KR101303289B1 - 배기가스 오염물 저감시스템과 그 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 엔진에서 발생되는 배기가스를 정화하여 배출시키도록 하는 배기가스 오염물 저감시스템과 그 모니터링 방법에 관한 것이다. 특히, 선박의 운행을 위해서 가동되는 엔진에서 발생되는 배기가스에는 다양한 유해물질이 포함되어 있는데 이를 정화 처리하지 않고 배출시키는 것에 대해서 세계적으로 조약이나 규약을 통해서 규제를 강화하고 있는 추세이다. 본 발명은 이러한 규제를 만족하는 선박 배기가스 저감 시스템에 관한 것이다. 나아가 본 발명은 이러한 배기가스 정화와 정화시 발생되는 오염수의 정수과정을 모니터링하여 문서화하는 선박의 배출 오염물에 대한 모니터링 방법에 관한 것이다.

Description

배기가스 오염물 저감시스템과 그 모니터링 방법{REDUCTION SYSTEM OF EXHAUST GAS POLLUTION AND ITS MONITORING METHOD}
본 발명은 선박의 엔진에서 발생되는 배기가스를 정화하여 배출시키도록 하는 배기가스 오염물 저감시스템과 그 모니터링 방법에 관한 것이다. 특히, 선박의 운행을 위해서 가동되는 엔진에서 발생되는 배기가스에는 다양한 유해물질이 포함되어 있는데 이를 정화 처리하지 않고 배출시키는 것에 대해서 세계적으로 조약이나 규약을 통해서 규제를 강화하고 있는 추세이다. 본 발명은 이러한 규제를 만족하는 선박 배기가스 저감 시스템에 관한 것이다. 나아가 본 발명은 이러한 배기가스 정화와 정화시 발생되는 오염수의 정수과정을 모니터링하여 문서화하는 선박의 배출 오염물에 대한 모니터링 방법에 관한 것이다.
선박과 같은 운송 수단 등에서 배출되는 배기가스는 유독성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라 그대로 대기 중으로 방출될 경우에는 환경 오염을 유발하는 원인이 되기도 한다. 따라서, 이러한 배기가스는 유해 성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화 처리 과정이 반드시 필요하며, 이와 같이 오염물질을 제거하는 정화 처리 과정을 거친 배기가스만이 대기 중으로 배출되도록 의무화되고 있다.
특히 요즘 들어 선박에서 무방비로 배출되는 유해가스의 피해로 인해 각국에서는 조약이나 협약을 통해서 순차적으로 규제하고자 하는 활동이 진행되고 있으며, 이미 해를 거듭하며 단계적으로 배기가스의 배출량 규제를 강화하는 조약이 성립된 상태이다. 따라서 앞으로는 선박의 크기 당 배출할 수 있는 허용치가 정해져 있고, 그 배출량도 정확하게 측정하여 서로 정보 교환이 가능하도록 할 것이므로, 이를 어기는 선박의 경우 운행이 어렵게 될 소지가 높다.
일반적으로 사용되는 유해가스 처리 방법은, 연소 방식, 습식(Wetting) 방식, 흡착(absorption) 방식 등이 있다. 연소 방식은 주로 수소기 등을 함유한 발화성 가스를 고온의 연소실에서 약 500 내지 800의 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 유해가스 또는 입자 등을 제거하는 장치를 스크러버(scrubber, 세정장치)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 물순환 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. 도 2에는 이러한 스크러버가 도시되어 있는데, 유입부(21)로 선박의 배기가스가 유입되면 제1노즐(22)을 통해서 해수가 분사되는 구조이다. 유입된 배기가스는 제1노즐(22)의 미립자된 해수를 통과해서 사이클론 본체(20)의 원통부에 형성된 제2노즐(23)에서 방출되는 해수와 접촉 및 반응을 하게 되고, 제2노즐(23)을 통해서 형성되는 해수 커튼막을 통과하면서 해수와 직접적인 반응을 하게 된다. 이러한 과정을 거치며 배기가스는 정화되는 것이다.
도시된 도면부호 24는 미스트 분리장치이다.
본 발명은 바로 본 발명의 출원인이 제안한 도 2의 사이클론 스크러버(특허출원 제10-2009-41793호)를 사용하면서, 다양한 배기가스를 정화시키고 모니터링하는 방법을 제안하고자 하는 것이다. 전술된 사이클론 스크러버의 경우 탈황과 분진의 정화 작용이 두드러진 정화장치이다. 따라서 본 발명에서는 탈질과 CO2 등을 저감시키고 걸러주는 별도의 저감장치를 추가적으로 장착하고, 이들을 모니터링할 수 있는 방법과 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명은 선박의 엔진에서 발생되는 배기가스를 정화하여 배출시키도록 하는 배기가스 오염물 저감시스템과 그 모니터링 방법을 제공하고자 한다.
보다 상세하게는, 선박의 운행을 위해서 가동되는 엔진에서 발생되는 배기가스에는 다양한 유해 오염물질이 포함되어 있는데 이를 규제하기 위한 국제해사기구의 규제를 효율적으로 동시에 만족하는 통합시스템을 제공하고자 하며, 나아가 본 발명은 이러한 배기가스 정화와 정화시 발생되는 오염수의 정수과정을 모니터링하여 문서화하는 모니터링 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 배기가스 오염물 저감시스템은, 선박의 엔진(10)에서 공급관으로 공급된 배기가스를 펌프(71)로 끌어올린 해수를 통해서 정화시키는 스크러버(20); 스크러버(20)에서 배출되는 오염된 해수를 정화시키는 오염수 정수장치(30); 오염수 정수장치(30)에서 집적된 슬러지를 모으는 슬러지탱크(72); 및 상기 엔진(10) 배기가스의 변화 상태와 오염수 정수장치(30)로 정수되는 오염수의 변화 상태를 모니터링하는 모니터링장치(60);를 포함하여 구성된다.
본 발명 배기가스 오염물 저감시스템에 따르면, 펌프(71)를 통하여 스크러버(20)로 해수를 공급할 경우 전기분해모듈(75)을 통해서 전해된 해수를 공급하면 이산화탄소 등 추가적인 배기 오염물의 정화가 가능하다.
또한 본 발명 배기가스 오염물 저감시스템에 따르면, 펌프(71)를 통한 스크러버(20)로 해수의 공급시, 공급된 해수에 별도의 전기분해모듈(75)을 통해서 전해수를 공급하고, 전해수와 배기가스의 접촉효율을 높이기 위해 유입관을 이중으로 분관하고 : 모니터링장치(60)는, 배기가스를 스크러버(20)에 공급하는 공급관; 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관; 스크러버(20)에서 오염수 정수장치(30)로 오염된 해수를 공급하는 공급관; 오염수 정수장치(30)에서 외부로 정화수를 배출시키는 배출관;에 선택적으로 채택되어 배기가스와 배출수의 오염도를 모니터링하고 배출 제어를 하며 : 배기가스를 스크러버(20)로 공급하는 공급관이나 또는 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관에는 스크러버(20)로 유입되기 전 미처리 배기가스와 스크러버(20)를 통과한 처리 배기가스 사이의 열교환을 위한 열교환기와 배기가스 가열장치(76)를 포함한 선택적 촉매환원장치(50)를 부가하여 질소 산화물을 파형의 촉매장치를 통해서 저감시킨다.
또한 본 발명 배기가스 오염물 저감시스템에 따른 배기가스를 스크러버(20)로 공급하는 공급관이나 또는 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관에는 분진제거장치(40)를 부가하여 미세분진을 제거시키고 : 모니터링장치(60)는, 배기가스에서 변화되는 NOx 성분의 농도를 측정하는 NOx 분석기(61), SOx 성분의 농도를 측정하는 SOx 분석기(62), 입자와 같은 분진을 측정하는 분진 분석기(63), CO, CO2 및 O2의 농도를 측정하는 COx/O2 분석기(64)가 선택적으로 결합된 배기가스 분석장치와; 스크러버(20)로부터 배출되는 오염수에서 변화되는 수소이온농도를 측정하는 pH 분석기(65), 오염수의 혼탁정도를 측정하는 탁도분석기(66), 미연탄소를 포함하는 탄화수소류의 농도를 간접적으로 측정하는 oil 분석기(67)가 선택적으로 결합된 배출수 분석장치로 이루어진 분석장치(69); 상기 선택된 분석기들로부터 검측된 내용을 조합하고, 제어신호를 발생시켜 배기와 배출을 제어하는 모니터링컴퓨터(77);가 결합하여 NOx, SOx, 분진 및 CO, CO2, O2 배기가스 성분과 pH, 탁도, oil 과 같은 오염수 성분의 농도를 측정하고, 배출되는 량을 제어하고 조절하며, 문서화할 수 있도록 한다.
본 발명 배기가스 오염물 저감시스템의 모니터링 방법에 따른, 제1단계 : 엔진(10)에서 배출되는 배기가스를 분석하는 단계(A110); 제2단계 : 스크러버(20)에서 배출되는 배기가스를 분석하는 단계(A120); 제3단계 : 스크러버(20)에서 배출되는 오염수를 분석하는 단계(A130); 제4단계 : 오염수 정수장치(30)에서 배출되는 정화수를 분석하는 단계(A140); 제5단계 : 분석된 내용을 모니터링하여 시스템을 제어하고, 모니터링 과정을 문서화하는 단계(A150);를 포함한다.
또한 본 발명 배기가스 오염물 저감시스템의 모니터링 방법에 따른, 제2단계에서 스크러버(20)에서 배출되는 배기가스를 분석하여 배출허용 오염도 이내라면 배기가스를 배출하고, 배출허용 오염도 이외라면 배기가스를 재순환시켜 스크러버(20)를 통해 다시 저감시키고 : 제3단계에서 스크러버(20)에서 사용된 해수가 상태 변화한 오염수를 분석하여 배출허용 오염도 이내라면 해상으로 배수하고, 배출허용 오염도 이외라면 오염수 정수장치(30)로 다시 이동시키며 : 제4단계에서 오염수 정수장치(30)에서 처리된 정화수는 배수하되, 그 슬러지는 슬러그탱크(72)에 저장시킨다.
본 발명에 따라 선박의 외부로 배출되는 유해 배기가스를 저감시킬 수 있어 공해의 방지를 위해 유용하며, 유해 배기가스의 저감을 위해 사용되는 해수가 오염수로 변하더라도 이를 정수처리하여 해상에 배수할 수 있도록 한다는 장점이 있다.
본 발명에 따라, 엔진에서 배출되는 유해 배기가스의 탈질, 탈황, 분진과 이산화탄소 감소를 용이하게 수행하기에 배기가스의 유해성분의 모두를 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 저감장치를 부착한 경우 국제기구의 선박 유해가스 방출 방지 협약이나 조약을 만족시킬 수 있고, 유해 배기가스의 저감시스템의 구성들을 선택적으로 장착할 수 있도록 하여 활용가능성을 높였다는 장점이 있다.
도 1은 종래 사용되던 일반적인 스크러버를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 출원인이 이미 출원한 스크러버의 모습을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 오염물 저감시스템의 기본적인 모습을 도시한 시스템도,
도 4는 본 발명의 다른 실시형태를 포함한 저감 통합시스템을 도시한 시스템도,
도 5는 본 발명에서 사용되는 모니터링장치의 모습을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 시스템의 중요부인 오염물 저감장치의 구성방식과 분석장치의 내부 구성을 도시한 블럭도,
도 7은 본 발명의 모니터링방법을 순차적으로 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 모니터링방법을 세부적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 선박에서 운행 중 발생되는 엔진의 배기가스의 유해성을 저감시키기 위한 저감시스템에 관한 것으로서 그 구성과 작용을 도시된 도 3 내지 8과 함께 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 도시된 도면에서처럼, 선박의 엔진(10)에서 공급관으로 공급된 배기가스를 펌프(71)로 끌어올린 해수를 통해서 정화시키는 스크러버(20)가 있고, 스크러버(20)에서 배출되는 오염된 해수를 정화시키는 오염수 정수장치(30)가 있으며, 오염수 정수장치(30)에서 집적된 슬러지를 모으는 슬러지탱크(72)가 있다. 또한 상기 엔진(10) 배기가스의 변화 상태와 오염수 정수장치(30)로 정화되는 오염수의 변화 상태를 모니터링하는 모니터링장치(60)가 있다. 따라서 이들이 결합하여 선박에서 발생되는 배기가스를 정화하고 배출하며, 이를 모니터링하는 것이다.
본 발명은 기존에 본 발명의 출원인에 의해서 개발된 사이클론 스크로버(20)를 활용하여 선박에서 배출되는 다양한 배기가스를 정화시키기 위한 시스템이다. 본 발명의 시스템은 엔진(10)의 배기관에서 배출되는 배기가스를 직접적으로 수용하는 상기 스크러버(20)가 형성되어 있고, 스크러버(20)의 타측에서는 펌프(71)를 통해서 해상의 해수를 끌어올려 공급할 수 있도록 하고 있다. 선박의 운행 중 펌프(71)를 통해서 해수를 끌어 올려 일측에서는 배기가스가 사이클론 형상의 스크러버(20)에 원심력을 갖고 공급되고, 타측에서는 해수를 다중으로 분사하여 배기가스가 해수를 흡수하여 정화시키는 것이다. 보다 상세히 상기 사이클론 스크러버(20)를 설명하자면, 사이클론 내부로 유입되는 유체의 선회류에 의해서 생기는 원심력을 이용한 분리장치로써, 가스 사이클론의 경우 기체 속에 부유하고 있는 고체입자 또는 액적의 분리에 있어, 기체 속에 부유하고 있는 고체 입자 또는 액적의 입도 또는 비중의 차에 의한 분리를 하는 것이다.
특히 본 발명의 상기 스크러버(20)는 배기가스 중에 포함된 SOx 와 분진성분을 분리해 내는 역할을 한다. 즉, 탈황을 하여 배기가스의 유해성분을 제거하며, 기체 속에 포함된 고체입자, 액적을 분리해 내는 역할을 하는 것이다. 이때 배기가스에서 탈황 및 분진제거 작용을 하고 난 후의 해수는 오염되어 그대로 해상으로 방출되어서는 안 된다.
스크러버(20)를 통과한 오염수의 경우 국제해사기구의 배출수 허용 오염도를 만족할 때 해상으로 방출될 수 있다.
결국 본 발명은 배기가스에서 유해성분을 제거하고, 또 제거하기 위해서 사용된 해수가 오염된 경우 이를 정수시키기 위한 별도의 오염수 정수장치(30)를 포함하고 있다.
해수가 스크러버(20)에 공급되고, 그 공급된 해수는 미립자의 형태로 분사되어 배기가스 중 오염물질을 흡수하며, 그러한 과정에서 해수가 오염수가 되면 이를 오염수 정수장치(30)를 통해서 정수시켜주는 것이다. 이 오염수 정수장치(30)는 선박의 특성 및 사용자의 요구에 따라 다양한 형태로 방법을 선택할 수 있다. 본 발명에서 실시한 오염수 정수장치(30)는 다음과 같다.
우선 해수가 스크러버(20)를 통과하여 오염되면 산성과 탁도를 갖는 오염수가 되는데, 이 오염수를 탱크에 일시 보관시키게 된다. 탱크에 보관된 오염수는 원심력을 활용한 펌프 혹은 원심분리기에 전달되어 슬러지와 1차 정화수로 분리되고, 집적된 슬러지는 슬러지탱크(72)로 전달되고, 1차 정화수는 NaOH 등과 같은 화학물질을 이용하여 중화 처리된 후 해상으로 배출된다.
또한 다른 정수방법은 1차 정화수를 다시 물과 미연 연료(오일)로 분리하기 위해 오일분리기로 전달하는 것이다. 그리고 이 분리기에서 걸러진 오일 성분은 오일탱크로 분리되어 저장되고, 오일성분이 제거된 2차 정화수는 다시 활성탄필터를 통해서 다시 한 번 정화시키고 NaOH로 용해하여 화학적 정화를 달성한 후 선박의 외부로 배출시키게 된다.
본 발명은 이러한 선박 엔진(10)의 배기가스를 정화한 후 배기가스를 배기하는 과정과 배기가스를 정화시키는 해수를 재 정수하는 과정을 모두 모니터링하는 것도 특징이 있다. 즉, 엔진에서 배출되는 배기가스의 처음의 오염도를 측정하고, 이것이 스크러버(20)를 통해서 배출될 때의 오염도를 다시 측정하여 그 비교치를 분석하는 것이다. 또한 상기 스크러버(20)에서 배출되는 오염수의 오염도를 측정하고 선박의 외부로 배출되는 정화된 물의 오염도를 다시 측정하는 것도 모니터링된다.
그럼 도 4와 함께 본 발명의 기본적인 배기가스 오염물 저감시스템에 추가되는 장치를 포함하는 배기가스 오염물 저감 통합시시템의 보다 상세한 구성과 그 작용을 살펴본다. 도 4에서처럼 본 발명은 펌프(71)를 통한 스크러버(20)로 해수의 공급시, 전기분해모듈(75)을 통해서 전해수를 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 스크러버(20)는 기체 속에 부유하고 있는 고체입자 또는 액적의 분리를 수행함에 있어서 비중의 차에 의한 분리를 하고, 여러 개로 설치되는 분무노즐을 통해서 분사되는 해수의 미립자를 이용하여 정화를 하되 특히 탈황의 효과가 높도록 설계되어 있다. 그런데 이러한 분리의 작업을 함에 있어서 해수를 그대로 스크러버(20)에 투입하는 방식에 비하여 해수의 알카리도를 증가시킨 전해수를 주입하면 배기가스 내의 CO2의 효과적인 제거를 수행하기 용이하다. 해수를 직접적으로 투입하는 것이 아니고, 해수를 전기분해모듈(75)을 통해서 전해수로 변환시키고, 그 변환된 전해수를 스크러버에 투입하는 것이다. 이렇게 투입된 전해수는 그 스크러버(20)에서 배기가스와 혼합 또는 화합작용에 따라 CO2는 물론 NOx의 분리 효과에도 큰 기대가 된다. 또한 스크러버(20)의 유입부에서 전해수와 배기가스의 접촉효율을 높이기 위해 유입 배관을 이중으로 분관하여 스크러버(20)에 접속방향으로 전달되도록 설계하여 스크러버(20)의 효율을 향상시키도록 할 수 있다.
다음으로 본 발명에서는 모니터링장치(60)를 비치하고 있는데 이에 대한 세부적인 구성과 그 작용을 상세히 살펴본다.
본 발명에 따른 모니터링장치(60)는, 배기가스를 스크러버(20)에 공급하는 공급관, 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관, 스크러버(20)에서 오염수 정수장치(30)로 오염된 해수를 공급하는 공급관 그리고 오염수 정수장치(30)에서 외부로 해수 정화수를 배출시키는 배출관에 선택적으로 채택되어 배기가스와 오염수의 오염도를 모니터링하고 배출 제어를 하는 것이다.
본 발명 시스템에서 주안점은 배기가스가 배출되고, 또 배가가스에 포함된 각종의 유해성분이 걸러지는데 있지만, 그러한 과정과 내용을 모두 자동으로 모니터링할 수 있다는 점이다. 모니터링의 방법은 아주 다양하게 선택되어 질 수 있는데, 먼저 엔진(10)에서 배출되는 최초의 배기가스가 모니터링될 수 있다. 엔진(10)에서 정화를 위해 스크러버(20)로 입사되기 전에 이미 배기가스의 주 성분이 무엇인지, 그 포함량은 어느 정도인지가 모니터링된다. 분석된 유해성분의 농도를 기준으로 본 발명의 저감시스템에서 해수 분사량을 얼마로 할 것인지와 같은 시스템 운용방법을 결정할 수 있다.
물론 이는 본 발명의 오염물 저감시스템을 통해서 오염도가 저감된 상태에서의 오염도와 비교되고 본 발명의 시스템이 어느 정도의 저감 효과를 가지는지 가늠할 수 있기에 필요한 절차이다. 스크러버(20)에서 배출되는 배기가스의 오염도를 다시 한 번 측정하여 이 배기가스를 그대로 선체의 외부로 방출시킬 지 결정하고, 오염도가 기준치 이상일 경우에는 본 발명에서는 다시 재순환시켜 다시 한 번 스크러버(20)로 투입시키는 과정이 추가될 수 있다. 배기가스를 재순환하는 것은 간단한 배관작업만으로 엔진 연소로의 온도를 낮추어 배기가스 중 질소산화물의 농도를 낮추기 위해서도 적용될 수 있는 방법으로 본 발명의 목적을 달성하면서 추가적인 효과를 나타내므로 유용하게 적용될 수 있다.
상기 오염도의 기준치란 각국의 조약이나 규약을 통해서 이미 정해진 상태이기에 이를 따르는 것이 유익하다. 또한 상기 조약이나 규약의 경우도 해를 거듭하며 그 배출 오염도의 허용치의 규제가 강화되고 있는 추세이기에 이를 감안해서 재순환의 과정을 투입하는 것이다.
중요한 점은 현행 오염 배기가스 규제 규약이나 조약은 선박의 무게와 크기에 따라 별도의 허용치가 적용되고 있기에 선박에 따라 본 발명의 구성을 선택적으로 채용이 가능하다는 것이다. 규제가 약한 선박의 경우 엔진(10)에서 배기되는 배기가스만을 측정할 수 있으며, 규제가 타이트한 선박의 경우 스크러버(20)를 통해서 배출되는 배기가스의 오염도도 측정하고, 이를 전자적인 문서로 저장하여 그 동안의 경과를 모니터링할 수 있도록 하는 것이다. 특히 상기 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관에는 별도의 밸브를 내장시켜 규제 허용치를 벗어나는 배기가스가 모니터링장치(60)에서 검측될 경우에는 밸브의 개폐도 제어할 수 있다. 밸브를 개방하여 바로 선박 외측으로 배기시킬 수도 있고, 밸브를 닫아 배기가스의 재순환을 달성할 수도 있다.
또한 본 발명의 모니터링장치(60)의 경우 도시된 도 5에서처럼 배기가스 뿐만이 아니고 스크러버(20)에서 배출되는 오염수의 정화 과정도 모니터링된다.
스크러버(20)란 해수를 사용하여 배기가스의 오염도를 떨어트리는 장치이다. 배기가스에서 다량의 SOx를 걸러내면 해수는 오염물을 수용한 상태의 혼탁한 산성 오염수가 된다. 이러한 오염수가 그대로 해상으로 방출되면, 어류의 서식에 지장을 초래할 수 있으므로 국제해사기구는 배출수의 산성도, 탁도 및 탄화수소를 규제하고 허용 오염도 이하로 배출하도록 권장하고 있다.
본 발명에서는 상기 스크러버(20)에서 배출되는 오염된 해수의 오염도를 측정하고, 또 이 오염수가 오염수 정수장치(30)에 의해 정수되고 난 후의 오염도를 별도로 측정하여 모니터링한다.
결국 본 발명에서는 도시된 도 5의 도면에서처럼, ㉠ 내지 ㉣의 단계에서 선택적으로 오염도를 측정하는 것이다. ㉠과 ㉡의 경우 배기가스의 오염도를 모니터링하는 것이고, ㉢과 ㉣은 오염수의 오염도를 측정하는 것이다. 이 중 본 발명의 시스템은 선박의 무게와 크기 및 협정된 조약이나 규약에 따라 선택적으로 모니터링이 가능하기에, 모니터링 위치가 추가되더라도 배기가스나 오염수를 샘플링하는 방식을 채택한 장치이므로 추가적으로 선택하여 모니터링이 가능하도록 설계되었다.
전술된 본 발명의 기본적인 시스템에서는 특히 스크러버(20)를 통해서 배기가스의 오염도를 저감시키는 시스템을 설명하고 있다. 스크러버(20)란 탈황의 작용에 효과적인 장치이다. 또한 해수를 전기분해하여 전해수로 투입하면 CO2와 NOx의 제거에도 도움이 된다.
본 발명의 시스템은 이러한 스크러버(20)를 통한 오염도 저감시스템에 별도 장치를 추가하여 다른 오염물에 대한 오염도를 떨어트리고 있다. 그 하나가 선택적 촉매환원장치(50)이다.
즉, 본 발명에서는 상기 배기가스를 스크러버(20)로 공급하는 공급관이나 또는 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관에는 선택적 촉매환원장치(50)를 부가하여 질소산화물을 파형의 촉매장치를 통해서 저감시키는 것으로 탈질장치라고도 한다.
선택적 촉매환원장치(50)의 경우 도시된 도 4에서처럼 스크러버(20)의 상단에 결합시켜 사용함이 바람직하나, 연료의 조건에 따라 도 6의 (a)에서처럼 스크러버(20)에 배기가스가 투입되기 이전에 배기가스를 정화시키는 것도 사용 가능하다.
선택적 촉매환원장치(50)를 도 4에서처럼 결합시키기 위해서는 스크러버(20)를 통과하면서 냉각된 배기가스를 가열할 수 있는 장치(76)가 추가적으로 요구된다. 이러한 배기가스의 가열은 스크러버(20)로 유입되기 전의 고온 가스와의 열교환을 통해 이룰 수도 있으나 목표 온도보다 낮을 경우 추가적으로 가열장치(76)를 포함하여야 한다.
본 발명에서 사용되는 선택적 촉매환원장치(50)는 물결무늬(파형)의 촉매장치를 활용하여 내구성 및 설치용이성에 대한 장점을 높였다.
또한 본 발명은 상기 배기가스를 스크러버(20)로 공급하는 공급관이나 또는 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관에는 분진제거장치(40)를 부가하여 배기가스 중 미세 분진을 제거시키는 것도 가능하도록 설계된다.
도 5에서처럼, 상기 분진제거장치(40)는 스크러버(20)의 상단에 설치되는데, 상기 선택적 촉매환원장치(50)와 함께 결합된다면, 상기 선택적 촉매환원장치(50) 전이나 후에 설치되어도 무방하다. 또한 도 6에서 도시된 것처럼 연료의 조건에 따라 스크러버(20)를 거치기 전에 배기가스에서 직접적으로 분진을 제거할 수도 있다. 본 발명의 배기가스 오염물 저감시스템에서는 배기가스에 포함된 유해성분 중 입자가 큰 분진은 스크러버(20)로 처리하고 입자가 작은 미세분진은 분진제거장치(40)로 제거하는 것이 바람직하다.
그럼 이미 개략적인 모습을 설명한 상기 모니터링장치(60)의 주요한 구성 및 작용을 설명한다. 본 발명의 모니터링장치(60)는 분석장치(69)와 모니터링컴퓨터(77)로 구성된다.
상기 또한 분석장치(69)는 배기가스분석장치와 배출수분석장치로 구분된다.먼저 배기가스분석장치는 배기가스에서 변화되는 NOx 성분의 농도를 측정하는 NOx 분석기(61), SOx 성분의 농도를 측정하는 SOx 분석기(62), 입자와 같은 분진을 측정하는 분진 분석기(63), CO, CO2 및 O2의 농도를 측정하는 COx/O2 분석기(64)가 선택적으로 구성된다.
또한 배출수분석장치는 스크러버(20)로부터 배출되는 오염수에서 변화되는 수소이온농도를 측정하는 pH 분석기(65), 오염수의 혼탁정도를 측정하는 탁도분석기(66), 미연탄소를 포함하는 탄화수소류의 농도를 간접적으로 측정하는 oil 분석기(67)가 선택적으로 결합되어 구성된다.
또한 상기 선택된 분석기들로부터 검측된 내용을 조합하고, 제어신호를 발생시켜 배기와 배출을 제어하는 모니터링컴퓨터(77)가 별도로 구성되어 유무선 통신으로 분석기와 연결된다. 따라서 이들이 결합하여 NOx, SOx, 분진 및 CO, CO2, O2 배기가스 성분과 pH, 탁도, oil 과 같은 오염수 성분의 농도를 측정하고, 배출되는 량을 제어하고 조절하며, 문서화할 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 발명의 모니터링장치(60) 필요에 따라 서로 다른 시스템으로 형성될 수 있다. 즉, 분석장치(69)는 NOx 성분의 농도를 측정하는 NOx 분석기(61), SOx 성분의 농도를 측정하는 SOx 분석기(62), 입자와 같은 분진을 측정하는 분진 분석기(63), CO, CO2 및 O2의 농도를 측정하는 COx/O2 분석기(64) 중 필요에 따라서 선택적으로 구성될 수 있다. 시스템의 운용상 저감시스템을 채택하지 않는다면 국제해사기구의 권장사항에 따라 NOx 분석기(61)와 COx/O2 분석기(64)가 기본적으로 채택된다. 만약 스크러버(20)만 존재하다면 SOx 분석기(62)와 분진분석기만 분석장치로 채택될 수 있고, 스크러버(20)와 전기분해모듈(75)이 장착되었다면 SOx 분석기(62)와 COx/O2 분석기(64)가 채택될 수 있다. 또한 선택적 촉매 환원장치(50)만을 장착했을 경우 NOx 분석기(61)와 COx/O2 분석기(64)가 채택된다. 본 발명에서 스크러버(20)는 탈황, 선택적 촉매환원장치(50)는 탈질, 분진제거장치(40)는 배기가스에 포함된 분진이나 오염된 미립자, 전해수는 CO2 량을 감소시키기 위해 선택되어 진다.
이들의 검측의 시점은 전술된 것처럼 도시된 도 5에 ㉠ 내지 ㉣이 선택적으로 가능하다. 본 발명의 모니터링장치(60)는 배기가스만을 모니터링하지 않고, 그 배기가스를 정화시킨 오염된 해수도 검측하고 모니터링하는 것이다. 물론 전술된 것처럼 이 모니터링의 시점도 선택적으로 채택 가능하다. 만일 본 발명을 실시한 선박에 선택적 촉매환원장치(50)와 분진제거장치(40)가 없다면, 스크러버(20)를 통과한 배기가스를 직접적으로 검측하고 모니터링할 것이고, 별도의 촉매환원장치(50)와 분진제거장치(40)가 있다면 이 장치를 거친 배기가스를 검측하고 모니터링할 것이다.
또한 본 발명의 선택적 촉매환원장치(50)와 분진제거장치(40)가 스크러버(20)의 끝단에 장착된 것이 아니고, 배기가스가 스크러버(20)에 투입되기 전 과정에서 장착된 상태라면 스크러버(20)의 후단에서 검측하고 모니터링하는 것이다. 이는 장착된 시스템에 따라 변환이 가능하고, 또 선택될 수 있는 사항이기에 그리 중요한 사항은 아니다.
단지, 본 발명에서 중요한 점은 배기가스의 처음 오염도, 이 배기가스를 정화하고 남은 오염수의 처음 오염도와 이들이 각각의 스크러버(20)는 물론 선택적 촉매환원장치(50)와 분진제거장치(40) 및 오염수 정수장치(30)를 거치고 난 후의 오염도도 측정하여 비교 판단한다는 점이다. 이러한 이유는 전술된 상기 배기가스의 경우도 그 오염도가 규정치에 비하여 높은 오염도를 가질 경우 재순환하여 재 정화하는 과정을 거치고 이들도 모두 모니터링될 것이며, 오염수의 경우도 배출 규정치에 비하여 높은 오염도를 가질 경우에는 별도의 라인을 통해 오염수 정수장치(30)로 재 유입되는 과정을 통해서 다시 한 번 정수되는 과정을 거치게 된다. 물론 이들도 모두 재 검측과 모니터링되는 과정을 거치게 된다.
이러한 모든 과정들은 유무선통신으로 연결된 별도의 모니터링컴퓨터(77)와 통신을 하여 별도의 전자화된 문서로 저장되며, 이 문서들은 필요한 곳에 제출되거나 활용될 수 있다. 또한 본 발명의 오염도 저감시스템의 효능을 인지할 수 있는 자료가 된다.
그럼 본 발명에 따른 상기 오염물 저감시스템의 모니터링 방법을 순차적으로 설명한다.
본 발명은 먼저 도시된 도 7에서처럼, 제1단계 : 엔진(10)에서 배출되는 배기가스를 분석하는 단계(A110)를 거친다.
시스템을 통해서 일부 설명된 것처럼, 엔진에서 배출되는 최초의 배기가스를 분석하는 것이다. 각각의 분석기를 통해서 오염도를 순차적으로 검측하는 것이다.
NOx, SOx, 분진, 및 CO, CO2, O2의 량을 NOx 분석기(61), SOx 분석기(62), 분진 분석기(63) 및 COx/O2 분석기(64)로 검측을 한다.
이들의 검측은 다음의 제2단계 : 스크러버(20)에서 배출되는 배기가스를 분석하는 단계(A120)를 거치며 다시 한 번 이루어 질 수 있다. 스크러버(20)를 통해서 이미 정화된 배기가스가 허용 오염도 이내로 정화되었는지를 판단하기 위해 이를 검측하고 모니터링하는 것이다.
또한 배기가스를 정화시키는데 사용된 해수의 경우도 제3단계 : 스크러버(20)에서 배출되는 오염수를 분석하는 단계(A130)를 거치며 검측되고, 제4단계 : 오염수 정수장치(30)에서 배출되는 정화수를 분석하는 단계(A140)를 거치며 검측된다. 도 7의 경우 연속모니터링 상황에서는 각 단계가 순차적으로 발생하는 것은 아니며 각 단계가 동시에 이루어지면서 각 단계에서 측정한 자료가 모니터링 자료로 저장된다.
이렇게 검측된 오염도에 대한 정보는 제5단계 : 분석된 내용을 모니터링하여 시스템을 제어하고, 모니터링 과정을 문서화하는 단계(A150)를 거치며 거듭 완성된다.
이 과정에서 중요한 사항은 이미 시스템을 설명하면서 서술하였지만, 시스템에 따라 서로 다른 시스템으로 구성될 수 있다는 것이다. 즉, 필요없는 단계는 생략될 수 있도 있고 반드시 필요한 단계는 기본적인 배기가스 오염물 저감시스템에 추가될 수도 있는 것이다. 전술된 것처럼 강한 규제에서 벗어날 수 있는 작은 선박의 경우 스크러버(20)를 거친 배기가스의 오염도나, 특별히 시스템 장착에 큰 비용이 발생된다면 엔진에서 배출되는 배기가스의 성분을 분석하는 과정도 생략이 가능하다.
그러나 스크러버(20)를 통과하여 오염도를 떨어트린 배기가스의 오염도가 규제범위를 벗어나는 것인지가 중요하기에 그 과정만 모니터링해도 무방한 것이다.
이러한 것은 상기 오염수의 검측과 모니터링과정에서도 동일하게 적용되는데, 스크러버(20)를 통과하여 오염수 정수장치(30)로 유입되는 오염수만의 오염도를 계측하고 측정하며 모니터링할 수도 있고, 다음의 단계인 오염수 정수장치(30)를 통과한 오염수의 오염도를 측정할 수도 있다. 전자는 규제가 그리 강화되지 않은 작은 선박에 채택되어도 무방하며, 후자는 시스템 장착에 많은 비용을 투입할 수 없는 선박에 사용 가능하다. 물론 양자를 모두 장착하여 검측하고 모니터링하는 방법이 가장 최선이다.
상기 모니터링 방법의 가장 핵심적인 사항은 상기 제2단계에서 스크러버(20)에서 배출되는 배기가스를 분석하여 배출허용 오염도 이내라면 배기가스를 배출하고, 배출허용 오염도 이외라면 배기가스를 재순환시켜 스크러버(20)를 통해 다시 저감시키는 방식이다.
도 8에서 보이듯, 스크러버(20)를 통과하면서 배출되는 정화된 배기가스를 검측하고 배출허용의 오염도 이내라면 배기가스를 그대로 배출할 것이고(A122), 그렇지 않고 오염도가 감소가 작아 배출 허용치(규제범위) 이외라면 다시 스크러버(20)로 재순환시켜 재 정화시키는 것이다(A121). 이때 상기 배기가스가 스크러버(20)를 통과하기 전에 분진제거장치(40)나 선택적 촉매환원장치(50)를 거치게 되는 경우와 스크러버(20)의 통과 후에 분진제거장치(40)나 선택적 촉매환원장치(50)를 거치는 경우는 다르다. 상기 후자의 경우는 스크러버(20) 통과 후에 검측되는 것이 아니고, 분진 제거장치(40)나 선택적 촉매환원장치(50)를 거치고 나서 검측되고 재순환 여부를 검토한다. 즉, 본 발명의 시스템은 옵션의 형태로 장착되는 구성들이 다수 존재하기에 이 옵션의 장착 여부에 따라 검측의 시점과 이를 통해서 모니터링하는 시점 및 재순환의 시점이 변화 가능하다.
이와 동일한 방식으로 본 발명에서는 제3단계에서 스크러버(20)에서 사용된 해수가 상태 변화한 오염수를 분석하여 배출허용 오염도 이내라면 해상으로 배수하고, 배출허용 오염도 이외라면 오염수 정수장치(30)로 다시 이동시키는 것이 바람직하다. 도시된 도 8에서처럼, 전술된 배기가스만이 아니고 배기가스를 정화시켜 생성된 오염수의 경우도 별도의 오염수 정수장치(30)를 통해 정수되고, 정수치가 규제치에 못 미치는 경우는 재 순환시키는 과정을 거치는 것이다. 물론 상기 오염수 정수장치(30)를 거치며 발생된 슬러지의 경우 별도의 슬러지 탱크(72)에 저장되었다가 육상의 별도의 처리시설(73)로 옮겨 폐기처분된다.
다만 앞서 기술하였듯이 도 8의 경우 연속모니터링 상황에서는 배기가스와 배출수에 대한 제어가 순차적으로 발생하는 것은 아니며 배기가스와 배출수에 대한 제어가 각각 동시에 이루어지게 될 것이다.
다시 설명하자면 도시된 도 4에서처럼, 제4단계에서 오염수 정수장치(30)에서 정화된 오염수는 배수하되, 그 슬러지는 슬러그탱크(72)에 저장시키고, 항해가 끝나면 별도의 슬러지 처리시설(73)에서 폐기되는 것이다. 그런데 특이한 점은 상기 정화수의 경우 그 배수가능성이 있을 때, 도시된 도 8에서처럼 분리되어 배수가 가능하다. 어느 정도 그 정화의 효과가 높은 해수의 경우 모니터링장치(60)가 판단하여 스크러버(20)로 다시 회기시켜 재 사용할 수도 있고, 해상으로 배수할 수도 있다. 즉, 정화가 이루어진 해수의 경우 2가지의 라인으로 갈라질 수 있는 것이다. 전자는 재사용하는 과정을 A142의 단계로 표시하였고, 배수하는 과정은 A141로 표시하였다. 그리고 도 8에서 전술된 슬러지탱크로 이동하는 단계는 A143, 육상의 슬러지 처리시설에서 관리 단계는 A144로 표시하였다. 그리고 다른 도 8의 설명부호로 A110은 엔진 배기가스를 분석장차로 분석하는 단계를 표시하였고, A130, A131, A132, A133은 스크러버(20)를 통과한 오염수 및 정화수의 이동에 관한 단계를 도면에 표시한 사항이다. 모든 단계에 대한 설명은 명세서에 상세히 되어 있다.
10; 엔진 20; 스크러버
40; 분진 제거장치 30; 오염수 정수장치
50; 선택적 촉매 환원장치 60; 모니터링장치
61; NOx 분석기 62; SOx 분석기
63; 분진분석기 64; C-분석기
69; 분석 장치 71; 펌프
72; 슬러지탱크 73; 슬러지 처리시설
74; 리사이클기관 75; 전기분해모듈
76; 열교환기/가열장치 77; 모니터링컴퓨터
80; 유무선통신

Claims (10)

  1. 선박의 엔진(10)에서 공급관을 통해 배기가스를 공급받고, 펌프(71)로 끌어올린 해수를 분사하여 상기 배기가스를 정화시키는 스크러버(20);
    스크러버(20)에서 상기 배기가스를 정화시킨 후 배출되는 오염된 해수(오염수)를 슬러지와 1차 정화수로 분리시키고, 상기 1차 정화수 또는 상기 1차 정화수에 포함된 오일 성분을 제거한 2차 정화수를 중화 처리하여 정화시키는 오염수 정수장치(30);
    오염수 정수장치(30)에서 집적된 슬러지를 모으는 슬러지탱크(72); 및
    상기 엔진(10) 배기가스의 변화 상태와 오염수 정수장치(30)로 정화되는 오염수의 변화 상태를 모니터링하는 모니터링장치(60);를 포함하고,
    상기 모니터링장치(60)는,
    상기 배기가스를 스크러버(20)에 공급하는 상기 공급관, 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관, 스크러버(20)에서 오염수 정수장치(30)로 오염된 해수를 공급하는 공급관 및 오염수 정수장치(30)에서 외부로 정화수를 배출시키는 배출관 중에서, 스크러버(20) 후단에서 배출되는 가스에 포함된 오염물질 중 SOx, NOx, CO, CO2, O2 및 분진을 측정하며, 오염수 정수장치(30)에서 배출되는 오염수로부터는 pH 농도, 탁도 및 oil 함유량을 측정하며, 상기 모니터링된 오염도를 전자적인 문서로 저장하거나 상기 모니터링된 오염도가 규제 허용치를 만족시킬 경우에 상기 배기가스와 오염수의 배출을 허용하는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물 저감시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    펌프(71)를 통한 스크러버(20)로 해수의 공급시,
    공급된 해수에 별도의 전기분해모듈(75)을 통해서 전해수를 공급하고, 전해수와 배기가스의 접촉효율을 높이기 위해 유입관을 이중으로 분관하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물 저감시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    배기가스를 스크러버(20)로 공급하는 공급관이나 또는 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관에는 스크러버(20)로 유입되기 전 미처리 배기가스와 스크러버(20)를 통과한 처리 배기가스 사이의 열교환을 위한 열교환기와 배기가스 가열장치(76)를 포함한 선택적 촉매환원장치(50)를 부가하여 질소 산화물을 파형의 촉매장치를 통해서 저감시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물 저감시스템.
  5. 제1항 또는 4항에 있어서,
    배기가스를 스크러버(20)로 공급하는 공급관이나 또는 정화된 배기가스를 스크러버(20)에서 외부로 배출시키는 배기관에는 분진제거장치(40)를 부가하여 미세분진을 제거시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물 저감시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    모니터링장치(60)는,
    배기가스에서 변화되는 NOx 성분의 농도를 측정하는 NOx 분석기(61), SOx 성분의 농도를 측정하는 SOx 분석기(62), 입자와 같은 분진을 측정하는 분진 분석기(63), CO, CO2 및 O2의 농도를 측정하는 COx/O2 분석기(64)가 선택적으로 결합된 배기가스 분석장치와; 오염수 정수장치(30)로부터 배출되는 오염수에서 변화되는 수소이온농도를 측정하는 pH 분석기(65), 오염수의 혼탁정도를 측정하는 탁도분석기(66), 미연탄소를 포함하는 탄화수소류의 농도를 간접적으로 측정하는 oil 분석기(67)가 선택적으로 결합된 배출수 분석장치로 이루어진 분석장치(69); 및 상기 선택된 분석기들로부터 검측된 내용을 조합하고, 제어신호를 발생시켜 배기와 배출을 제어하는 모니터링컴퓨터(77);가 결합하여, NOx, SOx, 분진 및 CO, CO2, O2 배기가스 성분과 pH, 탁도, oil 과 같은 오염수 성분의 농도를 측정하고, 배출되는 량을 제어하고 조절하며, 문서화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물 저감시스템.
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