as a raw material for ammonia production, thereby increasing energy efficiency, and there is no need to include a separate liquefaction process for ammonia liquefaction.

또한, 태양광이나 풍력 등 친환경에너지를 이용하여 공기 중에서 질소를 얻고, 액화가스의 냉열 및 친환경에너지를 이용하여 액화질소를 생산하며, 질소와 액화가스를 운반하는 다목적 운반선으로 액체질소를 운반하므로, 액화질소를 친환경에너지 운반체로서 활용할 수 있고, 해양플랜트에서 배출되는 온실가스를 저감할 수 있다. In addition, nitrogen is obtained from the air by using eco-friendly energy such as sunlight or wind power, liquid nitrogen is produced by using the cooling heat of liquefied gas and eco-friendly energy, and liquid nitrogen is transported by a multi-purpose carrier that transports nitrogen and liquefied gas, Liquid nitrogen can be used as an eco-friendly energy carrier, and greenhouse gases emitted from offshore plants can be reduced.

또한, 암모니아 합성에 필요한 질소 또는 암모니아를 해양플랜트 외부에서 공급받음으로써 해양플랜트 공간을 절약할 수 있고 운영 비용 및 설치비용을 저감할 수 있다. In addition, by receiving nitrogen or ammonia required for ammonia synthesis from the outside of the offshore plant, it is possible to save space in the offshore plant and reduce operating costs and installation costs.

또한, 암모니아 밸류 체인 측면에서 에너지 효율 향상과 탄소 저감 효과를 기대할 수 있다. In addition, energy efficiency improvement and carbon reduction effect can be expected in terms of ammonia value chain.

또한, 환경문제, 육상의 공간제약, 건설기간의 제약, 기자재 공급의 어려움 및 경제성 등의 다양한 이유들로 친환경 암모니아 플랜트를 건설할 수 없거나 다른 방안이 필요한 경우, 본 발명에 따른 해양플랜트가 경쟁력있는 대안이 될 수 있다. In addition, when it is impossible to construct an eco-friendly ammonia plant due to various reasons such as environmental problems, space restrictions on land, restrictions on construction period, difficulties in supplying equipment and economic feasibility, or other measures are needed, the offshore plant according to the present invention is competitive. could be an alternative.

기존의 해양플랜트는, 해양 플랜트에서 생산 및 분리된 기체 상태의 메탄을 지속적으로 공급받아 액화시키고 저장하고 운반하는 운반선이 상시 대기하면서 운전되지 않으면 메탄 생산 및 분리 공정이 불가능하였다. 그러나, 본 발명에 따르면, 운반선과 해양플랜트가 지속적으로 연결되어 있지 않더라도, 해양플랜트 공정을 안정적으로 실시할 수 있다. In the existing offshore plant, the methane production and separation process was impossible unless the carrier that continuously receives, liquefies, stores, and transports gaseous methane produced and separated from the offshore plant is not operated while standing by at all times. However, according to the present invention, even if the carrier and the offshore plant are not continuously connected, the offshore plant process can be stably performed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트의 운영 개념을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉열발전부를 보다 구체적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트의 배치 구성을 설명하기 위하여 간략하게 도시한 도면이다. 1 is a diagram schematically illustrating the operating concept of an environmentally friendly ammonia offshore plant according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram for explaining in more detail a cooling and heat generating unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating the arrangement of an environmentally friendly ammonia offshore plant according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the embodiments of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, it should be noted that in adding reference signs to the elements of each drawing, the same elements are indicated with the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트 및 암모니아 공급 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, an environment-friendly ammonia offshore plant and ammonia supply method according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트(100)는, 해상 또는 해안 근처에 부유하는 부유식 구조물인 것을 예로 들어 설명하나, 본 실시예의 친환경 암모니아 해양플랜트(100)는 해상 또는 해안 근처에 고정설치되는 고정식 구조물일 수도 있다. The eco-friendly ammonia offshore plant 100 according to an embodiment of the present invention to be described later is described as an example of a floating structure floating near the sea or the coast, but the eco-friendly ammonia offshore plant 100 of this embodiment is the sea or the coast It may be a fixed structure that is fixedly installed nearby.

후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트(100)는, 해상에 부유(floating) 또는 고정(fixed)되어, 액상 암모니아를 직접 생산(production)하거나 기상의 암모니아를 공급받아 액화(liquefaction)시킬 수 있는 설비와, 액상의 암모니아를 저장(storage)하는 설비와, 암모니아를 생산 또는 액화시키기 위해 사용되는 질소를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 냉열발전(refrigerated generation 또는 thermal energy conversion) 설비를 갖춘 해양플랜트이다. Eco-friendly ammonia offshore plant 100 according to an embodiment of the present invention to be described later is floating or fixed on the sea, directly producing liquid ammonia or liquefaction by supplying gaseous ammonia ), a facility for storing liquid ammonia, and a refrigerated generation (or thermal energy conversion) facility that can generate electricity using nitrogen used to produce or liquefy ammonia. It is an offshore plant.

또한, 본 실시예의 친환경 암모니아 해양플랜트(100)는, 저장된 액상의 암모니아를 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 선박에 공급할 수 있는 암모니아 공급설비를 더 포함할 수 있고, 친환경 암모니아 해양플랜트(100)에서 생산된 전력을 해양플랜트(100) 자체의 전력 수요처에 분배 공급하거나, 외부로 송전하거나, 외부에서 생산된 전력을 공급받아 자체 전력 수요처에 분배 공급할 수 있는 전력설비를 포함할 수 있다. In addition, the eco-friendly ammonia offshore plant 100 of this embodiment may further include an ammonia supply facility capable of supplying the stored liquid ammonia to an ammonia carrier or an ammonia fuel ship, and the electric power produced by the eco-friendly ammonia offshore plant 100 The offshore plant 100 may include a power facility capable of distributing and supplying power to its own power demanders, transmitting external power, or receiving externally generated power and distributing and supplying it to its own power demanders.

본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트(100)는, 액상의 암모니아(NH3)를 저장하는 하나 이상의 암모니아 저장탱크(110)와, 액상의 질소(N2)를 저장하는 하나 이상의 액화질소 저장탱크(120)와, 액화질소 저장탱크(120)에 저장된 액화질소의 냉열을 이용하여 암모니아를 액화시키는 암모니아 냉각기(130)와, 암모니아 냉각기(130)에서 액화질소의 냉열을 회수하기 전에, 액화질소 저장탱크(120)로부터 암모니아 냉각기(130)로 공급하는 액화질소의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 냉열발전부(200)를 포함한다. Eco-friendly ammonia offshore plant 100 according to an embodiment of the present invention, at least one ammonia storage tank 110 for storing liquid ammonia (NH 3 ), and at least one liquefaction for storing liquid nitrogen (N 2 ) Before recovering the nitrogen storage tank 120, the ammonia cooler 130 that liquefies ammonia using the cold heat of liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank 120, and the cold heat of liquid nitrogen in the ammonia cooler 130, It includes a cooling and heat generating unit 200 for generating electric power by recovering the cooling heat of liquid nitrogen supplied from the liquid nitrogen storage tank 120 to the ammonia cooler 130 .

또한, 본 실시예의 친환경 암모니아 해양플랜트(100)에는, 해수 또는 청수를 전기분해하여 수소(H2)와 산소(O2)를 생산하는 수전해 시스템(800)과, 냉열발전부(200)에서 냉열이 회수된 질소(N2)와, 수전해 시스템(800)에서 생산된 수소를 반응시켜 암모니아를 합성하는 암모니아 합성 시스템(500)을 더 포함할 수 있다. In addition, in the eco-friendly ammonia offshore plant 100 of this embodiment, the water electrolysis system 800 to produce hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) by electrolyzing seawater or fresh water, and the cold and heat power generation unit 200 It may further include an ammonia synthesis system 500 for synthesizing ammonia by reacting nitrogen (N 2 ) from which cold heat is recovered and hydrogen produced in the water electrolysis system 800 .

해수 전처리 시스템(810)을 이용하여 해수에 포함된 불순물 등을 제거하고, 해수 전처리 시스템(810)에 의해 수전해 반응이 가능한 상태가 된 해수 또는 청수를 수전해 시스템(800)으로 공급하며, 수전해 시스템(800)에서 전기분해에 의해 수소 및 산소가 생산된다. 수전해 시스템(800)에서 생산된 수소는 암모니아 합성 시스템(500)으로 공급되고, 생산된 산소는 인근 산소 수요처(600)로 이송된다. The seawater pretreatment system 810 is used to remove impurities contained in seawater, and seawater or fresh water in which the water electrolysis reaction is possible by the seawater pretreatment system 810 is supplied to the water electrolysis system 800, Hydrogen and oxygen are produced by electrolysis in the solution system 800 . Hydrogen produced in the water electrolysis system 800 is supplied to the ammonia synthesis system 500 , and the produced oxygen is transferred to a nearby oxygen demander 600 .

수전해 시스템(800) 및 암모니아 합성 시스템(500)은 모두 친환경 암모니아 해양플랜트(100)에 구비될 수도 있고, 모두 친환경 암모니아 해양플랜트(100)가 부유 또는 고정된 해상 인근의 육상에 구비될 수도 있으며, 둘 중 어느 하나는 친환경 암모니아 해양플랜트(100)에 구비되고 다른 하나는 육상에 구비될 수도 있다. 수전해 시스템(800)과 암모니아 합성 시스템(500)이 육상에 구비되는 경우 이들은 각각 친환경 암모니아 해양플랜트(100)와 연결되어 있을 수 있다. Both the water electrolysis system 800 and the ammonia synthesis system 500 may be provided in the eco-friendly ammonia offshore plant 100, and all of the eco-friendly ammonia offshore plant 100 may be provided on land near the floating or fixed sea. , any one of the two is provided in the environment-friendly ammonia offshore plant 100, the other may be provided on land. When the water electrolysis system 800 and the ammonia synthesis system 500 are provided on land, they may be connected to the environmentally friendly ammonia offshore plant 100 , respectively.

또한, 본 실시예의 친환경 암모니아 해양플랜트(100) 인근의 육상 또는 해상에는 친환경 발전 시스템(700)이 구비될 수 있다. 친환경 암모니아 해양플랜트(100) 및 전력 수요처(900)은 각각 친환경 발전 시스템(700)과 연결되어 친환경 발전 시스템(700)에서 생산된 전력을 공급받을 수 있다.In addition, the eco-friendly power generation system 700 may be provided on land or sea near the eco-friendly ammonia offshore plant 100 of this embodiment. The eco-friendly ammonia offshore plant 100 and the power demander 900 are connected to the eco-friendly power generation system 700, respectively, and can receive the power produced by the eco-friendly power generation system 700 .

본 실시예에서 전력 수요처(900)는, 수전해 시스템(800)과, 산소 수요처(600)와, 암모니아 합성 시스템(500)을 포함할 수 있고, 인근 산업단지 등 일반 전력 수요처를 더 포함할 수도 있다. In this embodiment, the power demander 900 may include a water electrolysis system 800 , an oxygen demander 600 , and an ammonia synthesis system 500 , and may further include general power demanders such as nearby industrial complexes. have.

또한, 본 실시예의 친환경 암모니아 해양플랜트(100)는 육상 또는 해상의 전력 수요처(900)와 연결되어, 본 실시예의 친환경 암모니아 해양플랜트(100)에서 생산된 전력을 자체 사용하거나 전력 수요처(900)에 공급해줄 수 있다. In addition, the eco-friendly ammonia offshore plant 100 of this embodiment is connected to the power demander 900 on land or offshore, and uses the electric power produced by the eco-friendly ammonia offshore plant 100 of this embodiment by itself or to the electric power demander 900. can supply

본 실시예의 친환경 발전 시스템(700)은, 육상에 구비되어 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템 및/또는 해상에 구비되어 풍력을 이용하여 전력을 생산하는 풍력 발전 시스템인 것을 예로 들어 설명한다. For example, the eco-friendly power generation system 700 of this embodiment is a solar power generation system that is provided on land to produce electric power using sunlight and/or a wind power system that is provided on the sea and produces electric power using wind power. Explain.

즉, 본 실시예의 수전해 시스템(800)은, 친환경 발전 시스템(700)에 의해 친환경 발전된 전력을 활용하여 수소를 생산할 수 있고, 본 실시예의 암모니아 합성 시스템(500)은 수전해 시스템(800)에서 친환경으로 생산된 수소와, 액화질소 저장탱크(120)로부터 냉열발전부(200) 및 암모니아 냉각기(130)를 거쳐 냉열이 회수되면서 기화된 질소와, 친환경 발전 시스템(700)에 의해 친환경 발전된 전력을 활용하여 암모니아를 생산할 수 있다. That is, the water electrolysis system 800 of this embodiment can produce hydrogen by utilizing the eco-friendly power generated by the eco-friendly power generation system 700 , and the ammonia synthesis system 500 of this embodiment is the water electrolysis system 800 . Hydrogen produced in an environment-friendly manner, nitrogen vaporized as cold heat is recovered from the liquid nitrogen storage tank 120 through the cold-heat generator 200 and the ammonia cooler 130, and eco-friendly power generated by the eco-friendly power generation system 700 It can be used to produce ammonia.

본 실시예에 따른 친환경 암모니아 해양플랜트(100)에 화물을 공급하고, 친환경 암모니아 해양플랜트(100)로부터 화물을 공급받는 선박은, 다수의 액화가스 저장탱크를 구비하여 액화가스를 운반하는 액화가스 운반선(carrier) 또는 탱커(tanker)일 수 있으며, 액화가스를 연료로 사용하는 액화가스 연료 선박일 수도 있다.A ship that supplies cargo to the eco-friendly ammonia offshore plant 100 according to this embodiment and receives cargo from the eco-friendly ammonia offshore plant 100 is a liquefied gas carrier that has a plurality of liquefied gas storage tanks and transports liquefied gas It may be a carrier or a tanker, and may also be a liquefied gas fuel vessel using liquefied gas as fuel.

본 실시예의 친환경 암모니아 해양플랜트(100)는, 암모니아를 저장하고 운반하는 암모니아 운반선(300)과, 1종 이상의 액화가스를 저장하고 운반하는 다종 액화가스 운반선(400)과 연결되어 암모니아 및 1종 이상의 액화가스를 상호 주고받을 수 있다. The eco-friendly ammonia offshore plant 100 of this embodiment is connected to an ammonia carrier 300 for storing and transporting ammonia, and a multi-class liquefied gas carrier 400 for storing and transporting one or more kinds of liquefied gas, and ammonia and one or more kinds Liquefied gas can be exchanged with each other.

암모니아 운반선(300)은, 다수개의 암모니아 화물탱크가 구비되며, 암모니아 화물탱크에 암모니아를 액상으로 저장하고 운반한다. 본 실시예에 따르면, 암모니아 운반선은 친환경 암모니아 해양플랜트(100)로부터 액상의 암모니아를 공급받아 암모니아 화물탱크에 저장하고, 저장된 암모니아를 암모니아 수요처로 운반한다. The ammonia carrier 300 is provided with a plurality of ammonia cargo tanks, and stores and transports ammonia in a liquid phase in the ammonia cargo tank. According to this embodiment, the ammonia carrier receives liquid ammonia from the environment-friendly ammonia offshore plant 100 and stores it in the ammonia cargo tank, and transports the stored ammonia to the ammonia demander.

다중 액화가스 운반선(400)은, 1종 이상의 서로 다른 액화가스를 저장하는 다수의 화물탱크가 구비되며, 1종 이상의 서로 다른 액화가스를 저장하고 운반한다. The multiple liquefied gas carrier 400 is provided with a plurality of cargo tanks for storing one or more different liquefied gases, and stores and transports one or more different liquefied gases.

본 실시예의 다종 액화가스 운반선(400)은, 액화질소(LN2)와 액화천연가스(LNG)를 저장하고 운반하는 액화질소/액화천연가스 운반선인 것을 예로 들어 설명한다.The multi-type liquefied gas carrier 400 of this embodiment will be described as an example of a liquid nitrogen/liquefied natural gas carrier that stores and transports liquid nitrogen (LN 2 ) and liquefied natural gas (LNG).

본 실시예의 다종 액화가스 운반선(400)에는, 액화질소만을 저장하는 적어도 하나 이상의 액화질소 전용 화물탱크와, 액화천연가스만을 저장하는 적어도 하나 이상의 액화천연가스 전용 화물탱크와, 필요에 따라 액화질소 및 액화천연가스 중 어느 하나를 저장할 수 있는 하나 이상의 다목적 화물탱크가 구비된다. In the multi-type liquefied gas carrier 400 of this embodiment, at least one or more liquefied nitrogen dedicated cargo tanks for storing only liquefied nitrogen, and at least one or more liquefied natural gas dedicated cargo tanks for storing only liquefied natural gas, if necessary, liquid nitrogen and One or more multi-purpose cargo tanks that can store any one of liquefied natural gas are provided.

본 실시예의 다종 액화가스 운반선(400)에 구비되는 액화질소 전용 화물탱크, 액화천연가스 전용 화물탱크 및 다목적 화물탱크는, 공지된 고망간 스틸 독립형 IMO Type B 카고탱크일 수 있다. The liquefied nitrogen-only cargo tank, liquefied natural gas-only cargo tank and multi-purpose cargo tank provided in the multi-type liquefied gas carrier 400 of this embodiment may be a well-known high manganese steel independent IMO Type B cargo tank.

다종 액화가스 운반선(400)은, 액화천연가스 수출 터미널(LNG export terminal)에서 액화천연가스를 공급받아 액화천연가스 전용 화물탱크 및 다목적 화물탱크에 저장한 후, 액화천연가스 수입 터미널(LNG import terminal)까지 운반하며, 액화천연가스 전용 화물탱크 및 다목적 화물탱크에 저장된 액화천연가스는 액화천연가스 수입 터미널에 하역된다. The multi-class liquefied gas carrier 400 receives liquefied natural gas from the liquefied natural gas export terminal and stores it in a cargo tank dedicated to liquefied natural gas and a multi-purpose cargo tank, and then the liquefied natural gas import terminal (LNG import terminal) ), and the liquefied natural gas stored in the liquefied natural gas dedicated cargo tank and multi-purpose cargo tank is unloaded at the liquefied natural gas import terminal.

액화천연가스 수입 터미널에 하역된 액화천연가스는 기화되어 각 천연가스 공급소로 분배공급된다. The liquefied natural gas unloaded at the liquefied natural gas import terminal is vaporized and distributed to each natural gas supply station.

액화천연가스 수입 터미널에는 공기 분리장치가 구비되며, 공기 분리장치에서 생성된 질소 기체는, 액화천연가스 수입 터미널에 하역된 액화천연가스를 기화시키면서 냉열을 얻어 액화된다. The liquefied natural gas import terminal is equipped with an air separation device, and the nitrogen gas generated by the air separation device is liquefied by obtaining cooling heat while vaporizing the liquefied natural gas unloaded at the liquefied natural gas import terminal.

액화천연가스를 기화시키면서 액화된 액화질소는 다종 액화가스 운반선(400)의 액화질소 전용 화물탱크 및 다목적 화물탱크에 저장된다. 액화질소 전용 화물탱크 및 다목적 화물탱크에 저장된 액화질소는 액화천연가스 수출 터미널에서 하역되어 천연가스를 액화시키는 냉매로 사용될 수 있다.Liquefied nitrogen liquefied while vaporizing liquefied natural gas is stored in a liquid nitrogen-only cargo tank and a multi-purpose cargo tank of the multi-class liquefied gas carrier 400 . Liquid nitrogen stored in cargo tanks dedicated to liquid nitrogen and multi-purpose cargo tanks can be unloaded at the LNG export terminal and used as a refrigerant to liquefy natural gas.

본 실시예에 따르면, 친환경 암모니아 해양플랜트(100)의 액화질소 저장탱크(120)에는, 다종 액화가스 운반선(400)의 액화질소 전용 화물탱크 및 다목적 화물탱크에 저장된 액화질소가 하역될 수 있다. According to this embodiment, the liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank 120 of the eco-friendly ammonia offshore plant 100, the liquid nitrogen dedicated cargo tank of the multi-type liquefied gas carrier 400 and the multi-purpose cargo tank can be unloaded.

본 실시예에 따르면, 액화질소 저장탱크(120)에 저장된 액화질소는, 냉열발전부(200)에서 1차로 냉열이 회수되고, 암모니아 냉각기(130)에서 2차로 냉열이 회수된 후, 암모니아 합성 시스템(500)으로 공급된다. According to this embodiment, liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank 120 is firstly recovered from cold heat in the cold and heat generator 200 and secondarily cold heat is recovered from the ammonia cooler 130, after which the ammonia synthesis system (500).

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉열발전부(200)는, 액화질소 저장탱크(120)로부터 이송된 액체상태의 질소를 압축하는 펌프(210)와, 펌프(210)에 의해 압축된 질소를 기화시키는 기화기(220)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , the cooling and heat generating unit 200 according to the present embodiment includes a pump 210 for compressing liquid nitrogen transferred from the liquid nitrogen storage tank 120 , and a pump 210 for compressing the compressed nitrogen. and a vaporizer 220 for vaporizing nitrogen.

기화기(220)에서는, 압축된 액화질소와 열전달 매체가 열교환하여, 압축된 액체질소는 기화되고, 열교환에 의해 열전달 매체는 응축될 수 있다. In the vaporizer 220 , the compressed liquid nitrogen and the heat transfer medium exchange heat, the compressed liquid nitrogen may be vaporized, and the heat transfer medium may be condensed by the heat exchange.

기화기(220)에서 액화질소와 열교환하는 열전달 매체는, 액체 상태의 열전달 매체를 압축하는 제1 냉매 펌프(222)와, 압축된 열전달 매체를 해수펌프(240)에 의해 공급된 해수와의 열교환에 의해 기화시키는 제1 냉매 열교환기(223)와, 제1 냉매 열교환기(223)에서 기화된 열전달 매체를 팽창시키고 그 팽창일로 전력을 생산하는 팽창-발전기(225)를 포함하는 제1 사이클을 순환할 수 있다. The heat transfer medium that exchanges heat with liquid nitrogen in the vaporizer 220 is the first refrigerant pump 222 that compresses the heat transfer medium in a liquid state, and the compressed heat transfer medium is heat-exchanged with seawater supplied by the seawater pump 240. A first cycle including a first refrigerant heat exchanger 223 vaporized by the heat exchanger 223 and an expansion-generator 225 that expands the heat transfer medium vaporized in the first refrigerant heat exchanger 223 and generates electric power by the expansion work is circulated can do.

팽창-발전기(225)에서 발전된 전력은 친환경 암모니아 해양플랜트(100) 자체에서 전력을 필요로 하는 설비로 공급될 수 있고, 전력 수요처(900)로 공급될 수도 있다. The power generated by the expansion-generator 225 may be supplied to a facility requiring power from the eco-friendly ammonia offshore plant 100 itself, or may be supplied to the power demander 900 .

열전달 매체는 팽창-발전기(225)에서 팽창된 열전달 매체가 기화기(220)로 공급되고, 기화기(220)에서 열교환에 의해 응축된 열전달 매체는 제1 냉매 펌프(222)로 다시 공급되면서 제1 사이클을 순환하고, 제1 사이클을 순환하면서 제1 냉매 열교환기(223) 및 기화기(220)에서 총 2번 상변화한다. As for the heat transfer medium, the heat transfer medium expanded by the expansion-generator 225 is supplied to the vaporizer 220, and the heat transfer medium condensed by heat exchange in the vaporizer 220 is supplied back to the first refrigerant pump 222 in the first cycle. , and a total of two phase changes occur in the first refrigerant heat exchanger 223 and the vaporizer 220 while circulating the first cycle.

본 실시예에 따르면, 액화질소의 기화열을 회수하여 전력을 생산할 수 있다. According to this embodiment, it is possible to generate electricity by recovering the vaporization heat of liquid nitrogen.

제1 사이클은, 기화기(220)와 제1 냉매 펌프(222) 사이에 구비되며 기화기(220) 후단의 압력 및 온도를 제어하기 위한 리시버(221)와, 제1 냉매 열교환기(223)와 팽창-발전기(225) 사이에 구비되며 팽창-발전기(225)로 기체 상태의 열전달 매체만 유입되고 액체 상태의 열전달 매체는 유입되지 않도록 하는 녹아웃 드럼(224)을 더 포함할 수 있다. The first cycle is provided between the vaporizer 220 and the first refrigerant pump 222 and the receiver 221 for controlling the pressure and temperature of the rear end of the vaporizer 220, and the first refrigerant heat exchanger 223 and expansion It is provided between the generators 225 and may further include a knockout drum 224 that allows only a gaseous heat transfer medium to flow into the expansion-generator 225 and not a liquid heat transfer medium from flowing in.

본 실시예의 기화기(220)는 쉘 앤 튜브 타입의 열교환기일 수 있다. The vaporizer 220 of this embodiment may be a shell-and-tube type heat exchanger.

액화질소 저장탱크(120)로부터 펌프(210)로 공급되는 액화질소의 온도는 약 -196℃일 수 있고, 기화기(220)에서 열전달 매체와의 열교환에 의해 기화된 질소의 온도는 약 -40℃ 이하일 수 있다. The temperature of liquid nitrogen supplied from the liquid nitrogen storage tank 120 to the pump 210 may be about -196° C., and the temperature of nitrogen vaporized by heat exchange with a heat transfer medium in the vaporizer 220 is about -40° C. may be below.

기화기(220)에서 기화된 약 -40℃ 이하의 질소는 암모니아 냉각기(130)로 공급된다. Nitrogen of about -40°C or less vaporized in the vaporizer 220 is supplied to the ammonia cooler 130 .

본 실시예의 암모니아 냉각기(130)에서는, 기화기(220)에서 기화된 질소와, 암모니아 합성 시스템(500)에서 생산된 상온의 기체 상태의 암모니아가 열교환하여, 질소는 가열되고 암모니아는 응축된다. In the ammonia cooler 130 of this embodiment, nitrogen vaporized in the vaporizer 220 and ammonia in a gaseous state at room temperature produced in the ammonia synthesis system 500 exchange heat, the nitrogen is heated and the ammonia is condensed.

암모니아 냉각기(130)에서 열교환 후 배출되는 기체 상태의 질소는 암모니아 합성 시스템(500)으로 공급되어 암모니아를 합성하기 위한 반응물질로 사용된다. The gaseous nitrogen discharged after heat exchange in the ammonia cooler 130 is supplied to the ammonia synthesis system 500 and is used as a reactant for synthesizing ammonia.

또한, 암모니아 냉각기(130)에서 열교환 후 배출되는 액체 상태의 암모니아는 암모니아 저장탱크(110)에 저장된다. 본 실시에에서 암모니아 냉각기(130)에서 약 -40℃ 이하의 질소와 열교환하여 액화된 액상 암모니아의 온도는 약 -34℃일 수 있다. In addition, liquid ammonia discharged after heat exchange in the ammonia cooler 130 is stored in the ammonia storage tank 110 . In this embodiment, the temperature of the liquid ammonia liquefied by heat exchange with nitrogen of about -40 ℃ or less in the ammonia cooler 130 may be about -34 ℃.

한편, 본 실시예에 따르면, 제1 냉매 열교환기(223)에서 해수와의 열교환에 의해 기화된 열전달 매체가 팽창-발전기(225)에서 팽창되면서 온도가 낮아진 후 기화기(220)로 공급되므로, 기화기(220)로부터 열교환 후 배출된 질소를 완전 기화시키거나 암모니아 합성 시스템(500)에서 요구하는 온도까지 더 가열하는 트림히터(230)를 더 포함할 수 있다. On the other hand, according to this embodiment, since the heat transfer medium vaporized by heat exchange with seawater in the first refrigerant heat exchanger 223 is supplied to the vaporizer 220 after the temperature is lowered while expanding in the expansion-generator 225, the vaporizer The trim heater 230 may further include a trim heater 230 for completely vaporizing nitrogen discharged after heat exchange from 220 or further heating to a temperature required by the ammonia synthesis system 500 .

트림히터(230)에서는 제2 사이클을 순환하는 글리콜 워터와, 암모니아 냉각기(130)로부터 암모니아 합성 시스템(500)으로 공급되는 질소와의 열교환에 의해, 질소는 가열되고 글리콜 워터는 냉각된다. In the trim heater 230 , nitrogen is heated and the glycol water is cooled by heat exchange between glycol water circulating in the second cycle and nitrogen supplied from the ammonia cooler 130 to the ammonia synthesis system 500 .

제2 사이클은, 트림히터(230)에서 열교환에 의해 냉각된 글리콜 워터를 압축하는 제2 냉매 펌프(232)와, 제2 냉매 펌프(232)에 의해 압축된 글리콜 워터를 해수펌프(240)에 의해 공급되는 해수와 열교환시켜 글리콜 워터를 가열하는 제2 냉매 열교환기(233)를 포함한다. 또한, 트림히터(230)와 제2 냉매 펌프(232) 사이에는, 제2 사이클을 순환하는 글리콜 워터의 변동에 대응하기 위하여 글리콜 워터의 압력, 온도 및 유량 등을 조절하기 위한 팽창탱크(231)가 구비될 수 있다. In the second cycle, the second refrigerant pump 232 compresses glycol water cooled by heat exchange in the trim heater 230 and the glycol water compressed by the second refrigerant pump 232 is applied to the seawater pump 240 . and a second refrigerant heat exchanger 233 for heating glycol water by heat exchange with seawater supplied by the In addition, between the trim heater 230 and the second refrigerant pump 232, an expansion tank 231 for adjusting the pressure, temperature, flow rate, etc. of the glycol water in order to cope with the fluctuation of the glycol water circulating in the second cycle. may be provided.

트림히터(230)는 도 2에 도시된 바와 같이, 기화기(220)와 암모니아 냉각기(130) 사이에 구비될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 암모니아 냉각기(130)와 암모니아 합성 시스템(500) 사이에 구비될 수도 있다. The trim heater 230 may be provided between the vaporizer 220 and the ammonia cooler 130 as shown in FIG. 2 , and as shown in FIG. 3 , the ammonia cooler 130 and the ammonia synthesis system 500 . It may be provided in between.

또한, 질소는, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 사이클을 순환하는 글리콜 워터에 의해 해수와 트림히터(230)에서 간접 열교환할 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 해수와 직접 열교환할 수도 있다. 그러나, 트림히터(230)로 공급되는 질소의 온도는 약 -40℃ 이하이므로, 해수와 직접 열교환하는 경우 해수가 동결되는 문제가 발생할 수 있어 글리콜 워터 등 부동유체를 이용하여 해수와 간접 열교환시키는 것이 바람직하다. In addition, nitrogen may indirectly exchange heat with seawater in the trim heater 230 by glycol water circulating in the second cycle as shown in FIG. 2 , or may directly exchange heat with seawater as shown in FIG. 3 . . However, since the temperature of the nitrogen supplied to the trim heater 230 is about -40° C. or less, when heat exchange with seawater directly, seawater freezing may occur. desirable.

한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 펌프(210), 기화기(220), 트림히터(230)는 친환경 암모니아 해양플랜트(100)의 어퍼 데크(upper deck)에 구비되고, 팽창-발전기(225), 제1 냉매 열교환기(223) 및 제2 냉매 열교환기(233)는 친환경 암모니아 해양플랜트(100)의 데크 하부 머시너리 스페이스(machinery space)에 구비될 수 있다. On the other hand, as shown in Figures 2 and 3, the pump 210, the vaporizer 220, the trim heater 230 is provided on the upper deck (upper deck) of the eco-friendly ammonia offshore plant 100, the expansion-generator 225 , the first refrigerant heat exchanger 223 , and the second refrigerant heat exchanger 233 may be provided in a machine space below the deck of the eco-friendly ammonia offshore plant 100 .

도 3에는 냉열발전부(200)의 일부 구성을 생략하여 A로 표기하였다. In FIG. 3 , a part of the cooling and heat generating unit 200 is omitted and denoted by A.

또한, 도 3을 참조하면, 암모니아 저장탱크(110)와 액화질소 저장탱크(120)는 데크 하부 선체(hull)에 구비될 수 있다. In addition, referring to FIG. 3 , the ammonia storage tank 110 and the liquid nitrogen storage tank 120 may be provided in the lower deck hull.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the embodiments according to the present invention have been reviewed, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention in addition to the above-described embodiments is recognized by those of ordinary skill in the art. It is self-evident to Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description, but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.

100 : 친환경 암모니아 해양플랜트
110 : 암모니아 저장탱크 120 : 액화질소 저장탱크
130 : 암모니아 냉각기 200 : 냉열발전부
210 : 펌프 220 : 기화기
221 : 리시버 222 : 제1 냉매 펌프
223 : 제1 냉매 열교환기 224 : 녹아웃 드럼
225 : 팽창-발전기 230 : 트림히터
231 : 팽창탱크 232 : 제2 냉매 펌프
233 : 제2 냉매 열교환기 240 : 해수펌프
300 : 암모니아 운반선 400 : 다종 액화가스 운반선
500 : 암모니아 합성 시스템 600 : 산소 수요처
700 : 친환경 발전 시스템 800 : 수전해 시스템
810 : 해수 전처리 시스템 900 : 전력 수요처100: Eco-friendly ammonia offshore plant
110: ammonia storage tank 120: liquid nitrogen storage tank
130: ammonia cooler 200: cold and heat power generation unit
210: pump 220: carburetor
221: receiver 222: first refrigerant pump
223: first refrigerant heat exchanger 224: knockout drum
225: expansion-generator 230: trim heater
231: expansion tank 232: second refrigerant pump
233: second refrigerant heat exchanger 240: sea water pump
300: ammonia carrier 400: multiple types of liquefied gas carrier
500: ammonia synthesis system 600: oxygen demand source
700: eco-friendly power generation system 800: water electrolysis system
810: seawater pretreatment system 900: power demander

Claims (17)

액상의 질소를 저장하는 하나 이상의 액화질소 저장탱크;
상기 액화질소 저장탱크로부터 배출된 액상의 질소와, 암모니아 합성 시스템으로부터 공급된 기상의 암모니아를 열교환시켜, 기상의 암모니아를 응축시키는 암모니아 냉각기;
상기 암모니아 냉각기에서 응축된 액상의 암모니아를 저장하는 하나 이상의 암모니아 저장탱크; 및
상기 암모니아 냉각기로 공급하기 전에 상기 액화질소 저장탱크로부터 배출된 액화질소의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 냉열발전부;를 포함하고,
상기 냉열발전부에서 냉열이 1차로 회수되고, 상기 암모니아 냉각기에서 냉열이 2차로 회수되면서 기화된 기체 상태의 질소는 상기 암모니아 합성 시스템으로 공급되어 암모니아 합성 반응의 원료로 사용되는, 친환경 암모니아 해양플랜트.One or more liquid nitrogen storage tanks for storing liquid nitrogen;
an ammonia cooler for condensing gaseous ammonia by heat-exchanging liquid nitrogen discharged from the liquid nitrogen storage tank and gaseous ammonia supplied from the ammonia synthesis system;
One or more ammonia storage tanks for storing the liquid ammonia condensed in the ammonia cooler; and
Containing; and a cooling and heat generator for generating electric power by recovering the cooling heat of liquid nitrogen discharged from the liquid nitrogen storage tank before being supplied to the ammonia cooler.
The gaseous nitrogen vaporized as the cold heat is primarily recovered from the cold and heat generator unit and the cold heat is secondarily recovered from the ammonia cooler is supplied to the ammonia synthesis system and used as a raw material for the ammonia synthesis reaction, an eco-friendly ammonia offshore plant. 청구항 1에 있어서,
상기 친환경 암모니아 해양플랜트는,
해상 또는 해안 근처에 구비되는 부유식 또는 고정식 해상구조물인, 친환경 암모니아 해양플랜트.The method according to claim 1,
The eco-friendly ammonia offshore plant,
An eco-friendly ammonia offshore plant, which is a floating or fixed offshore structure provided in the sea or near the shore. 청구항 2에 있어서,
상기 암모니아 합성 시스템은,
해수 또는 청수를 전기분해하여 수소와 산소를 생산하는 수전해 시스템으로부터 공급받은 수소와, 상기 암모니아 냉각기에서 열교환 후 배출되는 질소를 이용하여 암모니아를 생산하는, 친환경 암모니아 해양플랜트.3. The method according to claim 2,
The ammonia synthesis system,
An eco-friendly ammonia offshore plant that produces ammonia using hydrogen supplied from a water electrolysis system that produces hydrogen and oxygen by electrolyzing seawater or fresh water, and nitrogen discharged after heat exchange in the ammonia cooler. 청구항 3에 있어서,
상기 암모니아 합성 시스템은 상기 친환경 암모니아 해양플랜트에 구비되거나 또는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 육상에 구비되는, 친환경 암모니아 해양플랜트.4. The method according to claim 3,
The ammonia synthesis system is provided in the environment-friendly ammonia offshore plant or provided on land near the location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed, an environmentally friendly ammonia offshore plant. 청구항 3에 있어서,
상기 수전해 시스템은 상기 친환경 암모니아 해양플랜트에 구비되거나 또는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 육상에 구비되는, 친환경 암모니아 해양플랜트.4. The method according to claim 3,
The water electrolysis system is provided in the eco-friendly ammonia offshore plant or provided on land near the location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed, an eco-friendly ammonia offshore plant. 청구항 5에 있어서,
상기 수전해 시스템은, 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 해상 또는 육상에 구비되는 친환경 발전 시스템에서 발전된 전력을 이용하여 수소 및 산소를 생산하는, 친환경 암모니아 해양플랜트.6. The method of claim 5,
The water electrolysis system is an eco-friendly ammonia offshore plant that produces hydrogen and oxygen using electric power generated from an eco-friendly power generation system provided in the sea or on land near the location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed. 청구항 6에 있어서,
상기 친환경 발전 시스템은, 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 해상에 구비되는 풍력 발전 시스템인, 친환경 암모니아 해양플랜트.7. The method of claim 6,
The eco-friendly power generation system, the eco-friendly ammonia offshore plant, the eco-friendly ammonia offshore plant is a wind power system that is provided in the sea near the floating or fixed position. 청구항 6에 있어서,
상기 친환경 발전 시스템은, 상기 친환경 암모니아 해양플랜트가 부유 또는 고정된 위치 인근의 육상에 구비되는 태양광 발전 시스템인, 친환경 암모니아 해양플랜트.7. The method of claim 6,
The eco-friendly power generation system, the eco-friendly ammonia offshore plant is a solar power system provided on land near the location where the eco-friendly ammonia offshore plant is floating or fixed. 청구항 1에 있어서,
상기 냉열발전부는,
상기 액화질소를 압축하는 펌프;
상기 펌프에 의해 압축된 액화질소를 기화시키는 기화기;
상기 액화질소를 기화시키기 위하여 상기 기화기로 공급할 열전달 매체를 압축하는 제1 냉매 펌프;
상기 제1 냉매 펌프에 의해 압축된 열전달 매체를 해수와의 열교환에 의해 기화시키는 제1 냉매 열교환기; 및
상기 제1 냉매 열교환기에 의해 기화된 열전달 매체를 팽창시키고, 그 팽창일을 전력으로 변환하는 팽창-발전기;를 포함하고,
상기 팽창-발전기에 의해 팽창된 열전달 매체가 상기 기화기로 공급되는, 친환경 암모니아 해양플랜트.The method according to claim 1,
The cooling and heat generating unit,
a pump for compressing the liquid nitrogen;
a vaporizer for vaporizing liquid nitrogen compressed by the pump;
a first refrigerant pump for compressing the heat transfer medium to be supplied to the vaporizer to vaporize the liquid nitrogen;
a first refrigerant heat exchanger for vaporizing the heat transfer medium compressed by the first refrigerant pump by heat exchange with seawater; and
and an expansion-generator that expands the heat transfer medium vaporized by the first refrigerant heat exchanger and converts the expansion work into electric power;
An eco-friendly ammonia offshore plant, wherein the heat transfer medium expanded by the expansion-generator is supplied to the vaporizer. 청구항 9에 있어서,
상기 기화기는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트의 어퍼 데크에 구비되고,
상기 팽창-발전기 및 제1 냉매 열교환기는 상기 친환경 암모니아 해양플랜트의 선체(hull)의 머시너리 스페이스에 구비되는, 친환경 암모니아 해양플랜트.10. The method of claim 9,
The vaporizer is provided on the upper deck of the eco-friendly ammonia offshore plant,
The expansion-generator and the first refrigerant heat exchanger are provided in the machinery space of the hull of the environmentally friendly ammonia offshore plant. 청구항 8에 있어서,
상기 기화기에서 기화된 액화질소는 상기 암모니아 냉각기로 공급되고,
상기 암모니아 냉각기에서 열교환 후 배출되는 질소를 상기 암모니아 합성 시스템에서 요구하는 온도까지 더 가열하는 트림히터;를 더 포함하는, 친환경 암모니아 해양플랜트.9. The method of claim 8,
Liquid nitrogen vaporized in the vaporizer is supplied to the ammonia cooler,
A trim heater for further heating nitrogen discharged after heat exchange in the ammonia cooler to a temperature required by the ammonia synthesis system; further comprising, an eco-friendly ammonia offshore plant. 청구항 1에 있어서,
상기 암모니아 저장탱크에 저장된 액상의 암모니아를 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 선박으로 공급하는 암모니아 공급설비;를 더 포함하는, 친환경 암모니아 해양플랜트.The method according to claim 1,
An ammonia supply facility for supplying liquid ammonia stored in the ammonia storage tank to an ammonia carrier or an ammonia fuel ship; further comprising, an eco-friendly ammonia offshore plant. 수소와 질소를 합성하여 암모니아를 생산하는 단계;
상기 암모니아를, 하나 이상의 액화질소 저장탱크와 하나 이상의 암모니아 저장탱크가 구비되며 해상에 부유 또는 고정된 해양플랜트로 공급하는 단계;
상기 액화질소 저장탱크에 저장된 액화질소와 상기 암모니아를 열교환시켜 상기 암모니아를 응축시키고, 응축된 액상의 암모니아를 상기 암모니아 저장탱크에 저장하는 단계; 및
상기 암모니아 저장탱크에 저장된 액상의 암모니아를 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 선박에 공급하는 단계;를 포함하고,
상기 암모니아와 열교환하면서 액화질소는 기화되고, 상기 기화된 질소를 상기 암모니아를 생산하는 단계에 공급하며,
상기 액화질소를 상기 암모니아와 열교환시키기 전에, 상기 액화질소의 냉열을 회수하여 전력을 생산하는 단계;를 더 포함하는, 암모니아 공급 방법. synthesizing hydrogen and nitrogen to produce ammonia;
supplying the ammonia to an offshore plant that is provided with one or more liquid nitrogen storage tanks and one or more ammonia storage tanks and is floating or fixed in the sea;
condensing the ammonia by exchanging the liquid nitrogen stored in the liquid nitrogen storage tank with the ammonia, and storing the condensed liquid ammonia in the ammonia storage tank; and
Including; supplying ammonia in the liquid phase stored in the ammonia storage tank to an ammonia carrier or an ammonia fuel ship;
Liquid nitrogen is vaporized while exchanging heat with the ammonia, and the vaporized nitrogen is supplied to the step of producing the ammonia,
Before exchanging the liquid nitrogen with the ammonia, recovering the cooling heat of the liquid nitrogen to generate electricity; further comprising, ammonia supply method. 청구항 13에 있어서,
상기 암모니아를 생산하는 단계는, 상기 해양플랜트 내에서 또는 해양플랜트 외부 육상에서 실시되는, 암모니아 공급 방법. 14. The method of claim 13,
The step of producing the ammonia is carried out in the offshore plant or outside the offshore plant onshore, ammonia supply method. 청구항 13에 있어서,
해수 또는 청수를 전기분해하여 수소와 산소를 생산하는 단계; 및
상기 생산된 수소를 상기 암모니아를 생산하는 단계로 공급하는, 암모니아 공급 방법. 14. The method of claim 13,
electrolyzing seawater or fresh water to produce hydrogen and oxygen; and
Supplying the produced hydrogen to the step of producing the ammonia, ammonia supply method. 청구항 15에 있어서,
상기 수소와 산소를 생산하는 단계는, 상기 해양플랜트 내에서 또는 해양플랜트 외부 육상에서 실시하는, 암모니아 공급 방법. 16. The method of claim 15,
The step of producing hydrogen and oxygen is carried out in the offshore plant or outside the offshore plant on land, ammonia supply method. 청구항 15에 있어서,
육상에서 태양광 발전에 의해 전력을 생산하는 단계; 및 해상에서 풍력 발전에 의해 전력을 생산하는 단계; 중 어느 하나 이상을 포함하는 친환경 발전 단계;를 더 포함하고,
상기 수소와 산소를 생산하는 단계는, 상기 친환경 발전 단계에서 생산된 전력을 공급받아 실시하는, 암모니아 공급 방법. 16. The method of claim 15,
generating electricity by solar power generation on land; and generating electric power by wind power generation at sea; An eco-friendly development step comprising any one or more of; further comprising,
The step of producing hydrogen and oxygen is carried out by receiving the electric power produced in the eco-friendly power generation step, ammonia supply method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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