KR20230047838A - Exhaust gas treatment apparatus - Google Patents

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KR20230047838A KR1020210131169A KR20210131169A KR20230047838A KR 20230047838 A KR20230047838 A KR 20230047838A KR 1020210131169 A KR1020210131169 A KR 1020210131169A KR 20210131169 A KR20210131169 A KR 20210131169A KR 20230047838 A KR20230047838 A KR 20230047838A
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김재관
김선정
김정남
박어진
성용욱
손문호
이승재
최정인
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

According to one embodiment of the present invention, an exhaust gas treatment device is provided. According to one embodiment of the present invention, the exhaust gas treatment device comprises: an exhaust pipe discharging exhaust gas generated by a combustion engine; a carbon dioxide collection unit installed on the exhaust pipe to remove carbon dioxide contained in the exhaust gas; and a carbon dioxide liquefaction unit liquefying the carbon dioxide separated from the carbon dioxide collection unit. At least a portion of the liquefied carbon dioxide generated by the carbon dioxide liquefaction unit can be supplied to a suction pipe of the combustion engine.

Description

배기가스 처리장치{Exhaust gas treatment apparatus}Exhaust gas treatment apparatus {Exhaust gas treatment apparatus}

본 발명은 배기가스 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스에서 분리된 이산화탄소를 효율적으로 활용할 수 있는 구조의 배기가스 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas treatment device, and more particularly, to an exhaust gas treatment device having a structure capable of efficiently utilizing carbon dioxide separated from exhaust gas.

일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 이산화탄소, 미연소 메탄 등을 포함하고 있다. 대기오염이 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 질소산화물과 황산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 유엔 산하기관인 국제해사기구(IMO; International Maritime Organization)로부터 배출규제를 받고 있다. 실제, 국제해사기구는 2008년 기준 이산화탄소의 배출량을 2030년까지 40% 줄이고 2050년까지 70% 줄이는 것을 추진 중에 있다.In general, various engines installed in ships generate power by burning fuel, and exhaust gas generated in the process of burning fuel contains nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon dioxide, unburned methane, and the like. As air pollution increases, regulations on various harmful substances included in exhaust gas are becoming stricter. Not only nitrogen oxides and sulfur oxides, but also carbon dioxide are subject to emission regulations from the International Maritime Organization (IMO), an organization affiliated with the United Nations. are receiving In fact, the International Maritime Organization is promoting a reduction of carbon dioxide emissions by 40% by 2030 and 70% by 2050 based on 2008.

배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 방법으로는 크게, 흡수제를 이용한 습식 포집 방법과, 멤브레인을 이용한 건식 포집 방법이 있으며, 통상, 습식 포집 방법이 사용되고 있다. 습식 포집 방법은, 배기가스를 흡수제가 존재하는 흡수탑에 통과시켜 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡수제에 흡수시키고, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑에 통과시켜 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 방식이다. 종래에는 재생탑에서 분리된 이산화탄소를 단순 압축하여 저장할 뿐 효율적으로 활용하지 못하였으므로, 분리된 이산화탄소를 보다 효율적으로 활용하는 구조의 배기가스 처리장치가 필요하게 되었다.Methods for capturing carbon dioxide contained in exhaust gas include a wet collection method using an absorbent and a dry collection method using a membrane, and the wet collection method is generally used. In the wet capture method, exhaust gas is passed through an absorption tower in which an absorbent is present, carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed into the absorbent, and carbon dioxide and the absorbent are separated by passing the absorbent that has absorbed the carbon dioxide through a regeneration tower. In the prior art, carbon dioxide separated from a regeneration tower was simply compressed and stored, but was not efficiently utilized. Therefore, an exhaust gas treatment device having a structure that more efficiently utilizes the separated carbon dioxide has been required.

대한민국 등록특허 제10-1834488호 (2018. 02. 26.)Republic of Korea Patent No. 10-1834488 (2018. 02. 26.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배기가스에서 분리된 이산화탄소를 효율적으로 활용할 수 있는 구조의 배기가스 처리장치를 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide an exhaust gas treatment device having a structure capable of efficiently utilizing carbon dioxide separated from exhaust gas.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치는, 연소기관에서 생성된 배기가스가 배출되는 배기관과, 상기 배기관 상에 설치되어 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소포집유닛, 및 상기 이산화탄소포집유닛에서 분리된 이산화탄소를 액화하는 이산화탄소액화유닛을 포함하되, 상기 이산화탄소액화유닛에서 생성된 액화이산화탄소 중 적어도 일부가 상기 연소기관의 흡기관으로 공급된다.An exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is an exhaust pipe through which exhaust gas generated in a combustion engine is discharged, and carbon dioxide installed on the exhaust pipe to remove carbon dioxide contained in the exhaust gas. A collection unit and a carbon dioxide liquefaction unit for liquefying the carbon dioxide separated from the carbon dioxide capture unit, wherein at least a portion of the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit is supplied to the intake pipe of the combustion engine.

상기 액화이산화탄소는 상기 흡기관으로 공급되기 전에 기화하여 기체 상태의 이산화탄소가 상기 연소기관으로 공급될 수 있다.The liquefied carbon dioxide may be vaporized before being supplied to the intake pipe, and gaseous carbon dioxide may be supplied to the combustion engine.

상기 이산화탄소포집유닛은, 상기 배기가스에 흡수제를 분사하는 흡수부와, 상기 흡수부로부터 이산화탄소가 흡수된 상기 흡수제를 공급받아 상기 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하는 재생부, 및 상기 재생부에서 상기 흡수부로 순환되는 이산화탄소가 분리된 상기 흡수제를 상기 흡기관으로 공급되는 상기 액화이산화탄소와 열교환하여 냉각하는 인터쿨러를 포함할 수 있다.The carbon dioxide collecting unit includes an absorption unit for injecting an absorbent into the exhaust gas, a regeneration unit receiving the absorbent in which carbon dioxide is absorbed from the absorption unit and separating carbon dioxide from the absorbent, and circulating from the regeneration unit to the absorption unit. and an intercooler for cooling the absorbent from which carbon dioxide is separated by heat exchange with the liquefied carbon dioxide supplied to the intake pipe.

상기 이산화탄소포집유닛은, 폐루프 독립 사이클을 구성하여 상기 인터쿨러를 경유하며, 상기 흡수제와 열교환하는 냉매가 순환하는 순환관, 및 상기 냉매와 상기 액화이산화탄소를 열교환하는 보조인터쿨러를 더 포함하되, 상기 보조인터쿨러를 통과한 상기 액화이산화탄소가 기화되어 상기 연소기관으로 공급될 수 있다.The carbon dioxide capturing unit further includes a circulation pipe in which a refrigerant exchanging heat with the absorbent circulates through the intercooler in a closed loop independent cycle, and an auxiliary intercooler for exchanging heat between the refrigerant and the liquefied carbon dioxide. The liquefied carbon dioxide passing through the intercooler may be vaporized and supplied to the combustion engine.

상기 배기가스 처리장치는, 상기 이산화탄소액화유닛 후단에 설치되어 상기 액화이산화탄소를 저장하는 저장탱크를 더 포함하되, 상기 저장탱크에 저장된 상기 액화이산화탄소와, 상기 액화이산화탄소가 기화된 이산화탄소 중 적어도 하나가 상기 보조인터쿨러로 공급될 수 있다.The exhaust gas treatment device further includes a storage tank installed at a rear end of the carbon dioxide liquefaction unit to store the liquefied carbon dioxide, wherein at least one of the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank and the carbon dioxide vaporized from the liquefied carbon dioxide is stored in the liquefied carbon dioxide. It can be supplied as an auxiliary intercooler.

본 발명에 따르면, 배기가스로부터 분리된 이산화탄소를 연소기관의 흡기관으로 공급하므로, 연료의 메탄가가 조절되고 연소온도가 낮아져 배기가스에 포함되는 질소산화물의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 선택적촉매환원반응기, 요소수 탱크 등의 설비가 생략될 수 있으며, 이에 따라, 유지 비용을 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도가 증대될 수 있다.According to the present invention, since the carbon dioxide separated from the exhaust gas is supplied to the intake pipe of the combustion engine, the methane number of the fuel is controlled and the combustion temperature is lowered, thereby reducing the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas. Accordingly, facilities such as a selective catalytic reduction reactor and a urea water tank may be omitted, and thus, maintenance costs may be reduced and utilization of space in a ship may be increased.

또한, 액화된 이산화탄소의 냉열을 이용하여 흡수제를 냉각하므로, 흡수제의 냉각에 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치의 효율적인 운용이 가능하다.In addition, since the absorbent is cooled using the cooling heat of liquefied carbon dioxide, energy consumed for cooling the absorbent can be reduced, enabling efficient operation of the device.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 배기가스 처리장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
1 is a diagram schematically showing an exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention.
2 is an operation diagram for explaining the operation of the exhaust gas treatment device.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, an exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치는 연소기관에서 연료의 연소에 따라 생성된 배기가스에 포함된 이산화탄소의 농도를 줄이는 장치로, 선박에 설치되어 조선, 해양 분야에서 발생되는 배기가스를 처리하는데 사용될 수 있다.An exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention is a device that reduces the concentration of carbon dioxide contained in exhaust gas generated by combustion of fuel in a combustion engine, and is installed on a ship to treat exhaust gas generated in shipbuilding and marine fields. can be used to

배기가스 처리장치는 배기가스로부터 분리된 이산화탄소를 연소기관의 흡기관으로 공급하므로, 연료의 메탄가가 조절되고 연소온도가 낮아져 배기가스에 포함되는 질소산화물의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 선택적촉매환원반응기, 요소수 탱크 등의 설비가 생략될 수 있으며, 이에 따라, 유지 비용을 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도가 증대될 수 있다. 또한, 액화된 이산화탄소의 냉열을 이용하여 흡수제를 냉각하므로, 흡수제의 냉각에 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치의 효율적인 운용이 가능한 특징이 있다.Since the exhaust gas treatment device supplies carbon dioxide separated from the exhaust gas to the intake pipe of the combustion engine, the methane number of the fuel is adjusted and the combustion temperature is lowered, thereby reducing the amount of nitrogen oxides included in the exhaust gas. Accordingly, facilities such as a selective catalytic reduction reactor and a urea water tank may be omitted, and thus, maintenance costs may be reduced and utilization of space in a ship may be increased. In addition, since the absorbent is cooled using the cooling heat of liquefied carbon dioxide, energy consumed for cooling the absorbent can be reduced, thereby enabling efficient operation of the apparatus.

이하, 도 1을 참조하여, 배기가스 처리장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 1 , the exhaust gas treatment device 1 will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing an exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 배기가스 처리장치(1)는 배기관(10)과, 이산화탄소포집유닛(20), 및 이산화탄소액화유닛(30)을 포함한다.An exhaust gas treatment device 1 according to the present invention includes an exhaust pipe 10, a carbon dioxide capture unit 20, and a carbon dioxide liquefaction unit 30.

배기관(10)은 연소기관(100)에서 생성된 배기가스가 배출되는 관으로, 일단이 연소기관(100)에 연결되고 타단이 연통(도시되지 않음)에 연결된다. 연소기관(100)은 연료를 연소하여 동력을 생성하므로, 연료의 연소에 따른 배기가스가 발생되며, 발생된 배기가스는 배기관(10)을 통해 배출된다. 배기관(10) 상에는 이산화탄소포집유닛(20)이 설치된다.The exhaust pipe 10 is a pipe through which exhaust gas generated in the combustion engine 100 is discharged, and one end is connected to the combustion engine 100 and the other end is connected to a communication (not shown). Since the combustion engine 100 generates power by burning fuel, exhaust gas is generated according to the combustion of the fuel, and the generated exhaust gas is discharged through the exhaust pipe 10 . A carbon dioxide collecting unit 20 is installed on the exhaust pipe 10 .

이산화탄소포집유닛(20)은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 것으로, 흡수부(21)와, 재생부(22), 및 인터쿨러(23)를 포함한다.The carbon dioxide collecting unit 20 removes carbon dioxide contained in exhaust gas, and includes an absorption unit 21, a regeneration unit 22, and an intercooler 23.

흡수부(21)는 배기관(10)을 통해 공급받은 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 무화(霧化) 또는 미립자화(微粒子化)하여 분사하는 것으로, 여기서, 흡수제라 함은, 이산화탄소를 흡수하는 성질이 있는 용액, 예를 들어, 아민(amine) 화합물 또는 암모니아의 수용액일 수 있다. 흡수부(21)는 선박의 요동에 용이하게 대처할 수 있도록 기체 접촉 방식의 흡수탑로 형성될 수 있으나, 이에 한정될 것은 아니며, 다양한 방식이 적용될 수도 있다. 배기가스는 흡수부(21) 하부로 공급되어 흡수부(21) 상부에서 분사되는 흡수제와 접촉하며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수되어 배기가스로부터 제거될 수 있다. 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수부(21) 상부를 통해 외부로 배출되는데, 이산화탄소가 흡수제에 흡수될 때 발열 반응이 일어나므로, 흡수부(21) 상부에서 별도의 냉각과정을 거친 후 배출될 수 있다. 예를 들어, 배기가스는 흡수부(21) 상부에서 분사되는 청수 등의 냉각매체와 기액 접촉하여 냉각된 후 배출될 수 있으며, 배기가스와 접촉한 냉각매체는 집수되어 흡수부(21) 외부로 배출된 후 가압 및 냉각 과정을 거쳐 다시 흡수부(21)로 순환될 수 있다. 흡수부(21)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 공급라인(21a)을 따라 재생부(22)로 공급된다.The absorption unit 21 atomizes or atomizes an absorbent for absorbing carbon dioxide into the exhaust gas supplied through the exhaust pipe 10 and sprays it. Here, the absorbent refers to absorbing carbon dioxide. It may be a solution having the property of reducing, for example, an amine compound or an aqueous solution of ammonia. The absorption unit 21 may be formed as a gas contact type absorption tower to easily cope with ship rocking, but is not limited thereto, and various methods may be applied. The exhaust gas is supplied to the lower part of the absorbing part 21 and contacts the absorbent sprayed from the upper part of the absorbing part 21. As a result, carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed by the absorbent and can be removed from the exhaust gas. Exhaust gas from which carbon dioxide has been removed is discharged to the outside through the upper part of the absorbing part 21. Since an exothermic reaction occurs when carbon dioxide is absorbed into the absorbent, it can be discharged after a separate cooling process at the upper part of the absorbing part 21. there is. For example, the exhaust gas may be cooled in gas-liquid contact with a cooling medium such as fresh water sprayed from the top of the absorber 21 and then discharged, and the cooling medium in contact with the exhaust gas is collected and discharged outside the absorber 21. After being discharged, it may be circulated back to the absorption unit 21 through pressurization and cooling processes. The absorbent that has absorbed carbon dioxide in the absorption unit 21 is supplied to the regeneration unit 22 along the supply line 21a.

공급라인(21a)은 일단이 흡수부(21) 하부에 연결되고 타단이 재생부(22) 상부에 연결되어, 흡수부(21)에서 배출된 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생부(22) 상부로 공급할 수 있다. 공급라인(21a) 상에는 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 가압하는 펌프(21b)와, 공급라인(21a)과 후술할 제2 순환라인(22b)을 열교환하는 열교환기(21c)가 설치될 수 있다. 열교환기(21c)는 흡수부(21)에서 배출된 약 40~50℃의 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 재생부(22)에서 배출된 약 80~150℃의 이산화탄소가 분리된 흡수제와 열교환하여 가열한다. 즉, 열교환기(21c)는 공급라인(21a)을 통해 흡수부(21)에서 재생부(22)로 공급되는 흡수제와, 제2 순환라인(22b)을 통해 재생부(22)에서 흡수부(21)로 순환되는 흡수제를 열교환하여, 재생부(22)로 공급되는 흡수제의 온도는 높이고 흡수부(21)로 순환되는 흡수제의 온도는 낮추는 역할을 한다. 따라서, 흡수부(21)에서 이산화탄소가 흡수제에 용이하게 흡수될 수 있고, 재생부(22)에서 이산화탄소가 흡수제로부터 용이하게 분리될 수 있다. 열교환기(21c)에서 가열된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 재생부(22) 상부로 유입될 수 있다.The supply line 21a has one end connected to the lower part of the absorbing part 21 and the other end connected to the upper part of the regenerating part 22, so that the absorbent absorbing the carbon dioxide discharged from the absorbing part 21 is transferred to the upper part of the regenerating part 22. can supply A pump 21b for pressurizing an absorbent for absorbing carbon dioxide and a heat exchanger 21c for exchanging heat between the supply line 21a and a second circulation line 22b to be described below may be installed on the supply line 21a. The heat exchanger 21c heats the absorbent that has absorbed the carbon dioxide at about 40 to 50° C. discharged from the absorption unit 21 with the absorbent from which the carbon dioxide at about 80 to 150° C. discharged from the regeneration unit 22 is separated and heat exchanged. do. That is, the heat exchanger 21c includes the absorbent supplied from the absorption unit 21 to the regeneration unit 22 through the supply line 21a, and the absorption unit from the regeneration unit 22 through the second circulation line 22b. The absorbent circulated to 21) is heat-exchanged to increase the temperature of the absorbent supplied to the regeneration unit 22 and lower the temperature of the absorbent circulated to the absorption unit 21. Accordingly, carbon dioxide can be easily absorbed into the absorbent in the absorption section 21, and carbon dioxide can be easily separated from the absorbent in the regeneration section 22. The absorbent absorbing the carbon dioxide heated in the heat exchanger 21c may be introduced into the upper part of the regeneration unit 22 .

재생부(22)는 흡수부(21)로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받아 흡수제로부터 이산화탄소를 분리한다. 보다 구체적으로, 열교환기(21c)에서 가열된 후 재생부(22) 상부로 공급된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는, 재생부(22) 상부에서 하부로 흐르면서 열에너지에 의해 이산화탄소가 분리된다. 이 때, 재생부(22) 내 흡수제 중 일부는 제1 순환라인(22a)을 통해 리보일러(26)로 유입되어 가열되며, 리보일러(26)의 가열에 의해 흡수제로부터 발생된 이산화탄소와 증기는 제1 순환라인(22a)을 통해 재생부(22)로 공급되어 열에너지를 추가로 제공하면서 이산화탄소의 분리 효율을 높일 수 있다. 전술한 바와 같이, 재생부(22)로 공급되는 흡수제는 열교환기(21c)에서 가열된 상태이고, 리보일러(26)에서 가열된 흡수제로부터 발생된 이산화탄소와 증기가 열에너지를 추가로 제공하므로, 이산화탄소가 흡수제로부터 용이하게 분리될 수 있다. 흡수제로부터 분리된 고농도의 이산화탄소는 재생부(22) 상부로 배출되어 응축기(22c)와 환류드럼(22d)을 차례로 통과하며 수분이 제거되고, 이산화탄소로부터 분리된 수분은 가압되어 다시 재생부(22)로 순환될 수 있다.The regeneration unit 22 receives the absorbent in which carbon dioxide is absorbed from the absorption unit 21 and separates carbon dioxide from the absorbent. More specifically, the absorbent absorbing the carbon dioxide supplied to the top of the regeneration unit 22 after being heated in the heat exchanger 21c flows from the top to the bottom of the regeneration unit 22, and carbon dioxide is separated by thermal energy. At this time, some of the absorbent in the regenerator 22 flows into the reboiler 26 through the first circulation line 22a and is heated, and carbon dioxide and steam generated from the absorbent by heating the reboiler 26 It is supplied to the regeneration unit 22 through the first circulation line 22a to provide additional thermal energy while increasing the efficiency of carbon dioxide separation. As described above, since the absorbent supplied to the regeneration unit 22 is heated in the heat exchanger 21c and the carbon dioxide and steam generated from the absorbent heated in the reboiler 26 additionally provide thermal energy, carbon dioxide can be easily separated from the absorbent. The high-concentration carbon dioxide separated from the absorbent is discharged to the upper part of the regeneration unit 22 and passes through the condenser 22c and the reflux drum 22d in order to remove moisture, and the water separated from the carbon dioxide is pressurized and returned to the regeneration unit 22 can be cycled through

전술한 제2 순환라인(22b)은 재생부(22)에서 배출되는 흡수제를 흡수부(21)으로 순환시키며, 제2 순환라인(22b) 상에는 전술한 열교환기(21c)와, 펌프(221), 및 인터쿨러(23)가 설치될 수 있다. 재생부(22)에서 배출되어 제2 순환라인(22b)을 유동하는 약 80~150℃의 이산화탄소가 분리된 흡수제는 열교환기(21c)에서 공급라인(21a)을 유동하는 흡수제와 열교환하여 1차로 냉각되며, 펌프(221)에서 가압된 후 인터쿨러(23)에서 2차로 냉각되어 약 30~50℃로 흡수부(21)에 공급될 수 있다. 인터쿨러(23)에 대해서는 후술하여 보다 구체적으로 설명한다.The above-described second circulation line 22b circulates the absorbent discharged from the regeneration unit 22 to the absorption unit 21, and the above-described heat exchanger 21c and the pump 221 are installed on the second circulation line 22b. , and the intercooler 23 may be installed. The absorbent from which carbon dioxide at about 80 to 150 ° C. is separated from the carbon dioxide discharged from the regeneration unit 22 and flowing through the second circulation line 22b exchanges heat with the absorbent flowing through the supply line 21a in the heat exchanger 21c to be first It is cooled, and after being pressurized by the pump 221, it is secondarily cooled by the intercooler 23 and supplied to the absorption unit 21 at about 30 to 50 °C. The intercooler 23 will be described later in more detail.

한편, 환류드럼(22d)에서 배출된 이산화탄소는 이산화탄소액화유닛(30)으로 공급되어 액화되며, 이산화탄소액화유닛(30)에서 생성된 액화이산화탄소 중 적어도 일부는 연소기관(100)의 흡기관(110)으로 공급된다. 이 때, 액화이산화탄소는 흡기관(110)으로 공급되기 전에 기화하여 기체 상태의 이산화탄소가 연소기관(100)으로 공급될 수 있다. 이산화탄소액화유닛(30)에서 생성된 액화이산화탄소가 기화되어 흡기관(110)으로 공급됨으로써, 연료의 메탄가가 조절되고 연소온도가 낮아져 배기가스에 포함되는 질소산화물의 양을 줄일 수 있다. 배기가스에 포함된 질소산화물의 양이 줄어듦에 따라, 선택적촉매환원반응기, 요소수 탱크 등의 설비가 생략될 수 있으며, 이에 따라, 유지 비용을 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도가 증대될 수 있다.On the other hand, the carbon dioxide discharged from the reflux drum 22d is supplied to the carbon dioxide liquefaction unit 30 and liquefied, and at least some of the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit 30 is supplied to the intake pipe 110 of the combustion engine 100 supplied with At this time, the liquefied carbon dioxide may be vaporized before being supplied to the intake pipe 110, and thus gaseous carbon dioxide may be supplied to the combustion engine 100. As the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit 30 is vaporized and supplied to the intake pipe 110, the methane number of the fuel is adjusted and the combustion temperature is lowered, thereby reducing the amount of nitrogen oxides included in the exhaust gas. As the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is reduced, equipment such as a selective catalytic reduction reactor and a urea water tank can be omitted, thereby reducing maintenance costs and increasing the utilization of space in the ship. there is.

이산화탄소액화유닛(30)에서 생성된 액화이산화탄소는 이산화탄소액화유닛(30) 후단에 설치된 저장탱크(40)에 저장되고, 저장탱크(40)에 저장된 액화이산화탄소와 액화이산화탄소가 기화된 이산화탄소 중 적어도 하나는 필요 시 인터쿨러(23)에 냉열을 전달한 후 흡기관(110)으로 공급될 수 있다. 액화이산화탄소와 액화이산화탄소가 기화된 이산화탄소 중 적어도 하나가 인터쿨러(23)에 냉열을 전달함으로써, 흡수제의 냉각에 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치 효율이 증대될 수 있다. 보다 구체적으로, 인터쿨러(23)는 재생부(22)에서 흡수부(21)로 순환되는 이산화탄소가 분리된 흡수제를, 흡기관(110)으로 공급되는 액화이산화탄소와 직접 또는 간접적으로 열교환하여 냉각할 수 있다. 이하, 인터쿨러(23)가 흡수제와 액화이산화탄소를 간접적으로 열교환하는 구조를 보다 중점적으로 설명한다. 인터쿨러(23)에는 순환관(24)이 경유하고, 순환관(24)은 폐루프 독립 사이클을 구성하여 흡수제와 열교환하는 냉매가 순환할 수 있다. 즉, 인터쿨러(23)는 제2 순환라인(22b)을 유동하는 이산화탄소가 분리된 흡수제와, 순환관(24)을 유동하는 냉매를 열교환하여 흡수제를 냉각시킨다. 순환관(24)은 보조인터쿨러(25)를 경유하고, 보조인터쿨러(25)는 저장탱크(40)로부터 공급되는 액화이산화탄소 또는 기화된 이산화탄소 중 적어도 하나와 냉매를 열교환하므로, 흡수제와 열교환하여 가열된 냉매는 다시 냉각될 수 있다. 보조인터쿨러(25)에서 액화이산화탄소와 냉매가 열교환하는 경우, 액화이산화탄소는 냉열을 뺏겨 기화될 수 있으며, 기화된 이산화탄소와 냉매가 열교환하는 경우, 이산화탄소는 온도가 상승할 수 있다. 저장탱크(40)에 저장된 액화이산화탄소는 제1 유동관(41)을 따라 유동하고, 저장탱크(40)에 저장된 액화이산화탄소가 기화된 이산화탄소는 제2 유동관(42)을 따라 유동하며, 제1 유동관(41)과 제2 유동관(42)은 합류관(43)에 합류될 수 있다. 합류관(43)은 보조인터쿨러(25)를 관통하여 흡기관(110)에 연결되므로, 보조인터쿨러(25)를 통과한 액화이산화탄소는 기화되어 연소기관(100)으로 공급될 수 있다.The liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit 30 is stored in the storage tank 40 installed at the rear end of the carbon dioxide liquefaction unit 30, and at least one of the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank 40 and the carbon dioxide vaporized from the liquefied carbon dioxide If necessary, cold heat may be transferred to the intercooler 23 and then supplied to the intake pipe 110 . Since at least one of liquefied carbon dioxide and carbon dioxide vaporized from liquefied carbon dioxide transfers cold heat to the intercooler 23, energy consumed for cooling the absorbent can be reduced, thereby increasing device efficiency. More specifically, the intercooler 23 may cool the absorbent from which carbon dioxide circulated from the regeneration unit 22 to the absorption unit 21 is separated by heat exchange with liquefied carbon dioxide supplied to the intake pipe 110, directly or indirectly. there is. Hereinafter, a structure in which the intercooler 23 indirectly exchanges heat between the absorbent and the liquefied carbon dioxide will be more intensively described. A circulation pipe 24 passes through the intercooler 23, and the circulation pipe 24 configures a closed loop independent cycle so that a refrigerant exchanging heat with an absorbent can circulate. That is, the intercooler 23 cools the absorbent by exchanging heat between the absorbent from which carbon dioxide is separated flowing through the second circulation line 22b and the refrigerant flowing through the circulation pipe 24. The circulation pipe 24 passes through the auxiliary intercooler 25, and the auxiliary intercooler 25 exchanges heat with at least one of liquefied carbon dioxide or vaporized carbon dioxide supplied from the storage tank 40 and the refrigerant, so that heat is exchanged with the absorbent and heated The refrigerant can be cooled again. When the liquefied carbon dioxide and the refrigerant exchange heat in the auxiliary intercooler 25, the liquefied carbon dioxide may lose cold heat and be vaporized, and when the vaporized carbon dioxide and the refrigerant exchange heat, the temperature of the carbon dioxide may rise. The liquefied carbon dioxide stored in the storage tank 40 flows along the first flow pipe 41, and the carbon dioxide vaporized from the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank 40 flows along the second flow pipe 42, and the first flow pipe ( 41) and the second flow pipe 42 may join the joining pipe 43. Since the confluence pipe 43 passes through the auxiliary intercooler 25 and is connected to the intake pipe 110 , the liquefied carbon dioxide passing through the auxiliary intercooler 25 may be vaporized and supplied to the combustion engine 100 .

이하, 도 2를 참조하여, 배기가스 처리장치(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, the operation of the exhaust gas treatment device 1 will be described in more detail.

도 2는 배기가스 처리장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.2 is an operation diagram for explaining the operation of the exhaust gas treatment device.

본 발명에 따른 배기가스 처리장치(1)는 배기가스로부터 분리된 이산화탄소를 연소기관(100)의 흡기관(110)으로 공급하므로, 연료의 메탄가가 조절되고 연소온도가 낮아져 배기가스에 포함되는 질소산화물의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 선택적촉매환원반응기, 요소수 탱크 등의 설비가 생략될 수 있으며, 이에 따라, 유지 비용을 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도가 증대될 수 있다. 또한, 액화된 이산화탄소의 냉열을 이용하여 흡수제를 냉각하므로, 흡수제의 냉각에 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치의 효율적인 운용이 가능하다.Since the exhaust gas treatment device 1 according to the present invention supplies carbon dioxide separated from exhaust gas to the intake pipe 110 of the combustion engine 100, the methane number of the fuel is adjusted and the combustion temperature is lowered, thereby reducing nitrogen contained in the exhaust gas. The amount of oxide can be reduced. Accordingly, facilities such as a selective catalytic reduction reactor and a urea water tank may be omitted, and thus, maintenance costs may be reduced and utilization of space in a ship may be increased. In addition, since the absorbent is cooled using the cooling heat of liquefied carbon dioxide, energy consumed for cooling the absorbent can be reduced, enabling efficient operation of the device.

연소기관(100)에서 생성된 배기가스는 배기관(10)을 통해 이산화탄소포집유닛(20)의 흡수부(21)로 공급되어 흡수제와 기액 접촉하며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수된다. 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수부(21) 상부에서 별도의 냉각과정을 거친 후 외부로 배출되고, 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 공급라인(21a)을 통해 배출된다. 공급라인(21a)으로 배출된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 펌프(21b)에서 가압된 후 열교환기(21c)에서 제2 순환라인(22b)을 통해 흡수부(21)로 순환되는 흡수제와 열교환하여 가열된 후 재생부(22)로 공급된다. 재생부(22)로 공급된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 재생부(22)의 상부에서 하부로 흐르는 열에너지에 의해 이산화탄소가 분리되고, 이산화탄소가 분리된 흡수제 중 일부는 제1 순환라인(22a)을 통해 리보일러(26)로 유입되어 가열된 후 다시 재생부(22)로 공급된다. 이산화탄소가 분리된 흡수제 중 나머지 일부는 제2 순환라인(22b)을 통해 열교환기(21c)를 통과한 후 인터쿨러(23)를 경유하여 다단으로 냉각된 후 흡수부(21)로 공급된다.The exhaust gas generated in the combustion engine 100 is supplied to the absorbing part 21 of the carbon dioxide collecting unit 20 through the exhaust pipe 10 and comes into gas-liquid contact with the absorbent, whereby the carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed into the absorbent. Absorbed. The exhaust gas from which carbon dioxide is removed is discharged to the outside after a separate cooling process at the top of the absorption unit 21, and the absorbent absorbing carbon dioxide is discharged through the supply line 21a. The absorbent absorbing the carbon dioxide discharged through the supply line 21a is pressurized by the pump 21b and then heated by exchanging heat with the absorbent circulated to the absorber 21 through the second circulation line 22b in the heat exchanger 21c. After being supplied to the regeneration unit (22). The absorbent that absorbs the carbon dioxide supplied to the regeneration unit 22 is separated from carbon dioxide by thermal energy flowing from the top to the bottom of the regeneration unit 22, and some of the absorbent from which the carbon dioxide is separated passes through the first circulation line 22a. After being introduced into the reboiler 26 and heated, it is supplied to the regeneration unit 22 again. The remaining part of the absorbent from which carbon dioxide is separated passes through the heat exchanger 21c through the second circulation line 22b, is cooled in multiple stages through the intercooler 23, and then supplied to the absorption unit 21.

한편, 흡수제로부터 분리된 고농도의 이산화탄소는 재생부(22) 상부로 배출되어 수분이 제거된 후 이산화탄소액화유닛(30)으로 이동하여 액화된다. 이산화탄소액화유닛(30)에서 생성된 액화이산화탄소는 저장탱크(40)에 저장되며, 저장탱크(40)에 저장된 액화이산화탄소 또는 기화된 이산화탄소는 필요 시 제1 유동관(41) 또는 제2 유동관(42)을 통해 합류관(43)으로 유동하여 보조인터쿨러(25)로 공급된다. 보조인터쿨러(25)는 합류관(43)을 유동하는 액화이산화탄소 또는 기화된 이산화탄소와, 순환관(24)을 유동하는 냉매를 열교환하며, 인터쿨러(23)에서 냉각된 냉매는 순환관(24)을 따라 인터쿨러(23)로 이동하여 흡수제에 냉열을 전달한다. 인터쿨러(23)에서 냉매와 열교환한 액화이산화탄소 또는 기화된 이산화탄소는 기화 또는 온도가 상승된 상태로 합류관(43)을 따라 이동하여 흡기관(110)에 공급된다. 연소기관(100)으로 공급된 외기와 이산화탄소는 연료의 메탄가를 조절하고 연소온도를 낮추는 역할을 하며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물의 양이 감소할 수 있다.On the other hand, the high-concentration carbon dioxide separated from the absorbent is discharged to the upper part of the regeneration unit 22, and after moisture is removed, it moves to the carbon dioxide liquefaction unit 30 and is liquefied. The liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit 30 is stored in the storage tank 40, and the liquefied carbon dioxide or vaporized carbon dioxide stored in the storage tank 40 is stored in the first flow pipe 41 or the second flow pipe 42 when necessary. Flows through the confluence pipe 43 and is supplied to the auxiliary intercooler 25. The auxiliary intercooler 25 exchanges heat between liquefied carbon dioxide or vaporized carbon dioxide flowing through the confluence pipe 43 and the refrigerant flowing through the circulation pipe 24, and the refrigerant cooled in the intercooler 23 passes through the circulation pipe 24. It moves to the intercooler 23 along the way and transfers cold heat to the absorbent. The liquefied carbon dioxide or vaporized carbon dioxide that has exchanged heat with the refrigerant in the intercooler 23 moves along the confluence pipe 43 in a vaporized or elevated temperature state and is supplied to the intake pipe 110 . Outside air and carbon dioxide supplied to the combustion engine 100 serve to control the methane number of the fuel and lower the combustion temperature, and as a result, the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be reduced.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

1: 배기가스 처리장치
10: 배기관 20: 이산화탄소포집유닛
21: 흡수부 22: 재생부
23: 인터쿨러 24: 순환관
25: 보조인터쿨러 26: 리보일러
30: 이산화탄소액화유닛 40: 저장탱크
41: 제1 유동관 42: 제2 유동관
43: 합류관
100: 연소기관 110: 흡기관
1: Exhaust gas treatment device
10: exhaust pipe 20: carbon dioxide collecting unit
21: absorption unit 22: regeneration unit
23: intercooler 24: circulation pipe
25: auxiliary intercooler 26: reboiler
30: carbon dioxide liquefaction unit 40: storage tank
41: first flow pipe 42: second flow pipe
43: confluence pipe
100: combustion engine 110: intake pipe

Claims (5)

연소기관에서 생성된 배기가스가 배출되는 배기관;
상기 배기관 상에 설치되어 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소포집유닛, 및
상기 이산화탄소포집유닛에서 분리된 이산화탄소를 액화하는 이산화탄소액화유닛을 포함하되,
상기 이산화탄소액화유닛에서 생성된 액화이산화탄소 중 적어도 일부가 상기 연소기관의 흡기관으로 공급되는 배기가스 처리장치.
Exhaust pipe through which the exhaust gas generated in the combustion engine is discharged;
A carbon dioxide collecting unit installed on the exhaust pipe to remove carbon dioxide contained in the exhaust gas, and
Including a carbon dioxide liquefaction unit for liquefying the carbon dioxide separated from the carbon dioxide capturing unit,
At least a part of the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit is supplied to the intake pipe of the combustion engine.
제1 항에 있어서,
상기 액화이산화탄소는 상기 흡기관으로 공급되기 전에 기화하여 기체 상태의 이산화탄소가 상기 연소기관으로 공급되는 배기가스 처리장치.
According to claim 1,
The liquefied carbon dioxide is vaporized before being supplied to the intake pipe, and gaseous carbon dioxide is supplied to the combustion engine.
제2 항에 있어서, 상기 이산화탄소포집유닛은,
상기 배기가스에 흡수제를 분사하는 흡수부와,
상기 흡수부로부터 이산화탄소가 흡수된 상기 흡수제를 공급받아 상기 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하는 재생부, 및
상기 재생부에서 상기 흡수부로 순환되는 이산화탄소가 분리된 상기 흡수제를 상기 흡기관으로 공급되는 상기 액화이산화탄소와 열교환하여 냉각하는 인터쿨러를 포함하는 배기가스 처리장치.
The method of claim 2, wherein the carbon dioxide collecting unit,
an absorption unit for injecting an absorbent into the exhaust gas;
A regeneration unit receiving the absorbent in which carbon dioxide is absorbed from the absorber and separating carbon dioxide from the absorbent; and
and an intercooler configured to cool the absorbent from which carbon dioxide circulated from the regeneration unit to the absorption unit is separated by exchanging heat with the liquefied carbon dioxide supplied to the intake pipe.
제3 항에 있어서,
폐루프 독립 사이클을 구성하여 상기 인터쿨러를 경유하며, 상기 흡수제와 열교환하는 냉매가 순환하는 순환관, 및
상기 냉매와 상기 액화이산화탄소를 열교환하는 보조인터쿨러를 더 포함하되,
상기 보조인터쿨러를 통과한 상기 액화이산화탄소가 기화되어 상기 연소기관으로 공급되는 배기가스 처리장치.
According to claim 3,
A circulation pipe through which a refrigerant that exchanges heat with the absorber circulates through the intercooler by configuring a closed loop independent cycle, and
Further comprising an auxiliary intercooler for exchanging heat between the refrigerant and the liquefied carbon dioxide,
An exhaust gas treatment device in which the liquefied carbon dioxide passing through the auxiliary intercooler is vaporized and supplied to the combustion engine.
제4 항에 있어서,
상기 이산화탄소액화유닛 후단에 설치되어 상기 액화이산화탄소를 저장하는 저장탱크를 더 포함하되,
상기 저장탱크에 저장된 상기 액화이산화탄소와, 상기 액화이산화탄소가 기화된 이산화탄소 중 적어도 하나가 상기 보조인터쿨러로 공급되는 배기가스 처리장치.
According to claim 4,
Further comprising a storage tank installed at the rear end of the carbon dioxide liquefaction unit to store the liquefied carbon dioxide,
At least one of the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank and the carbon dioxide vaporized from the liquefied carbon dioxide is supplied to the auxiliary intercooler.
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