KR20240093176A

KR20240093176A - 선박의 암모니아 회수 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20240093176A
Application number: KR1020220176177A
Authority: KR
Inventors: 채정석; 신영규; 홍경원
Original assignee: 한화오션 주식회사
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2024-06-24

Abstract

본 발명은 선박용 엔진의 연료로서 액상의 암모니아를 공급하는데 있어서 엔진으로부터 암모니아를 효율적으로 회수하여 대기 중에 방출되는 암모니아를 최소화하는 암모니아 회수 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박의 암모니아 회수 시스템은, 암모니아를 엔진의 연료로 사용하는 선박에 있어서, 비정상 상황에서, 상기 암모니아를 엔진에 공급하기 위한 장치 및 배관으로부터 암모니아를 퍼징하기 위해 퍼징용 유체를 주입하는 퍼징용 유체 주입부; 상기 퍼징용 유체와 함께 이송된 암모니아로부터 액체 상태의 암모니아를 기액분리하여 저장하는 캐치탱크; 및 상기 캐치탱크로부터 기액분리된 기체상에 포함된 암모니아를 회수하는 스크러버;를 포함한다.

Description

선박의 암모니아 회수 시스템 및 방법 {Ammonia Recovery System and Method for a Vessel}

본 발명은 선박용 엔진의 연료로서 액상의 암모니아를 공급하는데 있어서 엔진으로부터 암모니아를 효율적으로 회수하여 대기 중에 방출되는 암모니아를 최소화하는 암모니아 회수 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.

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 육상에서 100년 이상 사용되어 생산, 저장, 수송 및 공급을 포함한 공급 체인(supply chain)이 충분히 검증된 화학물질인 암모니아를 선박의 연료로 이용함으로써, 향후 강화되는 선박의 온실가스 배출규제를 준수할 수 있고, 또한 암모니아 배출규제도 만족할 수 있는 선박의 암모니아 회수 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 암모니아를 엔진의 연료로 사용하는 선박에 있어서, 비정상 상황에서, 상기 암모니아를 엔진에 공급하기 위한 장치 및 배관으로부터 암모니아를 퍼징하기 위해 퍼징용 유체를 주입하는 퍼징용 유체 주입부; 상기 퍼징용 유체와 함께 이송된 암모니아로부터 액체 상태의 암모니아를 기액분리하여 저장하는 캐치탱크; 및 상기 캐치탱크로부터 기액분리된 기체상에 포함된 암모니아를 회수하는 스크러버;를 포함하는, 선박의 암모니아 회수 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 캐치탱크에서 기액분리된 기체상을 상기 스크러버에 공급하기 전에 공급받아 저장한 후 상기 캐치탱크에 공급하는 녹아웃 드럼;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스크러버에는, 상단부에서 내부로 청수를 분사하기 위한 청수 공급밸브; 하단부에서 내부로 상기 캐치탱크로부터 이송되는 기액분리된 기체 성분을 공급하는 유체 공급부; 및 상기 유체 공급부를 통해 공급된 기체상과 접촉하여 암모니아 성분이 용해된 암모니아 용해 청수를 배출시키기 위한 덤핑밸브;가 구비될 수 있다.

바람직하게는, 상기 스크러버에는, 상기 스크러버 내 암모니아 용해 청수의 암모니아 농도를 측정하는 농도 측정기;가 구비되고, 상기 덤핑밸브는, 상기 농도 측정기에 의해 측정된 농도 측정값이 미리 설정된 설정값 이상이 되면 개방될 수 있다.

바람직하게는, 상기 스크러버에는, 상기 스크러버 내 암모니아 용해 청수의 수위를 측정하는 수위 측정기;가 구비되고, 상기 청수 공급밸브는, 상기 수위 측정기에 의해 측정된 수위 측정값이 미리 설정된 최저 수위에 도달하면 개방되고, 수위 측정값이 미리 설정된 최고 수위에 도달하면 폐쇄될 수 있다.

바람직하게는, 상기 스크러버에서 암모니아가 제거된 기체상을 대기 중으로 방출하는 벤트 마스트; 및 상기 스크러버로부터 벤트 마스트로 배출되는 기체상의 암모니아 농도가, 일정 시간 동안, 미리 설정된 기준값 이하로 감소되지 않는 경우, 화학반응을 통해 암모니아를 제거할 수 있는 용제를 상기 스크러버에 주입하는 용제 주입 장치;를 더 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 암모니아를 엔진의 연료로 사용하는 선박에서 암모니아를 회수하는 방법에 있어서, 비정상 상황에서, 상기 암모니아를 엔진에 공급하기 위한 장치 및 배관으로부터 암모니아를 퍼징하기 위해 퍼징용 유체를 주입하는 퍼징용 유체 주입 단계; 상기 퍼징용 유체 주입 단계에서 상기 장치 및 배관으로부터 배출되는 유체를 기액분리하여 액체상을 저장하는 기액분리 단계; 상기 기액분리 단계에서 분리된 기체상에 포함된 암모니아를 제거하는 스크러빙 단계;를 포함하는, 선박의 암모니아 회수 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 스크러빙 단계에서 암모니아가 제거된 기체상을 대기중으로 방출하는 벤팅 단계; 및 상기 스크러빙 단계에서 기체상으로부터 제거한 암모니아를 액체 상태로 해상에 배출하는 덤핑 단계;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 벤팅 단계에서 대기중으로 방출하는 기체상의 농도를 측정하는 기상 농도 측정 단계; 및 상기 기상 농도 측정 단계에서 측정한 농도 측정값이, 일정 시간 동안, 미리 설정된 기준값 이하로 감소하지 않는 경우, 상기 스크러빙 단계에 암모니아와 반응하는 용제를 주입하는 용제 주입 단계;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 기액분리 단계에서 분리된 기체상을 저장하여 일정한 유량으로 스크러빙 단계에 공급하는 버퍼링 단계;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스크러빙 단계는, 상기 기체상에 청수를 분사시켜 청수에 암모니아를 용해시키는 암모니아 용해 단계; 및 상기 암모니아 용해 단계에서 암모니아가 용해되면서 생성된 암모니아 용해 청수의 농도를 측정하는 액상 농도 측정 단계;를 포함하고, 상기 덤핑 단계는, 상기 액상 농도 측정 단계에서 측정한 농도가 미리 설정된 설정값 이상이 되면 실시할 수 있다.

바람직하게는, 상기 스크러빙 단계는, 상기 기체상에 청수를 분사시켜 청수에 암모니아를 용해시키는 암모니아 용해 단계; 및 상기 암모니아 용해 단계에서 암모니아가 용해되면서 생성된 암모니아 용해 청수의 수위를 측정하는 수위 측정 단계;를 포함하고, 상기 덤핑 단계는, 상기 수위 측정 단계에서 측정한 수위가 미리 설정된 설정값 이상이 되면 실시하고, 상기 수위 측정 단계에서 측정한 수위가 미리 설정된 설정값 미만이 되면 상기 덤핑 단계를 중단하고 상기 암모니아 용해 단계를 실시할 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 암모니아 회수 시스템 및 방법은, 선박용 엔진의 연료로서 친환경 연료인 암모니아를 공급할 수 있게 하고, 따라서 선박 운항 시 온실가스 배출량을 감축하고 국제협약이 정하는 규제기준을 충족하도록 할 수 있다.

특히, 계내에서 암모니아 증발가스가 발생되지 않도록 제어함으로써 선박으로부터 벤트 마스트를 통해 벤팅되는 가스 중에 암모니아를 포함하지 않을 수 있다.

또는, 운전 중에 암모니아 증발가스가 발생하더라도, 스크러버를 이용하여 벤트 마스트로 이송되는 벤트 가스 중의 암모니아 농도를 저감시킴으로써, 선박으로부터의 암모니아 배출 규제농도를 만족할 수 있다.

또한, 저장부와, 공급부, 배출부 및 엔진을 모두 데크 하부의 선체 내에 배치함으로써, 선박의 오픈데크를 화물이나 구조물의 적재 공간이나 작업 공간으로 사용해야 하는 작업선에 대해서도 암모니아 추진 선박을 적용할 수 있게 한다.

또한, 메탄올이나 LPG 등 암모니아와 물성이 비슷한 액화가스에도 적용할 수 있어 연료 다변화에 유연하게 대응할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 암모니아 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출부의 일부를 더욱 구체적으로 도시한 계통도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 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. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

후술하는 본 발명의 일 실시예들에 따른 선박의 암모니아 회수 시스템 및 방법은, 암모니아를 연료로 사용할 수 있는 엔진이 구비되는 추진 선박 또는 부유식 해상구조물에 적용될 수 있다.

또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예들에 있어서, 암모니아를 예로 들어 설명하나, 엔진의 연료로서 암모니아와 유사한 화학적 특성을 가지며 암모니아를 대체할 수 있는 액체 연료, 예를 들어 메탄올(methanol, CH₃OH) 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)에도 적용될 수 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 선박의 암모니아 회수 시스템 및 방법을 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 암모니아를 연료로 사용할 수 있는 엔진(100)과, 엔진(100)에 연료로 공급할 암모니아를 액체 상태로 저장하는 저장부와, 저장부로부터 엔진(100)으로 액체 상태의 암모니아 연료를 공급하는 연료 공급부와, 선외 암모니아 공급 스테이션으로부터 저장부로 암모니아를 벙커링(bunkering)하기 위한 벙커링부(500)를 포함한다.

또한, 본 실시예에 따른 선박은, 엔진(100), 저장부 및 연료 공급부에 체류(hold)하고 있는 암모니아를 퍼징(purging) 또는 벤팅(venting)시키거나, 압력을 완화(relief)시키기 위한 배출부를 더 포함한다.

본 실시예에서 엔진(100), 저장부, 연료 공급부 및 배출부는 메인데크(MD) 하부의 선체(hull) 안에 구비될 수 있다.

선체 내부는, 엔진(100)이 배치되는 엔진룸(main engine room)(R)과, 저장부가 배치되는 화물창(tank hold space)(C)과, 연료 공급부 및 배출부가 배치되는 연료 공급실(fuel preparation room)(F)을 포함하여, 여러 구역으로 구획되어 있다. 본 실시예에서 엔진룸(R), 화물창(C) 및 연료 공급실(F)은 효율적으로 연료를 공급하기 위하여 서로 인접하여 배치된다.

예를 들어, 연료 공급실(F)은 화물창(C)과 엔진룸(R) 사이에 배치되는 것이 바람직하나, 선박의 구조에 따라서 화물창(C)이 연료 공급실(F)과 엔진룸(R) 사이에 배치될 수도 있을 것이다.

선박의 메인데크(MD)에는 벙커링부(500)와, 선체 내부로부터 배출되는 벤트 가스를 공기 중으로 배출시키기 위한 벤트 마스트(vent mast)(600)가 배치된다.

본 실시예의 벤트 마스트(600)는, 메인데크(MD) 상의 모든 입구와 출구로부터 수평으로 안전기준 이상의 거리를 두고 떨어진 위치에 배치된다. 또한, 벤트 마스트(600)의 벤트 가스가 대기 중으로 배출되는 가스 출구는, 메인데크(MD)로부터 수직으로 안전기준 이상의 높이에 배치되어야 한다. 예를 들어, 벤트 마스트(600)의 가스 출구는, 메인데크(MD)로부터 수직으로 25m 이상 떨어진 높이에 위치한다.

본 실시예에 따르면, 화물창(C), 연료 공급실(F) 및 엔진룸(R)이 선체 내부에 배치됨으로써 메인데크(MD) 상에 화물이나 장비의 적재공간이나, 작업공간을 충분히 제공할 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에 따른 선박이 풍력발전기설치선(WTIV; Wind Turbine Installation Vessel)인 경우, 메인데크(MD) 상에 크레인과, 블레이드(blade), 모터 등의 풍력발전기용 부품들을 적재할 공간을 충분히 확보할 수 있다.

본 실시예의 메인데크(MD)와 선체 내부공간 사이에는 코퍼댐 데크(CD)가 배치된다. 선체 내부에 배치되는 저장부로부터 메인데크(MD)에 배치되는 벙커링부(500)를 연결하는 배관들(DPL, DPV)과, 선체 내부에 배치되는 엔진룸(R), 화물창(C) 및 연료 공급실(F)과 벤트 마스트(600)를 연결하는 배관들(DPM, DPS)은, 선체 내부로부터 코퍼댐 데크(CD)를 통과하여 메인데크(MD)로 연결될 수 있다.

한편, 연료 공급실(F)과, TCS(T)는 위험구역(hazardous area)으로 규정되어 있으므로, 그에 준하는 방폭등급을 준수하여 설계되어야 한다. 또한, 선체 내부에 비위험구역(non-hazardous area)으로 규정된 구간을 통과하는 배관은 이중관(double wall pipe)으로 구비되어야 한다. 메인데크(MD)와 코퍼댐 데크(CD)의 사이 공간 역시 비위험구역으로 규정되어 있다.

즉, 도 1을 참고하면, 코퍼댐 데크(CD) 및 선체 내부의 비위험구역을 통과하여, 벙커링부(500)와 화물창(C)을 연결하는 배관들(DPL, DPV)과, 화물창(C)과 벤트 마스트(600)를 연결하는 배관들(DPM)과, 연료 공급실(F)과 벤트 마스트(600)를 연결하는 배관들(DPS)은 모두 이중관으로 구비되어야 한다.

또한, 선체 내부의 구역 사이를 연결하기 위하여 선체 내부의 비위험구역을 통과하는 배관, 즉, 화물창(C)과 연료 공급실(F)을 연결하는 배관들(DPK, DPF)과, 연료 공급실(F)과 엔진룸(R)을 연결하는 배관들(DPS, DPR)은 모두 이중관으로 구비되어야 한다.

이중관은, 암모니아 또는 암모니아가 섞여있는 유체가 흐르는 내관(inner pipe)과, 내관을 둘러싸는 외관(outer pipe)을 포함한다. 내관과 외관 사이 공간(secondary enclosure)에는, 내관에서 누출(leak)이 발생하더라도 이중관 밖으로 암모니아가 확산되지 않도록 하기 위하여, 불활성 가스가 가압 충전되어 있거나 또는 공기(fresh air)가 계속 흐르게 할 수 있다.

본 실시예의 벙커링부(500)는, 해상에서 벙커선(bunker ship)으로부터 또는 항구에 정박하여 육상의 암모니아 공급 스테이션으로부터, 선체 안쪽의 화물창(C)에 위치한 저장탱크(210)로 암모니아를 벙커링하기 위한 액체 매니폴드(PL, SL)과, 액상의 암모니아를 벙커링하면서 저장탱크(210)에서 발생하는 압력 상승을 완화시키기 위해 기체를 저장탱크(210)로부터 벙커선 또는 암모니아 공급 스테이션으로 되돌리기 위한 기체 매니폴드(PV, SV)를 포함한다.

벙커링부(500)는 좌현과 우현에 각각 마련될 수 있고, 좌현과 우현에 각각 마련되는 벙커링부(500)는, 이중관(DPL, DPV)을 통해 코퍼댐 데크(CD)와 선체 내부의 비위험구역을 통과하여 화물창(C)으로 연결될 수 있다.

본 실시예에 따른 선박에는 화재나 사고 등 위험 상황이 발생하였을 때 긴급 안전조치를 자동으로 취하여, 펌프, 밸브 및 암모니아에 관련된 모든 설비와 기기들을 비상차단하는 시스템인 ESD(Emergency Shut Down System)가 구비된다.

액체 매니폴드(PL, SL)와 화물창(C)을 연결하는 이중관(DPL)으로부터 저장탱크(210)로 연결되는 액체라인(LL)에는, ESD에 의해 제어되는 차단밸브(isolation valve)(도면부호 미부여)가 배치된다.

본 실시예에 따른 저장부는, 암모니아를 액체 상태로 저장하는 저장탱크(210)와, 저장탱크(210)로부터 암모니아를 배출시켜 연료 공급부로 공급하는 공급펌프(220)와, 저장탱크(210)의 외측 상단부에 구비되며 저장탱크(210)를 운용하는데 필요한 각종 관련 장치들이 배치되는 TCS(Tank Connection Space)(T)를 포함한다.

본 실시예의 저장탱크(210)는 IMO C-타입 탱크일 수 있다. 즉, 본 실시예에서 저장탱크(210)는 액체상태의 암모니아가 가압상태로 저장되어 있다.

본 실시예에서 저장탱크(210)의 설계압력은 최대 약 25 barg, 운전압력은 약 20 barg인 것을 예로 들어 설명한다. 또한 저장탱크(210)의 설계온도는 최소 약 -33℃ 내지 최대 60℃, 운전온도는 상온(ambient)인 것을 예로 들어 설명한다.

즉, 본 실시예의 저장탱크(210)에서는 액체 상태의 암모니아가 약 20 barg의 가압상태를 유지하며 저장되어 있기 때문에, 상온에서 자연기화되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따른 선박에서는, 저장탱크(210)로부터 암모니아의 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 생성되지 않거나 또는 무시할 수 있는 수준의 미량만 발생할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 안전 규정을 만족하기 위해서는, 저장탱크(210)의 과압(over pressure)을 방지하기 위한 수단으로서 2개의 안전밸브(PSV; Pressure Safety Valve)가 구비될 수 있다. 안전밸브(도면부호 미부여)는 압력센서(도면부호 미부여)에 의해 측정된 저장탱크(210)의 내압이 최대 설계압력에 가까워지거나 선급에서 안전밸브를 개방해야 하는 상황으로 규정된 때에 자동으로 개방되어 저장탱크(210)의 압력 상승을 완화시키는 기능을 가진다.

안전밸브가 개방되어 저장탱크(210)로부터 배출된 기체는 벤트 가스로서, 메인데크(MD) 상에 개방된 공간, 즉 오픈데크에 배치되는 벤트 마스트(600)를 통해 대기 중으로 배출될 수 있다.

본 실시예에 따른 공급펌프(220)는, 저장탱크(210)로부터 액체 상태의 암모니아를 가압하여 연료 공급부로 이송함으로써, 부스터 펌프(310)의 흡입 압력을 안정적으로 유지시켜, 암모니아가 엔진(100)에서 요구하는 압력을 유지하면서 엔진(100)에 공급되도록 한다.

또한, 공급펌프(220)는 반잠수식 펌프로서 저장탱크(210) 내부의 바닥에 설치될 수 있다. 공급펌프(220)가 반잠수식 펌프인 경우 공급펌프(220)를 구동시키기 위한 모터는 TCS(T)에 배치될 수 있다.

TCS(T)에는, 저장탱크(210)와, 연료 공급부 또는 벙커링부(500)와 같은 연관 장치들을 연결하기 위한 플랜지 연결부(connection flange)들과, 저장탱크(210)에 가장 최선에 배치되는 제1 차단밸브(도면부호 미부여)를 포함하여 저장탱크(210)와 연결되는 각종 밸브들이 구비될 수 있다.

또한, TCS(T)에는, 액체 매니폴드(SL, PL)로부터 연장되는 이중관(DPL)과 연결되는 액체라인(LL)과, 기체 매니폴드(SV, PV)로부터 연장되는 이중관(DPV)과 연결되는 기체라인(VL)과, 안전밸브가 구비되며 벤트 마스트(600)로부터 연장되는 이중관(DPM)과 연결되는 안전라인(도면부호 미부여)과, 공급펌프(220)로부터 연료 공급부로 연결되는 이중관(DPF)과 연결되는 연료 공급라인(FL1)과, 기체라인(VL)으로부터 분기되어 후술하는 회수부 녹아웃 드럼(430)으로 연결되는 이중관(DPF)과 연결되는 배출라인(도면부호 미부여)과, 각 라인 상에 구비되는 밸브들(미도시)이 배치될 수 있다.

또한, TCS(T)에는, 퍼징을 실시하기 위해 불활성 가스 공급부로부터 저장탱크(210)로 불활성 가스를 공급하기 위한 질소 라인(도면부호 미부여), 퍼징을 실시할 때 다른 장치들로부터 저장탱크(210)를 격리시키기 위한 하나 이상의 차단밸브(isolation valve)(도면부호 미부여)가 배치될 수 있다.

또한, TCS에는, 저장탱크(210)의 수위를 측정하는 수위센서, 온도를 측정하는 온도센서, 압력을 측정하기 위한 압력센서 등의 계측장치(instrument)들(미도시)도 배치될 수 있다.

도 1에는 화물창(C)에 1대의 저장탱크(210)만 도시되어 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 선박의 화물창(C)에는 1대 이상의 저장탱크(210)가 구비될 수 있고, 본 실시예에 따른 선박에는 예를 들어 2대의 저장탱크(210)가 구비될 수 있다. 저장탱크(210)가 여러대 구비되는 경우, TCS(T)는 각 저장탱크(210)의 상부에 각각 구비된다.

본 실시예에서 엔진(100)은, 암모니아 연료 또는 암모니아와 연료유(fuel oil)을 혼합한 혼합연료를 연소시킬 수 있는 이중연료 엔진(dual fuel engine)일 수 있다. 또한, 본 실시예에서 엔진(100)은, 연료를 액체 상태로 공급받아 연소시키는 액체연료 엔진일 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 암모니아를 연소시킬 수 있는 엔진이라면 어떤 유형이든지 적용할 수 있을 것이다.

본 실시예에서는 연료유로서 MGO(Marine Gas Oil)을 사용하는 것을 예로 들어 설명하며, MGO를 엔진(100)의 연료로 공급하는 MGO 연료 공급부(미도시)에 대해서는 설명을 생략한다.

도 1에는 엔진룸(R)에 1대의 엔진(100)만 도시되어 있으나, 본 실시예에 따른 선박에는, 엔진룸(R)에 1대 이상의 엔진(100)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 엔진룸(R)에는 2대의 메인엔진(추진엔진)과, 4대의 발전용 엔진이 구비될 수 있다.

본 실시예의 연료 공급부는, 액상의 암모니아를 엔진(100)으로 이송하는 부스터 펌프(310)와, 부스터 펌프(310)에 의해 엔진(100)으로 이송되는 액상 암모니아의 온도를 엔진(100)에서 요구하는 온도로 가열 또는 냉각시키는 열교환기(320)를 포함한다.

또한, 본 실시예의 연료 공급부는 엔진(100)으로 공급되는 액상 암모니아에 함유되어 있는 불순물을 걸러내기 위한 필터(330)를 더 포함할 수 있다. 도 1에서는 필터(330)가 열교환기(320)의 하류에 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다.

도 1에는, 부스터 펌프(310)와, 열교환기(320)와, 필터(330)가 각각 하나씩만 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나, 부스터 펌프(310)와, 열교환기(320)와, 필터(330)는 각각 2개 이상이 병렬로 구비됨으로써 고장이나 유지보수를 실시하는 등 어느 하나를 작동할 수 없을 때 나머지 하나를 이용하여 시스템을 구동하도록 대비할 수 있다.

부스터 펌프(310)는 엔진(100)으로 공급되는 액상의 암모니아가, 부스터 펌프(310)로부터 엔진(100)으로 유동하면서 거치는 각종 장비들, 배관 및 밸브들, 그리고 엔진(100)에 의해 생기는 압력 손실을 극복하고, 엔진(100)에서 요구하는 압력으로 실린더에 안정적으로 공급될 수 있게 압력을 유지시킬 수 있으며, 암모니아의 추진력(driving force)를 제공할 수 있다.

한편, 연료가 비압축성 유체인 액체 상태로 엔진으로 공급할 때, 엔진의 부하 변동에 유연하게 대응하기 위한 목적과 부스터 펌프(310)의 캐비테이션 현상을 방지하기 위한 목적으로, 엔진(100)에서 요구하는 유량보다 더 많은 과잉의 액체 연료를 엔진(100)에 공급해야 한다. 엔진(100)으로 공급된 과잉의 액체 연료 중에서 엔진(100)에서 필요한 만큼만 실린더에 분사되며, 나머지 액체 연료는 다시 엔진(100)으로 재순환될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 엔진(100)으로부터 회수되는 액체 연료를 엔진(100)으로 재순환시키기 위한 회수라인(RL)이 연결된다. 회수라인(RL)은, 엔진(100)으로부터 부스터 펌프(310) 상류의 연료 공급라인(FL2)으로 연결된다.

공급펌프(220)를 이용하여 저장탱크(210)에 저장된 액상의 암모니아를 흡입하여 부스터 펌프(310)의 흡입 측으로 배출함으로써, 부스터 펌프(310)로부터 엔진(100)으로 공급되는 암모니아가 과냉각 상태를 유지하고 또한 엔진(100)에서 요구하는 압력을 유지하도록 한다.

본 실시예에 따른 연료 공급부는, 회수라인(RL)을 통해 회수되는 액체 상태의 과잉 암모니아를 저장하여, 부스터 펌프(310)의 상류로 재순환시키는 회수부 캐치탱크(410)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 연료 공급부는, 회수라인(RL)으로부터 분기되어 암모니아가 회수부 캐치탱크(410)를 우회하여 부스터 펌프(310)로 향하도록 하는 분기라인(도면부호 미부여)이 마련될 수 있다.

회수라인(RL)으로부터 분기라인이 분기되는 지점의 상류에는, 회수부 캐치탱크(410) 및 분기라인으로 향하는 암모니아의 압력을 조절해주기 위한 압력조절밸브(도면부호 미부여)가 구비될 수 있다. 연료 공급라인(FL2)으로부터 회수라인(RL)으로 회수되는 암모니아는 엔진(100)에서 요구하는 압력으로 가압된 상태이거나 압력 손실에 의해 그보다 약간 낮은 압력의 상태에 있으며, 따라서 부스터 펌프(310)로 향하기 전에 압력조절밸브를 이용하여 암모니아가 부스터 펌프(310)의 흡입압력으로 유지되도록 할 수 있다.

본 실시예의 회수부 캐치탱크(410)는, 본 실시예에 따른 연료 공급부의 기능과, 후술하는 배출부의 기능을 모두 수행할 수 있다.

즉, 본 실시예의 회수부 캐치탱크(410)는, 시스템이 정상 상태일 때에는 연료 공급부의 일부로서 회수라인(RL)을 통해 회수되는 액체 상태의 과잉 암모니아를 저장하여, 부스터 펌프(310)의 상류로 재순환시키는 기능을 수행하고, 퍼징을 실시할 때 등 시스템이 비정상 상황일 때에는 후술하는 배출부의 일부로서, 퍼징 유체로부터 액상의 암모니아만 분리하여 저장하고 시스템이 재개될 때 부스터 펌프(310)로 재순환시키는 기능을 수행할 수 있다.

본 실시예의 열교환기(320)는 부스터 펌프(310)로부터 엔진(100)으로 이송되는 암모니아의 온도를 엔진(100)에서 요구하는 온도로 조절해주기 위한 열매체(HM)를 공급하기 위한 열매체 순환라인이 연결된다. 본 실시예에서 열매체(HM)는 글리콜 워터일 수 있다.

또한, 본 실시예의 연료 공급부는, 열교환기(320)와 연료 공급실(F)로부터 엔진(100)으로 연결되는 이중관(DPS) 사이 및 연료 공급실(F)로부터 엔진(100)으로 연결되는 이중관(DPR) 하류의 회수라인(RL) 상에 각각 구비되는 다수개의 밸브들의 조합인 밸브 트레인 유닛(340)을 더 포함할 수 있다.

밸브 트레인 유닛(340)은, 엔진(100)이 암모니아를 연료로 사용하는 암모니아 모드로 운전되고 있으면서 정상상태일 경우에는 개방되어 있고, 엔진(100)이나 회수라인(RL)에 이상이 발생한 경우나, 엔진(100)의 운전모드를 암모니아를 사용하지 않는 비암모니아 모드로 변경할 경우, 또는 유지보수를 실시할 때에는 폐쇄하여, 배관 내 유체들을 퍼징 또는 벤팅시키고자 할 때에는 폐쇄되도록 제어될 수 있다.

본 실시예의 배출부는, 시스템에 이상이 발생하거나, 유지보수를 실시할 때, 엔진(100)의 운전모드를 변경할 때 작동하여, 배관이나 장비에 남아있는 암모니아를 회수하여 안전하게 처리하기 위한 수단이다.

본 실시예의 배출부는, 회수부 캐치탱크(410)와, 회수부 캐치탱크(410)에서 분리된 기체 성분을 공급받아 저장(hold)하는 회수부 녹아웃 드럼(430)과, 회수부 녹아웃 드럼(430)으로부터 벤트 마스트(600)로 배출되는 벤트 가스의 암모니아 농도를 조절하기 위한 스크러버(450)를 포함한다.

본 실시예에 따르면, 벤트 마스트(600)를 통해 대기 중으로 배출되는 벤트 가스는, 배출부에서 암모니아 농도가 조절된 것일 수 있다. 본 실시예의 배출부는, 벤트 마스트(600)를 통해 대기 중으로 배출되는 벤트가스의 암모니아 농도가 기준치 이하, 예를 들어 30 ppm 이하가 되도록 조절한다.

본 실시예에서 공급펌프(220)로부터 연장되어 연료 공급실(F)을 통과하여 엔진(100)으로 연장되는 연료 공급라인(FL2)과, 엔진(100)으로부터 연장되어 부스터 펌프(310) 상류로 연결되는 회수라인(RL)은, ESD에 의해 제어되는 차단밸브들(도면부호 미부여)에 의해 여러 섹션(section)으로 구획되어 있다. 비상상황이나 엔진(100)의 운전모드 전환 시, 또는 유지보수를 실시할 때 차단밸브들을 폐쇄하여 각 섹션 별로 격리시킨 후, 각 섹션 별로 퍼징 및 벤팅을 실시할 수 있다.

엔진(100)의 운전모드 전환이라 함은, 엔진(100)을 암모니아를 연료로서 사용하는 암모니아 모드로 운전하다가, 암모니아를 연료로 사용하지 않고 연료유를 연료로서 사용하는 비암모니아 모드로 운전을 전환하는 것 또는 그 반대의 순서로 전환하는 것을 의미한다.

차단밸브들에 의해 격리된 각 섹션에는, 배관이나 장비로부터 유체를 배출시키기 위한 자동안전밸브와 수동안전밸브들이 구비되어야 한다.

또한, 각 섹션에는, 퍼징 또는 벤팅을 실시하기 위한 퍼징 유체로서 불활성 가스를 주입하는 퍼징용 유체 주입부들과, 배관이나 장비로부터 압력을 해소(relief)할 때 각 섹션별 배관이나 장비로부터 회수부 캐치탱크(410)나 회수부 녹아웃 드럼(430)으로 유체를 배출시키기 위한 퍼징 연결부(purging connection)(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)들이 구비된다.

본 실시예에서 퍼징 유체로서의 불활성 가스는 질소(N₂)인 것을 예로 들어 설명한다.

시스템에 이상이 발생하거나, 시스템의 정비를 실시할 때, 엔진의 운전 모드를 변경할 때 등 배관이나 장비에 남아있는 암모니아를 배출시키기 위해 퍼징 또는 벤팅이 필요한 상황('비정상 상황'이라 함.)에서 각 섹션들은 차단밸브에 의해 모든 섹션들이 동시에 또는 섹션별로 각각 격리되고, 그 후 각 섹션별로 질소를 주입함으로써, 배관이나 장비에 남아있는 암모니아가 각 섹션별 퍼징 연결부(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)들을 통해 회수부 캐치탱크(410)나 회수부 녹아웃 드럼(430)으로 배출된다.

도 1에 도시된 퍼징 연결부 중에서, ⓐ, ⓒ 및 ⓓ는 배관 및 주요 장비들로부터의 압력 해소 및 퍼징 시 유체를 벤팅하기 위한 연결부이고, ⓑ는 열교환기(320)의 과열(overheating)로 인해 발생할 수 있는 과압을 방지하기 위해 압력을 해소하기 위한 연결부이며, ⓔ는 저장탱크(210)의 유지보수를 실시할 때 저장탱크(210) 내부 공간을 퍼징할 때 유체를 벤팅하기 위한 연결부이다.

도 1에는 각 섹션별 퍼징 연결부(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ, ⓔ, ⓕ)가 배관이나 장비에 연결되어 퍼징 또는 벤팅되는 유체가 유동을 시작하는 위치와 도착하는 위치들만 도시하였고, 시작 위치와 도착 위치를 연결하는 라인(배관)의 도시는 생략하였으나, 같은 부호로 표시된 연결부끼리, 즉, ⓐ와 ⓐ끼리 연결되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.

퍼징을 실시할 때, 퍼징 연결부 ⓐ를 통해 필터(330) 및 필터(330)와 밸브 트레인 유닛(340)을 연결하는 연료 공급라인(FL2)으로부터 배출된 유체, 퍼징 연결부 ⓑ를 통해 열교환기(320)로부터 배출된 유체, 퍼징 연결부 ⓒ를 통해 부스터 펌프(310) 및 부스터 펌프(310)와 열교환기(320)를 연결하는 연료 공급라인(FL2)으로부터 배출된 유체, 퍼징 연결부 ⓓ를 통해 공급펌프(220) 및 공급펌프(220)와 부스터 펌프(310)를 연결하는 연료 공급라인(FL2)으로부터 배출된 유체는 회수부 캐치탱크(410)로 이송된다.

회수부 캐치탱크(410)는 가압탱크이므로, 퍼징 연결부(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ)를 통해 회수부 캐치탱크(410)로 유입된 유체 중 암모니아가 대부분 액체 상태로 존재하게되며, 밀도차이에 의해 회수부 캐치탱크(410) 내 하부에 모인 액체는 회수라인(RL)을 통해 부스터 펌프(310)의 상류로 재순환시킨다.

반면, 회수부 캐치탱크(410)로 유입된 유체 중 질소와 일부 암모니아는 기체 상태로 존재하며, 회수부 캐치탱크(410)에서 기액분리된 기체는, 회수부 녹아웃 드럼(430)으로 공급된다.

한편, 본 실시예에 따른 배출부는, 퍼징이나 벤팅을 실시할 때 엔진(100) 및 밸브 트레인 유닛(340)으로부터 배출된 유체를 기액분리시켜 액체 성분을 부스터 펌프(310) 상류의 연료 공급라인(FL2)으로 재순환시키기 위한 엔진부 캐치탱크(420)와, 엔진부 캐치탱크(420)에서 분리된 기체 성분을 공급받아 저장하는 엔진부 녹아웃 드럼(440)을 더 포함할 수 있다.

엔진부 캐치탱크(420)에서 기액분리된 액체는 퍼징 연결부 ⓕ를 통해 부스터 펌프(310) 상류의 연료 공급라인(FL2)으로 재순환되고, 엔진부 캐치탱크(420)에서 기액분리된 기체는 엔진부 녹아웃 드럼(440)으로 이송될 수 있다. 엔진부 녹아웃 드럼(440)으로부터 배출된 유체는 벤트 마스트(600)로 공급하기 전에 스크러버(450)에서 암모니아 농도가 조절된다.

이와 같이 엔진(100) 및 밸브 트레인 유닛(340)으로부터 배출된 유체를 별도의 엔진부 캐치탱크(420)와 엔진부 녹아웃 드럼(440)을 구비하여 처리할 수도 있으나, 엔진부 캐치탱크(420)와 엔진부 녹아웃 드럼(440)을 생략하고 회수부 캐치탱크(410)와 회수부 녹아웃 드럼(430)에서 처리할 수도 있다.

비정상 상황에서 엔진부에서 배출부로 회수되는 유체에 함유된 암모니아의 부피는 퍼징 가스인 질소의 부피에 비해 적으므로, 벤트 마스트(600)에서 배출 가능한 암모니아 농도 기준값을 충족할 가능성이 높다. 따라서, 이 경우에는 엔진부 캐치탱크(420)를 생략하여 캐칭공정, 즉 퍼징 유체에 함유된 암모니아를 청수 또는 용제에 용해시켜 벤트 마스트(600)로 향하는 벤트 가스의 암모니아 농도를 줄이는 공정을 실시하지 않고, 엔진부로부터의 회수되는 유체를 바로 엔진부 녹아웃 드럼(440) 또는 회수부 녹아웃 드럼(430)을 통해 스크러버(450)에 보낼 수 있다.

본 실시예의 회수부 캐치탱크(410)와 엔진부 캐치탱크(420)는 가압탱크로서, 유입된 유체를 기액분리시키고, 액체 성분은 저장하였다가 시스템이 정상 상태로 되돌아 왔을 때, 저장된 액체 성분을 부스터 펌프(310)의 상류로 재순환시키는 기능을 가진다.

여기서 정상 상태라 함은, 시스템에 발생한 이상(문제)을 해소한 후, 시스템의 유지보수(정비)를 완료한 후, 엔진이 암모니아를 연료로 사용하는 모드로 운전을 재개하는 등 시스템을 시동 또는 재시동할 때를 의미할 수 있다.

한편, 퍼징 연결부 ⓔ를 통해 저장탱크(210)로부터 배출된 유체는 대부분이 기체상태이므로 회수부 녹아웃 드럼(430)으로 이송된다.

회수부 녹아웃 드럼(430)은 회수부 캐치탱크(410)로부터 이송된 기상 흐름을 저장하여, 스크러버(450)에 일정한 유량으로 공급하기 위해 버퍼링하기 위한 수단이다.

즉, 회수부 녹아웃 드럼(430)은, 벤트 마스트(600)로 공급할 유체를 스크러버(450)에 공급하기 전에 안정화시키고, 스크러버(450)로 공급되는 유체의 유량을 일정하게 조절하기 위한 기능을 가질 수 있다.

본 실시예의 스크러버(450)는, 암모니아는 물에 잘 용해되는 성질을 이용하여, 회수부 캐치탱크(410)로부터 이송된 퍼징 유체에 함유되어 있는 암모니아를 청수에 녹여 분리함으로써, 벤트 마스트(600)로 공급되는 유체의 암모니아 농도를 규정 농도 이하로 조절하는 기능을 가진다.

회수부 캐치탱크(410)로 이송된 유체는, 암모니아와 퍼징용 가스인 질소(N₂)를 포함하는데, 회수부 캐치탱크(410)로 이송된 퍼징 유체에 물을 분사하면 암모니아는 물에 용해되어 액체 상태로 존재하게 되고, 질소는 물에 용해되지 않으므로 기체 상태로 회수부 캐치탱크(410)로부터 벤트 마스트(600)로 배출될 수 있다.

본 실시예의 스크러버(450)에는, 스크러버 상단부에서 분사하기 위한 청수를 공급하는 청수 공급부와, 스크러버 하단부에서 회수부 녹아웃 드럼(430) 및 엔진부 녹아웃 드럼(440)으로부터 이송된 유체를 스크러버(450) 내부로 공급해주는 유체 공급부가 구비된다.

즉, 청수는 스크러버 상단부에서 공급하고 회수부 녹아웃 드럼(430) 및 엔진부 녹아웃 드럼(440)으로부터 이송된 유체는 스크러버 하단부에서 공급함으로써 양 유체의 흐름을 반대방향으로 하여 암모니아 제거 효율을 높게 할 수 있다.

스크러버(450)의 내부 공간에는 패킹(미도시)이 마련되는데, 패킹은 상부에서 분사되는 청수와, 청수 공급부보다 아래쪽에 구비되는 유체 공급부를 통해 유입되는 유체 사이의 접촉 면적 및 면적을 늘려주어, 청수의 암모니아 흡수 효율을 증가시키기 위한 수단이다.

또한, 스크러버(450) 하부에서 상부로 청수를 순환시키는 순환펌프(도면부호 미부여)와, 스크러버(450)로부터 벤트라인(TL)으로 배출되는 벤트 가스의 농도를 측정하기 위한 가스 농도 모니터링 장치와, 이들을 제어하는 제어시스템이 더 구비될 수 있다.

스크러버(450)에서 암모니아가 제거된 기체는 스크러버(450) 상단부에서 연결되는 벤트라인(TL)을 통해 벤트 마스트(600)로 연결된다. 벤트라인(TL)을 통해 스크러버(450)로부터 벤트 마스트(600)로 이송되는 기체는, 퍼징 가스인 질소(N₂)로서 암모니아는 포함하지 않을 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 선박에 따르면 암모니아는 대기 중으로 방출되지 않는다.

본 실시예에 따르면, 스크러버(450)에서 청수 또는 용제에 의해 암모니아를 충분히 용해시킨 후 배출시키므로, 특별한 상황에서 기체 상태의 암모니아가 스크러버(450)로부터 벤트라인(TL)을 통해 배출된다고 하더라도 벤트라인(TL)을 통해 배출되는 벤트 가스는, 안전기준 미만의 암모니아를 포함한 질소 풍부 가스일 수 있다.

이때, 벤트라인(TL)이 연료 공급실(F) 내부로부터 연장되어 연료 공급실(F) 외부의 선체 공간과 코퍼댐 데크(CD)를 지나는 구간은 이중관(DPS)으로 구비될 수 있다.

스크러버(450)로 이송된 유체로부터 암모니아 성분이 용해된 암모니아 용해 청수는 스크러버(450) 하부에 마련된 덤핑라인(DL)을 통해 해상(overboard)에 배출될 수 있다. 또는 별도의 덤핑 저장탱크(미도시)를 마련하여 저장할 수도 있을 것이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 스크러버(450)에는 액체 상태의 암모니아 농도를 측정하는 농도 측정기(ammonia monitor)(451)와, 덤핑라인(DL)에 구비되며 개폐가 제어되는 덤핑밸브(452)와, 스크러버(450) 내 수위를 측정하기 스크러버 수위 측정기(453)와, 스크러버(450)로 암모니아를 용해시키기 위한 청수를 공급하는 청수 공급밸브(454)가 구비될 수 있다.

덤핑밸브(452)는 농도 측정기(451)에 의해 측정된 스크러버(450) 내 액체의 암모니아 농도가 미리 설정된 설정값 이상이 되면 개방되어 스크러버(450)로부터 액체를 배출시키도록 제어될 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에서 덤핑밸브(452)가 개방되는 암모니아 농도 설정값은 50 ppm일 수 있다. 즉, 스크러버(450)로부터 벤트 마스트(600)로 공급되는 벤트 가스의 암모니아 농도를 기준값, 본 실시예에서 30 ppm 이하로 유지시키기 위해서, 스크러버(450) 내 액체의 암모니아 농도는 50 ppm 이상이 되면 스크러버(450)로부터 액체를 배출시키도록 제어된다.

덤핑밸브(452)가 개방되어 암모니아 용해 청수가 스크러버(450)로부터 배출되면, 스크러버(450)의 수위는 낮아지게 된다. 본 실시예에 따른 스크러버 수위 측정기(453)에 의해 측정된 수위 측정값이 미리 설정된 스크러버(450)의 최저 수위에 도달하게 되면, 청수 공급밸브(454)가 개방되어 청수가 스크러버(450)의 상부의 분사부를 통해 보충될 수 있다.

청수 공급밸브(454)에 의해 스크러버(450) 상부에서 분사된 청수는 녹아웃 드럼(430, 440)으로부터 스크러버(450)로 유입된 기체 상에 포함되어 있는 암모니아와 접촉하면서 스크러버(450) 하부로 이동하고, 암모니아 용해 청수는 스크러버(450) 내 하부공간에 머무르게 된다.

청수 공급밸브(454)에 의해 청수가 스크러버(450)로 공급됨에 따라 스크러버 수위 측정기(453)에 의해 측정된 수위 측정값이 미리 설정된 스크러버(450)의 최고 수위에 도달하게 되면, 청수 공급밸브(454)는 폐쇄되어 스크러버(450)의 수위가 일정 수준 이상 올라가지 않게 조절된다.

또한, 본 실시예에 따른 배출부는, 스크러버(450)에 화학반응으로서 암모니아를 제거할 수 있는 화학성분(용제)을 주입하는 용제 주입 장치(chemical dosing unit)(455)를 더 포함할 수 있다.

용제 주입 장치(455)는, 청수를 이용하여 스크러버(450)에서 암모니아를 용해시키더라도, 스크러버(450)로부터 벤트라인(TL)을 통해 배출되는 기체 상의 암모니아 농도가 일정 시간 동안 기준값 이하로 내려가지 않는 경우 작동된다.

용제 주입 장치(455)는, 스크러버(450)에 용제를 주입하여 암모니아와 화학반응시킴으로써, 벤트라인(TL)을 통해 벤트 마스트(600)로 공급되는 기체 상의 암모니아 농도를 빠르게 조절하기 위한 수단이다.

본 실시예에서 용제 주입 장치(455)는, 청수를 공급하여 암모니아를 용해시키더라도 스크러버(450)로부터 벤트라인(TL)을 통해 배출되는 기체 상의 암모니아 농도가 3 내지 5분 이상 30 ppm 이하로 내려가지 않는 경우에 작동하여, 용제를 스크러버(450)에 공급할 수 있다.

본 실시예에서 용제(chemicals)는 묽은 황산(H₂SO₄), 염산(HCl) 등 산성용액일 수 있다.

스크러버(450)로 용제를 주입하면, 산성의 용제가 스크러버(450) 내 과농도의 암모니아와 반응하여 벤트라인(TL)을 통해 벤트 마스트(600)로 배출되는 기상의 암모니아 농도를 빠르게 낮출 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 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 : 엔진
210 : 저장탱크 220 : 공급펌프
310 : 부스터 펌프 320 : 열교환기
330 : 필터 340 : 밸브 트레인 유닛
410 : 회수부 캐치탱크 420 : 엔진부 캐치탱크
430 : 회수부 녹아웃 드럼 440 : 엔진부 녹아웃 드럼
450 : 스크러버 451 : 농도 측정기
452 : 덤핑밸브 453 : 스크러버 수위 측정기
454 : 청수 공급밸브 455 : 용제 주입 장치
500 : 벙커링부 600 : 벤트 마스트
C : 화물창 T : TCS
F : 연료 공급실 R : 엔진룸
MD : 메인데크 CD : 코퍼댐 데크
DL : 덤핑라인 TL : 벤트라인
DPF, DPK, DPL, DPV, DPM, DPR, DPS : 이중관
FL1, FL2 : 연료 공급라인 RL : 회수라인
LL : 액체라인 VL : 기체라인
PL, SL : 액체 매니폴드 PV, SV : 기체 매니폴드

Claims

암모니아를 엔진의 연료로 사용하는 선박에 있어서,
비정상 상황에서, 상기 암모니아를 엔진에 공급하기 위한 장치 및 배관으로부터 암모니아를 퍼징하기 위해 퍼징용 유체를 주입하는 퍼징용 유체 주입부;
상기 퍼징용 유체와 함께 이송된 암모니아로부터 액체 상태의 암모니아를 기액분리하여 저장하는 캐치탱크; 및
상기 캐치탱크로부터 기액분리된 기체상에 포함된 암모니아를 회수하는 스크러버;를 포함하는, 선박의 암모니아 회수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 캐치탱크에서 기액분리된 기체상을 상기 스크러버에 공급하기 전에 공급받아 저장한 후 상기 캐치탱크에 공급하는 녹아웃 드럼;을 더 포함하는, 선박의 암모니아 회수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 스크러버에는,
상단부에서 내부로 청수를 분사하기 위한 청수 공급밸브;
하단부에서 내부로 상기 캐치탱크로부터 이송되는 기액분리된 기체 성분을 공급하는 유체 공급부; 및
상기 유체 공급부를 통해 공급된 기체상과 접촉하여 암모니아 성분이 용해된 암모니아 용해 청수를 배출시키기 위한 덤핑밸브;가 구비되는, 선박의 암모니아 회수 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 스크러버에는,
상기 스크러버 내 암모니아 용해 청수의 암모니아 농도를 측정하는 농도 측정기;가 구비되고,
상기 덤핑밸브는, 상기 농도 측정기에 의해 측정된 농도 측정값이 미리 설정된 설정값 이상이 되면 개방되는, 선박의 암모니아 회수 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 스크러버에는,
상기 스크러버 내 암모니아 용해 청수의 수위를 측정하는 수위 측정기;가 구비되고,
상기 청수 공급밸브는, 상기 수위 측정기에 의해 측정된 수위 측정값이 미리 설정된 최저 수위에 도달하면 개방되고, 수위 측정값이 미리 설정된 최고 수위에 도달하면 폐쇄되는, 선박의 암모니아 회수 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 스크러버에서 암모니아가 제거된 기체상을 대기 중으로 방출하는 벤트 마스트; 및
상기 스크러버로부터 벤트 마스트로 배출되는 기체상의 암모니아 농도가, 일정 시간 동안, 미리 설정된 기준값 이하로 감소되지 않는 경우, 화학반응을 통해 암모니아를 제거할 수 있는 용제를 상기 스크러버에 주입하는 용제 주입 장치;를 더 포함하는, 선박의 암모니아 회수 시스템.
암모니아를 엔진의 연료로 사용하는 선박에서 암모니아를 회수하는 방법에 있어서,
비정상 상황에서, 상기 암모니아를 엔진에 공급하기 위한 장치 및 배관으로부터 암모니아를 퍼징하기 위해 퍼징용 유체를 주입하는 퍼징용 유체 주입 단계;
상기 퍼징용 유체 주입 단계에서 상기 장치 및 배관으로부터 배출되는 유체를 기액분리하여 액체상을 저장하는 기액분리 단계;
상기 기액분리 단계에서 분리된 기체상에 포함된 암모니아를 제거하는 스크러빙 단계;를 포함하는, 선박의 암모니아 회수 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 스크러빙 단계에서 암모니아가 제거된 기체상을 대기중으로 방출하는 벤팅 단계; 및
상기 스크러빙 단계에서 기체상으로부터 제거한 암모니아를 액체 상태로 해상에 배출하는 덤핑 단계;를 포함하는, 선박의 암모니아 회수 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 벤팅 단계에서 대기중으로 방출하는 기체상의 농도를 측정하는 기상 농도 측정 단계; 및
상기 기상 농도 측정 단계에서 측정한 농도 측정값이, 일정 시간 동안, 미리 설정된 기준값 이하로 감소하지 않는 경우, 상기 스크러빙 단계에 암모니아와 반응하는 용제를 주입하는 용제 주입 단계;를 더 포함하는, 선박의 암모니아 회수 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 기액분리 단계에서 분리된 기체상을 저장하여 일정한 유량으로 스크러빙 단계에 공급하는 버퍼링 단계;를 더 포함하는, 선박의 암모니아 회수 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 스크러빙 단계는,
상기 기체상에 청수를 분사시켜 청수에 암모니아를 용해시키는 암모니아 용해 단계; 및
상기 암모니아 용해 단계에서 암모니아가 용해되면서 생성된 암모니아 용해 청수의 농도를 측정하는 액상 농도 측정 단계;를 포함하고,
상기 덤핑 단계는, 상기 액상 농도 측정 단계에서 측정한 농도가 미리 설정된 설정값 이상이 되면 실시하는, 선박의 암모니아 회수 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 스크러빙 단계는,
상기 기체상에 청수를 분사시켜 청수에 암모니아를 용해시키는 암모니아 용해 단계; 및
상기 암모니아 용해 단계에서 암모니아가 용해되면서 생성된 암모니아 용해 청수의 수위를 측정하는 수위 측정 단계;를 포함하고,
상기 덤핑 단계는, 상기 수위 측정 단계에서 측정한 수위가 미리 설정된 설정값 이상이 되면 실시하고,
상기 수위 측정 단계에서 측정한 수위가 미리 설정된 설정값 미만이 되면 상기 덤핑 단계를 중단하고 상기 암모니아 용해 단계를 실시하는, 선박의 암모니아 회수 방법.