KR102347142B1 - 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 - Google Patents
선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102347142B1 KR102347142B1 KR1020200092141A KR20200092141A KR102347142B1 KR 102347142 B1 KR102347142 B1 KR 102347142B1 KR 1020200092141 A KR1020200092141 A KR 1020200092141A KR 20200092141 A KR20200092141 A KR 20200092141A KR 102347142 B1 KR102347142 B1 KR 102347142B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- unit
- ammonia water
- water
- ammonia
- seawater
- Prior art date
Links
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 title claims abstract description 44
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 198
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 196
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 120
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims abstract description 117
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 112
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 96
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 92
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 claims description 73
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 62
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 62
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 46
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 28
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 28
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 23
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 22
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 13
- WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N urea;hydrate Chemical compound O.NC(N)=O WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 11
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 10
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 claims description 6
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 4
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 3
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 21
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 abstract 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 6
- 241001274216 Naso Species 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 3
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/04—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
- F01N2570/10—Carbon or carbon oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
- F01N2570/14—Nitrogen oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2590/00—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
- F01N2590/02—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
- F01N2610/1406—Storage means for substances, e.g. tanks or reservoirs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
- F01N2610/1433—Pumps
- F01N2610/144—Control thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
- F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
Abstract
본 발명은, 청수탱크(121)로부터 공급되는 청수와 암모니아 재생부(140)로부터 공급되는 NH3를 반응시켜 암모니아수(NH4OH)를 제조하여 CO2 제거부(133)로 공급하는 암모니아수 제조부(135), 및 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하고, 냉각된 배기가스와, 암모니아수 제조부(135)로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부(133)를 포함하여, 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하여 설치공간 및 설치비용을 절감할 수 있는, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워, 이를 포함한 선박의 온실가스 배출 저감장치를 개시한다.
Description
본 발명은, 암모니아수를 공급하는 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하여 흡수타워 외부 설치로 인한 설치공간 및 설치비용을 절감할 수 있고, 암모니아수 펌프를 통해 암모니아수를 회귀시켜 CO2를 최대한 흡수하도록 하여 암모니아수의 낭비를 최소화할 수 있는, 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
최근, 무분별한 화석연료 사용에 따른 온실가스 배출의 영향으로 지구 온난화 현상과 이와 연계된 환경 재해들이 발생하고 있다.
이에, 대표적 온실가스인 이산화탄소를 방출하지 않고 포집하여 저장하는데 관련된 일련의 기술들을 CCS(Carbon dioxide Capture and Storage) 기술이라 하여 최근 매우 큰 주목을 받고 있는데, CCS 기술 중에서 화학 흡수법(chemical absorption)은 대규모 처리가 가능하다는 측면에서 그 중에서 가장 많이 상용화된 기술이다
또한, 이산화탄소 배출 규제는 IMO의 EEDI를 통해 규제하는데, 2050년에는 2008년 배출량의 50% 이상의 절감을 목표로 하고 있고, 2030년에도 2008년 배출량의 40%를 절감해야 하므로 CO2를 배출하지 않거나, 배출된 CO2를 포집하는 기술이 주목을 받고 있다.
참고로, 이산화탄소를 직접적으로 포집 및 저장하는 CCS 기술 중 CO2 포집 기술은 대상 공정의 CO2 발생 조건에 따라 다양하게 접근할 수가 있는데, 현재 대표적인 기술은 흡수법과 흡착법과 막분리법이 있으며, 이 중 습식흡수법은 육상플랜트에 있어서 기술적 성숙도가 높고, CO2의 대량처리가 용이하여 CCS 기술의 상용화에 가장 근접한 포집 기술이라 할 수 있고 흡수제로는 아민 계열과 암모니아를 주로 사용한다.
한편, 앞서 언급한 이산화탄소의 배출을 절감, 또는 생성된 이산화탄소를 포집하는 기술은 현재 선박에서는 상용화된 사례가 없는 실정이고, 수소나 암모니아를 연료로 사용하는 방법도 현재는 개발 중이며 상업화 수준의 단계에 이르지 못한 실정이다.
특히, 고유황유를 사용하기 위해 스크러버(scrubber)를 구비한 선박에서는, SOX의 용해도가 커서 NaSO3의 화합물로 먼저 변하기 때문에 SOX의 용해가 모두 이루어지기 전까지는 CO2의 제거가 어려운 단점이 있다.
이에, 암모니아수를 공급하는 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하고, 암모니아수의 낭비를 줄이고, 화석연료를 사용하는 선박에 대해 선박의 엔진에서 배출되는 배출가스 중 CO2를 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나, 유용한 물질로 전환하여 저장하기 위한 기술을 선박에 적용할 필요성이 제기된다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 암모니아수를 공급하는 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하여 흡수타워 외부 설치로 인한 설치공간 및 설치비용을 절감할 수 있고, 암모니아수 펌프를 통해 암모니아수를 회귀시켜 CO2를 최대한 흡수하도록 하여 암모니아수의 낭비를 최소화할 수 있는, 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 일 실시예는, 해수를 공급하는 해수 공급부; 청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 암모니아수 제조부와, 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하고, 상기 냉각된 배기가스와, 상기 암모니아수 제조부로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부를 일체형으로 구성하는, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워; 및 상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워로부터 배출된 NH4HCO3(aq)를 NaCl(s) 및 Ca(OH)2와 순차적으로 반응시켜 NH3를 재생하여서 상기 암모니아수 제조부로 회귀시켜 공급하는, 암모니아 재생부;를 포함하는, 선박의 온실가스 배출 저감장치를 제공한다.
또한, 상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 NOx를 흡수하여 제거하는 NOx 흡수부를 더 포함하고, 상기 NOx가 제거된 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하고 상기 냉각된 배기가스와 상기 암모니아수 제조부로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하며, 상기 암모니아 재생부는 NH3를 재생하여서 상기 암모니아수 제조부 또는 상기 NOX 흡수부로 회귀시켜 공급할 수 있다.
또한, 상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOx를 용해시켜 제거하는 SOx 흡수부를 더 포함하고, 상기 SOx가 제거된 배기가스와 상기 암모니아수 제조부로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거할 수 있다.
또한, 상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 NOX를 흡수하여 제거하는 NOX 흡수부; 상기 NOX 흡수부 상단에 형성되어, 상기 NOX가 제거된 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOX를 용해시켜 제거하는 SOX 흡수부; 청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 상기 암모니아수 제조부; 및 상기 암모니아수 제조부와 상기 SOX 흡수부 사이에 형성되어, 상기 SOX가 제거된 배기가스와 상기 암모니아수 제조부로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 상기 CO2 제거부;가 일체로 적층 형성되고, 상기 암모니아 재생부는 NH3를 재생하여서 상기 암모니아수 제조부 또는 상기 NOX 흡수부로 회귀시켜 공급할 수 있다.
또한, 상기 해수 공급부는, 선외로부터 씨체스트를 통해 해수를 공급받아 상기 SOX 흡수부로 펌핑하는 해수펌프; 및 배기가스의 양에 따라 상기 해수펌프로부터 공급되는 해수의 유량을 조절하는 조절밸브;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 암모니아수 제조부는, 상단에 형성되어 청수를 하향 분사하는 청수 분사노즐; 하단에 형성되어 NH3를 상향 분사하는 NH3 분사노즐; 상기 청수 분사노즐과 상기 NH3 분사노즐 사이에 형성되어 청수와 NH3를 접촉시켜 NH3를 용해하여 암모니아수를 생성하는 충진재; 상기 충진재 사이에 다단으로 개재되는 용액 재분배기; 상기 청수 분사노즐 상단에 굴곡진 다판 형태로 형성되어 비산되는 청수 및 배기가스를 통해 배출되는 암모니아수를 상기 충진재 방향으로 드랍시키는 미스트 제거판; 상기 청수 분사노즐 상단에 형성되어 NH3를 포집하는 워터스프레이; 및 상기 암모니아수를 생성하는 용해반응으로 인한 상기 충진재를 커버하는 타워탱크의 발열을 냉각하는 쿨링재킷;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 충진재는, 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된, 증류 칼럼 패킹이 다단으로 구성될 수 있다.
또한, 다단으로 구성된 상기 증류 칼럼 패킹 사이에 용액 재분배기가 더 형성될 수 있다.
또한, 상기 타워탱크의 직경 및 높이는, 청수의 유속 및 NH3의 유속이 범람속도의 1/2이 되도록 설계될 수 있다.
또한, 상기 암모니아 재생부로부터 블로워 또는 압축기를 통해 상기 NH3 분사노즐로 NH3를 직접 공급하거나, 또는 NH3의 부족시에는 별도의 NH3저장탱크로부터 NH3를 공급하여 부족분을 대체할 수 있다.
또한, 상기 NOX 흡수부는, 상기 암모니아 재생부로부터 블로워 또는 압축기를 통해 제1 NH3 분사노즐로 NH3를 직접 공급받거나, 또는 NH3의 부족시에는 요소수저장탱크의 요소수를 요소수 공급펌프를 통해 제2 NH3 분사노즐로 공급받아 부족분을 대체할 수 있다.
또한, 상기 SOX 흡수부는, 상기 조절밸브와 연결되어 해수를 하방으로 분사하는 다단의 해수 분사노즐을 포함할 수 있다.
또한, 상기 해수 분사노즐 하부에, 배기가스가 통과하는 유로가 형성된 다공성 상판이 다단으로 각각 형성되어, 해수와 배기가스가 접촉할 수 있다.
또한, 상기 해수 분사노즐 하부에, 해수와 배기가스가 접촉하도록 하는 충진재가 채워진 흡수탑이 각각 형성되어, 해수가 SOX를 용해시킬 수 있다.
또한, 상기 SOX 흡수부는, 상기 해수와 상기 배기가스가 반응된 세정수가 역류하지 않도록 상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유입하는 배기가스 유입관을 커버하는 우산형태의 격벽을 포함할 수 있다.
또한, 상기 CO2 제거부는, 암모니아수를 하향 분사하는 암모니아수 분사노즐; CO2와 암모니아수를 접촉시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환시키는 충진재; 상기 충진재가 채워진 흡수탑의 구간마다 다단으로 형성되어 CO2제거반응으로 인한 발열을 냉각하는 쿨링재킷; CO2와 반응하지 않고 외부로 배출되는 NH3를 포집하는 워터 스프레이; 굴곡진 다판 형태로 형성되어 암모니아수를 상기 충진재 방향으로 드랍시키는 미스트 제거판; 암모니아수가 역류하지 않도록 형성된 격벽; 상기 격벽의 배기가스 유입홀을 커버하는 우산형태의 차단판; 및 상기 충진재에 의해 CO2와 반응하지 못한 암모니아수를 상기 암모니아수 분사노즐로 회귀시키는 암모니아수 펌프;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 상기 NOX 흡수부와 상기 SOX 흡수부 사이에 형성되어 상기 선박 엔진의 폐열과 보일러수를 열교환시키는 EGE를 더 포함할 수 있다.
또한, 열교환된 증기와 포화수 형태의 혼합물을 공급받아 증기를 분리하여 증기 소모처로 공급하는 보조보일러; 상기 보조보일러로부터 상기 EGE로 보일러수를 순환 공급하는 보일러수 순환수펌프; 상기 증기 소모처로부터 응축된 응축수를 회수하는 케스케이드탱크; 상기 케스케이드탱크로부터 상기 보조보일러로 보일러수의 양을 조절하여 공급하는 공급펌프 및 조절밸브를 포함하는, 증기 생성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 암모니아 재생부는, NaCl 고체분말을 저장하고 공급하는 NaCl 사일로; 상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워로부터 배출된 NH4HCO3(aq)와 NaCl(s)를 교반기에 의해 교반하여 NaHCO3(s)와 NH4Cl을 생성하는 혼합탱크; 상기 혼합탱크로부터 NaHCO3(s)와 NH4Cl을 흡입하여 NH4Cl을 분리하는 멤브레인필터; NaHCO3(s)와 NH4Cl의 혼합물을 상기 멤브레인필터로 고압으로 이송하는 고압펌프; 슬러리 또는 고체 상태의 NaHCO3를 저장하는 NaHCO3저장탱크; Ca(OH)2를 저장하는 Ca(OH)2저장탱크; 및 NH4Cl과 Ca(OH)2를 교반기에 의해 반응시켜 NH3를 재생하는 NH3재생탱크;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워로부터 상기 해수와 상기 배기가스가 반응되어 배출되는 세정수를 저장하는 세정수탱크, 상기 세정수탱크로 이송펌프에 의해 이송된 상기 세정수의 선외배출조건을 충족하도록 탁도를 조절하는 필터링유닛과 pH조절을 위한 중화제 주입유닛을 구비하는 수처리장치, 및 고형의 배출물을 분리 저장하는 슬러지저장탱크를 포함하는, 배출부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 전술한 선박의 온실가스 배출 저감장치를 구비한 선박을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 암모니아수를 공급하는 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하여 흡수타워 외부 설치로 인한 설치공간 및 설치비용을 절감할 수 있으며, 암모니아수 펌프를 통해 암모니아수를 회귀시켜 CO2를 최대한 흡수하도록 하여 암모니아수의 낭비를 최소화하고, 배기가스로부터 NOX와 SOX와 CO2를 분리 배출하여 IMO 온실가스 배출규제를 충족시키며, SOX를 제거한 후 CO2를 제거하여 CO2 용해도와 CO2 제거효율성을 높이고, NaCl 고체분말을 사용하여 NH3 재생비용을 절감할 수 있으며, 멤브레인필터 후단부의 장치 크기를 줄일 수 있고, CO2 제거시 NH3와 Ca(OH)2만 소모되어 제거비용을 절감할 수 있으며, 불순물이 적은 NaHCO3를 고체로 저장할 수 있고, NH3 재생시 잔존하는 SOX로 인한 부반응을 제거하여 암모니아 회수시 불순물이 포함되지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 선박의 온실가스 배출 저감장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 선박의 온실가스 배출 저감장치를 구현한 시스템 회로도를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워 및 해수 공급부를 분리 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 청수제공부를 분리 도시한 것이다.
도 5는 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워를 분리 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워의 SOX 흡수부를 분리 도시한 것이다.
도 7은 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 증기 생성부를 분리 도시한 것이다.
도 8은 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 암모니아 재생부를 분리 도시한 것이다.
도 9는 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치에 적용되는 다양한 충진재를 예시한 것이다.
도 2는 도 1의 선박의 온실가스 배출 저감장치를 구현한 시스템 회로도를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워 및 해수 공급부를 분리 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 청수제공부를 분리 도시한 것이다.
도 5는 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워를 분리 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워의 SOX 흡수부를 분리 도시한 것이다.
도 7은 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 증기 생성부를 분리 도시한 것이다.
도 8은 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치의 암모니아 재생부를 분리 도시한 것이다.
도 9는 도 2의 선박의 온실가스 배출 저감장치에 적용되는 다양한 충진재를 예시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 암모니아수 제조부, 및 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하고, 냉각된 배기가스와, 암모니아수 제조부로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부를 포함한다.
이때, 엔진의 종류 및 사양(저압엔진 또는 고압엔진), 엔진에 공급되는 연료의 종류(HFO, MDO, MGO, LNG, 암모니아 등)에 따라 흡수타워는 NOx 흡수부(131) 또는 SOx 흡수부(132)를 선택적으로 포함하거나, 모두 포함하도록 구성할 수 있다.
특히, SOx 흡수부(132)와 관련하여서는 후술하는 바와 같이, 해수와 반응시켜 SOx를 용해할 수 있는 바, 배기가스의 냉각과 SOx 흡수를 한 번에 수행할 수 있다.
이하에서는 흡수타워에 NOx 흡수부(131), SOx 흡수부(132), CO2 제거부(133) 및 암모니아수 제조부(135)가 적층 형성된 실시예를 기술하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 NOx 흡수부 및/또는 SOx 흡수부는 엔진과 연료의 종류에 따라 구비여부를 결정할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)는, 전체적으로, 청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수(NH4OH)(aq)를 제조하여 CO2 제거부(133)로 공급하는 암모니아수 제조부(135), 및 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하고, 냉각된 배기가스와, 암모니아수 제조부(135)로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부(133)를 포함하여, 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하여 설치공간 및 설치비용을 절감하는 것을 요지로 한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 전술한 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)의 구성을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 암모니아수 제조부(135)는, 청수탱크(121)로부터 공급되는 청수와 암모니아 재생부(140)로부터 공급되는 NH3를 다음의 [화학식 1]에 의한 용해반응으로 암모니아수를 제조하여 CO2 제거부(133)로 하향 공급한다.
구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 암모니아수 제조부(135)는, 상단에 형성되어 청수제공부(120)의 청수탱크(121)로부터 청수펌프(122)에 의해 펌핑되어 공급되는 청수(fresh water)를 하향 분사하는 청수 분사노즐(135a)과, 하단에 형성되어 NH3를 상향 분사하는 NH3 분사노즐(135b)과, 청수 분사노즐(135a)과 NH3 분사노즐(135b) 사이에 형성되어 청수와 NH3를 접촉시켜 NH3를 용해하여 암모니아수를 생성하는 충진재(135c)와, 충진재(135c) 사이에 다단으로 개재되는 용액 재분배기(미도시)와, 청수 분사노즐(135a) 상단에 굴곡진 다판 형태로 형성되어 비산되는 청수 및 배기가스를 통해 배출되는 암모니아수를 충진재 방향으로 드랍시키는 미스트 제거판(mist eliminator)(135d)과, 청수 분사노즐(135a) 상단에 형성되어 NH3를 포집하는 워터스프레이(water spreay)(135e)와, 용해반응으로 인한 충진재(135c)를 커버하는 타워탱크(136)의 발열을 냉각하는 쿨링재킷(미도시)으로 구성될 수 있다.
여기서, 청수탱크(121)는 선내에서 생산된 증류수(distilled water)를 저장할 수도 있고, 미스트 제거판(135d)은 청수가 배기가스를 통해 외부로 배출될 수 있으므로 미스트가 굴곡 표면에 접촉하여 액적(droplet)이 커져 자중에 의해 하부의 충진재(135c) 방향으로 배액되도록(drain) 할 수 있다.
한편, 충진재(135c)는, 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된, 증류 칼럼 패킹(distilling column packing)이 다단으로 구성될 수 있고, 단위면적당 접촉면적과 기체의 압력강하와 범람속도를 고려하여 도 9에 예시된 바와 같은 공정에 적절한 증류 칼럼 패킹을 선정할 수 있고, 다단으로 구성된 증류 칼럼 패킹 사이에 용액 재분배기가 형성되어서, 청수의 채널링(channeling) 현상을 방지하도록 할 수 있다.
또한, 청수펌프(122)는 원심펌프(centrifugal pump)로 구성되어, 청수탱크(121)로부터 청수 분사노즐(135a)로 대량의 암모니아수를 펌핑하여 효과적으로 공급할 수 있고, 쿨링재킷은 NH3의 용해도를 고려하여 용해반응의 반응온도가 30℃ 내지 50℃로 유지되도록 냉각할 수 있다.
다음, CO2 제거부(133)는, 암모니아수 제조부(135)로부터 하향 공급되는 암모니아수와, 암모니아수 분사노즐(133a)로부터 회귀된 암모니아수를 CO2와 반응시켜 NH4HCO3(aq)로 전환하여 배출하는데, 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 암모니아수를 하향 분사하는 암모니아수 분사노즐(133a)과, CO2와 암모니아수를 접촉시켜 다음의 [화학식 2] 또는 [화학식 3]에 의해 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환시키는 충진재(133b)와, 충진재(133b)가 채워진 흡수탑의 구간마다 다단으로 형성되어 CO2제거반응으로 인한 발열을 냉각하여 30℃ 내지 50℃로 유지하도록 하는 쿨링재킷(미도시)과, CO2와 반응하지 않고 외부로 배출되는 NH3를 포집하는 워터 스프레이(133c)와, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 암모니아수를 충진재(133b) 방향으로 회귀시키는 미스트 제거판(133d)과, 암모니아수가 SOX 흡수부(132)로 역류하여 흘러들어가지 않도록 직립 형성된 격벽(133e)과, 격벽(133e) 중앙의 배기가스 유입홀(133e-1)을 커버하는 우산형태의 차단판(133f)으로 구성될 수 있다.
여기서, CO2 제거부(133)는 앞서 NOX와 SOX가 제거된 배기가스와 암모니아수를 반응시켜서, CO2 제거 공정 중에 부반응이 발생하지 않아 불순물 발생을 최소화할 수 있어 후속 공정에서 불순물이 적은 NaHCO3를 얻을 수 있다.
또한, 충진재(133b)는, 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된, 증류 칼럼 패킹이 다단으로 구성될 수 있고, 단위면적당 접촉면적과 기체의 압력강하와 범람속도를 고려하여, 도 9에 예시된 바와 같은 공정에 적절한 증류 칼럼 패킹을 선정할 수 있다.
또한, CO2 제거부(133)는, 충진재(133b)에 의해 CO2와 반응하지 못한 암모니아수를 흡입하여 충진재(133b) 상단의 암모니아수 분사노즐(133a)로 이송하여 회귀시키는 원심펌프 타입의 암모니아수 펌프(133g)를 더 포함하여서, 암모니아수가 CO2를 최대한 흡수하지 못한 경우에 암모니아수의 낭비를 초래할 수 있으므로, 격벽(133e) 하단에 고인 암모니아수를 흡입하여 다시 분사하도록 할 수 있다.
한편, 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 NOX를 흡수하여 제거하는 NOX 흡수부(131)를 더 포함하고, CO2 제거부(133)는 NOx가 제거된 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하고 냉각된 배기가스와 암모니아수 제조부(135)로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거할 수 있다.
또한, 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 해수 공급부(110)로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOX를 용해시켜 제거하는 SOX 흡수부(132)를 더 포함하고, CO2 제거부(133)는 SOX가 제거된 배기가스와 암모니아수 제조부(135)로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거할 수 있다.
또한, NOX 흡수부(131)와 SOX 흡수부(132) 사이에 형성되어 선박 엔진(10)의 폐열과 보일러수를 열교환시키는 EGE(Exhaust Gas Economizer)(134)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 NOX를 흡수하여 제거하는 NOX 흡수부(131)와, NOX 흡수부(131) 상단에 형성되어, NOX가 제거된 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOX를 용해시켜 제거하는 SOX 흡수부(132)와, 청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 암모니아수 제조부(135)와, 암모니아수 제조부(135)와 SOX 흡수부(132) 사이에 형성되어, SOX가 제거된 배기가스와 암모니아수 제조부(135)로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부(133)와, NOX 흡수부(131)와 SOX 흡수부(132) 사이에 형성되어 선박 엔진(10)의 폐열과 보일러수를 열교환시키는 EGE(134)가 수직방항으로 일체로 적층 형성되어서, NOX와 SOX와 CO2를 순차적으로 흡수하여 제거한다.
이에, NOX 흡수부(131)와 EGE(134)와 SOX 흡수부(132)와 CO2 제거부(133)와 암모니아수 제조부(135)를 타워탱크(136) 내에 적층 형성된 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)에 의해, 설치공간 및 설치비용을 절감할 수 있고, 별도로 암모니아수 제조부(135)를 타워탱크(136) 외부에 설치하여 소요되는 인력시수 및 재료비를 절감할 수 있다.
한편, NOX 흡수부(131)는, 제1 NH3 분사노즐(131b)을 통해 재생된 NH3를 직접 공급받거나 NH3의 부족시에는 요소수저장탱크(131c)의 요소수(UREA)를 요소수 공급펌프(131d)를 통해 제2 NH3 분사노즐(131e)로 NH3를 공급받아 부족분을 보상하도록 하여, NOX와 반응시켜 N2와 H2와 H2O로 변환하여 NOX를 제거할 수 있기는 하지만, 요소수를 분해하면 NH3와 CO2가 발생할 수 있으므로, NH3를 직접 공급하여 CO2 발생량을 줄이는 것이 바람직할 수 있다.
또한, SOX 흡수부(132)는 해수를 하방으로 분사하는 다단의 해수 분사노즐(132a)을 포함하며, 해수 분사노즐(132a) 하부에 형성되어 해수와 배기가스가 접촉하도록 배기가스가 통과하는 유로가 형성된 다단의 다공성 상판(132b), 또는 해수 분사노즐(132a) 하부에 형성되어 해수가 SOX를 용해시키도록 해수와 배기가스가 접촉하도록 하는 충진재가 채워진 흡수탑(132c)을 선택적으로 포함하고, 해수와 배기가스가 반응된 세정수가 역류하지 않도록 배기가스 유입관(132d)을 커버하는 우산형태의 격벽(132e)을 포함할 수 있다.
예컨대, SOX 흡수부(132)는 해수와 1차로 접촉하는 섹션으로서, 조절밸브(112)와 연결되어 해수를 하방으로 분사하는 다단의 해수 분사노즐(132a)로 구성되어 SOX를 용해시키고 슈트(soot)의 분진을 제거하면서, 해수 분사노즐(132a) 또는 별도의 쿨링재킷(미도시)을 통해 배기가스의 온도를 CO2 제거부(133)에서 요구되는 27℃ 내지 33℃, 바람직하게는, 30℃ 전후로 냉각할 수 있다.
한편, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 해수 분사노즐(132a) 하부에, 배기가스가 통과하는 유로가 형성된 다공성 상판(132b)이 다단으로 각각 형성되어, 해수와 배기가스가 원활하게 접촉하도록 하거나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 해수 분사노즐(132a) 하부에, 해수와 배기가스가 접촉하도록 하는 충진재가 채워진 흡수탑(132c)이 각각 형성되어, 해수가 SOX를 용해시키도록 할 수도 있다. 한편, SOX의 용해도를 보다 높이기 위해 알칼리 이온을 형성하는 화합물, 예컨대 NaOH 또는 MgO의 염기성 약품을 투입하는 폐회로 시스템(closed loop system)으로 구성할 수 있다.
참고로, 폐회로 시스템은 추가적인 염기성 약품 소모를 수반하지만 순환하는 해수의 양이 적은 장점이 있고, 해수만을 분사하여 용해된 SOX를 선외로 배출하는 개회로 시스템(open loop system)은 추가 염기성 약품 소모가 없고 간소한 장점이 있어서, 개회로 및 폐회로를 결합한 하이브리드 시스템으로 구성할 수도 있다. 이에, SOX 흡수부(132)를 통해 SOX를 먼저 제거한 후에 후속하여 CO2 제거부(133)를 통해 CO2를 제거하도록 하여서, SOX의 용해도가 커서 Na2SO3 등의 화합물로 먼저 변하여 SOX의 용해가 모두 이루어지기 전까지는 CO2의 제거가 어려운 문제점을 해결하여서 CO2의 제거 효율성을 향상시킬 수 있다.
여기서, SOX 흡수부(132)에 의해 배출부(160)로 배액되는 해수와 배기가스가 반응된 세정수에는 SO3-, SO4 2-, 슈트, NaSO3, NaSO4, MgCO3, MgSO4 및 이외의 이온 화합물이 함께 포함되어 있고, SOX 흡수부(132)는, 세정수가 NOX 흡수부(131) 또는 EGE(134)로 역류하여 흘러들어가지 않도록 배기가스 유입관(132d)을 커버하는 우산형태의 격벽(132e)을 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 앞서 언급한 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워를 구비한 선박의 온실가스 배출 저감장치를 상술하고자 한다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 의한 선박의 온실가스 배출 저감장치는, 해수를 공급하는 해수 공급부(110), 청수제공부(120)로부터 공급되는 청수와 암모니아 재생부(140)로부터 공급되는 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 암모니아수 제조부(135)와, 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하고, 냉각된 배기가스와, 암모니아수 제조부(135)로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부(133)를 일체형으로 구성하는, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130), 및 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)로부터 배출된 NH4HCO3(aq)를 NaCl(s) 및 Ca(OH)2와 순차적으로 반응시켜 NH3를 재생하여서 암모니아수 제조부(135)로 회귀시켜 공급하는, 암모니아 재생부(140)를 포함하여서, 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하여 설치공간 및 설치비용을 절감하고, 배기가스로부터 NOX와 SOX와 CO2를 분리 배출하여 IMO 온실가스 배출규제를 충족시키며, SOX를 제거한 후 CO2를 제거하여 CO2 제거효율성을 높이고, NH3 재생시 잔존하는 SOX로 인한 부반응을 제거하여 암모니아 회수시 불순물이 포함되지 않도록 하는 것을 요지로 한다.
우선, 해수 공급부(110)는 해수를 흡수타워(130)의 SOX 흡수부(132)로 공급하는데, 구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 선외로부터 씨체스트(sea chest)(미도시)를 통해 해수를 흡입하여 공급받아 SOX 흡수부(132)로 펌핑하는 해수펌프(111)와, 배기가스의 양에 따라 해수펌프(111)로부터 공급되는 해수의 유량을 조절하는 조절밸브(112)로 구성될 수 있다.
참고로, 선박의 접안시 또는 항해시에 따라, 수심에 따라 상부의 해수를 흡입하는 하이 씨체스트 또는 하부의 해수를 흡입하는 로우 씨체스트로부터 해수펌프(111)로 선택적으로 공급할 수 있다. 즉, 선박의 접안시에는 하부의 해수보다는 상부의 해수가 깨끗하므로 하이 씨체스트를 사용하고, 선박의 항해시에는 상부의 해수보다는 하부의 해수가 깨끗하므로 로우 씨체스트를 사용할 수 있다.
여기서, 조절밸브(112)는 해수의 유량을 조절하는 수동조작형 다이아프램 밸브 또는 솔레노이드 타입 밸브일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배기가스의 양에 따라 해수 분사노즐(132a)을 통해 해수 분사량을 조절할 수 있는 것이라면, 어떠한 형태의 밸브라도 적용 가능하다.
다음, 청수제공부(120)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 청수탱크(121)에 저장된 청수를 청수펌프(122)에 의해 펌핑하여 암모니아수 제조부(135) 상단에 형성된 청수 분사노즐(135a)로 공급한다.
다음, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)는, 청수탱크(121)로부터 공급되는 청수와 암모니아 재생부(140)로부터 공급되는 NH3를 반응시켜 암모니아수(NH4OH)를 제조하여 CO2 제거부(133)로 공급하는 암모니아수 제조부(135), 및 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하고, 냉각된 배기가스와, 암모니아수 제조부(135)로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부(133)를 포함하여, 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성되는데, 전술한 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)의 구성을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
암모니아수 제조부(135)는, 청수와 NH3를 용해반응으로 암모니아수를 제조하여 CO2 제거부(133)로 하향 공급한다.
구체적으로, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 암모니아수 제조부(135)는, 상단에 형성되어 청수탱크(121)로부터 청수펌프(122)에 의해 펌핑되어 공급되는 청수(fresh water)를 하향 분사하는 청수 분사노즐(135a)과, 하단에 형성되어 NH3를 상향 분사하는 NH3 분사노즐(135b)과, 청수 분사노즐(135a)과 NH3 분사노즐(135b) 사이에 형성되어 청수와 NH3를 접촉시켜 NH3를 용해하여 암모니아수를 생성하는 충진재(135c)와, 충진재(135c) 사이에 다단으로 개재되는 용액 재분배기(미도시)와, 청수 분사노즐(135a) 상단에 굴곡진 다판 형태로 형성되어 비산되는 청수 및 배기가스를 통해 배출되는 암모니아수를 충진재 방향으로 드랍시키는 미스트 제거판(135d)과, 청수 분사노즐(135a) 상단에 형성되어 NH3를 포집하는 워터스프레이(135e)와, 용해반응으로 인한 충진재(135c)를 커버하는 타워탱크(136)의 발열을 냉각하는 쿨링재킷으로 구성될 수 있다.
여기서, 청수탱크(121)는 선내에서 생산된 증류수를 저장할 수도 있고, 미스트 제거판(135d)은 청수가 배기가스를 통해 외부로 배출될 수 있으므로 미스트가 굴곡 표면에 접촉하여 액적이 커져 하부의 충진재(135c) 방향으로 배액되도록 할 수 있다.
또한, 충진재(135c)는, 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된, 증류 칼럼 패킹이 다단으로 구성될 수 있고, 단위면적당 접촉면적과 기체의 압력강하와 범람속도를 고려하여 도 9에 예시된 바와 같은 공정에 적절한 증류 칼럼 패킹을 선정할 수 있고, 다단으로 구성된 증류 칼럼 패킹 사이에 용액 재분배기가 형성되어서, 청수의 채널링 현상을 방지하도록 할 수 있다.
또한, 청수펌프(122)는 원심펌프로 구성되어, 청수탱크(121)로부터 청수 분사노즐(135a)로 대량의 암모니아수를 펌핑하여 효과적으로 공급할 수 있고, 쿨링재킷은 NH3의 용해도를 고려하여 용해반응의 반응온도가 30℃ 내지 50℃로 유지되도록 냉각할 수 있다.
CO2 제거부(133)는, 암모니아수 제조부(135)로부터 하향 공급되는 암모니아수와, 암모니아수 분사노즐(133a)로부터 회귀된 암모니아수를 CO2와 반응시켜 NH4HCO3(aq)로 전환하여 배출하는데, 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 암모니아수를 하향 분사하는 암모니아수 분사노즐(133a)과, CO2와 암모니아수를 접촉시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환시키는 충진재(133b)와, 충진재(133b)가 채워진 흡수탑의 구간마다 다단으로 형성되어 CO2제거반응으로 인한 발열을 냉각하여 30℃ 내지 50℃로 유지하도록 하는 쿨링재킷(미도시)과, CO2와 반응하지 않고 외부로 배출되는 NH3를 포집하는 워터 스프레이(133c)와, 굴곡진 다판 형태로 형성되어 암모니아수를 충진재(133b) 방향으로 회귀시키는 미스트 제거판(133d)과, 암모니아수가 SOX 흡수부(132)로 역류하여 흘러들어가지 않도록 직립 형성된 격벽(133e)과, 격벽(133e) 중앙의 배기가스 유입홀(133e-1)을 커버하는 우산형태의 차단판(133f)으로 구성될 수 있다.
여기서, CO2 제거부(133)는 앞서 NOX와 SOX가 제거된 배기가스와 암모니아수를 반응시켜서, CO2 제거 공정 중에 부반응이 발생하지 않아 불순물 발생을 최소화할 수 있어 후속 공정에서 불순물이 적은 NaHCO3를 얻을 수 있다.
또한, 충진재(133b)는, 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된, 증류 칼럼 패킹이 다단으로 구성될 수 있고, 단위면적당 접촉면적과 기체의 압력강하와 범람속도를 고려하여, 도 9에 예시된 바와 같은 공정에 적절한 증류 칼럼 패킹을 선정할 수 있다.
또한, CO2 제거부(133)는, 충진재(133b)에 의해 CO2와 반응하지 못한 암모니아수를 흡입하여 충진재(133b) 상단의 암모니아수 분사노즐(133a)로 이송하여 회귀시키는 원심펌프 타입의 암모니아수 펌프(133g)를 더 포함하여서, 암모니아수가 CO2를 최대한 흡수하지 못한 경우에 암모니아수의 낭비를 초래할 수 있으므로, 격벽(133e) 하단에 고인 암모니아수를 흡입하여 다시 분사하도록 할 수 있다.
한편, 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 NOX를 흡수하여 제거하는 NOX 흡수부(131)를 더 포함하고, CO2 제거부(133)는 NOx가 제거된 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하고 냉각된 배기가스와 암모니아수 제조부(135)로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거할 수 있다.
또한, 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 해수 공급부(110)로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOX를 용해시켜 제거하는 SOX 흡수부(132)를 더 포함하고, CO2 제거부(133)는 SOX가 제거된 배기가스와 암모니아수 제조부(135)로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거할 수 있다.
또한, NOX 흡수부(131)와 SOX 흡수부(132) 사이에 형성되어 선박 엔진(10)의 폐열과 보일러수를 열교환시키는 EGE(Exhaust Gas Economizer)(134)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 선박 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 NOX를 흡수하여 제거하는 NOX 흡수부(131)와, NOX 흡수부(131) 상단에 형성되어, NOX가 제거된 배기가스를 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOX를 용해시켜 제거하는 SOX 흡수부(132)와, 청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 암모니아수 제조부(135)와, 암모니아수 제조부(135)와 SOX 흡수부(132) 사이에 형성되어, SOX가 제거된 배기가스와 암모니아수 제조부(135)로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부(133)와, NOX 흡수부(131)와 SOX 흡수부(132) 사이에 형성되어 선박 엔진(10)의 폐열과 보일러수를 열교환시키는 EGE(134)가 수직방항으로 일체로 적층 형성되어, NOX와 SOX와 CO2를 순차적으로 흡수하여 제거한다.
이에, 설치공간 및 설치비용을 절감할 수 있고, 별도로 암모니아수 제조부(135)를 타워탱크(136) 외부에 설치하여 소요되는 인력시수 및 재료비를 절감할 수 있다.
한편, NOX 흡수부(131)는, 암모니아 재생부(140)로부터 블로워(131a) 또는 압축기를 통해 제1 NH3 분사노즐(131b)을 통해 재생된 NH3를 직접 공급받거나, NH3의 부족시에는 요소수저장탱크(131c)의 요소수(UREA)를 요소수 공급펌프(131d)를 통해 제2 NH3 분사노즐(131e)로 NH3를 공급받아 부족분을 보상하도록 하여, NOX와 반응시켜 N2와 H2와 H2O로 변환하여 NH3를 제거할 수 있기는 하지만, 요소수를 분해하면 NH3와 CO2가 발생할 수 있으므로, NH3를 직접 공급하여 CO2 발생량을 줄이는 것이 바람직할 수 있다.
또한, SOX 흡수부(132)는 조절밸브(112)와 연결되어 해수를 하방으로 분사하는 다단의 해수 분사노즐(132a)을 포함하며, 해수 분사노즐(132a) 하부에 형성되어 해수와 배기가스가 접촉하도록 배기가스가 통과하는 유로가 형성된 다단의 다공성 상판(132b), 또는 해수 분사노즐(132a) 하부에 형성되어 해수가 SOX를 용해시키도록 해수와 배기가스가 접촉하도록 하는 충진재가 채워진 흡수탑(132c)을 선택적으로 포함하고, 해수와 배기가스가 반응된 세정수가 NOX 흡수부(131)로 역류하지 않도록 배기가스 유입관(132d)을 커버하는 우산형태의 격벽(132e)을 포함할 수 있다.
예컨대, SOX 흡수부(132)는 해수와 1차로 접촉하는 섹션으로서, 조절밸브(112)와 연결되어 해수를 하방으로 분사하는 다단의 해수 분사노즐(132a)로 구성되어 SOX를 용해시키고 슈트(soot)의 분진을 제거하면서, 해수 분사노즐(132a) 또는 별도의 쿨링재킷(미도시)을 통해 배기가스의 온도를 CO2 제거부(133)에서 요구되는 27℃ 내지 33℃, 바람직하게는, 30℃ 전후로 냉각할 수 있다.
즉, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 해수 분사노즐(132a) 하부에, 배기가스가 통과하는 유로가 형성된 다공성 상판(132b)이 다단으로 각각 형성되어, 해수와 배기가스가 원활하게 접촉하도록 하거나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 해수 분사노즐(132a) 하부에, 해수와 배기가스가 접촉하도록 하는 충진재가 채워진 흡수탑(132c)이 각각 형성되어, 해수가 SOX를 용해시키도록 할 수도 있다. 한편, SOX의 용해도를 보다 높이기 위해 알칼리 이온을 형성하는 화합물, 예컨대 NaOH 또는 MgO의 염기성 약품을 투입하는 폐회로 시스템(closed loop system)으로 구성할 수 있다.
참고로, 폐회로 시스템은 추가적인 염기성 약품 소모를 수반하지만 순환하는 해수의 양이 적은 장점이 있고, 해수만을 분사하여 용해된 SOX를 선외로 배출하는 개회로 시스템(open loop system)은 추가 염기성 약품 소모가 없고 간소한 장점이 있어서, 개회로 및 폐회로를 결합한 하이브리드 시스템으로 구성할 수도 있다. 이에, SOX 흡수부(132)를 통해 SOX를 먼저 제거한 후에 후속하여 CO2 제거부(133)를 통해 CO2를 제거하도록 하여서, SOX의 용해도가 커서 Na2SO3 등의 화합물로 먼저 변하여 SOX의 용해가 모두 이루어지기 전까지는 CO2의 제거가 어려운 문제점을 해결하여서 CO2의 제거 효율성을 향상시킬 수 있다.
여기서, SOX 흡수부(132)에 의해 배출부(160)로 배액되는 해수와 배기가스가 반응된 세정수에는 SO3-, SO4 2-, 슈트, NaSO3, NaSO4, MgCO3, MgSO4 및 이외의 이온 화합물이 함께 포함되어 있고, SOX 흡수부(132)는, 세정수가 NOX 흡수부(131) 또는 EGE(134)로 역류하여 흘러들어가지 않도록 배기가스 유입관(132d)을 커버하는 우산형태의 격벽(132e)을 포함할 수 있다.
또한, 타워탱크(136)의 직경 및 높이는, 청수의 유속 및 NH3의 유속이 범람속도(flooding velocity)의 1/2이 되도록 설계되는 것이 바람직한데, 이를 통해, NH3 분사노즐(135b)을 통해 NH3는 상압보다 약간 높은 압력으로 분사되는 상태에서, 타워탱크(136)의 젖은 상태에서의 압력강하를 상쇄시킬 수 있다.
다음, 암모니아 재생부(140)는 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)로부터 배출된 NH4HCO3(aq)를 NaCl(s) 및 Ca(OH)2와 순차적으로 반응하여 NH3를 재생시켜 암모니아수 제조부(135) 및 NOX 흡수부(131)로 회귀시켜 공급하여 재사용하도록 한다.
구체적으로, 도 2 및 도 8에 도시된 바와 같이, 암모니아 재생부(140)는, NaCl 고체분말을 저장하고 공급하는 NaCl 사일로(silo)(141)와, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)로부터 배출된 NH4HCO3(aq)와 NaCl 사일로(141)로부터 공급된 NaCl(s)를 교반기(142)에 의해 교반하여 다음의 [화학식 4]에 의해 침전물인 NaHCO3(s)와 NH4Cl(aq)을 생성하는 혼합탱크(143)와, 혼합탱크(143)로부터 NaHCO3(s)와 NH4Cl을 흡입하여 NH4Cl을 분리하는 멤브레인필터(membrane filter)(144)와, NaHCO3(s)와 NH4Cl의 혼합물을 멤브레인필터(144)로 고압으로 이송하는 고압펌프(145)와, 슬러리 또는 고체 상태의 NaHCO3를 저장하는 NaHCO3저장탱크(미도시)와, Ca(OH)2를 저장하는 Ca(OH)2저장탱크(146)와, NH4Cl과 Ca(OH)2를 교반기(147)에 의해 다음의 [화학식 5]에 의해 반응시켜 NH3를 재생하는 NH3재생탱크(148)로 구성될 수 있다.
여기서, NaCl 사일로(141)는 모터(M)에 의해 회전하는 스크류(141a)에 의해 NaCl 고체분말을 혼합탱크(143)로 공급할 수 있고, 공기중의 수분에 의해 NaCl 고체분말이 뭉치는 현상을 방지하기 위해 건조공기를 주기적으로 균일하게 NaCl 사일로(141) 내에 분사할 수 있다.
한편, NaCl을 포화수용액으로 공급하는 경우에 수분을 포함하여 암모니아수의 농도를 묽게 만들고 NH3 재생비용을 증가시키므로, NaCl 고체분말을 직접 사용하여, 포화 NaCl 수용액 또는 해수를 사용하는 것과 달리, 물의 추가 투입이 필요없으며, 암모니아수의 농도 감소가 없고, 멤브레인필터(144) 후단부의 장치 크기를 줄일 수 있고, NH3 재생에 사용되는 Ca(OH)2의 소모량도 줄일 수 있다.
또한, 멤브레인필터(144)는 혼합탱크(143)로부터 용액과 침전물을 흡입하여 NaHCO3와 그 외 부산물의 침전물을 고압펌프(145)에 의한 고압으로 이송하여 분리한다.
또한, NH3재생탱크(148)에 저장된 NH3를 암모니아수 제조부(135)의 NH3 분사노즐(135b)과 NOX 흡수부(131)의 제1 NH3 분사노즐(131b)로 공급하여 재사용하도록 하여, 비교적 고가의 NH3를 절감하여 비용을 절약할 수 있고, 반응물인 CaCl2(aq)와 잔존하는 NaCl 또는 NH4Cl이 포함된 수용액은 선외로 배출된다.
다음, 증기 생성부(150)는, 도 7에 도시된 바와 같이, EGE(134)를 통과하여 열교환된 증기(steam)와 포화수 형태의 혼합물을 공급받아 스팀드럼(steam drum)(미도시)에 의해 증기를 분리하여 선내 증기 소모처로 공급하는 보조보일러(151)와, 보조보일러(151)로부터 EGE(134)로 보일러수를 순환 공급하는 보일러수 순환수펌프(152)와, 증기 소모처로부터 소모된 후 응축되어 상이 바뀐 응축수를 회수하는 케스케이드탱크(cascade tank)(153)와, 케스케이드탱크(153)로부터 보조보일러(151)로 보일러수의 양을 조절하여 공급하는 공급펌프(154) 및 조절밸브(155)로 구성되어서, 선내의 가열장비에 필요한 증기를 생성하여 공급한다.
여기서, 선박 엔진(10)의 부하가 클 경우에는 배기가스로부터 제공받을 수 있는 열량이 높아 선내 필요한 증기의 양을 EGE(134)를 통해 충분히 생산할 수 있지만, 그렇지 못한 경우에는 보조보일러(151) 자체에 연료를 연소시켜 필요한 증기를 생산할 수도 있다.
다음, 배출부(160)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)로부터 해수와 배기가스가 반응되어 배출되는 세정수를 저장하는 세정수탱크(161), 세정수탱크(161)로 이송펌프(162)에 의해 이송된 세정수의 선외배출조건을 충족하도록 탁도를 조절하는 필터링유닛과 pH조절을 위한 중화제 주입유닛을 구비하는 수처리장치(163), 및 슈트 등의 고형의 배출물을 분리 저장하는 슬러지저장탱크(164)로 구성되어서, 수처리장치(163)를 통과하여 선외배출조건을 충족하는 세정수는 선외배출하고, 선외배출조건을 충족하지 못하는 슈트 등의 고형의 배출물은 별도로 저장 보관할 수 있다.
한편, 선외배출조건을 충족하기 위한 중화제로 NaOH를 예로 들 수 있으나, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워(130)로부터 배출되는 물질이 산성 또는 염기성인 경우를 모두 상정하여 필요에 따라 이들 산성 또는 염기성을 각각 중화시킬 수 있는 중화제가 선택되어 사용될 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 선박의 온실가스 배출 저감장치의 구성에 의해서, 암모니아수를 공급하는 암모니아수 제조부를 별도로 구비하지 않고, 흡수타워에 통합하여 일체형으로 구성하여 흡수타워 외부 설치로 인한 설치공간 및 설치비용을 절감할 수 있으며, 암모니아수 펌프를 통해 암모니아수를 회귀시켜 CO2를 최대한 흡수하도록 하여 암모니아수의 낭비를 최소화하며, 배기가스로부터 NOX와 SOX와 CO2를 분리 배출하여 IMO 온실가스 배출규제를 충족시키며, SOX를 제거한 후 CO2를 제거하여 CO2 용해도와 CO2 제거효율성을 높이고, NaCl 고체분말을 사용하여 NH3 재생비용을 절감할 수 있고, 멤브레인필터 후단부의 장치 크기를 줄일 수 있고, CO2 제거시 NH3와 Ca(OH)2만 소모되어 제거비용을 절감할 수 있고, 불순물이 적은 NaHCO3를 고체로 저장할 수 있고, NH3 재생시 잔존하는 SOX로 인한 부반응을 제거하여 암모니아 회수시 불순물이 포함되지 않도록 할 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
110 : 해수 공급부 111 : 해수펌프
112 : 조절밸브 120 : 청수제공부
121 : 청수탱크 122 : 청수펌프
130 : 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워
131 : NOX 흡수부 132 : SOX 흡수부
133 : CO2 제거부 134 : EGE
135 : 암모니아수 제조부 136 : 타워탱크
140 : 암모니아 재생부 141 : NaCl 사일로
142 : 교반기 143 : 혼합탱크
144 : 멤브레인필터 145 : 고압펌프
146 : Ca(OH)2저장탱크 147 : 교반기
148 : NH3재생탱크 150 : 증기 생성부
151 : 보조보일러 152 : 보일러수 순환수펌프
153 : 케스케이드탱크 154 : 공급펌프
155 : 조절밸브 160 : 배출부
161 : 세정수탱크 162 : 이송펌프
163 : 수처리장치 164 : 슬러지저장탱크
10 : 선박 엔진
112 : 조절밸브 120 : 청수제공부
121 : 청수탱크 122 : 청수펌프
130 : 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워
131 : NOX 흡수부 132 : SOX 흡수부
133 : CO2 제거부 134 : EGE
135 : 암모니아수 제조부 136 : 타워탱크
140 : 암모니아 재생부 141 : NaCl 사일로
142 : 교반기 143 : 혼합탱크
144 : 멤브레인필터 145 : 고압펌프
146 : Ca(OH)2저장탱크 147 : 교반기
148 : NH3재생탱크 150 : 증기 생성부
151 : 보조보일러 152 : 보일러수 순환수펌프
153 : 케스케이드탱크 154 : 공급펌프
155 : 조절밸브 160 : 배출부
161 : 세정수탱크 162 : 이송펌프
163 : 수처리장치 164 : 슬러지저장탱크
10 : 선박 엔진
Claims (21)
- 해수를 공급하는 해수 공급부;
청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 암모니아수 제조부와, 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하고, 상기 냉각된 배기가스와, 상기 암모니아수 제조부로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 CO2 제거부를 일체형으로 구성하는, 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워; 및
상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워로부터 배출된 NH4HCO3(aq)를 NaCl(s) 및 Ca(OH)2와 순차적으로 반응시켜 NH3를 재생하여서 상기 암모니아수 제조부로 회귀시켜 공급하는, 암모니아 재생부;를 포함하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 NOx를 흡수하여 제거하는 NOx 흡수부를 더 포함하고,
상기 NOx가 제거된 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하고 상기 냉각된 배기가스와 상기 암모니아수 제조부로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하며,
상기 암모니아 재생부는 NH3를 재생하여서 상기 암모니아수 제조부 또는 상기 NOX 흡수부로 회귀시켜 공급하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOx를 용해시켜 제거하는 SOx 흡수부를 더 포함하고,
상기 SOx가 제거된 배기가스와 상기 암모니아수 제조부로부터의 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는,
상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 NOX를 흡수하여 제거하는 NOX 흡수부;
상기 NOX 흡수부 상단에 형성되어, 상기 NOX가 제거된 배기가스를 상기 해수 공급부로부터 공급된 해수와 반응시켜 냉각하면서 SOX를 용해시켜 제거하는 SOX 흡수부;
청수와 NH3를 반응시켜 암모니아수를 제조하여 공급하는 상기 암모니아수 제조부; 및
상기 암모니아수 제조부와 상기 SOX 흡수부 사이에 형성되어, 상기 SOX가 제거된 배기가스와 상기 암모니아수 제조부로부터 공급되는 암모니아수를 반응시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환하여 CO2를 제거하는 상기 CO2 제거부;가 일체로 적층 형성되고,
상기 암모니아 재생부는 NH3를 재생하여서 상기 암모니아수 제조부 또는 상기 NOX 흡수부로 회귀시켜 공급하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 해수 공급부는,
선외로부터 씨체스트를 통해 해수를 공급받아 상기 SOX 흡수부로 펌핑하는 해수펌프; 및
배기가스의 양에 따라 상기 해수펌프로부터 공급되는 해수의 유량을 조절하는 조절밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아수 제조부는,
상단에 형성되어 청수를 하향 분사하는 청수 분사노즐;
하단에 형성되어 NH3를 상향 분사하는 NH3 분사노즐;
상기 청수 분사노즐과 상기 NH3 분사노즐 사이에 형성되어 청수와 NH3를 접촉시켜 NH3를 용해하여 암모니아수를 생성하는 충진재;
상기 충진재 사이에 다단으로 개재되는 용액 재분배기;
상기 청수 분사노즐 상단에 굴곡진 다판 형태로 형성되어 비산되는 청수 및 배기가스를 통해 배출되는 암모니아수를 상기 충진재 방향으로 드랍시키는 미스트 제거판;
상기 청수 분사노즐 상단에 형성되어 NH3를 포집하는 워터스프레이; 및
상기 암모니아수를 생성하는 용해반응으로 인한 상기 충진재를 커버하는 타워탱크의 발열을 냉각하는 쿨링재킷;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 충진재는, 단위 부피당 접촉면적이 크도록 설계된, 증류 칼럼 패킹이 다단으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 7 항에 있어서,
다단으로 구성된 상기 증류 칼럼 패킹 사이에 용액 재분배기가 더 형성되는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 타워탱크의 직경 및 높이는, 청수의 유속 및 NH3의 유속이 범람속도의 1/2이 되도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 암모니아 재생부로부터 블로워 또는 압축기를 통해 상기 NH3 분사노즐로 NH3를 직접 공급하거나, 또는 NH3의 부족시에는 별도의 NH3저장탱크로부터 NH3를 공급하여 부족분을 대체하도록 하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 NOX 흡수부는, 상기 암모니아 재생부로부터 블로워 또는 압축기를 통해 제1 NH3 분사노즐로 NH3를 직접 공급받거나, 또는 NH3의 부족시에는 요소수저장탱크의 요소수를 요소수 공급펌프를 통해 제2 NH3 분사노즐로 공급받아 부족분을 대체하도록 하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 SOX 흡수부는, 상기 조절밸브와 연결되어 해수를 하방으로 분사하는 다단의 해수 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 해수 분사노즐 하부에, 배기가스가 통과하는 유로가 형성된 다공성 상판이 다단으로 각각 형성되어, 해수와 배기가스가 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 해수 분사노즐 하부에, 해수와 배기가스가 접촉하도록 하는 충진재가 채워진 흡수탑이 각각 형성되어, 해수가 SOX를 용해시키도록 하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 SOX 흡수부는, 상기 해수와 상기 배기가스가 반응된 세정수가 역류하지 않도록 상기 선박 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유입하는 배기가스 유입관을 커버하는 우산형태의 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 CO2 제거부는,
암모니아수를 하향 분사하는 암모니아수 분사노즐;
CO2와 암모니아수를 접촉시켜 CO2를 NH4HCO3(aq)로 전환시키는 충진재;
상기 충진재가 채워진 흡수탑의 구간마다 다단으로 형성되어 CO2제거반응으로 인한 발열을 냉각하는 쿨링재킷;
CO2와 반응하지 않고 외부로 배출되는 NH3를 포집하는 워터 스프레이;
굴곡진 다판 형태로 형성되어 암모니아수를 상기 충진재 방향으로 드랍시키는 미스트 제거판;
암모니아수가 역류하지 않도록 형성된 격벽;
상기 격벽의 배기가스 유입홀을 커버하는 우산형태의 차단판; 및
상기 충진재에 의해 CO2와 반응하지 못한 암모니아수를 상기 암모니아수 분사노즐로 회귀시키는 암모니아수 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워는, 상기 NOX 흡수부와 상기 SOX 흡수부 사이에 형성되어 상기 선박 엔진의 폐열과 보일러수를 열교환시키는 EGE를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 17 항에 있어서,
열교환된 증기와 포화수 형태의 혼합물을 공급받아 증기를 분리하여 증기 소모처로 공급하는 보조보일러;
상기 보조보일러로부터 상기 EGE로 보일러수를 순환 공급하는 보일러수 순환수펌프;
상기 증기 소모처로부터 응축된 응축수를 회수하는 케스케이드탱크;
상기 케스케이드탱크로부터 상기 보조보일러로 보일러수의 양을 조절하여 공급하는 공급펌프 및 조절밸브를 포함하는, 증기 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아 재생부는,
NaCl 고체분말을 저장하고 공급하는 NaCl 사일로;
상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워로부터 배출된 NH4HCO3(aq)와 NaCl(s)를 교반기에 의해 교반하여 NaHCO3(s)와 NH4Cl을 생성하는 혼합탱크;
상기 혼합탱크로부터 NaHCO3(s)와 NH4Cl을 흡입하여 NH4Cl을 분리하는 멤브레인필터;
NaHCO3(s)와 NH4Cl의 혼합물을 상기 멤브레인필터로 고압으로 이송하는 고압펌프;
슬러리 또는 고체 상태의 NaHCO3를 저장하는 NaHCO3저장탱크;
Ca(OH)2를 저장하는 Ca(OH)2저장탱크; 및
NH4Cl과 Ca(OH)2를 교반기에 의해 반응시켜 NH3를 재생하는 NH3재생탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 암모니아수제조 통합 일체형 흡수타워로부터 상기 해수와 상기 배기가스가 반응되어 배출되는 세정수를 저장하는 세정수탱크, 상기 세정수탱크로 이송펌프에 의해 이송된 상기 세정수의 선외배출조건을 충족하도록 탁도를 조절하는 필터링유닛과 pH조절을 위한 중화제 주입유닛을 구비하는 수처리장치, 및 고형의 배출물을 분리 저장하는 슬러지저장탱크를 포함하는, 배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 온실가스 배출 저감장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 선박의 온실가스 배출 저감장치를 구비한 선박.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200092141A KR102347142B1 (ko) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200092141A KR102347142B1 (ko) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102347142B1 true KR102347142B1 (ko) | 2022-01-04 |
Family
ID=79342324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200092141A KR102347142B1 (ko) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102347142B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240012688A (ko) | 2022-07-21 | 2024-01-30 | 한화오션 주식회사 | 선박용 cii 산정 및 ccs 운전 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 |
| KR20240012706A (ko) | 2022-07-21 | 2024-01-30 | 한화오션 주식회사 | 선박용 cii 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101201426B1 (ko) | 2012-03-30 | 2012-11-14 | 대한민국 | 선박용 온실가스 저감장치 |
| KR20190113485A (ko) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 한국조선해양 주식회사 | 선박 |
| KR102031210B1 (ko) | 2018-05-02 | 2019-10-11 | 한국에너지기술연구원 | 선박용 배기가스 저감장치 및 오염물질 제거방법 |
-
2020
- 2020-07-24 KR KR1020200092141A patent/KR102347142B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101201426B1 (ko) | 2012-03-30 | 2012-11-14 | 대한민국 | 선박용 온실가스 저감장치 |
| KR20190113485A (ko) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 한국조선해양 주식회사 | 선박 |
| KR102031210B1 (ko) | 2018-05-02 | 2019-10-11 | 한국에너지기술연구원 | 선박용 배기가스 저감장치 및 오염물질 제거방법 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240012688A (ko) | 2022-07-21 | 2024-01-30 | 한화오션 주식회사 | 선박용 cii 산정 및 ccs 운전 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 |
| KR20240012706A (ko) | 2022-07-21 | 2024-01-30 | 한화오션 주식회사 | 선박용 cii 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102232553B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박 | |
| KR102232540B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR102232587B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박 | |
| KR102231449B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR102231475B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박 | |
| KR102347142B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR102231467B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR102415706B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박 | |
| KR102231448B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| JP7463620B2 (ja) | 船舶の温室効果ガス排出低減装置及び同装置を具備した船舶 | |
| KR102231451B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR102441664B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박 | |
| KR20220022131A (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR20210156890A (ko) | 선박의 배기가스 온도조절가능한 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR102231473B1 (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박 | |
| JP7456001B2 (ja) | 船舶の温室効果ガス排出低減装置及びそれを具備した船舶 | |
| US11852062B2 (en) | Apparatus for reducing greenhouse gas emission in vessel and vessel including the same | |
| KR102543385B1 (ko) | Vlcc의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치를 구비한 vlcc | |
| US20230372867A1 (en) | Apparatus for reducing greenhouse gas emission in vessel and vessel including the same | |
| KR102446545B1 (ko) | 암모니아 운반선의 온실가스 배출 저감장치 | |
| KR20240078463A (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR20240076575A (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR20240075031A (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR20240078462A (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 | |
| KR20240078461A (ko) | 선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |