KR102442559B1

KR102442559B1 - 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102442559B1
Application number: KR1020180051064A
Authority: KR
Inventors: 심규호; 김영수; 전동수; 정성규; 김유진
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2022-09-13
Also published as: KR20190127020A

Abstract

본 발명은 천연가스를 연료로 사용하고, 원유 등 액체화물을 운반하는 운반선에서, 액체화물 저장탱크로부터 발생한 휘발성 유기화합물을 액화시켜 회수하는 원유 운반선의 유기화합물 회수 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 원유 운반선의 유기화합물 회수 시스템은, 천연가스를 추진 연료로 사용하는 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템에 있어서, 액화천연가스를 연료로 공급하기 위하여 천연가스로 기화시키는 LNG 기화기; 원유 저장탱크에서 생성된 휘발성 유기화합물(VOC)을 상기 연료로 공급되는 천연가스를 냉매로 하여 응축시키는 제2 응축기; 상기 천연가스의 냉열에 의해 응축된 LVOC를 저장하는 LVOC 저장탱크; 상기 LVOC의 회수율을 증가시키기 위하여 상기 제2 응축기로 공급되는 휘발성 유기화합물을 전처리하는 전처리 장치; 및 상기 액화천연가스 및 LVOC를 연료로 사용하는 연소 장치;를 포함한다.

Description

원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법 {Recovery of Volatile Organic Compounds System and Method for a Tanker}

본 발명은 천연가스를 연료로 사용하고, 원유 등 액체화물을 운반하는 운반선에서, 액체화물 저장탱크로부터 발생한 휘발성 유기화합물을 액화시켜 회수하는 원유 운반선의 유기화합물 회수 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진에 의해 추진력을 가지게 되는데, 선박의 연료로서 사용되는 경유, 중유, MDO(Marine Diesel Oil) 등의 연료유는 연소 과정에서 발생하는 다량의 유해물질로 인하여 환경오염을 유발하는 원인이 되고 있다. 최근 대기환경오염을 방지하기 위한 국제적인 규제가 강화되면서, 선박의 연료가 연료유에서 천연가스로 변경되는 추세이다. 천연가스는 황 함유량이 적어 연소 시에 황화합물 및 검댕 물질을 생성하지 않아 비교적 친환경적이다. 이러한 추세에 맞추어 연료유와 함께 천연가스를 사용할 수 있는 이중연료 엔진이 개발되었다.

한편, 천연가스는 상온, 상압에서는 기체 상태로 그 부피가 너무 크기 때문에 저장을 위한 공간의 제약이 심하여, 통상 상압에서 약 -163℃의 극저온에서 액체 상태를 유지하는 특성을 이용하여 단열재로 처리된 특수 저장탱크에 극저온의 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)를 상압의 액체 상태로 저장할 수 있다.

또한, 친환경 선박(Green-ship)으로 LNG를 연료로 사용하는 선박(LFS; Liquefied Fueled Ship)이 개발되어 각국의 선급으로부터 공식인증(AIP; Approval In Principle)을 승인받아 환경 규제로 인한 청정에너지로의 전환 요구를 충족시키고 있다. 이러한 LFS는 LNG를 화물로서 운반하는 LNG 운반선뿐만 아니라, 원유를 화물로서 운반하는 컨테이너선, 탱커선 등을 비롯한 일반 상선에도 적용할 수 있는 기술 개발이 필요하다.

일반 장거리용 원유 운반선(crude oil tanker)이나 단거리용 셔틀탱커(shuttle tanker)의 경우(이하, '원유 운반선'으로 통칭함.), 원유가 원유 운반선의 액체화물 저장탱크(cargo tank)로 하역(loading)되는 과정에서, 시간 당 약 15,000m³ 이상의 휘발성 유기화합물(VOCs; Volatile Organic Compounds, 이하 'VOC'라 함.)이 발생한다.

VOC는 증기압이 높아 대기 중에 휘발되는 액체나 기체 상태(주로 기체 상태를 말함.)의 유기화합물이다. 원유 운반선에서 생성된 VOC는 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄 등 다양한 탄화수소 성분을 포함한다.

종래에는 VOC를 바로 대기로 방출하거나 액체 상태의 화물(원유)에 재흡수시키는 등의 방식으로 처리하였다. 원유 운반선에서 생성된 VOC를 대기중으로 그대로 방출할 경우, 산화질소 및 다른 화합물질과 광화학적으로 반응하여 오존을 형성하며 이동성이 강하여 대기오염을 유발하게 된다.

국제해사기구 산하 해양환경보호위원회(MEPC; Marine Environment Protection Committee), 특히 노르웨이 당국(Norwegian authorities)은 해상 유전이 풍부한 북해지역의 배출 규제(emission Control)를 위하여, 고비중의 탄화수소 성분을 대기로 직접 방출하지 못하도록 원유 운반선에 증기(vapor) 형태의 VOC 배출억제설비를 설치하고 운용할 것을 강력히 요구하고 있다.

이에 따라, DNVGL(Det Norske Veritas and Germanischer Lloyd) 등 선급 또는 기관들은 이에 대한 규약인 'Cargo Vapor Recovery System' 등 다양한 규범(principles) 및 가이드라인(guideline)을 제시하고 있다.

또한, VOC는 메탄(CH₄), 에탄(C₂H₆) 등 유용한 성분을 포함하고 있으므로, VOC를 대기 중으로 직접 배출시키는 것은 환경오염의 문제뿐만 아니라, 경제적인 손실도 발생하므로, 이를 회수하려는 노력이 요구된다.

따라서, 본 발명은, 천연가스를 연료로 사용하는 원유 운반선에서 생성되는 휘발성 유기화합물(VOC)을 대기중으로 방출하지 않고 액화시켜 회수하며, 회수한 액체 상태의 VOC(LVOC)를 원유 운반선의 연료로도 사용할 수 있도록 하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 천연가스를 추진 연료로 사용하는 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템에 있어서, 액화천연가스를 연료로 공급하기 위하여 천연가스로 기화시키는 LNG 기화기; 원유 저장탱크에서 생성된 휘발성 유기화합물(VOC)을 상기 연료로 공급되는 천연가스를 냉매로 하여 응축시키는 제2 응축기; 상기 천연가스의 냉열에 의해 응축된 LVOC를 저장하는 LVOC 저장탱크; 상기 LVOC의 회수율을 증가시키기 위하여 상기 제2 응축기로 공급되는 휘발성 유기화합물을 전처리하는 전처리 장치; 및 상기 액화천연가스 및 LVOC를 연료로 사용하는 연소 장치;를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 전처리 장치로 공급되는 VOC에 포함된 불순물을 분리 제거하는 녹아웃 드럼;을 포함하고, 상기 전처리 장치로부터 제2 응축기로 공급되는 기체 상태의 휘발성 유기화합물에 포함된 수분을 분리 제거하는 VOC 건조기;를 포함하여, 상기 제2 응축기에서 수분이 동결되는 것을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 응축기로 공급되는 기체 상태의 휘발성 유기화합물의 이슬점을 측정하는 이슬점 계측기; 및 상기 이슬점 계측기의 측정값에 따라 상기 제2 응축기의 냉매로 공급되는 천연가스의 온도를 조절하는 제어장치;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어장치는, 상기 LNG 기화기에서 기화되는 천연가스의 온도를 조절하는 열매체 유량 조절밸브; 및 상기 LNG 기화기에서 기화된 천연가스, 액화천연가스 저장탱크에 저장된 액화천연가스 및 상기 액화천연가스 저장탱크에서 생성된 증발가스 중 어느 둘 이상을 혼합하는 혼합기; 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전처리 장치는, VOC를 압축하는 VOC 압축기; 상기 압축된 VOC를 상기 제2 응축기에서 VOC를 응축시킨 후 온도가 상승한 냉매를 이용하여 1차 응축시키는 제1 응축기; 및 상기 제1 응축기에서 응축된 액체 상태의 LVOC는 상기 LVOC 저장탱크로 공급하고, 응축되지 않은 기체 상태의 미응축 VOC는 상기 제2 응축기로 공급하는 기액 분리기;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 VOC 압축기는 실린더형 왕복동식 압축기이고, 상기 VOC 압축기의 실린더 냉각을 위하여 공급할 윤활유를 냉각시키는 윤활유 쿨러; 및 상기 VOC 압축기에서 압축된 VOC에 혼합된 윤활유 성분을 분리하여 윤활유 쿨러로 재순환시키고, 윤활유 성분이 분리된 압축 VOC는 제1 응축기로 공급하는 윤활유 분리기;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전처리 장치는, 상기 응축시킬 VOC를 전처리 장치로 이송하는 팬; 상기 팬에 의해 이송된 VOC를 흡착하고 흡착된 고농축의 VOC를 상기 제2 응축기로 공급하며 VOC가 흡착되고 남은 정화공기를 대기 중으로 배출시키는 농축기; 및 상기 농축기로부터 제2 응축기로 공급되는 고농축 VOC의 농도를 측정하는 농도 계측기;를 포함하여, 상기 제2 응축기로 공급되는 고농축 VOC의 VOC 농도는 폭발 하한계 이하 조건으로 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 농축기에 흡착된 VOC를 탈착시키기 위한 공기를 수용하는 혼합탱크; 및 상기 혼합탱크로부터 상기 농축기로 공급되는 재생용 공기를 가열하는 히터;를 포함하고, 상기 LVOC 저장탱크로부터 배출되는 VOC 및 불활성 가스의 혼합가스를 상기 농축기의 냉각용 공기로 공급하며, 상기 농축기를 냉각시킨 후 배출된 공기가 상기 혼합탱크로 순환될 수 있다.

바람직하게는, 선내 불활성 가스 수요처로 공급할 불활성 가스를 생성하는 불활성 가스 생성기;를 포함하고, 상기 불활성 가스 수요처는, 상기 LVOC 저장탱크 및 혼합탱크를 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 천연가스를 추진 연료로 사용하는 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법에 있어서, 원유 저장탱크에서 생성된 휘발성 유기화합물(VOC)을 전처리하는 단계; 상기 추진 연료로 공급하는 천연가스를 냉매로 하여 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계; 및 상기 응축된 LVOC를 별도의 LVOC 저장탱크에 저장하는 단계;를 포함하고, 상기 휘발성 유기화합물을 응축시키면서 가열된 천연가스는 연소장치로 공급하며, 상기 연소장치는, 상기 천연가스 및 LVOC 저장탱크에 저장된 LVOC를 연료로 사용하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계는, 상기 전처리된 휘발성 유기화합물의 이슬점을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 이슬점에 따라 상기 냉매로 사용할 천연가스의 온도를 조절하는 단계;를 포함하고, 상기 냉매로 사용할 천연가스의 온도는, 액화천연가스를 기화시켜 천연가스를 생성할 때 기화 온도를 조절하거나, 상기 기화된 천연가스, 액화천연가스 및 액화천연가스의 증발가스 중 어느 둘 이상을 혼합함으로써 조절할 수 있다.

바람직하게는, 상기 휘발성 유기화합물을 전처리하는 단계는, 상기 휘발성 유기화합물을 압축하는 단계; 상기 압축된 휘발성 유기화합물을 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시킨 후 배출되는 천연가스를 이용하여 1차 응축시키는 단계; 및 상기 1차 응축시키는 단계에서 응축된 LVOC와 미응축 VOC를 기액분리하여 응축된 LVOC는 상기 LVOC 저장탱크로 공급하고 상기 미응축 VOC를 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계로 공급하는 기액분리 단계;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 휘발성 유기화합물을 전처리하는 단계는, 상기 원유 저장탱크로부터 전처리 단계로 이송된 휘발성 유기화합물을 포함하는 공기 중 휘발성 유기화합물을 농축기에 흡착시키고, 휘발성 유기화합물이 흡착되어 정화된 공기를 대기 중으로 배출시키는 단계; 및 상기 농축기에 흡착된 휘발성 유기화합물을 열풍을 공급하여 탈착시키는 단계;를 포함하여, 탈착된 고농축 휘발성 유기화합물을 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계로 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 휘발성 유기화합물이 탈착된 농축기에, 상기 LVOC 저장탱크로부터 배출되는 저온의 불활성 가스와 VOC의 혼합물을 냉각용 공기로하여 냉각시키는 단계; 및 상기 농축기를 냉각시킨 후 농축기로부터 배출되는 냉각용 공기를 가열하는 단계;를 포함하며, 상기 가열된 공기를 상기 열풍으로 활용할 수 있다.

바람직하게는, 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계로 공급하는 고농축 휘발성 유기화합물의 농도를 측정하는 단계;를 더 포함하고, 상기 측정된 농도에 따라, 상기 농축기로 공급되는 열풍 또는 냉각용 공기에 선내에서 생성된 불활성 가스를 보충하여, 고농축 휘발성 유기화합물의 휘발성 유기화합물 농도가 폭발 하한계를 넘지 않도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법은, 원유 운반선에 있어서, 친환경 연료인 천연가스를 연소 장치의 연료로 사용할 수 있고, 액체화물 저장탱크에서 발생하는 VOC는 천연가스의 냉열을 이용하여 응축시켜 액체 상태로 회수 및 저장할 수 있어 배출규제를 만족시킬 수 있으며, 친환경적이고 경제적이다.

또한, 저장된 액체 상태의 VOC는 연소 장치의 연료로 사용함으로써, 회수한 VOC를 유용하게 활용할 수 있다.

또한, VOC를 응축시키기 위한 냉열로서 공급하는 천연가스의 온도를 조절할 수 있으므로 VOC 액화 공정을 최적화시킬 수 있다.

또한, VOC를 농축시킨 후 농축된 VOC를 응축시키므로, VOC의 회수율을 증가시키고, 액화 장치를 소형화할 수 있다.

또한, VOC를 농축시키는 과정에 있어서, 선내에서 생성된 불활성 가스를 이용하므로, VOC의 폭발하한계(LEL; Lower Explosion Limit) 이하 조건에서 VOC를 고농도로 농축시킬 수 있어 안전하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템을 간략하게 도시한 구성도이며, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예들에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.

후술하는 본 발명의 일 실시예들에서 원유 운반선은, 화물로서 원유를 저장하는 원유 저장탱크가 구비되고, 원유 저장탱크에 저장된 원유를 생산처에서 소비처로, 단거리 내지는 장거리에 걸쳐 운반하는 탱커(tanker)인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니며, 원유 운반선은, 휘발성 유기화합물(VOCs; Volatile Organic Compounds, 이하 'VOC'라 함.)이 발생하는 액체화물을 저장하는 저장탱크가 구비되며, 추진 장치(엔진 등)가 구비되어 자항 능력을 갖는 선박 뿐만 아니라, 해상에서 부유된 채 사용될 수 있는 해상 부유 구조물을 포함하는 개념일 수 있다.

단, 본 발명의 일 실시예들에서 원유 운반선의 추진 장치는, 액화가스를 연료로 사용하는 가스터빈 엔진이 적용되는 것을 특징으로 한다. 연료로서의 액화가스는, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas, 또는 Liquefied Ethylene Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액체수소(Liquefied Hydrogen) 등을 포함하는 군에서 선택될 수 있다.

또한, 액체화물로서는, 원유(Crude Oil), 정제유(Oil Products), 화공품(Chemicals), 석유화학제품(PC) 등을 들 수 있다. 본 명세서에 있어서 '액체화물'이란, 휘발성 유기화합물이 발생하며 액체 상태로 저장탱크에 수용되는 물질을 의미한다. 저장탱크에 액체 상태로 수용될 수 있다면, 저장탱크에 수용되어 있는 액체화물의 온도 및 압력은 반드시 상온 및 상압이 아닐 수도 있다.

후술하는 본 실시예들에서는, 액체화물로서 원유를 예로 들어 설명하기로 하고, 선박으로서는, 원유 생산처로부터 원유 수요처까지 LNG를 연료로 사용하여 추진하고 운항하는 LFS(LNG Fueled Ship)이자 운반 대상인 원유를 저장하는 원유 저장탱크가 구비되는 원유 운반선(Crude Oil Tanker)인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템은, 원유 운반선에 설치되며 원유를 저장하는 원유 저장탱크(100); 원유 운반선의 연료로서 LNG를 저장하는 LNG 연료탱크(800); LNG 연료탱크(800)에 저장된 LNG를 천연가스(NG; Natural Gas)로 기화시켜 선내 연소장치(combustion system, 미도시)로 공급하는 LNG 기화기(810); 원유 저장탱크(100) 등 선내에서 발생한 VOC(Volatile Organic Compounds)를 LNG 연료의 냉열을 이용하여 응축시키는 제2 응축기(600); 및 응축된 액체 상태의 VOC(LVOC; Liquefied Volatile Organic Compounds)를 저장하는 LVOC 저장탱크(700);를 포함한다.

도 1에는 하나의 원유 저장탱크(100)만을 도시하였으나, 본 실시예의 원유 운반선에는 원유 저장탱크(100)가 하나 이상 구비될 수 있다.

원유 저장탱크(100)에 수용된 원유로부터 휘발성이 강한 성분들이 지속적으로 증발하여 VOC는 지속적으로 생성되며, 원유 저장탱크(100) 내에서 생성된 VOC는 원유 저장탱크(100)의 내압을 상승시켜, 안전성 문제를 야기하거나 원유의 선적을 방해할 수 있다. 따라서, 원유 저장탱크(100)의 내압을 안전한 수준으로 유지시키기 위하여, 원유 저장탱크(100) 내에서 생성된 VOC는 원유 저장탱크(100)의 외부로 배출시켜야만 한다. 또한, VOC는 원유 저장탱크(100) 뿐만 아니라, VOC를 처리하는 과정에서도 생성될 수 있으며, 특히, VOC를 적·하역할 때 순간적으로 대량 생성될 수 있다. 본 실시예에서 VOC라 함은, 원유 저장탱크(100)의 내부에서 생성된 VOC 뿐만 아니라, 선내에서 생성된 VOC를 모두 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면 VOC를 응축시키기 전에, VOC에 포함된 불순물(soot, rust, oil droplet, particles 등)을 VOC로부터 분리하는 녹아웃 드럼(knock out drum, 200);을 더 포함할 수 있다.

녹아웃 드럼(200)에서는 스크러빙(scrubbing)에 의해 VOC로부터 불순물을 제거할 수 있다. 스크러빙에 의해 분리된 정제 VOC와 불순물은 녹아웃 드럼(200)으로부터 각각 따로 배출될 수 있다.

불순물이 분리된 정제 VOC는 VOC 유동라인(도면부호 미부여)을 따라 제2 응축기(600)로 이송된다. VOC로부터 분리된 불순물은, 슬러지(sludge), 기름이 섞인 물(oily water) 또는 슬러지가 혼합된 기름이 섞인 물(oily water with sludge) 형태일 수 있으며, 녹아웃 드럼(200)으로부터 배출되어 슬롭 탱크(slop tank, 미도시)로 이송될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 불순물이 분리 제거된 VOC를 제2 응축기(600)에서 응축시키기 전에, 전처리하는 전처리 장치(300A); 및 전처리 장치(300A)를 통해 전처리된 VOC에 포함된 수분 성분을 제거하는 VOC 건조기(dryer, 400);를 포함한다.

VOC 건조기(400)는 흡착제가 충전되어 있는 2개 이상의 베슬(vessle)로 구성될 수 있고, 적어도 하나의 베슬(vessel, 400)로 전처리된 VOC가 공급되어 VOC로부터 수분을 제거하는 동안, 적어도 하나의 나머지 베슬(400)은 VOC로부터 수분을 흡착한 흡착제를 재생(regeneration)시킬 수 있다.

흡착제를 재생시키면서 베슬(400)로부터 배출된 VOC는, VOC 건조기(400)의 출구 측으로부터 녹아웃 드럼(200)의 입구 측으로 연결되는 VOC 재순환라인(도면부호 미부여)을 통해 녹아웃 드럼(200)으로 재순환될 수 있다.

이와 같이, 제2 응축기(600)로 VOC를 공급하기 전에, VOC에 포함된 수분을 제거함으로써, 응축 과정에서 수분이 응결됨에 따른 장비 고장이나 배관 폐색 등의 문제를 방지할 수 있다.

VOC 건조기(400)에서 수분이 제거된 VOC는 제2 응축기(600)로 공급되며, LNG 연료탱크(800)로부터 연소장치로 공급되는 LNG 연료의 냉열에 의해 응축된다. 제2 응축기(600)에서 응축된 LVOC는 제2 응축기(600)와 LVOC 저장탱크(700)를 연결하는 LVOC 회수라인(도면부호 미부여)을 통해 LVOC 저장탱크(700)로 이송되며, LVOC 저장탱크(700)에 저장된다.

제2 응축기(600)에서 VOC를 응축시키기 위해 필요한 냉열은, LNG 연료탱크(800)에 저장된 LNG, LNG 연료탱크(800)에 저장된 LNG가 자연기화하여 생성된 BOG(Boil-Off Gas), LNG 기화기(810)에서 기화된 천연가스 또는 LNG, BOG 및 천연가스 중 2가지 이상의 혼합물일 수 있다. 이하, LNG, BOG, 천연가스 및 그 혼합물을 통칭하여 '제2 응축기 냉매'라 하기로 한다. 본 실시예에서 제2 응축기 냉매는, 연소장치의 연료로 공급될 수 있다.

본 실시예의 LNG 연료탱크(800)는, 상온 및 상압에서 기체 상태로 존재하는 천연가스의 저장성을 높이기 위하여, 천연가스를 압축 및 냉각시켜 얻은 극저온의 액체 상태의 천연가스, 즉 LNG 연료로서 저장하며, LNG가 액체 상태를 유지하도록 단열 처리되어 있을 수 있다. LNG 연료탱크(800)는, Type C 탱크 또는 멤브레인 탱크일 수 있다.

LNG 연료탱크(800)에 저장된 LNG 연료는, LNG 펌프(801)에 의해 가압되어, LNG 기화기(810)로 이송된다. LNG 기화기(810)에서는 LNG 연료탱크(800)로부터 이송된 LNG가 열매체(HM)와의 열교환에 의해 천연가스로 기화된다.

본 실시예에 따르면, VOC 건조기(400)로부터 배출되어 제2 응축기(600)로 공급되는, 수분이 제거된 VOC의 이슬점(dew point)를 계측하는 이슬점 계측기(500); 및 이슬점 계측기(500)에서 계측된 VOC의 이슬점에 따라 제2 응축기(600)로 공급되는 천연가스의 온도를 제어하는 제어장치;를 포함한다.

본 실시예의 제어장치는, LNG 연료탱크(800)로부터 LNG 기화기(810)로 공급되는 LNG의 유량을 조절하는 LNG 유량 조절밸브(820); LNG를 기화시키기 위한 열원으로서 LNG 기화기(810)로 공급되는 열매체의 유량을 조절하는 열매체 유량 조절밸브(840); 제2 응축기(600)에서 필요로 하는 냉매의 온도에 따라, LNG, BOG 및 LNG 기화기(810)에서 기화된 천연가스 중 어느 2가지 이상을 혼합하여 제2 응축기 냉매의 온도를 조절하는 혼합기(830); 및 제2 응축기(600)로 공급되는 제2 응축기 냉매의 온도를 측정하는 온도 트랜스미터(850);를 포함한다.

LNG 유량 조절밸브(820) 및 열매체 유량 조절밸브(840)는 3방향 밸브일 수 있다.

LNG 유량 조절밸브(820) 및 열매체 유량 조절밸브(840)는, 이슬점 계측기(500) 및/또는 온도 트랜스미터(850)의 측정값에 따라, 도시하지 않은 제어부에 의해 제어될 수 있고, 이슬점 계측기(500) 및/또는 온도 트랜스미터(850)의 측정값에 따라 캐스케이드 제어(cascade control)될 수 있다.

일례로, 이슬점 계측기(500)에 의해 제2 응축기(600)로 도입되는 VOC의 이슬점을 측정하고, 그 측정값에 따라 제2 응축기(600)에서 필요로 하는 제2 응축기 냉매의 온도가 결정되며, 온도 트랜스미터(850)에 의해 제2 응축기(600)로 도입되는 제2 응축기 냉매의 온도를 측정하여, LNG 유량 조절밸브(820) 및/또는 열매체 유량 조절밸브(840)의 개도 방향, 개도량, 개폐 등을 제어하거나 상태를 유지시킬 수 있다.

예를 들어, 이슬점 계측기(500)에 의해 측정된 VOC의 이슬점이 기준값(또는 최근 측정값)보다 낮아지면, 더 낮은 온도의 제2 응축기 냉매가 필요하므로, LNG 유량 조절밸브(820)의 개도를 조절하여, LNG 연료탱크(800)로부터 LNG 기화기(810) 측으로 이송되는 LNG의 일부가 LNG 기화기(810)를 바이패스하여 혼합기(830)로 공급되도록 하고, 혼합기(830)에서는 LNG 기화기(810)를 바이패스한 LNG와 LNG 기화기(810)에서 기화된 천연가스 및/또는 BOG가 혼합되어 원하는 온도로 조절된 제2 응축기 냉매가 제2 응축기(600)로 공급될 수 있다. 또는 열매체 유량 조절밸브(840)의 개도를 조절하여, LNG 기화기(810)에서 기화되는 천연가스의 온도를 더 낮게할 수 있다.

또 다른 예로서, 이슬점 계측기(500)에 의해 측정된 VOC의 이슬점이 기준값(또는 최근 측정값)보다 높아지면, 더 높은 온도의 제2 응축기 냉매로도 VOC를 충분히 응축시킬 수 있으므로, LNG 유량 조절밸브(820)의 개도를 조절하여, LNG 기화기(810)를 바이패스하는 LNG의 유량을 줄이거나, 또는, 열매체 유량 조절밸브(840)의 개도를 조절하여, 더 많은 양의 열매체를 LNG 기화기(810)로 공급함으로써 기화되는 천연가스의 온도를 높게할 수 있다.

제2 응축기(600)에서 VOC를 응축시키면서 가열(또는 기화)된 제2 응축기 냉매는, 천연가스 연료로서, 연소장치로 공급될 수 있다.

연소장치는, 원유 운반선에 설치되며 연료의 연소에 의해 에너지를 생산하는, 예를 들어, 선박의 추진용 엔진, 발전용 엔진 또는 보일러 등일 수 있다. 본 실시예에서 연소장치는, DFGE(Dual Fuel Gas-turbine Electric)인 것을 예로 들어 설명하기로 한다

본 실시예의 전처리 장치(300A)는, VOC를 압축하는 VOC 압축기(310); VOC 압축기(310)에서 압축된 압축 VOC를 천연가스 연료의 냉열을 이용하여 응축시키는 제1 응축기(340); 및 제1 응축기(340)에서 응축된 LVOC와 응축되지 않은 기체 상태의 VOC를 기액분리하는 기액분리기(350);를 포함할 수 있다.

본 실시예의 VOC 압축기(310)는 2개 이상 구비될 수 있으며, 적어도 하나의 VOC 압축기(310)는 리던던시(redundancy)로서 구비될 수 있다.

본 실시예의 VOC 압축기(310)는 실린더형 왕복동식 압축기일 수 있다. 또한, 실린더에 피스톤 링의 마모 방지 및 냉각 등을 위해 일정량의 윤활유(lubrication oil)를 주기적으로 공급하는 급유 윤활(oil-lubricated) 방식으로 작동될 수 있다.

따라서, VOC 압축기(310)에서 압축된 VOC에는 윤활유 성분이 혼입되어 있을 수 있다. 그러나 압축 VOC에 윤활유 성분이 혼입된 채로 후단 공정으로 이송되면, 장비의 손상이나 배관 폐색, 오염 등의 문제가 발생하고, 압축 VOC를 응축시키는 과정에서 윤활유 성분이 동결되는 등의 문제가 발생할 수 있다.

본 실시예에 따르면, VOC 압축기(310)의 후단에 설치되며, 압축 VOC에 혼압된 윤활유 성분을 분리하는 윤활유 분리기(320); 및 윤활유 분리기(320)에서 압축 VOC로부터 분리된 윤활유 성분을 냉각시켜 VOC 압축기(310)로 재순환시키는 윤활유 쿨러(330);를 더 포함할 수 있다.

윤활유 쿨러(330)로는 VOC 압축기(310)로 재순환되는 윤활유 성분을 냉각시키기 위한 냉매(CM)가 공급되고, 냉매와 윤활유 성분의 열교환에 의해 냉매는 온도가 높아지고 윤활유 성분의 온도는 낮아진다.

본 실시예의 VOC 압축기(310)는, VOC를 약 10 barg 또는 그 이상의 압력으로 압축시켜 제1 응축기(340)로 공급한다.

본 실시예의 윤활유 분리기(320)에서 윤활유 성분이 분리된 압축 VOC는 제1 응축기(340)로 이송되며, 제1 응축기(340)에서는 제2 응축기(600)를 통과하면서 온도가 상승한 천연가스 연료와 압축 VOC가 열교환하여 연료로 공급되는 천연가스는 더 가열되고, 압축 VOC의 일부는 응축될 수 있다.

제1 응축기(340)에서 응축된 액체 상태의 응축된 LVOC는 LVOC 저장탱크(700)에 저장될 수 있다. 제1 응축기(340)에서 가열된 천연가스 연료는 DFGE로 공급된다.

제1 응축기(340)에서 응축된 LVOC를 LVCO 저장탱크(700)에 저장하기 전에, 기액분리기(350)로 공급하여, 액체 상태의 LVOC는 LVOC 유동라인(도면부호 미부여)을 따라 LVOC 저장탱크(700)로 공급할 수 있다.

기액분리기(350)에서는, 제1 응축기(340)를 통과하면서 응축된 액체 상태의 LVOC와 응축되지 않은 기체 상태의 VOC 및 혼입된 오일 성분을 3상분리할 수 있다.

기액분리기(350)에서 분리된 기체 상태의 미응축 VOC를 VOC 건조기(400)를 거쳐 제2 응축기(600)로 공급하며, 분리된 오일 성분은 슬롭 탱크로 공급할 수 있다.

녹아웃 드럼(200)으로 공급되는 VOC는, 실질적으로는 VOC를 포함하는 공기이며, 녹아웃 드럼(200)으로부터 전처리 장치(300A)로 공급되는 유체 역시, 불순물이 분리 제거됨으로써 녹아웃 드럼(200)으로 공급되기 전보다 그 농도가 다소 높아진, VOC를 포함하는 공기이다.

따라서, 본 실시예에 따르면, VOC를 포함하는 공기로부터 제1 응축기(340)에서 1차적으로 VOC를 응축시켜 회수하고, 제1 응축기(340)에서 응축되지 않은 나머지 VOC는 제2 응축기(600)에서 응축시켜 회수함으로써, LVOC의 회수율을 높일 수 있다.

본 실시예에 따르면, DFGE로 공급되는 연료는, LNG 연료탱크(800)로부터 배출되어 LNG 기화기(810), 제2 응축기(600) 및 제1 응축기(340)를 거쳐 DFGE로 공급된다.

DFGE는, 터빈을 구동시킴으로써, 터빈의 구동력이 터빈에 연결된 발전기에서 전력으로 전환되고, 생산된 전력에 의해 추진장치(프로펠러)를 구동시킬 수 있는데, 최대 온도 범위 내에서, 터빈의 입구 온도가 높을수록 터빈의 효율은 높아진다.

따라서, 본 실시예에 따르면, LNG 기화기(810)에서 기화된 천연가스는 제2 응축기(600) 및 제1 응축기(340)를 거쳐 더 가열됨으로써, 터빈의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예의 제1 응축기(340) 및 제2 응축기(600)를 통해 응축된 LVOC는, LVOC 저장탱크(700)에 저장되는데, LVOC 저장탱크(700)에 저장된 LVOC는 필요에 따라 LVOC 펌프(701)에 의해 가압되고, 도시하지 않은 LVOC 기화기(미도시)에서 기화되어, 연소장치, 즉, 본 실시예의 DFGE의 연료로 공급될 수도 있다.

또한, LVOC 저장탱크(700)에 저장된 LVOC로부터 증발된 VOC는, 도면에 도시된 바와 같이, 녹아웃 드럼(200)의 전단으로 공급하여, 재순환시킬 수도 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 선내에서 발생한 VOC의 대기로의 배출량을 최소화하거나 없도록 하고, VOC는 DFGE의 연료로 공급되는 천연가스의 냉열에 의해 응축시켜 회수하며, 회수된 LVOC는 기화시켜 DFGE의 연료로 활용할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템 및 방법은, 제1 실시예의 변형예로서, 제1 실시예와는, 제2 응축기(600)로 공급되는 VOC의 전처리 공정 및 그 장치에 있어서 차이점이 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시예는, 상술한 제1 실시예를 참고로하여, 그 차이점에 대해서만 중점적으로 설명하기로 하고, 나머지 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 그 자세한 설명이 생략되더라도, 동일한 참조부호 및 동일한 명칭을 갖는 구성요소 및 그 작동에 대해서는 동일하게 적용될 수 있을 것이다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지로, 원유 저장탱크(100) 등 선내에서 생성된 VOC는 녹아웃 드럼(200)에서 불순물이 제거되고, 제2 응축기(600)로 이송되어, DFGE의 연료로 공급하기 위해 LNG 기화기(810)에서 기화된 천연가스, LNG 연료탱크(800)에서 발생한 BOG 등 제2 응축기 냉매와의 열교환에 의해 응축되며, 응축된 LVOC는 LVOC 저장탱크(700)에 저장된다. LVOC 저장탱크(700)에 저장된 LVOC는 LVOC 기화기(미도시)를 통해 기화되어 DFGE의 연료로 공급될 수도 있으며, LVOC 저장탱크(700)에서 생성된 VOC도 재순환시켜 응축시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 녹아웃 드럼(200)에서 불순물이 분리 제거된 정제 VOC를 제2 응축기(600)에서 응축시키기 전에, 전처리하는 전처리 장치(300B);를 포함하며, 전처리 장치(300B)를 통해 전처리된 VOC는 VOC 건조기(400)에서 건조된 후 제2 응축기(600)로 이송된다.

본 실시예의 전처리 장치(300B)는, VOC를 농축시켜 고농축의 VOC를 얻는 농축기(concentrator, 370); 및 VOC를 가압하여 농축기로 이송하는 이송수단인 메인 팬(main process fan, 360a);을 포함하여, 제2 응축기(600)로 공급되는 VOC를 농축시키는 것을 특징으로 한다.

본 명세서에서 녹아웃 드럼(200)으로 공급되는 유체를 VOC라 칭하였지만, 실질적으로는 VOC를 포함하는 공기이며, 녹아웃 드럼(200)으로부터 전처리 장치(300B)로 공급되는 유체 역시, 불순물이 분리 제거됨으로써 녹아웃 드럼(200)으로 공급되기 전보다 그 농도가 다소 높아진, VOC를 포함하는 공기이다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 전처리 장치(300B)에서는, 제2 응축기(600)로 공급되는, VOC를 포함하는 공기 중의 VOC 농도를 농축시켜, 고농축의 VOC가 제2 응축기(600)로 공급되도록 함으로써, LVOC의 회수율을 높이고, 정화된 공기를 대기 중으로 방출시키며, 장비의 크기 및 용량을 작게할 수 있는 것이다.

본 실시예의 메인 팬(360a)은, VFD(Variable Frequency Driver)를 이용하여 응축시킬 VOC의 유량 등에 따라 운전속도(rpm)가 제어되어 VOC를 농축기(370)로 이송시킬 수 있다.

또는, 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 팬(360a) 보다 작은 용량의 보조 팬(360b)을 더 구비하여, 응축시킬 VOC의 유량 등에 따라 가동 여부 및 가동 속도를 적절히 선택하여 VOC를 포함하는 공기를 농축기(370)로 이송시킬 수도 있다.

메인 팬(360a)과 보조 팬(360b)은 동시에 운전될 수도 있고, 둘 중 어느 하나의 팬(360)만이 운전될 수도 있다. 또한, 메인 팬(360a) 및 보조 팬(360b)은 모두 VFD를 이용하여 부하에 따라 가변 속도로 제어될 수도 있고, 또는 고정 속도로 운전될 수도 있다. 이하에서는, 메인 팬(360a) 과 보조 팬(360b)의 구분없이 '팬(360)'으로 통칭하여 설명하기로 한다.

본 실시예의 농축기(370)는 회전식 농축기(rotary concentrator)일 수 있으며, 흡착부(absorption zone); 재생부(regeneration zone); 및 냉각부(cooling zone);로 연속적으로 구분되는 내부가 회전하면서 VOC를 흡착한다.

농축기(370)의 내부에는 VOC를 흡착하는 흡착제로 코팅되어 있을 수 있으며, 흡착제로는 제올라이트(zeolite)가 사용될 수 있고, 제올라이트 흡착식일 수 있다.

팬(360)에 의해 농축기(370)로 이송된 VOC를 포함하는 공기는, 흡착부로 유입되며 공기 중에 포함된 VOC가 농축기(370)에 흡착된다. VOC가 농축기(370)에 흡착되고 남은 공기, 즉 정화 공기는 대기 중으로 방출된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 대기 오염 물질인 VOC는 농축기(370)에 흡착되고, 정화된 나머지 공기를 대기 중으로 방출시키므로 환경오염을 방지할 수 있다.

VOC를 흡착한 흡착부는 재생부가 되며, 로터가 회전하여, 재생부로 열풍이 공급되도록 한다. 재생부로 공급된 열풍에 의해 흡착된 VOC는 탈착된다. 탈착된 VOC는 농축된 고농축 VOC로서, VOC 건조기(400) 및 제2 응축기(600)로 이송되며, 제2 응축기(600)에서 응축되고, LVOC 저장탱크(700)에 저장된다.

본 실시예의 전처리 장치(300B)는, 재생부로부터 탈착되어 배출되는 고농축 VOC의 농도를 측정하는 농도 계측기(395);를 포함한다. 농도 계측기(395)에서 VOC의 농도를 측정함으로써, 제2 응축기(600)로 공급되는 고농축 VOC의 VOC 농도는 폭발 하한계(LEL; Lower Explosion Limit) 조건을 넘지 않도록 제어된다.

본 실시예에서 열풍은, 가열된 가스일 수 있으며, 예를 들어, 가열된 불활성 가스일 수 있다.

열풍에 의해 VOC가 탈착되면, VOC가 탈착된 재생부는 냉각부가 되고, 로터가 회전하여 냉각부로 냉각용 기체가 공급되도록 한다. 열풍에 의해 가열된 농축기(370)는 냉각용 기체에 의해 냉각된다. 냉각용 기체에 의해 냉각되면 냉각부는 다시 흡착부가 되고, 로터가 회전하여 VOC를 포함하는 공기가 유입되도록 하는 사이클을 이룬다.

본 실시예에 따른 원유 운반선에는, 선내 불활성 가스 수요처에서 활용할 불활성 가스를 생성시키는 불활성 가스 생성기(IGG; Inert Gas Generator, 900);가 구비된다. 선내 불활성 가스 수요처는 예를 들어 원유 저장탱크(100) 및 LVOC 저장탱크(700)일 수 있다. 원유 저장탱크(100) 및 LVOC 저장탱크(700)에는, 내압을 일정 압력으로 유지시키기 위한 목적이나, 저장된 원유 및 LVOC의 산화 방지 등을 목적으로 불활성 가스를 공급해줄 필요가 있다.

LVOC 저장탱크(700)에는 응축된 LVOC가 저온으로 저장되어 있으며, 밀도차에 의해 LVOC 저장탱크(700) 내의 하부측에는 액체 상태의 LVOC가 저장되어 있고, 상부측에는 증발된 기체 상태의 VOC와 불활성 가스가 혼합되어 있다. LVOC 저장탱크(700) 내 온도 분포는, 액체 상태의 LVOC가 저장되어 있는 최하부측으로부터 기체 상태의 VOC 및 불활성 가스가 저장되어 있는 최상부측까지, 최상부측의 온도가 최하부측의 온도보다 약간 높지만 비슷한 수준이 유지된다.

본 실시예의 LVOC 저장탱크(700)에서 생성된 VOC는 농축기(370)로 회수될 수 있으며, LVOC 저장탱크(700)로부터 배출된, 저온의 VOC와 불활성 가스의 혼합가스는 농축기(370)의 냉각용 기체로 활용될 수 있다. 즉, LVOC 저장탱크(700)로부터 농축기(370)로 회수되는 VOC와 불활성 가스의 혼합가스는, 농축기(370)의 냉각부로 공급된다.

본 실시예에 따른 전처리 장치(300B)는, 농축기(370)의 냉각부로부터 농축기(370)를 냉각시킨 후 배출되는 냉각용 기체, 즉, VOC와 불활성 가스의 혼합가스를 수용하는 혼합탱크(390); 및 혼합탱크(390)로부터 배출되는 VOC와 불활성 가스의 혼합가스 또는 불활성 가스를 가열하는 전기히터(380);를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 전기히터(380)에서 가열된 불활성 가스 풍부 가스는 농축기(370)의 열풍으로 활용될 수 있다. 즉, 전기히터(380)에서 가열된 불활성 가스 풍부 가스는, 농축기(370)의 재생부로 공급된다.

또한, 본 실시예의 혼합탱크(390)는, 선내 불활성 가스 수요처일 수 있으며, 따라서, 불활성 가스 생성기(900)와 혼합탱크(390)를 연결하는 불활성 가스 유동라인(도면부호 미부여);를 더 포함하여, 불활성 가스 생성기(900)에서 생성된 불활성 가스는 혼합탱크(390)로 공급될 수 있다.

본 실시예의 혼합탱크(390)에서는, 냉각부를 통과한 기체와, 불활성 가스 생성기(900)로부터 공급받은 불활성 가스를 혼합하여, 농축기(370)로 공급한다.

혼합탱크(390)로부터 농축기(370)로 공급되는 불활성 가스 풍부 가스는 전기히터(380)에서 가열되어 공급된다. 도시하지 않은 제어부는, 전기히터(380)에서 가열되는 불활성 가스 풍부 가스의 온도를 제어함으로써, 농축기(370)의 탈착 효율을 증가시킬 수 있다.

본 실시예에서, 전기히터(380)에서 가열되어 농축기(370)로 공급되는 열풍의 온도는 약 150℃ 또는 그 이상일 수 있다.

본 실시예에서, 제2 응축기(600)에서 고농축 VOC를 응축시키면서 가열된 천연가스 연료는 연소장치로 공급된다.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 전처리 장치(300B)를 통해 제2 응축기(600)로 고농축의 VOC를 공급하고, 또한, 불활성 가스를 농축기(370) 재생용 가스로 활용함으로써, 폭발 하한계 이하 조건에서, 고농축의 VOC를 확보하고 LVOC의 회수율을 높일 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 원유 저장탱크
200 : 녹아웃 드럼
300 : 전처리 장치
310 : VOC 압축기
340 : 제1 응축기
350 : 기액분리기
360 : 팬
370 : 농축기
390 : 혼합탱크
395 : 농도 계측기
400 : VOC 건조기
500 : 이슬점 계측기
600 : 제2 응축기
700 : LVOC 저장탱크
800 : LNG 연료탱크
810 : LNG 기화기
900 : 불활성 가스 생성기

Claims

천연가스를 추진 연료로 사용하는 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템에 있어서,
액화천연가스를 연료로 공급하기 위하여 천연가스로 기화시키는 LNG 기화기;
원유 저장탱크에서 생성된 휘발성 유기화합물(VOC)을 상기 연료로 공급되는 천연가스를 냉매로 하여 응축시키는 제2 응축기;
상기 천연가스의 냉열에 의해 응축된 LVOC를 저장하는 LVOC 저장탱크;
상기 LVOC의 회수율을 증가시키기 위하여 상기 제2 응축기로 공급되는 휘발성 유기화합물을 전처리하는 전처리 장치;
상기 천연가스 및 LVOC를 연료로 사용하는 연소 장치;
상기 제2 응축기로 공급되는 기체 상태의 휘발성 유기화합물의 이슬점을 측정하는 이슬점 계측기; 및
상기 이슬점 계측기의 측정값에 따라 상기 제2 응축기의 냉매로 공급되는 천연가스의 온도를 조절하는 제어장치;를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전처리 장치로 공급되는 VOC에 포함된 불순물을 분리 제거하는 녹아웃 드럼;을 포함하고,
상기 전처리 장치로부터 제2 응축기로 공급되는 기체 상태의 휘발성 유기화합물에 포함된 수분을 분리 제거하는 VOC 건조기;를 포함하여,
상기 제2 응축기에서 수분이 동결되는 것을 방지하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 LNG 기화기에서 기화되는 천연가스의 온도를 조절하는 열매체 유량 조절밸브; 및
상기 LNG 기화기에서 기화된 천연가스, 액화천연가스 저장탱크에 저장된 액화천연가스 및 상기 액화천연가스 저장탱크에서 생성된 증발가스 중 어느 둘 이상을 혼합하는 혼합기; 중 어느 하나 이상을 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전처리 장치는,
VOC를 압축하는 VOC 압축기;
상기 압축된 VOC를 상기 제2 응축기에서 VOC를 응축시킨 후 온도가 상승한 냉매를 이용하여 1차 응축시키는 제1 응축기; 및
상기 제1 응축기에서 응축된 액체 상태의 LVOC는 상기 LVOC 저장탱크로 공급하고, 응축되지 않은 기체 상태의 미응축 VOC는 상기 제2 응축기로 공급하는 기액 분리기;를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 VOC 압축기는 실린더형 왕복동식 압축기이고,
상기 VOC 압축기의 실린더 냉각을 위하여 공급할 윤활유를 냉각시키는 윤활유 쿨러; 및
상기 VOC 압축기에서 압축된 VOC에 혼합된 윤활유 성분을 분리하여 윤활유 쿨러로 재순환시키고, 윤활유 성분이 분리된 압축 VOC는 제1 응축기로 공급하는 윤활유 분리기;를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전처리 장치는,
상기 응축시킬 VOC를 전처리 장치로 이송하는 팬;
상기 팬에 의해 이송된 VOC를 흡착하고 흡착된 고농축의 VOC를 상기 제2 응축기로 공급하며 VOC가 흡착되고 남은 정화공기를 대기 중으로 배출시키는 농축기; 및
상기 농축기로부터 제2 응축기로 공급되는 고농축 VOC의 농도를 측정하는 농도 계측기;를 포함하여,
상기 제2 응축기로 공급되는 고농축 VOC의 VOC 농도는 폭발하한계 이하 조건으로 제어하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 농축기에 흡착된 VOC를 탈착시키기 위한 공기를 수용하는 혼합탱크; 및
상기 혼합탱크로부터 상기 농축기로 공급되는 재생용 공기를 가열하는 히터;를 포함하고,
상기 LVOC 저장탱크로부터 배출되는 VOC 및 불활성 가스의 혼합가스를 상기 농축기의 냉각용 공기로 공급하며,
상기 농축기를 냉각시킨 후 배출된 공기가 상기 혼합탱크로 순환되는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
청구항 8에 있어서,
선내 불활성 가스 수요처로 공급할 불활성 가스를 생성하는 불활성 가스 생성기;를 포함하고,
상기 불활성 가스 수요처는, 상기 LVOC 저장탱크 및 혼합탱크를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 시스템.
천연가스를 추진 연료로 사용하는 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법에 있어서,
원유 저장탱크에서 생성된 휘발성 유기화합물(VOC)을 전처리하는 단계;
상기 추진 연료로 공급하는 천연가스를 냉매로 하여 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계; 및
상기 응축된 LVOC를 별도의 LVOC 저장탱크에 저장하는 단계;를 포함하고,
상기 휘발성 유기화합물을 응축시키면서 가열된 천연가스는 연소장치로 공급하며,
상기 연소장치는, 상기 천연가스 및 LVOC 저장탱크에 저장된 LVOC를 연료로 사용하고,
상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계는,
상기 전처리된 휘발성 유기화합물의 이슬점을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 이슬점에 따라 상기 냉매로 사용할 천연가스의 온도를 조절하는 단계;를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 냉매로 사용할 천연가스의 온도는,
액화천연가스를 기화시켜 천연가스를 생성할 때 기화 온도를 조절하거나, 상기 기화된 천연가스, 액화천연가스 및 액화천연가스의 증발가스 중 어느 둘 이상을 혼합함으로써 조절하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 휘발성 유기화합물을 전처리하는 단계는,
상기 휘발성 유기화합물을 압축하는 단계;
상기 압축된 휘발성 유기화합물을 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시킨 후 배출되는 천연가스를 이용하여 1차 응축시키는 단계; 및
상기 1차 응축시키는 단계에서 응축된 LVOC와 미응축 VOC를 기액분리하여 응축된 LVOC는 상기 LVOC 저장탱크로 공급하고 상기 미응축 VOC를 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계로 공급하는 기액분리 단계;를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 휘발성 유기화합물을 전처리하는 단계는,
상기 원유 저장탱크로부터 전처리 단계로 이송된 휘발성 유기화합물을 포함하는 공기 중 휘발성 유기화합물을 농축기에 흡착시키고, 휘발성 유기화합물이 흡착되어 정화된 공기를 대기 중으로 배출시키는 단계; 및
상기 농축기에 흡착된 휘발성 유기화합물을 열풍을 공급하여 탈착시키는 단계;를 포함하여, 탈착된 고농축 휘발성 유기화합물을 상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계로 공급하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 휘발성 유기화합물이 탈착된 농축기에, 상기 LVOC 저장탱크로부터 배출되는 저온의 불활성 가스와 VOC의 혼합물을 냉각용 공기로하여 냉각시키는 단계; 및
상기 농축기를 냉각시킨 후 농축기로부터 배출되는 냉각용 공기를 가열하는 단계;를 포함하며,
상기 가열된 공기를 상기 열풍으로 활용하며, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 전처리된 휘발성 유기화합물을 응축시키는 단계로 공급하는 고농축 휘발성 유기화합물의 농도를 측정하는 단계;를 더 포함하고,
상기 측정된 농도에 따라, 상기 농축기로 공급되는 열풍 또는 냉각용 공기에 선내에서 생성된 불활성 가스를 보충하여, 고농축 휘발성 유기화합물의 휘발성 유기화합물 농도가 폭발하한계를 넘지 않도록 제어하는 단계;를 포함하는, 원유 운반선의 휘발성 유기화합물 회수 방법.