KR101110015B1 - 선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템 - Google Patents

선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템 Download PDF

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김문찬
이정림
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이엔에프씨 주식회사
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Abstract

유화연료를 선박용 엔진 또는 보일러에 공급하여, 물 또는 해수의 첨가에 의한 화염온도의 저하, 물의 급격한 증발에 의한 유적의 마이크로폭발, 분무관통력의 증가에 따른 주위공기 혼입량 증대 등으로 엔진 내부에서 연소시 완전연소에 가깝게 만들어줌으로써 배출되는 질소산화물과 매연을 1차적으로 줄이고, 2차적으로 선박용 엔진 또는 보일러에서 배출되는 질소산화물을 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매층을 통과시키면서 질소로 환원시켜 대기오염물질의 배출을 줄이고 물 또는 해수를 사용하는 대체연료로서 온실가스인 이산화탄소의 배출을 저감시킬 수 있는 시스템이 개시되어 있다.

Description

선박용 엔진 또는 보일러의 연료공급 및 배출가스 저감 시스템 {FUEL SUPPLY SYSTEM AND EMISSION REDUCTION SYSTEM FOR MARINE ENGINE OR BOILER}
본 발명은 선박용 오일, 경유, A중유, B중유, C중유, 원유 등의 중질유분을 물 또는 해수와 기계적 또는 초음파를 사용하여 혼합하여 유화연료를 만들어 이송을 원활하게 하고, 연소 시 대기오염물질인 검뎅(soot)과 질소산화물을 줄여서 대기환경을 개선하여, 선박용 엔진의 배출가스를 줄여 선박에 대한 배출가스 규제에 대응하고 보일러나 발전기의 배출가스를 획기적으로 줄일 수 있는 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 시스템에서 사용될 수 있는 유화제 및/또는 촉매에 관한 것이다.
압축점화 디젤기관은 가솔린 엔진에 비해 희박연소를 한다는 특성으로 인해 질소산화물(NOx)과 입자상물질의 배출량이 많으며 이는 심각한 대기오염의 주범으로 지적되고 있다. 질소산화물은 태양광선에 의해 광화학반응을 일으켜 오존발생을 야기하여 호흡기질환 등을 유발하며, 미세먼지는 입자의 크기가 10㎛ 이하의 작은 먼지로서 호흡기에 쉽게 침투하여 폐에 흡착됨으로써 기관지 영향과 폐암을 유발하는 것으로 알려지고 있다. 특히 우리나라 대도시지역 특성상 인구가 밀집되어 있고, 차량정체 시간이 길며, 도로주변과 거주지역의 이격거리가 짧고, 대형버스 및 트럭 등 경유 차량의 운행이 빈번하여 시민들이 느끼는 체감 오염도는 더욱 높아 대책이 시급한 실정이다.
저 NOx화 기술로는 연료의 전처리 및 연소설비를 개선하는 전처리 방법으로서 연료분사시기 지연, 연소실 형상 개조, 연료분사계 개선, 배기재순환(EGR), 물 분사법, 디젤유-물의 유화(emulsion) 연료사용 등과 배출가스 중에 포함된 NOx를 제거하는 후처리 방법으로서 촉매분해, 촉매환원, 흡수, 흡착 등을 들 수 있다.
이중 물을 액체연료와 함께 유화상태로 사용하는 방법은 열효율을 거의 저하시키지 않고도 NOx, particulate, CO 및 HC를 동시에 저감시킬 수 있는 기술로 최근 새롭게 주목 받고 있다. 이와 같은 효과가 생기는 주요 요인으로서 물 첨가에 의한 화염온도의 저하, 물의 급격한 증발에 의한 화염온도의 저하, 물의 급격한 증발에 의한 유적의 마이크로폭발, 분무관통력의 증가에 따른 주위공기 혼입량 증대 등이 고려될 수 있다.
한편, 선박의 경우 2016년에 Tier 3 규제가 발효되면 현재에 비해 약 80% 이상의 NOx를 줄여야 하는데 여기에 대한 해결방법으로도 중질유의 에멀젼 연료화가 대두되고 있다. 그리고 SCR(Selective Catalytic Reduction) 방법에 의한 질소 산화물 저감을 시도하고 있으나, 다량의 검뎅(soot) 발생과 아황산가스의 발생으로 전처리 시설로서의 에멀전 연료 공급 시스템의 설치가 필수적이다.
또한, 종래의 에멀젼 기술로는 수중유적형의 에멀젼이 일어나 물이 기름을 감싸고 있는 구조로 엔진이나 보일러 내부에서 착화불량, 연료 이송 관로 부식등과 시간이 경과함에 따라 에멀젼의 분산상태가 오래 지속되지 못하고 물입자끼리 재결합하여 물입자의 결정 성장으로 유수분리 현상이 일어나 연료로서 사용이 불가능하다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유화제와 유화연료 공급장치를 사용하여 초음파나 기계적인 방법으로 유중수적형으로 기름이 물 또는 소금물을 감싸고 있는 구조로 유화시켜 물 또는 해수와 선박유, 경유, A중유(벙커A), B중유(벙커C), C중유(벙커C), 원유 등의 중질유분과 에멀젼 연료로 만들어 유수분리 현상이 일어나지 않는 안정한 상태의 연료를 제공하는 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 예를 들어 상기 시스템에 사용되어 선박유 또는 오일을 유중수적형으로 유화시킬 수 있는 유화제를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 선박용 엔진 또는 보일러 후단에 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매층 또는 촉매탑을 설치하여 대기오염물질인 질소산화물을 줄여 대기오염물질의 배출량을 줄일 수 있는 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 시스템의 SCR 촉매층에서 사용될 수 있는 촉매를 제공하는 데에 있다.
상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 관점은, 유화제 탱크(A)로부터의 유화제; 선박유 또는 오일 인입구(B)로부터의 선박유 또는 오일; 및 물 또는 해수 인입구(C)로부터의 물 또는 해수를 각각 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)에 의해 공급하며, 전자유량계(F1, F2, F3)에 의하여 각각의 공급량을 조절하여 혼합시키기 위한 혼합조(D); 상기 혼합조(D)로부터의 혼합물을 제4펌프(R)에 의해 이송시키고 유화조 교반기 또는 호모믹서(I)에 의해 유화시켜 유중수적형의 유화 연료를 생성시키기 위한 유화조(E); 상기 유화조(E)로부터의 유화 연료를 상기 유화조(E)의 하부로부터 밸브(S)의 개방에 의하여 이송시켜 저장하기 위한 저장조(F); 상기 저장조(F)로부터의 유화 연료를 제5펌프(T)에 의해 전자유량계(F4)를 통하여 선박용 엔진 또는 보일러에 공급하기 위한 엔진 또는 보일러로의 연료 공급 수단; 및 상기 저장조(F)로부터 오버플로우되는 유화 연료를 상기 저장조(F)로 재순환시키기 위한 재순환라인(U)을 포함하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 관점은, 선박용 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 가스 중 질소산화물의 농도를 측정하기 위한 NOx 센서(J'); 상기 NOx 센서(J')에 의해 측정된 질소산화물의 농도 값을 수신받아 처리하기 위한 컨트롤 유닛(B'); 상기 컨트롤 유닛(B')에서 수신된 농도 값에 따라 요소 또는 탄화수소 저장 탱크(C')로부터 요소 또는 탄화수소를 공급하기 위한 펌프(D') 및 상기 선박용 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 가스와 상기 요소 또는 탄화수소 저장 탱크(C')로부터의 요소 또는 탄화수소를 혼합시키기 위한 혼합 공간(G') 및 상기 혼합 공간(G')으로부터의 혼합물을 촉매화 반응시키기 위한 SCR 촉매층(H')을 포함하는 선박용 엔진 또는 보일러의 배출가스 저감 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 예를 들어 여름철과 같은 높은 저장 온도에서 뿐만 아니라 장기간 저장할 때에도 물 또는 해수와 경유, 선박유, A중유 또는 B중유 또는 C중유 또는 원유와의 상분리의 문제없이 사용할 수 있다. 또한 경유, 선박유, A중유 또는 B중유 또는 C중유의 경우 물 또는 해수 주위를 경유, 선박유, A중유 또는 B중유 또는 C중유등의 중질유가 감싸고 있어서 연료탱크, 연료공급 시스템의 부식문제가 없으며, 선박용 엔진 또는 보일러 내부에서 연소시 경유, 선박유, A중유 또는 B중유 또는 C중유 내부에 미세 입자화된 물이 미세폭발을 함으로써 완전연소에 가깝게 만들어줌으로써 배출되는 일산화탄소와 탄화수소를 감소시켜 대기환경 개선에 크게 기여하며 대체연료로서 온실가스인 이산화탄소 배출 저감에 기여한다. 그리고, 본 발명의 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템을 사용하여 제조된 물 또는 해수가 첨가되어 유화된 경유 또는 선박유 또는 A중유(벙커A) 또는 B중유(벙커B) 또는 C중유(벙커C)를 사용하여 중질유 내부에 미세 입자화되어 있던 물이 엔진 내부에서 미세폭발을 일으켜 중질유 입자를 잘게 쪼개어 주어 산소와 접촉을 원활하게 하는 역할을 하여 완전 산화에 가깝게 유도하며, 잠열을 빼앗아 엔진 내부의 온도를 낮춰주어 질소산화물의 발생을 억제하게 되어 매연과 질소산화물 배출을 각각 50% 이상 줄여주어 대기오염물질을 덜 배출시켜 대기환경개선에 크게 기여하므로, 산업용 보일러나 산업용 발전기, 선박용 엔진, 선박용 발전기 등의 연료 공급 장치로 사용될 수 있다. 그리고 도 3에서와 같이 선박용 엔진 또는 보일러의 배출가스 저감 시스템을 사용하면, 배출가스 중의 질소산화물을 질소로 환원시켜 제거하여 주어 대기오염 예방에 획기적인 역할을 하며 선박용 엔진과 보일러의 배출 규제에 대하여 적극적으로 대응할 수가 있다. 또한 본 발명의 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템 및 배출가스 저감 시스템은 산업용 보일러나 산업용 발전기, 선박용 엔진, 선박용 발전기 등에 함께 사용하면 중질유 내부에 미세입자화되어 있던 물의 미세폭발로 완전 산화에 가깝게 유도하여 매연도 50% 이상 줄여주며, 증발 잠열을 빼앗아 엔진 내부의 온도를 낮춰주어 질소산화물의 발생을 억제하여 본 발명의 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템 및 배출가스 저감 시스템을 통하여 질소산화물이 95% 이상 줄어들게 되어 선박용 엔진의 Tier 3 배출규제 및 보일러의 배출규제에 적극적으로 대응할 수가 있으며, 특히 물 또는 해수를 사용하는 만큼 에너지를 감소하게 되고 온실가스인 이산화탄소 배출을 감축하여 대기환경개선에 크게 기여할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 구체예에 따른 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템과 배출가스 저감 시스템이 함께 적용된 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 및 배출가스 저감 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 엔진 또는 보일러의 배출가스 저감 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
본 발명은 도 2에 도시된 바와 같은 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템을 사용하여 유화연료를 선박용 엔진 또는 보일러에 공급하여, 물 또는 해수의 첨가에 의한 화염온도의 저하, 물의 급격한 증발에 의한 유적의 마이크로폭발, 분무관통력의 증가에 따른 주위공기 혼입량 증대 등으로, 1차적으로 검뎅(soot)과 질소산화물을 줄이고, 도 3에 도시된 바와 같은 선박용 엔진 또는 보일러의 배출가스 저감 시스템을 이용하여 2차적으로 선박용 엔진 또는 보일러에서 배출되는 질소산화물을 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매층을 통과시키면서 질소로 환원시켜 대기오염물질의 배출을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 도 2의 시스템과 도 3의 시스템이 함께 운용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 유화제 탱크(A)에서 유화제가 제1정량펌프(O)를 통해 전자유량계( F1)로 유량을 조절하여 혼합조(D)에 이송되고, 선박유 또는 경유 또는 벙커A 또는 벙커B 또는 벙커C 인입구(B)에서 선박유 또는 경유 또는 벙커A 또는 벙커B 또는 벙커C가 제2펌프(P)를 통해 전자유량계(F2)로 유량을 조절하여 혼합조(D)에 이송되고, 물 또는 해수 인입구(C)에서 물 또는 해수가 제3펌프(Q)를 통해 전자유량계(F3)로 유량을 조절하여 혼합조(D)에 이송되어 혼합조(D)에서 유화제, 선박유 또는 경유 또는 벙커A 또는 벙커B 또는 벙커 C, 물 또는 해수의 세 성분이 혼합조에서 혼합되면 제4펌프(R)을 통해 유화조(E)에 이송되고 유화조(E)에서는 교반기 또는 호모믹서를 통하여 유화시킨 유화연료를 밸브 S를 열어 저장조(F)로 이송하여, 저장조(F)에서는 일정량의 유화연료를 제5펌프(T)를 통해 선박 엔진 또는 보일러로의 연료 공급구(G)를 통하여 이송되고, 이때 오버플로우되는 유화 연료는 저장조(F)로 재순환라인(U)을 통해 재순환된다.
선박용 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 가스중 질소산화물의 농도를 제1NOx 센서(J')로 측정하고 그 결과를 컨트롤 유닛(B')에 전달하여, 요소 또는 탄화수소 탱크(C')로부터 요소 또는 탄화수소를 펌프 D'가 작동하여 J'에서 측정한 농도를 기준으로 몰비가 조절 되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 요소 또는 탄화수소가 연속적으로 분사되어 선박용 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 질소산화물과 혼합 공간(G')을 지나면서 혼합되어 SCR 촉매층(H')을 지나면서 질소로 환원되고 굴뚝(I')을 통하여 외기로 배출되어 대기오염물질을 줄일 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 유화제 탱크(A)에서 유화제가 제1정량펌프(O)를 통해 전자유량계(F1)로 유량을 조절하여 혼합조(D)에 이송된다. 선박유 또는 오일 인입구(B)에서 선박유 또는 경유 또는 벙커A 또는 벙커B 또는 벙커 C가 제2펌프(P)를 통해 전자유량계(F2)로 유량을 조절하여 혼합조(D)에 이송된다. 물 또는 해수 인입구(C)에서 물 또는 해수가 제3펌프(Q)를 통해 전자유량계(F3)로 유량을 조절하여 혼합조(D)에 이송된다.
혼합조(D)에서 유화제, 선박유 또는 오일(경유 또는 벙커A 또는 벙커B 또는 벙커C), 물 또는 해수의 세 성분이 혼합조에서 혼합되면 제4펌프(R)을 통해 유화조(E)에 이송되고 유화조(E)에서는 교반기 또는 호모믹서를 통하여 유화시킨 유화연료는 밸브 S를 열어 저장조(F)로 이송된다. 저장조(F)에서는 일정량의 유화연료를 제5펌프(T)를 통해 전자유량계(F4)로 유량을 조절하여 엔진 또는 보일러로의 연료 공급구(G)로 이송된다. 이때, 오버플로우되는 유화 연료는 저장조(F)로 재순환라인(U)을 통하여 재순환된다. 밸브 O', O"는 제1정량펌프(O)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 P', P"는 제2펌프(P)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 Q', Q"는 제3펌프(Q)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 R'는 제4펌프(R)이 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 T', T"은 제5펌프(T)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. O', O" 밸브는 하나의 밸브 O'으로 대체할 수 있으며, P', P" 밸브는 하나의 밸브 P' 으로 대체할 수 있으며, Q', Q" 밸브는 하나의 밸브 Q' 으로 대체할 수 있으며, T', T'' 밸브는 하나의 밸브 T' 으로 대체할 수 있다. 이때에 밸브 O'은 제1정량펌프(O)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 P'은 제2펌프(P)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 Q'은 제3펌프(Q)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 T'은 제5펌프(T)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 S 후단에 이송을 빠르게 하기 위해 펌프를 설치하여 사용할 수 있다.
유화제 탱크(A)의 레벨게이지 K에 일정한 수위가 되도록 유화제를 유화제 탱크에 충전된다. 선박유 또는 오일(경유 또는 벙커A 또는 벙커B 또는 벙커C) 인입구(B)를 통하여 일정량이 제2펌프(P)를 통하여 혼합조(D)로 이송된다. 물 또는 해수 인입구(C)를 통하여 물 또는 해수가 제3펌프(Q)를 통하여 혼합조로 이송된다. 이때 유화제와 선박유 또는 오일(경유 또는 벙커A 또는 벙커B 또는 벙커C), 물 또는 해수의 혼합비는 각각 제1정량폄프(O)와 제2펌프(P), 제3펌프(Q)의 유량에 의해 결정된다. 제2펌프(P)와 제3펌프(Q)의 유량비는 부피비로 P : Q = 20 : 1 ~ 10 : 6 사이의 비이며, P : Q = 20 : 1 보다 유량비가 작으면 유화연료로서의 충분한 효과를 얻기 어렵고, P : Q = 10 : 6 보다 유량비가 크면 유화연료를 만들기가 어렵다. 그리고 제2펌프(P)와 제3펌프(Q)의 유량의 합과 제1정량펌프(O)의 유량비는 부피비로 P + Q : O = 10,000 : 1 ~ 10 : 3 사이의 비이며, P + Q : O = 10,000 : 1 보다 유량비가 작으면 유화가 제대로 일어나지 않으며, P + Q : O = 10 : 3 보다 유량비가 크면 유화제의 과도한 사용으로 거품 생성이 일어나 부피가 증가하는 단점이 있다. 혼합조(D)와 유화조(E)의 부피비율은 D : E = 1 : 10 ~ 100 : 1 사이의 비율이며, D : E = 1 : 10 보다 부피비가 작으면 유화조에서 대기 시간이 길어지고 미리 혼합한 효과가 없어진다. D : E = 100 : 1 보다 크게 되면 혼합조의 부피가 너무 커지게 되어 용적을 너무 과다하게 차지하게 되고 유화조가 상대적으로 작아 유화조가 연속해서 계속 가동하여야 하므로 유화조의 교반기에 부하가 많이 걸려 과도한 열 발생으로 연속가동이 어렵게 된다. 혼합조의 교반기 회전수는 60 ~ 200,000rpm 이 되도록 하며, 교반기의 회전수가 60 rpm 이하가 되면 혼합이 어려워져 유화조에서 충분히 유화가 되기 어렵고, 교반기의 회전수가 200,000 rpm 이상이 되면 거품이 많이 생기고 점도가 높아져서 유화조로 이송이 어렵고 유화조 내에서 유화도 잘 일어나지 않는다. 유화조의 교반기 또는 호모믹서의 회전수는 분당 1,000 ~ 200,000회 사이가 되도록 하며, 교반기 또는 호모믹서의 회전수가 1,000 rpm 보다 작으면 유화연료가 제대로 생성되지 않으며, 교반기 또는 호모믹서(I)의 회전수가 200,000 rpm 보다 크게 되면 거품이 많이 생기고 점도가 높아지며 부피가 증가하여 유화연료로서의 기능이 현저히 떨어지게 된다. 유화조(E) 안에서 호모믹서 또는 교반기(I)의 작동 시간은 1분 ~ 30분 사이인 것을 특징으로 하며, 호모믹서 또는 교반기(I)의 작동 시간이 1분 보다 적게 되면 유화가 제대로 일어나지 않아 유화연료가 만들어지지 않으며, 호모믹서 또는 교반기(I)의 작동 시간이 30분을 초과하게 되면 거품 생성이 많아지게 되고 점도가 높아져 유화연료의 성능이 급격히 저하된다.
본 발명의 선박용 엔진 및 보일러 연료공급 시스템에서 매번 밸브 O', O"는 제1정량펌프(O)와 연동하여 제1정량펌프(O)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 제1정량펌프(O)는 전자유량계(F1)의 신호를 받아 작동된다. 밸브 P', P"는 제2펌프(P)와 연동하여 제2펌프(P)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 제2펌프(P)는 전자유량계(F2)의 신호를 받아 작동된다. 밸브 Q', Q"는 제3펌프(Q)와 연동하여 제3펌프(Q)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 제3펌프(Q)는 전자유량계(F3)의 신호를 받아 작동된다. 밸브 R'는 제4펌프(R)과 연동하여 제4펌프(R)이 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 밸브 T', T"은 제5펌프(T)와 연동하여 제5펌프(T)가 작동할 때는 열리고 작동을 멈추면 닫힌다. 제1정량펌프(O)와 제2펌프(P), 제3펌프(Q), 제4펌프(R)와 각각 전자유량계(F1, F2, F3)는 혼합조(D)의 레벨게이지 L에 연동되어 작동되며 제1정량펌프(O)와 제2펌프(P), 제3펌프(Q)는 제4펌프(R)에도 연동되어 작동된다. 혼합조의 레벨게이지 L이 최고수위 보다 낮으면 펌프 O, P, Q가 작동하여 혼합조(D)로 유화제, 선박유 또는 오일, 물 또는 해수를 공급하고, 혼합조(D) 내의 레벨게이지 L이 최저 수위 이상이 되면 제4펌프(R)이 유화조(E)로 유화조(E)내의 레벨게이지 M이 최고수위에 도달할 때까지 유화제, 선박유 또는 오일, 및 물 또는 해수의 혼합물을 이송한다. 제4펌프(R)이 작동하여 이송할 때 펌프 O, P, Q는 작동을 멈추고 이송이 끝나 제4펌프(R)이 멈추면 펌프 O, P, Q가 다시 작동한다. 밸브 S는 저장조(F)의 레벨게이지 N과 유화조(E)의 레벨게이지 M에 연동되어 작동된다. 유화조(E)내의 레벨게이지 M이 최고 수위가 되면, 호모믹서 또는 교반기(I)가 1분에서 30분 사이의 정해진 시간 동안 작동후 유화연료를 제조하면 호모믹서 또는 교반기(I)가 작동을 멈추고 밸브 S가 열려서 저장조(F)로 유화연료가 모두 이송된후 밸브 S가 닫히며, 저장조(F)에 있는 레벨게이지 N이 최고 수위로 올라가게 되면 밸브 S가 닫히게 되다. 제1정량펌프(O)와 제2펌프(P), 제3펌프(Q)와 각각의 전자유량계(F1, F2, F3)는 레벨게이지 K와도 연동이 되어 작동되며, 유화제 탱크(A)에 있는 레벨게이지 K가 최저 수위로 내려가면 알람이 울리고 제1정량펌프(O)와 제2펌프(P), 제3펌프(Q)가 정지한다.
본 발명의 선박용 엔진 및 보일러 연료공급 시스템의 작동절차는
1) 혼합조의 레벨게이지 L이 최고수위 보다 낮으면 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)가 작동하여 각각의 전자유량계(F1, F2, F3)를 통하여 혼합조(D)로 유화제, 선박유 또는 오일, 물 또는 해수를 공급하고 혼합조(D) 내의 교반기 H가 작동한다. 혼합조(D)의 레벨게이지 L이 최고수위에 도달하면 펌프 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)는 작동을 멈춘다. 그러나 교반기(H)는 계속 작동한다.
2) 혼합조(D) 내의 레벨게이지 L이 최저 수위 이상이 되면 제4펌프(R)이 유화조(E)로 유화조(E) 내의 레벨게이지 M이 최고수위에 도달할 때 까지 유화제, 선박유 또는 오일, 물 또는 해수의 혼합물을 이송한다. 제4펌프(R)이 작동하여 이송할 때 펌프 O, P, Q는 작동을 멈추고 이송이 끝나 제4펌프(R)이 멈추면 펌프 O, P, Q가 다시 작동한다.
3) 유화조(E) 내의 레벨게이지 M이 최고 수위가 되면, 제4펌프(R)의 작동이 멈추고 밸브 R'이 닫히며 호모믹서 또는 교반기(I)가 1분에서 30분 사이의 정해진 시간 동안 작동 후 유화연료를 제조하면 호모믹서 또는 교반기(I)가 작동을 멈추고 밸브 S가 열려서 저장조(F)로 유화연료가 모두 이송된 후 밸브 S가 닫힌다.
4) 유화 연료가 제5펌프(T)의 작동으로 전자유량계(F4)를 통해 엔진 또는 보일러로 공급되며, 오버플로우되는 연료는 다시 저장조(F)로 재순환라인(U)을 통해 재순환된다.
5) 1)에서 3)의 과정이 저장조(F)에 있는 레벨게이지 N이 최고 수위로 올라갈 때 까지 반복된다.
6) 저장조(F)에 있는 레벨게이지 N이 최고 수위로 올라가게 되면 밸브 S가 닫히게 되고, 레벨게이지 N이 최고수위와 최저수위의 사이의 정해진 수위 아래로 내려가면 1)에서 4)의 과정이 반복된다.
7) 유화제 탱크(A)에 있는 레벨게이지 K가 최저 수위로 내려가면 알람이 울리고 제1정량펌프(O)와 제2펌프(P), 제3펌프(Q)가 정지하며, 혼합조(D)에 있는 레벨게이지 L이 최저수위 아래로 내려갈 때 까지 유화조(E)가 작동한다. 이때에 즉시 유화제를 유화제 탱크(A)에 보충한다.
이러한 일련의 작동과정은 개별적으로 또는 복합적으로 제어하는 하나 이상의 제어부에 의해 수행된다.
유화제 탱크(A)에 들어가는 유화제로는 에틸렌옥사이드 부가 화합물 중에서 하나 이상이 선택되며, 알킬페놀 중에서 하나 이상이 선택되고, CnH2n +2의 식을 갖는 탄화수소 중에서 하나 이상이 선택되어져 혼합되는 것을 특징으로 한다. 에틸렌옥사이드 부가 화합물로는 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 하이알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 브랜치드 데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드 프로필렌옥사이드 공중합물, 폴리옥시에틸렌 올레일 에스터, 폴리옥시에틸렌 라우릴 아민 유도체, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 아민 유도체, 폴리옥시에틸렌 탈로우 아민 유도체, 폴리옥시에틸렌 페닐 에테르등이 이에 속한다. 알킬페놀은 알킬기가 하나부터 20개 까지인 것을 특징으로 하며, 탄화수소는 CnH2n +2의 식에서 C는 탄소이고, H는 수소이며, n은 5 ~ 20 사이인 것을 특징으로 한다. 에틸렌옥사이드 부가화합물과 알킬페놀, 탄화수소의 혼합비는 부피비로 알킬페놀 : 탄화수소 = 20 : 1 ~ 1 : 20의 부피비로 혼합하며, 에틸렌옥사이드 부가화합물 : 알킬페놀 + 탄화수소 = 100 : 1 ~ 1 : 10의 비율로 혼합되고, 유화제의 사용비율은 부피비로 등유, 경유, 선박유, 벙커A, 벙커C등의 오일에 대해서 0.01 ~ 15%의 부피비로 혼합되어 유화되는 것을 특징으로 한다.
유화제 탱크(A)에 상기의 유화제 이외에도 상용의 유화제를 사용할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 선박용 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 가스중 질소산화물의 농도를 제1NOx 센서(J')로 측정하고 그 결과를 B'의 컨트롤 유닛에 전달하면, 요소 또는 탄화수소 탱크(C')로부터 요소 또는 탄화수소를 펌프 D'이 작동하여 J'에서 측정한 농도를 기준으로 몰비가 조절되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 요소 또는 탄화수소가 연속적으로 분사된다. 분사된 요소 또는 탄화수소가 선박용 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 질소산화물과 잘 혼합될 수 있도록 혼합 공간(G')을 설치한다. 이렇게 혼합된 질소산화물과 요소 또는 탄화수소는 SCR 촉매층(H')을 지나면서 질소로 환원되고 굴뚝(I')을 통하여 외기로 배출된다. K'은 제2NOx 센서로 촉매반응이 일어난 배출가스중의 질소산화물 농도를 측정하여 컨트롤 유닛(B')에 전달하여 J'에서 측정한 농도에 더해져서 J' 농도 + K' 농도를 기준으로 질소산화물과 요소 또는 탄화수소의 몰비가 조절 되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 요소 또는 탄화수소가 연속적으로 분사된다.
J'에서 측정한 질소산화물 농도와 노즐 F'에서 분산되는 요소 또는 탄화수소의 몰비는 0.9 : 1 ~ 1 : 1.1 사이의 비가 되도록 하며, 요소 또는 탄화수소의 몰비가 0.9 : 1의 비율보다 작으면 질소산화물의 제거효율이 떨어지고, 요소 또는 탄화수소의 몰비가 1 : 1.1의 비율보다 크게 되면 암모니아 슬립(slip) 현상이 일어나거나 여분의 탄화수소가 외기로 배출되게 된다. 혼합 공간(G')의 길이는 G' 관경의 1 ~ 20 배 사이로 하며, 혼합 공간(G')의 길이가 관경의 1배 보다 작을 경우 혼합이 제대로 일어나지 않아 질소산화물의 제거효율이 떨어지며, 혼합 공간(G')의 길이가 관경의 20배 이상일 경우 과도한 공간을 차지하며, 길이가 길어져서 배출가스 온도가 떨어져 질소산화물 제거 효율이 떨어지게 된다.
H'의 촉매층에 사용되는 촉매는 요소를 분사할 경우 TiO2에 바나듐과 텅스텐과 주석이 함침된 촉매를 사용하거나 제올라이트에 철, 구리, 망간, 주석이 함침되거나 이온교환된 촉매를 사용한다. TiO2에 바나듐과 텅스텐과 주석이 함침된 촉매는 무게비로 바나듐 : 텅스텐 = 10 : 1 ~ 1 : 10의 비율이며, 바나듐 + 텅스텐 : 주석 = 100 : 1 ~ 1 : 100의 무게비로 함침되며, TiO2에 대한 함침되는 금속들의 비는 TiO2 : 바나듐 + 텅스텐 + 주석 = 5 : 1 ~ 100 : 1 의 비율로 되는 것을 세라믹 또는 금속 재질의 허니컴이나 필터에 워시코팅하여 100℃ 내지 150℃ 사이에서 6시간 이상 건조후 500℃ ~ 700℃ 사이에서 2시간 이상 소성하여 사용하는 것을 특징으로 하며 상기의 비율을 벗어날 경우 질소산화물을 제거하는 효율이 현저히 저감된다.
제올라이트에 철, 구리, 망간, 주석이 함침되거나 이온교환된 촉매의 경우 제올라이트로는 Faujasite, Mordenite, ZSM-5, MCM-41중에서 하나가 선택되어지며, 함침되거나 이온교환되는 금속의 무게비는 철 : 구리 = 100 : 1 ~ 1 : 100 의 무게비로 사용되며, 망간 : 주석 = 100 : 1 ~ 1 : 100 의 무게비로 함침되거나 이온교환되고, 철 + 구리 : 망간 + 주석 = 100 : 1 ~ 1 : 10 의 무게비로 함침되거나 이온교환 되는 것을 특징으로 한다. 그리고 제올라이트에 이온교환되거나 함침되는 금속의 무게비는 제올라이트 : 철 + 구리 + 망간 + 주석 = 100 : 1 ~ 5 : 1 의 무게비를 갖는 것을 세라믹 또는 금속 재질의 허니컴이나 필터에 워시코팅하여 100℃ ~ 150℃ 사이에서 6시간 이상 건조후 500℃ ~ 700℃ 사이에서 2시간 이상 소성하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기의 비율들을 벗어나게 되면 질소산화물 제거 성능이 현저하게 떨어진다.
SCR 촉매층(H')에 탄화수소를 분사할 경우 탄화수소로는 알콜류, LPG, LNG, 등유, 경유, 선박유, 벙커A 중에서 한가지를 선택하여 사용할 수 있는데, 알콜류로는 메틸알콜(메탄올), 에틸알콜(에탄올), 프로필알콜(프로판올), 부틸알콜(부탄올)중에서 한가지를 선택하여 사용할 수 있다. H'의 촉매층에 사용되는 촉매는 탄화수소를 분사할 경우, 알루미나, 란타니아, 이트리아가 무게비로 란타니아 : 이트리아 = 100 : 1 ~ 1 : 100의 무게비로 혼합되고, 알루미나 : 란타니아 + 이트리아 = 100 : 1 ~ 1 : 100 의 무게비로 혼합된 담체에 구리, 철, 주석, 텅스텐, 팔라듐, 황을 담지 시키게 되는데, 구리와 철의 담지 비율은 구리 : 철 = 10 : 1 ~ 1 : 10 의 무게비로 담지 되며, 주석과 텅스텐의 담지 비율은 주석 : 텅스텐 = 10 : 1 ~ 1 : 10 의 무게비로 담지되며, 팔라듐과 황은 10 : 1 ~ 1 : 10 의 무게비로 담지 된다. 구리 + 철 : 주석 + 텅스텐 = 100 : 1 ~ 1 : 10의 무게비로 담지 되며, 구리 + 철 + 주석 + 텅스텐 : 팔라듐 + 황 = 10,000 : 1 ~ 10 : 1의 무게비로 담지되고, 알루미나 + 란타니아 + 이트리아 : 구리 + 철 + 주석 + 텅스텐 + 팔라듐 + 황 = 100 : 1 ~ 5 : 1의 무게비로 담체인 알루미나, 란타니아, 이트리아 혼합물에 담지 되는 것을 세라믹 또는 금속 재질의 허니컴이나 필터에 워시코팅하여 100℃ ~ 150℃ 사이에서 6시간 이상 건조후 400℃ ~ 700℃ 사이에서 2시간 이상 소성하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기의 비율들을 벗어나게 되면 촉매의 성능이 떨어져 질소산화물의 제거 성능이 떨어지게 된다.
SCR 촉매층(H')에 상기의 촉매 이외에도 상용 촉매를 사용할 수도 있다.
이하, 본 발명은 하기의 실시예 및 비교예에 의거하여 설명된다. 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 하기의 실시예 및 비교예로 한정되는 것은 아니다.
실시예들과 비교예들로부터 제조된 경유, 선박유, A중유 또는 B중유 또는 C중유, 원유를 메스실린더에 200㎖를 넣고, 80℃ 온도의 항온수조에 12시간 동안 넣어 시간의 경과에 따라 상분리되는 정도를 관찰하여 표 1에 나타내었다. 상분리 정도는 간편하면서도 예민한 "Volumetric method"를 이용하여 다음 식과 같이 유화 안정지수(Emulsion Stability Index: ESI)를 계산하였다.
ESI = 100 - (So + Sw), So = (Vo/Va) × 100, Sw = (Vw/Va) × 100
상기 식에서, So는 기름층의 분리도이고, Sw는 수층의 분리도이며, Va는 유화계의 총 부피이고, Vo는 시간이 경과함에 따라 유화계로부터 분리되어지는 기름층의 부피를 나타내고, Vw는 시간이 경과함에 따라 유화계로부터 분리되어지는 수분층의 부피를 나타낸다. 여기서, ESI가 100%이면 상분리가 전혀 되지 않은 안정한 상태를 의미한다.
그리고, 도 2의 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템에서 제조된 물 또는 해수가 첨가되어 유화된 경유 또는 선박유 또는 A중유(또는 벙커A) 또는 B중유(또는 벙커B) 또는 C중유(또는 벙커C)를 사용하여 배출가스 저감 성능을 시험한 결과는 표 2에 나타내었다. 도 1의 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템과 배출가스 저감 시스템을 통과한 후의 배출가스 저감성능을 시험한 결과는 표 3에 나타내었다. 한편, 실시예 8 내지 10은 도 3의 선박용 엔진 또는 보일러 배출가스 저감 시스템만을 사용한 것이다. 성능 시험에 사용된 압축착화 기관은 직렬 직립 4행정 기관으로 연소방식은 직접분사식이며, 실린더내경×행정이 123mm×155mm인 6기통, 11,051cc 배기량에 압축비 17.1:1, 최대토크/엔진속도 = 81.5kg?m/1,400 rpm, 최대출력/엔진속도 = 780Nm/2,200rpm인 엔진을 사용하였고, 배출가스 조사는 AVL사의 엔진동력계를 사용하여 ND-13 mode로 운행하여 Firm Ware Technology사의 EXL-1628 배기분석계를 사용하였다.
실시예 1
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 에틸렌옥사이드 부가화합물로 폴리옥시에틸렌의 반복단위(중합도)가 10인 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르 50리터와 알킬폴리에틸렌폴리프로필렌 블록공중합 물질의 반복단위(중합도)가 10인 노닐페놀폴리옥시에틸렌프로필렌 블록공중합물질 50리터, 솔비탄모노라우레이트 50리터와 알킬페놀로 옥틸페놀 10리터와 CnH2n +2의 식을 갖는 탄화수소 성분으로 n-헵탄 1리터, n-옥탄 1리터, 도데칸 2리터가 혼합된 유화제를 유화제 탱크(A)에 넣고, 유화제 탱크(A)에서 제1정량펌프(O)가 작동하며 밸브 O'과 O"이 동시에 열려서 분당 1리터로 전자유량계(F1)를 통하여 유화제가 혼합조(D)에 3분간 이송되며, 동시에 밸브 P'과 P"이 동시에 열리며 제2펌프(P)가 작동하여 전자유량계(F2)를 통하여 선박유(marine diesel oil)가 B에서 분당 70리터로 400리터 부피의 혼합조(D)에 3분간 이송되고, 그리고 밸브 Q', Q"가 동시에 열리면서 제3펌프(Q)가 작동을 하여 전자유량계(F3)을 통하여 물을 C에서 분당 30리터로 혼합조(D)에 3분간 이송시킨다. 이때 혼합조(D)의 레벨게이지 L이 최고 수위를 나타내며, 펌프 O는 작동을 멈추며 밸브 O'과 O"이 동시에 닫히고, 밸브 P'과 P"도 동시에 닫히며 제2펌프(P)가 작동을 멈추고, 밸브 Q', Q"가 동시에 닫히면서 제3펌프(Q)가 작동을 멈춘다. 혼합조(D)에서 유화제, 선박유, 물 세 성분이 교반기(H)로 1,000rpm으로 혼합되고, 혼합조(D)의 레벨게이지 L이 최저수위 150리터가 되면 밸브 R'가 열리면서 동시에 제4펌프(R)이 작동해 분당 30리터로 2분간 부피 100리터의 유화조(E)에 이송되고 이때 밸브 O', O"이 동시에 닫히고 제1정량펌프(O)가 멈추고, 밸브 P', P"이 닫히고 동시에 제2펌프(P)가 멈추고, 밸브 Q', Q"이 닫히고 동시에 제3펌프(Q)가 멈추고 유화조(E)로 이송이 끝나면 혼합조(D)내의 레벨게이지 L이 최고 수위에 도달할때 까지 계속 작동한다. 유화조(E)에서는 레벨게이지 M이 최고 수위에 도달하면 호모믹서(I)가 70,000 rpm으로 회전하여 10분간 유화시킨 유화연료를 밸브 S를 열어 저장조(F)로 이송하며, 저장조(F)에서는 일정량의 유화연료를 제5펌프(T)가 작동하여 전자유량계(F4)를 통하여 본 실험에 사용된 엔진 또는 보일러로의 연료 공급구(G)를 통하여 엔진 내부로 이송한다. 이때 오버플로우되는 유화 연료는 저장조(F)로 재순환라인(U)을 통해 재순환된다. 밸브 S가 열려서 유화연료를 이송 후 닫히면 레벨게이지 M이 최고수위에 도달하여 신호를 받아 닫혔던 밸브 R'와 제4펌프(R)이 레벨게이지 L의 신호를 받아 다시 밸브 R'이 열리고 제4펌프(R)이 작동하여 유화조로 이송한다. 이렇게 제조된 유화연료를 샘플링하여 상분리 정도를 측정하였다. 본 발명에 사용된 직렬 4기통 압축착화 엔진에서 배출되는 가스중 질소산화물의 농도를 제1NOx 센서(J')로 측정하고 그 결과를 컨트롤 유닛(B')에 전달하여, C'의 탱크에 요소를 채우고, 이 요소를 펌프 D'가 작동하여 제1NOx 센서(J')에서 측정한 농도와 제2NOx 센서(K')에서 측정된 농도가 기준이 되어 요소 농도와 질소산화물의 몰비가 1 : 1이 되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 요소가 연속적으로 분사되고 본 실험에서 사용된 엔진으로부터 배출되는 질소산화물과 혼합 공간(G')을 지나면서 혼합되는데, 혼합 공간(G')의 길이는 혼합 공간(G')의 내경의 10배가 되도록 하였다. 이후에 TiO2에 바나듐 5중량%, 텅스텐 1중량%, 주석 1중량%가 함침된 것을 코디얼라이트 재질의 세라믹 허니컴에 워시코팅하고 120℃에서 10시간 건조후 500℃에서 3시간 소성한 SCR 촉매층(H')을 지나면서 질소로 환원되고 굴뚝(I')을 통하여 외기로 배출되며 이때 배출가스의 농도를 측정하였다.
실시예 2
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 에틸렌옥사이드 부가화합물로 폴리옥시에틸렌의 반복단위(중합도)가 20인 폴리옥시에틸렌 노닐페닐에테르 50리터와 폴리옥시에틸렌의 반복단위가 20인 폴리옥시에틸렌 세틸에테르 50리터, 솔비탄트리올레이트 50리터와 알킬페놀로 노닐페놀 2리터, 옥틸페놀 2리터, 도데실페놀 6리터와 CnH2n+2의 식을 갖는 탄화수소 성분으로 n-옥탄 1리터, n-데칸 1리터, 도데칸 2리터가 혼합된 유화제를 유화제 탱크(A)에 넣고, 유화제 탱크(A)에서 제1정량펌프(O)가 작동하며 밸브 O'과 O"이 동시에 열려서전자유량계(F1)를 통하여 분당 10리터로 유화제가 혼합조(D)에 3분간 이송되며, 밸브 P'과 P"이 동시에 열리며 제2펌프(P)가 작동하여 전자유량계(F2)를 통하여 경유가 선박유 또는 오일 인입구(B)에서 분당 70리터로 400리터 부피의 혼합조(D)에 3분간 이송되고, 유화조(E)에서는 레벨게이지 M이 최고 수위에 도달하면 호모믹서(I)가 2,000 rpm으로 회전하여 25분간 유화시킨 유화연료를 밸브 S를 열어 저장조(F)로 이송하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 유화연료를 만들어 본 발명에 사용된 엔진에 공급하며, SCR 촉매층(H')에 사용되는 촉매는 제올라이트로 ZSM-5가 선택되고 여기에 철 5중량%, 구리 3중량%, 망간 1중량%, 주석 1중량%가 함침된 것을 FeCrAl 합금 허니컴에 워시코팅하고 120℃에서 10시간 건조후 500℃에서 3시간 소성한 SCR 촉매층(H')을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 3
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 에틸렌옥사이드 부가화합물로 폴리옥시에틸렌의 반복단위(중합도)가 15인 폴리옥시에틸렌 올레일에테르 50리터와 폴리옥시에틸렌의 반복단위가 15인 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐에테르 50리터, 폴리옥시에틸렌의 반복단위가 15인 폴리옥시에틸렌 솔비탄에스테르 50리터와 알킬페놀로 옥틸페놀 2리터, 도데실페놀 2리터와 CnH2n +2의 식을 갖는 탄화수소 성분으로 n-옥탄 5리터, n-데칸 5리터, 도데칸 5리터가 혼합된 유화제를 유화제 탱크(A)에 넣고, 유화제 탱크(A)에서 제1정량펌프(O)가 작동하며 밸브 O'과 O"이 동시에 열려서 전자유량계(F1)를 통하여 분당 0.1리터로 유화제가 혼합조(D)에 3분간 이송되며, 밸브 P'과 P"이 동시에 열리며 제2펌프(P)가 작동하여 전자유량계(F2)를 통하여 벙커A가 B에서 분당 70리터로 400리터 부피의 혼합조(D)에 3분간 이송되고, 유화조(E)에서는 레벨게이지 M이 최고 수위에 도달하면 호모믹서(I)가 170,000 rpm으로 회전하여 2분간 유화시킨 유화연료를 밸브 S를 열어 저장조(F)로 이송하는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 유화연료를 만들어 본 발명에 사용된 엔진에 공급하며, SCR 촉매층(H')에 사용되는 촉매는 알루미나 60중량%, 란타니아 30중량%, 이트리아 10중량%가 혼합된 담체에 구리 3중량%, 철 1중량%, 주석 1중량%, 텅스텐 1중량%, 팔라듐 0.01 중량%, 황 0.01 중량%가 담지된 것을 코디얼라이트 재질의 세라믹 필터에 워시코팅 하고 120℃에서 10시간 건조후 500℃에서 3시간 소성한 촉매를 사용하며, C'의 탱크에 탄화수소로 경유를 넣고 펌프 D'가 작동하여 제1NOx 센서(J')에서 측정한 농도와 제2NOx 센서(K')에서 측정된 농도가 기준이 되어 경유 농도와 질소산화물의 몰비가 1 : 1이 되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 경유가 연속적으로 분사되는 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 4
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 에틸렌옥사이드 부가화합물로 폴리옥시에틸렌의 반복단위(중합도)가 12인 폴리옥시에틸렌 스테아릴에테르 20리터와 폴리옥시에틸렌의 반복단위가 15인 폴리옥시에틸렌 트리데실에테르 20리터, 솔비탄 모노스테아레이트 20리터와 알킬페놀로 옥틸페놀 30리터, 도데실페놀 20리터와 CnH2n +2의 식을 갖는 탄화수소 성분으로 n-옥탄 15리터, n-데칸 15리터, 도데칸 25리터가 혼합된 유화제를 유화제 탱크(A)에 넣으며, 그리고 밸브 Q', Q"가 동시에 열리면서 제3펌프(Q)가 작동하여 전자유량계(F3)를 통하여 물 대신 해수를 C에서 분당 30리터로 혼합조(D)에 3분간 이송시키는 것 외에 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 5
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 에틸렌옥사이드 부가화합물로 폴리옥시에틸렌의 반복단위(중합도)가 12인 폴리옥시에틸렌 옥틸에테르 70리터와 폴리옥시에틸렌의 반복단위가 15인 폴리옥시에틸렌 올레일에스터 70리터, 폴리옥시에틸렌의 반복단위가 11인 폴리옥시에틸렌 페닐에테르 70리터와 알킬페놀로 부틸페놀 2리터, 옥틸페놀 3리터, 도데실페놀 2리터와 CnH2n +2의 식을 갖는 탄화수소 성분으로 n-헵탄 1리터, n-옥탄 1리터, n-데칸 1리터, 도데칸 2리터가 혼합된 유화제를 유화제 탱크(A)에 넣으며, 그리고 밸브 Q', Q"가 동시에 열리면서 제3펌프(Q)가 작동하여 전자유량계(F3)를 통하여 물 대신 해수를 C에서 분당 30리터로 혼합조(D)에 3분간 이송시키며, SCR 촉매층(H')에 사용되는 촉매는 제올라이트로 Faujasite 종류인 Y-제올라이트가 선택되고 여기에 철 7중량%가 이온교환 되고 여기에 구리 2중량%, 망간 1중량%, 주석 1중량%가 함침된 것을 FeCrAl 합금 필터에 워시코팅하고 120℃에서 10시간 건조후 500℃에서 3시간 소성한 SCR 촉매층(H')을 사용한 것 외에 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 6
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 에틸렌옥사이드 부가화합물로 폴리옥시에틸렌의 반복단위(중합도)가 14인 폴리옥시에틸렌 브렌치드데실에테르 50리터와 분자량 400인 폴리에틸렌글리콜 50리터와 폴리옥시에틸렌의 반복단위가 15인 폴리옥시에틸렌 라우릴아민유도체 50리터와 알킬페놀로 부틸페놀 2리터, 옥틸페놀 3리터, 노닐페놀 2리터와 CnH2n +2의 식을 갖는 탄화수소 성분으로 n-펜탄 1리터, n-헵탄 1리터, n-옥탄 1리터, n-데칸 1리터, 도데칸 2리터가 혼합된 유화제를 유화제 탱크(A)에 넣으며, 그리고 밸브 Q', Q"가 동시에 열리면서 제3펌프(Q)가 작동하여 전자유량계(F3)를 통하여 물 대신 해수를 C에서 분당 30리터로 혼합조(D)에 3분간 이송시키고, SCR 촉매층(H')에 사용되는 촉매는 알루미나 30중량%, 란타니아 40중량%, 이트리아 30중량%가 혼합된 담체에 구리 5중량%, 철 3중량%, 주석 1중량%, 텅스텐 3중량%, 팔라듐 0.05 중량%, 황 0.01 중량%가 담지된 촉매를 사용한 것 외에 실시예 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 7
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 에틸렌옥사이드 부가화합물로 폴리옥시에틸렌의 반복단위(중합도)가 10인 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르 50리터와 알킬폴리에틸렌폴리프로필렌 블록공중합 물질의 반복단위(중합도)가 10인 노닐페놀폴리옥시에틸렌프로필렌 블록공중합물질 50리터, 솔비탄모노라우레이트 50리터와 알킬페놀로 옥틸페놀 10리터와 CnH2n +2의 식을 갖는 탄화수소 성분으로 n-헵탄 1리터, n-옥탄 1리터, 도데칸 2리터가 혼합된 유화제를 유화제 탱크(A)에 넣고, 유화제 탱크(A)에서 제1정량펌프(O)가 작동하며 밸브 O'과 O"이 동시에 열려서 전자유량계(F1)을 통하여 분당 1리터로 유화제가 혼합조(D)에 3분간 이송되며, 동시에 밸브 P'과 P"이 동시에 열리며 제2펌프(P)가 작동하여 전자유량계(F2)를 통하여 선박유(marine diesel oil)가 B에서 분당 70리터로 400리터 부피의 혼합조(D)에 3분간 이송되고, 그리고 밸브 Q', Q"가 동시에 열리면서 제3펌프(Q)가 작동하여 전자유량계(F3)를 통하여 물을 C에서 분당 30리터로 혼합조(D)에 3분간 이송시킨다. 이때 혼합조(D)의 레벨게이지 L이 최고 수위를 나타내며, 펌프 O는 작동을 멈추며 밸브 O'과 O"이 동시에 닫히고, 밸브 P'과 P"도 동시에 닫히며 제2펌프(P)가 작동을 멈추고, 밸브 Q', Q"가 동시에 닫히면서 제3펌프(Q)가 작동을 멈춘다. 혼합조(D)에서 유화제, 선박유, 물 세 성분이 교반기(H)로 1,000rpm으로 혼합되고, 혼합조(D)의 레벨게이지 L이 최저수위 150리터가 되면 밸브 R'가 열리면서 동시에 제4펌프(R)이 작동해 분당 30리터로 2분간 부피 100리터의 유화조(E)에 이송되고 이때 밸브 O', O"이 동시에 제1정량펌프(O)가 멈추고, 밸브 P', P"이 닫히고 동시에 제2펌프(P)가 멈추고, 밸브 Q', Q"이 닫히고 동시에 제3펌프(Q)가 멈추고 유화조(E)로 이송이 끝나면 혼합조(D) 내의 레벨게이지 L이 최고 수위에 도달할 때까지 계속 작동한다. 유화조(E)에서는 레벨게이지 M이 최고 수위에 도달하면 호모믹서(I)가 100,000 rpm으로 회전하여 12분간 유화시킨 유화연료를 밸브 S를 열어 저장조(F)로 이송하며, 저장조(F)에서는 일정량의 유화연료를 제5펌프(T)를 통해 본 실험에 사용된 엔진 또는 보일러로의 연료 공급구(G)를 통하여 엔진 내부로 이송한다. 이때 오버플로우되는 유화 연료는 저장조(F)로 재순환라인(U)을 통해 재순환된다. 밸브 S가 열려서 유화연료를 이송후 닫히면 레벨게이지 M이 최고수위에 도달하여 신호를 받아 닫혔던 밸브 R'와 제4펌프(R)이 레벨게이지 L의 신호를 받아 다시 밸브 R'이 열리고 제4펌프(R)이 작동하여 유화조로 이송한다. 이렇게 제조된 유화연료를 샘플링하여 상분리 정도를 측정하였다. 그리고 본 실험에 제조된 유화연료를 직렬 4기통 압축착화 엔진에서 연소후 배출되는 배출가스의 농도를 측정하였다.
실시예 8
본 발명에 사용된 직렬 4기통 압축착화 엔진에서 배출되는 가스중 질소산화물의 농도를 제1NOx 센서(J')로 측정하고 그 결과를 컨트롤 유닛(B')에 전달하여, C'의 탱크에 요소를 채우고, 이 요소를 제6공급펌프(D')가 작동하여 제1NOx 센서(J')에서 측정한 농도와 제2NOx 센서(K')에서 측정된 농도가 기준이 되어 요소 농도와 질소산화물의 몰비가 1 : 1이 되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 요소가 연속적으로 분사되고 본 발명에서 사용된 엔진으로부터 배출되는 질소산화물과 혼합 공간(G')을 지나면서 혼합되는데, 혼합 공간(G')의 길이는 혼합 공간(G')의 내경의 15배가 되도록 하였다. 이후에 TiO2에 바나듐 7중량%, 텅스텐 3중량%, 주석 1중량%가 함침된 것을 FeCrAl 합금 허니컴에 워시코팅하고 120℃에서 10시간 건조 후 500℃에서 3시간 소성한 SCR 촉매층(H')을 지나면서 질소로 환원되고 굴뚝(I')을 통하여 외기로 배출되며 이때 배출가스의 농도를 측정하였다.
실시예 9
SCR 촉매층(H')에 사용되는 촉매는 제올라이트로 MCM-41이 선택되고 여기에 철 7중량%가 이온교환되고 여기에 구리 2중량%, 망간 1중량%, 주석 1중량%가 함침된 것을 FeCrAl 합금 필터에 워시코팅하고 120℃에서 10시간 건조후 500℃에서 3시간 소성한 SCR 촉매층(H')을 사용한 것 외에 실시예 7과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 10
본 발명에 사용된 직렬 4기통 압축착화 엔진에서 배출되는 가스중 질소산화물의 농도를 제1NOx 센서(J')로 측정하고 그 결과를 컨트롤 유닛(B')에 전달하여, C'의 탱크에 탄화수소로 부탄올을 채우고, 이 부탄올을 펌프 D'가 작동하여 제1NOx 센서(J')에서 측정한 농도와 제2NOx 센서(K')에서 측정된 농도가 기준이 되어 부탄올 농도와 질소산화물의 몰비가 1 : 1이 되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 부탄올이 연속적으로 분사되고 본 실험에서 사용된 엔진으로부터 배출되는 질소산화물과 혼합 공간(G')을 지나면서 혼합되는데, 혼합 공간(G')의 길이는 혼합 공간(G')의 내경의 5배가 되도록 하였다. 이후에 SCR 촉매층(H')에 사용되는 촉매는 알루미나 60중량%, 란타니아 30중량%, 이트리아 10중량%가 혼합된 담체에 구리 3중량%, 철 1중량%, 주석 1중량%, 텅스텐 1중량%, 팔라듐 0.01 중량%, 황 0.01 중량%가 담지된 것을 코디얼라이트 재질의 세라믹 필터에 워시코팅 하고 120℃에서 10시간 건조후 500℃에서 3시간 소성한 촉매를 사용하였으며 배출가스의 농도를 측정하였다.
실시예 11
SCR 촉매층(H') 에 상용 Urea-SCR 촉매로서 V가 3중량% 함유된 V2O5-TiO2 상용 Urea-SCR 촉매를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
실시예 12
SCR 촉매층(H')에 상용 Hydrocarbon-SCR 촉매로서 Ag가 3중량% 함유된 Ag/Al2O3 상용 Hydrocarbon-SCR 촉매를 사용한 것 외에는 실시예 3과 동일한 방법으로 수행하였다.
비교예 1
본 발명에 사용된 엔진에 선박유를 사용하고 배출되는 가스의 농도를 측정하였다.
비교예 2
유화제 탱크(A)에 유화제 성분으로 아무것도 넣지 않은 것 외에는 실시예 7과 동일한 방법으로 수행하였다.
유화 중질유의 상분리 정도
예 80℃의 항온조 내에서 시간경과에 따른 상분리 정도(ESI%)
1시간 2시간 6시간 12시간
실시예 1 100 100 100 100
실시예 2 100 100 100 100
실시예 3 100 100 100 100
실시예 4 100 100 100 100
실시예 5 100 100 100 100
실시예 6 100 100 100 100
실시예 7 100 100 100 100
실시예 11 100 100 100 100
실시예 12 100 100 100 100
비교예 2 13 0 0 0
표1에서 보는 것과 같이 본 발명에 사용된 유화제로 사용한 실시예 1 내지 실시예 7 그리고 실시예 11과 실시예 12가 본 발명의 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템을 사용한 경우 유화가 잘되고 물과 중질유와의 상분리가 거의 일어나지 않아 안전하게 사용할 수 있다.
엔진 후단에서의 배출가스 분석
예 매연 저감(%) 질소산화물 저감(%)
실시예 1 67 65
실시예 2 64 67
실시예 3 70 68
실시예 4 58 64
실시예 5 59 63
실시예 6 57 62
실시예 7 60 63
실시예 11 54 58
실시예 12 50 52
비교예 1 0 0
비교예 2 7 29
표 2에서 보는 것과 같이 중질유를 본 발명의 실시예처럼 유화시켜 사용하게 되면 중질유 내부에 미세 입자화되어 있던 물이 엔진 내부에서 미세폭발을 일으켜 중질유 입자를 잘게 쪼개어 주어 산소와 접촉을 원활하게 하는 역할을 하여 완전 산화에 가깝게 유도하여 매연을 50% 이상 줄여주며, 중질유 내부에 미세입자화 되어 있던 물이 엔진 내부에서 미세폭발을 일으킬 때 잠열을 빼앗아 엔진 내부의 온도를 낮춰주어 질소산화물의 발생을 억제하게 되어 질소산화물 배출을 50% 이상 줄여주는 효과를 보여주고 있다. 따라서 본 발명의 효과로 대기오염물질을 덜 배출시켜 대기환경개선에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 물 또는 해수를 사용함으로 인하여 그만큼 에너지를 감소하게 되고 온실가스인 이산화탄소 배출을 감축하는 효과를 동시에 얻을 수 있다.
SCR 촉매탑 후단에서의 배출가스 분석
예 매연 저감(%) 질소산화물 저감(%)
실시예 1 67 99
실시예 2 64 99
실시예 3 70 99
실시예 4 58 99
실시예 5 59 99
실시예 6 57 99
실시예 8 3 79
실시예 9 4 78
실시예 10 3 75
실시예 11 54 98
실시예 12 46 95
비교예 1 0 0
비교예 2 7 29
표 3에서 보는 것과 같이 SCR 촉매를 사용한 선박용 엔진 또는 보일러 연료배출가스 저감 시스템을 거치고 나면 질소산화물이 75% 이상 줄어들어 선박용 엔진의 규제 기준에 맞출 수가 있으며, 엔진 전단에 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템을 동시에 사용하게 되면 중질유 내부에 미세입자화 되어 있던 물의 미세폭발로 완전 산화에 가깝게 유도하여 매연도 50% 이상 줄여주며, 특히 중질유 내부에 미세입자화 되어 있던 물의 미세폭발로 증발 잠열을 빼앗아 엔진 내부의 온도를 낮춰주어 질소산화물의 발생을 억제하여 본 발명의 선박용 엔진 또는 보일러 연료공급 시스템 및 배출가스 저감 시스템을 통하여 질소산화물이 95% 이상 줄여들게 되어 선박용 엔진의 Tier 3 배출규제 및 보일러의 배출규제에 적극적으로 대응할 수가 있으며, 특히 물 또는 해수를 사용하는 만큼 에너지를 감소하게 되고 온실가스인 이산화탄소 배출을 감축하여 대기환경개선에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
A : 유화제 탱크, B : 선박유 또는 오일 인입구, C : 물 또는 해수 인입구, D : 혼합조, E : 유화조, F : 저장조, G : 엔진 또는 보일러로의 연료 공급구, H : 혼합조 교반기, I : 유화조 교반기 또는 호모믹서(호모믹서 또는 교반기), J : 저장조 교반기, K : 유화제 탱크 레벨게이지, L : 혼합조 레벨게이지, M : 유화조 레벨게이지, N : 저장조 레벨게이지, O : 제1정량펌프, P : 제2펌프, Q : 제3펌프, R : 제4펌프, S : 밸브, T : 제5펌프, O' : 밸브, O" : 밸브, P' : 밸브, P" : 밸브, Q' : 밸브, Q" : 밸브, R' : 밸브, T' : 밸브, T'' : 밸브, A' : 선박용 엔진 또는 보일러, B' : 컨트롤 유닛, C' : 요소(Urea) 또는 탄화수소 저장 탱크, D' : 제6공급펌프, E' : 컨트롤 밸브, F' : 분사 노즐, G' : 혼합 공간, H' : SCR 촉매층, I' : 굴뚝, J' : 제1NOx 센서, K' : 제2NOx 센서, F1, F2, F3, F4 : 전자유량계, U : 재순환라인

Claims (29)

  1. 유화제 탱크(A)로부터의 유화제; 선박유 또는 오일 인입구(B)로부터의 선박유 또는 오일; 및 물 또는 해수 인입구(C)로부터의 물 또는 해수를 각각 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)에 의해 공급하며, 전자유량계(F1, F2, F3)에 의하여 각각의 공급량을 조절하여 혼합시키기 위한 혼합조(D);
    상기 혼합조(D)로부터의 혼합물을 제4펌프(R)에 의해 이송시키고 유화조 교반기 또는 호모믹서(I)에 의해 유화시켜 유중수적형의 유화 연료를 생성시키기 위한 유화조(E);
    상기 유화조(E)로부터의 유화 연료를 상기 유화조(E)의 하부로부터 밸브(S)의 개방에 의하여 이송시켜 저장하기 위한 저장조(F);
    상기 저장조(F)로부터의 유화 연료를 제5펌프(T)에 의해 전자유량계(F4)를 통하여 선박용 엔진 또는 보일러(A')에 공급하기 위한 엔진 또는 보일러로의 연료 공급 수단; 및
    상기 저장조(F)로부터 오버플로우되는 유화 연료를 상기 저장조(F)로 재순환시키기 위한 재순환라인(U)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유화제, 선박유 또는 오일, 및 물 또는 해수의 혼합비는 각각 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)의 유량에 의해 결정되되, 상기 제2펌프(P)와 제3펌프(Q)의 유량비(P : Q)는 부피비로 20 : 1 내지 10 : 6 사이의 비로 결정되고, 상기 제2펌프(P)와 제3펌프(Q)의 유량의 합과 제1펌프(O)의 유량비(P + Q : O)는 부피비로 10,000 : 1 내지 10 : 3 사이의 비로 결정되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 혼합조(D)와 상기 유화조(E)의 부피비(D : E)는 1 : 10 내지 100 : 1 사이의 비인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 혼합조(D)의 교반기(H)는 60 내지 200,000rpm의 속도로 회전하고, 상기 유화조(E)의 교반기 또는 호모믹서(I)는 1,000 내지 200,000rpm의 속도로 회전하며, 유화조(E)의 교반기 또는 호모믹서(I)의 작동 시간은 1분 내지 30분인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P), 제3펌프(Q), 제4펌프(R) 및 제5펌프(T)의 전단 또는 전후단에 밸브(O' 또는 O', O")(P' 또는 P', P")(Q' 또는 Q', Q")(R')(T' 또는 T', T'')가 각각 설치되어 각각의 펌프(O, P, Q, R, T)와 연동하여 작동되고; 상기 유화제 탱크(A), 혼합조(D), 유화조(E) 및 저장조(F)에 레벨게이지(K, L, M, N)가 각각 설치되고 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P), 제3펌프(Q) 및 제4펌프(R)는 상기 혼합조(D)에 설치된 레벨게이지(L)에 연동하여 작동되며, 또한 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)는 제4펌프(R) 또는 유화제 탱크 레벨게이지(K)와도 연동하여 작동되며; 상기 저장조(F)의 전단에 밸브(S)가 설치되고 상기 저장조(F)의 전단에 설치된 밸브(S)는 상기 저장조(F)의 레벨게이지(N)와 유화조(E)의 레벨게이지(M)와 연동하여 작동되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P), 제3펌프(Q) 및 제5펌프(T)의 전단에 설치된 각각의 밸브(O')(P')(Q')(T')는 각각의 펌프(O, P, Q, T)가 작동할 때에는 열리고 작동을 멈추면 닫히는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 저장조(F)의 전단에 설치된 밸브(S)의 후단에 펌프가 설치되고, 상기 펌프는 상기 밸브(S)와 연동하여 작동되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 시스템은,
    (a) 상기 혼합조 교반기(H)의 작동 하에, 상기 혼합조(D)의 레벨게이지(L)가 최고수위 보다 낮으면 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)를 작동시켜 상기 혼합조(D)로 유화제, 선박유 또는 오일, 물 또는 해수를 공급하고, 상기 혼합조(D)의 레벨게이지(L)가 최고수위에 도달하면 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)의 작동을 중지시키며,
    (b) 상기 혼합조(D)의 레벨게이지(L)가 최저 수위 이상이 되면 상기 제4펌프(R)를 작동시켜 상기 유화조(E)의 레벨게이지(M)가 최고수위에 도달할 때까지 유화제, 선박유 또는 오일, 물 또는 해수의 혼합물을 상기 유화조(E)로 이송시키고, 상기 제4펌프(R)가 작동하여 유화제, 선박유 또는 오일, 물 또는 해수의 혼합물을 상기 유화조(E)로 이송시킬 때, 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)의 작동을 중지시키고, 이송이 끝나 상기 제4펌프(R)가 멈추면 상기 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)를 다시 작동시키며,
    (c) 상기 유화조(E)의 교반기 또는 호모믹서(I)가 1분에서 30분 사이의 정해진 시간 동안 작동 후 유화 연료가 생성되면 상기 교반기 또는 호모믹서(I)의 작동을 멈추고 상기 저장조(F) 전단측 밸브(S)를 열어 상기 저장조(F)로 유화 연료를 모두 이송시킨 후, 상기 저장조(F) 전단측 밸브(S)를 닫고,
    (d) 상기 (a)에서 (c)의 작동 과정을 상기 저장조(F)의 레벨게이지(N)가 최고 수위로 올라갈 때까지 반복하며,
    (e) 상기 저장조(F)의 레벨게이지(N)가 최고 수위로 올라가게 되면 상기 저장조(F) 전단측 밸브(S)를 닫고, 상기 저장조(F)의 레벨게이지(N)가 최고수위와 최저수위의 사이의 정해진 수위 아래로 내려가면 상기 (a)에서 (c)의 작동 과정을 반복하며,
    (f) 상기 유화제 탱크(A)의 레벨게이지(K)가 최저 수위로 내려가면 알람이 울리도록 하고 제1정량펌프(O), 제2펌프(P) 및 제3펌프(Q)의 작동을 중지시키며, 상기 혼합조(D)의 레벨게이지(L)가 최저수위 아래로 내려갈 때까지 상기 유화조(E)가 작동되게 하면서, 유화제를 유화제 탱크(A)에 보충하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 (a) 내지 (f)의 작동 과정은 개별적으로 또는 복합적으로 제어하는 하나 이상의 제어부에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 유화제 탱크(A)로부터의 유화제는 에틸렌옥사이드 부가 화합물, 알킬페놀 및 CnH2n+2의 식을 갖는 탄화수소를 포함하는 유화제 조성물인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 에틸렌옥사이드 부가 화합물은 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 하이알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 브랜치드 데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌옥사이드 프로필렌옥사이드 공중합물, 폴리옥시에틸렌 올레일 에스터, 폴리옥시에틸렌 라우릴 아민 유도체, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 아민 유도체, 폴리옥시에틸렌 탈로우 아민 유도체 및 폴리옥시에틸렌 페닐 에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고; 상기 알킬페놀은 탄소수 1 내지 20의 알킬페놀 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이며; 상기 탄화수소는 n이 5 내지 20인 CnH2n+2 의 식을 갖는 탄화수소 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이고; 상기 알킬페놀과 탄화수소(알킬페놀 : 탄화수소)는 20 : 1 내지 1 : 20의 부피비로 혼합되고, 상기 에틸렌옥사이드 부가화합물과, 알킬페놀과 탄화수소의 혼합물(에틸렌옥사이드 부가화합물 : 알킬페놀 + 탄화수소)은 100 : 1 내지 1 : 10의 부피비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 유화제 조성물은 경유, 선박유, 벙커A, 벙커B 및 벙커C의 오일에 대해서 0.01 내지 15%의 부피 비율로 혼합되어 유화되는 것을 특징으로 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 유화제 조성물이 제 1항 내지 제 9항 중의 어느 한 항에 따른 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 시스템의 유화제로 사용되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 선박용 엔진 또는 보일러(A')로부터 배출되는 가스 중 질소산화물의 농도를 측정하기 위한 제1NOx 센서(J'); 상기 제1NOx 센서(J')에 의해 측정된 질소산화물의 농도 값을 수신받아 처리하기 위한 컨트롤 유닛(B'); 상기 컨트롤 유닛(B')에서 수신된 농도 값에 따라 요소 또는 탄화수소 저장 탱크(C')로부터 요소 또는 탄화수소를 공급하기 위한 펌프(D') 및 상기 선박용 엔진 또는 보일러로부터 배출되는 가스와 상기 요소 또는 탄화수소 저장 탱크(C')로부터의 요소 또는 탄화수소를 혼합시키기 위한 혼합 공간(G') 및 상기 혼합 공간(G')으로부터의 혼합물을 촉매화 반응시키기 위한 SCR 촉매층(H')을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제1NOx 센서(J')에서 측정한 농도를 기준으로 몰비가 조절되도록 밸브(E)를 열어 분사 노즐(F')을 통하여 요소 또는 탄화수소가 연속적으로 분사되게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 촉매반응이 일어난 배출가스중의 질소산화물 농도를 제2NOx 센서(K')로 측정하여 컨트롤 유닛(B')에 전달하여, 제1NOx 센서(J')에서 측정한 농도에 더해져서 J' 농도 + K' 농도를 기준으로 질소산화물과 요소 또는 탄화수소의 몰비가 조절 되도록 밸브 E가 열려서 분사노즐(F')을 통하여 요소 또는 탄화수소가 연속적으로 분사되게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 제1NOx 센서(J')에서 측정한 질소산화물 농도와 노즐 F'에서 분산되는 요소 또는 탄화수소의 몰비는 0.9 : 1 내지 1 : 1.1 사이의 비가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 혼합 공간(G')의 흐름 방향 길이와 관경의 비가 1: 1 내지 20 인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  19. 제 14항에 있어서, 요소를 분사할 경우, SCR 촉매층(H')에서는 TiO2에 바나듐과 텅스텐과 주석이 함침된 촉매가 사용되되, 바나듐과 텅스텐(바나듐 : 텅스텐)은 10 : 1 내지 1 : 10의 무게비로, 바나듐 + 텅스텐 : 주석은 100 : 1 내지 1 : 100의 무게비로 함침되며, TiO2에 대한 함침되는 금속들(TiO2 : 바나듐 + 텅스텐 + 주석)은 5 : 1 내지 100 : 1의 무게비를 갖도록 하여 세라믹 또는 금속 재질의 허니컴이나 필터에 워시코팅하여 100℃ 내지 150℃ 사이에서 6시간 이상 건조 후 400℃ 내지 700℃ 사이에서 2시간 이상 소성하여 제조된 촉매가 사용되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  20. 제 14항에 있어서, 요소를 분사할 경우, SCR 촉매층(H')에서는 제올라이트에 철, 구리, 망간 또는 주석이 함침되거나 이온교환된 촉매가 사용되며, 상기 제올라이트로는 Faujasite, Mordenite, ZSM-5, MCM-41 중에서 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 제올라이트에 함침되거나 이온교환되는 금속의 무게비는 철과 구리(철 : 구리)의 경우에는 100 : 1 내지 1 : 100의 무게비로, 망간과 주석(망간 : 주석)의 경우에는 100 : 1 내지 1 : 100 의 무게비로 함침되거나 이온교환되고, 철 + 구리 : 망간 + 주석은 100 : 1 내지 1 : 10 의 무게비로 함침되거나 이온교환되고, 제올라이트에 이온교환 되거나 함침되는 금속의 무게비는 제올라이트 : 철 + 구리 + 망간 + 주석 = 100 : 1 ~ 5 : 1 의 무게비를 갖도록 하여 세라믹 또는 금속 재질의 허니컴이나 필터에 워시코팅하여 100℃ ~ 150℃ 사이에서 6시간 이상 건조후 500℃ ~ 700℃ 사이에서 2시간 이상 소성하여 제조된 촉매가 사용되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  22. 제 14항에 있어서, 탄화수소를 분사할 경우, 상기 탄화수소로는 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜 및 부틸알콜로 구성된 군으로부터 선택되는 알콜류, LPG, LNG, 등유, 경유, 선박유 및 벙커A로 구성된 군으로부터 1종 이상 선택되며, SCR 촉매층(H')에서는 알루미나, 란타니아, 이트리아가 무게비로 란타니아 : 이트리아 = 100 : 1 ~ 1 : 100의 무게비로 혼합되고, 알루미나 : 란타니아 + 이트리아 = 100 : 1 ~ 1 : 100 의 무게비로 혼합된 담체에 구리, 철, 주석, 텅스텐, 팔라듐 또는 황을 담지시킨 촉매가 사용되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 알루미나, 란타니아, 이트리아가 혼합된 담체에 구리와 철(구리 : 철)은 10 : 1 내지 1 : 10 의 무게비로 담지되고, 주석과 텅스텐(주석 : 텅스텐)은 10 : 1 내지 1 : 10 의 무게비로 담지되며, 팔라듐과 황은 10 : 1 내지 1 : 10 의 무게비로 담지되고, 구리 + 철 : 주석 + 텅스텐은 100 : 1 내지 1 : 10의 무게비로 담지되며, 구리 + 철 + 주석 + 텅스텐 : 팔라듐 + 황은 10,000 : 1 내지 10 : 1의 무게비로 담지되고, 알루미나 + 란타니아 + 이트리아 : 구리 + 철 + 주석 + 텅스텐 + 팔라듐 + 황은 100 : 1 내지 5 : 1의 무게비로 담지된 담지체를 세라믹 또는 금속 재질의 허니컴이나 필터에 워시코팅하여 100℃ 내지 150℃의 온도에서 6시간 이상 건조시킨 후 500℃ 내지 700℃의 온도에서 2시간 이상 소성하여 제조된 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진 또는 보일러 연료 공급 및 배출가스 저감 시스템.
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