KR101616065B1 - 선박의 오일-오염 빌지수와 폐수의 정화 방법, 정화 장치 및 이를 장비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바다에서 선박 엔진(들)로부터의 잉여 열을 이용하여 선박의 빌지수와 폐수를 15 ppm 미만의 오일 오염도로 정화하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 실행하기 위한 장치 및 상기 장치를 포함하는 선박 및 상기 방법과 장치의 용도에 관한 것이다.

Description

선박의 오일-오염 빌지수와 폐수의 정화 방법, 정화 장치 및 이를 장비한 선박{METHOD AND PLANT FOR PURIFICATION OF OIL-CONTAMINATED BILGE AND SLUDGE WATER ON A SHIP, AND SHIP EQUIPPED WITH SUCH PLANT}

본 발명은 바다에서 선박 엔진(들)로부터의 잉여 열을 이용하여 선박의 빌지수와 폐수를 15 ppm 미만의 오일 오염도로 정화하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 실행하기 위한 장치, 상기 장치를 포함하는 선박 및 상기 방법과 장치의 용도에 관한 것이다.

선박에서는 다량의 오일-오염 물이 발생한다. 선박 내의 물은 수증기의 응결, 비 또는 선박을 가로질러 밀려드는 파도로부터 선박 내부가 습윤 되기 때문에 발생할 수 있다. 이러한 물은 깨끗한 빌지수(bilge water)라고 할 수 있다. 그러나, 선박의 기관과 기타 오일 소비 장치는 어느 정도까지는 오일을 누설시킨다. 따라서, 선박의 물은 어느 정도는 오일로 오염되어 갈 것이다. 이러한 물을 일반적으로 빌지수라 칭한다. 물-오염 오일은 일례로 중유 정제기 및 윤활유 정제기에서도 얻어진다. 종래에는, 이렇게 발생하는 오일에 오염된 물(오일-오염 물)과 물에 오염된 오일(물-오염 오일)은 폐수 탱크라고 하는 공용 컨테이너에 수집된다. 폐수 탱크 내에서는 중력에 의해 물과 오일이 어느 정도 분리될 것이다. 오일로부터 분리된 물은 빌지수 탱크라고 하는 또 다른 컨테이너로 배출된다. 빌지수는, 예를 들면 5% 오일 함량을 갖는 오일로 여전히 심하게 오염되어 있다.

선박의 오일-오염 물을 정화하는 종래의 정화법은 매우 긴 시간이 소요되는 공정으로, 대형 침전 탱크들(settling tank)이 필요하고, 대량의 액체를 어느 한 탱크로부터 다른 하나의 탱크로 복잡한 설계에 따라 펌핑해야 한다. 폐수 탱크에서 빌지수 탱크로 물을 빼내는 일은 통상 선박 기관사가 처리한다.

현행 환경법에 따르면, MARPOL 조약에서 규정된 바와 같이, 15 ppm 이상의 오일로 오염된 물은 바다로 배출할 수 없다. 이러한 요건은 현재는 총 톤수가 400톤 이상인 선박과 유조선에 적용되고 있다.

종래 기술에 있어서, 오일-오염 물의 정화 공정을 단순화하고, 물로부터 오일을 분리하고, 오일로부터 물을 분리하기 위한 많은 시도가 있어 왔다.

예를 들면, 독일 특허 공개 제3206253 A1호에는 선박의 엔진에서 나오는 잉여 열을 이용하여 감압 하에서 빌지수로부터 오일을 분리하는 것이 개시되어 있다.

스웨덴 소재의 마린플록 악티에볼라그(Marinfloc AB)에서 사용된 바와 같이, 응집과 같은 화학적 수단으로 빌지수를 정화하는 시도가 있었다. 그러나 응집에 의한 정화법에 있어서는 오일과 물의 에멀젼을 형성하는 세정제를 선박에서 사용하는 것을 피해야 하는데, 그 이유는 오일-물 에멀젼이 종국에 가서는 정화시켜야 할 빌지수가 되고 이는 응집 과정을 방해하기 때문이다.

오늘날 선박에서 이용되는 방법들은 일반적으로 오일-오염 빌지수에 화학 첨가제를 첨가하여 오일 성분을 침전시키는 것에 기반을 두고 있다.

국제 특허 공개 제WO 2005/090151 A1호는 보일러와 증발 장치에서 물을 증발시켜 빌지수를 정화하는 방법을 개시한다. 이 문헌에 개시된 방법에 있어서, 초기 분리 단계는 오일과 물 사이의 분리를 우선으로 한다. 초기 정화 단계에서 정화된 물이 보일러로 공급된다. 보일러 내에서의 가열은 가열 코일로 이루어진다. 보일러를 가열하기 위해서는 연도 가스 보일러로부터 나오는 잉여 스팀과 같은, 선박의 추진체로부터 나오는 열을 이용하는 것이 바람직하다. 이 방법에 따르면, 증발은 주로 대기압에서 일어난다. 그러나 비등/증발은 대기압 이하 또는 이상의 압력에서도 일어날 수 있다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 증발은 대기압 이하의 압력에 있는 보일러 내에서 일어난다. 발트 해로 방출되는 물 내의 오일-오염은 최대 허용 상한이 15 ppm이다. 그러나 이 방법으로 달성가능한 정화도는 특정되어 있지 않고, 다만 "빌지수의 증발 후에 물을 응축하는 것에 의하면, 여러 가지 것들 중에서 특히, 그에 이어서 바다로 배출되는 물이 허용 한도 내에 있도록 하는 제어를 오일 게이지로 쉽게 할 수 있다는 이점이 있다"라고만 언급하고 있다.

독일 특허 공개 제3432210 A1호 및 독일 특허 공개 제3344526 A1호는 오일 슬러지의 열 함유량을 증가시키기 위해 오일 슬러지 내의 물 함유량을 감소시키고, 이에 의해 슬러지의 소각 동안 추가 연료를 부가하지 않고 소각기 내의 오일 슬러지를 연소시키는 것이 가능한 방법을 개시한다. 감압 하에서 슬러지를 가열하는 동안 물은 오일 슬러지로부터 분리된다.

국제 특허 공개 제WO 2006/122560 A1호는 오일 슬러지를 함유하는 물의 정화 방법 및 이를 위한 장치를 개시한다. 이 방법의 목표는 선박의 엔진에 사용되지 않는 오일 량을 최소화하는 것이다. 이 방법에 따르면, 선박에서 소각할 수 없는 오일을 선박 내의 엔진으로 주입할 수 있는 레벨로 오일 슬러지를 정화한다. 이 공정에 있어서, 오일 슬러지는 열교환기에서 가열된 후 증발 챔버로 공급된다. 어떤 상황에 있어서, 오일 슬러지를 분산시키기 위해 노즐들에 의해 오일 슬러지를 주입하는 것이 방책이 될 수 있다. 오일 슬러지 정화 장치는 물이 서로 다른 온도에서 오일 슬러지로부터 분리될 수 있도록 대기압을 변화시키는 수단을 포함한다. 바람직하게는, 사전에 부압이 증발 챔버 내에 형성되고, 이에 의해 오일이 챔버 내로 주입될 때 물이 오일로부터 증류된다. 바람직하게는, 이 공정은 배치(batch) 방식으로 운용된다. 바다로 방출되는 물 내의 오일의 허용 상한은 15 ppm이며, 깨끗한 빌지수도 바다로 방출될 수 없을 정도의 오일을 종종 함유하는 것도 사실이다. 증발 챔버로부터 배출된 수증기는 깨끗한 빌지 탱크로 이송된다.

본 발명의 목적은 바다에서 격랑에서도 운용할 수 있고 선박의 빌지수와 폐수의 양을 감소시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 바람직하게는, 본 발명의 방법은 경제적, 효율적, 환경적 이점도 제공할 수 있게 한다.

부압 하에서 증발 수단에 의해 빌지수를 정화하는 데 선박 엔진으로부터의 잉여 열을 사용하는 국제 특허 공개 제WO 2005/090151 A1호에 개시된 것과 같은 방법으로서, (a) 오일-오염 물을 가열하는 단계; (b) 상기 오일-오염 물을 부압에서 증발시키는 단계; (c) 상기 오일-오염 물을 응축하는 단계; (d) 임의의 적절한 최대 상한과 비교하여 단계 (c)에서 얻어진 물 내의 오일 오염도를 측정하는 단계; (e) 단계 (b)에서 얻어진 오일 슬러지를 공정으로부터 배출하는 단계; (f) 단계 (d)에서의 측정에서 상기 상한을 초과하지 않는 물을 바다로 선택적으로 방출하는 단계를 포함하는 방법에 있어서, 단계 (d)에서 상한을 초과하는 어떤 물을 단계 (a)로 되돌려 재순환하고; 단계 (a)와 단계 (b)는 공정 내에서 서로 다른 위치에서 실시하며; 단계 (b)에서는, 단계 (b)로 들어오는 오일-오염 물을 액적(droplet)으로 미세하게 분할하며; 단계 (b)에서 얻어진 임의의 입자들 및/또는 에어로졸들은 그 종류를 막론하고 단계 (b)에서 얻어진 수증기로부터 분리하는 특징들에 따르면, 상기 본 발명의 목적이 해결된다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치를 제공하는 것에도 목적이 있다.

본 발명과 관련하여, 국제 특허 공개 제WO 2005/090151 A1호의 장치보다는 더 밀접하게 관련된 것으로 생각되는 국제 특허 공개 제WO 2006/122560 A1호의 도 1에 개시된 장치로서, 물을 증발시키기 위한 증발 챔버, 상기 증발 챔버 내로 오일-오염 물을 주입하기 위한 하나 또는 그 이상의 노즐들, 오일-오염 물을 가열하기 위해 증발 챔버의 외부에 위치한 열교환기, 증발 챔버의 저부로부터의 액체를 오일-오염 물을 가열하기 위한 열교환기로 다시 재순환하기 위한 순환 펌프, 및 증발 챔버 내에 부압을 생성시키기 위한 진공 수단을 포함하는 장치에 있어서, 상기 증발 챔버로부터 인도된 수증기를 응축하기 위한 응축기, 응축 탱크, 상기 하나 또는 그 이상의 노즐들 위에서 상기 증발 챔버 내에 위치하는 성에 방지 장치, 상기 응축기로부터 얻어진 물 내의 오일 오염도의 레벨을 측정하기 위한 게이지, 및 최대 한도보다 더 높은 오일 농도를 갖는 물을 증발 챔버로 되돌리기 위한 재순환 수단을 마련함으로써, 본 발명의 목적이 달성된다.

본 발명자들은 모든 종래 기술에서 선박의 오일-오염 물을 정화하기 위한 방법에서는 오일과 물을 분리하기 위한 하나 또는 그 이상의 침전 단계들(settling steps)이 요구된다는 것을 발견하였다. 예를 들면, 국제 특허 공개 제WO 2005/090151 A1호는 정화될 빌지수가 비교적 낮은 오일 함유량을 이미 갖고 있다면 초기 분리 단계를 생략할 수 있으며, 빌지수 자체로 전술한 분리 단계의 결과를 얻을 수 있다는 것을 교시하고 있다. 침전 단계들은 침전 탱크들을 사용한다. 적절한 침전을 일으키기 위해서는 침전 탱크의 내용물이 어떠한 방해를 받지 않고 그대로 있어야 한다. 따라서 침전에 의한 분리 공정은 침전 탱크의 거동에 매우 민감하다. 선박이 운전 중이고 및/또는 크거나 작은 격랑에 노출될 때, 침전은 효과적이지 않을 것이다.

본 발명의 방법은 어떤 초기 침전, 퇴적 또는 분리 단계 모두를 요구하지 않으며, 선박이 운전 중일 때 바다에서 운용될 수 있다. 폐수는 폐수 탱크로부터 공정에 직접적으로, 즉 어떤 사전 정화 없이 공급될 수 있다.

따라서, 선박에 폐수 탱크와 빌지수 탱크 모두가 제공되어 있기 때문에, 빌지수 탱크는 생략될 수 있거나 또는 바람직하게는 본 발명의 방법으로 정화된 15 ppm의 최대 오일 함유량을 갖는 물을 수용하는 정수 탱크로서 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 장치는 어떤 추가적인 저장 탱크 또는 침전 탱크들의 요구 없이 선박에 있는 폐수 탱크와 빌지수 탱크를 이용하여 선박 내에 편리하게 설치되고 사용될 수 있다.

따라서 어떤 추가적인 침전 또는 저장 탱크들을 사용하는 현재의 선박에서, 본 발명의 장치의 설치는 이러한 탱크들을 제거하여 총 톤수 개량을 유리하게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 장치는 새로 건조된 선박에 편리하게 설치될 수 있다.

본 발명의 방법은 어떤 추가 화학 작용제를 사용하거나 또는 요구하지 않는다.

본 발명의 방법은 자동화 가능하며, 연속적으로 운용될 수 있다.

본 발명은 빌지수 및/또는 폐수 내의 오일 오염도를 15 ppm 미만, 더욱 전형적으로 5 ppm 미만의 레벨로 감소시킬 수 있다. 따라서 바다에 닿은 감소된 오일의 미소양은 바다에서 자연 처리에 의해 손쉽게 분해될 수 있다고 믿어진다.

또한, 본 발명은 오일-오염 물 내의 어떤 금속 함유량, 특히 중금속 함유량을 상당히 감소시킬 수 있다. 이는 매우 중요한 환경적 이점이라 믿어진다. 또한, 이와 관련한 환경 규제는 미래를 위한 조치이다.

또한, 본 발명의 방법 및 장치는 선박의 오일-오염 물의 정화에 대해 응집, 침전, 원심 분리 및 중력 분리와 같은 종래 기술의 방법과 비교하여 운용비용을 상당히 낮출 수 있다.

또한, 육지에서 처리하기 위해 해안으로 수송할 필요가 있는 오염수의 체적을 줄일 수 있다. 따라서 바다에서 잉여 열을 이용하여 정화를 미리 실행할 수 있다는 큰 이점을 갖는다.

제 1 태양에 있어서, 본 발명은 정화에 필요한 열을 선박 엔진(들)으로부터의 잉여 열을 이용하여 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수를 정화하는 방법에 관한 것으로서, (a) 오일-오염 물을 가열하는 단계; (b) 상기 오일-오염 물을 부압에서 증발시키는 단계; (c) 상기 오일-오염 물을 응축하는 단계; (d) 임의의 적절한 최대 상한과 비교하여 상기 단계 (c)에서 얻어진 물 내의 오일 오염도를 측정하는 단계; (e) 상기 단계 (b)에서 얻어진 오일 슬러지를 공정으로부터 배출하는 단계; (f) 상기 단계 (d)에서의 측정에서 상기 상한을 초과하지 않는 물을 바다로 선택적으로 배출하는 단계를 포함하며, 상기 단계 (d)에서 상한을 초과하는 어떤 물을 상기 단계 (a)로 되돌려 재순환하고; 상기 단계 (a)와 단계 (b)는 공정 내에서 서로 다른 위치에서 실시하며; 상기 단계 (b)에서, 단계 (b)로 들어오는 오일-오염 물을 액적으로 미세하게 분할하며; 상기 단계 (b)에서 얻어진 임의의 입자들 및/또는 에어로졸들을 상기 단계 (b)에서 얻어진 수증기로부터 분리하는 것을 포함한다.

다른 바람직한 실시예에 있어서, 증발 챔버 저부로부터의 액상의 배출은 증발 챔버의 내부 표면상의 어떤 퇴적 범위를 최소화하도록 빠르게 진행된다.

또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 열교환기를 통과하는 액체 유속은 열교환기의 열교환 표면 전체에 걸쳐 난류를 형성할 만큼 충분히 높으며, 이에 의해 열교환 표면상의 어떤 퇴적 범위를 최소화한다.

또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 열교환기에 공급된 가열 매체는 선박의 고온(HT) 시스템(High Temperature system)과 같은 선박 엔진(들)으로부터의 냉각수이다.

다른 태양에 있어서, 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것으로서, 물을 증발시키기 위한 증발 챔버, 상기 증발 챔버 내로 오일-오염 물을 주입하기 위한 하나 또는 그 이상의 노즐들, 오일-오염 물을 가열하기 위해 상기 증발 챔버의 외부에 위치한 열교환기, 상기 증발 챔버의 저부로부터의 액체를 오일-오염 물을 가열하기 위한 상기 열교환기로 다시 재순환하기 위한 순환 펌프, 및 상기 증발 챔버 내에 부압을 생성하기 위한 진공 수단을 포함하며, 상기 증발 챔버에서 인도된 수증기를 응축하기 위한 응축기, 상기 응축기로부터 얻어진 응축수를 유지하기 위한 응축 탱크, 상기 하나 또는 그 이상의 노즐들 위에서 상기 증발 챔버 내에 위치하는 성에 방지 장치, 상기 응축기로부터 얻어진 물 내의 오일 오염도를 측정하기 위한 게이지를 추가로 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 장치는 증발 챔버의 저부는 본질적으로 원뿔 형이다. 상기 저부의 원뿔 형상은 저부 벽의 내부 상에 어떤 바람직하지 않은 침전물이 형성되는 것을 최소화할 것이다.

다른 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 장치는 열교환기로부터 빠져나와 하나 또는 그 이상의 노즐들에 공급된 가열된 오일-오염 물의 유동을 제한하기 위한 리스트릭터 밸브(restrictor valve)가 열교환기로부터 증발 챔버로 인도되는 도관에 제공된다. 밸브를 조정하여 유동 통과를 동일하게 하는 것에 의해, 열교환기 내에 가스 거품이 형성되는 것을 피할 수 있다. 가스 거품은 열교환기 내의 열교환 표면상에 침전물이 형성되게 한다.

추가 이점 및 바람직한 실시예는 상세한 설명 및 첨부한 청구범위로부터 분명해질 것이다.

도 1은 선박의 HT 시스템이 가열에 이용되고, 선박의 저온(LT) 시스템(Low Temperature system)이 응축기를 냉각하는 데 이용되는 것을 도시하며, 축적을 사용하지 않고 도시한 본 발명의 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 가장 일반적인 실시예로서 나타낸 본 발명의 장치의 주요한 서로 다른 부분들은 다음과 같다. 물을 증발시키기 위한 증발 챔버(10); 두 개의 열교환기들(30, 60)에서, 하나(30)는 오일-오염 물을 가열하기 위한 것이며, 다른 하나(60)는 증발 챔버를 빠져나오는 수증기를 응축하기 위한 것이며(열교환기(60)는 또한 이하에서 응축기로서 언급함); 응축기로부터 얻어진 응축수를 유지하기 위한 응축 탱크(70); 가열 열교환기(30)를 통과하는 오일-오염 물을 순환하기 위한 순환 펌프(40); 증발 챔버(10) 내에 부압을 생성하기 위한 진공 수단(50); 그리고 응축기로(60)부터 얻어진 응축수 내의 오일 오염도를 감시하기 위한 오일 게이지(90)와, 너무 높은 레벨의 오일을 갖는 물을 추가로 정화하기 위해 삼방향 밸브(95)를 통과시켜 빌지 및/또는 슬러지 탱크(150)를 통해 가열 열교환기와 증발 챔버로 재순환하기 위한 수단이다.

증발 챔버(10)에서의 증발은 플래시 시스템(flash system), 즉 증발 챔버내로 주입되는 물의 체적비를 표면에서 증가시키기 위해 증발 챔버 내의 하나 또는 그 이상의 노즐들(20)을 이용하여 부압에서 실시되며, 이에 의해 증발 공정을 향상시킨다.

성에 방지 장치(80)(demister)는 증발 챔버 상부로부터 빠져나오는 수증기로부터 입자들 및/또는 에어로졸들을 분리시키기 위해 상기 하나 또는 그 이상의 노즐들(20) 상부에서 증발 챔버(10) 내에 위치된다. 입자들은 정화될 물 내의 고체 또는 액체 오염물로부터 얻어질 수 있으며, 에어로졸들은 노즐을 통한 주입 동안 챔버 내에 형성될 수 있으며, 및/또는 증발 챔버 내로 주입되는 물 내에 존재하는 더 가벼운 탄화수소 부분의 증발로 형성될 수 있다.

응축기(60)는 수증기를 응축시키도록 수증기를 냉각하기 위한 열교환기를 포함한다. 응축 탱크(70)는 응축기와 조합될 수 있다. 따라서, 일 실시예에 있어서, 응축기는 그의 저부에서 응축 체적을 유지하도록 조정되어 있다. 바람직하게는, 응축기(60)와 응축 탱크(70)는 도 1에 도시된 바와 같이 분리되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 분리 응축 탱크(70)는 응축수 내에 수용된 어떤 경유 부분의 중력 분리를 허용하도록 설계되어 있다. 이는 높이 대 폭의 비가 상당히 큰 응축 탱크(70)에 의해 달성되며, 이에 따라 응축 탱크에 수용된 물 층의 상부에 오일 층이 형성될 수 있다. 높이 대 폭의 비가 상당히 큰 것에 의해, 경유 분리 공정은 이동과 격랑에 특히 민감하지 않게 된다. 그 후, 상부 오일 층은 물 층으로부터 배출되고 공정으로부터 분리될 수 있다. 도 1을 참조하면, 이는 하부 점선으로 나타낸 도관을 통해 응축된 저밀도 오일을 분리하기 위한 추가 분리 수단(120) 내로 밸브(124)를 통해 응축 탱크(70)로부터 오일 층을 배출하는 것에 의해 달성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 분리 수단(120)은 네 개의 밸브들(122, 124, 126, 128)을 각각 포함하며, 저밀도 오일 탱크(121)를 포함한다. 탱크(121)는 밸브(122)를 통해 응축 탱크(70) 내의 부압에 연결되며, 밸브(126)를 통해 대기("공기"로 나타냄)에 연결된다. 그 후, 응축된 저밀도 오일은 밸브(128)를 통해 방출될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 활성탄 필터(110)는 더 강화된 정화를 위해 도 1에 도시된 바와 같은 장치에 포함된다. 응축 탱크(70)를 빠져나오는 물은 오일 게이지 또는 ppm 제어기(90)로 들어가기 전에 필터(110)를 통과한다.

증발은 50~700 mbar, 바람직하게는 약 100~300 mbar의 절대 압력에 상응하는 대기압 이하의 0.7~0.9 bar의 절대 압력의 부압 하에서 실시된다. 증발 공정은 25~90℃, 바람직하게는 40~70℃, 더욱 바람직하게는 50~65℃의 온도에서 실시된다. 바람직하게는, 증발 챔버 내의 온도는 증발 챔버 내로 주입되는 액체의 수증기 압력 곡선을 따른다. 예시적으로, 60℃의 끓는점은 약 200 mbar(또는 -0.8 bar 게이지 압력)의 절대 압력에 상응한다.

가열 열교환기(30)로 들어가는 가열 매체는 오일, 스트림 또는 물과 같이 선박 엔진(들)으로부터의 잉여 열을 증발 공정으로 이송하는 어떤 매체일 수 있으며 중대하지 않다. 바람직하게는, 선박 내에 존재하는 냉각 시스템이 이용되며, 열교환기(30)가 연결될 수 있는 시스템이면 된다. 현실적으로, 선박 엔진(들)으로부터의 냉각수를 이용하는 것도 바람직하다. 열교환기(30)로 들어가는 물은 약 70~105℃의 온도이며, 열교환기(30)를 빠져나오는 물은 50~90℃이다. 바람직하게는, 열교환기(30)는 선박의 고온(HT) 시스템에 연결되어 있다.

또한, 수증기를 응축하기 위해 열교환기(60)에서 사용된 냉각 매체도 중대하지 않다. 따라서, 해수와 같은 어떤 적절한 냉각재가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 열교환기(60)가 연결될 수 있는 선박 내에 존재하는 냉각 또는 저온 시스템이 사용된다. 현실적으로, 물을 사용하는 것이 바람직하다. 열교환기(60)로 들어가는 물은 약 50℃ 미만의 온도이며, 열교환기(60)를 빠져나가는 물은 약 45℃ 이상의 온도이다. 바람직한 실시예에 있어서, 열교환기(60)는 선박의 저온(LT) 시스템에 연결된다.

본 발명자들은 오일 함유물이 노즐들(20)을 통하여 주입하는 동안 증발 챔버(10) 내에 에어로졸들이 형성되는 경향을 발견하였다. 이러한 에어로졸들이 형성되는 것을 방지하기 위해, 증발 챔버 내에 성에 제거 장치가 제공되어야 한다.

본 발명자들은 증발 챔버 내의 가스 유속을 최대 약 3 m/s로 하는 것이 적절한 것을 발견하였다. 약 4 m/s 이상의 속도는 성에 제거 장치(80)를 통한 입자의 비말 동반이 응축을 과도하게 증가시키고, 이에 의해 응축물 내의 불순물 함량이 증가되는 경향을 발견하였다. 성에 제거 장치를 통과하는 적절한 가스 유속은 최대 약 4 m/s인 것을 발견하였다. 전술한 바와 동일한 이유로, 성에 제거 장치를 통과하는 가스 유속은 약 6 m/s를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 성에 제거 장치를 통과하는 최대 10 m/s의 속도는 난류를 일으켜 장치가 상당히 정화된 물을 생산할 수 있지만 바람직하지는 않다.

정화 공정의 바람직한 실시예에 있어서, 운용 동안, 증발 챔버(10)를 통과하는 유동, 즉 주입 유동과 챔버의 저부로부터의 배출 유동은 오일과 물의 분리의 임의의 범위에 대해 챔버의 저부에서 액상을 발생시키도록 조절되며, 이에 따라 증발 챔버의 저부에 수용된 액상의 표면층 내에 매우 높은 오일 농도가 존재할 것이다. 이에 의해, 챔버(10)의 저부로부터 열교환기(30)로 재순환되는 유체는 더 많은 물 함량을 나타내며 정화 공정을 더욱 효과적으로 할 수 있다.

본 발명의 공정은 요구에 따라 운용될 수 있으며, 즉 폐수 탱크(150) 내의 레벨 제어기(도시하지 않음)로 관리하는 것과 같이 정화될 오일-오염 물의 상당한 양이 존재할 때는 언제든지 운용할 수 있다는 것을 의미한다.

정화 공정으로부터 얻어지는 오일 슬러지는 예를 들면 20~30%의 물을 함유하며, 국제 특허 공개 제WO 2006/122560 A1호에 개시된 바와 같이 선박에서 소각되거나 또는 정화되어 선박 엔진(들)의 연료로서 주입될 수 있다.

본 발명의 공정과 장치의 운용을 더 상세히 기술한다.

예시적으로, 공정은 하기와 같이 운용될 수 있다. 진공 펌프(50)는 증발 챔버를 진공 배기하며, 즉 약 100 mbar(대기압 아래의 0.9 bar)로 낮춘다. 시스템 내의 압력이 500 mbar와 같은 임의의 압력에 도달하면, 밸브(15)가 개방되고 임의의 미리 결정된 운용 레벨의 액체가 증발 챔버(10)에 도달할 때까지 빌지 또는 슬러지 탱크(150)로부터 시스템 내로 오일-오염 물을 유입시킨다. 이 단계에서, 순환 펌프(40)가 작동된다. 운용이 이제 시작된다. 진공 펌프(50)는 증발 챔버 내의 액체의 온도에 따라 시스템을 100~250 mbar로 진공 배기하여 유지된다. 가열 에너지는 가열 매체가 순환되는 것을 통해 오일-오염 물이 열교환기(30)를 통과할 때, 오일-오염 물로 이송될 것이다. 오일-오염 물은 노즐들(20)을 포함하는 플래시 시스템을 통하여 유동하며, 그 후, 증발 챔버(10)로 들어가며, 주입된 액체는 부압을 받는다. 부압이 플래시 시스템 이후에 떨어지면 물의 증발이 발생할 것이다. 수증기는 성에 제거 장치(80)를 통해 유동하며, 그 후, 응축기(60)로 들어간다. 응축수는 응축기의 저부로부터 펌프(100)를 통해 펌핑되며, 선택적으로 활성탄 필터(110)를 통과한다. ppm 제어 유닛(90)은 물의 순도를 확립한다. 정화된 물 내의 오일 함량이 15 ppm 미만이면, 삼방향 밸브(95)를 정수 탱크(도시되지 않음)로 개방한다. 정화된 물 내의 오일 함량이 15 ppm 이상이면, 삼방향 밸브를 빌지수 또는 폐수 탱크(150)로 개방한다. 물 증발 처리에서와 같이, 순환 펌프(40)를 통해 증발 챔버(10)의 저부로부터 열교환기(30)로 빠져나가는 액체 내의 오일 농도와 다른 비-증발성 성분이 증가한다. 농도가 증가하면, 끓는점이 변화한다. 이는 액체 내의 오일 농도 범위의 정보를 제공할 것이다. 관련 압력에서의 온도 설정점이 물의 끓는점의 2~5℃ 이상에 도달할 때, 증발 사이클은 중단되며, 시스템은 얻어지는 농축물(슬러지)을 밸브(45)를 통해 비워진다. 응축물이 방출되고 나면, 새로운 사이클이 시작된다. 따라서, 배치형 운용에 있어서, 각각의 배치는 얻어지는 슬러지 내에서 소망 레벨의 농도가 달성될 때까지 계속되며, 그 후, 슬러지는 장치로부터 방출되며, 새로운 배치가 명령받을 것이다.

연속적인 운용에 있어서, 증발 챔버(10)의 저부의 액상 내의 오일 농도는 임의의 미리 설정된 최대 레벨에 가깝게 유지된다. 농축물은 밸브(45)와 펌프(40)를 통해 시스템으로부터 방출되며, 시스템은 밸브(15)를 통해 슬러지 및/또는 빌지 탱크(150)로부터 오일-오염 물이 보충된다. 이 모드에 있어서, 시스템은 얻어지는 농축물(슬러지)로부터 비워지지 않는다. 다시, 농도 범위는 증발 시스템 내의 액체의 끓는점의 증가를 측정하는 것에 의해 제어될 것이다. 높은 값은 높은 농도와 낮은 농축물 양에 대응한다.

증발 챔버의 진공은 오일-오염 물을 시스템 내로 배출하는데 이용될 수 있다. 바람직하게는 증발 챔버에는 증발 챔버 내의 액체의 적절한 유동과 레벨을 제어하고 유지하기 위한 레벨 센서(도시하지 않음)가 제공되어 있다. 이에 의해 장치의 연속적인 감시 없이 운용이 가능하다.

바람직한 실시예에 있어서, 증발 챔버(10)에는 상기 챔버 내의 액상의 튀김 또는 심하게 부딪치는 것을 제거하기 위한 수단(도시되지 않음)이 제공되어 있다. 이러한 수단은 챔버의 내주부와 나란히 연장하는 플랜지를 포함할 수 있다.

바람직하게는 증발 챔버(10)에는 밸브(140)가 제공되어 있으며, 이 밸브를 통해 탈포제의 첨가가 가능하다. 탈포제는 과도한 발포가 증발 챔버(10) 내에서 발생한다면 설득력 있게 사용될 수 있다.

바람직하게는, 증발 챔버(10)에는 챔버를 대기로 통풍시키기 위한 밸브(130)가 제공된다.

증발 시스템 온도는 열교환기(30)로 들어가는 가열 매체의 유동을 제어하는 수단에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 바이패스 밸브와 도관(도시되지 않음)이 제공될 수 있으며, 펌프(40)로부터 빠져나오는 액체 유동을 증발 챔버(10)로 직접 향하게 하는 것이 가능하며, 이에 의해 열교환기(30)를 바이패스 한다. 이에 의해 증발 시스템의 냉각이 제공될 수 있다.

진공 수단은 중대하지 않으며, 감압을 제공하는 어떤 종래 수단도 가능하다. 예를 들면, 인젝터 펌프 또는 액체 링 펌프와 같은 종래의 진공 펌프가 사용될 수 있다. 또한, 진공은 선박의 엔진으로부터의 잉여 열을 이용하여 제공될 수 있다.

정화 장치의 용량은 시간당 약 100리터 농축물 내지 시간당 약 2000리터의 농축물을 처리한다. 예시적으로, 100~120 l/h의 용량으로 설계된 장치는 약 500 mm 직경의 증발 챔버(10)를 적절하게 사용할 수 있다.

실시예

도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 장치는 활성탄 필터를 포함하며 하기와 같이 테스트 되었다. 장치의 증발 챔버(10)의 직경은 500 mm이었다. 증발은 약 52℃의 온도 및 100 l/h 용량에서 실시되었다. 본 발명의 장치의 특정 실시예에서, 가장 좋은 정화 결과는 약 50~65℃의 증발 온도 및 최대 120 l/h의 응축률에서 얻어졌다.

테스트 절차는 데트 노스케 베리타스(Det Norske Veritas)(DNV)에 의해 수정되고 용인되었다.

따라서, 장치는 오일-오염 물(80리터의 물에 15리터의 중유)를 처리하였다. 얻어진 정화수는 활성탄 필터의 사용 없이 5 ppm 미만의 농도를 나타내었다. 그 후, 약 15리터의 가스 오일이 나머지 물에 첨가되었다. 얻어지는 정화수는 유사한 오일 오염도를 나타내는 것을 발견하였다. 그 후, 80리터의 빌지수/폐수가 시스템에 첨가되었다. 장치는 4시간 동안 가동되었고 활성탄 필터의 상류 및 하류에서 연속적으로 샘플을 취하였다. 두 개의 랜덤 샘플을 선택하였으며, 하나는 활성탄 필터의 상류에서, 다른 하나는 활성탄 필터의 하류에서 선택하였다. 그 후, 샘플을 에이엘에스 스칸디나비아 악티에볼라그(ALS Scandinavia AB)로 분석을 의뢰하였다. 분석은 샘플들에 대해 오일 3.5 ppm 및 0.9 ppm을 각각 입증하였다. 이는 15 ppm 미만, 게다가 5 ppm 미만의 오일임을 명확히 나타내었다.

하기 표 1에 있어서, 장치를 테스트 유체 C(TF-C)에서 가동하였을 때 얻어진 정화수에 함유된 다양한 금속 함량을 나타낸다. 시험은 THE MARINE ENVIRONMENT PROTECTION COMMITTEE, (MEPC) RECALLING Article 38(a) of the Convention on the International Maritime Organization (IMO), in the document: RESOLUTION MEPC.107(49), MEPC 49/22/Add.2 Adopted on July 2003에 특정된 것으로 실시되었다.

정화수 내의 중금속의 함량이 매우 낮다는 것을 명확하게 알 수 있다.

Claims (19)

1. (a) 열교환기에서 오일-오염 물을 가열하는 단계;
   (b) 증발 챔버에서 상기 오일-오염 물을 부압에서 증발시키는 단계;
   (c) 상기 오일-오염 물을 응축하는 단계;
   (d) 임의의 적절한 최대 상한과 비교하여 상기 단계 (c)에서 얻어진 물 내의 오일 오염도를 측정하는 단계;
   (e) 상기 단계 (b)에서 얻어진 오일 슬러지를 공정으로부터 배출하는 단계;
   (f) 상기 단계 (d)에서의 측정에서 상기 상한을 초과하지 않는 물을 바다로 선택적으로 방출하는 단계를 포함하며, 정화에 필요한 열을 선박 엔진(들)으로부터의 잉여 열을 이용하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법에 있어서,
   상기 단계 (d)에서 상한을 초과하는 물 모두를 상기 단계 (a)로 되돌려 재순환하고, 상기 단계 (a)와 단계 (b)는 공정 내에서 서로 다른 위치에서 실시하며, 상기 단계 (b)에서는, 단계 (b)로 들어오는 오일-오염 물을 액적으로 미세하게 분할하며, 상기 단계 (b)에서 얻어진 입자들 및/또는 에어로졸들을 단계 (b)에서 얻어진 수증기로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   열교환기를 통과하는 액체 유속은 상기 열교환기의 열교환 표면 전체에 걸쳐 난류를 형성할 만큼 충분히 높으며, 이에 의해 열교환 표면상의 퇴적물 형성 정도를 최소화하는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   증발 챔버의 저부로부터 배출되는 액상은 상기 증발 챔버의 내부 표면상의 퇴적물 형성 정도를 최소한으로 억제할 만큼 충분히 빠른 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   선박의 엔진(들)으로부터의 냉각수가 가열 매체로서 상기 열교환기에 공급되는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 공정에 공급된 오일-오염 물은 임의의 사전 정화 단계 없이 폐수 및/또는 빌지수로부터 직접 취하는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 단계 (c) 후에, 오일-오염 물은 상기 단계 (d)에서 측정을 실시하기 전에 활성탄 필터를 통과하여 인도되는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   응축된 저밀도 오일은 상기 단계 (d)에서 공정으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
8. 청구항 1의 방법을 실시하기 위하여, 물을 증발시키기 위한 증발 챔버(10), 상기 증발 챔버 내로 오일-오염 물을 주입하기 위한 하나 또는 그 이상의 노즐들(20), 오일-오염 물을 가열하기 위해 상기 증발 챔버의 외부에 위치한 열교환기(30), 상기 증발 챔버의 저부로부터의 액체를 오일-오염 물을 가열하기 위한 열교환기로 다시 순환하기 위한 순환 펌프(40), 및 상기 증발 챔버 내에 부압을 생성하기 위한 진공 수단(50)을 포함하는 선박의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치에 있어서,
   상기 증발 챔버에서 인도된 수증기를 응축하기 위한 응축기(60),
   상기 응축기로부터 얻어진 응축수를 유지하기 위한 응축 탱크(70),
   상기 하나 또는 그 이상의 노즐들 위에서 증발 챔버 내에 위치하는 성에 방지 장치(80),
   상기 응축기로부터 얻어진 물 내의 오일 오염도를 측정하기 위한 오일 게이지(90), 및
   너무 높은 오일 농도를 갖는 응축수를 오일-오염 물을 가열하기 위한 상기 열교환기로 재순환하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 증발 챔버(10)의 저부는 원뿔 형인 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    응축 탱크(70)와 오일 게이지(90) 사이에 활성탄 필터(110)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    응축 탱크(70)에 응축된 저밀도 오일을 분리하기 위한 분리 수단(120)이 추가로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
12. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 증발 챔버(10)에는 상기 챔버 내의 액상의 튀김 또는 심하게 부딪치는 것을 제거하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
13. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 열교환기로부터 빠져나와 하나 또는 그 이상의 노즐들에 공급된 가열된 오일-오염 물의 유동을 제한하기 위한 리스트릭터 밸브(130)가 상기 열교환기로부터 상기 증발 챔버로 인도되는 도관에 제공되는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
14. 청구항 8 또는 청구항 9에 기재된 장치를 구비한 선박.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 선박 내의 기존 빌지수 탱크가 15 ppm 이하의 오일 오염도의 물을 유지하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 선박.
16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    바다에서의 격랑 동안 선박의 오일-오염 물을 정화하는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
17. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    바다에서의 격랑 동안 선박의 오일-오염 물을 정화하는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    선박의 오일-오염 물을 15 ppm 미만의 오일 함량으로 정화하거나 또는 오일-오염 물 내의 중금속 함량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 방법.
19. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    선박의 오일-오염 물을 15 ppm 미만의 오일 함량으로 정화하거나 또는 오일-오염 물 내의 중금속 함량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박 내의 폐수 및/또는 빌지수 정화 장치.
    

Images