KR20230041632A - 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 본 발명의 이산화탄소 처리 시스템은, 선박의 선체에 마련되는 엔진; 배기관에 설치되며, 상기 엔진에서 발생된 배기가스의 일부를 분기시키는 분기장치; 상기 분기장치로부터 공급되는 배기가스를 가압하는 압축기; 상기 압축기로부터 공급되는 배기가스를 1차로 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 수분을 제거하는 제1제거장치; 상기 제1제거장치로부터 공급되는 배기가스에 함유된 잔류물을 제거하는 제2제거장치; 상기 제2제거장치로부터 공급되는 배기가스를 2차로 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기를 통해 공급되는 배기가스 또는 상기 제2제거장치를 통해 공급되는 배기가스에 함유된 이산화탄소, 산소, 질소에서 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 기체분리막모듈; 및 상기 기체분리막모듈을 통해 공급되는 이산화탄소를 액화시키는 액화시스템을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기 오염물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변환되어 저장 및 운반되고 있다.
이러한 액화가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송되며, 선박의 엔진은 액화가스 또는 증발가스(Boiled Off Gas) 등을 연료가스로 공급받아 구동된다. 여기서 증발가스는 저장탱크 내부에 수용된 액화가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 자연증발가스 및 강제적으로 기화하여 발생되는 강제증발가스를 포함한다. 액화가스 또는 증발가스는 압축 및 기화 등의 처리과정을 거쳐 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 공급된다.
연료의 연소를 위하여 연료와 함께 공기가 엔진으로 공급될 수 있다. 연소 과정을 거쳐 배출되는 배기가스에는 대표적인 유해 물질로 미세입자, 질소산화물, 황산화물 및 이산화탄소 등의 공기 오염물질이 포함될 수 있는데, 선박은 이러한 오염물질을 제거한 이후에 배기 가스를 대기로 배출할 수 있다.
특히, 이산화탄소는 지구 온난화 현상을 일으키는 온실가스로 지정되어 있으며, 이산화탄소의 지구 온난화 지수는 다른 온실가스에 비해 낮은 편이지만, 전체 온실가스 배출량의 80%를 차지한다는 점과 배출량을 규제할 수 있다는 점에서 중요하다. 이로 인해, IMO(국제해사기구)에서 향후 건조되는 신조선에 대해서 에너지효율설계지수(EEDI, Energy Efficiency Design Index) 지표를 도입하기로 최종 결정함에 따라 2025년까지 기존 대비 30%의 온실가스를 감축해야 하는 상황이다.
이에 따라, 포집된 이산화탄소를 해양, 지중 등의 지하장소에 주입하여 저장하는 CCS(Carbon Capture and Storage), 1차 또는 2차 회수 후에도 지하에 남아 있는 석유를 이산화탄소를 주입하여 회수하는 석유회수증진법(EOR, Enhanced Oil Recovery) 등의 이산화탄소 처리 기술이 선박에서도 응용되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 선택적으로 분리하여 포집, 액화, 저장 및 처리할 수 있도록 하는 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 이산화탄소 처리 시스템은, 선박의 선체에 마련되는 엔진; 배기관에 설치되며, 상기 엔진에서 발생된 배기가스의 일부를 분기시키는 분기장치; 상기 분기장치로부터 공급되는 배기가스를 가압하는 압축기; 상기 압축기로부터 공급되는 배기가스를 1차로 냉각시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 수분을 제거하는 제1제거장치; 상기 제1제거장치로부터 공급되는 배기가스에 함유된 잔류물을 제거하는 제2제거장치; 상기 제2제거장치로부터 공급되는 배기가스를 2차로 냉각시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기를 통해 공급되는 배기가스 또는 상기 제2제거장치를 통해 공급되는 배기가스에 함유된 이산화탄소, 산소, 질소에서 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 기체분리막모듈; 및 상기 기체분리막모듈을 통해 공급되는 이산화탄소를 액화시키는 액화시스템을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 분기장치는, 선박에서 배출되는 배기가스에 함유된 이산화탄소의 저감을 위한 EEDI III의 규제(30% 강화된 기준)를 충족하는 양의 배기가스를 기준으로 분기시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제1열교환기는, 해수를 이용하여 상기 압축기로부터 공급되는 고온의 배기가스를 35도 내지 45도의 온도로 냉각할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1제거장치는, 실리카겔(이슬점 -40도)을 이용하여 상기 제1열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 수분을 제거할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2열교환기는, 연료가스공급시스템에서 상기 엔진의 연료로 사용되는 LNG를 이용하거나, 상기 액화시스템의 액화사이클에서 이산화탄소 재액화냉매를 이용하여, 상기 제2제거장치로부터 공급되는 35도 내지 45도의 배기가스를 0도 내지 -40도의 온도로 냉각시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 기체분리막모듈은, 제1기체분리막, 제2기체분리막, 제3기체분리막이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성되고, 상기 제1기체분리막은, 상기 제2제거장치와 상기 제2열교환기 사이에 마련되고, 상기 제2제거장치로부터 공급되는 배기가스에 함유된 질소 일부를 분리하여 제거하고, 상기 제2기체분리막 및 제3기체분리막은, 상기 제2열교환기와 상기 액화시스템 사이에 마련되고, 상기 제2열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 나머지 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 상기 액화시스템으로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 기체분리막모듈은, 제1기체분리막, 제2기체분리막, 제3기체분리막이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성되고, 상기 제1기체분리막 및 제2기체분리막은, 상기 제2제거장치와 상기 제2열교환기 사이에 마련되고, 상기 제2제거장치로부터 공급되는 배기가스에 함유된 산소와 질소 일부를 분리하여 제거하고, 상기 제3기체분리막은, 상기 제2열교환기와 상기 액화시스템 사이에 마련되고, 상기 제2열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 나머지 산소와 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 상기 액화시스템으로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화시스템은, 상기 기체분리막모듈을 통해 공급되는 이산화탄소를 이산화탄소 재액화냉매를 이용하는 액화사이클을 통해 액화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 액화시스템으로부터 공급되는 상기 액화된 이산화탄소를 저장하는 저장시스템을 더 포함하고, 상기 저장시스템은, 상기 선박이 이산화탄소 운반선일 경우, 선체 내에 구비되는 이산화탄소 저장탱크를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 선박은, 상기에 기재된 이산화탄소 처리 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 배기가스에 포함된 이산화탄소를 선택적으로 분리하여 포집, 액화, 저장 및 처리함으로써, 선박용 엔진의 배기가스 내의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있고, EEDI 환경 규정을 만족시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 온실 가스 감축 및 녹색 성장 동력을 확보할 수 있으며, 고부가가치의 Green Ship으로써 기술 경쟁력을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 이산화탄소 운반선에서 배기가스에 포함된 이산화탄소를 선택적으로 분리하여 포집, 액화, 저장 및 처리함으로써, 이산화탄소 운반선의 화물창에 이산화탄소를 저장하여 효율적으로 화물을 운용/관리할 수 있을 뿐만 아니라, 배출된 이산화탄소를 화물창에 직접 저장함으로써 해당 선박의 Low/Zero 배출에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박(1)은 이산화탄소 처리 시스템(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)을 포함하는 선박(1)은, 선체(10) 내부에 이산화탄소 저장탱크(20)가 구비되는 이산화탄소 운반선일 수 있다. 본 실시예에서, 선박(1)은 이산화탄소 운반선인 경우를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이산화탄소의 배출량을 절감할 필요가 있는 화물을 출발지에서 목적지까지 수송하는 상선 외에도 해상의 일정 지점에 부유하여 특정한 작업을 수행하는 해양구조물을 포괄하는 개념임을 알려 둔다.
또한, 본 발명에 따른 선박(1)은 엔진(50)에 연료를 공급하기 위한 연료탱크(30), 연료가스공급시스템(40)을 포함할 수 있다.
엔진(50)은 선박(1)의 메인(Main) 엔진 또는 보조(Auxiliary) 엔진일 수 있으며, 또한, 벙커C유, HFO(Heavy Fuel Oil)와 같은 중유 또는 LNG(Liquefied Natural Gas. 액화천연가스)와 같은 액화가스 중 어느 하나 이상을 연료로 하는 선박용 추진 엔진 또는 발전 엔진일 수 있다. 또한, 이러한 엔진(50)은 선박(1)의 선체(10)에 마련될 수 있다.
엔진(50)의 연료로 LNG를 사용할 경우, 연료탱크(30)에는 LNG가 저장되고, 이때 연료가스공급시스템(40)은 LNG를 기화시켜 엔진(50)에서 요구하는 압력과 온도로 공급할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 연료가스공급시스템(40)은 LNG추진 선박에 사용되는 연료가스공급시스템과 동일 또는 유사할 수 있으며, 이에 본 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
엔진(50)은 연료를 연소하는 과정에서 배기가스가 발생된다. 배기가스는 연료의 연소를 위하여 연료와 함께 공기가 엔진(50)으로 공급되고, 연료의 연소 과정에서 발생되는데, 이러한 배기가스에는 대표적인 유해 물질로 미세입자, 질소산화물, 황산화물 및 이산화탄소 등의 공기 오염물질이 포함될 수 있다.
이산화탄소 처리 시스템(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)은 선박(1)의 선체(10)에 구비될 수 있으며, 엔진(50)에서 발생되어 배기관(60)을 통해 대기중으로 배출되는 배기가스에 함유된 이산화탄소를 처리할 수 있다. 이하에서는 도 1과 함께 도 2 내지 도 7을 참조하여 각 실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f)을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(1)에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템(100a)은 분기장치(110), 압축기(120), 제1열교환기(130), 제1제거장치(140), 제2제거장치(150), 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170), 액화시스템(180), 저장시스템(190)을 포함할 수 있다.
분기장치(110)는 배기관(60)에 설치되며, 엔진(50)에서 발생된 배기가스의 일부를 분기시킬 수 있으며, 분기된 배기가스를 압축기(120)로 공급할 수 있다.
이러한 분기장치(110)는 선박(1)에서 배출되는 배기가스에 함유된 이산화탄소의 저감을 위한 EEDI III의 규제(30% 강화된 기준)를 충족하는 양의 배기가스를 기준으로 분기시킬 수 있다.
분기된 배기가스는 압축기(120), 제1열교환기(130), 제1제거장치(140) 및 제2제거장치(150)를 통해 수분 및 잔류물(residue) 등이 제거되는 전처리 과정을 거치게 된다.
압축기(120)는 분기장치(110)로부터 공급되는 배기가스를 가압할 수 있다. 압축기(120)는 배기가스를 2bar 내지 3bar로 가압하여 제1열교환기(130)로 공급할 수 있다.
압축기(120)에 의해 압축된 배기가스는 온도가 상승되어 고온(예를 들어 240도)의 열을 가진다.
제1열교환기(130)는 압축기(120)로부터 공급되는 배기가스를 1차로 냉각시킬 수 있다. 제1열교환기(130)는 1차로 냉각된 배기가스를 제1제거장치(140)로 공급할 수 있다.
이러한 제1열교환기(130)는 해수를 이용하여 압축기(120)로부터 공급되는 고온(약 240도)의 배기가스를 35도 내지 45도의 온도로 냉각시킬 수 있다.
제1제거장치(140)는 제1열교환기(130)로부터 공급되는 배기가스에 함유된 수분을 제거할 수 있다. 제1제거장치(140)는 수분이 제거된 배기가스를 제2제거장치(150)로 공급할 수 있다.
이러한 제1제거장치(140)는 실리카겔(이슬점 -40도)을 이용하여 제1열교환기(130)로부터 공급되는 배기가스에 함유된 수분을 제거할 수 있다.
제2제거장치(150)는 제1제거장치(140)로부터 공급되는 배기가스에 함유된 잔류물을 제거할 수 있다. 제2제거장치(150)는 잔류물이 제거된 배기가스를 제2열교환기(160)로 공급할 수 있다.
제2제거장치(150)에 의해 배기가스에 함유된 잔류물, 예를 들어 분진(PM) 등은 99.99% 제거될 수 있다.
상기와 같이 전처리 과정을 거친 배기가스는 이산화탄소, 산소, 질소 등이 남게 되는데, 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170)을 통해 이산화탄소, 산소, 질소에서 이산화탄소를 선택적으로 분리시키는 과정을 거치게 된다.
제2열교환기(160)는 제2제거장치(150)로부터 공급되는 배기가스를 2차로 냉각시킬 수 있다. 제2열교환기(160)는 2차로 냉각된 배기가스를 기체분리막모듈(170)로 공급할 수 있다.
이러한 제2열교환기(160)는 엔진(50)의 연료로 LNG를 사용할 경우, 연료가스공급시스템(40)을 통해 엔진(50)으로 공급되는 LNG를 이용하여, 제2제거장치(150)로부터 공급되는 35도 내지 45도의 배기가스를 0도 내지 -40도의 온도로 냉각시킬 수 있다. 이때, 연료가스공급시스템(40)은 통해 엔진(50)으로 공급되는 LNG는 배기가스의 열에 의해 기화될 수 있다.
제2열교환기(160)를 통해 배기가스의 열을 제거하게 되면, 배기가스에 함유된 이산화탄소의 순도가 상승될 수 있다.
기체분리막모듈(170)은 제2열교환기(160)를 통해 공급되는 저온(예를 들어, 0도 내지 -40도의 온도)의 배기가스에 함유된 이산화탄소, 산소, 질소에서 이산화탄소를 선택적으로 분리시킬 수 있다. 기체분리막모듈(170)은 산소와 질소를 분리하여 제거하고 선택적으로 분리된 이산화탄소를 액화시스템(180)으로 공급할 수 있다.
액화시스템(180)은 제2제거장치(150)를 통해 공급되는 이산화탄소를 다양한 액화수단을 통해 액화시킬 수 있다. 액화시스템(180)은 액화된 이산화탄소를 저장시스템(190)으로 공급할 수 있으며, 저장시스템(190)에 마련되는 저장탱크의 화물 상태에 따라 온도 및 압력을 조절할 수 있다.
저장시스템(190)은 액화시스템(180)으로부터 공급되는 액화된 이산화탄소를 저장할 수 있다. 액화된 이산화탄소는 저장탱크보다 높은 압력으로 승압되며, 과냉 상태로 저장될 수 있다.
이러한 저장시스템(190)은 선박(1)이 이산화탄소 운반선일 경우, 저장탱크가 선체(10) 내에 구비되는 이산화탄소 저장탱크(20)를 포함할 수 있다. 선박(1)이 이산화탄소 운반선이 아닐 경우 저장시스템(190)은 별도의 이산화탄소 저장탱크가 구비될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(1)에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템(100b)은 분기장치(110), 압축기(120), 제1열교환기(130), 제1제거장치(140), 제2제거장치(150), 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170), 액화시스템(180), 저장시스템(190)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2실시예는 전술한 제1실시예와 비교하여 기체분리막모듈(170)의 구성이 상이할 수 있으며, 나머지 구성은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하여 동일한 도면 부호를 사용하였고, 이에 따라 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제1실시예와 다른 구성 요소인 기체분리막모듈(170)과 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100b)의 기체분리막모듈(170)은 제1기체분리막(171), 제2기체분리막(172), 제3기체분리막(173)이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성될 수 있다.
제1기체분리막(171)은 제2제거장치(150)와 제2열교환기(160) 사이에 마련될 수 있다.
제1기체분리막(171)은 제2제거장치(150)로부터 공급되는 배기가스에 함유된 질소 일부를 분리하여 제거할 수 있다.
제2기체분리막(172) 및 제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)와 액화시스템(180) 사이에 마련될 수 있다.
제2기체분리막(172) 및 제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)로부터 공급되는 저온(예를 들어, 0도 내지 -40도의 온도)의 배기가스에 함유된 나머지 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 액화시스템(180)으로 공급할 수 있다.
상기에서, 제1기체분리막(171)으로 배기가스에 함유된 질소 일부를 분리하여 제거함에 따라 배기가스의 유량이 줄어들게 되고, 이로 인해 배기가스의 열을 제거하는 제2열교환기(160)는 배기가스를 냉각시키는 필요 냉열의 양을 감소시킬 수 있어, 제2열교환기(160)의 용량을 줄이거나 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(1)에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템(100c)은 분기장치(110), 압축기(120), 제1열교환기(130), 제1제거장치(140), 제2제거장치(150), 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170), 액화시스템(180), 저장시스템(190)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3실시예는 전술한 제1실시예와 비교하여 기체분리막모듈(170)의 구성이 상이할 수 있으며, 나머지 구성은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하여 동일한 도면 부호를 사용하였고, 이에 따라 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제1실시예와 다른 구성 요소인 기체분리막모듈(170)과 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100c)의 기체분리막모듈(170)은 제1기체분리막(171), 제2기체분리막(172), 제3기체분리막(173)이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성될 수 있다.
제1기체분리막(171) 및 제2기체분리막(172)은 제2제거장치(150)와 제2열교환기(160) 사이에 마련될 수 있다.
제1기체분리막(171) 및 제2기체분리막(172)은 제2제거장치(150)로부터 공급되는 배기가스에 함유된 산소와 질소 일부를 분리하여 제거할 수 있다.
제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)와 액화시스템(180) 사이에 마련될 수 있다.
제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)로부터 공급되는 저온(예를 들어, 0도 내지 -40도의 온도)의 배기가스에 함유된 나머지 산소와 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 액화시스템(180)으로 공급할 수 있다.
상기에서, 제1기체분리막(171) 및 제2기체분리막(172)으로 배기가스에 함유된 산소와 질소 일부를 분리하여 제거함에 따라 배기가스의 유량이 줄어들게 되고, 이로 인해 배기가스의 열을 제거하는 제2열교환기(160)는 배기가스를 냉각시키는 필요 냉열의 양을 감소시킬 수 있어, 제2열교환기(160)의 용량을 줄이거나 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(1)에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템(100d)은 분기장치(110), 압축기(120), 제1열교환기(130), 제1제거장치(140), 제2제거장치(150), 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170), 액화시스템(180), 저장시스템(190)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제4실시예는 전술한 제1실시예와 비교하여 제2열교환기(160) 및 액화시스템(180)의 구성이 상이할 수 있으며, 나머지 구성은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하여 동일한 도면 부호를 사용하였고, 이에 따라 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제1실시예와 다른 구성 요소인 제2열교환기(160) 및 액화시스템(180)과 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100d)의 액화시스템(180)은 액화수단으로 이산화탄소 재액화냉매를 순환하여 이산화탄소를 액화시키는 액화사이클(181)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제4실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100d)의 제2열교환기(160)는 액화시스템(180)의 액화사이클(181)에서 이산화탄소 재액화냉매를 이용하여, 제2제거장치(150)로부터 공급되는 35도 내지 45도의 배기가스를 0도 내지 -40도의 온도로 냉각시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(1)에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템(100e)은 분기장치(110), 압축기(120), 제1열교환기(130), 제1제거장치(140), 제2제거장치(150), 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170), 액화시스템(180), 저장시스템(190)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제5실시예는 전술한 제1실시예와 비교하여 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170) 및 액화시스템(180)의 구성이 상이할 수 있으며, 나머지 구성은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하여 동일한 도면 부호를 사용하였고, 이에 따라 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제1실시예와 다른 구성 요소인 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170) 및 액화시스템(180)과 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 제5실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100e)의 액화시스템(180)은 액화수단으로 이산화탄소 재액화냉매를 순환하여 이산화탄소를 액화시키는 액화사이클(181)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제5실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100e)의 기체분리막모듈(170)은 제1기체분리막(171), 제2기체분리막(172), 제3기체분리막(173)이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성될 수 있다.
제1기체분리막(171)은 제2제거장치(150)와 제2열교환기(160) 사이에 마련될 수 있다.
제1기체분리막(171)은 제2제거장치(150)로부터 공급되는 배기가스에 함유된 질소 일부를 분리하여 제거할 수 있다.
제2기체분리막(172) 및 제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)와 액화시스템(180) 사이에 마련될 수 있다.
제2기체분리막(172) 및 제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)로부터 공급되는 저온(예를 들어, 0도 내지 -40도의 온도)의 배기가스에 함유된 나머지 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 액화시스템(180)으로 공급할 수 있다.
상기에서, 제1기체분리막(171)으로 배기가스에 함유된 질소 일부를 분리하여 제거함에 따라 배기가스의 유량이 줄어들게 되고, 이로 인해 배기가스의 열을 제거하는 제2열교환기(160)는 배기가스를 냉각시키는 필요 냉열의 양을 감소시킬 수 있어, 제2열교환기(160)의 용량을 줄이거나 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
상기한 바에 의해, 본 발명의 제5실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100e)의 제2열교환기(160)는 액화시스템(180)의 액화사이클(181)에서 이산화탄소 재액화냉매를 이용하여, 제1기체분리막(171)으로부터 공급되는 35도 내지 45도의 배기가스를 0도 내지 -40도의 온도로 냉각시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(1)에 구비되는 이산화탄소 처리 시스템(100f)은 분기장치(110), 압축기(120), 제1열교환기(130), 제1제거장치(140), 제2제거장치(150), 제2열교환기(160), 기체분리막모듈(170), 액화시스템(180), 저장시스템(190)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제6실시예는 전술한 제4실시예와 비교하여 기체분리막모듈(170) 의 구성이 상이할 수 있으며, 나머지 구성은 제4실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하여 동일한 도면 부호를 사용하였고, 이에 따라 여기서는 설명의 중복을 피하기 위하여 동일 구성 요소 각각에 대한 상세한 설명을 생략하기로 하고, 본 발명의 제4실시예와 다른 구성 요소인 기체분리막모듈(170)과 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 제6실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100f)의 액화시스템(180)은 액화수단으로 이산화탄소 재액화냉매를 순환하여 이산화탄소를 액화시키는 액화사이클(181)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제6실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100f)의 기체분리막모듈(170)은 제1기체분리막(171), 제2기체분리막(172), 제3기체분리막(173)이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성될 수 있다.
제1기체분리막(171) 및 제2기체분리막(172)은 제2제거장치(150)와 제2열교환기(160) 사이에 마련될 수 있다.
제1기체분리막(171) 및 제2기체분리막(172)은 제2제거장치(150)로부터 공급되는 배기가스에 함유된 산소와 질소 일부를 분리하여 제거할 수 있다.
제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)와 액화시스템(180) 사이에 마련될 수 있다.
제3기체분리막(173)은 제2열교환기(160)로부터 공급되는 저온(예를 들어, 0도 내지 -40도의 온도)의 배기가스에 함유된 나머지 산소와 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 액화시스템(180)으로 공급할 수 있다.
상기에서, 제1기체분리막(171) 및 제2기체분리막(172)으로 배기가스에 함유된 산소와 질소 일부를 분리하여 제거함에 따라 배기가스의 유량이 줄어들게 되고, 이로 인해 배기가스의 열을 제거하는 제2열교환기(160)는 배기가스를 냉각시키는 필요 냉열의 양을 감소시킬 수 있어, 제2열교환기(160)의 용량을 줄이거나 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
상기한 바에 의해, 본 발명의 제6실시예에 따른 이산화탄소 처리 시스템(100f)의 제2열교환기(160)는 액화시스템(180)의 액화사이클(181)에서 이산화탄소 재액화냉매를 이용하여, 제1기체분리막(171) 및 제2기체분리막(172)으로부터 공급되는 35도 내지 45도의 배기가스를 0도 내지 -40도의 온도로 냉각시킬 수 있다.
이상 본 발명을 제1실시예 내지 제6실시예로 구분하여 설명하였지만, 본 발명은 제1실시예 내지 제6실시예에 한정되지 않으며, 제1실시예 내지 제6실시예 각각의 조합으로부터 변형이나 개량 또는 제1실시예 내지 제6실시예 각각의 조합으로 구현되고 예상되는 또 다른 실시예들 역시 본 발명의 영역에 포함될 수 있음은 명백하다고 할 것이다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 선박
10: 선체
20: 이산화탄소 저장탱크 30: 연료탱크
40: 연료가스공급시스템 50: 엔진
60: 배기관
100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f: 이산화탄소 처리 시스템
110: 분기장치 120: 압축기
130; 제1열교환기 140: 제1제거장치
150: 제2제거장치 160: 제2열교환기
170: 기체분리막모듈 171: 제1기체분리막
172: 제2기체분리막 173: 제3기체분리막
180: 액화시스템 181: 액화사이클
190: 저장시스템
20: 이산화탄소 저장탱크 30: 연료탱크
40: 연료가스공급시스템 50: 엔진
60: 배기관
100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f: 이산화탄소 처리 시스템
110: 분기장치 120: 압축기
130; 제1열교환기 140: 제1제거장치
150: 제2제거장치 160: 제2열교환기
170: 기체분리막모듈 171: 제1기체분리막
172: 제2기체분리막 173: 제3기체분리막
180: 액화시스템 181: 액화사이클
190: 저장시스템
Claims (10)
- 선박의 선체에 마련되는 엔진;
배기관에 설치되며, 상기 엔진에서 발생된 배기가스의 일부를 분기시키는 분기장치;
상기 분기장치로부터 공급되는 배기가스를 가압하는 압축기;
상기 압축기로부터 공급되는 배기가스를 1차로 냉각시키는 제1열교환기;
상기 제1열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 수분을 제거하는 제1제거장치;
상기 제1제거장치로부터 공급되는 배기가스에 함유된 잔류물을 제거하는 제2제거장치;
상기 제2제거장치로부터 공급되는 배기가스를 2차로 냉각시키는 제2열교환기;
상기 제2열교환기를 통해 공급되는 배기가스 또는 상기 제2제거장치를 통해 공급되는 배기가스에 함유된 이산화탄소, 산소, 질소에서 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 기체분리막모듈; 및
상기 기체분리막모듈을 통해 공급되는 이산화탄소를 액화시키는 액화시스템을 포함하는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 분기장치는,
선박에서 배출되는 배기가스에 함유된 이산화탄소의 저감을 위한 EEDI III의 규제(30% 강화된 기준)를 충족하는 양의 배기가스를 기준으로 분기시키는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제1열교환기는,
해수를 이용하여 상기 압축기로부터 공급되는 고온의 배기가스를 35도 내지 45도의 온도로 냉각하는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제1제거장치는,
실리카겔(이슬점 -40도)을 이용하여 상기 제1열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 수분을 제거하는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제2열교환기는,
연료가스공급시스템에서 상기 엔진의 연료로 사용되는 LNG를 이용하거나, 상기 액화시스템의 액화사이클에서 이산화탄소 재액화냉매를 이용하여, 상기 제2제거장치로부터 공급되는 35도 내지 45도의 배기가스를 0도 내지 -40도의 온도로 냉각시키는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 기체분리막모듈은,
제1기체분리막, 제2기체분리막, 제3기체분리막이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성되고,
상기 제1기체분리막은,
상기 제2제거장치와 상기 제2열교환기 사이에 마련되고, 상기 제2제거장치로부터 공급되는 배기가스에 함유된 질소 일부를 분리하여 제거하고,
상기 제2기체분리막 및 제3기체분리막은,
상기 제2열교환기와 상기 액화시스템 사이에 마련되고, 상기 제2열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 나머지 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 상기 액화시스템으로 공급하는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 기체분리막모듈은,
제1기체분리막, 제2기체분리막, 제3기체분리막이 순차적으로 배열되는 3단으로 구성되고,
상기 제1기체분리막 및 제2기체분리막은,
상기 제2제거장치와 상기 제2열교환기 사이에 마련되고, 상기 제2제거장치로부터 공급되는 배기가스에 함유된 산소와 질소 일부를 분리하여 제거하고,
상기 제3기체분리막은,
상기 제2열교환기와 상기 액화시스템 사이에 마련되고, 상기 제2열교환기로부터 공급되는 배기가스에 함유된 나머지 산소와 질소를 분리하여 제거하고, 선택적으로 분리된 이산화탄소를 상기 액화시스템으로 공급하는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 액화시스템은,
상기 기체분리막모듈을 통해 공급되는 이산화탄소를 이산화탄소 재액화냉매를 이용하는 액화사이클을 통해 액화시키는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 액화시스템으로부터 공급되는 상기 액화된 이산화탄소를 저장하는 저장시스템을 더 포함하고,
상기 저장시스템은,
상기 선박이 이산화탄소 운반선일 경우, 선체 내에 구비되는 이산화탄소 저장탱크를 포함하는, 이산화탄소 처리 시스템. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 상기 이산화탄소 처리 시스템이 구비되는, 선박.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20210125269 | 2021-09-17 | ||
| KR1020210125269 | 2021-09-17 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230041632A true KR20230041632A (ko) | 2023-03-24 |
Family
ID=85872688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220116558A KR20230041632A (ko) | 2021-09-17 | 2022-09-15 | 이산화탄소 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230041632A (ko) |
-
2022
- 2022-09-15 KR KR1020220116558A patent/KR20230041632A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |