KR20240044591A - Carbon Dioxide Capture System For Ship - Google Patents

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KR20240044591A
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Abstract

선박의 이산화탄소 포집시스템이 개시된다. 본 발명의 선박의 이산화탄소 포집시스템은, 선박에서 LNG를 연료로 사용하는 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하고 냉각하여 액화하는 이산화탄소포집라인; 상기 선박에 마련되며 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크; 상기 LNG 저장탱크의 LNG에서 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 연료압축기; 상기 연료압축기에서 압축된 압축가스를 재액화하여 상기 LNG 저장탱크로 회수하는 재액화라인; 및 상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축가스가 상기 연료압축기로 공급될 미압축 증발가스 냉열로 냉각되는 재액화열교환기:를 포함하고, 상기 이산화탄소포집라인의 이산화탄소는 상기 재액화열교환기를 거쳐 냉각되는 것을 특징으로 한다. The ship's carbon dioxide capture system is launched. The ship's carbon dioxide capture system of the present invention includes a carbon dioxide collection line that separates carbon dioxide from flue gas generated from a combustion device that uses LNG as fuel on a ship, cools it, and liquefies it; An LNG storage tank provided on the ship and storing LNG; A fuel compressor that receives and compresses the boil-off gas generated from the LNG in the LNG storage tank; A re-liquefaction line that re-liquefies the compressed gas compressed in the fuel compressor and returns it to the LNG storage tank; And a reliquefaction heat exchanger provided in the reliquefaction line and in which the compressed gas is cooled by the cold heat of uncompressed boil-off gas to be supplied to the fuel compressor, wherein the carbon dioxide in the carbon dioxide collection line is cooled through the reliquefaction heat exchanger. It is characterized by

Figure P1020220123561
Figure P1020220123561

Description

선박의 이산화탄소 포집시스템{Carbon Dioxide Capture System For Ship}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 줄이고, 분리된 이산화탄소를 LNG 증발가스 냉열로 냉각하는 선박의 이산화탄소 포집시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide capture system for ships, and more specifically, to separate and liquefy carbon dioxide from flue gas generated from the combustion device of ships using LNG as fuel, and to use the heat energy of the flue gas in a reboiler. It relates to a ship's carbon dioxide capture system that supplies the cooled flue gas through a reboiler to a cooling tower to reduce the amount of seawater or fresh water required to cool the flue gas, and cools the separated carbon dioxide with the cold heat of LNG boil-off gas.

지구온난화 현상의 심화에 따라 전세계적으로 온실가스 배출을 감축하려는 노력이 이루어지고 있다. As the global warming phenomenon intensifies, efforts are being made around the world to reduce greenhouse gas emissions.

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. As the 1997 Kyoto Protocol, which included obligations for developed countries to reduce greenhouse gases, expires in 2020, the Paris Climate Change Agreement (Paris Climate Change) was adopted at the 21st United Nations Framework Convention on Climate Change held in Paris, France in December 2015 and came into effect in November 2016. The 195 parties that participated in the agreement (Change Accord) are making various efforts aimed at reducing greenhouse gases.

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. Along with this global trend, interest in renewable energy (or renewable energy) such as wind power, solar power, solar heat, bioenergy, tidal power, and geothermal heat as a pollution-free energy that can replace fossil fuels and nuclear power is increasing, and various technologies are being developed. I'm losing.

선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위해 설치된 유엔 전문기구인 국제 해사 기구(IMO: International Maritime Organization)는 선박에 의한 전세계 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.The International Maritime Organization (IMO), a United Nations specialized organization established to internationally unify shipping routes, traffic rules, port facilities, etc., predicted that global greenhouse gas emissions from ships will increase from 2.7% in 2007 to 2050. It is expected to increase to 12-18%, and in order to prevent air pollution caused by ships, 'Air pollution prevention' has been added to Annex VI of the MARPOL agreement to reduce SOx (sulfuric acid substances), NOx (nitrogen oxides), and ODS (ozone depletion substances). ), etc. have been designated as regulated substances.

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.Accordingly, the technology of using liquefied gases such as LNG, LPG, CNG, and DME as ship fuel has recently been in the spotlight. In particular, LNG emits more than 20% less carbon dioxide than coal-based fuels such as bunker C oil, and furthermore, it emits almost no nitrogen oxides and sulfur oxides, which are the main causes of air pollution, so it is evaluated as an eco-friendly fuel compared to other fossil fuels and is recognized internationally. In accordance with the trend of strengthening exhaust gas emission regulations, the number of ships using LNG as propulsion fuel in addition to LPG or LNG carriers is increasing.

LNG는 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받지만 연소 시 여전히 이산화탄소가 발생하며, 이를 연료로 사용하는 선박에서는 운항 중 이산화탄소를 배출하게 된다. Although LNG is considered an eco-friendly fuel compared to other fossil fuels, it still produces carbon dioxide when burned, and ships that use it as fuel emit carbon dioxide during operation.

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. IMO (International Maritime Organization) sets a goal of reducing greenhouse gases by 50% in 2050 and 100% in 2100 (GHG Zero Emission) compared to 2008, and regulates each country and region accordingly. is expected to be strengthened.

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. According to EEDI (Energy Efficiency Design Index), a mandatory carbon dioxide reduction regulation applied by IMO to new ships, the initial EEDI announcement called for a 10% reduction in carbon dioxide emissions in 2015 based on carbon dioxide emissions from 2013 to 2015. EEDI Phase 1 was applied, and it was planned to apply Phase 3 in 2025 by strengthening and applying one step every five years. However, for LPG carriers, EEDI Phase 3 will be applied early from 2022, two years after applying EEDI Phase 2. As international interest in climate change and greenhouse gas emissions grows, it has been decided that ships ordered after 2030 will reduce carbon emissions by 40% compared to ships ordered in 2008, and by 50% by 2050. Regulations are rapidly being strengthened.

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. In accordance with this trend of strengthening regulations, various technologies are being researched, such as the development of eco-friendly fuel technology without carbon dioxide emissions and technology to capture carbon dioxide in fossil fuel combustion gas and convert it into methane or methanol or liquefy it. In particular, since the use of fossil fuels is inevitable until economical new and renewable energy technologies are developed, there is a need to develop technologies that can capture and effectively treat carbon dioxide generated from the use of fossil fuels.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에서 LNG를 연료로 사용하는 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하고 냉각하여 액화하는 이산화탄소포집라인;According to one aspect of the present invention for solving the above-described problem, a carbon dioxide collection line that separates carbon dioxide from flue gas generated from a combustion device using LNG as fuel on a ship, cools it, and liquefies it;

상기 선박에 마련되며 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크;An LNG storage tank provided on the ship and storing LNG;

상기 LNG 저장탱크의 LNG에서 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 연료압축기; A fuel compressor that receives and compresses the boil-off gas generated from the LNG in the LNG storage tank;

상기 연료압축기에서 압축된 압축가스를 재액화하여 상기 LNG 저장탱크로 회수하는 재액화라인; 및A re-liquefaction line that re-liquefies the compressed gas compressed in the fuel compressor and returns it to the LNG storage tank; and

상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축가스가 상기 연료압축기로 공급될 미압축 증발가스 냉열로 냉각되는 재액화열교환기:를 포함하고, A reliquefaction heat exchanger provided in the reliquefaction line and in which the compressed gas is cooled by the cold heat of uncompressed boil-off gas to be supplied to the fuel compressor,

상기 이산화탄소포집라인의 이산화탄소는 상기 재액화열교환기를 거쳐 냉각되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템이 제공된다.A carbon dioxide capture system for ships is provided, wherein the carbon dioxide in the carbon dioxide collection line is cooled through the reliquefaction heat exchanger.

바람직하게는, 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 재생탑에서 분리된 이산화탄소를 공급받아 압축하는 이산화탄소압축기:를 더 포함하고, 상기 이산화탄소압축기에서 압축된 이산화탄소는 상기 재액화열교환기에서 냉각될 수 있다. Preferably, a cooling tower provided in the carbon dioxide collection line and cooling the flue gas; An absorption tower that separates and collects carbon dioxide from the flue gas cooled in the cooling tower; A regeneration tower that receives a solution containing carbon dioxide from the absorption tower and separates carbon dioxide; And a carbon dioxide compressor that receives and compresses the carbon dioxide separated from the regeneration tower, wherein the carbon dioxide compressed in the carbon dioxide compressor can be cooled in the reliquefaction heat exchanger.

바람직하게는, 상기 재생탑으로부터 상기 용액을 공급받아 가열하고 상기 재생탑으로 재공급하는 리보일러; 상기 이산화탄소포집라인에서 분기되어 상기 리보일러를 우회하여 상기 냉각탑 전단에서 이산화탄소포집라인으로 합류되는 분기라인; 및 상기 분기라인에 마련되는 분기밸브:를 더 포함하고, 상기 리보일러는 상기 이산화탄소포집라인의 상기 냉각탑 상류에서 상기 플루가스로부터 열에너지를 공급받아 상기 용액을 가열하고, 상기 플루가스의 전부 또는 일부는 상기 리보일러에서 냉각되어 상기 냉각탑으로 공급될 수 있다. Preferably, a reboiler that receives the solution from the regeneration tower, heats it, and re-supplies it to the regeneration tower; A branch line that branches off from the carbon dioxide capture line, bypasses the reboiler, and joins the carbon dioxide capture line at the front of the cooling tower; And a branch valve provided in the branch line, wherein the reboiler heats the solution by receiving heat energy from the flue gas at the cooling tower upstream of the carbon dioxide collection line, and all or part of the flue gas is It may be cooled in the reboiler and supplied to the cooling tower.

바람직하게는, 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. Preferably, a first temperature sensor detecting the temperature of flue gas at a rear end of the confluence of the branch line in the carbon dioxide collection line; and a first temperature control unit that controls the bypass valve according to the flue gas temperature detected by the first temperature sensor.

바람직하게는, 상기 이산화탄소압축기에서 압축된 이산화탄소를 냉각하는 후냉각기; 상기 이산화탄소포집라인의 후냉각기 하류에서 분기되어 상기 재액화열교환기를 우회하여 상기 이산화탄소포집라인으로 합류되는 바이패스라인; 및 상기 바이패스라인에 마련되는 바이패스밸브:를 더 포함할 수 있다. Preferably, a post-cooler for cooling the carbon dioxide compressed in the carbon dioxide compressor; A bypass line that branches off from the post-cooler downstream of the carbon dioxide collection line, bypasses the reliquefaction heat exchanger, and joins the carbon dioxide collection line; and a bypass valve provided in the bypass line.

바람직하게는, 상기 바이패스라인의 바이패스밸브 하류에서 이산화탄소 온도를 감지하는 제2 온도센서; 상기 제2 온도센서에서 감지된 이산화탄소 온도에 따라 상기 바이패스밸브의 제어를 위한 신호를 출력하는 제2 온도제어부; 상기 바이패스라인의 바이패스밸브 하류에서 이산화탄소 압력을 감지하는 압력센서; 상기 압력센서에서 감지된 이산화탄소 압력에 따라 상기 바이패스밸브의 제어를 위한 신호를 출력하는 압력제어부; 및 상기 제2 온도제어부 및 압력제어부에서 출력된 신호를 수신하여 상기 바이패스밸브를 제어하는 멀티제어기:를 더 포함할 수 있다. Preferably, a second temperature sensor detecting the carbon dioxide temperature downstream of the bypass valve of the bypass line; a second temperature control unit that outputs a signal for controlling the bypass valve according to the carbon dioxide temperature detected by the second temperature sensor; A pressure sensor that detects carbon dioxide pressure downstream of the bypass valve of the bypass line; a pressure control unit that outputs a signal for controlling the bypass valve according to the carbon dioxide pressure detected by the pressure sensor; and a multi-controller that receives signals output from the second temperature control unit and the pressure control unit to control the bypass valve.

바람직하게는, 상기 재액화라인의 재액화열교환기 전단에 마련되어, 상기 연료압축기에서 압축되어 상기 재액화열교환기로 도입될 압축가스를 추가 압축하는 부스팅압축기; 상기 연료압축기의 하류에서 압축가스 일부를 분기하여 상기 재액화열교환기로 도입될 미압축 증발가스 흐름으로 공급하는 냉매보충라인; 상기 냉매보충라인에 마련되며 상기 연료압축기에서 압축된 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 상기 재액화열교환기로 도입시키는 컴팬더 압축기; 및 상기 냉매보충라인에 마련되며 상기 컴팬더 압축기에서 추가 압축 후 재액화열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 공급받아 팽창 냉각시키는 컴팬더 팽창기:를 더 포함하며, 상기 컴팬더 압축기는 상기 컴팬더 팽창기와 연결되어 압축가스의 팽창에너지에 의해 압축가스를 추가 압축할 수 있다. Preferably, a boosting compressor provided in front of the reliquefaction heat exchanger of the reliquefaction line to further compress the compressed gas to be compressed in the fuel compressor and introduced into the reliquefaction heat exchanger; A refrigerant replenishment line that branches off a portion of the compressed gas downstream of the fuel compressor and supplies it to an uncompressed boil-off gas flow to be introduced into the reliquefaction heat exchanger; A compander compressor provided in the refrigerant replenishment line, receives compressed gas from the fuel compressor, further compresses it, and introduces it into the reliquefaction heat exchanger; And a compander expander provided in the refrigerant replenishment line and receiving compressed gas cooled through a reliquefaction heat exchanger after additional compression in the compander compressor to expand and cool the compressed gas, wherein the compander compressor is connected to the compander expander. When connected, the compressed gas can be further compressed by the expansion energy of the compressed gas.

바람직하게는, 상기 재액화라인에 마련되며 상기 재액화열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 감압하여 냉각시키는 감압장치; 및 상기 감압장치에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액체는 상기 LNG 저장탱크로 공급되고, 분리된 기체는 상기 재액화열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류될 수 있다. Preferably, a decompression device provided in the reliquefaction line to receive the compressed gas cooled in the reliquefaction heat exchanger and depressurize and cool it; And a gas-liquid separator that receives the compressed gas cooled in the pressure reducing device and separates gas-liquid, wherein the liquid separated from the gas-liquid separator is supplied to the LNG storage tank, and the separated gas is introduced into the reliquefaction heat exchanger. It may join the uncompressed boil-off gas.

바람직하게는, 상기 연소장치는 상기 선박의 추진용 엔진을 포함하며, 상기 연료압축기는 상기 증발가스를 상기 엔진의 연료공급압력으로 압축하여 연료로 공급하고, 상기 엔진으로 연료 공급 후 남는 잉여 압축가스가 상기 재액화라인을 거쳐 재액화될 수 있다. Preferably, the combustion device includes an engine for propulsion of the ship, and the fuel compressor compresses the boil-off gas to the fuel supply pressure of the engine and supplies it as fuel, and surplus compressed gas remaining after supplying fuel to the engine. Can be reliquefied through the reliquefaction line.

바람직하게는, 상기 냉각탑에서는 해수 또는 청수에 의해 상기 플루가스가 냉각되고, 상기 흡수탑에서 이산화탄소가 분리포집된 플루가스는 선외 배출될 수 있다. Preferably, the flue gas is cooled by seawater or fresh water in the cooling tower, and the flue gas in which carbon dioxide is separated and collected in the absorption tower can be discharged overboard.

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. In the present invention, carbon dioxide is captured, separated, and liquefied from flue gas generated from a ship's combustion device, but the heat energy of the flue gas is used in a reboiler and the cooled flue gas is supplied to the cooling tower through the reboiler, thereby producing refrigerant gas. It is possible to secure the heat source needed for the boiler and reduce the amount of seawater or fresh water needed to cool the flue gas.

또한, 플루가스로부터 분리되어 액화시킬 이산화탄소를, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스 냉열을 이용하여 냉각함으로써 선박의 에너지 효율을 높이고 운전 비용을 절감할 수 있도록 한다.In addition, the carbon dioxide to be separated from the flue gas and liquefied is cooled using the cold heat of the boil-off gas generated in the LNG storage tank, thereby increasing the ship's energy efficiency and reducing operating costs.

이를 통해 선박에서 배출되는 이산화탄소를 최소화하고, 온실가스 배출량 감축하여 친환경 선박을 구현할 수 있다. Through this, carbon dioxide emitted from ships can be minimized and greenhouse gas emissions can be reduced to create eco-friendly ships.

도 1은 종래 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시한다.
Figure 1 schematically shows a conventional carbon dioxide capture system.
Figure 2 schematically shows a carbon dioxide capture system on a ship according to an embodiment of the present invention.

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.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objectives achieved by practicing the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

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.Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Here, in adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are indicated with the same reference numerals as much as possible, even if they are shown in different drawings.

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.In the embodiments of the present invention described later, the ship may be any type of ship equipped with a storage tank for storing liquefied gas. Representative examples include ships with self-propelled capabilities such as LNG carriers, liquid hydrogen carriers, LNG RVs (Regasification Vessels), carbon dioxide carriers (CO 2 Carriers), and LNG Fueled Ships (LFS), as well as LNG FPSOs (Floating Production Ships). Offshore structures that do not have propulsion capabilities but are floating in the sea, such as Storage Offloading (Storage Offloading) and LNG FSRU (Floating Storage Regasification Unit), may also be included.

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. In addition, this embodiment can be applied to all types of liquefied gas that can be transported by liquefying gas at low temperature, generate boil-off gas in a stored state, and be supplied as fuel for combustion devices such as onboard engines. These liquefied gases are, for example, liquefied petrochemicals such as LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), Liquefied Ethylene Gas, and Liquefied Propylene Gas. It could be gas. However, in the examples described later, the application of LNG, a representative liquefied gas, will be described as an example.

도 1에는 종래 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시하였고, 도 2에는 이를 개선한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 이산화탄소 포집시스템을 개략적으로 도시하였다. Figure 1 schematically shows a conventional carbon dioxide capture system, and Figure 2 schematically shows an improved carbon dioxide capture system for a ship according to an embodiment of the present invention.

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. First, looking at the carbon dioxide capture system shown in Figure 1, the engine, fuel cell, Aux. Flue gas containing carbon dioxide generated from combustion devices such as boilers is supplied to the carbon dioxide collection line (CL) and transferred to the cooling tower (quenching tower, 20) through the blowing fan (10). In the cooling tower, high temperature flue gas of over 200℃ is cooled to around 40℃ using seawater or fresh water, and soot, particles, and sulfur components contained in the flue gas are removed and supplied to the absorption tower (absorber, 30). .

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. In the absorption tower, carbon dioxide is captured and separated from flue gas using an absorbent and supplied to the regeneration tower (stripper, 40). An amine-based absorbent may be used as the absorbent, and the absorbent in which carbon dioxide is dissolved in the regeneration tower is heated by steam through a reboiler (50), and the carbon dioxide and absorbent are separated and circulated to the regeneration tower. The absorbent is transferred to the absorption tower, and the carbon dioxide is liquefied from the regeneration tower through a compressor 60 and a liquefaction unit 70 including a cooler, and then transferred to a tank and stored.

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. These systems require a large amount of seawater or fresh water to cool high-temperature flue gas in the cooling tower, and the reboiler also uses a large amount of steam as a heat source for carbon dioxide separation, so the energy consumption required for system operation is high. The system according to an embodiment of the present invention, which will be described later, is designed to improve this problem and effectively capture carbon dioxide while increasing the energy efficiency of ships.

도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 선박의 이산화탄소 포집시스템은, 선박에서 LNG를 연료로 사용하는 선내 연소장치에서 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. As shown in Figure 2, the ship's carbon dioxide capture system of this embodiment is a carbon dioxide capture line (CL) that separates carbon dioxide from flue gas generated from the ship's combustion device using LNG as fuel and liquefies it. , a cooling tower 120 that is provided in the carbon dioxide collection line and cools the flue gas, an absorption tower 130 that separates and collects carbon dioxide from the flue gas cooled in the cooling tower, and receives a solution containing carbon dioxide from the absorption tower to separate carbon dioxide. It includes a regeneration tower 140 that receives the solution from the regeneration tower, heats it, and re-supplies it to the regeneration tower.

본 실시예에서 리보일러(150)는 이산화탄소포집라인의 냉각탑 상류에서 플루가스로부터 열에너지를 공급받아 상기 용액을 가열하고, 플루가스의 전부 또는 일부는 상기 리보일러에서 냉각되어 냉각탑(120)으로 공급된다.In this embodiment, the reboiler 150 receives thermal energy from flue gas upstream of the cooling tower of the carbon dioxide collection line to heat the solution, and all or part of the flue gas is cooled in the reboiler and supplied to the cooling tower 120. .

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(미도시)과 증발가스를 연소장치로 공급하는 가스공급라인(GL)이 연결된다. 가스공급라인에는 증발가스를 추진용 엔진 등 연소장치의 연료공급압력에 따라 압축하는 연료압축기(200)가 마련되어, 연료압축기에서 압축된 증발가스는 추진용 엔진 등의 연료로 공급된다. The ship is equipped with an LNG storage tank (T) that stores LNG to be supplied as fuel to the combustion device. As described above, the combustion device (E) is an engine such as a ship's propulsion engine or power generation engine, a fuel cell, and an Aux. It may be a boiler, etc. LNG stored in an LNG storage tank and boil-off gas (Boil Off Gas) generated from LNG can be supplied as fuel to these combustion devices. For this purpose, a fuel supply line (not shown) that supplies LNG is connected to a gas supply line (GL) that supplies boil-off gas to the combustion device. A fuel compressor 200 is provided in the gas supply line to compress boil-off gas according to the fuel supply pressure of a combustion device such as a propulsion engine, and the boil-off gas compressed in the fuel compressor is supplied as fuel for a propulsion engine, etc.

연소장치에서 LNG와 같은 탄소계 연료 연소 시 고온의 플루가스가 발생하며, 플루가스에는 다량의 이산화탄소가 포함된다. When carbon-based fuel such as LNG is burned in a combustion device, high-temperature flue gas is generated, and the flue gas contains a large amount of carbon dioxide.

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. The flue gas generated from the combustion device is supplied to the cooling tower 120 along the carbon dioxide collection line (CL) through the blower fan 110 and cooled. In this embodiment, all or part of the high-temperature flue gas before flowing into the cooling tower is sent to the reboiler. It is supplied to (150) and after heat recovery, it is supplied to the cooling tower. Through this, the amount of seawater or fresh water required for cooling flue gas can be reduced in the cooling tower, and in the reboiler, the heat energy of flue gas is used to separate carbon dioxide and amine-based absorbent, significantly reducing the amount of steam required for the reboiler and improving the energy efficiency of the ship. It can be raised.

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 분기밸브(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 분기밸브(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. For this purpose, the carbon dioxide collection line (CL) is connected to the cooling tower 120 through the reboiler 150, and in order to control the temperature of the reboiler, it branches off from the carbon dioxide collection line (CL) and bypasses the reboiler 150 to the cooling tower. (120) A branch line (BL) joining the carbon dioxide collection line is provided at the front end, and a branch valve (BV) is provided in the branch line. In the carbon dioxide collection line, a first temperature sensor (TT1) is provided at the rear end of the junction of the branch lines to detect the flue gas temperature, and a first temperature sensor (TT1) to control the bypass valve according to the flue gas temperature detected by the first temperature sensor. A temperature control unit (TC1) is provided. According to the flue gas temperature detected by the first temperature sensor, the first temperature control unit (TC1) controls the branch valve (BV) to pass the flue gas that bypasses the reboiler (150) through the branch line (BL) and the reboiler. By controlling the flue gas flow rate, the reboiler can be adjusted to the appropriate temperature required for separation of carbon dioxide and amine-based absorbent. In addition, if the entire amount of flue gas flows into the cooling tower through the reboiler, changes in the flue gas discharge rate may cause problems such as increased back pressure in the combustion device, especially the turbocharger of the engine, and increased fuel consumption. This problem can be solved by allowing some of the flue gas to be discharged to the cooling tower without passing through the reboiler.

냉각탑(120)에서는 리보일러를 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. In the cooling tower 120, the flue gas partially cooled through the reboiler is cooled to around 40°C using seawater or fresh water, and soot, particles, and sulfur components contained in the flue gas are removed, and then transferred to an absorption tower (absorber). 130).

흡수탑에서는 아민계 흡수제와 같은 용매를 이용해 플루가스로부터 이산화탄소를 포집·분리하여 재생탑(stripper, 140)으로 공급한다. 흡수탑에서 이산화탄소가 제거된 플루가스는 선외 배출될 수 있다. In the absorption tower, carbon dioxide is captured and separated from flue gas using a solvent such as an amine-based absorbent and supplied to the regeneration tower (stripper, 140). Flue gas from which carbon dioxide has been removed in the absorption tower can be discharged overboard.

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 이산화탄소압축기(160)로 공급된다. 이산화탄소압축기에서 압축된 이산화탄소는 냉각 과정을 거쳐 액화되어 이산화탄소저장탱크로 이송된다, 이를 위해 이산화탄소압축기에서 압축된 이산화탄소를 냉각하는 후냉각기(170)가 이산화탄소포집라인(CL)에 마련된다. 나아가 본 실시예 시스템에서는 선내 LNG 증발가스 재액화시스템에 마련된 재액화열교환기를 이산화탄소 냉각에 활용할 수 있도록 구성하였다. The solution in which carbon dioxide is collected is supplied to the regeneration tower 140, then passed through the reboiler 150 and heated by flue gas thermal energy to separate carbon dioxide and the absorbent. The absorbent is supplied to the absorption tower 130 and reused, and the carbon dioxide is Carbon dioxide is supplied from the regeneration tower 140 to the carbon dioxide compressor 160 along the carbon dioxide collection line (CL). The carbon dioxide compressed in the carbon dioxide compressor is liquefied through a cooling process and transferred to the carbon dioxide storage tank. For this purpose, a post-cooler 170 that cools the carbon dioxide compressed in the carbon dioxide compressor is provided in the carbon dioxide collection line (CL). Furthermore, in this embodiment system, the reliquefaction heat exchanger provided in the ship's LNG boil-off gas reliquefaction system was configured to be utilized for carbon dioxide cooling.

LNG 증발가스 재액화시스템은 LNG 저장탱크에 저장된 LNG로부터 발생하는 증발가스를 재액화하여 LNG 저장탱크로 회수할 수 있는 시스템으로, 도 2에 도시된 바와 같이 연료압축기의 하류에서 가스공급라인으로부터 분기되어 LNG 저장탱크로 연결되는 재액화라인(RL)이 마련되고, 재액화라인에는 압축가스를, LNG 저장탱크로부터 가스공급라인을 따라 연료압축기(200)로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 재액화열교환기(220)가 마련된다. The LNG boil-off gas re-liquefaction system is a system that can re-liquefy the boil-off gas generated from LNG stored in an LNG storage tank and return it to the LNG storage tank. As shown in Figure 2, it branches off from the gas supply line downstream of the fuel compressor. A re-liquefaction line (RL) connected to the LNG storage tank is provided, and compressed gas is cooled in the re-liquefaction line by heat exchange with uncompressed boil-off gas to be supplied from the LNG storage tank to the fuel compressor 200 along the gas supply line. A reliquefaction heat exchanger (220) is provided.

재액화라인의 재액화열교환기 전단에는 부스팅압축기(210)가 마련되어, 연료압축기에서 압축되어 재액화열교환기에서 냉각될 압축가스를 추가 압축할 수 있다. LNG의 주성분인 메탄의 경우, 약 -80℃, 55bar 상태가 임계점이다. LNG에서 발생한 증발가스를 재액화시킬 때 증발가스의 압축 압력을 높일수록 재액화율이 높아지며, 150 내지 170 bar 내외로 압축 시 재액화량이 가장 많지만, 150 내지 300 bar 사이에서는 재액화량에 큰 변화가 없다. 따라서, 증발가스를 효과적으로 재액화하기 위해서는 100 bar 이상, 바람직하게는 150 bar 내지 300 bar로 압축하는 것이 바람직하지만, 증발가스를 연료로 공급받는 추진용 엔진이 그와 같은 고압 연료를 필요로 하지 않는 경우 연료압축기(200)에서는 추진용 엔진의 연료공급압력까지만 압축하고, 부스팅 압축기(210)에서 재액화될 압축가스를 추가 압축한 후 재액화열교환기(220)에서 냉각함으로써 대용량의 고압 압축기 설치 및 운영에 따른 비용을 줄이면서 재액화율을 높일 수 있다. A boosting compressor 210 is provided in front of the reliquefaction heat exchanger of the reliquefaction line, and can further compress the compressed gas to be compressed in the fuel compressor and cooled in the reliquefaction heat exchanger. In the case of methane, the main component of LNG, the critical point is about -80℃ and 55bar. When re-liquefying boil-off gas generated from LNG, the higher the compression pressure of the boil-off gas, the higher the re-liquefaction rate. The amount of re-liquefaction is highest when compressed around 150 to 170 bar, but there is a significant change in the amount of re-liquefaction between 150 and 300 bar. does not exist. Therefore, in order to effectively re-liquefy the boil-off gas, it is desirable to compress it to 100 bar or more, preferably 150 bar to 300 bar, but the propulsion engine supplied with boil-off gas as fuel does not require such high-pressure fuel. In this case, the fuel compressor 200 compresses only up to the fuel supply pressure of the propulsion engine, further compresses the compressed gas to be reliquefied in the boosting compressor 210, and then cools it in the reliquefaction heat exchanger 220, thereby installing and operating a large-capacity high-pressure compressor. The reliquefaction rate can be increased while reducing the costs.

또한, 본 재액화시스템에는 연료압축기의 하류에서 압축가스 일부를 분기하여 재액화열교환기로 도입될 미압축 증발가스 흐름으로 공급하는 냉매보충라인(ML)이 마련되고, 냉매보충라인(ML)에는 연료압축기에서 압축된 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 재액화열교환기로 도입시키는 컴팬더 압축기(250A)와, 컴팬더 압축기에서 추가 압축 후 재액화열교환기(220)를 거쳐 냉각된 압축가스를 공급받아 팽창 냉각시키는 컴팬더 팽창기(250B)가 추가로 마련될 수 있다. 컴팬더 압축기는 컴팬더 팽창기와 축(shaft)으로 연결되어 압축가스의 팽창에너지를 전달받아 구동될 수 있도록 한다. 이와 같이 연료압축기에서 압축된 증발가스 일부를 냉매보충라인으로 분기하고 추가 압축, 냉각 및 팽창 냉각을 거쳐 재액화열교환기로 전단의 미압축 증발가스 흐름에 보충 공급하여 재액화열교환기의 냉매(cold BOG) 유량을 늘림으로써, 재액화될 증발가스를 보다 효과적으로 냉각하여 재액화율을 높일 수 있다. In addition, this reliquefaction system is equipped with a refrigerant replenishment line (ML) that branches off a portion of the compressed gas downstream of the fuel compressor and supplies it to the uncompressed boil-off gas flow to be introduced into the reliquefaction heat exchanger, and the refrigerant replenishment line (ML) provides fuel. A compander compressor (250A) receives the compressed gas from the compressor, further compresses it, and introduces it into the reliquefaction heat exchanger, and after additional compression from the compander compressor, cooled compressed gas is supplied through the reliquefaction heat exchanger (220) to expand and cool. A compander expander (250B) may be additionally provided. The compander compressor is connected to the compander expander by a shaft so that it can be driven by receiving the expansion energy of the compressed gas. In this way, part of the boil-off gas compressed in the fuel compressor is branched to the refrigerant replenishment line, goes through additional compression, cooling, and expansion cooling, and is then supplied to the re-liquefaction heat exchanger to supplement the uncompressed boil-off gas flow at the front, forming the refrigerant (cold BOG) of the re-liquefaction heat exchanger. By increasing the flow rate, the boil-off gas to be re-liquefied can be cooled more effectively and the re-liquefaction rate can be increased.

재액화라인(RL)에는 재액화열교환기에서 냉각된 압축가스를 공급받아 감압하여 냉각시키는 감압장치(230)와, 감압장치에서 냉각된 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기(240)가 마련된다. 감압장치(230)는 압축 및 냉각된 증발가스를 단열팽창시켜 냉각하는 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수 있고, 연료압축기, 부스팅압축기, 재액화열교환기 및 감압장치를 거쳐 압축 및 냉각된 증발가스는 전부 또는 일부가 재액화되어 기액분리기(240)로 도입된다. The reliquefaction line (RL) is provided with a decompression device 230 that receives compressed gas cooled from the reliquefaction heat exchanger, decompresses it, and cools it, and a gas-liquid separator 240 that receives compressed gas cooled from the decompression device and separates gas and liquid. . The pressure reducing device 230 may be an expansion valve such as an expander or Joule-Thompson valve that adiabatically expands and cools the compressed and cooled boil-off gas, and compresses and cools the compressed and cooled evaporation gas through a fuel compressor, boosting compressor, reliquefaction heat exchanger, and pressure reducing device. All or part of the boil-off gas is re-liquefied and introduced into the gas-liquid separator 240.

기액분리기에서 분리된 액체는 재액화라인(RL)을 따라 LNG 저장탱크(T)로 공급되어 저장되고, 분리된 기체는 가스공급라인(GL)으로 합류되어 LNG 저장탱크로부터 발생한 미압축 증발가스와 함께 재액화열교환기(220)에 냉매로 공급될 수 있다. The liquid separated in the gas-liquid separator is supplied and stored in the LNG storage tank (T) along the reliquefaction line (RL), and the separated gas is merged into the gas supply line (GL) to combine with the uncompressed boil-off gas generated from the LNG storage tank. Together, it can be supplied as a refrigerant to the reliquefaction heat exchanger (220).

이상에서 살펴본 바와 같이 LNG 저장탱크에서 발생한 증발가스는 연료압축기에서 압축되어 추진용 엔진 등의 연료로 공급되고, 연료 공급 후 남는 잉여 압축가스는 재액화시스템을 거쳐 재액화 후 LNG 저장탱크로 회수되는데, 본 실시예에서는 재액화시스템의 재액화열교환기(220)를 이산화탄소 냉각 및 액화에 활용한다. As discussed above, the boil-off gas generated in the LNG storage tank is compressed in a fuel compressor and supplied as fuel for propulsion engines, etc., and the excess compressed gas remaining after fuel supply is re-liquefied through a re-liquefaction system and returned to the LNG storage tank. , In this embodiment, the reliquefaction heat exchanger 220 of the reliquefaction system is used for cooling and liquefying carbon dioxide.

이를 위해 이산화탄소포집라인(CL)은 도 2에 도시된 바와 같이 후냉각기(170) 하류에서 재액화열교환기(220)를 거쳐 냉각된다. To this end, the carbon dioxide capture line (CL) is cooled through the reliquefaction heat exchanger 220 downstream of the post-cooler 170, as shown in FIG. 2.

이때 이산화탄소의 삼중점은 약 5.18 bara, -56.7℃인데, 이산화탄소가 재액화열교환기에서 다량의 극저온 LNG 증발가스와 열교환되면 고체로 상변화하여 드라이아이스가 형성될 수 있다. 이를 방지하기 위해 이산화탄소포집라인의 후냉각기 하류에서 분기되어 재액화열교환기를 우회하여 이산화탄소포집라인으로 합류되는 바이패스라인(BL2)과, 바이패스라인에 마련되는 바이패스밸브(BV)를 구성하였다. At this time, the triple point of carbon dioxide is about 5.18 bara, -56.7°C, and when carbon dioxide heat exchanges with a large amount of cryogenic LNG boil-off gas in a reliquefaction heat exchanger, it can phase change to a solid and form dry ice. To prevent this, a bypass line (BL2) that branches off from the post-cooler downstream of the carbon dioxide collection line, bypasses the reliquefaction heat exchanger and joins the carbon dioxide collection line, and a bypass valve (BV) provided in the bypass line were constructed.

바이패스라인의 바이패스밸브 하류에는 이산화탄소 온도를 감지하는 제2 온도센서(TT2)와, 이산화탄소 압력을 감지하는 압력센서(PT)가 마련된다. 제2 온도센서에서 감지된 이산화탄소 온도에 따라 바이패스밸브의 제어를 위한 신호를 출력하는 제2 온도제어부(TC2)와, 압력센서에서 감지된 이산화탄소 압력에 따라 바이패스밸브의 제어를 위한 신호를 출력하는 압력제어부(PC2)가 마련되고, 제2 온도제어부 및 압력제어부에서 출력된 신호를 수신하여 멀티제어기(UC)에서 수신하여 바이패스밸브(BV2)를 제어한다. A second temperature sensor (TT2) that detects the carbon dioxide temperature and a pressure sensor (PT) that detects the carbon dioxide pressure are provided downstream of the bypass valve in the bypass line. A second temperature control unit (TC2) that outputs a signal for controlling the bypass valve according to the carbon dioxide temperature detected by the second temperature sensor, and outputs a signal for controlling the bypass valve according to the carbon dioxide pressure detected by the pressure sensor. A pressure control unit (PC2) is provided, and signals output from the second temperature control unit and the pressure control unit are received by the multi-controller (UC) to control the bypass valve (BV2).

제2 온도센서와 압력센서에서 이산화탄소 온도 및 압력을 감지하면서 제2 온도제어부 및 압력제어부에서 출력된 신호에 의해 멀티제어기에서 바이패스밸브의 제어를 통해 이산화탄소가 삼중점 이하의 온도 및 압력으로 떨어지지 않도록 재액화열교환기를 지나는 이산화탄소와 바이패스라인을 통과하는 이산화탄소 유량을 조절하여, 드라이아이스 생성을 방지하고 고체보다 선박을 통한 저장 및 운반에 보다 효율적인 액체 상태로 이산화탄소를 저장할 수 있다. While the second temperature sensor and pressure sensor detect the temperature and pressure of carbon dioxide, the signal output from the second temperature control unit and the pressure control unit controls the bypass valve in the multi-controller to prevent carbon dioxide from falling below the triple point. By controlling the flow rate of carbon dioxide passing through the liquefaction heat exchanger and the carbon dioxide passing through the bypass line, dry ice can be prevented and carbon dioxide can be stored in liquid form, which is more efficient for storage and transportation by ship than solid.

이와 같이 본 실시예 시스템을 통해 선내 재액화시스템을 활용함으로써 이산화탄소 액화에 필요한 냉열을 확보하여 이산화탄소를 포집하고, 추가 장치 설치에 따른 설치비용을 줄일 수 있다. In this way, by using the on-board re-liquefaction system through the system of this embodiment, the cold heat necessary for carbon dioxide liquefaction can be secured, carbon dioxide can be captured, and installation costs due to installation of additional devices can be reduced.

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. It is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and that it can be implemented with various modifications or variations without departing from the technical gist of the present invention. It was done.

T: LNG 저장탱크
CL: 이산화탄소포집라인
110: 송풍팬
120: 냉각탑
130: 흡수탑
140: 재생탑
150: 리보일러
160: 압축기
170: 후냉각기
200: 연료압축기
210: 부스팅압축기
220: 재액화열교환기
T: LNG storage tank
CL: Carbon dioxide capture line
110: blowing fan
120: Cooling tower
130: Absorption tower
140: Regeneration tower
150: Reboiler
160: compressor
170: Post-cooler
200: Fuel compressor
210: Boosting compressor
220: Reliquefaction heat exchanger

Claims (10)

선박에서 LNG를 연료로 사용하는 연소장치에서 발생하는 플루가스(flue gas)로부터 이산화탄소를 분리하고 냉각하여 액화하는 이산화탄소포집라인;
상기 선박에 마련되며 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크;
상기 LNG 저장탱크의 LNG에서 발생하는 증발가스를 공급받아 압축하는 연료압축기;
상기 연료압축기에서 압축된 압축가스를 재액화하여 상기 LNG 저장탱크로 회수하는 재액화라인; 및
상기 재액화라인에 마련되며 상기 압축가스가 상기 연료압축기로 공급될 미압축 증발가스 냉열로 냉각되는 재액화열교환기:를 포함하고,
상기 이산화탄소포집라인의 이산화탄소는 상기 재액화열교환기를 거쳐 냉각되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
A carbon dioxide collection line that separates carbon dioxide from flue gas generated from combustion devices that use LNG as fuel on ships, cools it, and liquefies it;
An LNG storage tank provided on the ship and storing LNG;
A fuel compressor that receives and compresses the boil-off gas generated from the LNG in the LNG storage tank;
A re-liquefaction line that re-liquefies the compressed gas compressed in the fuel compressor and returns it to the LNG storage tank; and
A reliquefaction heat exchanger provided in the reliquefaction line and in which the compressed gas is cooled by the cold heat of uncompressed boil-off gas to be supplied to the fuel compressor,
A ship's carbon dioxide capture system, characterized in that the carbon dioxide in the carbon dioxide collection line is cooled through the reliquefaction heat exchanger.
제 1항에 있어서,
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 재생탑에서 분리된 이산화탄소를 공급받아 압축하는 이산화탄소압축기:를 더 포함하고,
상기 이산화탄소압축기에서 압축된 이산화탄소는 상기 재액화열교환기에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
According to clause 1,
A cooling tower provided in the carbon dioxide capture line and cooling the flue gas;
An absorption tower that separates and collects carbon dioxide from the flue gas cooled in the cooling tower;
A regeneration tower that receives a solution containing carbon dioxide from the absorption tower and separates carbon dioxide; and
It further includes a carbon dioxide compressor that receives and compresses the carbon dioxide separated from the regeneration tower,
A ship's carbon dioxide capture system, characterized in that the carbon dioxide compressed in the carbon dioxide compressor is cooled in the reliquefaction heat exchanger.
제 2항에 있어서,
상기 재생탑으로부터 상기 용액을 공급받아 가열하고 상기 재생탑으로 재공급하는 리보일러;
상기 이산화탄소포집라인에서 분기되어 상기 리보일러를 우회하여 상기 냉각탑 전단에서 이산화탄소포집라인으로 합류되는 분기라인; 및
상기 분기라인에 마련되는 분기밸브:를 더 포함하고,
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.
According to clause 2,
A reboiler that receives the solution from the regeneration tower, heats it, and resupplies it to the regeneration tower;
A branch line that branches off from the carbon dioxide capture line, bypasses the reboiler, and joins the carbon dioxide capture line at the front of the cooling tower; and
It further includes a branch valve provided in the branch line,
The reboiler heats the solution by receiving thermal energy from the flue gas upstream of the cooling tower of the carbon dioxide collection line, and all or part of the flue gas is cooled in the reboiler and supplied to the cooling tower. Ship's carbon dioxide capture system.
제 3항에 있어서,
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.
According to clause 3,
A first temperature sensor that detects the temperature of flue gas behind the confluence of the branch line in the carbon dioxide capture line; and
A carbon dioxide capture system for a ship further comprising: a first temperature control unit that controls the bypass valve according to the flue gas temperature detected by the first temperature sensor.
제 3항에 있어서,
상기 이산화탄소압축기에서 압축된 이산화탄소를 냉각하는 후냉각기;
상기 이산화탄소포집라인의 후냉각기 하류에서 분기되어 상기 재액화열교환기를 우회하여 상기 이산화탄소포집라인으로 합류되는 바이패스라인; 및
상기 바이패스라인에 마련되는 바이패스밸브:를 더 포함하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
According to clause 3,
A post-cooler that cools the carbon dioxide compressed in the carbon dioxide compressor;
A bypass line that branches off from the post-cooler downstream of the carbon dioxide collection line, bypasses the reliquefaction heat exchanger, and joins the carbon dioxide collection line; and
A ship's carbon dioxide capture system further comprising: a bypass valve provided in the bypass line.
제 5항에 있어서,
상기 바이패스라인의 바이패스밸브 하류에서 이산화탄소 온도를 감지하는 제2 온도센서;
상기 제2 온도센서에서 감지된 이산화탄소 온도에 따라 상기 바이패스밸브의 제어를 위한 신호를 출력하는 제2 온도제어부;
상기 바이패스라인의 바이패스밸브 하류에서 이산화탄소 압력을 감지하는 압력센서;
상기 압력센서에서 감지된 이산화탄소 압력에 따라 상기 바이패스밸브의 제어를 위한 신호를 출력하는 압력제어부; 및
상기 제2 온도제어부 및 압력제어부에서 출력된 신호를 수신하여 상기 바이패스밸브를 제어하는 멀티제어기:를 더 포함하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
According to clause 5,
a second temperature sensor that detects carbon dioxide temperature downstream of the bypass valve of the bypass line;
a second temperature control unit that outputs a signal for controlling the bypass valve according to the carbon dioxide temperature detected by the second temperature sensor;
A pressure sensor that detects carbon dioxide pressure downstream of the bypass valve of the bypass line;
a pressure control unit that outputs a signal for controlling the bypass valve according to the carbon dioxide pressure detected by the pressure sensor; and
A ship's carbon dioxide capture system further comprising: a multi-controller that receives signals output from the second temperature control unit and the pressure control unit to control the bypass valve.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 재액화라인의 재액화열교환기 전단에 마련되어, 상기 연료압축기에서 압축되어 상기 재액화열교환기로 도입될 압축가스를 추가 압축하는 부스팅압축기;
상기 연료압축기의 하류에서 압축가스 일부를 분기하여 상기 재액화열교환기로 도입될 미압축 증발가스 흐름으로 공급하는 냉매보충라인;
상기 냉매보충라인에 마련되며 상기 연료압축기에서 압축된 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 상기 재액화열교환기로 도입시키는 컴팬더 압축기; 및
상기 냉매보충라인에 마련되며 상기 컴팬더 압축기에서 추가 압축 후 재액화열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 공급받아 팽창 냉각시키는 컴팬더 팽창기:를 더 포함하며,
상기 컴팬더 압축기는 상기 컴팬더 팽창기와 연결되어 압축가스의 팽창에너지에 의해 압축가스를 추가 압축하는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
According to any one of claims 1 to 6,
A boosting compressor provided in front of the reliquefaction heat exchanger of the reliquefaction line to further compress the compressed gas to be compressed in the fuel compressor and introduced into the reliquefaction heat exchanger;
A refrigerant replenishment line that branches off a portion of the compressed gas downstream of the fuel compressor and supplies it to an uncompressed boil-off gas flow to be introduced into the reliquefaction heat exchanger;
A compander compressor provided in the refrigerant replenishment line, receives compressed gas from the fuel compressor, further compresses it, and introduces it into the reliquefaction heat exchanger; and
It is provided in the refrigerant replenishment line and further includes a compander expander that receives compressed gas cooled through a reliquefaction heat exchanger after additional compression in the compander compressor and expands and cools the compressed gas,
The compander compressor is connected to the compander expander and further compresses the compressed gas by the expansion energy of the compressed gas.
제 7항에 있어서,
상기 재액화라인에 마련되며 상기 재액화열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 감압하여 냉각시키는 감압장치; 및
상기 감압장치에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함하고,
상기 기액분리기에서 분리된 액체는 상기 LNG 저장탱크로 공급되고, 분리된 기체는 상기 재액화열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
According to clause 7,
A decompression device provided in the reliquefaction line to receive the compressed gas cooled in the reliquefaction heat exchanger and depressurize it to cool it; and
It includes a gas-liquid separator that receives the compressed gas cooled from the pressure reducing device and separates gas-liquid,
The liquid separated in the gas-liquid separator is supplied to the LNG storage tank, and the separated gas is joined to the uncompressed boil-off gas introduced into the reliquefaction heat exchanger.
제 8항에 있어서,
상기 연소장치는 상기 선박의 추진용 엔진을 포함하며,
상기 연료압축기는 상기 증발가스를 상기 엔진의 연료공급압력으로 압축하여 연료로 공급하고,
상기 엔진으로 연료 공급 후 남는 잉여 압축가스가 상기 재액화라인을 거쳐 재액화되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
According to clause 8,
The combustion device includes a propulsion engine of the ship,
The fuel compressor compresses the evaporation gas to the fuel supply pressure of the engine and supplies it as fuel,
A ship's carbon dioxide capture system, characterized in that surplus compressed gas remaining after supplying fuel to the engine is re-liquefied through the re-liquefaction line.
제 9항에 있어서,
상기 냉각탑에서는 해수 또는 청수에 의해 상기 플루가스가 냉각되고,
상기 흡수탑에서 이산화탄소가 분리포집된 플루가스는 선외 배출되는 것을 특징으로 하는 선박의 이산화탄소 포집시스템.
According to clause 9,
In the cooling tower, the flue gas is cooled by seawater or fresh water,
A ship's carbon dioxide capture system, characterized in that the flue gas from which carbon dioxide is separated and collected in the absorption tower is discharged overboard.
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