KR20230135696A - 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템 - Google Patents

혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230135696A
KR20230135696A KR1020220032454A KR20220032454A KR20230135696A KR 20230135696 A KR20230135696 A KR 20230135696A KR 1020220032454 A KR1020220032454 A KR 1020220032454A KR 20220032454 A KR20220032454 A KR 20220032454A KR 20230135696 A KR20230135696 A KR 20230135696A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pressure
low
hydrogen gas
gas stream
fuel
Prior art date
Application number
KR1020220032454A
Other languages
English (en)
Inventor
최재웅
Original Assignee
최재웅
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 최재웅 filed Critical 최재웅
Priority to KR1020220032454A priority Critical patent/KR20230135696A/ko
Publication of KR20230135696A publication Critical patent/KR20230135696A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00—Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • B63B17/0027—Tanks for fuel or the like ; Accessories therefor, e.g. tank filler caps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0245—High pressure fuel supply systems; Rails; Pumps; Arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/085—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by electric heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/02—Mixing fluids
    • F17C2265/025—Mixing fluids different fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

본 발명은 LNG 또는 LPG와 같은 HFO 대비 저탄소 천연가스 연료를 사용하는 액화가스 연료추진선박 또는 관련 플랜트에 있어서, 엔진을 통해 배출되는 배기가스 내의 이산화탄소 배출량을 감축하기 위하여, 저탄소 천연가스 연료 일부를 열분해 방법으로 개질하여 수소가스와 블랙카본을 생산하고, 생산된 수소가스를 저탄소 천연가스 연료와 혼합하여 탄소 함량이 더욱 감축된 혼합가스 연료를 생산하고, 이를 엔진 및 발전기 등의 연료가스로 공급하여 연소 후 배출되는 배기가스 내 이산화탄소의 양을 획기적으로 감축시킬 수 있는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템에 관한 것이다.

Description

혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템{Mixed fuel production and its fuel gas supply system}
본 발명은 HFO 대비 저탄소 연료인 LNG 또는 LPG 같은 액화가스 연료를 사용하는 액화가스 연료 추진선 또는 플랜트에 있어서, 액화가스 연료로부터 CO2 배출규제를 만족하도록 탄소 성분이 저감된 혼합 연료를 생산하는 공정 및 이를 엔진 등의 소모처에 공급하는 혼합가스 연료공급 시스템에 관한 것으로써, 보다 구체적으로는, 저온 액화가스 연료에서 발생되는 증발가스(BOG) 및 액화가스를 연료로 사용하기 위한 기존의 액화가스 연료공급 시스템에 있어, 저압 메인 엔진과 발전기 엔진 등의 조합인 경우 및 고압 메인 엔진과 발전기 엔진 등의 조합인 두가지 경우에, 엔진에 공급되는 저탄소 연료의 일부를 무탄소 연료로 개질하여, 개질하지 않은 저탄소 연료와 혼합하는 방식으로 연료의 탄소 성분이 더욱 감축된 혼합가스 연료를 생산하고 이를 소모처에 공급하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템에 관한 것이다.
최근 지구온난화 저감을 위해 IMO에서는 2023년부터 운항선박의 이산화탄소 지수(CII, Carbon Intensity Index)를 평가하고, 이에 대한 기준치를 만족하지 못하는 경우 운항에 대한 규제를 추진하고 있다. 이들 규제값은 2023년부터 매년 2%씩 강화되고, 2030년에는 40%의 목표를 제시하고 있는 상황이다. 이러한 IMO의 이산화탄소 규제 대응을 위한 중간단계의 현실적 대안으로 LNG 및 LPG 연료를 사용하려는 LNG 연료 추진 선박 및 LPG 연료 추진 선박의 발주가 최근 급증하고 있다. 만일 HFO 등의 고탄소 함량을 갖는 연료를 대표적인 저탄소 연료인 LNG로 대체하는 경우, CO2 저감 기대값은 기존 HFO 연료대비 약 24% 정도로 추정되고 있고, 부탄 및 프로판의 조합인 LPG의 경우는 약 13%~18% 저감을 기대하고 있다. 따라서 2030년의 목표를 위해서는 탄소 함량이 더욱 낮은 대체 연료가 필요한 상황이다.
이에 따라 무탄소 연료인 암모니아와 수소 등을 연료로 하는 선박용 메인 엔진의 개발이 2025년 상용화를 목표로 추진되고 있으며, 해당 연료의 생산 및 공급을 위한 전략 들도 함께 제안 및 추진되고 있다. 그러나 수소나 암모니아와 같은 무탄소 연료의 생산 및 공급망 구축에는 많은 시간과 노력이 필요함은 주지의 사실이다. 대표적인 무탄소 연료인 친환경 그린 수소의 경우, 풍력 및 태양광 발전에 기반한 수전해 시설로부터 얻어야 하고, 효과적인 수송을 위해 섭씨 영하 253도의 액화 온도로 냉각하여야 하는데, 이로 인한 수송선의 단열 시스템 개발 및 각종 화물처리 시스템의 개발이 필요한 상황이다. 친환경 암모니아 역시 무탄소 연료이지만, 친환경 그린 수소와 공기중의 질소를 합성하는 개념을 고려하고 있어, 경제성 확보에 많은 노력이 필요하여 현실적으로는 10년 이상의 장기 전략이 필요한 상황이다.
이로 인해 많은 연구가 연소 후 배기가스로부터 CO2 성분을 분리하여 포집하고 이를 액화하여 육상 수송하여 활용하거나, 바다 배출이 가능한 혼합물로 처리하는 등의 기술 개발에 노력이 집중되고 있으나, 이 또한 관련 시스템의 선박 내 설치 공간 제한 및 배기가스에 포함되는 이산화 탄소의 중량이 연료 중량보다 크게 되는 연소의 특성상 선박 적용의 어려움이 전망된다.
본 발명은 이와 같이 저탄소 액화가스를 연료로 사용하는 고압 또는 저압 메인 엔진과 발전기 엔진/보일러 등의 부가설비 소모처를 위한 연료 공급 시스템에서, 저탄소 액화가스 일부를 수소 가스화 연료로 만들기 위해 열분해(pyrolysis)를 통해 수소와 블랙카본으로 분리하는 방법을 적용하는 것으로, 이렇게 얻어진 수소 가스를 기존의 저탄소 액화가스 연료와 혼합하여 탄소 함량이 더욱 저감된 혼합가스를 생산하고 이를 소모처에 공급하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템에 관한 것이다.
이 과정을 LNG를 기준으로 좀 더 설명하면, LNG 연료의 이산화탄소 저감량이 HFO 연료대비 24%이므로, HFO 사용하는 경우에 비해 약 76%의 이산화탄소가 발생한다. 따라서 IMO의 2030 목표치인 40% 감소 목표 달성을 위해서는 LNG연료을 약 78.9% 사용하여 76% x 78.95 % = 60 % 의 이산화탄소 저감 효과를 얻는 것으로, 부족한 에너지는 무탄소 연료를 추가하여 얻는 방식이다. 즉 LNG 연료 사용량을 약 21.05% (=100%-78.95%) 감축하고, 이로 인해 감소하는 에너지는 LNG 열분해를 통해 얻은 무탄소 수소 가스로부터 얻는 방식으로, 이들을 합성한 혼합 가스의 전체 에너지는 동일하고, 탄소 함량은 줄어서 전체적으로 40%의 이산화탄소 저감을 달성하고자 하는 방법이다. 저압 엔진 제조사인 WinGD 및 고압 엔진 제조사인 MAN Energy Solutions 등의 주력 엔진 제조사들이 이와 같은 혼합연소의 가능성을 제시하고 있어, 본 발명에서와 같이 별도의 수소 연료탱크 없이 기존 연료인 액화천연가스를 이용하여 이산화탄소에 대한 IMO의 2030를 포함한 향후 이산화탄소 저감 목표 달성을 위한 현실적 대안이 될 수 있을 것으로 전망된다.
한편, 메탄 또는 천연가스를 수소와 블랙카본으로 분해하여 이산화탄소의 생성을 원천적으로 차단하는 열분해 방법은, 열적분해(Thermal pyrolysis), 플라즈마 분해(Plasma pyrolysis) 및 촉매분해(Catalytic pyrolysis) 등으로 구분되는데, 본 발명의 구성에는 어느 방법이라도 사용할 수 있으며, 이러한 열분해는 흡열반응으로써 에너지가 필요하며 전기 또는 폐열 또는 이들의 조합을 활용할 수 있다.
이러한 기능을 갖는 열분해 공정을 기존의 저압 엔진 또는 고압 엔진의 액화가스 연료공급 시스템 후단에 배치하게 되는 경우, 기존 선박의 개조 및 신조선박에 모두 적용 가능한 특징을 갖는 혼합가스의 제조 및 연료공급 시스템이 된다.
본 발명은 LNG 또는 LPG 같은 저탄소 액화가스 연료를 사용하는 액화가스 연료 추진선 또는 플랜트에 있어서,
저탄소 액화가스 연료로부터 CO2 배출규제를 만족하도록 CO2 저감형 혼합가스 연료를 제조하는 방법 및 제조된 혼합가스를 연료로 공급하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템을 제공하고자 한다.
또한 저탄소 액화가스가 주성분인 탄화수소가스에 열분해 방식을 적용하여 수소 가스와 블랙카본만을 생산하는 이산화탄소 발생을 근원적으로 방지하는 개질 시스템을 적용한 혼합가스의 제조 및 연료공급 시스템을 제공하고자 한다.
또한 고압 메인 엔진을 위한 이산화탄소 저감형 혼합가스 연료공급을 위해 고압의 혼합가스를 생성할 수 있도록 이젝터 시스템을 갖는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, LNG 또는 LPG와 같은 HFO 대비 저탄소 함량을 갖는 연료를 사용하는 액화가스 연료추진선박 또는 관련 플랜트에 있어서, 저압 천연가스 연료공급원(10), 상기 저압 천연가스 연료공급원(10)은 이산화탄소 감소 요구량에 따라 수소가스 제조를 위한 수소가스용 천연가스 스트림(190)과 천연가스를 직접 사용하는 혼합가스용 천연가스 스트림(120)으로 분기되고, 수소가스용 천연가스 스트림(190)은 열분해를 위한 열분해기(200)로 공급되고, 상기 열분해기의 에너지원으로 공급되는 열 또는 전기 또는 이들의 열분해 에너지(50), 상기 열분해기(200)의 성능을 제어하는 열분해 성능 제어기(250)를 통해 수소가스가 생산되어 이동하는 수소가스 스트림(210)과, 열분해 반응에 따른 잔존물인 블랙카본 스트림(290) 및 블랙카본 스트림(290)에 남아 있는 잔여 수소가스를 분리하는 블랙카본 분리기(300), 분리된 블랙카본을 저장하는 블랙카본 저장탱크(5), 상기 열분해기(200)에서 얻은 수소가스 스트림(210)과 블랙카본 분리기(300)의 잔여 수소가스 스트림(310)을 혼합한 통합 수소가스 스트림(220), 통합 수소가스 스트림(220)과 혼합가스용 천연가스 스트림(120)을 통합한 저압 혼합가스 스트림(390)을 얻게 되어, 배출가스 규제만족을 위한 탄소 함량이 더욱 낮아진 저압 혼합가스가 되어, 저압 메인 엔진 소모처(1)와 발전기 엔진 소모처(3) 및 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)에 공급할 수 있는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템을 특징으로 할 수 있다.
상기에 있어서, 열분해기(200) 및 블랙카본 분리기(300)의 공정 조건에 따라 통합 수소가스 스트림(220)의 압력을 저압 천연가스 연료공급원(10)의 압력으로 복원시키는 원심식 또는 용적식 압축기(600)를 구성하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 실시예로서, LNG 또는 LPG와 저탄소 성분의 연료를 연료로 사용하는 액화가스 연료추진선박 또는 관련 플랜트에 있어서, 저압 천연가스 연료공급원(10)과 고압 천연가스 연료공급원(20)을 갖고, 상기 저압 천연가스 연료공급원(10)은 연료가스의 탄소함량제어를 위해 천연가스를 그대로 사용하는 혼합가스용 천연가스 스트림(120)과 탄소성분 배제를 위한 수소가스용 천연가스 스트림(190)으로 분기되어, 수소가스용 천연가스 스트림(190)은 천연가스를 열분해 하는 열분해기(200)로 공급되고, 상기 열분해기의 에너지원으로는 열 또는 전기 또는 이들의 조합으로 열분해 에너지(50)가 공급되며, 수소가스 스트림(210)에는 수소가스가 주성분이 되도록 상기 열분해기(200)를 제어하는 열분해 성능 제어기(250), 열분해 반응의 잔존물을 처리하는 블랙카본 스트림(290) 및 블랙카본 스트림에 남아 있는 잔여 수소가스를 분리하는 블랙카본 분리기(300), 분리된 블랙카본을 저장하는 블랙카본 저장탱크(5), 상기 수소가스 스트림(210)과 블랙카본 분리기(300)의 잔여 수소가스 스트림(310)이 통합된 수소가스를 주성분으로 하는 통합 수소가스 스트림(220), 통합 수소가스 스트림(220)은 공정운전에 따른 압력강하를 예상할 수 있어 이를 저압 천연가스 연료공급원(10)의 압력으로 보상하기 위한 압축기(600), 압축된 수소를 주성분으로 하는 압력 보상된 통합 수소가스 스트림(610)은 저압 연료가스를 위해, 분배기(650)을 통해 압력 보상된 저압용 통합 수소가스 스트림(620)으로 분기되고, 혼합가스용 천연가스 스트림(120)과 통합하여, 목표로 하는 이산화탄소 저감 목표치의 탄소 함량을 갖는 저압 혼합가스 스트림(390) 이 구현되고, 이로부터 발전기 엔진(3) 및 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)에 연료가스로 공급된다. 한편 고압 엔진용 혼합가스 연료는 분배기(650)로부터 분기된 압력 보상된 고압용 통합 수소가스 스트림(630)을 통하여 고압 혼합가스 연료공급원(20)과 합성하여 얻을 수 있다. 이를 상술하면, 압력 보상된 고압용 통합 수소가스 스트림 (630)은 1단 이젝터(800)의 흡입부에 공급되고, 상기 1단 이젝터(800)의 모티브 유량은 고압 천연가스 연료공급원(20)이 되도록 하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템을 특징으로 할 수 있다.
상기에 있어 고압 메인 엔진에 요구되는 압력을 만족하기 위해, 고압 천연가스 연료공급원(20)은 일반적인 고압 메인 엔진의 연료공급에 필요한 압력 대비 최대 200바 보다 큰 압력 범위 이내에서 구성될 수 있으며, 이젝터 시스템은 다단으로 구성할 수 있는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 LNG 또는 LPG 같은 액화가스 연료 기반의 액화가스 연료 추진선 또는 플랜트에 있어서, 탄소 함량이 더욱 감축된 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템으로 다음과 같은 이점을 갖는다.
기존 액화가스에 존재하는 탄소 함량을 획기적으로 감축시킨 혼합가스 생성을 통해 IMO의 년도별 CO2 배출규제를 만족하는 저탄소 혼합가스 연료를 공급하는 경제적인 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템의 이점을 가진다.
또한 탄소 함량을 줄이기 위한 과정에서 블랙카본만을 생산하는 열분해 방식의 개질 시스템을 적용함으로써, 이산화탄소 발생을 근원적으로 방지하여, 선박용 이산화탄소 포집 및 처리 시스템이 필요 없는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템의 이점을 가진다.
또한 고압 메인 엔진의 혼합가스 연료공급을 위해 일단 또는 다단 이젝터 시스템을 적용하여 손쉽게 고압 혼합가스를 생성할 수 있는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템의 이점을 가진다.
도 1은 저압 메인 엔진을 사용하는 경우의 혼합가스 연료공급 시스템에 관한 것으로, 천연가스 일부를 수소화 열분해하고, 이를 기존 천연가스와 혼합하는 방식으로, 혼합 연료가스의 탄소 함량을 제어하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 저압 메인 엔진을 사용하는 경우의 혼합가스 연료공급 시스템에 관한 것으로, 열분해 공정 등에 따라 발생할 수 있는 압력 저하를 보상하기 위한 압축기 시스템을 적용한 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 메인 엔진을 사용하는 경우에, 열분해를 통한 수소가스 생성 및 이를 천연가스와 혼합하여 탄소 함량이 제어되는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템의 구성을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다. 또한 라인에는 도시하지 안았지만, 라인의 분기/조합에 따른 압력 일치 및 이를 위한 밸브/제어 로직 등은 이 분야의 통상적인 지식의 범주로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로서 LNG 연료를 저압 메인 엔진에 사용하는 액화가스 연료추진선박 또는 관련 플랜트에 있어서의, 이산화 탄소 저감을 위한 혼합가스 제조 공정 및 제조된 혼합가스의 연료공급 시스템의 예을 도시한 것이다. 즉, 상온조건에서 약 11바 근처의 압력으로 연료가스를 공급받는 저압 메인 엔진인 WinGD사의 X-DF 엔진(1), 그리고 5~10바 사이의 압력으로 연료가스를 공급받는 발전기 엔진(3) 및 5바 전후의 압력으로 연료가스를 공급받는 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)를 위한 저압 천연가스 연료는 일반적으로 저압 천연가스 연료공급원(10)으로부터 분기되어 운영될 수 있다. 도 1은 저압 천연가스 연료공급원(10)으로부터 공급받는 연료가스의 탄소함량을 더욱 감축시킨 혼합가스를 생산하고 이를 소모처에 공급하기 위한 공정을 추가한 도시의 예이다.
상기 저압 천연가스 연료공급원(10)은 이산화탄소 감축 요구량에 따라 수소가스 생성을 위한 수소가스용 천연가스 스트림(190)과 천연가스를 직접 사용하는 혼합가스용 천연가스 스트림(120)으로 분기되고, 수소가스용 천연가스 스트림(190)은 열분해를 위한 열분해기(200)로 공급되고, 열분해기(200)는 열원 기반 열분해기(thermal pyrolysis), 플라즈마 열분해기(Plasma pyrolysis) 또는 촉매 열분해기(Catalytic pyrolysis) 등으로 구분되는 각종 방식이 채택될 수 있고, 이에 필요한 열분해 에너지(50)는 보일러나 폐열 등의 열원 또는 전기 또는 이들의 조합일 수 있다. 열분해 과정을 거치면서 생성되는 수소가스는 수소가스 스트림(210)을 통해 배출되고, 고체성분인 블랙카본은 블랙카본 스트림(290)을 통해 배출되며, 블랙카본 스트림(290)에 잔존할 수 있는 수소가스를 추가로 분리하는 필터 또는 분리기(300)를 구성요소로 추가하였다. 블랙카본 분리기(300)에서 분리된 블랙카본은 블랙카본 저장탱크(5)에 저장되어 항구를 통해 타이어의 제조용이나 농업 또는 축산의 원재료 등으로 상품화된다. 상기 열분해기(200)로부터 얻게 되는 수소가스 스트림(210)과 블랙카본 분리기(300)의 잔여 수소가스 스트림(310)이 합성된 통합 수소가스 스트림(220)은 혼합가스용 천연가스 스트림(120)과 혼합하여 저압 혼합가스 스트림(390)을 얻게 되며, 이 혼합가스는 이산화탄소 배출 규제를 만족하도록 탄소 함량이 제어된 연료가스가 된 것으로, 저압 메인 엔진 소모처(1)와 발전기 엔진(3) 및 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)에 공급된다. 또한, 도 1에는 도시되지 않았으나, 각 소모처의 요구 압력 조건에 따라 적절한 압력 조절 밸브 등을 설치하여 혼합가스 연료를 공급할 수 있음은 자명하다.
도 2는 도 1에서 열분해기(200) 및 블랙카본 분리기(300) 공정에 의해 발생할 수 있는 압력 저하를 보상하기 위한 것으로, 통합 수소가스 스트림(220)의 압력을 저압 천연가스 연료공급원(10)의 압력과 동일하게 복원되도록 원심식 또는 용적식 압축기(600)를 두는 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서 LNG 연료를 고압 메인 엔진에 공급하는 액화가스 연료추진선박 또는 관련 플랜트에 있어서의, 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템의 예을 도시한 것이다. 즉, 상온조건에서 약 300바 근처의 압력으로 연료가스를 공급받는 고압 메인 엔진인 MAN Energy Solutions사의 ME-GI 엔진(2)과, 상온조건에서 저압의 천연가스를 공급받는 저압 소모처로 5~10바 사이의 압력으로 연료가스를 공급받는 발전기 엔진(3) 및 5바 전후의 압력으로 연료가스를 공급받는 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)를 위한 연료공급 시스템에 관한 도시이다.
저압 연료 소모처에 공급되는 저압 혼합가스 스트림(390)은 도 2의 도시와 동일하게 저압 천연가스 연료공급원(10), 열분해기(200), 열분해 성능 제어기(250), 블랙카본 분리기(300)의 구성요소들을 거쳐 얻게 된 수소가스가 주성분인 통합 수소가스 스트림(220)이, 압력 보상을 위해 추가된 압축기(600)를 통과한 압력 보상된 통합 수소가스 스트림(610)이 되고, 이는 분배기(650)를 이용해 압력 보상된 저압용 통합 수소가스 스트림(620)과 압력 보상된 고압용 통합 수소가스 스트림(630)으로 구분될 수 있다. 이렇게 얻은 압력 보상된 저압용 통합 수소가스 스트림(620)은 저압 천연가스 연료공급원(10)으로부터 직접 얻게 되는 혼합가스용 천연가스 스트림(120)과 통합되어, 발전기 엔진(3) 및 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)에 이산화탄소 저감형 혼합가스로 공급된다.
고압의 혼합가스 소모처인 고압 메인 엔진에는 압력 보상된 고압용 통합 수소가스 스트림(630)으로부터 얻어지는데, 이 스트림(630)을 고압 1단 이젝터(800)의 흡입부로 하고, 고압 1단 이젝터(800)의 모티브는 기존 고압 메인엔진의 공급압력대비 최대 200바 이내로 승압하여 공급되는 고압 천연가스 연료공급원(20)으로부터 공급되도록 구성하는 것이다. 이때, 통상적인 가스 이젝터는 압축비가 3에서 16정도로 제시되고 있어, 이젝터 선택에 따라 다단 이젝터 구성이 필요할 수 있으며, 도 3에서는 2단 이젝터 구성의 예시를 도시하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 저압 메인 엔진
2: 고압 메인 엔진
3: 발전기 엔진
4: 보일러 등의 저압 연료 소모처
5: 블래카본 저장탱크
10: 저압 천연가스 연료공급원
20: 고압 천연가스 연료공급원
50: 열분해 에너지 (열 또는 전기)
120: 혼합가스용 천연가스 스트림
190: 수소가스용 천연가스 스트림
200: 열분해기
210: 수소가스 스트림
220: 통합 수소가스 스트림
250: 열분해 성능 제어기
290: 블랙카본 스트림
300: 블랙카본 분리기
310: 잔여 수소가스 스트림
390: 저압 혼합가스 스트림
600: 압축기
610: 압력 보상된 통합 수소가스 스트림
620: 압력 보상된 저압용 통합 수소가스 스트림
630: 압력 보상된 고압용 통합 수소가스 스트림
650: 분배기
800: 고압 1단 이젝터
900: 고압 2단 이젝터

Claims (4)

  1. LNG 또는 LPG와 같이 HFO 연료대비 저탄소 성분을 갖는 연료를 사용하는 액화가스 연료추진선박 또는 관련 플랜트에 있어서
    저압 천연가스 연료공급원(10);
    상기 저압 천연가스 연료공급원(10)으로부터, 저압 천연가스를 수소가스로 만들기 위한 수소가스용 천연가스 스트림(190)과 천연가스를 직접 사용하는 혼합가스용 천연가스 스트림(120)으로 구분하는 분배기;
    수소가스를 만들기 위해 공급받는 수소가스용 천연가스 스트림(190)을 열분해하는 열분해기(200);
    상기 열분해기(200)의 열분해 정도를 제어하여 수소 가스가 효과적으로 발생되도록 제어하는 열분해 성능 제어기(250);
    상기 열분해기(200)의 에너지원으로 공급되는 열 또는 전기 또는 이들의 조합인 열분해 에너지(50);
    상기 열분해기(200)의 열분해 부산물인 블랙카본 스트림(290)에 남아 있는 잔여 수소가스를 추출하는 블랙카본 분리기(300);
    분리된 블랙카본을 저장하는 블랙카본 저장탱크(5);
    상기 열분해기(200)로부터 얻어진 수소가스 스트림(210)과, 블랙카본 분리기(300)의 잔여 수소가스 스트림(310)의 통합 수소가스 스트림(220); 및
    통합 수소가스 스트림(220)과 혼합가스용 천연가스 스트림(120)과의 혼합으로 얻게 되는 저압 혼합가스 스트림(390);을 형성하고,
    저압 혼합가스 스트림(390)은 저압 메인 엔진(1)과 발전기 엔진(3) 및 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 혼합가스 제조 및 혼합가스 연료공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    열분해기(200) 및 블랙카본 분리기(300)의 공정에 따른 압력 강하량을 보상하기 위하여,
    통합 수소가스 스트림(220) 상에 압력 보상용 압축기(600); 를 추가하여,
    구성하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템.
  3. LNG 또는 LPG와 같이 HFO 연료대비 저탄소 성분을 갖는 연료를 사용하는 액화가스 연료추진선박 또는 관련 플랜트에 있어,
    저압 천연가스 연료공급원(10); 과
    고압 천연가스 연료공급원(20); 을 갖고 있으며,
    상기 저압 천연가스 연료공급원(10)으로부터, 저압 천연가스를 수소가스로 만들기 위한 수소가스용 천연가스 스트림(190)과 천연가스를 직접 사용하는 혼합가스용 천연가스 스트림(120)으로 구분하는 분배기;
    수소가스를 만들기 위해 공급받는 수소가스용 천연가스 스트림(190)을 열분해하는 열분해기(200);
    상기 열분해기(200)의 열분해 정도를 제어하여 수소가스가 효과적으로 발생되도록 제어하는 열분해 성능 제어기(250);
    상기 열분해기(200)의 에너지원으로써 공급되는 열 또는 전기 또는 이들의 조합인 열분해 에너지(50);
    상기 열분해기(200)의 열분해 부산물인 블랙카본 스트림(290)에 남아 있는 잔여 수소가스를 분리하는 분리기(300);
    분리된 블랙카본을 저장하는 블랙카본 저장탱크(5);
    상기 열분해기(200)로부터 얻어진 수소가스 스트림(210)과, 블랙카본 분리기(300)의 잔여 수소가스 스트림(310)의 통합 수소가스 스트림(220); 및
    열분해기(200) 및 블랙카본 분리기(300)의 공정에 따른 압력 강하량 보상을 위해 통합 수소가스 스트림(220) 상에 설치하는 압력 보상용 압축기(600);
    압력 보상된 수소가스를 저압 소모처와 고압 소모처의 필요량에 따라 분배하는 분배기(650);
    저압 소모처의 필요량으로 분기된 압력 보상된 저압용 통합 수소가스 스트림(620)과 혼합가스용 천연가스 스트림(120)과의 혼합으로 얻게 되는 저압 소모처용 저압 혼합가스 스트림(390);
    저압 소모처용 저압 혼합가스 스트림(390)은 발전기 엔진(3) 및 보일러 등의 저압 연료 소모처(4)를 포함할 수 있고,
    상기 분배기(650)에서 고압 메인 엔진(2)용으로 분기한 압력 보상된 고압용 통합 수소가스 스트림(630)을 고압 혼합가스에 필요한 탄소 함량을 갖는 혼합가스로 만들기 위한 이젝터(800);
    상기 이젝터(800)의 흡입부는 압력 보상된 고압용 통합 수소가스 스트림(630)이 되고, 모티브는 고압 천연 가스 연료공급원(20); 이 되며,
    이 모티브는 통상의 고압 메인 엔진이 요구하는 압력보다 약 200바 이내의 높은 압력을 갖도록 구성하여 이젝터의 출구압력이 고압 메인 엔진이 요구하는 혼합가스의 압력이 되는 것을 특징으로 하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    이젝터(800)의 압축비가 부족한 경우를 위해 추가로 다단 이젝터(900); 를 포함하고,
    상기 다단 이젝터의 모티브 유량은 고압 천연가스 연료공급원(20)이 되며, 이 공급원의 압력은 통상의 고압 메인 엔진이 요구하는 압력보다 약 200바 이내의 높은 압력을 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템.

KR1020220032454A 2022-03-16 2022-03-16 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템 KR20230135696A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220032454A KR20230135696A (ko) 2022-03-16 2022-03-16 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220032454A KR20230135696A (ko) 2022-03-16 2022-03-16 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230135696A true KR20230135696A (ko) 2023-09-26

Family

ID=88190970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220032454A KR20230135696A (ko) 2022-03-16 2022-03-16 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230135696A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3112249B1 (en) Boil-off gas treatment system
KR101640765B1 (ko) 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR102638281B1 (ko) 수소-액화가스 운반선
KR102387171B1 (ko) 선박의 이산화탄소 처리 시스템 및 방법
KR20210117010A (ko) 암모니아 생산 시설
KR20190090323A (ko) 보일-오프 가스(bog)를 재액화 하기 위한 방법 및 시스템
KR20220048528A (ko) 부유식 수소 생산 시스템
KR20230135696A (ko) 혼합가스 제조 방법 및 혼합가스 연료공급 시스템
KR102436050B1 (ko) 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR20220075960A (ko) 친환경 암모니아 해양플랜트 및 암모니아 공급 방법
KR102189743B1 (ko) 선박의 연료가스 공급 시스템 및 방법
KR20220047450A (ko) 부유식 수소 생산 시스템
KR102473954B1 (ko) 부유식 발전 플랜트 및 부유식 발전 플랜트의 운용 방법
KR102714257B1 (ko) 탄소 저감형 수소 혼합연료 공급을 위한 열분해 시스템 및 이를 이용한 연료공급 시스템
KR20200043703A (ko) 친환경 선박의 연료 공급 시스템
KR102452417B1 (ko) 복합 발전 시스템 및 이를 구비한 선박
KR102715407B1 (ko) 부유식 저장 발전 설비
KR102697412B1 (ko) 부유식 저장 발전 설비
KR20230136867A (ko) 액화수소 운반선
KR102697408B1 (ko) 부유식 저장 발전 설비
KR102382406B1 (ko) 액화가스 연료공급 시스템
KR102713857B1 (ko) 부유식 저장 발전 설비
KR20220099193A (ko) 선박의 이산화탄소 저감 시스템 및 방법
KR20220047449A (ko) 부유식 수소 생산 시스템
KR20220049053A (ko) 부유식 수소 생산 및 관리 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal