KR20230050095A - Exhaust gas treatment apparatus - Google Patents

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KR20230050095A
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KR1020210133383A
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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 can comprise: a carbon dioxide collection unit receiving exhaust gas discharged from a combustion engine to separate carbon dioxide contained in the exhaust gas; a carbon dioxide liquefaction unit liquefying the carbon dioxide separated from the carbon dioxide collection unit; and a mixer enabling the liquefied carbon dioxide generated by the carbon dioxide liquefaction unit to be mixed in sucked air supplied to the combustion engine to supply the liquefied carbon dioxide to 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 배출된 배기가스를 공급받아 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소포집유닛과, 상기 이산화탄소포집유닛에서 분리된 이산화탄소를 액화하는 이산화탄소액화유닛, 및 상기 이산화탄소액화유닛에서 생성된 액화이산화탄소를 상기 연소기관으로 공급되는 흡기에 혼합하여 상기 연소기관에 공급하는 혼합기를 포함한다.An exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem includes a carbon dioxide collecting unit receiving exhaust gas discharged from a combustion engine and separating carbon dioxide contained in the exhaust gas, and in the carbon dioxide collecting unit It includes a carbon dioxide liquefaction unit that liquefies the separated carbon dioxide, and a mixer that mixes the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit with intake air supplied to the combustion engine and supplies it to the combustion engine.

상기 혼합기는, 상기 흡기에 상기 액화이산화탄소를 직접 분사하거나 상기 액화이산화탄소가 기화된 기상의 이산화탄소를 분사하여 상기 흡기와 이산화탄소를 혼합할 수 있다.The mixer may mix the intake air with carbon dioxide by directly injecting the liquefied carbon dioxide into the intake air or injecting gaseous carbon dioxide in which the liquefied carbon dioxide is vaporized.

상기 배기가스 처리장치는, 상기 혼합기 전단에 설치되며, 상기 기상의 이산화탄소를 상기 흡기와 열교환하여 상기 혼합기로 공급하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment device may further include a heat exchanger installed at a front end of the mixer and supplying the gaseous carbon dioxide to the mixer by exchanging heat with the intake air.

상기 배기가스 처리장치는, 폐루프 독립 사이클을 구성하여 상기 열교환기를 경유하며 상기 기상의 이산화탄소와 열교환하는 냉매가 순환하는 순환관, 및 상기 냉매와 상기 흡기를 열교환하는 보조열교환기를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment device may further include a circulation pipe in which a refrigerant that exchanges heat with carbon dioxide in the gaseous phase circulates through the heat exchanger in a closed loop independent cycle, and an auxiliary heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and the intake air. .

상기 배기가스 처리장치는, 상기 열교환기 전단에 배치되어 상기 열교환기로 공급되는 상기 흡기를 냉각하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas treatment device may further include a cooler disposed in front of the heat exchanger to cool the intake air supplied to the heat exchanger.

본 발명에 따르면, 배기가스로부터 분리된 이산화탄소를 흡기에 혼합하여 연소기관에 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 carbon dioxide separated from exhaust gas is mixed with the intake air and supplied to 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 흡기를 냉각하므로, 흡기를 냉각하기 위해 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치의 효율적인 운용이 가능하다.In addition, since intake air is cooled using the cooling heat of liquefied carbon dioxide, energy consumed for cooling intake air can be reduced, enabling efficient operation of the device.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 이산화탄소포집유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 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.
FIG. 2 is an enlarged view of the carbon dioxide collecting unit of FIG. 1 .
3 to 5 are operation diagrams 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 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 5, 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 흡기에 혼합하여 연소기관에 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 흡기를 냉각하므로, 흡기를 냉각하기 위해 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치의 효율적인 운용이 가능한 특징이 있다.Since the exhaust gas treatment device mixes carbon dioxide separated from exhaust gas into the intake air and supplies it to 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 intake air is cooled using the cooling heat of liquefied carbon dioxide, energy consumed for cooling intake air can be saved, thereby enabling efficient operation of the device.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 배기가스 처리장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, the exhaust gas treatment device 1 will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 이산화탄소포집유닛을 확대하여 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the carbon dioxide collecting unit of FIG. 1 .

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

이산화탄소포집유닛(10)은 연소기관(100)에서 배출된 배기가스를 공급받아 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 것으로, 연소기관(100)에 연결된 배기관(110)을 통해 배기가스를 공급받을 수 있다. 이산화탄소포집유닛(10)은 흡수부(11)와 재생부(12)를 포함한다.The carbon dioxide collecting unit 10 receives the exhaust gas discharged from the combustion engine 100 and removes the carbon dioxide contained in the exhaust gas, and can receive the exhaust gas through the exhaust pipe 110 connected to the combustion engine 100. there is. The carbon dioxide collecting unit 10 includes an absorption unit 11 and a regeneration unit 12 .

흡수부(11)는 배기관(110)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(11)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(11) 하부로 공급되어 흡수부(11) 상부에서 분사되는 흡수제와 접촉하며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수되어 배기가스로부터 제거될 수 있다. 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수부(11) 상부를 통해 외부로 배출되는데, 이산화탄소가 흡수제에 흡수될 때 발열 반응이 일어나므로, 흡수부(11) 상부에서 별도의 냉각과정을 거친 후 배출될 수 있다. 예를 들어, 배기가스는 흡수부(11) 상부에서 분사되는 청수 등의 냉각매체와 기액 접촉하여 냉각된 후 배출될 수 있으며, 배기가스와 접촉한 냉각매체는 집수되어 흡수부(11) 외부로 배출된 후 가압 및 냉각 과정을 거쳐 다시 흡수부(11)로 순환될 수 있다. 흡수부(11)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 공급라인(11a)을 따라 재생부(12)로 공급된다.The absorption unit 11 atomizes or atomizes an absorbent for absorbing carbon dioxide into the exhaust gas supplied through the exhaust pipe 110 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 11 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 11 and contacts the absorbent sprayed from the upper part of the absorbing part 11. As a result, the 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 absorber 11. Since an exothermic reaction occurs when carbon dioxide is absorbed by the absorber, it can be discharged after a separate cooling process at the upper part of the absorber 11. 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 11 and then discharged, and the cooling medium in contact with the exhaust gas is collected and discharged outside the absorber 11. After being discharged, it may be circulated back to the absorption unit 11 through a pressurization and cooling process. The absorbent that has absorbed carbon dioxide in the absorption unit 11 is supplied to the regeneration unit 12 along the supply line 11a.

공급라인(11a)은 일단이 흡수부(11) 하부에 연결되고 타단이 재생부(12) 상부에 연결되어, 흡수부(11)에서 배출된 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생부(12) 상부로 공급할 수 있다. 공급라인(11a) 상에는 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 가압하는 펌프(11b)와, 공급라인(11a)과 후술할 제2 순환라인(12b)을 열교환하는 열교환부(11c)가 설치될 수 있다. 열교환부(11c)는 흡수부(11)에서 배출된 약 40~50℃의 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 재생부(12)에서 배출된 약 80~150℃의 이산화탄소가 분리된 흡수제와 열교환하여 가열한다. 즉, 열교환부(11c)는 공급라인(11a)을 통해 흡수부(11)에서 재생부(12)로 공급되는 흡수제와, 제2 순환라인(12b)을 통해 재생부(12)에서 흡수부(11)로 순환되는 흡수제를 열교환하여, 재생부(12)로 공급되는 흡수제의 온도는 높이고 흡수부(11)로 순환되는 흡수제의 온도는 낮추는 역할을 한다. 따라서, 흡수부(11)에서 이산화탄소가 흡수제에 용이하게 흡수될 수 있고, 재생부(12)에서 이산화탄소가 흡수제로부터 용이하게 분리될 수 있다. 열교환부(11c)에서 가열된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 재생부(12) 상부로 유입될 수 있다.The supply line 11a has one end connected to the lower part of the absorption part 11 and the other end connected to the upper part of the regeneration part 12, so that the absorbent absorbing the carbon dioxide discharged from the absorption part 11 is transferred to the upper part of the regeneration part 12. can supply A pump 11b for pressurizing an absorbent for absorbing carbon dioxide and a heat exchange unit 11c for exchanging heat between the supply line 11a and a second circulation line 12b to be described later may be installed on the supply line 11a. The heat exchanging unit 11c heats the absorbent that has absorbed carbon dioxide at about 40 to 50° C. discharged from the absorption unit 11 with the absorbent from which the carbon dioxide at about 80 to 150° C. discharged from the regeneration unit 12 is separated and heat-exchanged. do. That is, the heat exchanging unit 11c includes the absorbent supplied from the absorption unit 11 to the regeneration unit 12 through the supply line 11a, and the absorption unit 12 from the regeneration unit 12 through the second circulation line 12b. 11) heat exchange of the absorbent circulated to increase the temperature of the absorbent supplied to the regeneration unit 12 and lower the temperature of the absorbent circulated to the absorption unit 11. Accordingly, carbon dioxide can be easily absorbed into the absorbent in the absorption section 11, and carbon dioxide can be easily separated from the absorbent in the regeneration section 12. The absorbent absorbing the carbon dioxide heated in the heat exchanger 11c may be introduced into the upper part of the regeneration unit 12 .

재생부(12)는 흡수부(11)로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받아 흡수제로부터 이산화탄소를 분리한다. 보다 구체적으로, 열교환부(11c)에서 가열된 후 재생부(12) 상부로 공급된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는, 재생부(12) 상부에서 하부로 흐르면서 열에너지에 의해 이산화탄소가 분리된다. 이 때, 재생부(12) 내 흡수제 중 일부는 제1 순환라인(12a)을 통해 리보일러(13)로 유입되어 가열되며, 리보일러(13)의 가열에 의해 흡수제로부터 발생된 이산화탄소와 증기는 제1 순환라인(12a)을 통해 재생부(12)로 공급되어 열에너지를 추가로 제공하면서 이산화탄소의 분리 효율을 높일 수 있다. 전술한 바와 같이, 재생부(12)로 공급되는 흡수제는 열교환부(11c)에서 가열된 상태이고, 리보일러(13)에서 가열된 흡수제로부터 발생된 이산화탄소와 증기가 열에너지를 추가로 제공하므로, 이산화탄소가 흡수제로부터 용이하게 분리될 수 있다. 흡수제로부터 분리된 고농도의 이산화탄소는 재생부(12) 상부로 배출되어 응축기(12c)와 환류드럼(12d)을 차례로 통과하며 수분이 제거되고, 이산화탄소로부터 분리된 수분은 가압되어 다시 재생부(12)로 순환될 수 있다.The regeneration unit 12 receives the absorbent in which carbon dioxide is absorbed from the absorption unit 11 and separates carbon dioxide from the absorbent. More specifically, the absorbent absorbing the carbon dioxide supplied to the top of the regeneration unit 12 after being heated in the heat exchange unit 11c flows from the top to the bottom of the regeneration unit 12, and carbon dioxide is separated by thermal energy. At this time, some of the absorbent in the regenerator 12 flows into the reboiler 13 through the first circulation line 12a and is heated, and carbon dioxide and steam generated from the absorbent by heating the reboiler 13 It is supplied to the regeneration unit 12 through the first circulation line 12a to provide additional thermal energy while increasing the efficiency of carbon dioxide separation. As described above, since the absorbent supplied to the regeneration unit 12 is in a heated state in the heat exchange unit 11c, and the carbon dioxide and steam generated from the absorbent heated in the reboiler 13 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 12 and passes through the condenser 12c and the reflux drum 12d in turn to remove moisture, and the water separated from the carbon dioxide is pressurized and returned to the regeneration unit 12 can be cycled through

전술한 제2 순환라인(12b)은 재생부(12)에서 배출되는 흡수제를 흡수부(11)으로 순환시키며, 제2 순환라인(12b) 상에는 전술한 열교환부(11c)와, 펌프(121), 및 쿨러(122)가 설치될 수 있다. 재생부(12)에서 배출되어 제2 순환라인(12b)을 유동하는 약 80~150℃의 이산화탄소가 분리된 흡수제는 열교환부(11c)에서 공급라인(11a)을 유동하는 흡수제와 열교환하여 1차로 냉각되며, 펌프(121)에서 가압된 후 쿨러(122)에서 2차로 냉각되어 약 30~50℃로 흡수부(11)에 공급될 수 있다.The above-described second circulation line 12b circulates the absorbent discharged from the regeneration unit 12 to the absorption unit 11, and on the second circulation line 12b, the aforementioned heat exchange unit 11c and the pump 121 , and the cooler 122 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 12 and flowing through the second circulation line 12b exchanges heat with the absorbent flowing through the supply line 11a in the heat exchange unit 11c to be primary. It is cooled, and after being pressurized by the pump 121, it can be secondarily cooled by the cooler 122 and supplied to the absorption unit 11 at about 30 to 50°C.

한편, 환류드럼(12d)에서 배출된 이산화탄소는 이산화탄소액화유닛(20)으로 공급된다. 이산화탄소액화유닛(20)은 이산화탄소포집유닛(10)에서 분리된 이산화탄소를 냉각하여 액화하고, 이산화탄소액화유닛(20)에서 생성된 액화이산화탄소는 혼합기(30)로 공급된다.Meanwhile, the carbon dioxide discharged from the reflux drum 12d is supplied to the carbon dioxide liquefaction unit 20. The carbon dioxide liquefaction unit 20 cools and liquefies the carbon dioxide separated from the carbon dioxide capture unit 10, and the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit 20 is supplied to the mixer 30.

혼합기(30)는 액화이산화탄소를 연소기관(100)으로 공급되는 흡기에 혼합하여 연소기관(100)에 공급하는 것으로, 압력탱크 형태로 형성되어 흡기관(120) 상에 설치될 수 있다. 여기서, 흡기라 함은, 연소기관(100)의 기통 내부로 유입되는 공기를 통칭하며, 통상의 흡기(inlet air)뿐만 아니라 소기(scavenge air)도 포함할 수 있다. 혼합기(30)는 흡기에 액화이산화탄소를 직접 분사하거나 액화이산화탄소가 기화된 기상의 이산화탄소를 분사하여 흡기와 이산화탄소를 혼합할 수 있다. 액화이산화탄소 또는 기화된 기상의 이산화탄소가 흡기에 혼합되어 연소기관(100)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.The mixer 30 mixes liquefied carbon dioxide with intake air supplied to the combustion engine 100 and supplies it to the combustion engine 100, and may be formed in the form of a pressure tank and installed on the intake pipe 120. Here, the intake air collectively refers to air introduced into the cylinder of the combustion engine 100, and may include normal intake air as well as scavenge air. The mixer 30 may mix the intake air and carbon dioxide by directly injecting liquefied carbon dioxide into the intake air or injecting gaseous carbon dioxide in which the liquefied carbon dioxide is vaporized. When liquefied carbon dioxide or vaporized carbon dioxide is mixed with the intake air and supplied to the combustion engine 100, the methane number of the fuel is adjusted and the combustion temperature is lowered, thereby reducing the amount of nitrogen oxides contained 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(20)에서 생성된 액화이산화탄소는 저장탱크(80)에 저장되고, 저장탱크(80)에 저장된 액화이산화탄소 또는 액화이산화탄소가 기화되어 생성된 기상의 이산화탄소는 필요 시 혼합기(30)로 공급될 수 있다. 저장탱크(80)에는 액화이산화탄소를 혼합기(30)로 공급하는 제2 유동관(82)과, 기상의 이산화탄소를 혼합기(30)로 공급하는 제1 유동관(81)이 각각 연결되며, 제1 유동관(81)은 후술할 열교환기(40)를 경유하는 경유관(81a)과, 열교환기(40)를 우회하는 우회관(81b)으로 분기될 수 있다.The liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit 20 is stored in the storage tank 80, and the gaseous carbon dioxide generated by vaporizing the liquefied carbon dioxide or liquefied carbon dioxide stored in the storage tank 80 is supplied to the mixer 30 when necessary. It can be. A second flow pipe 82 for supplying liquefied carbon dioxide to the mixer 30 and a first flow pipe 81 for supplying gaseous carbon dioxide to the mixer 30 are respectively connected to the storage tank 80, and the first flow pipe ( 81) may branch into a via pipe 81a passing through the heat exchanger 40, which will be described later, and a bypass pipe 81b bypassing the heat exchanger 40.

열교환기(40)는 혼합기(30) 전단의 경유관(81a) 상에 설치되며, 기상의 이산화탄소를 흡기와 직접 또는 간접적으로 열교환하여 혼합기(30)로 공급할 수 있다. 기상의 이산화탄소가 흡기와 열교환함으로써, 흡기의 냉각에 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치 효율이 증대될 수 있다. 이하, 열교환기(40)가 기상의 이산화탄소와 흡기를 간접적으로 열교환하는 구조를 보다 중점적으로 설명한다. 열교환기(40)에는 순환관(50)이 경유하고, 순환관(50)은 폐루프 독립 사이클을 구성하여 기상의 이산화탄소와 열교환하는 냉매가 순환할 수 있다. 순환관(50)은 흡기관(120) 상에 설치된 보조열교환기(60)를 경유하며, 보조열교환기(60)는 냉매와 흡기를 열교환할 수 있다. 즉, 열교환기(40)에서 기상의 이산화탄소와 열교환하여 냉열을 전달받은 냉매는, 순환관(50)을 통해 보조열교환기(60)로 이동하여 흡기에 냉열을 전달할 수 있다. 열교환기(40) 전단의 흡기관(120) 상에는 냉각기(70)가 설치될 수 있으며, 냉각기(70)는 해수 등의 냉각매체와 열교환하여 열교환기(40)로 공급되는 흡기를 냉각시킬 수 있다.The heat exchanger 40 is installed on the via pipe 81a at the front end of the mixer 30, and can supply gaseous carbon dioxide to the mixer 30 by directly or indirectly exchanging heat with intake air. By exchanging heat between gaseous carbon dioxide and intake air, energy consumed for cooling intake air can be saved, and thus device efficiency can be increased. Hereinafter, a structure in which the heat exchanger 40 indirectly exchanges heat with gaseous carbon dioxide and intake air will be described with more emphasis. A circulation pipe 50 passes through the heat exchanger 40, and the circulation pipe 50 configures a closed loop independent cycle so that a refrigerant exchanging heat with gaseous carbon dioxide can circulate. The circulation pipe 50 passes through the auxiliary heat exchanger 60 installed on the intake pipe 120, and the auxiliary heat exchanger 60 may heat-exchange the refrigerant and intake air. That is, the refrigerant that receives cold heat by exchanging heat with gaseous carbon dioxide in the heat exchanger 40 moves to the auxiliary heat exchanger 60 through the circulation pipe 50 and transfers the cold heat to the intake air. A cooler 70 may be installed on the intake pipe 120 at the front end of the heat exchanger 40, and the cooler 70 may cool the intake air supplied to the heat exchanger 40 by exchanging heat with a cooling medium such as seawater. .

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 배기가스 처리장치(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 to 5, the operation of the exhaust gas treatment device 1 will be described in more detail.

도 3 내지 도 5는 배기가스 처리장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.3 to 5 are operation diagrams for explaining the operation of the exhaust gas treatment device.

본 발명에 따른 배기가스 처리장치(1)는 배기가스로부터 분리된 이산화탄소를 흡기에 혼합하여 연소기관(100)에 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 흡기를 냉각하므로, 흡기를 냉각하기 위해 소모되던 에너지를 절감할 수 있어 장치의 효율적인 운용이 가능하다.Since the exhaust gas treatment device 1 according to the present invention mixes carbon dioxide separated from exhaust gas into the intake air and supplies it to the combustion engine 100, 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. quantity 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 intake air is cooled using the cooling heat of liquefied carbon dioxide, energy consumed for cooling intake air can be reduced, enabling efficient operation of the device.

연소기관(100)에서 생성된 배기가스는 배기관(110)을 통해 이산화탄소포집유닛(10)에 공급되어 이산화탄소가 제거되고, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 외부로 배출된다. 이산화탄소포집유닛(10)에서 분리된 이산화탄소는 이산화탄소액화유닛(20)에서 액화되며, 이산화탄소액화유닛(20)에서 생성된 액화이산화탄소는 저장탱크(80)에 저장된다. 저장탱크(80)에 저장된 액화이산화탄소가 기화되어 생성된 기상의 이산화탄소는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 유동관(81)에서 분기된 경유관(81a)을 따라 열교환기(40)로 이동하여 순환관(50)을 유동하는 냉매와 열교환한 후 혼합기(30)로 공급된다. 기상의 이산화탄소와 열교환하여 냉열을 전달받은 냉매는 보조열교환기(60)로 이동하여 흡기관(120)을 유동하는 흡기를 냉각시키며, 냉각기(70)와 보조열교환기(60)를 차례로 통과하며 다단으로 냉각된 흡기도 혼합기(30)로 공급된다. 필요에 따라, 흡기는 보조열교환기(60)에서만 냉각될 수도 있다. 혼합기(30)로 공급된 기상의 이산화탄소와 흡기는 혼합된 후 흡기관(120)을 통해 연소기관(100)으로 공급되어 연료의 메탄가를 조절하고 연소온도를 낮추는 역할을 하며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 질소산화물의 양이 감소할 수 있다.The exhaust gas generated by the combustion engine 100 is supplied to the carbon dioxide collecting unit 10 through the exhaust pipe 110 to remove carbon dioxide, and the exhaust gas from which the carbon dioxide is removed is discharged to the outside. The carbon dioxide separated from the carbon dioxide capture unit 10 is liquefied in the carbon dioxide liquefaction unit 20, and the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit 20 is stored in the storage tank 80. As shown in FIG. 3, the gaseous carbon dioxide generated by vaporizing the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank 80 moves to the heat exchanger 40 along the gas oil pipe 81a branched from the first flow pipe 81, After heat exchange with the refrigerant flowing through the circulation pipe 50, it is supplied to the mixer 30. The refrigerant, which has received cold heat by heat exchange with gaseous carbon dioxide, moves to the auxiliary heat exchanger 60 to cool the intake air flowing through the intake pipe 120, passes through the cooler 70 and the auxiliary heat exchanger 60 in turn, and is multi-stage. The cooled air intake is also supplied to the mixer 30. If necessary, the intake air may be cooled only in the auxiliary heat exchanger (60). Gaseous carbon dioxide and intake air supplied to the mixer 30 are mixed and then supplied to the combustion engine 100 through the intake pipe 120 to control the methane number of the fuel and lower the combustion temperature, thereby reducing the exhaust gas The amount of nitrogen oxides contained in may be reduced.

그러나, 저장탱크(80)에서 생성된 기상의 이산화탄소가 경유관(81a)을 따라 열교환기(40)로 이동하는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 저장탱크(80)에서 생성된 기상의 이산화탄소는 도 4에 도시된 바와 같이, 우회관(81b)을 따라 이동하여 열교환기(40)를 우회할 수도 있다. 기상의 이산화탄소가 열교환기(40)를 우회하여 혼합기(30)로 공급되는 경우, 흡기관(120)으로 유입된 흡기는 냉각기(70)에서 냉각된 후 혼합기(30)로 공급될 수 있다.However, the gaseous carbon dioxide generated in the storage tank 80 is not limited to moving to the heat exchanger 40 along the via pipe 81a, and, if necessary, the gaseous carbon dioxide generated in the storage tank 80 As shown in FIG. 4, may bypass the heat exchanger 40 by moving along the bypass pipe 81b. When gaseous carbon dioxide bypasses the heat exchanger 40 and is supplied to the mixer 30, intake air introduced into the intake pipe 120 may be cooled in the cooler 70 and then supplied to the mixer 30.

또한, 저장탱크(80)에 저장된 액화이산화탄소는 제2 유동관(82)을 따라 혼합기(30)로 공급될 수도 있다. 액화이산화탄소가 혼합기(30)로 직접 공급되는 경우, 흡기관(120)으로 유입된 흡기는 냉각기(70)에서 냉각된 후 혼합기(30)로 공급될 수 있다.In addition, the liquefied carbon dioxide stored in the storage tank 80 may be supplied to the mixer 30 along the second flow pipe 82. When liquefied carbon dioxide is directly supplied to the mixer 30, intake air introduced into the intake pipe 120 may be cooled in the cooler 70 and then supplied to the mixer 30.

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: 이산화탄소포집유닛 11: 흡수부
12: 재생부 13: 리보일러
20: 이산화탄소액화유닛 30: 혼합기
40: 열교환기 50: 순환관
60: 보조열교환기 70: 냉각기
80: 저장탱크 81: 제1 유동관
81a: 경유관 81b: 우회관
82: 제2 유동관
100: 연소기관 110: 배기관
120: 흡기관1: Exhaust gas treatment device
10: carbon dioxide capture unit 11: absorption unit
12: regeneration unit 13: reboiler
20: carbon dioxide liquefaction unit 30: mixer
40: heat exchanger 50: circulation pipe
60: auxiliary heat exchanger 70: cooler
80: storage tank 81: first flow pipe
81a: via pipe 81b: bypass pipe
82: second flow pipe
100: combustion engine 110: exhaust pipe
120: intake pipe

Claims (5)

연소기관에서 배출된 배기가스를 공급받아 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소포집유닛;
상기 이산화탄소포집유닛에서 분리된 이산화탄소를 액화하는 이산화탄소액화유닛, 및
상기 이산화탄소액화유닛에서 생성된 액화이산화탄소를 상기 연소기관으로 공급되는 흡기에 혼합하여 상기 연소기관에 공급하는 혼합기를 포함하는 배기가스 처리장치.a carbon dioxide collecting unit receiving the exhaust gas discharged from the combustion engine and separating carbon dioxide contained in the exhaust gas;
A carbon dioxide liquefaction unit for liquefying the carbon dioxide separated from the carbon dioxide collecting unit, and
and a mixer for mixing the liquefied carbon dioxide generated in the carbon dioxide liquefaction unit with intake air supplied to the combustion engine and supplying the mixture to the combustion engine. 제1 항에 있어서, 상기 혼합기는,
상기 흡기에 상기 액화이산화탄소를 직접 분사하거나 상기 액화이산화탄소가 기화된 기상의 이산화탄소를 분사하여 상기 흡기와 이산화탄소를 혼합하는 배기가스 처리장치.The method of claim 1, wherein the mixer,
Exhaust gas treatment device for mixing the intake air and carbon dioxide by directly injecting the liquefied carbon dioxide into the intake air or injecting gaseous carbon dioxide in which the liquefied carbon dioxide is vaporized. 제2 항에 있어서,
상기 혼합기 전단에 설치되며, 상기 기상의 이산화탄소를 상기 흡기와 열교환하여 상기 혼합기로 공급하는 열교환기를 더 포함하는 배기가스 처리장치.According to claim 2,
and a heat exchanger installed at a front end of the mixer and supplying the gaseous carbon dioxide to the mixer by exchanging heat with the air intake. 제3 항에 있어서,
폐루프 독립 사이클을 구성하여 상기 열교환기를 경유하며 상기 기상의 이산화탄소와 열교환하는 냉매가 순환하는 순환관, 및
상기 냉매와 상기 흡기를 열교환하는 보조열교환기를 더 포함하는 배기가스 처리장치.According to claim 3,
A circulation pipe through which a refrigerant that exchanges heat with carbon dioxide in the gaseous phase passes through the heat exchanger by configuring a closed loop independent cycle, and
Exhaust gas treatment apparatus further comprising an auxiliary heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant and the intake air. 제3 항에 있어서,
상기 열교환기 전단에 배치되어 상기 열교환기로 공급되는 상기 흡기를 냉각하는 냉각기를 더 포함하는 배기가스 처리장치.According to claim 3,
and a cooler disposed in front of the heat exchanger to cool the intake air supplied to the heat exchanger.
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