KR101270003B1 - 선박용 사이클론 스크러버 및 이에 의한 배기 가스 처리 방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 사이클론 스크러버 및 이에 의한 배기 가스 처리 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 원통부와 원추부로 이루어진 사이클론 본체; 상기 사이클론 본체의 원통부에 형성되며 사이클론 본체로 배기 가스가 유입되는 통로 역할을 하는 사이클론 유입부; 상기 사이클론 유입부에 형성된 제 1 노즐; 및 상기 사이클론 본체의 원통부에 형성된 제 2 노즐을 포함하는 선박용 사이클론 스크러버에 대한 것이다.

사이클론, 스크러버, 선박, 배기 가스

Description

선박용 사이클론 스크러버 및 이에 의한 배기 가스 처리 방법.{CYCLON SCRUBBER FOR SHIP AND GAS TREATMENT METHOD THEREOF}

본 발명은 선박용 사이클론 스크러버 및 이에 의한 배기 가스 처리 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 원통부와 원추부로 이루어진 사이클론 본체; 상기 사이클론 본체의 원통부에 형성되며 사이클론 본체로 배기 가스가 유입되는 통로 역할을 하는 사이클론 유입부; 상기 사이클론 유입부에 형성된 제 1 노즐; 및 상기 사이클론 본체의 원통부에 형성된 제 2 노즐을 포함하는 선박용 사이클론 스크러버에 대한 것이다.

화학 공정이나 반도체 제조 공정 또는 자동차나 선박과 같은 운송 수단 등에서 배출되는 배기 가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라 그대로 대기 중으로 방출될 경우에는 환경 오염을 유발하는 원인이 되기도 한다. 따라서, 이러한 배기 가스는 유해 성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화 처리 과정이 반드시 필요하며, 이와 같이 독성 물질을 제거하는 정화 처리 과정을 거친 배기 가스만이 대기 중으로 배출되도록 의무화되어 있기도 하다.

각종 유해성 배기 가스를 처리하는 방법에는 연소(burning) 방식, 습식(Wetting) 방식, 흡착(absorption) 방식 등이 있다. 버닝 방식은 주로 수소기 등을 함유한 발화성 가스를 고온의 연소실에서 약 500℃ 내지 800℃의 고온에서 분해시켜 배기 가스를 처리하는 방식이고, 습식 방식은 주로 수용성 가스를 물에 통과시켜 용해되게 함으로써 배기 가스를 처리하는 방식이며, 흡착 방식은 발화되지 않거나 물에 녹지 않는 유해성 가스를 흡착제에 통과시켜 물리적 또는 화학적인 흡착에 의하여 정화되게 하는 방식이다.

이러한 배출 가스 처리는 예를 들어, 배출 가스류에서 산성 가스 또는 입자 등을 제거하는 세정(scrubbing) 처리를 포함하며, 이렇게 액체를 사용해서 기체 속에 포함되어 있는 미세한 성분 또는 입자 등을 제거하는 장치를 스크러버(scrubber)라 한다.

도 1 은 종래의 습식 스크러버(scrubber)를 설명하기 위한 구성도로서, 스크러버의 상부로 가스 인렛(1)이 설치되고 중앙에는 격막(4)이 놓여진다. 스크러버에 형성된 스프레이 노즐(2)로 물이 분사되면 상기 물은 업소버(absorber)(3)로 이동되어진다.

가스 인렛으로 가스 분자들이 들어오게 되면 가스들이 물이 스프레이된 공간 및 업소버를 거치면서 물과 반응하게 되고, 이렇게 남은 가스들만 격막의 하부를 통해 상부로 이동되어 배기관(5)을 통해 배기된다. 여기서, 상기 업소버(3)는 가스가 지날 때 표면적을 넓게 만들고 반응하는 시간을 주기 위한 것으로 대패밥 형태를 가지는 경우가 많다. 이때, 가스와 반응한 물을 물 드레인관(6)을 통해서 물 순환 탱크(7)로 들어오게 된다.

그러나 상기와 같이 업소버 또는 기타 구조물 등을 설치하여 반응율 및 정화율을 높이는 방법은 공간상 많은 부피를 차지할 수 밖에 없으며, 더욱이 반응율을 높이기 위해서 반응 가스의 온도를 낮추기 위한 냉각 장치를 별도로 사용하게 되어 선박이나 자동차와 같은 이동수단에 적용하는 데에는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명자는 습식 스크러버(scrubber)에 있어서, 반응 표면적을 넓히고 반응 시간을 최대화시키면서도 최소한의 공간만을 활용할 뿐만 아니라 별도의 냉각 장치 등이 필요하지 않아 선박 등과 같은 이동수단에 적용하기에 적합한 사이클론 스크러버를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 배기 가스의 정화를 위한 습식 스크러버에 있어서, 반응 표면적을 넓히고 반응 시간을 최대화시키면서도 최소한의 공간만을 활용할 뿐만 아니라 별도의 냉각 장치 등이 필요하지 않아 선박 등과 같은 이동수단에 적용하기에 적합한 스크러버를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 원통부와 원추부로 이루어진 사이클론 본체; 상기 사이클론 본체의 원통부에 형성되며 사이클론 본체로 배기 가스가 유입되는 통로 역 할을 하는 사이클론 유입부; 상기 사이클론 유입부에 형성된 제 1 노즐; 및 상기 사이클론 본체의 원통부에 형성된 제 2 노즐을 포함하는 선박용 사이클론 스크러버를 제공함으로써 달성된다.

상기 본 발명의 목적은 상기 제 1 노즐이 선형 노즐(sector nozzle)로서, 상기 선형 노즐에 의하여 상기 사이클론 유입부에 다중 해수 커튼막이 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버를 제공함으로써 달성된다.

상기 본 발명의 목적은 상기 제 2 노즐이 연무용 노즐(fog nozzle)로서, 상기 연무용 노즐에 의하여 상기 사이클론 본의 원통부에 다중 해수 커튼막이 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버를 제공함으로써 달성된다.

상기 본 발명의 목적은 상기 사이클론 본체의 원통부 상단에 형성되어 산성 미스트(mist)의 유출을 방지하는 미스트 분리장치(demistor)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버를 제공함으로써 달성된다.

또한, 상기 본 발명의 목적은 사이클론 유입부로 유입된 배기 가스가 제 1 노즐(12)에 의해 형성된 다중 해수 커튼막을 통과하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 다중 해수 커튼막을 통과한 배기 가스가 사이클론 본체로 유입되어 제 2 노즐로부터 방출되는 해수와 반응하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계의 해수와 반응한 배기 가스가 제 2 노즐에 의해 형성된 다중 해수 커튼막을 통과하는 제 3 단계;를 포함하는 선박용 사이클론 스크러버의 배기 가스 처리 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 본 발명의 목적은 상기 제 3 단계 후에 제 2 노즐에 의해 형성된 다중 해수 커튼막을 통과한 배기 가스가 원통부 상단에 형성되어 산성 미스트(mist)의 유출을 방지하는 미스트 분리장치(demistor)를 통과하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버의 배기 가스 처리 방법을 제공함으로써 달성된다.

상기 본 발명의 목적은 상기 제 1 단계 전에 배기 가스가 열교환 장치 역할을 하는 이코노마이저(economizer)를 통과하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 제 3 단계 후에 제 2 노즐에 의해 형성된 다중 해수 커튼막을 통과한 배기 가스가 상기 이코노마이저로 재유입되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버의 배기 가스 처리 방법을 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 사이클론 스크러버는 필요 해수량 및 공간 소요가 제일 적은 사이클론 방식으로 설계하여 반응 표면적을 넓히고 반응 시간을 최대화시키면서도 최소한의 공간만을 활용할 뿐만 아니라 별도의 냉각 장치 등이 필요하지 않아 선박 등과 같은 이동수단에 적용하기에 적합하다는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 선박용 사이클론 스크러버 및 이에 의한 배기 가스 처리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴본다.

본 발명의 선박용 사이클론 스크러버는 원통부와 원추부로 이루어진 사이클 론 본체(20); 상기 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성되며 사이클론 본체(20)로 배기 가스가 유입되는 통로 역할을 하는 사이클론 유입부(21); 상기 사이클론 유입부(21)에 형성된 제 1 노즐(22); 및 상기 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성된 제 2 노즐(23)을 포함하는 선박용 사이클론 스크러버를 포함한다.

사이클론(cyclon)이란 사이클론 내부로 유입되는 유체의 선회류에 의해서 생기는 원심력을 이용한 분리장치로써, 가스 사이클론의 경우 기체 속에 현탁해 있는 고체입자 또는 액적의 분리, 기체 속에 현탁해 있는 고체 입자의 입도 또는 비중의 차에 의한 분리에 주로 사용된다.

도 2에서와 같이 사이클론의 본체는 보통 원통부(8)와 원추부(9)로 이루어진다. 상기 원통부 상단에 형성된 유입부를 통하여 유체가 사이클론 내부로 유입되며, 유입된 유체는 원통부 측벽에 접선방향으로 일정한 초속으로 공급된다. 이에 의해 사이클론의 내부에 와류가 생겨 유체 속에 함유되어 있는 크기, 밀도가 큰 입자(고체 입자·액적 등)는 원심력에 의해서 선회하면서 원추벽에 모이고, 어펙스 또는 언더플로 노즐(10)이라고 하는 원추부(9)의 꼭지점 쪽에서 배출된다.

한편, 유체 속의 기체는 조건에 따라 크기·밀도가 작은 입자를 수반하여 사이클론의 중심부에 모여서 상승 선회 와류를 형성한다. 이 상승류는 사이클론 원통부의 상단에서 삽입된 파이프인 오버플로파인더(11)에서 배출된다.

본 발명의 습식 스크러버는 선박에 장착되는 점을 감안하여 필요 해수량 및 공간 소요가 제일 적은 상기 사이클론 방식을 도입하고, 상기 사이클론에 여러 개의 노즐을 효과적으로 분배하여 위에서 언급한 원심력을 이용한 분리 효과뿐만 아 니라 수용성 가스와 물의 반응 표면적 및 반응 시간을 최대화시켜 선박에서 배출되는 배기 가스를 효율적으로 처리할 수 있도록 하였다.

도 3의 사이클론 정면도 및 도 4의 사이클론 측면도에서 보여지는 사이클론 유입부(21)에 형성된 제 1 노즐(22)은 배기가스의 온도를 낮추어 SOx 등과 같은 가스와 해수의 혼합율 및 반응율을 높이기 위한 것으로서, 유입부(21)에 해수 커튼막을 형성할 수 있는 모든 종류의 노즐이 사용 가능하나 배기 가스의 온도를 낮추는데 적합하도록 선형 노즐(sector nozzle)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 효과를 최대화시키기 위하여 2 개 이상의 제 1 노즐(22)을 설치하여 다중 해수 커튼막이 유입부(21)에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 유입부(21)에 형성된제 1 노즐(22)을 통과한 배기 가스는 사이클론 본체(20)로 유입되어 사이클론 내부를 선회하게 된다. 이때, 도 3의 사이클론 정면도 및 도 4의 사이클론 측면도에서 볼 수 있듯이, 상기 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성된 제 2 노즐(23)로부터 방출되는 해수와 접촉 및 반응하게 될 뿐만 아니라 상기 제 2 노즐(23)에 의해서 형성되는 해수 커튼막을 통과하면서 해수와 직접적으로 반응하게 된다. 이때, 가스와 반응한 해수는 사이클론의 언더플로 노즐을 통하여 외부로 배출되게 된다.

상기 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성된 제 2 노즐(23)은 해수의 사이클론 내부 잔류시간을 증가시키고 반응 표면적을 최대화시키기 위한 것으로서, 사이클론 본체에 해수 커튼막을 형성할 수 있는 모든 종류의 노즐이 사용 가능하나, 반응 시간 및 표면적 증대 효과를 최대화시키기 위하여 연무용 노즐(fog nozzle)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 효과를 최대화시키기 위하여 2 개 이상의 제 2 노즐(23)을 설치하여 다중 해수 커튼막이 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 스크러버는 본체(20)의 원통부 상단에 형성되어 산성 미스트(mist)의 유출을 방지하는 미스트 분리장치(demistor)(24)를 추가로 포함할 수 있는데, 이를 통하여 제 2 노즐(23)에 의한 해수 커튼막을 통과한 가스로부터 산성 미스트를 더욱 완벽하게 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 스크러버는 사이클론에 유입되는 배기 가스의 온도를 낮추기 위하여 상기 사이클론 유입부(21)에 연결되며, 배기 가스가 사이클론 본체에 유입되기 전에 가스의 온도를 낮추는 열교환장치 역할을 하는 이코노마이저 (economizer)(25)를 추가로 포함할 수도 있으며, 또한, 상기 사이클론 본체(20)로부터 방출되는 방류수의 용량을 일정하게 유지하는 배치 탱크(batch tank)(26)를 추가로 설치하여 방류수의 수두를 측정하고 일정 수위에서 자동으로 배출되도록 설계할 수도 있다.

한편, 본 발명의 선박용 사이클론 스크러버의 배기 가스 처리 방법은 사이클론 유입부(21)로 유입된 배기 가스가 제 1 노즐(22)에 의해 형성된 다중 해수 커튼막을 통과하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 다중 해수 커튼막을 통과한 배기 가스가 사이클론 본체(20)로 유입되어 제 2 노즐(23)로부터 방출되는 해수와 반응하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계의 해수와 반응한 배기 가스가 제 2 노즐(23)에 의해 형성된 다중 해수 커튼막을 통과하는 제 3 단계;를 포함하는 선박용 사이클론 스크 러버의 배기 가스 처리 방법으로 이루어진다.

상기 처리 방법은 제 3 단계 후에 제 2 노즐(23)에 의해 형성된 다중 해수 커튼막을 통과한 배기 가스가 원통부 상단에 형성되어 산성 미스트(mist)의 유출을 방지하는 미스트 분리장치(demistor)(24)를 통과하는 단계를 추가로 포함하도록 하여 해수 커튼막을 통과한 가스로부터 산성 미스트가 더욱 완벽하게 제거되도록 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 단계 전에 배기 가스가 열교환 장치 역할을 하는 이코노마이저(economizer)(25)를 통과하는 단계를 추가로 포함하도록 할 수도 있으며, 이렇게 설치된 이코노마이저를 통하여 약 400℃ 이상의 배기가스가 약 150℃ 이하의 온도로 저하되는 효과를 얻을 수 있다. 이렇게 이코노마이저를 통과한 배기 가스는 스크러버를 통과하면서 해수에 의해 약 50℃ 이하로 냉각된 상태로 배출되게 된다.

이때 상기 제 3 단계 후에 스크러버로부터 배출되는 배기 가스를 상기 이코노마이저(economizer)(25)로 재유입되는 단계를 추가로 포함하여 배기 가스를 열교환장치에 재순환시키면, 스크러버로 유입되는 가스의 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 외부로 배출되는 가스는 가온되어 더욱 부력을 얻은 상태로 배출되도록 할 수 있다.

한편, 상기 제 2 단계에서 배기 가스와 반응한 해수는 상기 사이클론 본체(20)의 원추부로부터 방출되게 되는데 이때 방류수의 용량을 일정하게 유지하는 배치 탱크(batch tank)(26)로 유입되도록 하여 방류수가 일정 수위에서 자동으로 배출되도록 설계할 수 있다.

상기와 같은 처리 방법을 통하여 장치전문가가 별도로 요구되지 않는 조작이 단순하면서도 자동으로 제어될 수 있게 선박 내 배기가스 처리 공정을 설계할 수 있으며, 또한 장치 내부에 냉각 장치 등과 같은 별도의 부가 장치가 필요하지 않고 유지 관리가 용이하도록 설계할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래의 습식 스크러버(scrubber)를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 사이클론 스크러버(scrubber)에 사용되는 사이클론의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 본 발명의 사이클론 스크러버(scrubber) 본체의 정면도이다.

도 4는 본 발명의 사이클론 스크러버(scrubber) 본체의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 사이클론 스크러버(scrubber)를 사용한 배기 가스 처리 과정을 보여주는 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가스 인렛 2 : 스프레이 노즐

3 : 업소버(absorber) 4 : 격막

5 : 배기관 6 : 물 드레인관

7 : 물순환 탱크 8 : 스크러버 원통부

9 : 스크러버 원추부 10 : 언더플로 노즐

11 : 오버플로파인더 20 : 사이클론 본체

21 : 사이클론 유입부 22 : 제 1 노즐

23 : 제 2 노즐 24 : 미스트분리장치(demistor)

25 : 이코노마이저(economizer) 26 : 배치 탱크(batch tank)

Claims (13)

1. 원통부와 원추부로 이루어진 사이클론 본체(20); 상기 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성되며 사이클론 본체(20)로 배기 가스가 유입되는 통로 역할을 하는 사이클론 유입부(21); 상기 사이클론 유입부(21)에 형성된 제 1 노즐(22); 상기 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성된 제 2 노즐(23); 및 상기 사이클론 본체(20)의 원추부에 형성되어 고체 또는 액체입자를 배출하는 언더플로 노즐(10)을 포함하며,

   상기 제 1 노즐(22)은 선형 노즐(sector nozzle)로서, 상기 선형 노즐에 의하여 상기 사이클론 유입부(21)에 다중 해수 커튼막이 형성됨으로써 상기 배기 가스가 사이클론 본체(20)에 유입되기 전에 해수와 1차로 혼합되며,

   상기 제 2 노즐(23)은 연무용 노즐(fog nozzle)로서, 상기 연무용 노즐에 의하여 상기 사이클론 본체(20)의 원통부에 다중 해수 커튼막이 형성되며,

   상기 사이클론 유입부(21)에 연결되어 상기 배기 가스가 사이클론 본체(20)에 유입되기 전에 가스의 온도를 낮추는 것과 함께, 상기 사이클론 본체(20)를 통과하면서 냉각되어 배출되는 배기 가스가 재유입되어 상기 사이클론 본체(20)에 유입되기 전의 상기 배기 가스와 열교환된 후 배출되는 열교환장치의 역할을 하는 이코노마이저(25)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버.
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6. 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 사이클론 본체(20)의 원통부 상단에 형성되어 산성 미스트(mist)의 유출을 방지하는 미스트 분리장치(demistor)(24)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버.
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8. 청구항 제 1 항에 있어서, 상기 사이클론 본체(20)로부터 방출되는 방류수의 용량을 일정하게 유지하는 배치 탱크(batch tank)(26)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 사이클론 스크러버.
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