KR101895897B1 - 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에 관한 것으로, 선박의 연료유로 사용되는 저질중유로부터 발생되는 폐기물들을 다양한 경로를 통해 적극 수거하여 보일러용 연료로 재활용함으로써 외부 배출이 불가피한 폐기물의 양을 극소화하면서 활용도를 극대화할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명은, 선박의 엔진 배기측에 설치된 스크러버에서 세정되고 남은 슬러리를 공급받아 물과 잔류 유분을 여과하고 입자물질(Particle Matter)과 블랙카본(Black Carbon)을 걸러내는 제1나노필터와; 상기 제1나노필터에서 걸러진 입자물질과 블랙카본을 혼합 및 건조하여 펠릿을 제조하는 펠리타이저(pelletizer)와; 상기 펠리타이저에서 제조된 펠릿을 열분해, 연소, 환원반응을 거쳐 상기 펠릿에 비해 연소효율이 좋은 합성가스로 생산하는 가스화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 연료유 폐기물 재활용 시스템{THE RECYCLE SYSTEM USING SHIP OIL WASTE}

본 발명은 선박 연료유 폐기물 재활용 기술에 관한 것으로, 특히 선박의 연료유로 사용되는 저질중유로부터 발생되는 폐기물들을 다양한 경로를 통해 적극 수거하여 보일러용 연료로 재활용함으로써 외부 배출이 불가피한 폐기물의 양을 극소화하면서 활용도를 극대화한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 연료의 비용 절감을 위해서 저질중유를 사용한다. 저질중유는 점도성이 높고, 휘발성이 낮으며, 가연성이 낮은 MDO(Marine Disesel Oil)나 HFO(Heavy Fuel Oil)를 주로 사용한다. 이와 같은 저질중유에는 수분, 고형분 등과 같은 분순물이 다량으로 포함되어 있기 때문에 이것을 그대로 사용하는 것이 아니라, 가열기, 원심분리기 및 균질기 등을 이용하여 저질중유가 포함하고 있는 수분 및 기타 불순물을 제거한 후 선박의 연료로 사용하고 있다.

이때 상기의 장치를 이용하여 저질중유를 처리하는 과정에서 저질중유가 포함하는 잔유물인 슬러지(Sludge)가 발생한다. 이처럼 선박의 대형화가 진행되고 사용하는 선박의 이용이 날로 증가하는 만큼 발생하는 슬러지의 양 또한 증가할 수밖에 없다.

상기와 같은 슬러지를 선내에서 처리하는 방법으로는 선내 폐유 소각기를 이용하는 것이 일반적인 방법이며, 발생량 대비 소각기의 설치 및 처리용량 부족 등으로 인해 선내에서 완전히 처리하기가 현실적으로 불가능하고, 육상으로 이송하는 경우 경제적 및 시간이 소모가 상당함은 물론 다량의 슬러지가 해양에 유출될 위험이 있기 때문에 근본적인 처리 방안이 필요한 실정이다.

한국등록특허공보 제1701989호(2017.01.25.)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 연료유로 사용되는 저질중유로부터 발생되는 폐기물들을 다양한 경로를 통해 적극 수거하여 보일러용 연료로 재활용함으로써 외부 배출이 불가피한 폐기물의 양을 극소화하면서 활용도를 극대화한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템은, 선박의 엔진 연료로 사용되는 저질중유에서 발생되는 폐기물로부터 재활용 가능한 연료를 생산하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템으로서, 선박의 엔진 배기측에 설치된 스크러버에서 세정되고 남은 슬러리를 공급받아 물과 잔류 유분을 여과하고 입자물질(Particle Matter)과 블랙카본(Black Carbon)을 걸러내는 제1나노필터와; 상기 제1나노필터에서 걸러진 입자물질과 블랙카본을 혼합 및 건조하여 펠릿을 제조하는 펠리타이저(pelletizer)와; 상기 펠리타이저에서 제조된 펠릿을 열분해, 연소, 환원반응을 거쳐 상기 펠릿에 비해 연소효율이 좋은 합성가스로 생산하는 가스화기를 포함하는 것을 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 가스화기에서 생산하는 합성가스는 수소와 일산화탄소인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가스화기에서 생산하는 합성가스 중 적어도 일부는 상기 선박의 보일러로 이송되어 보일러용 연료로 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스크러버에서 발생하는 배기가스 중 일부를 우회시켜 상기 펠리타이저(pelletizer)가 입자물질과 블랙카본을 건조하기 위한 열원으로 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 중유를 저장하고 있는 저장탱크와 선박의 엔진 사이에 설치되며, 원심력과 비중차에 의해 중유로부터 물과 고형물질이 포함된 슬러지를 제거하는 원심청정기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 저장탱크와 원심청정기 사이에 설치되어 고형물질이 자중에 의해 침전되도록 유도하고, 침전물이 포함된 슬러지를 배출하는 침전탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 원심청정기로부터 배출되는 슬러지와 상기 침전탱크로부터 배출되는 슬러지를 저장하는 슬러지탱크와; 상기 슬러지탱크로부터 슬러지를 공급받고 에멀젼화하여 재생연료유를 생산하는 균질기를 더 포함하며, 상기 균질기에서 생산된 재생연료유 중 적어도 일부는 상기 선박의 보일러로 이송되어 보일러용 연료로 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 슬러지로부터 슬러지를 공급받아 물과 잔류 유분을 여과하고 고형의 슬러지를 걸러내는 제2나노필터와; 상기 제1나노필터에서 걸러진 고형의 슬러지를 저장하는 고형슬러지 저장탱크를 더 포함하며, 상기 펠리타이저는 상기 고형슬러지 저장탱크로부터 공급받은 고형의 슬러지를 상기 제1나노필터에서 걸러진 입자물질 및 블랙카본과 함께 혼합 및 건조하여 펠릿을 제조함으로써 상기 선박의 보일러용 연료로 사용되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2나노필터에서 여과된 물과 잔류 유분을 공급받아 설정된 기준 기름농도를 기준으로 기름과 물을 분리하는 유수분리기를 더 포함하며, 상기 유수분리기에서 일정 이상의 기름농도를 갖는 것은 빌지탱크로 이송되어 저장되고, 일정 미만의 기름농도를 갖는 것은 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유수분리기에서 설정된 기준 기름농도는 15ppm인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유수분리기와 연결되어 상기 유수분리기에서 배출되는 물 중 적어도 일부에 산소를 용해시켜주는 산소용해기와; 산소를 저장하고 있으면서 상기 산소용해기에 산소를 공급하는 산소탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 산소용해기는, 상기 유수분리기의 배출관 중간에 연통되고 내부에는 상기 유수분리기에서 배출되는 액상의 물을 초미립자 상태의 무상수로 변환하여 분무하는 분무헤드와, 상기 분무헤드로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상수를 보다 높은 속도로 송출하는 원심팬이 구비된 상변환모듈과; 선단부가 상변환모듈과 연통되어 상기 상변환모듈로부터 송출되는 무상수를 공급받으며 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 유로를 형성하는 돌출부가 구비되어 이송 중인 초미립자 상태의 무상수와 기체 상태의 산소가 협소해진 유로에서 보다 증가된 속도로 접촉할 수 있도록 한 연통관과; 상기 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받으며 상기 연통관의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 상기 연통관의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부에 의해 협소하게 형성된 연통관의 유로를 향해 공급받은 산소를 분사하는 산소노즐을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 연통관의 선단부 내부에는 상기 상변환모듈의 원심팬으로부터 송출되는 무상수를 회오리바람의 형태로 송출하는 축류팬이 더 구비되어 상기 연통관 내부로 공급되는 산소와 원활한 혼합이 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 연통관의 돌출부 내부에는 상기 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받는 챔버가 형성되며, 상기 돌출부 중 유로가 협소하게 형성된 지점에 대응하는 중간 지점의 내주면에는 상기 챔버로부터 산소를 공급받아 분사하는 제1분사홀이 내주면 둘레방향을 따라 다수 형성되며, 상기 돌출부 중 후단부 지점에는 상기 챔버로부터 산소를 공급받아 분사하는 제2분사홀이 후단부 둘레방향을 따라 다수 형성되며, 상기 산소용해기에는, 상기 산소탱크와 연결되어 상기 산소노즐 및 상기 연통관의 돌출부 챔버로 산소를 공급하는 산소냉각모듈이 더 포함되고, 상기 산소냉각모듈은, 상기 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받은 후 상기 연통관으로 배출하는 내관과; 상기 내관을 이격되게 둘러싸서 보냉하는 외관과; 상기 내관의 내부에서 내관의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되어 상기 내관의 내부를 경유하는 산소를 냉각시켜주는 냉각봉으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 산소냉각모듈은, 상기 냉각봉의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관의 내부를 나선 형태로 경유하도록 산소를 안내하면서 접촉하여 냉각시켜주는 냉각핀을 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템은 선박의 연료유로 사용되는 저질중유로부터 발생되는 폐기물들을 연소효율이 좋은 연료인 합성가스로 전환하여 선내 보일러용으로 활용할 수 있도록 함으로써 활용도를 높이는 한편, 저질중유 사용으로 인한 폐기물의 양을 최소화하였다.

또한, 본 발명은 선박의 엔진용 연료로 사용되는 저질중유에 대하여 3개의 경로를 통해 폐기물을 회수하여 재활용할 수 있도록 함으로써 폐기물에 대한 회수효율을 극대화하였다.

또한, 본 발명은 유수분리기에서 분리되어 배출되는 수분에 대하여 독창적으로 설계된 산소용해기를 사용하여 용존산소의 포화도가 높은 고품질의 산소수를 생산함으로써 선내의 생활용수 및 수족관을 위한 유용한 자원으로의 활용을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템의 전체 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에서 산소용해기의 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에서 산소용해기의 구성을 설명하기 위한 단면도
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에서 산소용해기의 기능을 설명하기 위한 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템의 전체 구성도이다.

도시된 것처럼 본 발명의 실시예에 의한 중유 저장탱크(1), 중유 침전탱크(2), 중유 공급탱크(3), 선택적 촉매 환원기(5)(Selective Catalytic Reduction), 스크러버(6), 원심청정기(7), 슬러지탱크(8), 제1나노필터(12), 균질기(10), 보일러(11), 고형슬러지 저장탱크(13), PM/BC 저장탱크(14), 펠리타이저(15), 가스화기(16), 유수분리기(17), 산소용해기(18)를 포함하여 이루어진다.

이같은 구성요소들로 이루어진 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템은 선박의 연료유로 사용되는 저질중유로부터 발생되는 폐기물들을 연소효율이 좋은 연료인 합성가스로 전환하여 선내 보일러(11)용으로 활용하는 한편, 외부 배출이 불가피한 폐기물의 양은 극소화할 수 있는 것이다.

이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에 대해 보다 상세히 설명한다.

상기 중유 저장탱크(1)는 중유(HFO)를 급유받아 저장한다.

상기 중유 침전탱크(2)(HFO Settling Tank)는 중유 내 슬러지 등 고형물질을 자중에 의해 침전시키고 침전된 슬러지는 배출하는 역할을 한다.

상기 중유 공급탱크(3)는 원심청정기(7)로부터 청정된 연료유를 공급받아 저장하면서 선박의 엔진(4)에 공급하는 역할을 한다.

상기 선택적 촉매 환원기(5)(Selective Catalytic Reduction)는 선박의 엔진(4) 배출 측에 설치되며 선택적 촉매 환원에 의해 엔진(4) 배출가스 내 질소산화물(NOx)을 저감시켜준다.

상기 스크러버(6)는 선택적 촉매 환원기(5) 다음에 연결되며 선택적 촉매 환원기(5)를 경유한 엔진(4)의 배출가스에 대하여 H₂SO₄ 등이 포함된 세정수를 활용하여 엔진(4) 배출가스 내 질소산화물(SOx)을 저감시켜준다. 상기 스크러버(6)에서 정화된 배기가스 중 일부는 그대로 배출되고 나머지 일부는 펠리타이저(15)로 곧바로 우회하여 입자물질과 블랙카본을 건조하기 위한 열원으로 사용된다. 이를 통해 에너지 사용을 효율화하게 된다. 한편 스크러버(6)에서 세정수와 함께 세정된 입자물질(Particle Matter)과 블랙카본(Black Carbon)은 제1나노필터(12)로 이송된다.

상기 원심청정기(7)는 원심력과 비중차에 의해 중유 내 고형물질과 물 등으로 분리한다. 상기 원심청정기(7)에서 분리되어 나온 슬러지는 슬러지탱크(8)로 이송되어 저장되며, 청정화된 중유는 중유 공급탱크(3)로 이송되어 저장되고 있다가 선박의 엔진(4)으로 이송되어 연료로 사용된다.

상기 슬러지탱크(8)는, 원심청정기(7), 중유 침전탱크(2)에서 분리 및 침전된 슬러지를 포집한 후 저장한다.

상기 제1나노필터(12)는 선박의 엔진(4) 배기측에 설치된 스크러버(6)에서 세정되고 남은 슬러리를 공급받아 물과 잔류 유분을 여과하고 입자물질(Particle Matter)과 블랙카본(Black Carbon)을 걸러낸다. 이렇게 걸러진 입자물질과 블랙카본은 PM/BC 저장탱크(14)를 거쳐 펠리타이저(15)로 이송된다.

상기 균질기(10)는 슬러지탱크(8)로부터 슬러지를 공급받고 에멀젼화하여 재생연료유를 생산한다. 이렇게 생신된 재생연료유는 보일러(11)로 공급되어 연료로 사용된다.

상기 보일러(11)는 재생연료유와 합성가스의 혼소를 통해 연료 예열을 위한 열원 등을 공급하는 역할을 한다.

상기 고형슬러지 저장탱크(13)는 제2나노필터(9)에서 분리된 고형 슬러지를 저장하는 역할을 한다.

상기 PM/BC 저장탱크(14)는 스크러버(6)를 통해 세정되고 남은 입자물질(Particulate Matter)과 블랙카본BC(Black Carbon)을 포집 및 저장하는 역할을 한다.

상기 펠리타이저(15)는 최종적으로 포집된 고형슬러지, 입자물질 및 블랙카본을 혼합 및 건조 후 펠릿으로 만들어 연료화한다. 여기서 상기 펠리타이저(15)에서 사용되는 열원은 스크러버(6)에서 배출되는 고온의 배기가스 중 일부를 우회시켜 끌어온 후 이용한다.

상기 가스화기(16)는 상기 펠리타이저(15)에서 제조된 펠릿을 열분해/연소/환원반응을 통해 합성가스(Syngas)를 생산하여 보일러(11)에 공급한다. 여기서 만들어진 합성가스는 수소와 일산화탄소이다.

상기 유수분리기(17)는 상기 제2나노필터(9)에서 여과된 물/기름의 혼합물을 재차 물과 기름으로 분리한다. 여기서 유수분리기(17)에서 기름과 물로 분리하는 기준이 되는 기준 기름농도는 15ppm이 적당하며, 기준 농도 이상의 것은 빌지탱크로 이송되어 저장되고, 기준 농도 미만의 것은 그대로 배출되거나 그 중에 적어도 일부는 산소용해기(18)를 거치면서 선내에서 사용될 수 있는 유용한 수자원으로 전환된다.

상기 산소용해기(18)는 유수분리기(17)와 연결되어 유수분리기(17)에서 배출되는 물 중 적어도 일부에 산소를 용해시켜줌으로써 선내에서 유용한 수자원으로 사용될 수 있도록 한다. 예컨대, 상기 산소용해기(18)를 거치면서 생신된 용존산소의 포화도가 높은 고품질의 산소수는 선내에서 활어들을 신선한 상태로 임시 보관하기 위한 수족관을 운영하거나 선내에서 사용되는 생활용수를 보충하는데 곧바로 활용될 수 있다. 이같은 산소용해기(18)가 설치되면 상기 산소용해기(18)에 산소를 공급하는 산소탱크가 추가적으로 설치된다.

아래에서는 상기 산소용해기(18)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에서 산소용해기의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에서 산소용해기의 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 그리고 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에서 산소용해기의 기능을 설명하기 위한 참조도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템에서 산소용해기(18)(10)는, 연통관(120)과, 산소노즐(120)과, 상변환모듈(130)과, 용존모듈(140)과, 산소냉각모듈(150)을 포함하여 이루어진다.

상기 연통관(120)은 상변환모듈(130)에서 초미세 입자화된 물인 무상수와 기체 상태의 산소를 함께 공급받아 강하게 접촉 및 혼합시키면서 1차 용존하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 연통관(120)은 선단부가 상변환모듈(130)과 연통되어 상기 상변환모듈(130)로부터 송출되는 무상수를 공급받을 수 있도록 함과 동시에 산소탱크와 연결되어 상기 산소노즐(120)로부터 기체 상태의 산소도 공급받는다. 배관 형태를 갖는 몸체 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 벤츄리관 형태의 유로를 형성하는 돌출부(111)가 구비된다. 이같은 돌출부(111)는 도 4에서 볼 수 있는 것처럼 무상수와 산소가 벤츄리 효과에 의해 상대적으로 협소해진 유로(110a)에서 보다 증가된 속도로 흐르면서 서로 강하게 접촉할 수 있도록 유도한다. 또한, 상기 돌출부(111) 내부에는 삼방밸브(160)의 제1공급관(162)을 통해 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받아 임시 저장하는 챔버(111a,111b)가 형성되고, 상기 돌출부(111) 중 유로가 협소하게 형성된 지점에 대응하는 중간 지점의 내주면에는 상기 챔버(111a,111b)로부터 산소를 공급받아 분사하는 제1분사홀(111c)이 내주면 둘레방향을 따라 다수 형성되며, 상기 돌출부(111) 중 후단부 지점에는 상기 챔버(111a,111b)로부터 산소를 공급받아 분사하는 제2분사홀(111d)이 후단부 둘레방향을 따라 다수 형성된다. 이로써, 기체 상태의 산소를 상기 산소노즐(120)만 아니라 보다 다양한 지점에서 동시다발적으로 공급할 수 있게 되어 무상수와 보다 효과적인 접촉할 수 있게 된다. 특히 돌출부(111) 중간 지점에 형성된 제1분사홀(111c)을 통해 분사되는 산소가 가장 빠른 속도로 흐르고 있는 무상수와 격렬하게 접촉할 수 있도록 하는 것에 반해, 돌출부(111) 후단부 지점에 형성된 제2분사홀(111d)을 통해 분사되는 산소는 상대적으로 느린 속도로 흐르고 있는 무상수와 차분하게 접촉할 수 있도록 하였다. 이같이 다양성을 가미한 구성에 의하여 무상수와 산소의 혼합 및 접촉의 효과를 높이고 그에 따른 용존율을 초기부터 높은 수준으로 끌어올릴 수 있게 된다.

또한 상기 연통관(120)의 선단부 내부에는 상변환모듈(130)의 원심팬(132)으로부터 송출되는 무상수를 도 5와 같이 회오리바람의 형태로 송출하는 축류팬(112)이 더 구비된다. 이같은 축류팬(112)이 구비되어 작동하게 되면 도 4에서 볼 수 있는 것처럼 벤츄리 효과에 의해 무상수와 산소의 유동속도가 빠르게 형성되면서 서로 강력한 접촉이 이루어지는 것과 함께 도 5에서 볼 수 있는 것처럼 무상수가 직진 형태의 강력한 회오리바람의 형태로 산소와 혼합되는 복합적인 작용이 일어난다. 따라서 초미세 입자 상태의 무상수와 기체 상태의 산소 간 접촉 및 혼합, 그에 따른 초기의 산소 용존이 매우 신속하면서도 효과적으로 일어나게 된다. 참고로 상기 축류팬(112)은 최근 가정에서 사용되고 있는 에어서큘레이터에 채용된 팬과 동일한 형태의 것으로 마련하면 충분하다. 다만, 상기 축류팬(112)의 소재는 습도에 계속 노출되는 배관 내부에 설치된다는 점을 감안하여 내부식성 및 내구성을 강화한 것으로 적용되어야 한다.

상기 산소노즐(120)은 상기 연통관(120) 내부에서 무상수의 흐름방향과 일치하게 산소를 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 산소노즐(120)은 삼방밸브(160)의 제2공급관(163)을 통해 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받으며 연통관(120)의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 연통관(120)의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부(111)에 의해 협소하게 형성된 유로를 향하도록 형성된다. 여기서 상기 산소노즐(120)은 도 3에서 볼 수 있는 것처럼 연통관(120)의 벽체로부터 중심선까지 형성된 제1노즐부(121)와 상기 제1노즐부(121)로부터 연통관(120)의 중심선을 따라 연장되어 그 끝단이 돌출부(111)에 의한 협소한 유로(110a)에 까지 근접하게 형성된 제2노즐부(122)로 이루어진다. 이같은 산소노즐(120)은 돌출부(111)에 의한 협소한 유로(110a) 인근에서 산소를 무상수의 흐름방향으로 일치하게 분사하면서 무상수의 유동속도를 가속화하는데 도움을 주게 된다. 이로써 연통관(120)의 돌출부(111) 중간 지점의 협소한 유로(110a)에서 보다 빠른 속도로 무상수와 산소가 접촉하는데 크게 기여한다.

상기 상변환모듈(130)은 유수분리기(17)에서 공급받은 액상의 물을 초미세 입자 형태의 무상으로 변환하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 상변환모듈(130)은 플랜지를 구비하여 상기 유수분리기(17)와의 연결관(P1)과 연통관(120) 중간에서 연통되는 배관 형태의 몸체를 갖고 내부에는 연결관(P1)을 통해 이송되는 액상의 물을 무상수로 변환하여 분무하는 분무헤드(131)를 구비한다. 이같은 분무헤드(131)는 물분무 소화설비에 적용되는 분무헤드(131)(노즐)를 그대로 채용될 수 있으나, 습도에 계속 노출되는 배관 내부에 설치된다는 점을 감안하여 내부식성 및 내구성을 강화한 것으로 개량하여 적용되는 것이 바람직하다. 이처럼 유수분리기(17)로 공급받은 물을 그대로 사용하지 않고 초미세 입자 형태의 무상수로 변환하게 되면 산소와 접촉할 수 있는 접촉면적을 획기적인 수준으로 넓게 확보할 수 있게 되어 용존율을 대폭 높일 수 있다는 점에서 매우 중요하다.

또한, 상기 상변환모듈(130) 내부에는 분무헤드(131)로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상수를 보다 높은 속도로 송출하는 원심팬(132)이 구비된다. 축류팬(112)의 경우 무상수를 밀어 송출하는데 특화된 기능을 가지고 있다면 상기 원심팬(132)은 분무헤드(131)의 설치로 인한 저항을 이겨내면서 속도가 낮아진 상태로 생성된 무상수를 끌어내어 상기 원심팬(132)까지 송출하는데 적합하다고 할 수 있다. 본 발명에서는 이처럼 원심팬(132)과 축류팬(112)을 인근에 나란히 직렬 배치함으로써 양자 간 장점을 극대화할 수 있도록 하였다.

상기 용존모듈(140)은 상기 연통관(120)을 거치면서 잘 혼합된 상태가 되고, 1차 용존이 이루어진 무상수와 산소의 혼합수를 공급받아 용존율을 극대화하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 용존모듈(140)은 배관 형태의 몸체에 의해 연통관(120)의 후단부에 연결되어 상기 연통관(120)을 경유한 무상수와 산소가 혼합된 혼합수를 공급받으며, 내부에는 유로를 차단하는 형태로 다수의 미세공이 형성된 그릴(141,142,143)(grill)이 이격을 두고 직렬로 복수 배치된다. 도면에 따르면 세 개의 그릴(141,142,143)이 배치된 것으로 도시되었는데 이같은 구성에 의하면 혼합수가 상기 그릴(141,142,143)에 의해 형성된 그릴(141,142,143)층을 통과할 때마다 수축 및 팽창을 반복하면서 물 입자에 대한 산소의 용존율을 점진적으로 높일 수 있게 되며, 혼합수가 각각의 그릴(141,142,143)을 혼합수가 통과할 때마다 그릴(141,142,143) 뒤쪽에 형성된 이격공간(144a,144b,144c)에서는 난류 형태의 유동까지 일어나면서 물 입자에 대한 산소의 접촉이 보다 활발하게 이루어지게 된다. 이로서 물에 대한 산소의 용존율을 과포화 상태로까지 높일 수 있게 된다.

상기 산소냉각모듈(150)은 연통관(120)에 공급되는 산소를 중간에서 신속히 냉각하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 산소냉각모듈(150)은 인입구(152a)와 인출구(152b)를 구비하여 산소탱크로부터 산소를 공급받은 후 삼방밸브(160)의 인입배관(161)을 통해 연통관(120)으로 배출하는 내관(151)과, 상기 내관(151)을 이격되게 둘러싸서 보냉하는 외관(152)과, 상기 내관(151)의 내부에서 내관(151)의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되어 상기 내관(151)의 내부를 경유하는 산소를 냉각시켜주는 냉각봉(153)과, 상기 냉각봉(153)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관(151)의 내부를 나선 형태로 경유하도록 산소를 안내하면서 접촉하여 냉각시켜주는 냉각핀(154)을 구비한다.

이같은 산소냉각모듈(150)의 구성에 의하면 공급되는 산소의 온도를 신속히 낮출 수 있게 되어 연통관(120) 내부에서 무상수와 산소의 혼합이 더 낮은 온도 분위기에서 이루어질 수 있도록 한다. 이처럼 무상수와 산소에 더 낮은 온도 분위기가 형성되면 산소의 용존율을 증가하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템의 주요동작 및 작용을 살펴보기로 한다.

먼저, 중유 저장탱크(1)에 있던 중유가 중유 침전탱크(2), 원심청정기(7), 중유 공급탱크(3)를 거쳐 선박의 엔진(4)에서 연소된 후 그 배기가스가 선택적 촉매 환원기(5), 스크러버(6), 제1나노필터(12)를 거치면서 입자물질과 블랙카본이 걸러진다. 이렇게 걸러진 입자물질과 블랙카본은 PM/BC 저장탱크(14)에 저장되어 있다가 펠리타이저(15)로 공급된다.

또한, 중유 침전탱크(2)에서 침전되어 배출되는 슬러지와 원심청정기(7)에서 배출되는 슬러지는 슬러지탱크(8)에 저장되어 있다가 제2나노필터(9)를 거치면서 물과 기름이 여과된 고형의 슬러지로 걸러진다. 이렇게 걸러진 고형의 슬러지는 고형슬러지 저장탱크(13)에 저장되어 있다가 펠리타이저(15)로 공급된다.

전술된 것처럼 엔진(4)에서 중유가 연료로 연소된 후 배출되는 배기가스로부터 스크러버(6), 제1나노필터(12)를 거쳐 공급되는 입자물질 및 블랙카본과, 선박의 엔진(4)으로 공급되지 못하고 중유 침전탱크(2)와 원심청정기(7)로부터 분리되어 제2나노필터(9)를 거쳐 공급되는 고형의 슬러지가 함께 펠리타이저(15)에 공급되어 혼합 및 건조공정을 거쳐 재생연료인 펠릿으로 제조된다. 이때 주목할 점은 상기 펠리타이저(15)의 건조공정을 위해 필요한 열원은 상기 스크러버(6)에서 배출되는 배기가스 중 일부를 우회시켜 상기 펠리타이저(15)에 경유시키는 독특한 방법으로 마련된다.

이후, 상기 펠리타이저(15)에서 제조된 재생연료인 펠릿은 가스화기(16)에 이송되어 열분해, 연소, 환원반응을 거쳐 상기 펠릿에 비해 연소효율이 좋은 합성가스로 생산된 후 보일러(11)의 연료로 공급된다.

한편, 슬러지탱크(8)로부터 제2나노필터(9)와 함께 슬러지를 공급받는 균질기(10)는 에멀젼화하여 재생연료유를 생산하며, 이렇게 생신된 재생연료유는 선박의 보일러(11)로 이송되어 보일러(11)용 연료로 사용된다.

이처럼 본 발명에서는 선박의 엔진(4)용 연료로 사용되는 중유로부터 발생되는 폐기물들이 3개의 경로를 통해 보일러(11)용 연료로서 효과적으로 재활용되는 것이다.

더 나아가, 상기 제2나노필터(9)에서 여과된 물과 기름의 혼합물은 유수분리기(17)와 산소용해기(18)를 거치면서 선내에서 생활용수나 수족관용수로 활용할 수 있는 산소수로 전환된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

1 : 중유 저장탱크 2 : 중유 침전탱크
3 : 중유 공급탱크 4 : 엔진
5 : 선택적 촉매 환원기 6 : 스크러버
7 : 원심청정기 8 : 슬러지탱크
9 : 제2나노필터 10 : 균질기
11 : 보일러 12 : 제1나노필터
13 : 고형슬러지 저장탱크 14 : PM/BC 저장탱크
15 : 펠리타이저 16 : 가스화기
17 : 유수분리기 18 : 산소용해기

Claims (15)

1. 선박의 엔진 연료로 사용되는 저질중유에서 발생되는 폐기물로부터 재활용 가능한 연료를 생산하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템으로서,
   선박의 엔진 배기측에 설치된 스크러버에서 세정되고 남은 슬러리를 공급받아 물과 잔류 유분을 여과하고 입자물질(Particle Matter)과 블랙카본(Black Carbon)을 걸러내는 제1나노필터와;
   상기 제1나노필터에서 걸러진 입자물질과 블랙카본을 혼합 및 건조하여 펠릿을 제조하는 펠리타이저(pelletizer)와;
   상기 펠리타이저에서 제조된 펠릿을 열분해, 연소, 환원반응을 거쳐 상기 펠릿에 비해 연소효율이 좋은 합성가스로 생산하는 가스화기를 포함하며,
   상기 가스화기에서 생산하는 합성가스 중 적어도 일부는 상기 선박의 보일러로 이송되어 보일러용 연료로 사용되며,
   상기 스크러버에서 발생하는 배기가스 중 일부를 우회시켜 상기 펠리타이저(pelletizer)가 입자물질과 블랙카본을 건조하기 위한 열원으로 사용되며,
   중유를 저장하고 있는 저장탱크와 선박의 엔진 사이에 설치되며, 원심력과 비중차에 의해 중유로부터 물과 고형물질이 포함된 슬러지를 제거하는 원심청정기와; 상기 저장탱크와 원심청정기 사이에 설치되어 고형물질이 자중에 의해 침전되도록 유도하고, 침전물이 포함된 슬러지를 배출하는 침전탱크와; 상기 원심청정기로부터 배출되는 슬러지와 상기 침전탱크로부터 배출되는 슬러지를 저장하는 슬러지탱크와; 상기 슬러지탱크로부터 슬러지를 공급받고 에멀젼화하여 재생연료유를 생산하는 균질기를 더 포함하여, 상기 균질기에서 생산된 재생연료유 중 적어도 일부는 상기 선박의 보일러로 이송되어 보일러용 연료로 사용되며,
   상기 슬러지로부터 슬러지를 공급받아 물과 잔류 유분을 여과하고 고형의 슬러지를 걸러내는 제2나노필터와; 상기 제1나노필터에서 걸러진 고형의 슬러지를 저장하는 고형슬러지 저장탱크를 더 포함하며,
   상기 펠리타이저는 상기 고형슬러지 저장탱크로부터 공급받은 고형의 슬러지를 상기 제1나노필터에서 걸러진 입자물질 및 블랙카본과 함께 혼합 및 건조하여 펠릿을 제조함으로써 상기 선박의 보일러용 연료로 사용되도록 하며,
   상기 제2나노필터에서 여과된 물과 잔류 유분을 공급받아 설정된 기준 기름농도를 기준으로 기름과 물을 분리하는 유수분리기를 더 포함하며, 상기 유수분리기에서 일정 이상의 기름농도를 갖는 것은 빌지탱크로 이송되어 저장되고, 일정 미만의 기름농도를 갖는 것은 배출되도록 하며,
   상기 유수분리기와 연결되어 상기 유수분리기에서 배출되는 물 중 적어도 일부에 산소를 용해시켜주는 산소용해기와; 산소를 저장하고 있으면서 상기 산소용해기에 산소를 공급하는 산소탱크를 더 포함하며,
   상기 산소용해기는,
   상기 유수분리기의 배출관 중간에 연통되고 내부에는 상기 유수분리기에서 배출되는 액상의 물을 초미립자 상태의 무상수로 변환하여 분무하는 분무헤드와, 상기 분무헤드로부터 분무되면서 속도가 낮게 형성되는 무상수를 보다 높은 속도로 송출하는 원심팬이 구비된 상변환모듈과; 선단부가 상변환모듈과 연통되어 상기 상변환모듈로부터 송출되는 무상수를 공급받으며 내부에는 내경을 점차 줄여주었다가 원상태로 넓히면서 중간 지점에 협소한 유로를 형성하는 돌출부가 구비되어 이송 중인 초미립자 상태의 무상수와 기체 상태의 산소가 협소해진 유로에서 보다 증가된 속도로 접촉할 수 있도록 한 연통관과; 기 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받으며 상기 연통관의 선단부 벽체를 관통한 상태에서 끝단부가 상기 연통관의 중심선상에 위치하면서 상기 돌출부에 의해 협소하게 형성된 연통관의 유로를 향해 공급받은 산소를 분사하는 산소노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스화기에서 생산하는 합성가스는 수소와 일산화탄소인 것을 특징으로 하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 유수분리기에서 설정된 기준 기름농도는 15ppm인 것을 특징으로 하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제1항에 있어서,
    상기 연통관의 선단부 내부에는 상기 상변환모듈의 원심팬으로부터 송출되는 무상수를 회오리바람의 형태로 송출하는 축류팬이 더 구비되어 상기 연통관 내부로 공급되는 산소와 원활한 혼합이 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템.
14. 제1항에 있어서,
    상기 연통관의 돌출부 내부에는 상기 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받는 챔버가 형성되며, 상기 돌출부 중 유로가 협소하게 형성된 지점에 대응하는 중간 지점의 내주면에는 상기 챔버로부터 산소를 공급받아 분사하는 제1분사홀이 내주면 둘레방향을 따라 다수 형성되며, 상기 돌출부 중 후단부 지점에는 상기 챔버로부터 산소를 공급받아 분사하는 제2분사홀이 후단부 둘레방향을 따라 다수 형성되며,
    상기 산소용해기에는, 상기 산소탱크와 연결되어 상기 산소노즐 및 상기 연통관의 돌출부 챔버로 산소를 공급하는 산소냉각모듈이 더 포함되고, 상기 산소냉각모듈은, 상기 산소탱크와 연결되어 산소를 공급받은 후 상기 연통관으로 배출하는 내관과; 상기 내관을 이격되게 둘러싸서 보냉하는 외관과; 상기 내관의 내부에서 내관의 중심축을 따라 봉 형상으로 길게 형성되어 상기 내관의 내부를 경유하는 산소를 냉각시켜주는 냉각봉으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 산소냉각모듈은, 상기 냉각봉의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 상기 내관의 내부를 나선 형태로 경유하도록 산소를 안내하면서 접촉하여 냉각시켜주는 냉각핀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 연료유 폐기물 재활용 시스템.

Images