KR102111503B1 - Fuel Supply System of Eco-friendly Ship - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 친환경 선박의 연료공급시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화되는 선박 온실가스 규제를 준수할 수 있도록, 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 엔진으로 공급하되, SCR 반응에 필요한 암모니아와 엔진의 연료로써 공급되는 암모니아를 저장 및 공급하는 시스템을 하나로 통합 구축한, 친환경 선박의 연료공급시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel supply system for an eco-friendly ship, and more specifically, to selectively comply with the ship's GHG regulations, which are step-by-step reinforced by major origins by 2050, ships by selectively or mixing ammonia fuel with existing fuel It is related to the fuel supply system of an eco-friendly ship, which is integrated into a system that stores and supplies ammonia necessary for SCR reaction and ammonia supplied as fuel for the engine in one unit.
지구온난화 및 기후변화 방지를 위한 환경규제 대비 측면에서 국제적인 선박 배출가스 규제 강화로 인해 세계 각국은 친환경, 저탄소연료 사용 선박 개발에 주력하고 있다.In order to prevent global warming and climate change, countries around the world are focusing on developing eco-friendly and low-carbon fueled vessels by strengthening international ship emission regulations.
그리고 전 세계적인 기후변화와 대기오염 증대에 따라 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization), 유럽연합, 미국 등에서 선박으로부터 배출되는 오염물질에 대한 규제가 대폭 강화될 예정이다.In addition, regulations on pollutants emitted from ships from the International Maritime Organization (IMO), the European Union, and the United States will be significantly strengthened as global climate change and air pollution increase.
그동안 기존의 화석연료를 대체할 연료로서 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 사용하는 방법이 가장 유력하게 고려되어 왔다. 실제로 LNG 선박은 지난해 2018년 9월 기준 432척 이상이 운항중으로 SOx와 NOx의 저감에 큰 역할을 하고 있다. (HFO 대비 SOx 92% 저감, NOx 80% 저감)In the meantime, the method using liquefied natural gas (LNG) as a fuel to replace the existing fossil fuel has been considered as the most promising. In fact, as of September 2018, more than 432 LNG carriers are in operation, which plays a large role in reducing SOx and NOx. (92% reduction in SOx compared to HFO, 80% reduction in NOx)
LNG 연료의 단점은, LNG 벙커 항구, 벙커링 선박 등 관련 인프라 구축이 미흡하고, LNG 연료의 가격변동성, LNG 엔진의 메탄 슬립 문제로 온실가스의 증가 우려, 누출이나 화재·폭발의 위험도 상존한다는 것이다.The disadvantages of LNG fuels are that the related infrastructure such as LNG bunker ports and bunkering vessels is insufficient, and the price volatility of LNG fuel and the methane slip problem of LNG engines may increase greenhouse gases, and there is also the risk of leakage, fire, and explosion.
현재, 국제해사기구(IMO)가 발표한 선박 온실가스와 이산화탄소 저감 목표는 다음과 같다. Currently, the goals of the ship's greenhouse gas and carbon dioxide reduction announced by the International Maritime Organization (IMO) are:
1) 선박 온실가스(Greenhouse Gas) 배출 저감 목표: 2008년 국제해운(International Shipping)의 온실가스(GHG, Greenhouse Gas) 배출 대비, 2050년까지 50% 저감을 목표로 추구하고 있다. (참고로, 온실가스에 포함되는 가스는 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 오존(O3), 염화불화탄소(CFCs) 등)1) Ship Greenhouse Gas 목표 Emission Reduction Target: Compared with 2008 International Shipping's Greenhouse Gas (GHG) emissions, we are aiming to reduce 50% by 2050. (For reference, the gases contained in greenhouse gases are methane (CH4), carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), ozone (O3), chlorofluorocarbons (CFCs), etc.)
2) 탄소 집약도(Carbon Intensity) 저감 목표: 선박 운송작업(Transport Work) 당 이산화탄소(CO2) 배출량을 2008년 국제 해운(International Shipping) 대비, 2030년까지 40% 저감, 2050까지 70% 저감을 목표로 추구하고 있다.2) Carbon Intensity Reduction Target: Aims to reduce carbon dioxide (CO2) emissions per shipping work compared to 2008 International Shipping by 40% by 2030 and 70% by 2050. To pursue.
향후 선박의 온실가스 배출 규제가 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화됨에 따라, 기존의 엔진 및 연료만으로는 온실가스 규정을 준수하기 어려울 것으로 전망된다.It is expected that it will be difficult to comply with greenhouse gas regulations with existing engines and fuels alone, as the ship's GHG emission regulations will be gradually strengthened by major bases by 2050.
이는 현재 선박 온실가스 배출 감소를 위한 대안으로 검증된 LNG 연료도 마찬가지이다. LNG 연료는 CO2의 저감에는 제한적(HFO 대비 15~25%에 불과)이라는 단점이 있기 때문에, 장기적인 관점에서는 기존의 다른 연료들과 마찬가지로 선박 온실가스 규제를 준수하기 어려울 것이다.This is also true of LNG fuel, which has now been proven as an alternative to reducing ship greenhouse gas emissions. LNG fuels have the disadvantage of being limited in reducing CO 2 (only 15 to 25% of HFO), so it will be difficult to comply with ship greenhouse gas regulations in the long term, like other existing fuels.
또한, UMAS의 보고서에 따르면, 2050년까지 교역 증가에 따른 선박의 운항 증가로 LNG를 통한 배출가스의 저감이 총량 기준으로는 효과가 없을 것이고, 불연소 메탄가스의 대기 누출에 따른 악영향이 저감 효과를 상쇄시킬 것이라고 한다.In addition, according to a report by UMAS, the reduction in emissions through LNG will not be effective on a total basis due to the increase in the operation of ships due to the increase in trade until 2050, and the adverse effects of atmospheric leakage of non-combustible methane gas will be reduced. Is said to cancel.
향후 단계적으로 강화된 선박 온실가스의 배출 규제가 적용됨에 따라, 현재 사용되는 기존 화석연료의 사용이 어려울 것으로 예상되며, 앞으로 강화될 규제를 만족시킬 수 있는 대체연료의 발굴이 매우 시급하다.It is expected that the use of existing fossil fuels that are currently in use will be difficult as the emission regulations for ships that have been reinforced in stages will be applied in the future, and it is urgent to find alternative fuels that can satisfy the regulations to be strengthened in the future.
또한, 중단기적으로는 기존의 화석연료를 LNG 등의 친환경 연료로 전환하더라도 장기적으로는 더 미래지향적인 대안이 필요할 것으로 보이며, 이러한 대안은 수소, 암모니아(NH3), 바이오연료(Biofuel), 태양에너지, 풍력에너지 등과 같은 비화석연로로 선박의 연료를 대체하는 것이다.In addition, the short to medium term include Switching existing fossil fuels as an environmentally friendly fuel, LNG, etc. In the long term, likely require more future-oriented alternative, this alternative is hydrogen, ammonia (NH 3), biofuels (Biofuel), solar It is to replace the fuel of the ship with non-fossil fuels such as energy and wind energy.
본 발명은 이 중에서도 이미 육상에서 100년 이상 사용되었으며, 생산/저장/운송/공급을 모두 포함한 공급사슬(Supply Chain)이 충분히 검증된 화학물질인 암모니아를 활용하여, 향후 강화될 선박 온실가스 배출 규제를 만족시킬 수 있는 친환경 선박을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention, among them, has been used for over 100 years on the ground, and utilizes ammonia, a chemical that has been sufficiently verified in the supply chain including production / storage / transportation / supply, and regulates ship greenhouse gas emission to be strengthened in the future. It is a technical task to provide an eco-friendly ship capable of satisfying.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진; 상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인 상에 설치되어 상기 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키는 SCR 장치; 상기 엔진의 연료로써 공급되는 제1연료가 저장되는 연료 저장탱크; 및 상기 엔진의 연료 또는 상기 SCR 장치의 환원제로써 공급되는 암모니아가 저장되는 암모니아 저장탱크;를 포함하고, 상기 엔진은, 상기 연료 저장탱크에 저장되는 제1연료와 상기 암모니아 저장탱크에 저장되는 암모니아 연료를 선택적으로 공급받거나, 또는 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료가 혼합된 연료를 공급받아 구동되고, 상기 암모니아 저장탱크에 저장되는 암모니아는, 상기 엔진과 상기 SCR 장치에 선택적으로 또는 동시에 공급이 가능한 것을 특징으로 하는, 친환경 선박의 연료공급시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is an engine; An SCR device installed on an exhaust gas discharge line from which exhaust gas is discharged from the engine to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas; A fuel storage tank in which the first fuel supplied as fuel of the engine is stored; And an ammonia storage tank in which ammonia supplied as fuel of the engine or as a reducing agent of the SCR device is stored, wherein the engine includes first fuel stored in the fuel storage tank and ammonia fuel stored in the ammonia storage tank. Is selectively supplied, or is driven by receiving a fuel mixed with the first fuel and the ammonia fuel, and ammonia stored in the ammonia storage tank is capable of being selectively or simultaneously supplied to the engine and the SCR device. It provides a fuel supply system of an eco-friendly ship, characterized by.
본 발명은 상기 연료 저장탱크로부터 상기 엔진으로 제1연료를 공급하는 제1 공급라인; 상기 암모니아 저장탱크로부터 상기 엔진으로 암모니아를 공급하는 제2 공급라인; 및 상기 암모니아 저장탱크로부터 상기 SCR 장치로 암모니아를 공급하는 제3 공급라인;을 더 포함하고, 상기 암모니아는, 상기 제2 공급라인을 통해 공급될 때에는 상기 엔진의 연료로써의 역할을 하고, 상기 제3 공급라인을 통해 공급될 때에는 상기 SCR 장치의 환원제로써의 역할을 할 수 있다.The present invention is a first supply line for supplying a first fuel from the fuel storage tank to the engine; A second supply line for supplying ammonia from the ammonia storage tank to the engine; And a third supply line supplying ammonia from the ammonia storage tank to the SCR device, wherein the ammonia serves as fuel for the engine when supplied through the second supply line. 3 When supplied through the supply line, it can serve as a reducing agent for the SCR device.
본 발명은 상기 배기가스 배출라인 상에서 상기 엔진의 후단에 설치되어, 상기 배기가스 중에 포함된 온실가스를 검출하는 온실가스 분석기; 및 상기 배기가스 배출라인 상에서 상기 엔진의 후단에 설치되어, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 검출하는 NOx 분석기;를 더 포함하고, 상기 제1 공급라인을 통한 제1연료의 공급과 상기 제2 공급라인을 통한 암모니아의 공급은, 상기 온실가스 분석기에서 검출된 값을 토대로 제어되고, 상기 제3 공급라인을 통한 암모니아의 공급은, 상기 NOx 분석기에서 검출된 값을 토대로 제어될 수 있다.The present invention is installed at the rear end of the engine on the exhaust gas exhaust line, the greenhouse gas analyzer for detecting the greenhouse gas contained in the exhaust gas; And a NOx analyzer installed at the rear end of the engine on the exhaust gas exhaust line to detect nitrogen oxides contained in exhaust gas discharged from the engine; and further comprising supplying first fuel through the first supply line And supply of ammonia through the second supply line is controlled based on the value detected by the greenhouse gas analyzer, and supply of ammonia through the third supply line can be controlled based on the value detected by the NOx analyzer. have.
본 발명은 상기 제1 공급라인 상에 설치되어, 상기 엔진으로 공급되는 제1연료의 공급을 조절하는 제1 제어밸브; 상기 제2 공급라인 상에 설치되어, 상기 엔진으로 공급되는 암모니아의 공급을 조절하는 제2 제어밸브; 및 상기 제3 공급라인 상에 설치되어, 상기 SCR 장치로 공급되는 암모니아의 공급을 조절하는 제3 제어밸브;를 더 포함할 수 있다.The present invention is installed on the first supply line, the first control valve for controlling the supply of the first fuel supplied to the engine; A second control valve installed on the second supply line to regulate the supply of ammonia supplied to the engine; And a third control valve installed on the third supply line to regulate the supply of ammonia supplied to the SCR device.
본 발명은 상기 SCR 장치 후단의 배기가스 배출라인 상에서 분기되어 상기 SCR 장치로 리턴되는 리턴라인;을 더 포함하고, 상기 NOx 분석기는, 상기 엔진과 상기 SCR 장치 사이에 설치되는 제1 NOx 분석기; 및 상기 SCR 장치의 후단에 설치되는 제2 NOx 분석기;를 포함하며, 상기 제2 NOx 분석기에서 검출된 값을 분석하여 배기가스 중에 포함된 질소산화물이 허용치 이상인 경우, 상기 SCR 장치에서 배출되는 배기가스는 상기 리턴라인을 통해 상기 SCR 장치로 리턴될 수 있다.The present invention further includes a return line branched on the exhaust gas exhaust line at the rear end of the SCR device and returned to the SCR device, wherein the NOx analyzer comprises: a first NOx analyzer installed between the engine and the SCR device; And a second NOx analyzer installed at the rear end of the SCR device, and when the nitrogen oxide contained in the exhaust gas exceeds an allowable value by analyzing the value detected by the second NOx analyzer, the exhaust gas discharged from the SCR device May be returned to the SCR device through the return line.
상기 제2 공급라인과 상기 제3 공급라인 상에는, 암모니아를 상기 엔진과 상기 SCR 장치에 각각 적합한 온도로 조절하는 히터가 각각 설치될 수 있다.On the second supply line and the third supply line, heaters for adjusting ammonia to a temperature suitable for the engine and the SCR device may be respectively installed.
상기 제1연료는 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME 중 어느 하나일 수 있다.The first fuel may be any one of HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, and DME.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME 중 어느 하나로 마련되는 제1연료와 암모니아를 각각 단독으로, 또는 상기 제1 연료와 상기 암모니아가 혼합된 연료를 공급받아 구동되는 엔진; 및 암모니아를 환원제로써 공급받아 상기 엔진에서 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키는 SCR 장치;를 포함하는 선박에 있어서, 상기 엔진의 연료로써 공급되는 암모니아와, 상기 SCR 장치의 환원제로써 공급되는 암모니아는, 하나의 통합된 저장탱크로부터 공급되는 것을 특징으로 하는, 친환경 선박의 연료공급시스템을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention is the first fuel and ammonia provided in any one of HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME, respectively, or the first fuel And an engine driven by receiving the fuel mixed with the ammonia; And an SCR device that receives ammonia as a reducing agent to reduce nitrogen oxides in exhaust gas discharged from the engine, wherein the ammonia supplied as fuel for the engine and the ammonia supplied as a reducing agent for the SCR device include , Characterized by being supplied from one integrated storage tank, provides a fuel supply system for an eco-friendly ship.
본 발명은 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 추진엔진 및 발전엔진의 연료로써 공급함으로써, 엔진에서 배출되는 온실가스의 저감률을 향상시키고, 이에 따라 향후 강화될 선박 온실가스 규제에 대응 가능한 친환경 선박을 제공한다.The present invention improves the reduction rate of greenhouse gas emitted from the engine by selectively or mixing the existing fuel and ammonia fuel as fuel for the propulsion engine and power generation engine of the ship, thereby regulating the ship's greenhouse gas to be strengthened in the future. It provides an eco-friendly ship capable of responding to.
또한, 본 발명은 기존의 연료공급시스템을 최대한 활용하되 부족한 온실가스 저감량은 암모니아 연료를 이용하여 저감시킴으로써, 기존에 구축된 연료공급시스템을 전면적으로 개편할 필요가 없으므로 선박의 온실가스 저감을 위한 추가적인 투자비용 및 공간을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention utilizes the existing fuel supply system as much as possible, but the insufficient amount of greenhouse gas reduction is reduced by using ammonia fuel, so there is no need to completely reorganize the existing fuel supply system. Investment cost and space can be minimized.
더불어, 본 발명은 SCR 반응에 필요한 암모니아와 엔진의 연료로써 공급되는 암모니아를 저장 및 공급하는 시스템을 하나로 통합 구축함으로써, 암모니아 저장/공급시스템의 CAPEX를 절감하고 선박의 공간 활용도를 증가시키는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the CAPEX of the ammonia storage / supply system and increasing the space utilization of the ship by integrating a system for storing and supplying ammonia necessary for the SCR reaction and ammonia supplied as the engine fuel. .
도 1은 선박 온실가스의 감소를 위한 2050년까지의 전망을 나타낸 도면으로서, (a)는 선박의 연료 변화 전망을 나타낸 것이고, (b)는 선박의 에너지 전환 전망을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing the forecast until 2050 for the reduction of ship greenhouse gas, (a) shows the fuel change forecast of the ship, and (b) shows the ship's energy conversion forecast.
2 is a view showing a fuel supply system of an eco-friendly ship according to the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing denote the same members.
기존에 사용되는 선박의 연료로는, HFO(High sulfur Feul Oil), LSFO(Low Sulphur Fuel Oil), ULSFO(Ultra-Low Sulphur Fuel Oil), MGO(Marine Gas Oil), LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), LEG(Liquefied Ethylene Gas), MeOH(methanol), DME(dimethyl ether) 등이 있다.Existing vessel fuels include HFO (High sulfur Feul Oil), LSFO (Low Sulfur Fuel Oil), ULSFO (Ultra-Low Sulfur Fuel Oil), MGO (Marine Gas Oil), LNG (Liquefied Natural Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), LEG (Liquefied Ethylene Gas), MeOH (methanol), DME (dimethyl ether), and the like.
이러한 연료들은 화석연료를 기반으로 한 연료들로서, 연소 반응시 CxHy + zO2 → xCO2 + (y/2)H2O 의 반응식을 가지게 되어 선박 온실가스 배출 규제에 대응이 어렵다. These fuels are based on fossil fuels, and have a reaction formula of C x H y + zO 2 → xCO 2 + (y / 2) H 2 O during the combustion reaction, making it difficult to respond to ship greenhouse gas emission regulations.
본 발명은 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화되는 선박 온실가스 규제를 준수할 수 있도록, 상기에 기술된 기존 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 추진엔진 및 발전엔진의 연료로써 공급할 수 있는 연료공급시스템을 제안한다.The present invention can selectively or mix the existing fuel and ammonia fuel described above to supply as fuel for the propulsion engine and power generation engine of the ship, so as to be able to comply with the ship GHG regulations, which are gradually strengthened at each major origin by 2050. We propose a fuel supply system.
암모니아는 무탄소 연료로 연소 반응시 질소와 물만 생성되고 이산화탄소의 발생이 없기 때문에(반응식: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O), 선박 온실가스 배출 규제에 대응이 가능하다.Since ammonia is a non-carbon fuel, only nitrogen and water are generated during combustion reaction, and there is no generation of carbon dioxide (reaction formula: 4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O), so it is possible to respond to ship greenhouse gas emission regulations.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a fuel supply system of an eco-friendly ship according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템은, 선박의 엔진(E)에 연료로써 공급되는 제1연료가 저장되는 연료 저장탱크(10); 선박의 엔진(E)에 연료로써 공급되는 암모니아가 저장되는 암모니아 저장탱크(20); 및 엔진(E)으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인(EL) 상에 설치되어 배기가스 중에 포함되는 온실가스를 측정하는 온실가스 분석기(30)를 포함한다.Referring to Figure 2, the fuel supply system of an eco-friendly ship according to the present invention, the
본 발명에서 엔진(E)은 선박의 추진을 위한 메인엔진(M/E)과 발전엔진(G/E)을 모두 포함할 수 있다.In the present invention, the engine E may include both a main engine (M / E) and a power generation engine (G / E) for propulsion of a ship.
연료 저장탱크(10)에 저장되는 제1연료는, 상기에서 설명한 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME 등 기존의 연료일 수 있다.The first fuel stored in the
암모니아 저장탱크(20)에는 암모니아가 저장된다. 암모니아는 암모니아수 형태의 액체 상태로 보관될 수 있다. 한편, 본 발명은 암모니아를 직접 저장하는 대신, 우레아(Urea)를 저장하고 필요시 우레아를 가수분해하여 생성되는 암모니아를 사용하는 방식으로 구성될 수도 있다.Ammonia is stored in the
본 발명에 따른 연료공급시스템은, 연료 저장탱크(10)에 저장되는 제1연료와 암모니아 저장탱크(20)에 저장되는 암모니아를 엔진(E)의 연료로써 사용할 수 있다. 이때 제1연료와 암모니아는 엔진(E)으로 선택적으로 공급되거나 또는 함께 공급될 수 있다.The fuel supply system according to the present invention can use the first fuel stored in the
즉, 본 발명에서 엔진(E)은, 연료 저장탱크(10)로부터 제1연료를 단독으로 공급받아 구동되거나, 암모니아 저장탱크(20)에 저장되는 암모니아 연료를 단독으로 공급받아 구동되거나, 또는 제1연료와 암모니아 연료를 함께 공급받아 혼합된 연료로 구동될 수 있다.That is, in the present invention, the engine E is driven by being supplied with the first fuel from the
본 발명에 따른 연료공급시스템은, 제1연료만을 엔진(E)의 연료로써 공급하는 '제1연료 공급모드', 암모니아 연료만을 엔진(E)의 연료로써 공급하는 '암모니아 공급모드', 그리고 제1연료와 암모니아가 혼합된 혼합연료를 엔진(E)의 연료로써 공급하는 '혼합연료 공급모드' 중 어느 하나로 운전될 수 있다.The fuel supply system according to the present invention includes a 'first fuel supply mode' in which only the first fuel is supplied as fuel for the engine E, an 'ammonia supply mode' in which only ammonia fuel is supplied as the fuel for the engine E, and It can be operated in any one of the 'mixed fuel supply mode' in which the mixed fuel mixed with 1 fuel and ammonia is supplied as fuel of the engine E.
또한, 본 발명에 따른 연료공급시스템은, 선박이 운항하는 지역에 따라 상기 세 가지 모드 중 어느 하나를 선택하여 운전될 수 있다.In addition, the fuel supply system according to the present invention can be operated by selecting any one of the three modes according to the region where the ship operates.
구체적으로, ECA(Emission Control Area) 구간에서는 기존의 연료(제1연료)와 암모니아를 혼합한 연료를 사용하는 '혼합연료 공급모드'로, Global 구간에서는 기존의 연료(제1연료)만 사용하는 '제1연료 공급모드'로, 환경 규제가 특별히 높은 지역(ex. 피요르드 해안, 북극 등의 세계청정구역)에서는 암모니아 연료만 사용하는 '암모니아 공급모드'로 운전될 수 있다.Specifically, in the ECA (Emission Control Area) section, it is a 'mixed fuel supply mode' that uses a mixture of the existing fuel (first fuel) and ammonia. In the global section, only the existing fuel (first fuel) is used. As the 'first fuel supply mode', it can be operated in the 'ammonia supply mode' using only ammonia fuel in regions with high environmental regulations (ex. Fjord coast, world clean regions such as the Arctic).
그러나 상기와 같은 구분은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 따른 연료공급시스템의 운전 모드가 운항 지역에 따라 반드시 정해지는 것은 아니다. 배기가스 중의 온실가스를 저감할 필요성이 발생하는 경우라면, 운항 지역에 상관없이 언제라도 모드를 변경하여 운전될 수 있다.However, the above division is only exemplary, and the operation mode of the fuel supply system according to the present invention is not necessarily determined according to the operating region. If there is a need to reduce greenhouse gas in the exhaust gas, it can be operated by changing the mode at any time regardless of the operating area.
연료 저장탱크(10)와 암모니아 저장탱크(20)는 각각의 공급라인(L1, L2)을 통해 엔진(E)과 연결될 수 있다. 제1 공급라인(L1)과 제2 공급라인(L2)에는 제1연료와 암모니아의 공급을 조절하는 제어밸브(V1, V2)가 각각 설치될 수 있으며, 제2 공급라인(L2) 상에는 암모니아를 엔진(E)에 적합한 온도로 조절하는 히터(21)가 설치될 수 있다. The
본 발명에 따른 연료공급시스템이 '제1연료 공급모드'로 운전되는 경우, 제1 제어밸브(V1)는 개방되고 제2 제어밸브(V2)는 차단되며, '암모니아 공급모드'로 운전되는 경우에는 상기 밸브의 동작이 반대로 이루어질 수 있다.When the fuel supply system according to the present invention is operated in the 'first fuel supply mode', the first control valve V1 is opened, the second control valve V2 is blocked, and the fuel supply system is operated in the 'ammonia supply mode' The operation of the valve may be reversed.
또한, 본 발명에 따른 연료공급시스템이 '혼합연료 공급모드'로 운전되는 경우, 제1 제어밸브(V1)와 제2 제어밸브(V2)의 개도가 조절되어 제1연료와 암모니아의 혼합 비율이 조절될 수 있다.In addition, when the fuel supply system according to the present invention is operated in the 'mixed fuel supply mode', the opening ratios of the first control valve V1 and the second control valve V2 are adjusted so that the mixing ratio of the first fuel and ammonia is Can be adjusted.
본 발명에 따른 연료공급시스템은, 온실가스 분석기(30)에 의해 검출된 값을 토대로 운전 모드가 제어될 수 있다. 따라서 상기 제1 및 제2 제어밸브(V1, V2)의 제어는 온실가스 분석기(30)에 의해 검출된 값을 토대로 이루어진다고 할 수 있다.In the fuel supply system according to the present invention, the operation mode may be controlled based on the value detected by the
또한, 제1연료와 암모니아의 혼합 비율은 온실가스 분석기(30)에 의해 결정될 수 있다. 온실가스 분석기(30)는 엔진(E)으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인(EL) 상에 설치되어 배기가스 중에 포함된 온실가스를 검출하고, 검출된 값을 토대로 제어밸브(V1, V2)를 제어하여 제1연료와 암모니아의 혼합 비율을 조절한다.In addition, the mixing ratio of the first fuel and ammonia may be determined by the
'혼합연료 공급모드'에서 제1연료 공급라인(L1)을 따라 공급되는 제1연료와, 암모니아 공급라인(L2)을 따라 공급되는 암모니아는, 엔진(E)으로 공급되기 전 또는 엔진(E)으로 공급 된 이후 연소되기 전에 골고루 섞이도록 혼합되는 과정을 거칠 수 있다.In the 'mixed fuel supply mode', the first fuel supplied along the first fuel supply line L1 and the ammonia supplied along the ammonia supply line L2 are before being supplied to the engine E or the engine E After being supplied as, it may be subjected to a mixing process to mix evenly before combustion.
암모니아와 혼합된 연료는 암모니아로 대체된만큼 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있다. 예컨데 기존 연료(제1연료)의 70%를 암모니아로 대체한 경우, 연소후 발생하는 이산화탄소의 양을 기존 연료(제1연료)만을 사용한 경우보다 70% 감소시킬 수 있다. 기존의 연료(제1연료)와 암모니아가 혼합된 연료는 연소시 CxHy + 4NH3 + (3+z)O2 → xCO2 + 2N2 + (6+y/2)H2O 의 반응식을 가진다.Fuel mixed with ammonia can reduce the generation of carbon dioxide as much as it is replaced by ammonia. For example, when 70% of the existing fuel (first fuel) is replaced with ammonia, the amount of carbon dioxide generated after combustion can be reduced by 70% compared to the case of using only the existing fuel (first fuel). Existing fuel (first fuel) and ammonia-mixed fuel have the reaction formula of CxHy + 4NH 3 + (3 + z) O 2 → xCO 2 + 2N 2 + (6 + y / 2) H 2 O during combustion. .
본 발명은 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 엔진으로 공급할 수 있는 연료공급시스템을 구비하고, 선박 온실가스 저감이 필요한 경우, 기존 연료와 암모니아를 혼합하거나 또는 암모니아 연료를 단독으로 엔진의 연료로써 공급함으로써, 선박에서 배출되는 온실가스를 간단하게 저감시킬 수 있다.The present invention is provided with a fuel supply system capable of selectively or mixing the existing fuel and ammonia fuel to supply to the engine of the ship, and when it is necessary to reduce the ship's greenhouse gas, mix the existing fuel with ammonia or use ammonia fuel alone. By supplying it as fuel for the engine, the greenhouse gas emitted from the ship can be simply reduced.
한편, 본 발명에서 엔진(E)으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인(EL) 상에는, 배기가스 중에 포함된 대기 오염물질을 저감시키는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치가 설치될 수 있다.On the other hand, in the present invention, on the exhaust gas discharge line EL from which the exhaust gas is discharged from the engine E, an SCR (Selective Catalyst Reduction) device for reducing air pollutants contained in the exhaust gas may be installed.
SCR 장치(40)는 특히 질소산화물(NOx)을 정화하기 위한 것으로서, 200 ~ 450℃ 사이의 배기가스를 환원제와 함께 촉매층을 통과시켜 질소산화물을 질소와 물로 변환시켜 제거하는 장치이다.The
배기가스 배출라인(EL) 상에서 엔진(E)의 후단에는 배기가스 중에 포함된 질소산화물의 농도를 검출하는 제1 NOx 분석기(51)가 설치될 수 있다. 제1 NOx 분석기(51)에서 검출된 값을 분석하여, 질소산화물의 저감이 필요한 경우에는 배기가스를 SCR 장치(40) 측으로 보내고, 저감이 필요하지 않은 경우에는 배기가스를 대기 중으로 그대로 배출(AL 라인)시킬 수 있다.A
또한, SCR 장치(40)의 후단에는 배기가스 중에 포함된 질소산화물의 농도를 검출하는 제2 NOx 분석기(52)가 설치될 수 있다. 제2 NOx 분석기(52)에서 검출된 값을 분석하여, 배기가스 중에 포함된 질소산화물이 허용치 이하라면 대기 중으로 배출되도록 하고, 허용치 이상이라면 배기가스를 SCR 장치(40)로 리턴(BL 라인)시켜 질소산화물의 저감이 다시 이루어지게 할 수 있다.In addition, a
통상적으로 SCR 장치로 공급되는 환원제로는 암모니아가 주로 사용되며, 이를 위해 선박에는 암모니아를 저장하는 탱크나 가수분해에 의하여 암모니아를 생성할 수 있는 우레아 저장탱크가 구비된다.Typically, ammonia is mainly used as a reducing agent supplied to the SCR device, and for this purpose, a ship is equipped with a tank for storing ammonia or a urea storage tank capable of generating ammonia by hydrolysis.
본 발명은 SCR 장치(40)로 공급되는 암모니아를 저장하는 장치로써 상술한 암모니아 저장탱크(20)를 사용할 수 있다.The present invention can use the
즉, 본 발명에서 암모니아 저장탱크(20)에 저장되는 암모니아는, 상술한 바와 같이 엔진(E)으로 공급되는 연료로써의 역할을 하는 것은 물론, SCR 장치(40)에 공급되는 환원제로써의 역할도 할 수 있는 것이다.That is, in the present invention, ammonia stored in the
암모니아 저장탱크(20)에 저장된 암모니아는 제3 공급라인(L3)을 통해 SCR 장치(40)로 공급될 수 있다. 제3 공급라인(L3) 상에는 암모니아를 SCR 장치(40)에 적합한 온도로 조절하는 히터(22)와, 암모니아의 공급을 조절하는 제3 제어밸브(V3)가 설치될 수 있다.Ammonia stored in the
제3 제어밸브(V3)는 상술한 제1 NOx 분석기(51)와 제2 NOx 분석기(52)에서 검출된 값을 토대로 개폐 또는 개도가 조절될 수 있다.The third control valve V3 may be opened or closed based on the values detected by the
본 발명에 따른 연료공급시스템은, 필요에 따라 암모니아 저장탱크(20)에 저장된 암모니아를 엔진(E) 또는 SCR 장치(40)로 선택적 또는 동시에 공급할 수 있다.The fuel supply system according to the present invention can selectively or simultaneously supply the ammonia stored in the
구체적으로, ECA(Emission Control Area) 구간과 환경 규제가 특별히 높은 지역(ex. 피요르드 해안, 북극 등의 세계청정구역)에서는 암모니아를 SCR 장치(40)로 공급하고, Global 구간에서는 SCR 장치(40)로 암모니아를 공급하지 않을 수 있다.Specifically, ammonia is supplied to the
그러나 상기와 같은 구분도 예시적인 것에 불과하며, Global 구간에서도 배기가스 중의 질소산화물을 저감할 필요성이 발생하는 경우에는 SCR 장치(40)로 암모니아를 공급할 수도 있음은 당연하다.However, the above-described division is only exemplary, and it is natural that ammonia may be supplied to the
선박의 운항 지역에 따른 엔진(E) 및 SCR 장치(40)의 공급물을 다음과 같이 표로 정리해보았다.The supply of the engine (E) and the
혼합한 연료 공급First fuel and ammonia (fuel)
Mixed fuel supply
본 발명은 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 추진엔진 및 발전엔진의 연료로써 공급함으로써, 엔진에서 배출되는 온실가스의 저감률을 향상시키고, 이에 따라 향후 강화될 선박 온실가스 규제에 대응 가능한 친환경 선박을 제공한다.The present invention improves the reduction rate of greenhouse gas emitted from the engine by selectively or mixing the existing fuel and ammonia fuel as fuel for the propulsion engine and power generation engine of the ship, thereby regulating the ship's greenhouse gas to be strengthened in the future. It provides an eco-friendly ship capable of responding to.
또한, 본 발명은 기존의 연료공급시스템을 최대한 활용하되 부족한 온실가스 저감량은 암모니아 연료를 이용하여 저감시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 향후 강화될 선박 온실가스 규제를 만족시키기 위하여 기존에 구축된 연료공급시스템을 전면적으로 개편할 필요가 없으며, 기존의 연료공급시스템에 암모니아의 저장 및 공급을 위한 시스템만 추가하면 되므로, 선박의 온실가스 저감을 위한 추가적인 투자비용 및 공간을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention can utilize the existing fuel supply system as much as possible, but the insufficient amount of greenhouse gas reduction can be reduced by using ammonia fuel. Therefore, the present invention does not need to completely reorganize the existing fuel supply system to satisfy the ship GHG regulations to be strengthened in the future, and only needs to add a system for storage and supply of ammonia to the existing fuel supply system. It is possible to minimize the additional investment cost and space for reducing greenhouse gas emissions.
더불어, 기존에는 SCR 장치가 NOx 배출규제지역에서만 사용되고 그 외 지역에서는 미사용되므로, SCR 장치에 공급되기 위한 환원제의 저장/공급을 담당하는 시스템의 활용도가 낮았는데, 본 발명에서는 SCR 반응에 필요한 암모니아와 엔진의 연료로써 공급되는 암모니아를 함께 저장하고 공급하는 시스템을 구축함으로써, 암모니아 저장/공급시스템의 CAPEX를 절감하고 선박의 공간 활용도를 증가시키는 효과가 있다.In addition, conventionally, since the SCR device is used only in the NOx emission control area and not used in other areas, the utilization of the system responsible for storage / supply of the reducing agent for supply to the SCR device was low. By building a system that stores and supplies ammonia supplied as fuel for the engine, it has the effect of reducing the CAPEX of the ammonia storage / supply system and increasing the space utilization of the ship.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to be belong to the claims of the present invention.
10 : 연료 저장탱크
20 : 암모니아 저장탱크
30 : 온실가스 분석기
40 : SCR 장치
51 : 제1 NOx 분석기
52 : 제2 NOx 분석기
L1 : 제1 공급라인
L2 : 제2 공급라인
L3 : 제3 공급라인10: fuel storage tank
20: ammonia storage tank
30: greenhouse gas analyzer
40: SCR device
51: 1st NOx analyzer
52: second NOx analyzer
L1: 1st supply line
L2: Second supply line
L3: Third supply line
Claims (8)
상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인 상에 설치되어 상기 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키는 SCR 장치;
상기 엔진의 연료로서 공급되는 제1연료가 저장되는 연료 저장탱크;
상기 엔진의 연료로서 공급되는 암모니아가 저장되는 암모니아 저장탱크; 및
상기 배기가스 배출라인 상에 설치되어 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 온실가스를 검출하는 온실가스 분석기;를 포함하고,
상기 엔진은, 상기 연료 저장탱크에 저장되는 제1연료와 상기 암모니아 저장탱크에 저장되는 암모니아 연료를 선택적으로 공급받거나, 또는 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료가 혼합된 연료를 공급받아 구동되되,
상기 온실가스 분석기는 이산화탄소(CO2)를 포함하는 온실가스의 농도를 검출하고,
상기 제1연료와 상기 암모니아 연료의 공급 비율은 상기 온실가스 분석기에서 검출된 값을 토대로 제어되며,
상기 암모니아 저장탱크에 저장되는 암모니아는 상기 SCR 장치의 환원제로서도 공급이 가능한 것을 특징으로 하는,
친환경 선박의 연료공급시스템.engine;
An SCR device installed on an exhaust gas discharge line from which the exhaust gas is discharged from the engine to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas;
A fuel storage tank in which the first fuel supplied as fuel of the engine is stored;
An ammonia storage tank in which ammonia supplied as fuel for the engine is stored; And
It includes a greenhouse gas analyzer installed on the exhaust gas emission line to detect the greenhouse gas contained in the exhaust gas discharged from the engine;
The engine is driven by selectively receiving the first fuel stored in the fuel storage tank and the ammonia fuel stored in the ammonia storage tank, or by supplying a mixture of the first fuel and the ammonia fuel,
The greenhouse gas analyzer detects the concentration of greenhouse gas containing carbon dioxide (CO2),
The supply ratio of the first fuel and the ammonia fuel is controlled based on the value detected by the greenhouse gas analyzer,
Ammonia stored in the ammonia storage tank is characterized in that it can be supplied as a reducing agent of the SCR device,
Eco-friendly ship fuel supply system.
상기 연료 저장탱크로부터 상기 엔진으로 제1연료를 공급하는 제1 공급라인;
상기 암모니아 저장탱크로부터 상기 엔진으로 암모니아를 공급하는 제2 공급라인; 및
상기 암모니아 저장탱크로부터 상기 SCR 장치로 암모니아를 공급하는 제3 공급라인;을 더 포함하고,
상기 암모니아는, 상기 제2 공급라인을 통해 공급될 때에는 상기 엔진의 연료로써의 역할을 하고, 상기 제3 공급라인을 통해 공급될 때에는 상기 SCR 장치의 환원제로써의 역할을 하는 것을 특징으로 하는,
친환경 선박의 연료공급시스템.The method according to claim 1,
A first supply line supplying first fuel from the fuel storage tank to the engine;
A second supply line for supplying ammonia from the ammonia storage tank to the engine; And
Further comprising a third supply line for supplying ammonia from the ammonia storage tank to the SCR device,
The ammonia, when supplied through the second supply line, serves as a fuel for the engine, and when supplied through the third supply line, characterized in that it serves as a reducing agent for the SCR device,
Eco-friendly ship fuel supply system.
상기 배기가스 배출라인 상에서 상기 엔진의 후단에 설치되어, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 검출하는 NOx 분석기;를 더 포함하고,
상기 제3 공급라인을 통한 암모니아의 공급은, 상기 NOx 분석기에서 검출된 값을 토대로 제어되는 것을 특징으로 하는,
친환경 선박의 연료공급시스템.The method according to claim 2,
A NOx analyzer installed at the rear end of the engine on the exhaust gas discharge line to detect nitrogen oxides contained in the exhaust gas discharged from the engine;
The supply of ammonia through the third supply line is characterized in that it is controlled based on the value detected by the NOx analyzer,
Eco-friendly ship fuel supply system.
상기 제1 공급라인 상에 설치되어, 상기 엔진으로 공급되는 제1연료의 공급을 조절하는 제1 제어밸브;
상기 제2 공급라인 상에 설치되어, 상기 엔진으로 공급되는 암모니아의 공급을 조절하는 제2 제어밸브; 및
상기 제3 공급라인 상에 설치되어, 상기 SCR 장치로 공급되는 암모니아의 공급을 조절하는 제3 제어밸브;를 더 포함하는,
친환경 선박의 연료공급시스템.The method according to claim 3,
A first control valve installed on the first supply line to regulate the supply of the first fuel supplied to the engine;
A second control valve installed on the second supply line to regulate the supply of ammonia supplied to the engine; And
The third control valve is installed on the third supply line to control the supply of ammonia supplied to the SCR device.
Eco-friendly ship fuel supply system.
상기 SCR 장치 후단의 배기가스 배출라인 상에서 분기되어 상기 SCR 장치로 리턴되는 리턴라인;을 더 포함하고,
상기 NOx 분석기는,
상기 엔진과 상기 SCR 장치 사이에 설치되는 제1 NOx 분석기; 및
상기 SCR 장치의 후단에 설치되는 제2 NOx 분석기;를 포함하며,
상기 제2 NOx 분석기에서 검출된 값을 분석하여 배기가스 중에 포함된 질소산화물이 허용치 이상인 경우, 상기 SCR 장치에서 배출되는 배기가스는 상기 리턴라인을 통해 상기 SCR 장치로 리턴되는 것을 특징으로 하는,
친환경 선박의 연료공급시스템.The method according to claim 4,
It further includes a return line branched on the exhaust gas exhaust line at the rear of the SCR device and returned to the SCR device.
The NOx analyzer,
A first NOx analyzer installed between the engine and the SCR device; And
Includes a second NOx analyzer installed at the rear end of the SCR device,
When the nitrogen oxide contained in the exhaust gas exceeds the allowable value by analyzing the value detected by the second NOx analyzer, the exhaust gas discharged from the SCR device is returned to the SCR device through the return line,
Eco-friendly ship fuel supply system.
상기 제2 공급라인과 상기 제3 공급라인 상에는, 암모니아를 상기 엔진과 상기 SCR 장치에 각각 적합한 온도로 조절하는 히터가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는,
친환경 선박의 연료공급시스템.The method according to claim 5,
On the second supply line and the third supply line, a heater for adjusting ammonia to a temperature suitable for each of the engine and the SCR device, respectively, is provided.
Eco-friendly ship fuel supply system.
상기 제1연료는 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
친환경 선박의 연료공급시스템.The method according to any one of claims 1 to 6,
The first fuel is characterized in that any one of HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME,
Eco-friendly ship fuel supply system.
Priority Applications (7)
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