KR102077927B1 - 휘발성 유기화합물 처리 시스템 및 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 VOC 처리 시스템 및 선박에 관한 것으로서, 오일을 적재하는 복수 개의 오일 저장탱크; 및 상기 오일 저장탱크에 오일을 로딩할 때 발생하는 VOC를 가압하는 VOC 압축기를 포함하며, 상기 VOC 압축기는, 로딩 중인 제1 오일 저장탱크에서 발생하는 VOC를 압축하여 로딩 전인 제2 오일 저장탱크로 전달하며, 상기 제2 오일 저장탱크의 로딩 시 상기 제2 오일 저장탱크에서 발생하는 VOC를 압축하여 상기 제1 오일 저장탱크로 회수하는 것을 특징으로 한다.

Description

휘발성 유기화합물 처리 시스템 및 선박{Volatile organic compounds treatment system and ship having the same}

본 발명은 휘발성 유기화합물 처리 시스템(이하 VOC 처리 시스템) 및 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 원유 운반선은, 생산지에서 채굴된 원유를 다수의 원유 저장용 카고 탱크 내에 선적하여 소비처까지 해상을 통해 수송하는 선박으로서, 유조선, 유송선, 오일 탱커 등으로 지칭되며, 원유를 저장하는 카고 탱크의 크기에 따라 VLCC, ULCC 등으로도 불린다.

이러한 원유 운반선은, 선체의 전후 방향으로 나란히 배열된 3~5개의 카고 탱크 내에 충분한 양의 원유를 적재한 상태에서 항해를 하게 되는데, 이때 카고 탱크 내에 저장된 원유는 지하에서 천연적으로 생산되는 액체 탄화수소 또는 이를 정제한 것을 통칭한다.

그런데 이러한 원유는 원유 운반선에 적재되는 과정에서 및/또는 원유 운반선의 카고 탱크에 적재된 상태에서, 다량의 휘발성 유기화합물(이하 VOC)을 발생시키게 된다.

이와 같이 발생한 VOC는 인체에 매우 유해하고, 대기 중으로 방출되는 경우 스모그 등의 원인이 되어 대기오염 및 환경오염을 유발하게 될 뿐 아니라, 발생되는 VOC의 양만큼 운송하는 원유에 대해 손실이 야기되는 문제가 있다.

따라서 최근에는, 원유 운반선 내에서 발생하는 VOC를 대기 중으로 방출하지 않고 재활용할 수 있는 방법에 대해 다양한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있으나, 아직 효과적인 방안이 도출되지 못한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원유에서 발생하는 VOC를 선체의 추진 등에 사용함으로써, 환경오염 문제를 해결하고 원유가 낭비되는 것을 방지할 수 있는 VOC 처리 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 원유에서 발생하는 VOC의 발생량에 따라 제어를 조절하여 처리 효율을 증대시킬 수 있는 VOC 처리 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 원유를 적재하는 과정에서 발생하는 VOC를 탱크 내부로 재흡수시킴으로써, 불필요한 에너지 소비를 억제할 수 있는 VOC 처리 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 VOC 처리 시스템은, 오일을 적재하는 복수 개의 오일 저장탱크; 및 상기 오일 저장탱크에 오일을 로딩할 때 발생하는 VOC를 가압하는 VOC 압축기를 포함하며, 상기 VOC 압축기는, 로딩 중인 제1 오일 저장탱크에서 발생하는 VOC를 압축하여 로딩 전인 제2 오일 저장탱크로 전달하며, 상기 제2 오일 저장탱크의 로딩 시 상기 제2 오일 저장탱크에서 발생하는 VOC를 압축하여 상기 제1 오일 저장탱크로 회수하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 VOC 압축기는, VOC를 압축하여 상기 제1 오일 저장탱크에 로딩된 오일의 내부로 회수할 수 있다.

구체적으로, 상기 오일 저장탱크에서 상기 VOC 압축기로 연결되는 VOC 배출라인; 및 상기 VOC 압축기에서 상기 오일 저장탱크의 내부로 연결되는 VOC 리턴라인을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 VOC 리턴라인은, 상기 오일 저장탱크의 내부 하측까지 연장될 수 있다.

구체적으로, 상기 VOC 압축기는, 마지막으로 로딩되는 상기 오일 저장탱크에서 발생하는 VOC를 압축하여 나머지의 상기 오일 저장탱크들로 나누어 회수할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 VOC 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 VOC 처리 시스템 및 선박은, VOC를 엔진의 연료로 사용하여, VOC가 대기로 방출되는 것을 억제하여 환경오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 VOC 처리 시스템 및 선박은, VOC의 발생 시기에 따라 처리하는 구성을 변경함으로써, VOC의 처리 효율 및 에너지 소비효율이 극대화되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 VOC 처리 시스템 및 선박은, 벙커링 과정에서 발생하는 VOC를 탱크로 회수시켜서 로딩이 완료되었을 때 VOC를 처리할 필요가 없는 상태가 되도록 함으로써 운영 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 갖는 선박의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5 및 제6 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 갖는 선박의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제7 내지 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 14는 본 발명의 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 15는 본 발명의 제12 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 16은 본 발명의 제13 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 17은 본 발명의 제14 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 18은 본 발명의 제15 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 19는 본 발명의 제16 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 20은 본 발명의 제17 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.
도 21은 본 발명의 제18 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.
도 22는 본 발명의 제19 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.
도 23은 본 발명의 제19 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.
도 24는 본 발명의 제19 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.
도 25는 본 발명의 제19 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 본 발명의 VOC 처리 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 VOC 처리 시스템과 이를 갖는 선박을 포함하는 것이다.

이때 선박은 VOC가 발생할 수 있는 원유를 적재하는 원유 운반선 등 외에도 FSRU, FPSO 등의 해양 플랜트를 모두 포괄하는 의미로 사용됨을 알려둔다. 또한 선박은 원유를 적재하거나 소비하기 위하여 공급받는 선박 외에도, 원유를 다른 선박이나 육상 등으로 공급하기 위한 벙커링 선박(bunkering vessel)도 포괄할 수 있다.

이하에서 액화가스는 비등점이 상온보다 낮아 상온에서 기체상태가 되는 물질로서 LPG, LNG, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 암모니아, 액체질소 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG를 의미할 수 있다. 또한 이하에서 오일이나 원유는, 비등점이 상온보다 높아 상온에서 액체상태가 되며 연료로 사용되는 물질(원유, 등유, 중유, 경유 등)을 모두 포괄하는 의미를 갖는다.

또한 이하에서 액화가스나 증발가스는 그 표현에도 불구하고 액상 또는 기상으로 한정되지 않으며, VOC 역시 액상 또는 기상 등을 한정하지 않음을 알려둔다.

도 1은 본 발명에 따른 VOC 처리 시스템을 갖는 선박의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 오일 저장탱크(OT), 가스연료 저장탱크(GT), VOC 처리부(10)를 포함하며, 이러한 구성들은 선박(S)에 탑재될 수 있다.

VOC 처리 시스템(1)이 탑재되는 선박(S)은, 선체를 포함하며 선체의 상갑판에서 선미측에서는 선실이나 엔진 케이싱 등이 탑재될 수 있고, 선체의 내부에서 선미측에는 엔진(ME, GE, DE)이 마련될 수 있다.

이때 오일 저장탱크(OT)는 선박(S)의 내부에 탑재되는 카고 탱크일 수 있으며, 따라서 선박(S)은 원유 운반선일 수 있다. 반면 가스연료 저장탱크(GT)는 선박(S)의 상갑판에 탑재되는 고압 저장용기일 수 있으며, 좌현과 우현에 각각 마련될 수 있다.

본 명세서에서 엔진(ME, GE, DE)은 VOC를 소비하는 기관으로서, 선체를 추진시키는 추진엔진(ME)으로서 ME-GI, ME-GIE, ME-LGI, XDF 등이거나, 및/또는 선박(S) 내에 전력을 공급하는 발전엔진(GE) 등일 수 있다. 다만 이하에서 엔진(ME, GE, DE)은 VOC를 소비할 수 있는 모든 설비(DE)를 포괄하는 개념일 수 있음을 알려둔다.

오일 저장탱크(OT)는, 원유 등의 오일을 적재한다. 오일 저장탱크(OT)는 선체 내부에 길이 방향으로 5개 내외가 직렬 배치될 수 있으며, 각 오일 저장탱크(OT)의 저장용량은 특별히 한정되지 않는다.

오일 저장탱크(OT)의 내부에는 원유로부터 발생한 VOC가 존재하게 되며, VOC는 일례로 프로판, 부탄 등의 성분을 포함하는 물질일 수 있다.

종래의 경우 이러한 폭발성 및 유독성인 VOC를 단순히 대기로 방출하거나 또는 재액화시켜 저장해 두었다가 육상에 하역하는 방식으로 처리했으나, 본 실시예는 VOC가 갖는 에너지를 활용하기 위해서, VOC를 이용해 엔진(ME, GE, DE)을 가동할 수 있다.

이를 위해 오일 저장탱크(OT)에서 엔진(ME, GE, DE)까지는 VOC 배출라인(13)이 연결될 수 있으며, VOC 배출라인(13)의 유입단은 오일 저장탱크(OT)의 내부 상측에 개방된 형태로 놓여 있을 수 있다.

가스연료 저장탱크(GT)는, 액화가스를 저장한다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 선박(S)이 오일 저장탱크(OT)를 카고 탱크로 구비한 원유 운반선일 경우, 가스연료 저장탱크(GT)는 Type C 형태로서 상갑판 상에 탑재되어 있을 수 있다.

가스연료 저장탱크(GT)에 저장된 액화가스는, 오일 저장탱크(OT)에서 발생한 VOC와 혼합되어 엔진(ME, GE, DE)으로 공급될 수 있으며, 이를 위해 가스연료 저장탱크(GT)에서 VOC 배출라인(13)까지는 가스연료 공급라인(23)이 마련될 수 있고, 가스연료 공급라인(23)이 VOC 배출라인(13)에 연결되는 지점에는 혼합기(27)가 마련될 수 있다. 참고로 본 명세서에서 가스연료를 처리하기 위해 사용되는 구성들은 가스연료 처리부(20)로 포괄하여 지칭될 수 있으며, 가스연료 처리부(20)와 이하 VOC 처리부(10)는 연료 처리부(10, 20)로 포괄됨을 알려둔다.

가스연료 저장탱크(GT)는 액화가스를 고압으로 저장할 수 있는데, 이때 고압이라 함은 엔진(ME, GE, DE)의 요구 압력을 의미할 수 있다. 따라서 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 액화가스는 엔진(ME, GE, DE)의 요구 압력을 갖는 상태일 수 있으므로, 후술하는 VOC 처리부(10)는 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 액화가스를 별도의 압축 없이(또는 VOC 대비 적은 비율의 압축을 거쳐) 엔진(ME, GE, DE)에 공급할 수 있다.

VOC 처리부(10)는, 오일 저장탱크(OT)로부터 발생하는 VOC를 선박(S)에 탑재되는 엔진(ME, GE, DE)의 연료로 공급한다. 이를 위해 VOC 처리부(10)는, VOC 압축기(11), 리포머(12)를 포함할 수 있다.

VOC 압축기(11)는, VOC를 압축한다. VOC 압축기(11)는 VOC를 엔진(ME, GE, DE)의 요구 압력으로 압축할 수 있으며, 이때 엔진(ME, GE, DE)의 요구 압력은 엔진(ME, GE, DE)의 종류에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 일례로 VOC 압축기(11)는 VOC를 10 내지 ME, GE, DE bar 내외 또는 100 내지 ME, GE, DE0 bar 내외 등으로 압축할 수 있다.

VOC 압축기(11)는 다단으로 마련될 수 있고, 다단으로 마련되는 VOC 압축기(11)들 사이에는 중간냉각기(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 또한 VOC 압축기(11)는 병렬로 구비되어 서로 백업이 가능하게 마련될 수 있다.

리포머(12)(reformer)는, 압축된 VOC를 개질하여 엔진(ME, GE, DE)에 공급한다. 리포머(12)는 프로판, 부탄 등을 포함하는 VOC를 화학적으로 처리하여, 메탄화 시킬 수 있다.

리포머(12)에 의한 화학적 작용은 이미 널리 알려진 바와 같으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 다만 본 실시예에서 엔진(ME, GE, DE)은 LNG에 포함되는 메탄을 주로 소비하는 기관일 수 있으며, 리포머(12)는 다양한 방법을 이용하여 VOC를 엔진(ME, GE, DE)의 연료로 적합한 상태로 변형시킬 수 있다.

VOC 처리부(10)는, VOC에 액화가스를 혼합하여 엔진(ME, GE, DE)에 공급하며, 이 경우 앞서 언급한 혼합기(27)가 사용될 수 있다. 혼합기(27)는 VOC 배출라인(13) 상에서 리포머(12)의 하류에 마련될 수 있는바, VOC 처리부(10)는 리포머(12)에 의해 개질된 VOC를 액화가스와 혼합함으로써, 메탄을 소비하는 기관에 액화가스와 VOC의 혼합물이 공급되더라도 가동에 문제가 없도록 할 수 있다.

VOC 압축기(11)와 리포머(12), 혼합기(27)는, VOC 배출라인(13) 상에 마련될 수 있으며, VOC 배출라인(13)은, 오일 저장탱크(OT)로부터 엔진(ME, GE, DE)에 VOC를 전달한다. 물론 오일 저장탱크(OT)에서 발생한 VOC는 개질된 후 엔진(ME, GE, DE)으로 공급되므로 엔진(ME, GE, DE)은 안정적으로 가동될 수 있다.

VOC 배출라인(13)에는 가스연료 저장탱크(GT)로부터 엔진(ME, GE, DE)에 액화가스를 전달하는 가스연료 공급라인(23)이 연결될 수 있는데, 가스연료 공급라인(23) 상에는 가스연료 기화기(22)가 마련될 수 있다.

가스연료 기화기(22)는, 다양한 열원을 이용하여 액화가스를 기화시킬 수 있다. 액화가스는 가스연료 저장탱크(GT) 내에서 고압으로 저장되면서 액상을 유지할 수 있는데, 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 액상의 고압 액화가스는, 가스연료 기화기(22)에서 기화되면서 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도 이하로 가열될 수 있다.

다만 리포머(12)에 의해 토출되는 개질된 VOC는, 개질 과정에서 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도보다 높은 온도(일례로 300도 내지 500도)를 가질 수 있으므로, 가스연료 기화기(22)는 리포머(12)에서 토출되는 VOC의 온도에 따라, 액화가스의 가열을 조절할 수 있다.

이때 가스연료 기화기(22)의 제어는, 리포머(12)에서 토출되는 VOC의 온도 외에도, 엔진(ME, GE, DE)으로 전달되는 VOC의 유량, 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출된 액화가스의 유량 등을 함께 고려할 수 있으며, 이를 위해 VOC 배출라인(13) 및/또는 가스연료 공급라인(23)에는 각종 센서(도시하지 않음)가 마련될 수 있음은 물론이다.

VOC 압축기(11)는 VOC를 엔진(ME, GE, DE)의 요구 압력으로 압축하고, 가스연료 저장탱크(GT)는 액화가스를 엔진(ME, GE, DE)의 요구 압력으로 저장하므로, VOC 처리부(10)는, 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 액화가스를 별도의 압축 없이(또는 VOC 압축기(11) 대비 적은 비율의 압축을 거쳐) VOC 압축기(11)에 의해 압축된 VOC에 혼합하여 엔진(ME, GE, DE)에 공급할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 액화가스에 의해 가동하는 엔진(ME, GE, DE)의 연료로써 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 활용하여, VOC를 효율적으로 소비하여 환경오염을 억제하고, VOC를 액화하기 위한 설비를 마련할 필요가 없어 비용을 대폭 절감할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예와 대비할 때 혼합기(27)를 대신하여 열교환기(16)를 마련할 수 있다.

이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 다른 실시예에서도 마찬가지임을 알려둔다.

열교환기(16)는, VOC이 유동하는 유로와, 액화가스가 유동하는 유로를 갖는 2 stream 구조로 마련될 수 있다. 이때 VOC이 유동하는 유로는 VOC 배출라인(13)과 나란하고, 액화가스가 유동하는 유로는 가스연료 공급라인(23)과 나란할 수 있다.

리포머(12)에서 토출된 VOC는 상당한 고온 상태일 수 있으므로, 본 실시예는 상대적으로 저온인 액화가스를 활용하여 VOC의 온도를 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도로 낮춰줄 수 있다.

즉 열교환기(16)는, 리포머(12)에서 토출된 VOC를 액화가스와 열교환시키면서 VOC를 냉각시켜서, 개질된 VOC이 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도에 적합한 상태가 되도록 할 수 있다.

다만 반대로 액화가스는 VOC와의 열교환으로 인해 온도가 상승하게 될 것이므로, 이를 고려하여 가스연료 기화기(22)는 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도보다 낮은 온도로 액화가스를 가열할 수 있으며, 또는 가스연료 기화기(22) 자체가 생략될 수도 있다.

가스연료 기화기(22)가 생략되는 경우, 열교환기(16)는 액화가스가 액상으로 저장되는 공간을 갖고, 액상의 액화가스 내부에 고온의 VOC이 유동하면서 액화가스를 가열/기화시키는 동시에 VOC이 냉각되도록 하는 저수조 형태의 구조를 가질 수 있다. 물론 열교환기(16)의 구조는 특별히 한정되지 않는다.

본 실시예는 VOC 배출라인(13)과 가스연료 공급라인(23)이 병렬로 마련되어 엔진(ME, GE, DE)에 각각 연결되는 구조를 가질 수 있다. 즉 VOC는, 액화가스와 혼합되지 않고 엔진(ME, GE, DE)으로 유입되어, 엔진(ME, GE, DE) 내부에서 혼합 사용될 수 있다.

물론 본 실시예는 도면과 달리, 제1 실시예와 조합되어 가스연료 공급라인(23)이 열교환기(16)의 하류 및 엔진(ME, GE, DE)의 상류에서 VOC 배출라인(13)에 연결되는 구조를 가질 수도 있다.

즉 본 발명은, 개질 과정에서 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도보다 높은 고온을 갖게 되는 VOC를, 상대적으로 저온인 액화가스를 이용해 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도에 적합하도록 냉각시킬 수 있는 모든 변형예를 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, VOC 저장탱크(15)를 더 포함한다.

VOC 저장탱크(15)는, 압축된 VOC 중 적어도 일부를 임시 저장할 수 있다. 오일 저장탱크(OT)로부터 엔진(ME, GE, DE)까지는 VOC 배출라인(13)이 마련되는데, VOC 배출라인(13) 상에서 VOC 압축기(11)에 의해 압축된 후 리포머(12)에 유입되기 전의 VOC 일부는, VOC 저장라인(151)을 따라 VOC 저장탱크(15)로 전달되어 VOC 저장탱크(15) 내에 저장될 수 있다.

VOC 중 적어도 일부가 VOC 압축기(11)의 하류에서 리포머(12)로 유입되지 않고 VOC 저장탱크(15)로 유입되는 것은, 오일 저장탱크(OT)에서 발생한 VOC의 유량이 엔진(ME, GE, DE)에서 소비할 수 있는 양을 넘어설 경우에 이루어질 수 있다.

즉 엔진(ME, GE, DE)의 로드에 따라, VOC 배출라인(13)에서 리포머(12)의 상류로부터 분기되는 VOC 저장라인(151)을 통해 일정량의 VOC이 VOC 저장탱크(15)로 전달될 수 있다.

이를 위해 VOC 배출라인(13)에는 VOC의 유량을 측정하는 유량계(131)가 마련될 수 있으며, VOC 배출라인(13) 및/또는 VOC 저장라인(151)에는, 밸브(부호 도시하지 않음)가 마련되어, 밸브의 개도가 유량계(131) 및 엔진(ME, GE, DE)의 로드에 따라 조절될 수 있다.

VOC 저장탱크(15)에는, 가스연료 저장탱크(GT)에서 발생하는 증발가스가 유입될 수 있다. 이를 위해 가스연료 저장탱크(GT)로부터 VOC 저장탱크(15)로는 증발가스 공급라인(26)이 연결될 수 있다.

VOC 저장탱크(15)는 엔진(ME, GE, DE)에서 소비하지 못하는 잉여분의 VOC와, 가스연료 저장탱크(GT)에서 발생하는 증발가스를 저장해둘 수 있으며, VOC 저장탱크(15)는 오일 저장탱크(OT)보다 높은 압력으로 VOC 등을 저장할 수 있다. 특히 VOC 저장탱크(15)는 내압이 증발가스의 전달량에 따라 조절될 수 있다.

VOC 저장탱크(15)에 저장된 VOC와 증발가스의 혼합물은, 필요 시 엔진(ME, GE, DE)으로 공급되기 위해 리포머(12)로 전달된다. VOC 저장탱크(15)에서 리포머(12)로는 VOC 공급라인(152)이 마련될 수 있으며, 혼합물은 VOC 저장탱크(15)에 저장되었다가, 엔진(ME, GE, DE)의 가동 부하, 오일 저장탱크(OT)에서 배출되는 VOC의 유량, 가스연료 저장탱크(GT)의 액화가스 잔량 등의 조건에 따라, 리포머(12)로 전달될 수 있다.

리포머(12)로는 VOC 배출라인(13)과 VOC 공급라인(152)이 개별적으로 연결될 수 있으며, VOC 배출라인(13)으로부터 리포머(12)로 전달되는 VOC 대비, VOC 공급라인(152)으로부터 리포머(12)로 전달되는 혼합물이 메탄 비율이 더 높다. 이때 리포머(12)는 각각 유입되는 VOC와 혼합물의 성분을 고려하여 개질을 수행할 수 있으며, 자세한 화학적 작용은 공지된 기술을 사용할 수 있다.

또한 리포머(12)로 유입되는 VOC 대비 혼합물의 압력이 더 높을 수 있는데, 본 실시예는 리포머(12)로 연결되는 VOC 배출라인(13)과 VOC 공급라인(152) 각각에 압력계(132, 233)를 두어, 압력차를 고려하여 VOC 압축기(11)나 각종 밸브(부호 도시하지 않음) 등을 제어할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 잉여분의 VOC이 발생하는 경우 이를 증발가스와 함께 VOC 저장탱크(15)에 저장하여 두고, 차후 엔진(ME, GE, DE)으로 공급하여 사용함으로써, 시스템 효율성을 높일 수 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 앞선 제3 실시예와 유사하게 VOC 저장탱크(15)를 포함하되, 앞선 실시예들과 달리 가스연료 저장탱크(GT)를 포함하지 않을 수 있다.

즉 본 실시예는, 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 VOC 압축기(11)와 리포머(12)를 거쳐 엔진(ME, GE, DE)으로 공급하거나, 또는 적어도 일부의 VOC를 VOC 압축기(11)로 압축한 후 VOC 저장탱크(15)에 저장해둘 수 있으며, 이때 VOC 저장탱크(15)는, 프로판과 부탄 등으로 이루어진 VOC를 저장하는 탱크일 수 있다.

VOC 저장탱크(15)에 저장된 VOC는 필요 시 리포머(12)를 거쳐 엔진(ME, GE, DE)으로 공급될 수 있다. 이 경우 VOC 저장탱크(15)로부터 리포머(12) 또는 VOC 배출라인(13)으로 VOC 공급라인(152)이 연결될 수 있다.

변형된 예시로서, VOC 저장탱크(15)가 오일 저장탱크(OT)와 리포머(12) 사이에서 버퍼탱크의 역할을 수행하도록, VOC 배출라인(13) 상에 VOC 저장탱크(15)가 마련되며, VOC 저장라인(151)이나 VOC 공급라인(152) 등이 마련되지 않을 수 있다.

또한 변형된 예시로, 엔진(ME, GE, DE)이 메탄을 소비하는 기관이 아니라 프로판이나 부탄을 소비하는 기관일 경우, 본 실시예에서 리포머(12)는 생략될 수 있다. 다만 VOC를 엔진(ME, GE, DE)의 요구 온도 등에 맞춰주기 위해, 해수 등의 제한되지 않는 열매를 이용하여 VOC를 가열하는 가열기(도시하지 않음)가 리포머(12)를 대체하여 마련될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 VOC를 오일 저장탱크(OT)로부터 빼내어 저장해두었다가 사용함으로써, VOC의 배출량 변동과 상관없이 안정적인 운영이 가능하다.

도 6은 본 발명의 제5 및 제6 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 갖는 선박의 측면도이고, 도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

먼저 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 VOC 처리 시스템(1)을 갖는 선박(S)은, 오일 저장탱크(OT), VOC 액화기(14), VOC 저장탱크(15), 가스연료 저장탱크(GT)를 포함한다.

오일 저장탱크(OT)는, 선박(S)에서 선내에 마련되며 선체의 길이 방향으로 복수 개가 배치될 수 있다. 오일 저장탱크(OT)에 저장되는 원유 등의 오일은 액상일 수 있고, 상온 상태로 저장될 수 있다.

다만 오일 저장탱크(OT)에 저장된 원유에는 비등점이 상온보다 높은 VOC(프로판, 부탄 등)가 혼합되어 있는데, 이러한 VOC는 오일 저장탱크(OT) 내에서 증발하게 된다. 이때 증발한 VOC는 VOC 액화기(14)에 의해 처리되어 VOC 저장탱크(15)로 전달될 수 있다.

VOC 액화기(14)는, 오일 저장탱크(OT)로부터 발생하는 VOC를 액화하여 VOC 저장탱크(15)에 전달한다. 오일 저장탱크(OT)의 원유로부터 VOC가 증발하게 되면, VOC는 오일 저장탱크(OT)의 압력을 상승시켜 문제될 수 있으므로 오일 저장탱크(OT)의 내구성 등을 위해 외부로 배출될 수 있다.

이를 위해 오일 저장탱크(OT)에는 VOC 배출라인(13)이 마련되며, VOC 배출라인(13)은 VOC 액화기(14)에 연결된다. VOC 액화기(14)는 기체상태의 VOC를 전달받아 냉각시킬 수 있고, 냉각된 VOC는 액화되어 부피가 대폭 줄어들 수 있다.

VOC를 액화시키기 위해서는 제한되지 않는 다양한 종류의 냉매가 사용될 수 있으며, 일례로 냉매는 질소, 액화가스, R134a, 프로판 등일 수 있다. VOC 액화기(14)는 이러한 냉매를 기체 상태의 VOC와 열교환시키는 열교환기의 일종일 수 있다.

VOC 저장탱크(15)는, 선박(S)에 마련된 오일 저장탱크(OT)로부터 발생하는 VOC를 저장한다. VOC 저장탱크(15)는 오일 저장탱크(OT)에서 기체상태로 배출된 후 VOC 액화기(14)에서 액화된 액체상태의 VOC를 저장할 수 있으며, VOC의 재증발을 억제하기 위해 단열 처리가 되어 있거나 또는 비등점을 높이기 위해 고압용기 형태를 가질 수 있다.

VOC 저장탱크(15)는 선박(S)에서 선외에 마련될 수 있으며, 일례로 상갑판의 상부에 마련될 수 있다. 또는 VOC 저장탱크(15)는 선내 공간 중 오일 저장탱크(OT)가 배치되는 곳 이외에 마련될 수도 있고, 일례로 엔진룸 내부나 엔진룸과 선측외판 사이 등에 마련될 수 있다.

오일 저장탱크(OT)에서 배출되어 VOC 저장탱크(15)에 저장된 VOC는, 선박(S)에 마련된 엔진(ME, GE, DE)의 연료로 사용될 수 있다. 다만 VOC 단독으로는 메탄가(Methane Number)가 낮아 효율이 떨어질 수 있으므로, 본 발명은 메탄가를 보장해서 엔진(ME, GE, DE)의 가동 효율을 높이기 위해, VOC에 액화가스를 혼합하여 엔진(ME, GE, DE)에 전달할 수 있다.

가스연료 저장탱크(GT)는, 액화가스를 저장한다. 선박(S)이 오일 저장탱크(OT)를 카고 탱크로 구비한 원유 운반선일 경우, 가스연료 저장탱크(GT)는 Type C 형태로 상갑판 상에 탑재되어 있을 수 있다.

즉 가스연료 저장탱크(GT)는 상갑판에 탑재되는 고압 저장용기일 수 있고, 상갑판에서 선실의 전방에 놓이며, 좌현 및/또는 우현에 마련될 수 있다.

가스연료 저장탱크(GT)에 저장된 액화가스는, VOC 저장탱크(15)의 VOC와 혼합되어 엔진(ME, GE, DE)으로 공급될 수 있으며, 이를 위해 가스연료 저장탱크(GT)에서 엔진(ME, GE, DE) 사이에는 후술할 보조탱크(155)가 마련되며, 가스연료 저장탱크(GT)에서 보조탱크(155) 사이에는 가스연료 공급라인(23)이 마련될 수 있고, 가스연료 공급라인(23)에는 원웨이밸브(부호 도시하지 않음) 및 유량계(231) 등이 구비된다.

가스연료 저장탱크(GT)는 액화가스를 고압으로 저장할 수 있는데, 이때 가스연료 저장탱크(GT)의 내압이 엔진(ME, GE, DE)의 요구압력 이상일 경우, 후술하는 가스연료 펌프(21)는 생략될 수 있다.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, VOC 저장탱크(15)와 가스연료 저장탱크(GT)에 각각 저장된 VOC 및 액화가스를 혼합하여 엔진(ME, GE, DE)의 연료로 공급하는 연료 처리부(10, 20)를 포함한다.

참고로 연료 처리부(10, 20)는, VOC를 처리하기 위해 사용되는 구성들을 포괄하는 VOC 처리부(10)와, 가스연료를 처리하기 위해 사용되는 구성들을 포괄하는 가스연료 처리부(20)를 포함한다.

이때 엔진(ME, GE, DE)은, 선박(S)에 탑재된 것으로 선박(S)을 추진시키는 추진엔진(ME)이거나 선박(S) 내에 전력을 공급하는 발전엔진(GE, DE)일 수 있으며, 일례로 추진엔진(ME)은 10 내지 50bar(일례로 16bar 내외)의 요구압력을 갖는 X-DF 엔진이고, 발전엔진(GE, DE)은 1 내지 10bar(일례로 6bar 내외)의 요구압력을 갖는 DFDE 엔진일 수 있다.

연료 처리부(10, 20)는, VOC와 액화가스의 유량을 제어하여 엔진(ME, GE, DE)에 공급되는 연료의 메탄가를 조절할 수 있다. 추진엔진(ME)이 X-DF 엔진(Otto cycle 엔진)일 경우, VOC는 메탄가가 낮기 때문에 VOC만을 단독 연료로 사용하게 되면 knocking이 발생할 수 있다.

따라서 연료 처리부(10, 20)는, 원활한 연소 및 knocking 현상을 방지하기 위해 VOC에 액화가스를 적정비로 혼합하여, 엔진(ME, GE, DE)에서 부하 별로 요구하는 메탄가를 만족시킬 수 있다.

이를 위해 연료 처리부(10, 20)는, 가스 분석기(232), 보조탱크(155), 제어부(30)를 포함할 수 있다.

가스 분석기(232)는, 보조탱크(155)에서 엔진(ME, GE, DE)으로 공급되는 연료의 메탄가를 측정한다. 다만 본 명세서에서 메탄가는 Methane Number 외에도 연료의 성분이나 열량 등과 같은 연료의 제원을 모두 포괄하는 것으로 해석될 수 있음을 알려둔다. 즉 본 발명의 가스 분석기(232)는 열량 측정기나 성분 측정기 등으로도 볼 수 있다.

보조탱크(155)는, 엔진(ME, GE, DE)의 상류에서 VOC와 액화가스를 혼합한다. 보조탱크(155) 내에서 VOC와 액화가스가 혼합된 물질은 본 명세서 내에서 연료로 지칭될 수 있다.

보조탱크(155)에서 엔진(ME, GE, DE)으로 가스연료 공급라인(23)이 마련될 수 있으며, 가스연료 공급라인(23)에는 연료의 압력이 엔진(ME, GE, DE)에서 요구하는 압력에 해당하는지를 검증하기 위해 압력계(233)가 마련될 수 있다.

엔진(ME, GE, DE)이 X-DF 추진엔진(ME)과 DFDE 발전엔진(GE, DE)을 포함할 경우, 가스연료 공급라인(23)은 추진엔진(ME)과 발전엔진(GE, DE)으로 연결될 수 있도록 보조탱크(155)의 하류에서 분기될 수 있다. 이때 분기점 하류에서 추진엔진(ME)의 상류 및 발전엔진(GE, DE)의 상류에는 각각 압력조절밸브(234a, 234b)(Pressure Regulating Valve)가 마련될 수 있다.

보조탱크(155)에서 배출되는 연료는 추진엔진(ME)의 요구압력과 발전엔진(GE, DE)의 요구압력 중 더 높은 요구압력에 맞춰진 압력을 가질 수 있으므로, 발전엔진(GE, DE)의 상류에 마련되는 압력조절밸브(234b)는 감압을 구현할 수 있다.

보조탱크(155)는 VOC 펌프(154)를 통해 전달되는 액상의 VOC와 가스연료 펌프(21)를 통해 전달되는 액상의 액화가스를 혼합하여 액상의 연료를 생성할 수 있고, 연료를 액상으로 엔진(ME, GE, DE)에 공급할 수 있다. 또는 보조탱크(155)는 연료를 기상으로 엔진(ME, GE, DE)에 공급하기 위해, 연료를 기화시키기 위한 히팅기(부호 도시하지 않음) 등을 구비할 수 있다.

히팅기는 보조탱크(155)의 내부에 마련되거나 또는 보조탱크(155)에서 연료가 순환하는 별도의 외부 라인에 마련될 수 있고, 스팀이나 글리콜워터 등의 다양한 물질을 사용할 수 있다. 히팅기에 의해 기화되는 연료는 압력계(233)와 가스 분석기(232), 압력조절밸브(234a, 234b) 등을 거쳐서 엔진(ME, GE, DE)에 공급되어 소비될 수 있다.

제어부(30)는, 보조탱크(155)에 유입되는 VOC 및/또는 액화가스의 유량을 제어한다. 따라서 보조탱크(155)에서 생성되는 연료에 포함된 VOC와 액화가스의 비율이 제어부(30)에 의하여 조절될 수 있다.

제어부(30)는 보조탱크(155)로 전달되는 VOC 및/또는 액화가스의 유량을 다양한 방법으로 제어할 수 있다. 일례로 VOC 저장탱크(15)의 내부 및/또는 외부에는 VOC를 엔진(ME, GE, DE)으로 전달하는 VOC 펌프(154)가 마련되고, 가스연료 저장탱크(GT)의 내부 및/또는 외부에는 액화가스를 엔진(ME, GE, DE)으로 전달하는 가스연료 펌프(21)가 마련될 수 있는데, 제어부(30)는 VOC 펌프(154) 및 가스연료 펌프(21)를 제어한다.

이때 제어부(30)는 가스 분석기(232)의 측정값에 따라 VOC 펌프(154) 및 가스연료 펌프(21)를 제어하여, 보조탱크(155)에서 생성되는 연료의 메탄가를 엔진(ME, GE, DE)에서 요구하는 수준으로 맞춰줄 수 있다.

이를 위해 VOC 펌프(154) 및/또는 가스연료 펌프(21)는 가변주파수제어(VFD: Variable Frequency Drive)가 가능하도록 마련될 수 있으며, 다만 VOC 펌프(154)나 가스연료 펌프(21) 중 어느 하나는 고정용량형이고 다른 하나만 가변용량형으로 마련될 수도 있음은 물론이다. 이 경우 제어부(30)는 고정용량형 펌프의 가동(On/Off)을 고려해 가변용량형 펌프를 제어할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 가스연료 저장탱크(GT)의 내압이 엔진(ME, GE, DE)의 요구압력 이상일 경우, 가스연료 펌프(21)는 생략될 수 있으므로 제어부(30)는 VOC 펌프(154)의 가동 제어를 통해 메탄가를 조절할 수 있다. 물론 가스연료 펌프(21)가 생략될 때 가스연료 공급라인(23) 상에 밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있으므로, 제어부(30)는 VOC 펌프(154) 및 가스연료 공급라인(23) 상의 밸브를 통해 메탄가 제어가 가능하다.

VOC 저장탱크(15)에서 보조탱크(155)까지는 원웨이밸브(부호 도시하지 않음)나 유량계(156) 등이 구비되는 VOC 공급라인(152)이 마련될 수 있고, VOC 공급라인(152)에서 VOC 펌프(154)의 하류에는, VOC 중 적어도 일부를 VOC 저장탱크(15)로 되돌리는 VOC 리턴라인(157)이 마련될 수 있다. 이때 VOC 리턴라인(157) 상에는 리턴밸브인 VOC 리턴밸브(1571)가 마련될 수 있다.

또한 동일/유사하게 가스연료 공급라인(23)에도 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 액화가스 중 적어도 일부를 되돌리는 가스연료 리턴라인(235)이 마련되고 가스연료 리턴라인(235) 상에 리턴밸브인 가스연료 리턴밸브(236)가 마련될 수 있다.

이 경우 제어부(30)는, 가스 분석기(232)의 측정값에 따라 VOC 리턴밸브(1571) 및/또는 가스연료 리턴밸브(236)를 제어하여, VOC 리턴밸브(1571)에 의해 엔진(ME, GE, DE)으로 전달되는 VOC의 유량 및/또는 가스연료 리턴밸브(236)에 의해 엔진(ME, GE, DE)으로 전달되는 액화가스의 유량이 조절되도록 하여, 연료의 메탄가를 엔진(ME, GE, DE)에 맞출 수 있다.

제어부(30)는 VOC 펌프(154)와 가스연료 펌프(21) 및/또는 VOC 리턴밸브(1571)와 가스연료 리턴밸브(236) 등을 조절할 때, 보조탱크(155)에 유입되는 VOC 및 액화가스의 유량이 적절하게 제어되는지를 확인하기 위해 유량계(156, 231)를 이용할 수 있으며, 유량계(156, 231)는 VOC 공급라인(152) 및 가스연료 공급라인(23)에 각각 마련될 수 있다.

따라서 제어부(30)는 보조탱크(155)의 하류에서 연료의 메탄가를 측정하여 VOC 및 액화가스가 보조탱크(155)로 유입되는 유량을 능동적으로 제어하며, 유량계(156, 231)를 통해 검증하여 적정한 메탄가를 보장할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 대기 중으로 버려졌던 VOC를 엔진(ME, GE, DE)의 연료로 활용하되, 엔진(ME, GE, DE)에서 요구하는 연료의 제원(메탄가, 열량, 성분 등)을 만족시키기 위하여 액화가스를 VOC에 혼합해 엔진(ME, GE, DE)에 공급하여, VOC를 재사용할 수 있으면서도 엔진(ME, GE, DE) 가동 효율을 보장할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, VOC를 액화가스와 혼합하여 추진엔진(ME)에 공급하고, 액화가스만 발전엔진(GE, DE)에 공급할 수 있다. 이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.

본 실시예에서 추진엔진(ME)은 200 내지 400bar(일례로 380bar 내외)의 요구압력을 갖는 ME-GI 엔진일 수 있다. 다만 ME-GI 엔진의 경우 VOC(엔진(ME, GE, DE)에 분사되는 부피당 발열량이 액화가스의 주성분인 메탄보다 높음)만을 공급할 경우, Energy density가 너무 높아지므로 액화가스를 혼합 사용하여 가동 안정성을 보장할 수 있다.

ME-GI 엔진의 요구압력을 맞춰주기 위해, VOC 저장탱크(15)와 보조탱크(155) 사이의 VOC 공급라인(152) 및 가스연료 저장탱크(GT)와 보조탱크(155) 사이의 가스연료 공급라인(23) 상에는, 각각 VOC 고압펌프(158) 및 가스연료 고압펌프(24)가 마련될 수 있으며, 고압의 VOC와 고압의 액화가스를 혼합하여 상분리 없이 One phase 상태로 추진엔진(ME)에 공급하기 위해, 앞선 실시예의 보조탱크(155)를 대신하여 혼합기(27)가 마련될 수 있다.

다만 VOC 펌프(154) 및 가스연료 펌프(21)가 추진엔진(ME)의 요구압력에 맞게 VOC 등을 고압으로 가압하는 경우나, 혼합기(27)가 아닌 보조탱크(155)를 두고 보조탱크(155)의 하류에 하나의 고압펌프(도시하지 않음)만 두는 경우, VOC 고압펌프(158)와 가스연료 고압펌프(24)는 생략될 수도 있다.

VOC 펌프(154)와 혼합기(27) 사이 및 가스연료 펌프(21)와 혼합기(27) 사이에는, 각각 VOC 기화기(159) 및 가스연료 기화기(22)가 마련될 수 있다. VOC 기화기(159)와 가스연료 기화기(22)는 추진엔진(ME)의 요구온도에 대응하여 VOC 및 액화가스를 각각 가열할 수 있다. 물론 VOC 기화기(159)와 가스연료 기화기(22)를 대신하여 혼합기(27) 하류에 하나의 열교환기(도시하지 않음)를 두는 것도 가능하다.

본 실시예는 가스연료 공급라인(23)에서 발전엔진(GE, DE)으로 가스연료 분기라인(25)을 구비할 수 있으며, 가스연료 분기라인(25)은 가스연료 펌프(21)와 가스연료 고압펌프(24) 사이에서 가스연료 공급라인(23)으로부터 분기되어 액화가스를 발전엔진(GE, DE)으로 전달할 수 있다.

앞선 실시예의 경우 추진엔진(ME)과 발전엔진(GE, DE)의 요구압력 차이가 압력조절밸브(234b)로 커버될 수 있는 수준이었다면, 본 실시예의 경우 추진엔진(ME)의 요구압력이 200bar 이상의 고압이므로, 압력조절밸브(234b)를 통해 추진엔진(ME)과 발전엔진(GE, DE)의 요구압력 차이를 해소하기 어려울 수 있다.

따라서 본 실시예는 라인을 분기하여, 추진엔진(ME) 측에는 가스연료 고압펌프(24) 등을 마련하여 추진엔진(ME)의 요구압력을 맞춰주고, 가스연료 고압펌프(24)에 의해 고압으로 가압되기 전의 액화가스를 발전엔진(GE, DE) 측으로 공급하여 발전엔진(GE, DE)의 요구압력을 맞춰줄 수 있다.

이러한 구성에서도 추진엔진(ME)과 발전엔진(GE, DE)의 상류에는 각각 압력조절밸브(234a, 234b)가 구비될 수 있음은 물론이고, 가스연료 분기라인(25)에는 압력조절밸브(234b) 외에 가스연료 히터(251)가 마련될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 200bar 이상의 고압 추진엔진(ME)을 사용할 때, VOC에 액화가스를 혼합하여 Energy density를 맞춰줌으로써 VOC를 버리지 않고 활용하면서 추진엔진(ME) 등의 가동 효율을 보장할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제7 내지 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이고, 도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이며, 도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

또한 도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이고, 도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이며, 도 14는 본 발명의 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

본 발명의 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)에 대해서 상세히 설명하기에 앞서 먼저 도 9를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)을 구비하는 선박(S)에 대해서 설명하도록 한다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)을 갖는 선박(S)은, 오일 저장탱크(OT), VOC 저장탱크(15), 가스연료 저장탱크(GT), VOC 처리부(10), 수요처(ME, GE, DE) 및 해수 펌프(40)를 포함한다.

오일 저장탱크(OT)는, 선박(S)에서 선내에 마련되며 선체의 길이 방향으로 복수 개가 배치될 수 있다. 오일 저장탱크(OT)에 저장되는 원유 등의 오일은 액상일 수 있고, 상온 상태로 저장될 수 있다.

다만, 오일 저장탱크(OT)에 저장된 원유에는 비등점이 상온보다 높은 VOC(프로판, 부탄)가 혼합되어 있는데, 이러한 VOC는 오일 저장탱크(OT) 내에서 증발하게 된다. 이때, 증발한 VOC는 VOC 처리부(10)에 의해 처리되어 VOC 저장탱크(15)로 전달될 수 있다.

VOC 저장탱크(15)는, 선박(S)에 마련된 오일 저장탱크(OT)로부터 발생하는 VOC를 저장한다. VOC 저장탱크(15)는 오일 저장탱크(OT)에서 기체상태로 배출된 후 VOC 처리부(10)에서 액화된 액체상태의 VOC를 저장할 수 있으며, VOC의 재증발을 억제하기 위해 단열처리가 되어 있거나 또는 비등점을 높이기 위해 고압용기의 형태를 가질 수 있다.

VOC 저장탱크(15)는, 선박(S)에서 선외에 마련될 수 있으며, 일례로 상갑판의 상부에 마련될 수 있다. 또는 VOC 저장탱크(15)는 선내 공간 중 오일 저장탱크(OT)가 배치되는 곳 이외에도 마련될 수 있고, 일례로 엔진룸 내부나 엔진룸과 선측 외판 사이 등에 마련될 수 있다.

오일 저장탱크(OT)에서 배출되어 VOC 저장탱크(15)에 저장된 VOC는, 선박(S)에 마련된 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용될 수 있다. 다만 VOC 단독으로는 메탄가(Methane Number)가 낮아 효율이 떨어질 수 있으므로, 본 발명은 메탄가를 보장해서 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 가동 효율을 높이기 위해, 별도의 개질기(리포머(12))를 구비하여 메탄가를 맞춘 후 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)에 공급하거나 VOC에 액화가스를 혼합하여 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)에 공급할 수 있다.

가스연료 저장탱크(GT)는, 액화가스를 저장한다. 선박(S)이 오일 저장탱크(OT)를 카고 탱크로 구비한 원유 운반선일 경우, 가스연료 저장탱크(GT)는 Type C 형태로 상갑판 상에 탑재되어 있을 수 있다.

즉, 가스연료 저장탱크(GT)는 상갑판에 탑재되는 고압 저장용기일 수 있고, 상갑판에서 선실의 전방에 놓이며, 좌현 및/또는 우현에 마련될 수 있다.

가스연료 저장탱크(GT)에 저장된 액화가스는, VOC 처리부(10)로 공급되어 VOC를 냉각시키는데 사용될 수 있으며, 또한, VOC 저장탱크(15)의 VOC와 혼합되어 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)으로 공급될 수 있다.

VOC 처리부(10)는, 오일 저장탱크(OT)로부터 발생하는 VOC를 액화하여 VOC 저장탱크(15)에 전달하거나 수요처(ME, GE, DE)로 전달한다. 오일 저장탱크(OT)의 원유로부터 VOC이 증발하게 되면, VOC는 오일 저장탱크(OT)의 압력을 상승시켜 문제될 수 있으므로 오일 저장탱크(OT)의 내구성 등을 위해 외부로 배출될 수 있다.

이를 위해 오일 저장탱크(OT)에는 VOC 배출라인(13)이 마련되며, VOC 배출라인(13)은 VOC 처리부(10)에 연결된다. VOC 처리부(10)는 기체 상태의 VOC를 전달받아 냉각시킬 수 있고, 냉각된 VOC는 액화되어 부피가 대폭 줄어들 수 있다.

VOC 처리부(10)에 대해서는 도 10 내지 도 14를 참고로 하여 각 실시예별 구성을 상세히 후술하도록 한다.

수요처(ME, GE, DE)는, 액화가스, 증발가스 또는 VOC를 소비할 수 있으며, 메인엔진(ME), 발전엔진(GE) 및 기타수요처(DE)를 포함할 수 있다.

메인엔진(ME)은, 선박(S)을 추진시키데 필요한 동력을 발생시키며 일례로 10 내지 50bar(일례로 16bar 내외)의 요구압력을 가지는 저속 2행정 저압가스 분사엔진(X-DF)일 수 있다.

발전엔진(GE)은, 선박(S)에 필요한 전력을 발생시키며, 일례로 1 내지 10bar(일례로 6bar 내외)의 요구압력을 가지는 이종연료엔진(DFDE) 엔진일 수 있다.

기타수요처(DE)는, VOC의 기체 성분을 소비하며, 일례로 보일러(Boiler), 가스 연소 장치(Gas Combustion Unit)일 수 있다. 이때, VOC의 기체 성분은 대기로 방출될 수 있으며 또는 압축된 상태로 임의의 저장매체에 저장될 수도 있다. 다만 이하에서 기타수요처(DE)는 메인엔진(ME)이나 발전엔진(GE) 등으로 치환될 수 있다.

해수 펌프(40)는, 선박(S)의 선미 내부의 데크에 배치되어 VOC 처리부(10) 해수 공급라인(부호 도시하지 않음)을 통해 연결될 수 있으며, 해수 공급라인을 통해 씨체스트(Sea Chest)로부터 해수를 펌핑하여 VOC 처리부(10)로 공급할 수 있다.

해수 펌프(40)는, 해수를 VOC 처리부(10)로 공급하여 해수가 VOC를 냉각시키는데 사용될 수 있도록 할 수 있으며, VOC 처리부(10)가 상갑판 상에 배치됨에 따라 해수 펌프(40)와의 높이 차로 인해 발생할 수 있는 높이 수두를 보상하기 위해 해수에 일정 압력을 가할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 10을 참고하면 본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, VOC 처리부(10)에 해당하는 제1 VOC 압축기(11a), 제2 VOC 압축기(11b), 제1 열교환기(16a), 제2 열교환기(16b), 기액분리기(17) 등을 포함하고, 가스연료 처리부(20)와 제어부(30)를 더 포함한다.

본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)의 개별적인 구성을 기술하기에 앞서, 개별적인 구성들을 유기적으로 연결하는 기본적인 유로들에 대해서 설명하기로 한다. 여기서 유로는 유체가 흐르는 통로로 라인(Line)일 수 있으며 이에 한정되지 않고 유체가 유동하는 구성이면 모두 가능하다.

본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 제1 VOC 배출라인(13a) 및 제2 VOC 배출라인(13b)을 더 포함할 수 있다.

각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.

제1 VOC 배출라인(13a)은, 오일 저장탱크(OT)로부터 연결되는 VOC 배출라인(13)과 연결되어 기액분리기(17)를 연결하며, 제2 VOC 배출라인(13b)과 병렬로 형성될 수 있고, 제1 VOC 압축기(11a) 및 제1 열교환기(16a)를 구비할 수 있다.

제2 VOC 배출라인(13b)은, 오일 저장탱크(OT)로부터 연결되는 VOC 배출라인(13)과 연결되어 기액분리기(17)를 연결하며, 제1 VOC 배출라인(13a)과 병렬로 형성될 수 있고, 제2 VOC 압축기(11b) 및 제2 열교환기(16b)를 구비할 수 있다.

이때, VOC 배출라인(13)으로부터 제1 및 제2 VOC 배출라인(13a, 13b)이 분기되는 위치에 삼방밸브(도시하지 않음)가 배치될 수 있으며, 삼방밸브의 개도조절에 따라 제1 VOC 배출라인(13a) 또는 제2 VOC 배출라인(13b)으로의 VOC 공급 여부가 제어될 수 있다.

이하에서는 상기 설명한 각 라인들(13a, 13b)에 의해 유기적으로 형성되어 VOC 처리 시스템(1)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.

제1 VOC 압축기(11a)는, 선박(S)에 마련된 오일 저장탱크(OT)로부터 발생하는 VOC를 압축하며, 제2 VOC 압축기(11b)와 병렬로 배치될 수 있다. 여기서 제1 VOC 압축기(11a)는, 제2 VOC 압축기(11b)보다 처리 용량이 더 클 수 있으며, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는 시기에 가동될 수 있다.

구체적으로, 제1 VOC 압축기(11a)는, 제1 VOC 배출라인(13a) 상에 제1 열교환기(16a)의 상류에 마련되어, 오일 저장탱크(OT)로부터 발생되는 VOC를 공급받아 압축한 후 제1 열교환기(16a)로 공급할 수 있다.

제2 VOC 압축기(11b)는, 선박(S)에 마련된 오일 저장탱크(OT)로부터 발생하는 VOC를 압축하며, 제1 VOC 압축기(11a)와 병렬로 배치될 수 있다. 여기서 제2 VOC 압축기(11b)는, 제1 VOC 압축기(11a)보다 처리 용량이 더 작을 수 있으며, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 완료한 후 이송하는 시기에 가동될 수 있다.

구체적으로, 제2 VOC 압축기(11b)는, 제2 VOC 배출라인(13b) 상에 제2 열교환기(16b)의 상류에 마련되어, 오일 저장탱크(OT)로부터 발생되는 VOC를 공급받아 압축한 후 제2 열교환기(16b)로 공급할 수 있다.

제1 열교환기(16a)는, 해수 펌프(40)로부터 공급받은 해수를 통해서 제1 VOC 압축기(11a)에서 압축된 VOC를 냉각시킨다. 여기서 제1 열교환기(16a)는, 제2 열교환기(16b)보다 냉열을 더욱 많이 공급할 수 있으며, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는 시기에 가동될 수 있다.

제1 열교환기(16a)는, 제1 VOC 압축기(11a)로부터 압축된 VOC와 해수를 열교환시키고, 열교환된 VOC를 기액분리기(17)로 공급하며 열교환된 해수는 바다(Sea)로 배출시킬 수 있다.

제2 열교환기(16b)는, 가스연료 저장탱크(GT)로부터 공급받은 액화가스 또는 증발가스를 통해서 제2 VOC 압축기(11b)에서 압축된 VOC를 냉각시킨다. 여기서 제2 열교환기(16b)는 제1 열교환기(16a)보다 냉열을 적게 공급할 수 있으며, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 완료한 후 이송하는 시기에 가동될 수 있다.

제2 열교환기(16b)는, 제2 VOC 압축기(11b)로부터 압축된 VOC와 액화가스 또는 증발가스를 열교환시키고, 열교환된 VOC를 기액분리기(17)로 공급하며 열교환된 액화가스 또는 증발가스는 가스연료 처리부(20)로 공급하여 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용될 수 있도록 할 수 있다.

기액분리기(17)는, 제1 및 제2 열교환기(16a, 16b)로부터 냉각되어 적어도 일부 재액화된 VOC를 공급받아 기상과 액상으로 분리할 수 있다.

기액분리기(17)는, 분리된 기상의 VOC를 기타수요처(DE)로 공급할 수 있고, 분리된 액상의 VOC를 VOC 저장탱크(15)로 공급할 수 있다.

가스연료 처리부(20)는, VOC 저장탱크(15)에 저장된 VOC 및 제2 열교환기(16b)에서 VOC와 열교환된 액화가스 또는 증발가스를 공급받아, 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)이 사용할 수 있는 연료로 처리할 수 있다.

이를 위해 가스연료 처리부(20)는, 액화가스 또는 증발가스를 처리하는 가스연료 펌프(21), 가스연료 기화기(22) 등을 포함할 수 있다.

가스연료 펌프(21)는 제2 열교환기(16b)로부터 열교환된 액화가스를 공급받아 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)이 요구하는 압력에 맞게 가압할 수 있다. 이때, 제2 열교환기(16b)로부터 열교환된 가스가 증발가스인 경우 별도로 구비되는 증발가스 압축기(도시하지 않음)에 의해 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)이 요구하는 압력에 맞게 압축할 수 있다.

가스연료 기화기(22)는 가스연료 펌프(21)로부터 공급되는 액화가스를 기화시킬 수 있으며 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)이 요구하는 온도에 맞게 가열할 수 있다.

가스연료 처리부(20)는, VOC 처리부(10)의 일부 구성인 VOC 압축기(11) 및 리포머(12)(Reformer)를 더 포함할 수 있다.

VOC 압축기(11)는 VOC 저장탱크(15)로부터 VOC를 공급받아 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 요구압력으로 압축할 수 있으며, 일례로 10 내지 50bar 내외로 압축할 수 있다.

VOC 압축기(11)는 다단으로 마련될 수 있고, 다단으로 마련되는 VOC 압축기(11)들 사이에는 중간 냉각기가 마련될 수 있으며 병렬로 구성되어 서로 백업이 가능하게 설계될 수 있다.

리포머(12)는 압축된 VOC를 개질하여 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)에 공급할 수 있다. 리포머(12)는 프로판, 부탄 등을 포함하는 VOC를 화학적으로 처리하여 메탄화시킬 수 있다. 리포머(12)에 의한 화학적 작용은 이미 널리 알려진 바와 같으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

또한 가스연료 처리부(20)는, 추가로 혼합기(27)가 설치될 수 있다. 혼합기(27)는 리포머(12)의 하류에 분기되고 기화기의 하류에 분기되어 마련되며, 리포머(12)에 의해 개질된 VOC를 기화기에 의해 기화된 액화가스 또는 증발가스 압축기에 의해 압축된 증발가스와 혼합한 후 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)에 공급시킬 수 있다.

제어부(30)는, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는지 여부 또는 원유를 선적 후 이송하는지 여부에 따라 제1 및 제2 VOC 압축기(11a, 11b)와 제1 및 제2 열교환기(16a, 16b)를 가동하거나 또는 가동 중단시키도록 제어할 수 있다.

이때, 제어부(30)는 제1 및 제2 VOC 압축기(11a, 11b) 및 제1 및 제2 열교환기(16a, 16b)과 유선 또는 무선으로 연결되어 제어할 수 있으며, VOC 배출라인(13)으로부터 제1 및 제2 VOC 배출라인(13a, 13b)이 분기되는 위치에 형성되는 삼방밸브와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어할 수 있다.

구체적으로 제어부(30)는, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시, 삼방밸브를 제어하여 오일 저장탱크(OT)에서 발생된 대량의 VOC를 VOC 배출라인(13)으로부터 제1 VOC 배출라인(13a)으로 공급되도록 제어한 후, 제1 VOC 압축기(11a)를 통해서 대량의 VOC를 압축한 후 제1 열교환기(16a)를 통해 해수와 열교환시켜 냉각시킴으로써 적어도 일부 재액화되도록 제어할 수 있다.

또한 제어부(30)는, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 후 이송 시, 삼방밸브를 제어하여 오일 저장탱크(OT)에서 발생된 소량의 VOC를 VOC 배출라인(13)으로부터 제2 VOC 배출라인(13b)으로 공급되도록 제어한 후 제2 VOC 압축기(11b)를 통해서 소량의 VOC를 압축한 후 제2 열교환기(16b)를 통해 액화가스 또는 증발가스와 열교환시켜 냉각시킴으로써 적어도 일부 재액화되도록 제어할 수 있다. 적어도 일부 재액화된 VOC는 기액분리기(17)로 공급될 수 있다.

상기 기술한 본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)의 각 구성의 유기적 결합에 따른 구동에 대해서 도 10의 (a) 및 (b)를 통해 하기 설명하도록 한다.

도 10의 (a)는 원유 저장탱크에 원유를 선적 시 본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이고, 도 10의 (b)는, 원유 저장탱크에 원유를 선적 후 이송 시 본 발명의 제7 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이다.

오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는 시기에는, 오일 저장탱크(OT)에 원유 선적을 완료한 후 이송하는 과정에서 발생하는 VOC의 발생량보다 더 많은 양의 VOC이 발생하게 되므로, 대량의 VOC를 처리할 수 있는 압축기 및 열교환기(냉각장치)가 필요로해진다.

또한, 반대로 오일 저장탱크(OT)에 원유 선적을 완료한 후 이송하는 시기에는, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는 과정에서 발생하는 VOC의 발생량보다 굉장히 적은 양의 VOC이 발생하게 되므로 소량의 VOC를 처리할 수 있는 압축기 및 열교환기(냉각장치)가 필요해진다.

다만, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는 시기보다 오일 저장탱크(OT)에 원유 선적을 완료한 후 이송하는 시기가 더 길게 유지되므로 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는 시기에 발생되는 VOC를 처리할 수 있는 압축기 및 열교환기만을 구비하는 경우 에너지의 낭비가 굉장히 심해지고 압축기의 구동이 비효율적으로 수행되며 열교환기 구동 에너지가 낭비될 우려가 존재한다.

이에 본 발명에서는 VOC를 압축하는 VOC 압축기(11)와 VOC를 냉각하는 열교환기를 처리용량 별로 구분하여 VOC의 발생량에 따라 구동하는 압축기 및 열교환기의 종류를 달리하도록 함으로써 소모되는 동력의 손실을 방지하고 최적화된 에너지를 소비할 수 있는 효과가 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적하는 시기에 제1 VOC 압축기(11a)와 대량의 냉열을 가지고 있는 해수를 사용하는 제1 열교환기(16a)를 구동시키고, 오일 저장탱크(OT)에 원유 선적이 완료된 후 이송하는 시기에 제2 VOC 압축기(11b)와 소량의 냉열을 가지고 있는 액화가스 또는 증발가스를 사용하는 제2 열교환기(16b)를 구동시켜 소모되는 동력의 손실을 방지하고 최적화된 에너지를 소비할 수 있는 효과가 있다.

구체적으로 도 10의 (a)에서 실선의 흐름을 살펴보면, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 오일 저장탱크(OT)에서는 다량의 VOC이 발생한다. 이때, 오일 저장탱크(OT)는 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 제1 VOC 배출라인(13a)으로 공급한다.

제1 VOC 배출라인(13a)으로 공급된 VOC는, 제1 VOC 압축기(11a)로 공급되어 압축된 후, 제1 열교환기(16a)로 공급되어 해수로부터 냉열을 공급받아 적어도 일부 재액화된다.

적어도 일부 재액화된 VOC는 기액분리기(17)로 공급되어 기상과 액상으로 분리되고 기상의 VOC는 기타수요처(DE)로 공급되어 소비되고 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)로 공급되어 저장된다.

여기서 VOC와 열교환된 해수는 다시 바다(Sea)로 배출될 수 있다.

이와 같이 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 발생되는 다량의 VOC는, 제1 VOC 압축기(11a) 및 제1 열교환기(16a)를 통해 대량 처리할 수 있어, 시스템의 안정성이 향상되는 효과가 있다.

도 10의 (b)에서 실선의 흐름을 살펴보면, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 후 이송 시 오일 저장탱크(OT)에서는 소량의 VOC이 발생한다. 이때, 오일 저장탱크(OT)는 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 제2 VOC 배출라인(13b)으로 공급한다.

제2 VOC 배출라인(13b)으로 공급된 VOC는, 제2 VOC 압축기(11b)로 공급되어 압축된 후, 제2 열교환기(16b)로 공급되어 해수로부터 냉열을 공급받아 적어도 일부 재액화된다.

적어도 일부 재액화된 VOC는 기액분리기(17)로 공급되어 기상과 액상으로 분리되고 기상의 VOC는 기타수요처(DE)로 공급되어 소비되고 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)로 공급되어 저장된다.

이와 같이 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 후 이송 시 발생되는 소량의 VOC는, 대량의 처리능력을 가지는 제1 VOC 압축기(11a) 및 제1 열교환기(16a)가 아닌 소량의 처리능력을 가지는 제2 VOC 압축기(11b) 및 제2 열교환기(16b)를 통해 처리할 수 있어, 시스템의 소비 동력을 최적화할 수 있고 에너지 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

여기서 VOC와 열교환된 액화가스 또는 증발가스는 가스연료 처리부(20)로 공급되어 처리된 후 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용되거나 VOC 저장탱크(15)로부터 공급되는 VOC와 혼합되어 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 앞선 제7 실시예와 대비할 때 가스연료 처리부(20)를 대신하여 가스연료 액화기(28)가 구비될 수 있다.

이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 다른 실시예에서도 마찬가지임을 알려둔다.

가스연료 액화기(28)는, 질소, 액화가스, R134a, 프로판 등의 냉매를 통해 액화가스 또는 증발가스를 재액화할 수 있다. 여기서 액화가스는 가열되어 기화된 액화가스를 말한다.

가스연료 액화기(28)는, 제2 열교환기(16b)를 통해 압축된 VOC와 열교환하여 가열된 증발가스 또는 기화된 액화가스를 공급받아, 질소, 액화가스, R134a, 프로판 등의 냉매를 통해 재액화할 수 있다.

가스연료 액화기(28)의 재액화 구성 및 작동은 이미 널리 알려진 바 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 기술한 가스연료 액화기(28)를 통해 본 발명의 제8 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)의 각 구성의 유기적 결합에 따른 구동에 대해서 도 11의 (a) 및 (b)를 통해 하기 설명하도록 한다.

도 11의 (a)는 원유 저장탱크에 원유를 선적 시 본 발명의 제8 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이고, 도 11의 (b)는, 원유 저장탱크에 원유를 선적 후 이송 시 본 발명의 제8 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이다.

본 발명의 제8 실시예에서는, 도 11의 (a) 및 (b) 각각의 VOC 흐름 즉, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 또는 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 완료 후 이송 시의 VOC의 흐름이 모두 앞선 제7 실시예와 동일하므로 이에 갈음하도록 한다.

다만 제2 열교환기(16b)를 통해 압축된 VOC와 열교환하여 가열된 증발가스 또는 기화된 액화가스의 흐름은, 가스연료 액화기(28)로 공급되어 소비됨에 그 차이가 있다.

이러한 차이로 인해 본 발명의 실시예에서는, 제2 열교환기(16b)를 통해 열교환된 액화가스 또는 증발가스를 가스연료 액화기(28)를 통해 재액화할 수 있어 증발가스 또는 액화가스의 낭비를 방지하여 시스템 이용 효율을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 앞선 제7 실시예와 대비할 때 제1 및 제2 VOC 배출라인(13a, 13b)의 배치가 상이하고 제2 열교환기(16b)의 구동 시기가 상이함에 따라 VOC의 흐름이 상이하게 변경되므로 이를 위주로 설명하도록 한다.

여기서 새롭게 명명되는 제3 VOC 배출라인(13c)은, 앞선 실시예에서 제1 및 제2 VOC 배출라인(13a, 13b)에 포함되었던 라인이나, 앞선 실시예에서와 제1 및 제2 VOC 배출라인(13a, 13b)의 차별점을 쉽게 설명하기 위해 새롭게 명명된 것일 뿐임을 알려둔다.

제1 VOC 배출라인(13a)은, 제1 VOC 압축기(11a) 및 제1 열교환기(16a)를 구비하며 제2 열교환기(16b)와 연결될 수 있다.

제1 VOC 배출라인(13a)은, 오일 저장탱크(OT)로부터 연결되는 VOC 배출라인(13)과 연결될 수 있으며, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 공급받아 대량의 VOC이 유동할 수 있다.

제2 VOC 배출라인(13b)은, 제2 VOC 압축기(11b)를 구비하며 제2 열교환기(16b)와 연결된다.

제2 VOC 배출라인(13b)은, 오일 저장탱크(OT)로부터 연결되는 VOC 배출라인(13)과 연결될 수 있으며, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 완료 후 이송 시 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 공급받아 소량의 VOC이 유동할 수 있다.

제3 VOC 배출라인(13c)은, 제2 열교환기(16b)와 기액분리기(17)를 연결하며 제2 열교환기(16b)에서 열교환되어 적어도 일부 재액화된 VOC를 기액분리기(17)로 공급할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서 제2 열교환기(16b)는, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 또는 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 완료 후 이송 시 모두 가동될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제9 실시예에서는 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 다량의 VOC를 냉각하는데 추가로 제2 열교환기(16b)를 사용할 수 있게 되므로 냉각 매체의 충분한 공급이 가능해져 재액화의 신뢰성이 향상되고 제1 열교환기(16a)를 백업할 수 있는 장점이 있다.

물론, 처리 용량의 한계로 인해 제1 열교환기(16a)의 완전한 백업이 어려우나 제1 열교환기(16a)의 유지보수 또는 수리 기간 동안 백업은 충분히 가능하다.

상기 기술한 제1 내지 제3 VOC 배출라인(13a, 13b, 13c)을 통해 본 발명의 제9 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)의 각 구성의 유기적 결합에 따른 구동에 대해서 도 12의 (a) 및 (b)를 통해 하기 설명하도록 한다.

도 12의 (a)는 원유 저장탱크에 원유를 선적 시 본 발명의 제9 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이고, 도 12의 (b)는, 원유 저장탱크에 원유를 선적 후 이송 시 본 발명의 제9 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이다.

도 12의 (a)에서 실선의 흐름을 살펴보면, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 오일 저장탱크(OT)에서는 다량의 VOC이 발생한다. 이때, 오일 저장탱크(OT)는 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 제1 VOC 배출라인(13a)으로 공급한다.

제1 VOC 배출라인(13a)으로 공급된 VOC는, 제1 VOC 압축기(11a)로 공급되어 압축된 후, 제1 열교환기(16a)로 공급되어 해수로부터 냉열을 공급받아 적어도 일부 재액화된다.

적어도 일부 재액화된 VOC는 추가로 제2 열교환기(16b)로 공급되어 추가 냉각될 수 있고 이를 통해 완전한 재액화가 이루어질 수 있다.

제2 열교환기(16b)에서 재액화된 VOC는 제3 VOC 배출라인(13c)을 통해 기액분리기(17)로 공급되어 기상과 액상으로 분리되고 기상의 VOC는 기타수요처(DE)로 공급되어 소비되고 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)로 공급되어 저장된다.

여기서 VOC와 열교환된 해수는 다시 바다(Sea)로 배출될 수 있다.

이와 같이 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 발생되는 다량의 VOC는, 제1 VOC 압축기(11a) 및 제1 열교환기(16a)를 통해 대량 처리할 수 있어, 시스템의 안정성이 향상되는 효과가 있으며, 추가로 제2 열교환기(16b)를 통해 냉각시킬 수 있어 VOC의 재액화 성능을 극대화할 수 있는 효과 및 재액화 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 12의 (b)에서 실선의 흐름을 살펴보면, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 후 이송 시 오일 저장탱크(OT)에서는 소량의 VOC이 발생한다. 이때, 오일 저장탱크(OT)는 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 제2 VOC 배출라인(13b)으로 공급한다.

제2 VOC 배출라인(13b)으로 공급된 VOC는, 제2 VOC 압축기(11b)로 공급되어 압축된 후, 제2 열교환기(16b)로 공급되어 해수로부터 냉열을 공급받아 적어도 일부 재액화된다.

적어도 일부 재액화된 VOC는 제3 VOC 배출라인(13c)을 통해 기액분리기(17)로 공급되어 기상과 액상으로 분리되고 기상의 VOC는 기타수요처(DE)로 공급되어 소비되고 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)로 공급되어 저장된다.

이와 같이 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 후 이송 시 발생되는 소량의 VOC는, 소량의 처리능력을 가지는 제2 VOC 압축기(11b) 및 제2 열교환기(16b)를 통해 처리할 수 있어, 시스템의 소비 동력을 최적화할 수 있고 에너지 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

여기서 VOC와 열교환된 액화가스 또는 증발가스는 가스연료 처리부(20)로 공급되어 처리된 후 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용되거나 VOC 저장탱크(15)로부터 공급되는 VOC와 혼합되어 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용될 수 있다.

도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 앞선 제9 실시예와 대비할 때 가스연료 처리부(20)를 대신하여 가스연료 액화기(28)가 구비될 수 있다.

다만, 이러한 차이는 앞선 제8 실시예에서 제7 실시예와의 차이점과 동일하므로 본 실시예의 구성 및 그에 의한 효과는 제8 실시예를 통해 충분히 이해 가능하므로 본 실시예에 대한 기술을 생략하도록 한다.

도 14는 본 발명의 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 앞선 제9 및 제10 실시예와 대비할 때 기액분리기(제1 기액분리기(17a))가 추가 구축되는 것이 상이하므로 이를 위주로 설명하도록 한다.

제1 VOC 배출라인(13a)은, 제1 VOC 압축기(11a), 제1 열교환기(16a) 및 제1 기액분리기(17a)를 구비하며 제2 열교환기(16b)와 연결될 수 있다.

제1 VOC 배출라인(13a)은, 오일 저장탱크(OT)로부터 연결되는 VOC 배출라인(13)과 연결될 수 있으며, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 공급받아 대량의 VOC이 유동할 수 있다.

제1 기액분리기(17a)는, 제1 VOC 배출라인(13a) 상에 구축되어 적어도 일부 재액화된 VOC를 임시저장할 수 있으며, 또한 적어도 일부 재액화된 VOC를 기상과 액상으로 분리할 수 있고, 기상의 VOC는 다시 제2 열교환기(16b)로 공급할 수 있으며, 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)로 공급할 수 있다.

제1 기액분리기(17a)는, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 사용되며, 상기 기술한 바와 같이 대량의 VOC를 임시 저장할 수 있어, 유량 버퍼의 역할을 수행할 수 있다.

제2 기액분리기(17b)는 앞선 실시예에서 기술한 기액분리기(17)와 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이 본 발명의 제11 실시예에서는 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 다량의 VOC를 재액화 처리하는데 추가로 제1 기액분리기(17a)를 구축함으로써, 대량의 VOC를 처리하는데 필요한 유량 버퍼의 역할을 수행할 수 있어 VOC의 처리의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

상기 기술한 구성을 통해 본 발명의 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)의 각 구성의 유기적 결합에 따른 구동에 대해서 도 6의 (a) 및 (b)를 통해 하기 설명하도록 한다.

도 14의 (a)는 원유 저장탱크에 원유를 선적 시 본 발명의 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이고, 도 14의 (b)는, 원유 저장탱크에 원유를 선적 후 이송 시 본 발명의 제11 실시예에 따른 VOC 처리 시스템에서 VOC의 흐름도이다.

도 14의 (a)에서 실선의 흐름을 살펴보면, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 오일 저장탱크(OT)에서는 다량의 VOC이 발생한다. 이때, 오일 저장탱크(OT)는 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 제1 VOC 배출라인(13a)으로 공급한다.

제1 VOC 배출라인(13a)으로 공급된 VOC는, 제1 VOC 압축기(11a)로 공급되어 압축된 후, 제1 열교환기(16a)로 공급되어 해수로부터 냉열을 공급받아 적어도 일부 재액화된다.

적어도 일부 재액화된 VOC는 제1 기액분리기(17a)에 공급되어 임시 저장될 수 있으며, 이때 기상과 액상으로 분리될 수 있다.

제1 기액분리기(17a)에서 분리된 액상은 VOC 저장탱크(15)로 공급되고 분리된 기상은 제2 열교환기(16b)로 공급되어 추가 냉각되어 재액화될 수 있다.

제2 열교환기(16b)에서 재액화된 VOC는 제3 VOC 배출라인(13c)을 통해 제2 기액분리기(17b)로 공급되어 기상과 액상으로 재차 분리되고 기상의 VOC는 기타수요처(DE)로 공급되어 소비되고 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)로 공급되어 저장된다.

여기서 VOC와 열교환된 해수는 다시 바다(Sea)로 배출될 수 있으며, VOC와 열교환된 액화가스 또는 증발가스는 가스연료 처리부(20)로 공급되어 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용될 수 있다.

이와 같이 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 시 발생되는 다량의 VOC는, 제1 VOC 압축기(11a) 및 제1 열교환기(16a)를 통해 대량 처리할 수 있고 그와 동시에 제1 기액분리기(17a)를 통해 일정 유량을 임시 저장할 수 있어 각 구동 장치들의 과부하를 방지할 수 있는 효과가 있으며, 시스템의 안정성이 향상되는 효과 또한 발생하고, 추가로 제2 열교환기(16b)를 통해 냉각시킬 수 있어 VOC의 재액화 성능을 극대화할 수 있는 효과 및 재액화 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 14의 (b)에서 실선의 흐름을 살펴보면, 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 후 이송 시 오일 저장탱크(OT)에서는 소량의 VOC이 발생한다. 이때, 오일 저장탱크(OT)는 VOC 배출라인(13)을 통해 VOC를 제2 VOC 배출라인(13b)으로 공급한다.

제2 VOC 배출라인(13b)으로 공급된 VOC는, 제2 VOC 압축기(11b)로 공급되어 압축된 후, 제2 열교환기(16b)로 공급되어 해수로부터 냉열을 공급받아 적어도 일부 재액화된다.

적어도 일부 재액화된 VOC는 제3 VOC 배출라인(13c)을 통해 제2 기액분리기(17b)로 공급되어 기상과 액상으로 분리되고 기상의 VOC는 기타수요처(DE)로 공급되어 소비되고 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)로 공급되어 저장된다.

이와 같이 오일 저장탱크(OT)에 원유를 선적 후 이송 시 발생되는 소량의 VOC는, 소량의 처리능력을 가지는 제2 VOC 압축기(11b) 및 제2 열교환기(16b)만을 통해 처리할 수 있어, 시스템의 소비 동력을 최적화할 수 있고 에너지 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

여기서 VOC와 열교환된 액화가스 또는 증발가스는 가스연료 처리부(20)로 공급되어 처리된 후 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용되거나 VOC 저장탱크(15)로부터 공급되는 VOC와 혼합되어 메인엔진(ME) 또는 발전엔진(GE)의 연료로 사용될 수 있다.

상기 기술한 바와 같이 본 발명에 따른 VOC 처리 시스템(1) 및 선박(S)은, VOC의 발생 시기에 따라 처리하는 구성을 변경하도록 수행함으로써 VOC의 처리 효율 및 에너지 소비효율이 극대화되는 효과가 있다.

도 15는 본 발명의 제12 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 오일 저장탱크(OT), 가스연료 저장탱크(GT), VOC 처리부(10), 가스연료 처리부(20)를 포함한다. 이하에서는 본 실시예가 앞선 내용 대비 달라지는 점 위주로 설명한다.

VOC 처리부(10)는, 원유 등의 오일을 저장한 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 처리하여 메인엔진(ME)이나 발전엔진(GE) 등으로 공급한다. 이를 위해 VOC 처리부(10)는 VOC 압축기(11), 기액분리기(17) 등을 포함한다.

VOC 압축기(11)는 VOC를 압축한다. VOC 압축기(11)는 엔진(ME, GE, DE) 등에서 요구하는 압력에 적절하게 VOC를 압축할 수 있고, 엔진(ME, GE, DE)의 종류에 따라 VOC 압축기(11)에서 출력되는 VOC의 압력은 10bar 내지 600bar 등일 수 있다.

VOC 압축기(11)는 가변 압축기일 수 있으며, 엔진(ME, GE, DE)의 부하에 따라 압축비가 가변될 수 있다. 즉 선박(S)이 내야 하는 선속에 따라 엔진(ME, GE, DE)의 부하가 다르게 결정될 수 있으므로, VOC 압축기(11)는 요구 선속을 고려하여 VOC의 압력을 조절할 수 있다.

또는 일례로 메인엔진(ME)이 XDF일 경우 요구압력은 18bar 내외이고, 발전엔진(GE)의 요구압력은 10bar, 기타수요처(DE)인 보일러 등의 요구압력은 8bar 등일 수 있으므로, VOC 압축기(11)는 엔진(ME, GE, DE) 등의 요구압력에 대응하여 VOC의 압축을 조절할 수 있다.

도면과 달리 혼합기(27)가 메인엔진(ME)의 상류와 발전엔진(GE)의 상류에 각각 구비되어, 메인엔진(ME), 발전엔진(GE) 등이 가스연료로 기본 가동하고 필요에 따라 각 엔진(ME, GE, DE)으로 VOC의 혼합이 On/Off 되는 시스템일 경우에는, VOC가 전달되는 엔진(ME, GE, DE)이 메인엔진(ME)인지 또는 발전엔진(GE)인지에 따라 VOC 압축기(11)의 압축비가 달라질 수 있다.

상기와 달리 VOC 압축기(11)는 고정 압축기일 수 있으며, VOC 압축기(11)는 메인엔진(ME)의 요구압력(일례로 18bar)보다 낮은 압력(일례로 7 내지 10bar)로 VOC를 압축할 수 있다.

실제 운항 사례를 참고하면, 메인엔진(ME)을 최대 부하로 가동하지 않기 때문에 연료가 최대 요구압력에 미치지 못하는 압력으로 압축되어 소비되었고, 그렇다 하더라도 MCR(Maximum Continous Rating)을 만족시키는데 전혀 문제가 없었다.

따라서 본 발명은 실제 운항 사례의 데이터를 바탕으로, VOC 압축기(11)가 메인엔진(ME)보다 요구압력이 낮은 발전엔진(GE) 등의 요구압력에 맞게 VOC를 압축하여 공급하도록 하여, 전력을 절감하면서도 운항에 지장을 주지 않도록 할 수 있다.

기액분리기(17)는, VOC를 기액분리한다. VOC는 오일 저장탱크(OT) 내부에서 휘발되어 기체 상태로 배출되는 것이 일반적이지만, VOC 압축기(11)에서 압축됨에 따라 압력 상승에 의해 상변화가 일어나 액체 상태가 혼입될 수 있다. 따라서 기액분리기(17)는 VOC에 포함된 액상을 걸러내고 기상만 엔진(ME, GE, DE) 등으로 공급되도록 하여, 엔진(ME, GE, DE) 효율을 보장할 수 있다.

참고로 VOC 압축기(11) 상류에서 VOC에 액체가 혼입될 수도 있지만, 이 경우 VOC 압축기의 전단에 녹-아웃 드럼(Knock-out drum)을 배치하여 액상을 분리해냄으로써 VOC 압축기(11)에 기상만 유입되도록 할 수 있다.

다만 오일 저장탱크(OT)에 오일이 로딩되는 경우에는 선박(S)이 추진하지 않으므로 추진용 메인엔진(ME)의 가동이 없다. 따라서 기액분리기(17)에서 분리되는 기상의 VOC는 후술할 액상의 VOC와 마찬가지로 오일 저장탱크(OT) 등으로 리턴될 수 있다.

오일 저장탱크(OT)에서 기액분리기(17)로는 VOC 배출라인(13)이 연결되며, VOC 배출라인(13)은 오일 저장탱크(OT)의 내압 등을 토대로 하여 VOC의 흐름을 허용 및 제어할 수 있다.

기액분리기(17)에는 VOC 회수라인(171)이 마련될 수 있는데, VOC 회수라인(171)은 기액분리기(17)에서 분리된 액상의 VOC를 오일 저장탱크(OT)로 회수할 수 있다. VOC 압축기(11)는 일례로 10bar로 VOC를 압축할 수 있는데, 이 경우 기액분리기(17)에서 액상의 VOC(LVOC)는 약 6% 내외로 생성될 수 있다.

VOC 회수라인(171)은 오일 저장탱크(OT)의 내부에서 상단 및/또는 하단 등으로 주입될 수 있으며, VOC 압축기(11)에 의하여 압축된 VOC는 오일 저장탱크(OT) 내부 공간으로 유입되면서 압력이 저하되어, 줄-톰슨 효과에 의해 냉각될 수 있다.

따라서 LVOC의 리턴으로 인하여 오일 저장탱크(OT) 내부 온도를 다소 떨어뜨리는 것이 가능하며, 이를 통해 VOC의 발생을 억제할 수 있다. 다만 오일 저장탱크(OT)는 점도가 높아지는 것을 방지할 필요가 있는데, 오일을 저장한 선박(S)의 항로 온도(적도 항로의 경우 30도 이상), 오일 저장탱크(OT) 내에 채워져 있는 오일의 양(최대 98%) 등을 고려할 때, LVOC의 리턴에도 불구하고 별도의 히팅이 요구되는 것은 아니다.

VOC 배출라인(13)에서 VOC 압축기(11)의 상류에는 CO2 흡착기(133)가 마련될 수 있다. CO2 흡착기(133)는 VOC에서 CO2를 제거하여 후술할 혼합기(27)로 전달한다. 즉 VOC 압축기(11)는 CO2 흡착기(133)에 의하여 CO2가 제거된 VOC를 압축할 수 있다.

VOC는 원유 등의 오일에서 휘발한 성분으로, 앞서 설명한 바와 같이 프로판, 부탄 등의 헤비카본(중탄화수소)이 주요 성분이다. 그런데 본 발명은 VOC를 LNG 등의 가스연료와 함께 엔진(ME, GE, DE)에 공급하고자 하는데, 가스연료로 구동하는 엔진(ME, GE, DE)은 메탄가에 의해 효율이 조절되므로, 메탄가가 낮은 VOC의 다량 유입 시 엔진(ME, GE, DE) 가동 효율이 저하될 우려가 있다.

또한 VOC는 가스연료와 열교환 및/또는 혼합되어 엔진(ME, GE, DE)에 공급되는데, 이 경우 VOC에 포함되는 CO2로 인하여 저온부식이 발생할 수 있다.

따라서 본 발명은, 압축 전의 VOC에서 CO2를 흡착 제거함으로써, 가스연료에 혼합되는 VOC의 메탄가를 다소 높여줄 수 있고, 또한 열교환기(16)나 혼합기(27)에서의 저온부식 문제를 해소할 수 있다.

CO2 흡착기(133)는 현재 알려져 있는 다양한 방식을 이용하여 CO2를 VOC로부터 제거할 수 있으므로, CO2 흡착기(133)의 구체적인 구성은 특별히 한정하지 않는다. 또한 CO2 흡착기(133)는 용어 표현에도 불구하고 흡착 외의 방법으로 CO2를 제거하는 구성일 수 있음은 물론이다.

가스연료 처리부(20)는, LNG 등의 가스연료를 엔진(ME, GE, DE)에 공급한다. 본 발명은 가스연료 외에 VOC가 혼합되어 엔진(ME, GE, DE)에 공급될 수 있으며, 이를 위해 가스연료 처리부(20)는 혼합기(27)를 포함한다.

혼합기(27)는 VOC를 가스연료와 혼합하여, 선박(S)에 탑재되는 엔진(ME, GE, DE) 등에 공급할 수 있다. 이때 혼합기(27)로 전달되는 VOC는 앞서 설명한 기액분리기(17)에서 분리되는 기상의 VOC(SVOC)일 수 있다.

혼합기(27)로 유입된 기상의 VOC는 VOC 압축기(11)에 의해 압축된 후 기액분리된 것으로서, 가스연료와 혼합된 후 필요 시 엔진(ME, GE, DE)에 적합한 온도 및 압력을 갖도록 상태가 조절된 뒤 엔진(ME, GE, DE) 등으로 공급될 수 있다.

이를 위해 가스연료 처리부(20)는 가스연료 펌프(21)나 가스연료 기화기(22) 등을 포함할 수 있으며, 위 구성들은 혼합기(27)의 상류 및/또는 하류 등에 적절히 배치될 수 있다.

가스연료 처리부(20)는 가스연료 저장탱크(GT)에서 혼합기(27)로 연결되는 가스연료 공급라인(23)을 포함할 수 있으며, 본 발명에서 엔진(ME, GE, DE)은 기본적으로 가스연료로 가동하는 타입임을 고려할 때, 혼합기(27)에서 엔진(ME, GE, DE)까지의 라인은 가스연료 공급라인(23)으로 지칭될 수 있다.

가스연료 저장탱크(GT)에서 혼합기(27)로 연결되는 라인은, 액상의 가스연료가 흐르는 가스연료 공급라인(23)과 함께 또는 가스연료 공급라인(23)을 대신하여, 기상의 가스연료인 증발가스가 흐르는 증발가스 공급라인(26)을 포함할 수 있다.

이 경우 액상의 가스연료와 기상의 가스연료에 대해 메탄가가 서로 다름을 고려하여, 엔진(ME, GE, DE)의 로드에 따라 VOC의 혼합비율 외에 가스연료 중 액상과 기상의 혼합비율 또한 조절될 수 있다. 따라서 엔진(ME, GE, DE)에 유입되는 연료의 메탄가가 적절하게 유지될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, VOC를 압축한 뒤 SVOC는 가스연료와 혼합하여 엔진(ME, GE, DE) 등으로 공급하고, LVOC는 오일 저장탱크(OT)로 복귀시킴으로써, VOC의 대기 배출을 억제하고 가스연료의 사용량을 절감할 수 있다.

도 16은 본 발명의 제13 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 16을 참고하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 앞선 제12 실시예와 대비할 때 VOC 처리부(10)의 구성이 달라질 수 있다.

본 실시예에서 VOC 처리부(10)는, 열교환기(16), VOC 저장탱크(15)를 더 포함한다. 열교환기(16)는, 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 냉각한다. 이때 열교환기(16)가 VOC를 냉각하는데 사용하는 냉매는 가스연료, 가스연료의 기화에 사용되는 열매(글리콜워터, 해수, 청수 등), 및/또는 선박(S) 내에서 사용되는 쿨링용 청수 등일 수 있지만, 특별히 한정하지 않는다. 다만 이하 본 실시예에서는 편의상 열교환기(16)가 가스연료로 VOC를 냉각하는 것을 한정하여 설명한다.

열교환기(16)는 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 가스연료와 열교환하여 냉각한다. 이를 위해 가스연료 공급라인(23)은, 가스연료 저장탱크(GT)에서 분기되어 열교환기(16) 및 혼합기(27)로 각각 연결될 수 있다.

또는 도면과 달리, 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 액상의 가스연료는 가스연료 공급라인(23)을 통해 혼합기(27)로 전달되어 VOC와 혼합 후 엔진(ME, GE, DE)으로 공급되며, 가스연료 저장탱크(GT) 내에서 증발된 기상의 가스연료는 증발가스 공급라인(26)을 통해 열교환기(16)로 전달되어 VOC와 열교환 후 가스연소장치(GCU, 도시하지 않음) 등에 의해 연소될 수 있다.

즉 가스연료 저장탱크(GT)에서 혼합기(27)로는 가스연료 공급라인(23)이 연결되고, 가스연료 저장탱크(GT)에서 열교환기(16)로는 증발가스 공급라인(26)이 연결될 수 있다.

이 경우 열교환기(16)는 VOC 압축기(11)의 하류에 마련되어 약 10bar로 압축된 VOC를 가스연료로 냉각할 수 있고, 냉각된 VOC의 온도는 약 -20도씨 내외일 수 있다. 물론 VOC의 온도 및 압력 수치를 상기로 한정하는 것은 아니다.

기액분리기(17)는 열교환기(16)의 하류에 마련되어 냉각된 VOC를 기액분리할 수 있으며, VOC는 압축에 의해 비등점이 상승한 후 냉각되어 기액분리기(17)로 전달되므로, 본 실시예는 VOC의 액화율을 높일 수 있다. 이때 기액분리기(17)는, LVOC를 오일 저장탱크(OT)로 회수하거나, 및/또는 VOC 저장탱크(15)로 전달할 수 있다.

VOC 저장탱크(15)는, 열교환기(16)에서 냉각된 후 기액분리기(17)에서 분리된 액상의 VOC인 LVOC를 저장한다. 물론 오일의 로딩 시 VOC 저장탱크(15)는 기액분리기(17)에서 분리된 기상의 VOC인 SVOC도 함께 저장할 수 있다.

오일 저장탱크(OT)는 휘발될 VOC 외에 기타 원유 성분을 수용할 수 있지만, VOC 저장탱크(15)는 오일에서 휘발된 중탄화수소 성분만을 저장해 두기 때문에, VOC 저장탱크(15)를 활용하여 VOC를 가스연료에 혼합하면, 엔진(ME, GE, DE)으로의 공급 제어가 보다 용이해질 수 있다.

기액분리기(17)에서 VOC 저장탱크(15)로는 VOC 저장라인(151)이 연결될 수 있으며, VOC 저장탱크(15)에서 혼합기(27)로는 VOC 공급라인(152)이 연결된다. VOC 저장탱크(15)는 액상의 VOC를 저장할 수 있는데, 액상의 VOC는 외부로부터의 열 침투 등의 요인으로 인해 자연기화될 수 있다.

이 경우 VOC 공급라인(152)에는 VOC 저장탱크(15)에서 기화된 VOC가 흐를 수 있고, 액상의 VOC는 VOC 저장탱크(15)에 잔류해 있다가 필요 시 오일 저장탱크(OT)로 회수되거나, 별도의 가열원을 통해 기화되어 혼합기(27)로 전달될 수 있다.

VOC 저장탱크(15)는, 열교환기(16)에서 과냉된 후 기액분리기(17)에서 분리된 저온 액상의 VOC를 저장받을 수 있고, 이 경우 VOC 저장탱크(15)에서의 추가 증발이 억제되어 VOC 저장탱크(15) 내부의 압력 상승이 최소화될 수 있다.

본 실시예는 가스연료가 혼합기(27)로 전달되거나 열교환기(16)로 공급되는데, 열교환기(16)로 공급되는 가스연료의 양이 줄어들면 VOC의 냉각이 덜 이루어져서, 기액분리기(17)나 VOC 저장탱크(15)로부터 혼합기(27)로 공급되는 SVOC가 증가한다.

반대로 열교환기(16)로 공급되는 가스연료의 양이 줄어들면 VOC의 냉각이 충분히 이루어지게 되므로, 혼합기(27)로 공급되는 SVOC의 양이 줄어들 수 있다.

즉 본 실시예는 열교환기(16)로 공급되는 가스연료의 양이 혼합기(27)로 유입되는 VOC의 양을 결정하는데 사용될 수 있는바, 열교환기(16)를 향하는 가스연료의 흐름은, 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC의 양, VOC 압축기(11)의 부하, VOC 저장탱크(15)의 레벨, 내압 등에 따라 제어될 수 있다.

도 17은 본 발명의 제14 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 17을 참조하면, 본 실시예는 앞선 제13 실시예와 달리, 열교환기(16)에서 VOC에 의하여 가열된 가스연료가 혼합기(27)로 전달될 수 있다. 이를 위해 가스연료 공급라인(23)은, 열교환기(16)를 경유하여 혼합기(27)로 연결된다.

이 경우 열교환기(16)는 액상의 가스연료를 이용하여 VOC를 냉각할 수 있으며, 특히 열교환기(16)는, 가스연료를 이용하여 VOC를 과냉시켜서 후술할 VOC 저장탱크(15)에 전달할 수 있다. 이때 열교환기(16)는 VOC를 -40도씨 내외로 과냉시킬 수 있다.

VOC가 과냉되는 경우 VOC에 포함된 CO2로 인해 Hydrate가 생성될 우려가 있지만, 이는 앞서 설명한 CO2 흡착기(133)에 의하여 VOC 내의 CO2가 제거됨에 따라 해소될 수 있다.

본 실시예는 열교환기(16)의 냉각(과냉)을 위해 액상의 가스연료를 사용할 수 있으며, 가스연료 저장탱크(GT) 내에서 증발한 기상의 가스연료는, 증발가스 공급라인(26)을 통하여 보조보일러나 IGG 등과 같은 기타수요처(DE)로 공급될 수 있다.

즉 액상의 가스연료보다 온도가 다소 높은 기상의 가스연료는, VOC와 열교환하지 않고 소비되도록 마련될 수 있고, VOC는 액상의 가스연료로만 냉각될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 저온의 가스연료를 VOC로 가열해줄 수 있으므로, 가스연료의 기화에 사용되는 에너지를 절감할 수 있다.

또한 본 실시예는 동시에 VOC를 냉각(과냉)하여 LVOC로 저장해 둠으로써, VOC의 혼합 유량을 효과적으로 조절하여 메탄가를 맞춰 엔진(ME, GE, DE) 가동 효율을 보장할 수 있다.

도 18은 본 발명의 제15 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 제15 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, VOC가 공급되는 엔진(ME, GE, DE)이 제한될 수 있다. 도면과 같이 혼합기(27)로부터 VOC와 가스연료를 공급받는 엔진(ME, GE, DE)은 발전엔진(GE) 등일 수 있으며, 선박(S)의 추진을 위해 마련되는 메인엔진(ME)은 VOC의 혼합 없이 가스연료를 공급받을 수 있다.

메인엔진(ME)이 XDF일 경우, 메인엔진(ME)의 요구 메탄가는 60MN 이상일 수 있다. 그런데 VOC의 메탄가는 20MN 전후이므로, VOC를 가스연료에 혼합하면 메인엔진(ME)으로 유입되는 연료의 메탄가가 충분하지 않아 문제될 수 있다.

물론 앞선 실시예에서는 CO2 흡착기(133), 메탄가가 높은 기상의 가스연료인 증발가스 공급 등을 통해 메탄가를 맞춰줄 수 있지만, VOC의 공급량이 균일하지 않음을 고려할 때 메인엔진(ME)에 유입되는 연료의 메탄가는 변동될 수 있다.

따라서 본 실시예는, 오일 저장탱크(OT)에 저장된 오일의 저장량, 항로 온도 등의 변수에 의하여 VOC의 혼합량이 변동되어 메인엔진(ME)의 출력이 흔들리는 것을 방지하기 위하여, 메인엔진(ME)은 VOC 혼합 없이 가스연료만으로 가동되도록 한다.

이를 위해 가스연료 공급라인(23) 및/또는 증발가스 공급라인(26)은, 혼합기(27)의 상류에서 분기되어 메인엔진(ME) 및 발전엔진(GE)으로 각각 연결될 수 있다. 즉 혼합기(27)의 하류에는 메인엔진(ME)이 마련되지 않고 발전엔진(GE)과 기타수요처(DE) 등이 배치될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 VOC가 메인엔진(ME)으로 전달되는 가스연료에는 혼합되지 않도록 하고 발전엔진(GE) 및/또는 기타수요처(DE)에만 공급되도록 하여, 메인엔진(ME)의 출력이 흔들리는 것을 억제하여 선박(S)의 항해 안정성을 확보할 수 있다.

도 19는 본 발명의 제16 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 19를 참조하면, 본 발명의 제16 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, VOC 압축기(11)를 다단으로 마련하며, VOC 압축기(11) 사이에 인터쿨러(111)를 둘 수 있다.

VOC 압축기(11)는 VOC를 다단 압축하도록 복수 개로 마련될 수 있으며, 이 경우 기액분리기(17)로 유입되는 VOC의 압력은 앞선 실시예에서의 압력보다 높을 수 있다. 따라서 본 실시예는 VOC의 추가 압축을 통해 VOC의 비등점을 높여서 LVOC를 더욱 많이 생산할 수 있다.

인터쿨러(111)는, 복수 개의 VOC 압축기(11) 사이에 마련되어 VOC를 냉각한다. 이때 인터쿨러(111)가 VOC의 냉각에 사용하는 냉매는 제한되지 않으며, 앞선 실시예의 열교환기(16)에서 설명한 것과 같이 가스연료를 인터쿨러(111)에서의 냉매로 활용할 수 있다.

이 경우 가스연료 공급라인(23) 및/또는 증발가스 공급라인(26)은, 가스연료 저장탱크(GT)에서 인터쿨러(111)를 경유하도록 마련될 수 있고, 이후 혼합기(27)로 연결될 수 있다.

인터쿨러(111)는, VOC 압축기(11)에 의해 1차로 압축된 VOC를 가스연료 등으로 냉각하며, 냉각된 VOC 중 적어도 일부를 VOC 저장탱크(15)로 회수할 수 있다. 이때 VOC 저장탱크(15)로 회수되는 VOC는 LVOC일 수 있고, 인터쿨러(111)는 냉각 및 기액분리의 기능을 수행할 수 있는 구조일 수 있다.

인터쿨러(111)에서 VOC 저장탱크(15)로는 VOC 저장라인(151)이 연결될 수 있으며, 인터쿨러(111)는 가스연료 등을 VOC와 열교환하여 VOC를 냉각하고, 냉각된 VOC 중 액상의 VOC를 VOC 저장탱크(15)로 회수할 수 있다.

이때 인터쿨러(111)는 앞선 열교환기(16)에서 설명한 것처럼, 가스연료를 통해 VOC를 과냉시켜서 VOC 저장탱크(15)에 VOC가 과냉 상태로 회수되도록 함으로써 SVOC의 발생을 억제할 수도 있다.

또한 인터쿨러(111)는, 냉각된 VOC 중 적어도 일부인 LVOC 등을, VOC 저장탱크(15) 외에 오일 저장탱크(OT)로도 회수할 수 있고, 이를 위해 인터쿨러(111)에서 오일 저장탱크(OT)로 VOC 회수라인(171)이 연결될 수도 있다.

이와 같이 본 실시예는, VOC 압축기(11)를 다단으로 구비하여 기액분리기(17)에서 LVOC의 회수율을 더 높일 수 있고, VOC 압축기(11) 사이에서 마련되는 인터쿨러(111)에서도 LVOC를 회수할 수 있으므로, VOC를 액화하는 구성을 별도로 마련하지 않더라도 VOC의 회수 효율을 충분히 향상시킬 수 있다.

도 20은 본 발명의 제17 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 제17 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 가스연료 처리부(20)가 가스연료 기화기(22)를 구비하며, 열교환기(16)와 가스연료 기화기(22)가 간접 연결될 수 있다.

가스연료 기화기(22)는, 가스연료 저장탱크(GT)에서 혼합기(27)로 연결되는 가스연료 공급라인(23) 상에 마련되며, 가스연료를 열매로 가열한다. 가스연료 기화기(22)는 제한되지 않는 다양한 종류의 열매를 이용하여, 가스연료 저장탱크(GT)에서 배출되는 액상(또는 기상)의 가스연료를 가열할 수 있으며, 일례로 열매는 해수, 스팀, 글리콜워터 등일 수 있다.

이를 위하여 가스연료 기화기(22)에는, 열매를 공급하기 위한 열매 공급부(221)가 마련될 수 있다. 열매 공급부(221)는 열매를 순환하는 라인(부호 도시하지 않음)과 열매를 펌핑하는 열매 펌프(도시하지 않음), 열매 히터(도시하지 않음) 등의 구성을 포함할 수 있다.

VOC 압축기(11)에 의하여 압축된 VOC를 냉각하는 열교환기(16)는, 가스연료 기화기(22)의 열매를 이용할 수 있다. 즉 열매 순환 라인은, 가스연료 기화기(22)에 일측이 연결되고 열교환기(16)에 타측이 연결된다.

이때 열매는, 가스연료 기화기(22)에서 가스연료를 가열하면서 냉각된 후, 열교환기(16)로 유입되어 VOC를 냉각시킬 수 있다. 따라서 본 실시예는 가스연료에 의하여 냉각된 열매가 VOC와의 열교환에 의해 가열될 수 있으므로, 열매 히터를 생략하거나 최소화할 수 있다.

물론 열매 공급부(221)는, 열매가 열교환기(16)로 공급되는 유량에 따라 열매 히터의 부하 및/또는 열매 순환 라인에서 열매 히터에 유입되거나 열매 히터를 우회하는 유량 등을 적절히 조절할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, VOC의 냉각 시 가스연료의 기화에 사용되는 열매를 활용함으로써 에너지 절감을 구현할 수 있다.

도 21은 본 발명의 제18 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 제18 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, VOC 처리부(10)가 VOC 펌프(154), VOC 분사기(1572)를 포함한다.

VOC 펌프(154)는, 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 가압한다. 오일 저장탱크(OT)에서 VOC 펌프(154)까지는 VOC 배출라인(13)이 연결될 수 있고, VOC 펌프(154)는 기상 또는 액상으로 VOC 배출라인(13)을 따라 배출된 VOC를 적정 압력으로 가압한다.

또는 본 실시예는, VOC 펌프(154)를 대신하여 VOC 압축기(11)를 사용할 수도 있다. 즉 VOC는 오일 저장탱크(OT)에서 기체 상태로 휘발되어 VOC 배출라인(13)을 통해 배출될 수 있으므로, VOC 배출라인(13)에는 VOC의 상태를 고려하여 VOC의 승압이 가능한 모든 구성이 마련 가능하다.

즉 VOC 펌프(154)와 VOC 압축기(11)가 한꺼번에 구비될 수도 있고, 일례로 VOC 배출라인(13)에 기액분리기(17)가 배치되며, 기액분리기(17)의 하류에서 VOC 펌프(154)와 VOC 압축기(11)가 병렬로 마련되어, 기액분리기(17)에서 분리된 LVOC는 VOC 펌프(154)로, SVOC는 VOC 압축기(11)로 전달될 수 있다. 참고로 이하에서 설명하는 VOC 펌프(154)는, VOC 압축기(11)로 치환되거나 또는 VOC 펌프(154)와 VOC 압축기(11) 세트로 치환될 수 있다.

VOC 분사기(1572)는, 가압/압축된 VOC를 오일 저장탱크(OT) 내에 리턴한다. 가압된 VOC의 압력은 2 내지 10bar(일례로 3bar 내외)일 수 있으며, VOC 분사기(1572)는 가압된 VOC를 오일 저장탱크(OT) 내에 리턴시켜 주어 VOC의 감압을 구현할 수 있다.

특히 VOC 분사기(1572)는, 오일 저장탱크(OT) 내부에 분무 형태로 VOC를 분사하여, 분사된 VOC가 감압에 의해 냉각되어 오일 저장탱크(OT) 내의 오일 온도를 낮추도록 할 수 있다.

즉 VOC 분사기(1572)는, VOC 펌프(154) 등에 의하여 가압된 VOC를 오일 저장탱크(OT) 내부에 뿌려주는 스프레이로서, 이때 분사되는 VOC는 압력이 오일 저장탱크(OT) 내압으로 수렴함에 따라 감압되면서 줄-톰슨 효과에 의해 냉각될 수 있다. 따라서 리턴되는 동시에 냉각된 VOC에 의해, 오일 저장탱크(OT) 내부에서의 VOC 발생량이 억제될 수 있는 것이다.

VOC 펌프(154) 등에서 VOC 분사기(1572)로는 VOC 리턴라인(157)이 연결될 수 있으며, VOC 리턴라인(157) 상에는 VOC 리턴밸브(1571)가 마련될 수 있다. VOC 리턴밸브(1571)는 오일 저장탱크(OT)에 저장된 오일의 온도 및/또는 압력에 따라 개도가 조절될 수 있다.

일례로 오일 저장탱크(OT) 내부에 VOC 발생량의 억제가 필요하다고 판단된 경우, VOC 리턴밸브(1571)는 충분히 개방되어 VOC가 VOC 펌프(154)를 거쳐 가압된 후 VOC 분사기(1572)에 의하여 오일 저장탱크(OT) 내에서 뿌려지도록 할 수 있다.

앞서 설명한 VOC 배출라인(13)은, VOC 펌프(154)의 상류에서 분기되어 선박(S)에 탑재되는 수요처로 연결될 수 있다. 이때 수요처는 보일러, IGG 등일 수 있으며, VOC 배출라인(13)은 오일 저장탱크(OT)에서 발생한 VOC를 가압 없이 보일러 등으로 전달할 수 있다.

이를 위해 오일 저장탱크(OT)는, 내부에서 발생하는 VOC를 축적하여 내압을 보일러의 요구압력까지 높일 수 있다. 즉 VOC 리턴밸브(1571)는, 오일 저장탱크(OT) 내부의 압력이 보일러 등의 요구압력에 도달할 때까지 개방되지 않은 상태를 유지할 수 있다.

오일 저장탱크(OT)는, 일례로 내부에서 발생하는 VOC를 축적하여 내압을 2bar 내지 3bar 이상으로 높일 수 있다. 물론 오일 저장탱크(OT)가 축적하는 내압은 보일러 등의 요구 압력에 따라 달라질 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 오일 저장탱크(OT) 내에서 발생한 VOC를 가압 후 오일 저장탱크(OT) 내부에 뿌려줌으로써 오일 저장탱크(OT)에서의 VOC 발생을 억제할 수 있다.

및/또는 본 실시예는, 오일 저장탱크(OT)의 압력을 3bar 내외까지 상승시켜서 압축 없이 free flow로 VOC를 보일러 등에 공급해 소비함으로써, VOC를 처리하기 위한 구성을 간소화할 수 있다.

도 22 내지 도 24는 본 발명의 제19 실시예에 따른 VOC 처리 시스템을 포함하는 선박의 개념도이고, 도 25는 본 발명의 제19 실시예에 따른 VOC 처리 시스템의 개념도이다.

도 22 내지 도 24에서 점선은 VOC 배출라인(13), 실선은 VOC 리턴라인(157), 일점쇄선은 벙커링 라인(BL)을 의미하며, 굵기가 굵게 표시된 부분은 유량이 존재하는 부분을 의미한다.

본 실시예에 따른 VOC 처리 시스템(1)은, 복수 개의 오일 저장탱크(OT)에 대하여 벙커링 라인(BL)에 의한 벙커링과 동시에 VOC 회수를 수행하여 VOC 배출을 원천 차단할 수 있으며, 또한 VOC 제거를 위한 장비를 별도로 마련할 필요도 없다. 이하 자세히 서술한다.

본 실시예는 VOC 압축기(11)(VOC 펌프(154)로 대체될 수 있음은 물론이다.)가 오일 저장탱크(OT)에 오일을 로딩할 때 발생하는 VOC를 가압한다. 앞선 실시예는 이미 오일이 적재된 오일 저장탱크(OT)로부터 발생한 VOC를 VOC 압축기(11)가 압축하게 되는 반면, 본 실시예는 벙커링과 동시에 VOC 압축이 이루어질 수 있다.

구체적으로 VOC 압축기(11)는, 도 22에 나타난 바와 같이 로딩 중인 제1 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 압축하여 로딩 전인 제2 오일 저장탱크(OT)로 전달한다. 이하에서 제1, 제2는 벙커링 순서에 따라 번호를 부여한 것이지만 이로 한정되진 않는다. 또한 제2 오일 저장탱크(OT)는 두 번째가 아닌 세 번째 또는 그 이상을 의미할 수 있다.

종래의 경우 벙커링 시 다량으로 발생하는 VOC는 태워 버려지거나 불필요하게 소비되었는데, 본 실시예는 VOC를 회수하여 VOC의 연소 등이 필요없게 된다.

본 실시예는 로딩 중인 오일 저장탱크(OT)에서 발생한 VOC를, 로딩 전의 비어있는 오일 저장탱크(OT)로 전달한다. 이때 VOC는 VOC 압축기(11)에 의하여 압축된 후 빈 상태의 오일 저장탱크(OT)로 전달됨에 따라, 오일 저장탱크(OT)의 내압보다는 높은 압력으로 공급되나, VOC가 유입되는 오일 저장탱크(OT)는 비어있으므로, 높은 압력의 VOC가 유입되더라도 VOC는 부피 팽창으로 감압될 수 있어 문제되지 않는다.

VOC 압축기(11)는, 도 23에 나타난 바와 같이 이미 VOC가 유입된 제2 오일 저장탱크(OT)의 로딩 시, 제2 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC를 압축하여 제1 오일 저장탱크(OT)로 회수한다.

즉 로딩되는 오일 저장탱크(OT)에서 발생한 VOC는 빈 오일 저장탱크(OT)로 전달되고, VOC를 전달받은 오일 저장탱크(OT)에 로딩이 이루어질 경우 로딩 과정에서 생성되는 VOC는 로딩이 일정수준(VOC가 오일 내로 회수되면서 충분히 흡수될 수 있을 정도로서 50 내지 80%) 이상 완료된 오일 저장탱크(OT) 및/또는 비어있는 다른 오일 저장탱크(OT)로 회수될 수 있다.

제1 오일 저장탱크(OT)의 로딩 시와는 달리, 제2 오일 저장탱크(OT)는 VOC가 이미 채워져 있는데, 오일이 로딩되면서 VOC는 오일 내로 섞이게 될 수 있다. 이로 인해 제2 오일 저장탱크(OT)는 로딩 시 발생하는 VOC의 양이, 제1 오일 저장탱크(OT)의 로딩 시 발생하는 양보다 적을 수 있다.

따라서 VOC 압축기(11)는, 가장 처음 오일 저장탱크(OT)에 로딩하는 경우 대비, 두 번째 이후로 오일 저장탱크(OT)에 로딩할 때에는 처리해야 하는 VOC의 양이 달라지므로 부하 또는 가동 대수가 줄어들 수 있다.

제2 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC는, VOC 압축기(11)에서 압축되고 필요에 따라 인터쿨러(111), VOC 액화기(14) 등을 이용해 냉각되며, 제1 오일 저장탱크(OT)에서 오일 내부로 회수된다.

즉 VOC 압축기(11)에서 오일 저장탱크(OT)의 내부로 연결되는 VOC 리턴라인(157)은, 오일 저장탱크(OT)의 내부 하측까지 연장되어, 회수되는 VOC가 오일 내로 유입되도록 할 수 있다. 이를 통해 VOC가 회수된 후 다시 VOC 배출이 일어나지 않게 된다.

다만 본 실시예는 도면과 달리, 앞선 도 21을 통해 설명한 실시예처럼 VOC 리턴라인(157)은 오일 저장탱크(OT)의 내부 상측까지만 연장되고, 오일 저장탱크(OT)의 내부 하측까지 연장된 벙커링 라인(BL)을 활용하기 위해, VOC 배출라인(13)에서 벙커링 라인(BL)으로 VOC 전달라인(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.

이 경우 VOC 전달라인과 VOC 배출라인(13), VOC 리턴라인(157)에서의 압력, 유량 등을 효율적으로 조절하기 위해, VOC 전달라인에도 VOC 압축기(11)가 마련될 수 있으며, 다만 VOC 배출라인(13)에 마련된 것과는 제원이 상이할 수 있다.

물론 위와 달리, VOC 전달라인은 VOC 배출라인(13)이 연결되는 VOC 압축기(11)의 하류에서 VOC 리턴라인(157)으로부터 분기되도록 마련되어 VOC 압축기(11)를 공유할 수도 있지만, 이로 한정되지 않는다.

다만 이 경우에는 벙커링 라인(BL)의 일부를 VOC 회수로 사용하게 되므로, VOC가 오일 내로 회수되는 오일 저장탱크(OT)는 벙커링이 완료된 것으로 제한될 수 있다.

본 실시예에서 마지막으로 로딩되는 오일 저장탱크(OT)에서 발생하는 VOC는, 도 24에서 나타난 바와 같이 나머지 중 적어도 일부의 오일 저장탱크(OT)들로 나누어 회수될 수 있다.

마지막 오일 저장탱크(OT)에는 VOC가 채워져 있다가, 오일이 로딩되면서 오일에 의해 흡수되고 일부 VOC는 다른 오일 저장탱크(OT)에 로딩된 오일 내부로 회수/흡수된다.

물론 마지막 오일 저장탱크(OT)의 로딩이 아니더라도, 오일이 일정 수준 이상 채워진 오일 저장탱크(OT)가 하나 이상인 상황에서 새로운 오일 저장탱크(OT)에 로딩이 발생하는 경우(세 번째 오일 저장탱크(OT)의 로딩)에는, VOC가 압축/냉각 후 분배 회수될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 최종적으로 모든 오일 저장탱크(OT)의 로딩을 완료하였더라도 VOC를 외부로 배출하는 공정이 없게 되며, 오일 저장탱크(OT) 내부에는 오일과 LVOC가 주로 존재하게 된다.

본 실시예는 도 25에 나타난 바와 같이, VOC 압축기(11)가 마련되는 VOC 배출라인(13) 및 VOC 리턴라인(157)에, 압력계(부호 도시하지 않음), 유량계(부호 도시하지 않음), 온도계(부호 도시하지 않음) 등의 센서가 마련될 수 있고, 센서에 의하여 VOC 유량의 제어를 구현하는 각종 밸브(부호 도시하지 않음)가 조절될 수 있다.

즉 본 실시예는, 선적 시 지속적으로 발생하는 VOC를 VOC 펌프(154)나 VOC 압축기(11)로 가압하고 적정 온도로 냉각한 뒤, 아직 로딩이 이루어지지 않은 비어있는 오일 저장탱크(OT)로 나누어 옮겨두고, 옮겨진 VOC는 적정량을 선적한 오일 저장탱크(OT)의 하부로 주입시켜, 오일에 VOC를 재흡수시키게 된다.

본 실시예는 이러한 과정을 반복하여 최종적으로 선적 종료 시 선적 간에 발생한 모든 VOC가 오일에 흡수된 상태가 되도록 할 수 있는바, VOC의 배출을 원천 차단하여 환경규제 대응 및 OPEX 감소 효과를 거둘 수 있다.

본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 적어도 어느 하나의 실시예와 공지기술의 조합 또는 적어도 둘 이상의 실시예의 조합 등에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

S: 선박 OT: 오일 저장탱크
GT: 가스연료 저장탱크 ME: 메인엔진
GE: 발전엔진, 보조엔진 DE: 기타수요처
1: VOC 처리 시스템 10: VOC 처리부
11: VOC 압축기 11a: 제1 VOC 압축기
11b: 제2 VOC 압축기 111: 인터쿨러
12: 리포머 13: VOC 배출라인
13a: 제1 VOC 배출라인 13b: 제2 VOC 배출라인
13c: 제3 VOC 배출라인 131: 유량계
132: 압력계 133: CO2 흡착기
14: VOC 액화기 15: VOC 저장탱크
151: VOC 저장라인 152: VOC 공급라인
153: 압력계 154: VOC 펌프
155: 보조탱크 156: 유량계
157: VOC 리턴라인 1571: VOC 리턴밸브
1572: VOC 분사기 158: VOC 고압펌프
159: VOC 기화기 16: 열교환기
16a: 제1 열교환기 16b: 제2 열교환기
17: 기액분리기 17a: 제1 기액분리기
17b: 제2 기액분리기 171: VOC 회수라인
20: 가스연료 처리부 21: 가스연료 펌프
22: 가스연료 기화기 221: 열매 공급부
23: 가스연료 공급라인 231: 유량계
232: 가스 분석기 233: 압력계
234a, 234b: 압력조절밸브 235: 가스연료 리턴라인
236: 가스연료 리턴밸브 24: 가스연료 고압펌프
25: 가스연료 분기라인 251: 가스연료히터
252: 압력조절밸브 26: 증발가스 공급라인
27: 혼합기 28: 가스연료 액화기
30: 제어부 40: 해수 펌프

Claims (6)

1. 복수 개의 오일 저장탱크를 갖는 선박에 대해 외부로부터 벙커링 라인을 통하여 상기 각 오일 저장탱크에 오일을 벙커링하는 동시에 VOC 회수를 수행하는 시스템으로서,
   오일을 적재하는 복수 개의 상기 오일 저장탱크; 및
   상기 오일 저장탱크에 오일을 로딩할 때 발생하는 VOC를 가압하는 VOC 압축기를 포함하며,
   상기 VOC 압축기는,
   로딩 중인 적어도 어느 하나의 상기 오일 저장탱크에서 발생하는 VOC를 압축하여 로딩 전인 적어도 다른 하나의 상기 오일 저장탱크로 전달하며,
   로딩 전에 VOC가 유입된 상기 오일 저장탱크의 로딩 시 발생하는 VOC를 압축하여, 로딩 전인 적어도 또 다른 하나의 상기 오일 저장탱크 또는 로딩이 일정수준 완료된 적어도 어느 하나의 상기 오일 저장탱크의 오일 내부로 회수하는 것을 특징으로 하는 VOC 처리 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 오일 저장탱크에서 상기 VOC 압축기로 연결되는 VOC 배출라인; 및
   상기 VOC 압축기에서 상기 오일 저장탱크의 내부로 연결되는 VOC 리턴라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 VOC 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 VOC 리턴라인은,
   상기 오일 저장탱크의 내부 하측까지 연장되는 것을 특징으로 하는 VOC 처리 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 VOC 압축기는,
   마지막으로 로딩되는 상기 오일 저장탱크에서 발생하는 VOC를 압축하여 나머지의 상기 오일 저장탱크들로 나누어 회수하는 것을 특징으로 하는 VOC 처리 시스템.
6. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 상기 VOC 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
   

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