KR20240040267A - 동력 발생 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의해 동력 발생 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동력 발생 시스템은, 가스 상태의 연료를 공급하는 연료공급라인과, 공기를 공급하는 공기공급라인과, 연료공급라인으로부터 연료를 공급받고 공기공급라인으로부터 공기를 공급받아 연소하여 동력을 생성하는 가스엔진과, 가스엔진에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관 상에 설치되며 공기공급라인으로부터 공기를 공급받아 배기가스에 포함된 미반응 연료를 이산화탄소로 산화시키는 산화반응기, 및 산화반응기 후단의 배기관 상에 설치되며 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 분사하여 배기가스로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소포집장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동력 발생 시스템은, 가스 상태의 연료를 공급하는 연료공급라인과, 공기를 공급하는 공기공급라인과, 연료공급라인으로부터 연료를 공급받고 공기공급라인으로부터 공기를 공급받아 연소하여 동력을 생성하는 가스엔진과, 가스엔진에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관 상에 설치되며 공기공급라인으로부터 공기를 공급받아 배기가스에 포함된 미반응 연료를 이산화탄소로 산화시키는 산화반응기, 및 산화반응기 후단의 배기관 상에 설치되며 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 분사하여 배기가스로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소포집장치를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 동력 발생 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스엔진에서 배출되는 배기가스 내 이산화탄소의 포집 효율을 증가시킬 수 있는 동력 발생 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에 설치되는 가스엔진은 천연가스, LPG, 수소와 같은 가스 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 산화제로 자연 상태에서 얻을 수 있는 약 80%의 질소와 약 20%의 산소로 구성된 공기를 사용한다. 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스에는 질소산화물, 황산화물, 이산화탄소, 미연소 메탄 등이 포함되어 있으며, 대기오염이 증가함에 따라 이산화탄소도 국제해사기구(IMO; International Maritime Organization)의 배출 규제를 받고 있어 포집이 요구된다. 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 방법으로는 크게, 흡수제를 이용한 습식 포집 방법과, 멤브레인을 이용한 건식 포집 방법이 있다. 이 중 습식 포집 방법은, 배기가스를 흡수제가 존재하는 흡수탑에 통과시켜 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡수제에 흡수시키고, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑에 통과시켜 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 방식으로, 선박에서 통상 사용된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 가스엔진은 연료의 산화제로 다량의 질소가 포함된 공기를 사용하므로, 배기가스 내 이산화탄소의 농도가 낮아 포집 효율이 낮은 문제가 있다.
이에, 가스엔진에서 배출되는 배기가스 내 이산화탄소의 포집 효율을 증가시킬 수 있는 동력 발생 시스템이 필요하게 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 가스엔진에서 배출되는 배기가스 내 이산화탄소의 포집 효율을 증가시킬 수 있는 동력 발생 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 동력 발생 시스템은, 가스 상태의 연료를 공급하는 연료공급라인과, 공기를 공급하는 공기공급라인과, 상기 연료공급라인으로부터 상기 연료를 공급받고 상기 공기공급라인으로부터 상기 공기를 공급받아 연소하여 동력을 생성하는 가스엔진과, 상기 가스엔진에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관 상에 설치되며 상기 공기공급라인으로부터 상기 공기를 공급받아 상기 배기가스에 포함된 미반응 연료를 이산화탄소로 산화시키는 산화반응기, 및 상기 산화반응기 후단의 상기 배기관 상에 설치되며 상기 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 분사하여 상기 배기가스로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소포집장치를 포함한다.
상기 동력 발생 시스템은, 상기 공기공급라인 상에 설치되며, 상기 가스엔진으로 공급되는 상기 연료의 공연비(空燃比, air fuel ratio)에 대응하여 상기 공기의 유량을 조절하는 유량조절유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 동력 발생 시스템은, 상기 유량조절유닛 전단의 상기 공기공급라인 상에 설치되어 상기 공기 내 산소의 중량비를 증가시키는 중량비조절유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 중량비조절유닛은, 상온의 상기 공기를 압축 및 냉각하고 증류하여 상기 산소의 중량비를 증가시키거나, 상온의 상기 공기를 압축하고 질소를 흡착하는 흡착제에 통과시켜 상기 산소의 중량비를 증가시키거나, 상온의 상기 공기를 다수의 기공이 형성된 멤브레인에 통과시켜 상기 산소의 중량비를 증가시킬 수 있다.
상기 동력 발생 시스템은, 상기 산화반응기와 상기 이산화탄소포집장치 사이의 상기 배기관 상에 설치되며, 상기 배기가스와 열교환하여 생성한 스팀을 상기 이산화탄소포집장치로 공급하는 이코노마이저를 더 포함할 수 있다.
상기 동력 발생 시스템은, 상기 산화반응기 전단의 상기 배기관에서 분기되어 상기 배기가스를 상기 연료공급라인으로 순환시키는 순환라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스엔진으로 공급되는 연료의 공연비에 대응하여 공기의 유량을 조절하되 공기 내 산소의 중량비를 증가시켜 공급하므로, 배기가스 내 이산화탄소의 농도가 높아져 포집 효율이 증가될 수 있다. 이산화탄소의 포집효율이 증가함에 따라 이산화탄소포집장치의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 비용 및 에너지를 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도도 증대시킬 수 있다.
또한, 가스엔진과 산화반응기에 각각 공기 내 산소의 중량비를 증가시켜 공급함에 따라, 적은 양의 공기로도 산화 반응이 효과적으로 일어날 수 있어 산화제의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동력 발생 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 이산화탄소포집장치를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 2는 도 1의 이산화탄소포집장치를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
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.
이하, 도 1 내지 도 3을참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 동력 발생 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 동력 발생 시스템은 가스 연료를 연소하여 동력을 생성하는 시스템으로, 선박에 설치될 수 있다.
동력 발생 시스템은 가스엔진으로 공급되는 연료의 공연비에 대응하여 공기의 유량을 조절하되 공기 내 산소의 중량비를 증가시켜 공급하므로, 배기가스 내 이산화탄소의 농도가 높아져 포집 효율이 증가될 수 있다. 이산화탄소의 포집 효율이 증가함에 따라 이산화탄소포집장치의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 비용 및 에너지를 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도도 증대시킬 수 있다.또한, 가스엔진과 산화반응기에 각각 공기 내 산소의 중량비를 증가시켜 공급함에 따라, 적은 양의 공기로도 산화 반응이 효과적으로 일어날 수 있어 산화제의 양을 줄일 수 있는 특징이 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 동력 발생 시스템(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 동력 발생 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 이산화탄소포집장치를 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 동력 발생 시스템(1)은 연료공급라인(10), 공기공급라인(20), 가스엔진(30), 산화반응기(40), 및 이산화탄소포집장치(50)를 포함한다.
연료공급라인(10)은 천연가스, LPG, 수소와 같은 가스 상태의 연료를 공급하는 라인으로, 가스 상태의 연료가 저장된 저장탱크(도시되지 않음) 또는 가스 상태의 연료를 생성하는 생성장치(도시되지 않음)에 연결되어 연료를 공급할 수 있다. 연료공급라인(10) 상에는 가스 상태의 연료를 가열하는 적어도 하나의 히터(도시되지 않음)와, 가스 상태의 연료를 가압하는 적어도 하나의 압축기(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
공기공급라인(20)은 공기를 공급하는 라인으로, 외부로 연장되는 덕트(도시되지 않음)에 연결되거나 공기가 저장된 저장탱크(도시되지 않음)에 연결되어 공기를 공급할 수 있다. 공기공급라인(20)상에는 공기 중 이물질을 필터링하는 적어도 하나의 필터(도시되지 않음)와 유량조절유닛(60)과 중량비조절유닛(70), 및 블로어(도면부호 미도시)가 설치될 수 있다.
유량조절유닛(60)은 블로어 전단에 설치되어 후술할 가스엔진(30)으로 공급되는 연료의 공연비(空燃比, air fuel ratio)에 대응하여 공기의 유량을 조절하는 것으로, 통상의 유량조절밸브일 수 있다. 유량조절유닛(60)은 제어부(도시되지 않음)에 의해 제어되어 연료의 공연비에 대응하여 공기의 유량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 연료공급라인(10)으로 유입되는 연료가 천연가스인 경우, 유량조절유닛(60)은 이론 공연비인 17.2:1에 맞추어 공기의 유량을 조절하고, 연료공급라인(10)으로 유입되는 연료가 LPG인 경우, 유량조절유닛(60)은 이론 공연비인 15.5:1에 맞추어 공기의 유량을 조절할 수 있다. 또한, 연료공급라인(10)으로 유입되는 연료가 수소인 경우, 유량조절유닛(60)은 이론 공연비인 34.3:1에 맞추어 공기의 유량을 조절할 수 있다.
중량비조절유닛(70)은 공기 내 산소의 중량비를 증가시키는 것으로,유량조절유닛(60) 전단의 공기공급라인(20) 상에 설치될 수 있다. 즉, 공기공급라인(20)으로 유입된 공기는, 이물질 제거 필터, 중량비조절유닛(70), 유량조절유닛(60), 블로어를 차례로 통과하여 후술할 가스엔진(30)으로 공급될 수 있다. 중량비조절유닛(70)은 예를 들어, 상온의 공기를 압축 및 냉각하고 증류하여 산소의 중량비를 증가시키는 심냉분리법을 이용하거나, 상온의 공기를 압축하고 질소를 흡착하는 흡착제에 통과시켜 산소의 중량비를 증가시키는 흡착분리법을 이용하거나, 상온의 공기를 다수의 기공이 형성된 멤브레인에 통과시켜 산소의 중량비를 증가시키는 막분리법을 이용할 수 있다. 중량비조절유닛(70)이 공기 내 산소의 중량비를 증가시킴으로써, 가스엔진(30)으로 적은 양의 공기가 공급되더라도 산화 반응이 효과적으로 일어날 수 있어 산화제의 공급량을 줄일 수 있다. 그러나, 유량조절유닛(60) 전단에 중량비조절유닛(70)이 설치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라, 유량조절유닛(60) 전단에 산소 저장탱크만 설치되거나 중량비조절유닛(70)과 산소 저장탱크가 병렬로 설치될 수도 있다.
가스엔진(30)은 연료공급라인(10)으로부터 연료를 공급받고 공기공급라인(20)으로부터 공기를 공급받아 연소하여 동력을 생성하는 것으로, ME-GI(Main engine Electronic control Gas Injection) 엔진, X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진 등 가스 연료를 사용하는 내연기관을 통칭할 수 있다. 가스엔진(30)은 공지된 기술이므로 구조에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다. 가스엔진(30)에서 연료의 연소에 따라 발생된 배기가스는 배기관(31)으로 배출되며, 배기관(31) 상에는 산화반응기(40)와 이산화탄소포집장치(50)가 설치될 수 있다.
산화반응기(40)는 공기공급라인(20), 보다 구체적으로, 블로어 후단의 공기공급라인(20)에서 분기된 공기분기라인(21)으로부터 공기를 공급받아 배기가스에 포함된 미반응 연료를 이산화탄소로 산화시킬 수 있다. 산화반응기는 예를 들어, 메탄산화촉매를 포함하여 액화천연가스에 포함된 메탄을 이산화탄소와 수소로 산화시키는 메탄산화촉매반응기로 형성될 수 있다. 메탄산화촉매반응기는 마그네슘, 알루미늄, 실리카, 지르코니아 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 산화물로 이루어진 담체에 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 코발트 중에서 선택된 하나 이상의 금속으로 이루어진 메탄산화촉매가 담지된 세라믹 구조물인 다공성지지체를 포함할 수 있다. 메탄산화촉매는 담체에 담지되어 바인더(binder)에 의해 용액 형태로 제조된 후 세라믹 구조물인 다공성지지체에 코팅될 수 있으며, 다공성지지체는 허니컴(honeycomb) 구조로 형성되거나 플레이트(plate) 구조로 형성될 수 있다. 산화반응기(40)는 아래의 <반응식>에 따라 미반응 메탄을 이산화탄소로 산화시킬 수 있다.
<반응식>
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
배기관(31) 상에 산화반응기(40)가 설치됨으로써, 지구온난화지수가 상대적으로 높은 메탄(CH4)이 대기 중에 방출되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 메탄(CH4)이 산화되어 형성된 이산화탄소(CO2)는 이산화탄소포집장치(50)에서 포집 가능하므로, 이산화탄소(CO2)가 대기 중에 방출되는 것을 최소화할 수 있어국제해사기구(IMO)의 배출 규제를 용이하게 만족시킬 수 있다.
산화반응기(40) 전단의 배기관(31)에는 순환라인(32)이 분기되고, 순환라인(32)은 산화반응기(40)를 통과한 배기가스 중 일부를 연료공급라인(10)으로 순환시킬 수 있다. 순환라인(32)의 분기 지점에는 삼방 밸브(3-way valve)가 설치되어, 순환라인(32) 측 배기가스의 유동과 배기관(31) 측 배기가스의 유동이 동시에 제어될 수 있다. 순환라인(32)이 배기가스 중 일부를 연료공급라인(10)으로 순환시킴으로써, 배기가스에 포함된 미반응 메탄이 연료로 활용될 수 있음은 물론 가스엔진(30)의 연소실의 온도가 낮아져 질소산화물의 발생이 억제될 수 있다. 순환라인(32)에는 배기가스 재순환장치(EGR; Exhaust Gas Recirculation, 도시되지 않음)를 비롯하여 물공급유닛(도시되지 않음), 냉각유닛(도시되지 않음)이 배치될 수 있다.
이산화탄소포집장치(50)는 산화반응기(40) 후단의 배기관(31), 보다 구체적으로, 배기관(31)에서 분기된 분기관(33)상에 설치되며, 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 분사하여 배기가스로부터 이산화탄소를 제거할 수 있다. 전술한 바와 같이, 가스엔진(30)으로 공급되는 연료의 공연비에 대응하여 공기의 유량이 조절되되 공기 내 산소의 중량비가 증가되어 공급되고, 산화반응기(40)에서 배기가스 내 미반응 메탄이 이산화탄소로 산화되므로, 이산화탄소포집장치(50)로 공급되는 배기가스 내 이산화탄소의 농도가 높아 이산화탄소포집장치(50)의 포집 효율이 증가될 수 있다. 이산화탄소포집장치(50)의 포집 효율이 증가함에 따라 장치 크기를 줄일 수 있어 이에 따른 비용 및 에너지를 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도도 증대시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 이산화탄소포집장치(50)는 흡수탑(51), 재생탑(52), 리보일러(53)를 포함한다.
흡수탑(51)은 분기관(33)을 통해 공급된 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) 화합물이나 암모니아 수용액일 수 있다. 배기가스는 흡수탑(51) 하부로 공급되어 흡수탑(51)의 상부에서 분사되는 흡수제와 기액 접촉하며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수되어 배기가스부터 제거될 수 있다. 흡수탑(51)에서 이산화탄소가 흡수될 때 발열 반응이 일어나므로, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수탑(51) 상부에서 별도의 냉각 과정을 거쳐 분기관(33)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 예를 들어, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수탑(51) 상부에서 분사되는 청수 등의 냉각매체와 기액 접촉하여 냉각된 후 배기될 수 있으며, 배기가스와 접촉한 냉각매체는 집수(集水)되어 흡수탑(51)외부로 배출된 후 가압 및 냉각 과정을 거쳐 다시 흡수탑(51)으로 순환될 수 있다. 흡수탑(51)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 재생탑(52)으로 공급된다.
재생탑(52)은 흡수탑(51)으로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받아 흡수제로부터 이산화탄소를 분리한다. 보다 구체적으로, 이산화탄소가 흡수된 흡수제는 재생탑(52) 상부로 공급되어, 재생탑(52)의 상부에서 하부로 흐르면서 열에너지에 의해 이산화탄소가 분리될 수 있다. 이 때, 재생탑(52) 내부의 흡수제 중 일부는 순환관(52a)을 통해 리보일러(53)로 유입되어 가열되며, 리보일러(53)의 가열에 의해 흡수제로부터 발생한 이산화탄소와 증기는 순환관(52a)을 통해 재생탑(52)으로 순환되어 열에너지를 추가로 제공하면서 이산화탄소의 분리율을 높일 수 있다.
리보일러(53)는 재생탑(52)으로 흡수제와 이산화탄소가 분리되는데 필요한 열원을 제공하는 것으로, 이코노마이저(80)에서 생성된 스팀을 이용하여 재생탑(52)으로 순환되는 흡수제를 가열할 수 있다.
이코노마이저(80)는 산화반응기(40)와 이산화탄소포집장치(50) 사이의 배기관(31) 상에 설치되며, 배기가스와 열교환하여 생성한 스팀을 이산화탄소포집장치(50)로 공급할 수 있다. 산화반응기(40)와 이산화탄소포집장치(50)의 사이에 이코노마이저(80)가 설치됨으로써, 이산화탄소포집장치(50)로 공급되는 배기가스의 폐열을 회수할 수 있어 이산화탄소포집장치(50)에 별도의 냉각탑이 생략될 수 있다. 이코노마이저(80)에서 생성된 스팀은 스팀공급관(81)을 통해 리보일러(53)로 공급될 수 있다. 이코노마이저(80)에서 생성된 스팀이 리보일러(53)로 공급되어 흡수제를 가열하는 열원으로 사용됨으로써, 스팀 생성을 위한 별도의 보일러를 가동할 필요가 없어 에너지 소모를 줄일 수 있고 보일러의 가동에 따른 또 다른 이산화탄소의 생성도 방지할 수 있다.
흡수제로부터 분리된 고농도의 이산화탄소는 재생탑(52) 상부로 배출되어 응축기(도면부호 미도시)와 환류드럼(도면부호 미도시)을 차례로 통과하며 수분이 제거되며, 환류드럼에서 이산화탄소로부터 분리된 수분은 가압되어 다시 재생탑(52)으로 순환될 수 있다. 이러한 일련의 과정으로 이산화탄소포집장치(50)에서 포집된 이산화탄소는 압축기(54)에 의해 고압으로 압축되어 액화된 상태로 저장탱크(55)에 저장되며, 저장탱크(55)에 저장된 액화 이산화탄소는 지중 또는 수중에 별도로 저장되거나 화학물질을 제조하는데 사용될 수 있다.
전술한 재생탑(52)은 제1 라인(51a)을 통해 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받고, 제2 라인(52b)을 통해 이산화탄소가 분리된 흡수제를 흡수탑(51)으로 순환시킬 수 있다.
제1 라인(51a)은 일단이 흡수탑(51) 하부에 연결되고 타단이 재생탑(52)상부에 연결되어, 흡수탑(51)에서 배출된 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑(52) 상부로 공급할 수 있다. 제1 라인(51a) 상에는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 가압하는 적어도 하나의 펌프(도면부호 미도시)와 후술할 열교환기(51b)가 설치될 수 있다.
제2 라인(52b)은 일단이 재생탑(52) 하부에 연결되고 타단이 흡수탑(51) 상부에 연결되어, 재생탑(52)에서 배출된 이산화탄소가 분리된 흡수제를 흡수탑(51) 상부로 공급할 수 있다. 제2 라인(52b) 상에는 열교환기(51b)를 비롯하여 펌프(도면부호 미도시), 냉각기(52c)가 설치되므로, 재생탑(52)에서 제2 라인(52b)으로 배출된 약 80~150℃의 이산화탄소가 분리된 흡수제는 다단으로 냉각되어 약 40~50℃의 상태로 흡수탑(51)에 공급될 수 있다.
열교환기(51b)는 제1 라인(51a)과 제2 라인(52b)을 열교환하여 재생탑(52)으로 공급되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 가열한다. 즉, 열교환기(51b)는 제1 라인(51a)을 통해 흡수탑(51)에서 재생탑(52)으로 공급되는 약 40~50℃의 흡수제와, 제2 라인(52b)을 통해 재생탑(52)에서 흡수탑(51)으로 공급되는 약 80~150℃의 흡수제를 열교환하여, 재생탑(52)으로 공급되는 흡수제의 온도는 높이고, 흡수탑(51)으로 순환되는 흡수제의 온도는 낮춘다. 재생탑(52)으로 공급되는 흡수제의 온도가 증가함에 따라 재생탑(52)에서 이산화탄소의 분리가 보다 효과적으로 이루어질 수 있으며, 흡수탑(51)으로 순환되는 흡수제의 온도가 감소함에 따라 흡수탑(51)에서 이산화탄소가 흡수제에 보다 용이하게 흡수될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 동력 발생 시스템(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 동력 발생 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명에 따른 동력 발생 시스템(1)은 가스엔진(30)으로 공급되는 연료의 공연비에 대응하여 공기의 유량을 조절하되 공기 내 산소의 중량비를 증가시켜 공급하므로, 배기가스 내 이산화탄소의 농도가 높아져 포집 효율이 증가될 수 있다. 이산화탄소의 포집 효율이 증가함에 따라 이산화탄소포집장치(50)의 크기를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 비용 및 에너지를 절감할 수 있음은 물론 선내 공간 활용도도 증대시킬 수 있다. 또한, 가스엔진(30)과 산화반응기(40)에 각각 공기 내 산소의 중량비를 증가시켜 공급함에 따라, 적은 양의 공기로도 산화 반응이 효과적으로 일어날 수 있어 산화제의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 3을 참조하면, 가스 연료는 연료공급라인(10)을 통해 가스엔진(30)으로 공급되고, 이와 동시에 또는 순차적으로, 공기는공기공급라인(20) 상에 설치된 이물질 제거 필터, 중량비조절유닛(70), 유량조절유닛(60), 블로어를 차례로 통과하여 가스엔진(30)으로 공급된다. 중량비조절유닛(70)은 공기로부터 산소를 분리하여 공기 내 산소의 중량비를 증가시키며, 유량조절유닛(60)은 가스 연료의 공연비에 대응하여 공기의 유량을 조절할 수 있다.
가스엔진(30)은 공기공급라인(20)을 통해 공급된 공기를 산화제로 가스 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 연소에 따른 배기가스는 배기관(31)으로 배출되어 일부가 순환라인(32)을 통해 연료공급라인(10)으로 순환되고, 나머지 일부가 산화반응기(40)로 공급된다. 산화반응기(40)는 공기분기라인(21)을 통해 공급된 공기를 산화제로 하여 배기가스 내 미반응 메탄을 이산화탄소로 산화시키며, 미반응 메탄이 이산화탄소로 산화된 배기가스는 배기관(31)을 통해 이코노마이저(80)로 이동한다. 이코노마이저(80)는 배기가스의 폐열을 회수하여 스팀을 생성하고, 생성된 스팀은 스팀공급관(81)을 통해 이산화탄소포집장치(50)의 리보일러(53)로 공급되어 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 열원으로 사용될 수 있다. 이코노마이저(80)에서 폐열이 회수된 배기가스는 일부가 배기관(31)을 통해 대기 중에 방출되고, 나머지 일부는 분기관(33)을 통해 이산화탄소포집장치(50)로 공급되어 흡수제를 이용한 습식 포집 방식으로 이산화탄소가 제거된 후 대기 중에 방출된다. 이산화탄소포집장치(50)에서 포집된 이산화탄소는 압축기(54)에 의해 고압으로 압축되어 액화된 상태로 저장탱크(55)에 저장된다.
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.
1: 동력 발생 시스템
10: 연료공급라인 20: 공기공급라인
21: 공기분기라인 30: 가스엔진
31: 배기관 32: 순환라인
33: 분기관 40: 산화반응기
50: 이산화탄소포집장치 51: 흡수탑
52: 재생탑 53: 리보일러
54: 압축기 55: 저장탱크
60: 유량조절유닛 70: 중량비조절유닛
80: 이코노마이저 81: 스팀공급관
10: 연료공급라인 20: 공기공급라인
21: 공기분기라인 30: 가스엔진
31: 배기관 32: 순환라인
33: 분기관 40: 산화반응기
50: 이산화탄소포집장치 51: 흡수탑
52: 재생탑 53: 리보일러
54: 압축기 55: 저장탱크
60: 유량조절유닛 70: 중량비조절유닛
80: 이코노마이저 81: 스팀공급관
Claims (6)
- 가스 상태의 연료를 공급하는 연료공급라인;
공기를 공급하는 공기공급라인;
상기 연료공급라인으로부터 상기 연료를 공급받고, 상기 공기공급라인으로부터 상기 공기를 공급받아 연소하여 동력을 생성하는 가스엔진;
상기 가스엔진에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관 상에 설치되며, 상기 공기공급라인으로부터 상기 공기를 공급받아 상기 배기가스에 포함된 미반응 연료를 이산화탄소로 산화시키는 산화반응기, 및
상기 산화반응기 후단의 상기 배기관 상에 설치되며, 상기 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 분사하여 상기 배기가스로부터 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소포집장치를 포함하는 동력 발생 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 공기공급라인 상에 설치되며, 상기 가스엔진으로 공급되는 상기 연료의 공연비(空燃比, air fuel ratio)에 대응하여 상기 공기의 유량을 조절하는 유량조절유닛을 더 포함하는 동력 발생 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 유량조절유닛 전단의 상기 공기공급라인 상에 설치되어 상기 공기 내 산소의 중량비를 증가시키는 중량비조절유닛을 더 포함하는 동력 발생 시스템. - 제3 항에 있어서, 상기 중량비조절유닛은,
상온의 상기 공기를 압축 및 냉각하고 증류하여 상기 산소의 중량비를증가시키거나,
상온의 상기 공기를 압축하고 질소를 흡착하는 흡착제에 통과시켜 상기 산소의 중량비를 증가시키거나,
상온의 상기 공기를 다수의 기공이 형성된 멤브레인에 통과시켜 상기 산소의 중량비를 증가시키는 동력 발생 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 산화반응기와 상기 이산화탄소포집장치 사이의 상기 배기관 상에 설치되며, 상기 배기가스와 열교환하여 생성한 스팀을 상기 이산화탄소포집장치로 공급하는 이코노마이저를 더 포함하는 동력 발생 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 산화반응기 전단의 상기 배기관에서 분기되어 상기 배기가스를 상기 연료공급라인으로 순환시키는 순환라인을 더 포함하는 동력 발생 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220119073A KR20240040267A (ko) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 동력 발생 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220119073A KR20240040267A (ko) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 동력 발생 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240040267A true KR20240040267A (ko) | 2024-03-28 |
Family
ID=90482742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220119073A KR20240040267A (ko) | 2022-09-21 | 2022-09-21 | 동력 발생 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240040267A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101261858B1 (ko) | 2010-10-21 | 2013-05-07 | 삼성중공업 주식회사 | 배열 재생형 가스엔진 시스템 |
-
2022
- 2022-09-21 KR KR1020220119073A patent/KR20240040267A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101261858B1 (ko) | 2010-10-21 | 2013-05-07 | 삼성중공업 주식회사 | 배열 재생형 가스엔진 시스템 |
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