KR101692548B1

KR101692548B1 - Scr 환원제, 이의 제조방법 및 scr 시스템

Info

Publication number: KR101692548B1
Application number: KR1020160007807A
Authority: KR
Inventors: 안기주; 이장환
Original assignee: 주식회사 오션코리아; 안기주
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-01-16
Also published as: KR20160137346A

Abstract

본 발명은 SCR 환원제, 이의 제조방법 및 SCR 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR 시스템의 부피를 줄이면서도 질소산화물(NO_x) 제거 효율을 극대화 할 수 있는 SCR 환원제, 이의 제조방법 및 SCR 시스템에 관한 것이다.

Description

SCR 환원제, 이의 제조방법 및 SCR 시스템{Reduction of SCR, Manufacturing method thereof and SCR system}

본 발명은 SCR 환원제, 이의 제조방법 및 SCR 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR의 크기를 줄이면서도 질소산화물(NOx) 제거 효율을 극대화 할 수 있는 SCR 환원제, 이의 제조방법 및 SCR 시스템에 관한 것이다.

지구의 온난화로 인하여 온실가스 배출저감을 위한 쿄토의정서 제1차 이행기간이 개시된 2008년을 전후하여 해운항만부문의 세계주요정책당국과 관련 기업은 녹색물류실현을 위해 친환경 기술 개발 및 정책을 대대적으로 도입하고 있으며 조선산업제품의 질적 변화를 요구하는 사항이 많아지고 있으며, 이에 UN 산하국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)에서는 질소산화물(NO_x), 황산화물(SO_x)의 규제를 강화하고 있다.

최근 개정된 IMO의 해양오염방지협약부속서VI에 의하면 선박배기가스의 질소산화물과 황산화물의 배출량 제한을 강화한 TierIII기준이 2010년에 발효되어 2016년부터 신조선에 적용된다. 따라서, 강화될 IMO의 배출규제안에 대응하기 위해 선박의 배기가스 오염물질 저감장치의 개발이 절실히 필요하게 되었다.

상기의 오염물질 중 질소산화물(NOx)를 저감하는 장치를 SCR(Selective Catalytic Reduction)이라 하는데, 이는 오래 전부터 육상에서 발전소나 플랜트의 질소산화물(NO_x) 저감장치로 개발되어 있었다.

하지만, 해상의 SCR은 육상 SCR과 질소산화물(NO_x)를 저감시키는 기본원리는 같지만 육상에서의 SCR과는 주변환경이 매우 달라서 선박에 그대로 적용하는 데에는 많은 문제점을 표출하게 되었다.

육상의 탈질설비를 선박용 탈질설비로 적용하는데 있어서 많은 문제점이 있었고, 이러한 문제점 때문에 국내 일부 업체에서 제작하여 설치한 실적이 있으나 아직은 실험단계에 있다고 할 수 있으며 많은 물량에 외국기술이 도입되어 국내 조선소에서 장착되어 판매되고 있는 실정이다.

위에서 언급한 많은 문제점 중 중요한 2가지를 뽑는다면, 첫째는 탈질설비 크기와 무게의 문제이다.

선박의 경우 육상의 탈질설비와 다르게 제한된 면적과 공간에서 설치되어야 하며. 더욱이 무게에 매우 민감하여 기존 선박에 설치할 경우 탈질설비의 무게로 인하여 선박의 무게축이 기울어지거나 바꾸어져서는 절대로 안되기 때문이다.

둘째는 효율의 문제이다.

설비의 크기가 작아야 한다면 작게 만들 수 있으나, 효율은 큰 크기에 맞추어 같아야 한다는 이율배반적인 문제가 발생하였으며, 선박이라는 폐쇄된 공간이기에 화제나 폭발의 문제가 발생될 경우, 탈출 경로가 매우 제한되기 때문에 안전성을 위하여 암모니아를 사용하지 못하고, 폭발성이 없는 요소수(Urea)를 사용하게 되어 효율은 더욱 떨어지게 되었다.

선박 기자재의 기술 선도적인 역할을 하는 북유럽 국가들과 미국 등 선진국에서는 구조적인 변경을 통하여 효율성을 높이고 다양한 형태의 탈질설비를 개발하여 시장을 선도해 나아가고 있다.

초대형 컨테이너선의 수주 등 다양한 배의 제작은 국내 조선소가 전세계 1위에 걸맞게 선점하고 있지만, 선박기자재의 국산화에 있어서는 아직도 많은 부분이 미흡하여 국내에서 선박을 많이 제조함에도 고부가가치 선박 기자재에서는 아직도 수입량이 너무 많은 문제가 있다.

따라서, 탈질설비 즉, SCR의 크기를 줄이면서도 효율을 극대화할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제2015-0029011호(2015.03.17)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 SCR의 크기를 줄이면서도 질소산화물(NO_x) 제거 효율을 극대화 할 수 있는 SCR 환원제, 이의 제조방법 및 SCR 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 활성화 요소수를 포함하고, 상기 활성화 요소수는 요소수 및 수소버블(Hydrogen bubble)을 포함하는 SCR 환원제를 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 환원제의 상기 활성화 요소수는 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 1×10⁶ ~ 2×10⁹(±1%)개를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 환원제의 상기 수소버블의 평균입경은 1 ~ 100㎛일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 환원제의 상기 요소수는 요소 및 물을 22 ~ 55 : 100 부피비로 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은 앞서 언급한 환원제를 포함하는 선박용 SCR을 제공한다.

나아가, 본 발명의 배기가스에 함유된 질소산화물(NO_x)을 환원하기 위한 SCR 시스템에 있어서, SCR은 앞서 언급한 환원제를 포함하고, 상기 SCR에 투입되는 배기가스 100 중량%에 대하여, 상기 환원제가 2 ~ 6 중량%가 투입되는 SCR 시스템을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 시스템의 SCR 구동압력은 1.5 bar ~ 8.0 bar 일 수 있다.

한편 본 발명은 복수 개의 미세기공이 형성되어 있는 노즐이 내부에 장착된 저장조에 요소수를 투입하는 단계; 및 상기 노즐 내부에 상기 저장조의 내부압력보다 큰 압력으로 수소기체를 주입하여 수소버블을 형성시켜서, 수소버블과 요소수와 혼합된 활성화 요소수를 제조하는 단계;를 포함하는 SCR 환원제 제조방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 환원제 제조방법의 상기 저장조의 내부압력은 0.5bar ~ 1.5bar이고, 상기 노즐 내부에 주입되는 압력은 2bar ~ 10bar 일 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 환원제 제조방법의 상기 미세기공의 크기는 1 ~ 100㎛일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 환원제 제조방법의 상기 활성화 요소수는 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 1×10⁶ ~ 2×10⁹(±1%)개를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 본 발명의 SCR 환원제 제조방법의 상기 수소버블의 평균입경은 1 ~ 100㎛일 수 있다.

본 발명의 SCR 환원제, 이의 제조방법 및 SCR 시스템은 SCR의 크기를 줄이면서도 질소산화물(NO_x) 제거 효율을 극대화할 수 있으며, 본 발명의 SCR 시스템은 자동차 등의 수송기기, 선박 등의 대형 수송기기 및 발전소의 SCR 시스템에 적용하기에 적합하다.

도 1a 내지 도 1e는 한국조선해양기자재연구원에 의뢰하여 측정한 시험성적서로서, 비교예 1의 요소수 및 실시예 1의 활성화 요소수를 이용하여 배기가스를 SCR 시스템으로 처리한 후의 암모니아 농도의 측정 결과이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

종래의 SCR에는 암모니아, 요소수. 알코올 혹은 탄화수소화합물 등의 환원제가 사용되어 하기 반응식 1과 같이 선박용 SCR에 투입되는 배기가스 중 NO_x와 반응하여 환경에 무해한 질소와 물로 전환하여 질소산화물을 제거하였다.

[반응식 1]

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O

앞서 언급했듯이, 육상의 발전소용 SCR에서 환원제를 사용할 시에는, 질소산화물(NO_x) 제거 효율이 우수한 암모니아를 주로 사용하고 있지만, 상기 암모니아는 화제나 폭발의 위험성이 있어, 안전성 문제로 인해 선박용 SCR로는 사용하지 못하고 있는 실정이고, 선박용 SCR의 환원제로서 폭발성이 없는 요소수(Urea)를 주로 사용하고 있는데 요소수는 질소산화물(NOx) 제거 효율이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 선박의 경우 육상의 탈질설비와 다르게 제한된 면적과 공간에서 설치되어야 하며. 더욱이 무게에 매우 민감하여 기존 선박에 설치할 경우 탈질설비의 무게로 인하여 선박의 무게축이 기울어지거나 바꾸어져서는 절대로 안되기 때문이다.

따라서, 탈질설비 즉, SCR의 크기를 줄이면서도 효율을 극대화 할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

이에 본 발명은 SCR 환원제로서, 요소수 및 수소버블(Hydrogen bubble)을 포함하는 활성화 요소수(Acivated Urea)를 도입하여, SCR의 크기를 줄이면서도 질소산화물(NOx) 제거 효율을 극대화 할 수 있는 SCR 시스템을 제공하고자 한다.

상기 활성화 요소수 성분 중 상기 요소수는 요소와 물이 혼합된 형태로서, 요소 및 물을 22 ~ 50 : 100 부피비, 바람직하게는 24 ~ 45 : 100 부피비로 포함할 수 있다. 만일, 상기 요소수에 포함되는 요소 및 물의 부피비가 상기 기재된 범위를 벗어난다면 일정 시간이 지난 후 요수가 고체화되어 요소와 물이 혼합된 형태를 이룰 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

그리고, 상기 활성화 요소수 성분 중 수소버블(Hydrogen bubble)은 요소수를 활성화시키는 역할을 하며, 수소버블의 평균입경은 1 ~ 100㎛, 바람직하게는 3 ~ 50㎛일 수 있다. 만일 상기 수소버블의 평균입경이 1㎛ 미만이면 물의 압력에 의해서 쉽게 버블이 물에 흡수 또는 소멸될 수 있는 문제가 있고, 100㎛를 초과하면 버블 부상의 문제가 있을 수 있기 때문에, 상기 범위를 만족하는 것이 본 발명의 효과를 극대화 시키는데 바람직하다.

한편, 상기 활성화 요소수는 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 1×10⁶ ~ 2×10⁹(±1%)개, 바람직하게는 5×10⁶ ~ 1.2×10⁹(±1%)개, 더욱 바람직하게는 1×10⁷ ~ 1×10⁹(±1%)개를 포함할 수 있다. 만일, 상기 활성화 요소수는 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 1×10⁶ 개 미만 포함된다면 활성화가 너무 약해지는 문제가 있을 수 있고, 2×10⁹개를 초과하여 포함된다면 활성화가 너무 과다하여 필요 이상으로 화학반응이 촉진될 수 있고, 요소수 내 수소버블 수 2×10⁹개를 유지 및 발생시키는데 기술적 어려움이 있는 바, 상기 범위 내로 수소버블을 포함하는 것이 좋다.

나아가, 본 발명은 앞서 언급한 SCR 환원제는 선박용 SCR의 환원제 또는 발전소용 SCR의 환원제로 사용할 수 있으며, 이를 이용한 선박용 SCR, 발전소용 SCR을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물(NO_x)을 환원하기 위한 SCR 시스템을 제공하는데, 본 발명의 SCR 시스템은 앞서 언급한 SCR 환원제를 포함한다.

또한, 본 발명의 SCR 시스템은 SCR에 투입되는 배기가스 100 중량%에 대하여 상기 SCR 환원제가 2 ~ 6 중량%, 바람직하게는 3 ~ 5중량%가 투입 될 수 있는데, 만일, SCR 환원제가 2 중량% 미만으로 투입된다면 질소산화물의 환원이 현저히 감소되는 문제가 발생할 수 있고, 6 중량%를 초과하여 투입하더라도 질소산화물 제거 성능 향상이 미비한 바, 비경제적인 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 SCR 시스템은 상기 선박용 SCR의 구동압력이 1.5bar ~ 8.0bar, 바람직하게는 2.0bar ~ 6.0bar일 수 있으며, 만일 구동압력이 1.5bar미만이면 요소수가 미세분무 형태로 분출되기에 배기가스와 잘 섞이지 않는 문제가 발생할 수 있고, 8.0bar를 초과하면 수소버블 형성이 감소하고, 압력노즐에 문제가 발생할 수 있다.

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본 발명의 SCR 환원제를 제조하는 방법에 대하여 설명하면, 먼저 (1) 단계로 복수 개의 미세기공이 형성되어 있는 노즐이 내부에 장착된 저장조에 요소수를 투입한다.

상기 노즐은 수소버블을 형성하여 상기 저장조에 포함된 요소수에 제조된 수소버블을 공급하는 역할을 하며, 상기 노즐에 형성되어 있는 미세기공의 크기는 1 ~ 100㎛, 바람직하게는 1 ~ 30㎛, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 10㎛일 수 있다. 만일, 상기 미세기공의 크기가 1㎛ 미만이면 버블이 형성되는 시간이 길어질 뿐만 아니라 수소버블이 형성이 되지 않을 수 있는 문제가 발생할 수 있고, 100㎛를 초과하면 버블의 크기가 너무 커져서 요소수 속에 상주하지 못하고, 표면 위로 떠올라 버블이 파괴될 수 있는 문제가 발생할 수 있으므로, 노즐의 미세기공 크기가 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 SCR 환원제 제조방법의 (2) 단계로 상기 노즐 내부에 상기 저장조의 내부압력보다 큰 압력으로 수소기체를 주입하여 수소버블을 형성시키며, 형성된 수소버블은 요소수와 혼합되어 활성화 요소수를 전환된다.

구체적으로, 수소버블은 일정 크기의 압력이 가해진 수소기체가 노즐의 미세기공에서 성장하며, 성장된 수소버블이 미세기공에서 탈착되어 요소수와 혼합하게 된다.

형성된 수소버블의 평균입경은 1 ~ 100㎛, 바람직하게는 3 ~ 50㎛일 수 있다. 만일 상기 소수버블의 평균 입경이 1㎛ 미만이면 물의 압력에 의해서 쉽게 버블이 물에 흡수 또는 소멸될 수 있는 문제가 있을 수 있고, 100㎛를 초과하면 버블 부상의 문제가 있을 수 있기 때문에, 상기 범위를 만족하는 것이 본 발명의 효과를 극대화 시키는데 바람직하다.

상기 저장조의 내부압력은 0.5bar ~ 1.5bar, 바람직하게는 0.7bar ~ 1.3bar일 수 이고, 상기 노즐 내부에 주입되는 압력은 2.0bar ~ 10.0bar, 바람직하게는 3.0 bar ~ 5.0bar일 수 있다. 그리고, 상기 저장조의 내부압력이 0.5 ~ 1.5bar일 때, 상기 수소버블을 형성시키기 위한 수소기체 주입용 노즐 내부에 압력이 2.0bar 미만이면 수소버블이 형성이 안될 수 있는 문제가 있을 수 있고, 10.0bar를 초과하면 노즐의 기공이 파괴되는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

한편, 요소수에 수소버블이 혼합되어 제조된 활성화 요소수는 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 1×10⁶ ~ 2×10⁹(±1%)개, 바람직하게는 5×10⁶ ~ 1.2×10⁹(±1%)개, 더욱 바람직하게는 1×10⁷ ~ 1×10⁹(±1%)개를 포함하도록 노즐을 통해서 요소수에 수소기체를 주입할 수 있다. 만일, 상기 활성화 요소수가 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 1×10⁶ 개 미만으로 포함되면 활성화가 너무 낮아서, 환원 반응성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 2×10⁹개를 초과하는 것을 질소산화물 제거 증대 효과가 미비한 바, 비효율적이고, 비용이 증대 및 기술적 어려움이 있는 바, 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 이에 본 발명을 한정하여 해석해서는 안된다.

[실시예]

실시예 1 : SCR 환원제(활성화 요소수)의 제조

상온(24±1.5℃) 및 상압의 외부 환경 하에서, 평균입경 3㎛ ~ 8㎛ 미세기공이 형성되어 있는 노즐을 갖는 요소수 저장조에 요소수(요소 및 물의 부피비 = 32.5 : 100)를 투입하였다. 이때, 요소수 투입 후 저장조 내부압력은 1.1 bar였다.

다음으로, 3.7 ~ 3.9 bar의 압력으로 노즐을 통해서 수소기체를 투입하여, 요소수 1㎖당 수소버블을 2.55×10⁸(±1%)개 포함하는 활성화 요소수를 제조하였다. 그리고, 수소버블의 입경은 3㎛ ~ 12 ㎛ 정도였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 요소수를 제조하되, 노즐 내부 압력을 4.3 ~ 4.5bar로 수소기체를 투입하여 요소수 1㎖당 수소버블을 3.74×10⁸(±1%)개 포함하는 활성화 요소수를 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 요소수를 제조하되, 노즐 내부 압력을 8.5 ~ 8.7bar로 수소기체를 투입하여 요소수 1㎖당 수소버블을 0.97×10⁹(±1%)개 포함하는 활성화 요소수를 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 요소수를 제조하되, 노즐 내부 압력을 3.0 ~ 3.2bar로 수소기체를 투입하여 요소수 1㎖당 수소버블을 1.65×10⁸(±1%)개 포함하는 활성화 요소수를 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 요소수를 제조하되, 노즐 내부 압력을 2.3 ~ 2.5bar로 수소기체를 투입하여 요소수 1㎖당 수소버블을 5.6×10⁶(±1%)개 포함하는 활성화 요소수를 제조하였는데, 상기 실시예 4와 비교할 때, 노즐 내부 압력 감소로 인해, 활성화 요소수 내 수소 버블 개수가 크게 감소하는 경향을 보였다.

비교예 1

상기 실시예 1에서 사용한 요소수(요소 및 물의 부피비 = 32.5 : 100)만을 사용하여 요소수를 준비하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 요소수를 제조하되, 노즐 내부 압력을 10.5bar로 수소기체를 투입하여 요소수 1㎖당 수소버블을 1.0×10⁹(±1%)개 포함하는 활성화 요소수를 제조하였으며, 실시예 3과 비교할 때, 노즐 내부 압력을 증가시켜도 수소버블 개수 증가가 거의 없는 결과를 보였다.

실험예 1 : 암모니아 전환율 측정

상기 실시예 1 ~ 실시예 5의 활성화 요소수 및 비교예 1의 요소수를 이용하여, 하기 표 1의 조건 하에서, 배기가스가 SCR 시스템을 통과한 가스 내 암모니아(NH₃) 농도 및 나이트로소메테인(HCNO) 농도를 측정하였고, 하기 수학식 1에 의해 측정한 암모니아 전환율을 하기 표 2에 나타내었다.

[수학식 1]

NH₃ 전환율(%) = 실측 NH₃ 농도 + 실측 HCNO 농도)/(이론 NH₃+ 이론 HCNO 농도)×100%

상기 수학식 1에서 이론 NH₃및 이론 HCNO 농도의 합은 1,000 ppm(±5 ppm) 이다.

그리고, 비교예 1의 요소수 및 실시예 1의 활성화 요소수를 한국조선해양기자재연구원에 의뢰하여 암모니아 농도를 측정한 구체적인 방법 등이 언급된 시험성적서를 도 1a ~ 도 1e에 나타내었다.

시험조건
대기온도	23.5(±3.2)℃
대기습도	49(±8%) RH
관내경 [m]	0.3
관길이 [m]	6
회전수[rpm]	1,775
출력[ kWe ]	134
엔진부하[kW]	150
배기가스량 [ Nm ³ /h]	845
배기온도[℃]	220
가스온도 [℃]	220
체류시간[ms]	1,000
1,000ppm 이론 요소수량[ml/min]	52.2
실 공급 요소수량[ml/min]	52.2
이론 암모니아+ HNCO 농도[ppm]	999

구분	측정시간	30초	5분	10분	15분	20분	25분	29분
비교예 1	실측 NH₃농도[ppm]	185	196	204	209	211	216	213
	실측 HCNO농도[ppm]	11.6	17.2	18.4	13.8	13.8	13.8	13.7
	NH₃전환율[%]	19.7	21.3	22.3	22.3	22.4	23.0	22.7
실시예 1	실측 NH₃농도[ppm]	242	243	245	248	254	248	246
	실측 HCNO 농도[ppm]	18.3	18.1	18.8	18.1	18.2	17.9	17.9
	NH₃전환율[%]	26.0	26.1	26.4	26.6	27.2	26.6	26.4
실시예 2	실측 NH₃농도[ppm]	260	267	276	277	281	278	278
	실측 HCNO 농도[ppm]	17.9	18.0	18.0	17.5	16.5	16.7	16.5
	NH₃ 전환율[%]	27.8	28.5	29.4	29.4	29.7	29.5	29.5
실시예 3	실측 NH₃농도 [ppm]	278	302	311	319	326	322	316
	실측 HCNO 농도 [ppm]	17.4	16.4	16.0	16.2	15.7	15.6	16.2
	NH₃ 전환율[%]	29.5	31.8	32.7	33.5	34.2	33.8	33.2
실시예 4	실측 NH₃농도 [ppm]	248	257	261	255	259	253	255
	실측 HCNO 농도[ppm]	19.2	19.8	20.3	19.6	19.5	19.8	19.5
	NH₃ 전환율[%]	24.8	25.7	26.1	25.5	25.9	25.3	25.5
실시예 5	실측 NH₃농도 [ppm]	221	216	218	215	213	224	221
	실측 HCNO 농도[ppm]	16.2	19.4	20.9	20.7	20.4	20.2	19.8
	NH₃ 전환율[%]	23.7	23.5	23.9	23.6	23.3	24.4	24.1

상기 표 2의 실험결과를 살펴보면, 일반적인 요소수를 사용한 비교예 1 보다 실시예 1 ~ 실시예 5의 활성화 요소수를 사용하여 SCR 시스템으로 처리 후, 발생된 암모니아 가스의 농도가 높은 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해서 일반적인 요소수 보다 본 발명의 활성화 요소수가 NH₃ 전환율 즉, NO_x제거 성능이 우수함을 확인할 수 있으며, 일반적인 요소수(비교예 1) 보다 본 발명의 활성화 요소수(실시예 3)가 우수한 많게는 11.2% 증가된 암모니아 전환율을 보였다.

그리고, 실시예 1 ~ 실시예 5의 활성화 요소수 실험결과를 살펴보면, 요소수 내 수소기체 버블 수가 증가할수록, NH₃ 전환율이 증가하는 경향을 보인 반면에 수소기체 버블 수가 증가할수록 생성되는 나이트로소메테인(HCNO) 농도는 오히려 감소하는 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

상기 실시예 및 실험예를 통하여, 본 발명의 활성화 요소수를 이용한 SCR 시스템의 질소산화물 제거능이 우수함을 확인할 수 있었으며, 이를 통하여 동일한 질소산화물 제거능을 갖는 경우, 본 발명의 활성화 요소수를 적용한 SCR 시스템이 기존 요소수 단일 성분의 환원제를 도입한 SCR 시스템 보다 부피를 작게 설계가 가능함을 확인할 수 있었다.

Claims

요소수 및 수소버블(Hydrogen bubble)을 포함하는 활성화 요소수를 포함하되,
상기 활성화 요소수는 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 0.97×10⁹ ~ 2×10⁹(±1%)개를 포함하고, 상기 수소버블의 평균입경은 3 ~ 50㎛이고, 상기 활성화 요소수는 요소, 수소버블 및 물을 22 ~ 50 : 1 ~ 10 : 100 부피비로 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR(selective Catalytic reduction) 환원제.
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제1항에 있어서, 상기 SCR 환원제는 선박용 SCR 공정에 사용되는 것을 특징으로 하는 SCR 환원제.
제1항의 SCR 환원제를 이용하여, 배기가스로부터 질소산화물을 제거하는 방법.
배기가스에 함유된 질소산화물(NO_x)을 환원하기 위한 SCR 시스템에 있어서,
제1항의 SCR 환원제를 포함하고,
상기 배기가스 100 중량%에 대하여, 상기 SCR 환원제 2 ~ 6 중량%를 반응시키는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
제8항에 있어서,
SCR 시스템의 구동압력은 1.5 ~ 8.0bar인 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
복수 개의 미세기공이 형성되어 있는 노즐이 내부에 장착된 저장조에 요소수를 투입하는 단계; 및
상기 노즐 내부에 상기 저장조의 내부압력보다 큰 압력으로 수소기체를 주입하여 수소버블을 형성시키고, 상기 수소버블을 요소수와 혼합시켜 활성화 요소수를 제조하는 단계;를 포함하되,
상기 활성화 요소수는 요소수 1㎖에 대하여 수소버블 0.97×10⁹ ~ 2×10⁹(±1%)개를 포함하고, 상기 수소버블의 평균입경은 3 ~ 50㎛이고, 상기 활성화 요소수는 요소, 수소버블 및 물을 22 ~ 50 : 1 ~ 10 : 100 부피비로 포함하는것을 특징으로 하는 SCR 환원제 제조방법.
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