KR101391334B1 - 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박에 탑재되는 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 본 출원의 일 형태에 따르면, 엔진에서 배출되는 배기가스와 환원제를 반응시켜 상기 배기가스 중 질소산화물을 환원시키되 환원제로서 탄화수소를 사용하는 촉매부, 상기 환원제를 상기 촉매부에 공급하는 환원제 공급부, 공기에서 질소를 분리하는 질소분리부 및 상기 질소분리부에서 질소가 분리된 나머지 공기를 상기 촉매부에 공급하는 산소공급부를 포함하는 배기가스 정화장치가 개시된다.

Description

배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박{Device for Purifying Exhaust and Vessel having the Same}
본 발명은 선박에 탑재되는 배기가스 정화장치에 관한 것이다.
산업이 발달하면서 선박을 이용한 해상운송이 보다 확대되고 있다. 또한, 산업의 발달과 함께 환경오염의 우려 또한 대두되고 있으며, 그 대응책으로 많은 환경규제들이 생겨나고 있다.
통상 물류의 운송을 위한 선박은 유류 또는 가스를 연료로 하는 엔진에 의해 추진되는데, 이러한 경우 배기가스가 필연적으로 발생한다.
상기와 같은 배기가스 중 특히 질소산화물(NOx)은 환경에 끼치는 악영향이 매우 커서 주요한 환경규제의 대상이 되고 있다.
한편, 국제해사기구(IMO)에서는 환경보호를 위해 도 1과 같이 질소산화물의 배출을 등급별로 규제하고 있다.
상기와 같은 질소산화물의 배출 규정은 지역에 따라 다르게 적용되는데, 특히 Tier3 등급은 육지와 인접한 연안 등 특별히 지정된 배출가스 제한 구역(Emission Control Area)에서 적용되고 있다.
상기와 같은 배출가스 규정을 만족시키기 위해, 엔진의 효율을 높이거나 사용연료를 변경하거나 배기가스 중 황화합물(Sox) 또는 질소산화물(NOx)을 저감시키는 후처리를 하는 기술 등이 제시되고 있다.
상기와 같이 기술 중 배기가스를 후처리 하는 기술 중 질소산화물의 저감을 위하여 요소수를 이용한 선택적촉매환원법(SCR: Selective Catalytic Reduction)이 널리 사용되고 있다.
상기 요소수를 이용한 선택적촉매환원법은 도 2에 도시된 바와 같이, Al2O3, TiO2 등의 담체와 Pd, Pt, Rd, RU등의 활성성분으로 이루어진 촉매(40)가 엔진(10)의 배기가스의 배출경로(30)상에 배치시키고, 배기가스가 촉매(40)에 진입하기 전에 상기 배기가스에 환원제로서 요소수(Urea)를 분사하여 상기 촉매(40)에서 질소 산화물들이 질소로 환원되도록 반응시키는 방법이다.
그러나, 상기와 같은 요소수를 이용한 질소산화물의 선택적촉매환원법은 선박 내에 환원제로 사용되는 요소수를 별도로 탑재 저장해야 하므로, 연료를 저장하는 연료탱크(20) 이외에도 별도의 요소수 저장탱크(50)에 소요되는 공간이 필요한 문제가 있으며, 요소수를 구입해야 하는 문제가 있다.
또한, 일반적으로 선박의 엔진은 디젤엔진이 주를 이루는데, 상기 디젤엔진은 중유(HFO: Heavy Fuel Oil) 또는 경유(MDO: Marin Diesel Oil)를 사용하고 있다.
상기 중유는 경유에 비해 상대적으로 저렴한 대신에 특정 온도 이상으로 가열하고 정화시켜야 선박에서 연료로 사용할 수 있고, 질소산화물이나 황산화물 등의 유해물질이 더 많이 배출되는 경향을 보인다.
또한, 상기 경유는 중유에 비하여 상대적으로 가격이 비싸며 유해물질의 배출이 적으나 그래도 여전히 질소산화물이나 황산화물 등의 유해물질을 배출하고 있어 배기가스의 후처리가 필요하다.
한편, 최근에는 선박의 엔진 연료로서 중유나 경유 대신 천연가스를 연료로 사용하는 엔진이 개발되고 있다. 상기와 같은 천연가스를 사용하는 엔진의 경우 배기가스에 질소산화물이나 황산화물 등의 유해물질의 농도를 획기적으로 저감할 수 있다.
그러나, 비중이 매우 낮은 천연가스의 특징과 회전수가 낮고 연소실의 크기가 매우 큰 선박용 엔진의 특징으로 인해, 연소실에 공급된 천연가스중 일부가 미쳐 연소하지 못하고 배기가스로 배출되는 문제가 있다.
이러한 미연소 연료가 배기가스로 배출되는 현상을 슬립(Slip)이라 부르는데, 천연가스는 그 주성분이 메탄(CH4)이며, 메탄의 경우에는 지구온난화에 끼치는 온실효과의 영향이 이산화탄소의 23배에 달하는 점을 고려할 때, 슬립된 메탄은 반드시 해결되어야 하는 문제이다.
또한, 최근에는 앞서 설명한 중유나 경유 및 천연가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 이중연료엔진(Dual Fual Engine)이 개발되고 있어, 질소산화물은 물론 슬립된 메탄을 모두 처리할 수 있는 배기가스 정화장치의 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허 10-2012-0056476 한국등록특허 10-0614199
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원은 질소산화물은 물론 슬립된 메탄을 모두 효율적으로 처리할 수 있는 배기가스 정화장치를 제공하는 것이 과제이다.
또한, 본 출원은 중유 및 경유 또는 천연가스를 연료로 사용하는 이중연료엔진을 탑재하여 보다 청정한 배기가스를 배출하는 선박을 제공하는 것이 과제이다.
본 출원의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 일 형태에 따르면, 엔진에서 배출되는 배기가스와 환원제를 반응시켜 상기 배기가스 중 질소산화물을 환원시키되 환원제로서 탄화수소를 사용하는 촉매부, 상기 환원제를 상기 촉매부에 공급하는 환원제 공급부, 공기에서 질소를 분리하는 질소분리부 및 상기 질소분리부에서 질소가 분리된 나머지 공기를 상기 촉매부에 공급하는 산소공급부를 포함하는 배기가스 정화장치가 개시된다.
상기 촉매부는, 엔진에서 배출되는 배기가스와 상기 환원제가 혼합되는 믹서 및 상기 믹서에서 환원제와 혼합된 배기가스의 환원반응이 일어나는 촉매를 포함하며, 상기 환원제 공급부는 상기 믹서로 환원제를 공급하도록 이루어질 수 있다.
상기 산소공급부는, 상기 질소분리부에서 질소가 분리된 나머지 공기가 저장되는 공기저장탱크, 상기 공기저장탱크의 공기를 상기 촉매까지 안내하는 공기공급관 및 상기 공기공급관 내 공기를 상기 촉매로 유동시키는 펌핑수단을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 산소공급부로부터 공급되는 공기를 상기 촉매부의 환원반응이 일어나는 온도까지 가열하는 히터를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 환원제 공급부는, 천연가스 저장탱크에서 저장된 천연가스를 환원제로 사용하도록 이루어질 수 있다.
본 출원의 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 엔진의 연료로서 천연가스를 사용하므로, 배출가스중 질소산화물 등의 유해물질의 농도를 획기적으로 저감시킬 수 있다.
둘째, 상기한 엔진이 LNG 운반선에 적용될 경우 선박에 저장된 천연가스를 연료로 사용할 수 있으므로, 별도의 연료탱크가 필요없거나 연료탱크의 크기를 줄일 수 있어 천연가스 저장탱크의 크기를 더욱 확대시킬 수 있다.
셋째, 배기가스 중 질소산화물 등의 유해물질을 환원시키는 촉매에 공급되는 환원제로서 선박에 기 저장된 천연가스를 사용할 수 있어, 별도의 요소수 저장탱크가 필요없어 선박의 한정된 공간을 더욱 효율적으로 사용할 수 있으며 요소수를 따로 구매할 필요가 없어 운용의 편리성이 향상될 수 있다.
넷째, 엔진에서 슬립된 천연가스(메탄)을 환원제로 사용할 수 있어 배기가스 중 슬립된 메탄의 처리와 질소산화물의 처리를 동시에 이룰 수 있다.
다섯째, 배기가스 중 질소산화물 등의 유해물질을 환원시키는 촉매에 고농도의 산소를 공급함으로써 환원반응이 더욱 활발하게 이루어지도록 유도하여 배기가스 중 유해물질의 농도를 더욱 효과적으로 경감시킬 수 있다.
여섯째, 촉매에 공급되는 고농도의 산소가 포함된 공기를 선박에 여러가지 다양한 목적으로 활용되도록 기 설치되는 질소분리기에서 질소 분리 후 배출되는 고농도의 산소가 포함된 공기로 활용하므로 추가적인 설비 및 장치가 적어 저비용으로 구성할 수 있는 효과가 있다.
본 출원의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 출원을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 국제해사기구의 질소산화물 배출규제 규정의 한 예를 나타낸 표;
도 2는 선박에 적용되는 요소수를 이용한 선택적촉매환원법의 배기가스 처리장치를 간략하게 도시한 도면;
도 3은 본 출원의 탄화수소를 이용한 배기가스 정화장치가 선박에 적용된 모습을 간략하게 도시한 단면도;
도 4는 도 3의 배기가스 정화장치의 일 실시예의 구성을 간략하게 도시한 도면; 그리고,
도 5는 배기가스에 포함된 산소의 농도 변화에 따른 환원 효과의 변화를 도시한 그래프 이다.
이하 본 출원의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)가 선박(200)에 적용된 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 배기가스 정화장치는 반드시 이에 한정된 것은 아니며, 배기가스가 배출되는 엔진이 적용된 어떤 것에도 적용될 수 있다.
상기 선박(200)은 액화천연가스(LNG)를 운반하는 LNG 운반선일 수 있다.
상기 LNG 운반선(200)은 액화천연가스를 저장하기 위한 다수개의 천연가스 저장탱크(210)가 구비되며, 선박(200)의 추진을 위한 엔진(230)이 구비된다.
그리고, 상기 엔진(230)에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기관(242)이 선박의 연돌(240)에 설치될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 엔진(230)은 전통적인 연료인 중유나 경유는 물론 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 이중연료엔진(Dual Fuel Engine)이 적용될 수 있다.
상기 이중연료엔진(230)은 중유 또는 경유를 연료로 사용하다가 필요에 따라 상기 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 저장된 천연가스를 연료로 사용할 수 있도록 구비될 수 있다.
즉, 선박(200)의 천연가스 저장탱크(210)에 기 저장된 천연가스를 연료로 사용할 수 있으므로 중유 또는 경유의 저장량을 줄일 수 있으며, 액화천연가스의 운송시 천연가스 저장탱크(210) 내에서 액화천연가스가 기화하여 발생하는 증발가스(BOG: Boilled Off Gas)를 연료로 활용할 수 있으며 배기가스 중 질소산화물 등의 유해물질의 농도를 낮출 수 있다.
물론, 본 발명이 적용되는 엔진이 반드시 이중연료엔진에 한정될 필요는 없으며, 종래의 전통적인 중유나 경유를 연료로 사용하는 엔진 또는 천연가스만을 연료로 사용하는 엔진에도 적용 가능하다.
한편, 상기와 같은 엔진(230)은 배기가스가 필연적으로 발생되며, 발생된 배기가스는 배기관(242)을 타고 연돌(240)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
그리고, 배기가스의 배출경로상에 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)가 설치될 수 있다.
본 실시예에 따른 배기가스 정화장치(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 촉매부(110)와 환원제 공급부(120), 질소 분리부(130) 및 산소 공급부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 촉매부(110)는 상기 엔진(230)에서 배출되는 배기가스와 환원제를 반응시켜 배기가스 중 질소산화물(NOx)등의 유해물질을 환원시키도록 이루어지는 구성요소이다. 본 실시예에 따른 배기가스 정화장치(100)의 촉매부(110)는 환원제로서 종래의 요소수가 아닌 탄화수소를 환원제로 사용하도록 이루어질 수 있다.
상기 촉매부(110)에 공급되는 탄화수소계열의 환원제로서 탄화수소(Hydro Carbon)가 포함된 물질, 예를 들어 경유 등의 연료, 을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 대량으로 저장된 천연가스를 환원제로서 사용할 수 있다.
상기와 같은 촉매부(110)는 도 4에 도시된 바와 같이, 믹서(114)와 촉매(112)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 믹서(114)는 상기 엔진(230)에서 배출되는 배기가스와 환원제를 혼합시키도록 이루어지는 구성요소이다.
그리고, 상기 촉매(112)는 상기 믹서(114)에서 환원제와 혼합된 배기가스에 포함된 질소산화물의 환원반응이 일어나는 구성요소이다.
상기 환원제 공급부(120)는 상기 선박의 천연가스 저장탱크(210)에 저장된 천연가스를 환원제로서 상기 촉매부(110)에 공급하도록 이루어질 수 있다.
상기 천연가스는 메탄(CH4)이 주성분이며, 이러한 천연가스가 환원제로서 촉매에 공급되면 배기가스와 혼합되어 상기 촉매에서 다음과 같은 반응이 일어날 수 있다.
2NO + CH4 +O2 -> N2 + CO2 + 2H2O
즉, 상기 촉매(112)에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)이 환원제 및 산소와 반응하여 무해한 질소와 이산화탄소 및 수분으로 환원될 수 있다.
상기 환원제 공급부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 환원제 공급관(122)과 압축기(124) 및 환원제 공급밸브(126)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 환원제 공급관(122)은 상기 천연가스 저장탱크(210)로부터 천연가스를 상기 촉매부(110)로 안내하는 구성요소로서, 일단은 상기 천연가스 저장탱크(210)에 연결되며, 타단은 상기 촉매부(110)의 믹서(114)에 연결된 파이프일 수 있다.
상기 압축기(124)는 상기 환원제 공급관(122) 내부의 천연가스가 상기 촉매부(110) 측으로 흐르도록 압력을 형성시키는 구성요소이다.
그리고, 상기 환원제 공급밸브(126)는 상기 환원제 공급관(122)을 개폐하여 상기 촉매부(110)로 공급되는 환원제의 공급을 제어하는 구성요소이다.
한편, 상기 촉매부(110)에 공급되는 배기가스내 공기의 농도에 따라 상기 촉매부(110)에서 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질의 환원효율이 달라질 수 있다.
일반적으로 대기 중의 산소농도는 20~21% 정도이나, 배기가스는 엔진에서 연소된 후 배출되는 가스이므로 산소농도가 매우 희박하다.
도 5의 그래프는 Sung Su Kim et al, CLEAN TECHNOLOGY, Vol. 17, No. 3, September 2011, pp. 225~230에 개시된 그래프이다.
도 5의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 촉매의 환원반응이 일어나는 온도범위(섭씨 250도에서 섭씨500도 사이)에서 산소농도가 높을수록 질소산화물의 환원 효율이 향상되는 경향이 나타남을 알 수 있다.
상기한 촉매는 Pt와 Al2O3으로 이루어진 것일 수 있다.
따라서, 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)는 높은 농도의 산소를 가진 신선한 공기를 상기 촉매부(110)에 공급함으로써 촉매부(110)의 질소산화물의 환원 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 높은 농도의 산소를 가진 공기를 상기 촉매부(110)에 공급하기 위하여, 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)는 질소 분리부(130)와 산소 공급부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 질소 분리부(130)는 대기로부터 질소를 분리하는 구성요소이다.
통상 선박(200)은 화재의 진압이나 유류 또는 가스저장탱크 내에서의 증발가스에 의한 폭발을 방지하기 위한 이너트 가스(Inert Gas) 용도 등 다양한 목적으로 질소를 사용하고 있는데, 이러한 질소는 육지에서 충전하여 사용할 수 있으며, 또는 선박(200)에 대기에서 질소를 분리하는 장치를 탑재하여 질소가 필요할 때나 충전량이 부족할때 마다 작동시킬 수 있다.
일반적으로 종래의 선박(200) 등에 설치된 질소분리부는 대기의 공기 중 질소를 분리하여 필요한 질소만 사용하고 질소가 분리된 나머지 공기는 다시 대기중으로 방출시키지만, 본 실시예의 배기가스 정화장치(100)는 상기와 같이 선박에 기 설치된 질소 분리부(130)와 연결되어 질소가 분리된 나머지 공기를 활용할 수 있으며, 또는 별도의 질소 분리부(130)를 탑재할 수도 있다.
상기 산소 공급부(140)는 상기 질소 분리부(130)에서 질소가 분리된 나머지 공기를 상기 촉매부(110)에 공급하는 구성요소이다.
일반적으로 대기는 질소가 78%, 산소가 21% 정도로 구성되고 기타 여러 성분이 포함되어 이루어진 이루어진다.
따라서, 상기 질소 분리부(130)에서 질소가 분리된 공기는 산소의 농도가 일반 대기보다 높은 고농도의 산소를 포함하고 있으며, 상기 산소 공급부(140)는 상기 질소 분리부(130)에서 질소가 분리된 나머지 공기를 상기 촉매부(110)에 공급함으로써 상기 촉매(112)에서 일어나는 환원반응의 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 질소 분리부(130)에서 분리된 질소는 따로 저장되거나 또는 후공정을 거치거나 필요한 곳에 공급되도록 이루어질 수 있다. 또한, 상기 질소 분리부(130)의 구성에 대해서는 여러 문헌에 공개된 바 많으므로 당업자라면 자명하게 실시할 수 있을 것이다.
상기 산소 공급부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이, 공기저장탱크(142), 공기공급관(144), 펌핑수단(146) 및 공기공급밸브(148)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 공기저장탱크(142)는 상기 질소 분리부(130)에서 질소가 분리된 나머지 공기를 저장하는 구성요소이다.
그리고, 상기 공기공급관(144)은 상기 공기저장탱크(142)의 공기를 상기 촉매부(110)까지 안내하도록 일단은 상기 공기저장탱크(142)에 연결되며 타단은 상기 촉매부(110)에 연결될 수 있다. 이 때, 상기 공기공급관(144)은 상기 촉매부(110)의 믹서(114)에 연결되어 상기 환원제와 혼합된 배기가스와 혼합되어 배기가스 내의 산소농도를 높이도록 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 펌핑수단(146)은 상기 공기공급관(144) 내 공기를 상기 촉매부(110)로 유동시키는 압력을 제공하는 구성요소이며, 압축기로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 공기공급밸브(148)는 상기 공기공급관(144)을 개폐하여 상기 촉매부(110)로 공기의 공급여부를 제어하도록 이루어질 수 있다.
한편, 전술한 촉매(112)의 환원반응이 일어나는 온도는 대략 섭씨280도에서 섭씨510도 사이의 범위일 수 있다.
일반적으로 엔진(230)에서 배출되는 배기가스의 경우 연소반응이 일어난 후 이므로 상기 촉매(112)의 환원반응이 일어난 온도범위를 만족할 수 있지만, 상기 산소공급부(140)에서 공급되는 고농도의 산소를 포함한 공기는 상기 촉매(112)의 환원반응이 일어나는 온도범위보다 낮은 냉각된 상태일 수 있다.
따라서, 상기 산소 공급부(140)로부터 촉매부(110)로 공급되는 공기를 가열하는 히터(149)가 더 구비될 수 있다.
상기 히터(149)는 상기 공기공급관(144)의 촉매부(110)에 연결되는 부분의 전단에 구비되어 상기 공기공급관(144)을 지나는 공기의 온도를 상기 촉매부(110)의 환원반응이 일어나는 온도까지 가열하도록 이루어질 수 있다.
따라서, 고농도의 산소를 포함한 공기가 상기 촉매부(110)의 환원반응이 일어나는 온도까지 가열된 후 촉매부(110)로 공급되므로, 상기 촉매부(110)에서 환원반응이 일어나는 배기가스의 온도를 낮추지 않으며, 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질의 환원반응의 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 엔진에서 슬립되어 배기가스와 함께 배출되는 천연가스 또한 메탄(CH4)인 주성분인 탄화수소계열이므로 배기가스와 함께 상기 촉매부(110)를 거치면서 환원제로 작용되어 배기가스에 포함된 질소산화물 등의 유해물질을 환원시킬 수 있으며, 반드시 처리해야 할 슬립된 천연가스를 환원제로서 사용할 수 있으므로 일석이조의 효과를 거둘 수 있다.
미설명된 도면부호 220번은 엔진에 공급되는 연료인 경유나 중유가 저장되는 연료탱크이며, 상기 엔진(230)이 경유나 중유를 연료로 사용하는 디젤엔진이거나 또는 경유 및 중유와 천연가스를 모두 연료로 사용하는 이중연료엔진인 경우 설치될 수 있다.
이상과 같이 본 출원에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 출원은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 배기가스 정화장치 110: 촉매부
112: 촉매 114: 믹서
120: 환원제 공급부 122: 환원제 공급관
124: 압축기 126: 환원제 공급밸브
130: 질소 분리부 140: 산소 공급부
142: 공기저장탱크 144: 공기공급관
146: 펌핑수단 148: 공기공급밸브
200: 선박 210: 천연가스 저장탱크
220: 연료탱크 230: 엔진
240: 연돌 242: 배기관

Claims (5)

  1. 천연가스 운반용 선박의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진에서 배출되는 배기가스와 환원제가 혼합되는 믹서 및 상기 믹서에서 환원제와 혼합된 배기가스 중 질소산화물의 환원반응이 일어나는 촉매를 포함하고, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스와 환원제를 반응시켜 상기 배기가스 중 질소산화물을 환원시키되, 환원제로서 탄화수소를 사용하는 촉매부;
    천연가스 저장탱크에 저장된 천연가스를 상기 환원제로서 사용하며, 상기 환원제를 상기 촉매부의 믹서에 공급하는 환원제 공급부;
    공기에서 질소를 분리하는 질소분리부;
    상기 질소분리부에서 질소가 분리된 나머지 공기를 상기 촉매부에 공급하는 산소공급부; 및
    상기 산소공급부로부터 공급되는 공기를 상기 촉매부의 환원반응이 일어나는 온도까지 가열하는 히터;를 포함하는 배기가스 정화장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산소공급부는,
    상기 질소분리부에서 질소가 분리된 나머지 공기가 저장되는 공기저장탱크;
    상기 공기저장탱크의 공기를 상기 촉매까지 안내하는 공기공급관;
    상기 공기공급관 내 공기를 상기 촉매로 유동시키는 펌핑수단;을 포함하여 이루어지는 배기가스 정화장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102157962B1 (ko) * 2019-05-03 2020-09-18 현대중공업 주식회사 휘발성 유기화합물 처리 시스템 및 선박

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009243316A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009243316A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190004059A (ko) 2017-07-03 2019-01-11 대우조선해양 주식회사 선박의 배기가스 정화 시스템 및 방법
KR102157962B1 (ko) * 2019-05-03 2020-09-18 현대중공업 주식회사 휘발성 유기화합물 처리 시스템 및 선박

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