KR20130000222A

KR20130000222A - 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치

Info

Publication number: KR20130000222A
Application number: KR1020110060799A
Authority: KR
Inventors: 최성윤; 김승혁; 송용석
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-01-02
Also published as: KR101271761B1

Abstract

가스 연료 엔진을 장착한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예들에 따른 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치는, LNG 저장 탱크로부터 공급된 LNG와 화물창으로부터 배출된 VOC를 열교환시켜 VOC를 냉각시키는 VOC 냉각용 열교환기와, VOC 냉각용 열교환기를 통과한 VOC를 액상과 기상으로 분리하는 2상 분리기와, 2상 분리기에서 배출되는 액상 VOC를 화물창 내로 회수하기 위한 액상 VOC 회수관을 구비한다. 액상 VOC 회수관은 원유 선적용 수직 배관에 연결될 수 있으며, 화물창 내의 상부에는 액상 VOC 회수관이 통과하는 흡열판이 설치될 수 있다.

Description

원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치{Apparatus for reducing emission of VOC for oil tanker}

본 발명은 원유 운반선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원유로부터 발생된 휘발성 유기 화합물의 선외 배출을 감소시키는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치에 관한 것이다.

원유 운반선(oil tanker)은 생산지에서 채굴된 원유를 다수의 원유 저장용 화물창 내에 선적하여 소비처까지 해상을 통해 수송하는 선박을 말한다. 이러한 원유 운반선에 있어서, 원유를 화물창 내에 선적하거나 운항하는 기간 중에 원유로부터 상당량의 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compound; 이하, VOC라 칭한다)이 발생하게 된다.

이와 같이 발생된 VOC는 다양한 유기 화합물을 포함하고 있으며, 이들은 인체에 유해하고, 대기 중으로 배출될 경우 스모그 등의 원인이 되어 대기오염을 유발하게 된다. 구체적으로, VOC는 대기 중에서 이동성이 강하고, 냄새를 유발할 뿐만 아니라, 잠재적인 독성 및 발암성을 가지고 있으며, 산화질소 및 다른 화합물질과 광화학적으로 반응하여 오존을 형성하기 때문에 이들에 의한 환경오염은 특별히 관심을 집중시키고 있는 실정이다. 또한, 선박 내에서 발생된 VOC를 대기 중으로 배출할 경우, 그만큼 운송하는 원유의 손실이 일어나는 것이다.

따라서, 선박 내에서 발생된 VOC를 액상으로 응축시켜 회수함으로써 VOC의 선외 배출을 억제할 필요가 있는 것이다.

본 발명의 실시예들은, 원유 운반선에 장착된 가스 연료 엔진의 연료로 사용되는 LNG를 이용하여 화물창 내의 휘발성 유기 화합물을 응축시켜 액상으로 회수함으로써 선박 내에서 발생된 휘발성 유기 화합물의 선외 배출을 감소시키는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치를 제공한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스 연료를 사용하는 가스 연료 엔진과, 상기 가스 연료 엔진에 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장 탱크와, 원유를 저장하는 화물창을 구비한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물(VOC) 배출 감소 장치에 있어서,

상기 LNG 저장 탱크로부터 공급된 LNG와 상기 화물창으로부터 배출된 VOC를 열교환시켜 VOC를 냉각시키는 VOC 냉각용 열교환기; 상기 VOC 냉각용 열교환기를 통과한 VOC를 액상과 기상으로 분리하는 2상 분리기; 및 상기 2상 분리기에서 배출되는 액상 VOC를 상기 화물창 내로 회수하기 위한 액상 VOC 회수관;을 구비하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치가 제공된다.

그리고, 상기 LNG 저장 탱크와 상기 VOC 냉각용 열교환기 사이에 LNG의 온도를 높이기 위한 LNG 승온 장치가 배치될 수 있다.

또한, 상기 LNG 승온 장치는, 상기 LNG 저장 탱크로부터 상기 VOC 냉각용 열교환기로 LNG를 공급하는 LNG 공급 라인에 설치된 LNG 승온용 열교환기와, 상기 가스 연료 엔진에 공기를 공급하는 공기 공급 라인에 설치된 공기 냉각용 열교환기와, 상기 LNG 승온용 열교환기와 상기 공기 냉각용 열교환기 사이에 설치된 히트 파이프를 포함할 수 있다.

또한, 상기 액상 VOC 회수관에는 액상 VOC의 압력을 높이기 위한 액상 VOC 가압 펌프가 설치될 수 있다.

또한, 상기 원유 운반선에는, 상기 화물창에 원유를 선적하기 위한 것으로, 상기 화물창의 상부에 수평으로 설치된 수평 배관과, 상기 수평 배관으로부터 수직으로 이어져 상기 화물창 내의 하단부까지 연장된 수직 배관이 마련되며, 상기 액상 VOC 회수관의 일단은 상기 2상 분리기에 연결되고, 타단은 상기 수직 배관에 연결될 수 있다.

또한, 상기 수평 배관 또는 수직 배관에는 상기 액상 VOC 회수관을 통해 상기 수직 배관으로 유입된 액상 VOC가 상기 수평 배관쪽으로 흐르는 것을 차단하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.

또한, 상기 액상 VOC 회수관과 상기 수직 배관의 연결부는 상기 화물창의 외부에 위치할 수 있다.

또한, 상기 화물창 내의 상부에 흡열판이 설치되고, 상기 액상 VOC 회수관은 상기 흡열판을 통과하도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 2상 분리기에서 분리된 기상 VOC는 상기 원유 운반선의 보일러로 공급될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치에 의하면, 가스 연료 엔진을 장착한 원유 운반선에서 가스 연료로 사용되는 LNG의 냉열을 이용하여 VOC를 응축시키게 되므로, 보다 효율적이고 단순한 구성으로써 선박 내에서 발생된 VOC를 액상으로 회수할 수 있게 되어 VOC의 선외 배출을 감소시킬 수 있다. 그리고, 화물창 내에 저온의 액상 VOC가 통과하는 흡열판을 설치함으로써, 화물창 내의 VOC를 일부 응축시켜 회수할 수 있으며, 화물창 내의 온도를 낮춰 VOC의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치의 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치에 대해 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 원유 운반선은 원유를 저장하여 해상을 통해 운송하기 위한 선박으로서, 원유를 저장하는 화물창(10)을 구비하고 있다. 그리고, 상기 화물창(10)에는 화물창(10) 내에 원유를 선적하기 위한 배관들로서, 상기 화물창(10)의 상부에 수평으로 배치된 수평 배관(20)과, 상기 수평 배관(20)으로부터 수직으로 이어져 상기 화물창(10) 내의 하단부까지 연장된 수직 배관(30)이 마련된다. 상기 수평 배관(20)은, 원유 운반선의 외부로부터, 예컨대 생산지의 원유 저장 탱크와 연결되며, 이를 통해 원유가 공급된다.

상기 화물창(10) 내에 적재된 원유의 상부, 즉 기체부(11)에는, 전술한 바와 같이 화물창(10) 내에 원유를 선적할 때 발생되거나 선박의 운항 중에 원유로부터 발생된 VOC가 존재한다.

상기 원유 운반선에는 일반적으로 다수의 화물창(10)이 마련되지만, 도 1에는 설명의 편의와 명료한 도시를 위해 하나의 화물창(10)만 도시되어 있으며, 이하 도면들에서도 마찬가지이다.

일반적으로, 선박의 주엔진에는 비용 절감을 위해 점성이 높고, 휘발성이 낮으며, 가연성이 낮은 저급의 액체 연료인 HFO(Heavy Fuel Oil)가 사용된다. 그런데, 대형 선박의 디젤 엔진이 환경에 미치는 영향이 관심사로 대두됨에 따라, 선박에 보다 환경 친화적인 동력 시스템을 적용하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구들 중 하나로서, HFO(Heavy Fuel Oil)와 같은 액체 연료와 청정 연료인 LNG와 같은 가스 연료를 함께 사용하거나 가스 연료만을 사용하는 가스 연료 엔진(Gas fuel engine)을 장착한 선박이 개발되고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 원유 운반선에도 상기한 가스 연료 엔진(170)이 장착될 수 있으며, 이에 따라 상기 가스 연료 엔진(170)에 사용될 액화 가스, 예컨대 LNG를 저장하는 LNG 저장 탱크(110)와, 상기 LNG 저장 탱크(110)로부터 배출된 LNG를 승압하고 기화시켜 상기 가스 연료 엔진(170)에 공급하는 가스 연료 공급 시스템으로서 LNG의 승압을 위한 LNG 가압 펌프(122)와, LNG 기화용 열교환기(160)가 마련된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치는, 상기 가스 연료 엔진(170)의 가스 연료로 사용될 LNG의 냉열을 이용하여 상기 화물창(10) 내의 VOC를 응축시켜 액상으로 회수함으로써 VOC의 선외 배출을 감소시키기 위한 장치이다.

상기 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치는, 상기 LNG 저장 탱크(110)로부터 공급된 LNG와 상기 화물창(10)으로부터 배출된 VOC를 열교환시켜 VOC를 냉각시키는 VOC 냉각용 열교환기(130)와, 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)를 통과한 VOC를 액상과 기상으로 분리하는 2상 분리기(2-phase separator, 140)를 포함하며, 상기 2상 분리기(140)에서 분리된 액상 VOC는 액상 VOC 회수관(150)을 통해 상기 화물창(10) 내로 회수될 수 있다.

구체적으로, LNG는 천연가스(NG)를 극저온으로 냉각하여 액화시킨 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 감소하므로 저장이 용이하다. 따라서, LNG는 액체 상태를 유지하기 위해 상기 LNG 저장 탱크(110) 내에 극저온 상태로, 예컨대 대략 -158℃ 이하의 온도로 저장된다. 상기 LNG 저장 탱크(110)로부터 배출된 극저온의 LNG는, 상기 LNG 저장 탱크(110)와 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)를 연결하는 LNG 공급 라인(120)을 통해 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)로 공급된다. 그리고, 상기 LNG 공급 라인(120)에 상기한 가스 연료 공급 시스템의 LNG 가압 펌프(122)가 설치되고, 상기 LNG 가압 펌프(122)에 의해 LNG의 압력이 상기 가스 연료 엔진(170)에서 요구하는 압력 이상으로 높아지게 된다.

원유 운반선의 운항 중에는 VOC의 발생량에 비해 상기 가스 연료 엔진(170)에 공급되는 LNG의 양이 상대적으로 많다. 따라서, 후술하는 VOC 냉각용 열교환기(130)에서 LNG 저장 탱크(110)로부터 공급되는 극저온의 LNG에 의해 VOC가 과도하게 냉각될 수 있으며, 이 경우 VOC의 일부 성분이 응고될 수 있다.

이를 방지하기 위해, 상기 LNG 저장 탱크(110)와 상기 VOC 냉각용 열교환기(130) 사이에 LNG의 온도를 높이기 위한 LNG 승온 장치가 배치될 수 있다.

상기 가스 연료 엔진(170)에는 기화된 LNG와 함께 공기가 공급된다. 이미 알려져 있는 바와 같이, 상기 가스 연료 엔진(170)에 공급되는 공기의 온도가 낮을수록 가스 연료 엔진(170)의 효율이 증가하게 된다. 따라서, 본 실시예에서 상기 LNG 승온 장치는 가스 연료 엔진(170)에 공급되는 공기와 LNG를 열교환시켜 공기의 온도는 낮추고 LNG의 온도는 높일 수 있도록 구성된다. 그리고, LNG와 공기를 직접 열교환 시킬 경우, 공기 중의 산소와 LNG가 반응할 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 히트 파이프(128)를 이용한 간접 열교환 방식이 채택된다. 상기 히트 파이프(128)는, 널리 알려진 바와 같이, 일반적으로 열전도성이 높은 파이프 내부에 작동 유체, 즉 냉매를 넣고 밀봉한 구조를 가진다. 이러한 구조를 가진 히트 파이프(128)에 있어서, 어느 한 쪽, 즉 흡열부에서 냉매가 열을 흡수하면서 증기로 되어 다른 쪽, 즉 방열부로 이동하고, 이 방열부에서 냉매가 열을 방출하면서 다시 액체가 되면 모세관 현상에 의해 냉매가 흡열부로 되돌아 오게 된다. 이러한 작용을 반복함으로써 흡열부에서 방열부로 열을 전달하는 장치를 히트 파이프(128)라고 한다.

구체적으로, 상기 LNG 승온 장치는, 상기 LNG 저장 탱크(110)로부터 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)로 LNG를 공급하는 LNG 공급 라인(120)에 설치된 LNG 승온용 열교환기(124)와, 상기 가스 연료 엔진(170)에 공기를 공급하는 공기 공급 라인(125)에 설치된 공기 냉각용 열교환기(126)와, 상기 LNG 승온용 열교환기(124)와 상기 공기 냉각용 열교환기(126) 사이에 설치된 히트 파이프(128)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 히트 파이프(128)의 일단부, 즉 흡열부는 상기 공기 냉각용 열교환기(126) 내에 배치되어, 상기 공기 공급 라인(125)을 통해 공급되는 공기로부터 열을 흡수한다. 이에 따라, 상기 공기 공급 라인(125)으로 유입되는 상온의 공기는 상기 공기 냉각용 열교환기(126)에서 예컨대, 대략 13℃ 정도의 온도로 낮아질 수 있으며, 이와 같이 온도가 낮아진 공기가 상기 가스 연료 엔진(170)에 공급되므로, 가스 연료 엔진(170)의 효율이 높아지는 장점이 있다.

그리고, 상기 히트 파이프(128)의 타단부, 즉 방열부는 상기 LNG 승온용 열교환기(124) 내에 배치되어, 상기 LNG 공급 라인(120)을 통해 공급되는 LNG로 열을 방출한다. 이에 따라, 상기 LNG 공급 라인(120)을 통해 흐르는 극저온의 LNG는 상기 LNG 승온용 열교환기(124)에서 상기 히트 파이프(128)로부터 열을 흡수하여 온도가 높아지게 된다. 이때, LNG는 예컨대, 대략 -1.6℃ 정도의 온도로 높아질 수 있다. 이와 같이 온도가 높아진 LNG를 후술하는 VOC 냉각용 열교환기(130)로 공급하게 되면, VOC 냉각용 열교환기(130)에서 VOC가 과도하게 냉각되는 현상을 미리 방지할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 어느 정도 온도가 높아진 LNG가 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)를 통과한 후, 상기한 가스 연료 공급 시스템의 LNG 기화용 열교환기(160) 내로 유입되므로, LNG 기화용 열교환기(160)에서 LNG의 기화를 위해 사용되는 열량이 최소화될 수 있는 장점이 있다.

상기 VOC 냉각용 열교환기(130)는, 상기 LNG 저장 탱크(110)로부터 공급된 LNG와 상기 화물창(10)의 배기 포트(12)를 통해 배출된 VOC를 열교환시켜 VOC를 냉각시키는 장치이다. 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)에는, 상기한 바와 같이 LNG 승온 장치에서 승온된 LNG가 유입될 수 있다. 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)에서, VOC는 LNG의 냉열에 의해 냉각되고, LNG는 VOC로부터 열을 흡수하여 그 온도가 높아지게 된다. 이 과정에서, VOC의 온도가 낮아지면서 VOC는 대부분 액상으로 응축되지만, 일부는 응축되지 않고 기체 상태로 잔존할 수 있다. 상세하게 설명하면, VOC 중 비교적 끓는점이 낮고 가벼운 성분, 예컨대 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄 등은 응축되지 않고 기체 상태로 남아있을 수 있으며, 비교적 끓는점이 높고 무거운 나머지 성분은 액상으로 응축될 수 있다. 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)를 통과하면서 온도가 낮아지고 일부 응축된 VOC는 상기 2상 분리기(140)로 유입된다.

상기 2상 분리기(140)는 액상의 유체와 기상의 유체를 분리하는 장치로서, 본 실시예에서는 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)를 통과한 VOC를 액상과 기상으로 분리하는 역할을 하게 된다. 상기 2상 분리기(140) 내에서, 상기한 바와 같이 VOC의 성분 중 비교적 끓는점이 낮고 가벼운 메탄, 에탄, 프로판 및 부탄 등은 기상으로 분리되고, 비교적 끓는점이 높고 무거운 나머지 성분은 액상으로 분리된다.

상기 2상 분리기(140)에서 분리된 액상 VOC는 2상 분리기(140)에서 배출된 후 상기 화물창(10) 내로 회수된다. 이를 위해, 상기 2상 분리기(140)에서 배출되는 액상 VOC를 화물창(10) 내로 회수하기 위한 액상 VOC 회수관(150)이 마련된다. 상기 액상 VOC 회수관(150)의 일단은 상기 2상 분리기(140)의 하단부에 연결되고, 타단은 상기 화물창(10) 내부와 연통되도록 구성된다.

구체적으로, 원유 운반선의 운항 중에는 원유 선적용 수평 배관(20)과 수직 배관(30)이 사용되지 않으므로, 상기 액상 VOC 회수관(150)의 타단을 상기 수직 배관(30)에 연결함으로써, 화물창(10) 내의 하단부까지 연장된 수직 배관(30)을 이용하여 액상 VOC를 화물창(10) 내의 하단부로 공급할 수 있다. 한편, 상기 수직 배관(30)과는 별개로 상기 액상 VOC 주입관(150)의 타단을 화물창(10) 내의 하단부까지 연장되도록 구성할 수도 있다. 전자의 경우, 기존의 수직 배관(30)을 이용하게 되므로, 액상 VOC를 화물창(10) 내부로 회수하기 위한 배관 라인이 단순화될 수 있는 장점이 있다. 상기 액상 VOC 회수관(150)과 수직 배관(30)의 연결부는, 설치상 편의를 고려하여, 도 1에 도시된 바와 같이 화물창(10)의 외부에 위치할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 즉, 상기 액상 VOC 회수관(150)과 수직 배관(30)의 연결부는 화물창(10)의 내부에 위치할 수도 있다.

그리고, 상기 액상 VOC 회수관(150)에는 액상 VOC의 압력을 높이기 위한 액상 VOC 가압 펌프(152)가 설치될 수 있다. 상기 화물창(10) 내에 채워진 원유에 의해 수직 배관(30) 하단부에 작용하는 유체 정압이 높아지게 되면, 상기 2상 분리기(140)로부터 배출된 액상 VOC가 상기 화물창(10) 내로 원활하게 공급되지 않을 수 있다. 상기 액상 VOC 가압 펌프(152)는, 상기 2상 분리기(140)로부터 배출되는 액상 VOC를 수직 배관(30) 하단부에 작용하는 유체 정압보다 높은 압력으로 가압함으로써, 액상 VOC가 액상 VOC 회수관(150)과 수직 배관(30)을 통해 화물창(10) 내로 원활하게 회수될 수 있도록 한다.

그런데, 상기 액상 VOC 회수관(150)이 수직 배관(30)에 연결된 경우에는, 상기 액상 VOC 가압 펌프(152)에 의해 가압된 액상 VOC가 상기 액상 VOC 회수관(150)을 통해 수직 배관(30) 내로 주입될 때, 액상 VOC가 수직 배관(30)의 하단부 쪽이 아니라 비교적 압력이 낮은 수평 배관(20) 쪽으로 흐를 수 있다. 이와 같이 액상 VOC가 수평 배관(20) 쪽으로 흐르는 것을 차단하기 위해, 상기 수평 배관(20)에 밸브(154)가 설치될 수 있다. 상기 수평 배관(20)과 수직 배관(30)을 통해 화물창(10) 내부로 원유가 공급될 때에는, 상기 밸브(154)가 열리게 되고, 원유 운반선의 운항 중, 상기 액상 VOC 회수관(150)을 통해 수직 배관(30) 내로 액상 VOC가 공급될 때에는, 상기 밸브(154)가 닫히게 됨으로써, 액상 VOC가 수평 배관(20) 쪽으로 흐르는 것을 차단할 수 있게 된다.

한편, 상기 밸브(154)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 배관(30)의 상단부, 구체적으로 상기 액상 VOC 회수관(150)과 수직 배관(30)의 연결부 위쪽에 설치될 수도 있다.

상기 2상 분리기(140)에서 분리된 기상 VOC는 2상 분리기(140)에서 배출된 후 선박 내에서 다양한 용도로 활용될 수 있다. 예컨대, 상기 2상 분리기(140)에서 배출된 기상 VOC는 선박 내의 보일러(172) 등의 연료로 사용되거나 연소기를 통해 연소될 수 있다.

한편, 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)를 통과하면서 온도가 높아진 LNG는 상기한 가스 연료 공급 시스템의 LNG 기화용 열교환기(160)를 통과하면서 기화되어 상기 가스 연료 엔진(170)으로 공급된다. 상기 LNG 기화용 열교환기(160)는, 해수 또는 선박의 냉각수와 LNG의 열교환을 통해 LNG를 기화시킬 수 있도록 구성될 수 있으며, 또는 히트 파이프 등을 이용한 간접 가열 방식에 의해 LNG를 기화시킬 수 있도록 구성될 수도 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치에 의하면, 가스 연료 엔진(170)을 장착한 원유 운반선에서 가스 연료로 사용되는 LNG의 냉열을 이용하여 VOC를 응축시키게 되므로, 보다 효율적이고 단순한 구성으로써 선박 내에서 발생된 VOC를 응축시켜 액상으로 회수할 수 있다. 또한, 화물창(10)으로부터 배출된 VOC 중 비교적 끓는점이 낮고 가벼운 성분은 상기 2상 분리기(140)에서 기체 상태로 분리된 후, 선박 내에서 다양한 용도로 활용될 수 있다. 따라서, 선박 내에서 발생된 VOC의 선외 배출을 감소시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치는, 상기 LNG 저장 탱크(110)로부터 공급된 LNG와 상기 화물창(10)으로부터 배출된 VOC를 열교환시켜 VOC를 냉각시키는 VOC 냉각용 열교환기(130)와, 상기 VOC 냉각용 열교환기(130)를 통과한 VOC를 액상과 기상으로 분리하는 2상 분리기(2-phase separator, 140)와, 상기 2상 분리기(140)에서 분리된 액상 VOC를 상기 화물창(10) 내로 회수하기 위한 액상 VOC 회수관(150)을 포함한다.

그리고, 본 실시예에서도, 상기 LNG 저장 탱크(110)와 상기 VOC 냉각용 열교환기(130) 사이에 LNG의 온도를 높이기 위한 LNG 승온 장치가 설치될 수 있으며, 상기 LNG 승온 장치는 LNG 공급 라인(120)에 설치된 LNG 승온용 열교환기(124), 공기 공급 라인(125)에 설치된 공기 냉각용 열교환기(126) 및 상기 LNG 승온용 열교환기(124)와 상기 공기 냉각용 열교환기(126) 사이에 설치된 히트 파이프(128)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 액상 VOC 회수관(150)은 원유 선적용 수직 배관(30)에 연결될 수 있으며, 상기 액상 VOC 회수관(150)에는 액상 VOC의 압력을 높이기 위한 액상 VOC 가압 펌프(152)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 수직 배관(30)의 상단부, 구체적으로 상기 액상 VOC 회수관(150)과 수직 배관(30)의 연결부 위쪽에 액상 VOC가 수평 배관(20) 쪽으로 흐르는 것을 차단하기 위한 밸브(154)가 설치될 수 있으며, 상기 밸브(154)는 설치 및 조작의 편의를 위해 화물창(10)의 외부에 위치할 수 있다. 한편, 상기 밸브(154)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수평 배관(20)에 설치될 수도 있다.

상기한 구성 요소들은 모두 도 1에 도시된 실시예의 구성 요소들과 동일하고, 그 작용 및 효과도 동일하다. 따라서, 상기한 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 반복을 피하기 위해 생략하기로 한다.

다만, 도 2에 도시된 실시예에서는, 상기 화물창(10) 내의 상부, 즉 기체부(11)에 흡열판(180)이 설치된다는 점에서 도 1에 도시된 실시예와 차이가 있다.

구체적으로, 상기 흡열판(180)은 상기 화물창(10) 내의 상부, 즉 기체부(11)에 설치되며, 수평 방향으로 긴 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 흡열판(180)에는 상기 2상 분리기(140)로부터 배출된 액상 VOC를 화물창(10) 내로 회수하기 위한 액상 VOC 회수관(150)이 통과한다. 이 경우, 상기 액상 VOC 회수관(150)과 수직 배관(30)의 연결부는 화물창(10)의 내부에 위치하게 된다. 다시 설명하면, 상기 액상 VOC 회수관(150)은 상기 2상 분리기(140)로부터 상기 화물창(10)의 내부로 연장되며, 상기 화물창(10)의 내부에서 상기 흡열판(180)을 수평 방향으로 통과한 후, 상기 수직 배관(30)에 연결된다.

전술한 바와 같이, 상기 화물창(10) 내에 적재된 원유의 상부, 즉 기체부(11)에는, 화물창(10) 내에 원유를 선적할 때 발생되거나 선박의 운항 중에 원유로부터 발생된 VOC가 존재한다.

따라서, 상기한 바와 같이, 화물창(10) 내에 상기 액상 VOC 회수관(150)이 통과하는 흡열판(180)을 설치하면, 상기 액상 VOC 회수관(150)을 통해 흐르는 저온의 액상 VOC가 상기 흡열판(180)을 통해 열을 흡수하게 되므로, 화물창(10) 내의 VOC가 일부 응축되어 액상으로 회수될 수 있으며, 또한 화물창(10) 내의 온도가 낮아져 VOC의 발생이 억제될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10...화물창 11...기체부
12...배기 포트 20...수평 배관
30...수직 배관 110...LNG 저장 탱크
120...LNG 공급 라인 122...LNG 가압 펌프
124...LNG 승온용 열교환기 125...공기 공급 라인
126...공기 냉각용 열교환기 128...히트 파이프
130...VOC 냉각용 열교환기 140...2상 분리기
150...액상 VOC 회수관 152...액상 VOC 가압 펌프
154...밸브 160...LNG 기화용 열교환기
170...가스 연료 엔진 172...보일러
180...흡열판

Claims

가스 연료를 사용하는 가스 연료 엔진과, 상기 가스 연료 엔진에 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장 탱크와, 원유를 저장하는 화물창을 구비한 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물(VOC) 배출 감소 장치에 있어서,
상기 LNG 저장 탱크로부터 공급된 LNG와 상기 화물창으로부터 배출된 VOC를 열교환시켜 VOC를 냉각시키는 VOC 냉각용 열교환기;
상기 VOC 냉각용 열교환기를 통과한 VOC를 액상과 기상으로 분리하는 2상 분리기; 및
상기 2상 분리기에서 배출되는 액상 VOC를 상기 화물창 내로 회수하기 위한 액상 VOC 회수관;을 구비하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.
제 1항에 있어서,
상기 LNG 저장 탱크와 상기 VOC 냉각용 열교환기 사이에 LNG의 온도를 높이기 위한 LNG 승온 장치가 배치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.
제 2항에 있어서,
상기 LNG 승온 장치는, 상기 LNG 저장 탱크로부터 상기 VOC 냉각용 열교환기로 LNG를 공급하는 LNG 공급 라인에 설치된 LNG 승온용 열교환기와, 상기 가스 연료 엔진에 공기를 공급하는 공기 공급 라인에 설치된 공기 냉각용 열교환기와, 상기 LNG 승온용 열교환기와 상기 공기 냉각용 열교환기 사이에 설치된 히트 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 저감 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액상 VOC 회수관에는 액상 VOC의 압력을 높이기 위한 액상 VOC 가압 펌프가 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.
제 4항에 있어서,
상기 원유 운반선에는, 상기 화물창에 원유를 선적하기 위한 것으로, 상기 화물창의 상부에 수평으로 설치된 수평 배관과, 상기 수평 배관으로부터 수직으로 이어져 상기 화물창 내의 하단부까지 연장된 수직 배관이 마련되며,
상기 액상 VOC 회수관의 일단은 상기 2상 분리기에 연결되고, 타단은 상기 수직 배관에 연결되는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.
제 5항에 있어서,
상기 수평 배관 또는 수직 배관에는 상기 액상 VOC 회수관을 통해 상기 수직 배관으로 유입된 액상 VOC가 상기 수평 배관쪽으로 흐르는 것을 차단하기 위한 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.
제 5항에 있어서,
상기 액상 VOC 회수관과 상기 수직 배관의 연결부는 상기 화물창의 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.
제 5항에 있어서,
상기 화물창 내의 상부에 흡열판이 설치되고, 상기 액상 VOC 회수관은 상기 흡열판을 통과하도록 설치된 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2상 분리기에서 분리된 기상 VOC는 상기 원유 운반선의 보일러로 공급되는 것을 특징으로 하는 원유 운반선의 휘발성 유기 화합물 배출 감소 장치.