KR102535968B1

KR102535968B1 - 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102535968B1
Application number: KR1020210094958A
Authority: KR
Inventors: 김종현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2023-05-26
Also published as: KR20230013898A

Abstract

선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템은, 암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 암모니아를 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 맞추어 상기 엔진으로 공급하는 연료공급부; 상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하는 암모니아 회수드럼; 상기 암모니아 회수드럼으로 물을 공급하는 물 공급부; 및 상기 암모니아와 상기 물 공급부로부터 공급되는 물에 의해 생성된 암모니아수를 공급받아 저장하는 암모니아수 탱크:를 포함하고, 상기 암모니아수 탱크의 암모니아수는 상기 엔진의 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)에 배기가스 중화를 위해 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템 및 방법{Ammonia Treatment System And Method For Ship Engine}

본 발명은 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하여 암모니아수를 생성하고 엔진의 배기가스 재순환 장치(EGR)로 공급하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템 및 방법에 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.

특히 LPG는 극저온에서 액화되는 LNG보다 저장이 용이하고 기존 HFO에 견주어 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서 크게 떨어지지 않으면서 기존 HFO 대비 SOX, NOX, CO2, PM등의 절감 효과가 탁월한 장점이 있다.

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 있다. 이와 같이 이산화탄소 배출에 대한 규제가 급격히 강화되고 있으며, 15,000 DWT 이상인 LPG 운반선의 경우 향후 Phase 4 (이산화탄소 배출량 40% 저감) 이상의 기준이 적용되면 현재의 LPG를 연료로 사용하는 LPGC로는 이산화탄소 배출 규정 달성이 어려울 수 있다.

그에 따라 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는 친환경 선박 연료에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있고, 최근에는 LNG나 LPG 등의 연료와 함께 암모니아를 연료로 사용할 수 있는 선박 엔진에 관한 기술이 개발되고 있다.

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.

이러한 암모니아는 LNG보다 저장이 용이하면서, 기존 HFO와 비교해 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서는 조금 떨어지지만 이산화탄소가 전혀 배출되지 않아 국제적인 온실가스 배출기준의 강화 추세에 대응할 수 있는 친환경 선박 연료로 주목받고 있다.

본 발명은 선박 엔진의 연료로 암모니아를 공급하면서, 엔진의 정지 또는 트립(trip) 발생 시 등에 연료 공급용 배관 및 연료공급시스템 등에서 암모니아를 신속하게 배출하여 안전을 확보하면서 연료 낭비 없이 효과적으로 처리할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

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

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

상기 암모니아 회수드럼으로 물을 공급하는 물 공급부; 및

상기 암모니아와 상기 물 공급부로부터 공급되는 물에 의해 생성된 암모니아수를 공급받아 저장하는 암모니아수 탱크:를 포함하고,

상기 암모니아수 탱크의 암모니아수는 상기 엔진의 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)에 배기가스 중화를 위해 공급되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는 상기 물 공급부는, 상기 선박에 마련되며 청수를 저장하는 청수탱크; 상기 청수탱크로부터 청수를 공급받아 냉각하는 쿨러; 및 상기 쿨러에서 냉각된 청수를 공급받아 상기 암모니아 회수드럼 내부로 분사하는 분사부:를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 암모니아 회수드럼 내부의 액체를 감지하는 레벨 센서:를 더 포함하고, 상기 레벨 센서에서 감지된 상기 암모니아 회수드럼 내부의 액체 유무에 따라 상기 엔진의 암모니아 연료 모드 재가동 여부가 판단될 수 있다.

바람직하게는, 상기 암모니아수 탱크의 암모니아수를 상기 배기가스 재순환 장치로 공급하는 암모니아수 공급라인; 상기 배기가스 재순환 장치에 스크러빙 워터를 공급하고 회수하는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크의 용량을 초과하여 상기 버퍼탱크로부터 배출된 스크러빙 워터를 공급받아 저장하는 드레인 탱크; 상기 드레인 탱크로부터 상기 스크러빙 워터를 공급받아 선외 배출 기준에 맞추어 처리하는 수처리부; 및 상기 암모니아수 공급라인으로부터 분기되어 상기 드레인 탱크로 연결되는 조절라인:을 포함하고, 상기 암모니아수는 상기 조절라인을 통해 상기 드레인 탱크로부터 선외 배출될 스크러빙 워터의 수소이온농도(pH) 조절을 위해 공급될 수 있다.

바람직하게는, 선박의 엔진으로 액체 암모니아를 연료로 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; 및 상기 연료밸브트레인에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 드럼을 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.

바람직하게는 상기 엔진의 암모니아 연료 모드 중단 시, 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인의 이중차단밸브를 닫고 상기 제2 및 제3 벤트라인을 통해 밸브 사이의 압력을 해소하고, 상기 제1 및 제4 벤트라인을 통해 상기 연료공급부 및 엔진에 남아있는 암모니아를 배출시킬 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 연료공급부를 거쳐 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 암모니아를 공급하고,

상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 암모니아 회수드럼으로 회수하여, 암모니아 회수드럼에 물을 공급하고 암모니아수를 생성하여,

생성된 암모니아수를 상기 엔진의 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)에 배기가스 중화를 위해 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 방법이 제공된다.

바람직하게는 상기 배기가스 재순환 장치에 스크러빙 워터를 공급하고 회수하는 버퍼탱크로부터 배출된 상기 스크러빙 워터를 수처리부를 거쳐 선외 배출 기준에 맞추어 처리하여 배출하되, 상기 암모니아수를 공급하여 상기 버퍼탱크로부터 선외 배출될 상기 스크러빙 워터의 수소이온농도(pH)를 조절할 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 확보하고, 배출된 암모니아로부터 암모니아수를 생성하여 엔진의 배기가스 재순환 장치에 배기가스 중화를 위해 공급함으로써 연료의 낭비 없이 효과적으로 처리할 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 참조하여야만 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 암모니아를 회수하는 암모니아 회수드럼(D1, D2), 암모니아 회수드럼으로 물을 공급하는 물 공급부, 암모니아와 물 공급부로부터 공급되는 물에 의해 생성된 암모니아수를 공급받아 저장하는 암모니아수 탱크(NT)를 포함한다.

암모니아수 탱크(NT)의 암모니아수는 엔진(E)의 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)(미도시)에 배기가스 중화를 위해 공급된다.

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 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 이중관(DL1, DL2)으로 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, DV3, DV4)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)으로 회수하도록 구성하였다.

암모니아 회수드럼은, 연료공급부(LFS)에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 드럼(D1)과, 연료밸브트레인(FVT)에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 드럼(D2)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, DV2) 사이에서 제2 드럼(D2)으로 제2 벤트라인(VL2)이, 연료밸브트레인(FVT)에서 연료리턴라인(FRL)에 마련된 이중차단밸브(DV3, DV4) 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. 제1 내지 제4 벤트라인에는 제1 또는 제2 드럼으로 암모니아 배출을 조절하기 위한 벤팅밸브들(VV1, VV2, VV3, VV4)이 각각 마련된다.

예를 들어 엔진의 암모니아 연료 모드 중단 시, 연료공급라인 및 연료리턴라인의 이중차단밸브(DV1, DV2, DV3, DV4)를 닫고 제2 및 제3 벤트라인의 벤팅밸브(VV2, VV3)를 열어 제2 및 제3 벤트라인(VL2, VL3)을 통해 제2 드럼(D2)으로 암모니아를 방출하여 밸브 사이의 압력을 해소하고, 제1 및 제4 벤트라인의 벤팅밸브(VV1, VV4)를 열어 연료공급부(LFS) 및 엔진에 남아있는 암모니아를 제1 및 제2 드럼으로 각각 배출시킬 수 있다.

본 실시예에서는 이와 같이 연료공급부 및 각 배관들로부터 배출시켜 암모니아 회수드럼(D1, D2)으로 회수된 암모니아에 물을 공급하여 암모니아수를 생성하고, 생성된 암모니아수를 선내에서 활용할 수 있도록 한다.

특히 암모니아를 엔진 연료로 공급하는 경우에도, 고온 배기가스 중 질소산화물이 많이 포함될 수 있고, 질소산화물 역시 IMO에서 배출을 규제하는 물질이다. 이와 같이 배기가스 중 질소산화물을 저감하기 위해 엔진에는 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)(미도시)가 마련된다.

배기가스 재순환 장치에서는 엔진에서 배출되는 배기를 배기 리시버에서 수용하고 이를 탈질 및 냉각하여 엔진의 소기(scavenge air)로 공급하는데, 배기 온도를 낮추고 배기의 중화를 위해 NaOH와 같은 산성 중화 성분을 포함하는 스크러빙 워터가 필요하다. 본 실시예에서는 이를 암모니아 회수 드럼에서 생성된 암모니아수로 대체하여 배기가스 재순환 장치로 공급하고 암모니아수에 의해 배기가스를 중화시킨다.

암모니아는 연료공급부 및 각 배관들로부터 배출되어 암모니아 회수드럼으로 회수되면서 압력이 낮아져 액체에서 기체로 상변화될 수 있으며, 이처럼 암모니아 회수드럼에 회수된 기체 상태의 암모니아로부터 암모니아수를 생성하여 선내에서 활용할 수도 있고 필요에 따라 선외 배출하여 처리할 수도 있다.

암모니아수 생성을 위해 암모니아 회수 드럼으로 물을 공급하는 물 공급부는, 선박에 마련되며 청수를 저장하는 청수탱크(WT)와, 청수탱크로부터 청수를 공급받아 냉각하는 쿨러(100)와, 쿨러에서 냉각된 청수를 공급받아 암모니아 회수드럼 내부로 분사하는 분사부(150A, 150B)를 포함한다.

암모니아는 물에 대한 용해도가 매우 높고, 특히 온도가 낮을수록 용해도가 높아지므로, 암모니아의 용해도를 높이기 위해 청수탱크의 청수는 쿨러에서 냉각한 후 분사부를 통해 암모니아 회수드럼의 암모니아에 분사한다.

암모니아 회수드럼에는 드럼 내부의 액체를 감지하는 레벨 센서(LS1, LS2)가 각각 마련되며, 레벨 센서에서 감지된 암모니아 회수드럼 내부의 액체 유무에 따라 엔진의 암모니아 연료 모드 재가동 여부를 판단할 수 있다.

암모니아 회수드럼(D1, D2)에서 생성된 암모니아수는 암모니아수 탱크(NT)에 저장되고, 암모니아수 공급라인(NL)을 통해 배기가스 재순환 장치로 공급된다.

한편, 본 실시예 시스템에는 배기가스 재순환 장치에서 필요로 하는 스크러빙 워터를 공급하고 회수하는 버퍼탱크(BT)가 마련되며, 버퍼탱크의 용량을 초과하여 버퍼탱크로부터 배출된(overflow) 스크러빙 워터를 공급받아 저장하는 드레인 탱크(DT)가 마련된다.

버퍼탱크(BT)로부터 배출되어 드레인 탱크(DT)에 모인 스크러빙 워터는 수처리부(200)를 거쳐 선외 배출 기준에 맞추어 처리된 후 선외 배출될 수 있다. 스크러빙 워터의 선외 배출 기준을 충족하려면 수소이온농도(pH) 역시 조절해야 하는데, 이 경우도 암모니아수를 이용할 수 있다.

이를 위해 암모니아수 공급라인(NL)으로부터 분기되어 드레인 탱크(DT)로 연결되는 조절라인(NL2)이 마련되고, 암모니아수 탱크의 암모니아수는 조절라인을 통해 드레인 탱크로부터 선외 배출될 스크러빙 워터의 수소이온농도(pH) 조절을 위해 공급될 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: 암모니아 회수드럼
NT: 암모니아수 탱크
WT: 청수탱크
100: 쿨러
150A, 150B: 분사부
NL: 암모니아수 공급라인

Claims

암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 암모니아를 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 맞추어 상기 엔진으로 공급하는 연료공급부;
상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하는 암모니아 회수드럼;
상기 암모니아 회수드럼으로 물을 공급하는 물 공급부;
상기 암모니아와 상기 물 공급부로부터 공급되는 물에 의해 생성된 암모니아수를 공급받아 저장하는 암모니아수 탱크; 및
상기 암모니아 회수드럼 내부의 액체를 감지하는 레벨 센서:를 포함하고,
상기 암모니아수 탱크의 암모니아수는 상기 엔진의 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)에 배기가스 중화를 위해 공급되며,
상기 레벨 센서에서 감지된 상기 암모니아 회수드럼 내부의 액체 유무에 따라 상기 엔진의 암모니아 연료 모드 재가동 여부가 판단되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 물 공급부는,
상기 선박에 마련되며 청수를 저장하는 청수탱크;
상기 청수탱크로부터 청수를 공급받아 냉각하는 쿨러; 및
상기 쿨러에서 냉각된 청수를 공급받아 상기 암모니아 회수드럼 내부로 분사하는 분사부:를 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
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제 2항에 있어서,
상기 암모니아수 탱크의 암모니아수를 상기 배기가스 재순환 장치로 공급하는 암모니아수 공급라인;
상기 배기가스 재순환 장치에 스크러빙 워터를 공급하고 회수하는 버퍼탱크;
상기 버퍼탱크의 용량을 초과하여 상기 버퍼탱크로부터 배출된 스크러빙 워터를 공급받아 저장하는 드레인 탱크;
상기 드레인 탱크로부터 상기 스크러빙 워터를 공급받아 선외 배출 기준에 맞추어 처리하는 수처리부; 및
상기 암모니아수 공급라인으로부터 분기되어 상기 드레인 탱크로 연결되는 조절라인:을 포함하고,
상기 암모니아수는 상기 조절라인을 통해 상기 드레인 탱크로부터 선외 배출될 스크러빙 워터의 수소이온농도(pH) 조절을 위해 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 1항 내지 제 2항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
선박의 엔진으로 액체 암모니아를 연료로 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 5항에 있어서, 암모니아 회수드럼은,
상기 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제1 드럼; 및
상기 연료밸브트레인에서 배출되는 암모니아를 회수하는 제2 드럼을 포함하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
제 6항에 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.
제 7항에 있어서,
상기 엔진의 암모니아 연료 모드 중단 시, 상기 연료공급라인 및 연료리턴라인의 이중차단밸브를 닫고 상기 제2 및 제3 벤트라인을 통해 밸브 사이의 압력을 해소하고, 상기 제1 및 제4 벤트라인을 통해 상기 연료공급부 및 엔진에 남아있는 암모니아를 배출시키는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 시스템.
암모니아를 공급받는 엔진이 마련된 선박에서 연료공급부를 거쳐 상기 엔진에서 요구하는 압력 및 온도로 암모니아를 공급하고,
상기 엔진의 연료 배관 및 연료공급부에서 배출되는 암모니아를 암모니아 회수드럼으로 회수하여, 암모니아 회수드럼에 물을 공급하고 암모니아수를 생성하여,
생성된 암모니아수를 상기 엔진의 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation, EGR)에 배기가스 중화를 위해 공급하고,
상기 배기가스 재순환 장치에 스크러빙 워터를 공급하고 회수하는 버퍼탱크로부터 배출된 상기 스크러빙 워터를 수처리부를 거쳐 선외 배출 기준에 맞추어 처리하여 배출하되,
상기 암모니아수를 공급하여 상기 버퍼탱크로부터 선외 배출될 상기 스크러빙 워터의 수소이온농도(pH)를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 암모니아 처리 방법.
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