KR102538931B1

KR102538931B1 - 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템

Info

Publication number: KR102538931B1
Application number: KR1020210148838A
Authority: KR
Inventors: 김종현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2023-06-01
Also published as: KR20230063606A

Abstract

선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템은 암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 서비스탱크로부터 암모니아를 공급받아 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 맞추어 상기 엔진으로 공급하는 연료공급부; 상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아와 배기 중의 암모니아를 회수하는 암모니아 회수드럼; 상기 암모니아 회수드럼으로 해수를 공급하는 해수 공급부; 상기 암모니아와 상기 해수 공급부로부터 공급되는 해수에 의해 생성된 암모니아수를 이송받아 저장하는 암모니아수 탱크; 상기 암모니아수 탱크의 암모니아수를 선외 배출 기준에 맞추어 암모니아 농도를 낮추어 씨체스트로 이송하는 제1 배출라인; 및 상기 제1 배출라인에 마련되어 암모니아수의 암모니아를 분해하는 미생물 담체부:를 포함하며, 상기 미생물 담체부에서는 해수 중 암모니아를 분해하는 해양성 미생물에 의해 암모니아수의 암모니아 농도를 낮추는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템{Ammonia Treatment System For Ship Engine}

본 발명은 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하여 처리하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템에 관한 것이다.

지구온난화 현상의 심화에 따라 전세계적으로 온실가스 배출을 감축하려는 노력이 이루어지고 있고, 선진국들의 온실가스 감축 의무를 담았던 1997년 교토의정서가 2020년 만료됨에 따라, 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약에서 채택되고 2016년 11월 발효된 파리기후변화협약(Paris Climate Change Accord)에 의해 협정에 참여한 195개 당사국들은 온실가스 감축을 목표로 다양한 노력을 기울이고 있다.

이러한 세계적인 추세와 함께 화석연료와 원자력을 대체할 수 있는 무공해에너지로서 풍력, 태양광, 태양열, 바이오에너지, 조력, 지열 등과 같은 재생가능에너지(또는 재생에너지)에 대한 관심이 높아지고 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다.

액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다. 그에 따라 근래 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.

액화석유가스는 조성에 따라 액화 온도의 차이는 있으나 프로판을 주성분으로 하는 석유가스의 경우 상압 약 -42℃의 저온에서 액화되고, 18 bar에서는 약 45℃의 온도까지, 7 bar에서는 20℃까지 액체 상태로 저장가능하다.

한편, 종래의 LPG 운반선 등에는 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 연료 공급 시스템을 채용하고 있는데, 이러한 중유 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기가스 배출규제 강화로 황 성분이 적은 중유 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 했고, 국제적인 환경규제 기준에 적합한 친환경적인 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다.

최근에는 LPG 또는 LNG 운반선에서 LPG 또는 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 추진 연료로 사용하는 연료공급시스템의 적용이 늘어나고 있고, 국제적인 배기가스 배출규제 강화에 따라 LPG 또는 LNG 운반선 외에 일반 선박에서도 LNG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.

그러나 LNG나 LPG는 기존에 선박 연료로 사용되던 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받지만 연소 시 여전히 이산화탄소가 발생하며, 이를 연료로 사용하는 선박에서는 여전히 운항 중 이산화탄소를 배출하게 된다.

선박의 항로, 교통규칙, 항만시설 등을 국제적으로 통일하기 위해 설치된 유엔 전문기구인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구) 역시 온실가스에 대해 08년과 대비하여 2050년 50% 저감, 2100년 100% 저감(GHG Zero Emission)을 목표로 제시하고, 그에 따라 각 국가 및 지역의 규제가 강화될 것으로 예상된다.

IMO가 신조 선박에 적용하는 강제성 있는 이산화탄소 저감 규정인 EEDI(Energy Efficiency Design Index, 에너지효율설계지수)에 따르면, 초기 EEDI 발표에서는 2013 내지 2015년의 이산화탄소 배출량을 기준으로 2015년 이산화탄소 배출량을 10% 저감하는 EEDI Phase 1이 적용되고, 5년 마다 1 단계씩 강화·적용하여 2025년 Phase 3를 적용하도록 예정되어 있었으나, LPG 운반선에 대해서는 EEDI Phase 2 적용 후 2년만인 2022년부터 EEDI Phase 3를 조기 적용하도록 하고 있고, 2030년 이후 발주 선박은 2008년 발주 선박 대비 탄소배출량을 40%, 2050년까지는 50%까지 감축하도록 결정하는 등 기후변화와 온실가스 배출에 대한 국제적 관심이 커지면서 선박에 대해서도 이산화탄소 배출에 대한 규제가 급격히 강화되고 있어 대체 연료에 대한 필요성이 높아지고 있다.

특히, 향후 Phase 4 (이산화탄소 배출량 40% 저감) 이상의 기준이 적용되면 현재의 LNG나 LPG를 연료로 사용하는 선박으로는 이산화탄소 배출 규정 달성이 어려울 수 있어, 장기적인 관점에서 해운의 완전한 탈탄소화를 위해 선박 연료를 탄소 중립 연료로 교체하는 것이 필연적이므로, 친환경 선박 연료에 대한 기술의 개발 및 실선에의 적용을 더욱 서두를 필요가 있다.

탄소 중립 연료 중 암모니아(NH₃)는 1개의 질소에 3개의 수소가 결합된 물질로, 분자 사이에 강한 수소 결합을 형성할 수 있어 액화가 용이하며, 상압에서 끓는점 -33.34℃, 녹는점 -77.73℃이다. 암모니아는 특히 저장 및 운송이 용이하고, 하버-보슈법을 통한 대량 생산이 용이하며, 타 탄소 중립 연료 대비 우수한 경제성을 가지고 있어, 선박 연료로 암모니아를 사용하기 위한 연구와 개발이 활발히 이루어 지고 있다.

현재 개발 중인 선박 엔진에는 액체 상태로 암모니아가 공급되는데 암모니아를 연료로 공급받는 엔진의 정지나 트립(trip) 발생 시, 또는 온도 상승으로 암모니아가 가스화되면 연료 공급을 중단하고 연료 공급 장치 내 암모니아를 배출하게 된다. 이러한 암모니아는 독성과 금속 부식성 등의 성질로 인해 선외로 바로 배출하기 어려워 이를 처리할 수 있는 방안이 필요하다. 또한 암모니아는 연소 발화 과정이 느려 배기가스로 암모니아 SLIP이 발생하기 때문에 이를 해결할 수 있는 방안도 필요하다.

본 발명은 선박 엔진의 연료로 암모니아를 공급하면서, 엔진의 정지 또는 트립(trip) 발생 시 등에 연료 공급용 배관 및 연료공급시스템 등에서 배출되는 암모니아와 배기가스 중의 암모니아를 효과적으로 처리할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 서비스탱크로부터 암모니아를 공급받아 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 맞추어 상기 엔진으로 공급하는 연료공급부;

상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아와 배기 중의 암모니아를 회수하는 암모니아 회수드럼;

상기 암모니아 회수드럼으로 해수를 공급하는 해수 공급부;

상기 암모니아와 상기 해수 공급부로부터 공급되는 해수에 의해 생성된 암모니아수를 이송받아 저장하는 암모니아수 탱크;

상기 암모니아수 탱크의 암모니아수를 선외 배출 기준에 맞추어 암모니아 농도를 낮추어 씨체스트로 이송하는 제1 배출라인; 및

상기 제1 배출라인에 마련되어 암모니아수의 암모니아를 분해하는 미생물 담체부:를 포함하며,

상기 미생물 담체부에서는 해수 중 암모니아를 분해하는 해양성 미생물에 의해 암모니아수의 암모니아 농도를 낮추는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 제1 배출라인에 마련되는 제1 밸브; 상기 미생물 담체부를 통과한 암모니아수의 암모니아 농도를 감지하는 제1 배출기준센서; 및 상기 제1 배출라인의 미생물 담체부 후단에서 상기 미생물 담체부 전단으로 연결되는 암모니아수리턴라인:을 더 포함하고, 상기 제1 배출기준센서에서 감지된 농도가 선외 배출 기준을 만족하지 못하면 상기 암모니아수리턴라인을 통해 상기 미생물 담체부 전단의 상기 제1 밸브 후단으로 암모니아수를 재순환시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 배출라인에서 미생물 담체부의 입구 측에 마련되는 제2 밸브; 상기 제1 배출라인에서 상기 미생물 담체부의 하류에 마련되어 암모니아수를 이송하는 중화수배출펌프; 및 상기 제2 밸브의 전단에서 상기 제1 배출라인에서 분기되어 미생물 담체부를 우회하여 상기 중화수배출펌프 전단으로 연결되는 바이패스라인; 상기 바이패스라인에 마련되는 제5 밸브; 및 상기 제1 배출라인의 미생물 담체부 전후단에서의 차압을 감지하는 차압감지센서:를 더 포함하고, 상기 차압감지센서에서 감지된 차압이 기준값 이상이면 상기 제2 밸브를 닫고 상기 바이패스라인으로 암모니아수를 이송할 수 있다.

바람직하게는, 상기 해양성 미생물을 배양하는 미생물탱크; 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 미생물탱크로 연결되는 제2 배출라인; 상기 제2 배출라인에 마련되어 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 미생물탱크로 암모니아수를 공급하도록 개폐되는 제3 밸브; 상기 미생물탱크를 거친 암모니아수의 암모니아 농도를 감지하는 제2 배출기준센서; 및 상기 미생물탱크로부터 암모니아수를 배출하도록 개폐되는 제4 밸브;를 더 포함하고, 상기 제2 배출라인을 통해 미생물탱크를 거친 암모니아수는 상기 제1 배출라인의 바이패스라인 분기지점 전단으로 이송될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 배출라인에서 상기 중화수배출펌프의 하류에 마련되는 제6 밸브; 상기 중화수배출펌프와 제6 밸브 사이에서 상기 제1 배출라인에서 분기되어 상기 미생물 담체부로 연결되는 플러싱라인; 및 상기 플러싱라인에 마련되는 제8 밸브:를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 미생물 담체부에서의 미생물 과다 증식 시, 상기 제6 밸브를 닫고 제8 밸브를 열어, 상기 미생물탱크를 거쳐 중화된 암모니아수를 상기 바이패스라인으로 이송하여 상기 플라싱라인을 통해 상기 미생물 담체부에 공급하여 미생물 담체부의 표면에 부착된 미생물을 제거하고 교반시킬 수 있다.

바람직하게는 상기 암모니아수 탱크 내 암모니아수의 액위를 감지하는 레벨 센서:를 더 포함하고, 상기 중화수배출펌프는 상기 제1 또는 제2 배출기준센서에 의해 암모니아수가 선외 배출 기준을 만족하면 가동되되, 상기 레벨 센서에서 감지된 암모니아수 액위가 기준값 이상이면 상기 암모니아수 탱크의 암모니아수는 상기 중화수배출펌프에 의해 자동 배출될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 배출기준센서에서 감지된 농도가 계속해서 선외 배출 기준을 만족하지 못하여 상기 암모니아수리턴라인을 통한 상기 미생물 담체부 전단으로의 암모니아수 재순환이 반복되면, 상기 미생물탱크에서 배양된 해양성 미생물을 상기 미생물 담체부에 공급하여 충전할 수 있다.

바람직하게는, 상기 서비스탱크로부터 엔진으로 액체 암모니아를 공급하는 연료공급라인; 상기 엔진에서 소비되지 않은 암모니아를 상기 연료공급부의 상류로 회수하는 연료리턴라인; 및 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인과 상기 엔진 사이의 암모니아 공급을 조절하는 서비스 밸브가 배치되는 연료밸브트레인(FVT):을 더 포함하며, 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인에는 각각 암모니아 공급을 조절하기 위한 이중차단밸브(double block and bleed valve)가 설치될 수 있다.

바람직하게는 암모니아 회수드럼은, 상기 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 드럼; 상기 연료밸브트레인에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 드럼; 및 상기 엔진에서 배출되는 배기 중의 암모니아를 회수하는 제3 드럼:을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료공급부에서 상기 제1 드럼으로 연결되는 제1 벤트라인; 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 드럼으로 연결되는 제2 벤트라인; 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 드럼으로 연결되는 제3 벤트라인; 및 상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인의 이중차단밸브 상류에서 상기 제2 드럼으로 연결되는 제4 벤트라인:을 더 포함할 수 있다.

본 발명에서는 선박용 엔진의 연료로 친환경 연료인 암모니아를 공급하여 선박 운항 시 온실가스 배출량을 감축하고 국제협약이 정하는 규제기준을 충족하도록 한다.

특히 엔진의 정지 또는 트립(trip) 발생 시 등에 연료 공급을 위한 각 배관 및 연료공급부 등에서 암모니아를 신속하게 배출하여 안전을 확보한다.

또한 배출된 암모니아로부터 암모니아수를 생성한 후, 생성된 암모니아수를 해양성 미생물에 의해 암모니아를 분해하여 배출함으로써 선외 배출 기준을 맞출 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야 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.

이하 본 발명에서의 선박은 암모니아를 선내 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되는 모든 종류의 선박을 가리키며, 대표적으로 LPG 운반선(LNG Carrier), LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, 액체수소운반선, 암모니아운반선 등과 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.

엔진의 연료로 암모니아를 공급받는 엔진이라 함은 LNG, LPG, HFO 등의 다른 선박용 연료와 함께 연료로 공급받는 것과 암모니아를 단독으로 연료로 공급받는 것을 포함하는 의미이고, 선박의 추진용 엔진 및 발전용 엔진을 모두 포함한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템을 개략적으로 도시하였다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 암모니아 처리 시스템은, 암모니아를 공급받는 엔진(E)이 마련된 선박에서 암모니아를 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 맞추어 상기 엔진으로 공급하는 연료공급부(LFS), 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아와 배기 중의 암모니아를 회수하는 암모니아 회수드럼(D1, D2, D3), 암모니아 회수드럼으로 해수를 공급하는 해수 공급부, 암모니아와 해수 공급부로부터 공급되는 해수에 의해 생성된 암모니아수를 공급받아 저장하는 암모니아수 탱크(AT)를 포함한다.

본 실시예 시스템에는 선박용 엔진에 연료로 공급될 암모니아를 저장하는 서비스탱크(ST)가 마련되고, 서비스탱크로부터 엔진으로 연료공급라인(FSL)이 연결된다.

서비스탱크(ST)에서는 암모니아를 액체 상태로 저장하며, 예를 들어 5 내지 20bar 내외로 가압하여 상온에서 액화 암모니아를 저장할 수 있다. 서비스탱크에는 탱크 압력 상승을 방지하기 위한 안전 밸브가 마련될 수 있다.

서비스탱크에 저장된 암모니아는 이송펌프(10)를 통해 연료공급라인(FSL)을 따라 엔진(E)으로 공급되며, 연료공급라인에는 엔진에서 필요로 하는 압력 및 온도 등의 연료 공급 조건에 맞추어 연료를 공급하는 연료공급부(LFS)가 마련된다.

연료공급부(LFS)에는 이송펌프에서 이송된 암모니아를 엔진에서 요구하는 압력으로 압축하는 압축펌프(20)와, 압축펌프에서 압축된 연료를 가열 또는 냉각하여 엔진에서 필요한 온도로 조절하는 온도조절기(30), 엔진 보호를 위해 연료에 포함된 이물질을 걸려내는 필터(40) 등이 마련된다.

서비스탱크로부터 이송펌프를 통해 공급된 액체 암모니아는 예를 들어 압축펌프에서 50 내지 85 bar 내외로 압축되고, 온도조절기를 거쳐 45℃ 내외의 온도로 조절된 후 이물질을 걸러내어 고압 액체 상태로 엔진에 공급되고, 엔진에서 유압으로 600 내지 700 bar의 압력으로 노즐에 분사되어 엔진이 가동될 수 있다.

압력을 가하여도 부피의 변화가 없거나 적은 비압축성 유체, 즉 액체 상태의 연료가 엔진으로 공급되는 경우, 엔진의 부하 변동에 대응하며 캐비테이션을 방지하기 위해서 과잉의 연료가 엔진에 공급된다. 그리고 엔진에 공급된 연료 중 연료로 소비되고 남은 연료는 엔진 상류로 회수된다.

이를 위해 본 실시예 시스템에는 엔진에서 소비되지 않은 암모니아를 연료공급부의 상류로 회수하는 연료리턴라인(FRL)이 마련되며, 연료리턴라인은 엔진으로부터 연료공급부의 상류, 예를 들어 서비스탱크(ST)로 연결될 수 있다.

연료공급라인 및 연료리턴라인이 엔진 룸의 안전 구역을 통과하는 경우, 배관에서 암모니아 누수 시 위험 방지를 위해 이중관으로 구성될 수 있다.

연료공급라인 및 연료리턴라인과 엔진 사이의 암모니아 공급을 조절하기 위해 연료밸브트레인(FVT)에 서비스 밸브들이 배치되며, 연료밸브트레인에서 연료공급라인 및 연료리턴라인에는 각각 암모니아 공급을 조절하기 위하여 이중차단밸브(double block and bleed valve)(DV1, DV2)가 설치되어, 엔진으로 암모니아를 공급하면서 엔진의 연료유 전환이나 암모니아 연료 모드 정지, 트립 등으로 암모니아 연료 공급이 중단될 때, 온도 상승으로 암모니아가 액체 상태가 아닌 가스화된 때 등에는 각 배관을 이중 차단하고 배관 내 압력을 해소하게 된다.

본 실시예에서는 이와 같이 압력 해소를 위해 연료공급부 및 각 배관들에서 배출시킨 암모니아를 대기 방출시키지 않고 암모니아 회수드럼(D1, D2, D3)으로 회수하도록 구성하였다. 또한 본 시스템에는 추진엔진 및 발전엔진에서 발생하는 배기가스를 선외 배출하기 위한 배기배출라인(EL)이 마련되는데, 암모니아를 엔진 연료로 공급하는 경우, 연소 발화 과정이 느려 배기가스로 암모니아 슬립(slip)이 발생할 가능성이 있다. 그런데 이와 같이 암모니아를 포함하는 배기가스는 IMO의 대기 방출 기준인 50ppm을 만족하지 못하여 선외 배출이 어려울 수 있어, 본 실시예에서는 배기배출라인(EL)에도 배기 중의 암모니아를 회수할 수 있는 암모니아 회수드럼(D3)을 구성하였다.

이와 같이 암모니아 회수드럼은, 연료공급부(LFS)에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 드럼(D1)과, 연료밸브트레인(FVT)에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 드럼(D2)과, 배기배출라인(EL)에 마련되어 암모니아 슬립 시 배기가스에 포함된 암모니아를 회수하는 제3 드럼(D3)을 포함할 수 있다.

연료공급부(LFS)에서 제1 드럼(D1)으로 제1 벤트라인(VL1)이 연결되고, 연료밸브트레인(FVT)에서 연료공급라인(FSL)에 마련된 이중차단밸브(DV1) 사이에서 제2 드럼(D2)으로 제2 벤트라인(VL2)이, 연료밸브트레인(FVT)에서 연료리턴라인(FRL)에 마련된 이중차단밸브(DV2) 사이에서 제2 드럼(D2)으로 제3 벤트라인(VL3)이, 연료밸브트레인(FVT)에서 연료리턴라인(FRL)의 이중차단밸브 상류에서 제2 드럼(D2)으로 제4 벤트라인(VL4)이 각 연결된다.

예를 들어 엔진의 암모니아 연료 모드 중단 시, 연료공급라인 및 연료리턴라인의 이중차단밸브(DV1, DV2)를 닫고 제2 및 제3 벤트라인(VL2, VL3)을 통해 제2 드럼(D2)으로 암모니아를 방출하여 밸브 사이의 압력을 해소하고, 제1 및 제4 벤트라인의 각 밸브들을 열어 연료공급부(LFS) 및 엔진에 남아있는 암모니아를 제1 및 제2 드럼으로 각각 배출하여 연료 폭발 위험성을 감소시킬 수 있다.

이와 같이 연료공급부 및 각 배관들로부터 배출시켜 암모니아 회수드럼(D1, D2, D3)으로 회수된 암모니아에 해수, 즉 물을 공급하여 암모니아수를 생성할 수 있다.

즉, 암모니아는 연료공급부 및 각 배관들로부터 배출되어 암모니아 회수드럼으로 회수되면서 압력이 낮아져 액체에서 기체로 상변화될 수 있는데, 암모니아는 물에 대한 용해도가 매우 높다. 따라서 이처럼 암모니아 회수드럼에 회수된 기체 상태의 암모니아에, 해수 공급부에 마련된 해수탱크(WT) 또는 선내 씨체스트로부터 해수를 이송하고 드럼 내부로 분사하여 암모니아수를 생성할 수 있다. 해수 공급부에서 해수를 이송하는 해수 펌프는 별도로 설치될 수도 있고, 씨체스트의 해수를 이송하는 펌프를 활용할 수도 있다.

암모니아 회수드럼(D1, D2, D3)에서 생성된 암모니아수는 암모니아수 탱크(AT)로 이송되어 저장된다.

한편, 본 실시예에서는 암모니아수 탱크(AT)에 모인 암모니아수를 해양성 미생물을 이용하여 분해하여 선외 배출 기준에 맞게 암모니아 농도를 낮추어 배출할 수 있도록 한다.

이를 위해 암모니아수 탱크(AT)의 암모니아수 탱크의 암모니아수를 선외 배출 기준에 맞추어 암모니아 농도를 낮추어 씨체스트로 이송하는 제1 배출라인(DL1)과, 제1 배출라인에 마련되어 암모니아수의 암모니아를 분해하는 미생물 담체부(100)가 마련된다.

미생물 담체부(100)는 해수 중의 암모니아를 분해하는 해양성 미생물을 저장하여 고정시킨 장치로, 암모니아수의 암모니아 농도를 낮출 수 있다. 이러한 해양성 미생물은 해수에 증식하며 염분과 암모니아를 흡수하여 분해하는데, 예를 들어 양식장의 원수 관리를 위해 암모니아 제거에 이용되는 공지된 해양성 미생물이 적용될 수 있다. 본 실시예 시스템에서는 이와 같이 암모니아 분해에 해양성 미생물을 활용할 수 있도록, 암모니아 회수드럼(D1, D2, D3)에 청수가 아닌 해수를 분사하여 암모니아수를 생성하였다.

암모니아수 탱크로부터 미생물 담체부로 암모니아수를 이송하는 제1 배출라인(DL1)에는 제1 밸브(V1)가 마련되며, 미생물 담체부(100)를 통과한 암모니아수의 암모니아 농도를 감지하는 제1 배출기준센서(DS1)가 마련된다. 제1 배출라인(DL1)의 미생물 담체부(100) 후단에서 미생물 담체부 전단으로 연결되는 암모니아수리턴라인(RL)이 마련되어, 제1 배출기준센서(DS1)에서 감지된 암모니아수의 암모니아 농도가 선외 배출 기준을 만족하지 못하면 암모니아수리턴라인의 밸브(V7)를 열어 암모니아수리턴라인(RL)을 통해 미생물 담체부 전단의 제1 밸브(V1) 후단으로 암모니아수를 재순환시켜 미생물 담체부(100)를 다시 통과시켜 암모니아 농도를 낮출 수 있다.

미생물 담체부(100)에서 미생물에 의한 암모니아 분해가 잘 이루어지지 않아 계속해서 제1 배출기준센서(DS1)에서 감지된 농도가 선외 배출 기준을 만족하지 못하여, 지속적으로 암모니아수가 암모니아수리턴라인(RL)을 통해 미생물 담체부 전단으로 재순환되면, 미생물 담체부의 미생물을 충전한다. 미생물 담체부로의 해양성 미생물 충전은 후술하는 미생물탱크(MOT)에서 배양된 해양성 미생물을 미생물 담체부로 공급하여 이루어질 수 있다.

제1 배출라인(DL1)에서 미생물 담체부(100)의 하류에는 암모니아수를 이송하여 배출하는 중화수배출펌프(200)가 마련되는데, 중화수배출펌프는 필요에 따라 미생물 담체부의 전단에 마련될 수도 있다.

제1 배출라인(DL1)에서 미생물 담체부(100)의 입구 측에는 제2 밸브(V2)가 마련되고, 제2 밸브의 전단에서 제1 배출라인으로부터 분기되어 미생물 담체부를 우회하여 중화수배출펌프 전단으로 연결되는 바이패스라인(BL)이 마련된다. 바이패스라인에는 배관을 개폐하는 제5 밸브(V5)가 마련된다.

미생물 담체부(100)에서 계속해서 해양성 미생물에 의한 암모니아 분해가 이루어지면서 미생물 담체부 내 미생물 증식이 과다해지면 배관을 막아 암모니아수의 흐름을 막게 되고, 담체부 표면을 덮어 암모니아수의 분해 및 이송이 원활하게 이루어지지 못한다. 이를 방지하기 위해 제1 배출라인의 미생물 담체부 전후단에서의 차압을 감지하는 차압감지센서(DPS)를 마련하고, 차압감지센서로 감지된 미생물 담체부 전후단 간 차압이 기준값 이상이면 제2 밸브(V2)를 닫고 제5 밸브(V5)를 열어 바이패스라인(BL)으로 암모니아수를 보내 미생물 담체부(100)를 우회하여 이송할 수 있다.

이러한 때에는 미생물 담체부에서의 암모니아 분해가 이루어지지 않으므로, 이를 대체하여 암모니아수 내 암모니아를 분해하기 위하여 암모니아수 탱크(AT)로부터 해양성 미생물을 배양하는 미생물탱크(MOT)로 연결되는 제2 배출라인(DL2)을 마련하였다. 미생물탱크(MOT)는 해양성 미생물의 배양 기준에 맞춘 배양 환경을 구성하여 이를 배양하는 탱크이며, 미생물 담체부(100)를 사용하지 못하는 동안 미생물탱크를 활용하여 계속해서 암모니아수의 중화가 이루어질 수 있도록 제2 배출라인(DL2)을 구성한다.

제2 배출라인(DL2)에는 암모니아수 탱크로부터 미생물탱크로 암모니아수를 공급하도록 개폐되는 제3 밸브(V3)가 마련되고, 미생물탱크를 거친 암모니아수의 암모니아 농도를 감지하는 제2 배출기준센서(DS2)와, 미생물탱크로부터 암모니아수를 배출하도록 개폐되는 제4 밸브(V4)가 마련된다. 제2 배출라인(DL2)을 통해 미생물탱크(MOT)를 거쳐 중화된 암모니아수는 제1 배출라인(DL1)의 바이패스라인(BL) 분기지점 전단으로 이송되어, 바이패스라인을 통해 미생물 담체부(100)를 우회하여 중화수배출펌프(200) 입구로 이송될 수 있다. 제2 배출기준센서(DS2)에서 감지된 암모니아 농도가 배출 기준을 만족하면 미생물탱크(MOT)로부터 암모니아수를 배출하는 제4 밸브(V4)를 열면서, 동시에 중화수배출펌프(200)도 작동시켜 중화된 암모니아수를 씨체스트로 이송한다.

한편, 이러한 중화된 암모니아수에 의해 미생물 담체부 내에 과도하게 증식된 미생물을 제거할 수 있다. 이를 위해 제1 배출라인(DL1)에서 중화수배출펌프(200)의 하류에는 제6 밸브(V6)가, 중화수배출펌프와 제6 밸브 사이에서 제1 배출라인에서 분기되어 미생물 담체부로 연결되는 플러싱라인(FL)이 마련되고, 플러싱라인에는 제8 밸브(V8)가 마련된다.

제1 배출라인(DL1) 하류의 제6 밸브(V6)를 닫고 플러싱라인(FL)의 제8 밸브(V8)를 열고, 미생물탱크(MOT)를 거쳐 중화된 암모니아수를 바이패스라인(BL)을 거쳐 중화수배출펌프(200)에서 펌핑한 후 플러싱라인(FL)으로 보내, 미생물 담체부(100)를 제1 배출라인 흐름과 역방향으로 통과시킴으로써 미생물 담체부의 표면에 부착된 미생물을 제거하고 내부 미생물을 교반시켜 미생물을 재배치할 수 있다.

이와 같이 플러싱라인(FL)을 통해 미생물 담체부(100)를 통과한 암모니아수는 제6 밸브(V6) 하류로 이송되어 씨체스트로 배출될 수 있다.

한편, 암모니아수 탱크(AT)에는 탱크 암모니아수의 액위를 감지하는 레벨 센서(LS)가 마련된다. 중화수배출펌프(200)는 전술한 제1 또는 제2 배출기준센서(DS1, DS2)에 의해 암모니아수가 선외 배출 기준을 만족하면 가동되되, 레벨 센서(LS)에서 감지된 암모니아수 액위가 기준값 이상이면 가동시켜 암모니아수 탱크의 암모니아수를 중화수배출펌프에 의해 자동 배출시킴으로써 암모니아수 탱크의 액위를 조절할 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 자에게 있어서 자명한 것이다.

E: 엔진
ST: 서비스탱크
FSL: 연료공급라인
FRL: 연료리턴라인
LFS: 연료공급부
FVT: 연료밸브트레인
D1, D2, D3: 암모니아 회수드럼
VL1, VL2, VL3, VL4: 제1 내지 제4 벤트라인
AT: 암모니아수 탱크
WT: 해수탱크
DL1: 제1 배출라인
DL2: 제2 배출라인
100: 미생물 담체부
200: 중화수배출펌프

Claims

암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 서비스탱크로부터 암모니아를 공급받아 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 맞추어 상기 엔진으로 공급하는 연료공급부;
상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아와 배기 중의 암모니아를 회수하는 암모니아 회수드럼;
상기 암모니아 회수드럼으로 해수를 공급하는 해수 공급부;
상기 암모니아와 상기 해수 공급부로부터 공급되는 해수에 의해 생성된 암모니아수를 이송받아 저장하는 암모니아수 탱크;
상기 암모니아수 탱크의 암모니아수를 선외 배출 기준에 맞추어 암모니아 농도를 낮추어 씨체스트로 이송하는 제1 배출라인; 및
상기 제1 배출라인에 마련되어 암모니아수의 암모니아를 분해하는 미생물 담체부:를 포함하며,
상기 미생물 담체부에서는 해수 중 암모니아를 분해하는 해양성 미생물에 의해 암모니아수의 암모니아 농도를 낮추는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제1 배출라인에 마련되는 제1 밸브;
상기 미생물 담체부를 통과한 암모니아수의 암모니아 농도를 감지하는 제1 배출기준센서; 및
상기 제1 배출라인의 미생물 담체부 후단에서 상기 미생물 담체부 전단으로 연결되는 암모니아수리턴라인:을 더 포함하고,
상기 제1 배출기준센서에서 감지된 농도가 선외 배출 기준을 만족하지 못하면 상기 암모니아수리턴라인을 통해 상기 미생물 담체부 전단의 상기 제1 밸브 후단으로 암모니아수를 재순환시키는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 제1 배출라인에서 미생물 담체부의 입구 측에 마련되는 제2 밸브;
상기 제1 배출라인에서 상기 미생물 담체부의 하류에 마련되어 암모니아수를 이송하는 중화수배출펌프; 및
상기 제2 밸브의 전단에서 상기 제1 배출라인에서 분기되어 미생물 담체부를 우회하여 상기 중화수배출펌프 전단으로 연결되는 바이패스라인;
상기 바이패스라인에 마련되는 제5 밸브; 및
상기 제1 배출라인의 미생물 담체부 전후단에서의 차압을 감지하는 차압감지센서:를 더 포함하고,
상기 차압감지센서에서 감지된 차압이 기준값 이상이면 상기 제2 밸브를 닫고 상기 바이패스라인으로 암모니아수를 이송하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 해양성 미생물을 배양하는 미생물탱크;
상기 암모니아수 탱크로부터 상기 미생물탱크로 연결되는 제2 배출라인;
상기 제2 배출라인에 마련되어 상기 암모니아수 탱크로부터 상기 미생물탱크로 암모니아수를 공급하도록 개폐되는 제3 밸브;
상기 미생물탱크를 거친 암모니아수의 암모니아 농도를 감지하는 제2 배출기준센서; 및
상기 미생물탱크로부터 암모니아수를 배출하도록 개폐되는 제4 밸브;를 더 포함하고,
상기 제2 배출라인을 통해 미생물탱크를 거친 암모니아수는 상기 제1 배출라인의 바이패스라인 분기지점 전단으로 이송되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 제1 배출라인에서 상기 중화수배출펌프의 하류에 마련되는 제6 밸브;
상기 중화수배출펌프와 제6 밸브 사이에서 상기 제1 배출라인에서 분기되어 상기 미생물 담체부로 연결되는 플러싱라인; 및
상기 플러싱라인에 마련되는 제8 밸브:를 더 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 미생물 담체부에서의 미생물 과다 증식 시, 상기 제6 밸브를 닫고 제8 밸브를 열어, 상기 미생물탱크를 거쳐 중화된 암모니아수를 상기 바이패스라인으로 이송하여 상기 플러싱라인을 통해 상기 미생물 담체부에 공급하여 미생물 담체부의 표면에 부착된 미생물을 제거하고 교반시키는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 암모니아수 탱크 내 암모니아수의 액위를 감지하는 레벨 센서:를 더 포함하고,
상기 중화수배출펌프는 상기 제1 또는 제2 배출기준센서에 의해 암모니아수가 선외 배출 기준을 만족하면 가동되되, 상기 레벨 센서에서 감지된 암모니아수 액위가 기준값 이상이면 상기 암모니아수 탱크의 암모니아수는 상기 중화수배출펌프에 의해 자동 배출되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 7항에 있어서,
상기 제1 배출기준센서에서 감지된 농도가 계속해서 선외 배출 기준을 만족하지 못하여 상기 암모니아수리턴라인을 통한 상기 미생물 담체부 전단으로의 암모니아수 재순환이 반복되면, 상기 미생물탱크에서 배양된 해양성 미생물을 상기 미생물 담체부에 공급하여 충전하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서비스탱크로부터 엔진으로 액체 암모니아를 공급하는 연료공급라인;
상기 엔진에서 소비되지 않은 암모니아를 상기 연료공급부의 상류로 회수하는 연료리턴라인; 및
상기 연료공급라인 및 연료리턴라인과 상기 엔진 사이의 암모니아 공급을 조절하는 서비스 밸브가 배치되는 연료밸브트레인(FVT):을 더 포함하며,
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인에는 각각 암모니아 공급을 조절하기 위한 이중차단밸브(double block and bleed valve)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 9항에 있어서, 암모니아 회수드럼은,
상기 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 드럼;
상기 연료밸브트레인에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 드럼; 및
상기 엔진에서 배출되는 배기 중의 암모니아를 회수하는 제3 드럼:을 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 10항에 있어서,
상기 연료공급부에서 상기 제1 드럼으로 연결되는 제1 벤트라인;
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료공급라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 드럼으로 연결되는 제2 벤트라인;
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인에 마련된 이중차단밸브 사이에서 상기 제2 드럼으로 연결되는 제3 벤트라인; 및
상기 연료밸브트레인에서 상기 연료리턴라인의 이중차단밸브 상류에서 상기 제2 드럼으로 연결되는 제4 벤트라인:을 더 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.