KR20240034941A - 선박의 이산화탄소 포집시스템 - Google Patents

Abstract

선박의 이산화탄소 포집시스템이 개시된다. 본 발명의 선박의 이산화탄소 포집시스템은, 선박에서 LNG를 연료로 사용하는 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하여 액화하는 이산화탄소포집라인; 상기 이산화탄소포집라인에 마련되며 상기 플루가스를 냉각하는 냉각탑; 상기 냉각탑에서 냉각된 플루가스로부터 이산화탄소를 분리포집하는 흡수탑; 상기 흡수탑으로부터 이산화탄소가 포집된 용액을 공급받아 이산화탄소를 분리하는 재생탑; 및 상기 재생탑으로부터 상기 용액을 공급받아 가열하고 상기 재생탑으로 재공급하는 리보일러:를 포함하되, 상기 리보일러는 상기 이산화탄소포집라인의 상기 냉각탑 상류에서 상기 플루가스로부터 열에너지를 공급받아 상기 용액을 가열하고, 상기 플루가스의 전부 또는 일부는 상기 리보일러에서 냉각되어 상기 냉각탑으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 이산화탄소 포집시스템{Carbon Dioxide Capture System For Ship}

본 발명은 선박의 이산화탄소 포집시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG를 연료로 사용하는 선박의 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하여 액화하되 플루가스 열에너지를 리보일러에서 이용하고, 리보일러를 거쳐 냉각된 플루가스를 냉각탑으로 공급하여 플루가스 냉각에 필요한 해수 또는 청수의 양을 줄일 수 있는 선박의 이산화탄소 포집시스템에 관한 것이다.

지구온난화 현상의 심화에 따라 전세계적으로 온실가스 배출을 감축하려는 노력이 이루어지고 있다.

선진국들의 온실가스 감축 의무를 담았던 1997년 교토의정서가 2020년 만료됨에 따라, 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약에서 채택되고 2016년 11월 발효된 파리기후변화협약(Paris Climate Change Accord)에 의해 협정에 참여한 195개의 당사국들은 온실가스 감축을 목표로 다양한 노력을 기울이고 있다.

이러한 세계적인 추세와 함께 화석연료와 원자력을 대체할 수 있는 무공해에너지로서 풍력, 태양광, 태양열, 바이오에너지, 조력, 지열 등과 같은 재생가능에너지(또는 재생에너지)에 대한 관심이 높아지고 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다.

선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위해 설치된 유엔 전문기구인 국제 해사 기구(IMO: International Maritime Organization)는 선박에 의한 전세게 온실가스 배출량이 2007년 기준 2.7% 수준에서 2050년에는 12~18%로 증가할 것으로 예상하고, 선박에 의한 대기오염 방지를 위해 MARPOL 협약 Annex VI에 '대기오염 방지'를 부가하여 SOx(황산물질), NOx(질소산화물), ODS(오존층파괴유발물질) 등을 규제 대상물질로 정한 바 있다.

이에 따라 최근 LNG, LPG, CNG, DME 등의 액화가스를 선박의 연료로 사용하는 기술이 각광받고 있다. 특히, LNG는 이산화탄소 배출량이 벙커C유 등 석탄계 연료에 비하여 20% 이상 적고, 나아가 대기오염의 주범 물질인 질소산화물과 황산화물은 거의 배출되지 않기 때문에 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받으면서, 국제적인 배기가스 배출규제 강화 추세에 따라 LPG 또는 LNG 운반선 외에 일반 선박에서도 LNG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.

LNG는 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받지만 연소 시 여전히 이산화탄소가 발생하며, 이를 연료로 사용하는 선박에서는 운항 중 이산화탄소를 배출하게 된다.

IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)는 온실가스에 대해 08년과 대비하여 2050년 50% 저감, 2100년 100% 저감(GHG Zero Emission)을 목표로 제시하고, 그에 따라 각 국가 및 지역의 규제가 강화될 것으로 예상된다.

IMO가 신조 선박에 적용하는 강제성 있는 이산화탄소 저감 규정인 EEDI(Energy Efficiency Design Index, 에너지효율설계지수)에 따르면, 초기 EEDI 발표에서는 2013 내지 2015년의 이산화탄소 배출량을 기준으로 2015년 이산화탄소 배출량을 10% 저감하는 EEDI Phase 1이 적용되고, 5년 마다 1 단계씩 강화·적용하여 2025년 Phase 3를 적용하도록 예정되어 있었으나, LPG 운반선에 대해서는 EEDI Phase 2 적용 후 2년만인 2022년부터 EEDI Phase 3를 조기 적용하도록 하고 있고, 2030년 이후 발주 선박은 2008년 발주 선박 대비 탄소배출량을 40%, 2050년까지는 50%까지 감축하도록 결정하는 등 기후변화와 온실가스 배출에 대한 국제적 관심이 커지면서 선박에 대해서도 이산화탄소 배출에 대한 규제가 급격히 강화되는 추세이다.

이러한 규제 강화 추세에 따라, 이산화탄소 배출이 없는 친환경 연료 기술 개발, 화석연료 연소가스 중의 이산화탄소를 포집하여 메탄이나 메탄올 등으로 전환하거나 액화하는 기술 등 다양한 기술들이 연구되고 있다. 특히 경제성 있는 신재생에너지 기술의 개발이 이루어질 때까지는 화석연료 사용이 불가피하므로, 화석연료 사용으로 발생한 이산화탄소를 포집하여 효과적으로 처리할 수 있는 기술 개발도 필요하다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에서 LNG를 연료로 사용하는 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하여 액화하는 이산화탄소포집라인;

상기 이산화탄소포집라인에 마련되며 상기 플루가스를 냉각하는 냉각탑;

상기 냉각탑에서 냉각된 플루가스로부터 이산화탄소를 분리포집하는 흡수탑;

상기 흡수탑으로부터 이산화탄소가 포집된 용액을 공급받아 이산화탄소를 분리하는 재생탑; 및

상기 재생탑으로부터 상기 용액을 공급받아 가열하고 상기 재생탑으로 재공급하는 리보일러:를 포함하되,

상기 리보일러는 상기 이산화탄소포집라인의 상기 냉각탑 상류에서 상기 플루가스로부터 열에너지를 공급받아 상기 용액을 가열하고, 상기 플루가스의 전부 또는 일부는 상기 리보일러에서 냉각되어 상기 냉각탑으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 이산화탄소포집라인에서 분기되어 상기 리보일러를 우회하여 상기 냉각탑 전단에서 이산화탄소포집라인으로 합류되는 분기라인; 상기 분기라인에 마련되는 바이패스밸브; 상기 이산화탄소포집라인에서 상기 분기라인의 합류지점 후단의 플루가스 온도를 감지하는 제1 온도센서; 및 상기 제1 온도센서에서 감지된 상기 플루가스 온도에 따라 상기 바이패스밸브를 제어하는 제1 온도제어부:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 이산화탄소포집라인에서 상기 분기라인의 합류지점 후단에 마련되어 상기 냉각탑으로 공급될 플루가스를 냉각하는 제1 열교환기; 및 상기 연소장치에 연료로 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크:를 더 포함하고, 상기 제1 열교환기는 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 열교환으로 상기 플루가스를 냉각할 수 있다.

상기 재생탑에서 분리된 이산화탄소를 공급받아 압축하는 압축기; 및 상기 압축기에서 압축된 이산화탄소를 냉각하는 제2 열교환기:를 더 포함하되, 상기 제2 열교환기에서는 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급받아 상기 이산화탄소를 냉각할 수 있다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 제2 열교환기를 거쳐 상기 연소장치로 연결되는 연료공급라인; 상기 연료공급라인에서 상기 제2 열교환기 하류에 마련되어 상기 연소장치로 공급될 LNG를 가열하는 히터; 상기 연료공급라인에서 분기되어 상기 제2 열교환기를 우회하여 상기 히터로 연결되는 우회라인; 상기 이산화탄소포집라인에서 상기 제2 열교환기 하류의 이산화탄소 온도를 감지하는 제2 온도센서; 및 상기 제2 온도센서에서 감지된 상기 이산화탄소 온도에 따라 상기 우회라인으로 분기되는 LNG의 유량을 제어하는 제2 온도제어부:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 제1 열교환기를 거쳐 상기 연소장치로 공급하는 가스공급라인; 상기 가스공급라인에서 분기되어 상기 제1 열교환기를 우회하는 가스분기라인; 상기 가스공급라인에서 상기 가스분기라인의 합류지점 하류의 증발가스 온도를 감지하는 제3 온도센서; 상기 제3 온도센서에서 감지된 증발가스 온도에 따라 상기 가스공급라인과 가스분기라인을 지나는 증발가스 유량을 조절하는 제3 온도제어부:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 히터 하류에서 상기 연소장치로 공급될 LNG 온도를 감지하는 제4 온도센서; 및 상기 제4 온도센서에서 감지된 LNG 온도에 따라 상기 연료공급라인의 LNG 일부가 상기 히터를 우회하도록 제어하는 제4 온도제어부:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 연소장치는 선박의 추진용 엔진 또는 발전용 엔진을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉각탑에서는 해수 또는 청수를 공급받아 상기 플루가스를 냉각할 수 있다.

바람직하게는, 상기 흡수탑에서 이산화탄소가 분리포집된 플루가스는 선외 배출될 수 있다.

본 발명에서는 선박의 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 포집분리하여 액화하되 플루가스의 열에너지를 리보일러에서 이용하고, 리보일러를 거쳐 냉각된 플루가스를 냉각탑으로 공급함으로써, 리보일러에 필요한 열원을 확보하고 플루가스 냉각에 필요한 해수 또는 청수의 양을 줄일 수 있다.

또한, 플루가스 냉각 및 액화될 이산화탄소 냉각에, 추진용 엔진과 같은 연소장치 연료로 공급될 LNG 및 증발가스 냉열을 이용하여 선박의 에너지 효율을 높이고 운전 비용을 절감할 수 있도록 한다.

이를 통해 선박에서 배출되는 이산화탄소를 최소화하고, 온실가스 배출량 감축하여 친환경 선박을 구현할 수 있다.

도 1은 종래 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시한다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

후술하는 본 발명의 실시예에서 선박은, 액화가스를 저장하는 저장탱크가 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel), 이산화탄소 운반선(CO₂ Carrier), LFS(LNG Fueled Ship)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.

또한, 본 실시예는 가스를 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 선내 엔진 등 연소장치의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 1에는 종래 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 2에는 이를 개선한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시하였다.

먼저 도 1에 도시된 이산화탄소 포집시스템을 살펴보면, 엔진, 연료전지, Aux. Boiler 등의 연소장치에서 발생하는 이산화탄소를 포함한 플루가스(flue gas)가 이산화탄소포집라인(CL)으로 공급되고, 송풍팬(10)을 통해 냉각탑(quenching tower, 20)으로 이송된다. 냉각탑에서는 해수 또는 청수를 이용하여 200℃ 이상인 고온의 플루가스를 40℃ 내외로 냉각하고 플루가스에 포함된 그을음 및 파티클(particle), 황 성분 등을 제거하여 흡수탑(absorber, 30)으로 공급한다.

흡수탑에서는 흡수제를 이용해 플루가스로부터 이산화탄소를 포집·분리하여 재생탑(stripper, 40)으로 공급한다. 흡수제는 아민계 흡수제가 사용될 수 있으며, 재생탑에서 이산화탄소가 용해된 흡수제는 리보일러(reboiler, 50)를 거쳐 스팀에 의해 가열되면서 이산화탄소와 흡수제가 분리되어 재생탑으로 순환된다. 흡수제는 흡수탑으로 이송되고, 이산화탄소는 재생탑으로부터 압축기(60), 냉각기를 포함한 액화부(70) 등을 거쳐 액화된 후 탱크로 이송되어 저장된다.

이러한 시스템은 냉각탑에서 고온의 플루가스 냉각을 위해 필요한 해수 또는 청수의 양이 많고, 리보일러에서도 이산화탄소 분리를 위한 열원으로 다량의 스팀을 사용하게 되므로 시스템 운용에 필요한 에너지 소모량이 많았다. 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 이러한 문제를 개선하여 선박의 에너지 효율을 높이면서 효과적으로 이산화탄소를 포집할 수 있도록 고안된 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 선박의 이산화탄소 포집시스템은, 선박에서 LNG를 연료로 사용하는 연소장치(E)에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하여 액화하는 이산화탄소포집라인(CL), 이산화탄소포집라인에 마련되며 상기 플루가스를 냉각하는 냉각탑(120), 냉각탑에서 냉각된 플루가스로부터 이산화탄소를 분리포집하는 흡수탑(130), 흡수탑으로부터 이산화탄소가 포집된 용액을 공급받아 이산화탄소를 분리하는 재생탑(140), 재생탑으로부터 상기 용액을 공급받아 가열하고 상기 재생탑으로 재공급하는 리보일러(150)를 포함한다.

본 실시예에서 리보일러(150)는 이산화탄소포집라인의 냉각탑 상류에서 플루가스로부터 열에너지를 공급받아 상기 용액을 가열하고, 플루가스의 전부 또는 일부는 상기 리보일러에서 냉각되어 냉각탑(120)으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

선박에는 연소장치에 연료로 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(T)가 마련된다. 상술한 바와 같이 연소장치(E)는 선박의 추진용 엔진이나 발전용 엔진과 같은 엔진, 연료전지, Aux. Boiler 등일 수 있다. 이러한 연소장치에 연료로, LNG 저장탱크에 저장된 LNG 및 LNG에서 발생하는 증발가스(Boil Off Gas)를 공급할 수 있다. 이를 위해 LNG를 공급하는 연료공급라인(LL)과 증발가스를 연소장치로 공급하는 가스공급라인(GL)이 연결된다. 가스공급라인에는 증발가스를 연료공급압력에 따라 압축하는 컴프레서(200)와 후냉각기(210) 등이 마련되고, 연료공급라인에는 LNG를 연소장치 연료공급온도에 따라 가열하는 히터(220) 등이 마련되어, 연소장치 연료공급조건에 맞추어 LNG 및 증발가스가 연소장치로 공급된다. 연소장치에서 LNG와 같은 탄소계 연료 연소 시 고온의 플루가스가 발생하며, 플루가스에는 다량의 이산화탄소가 포함된다.

연소장치에서 발생한 플루가스는 송풍팬(110)을 통해 이산화탄소포집라인(CL)을 따라 냉각탑(120)으로 공급되어 냉각되는데, 본 실시예에서는 냉각탑으로 유입되기 전의 고온 플루가스 전부 또는 일부를 리보일러(150)로 공급하여 열 회수 후 냉각탑으로 공급한다. 이를 통해 냉각탑에서는 플루가스 냉각을 위해 필요한 해수 또는 청수의 양을 줄일 수 있고, 리보일러에서는 이산화탄소와 아민계 흡수제 분리에 플루가스의 열에너지를 이용함으로써 리보일러의 스팀 필요량을 현저히 줄이고 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.

이를 위해 이산화탄소포집라인(CL)은 리보일러(150)을 거쳐 냉각탑(120)으로 연결되고, 리보일러의 온도 조절을 위해 이산화탄소포집라인(CL)에서 분기되어 상기 리보일러(150)를 우회하여 냉각탑(120) 전단에서 이산화탄소포집라인으로 합류되는 분기라인(BL)이 마련되며, 상기 분기라인에는 바이패스밸브(BV)가 마련된다. 이산화탄소포집라인에서 상기 분기라인의 합류지점 후단에는 플루가스 온도를 감지하는 제1 온도센서(TT1)가 마련되고, 상기 제1 온도센서에서 감지된 플루가스 온도에 따라 바이패스밸브를 제어하는 제1 온도제어부(TC1)가 마련된다. 제1 온도센서에서 감지된 플루가스 온도에 따라 제1 온도제어부(TC1)에서 바이패스밸브(BV)를 제어하여 분기라인(BL)을 통해 리보일러(150)를 우회하는 플루가스와 리보일러를 통과하는 플루가스 유량을 조절함으로써 리보일러를 이산화탄소와 아민계 흡수제의 분리를 위해 필요한 적정 온도로 조절할 수 있다. 또한, 플루가스 전량이 리보일러를 거쳐 냉각탑으로 유입되는 경우, 플루가스 배출 속도 변화로 연소장치, 특히 엔진의 터보차저 배압이 높아지고 연료 사용량이 증가하는 문제가 발생할 수 있는데, 분기라인(BL)을 통해 플루가스 일부는 리보일러를 거치지 않고 냉각탑으로 배출되도록 함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.

이산화탄소포집라인에서 상기 분기라인의 합류지점 후단에는 냉각탑으로 공급될 플루가스를 냉각하는 제1 열교환기(HE1)가 마련되며, 제1 열교환기는 LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스와 열교환으로 플루가스를 추가 냉각할 수 있다.

냉각탑(120)에서는 리보일러 및 제1 열교환기를 거쳐 일부 냉각된 플루가스를 해수 또는 청수를 이용하여 40℃ 내외로 냉각하고 플루가스에 포함된 그을음 및 파티클(particle), 황 성분 등을 제거한 후 흡수탑(absorber, 130)으로 이송한다.

흡수탑에서는 아민계 흡수제와 같은 용매를 이용해 플루가스로부터 이산화탄소를 포집·분리하여 재생탑(stripper, 140)으로 공급한다. 흡수탑에서 이산화탄소가 제거된 플루가스는 선외 배출될 수 있다.

이산화탄소가 포집된 용액은 재생탑(140)으로 공급된 후 리보일러(150)를 거쳐 플루가스 열에너지에 의해 가열되어 이산화탄소와 흡수제가 분리되고, 흡수제는 흡수탑(130)으로 공급되어 재사용되고 이산화탄소는 재생탑(140)으로부터 이산화탄소포집라인(CL)을 따라 압축기(160)로 공급된다. 압축기에서 압축된 이산화탄소는 제2 열교환기(HE2)로 공급되어 냉각되고 액화되어 선내 이산화탄소 저장탱크(미도시)에 저장된다.

제2 열교환기(HE2)에서는 LNG 저장탱크로부터 이송된 LNG에 의해 이산화탄소를 냉각할 수 있고, 이를 위해 LNG 저장탱크로부터 연료공급라인(LL)이 제2 열교환기(HE2)를 거쳐 연소장치(E)로 연결된다. 압축기에서 압축된 이산화탄소는 제2 열교환기에서 연소장치 연료로 공급될 LNG의 냉열로 냉각될 수 있다.

또한, 연료공급라인(LL)의 제2 열교환기 하류에는 추진용 엔진 등 연소장치로 공급될 LNG를 연소장치의 연료 공급 온도에 따라 가열하는 히터(220)가 마련되는데, 제2 열교환기에서 이산화탄소와 열교환을 통해 LNG가 가열되므로 히터에 필요한 스팀 등 열에너지의 양을 줄일 수 있다.

이때 이산화탄소의 삼중점은 약 5.18 bara, -56.7℃인데, 연소장치로 공급되는 연료의 양이 많아 이산화탄소가 제2 열교환기에서 -162℃ 내외인 다량의 극저온 LNG와 열교환되면 고체로 상변화하여 드라이아이스가 형성될 수 있다. 이를 방지하기 위해 연료공급라인(LL)에서 분기되어 제2 열교환기(HE2)를 우회하여 히터(220)로 연결되는 우회라인(LLa)이 마련되고, 이산화탄소포집라인에서 제2 열교환기 하류의 이산화탄소 온도를 감지하는 제2 온도센서(TT2)와, 제2 온도센서에서 감지된 이산화탄소 온도에 따라 우회라인으로 분기되는 LNG의 유량을 제어하는 제2 온도제어부(TC2)가 마련된다. 제2 온도센서에서 이산화탄소 온도를 감지하여 제2 온도제어부에서 제2 열교환기로 공급되는 LNG와 우회라인(LLa)을 지나는 LNG 유량을 조절하여 이산화탄소가 일정 온도 이하로 떨어지지 않도록 제어하여, 고체보다 선박을 통한 저장 및 운반에 보다 효율적인 액체 상태로 이산화탄소를 저장할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 본 실시예에서는 제1 열교환기(HE1)에서 증발가스 냉열을 이용하여 냉각탑으로 공급될 플루가스를 냉각하는데, 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스는 가스공급라인(GL)을 따라 제1 열교환기(HE1)를 거쳐 연소장치(E)로 공급되며, 가스공급라인에서 분기되어 제1 열교환기를 우회하는 가스분기라인(GLa)이 마련된다. 가스공급라인에서 상기 가스분기라인의 합류지점 하류의 증발가스 온도를 감지하는 제3 온도센서(TT3)와, 제3 온도센서에서 감지된 증발가스 온도에 따라 가스공급라인과 가스분기라인을 지나는 증발가스 유량을 조절하는 제3 온도제어부(TC3)가 마련된다. 플루가스 양이 많은 경우 제1 열교환기를 거친 증발가스의 온도가 컴프레서에서 요구하는 흡입 온도보다 높아질 수 있으므로, 제3 온도센서에서 증발가스 온도를 감지하면서 제3 온도제어부에서는 밸브(GV1, GV2)를 제어하여 가스공급라인과 가스분기라인을 지나는 증발가스 유량을 조절하여 컴프레서(200)에서 요구되는 온도로 증발가스 온도를 조절한다.

또한, 연료공급라인(LL)의 히터(220) 하류에는 엔진 등의 연소장치로 공급될 LNG 온도를 감지하는 제4 온도센서(TT4)가 마련되고, 제4 온도센서에서 감지된 LNG 온도에 따라 제4 온도제어부(TC4)에서 연료공급라인의 LNG 일부가 상기 히터를 우회하도록 제어하여 엔진으로 공급될 LNG 온도를 엔진에서 요구하는 적정 온도로 조절할 수 있다. 예를 들어 제2 열교환기(HE2)에서 냉각될 이산화탄소의 양이 적어 LNG 온도가 충분히 올라가지 않은 때는 히터(220)를 통해 LNG를 가열하고, 이산화탄소의 양이 많아 LNG 온도가 충분히 올라간 때에는 제4 온도제어부에서 LNG 일부를 히터를 우회시켜 엔진에서 요구하는 적정 온도로 LNG 온도를 조절한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예에서는 연소장치 연료로 공급될 LNG와 증발가스 냉열을 이용하여 플루가스를 냉각하고 이산화탄소를 액화시킴으로써 선박의 에너지 효율을 높이고 운전 비용을 절감하며, 연소장치에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 선박 운항으로 인한 이산화탄소 배출량을 저감할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.

T: LNG 저장탱크
CL: 이산화탄소포집라인
110: 송풍팬
120: 냉각탑
130: 흡수탑
140: 재생탑
150: 리보일러
160: 압축기
200: 컴프레서
210: 후냉각기
220: 히터
HE1: 제1 열교환기
HE2: 제2 열교환기

Claims (10)

1. 선박에서 LNG를 연료로 사용하는 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하여 액화하는 이산화탄소포집라인;
   상기 이산화탄소포집라인에 마련되며 상기 플루가스를 냉각하는 냉각탑;
   상기 냉각탑에서 냉각된 플루가스로부터 이산화탄소를 분리포집하는 흡수탑;
   상기 흡수탑으로부터 이산화탄소가 포집된 용액을 공급받아 이산화탄소를 분리하는 재생탑; 및
   상기 재생탑으로부터 상기 용액을 공급받아 가열하고 상기 재생탑으로 재공급하는 리보일러:를 포함하되,
   상기 리보일러는 상기 이산화탄소포집라인의 상기 냉각탑 상류에서 상기 플루가스로부터 열에너지를 공급받아 상기 용액을 가열하고, 상기 플루가스의 전부 또는 일부는 상기 리보일러에서 냉각되어 상기 냉각탑으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 이산화탄소포집라인에서 분기되어 상기 리보일러를 우회하여 상기 냉각탑 전단에서 이산화탄소포집라인으로 합류되는 분기라인;
   상기 분기라인에 마련되는 바이패스밸브;
   상기 이산화탄소포집라인에서 상기 분기라인의 합류지점 후단의 플루가스 온도를 감지하는 제1 온도센서; 및
   상기 제1 온도센서에서 감지된 상기 플루가스 온도에 따라 상기 바이패스밸브를 제어하는 제1 온도제어부:를 더 포함하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 이산화탄소포집라인에서 상기 분기라인의 합류지점 후단에 마련되어 상기 냉각탑으로 공급될 플루가스를 냉각하는 제1 열교환기; 및
   상기 연소장치에 연료로 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크:를 더 포함하고,
   상기 제1 열교환기는 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 열교환으로 상기 플루가스를 냉각하는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 재생탑에서 분리된 이산화탄소를 공급받아 압축하는 압축기; 및
   상기 압축기에서 압축된 이산화탄소를 냉각하는 제2 열교환기:를 더 포함하되,
   상기 제2 열교환기에서는 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급받아 상기 이산화탄소를 냉각하는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크로부터 상기 제2 열교환기를 거쳐 상기 연소장치로 연결되는 연료공급라인;
   상기 연료공급라인에서 상기 제2 열교환기 하류에 마련되어 상기 연소장치로 공급될 LNG를 가열하는 히터;
   상기 연료공급라인에서 분기되어 상기 제2 열교환기를 우회하여 상기 히터로 연결되는 우회라인;
   상기 이산화탄소포집라인에서 상기 제2 열교환기 하류의 이산화탄소 온도를 감지하는 제2 온도센서; 및
   상기 제2 온도센서에서 감지된 상기 이산화탄소 온도에 따라 상기 우회라인으로 분기되는 LNG의 유량을 제어하는 제2 온도제어부:를 더 포함하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 제1 열교환기를 거쳐 상기 연소장치로 공급하는 가스공급라인;
   상기 가스공급라인에서 분기되어 상기 제1 열교환기를 우회하는 가스분기라인;
   상기 가스공급라인에서 상기 가스분기라인의 합류지점 하류의 증발가스 온도를 감지하는 제3 온도센서;
   상기 제3 온도센서에서 감지된 증발가스 온도에 따라 상기 가스공급라인과 가스분기라인을 지나는 증발가스 유량을 조절하는 제3 온도제어부:를 더 포함하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 히터 하류에서 상기 연소장치로 공급될 LNG 온도를 감지하는 제4 온도센서; 및
   상기 제4 온도센서에서 감지된 LNG 온도에 따라 상기 연료공급라인의 LNG 일부가 상기 히터를 우회하도록 제어하는 제4 온도제어부:를 더 포함하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 연소장치는 선박의 추진용 엔진 또는 발전용 엔진을 포함하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 냉각탑에서는 해수 또는 청수를 공급받아 상기 플루가스를 냉각하는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 흡수탑에서 이산화탄소가 분리포집된 플루가스는 선외 배출되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.

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