KR20150107322A

KR20150107322A - 휘발성유기화합물 저감장치

Info

Publication number: KR20150107322A
Application number: KR1020140030042A
Authority: KR
Inventors: 이원두; 윤호병; 최성윤
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-09-23
Also published as: KR101616315B1

Abstract

휘발성유기화합물 저감장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치는 액화가스연료를 저장하는 저장탱크; 저장탱크에서 배출된 액화가스연료 및 원유저장탱크에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOC)이 혼합되는 혼합기; 및 혼합기 내 기체 성분을 연료로 사용하는 가스연료엔진을 포함하고, 혼합기 내 액체 성분은 원유저장탱크로 회수된다.

Description

휘발성유기화합물 저감장치{Apparatus for reducing VOC}

본 발명은 휘발성유기화합물 저감장치에 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 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compound; VOC)이 발생하게 된다.

이와 같이 발생된 휘발성유기화합물은 다양한 유기 화합물을 포함하고 있으며, 이들은 인체에 유해하고, 대기 중으로 배출될 경우 스모그 등의 원인이 되어 대기오염을 유발하게 된다. 구체적으로, 휘발성유기화합물은 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 휘발성유기화합물을 대기 중으로 배출할 경우, 그만큼 운송하는 원유의 손실이 일어나는 것이다.

따라서, 선박 내에서 휘발성유기화합물이 발생되는 것을 저감하고, 발생된 휘발성유기화합물은 선외 배출을 억제할 필요가 있는 것이다.

본 발명의 실시예는, 휘발성유기화합물의 발생을 저감하고 발생된 휘발성유기화합물을 효과적으로 처리하는 휘발성유기화합물 저감장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스연료를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크에서 배출된 상기 액화가스연료 및 원유저장탱크에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOC)이 혼합되는 혼합기; 및 상기 혼합기 내 기체 성분을 연료로 사용하는 가스연료엔진을 포함하고, 상기 혼합기 내 액체 성분은 상기 원유저장탱크로 회수되는, 휘발성유기화합물 저감장치가 제공될 수 있다.

또한 상기 기체 성분은 상기 액화가스연료 및 상기 휘발성유기화합물에 함유된 상대적으로 끓는점이 낮은 성분을 포함하고, 상기 액체 성분은 상기 액화가스 연료 및 상기 휘발성유기화합물에 함유된 상대적으로 끓는점이 높은 성분을 포함할 수 있다.

또한 상기 혼합기는, 상기 액화가스연료와 상기 휘발성유기화합물이 유입되는 혼합탱크; 및 상기 혼합탱크 내에 배치되고, 상기 액화가스연료가 분사되는 노즐을 포함할 수 있다.

이때, 상기 노즐은 상기 혼합탱크의 상부에 위치하고, 상기 휘발성유기화합물이 유입되는 유입구는 혼합탱크 하부에 위치할 수 있다.

상기 휘발성유기화합물 저감장치는 상기 혼합기로 유입되는 상기 액화가스연료를 가압하는 가압펌프를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 휘발성유기화합물 저감장치는, 상기 혼합기로 유입되는 상기 휘발성유기화합물을 가압하는 컴프레서를 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 컴프레서 및 상기 혼합기 사이에 쿨러가 개재될 수 있다.

또한 상기 혼합기와 상기 가스연료엔진 사이에 히터가 개재될 수 있다.

상기 휘발성유기화합물 저감장치는, 상기 혼합기와 상기 가스연료엔진 사이에 개재되는 컴프레서를 더 포함할 수 있다.

상기 휘발성유기화합물 저감장치는, 상기 원유저장탱크 및 상기 혼합기 사이에 개재되는 제 1 컴프레서; 상기 제 1 컴프레서와 상기 혼합기 사이에 개재되는 압력용기; 및 상기 압력용기와 상기 혼합기 사이에 개재되는 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 액화가스연료와 휘발성유기화합물이 혼합기에서 혼합되고, 혼합 후 기체 성분은 가스연료엔진에서 사용되고 액체 성분은 원유저장탱크로 회수됨으로써, 가스연료엔진을 가동하기 위해 사용되는 액화가스연료의 양을 줄일 수 있고, 원유저장탱크에서 휘발성유기화합물이 발생될 가능성이 낮아지며, 원유저장탱크에서 휘발성유기화합물 형태로 배출되는 원유의 손실을 보충할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 휘발성유기화합물 저감장치(100)는, 저장탱크(110)와 혼합기(120)와 가스연료엔진(130)을 포함한다. 이와 같은 휘발성유기화합물 저감장치(100)는 예컨대 원유저장탱크(30)가 탑재된 원유운반선 등에 제공될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.

저장탱크(110)는 액화가스연료를 저장한다. 액화가스연료는 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG)를 포함할 수 있다. 액화가스연료는 후술하는 가스연료엔진(130)의 연료로 사용된다. 이하, 액화가스연료는 액화천연가스인 것으로 가정하여 설명한다.

혼합기(120)는 원유저장탱크(30)에서 발생된 기체상태의 휘발성유기화합물(VOC)과 저장탱크(110)에서 배출된 액화가스연료가 혼합된다. 혼합기(120) 내로 유입된 극저온의 액화가스연료와 고온의 휘발성유기화합물은 상호 혼합되어 기체 성분과 액체 성분으로 분리된다.

이때, 혼합기(120) 내 기체 성분은 액화가스연료 및 휘발성유기화합물에 함유된 상대적으로 끓는점이 낮은 성분, 예컨대 메탄, 에탄 등을 포함한다. 그리고 혼합기(120) 내 액체 성분은 액화가스연료 및 휘발성유기화합물에 함유된 상대적으로 끓는점이 높은 성분, 예컨대 부탄, 펜탄, 헥산 등을 포함한다.

혼합기(120)는 혼합탱크(121)와 노즐(123)을 포함할 수 있다. 혼합탱크(121)는 액화가스연료와 휘발성유기화합물이 유입되어 혼합되는 공간을 제공한다. 노즐(123)은 혼합탱크(121) 내에 배치되고 액화가스연료가 분사된다.

노즐(123)은 혼합탱크(121)의 상부에 위치하고, 휘발성유기화합물이 유입되는 유입구는 혼합탱크(121) 하부에 위치할 수 있다. 이 경우, 기체 상태의 휘발성유기화합물은 혼합탱크(121) 내로 유입된 후 상승하면서 노즐(123)에서 분사되는 액화가스연료와 혼합된다.

혼합 과정에서 극저온의 액화가스연료와 고온의 휘발성유기화합물은 상호 열교환한다. 이때, 액화가스연료에 함유된 성분 중 끓는점이 낮은 성분(예컨대 메탄, 에탄 등)은 기화되고, 끓는점이 높은 성분(예컨대 부탄, 펜탄, 헥산 등)은 액체 상태를 유지한다. 그리고 휘발성유기화합물에 함유된 성분 중 끓는점이 낮은 성분(예컨대 메탄, 에탄 등)은 기체 상태를 유지하고, 끓는점이 높은 성분(예컨대 부탄, 펜탄, 헥산 등)은 액화된다.

혼합기(120) 내 기체 성분은 가스연료엔진(130)의 연료로 사용된다. 가스연료엔진(130)은 주로 메탄, 에탄 등을 주 연료로 사용한다. 본 실시예에 따르면, 혼합기(120) 내로 유입된 휘발성유기화합물 중 끓는점이 낮아 기체 상태를 유지하는 메탄, 에탄 등은 가스연료엔진(130)의 연료로 사용할 수 있어, 가스연료엔진(130)을 가동하기 위해 사용되는 액화가스연료의 양을 줄일 수 있다.

혼합기(120) 내 액체 성분은 원유저장탱크(30)로 회수된다.

본 실시예에 따르면, 혼합기(120) 내로 유입된 휘발성유기화합물 중 끓는점이 높아 액화되는 부탄, 펜탄, 헥산 등만이 원유저장탱크(30)로 회수된다. 이 경우, 회수된 성분은 끓는점이 높기 때문에 원유저장탱크(30)에서 기체상태인 휘발성유기화합물로 변할 가능성이 낮아진다.

본 실시예에 따르면, 혼합기(120) 내로 유입된 액화연료가스 중 끓는점이 높아 액체 상태를 유지하는 부탄, 펜탄, 헥산 등은 원유저장탱크(30)로 유입된다. 이 경우, 원유저장탱크(30)에서 휘발성유기화합물 형태로 배출되는 원유의 손실을 보충할 수 있다.

원유저장탱크(30)에서 발생된 휘발성유기화합물은 원유저장탱크(30) 내 압력에 의해 자동적으로 혼합기(120)로 유입될 수 있다. 저장탱크(110) 내 액화가스연료는 펌프(141)에 의해 강제적으로 혼합기(120) 측으로 유입된다. 저장탱크(110)에서 배출된 액화가스연료는 혼합기(120)로 유입되기 전에 가압펌프(143)에 의해 가압될 수 있다. 가압펌프(143)는 액화가스연료를 가스연료엔진(130)에 적합한 압력으로 가압시킨다.

본 실시예에 따르면, 휘발성유기화합물 저감장치(100)는 컴프레서(150)를 더 포함할 수 있다. 컴프레서(150)는 혼합기(120)로 유입되는 휘발성유기화합물을 가압한다.

컴프레서(150)와 혼합기(120) 사이에 쿨러(162)가 개재될 수 있다. 쿨러(162)는 컴프레서(150)에 의해 가압되어 상승한 휘발성유기화합물의 온도를 낮춘다. 혼합기(120)와 가스연료엔진(130) 사이에 히터(163)가 개재될 수 있다. 히터(163)는 가스연료엔진(130)으로 유입되는 기체 성분을 가열한다. 혼합기(120)에서 가스연료엔진(130)으로 유입되는 기체 성분이 가스연료엔진(130)에서 요구되는 온도 조건보다 낮을 경우, 히터(163)는 기체 성분을 가열하여 온도 조건을 맞춘다.

한편, 쿨러(162) 및 히터(163)는 혼합기(120)에서 가스연료엔진(130)으로 유입되는 기체 성분의 온도에 따라 모두 또는 어느 하나가 제공될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치(200)는 저장탱크(210), 혼합기(220), 가스연료엔진(230), 펌프(241), 가압펌프(243), 컴프레서(250), 밸브(261) 및 쿨러(262)를 포함한다.

본 실시예에 따른 저장탱크(210), 혼합기(220), 가스연료엔진(230), 펌프(241), 가압펌프(243), 컴프레서(250), 쿨러(262)는 앞선 실시예에 따른 저장탱크(110), 혼합기(120), 가스연료엔진(130), 펌프(141), 가압펌프(143), 컴프레서(150) 및 쿨러(162)와 동일하여 그 설명을 생략한다.

본 실시예에 따르면, 원유저장탱크(30)는 압력용기이다. 이와 같은 원유저장탱크(30)는 그 내부에서 휘발성유기화합물이 발생하여도 기 설정된 압력을 견디도록 설계된다. 밸브(261)는 원유저장탱크(30)와 컴프레서(250) 사이에 개재된다. 밸브(261)는 원유저장탱크(30) 내 압력이 기설정된 값보다 작으면 폐쇄되고, 기 설정된 값보다 크면 개방되도록 작동한다.

밸브(261)는 예컨대 릴리프 밸브를 포함할 수 있다. 이 경우, 원유저장탱크(30) 내 압력이 기 설정된 값에 도달하면 릴리프 밸브는 자동으로 개방된다.

대안적으로 밸브(261)는 제어부(미도시)에 의해 개방될 수 있다. 예컨대 원유저장탱크(30) 내 압력이 기 설정된 값에 도달하면 센서(미도시)가 이를 감지하고 제어부(미도시)는 밸브(261)에 개방신호를 전달하여 개방시킨다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치(300)는 저장탱크(310), 혼합기(320), 가스연료엔진(330), 펌프(341), 컴프레서(370), 쿨러(381), 히터(382)를 포함한다. 본 실시예에 따른 저장탱크(310), 혼합기(320), 가스연료엔진(330), 펌프(341)는 앞선 실시예에 따른 저장탱크(110), 혼합기(120), 가스연료엔진(130), 펌프(141)와 동일하여 그 설명을 생략한다.

컴프레서(370)는 혼합기(320)와 가스연료엔진(330) 사이에 개재된다. 컴프레서(370)는 혼합기(320)에서 가스연료엔진(330)으로 유입되는 기체 성분이 가스연료엔진(330)에서 요구되는 압력 조건에 부합하도록 가압한다.

혼합기(320)와 컴프레서(370) 사이에 쿨러(381)가 개재되고, 컴프레서(370)와 가스연료엔진(330) 사이에 히터(382)가 개재될 수 있다. 이와 같은 쿨러(381) 및 히터(382)는 혼합기(320)에서 가스연료엔진(330)으로 유입되는 기체 성분이 가스연료엔진(330)에서 요구되는 온도 조건에 부합하도록 그 온도를 조절한다.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 휘발성유기화합물 저감장치(400)는 저장탱크(410), 혼합기(420), 가스연료엔진(430), 펌프(441), 제 1 컴프레서(471), 압력용기(491), 밸브(492), 제 2 컴프레서(472) 및 히터(482)를 포함한다.

본 실시예에 따른 저장탱크(410), 혼합기(420), 가스연료엔진(430) 및 펌프(441)는 앞선 실시예에 따른 저장탱크(110), 혼합기(120), 가스연료엔진(130) 및 펌프(141)와 동일하여 그 설명을 생략한다.

제 1 컴프레서(471)는 원유저장탱크(30) 및 혼합기(420) 사이에 개재된다. 제 1 컴프레서(471)는 원유저장탱크(30)에서 배출된 휘발성유기화합물을 가압한다. 압력용기(491)는 제 1 컴프레서(471)와 혼합기(420) 사이에 개재된다. 압력용기(491)에는 제 1 컴프레서(471)에 의해 가압된 휘발성유기화합물이 임시 저장된다. 압력용기(491)와 혼합기(420) 사이에 밸브(492)가 개재된다. 밸브(492)가 개방되면 압력용기(491) 내에 가압되어 임시 저장된 휘발성유기화합물은 혼합기(420)로 유입된다.

제 2 컴프레서(472)는 혼합기(420)와 가스연료엔진(430) 사이에 개재된다. 제 2 컴프레서(472)는 혼합기(420)에서 가스연료엔진(430)으로 유입되는 기체 성분이 가스연료엔진(430)에서 요구되는 압력 조건에 부합하도록 가압한다.

제 2 컴프레서(472)와 가스연료엔진(430) 사이에 히터(482)가 개재될 수 있다. 히터(472)는 혼합기(420)에서 가스연료엔진(430)으로 유입되는 기체 성분이 가스연료엔진(430)에서 요구되는 온도 조건에 부합하도록 그 온도를 조절한다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

30 : 원유저장탱크 100 : 휘발성유기화합물 저감장치
110 : 저장탱크 120 : 혼합기
121 : 혼합탱크 122 : 노즐
130 : 가스연료엔진 141 : 펌프
143 : 가압펌프 150 : 컴프레서
162 : 쿨러 163 : 히터

Claims

액화가스연료를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크에서 배출된 상기 액화가스연료 및 원유저장탱크에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOC)이 혼합되는 혼합기; 및
상기 혼합기 내 기체 성분을 연료로 사용하는 가스연료엔진을 포함하고,
상기 혼합기 내 액체 성분은 상기 원유저장탱크로 회수되는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 기체 성분은 상기 액화가스연료 및 상기 휘발성유기화합물에 함유된 상대적으로 끓는점이 낮은 성분을 포함하고,
상기 액체 성분은 상기 액화가스 연료 및 상기 휘발성유기화합물에 함유된 상대적으로 끓는점이 높은 성분을 포함하는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제1항에 있어서,
상기 혼합기는,
상기 액화가스연료와 상기 휘발성유기화합물이 유입되는 혼합탱크; 및
상기 혼합탱크 내에 배치되고, 상기 액화가스연료가 분사되는 노즐을 포함하는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제3항에 있어서,
상기 노즐은 상기 혼합탱크의 상부에 위치하고,
상기 휘발성유기화합물이 유입되는 유입구는 혼합탱크 하부에 위치하는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합기로 유입되는 상기 액화가스연료를 가압하는 가압펌프를 더 포함하는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합기로 유입되는 상기 휘발성유기화합물을 가압하는 컴프레서를 더 포함하는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제6항에 있어서,
상기 컴프레서 및 상기 혼합기 사이에 쿨러가 개재되는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제6항에 있어서,
상기 혼합기와 상기 가스연료엔진 사이에 히터가 개재되는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 혼합기와 상기 가스연료엔진 사이에 개재되는 컴프레서를 더 포함하는, 휘발성유기화합물 저감장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원유저장탱크 및 상기 혼합기 사이에 개재되는 제 1 컴프레서;
상기 제 1 컴프레서와 상기 혼합기 사이에 개재되는 압력용기; 및
상기 압력용기와 상기 혼합기 사이에 개재되는 밸브를 더 포함하는, 휘발성유기화합물 저감장치.