KR20150120728A

KR20150120728A - 휘발성 유기화합물 저감 시스템

Info

Publication number: KR20150120728A
Application number: KR1020140046724A
Authority: KR
Inventors: 이원두; 송길달; 이도영; 정성욱
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-10-28
Also published as: KR101599248B1

Abstract

휘발성 유기화합물 저감 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감시스템은 액체화물을 저장하는 액체화물저장탱크, 액화가스를 저장하는 액화가스저장탱크 및 상기 액체화물저장탱크 내부에 위치하며, 상기 액체화가스의 냉열화물과 상기 액화가스를 열교환하는 제1 열교환기를 포함한다.

Description

휘발성 유기화합물 저감 시스템{System For Reducing Volatile Organic Compound}

본 출원은 휘발성 유기화합물 저감 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 액체화물저장탱크에서 발생된 휘발성 유기화합물을 재액화시키는 휘발성 유기화합물 저감 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 원유(Crude Oil)는 생산지에서 채굴되어 원유 운반선에 적재된 후 목적지까지 항해를 통하여 수송된다. 이러한 원유 운반선에서는 육상 또는 해상의 원유저장탱크로부터 원유 운반선의 원유 저장탱크에 원유를 적재하는 과정에서 많은 양의 휘발성 유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)이 발생하였다.

또한, 원유 운반선이 해상을 항해하는 경우, 해상 상태에 따라 파도, 바람 등에 의하여 원유 운반선의 원유 저장탱크가 흔들림에 따라 상당량의 휘발성 유기화합물이 발생하였다.

이러한 휘발성 유기화합물이 발생하는 경우, 원유 저장탱크 내부의 압력이 증가하게 되어 원유 저장탱크의 안전성이 문제가 되므로, 종래에는 이러한 휘발성 유기화합물을 대기에 방출하였다.

방출된 휘발성 유기화합물은 대기를 오염시키는 등 심각한 환경 문제를 야기하였으며, 국제해사기구(IMO)는 전 세계 온실가스 감축 노력에 부응하여 선박 등 해상구조물에 대한 온실가스 감축규제를 마련할 예정이므로, 원유 운반선 등의 친환경 기술 개발이 요구되고 있다.

또한, 휘발성 유기화합물은 원유의 주요한 성분이므로, 휘발성 유기화합물을 대기로 방출함에 따라 수송되는 원유 손실 문제가 발생하였다.

본 출원은 휘발성 유기화합물을 재액화시켜 휘발성 유기화합물을 저감시키는 시스템을 제공하고자 한다.

본 출원의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 액체화물을 저장하는 액체화물저장탱크, 액화가스를 저장하는 액화가스저장탱크 및 상기 액체화물저장탱크 내부에 위치하며, 상기 액체화가스의 냉열화물과 상기 액화가스를 열교환하는 제1 열교환기를 포함하는 휘발성 유기화합물 저감 시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 상기 액화가스저장탱크로부터 인출되어 상기 제1 열교환기를 경유하고, 엔진으로 연결되는 이송관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 상기 액화가스저장탱크로부터 인출되어 엔진으로 연결되는 이송관, 상기 이송관에 설치되는 제2 열교환기, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기를 연결하며, 열매체가 순환되는 열매체순환관를 포함할 수 있다.

또한, 상기 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 상기 열매체가 상기 제1 열교환기에서 상기 제2 열교환기로 이송되는 열매체순환관에 설치되는 컴프레서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 열매체는 3 내지 7의 탄소수를 가지는 탄화수소일 수 있다.

또한, 상기 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 상기 열매체가 상기 제2 열교환기에서 상기 제2 열교환기로 이송되는 열매체순환관에 설치되는 감압부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 액체화물저장탱크 내에 액체화물과 저온의 액화가스를 열교환함으로써, 휘발성 유기화합물을 재액화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 휘발성 유기화합물을 대기중으로 방출하지 않게 됨으로써, 대기오염을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 휘발성 유기화합물을 다시 회수하여 액체화물저장탱크 내에 저장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템을 나타내는 개략도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래 시스템의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템을 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 액체화물저장탱크(100), 액화가스저장탱크(200), 엔진(300), 이송관(400) 및 제1 열교환기(510)를 포함할 수 있다.

액체화물저장탱크(100)는 액체화물을 저장할 수 있다. 상기 액체화물은 원유(Oil Crude) 또는 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)일 수 있다. 상기 액화석유가스는 프로판(Propane)을 주성분으로 한다. 그리고, 상기 액체화물이 원유일 경우, 상기 액체화물저장탱크(100)는 상기 원유를 20~30도, 1bar로 저장할 수 있다.

상기 액체화물저장탱크(100)는 해상구조물에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 해상구조물은 자항능력을 갖춘 선박일 수 있다.

액화가스저장탱크(200)는 액화가스를 저장할 수 있다. 상기 액화가스는 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)일 수 있다. 그리고, 상기 액화가스의 상태는 액체일 수 있다. 그리고, 상기 액화가스가 액화천연가스일 경우, 상기 액화가스저장탱크(200)는 상기 액화천연가스를 대략 -160도, 10bar로 저장할 수 있다.

엔진(300)은 상기 액화가스를 연료로 사용할 수 있다. 또한, 상기 엔진(300)은 상기 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하나, 이에 한정되지 않고, 상기 액체화물보다 온도가 낮은 액화가스를 연료로 사용할 수 있다.

이송관(400)은 상기 액화가스저장탱크(200)로부터 인출되어 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부를 경유하고, 상기 엔진(300)으로 연결될 수 있다. 상기 이송관(400)은 상기 액화가스가 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부로 이송되는 통로를 제공하고, 상기 액체화물저장탱크(100)을 경유한 상기 액화가스를 상기 엔진(300)으로 공급하는 통로를 제공할 수 있다.

상기 이송관(400)의 재질은 스테인레스강(Stainless Steel)일 수 있다. 다만, 상기 이송관(400)의 재질은 스테인레스강에 한정되지 않고, 상기 극저온의 액화가스로 인하여 이송관의 취성파괴(Brittle Fracture)가 일어나지 않는 재질일 수 있다.

상기 이송관(400)에는 제1 유량조절밸브(410)와 이송관펌프(420)가 설치될 수 있다. 상기 유량조절밸브(410)은 상기 이송관(400)을 따라 이송되는 상기 액화가스의 유량을 조절하거나, 상기 액화가스의 이송을 개폐할 수 있다. 그리고, 상기 이송관펌프(420)는 상기 액화가스가 상기 이송관(400)을 따라 원활히 이송시킬 수 있다.

제1 열교환기(510)는 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부에 위치한 이송관(400)에 설치될 수 있다. 상기 제1 열교환기(510)는 상기 이송관(400)을 따라 상기 제1 열교환기(510)로 이송된 액화가스를 공급받을 수 있다. 그리고, 상기 제1 열교환기(510)는 상기 액체화물저장탱크(100)의 저장된 액체화물과 접할 수 있다. 상기 제1 열교환기(510)는 상기 액화가스와 상기 액체화물과 열교환할 수 있다. 예를 들어, 상기 액화가스가 액화천연가스이고 상기 액체화물이 오일인 경우, 대략 -160도의 액화천연가스와 20~30도의 오일이 열교환함에 따라, 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부의 오일의 온도를 낮출 수 있다. 마찬가지로, 상기 액체화물이 -40 ~ -45도의 액화석유가스(LPG)인 경우, 상기 액화천연가스와 상기 액화석유가스가 열교환함에 따라, 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부의 액화석유가스의 온도를 낮출 수 있다.

이에 따라, 상기 액체화물의 온도가 떨어짐에 따라, 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부의 상부(110)에 발생하는 휘발성 유기화합물을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 액화가스의 온도는 증가함에 따라, 상기 엔진(300)에 공급하기 전에 별도의 기화기 또는 가열기로 상기 액화가스의 온도를 증가시키기 위한 에너지를 절감할 수 있다.

도 2은 본 발명의 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템을 나타내는 개략도이다. 본 실시예에서 설명하지 않은 구성요소는 전술한 실시예의 구성요소와 유사하므로, 자세한 설명을 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 이송관(430), 열매체순환관(522), 제2 열교환기(520)를 포함할 수 있다.

이송관(430)은 상기 액화가스저장탱크(200)로부터 인출되어 상기 엔진(300)으로 연결될 수 있다. 상기 이송관(430)은 전술한 실시예와 달리, 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부를 경유하지 않는다. 상기 이송관(430)에는 제1 유량조절밸브(431)와 이송관펌프(432)가 설치될 수 있다.

제2 열교환기(520)는 상기 이송관(430)에 설치될 수 있다. 상기 제2 열교환기(520)는 후술할 열매체와 액화가스를 열교환시킬 수 있다.

열매체순환관(522)은 상기 제1 열교환기(510)와 상기 제2 열교환기(520)를 연결할 수 있다. 상기 열매체순환관(522)에서는 열매체가 순환될 수 있다. 상기 열매체는 글리콜 워터(Glycol Water)일 수 있다. 다만, 상기 열매체는 글리콜 워터에 한정되지 않는다.

상기 열매체순환관(522)에는 순환관펌프(700)가 설치될 수 있다. 상기 순환관펌프(700)는 상기 열매체가 액체일 경우, 상기 열매체를 상기 열매체순환관(522)에서 원활히 순환시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템이 작동되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 액화가스는 상기 액화가스저장탱크(200)에 상기 이송관(430)을 경유하여 상기 제2 열교환기(520)에 공급될 수 있다. 그리고, 상기 액화가스는 상기 제2 열교환기(520)에서 상기 열매체와 열교환을 한다. 이에 따라, 상기 액화가스의 온도는 증가될 수 있다. 상기 열교환된 액화가스는 상기 이송관(430)을 따라 상기 엔진(300)에 공급될 수 있다. - ①

한편, 상기 열매체는 상기 열매체순환관(522)을 따라 순환될 수 있다. 상기 열매체는 상기 제1 열교환기(510)에서 상기 액체화물과 열교환하여 상기 열매체의 온도가 증가될 수 있다. 그리고, 상기 열매체는 상기 제2 열교환기(520)에서 상기 액화가스와 열교환하여 상기 열매체의 온도가 떨어질 수 있다. - ②

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 전술한 실시예와 달리, 상기 액화가스와 상기 액체화물을 직접 열교환하지 않고, 상기 열매체를 이용하여 상기 액화가스의 냉열을 상기 액체화물에 전달할 수 있다. 이에 따라, 상기 액체화물의 온도를 낮추게 되어 상기 액체화물저장탱크(100)의 내부에서 휘발성 유기화합물이 발생되는 것을 저감할 수 있다. 여기서, 냉열은 극저온의 액화가스, 예를 들어 대략 -160도의 액화천연가스가 지닌 차가운 에너지를 의미한다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템을 나타내는 개략도이다. 본 실시예에서 설명하지 않은 구성요소는 도 2를 참조하여 설명한 실시예의 구성요소와 유사하므로, 자세한 설명을 생략하기로 한다.

상기 열매체가 액체 상태가 아닌 경우, 특히 상기 열매체가 기체상태의 질소인 경우, 상기 열매체가 상기 열매체순환관(522)에서 원활히 순환되지 않을 수 있다.

이러한 기체상태의 열매체의 순환을 원활히 하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 컴프레서(800)를 포함할 수 있다.

컴프레서(Compressor, 800)는 상기 열매체가 상기 제1 열교환기(510)에서 상기 제2 열교환기(520)로 이송되는 열매체순환관(522)에 설치될 수 있다. 여기서, 상기 열매체는 질소뿐만 아니라 메탄 또는 에탄일 수 있다. 다만, 상기 열매체는 질소, 메탄, 또는 에탄에 한정되지 않고, 상기 열매체순환관(522) 내에서 액화되지 않는 기체상태의 탄화수소일 수 있다.

상기 컴프레서(800)는 상기 기체상태의 열매체가 상기 열매체순환관(522)에서 원활히 순환되도록 구동력을 제공할 수 있다.

한편, 상기 열매체의 상태는 상기 제1 열교환기(510)에 공급되기 전에 기체상태이고, 상기 제1 열교환기(510)에서 배출된 후에 액체상태일 수 있다. 즉, 상기 열매체는 상기 제1 열교환기(510)를 기준으로 상변화가 일어날 수 있다. 여기서, 상기 열매체는 3 내지 7의 탄소수를 가지는 탄화수소일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템이 작동되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 제1 열교환기(510)를 통과한 열매체는 기체상태로 약 20~30도로 상기 컴프레서(800)로 유입될 수 있다. 그리고, 상기 컴프레서(800)는 상기 기체상태의 열매체를 압축할 수 있다. 상기 압축된 열매체는 상기 제2 열교환기(520)에서 상기 액화가스와 열교환하여 상기 액화가스의 냉열을 전달받게 된다. - ②

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 휘발성 유기화합물 저감 시스템은 감압부(600)를 포함할 수 있다.

상기 감압부(600)는 상기 열매체가 상기 제2 열교환기(520)에서 상기 제1 열교환기(510)로 이송되는 열매체순환관(522)에 설치될 수 있다. 상기 감압부(600)는 상기 액화가스와 열교환된 열매체를 감압할 수 있다. 상기 감압부(600)는 감압밸브 또는 익스팬더(Expander)일 수 있다. 다만, 상기 감압부(600)는 감압밸브 또는 익스팬더에 한정되지 않고, 상기 열매체의 압력을 낮출 수 있는 다양한 장치일 수 있다.

다음으로, 상기 감압부(600)를 경유한 열매체는 액체상태에서 기체상태로 상변화될 수 있다. 즉, 상기 열매체는 액체상태에서 기체상태로 기화하면서 기화열을 배출하게 됨에 따라, 상기 열매체의 온도는 떨어지게 된다.

상기 기체상태로 상변화된 열매체의 온도는 상기 제2 열교환기(520)를 경유한 열매체의 온도보다 낮을 수 있다. 이러한 열매체는 상기 제1 열교환기(510)로 유입되어 상기 액체화물과 열교환함으로써, 상기 액체화물의 온도를 낮추게 되어 상기 휘발성 유기화합물의 발생을 저감할 수 있다. - ③

이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 액체화물저장탱크
200: 액화가스저장탱크
300: 엔진
400: 이송관
510: 제1 열교환기
520: 제2 열교환기
600: 감압부
800: 컴프레서

Claims

액체화물을 저장하는 액체화물저장탱크;
액화가스를 저장하는 액화가스저장탱크; 및
상기 액체화물저장탱크 내부에 위치하며, 상기 액체화가스의 냉열화물과 상기 액화가스를 열교환하는 제1 열교환기; 를 포함하는 휘발성 유기화합물 저감 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 액화가스저장탱크로부터 인출되어 상기 제1 열교환기를 경유하고, 엔진으로 연결되는 이송관을 포함하는 휘발성 유기화합물 저감 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 액화가스저장탱크로부터 인출되어 엔진으로 연결되는 이송관;
상기 이송관에 설치되는 제2 열교환기;
상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기를 연결하며, 열매체가 순환되는 열매체순환관를 포함하는 휘발성 유기화합물 저감 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 열매체가 상기 제1 열교환기에서 상기 제2 열교환기로 이송되는 열매체순환관에 설치되는 컴프레서를 더 포함하는 휘발성 유기화합물 저감 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 열매체는
3 내지 7의 탄소수를 가지는 탄화수소인 휘발성 유기화합물 저감 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 열매체가 상기 제2 열교환기에서 상기 제2 열교환기로 이송되는 열매체순환관에 설치되는 감압부를 더 포함하는 휘발성 유기화합물 저감 시스템.