KR102552858B1 - 암모니아 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 암모니아 가스 처리 시스템은 암모니아 엔진(E)에 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급 시스템(10)에서 발생하는 암모니아 가스(1)를 1차 용해시키는 1차 용해 탱크(100); 그리고 상기 1차 용해 탱크(100)에서 용해되지 않은 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시켜 제2 암모니아 수용액(4)을 생성하는 2차 용해 탱크(200)를 포함한다.

Description

암모니아 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{AMMONIA GAS TREATMENT SYSTEM AND AMMONIA-PROPELLED VESSEL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 암모니아 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암모니아 엔진에 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급 시스템에서 발생하는 암모니아 가스를 안전하게 배출 처리할 수 있는 암모니아 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 연료 공급 시스템을 채용하고 있다. 이러한 중유를 사용하는 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기 가스 배출 규제 때문에 황 성분이 적은 저황유(저유황유) 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 하며, 국제적인 환경 규제 기준에 적합한 친환경적인 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다.
이를 위해 선박의 추진 연료로 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 또는 액화 석유 가스 (Liquefied Petroleum Gas, LPG) 등의 액화 가스를 사용하는 연료 공급 시스템이 개발되었다. 이러한 액화 가스는 황산화물 규제에 대응할 수 있고, 미세 먼지 및 이산화 탄소(CO2)도 저감할 수 있으나, 화석 연료로 이산화 탄소를 배출하기 때문에 완전한 탈탄소화에는 한계가 있다.
강화된 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)의 온실 가스(Greenhouse gas, GHC) 및 이산화 탄소 저감 규정인 IMO 2050을 따르기 위해서, 이산화 탄소가 발생하지 않는 암모니아(NH3)를 주목하기 시작했다.
한국 등록특허공보 제10-2111503호(친환경 선박의 연료공급시스템, 2020.05.15. 공고)
따라서, 본 발명은 암모니아 엔진에 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급 시스템에서 발생하는 암모니아 가스를 안전하게 배출 처리할 수 있는 암모니아 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템은 암모니아 엔진(E)에 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급 시스템(10)에서 발생하는 암모니아 가스(1)를 1차 용해시키는 1차 용해 탱크(100), 그리고 상기 1차 용해 탱크(100)에서 용해되지 않은 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시켜 제2 암모니아 수용액(4)을 생성하는 2차 용해 탱크(200)를 포함한다.
또한, 상기 1차 용해 탱크(100)는 상기 암모니아 가스(1)가 공급되는 제1 탱크 본체(110), 그리고 상기 제1 탱크 본체(110)에 설치되며 상기 제1 탱크 본체(110)의 내부에 청수를 공급하여 상기 제1 탱크 본체(110)의 내부의 상기 암모니아 가스(1)를 1차 용해시키는 노즐(120)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 용해 탱크(100)와 상기 2차 용해 탱크(200)를 연결하며 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 상기 2차 용해 탱크(200)로 공급하는 제1 연결 배관(300)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 용해 탱크(100)에서 1차 용해되어 생성된 제1 암모니아 수용액(3)을 상기 2차 용해 탱크(200)로 공급하는 제2 연결 배관(400)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 용해 탱크(200)는 상기 1차 용해 탱크(100)로부터 공급되는 상기 제1 암모니아 수용액(3)이 채워지는 제2 탱크 본체(210), 상기 제1 연결 배관(300)에 연결되어 상기 제2 탱크 본체(210)의 내부에 설치되는 내부 배관(220), 그리고 상기 내부 배관(220)의 단부에 설치되며 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 상기 청수에 확산시켜 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시키는 확산기(230)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 용해 탱크(200)는 청수가 채워지는 제2 탱크 본체(210), 상기 제1 연결 배관(300)에 연결되어 상기 제2 탱크 본체(210)의 내부에 설치되는 내부 배관(220), 그리고 상기 내부 배관(220)의 단부에 설치되며 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 상기 청수에 확산시켜 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시키는 확산기(230)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부 배관(220)은 상기 미용해 암모니아 가스(2)가 이송되는 메인 이송부(221), 그리고 상기 메인 이송부(221)에 연결되며, 상기 미용해 암모니아 가스(2)의 역류를 방지하기 위한 역류 방지부(222)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 역류 방지부(222)는 U 자 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 2차 용해 탱크(200)는 상기 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 상기 미용해 암모니아 가스(2)가 2차 용해된 상기 제2 암모니아 수용액(4)의 암모니아 농도를 측정하는 암모니아 농도 측정기(240)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 용해 탱크(200)는 상기 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 상기 제2 암모니아 수용액(4)의 수위를 측정하는 수위 측정 센서(250)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 용해 탱크(200)는 상기 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 상기 제2 탱크 본체(210)의 내부의 압력을 측정하는 압력 측정기(260)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 암모니아 가스(1)는 상기 암모니아 연료를 액체 상태로 저장하는 연료 저장 탱크(T)에서 발생하는 암모니아 증발 가스, 상기 암모니아 엔진(E)에 공급되고 남은 잔여 액화 암모니아를 회수하는 과정에서 기화되어 발생하는 암모니아 가스, 또는 상기 연료 저장 탱크(T)에서 상기 암모니아 엔진(E)으로 액체 상태의 상기 암모니아 연료를 이송하는 공급 배관(SL)의 내부에서 기화되어 잔류하는 배관 잔류 암모니아 가스를 포함하고, 상기 암모니아 가스(1)를 수집하여 상기 1차 용해 탱크(100)에 공급하는 암모니아 가스 수집부(500)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 용해 탱크(100)에 청수를 공급하는 청수 공급부(600)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 암모니아 엔진(E)으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리부(700)를 더 포함하고, 상기 배기 가스 처리부(700)는 상기 2차 용해 탱크(200)에 연결되어 상기 제2 암모니아 수용액(4)을 질소 산화물 또는 슬립된 암모니아 연료의 환원제로 사용하는 SCR장치를 포함할 수 있다.
또한, 육상(EA)에 설치되며, 상기 2차 용해 탱크(200)와 연결되어 상기 제2 암모니아 수용액(4)을 저장하는 암모니아 수용액 저장 탱크(800)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박은 전술한 암모니아 가스 처리 시스템을 포함한다.
이때, 상기 선박은 암모니아 운반선 또는 암모니아 추진선일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 암모니아 추진 선박은 1차 용해 탱크 및 2차 용해 탱크를 이용하여 암모니아 가스를 1차 용해 및 2차 용해로 나누어 용해시켜 암모니아 수용액을 형성함으로써, 암모니아 가스와 청수 간의 화학 반응을 최소화하여 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 암모니아 추진 선박의 암모니아 엔진에 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급 시스템에서 발생하는 암모니아 가스를 해상 대기로 배출하지 않고, 암모니아 수용액으로 저장함으로써, 암모니아 가스에 의한 선체의 부식 또는 선원의 가스 중독 등을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템을 포함하는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템의 개략적인 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템을 포함하는 암모니아 추진 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 추진 선박은 선체(S), 암모니아 엔진(E), 연료 공급 시스템(10), 그리고 암모니아 가스 처리 시스템(20)을 포함한다.
선체(S)는 컨테이너선, 액화 가스 운반선, 액화 가스 추진선 등 다양한 선체를 포함할 수 있다.
암모니아 엔진(E)은 선체(S)에 설치되며, 액화 암모니아 연료를 이용하여 선체(S)를 추진하는 추진용 암모니아 엔진 또는 암모니아 연료를 이용하여 선체(S) 내에서 발전하는 발전용 암모니아 엔진을 포함할 수 있다.
연료 공급 시스템(10)은 액화 암모니아 연료를 저장하는 연료 저장 탱크(T), 그리고 연료 저장 탱크(T)에서 암모니아 엔진(E)으로 액화 암모니아 연료를 이송하는 공급 배관(SL)을 포함할 수 있다.
연료 저장 탱크(T)는 멤브레인 타입 또는 독립형 타입의 저장 탱크일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 연료 저장 탱크(T)는 독립형 타입으로서 IMO type A, IMO type B 또는 IMO type C의 저장 탱크일 수 있다. 구체적으로, IMO type A의 연료 저장 탱크(T)는 1차 방벽, 그리고 1차 방벽의 파손에 의해 암모니아 연료가 유출되는 것을 방지하기 위해서 1차 방벽을 완전히 감싸는 2차 방벽을 포함할 수 있으며, 2차 방벽은 선체(hull)가 될 수 있다. 또한, 연료 저장 탱크(T)는 IMO type B의 저장 탱크일 수 있다. IMO type B의 연료 저장 탱크(T)는 구형 또는 각형일 수 있으며, 1차 방벽, 그리고 1차 방벽의 크랙 가능성이 상대적으로 높은 부위만 감싸는 부분 2차 방벽(드립 트레이)을 포함할 수 있다. 또한, 연료 저장 탱크(T)는 IMO type C의 저장 탱크일 수 있다. IMO type C의 연료 저장 탱크(T)는 독립된 압력 용기 형태로 용이하게 선박에 설치될 수 있다. 연료 저장 탱크(T)는 상온에서 약 18 기압(bar)으로 가압된 상태로 액화된 액체 상태의 암모니아 연료를 저장할 수 있다.
공급 배관(SL) 상에는 액화 암모니아 연료가 이송되는 순서대로 연료 가압 펌프, 연료 열교환기, 필터 등이 설치될 수 있다. 연료 가압 펌프는 액화 암모니아 연료를 가압하여 액화 암모니아 연료를 암모니아 엔진(E)에서 요구하는 소정 기압, 예컨대 80 내지 85 기압(bar)의 압력으로 상승시킬 수 있다. 액체 상태의 암모니아 연료는 유압에 의해서 600 내지 700 기압(bar)의 압력으로 암모니아 엔진(E)의 노즐에서 분사되어 암모니아 엔진(E)을 가동시킬 수 있다. 연료 열교환기는 연료 가압 펌프를 통과한 액화 암모니아 연료를 가열할 수 있다. 연료 열교환기는 액화 암모니아 연료의 온도를 암모니아 엔진(E)에서 요구되는 소정 온도, 예컨대 20 내지 45℃의 온도로 조절할 수 있다. 필터는 액화 암모니아 연료에 포함된 불순물을 제거할 수 있으므로, 불순물로 인해서 암모니아 엔진(E)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 연료 공급 시스템(10)에서는 다양한 경로와 원인에 의해 암모니아 가스(1)가 발생할 수 있다. 구체적으로, 암모니아 가스(1)는 연료 저장 탱크(T)에서 발생하는 암모니아 증발 가스(Boil Off Gas, BOG), 암모니아 엔진(E)에 공급되고 남은 잔여 액화 암모니아를 회수하는 과정에서 기화되어 발생하는 암모니아 가스, 그리고 공급 배관(SL)의 내부에서 기화되어 잔류하는 배관 잔류 암모니아 가스 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 암모니아 가스 처리 시스템(20)은 연료 공급 시스템(10)에서 다양한 경로와 원인에 의해 발생하는 암모니아 가스를 해상 대기로 직접 배출하지 않고 암모니아 수용액으로 만들어 배출 처리할 수 있으며, 이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템(20)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템은 1차 용해 탱크(100), 2차 용해 탱크(200), 제1 연결 배관(300), 제2 연결 배관(400), 암모니아 가스 수집부(500), 청수 공급부(600), 그리고 배기 가스 처리부(700)를 포함한다.
1차 용해 탱크(100)는 암모니아 가스(1)를 1차 용해시킬 수 있다.
이때, 암모니아 가스(1)는, 전술한 바와 같이 연료 공급 시스템(10)에서 다양한 경로와 원인에 의해 발생할 수 있으며, 연료 저장 탱크(T)에서 발생하는 암모니아 증발 가스, 엔진(E)으로부터 잔여 액화 암모니아를 회수하는 과정에서 기화되어 발생하는 암모니아 가스, 공급 배관(SL)의 내부에서 기화되어 잔류하는 배관 잔류 암모니아 가스 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
암모니아 가스 수집부(500)는 암모니아 증발 가스, 잔여 액화 암모니아 연료의 회수 과정에서 기화되어 발생하는 암모니아 가스, 그리고 배관 내에서 기화되어 잔류하는 배관 잔류 암모니아 가스를 수집하여 1차 용해 탱크(100)에 공급할 수 있다.
1차 용해 탱크(100)는 제1 탱크 본체(110), 그리고 노즐(120)을 포함할 수 있다.
제1 탱크 본체(110)에는 암모니아 가스(1)가 공급될 수 있다.
노즐(120)은 제1 탱크 본체(110)에 설치될 수 있다. 노즐(120)은 제1 탱크 본체(110)의 내부에 소량의 청수(Fresh water)를 공급하여 제1 탱크 본체(110)의 내부의 암모니아 가스(1)를 1차 용해시킬 수 있다. 청수는 약 7 bar 및 15도의 조건을 가질 수 있다. 청수의 온도가 낮을수록 암모니아 가스(1)에 대한 용해 성능을 높일 수 있다.
청수 공급부(600)는 1차 용해 탱크(100)에 연결되어 1차 용해 탱크(100)에 청수를 공급할 수 있다. 청수 공급부(600)는 청수를 저장하는 청수 저장 탱크(610), 그리고 청수 저장 탱크(610)와 노즐(120)을 연결하는 청수 공급 배관(620)을 포함할 수 있다.
1차 용해 탱크(100)에서 청수에 용해되어 생성된 제1 암모니아 수용액(3)은 제1 탱크 본체(110)의 하부에 수집될 수 있다. 그리고, 1차 용해 탱크(100)에서 청수에 용해되지 않은 미용해 암모니아 가스(2)는 제1 탱크 본체(110)의 상부로 이동하게 된다.
제1 연결 배관(300)은 1차 용해 탱크(100)와 2차 용해 탱크(200)를 연결할 수 있다. 제1 연결 배관(300)은 1차 용해 탱크(100)에서 용해되지 않은 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해 탱크(200)로 공급할 수 있다. 이러한 제1 연결 배관(300)은 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해 탱크(200)로 공급하기 위해 미용해 암모니아 가스(2)가 위치하는 제1 탱크 본체(110)의 상부로 연결될 수 있다.
제2 연결 배관(400)은 1차 용해 탱크(100)와 2차 용해 탱크(200)를 추가로 연결할 수 있다. 제2 연결 배관(400)은 1차 용해 탱크(100)에서 1차 용해되어 생성된 제1 암모니아 수용액(3)을 2차 용해 탱크(200)로 공급할 수 있다. 이러한 제2 연결 배관(400)은 제1 암모니아 수용액(3)을 2차 용해 탱크(200)로 공급하기 위해 제1 암모니아 수용액(3)이 위치하는 제1 탱크 본체(110)의 하부로 연결될 수 있다.
2차 용해 탱크(200)는 1차 용해 탱크(100)에서 용해되지 않은 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시킬 수 있다.
2차 용해 탱크(200)는 제2 탱크 본체(210), 내부 배관(220), 확산기(230), 암모니아 농도 측정기(240), 수위 측정 센서(250), 그리고 압력 측정기(260)를 포함할 수 있다.
제2 탱크 본체(210)에는 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시키기 위해, 제2 연결 배관(400)을 통해 공급된 제1 암모니아 수용액(3) 및/또는 청수가 채워질 수 있다. 이때, 청수는 약 7 기압(bar) 및 15도의 조건을 가질 수 있다.
내부 배관(220)은 제1 연결 배관(300)에 연결되어 제2 탱크 본체(210)의 내부에 설치될 수 있다. 내부 배관(220)은 메인 이송부(221), 그리고 역류 방지부(222)를 포함할 수 있다. 메인 이송부(221)는 제2 탱크 본체(210) 내부에서 미용해 암모니아 가스(2)가 이송하는 경로를 제공할 수 있다. 역류 방지부(222)는 메인 이송부(221)의 단부에 연결되며, U 자 형상을 가질 수 있다. 따라서, 역류 방지부(222)는 제2 용해 탱크(200) 내의 수압에 의한 미용해 암모니아 가스(2)의 역류를 방지할 수 있다. 이때, 역류 방지부(222)는 U 자 형상을 가지는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 역류 방지 기능을 가진 다양한 구조와 형상이 적용될 수 있다.
확산기(230)는 내부 배관(220)의 단부에 설치되며 미용해 암모니아 가스(2)를 제1 암모니아 수용액(3) 및/또는 청수에 확산시켜 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시킬 수 있다. 확산기(230)는 미용해 암모니아 가스(2)가 제1 암모니아 수용액(3) 및/또는 청수 내부에서 수많은 미세한 기포를 생성하게 한다. 따라서, 미세한 기포는 미용해 암모니아 가스(2)와 제1 암모니아 수용액(3) 및/또는 청수 간의 접촉 면적을 증가시키며, 기포가 제1 암모니아 수용액(3) 및/또는 청수 내에서 상승하는 시간 내에 미용해 암모니아 가스(2)가 제1 암모니아 수용액(3) 및/또는 청수에 용해되는 효율을 향상시켜, 고농도의 제2 암모니아 수용액(4)을 생성할 수 있다. 이러한 확산기(230)는 제2 탱크 본체(210)의 중간 높이 아래에 위치할 수 있다. 따라서, 확산기(230)는 제1 암모니아 수용액(3) 및/또는 청수에 담겨서 청수에 미용해 암모니아 가스(2)를 확산시킬 수 있다.
여기서, 제2 암모니아 수용액(4)은 제1 암모니아 수용액(3)에 비해 상대적으로 고농도의 암모니아 수용액일 수 있다.
암모니아 농도 측정기(240)는 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 미용해 암모니아 가스(2)가 2차 용해된 고농도의 제2 암모니아 수용액(4)의 암모니아 농도를 측정할 수 있다. 이때 제2 암모니아 수용액(4)의 농도가 임계치 이상의 고농도 상태가 측정되는 경우 청수 등을 추가로 투입하여 암모니아 용해도를 높일 수 있다.
수위 측정 센서(250)는 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 제2 암모니아 수용액(4)의 수위를 측정할 수 있다. 이러한 수위 측정 센서(250)에 의해 측정된 수위를 피드백하여 제2 탱크 본체(210) 내부의 제2 암모니아 수용액(4)의 수위를 조절할 수 있다. 구체적으로, 2차 용해 탱크(200)을 복수개 구비하여 어느 하나의 2차 용해 탱크(200) 내 제2 암모니아 수용액(4)의 수위가 임계치 이상이 되면, 다른 2차 용해 탱크(200)를 통해 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시킬 수 있다.
압력 측정기(260)는 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 제2 탱크 본체(210)의 내부의 압력을 측정할 수 있다. 이러한 압력 측정기(260)에 의해 측정된 압력을 피드백하여 제2 탱크 본체(210)의 내부의 압력을 조절할 수 있다. 이때 제2 탱크 본체(210)의 내부의 압력이 임계치 이상이 되면, 2차 용해 탱크(200) 내 암모니아 가스를 1차 용해 탱크(100) 또는 암모니아 가스 수집부(500)로 공급하여 1차 용해 과정을 반복하거나, 혹은 별도의 가압탱크를 구비하여 암모니아 가스를 별도로 저장할 수 있다(미도시).
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템은 서로 분리된 1차 용해 탱크(100) 및 2차 용해 탱크(200)를 이용하여 암모니아 가스(1)를 1차 용해 및 2차 용해로 나누어 용해시켜 암모니아 수용액을 형성함으로써, 암모니아 가스(1)와 청수 간의 화학 반응을 최소화하여 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 암모니아 엔진(E)에 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급 시스템(10)에서 발생하는 암모니아 가스(1)를 해상 대기로 배출하지 않고, 고농도의 제2 암모니아 수용액(4)으로 저장함으로써, 암모니아 가스(1)에 의한 선체의 부식 또는 선원의 가스 중독 등을 방지할 수 있다. 다시 말해, 암모니아 가스(1)를 해상 대기로 배출하게 되면 공기 중의 습도와 빠르게 반응하여 선체(S) 표면에 가깝게 남아 선체의 부식 또는 선원의 안전을 위협할 우려가 있으나, 본 발명에 따르면, 암모니아 가스(1)를 해상 대기로 배출하지 않고, 고농도의 제2 암모니아 수용액(4)으로 저장할 수 있어 전술한 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 배기 가스 처리부(700)는 선체(S) 내에 설치될 수 있다. 배기 가스 처리부(700)는 암모니아 엔진(E)과 연결되며 암모니아 엔진(E)으로부터 배출되는 배기 가스를 처리할 수 있다. 배기 가스 처리부(700)는 암모니아 엔진(E) 구동 시 발생되는 배기 가스가 배출되는 부분에 설치될 수 있다. 배기 가스 처리부(700)는 SCR(Selective Catalytic Reduction)장치를 포함할 수 있다. SCR장치는 2차 용해 탱크(200)에 연결되어 제2 암모니아 수용액(4)을 질소 산화물의 환원제로 사용할 수 있다. 따라서, SCR장치는 제2 암모니아 수용액(4)을 통해 암모니아 엔진(E)에서 발생하는 배기 가스에 함유된 질소 산화물 또는 슬립된 암모니아를 환원 처리할 수 있다.
종래에는 오염 물질인 암모니아의 보관 및 운반이 용이하지 않아, 안정적인 우레아(Urea, CO(NH2)2) 수용액을 사용하였다. 이러한 우레아 수용액은 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성하며, 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해되어 암모니아를 생성하게 된다. 그러나, 본 실시예에서는 암모니아 가스(1)를 용해시켜 암모니아 수용액을 만들어 2차 용해 탱크(200)에 저장하고, 필요 시 선택적 촉매 환원 장치에 공급하여 질소 산화물을 제거하므로, 우레아 수용액을 암모니아로 변환시키기 위한 별도의 설비가 필요하지 않으므로 경제적이다.
한편, 상기 도 2에 도시한 실시예에서는 2차 용해 탱크에 배기 가스 처리부가 연결되어 암모니아 수용액을 질소 산화물의 환원제로 사용하였으나, 2차 용해 탱크 내부의 암모니아 수용액이 육상에 설치되는 암모니아 수용액 저장 탱크로 배출되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 3을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3에 도시된 다른 실시예는 도 2에 도시된 일 실시예와 비교하여 2차 용해 탱크에 저장된 암모니아 수용액의 처리 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 암모니아 가스 처리 시스템은 1차 용해 탱크(100), 2차 용해 탱크(200), 제1 연결 배관(300), 제2 연결 배관(400), 암모니아 가스 수집부(500), 청수 공급부(600), 그리고 암모니아 수용액 저장 탱크(800)를 포함한다.
암모니아 수용액 저장 탱크(800)는 육상(EA), 예컨대, 항구 등에 설치될 수 있다. 선체(S)가 항구(port)에 도착하는 경우, 2차 용해 탱크(200)는 암모니아 수용액 저장 탱크(800)와 연결되어 2차 용해 탱크(200) 내부의 고농도 제2 암모니아 수용액(4)을 암모니아 수용액 저장 탱크(800)로 이송하여 저장할 수 있다.
이와 같이, 암모니아 추진 선박의 연료 공급 시스템에서 발생하는 암모니아 가스를 1차 용해 탱크 및 2차 용해 탱크를 이용하여 용해시켜 암모니아 수용액을 형성하고, 이를 육상의 암모니아 수용액 저장 탱크로 이송함으로써, 암모니아 가스를 안전하게 배출할 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.
S: 선체 E: 암모니아 엔진
T: 연료 저장 탱크 SL: 공급 배관
100: 1차 용해 탱크 200: 2차 용해 탱크
300: 제1 연결 배관 400: 제2 연결 배관
500: 암모니아 가스 수집부 600: 청수 공급부
700: 배기 가스 처리부 800: 암모니아 수용액 저장 탱크

Claims (17)

  1. 암모니아 엔진(E)에 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급 시스템(10)에서 발생하는 암모니아 가스(1)를 1차 용해시키는 1차 용해 탱크(100); 그리고
    상기 1차 용해 탱크(100)에서 용해되지 않은 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시켜 제2 암모니아 수용액(4)을 생성하는 2차 용해 탱크(200)를 포함하고,
    상기 1차 용해 탱크(100)는,
    상기 암모니아 가스(1)가 공급되는 제1 탱크 본체(110), 그리고
    상기 제1 탱크 본체(110)에 설치되며 상기 제1 탱크 본체(110)의 내부에 청수를 공급하여 상기 제1 탱크 본체(110)의 내부의 상기 암모니아 가스(1)를 1차 용해시키는 노즐(120)을 포함하며,
    상기 1차 용해 탱크(100)와 상기 2차 용해 탱크(200)를 연결하며 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 상기 2차 용해 탱크(200)로 공급하는 제1 연결 배관(300)을 더 포함하고,
    상기 1차 용해 탱크(100)에서 1차 용해되어 생성된 제1 암모니아 수용액(3)을 상기 2차 용해 탱크(200)로 공급하는 제2 연결 배관(400)을 더 포함하며,
    상기 2차 용해 탱크(200)는,
    상기 1차 용해 탱크(100)로부터 공급되는 상기 제1 암모니아 수용액(3)이 채워지는 제2 탱크 본체(210),
    상기 제1 연결 배관(300)에 연결되어 상기 제2 탱크 본체(210)의 내부에 설치되는 내부 배관(220), 그리고
    상기 내부 배관(220)의 단부에 설치되며 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 상기 청수에 확산시켜 상기 미용해 암모니아 가스(2)를 2차 용해시키는 확산기(230)를 포함하고,
    상기 2차 용해 탱크(200)는,
    상기 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 상기 제2 탱크 본체(210)의 내부의 압력을 측정하는 압력 측정기(260)를 더 포함하며,
    상기 암모니아 가스(1)를 수집하여 상기 1차 용해 탱크(100)에 공급하는 암모니아 가스 수집부(500)를 더 포함하고,
    상기 압력 측정기(260)에 의해 측정된 상기 제2 탱크 본체(210)의 내부의 압력이 임계치 이상이 되면, 상기 2차 용해 탱크(200)내 암모니아 가스를 상기 1차 용해 탱크(100) 또는 상기 암모니아 가스 수집부(500)로 공급하거나, 혹은 별도의 가압탱크를 구비하여 상기 2차 용해 탱크(200)내 암모니아 가스를 별도로 저장하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 배관(220)은
    상기 미용해 암모니아 가스(2)가 이송되는 메인 이송부(221), 그리고
    상기 메인 이송부(221)에 연결되며, 상기 미용해 암모니아 가스(2)의 역류를 방지하기 위한 역류 방지부(222)를 포함하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 역류 방지부(222)는 U 자 형상을 가지는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 용해 탱크(200)는
    상기 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 상기 미용해 암모니아 가스(2)가 2차 용해된 상기 제2 암모니아 수용액(4)의 암모니아 농도를 측정하는 암모니아 농도 측정기(240)를 더 포함하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 용해 탱크(200)는
    상기 제2 탱크 본체(210)에 설치되며, 상기 제2 암모니아 수용액(4)의 수위를 측정하는 수위 측정 센서(250)를 더 포함하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 공급 시스템(10)에서 발생하는 상기 암모니아 가스(1)는 상기 암모니아 연료를 액체 상태로 저장하는 연료 저장 탱크(T)에서 발생하는 암모니아 증발 가스, 상기 암모니아 엔진(E)에 공급되고 남은 잔여 액화 암모니아를 회수하는 과정에서 기화되어 발생하는 암모니아 가스, 또는 상기 연료 저장 탱크(T)에서 상기 암모니아 엔진(E)으로 액체 상태의 상기 암모니아 연료를 이송하는 공급 배관(SL)의 내부에서 기화되어 잔류하는 배관 잔류 암모니아 가스를 포함하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 용해 탱크(100)에 청수를 공급하는 청수 공급부(600)를 더 포함하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 암모니아 엔진(E)으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리부(700)를 더 포함하고,
    상기 배기 가스 처리부(700)는 상기 2차 용해 탱크(200)에 연결되어 상기 제2 암모니아 수용액(4)을 질소 산화물 또는 슬립된 암모니아 연료의 환원제로 사용하는 SCR장치를 포함하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    육상(EA)에 설치되며, 상기 2차 용해 탱크(200)와 연결되어 상기 제2 암모니아 수용액(4)을 저장하는 암모니아 수용액 저장 탱크(800)를 더 포함하는,
    암모니아 가스 처리 시스템.
  16. 제 1 항에 따른 암모니아 가스 처리 시스템을 포함하는, 선박.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 선박은 암모니아 운반선 또는 암모니아 추진선을 포함하는, 선박.
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