선박 탑재형 LNG 냉열 기반 CO2 액화 공정의 작동 유체 비교 및 최적화

초록

본 연구는 LNG(Liquified Natural Gas) 연료 추진 선박에 적용 가능한 ORC(Organic Rankine Cycle) 기반 CO2 액화시스템을 제안하고, LNG 재기화 과정에서 발생하는 냉열을 효율적으로 활용하여 에너지 소비를 최소화하는 방안을제시하였다. Aspen HYSYS를 활용해 2 TPH(tonne per hour) 규모 공정을 시뮬레이션하였으며, 다양한 단일 및 혼합냉매 조합에 대해 열역학적 특성을 분석하고, GA(Genetic Algorithm)를 통해 작동 유체 조성과 유량을 최적화하였다. 분석 결과, 혼합 냉매는 LNG의 비등온 증발 특성과 효과적으로 매칭되어 단일 냉매 대비 낮은 비에너지 소비와 높은팽창기 출력을 나타냈고, 특히 본 시스템에서는 R14-R290 조합이 우수한 성능을 보였다. 제안된 시스템은 CO2 액화를위한 에너지 자립적 운전을 가능하게 하여, 선박의 에너지 효율성과 환경 대응력을 동시에 향상시킬 수 있다.

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