KR101784938B1 - 배기 오염물질 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 배기 오염물질 저감장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 배기가스관을 통해 공급되는 배기가스에 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 배기가스관에 연결되며, 방전을 하거나 자외선을 조사하거나 산화제를 분사하여 배기가스를 산화시키는 산화유닛과, 산화유닛의 후단에 배기가스관에 연결되며, 액상촉매를 주입하여 배기가스를 산화된 상태로 유지시키는 액상촉매주입유닛, 및 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함할 수 있다.

Description

배기 오염물질 저감장치{Apparatus for reducing air pollutant}
본 발명은 배기 오염물질 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질을 정화하여 배출할 수 있는 배기 오염물질 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석연료를 연소하여 동력을 생성한다. 이 때, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있으며, 이로 인해, 배기가스를 그대로 배출할 경우 대기오염을 초래할 수 있다. 이러한 이유로, 선박의 대기오염에 대한 환경규제가 강화되고 있으며, 각종 규제를 만족시키기 위해 다양한 처리장치가 선박에 적용되고 있다.
대기오염에 관한 환경규제 중 해양 배기가스 배출통제지역(ECA; Emission Control Area)의 운항 및 정박 시 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산화물을 0.1% 이하로 규정하는 규제가 발효되어 있으며, 황산화물의 제거를 위한 방법으로 황함유량이 0.1%이하인 초저유황유(ultra low sulfur fuel)를 사용하거나 습식 스크러버(wet scrubber)를 적용할 수 있다. 그러나, 초저유황유는 가격이 매우 높고 생산설비 등의 시스템이 부족한 상황이므로, 통상적으로, 습식 스크러버를 사용하고 있다. 습식 스크러버는 해수, 청수 또는 알칼리 용액과 배기가스를 기액 접촉하여 황산화물을 제거하는데, 기액 접촉 전에 황산화물과 질소산화물을 산화시킬 경우 황산화물과 질소산화물을 동시에 저감시킬 수 있다.
한편, 기액 접촉 전에 산화시킨 황산화물과 질소산화물은 쉽게 환원될 수 있으며, 황산화물과 질소산화물이 다시 환원될 경우 저감효과가 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0123665호 2014. 10. 23.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연소기관의 배기가스에 포함된 오염물질을 정화하여 배출할 수 있는 배기 오염물질 저감장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는, 연소기관의 배기가스를 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 상기 배기가스관을 통해 공급되는 배기가스에 상기 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버와, 상기 배기가스관에 연결되며, 방전을 하거나 자외선을 조사하거나 산화제를 분사하여 배기가스를 산화시키는 산화유닛과, 상기 산화유닛의 후단에 상기 배기가스관에 연결되며, 액상촉매를 주입하여 배기가스를 산화된 상태로 유지시키는 액상촉매주입유닛, 및 상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함한다.
상기 액상촉매는 기름(oil)에 포함된 유기 황화물을 산화하여 얻은 유기 황산화물(organic sulfoxides)일 수 있다.
상기 액상촉매는 물과 술폭시드(sulfoxide)의 중량비가 30~70: 70~30 일 수 있다.
상기 액상촉매는 비중이 약 0.85일 수 있다.
상기 배기 오염물질 저감장치는, 상기 세정수배출관에 연결되며, 세정수와의 비중 차를 이용하여 세정수에 포함된 액상촉매를 분리하는 분리유닛, 및 상기 분리유닛과 상기 액상촉매주입유닛을 연결하여 상기 분리유닛에서 분리된 액상촉매를 상기 액상촉매주입유닛으로 순환시키는 순환라인을 더 포함할 수 있다.
상기 배기 오염물질 저감장치는, 상기 스크러버에 연결되어 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 배기 오염물질 저감장치는, 상기 산화유닛 전단의 상기 배기가스관에 연결되며, 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 전처리유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기액 접촉 전에 산화시킨 황산화물과 질소산화물에 액상촉매를 주입하여, 산화된 황산화물과 질소산화물이 다시 환원되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 황산화물과 질소산화물의 저감효과가 향상될 수 있으며, 산화된 배기가스가 습식 스크러버를 통과하며 이중으로 정화되므로, 배기가스 내 오염물질을 현저하게 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 작동도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 작동도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는 배기가스에 포함된 각종 오염물질(질소산화물, 황산화물, 분진 등)의 농도를 줄여 배기기준에 적합한 공기를 배출함과 동시에 배기가스의 농도를 줄이는 데 사용된 세정수의 처리가 동시에 이루어질 수 있는 장치로서, 주로, 선박에 탑재되어 선박에서 발생하는 배기가스의 오염물질을 제거할 수 있다.
배기 오염물질 저감장치는, 기액 접촉 전에 산화시킨 황산화물과 질소산화물에 액상촉매를 주입하여, 산화된 황산화물과 질소산화물이 다시 환원되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 황산화물과 질소산화물의 저감효과가 향상될 수 있으며, 산화된 배기가스가 습식 스크러버를 통과하며 이중으로 정화되므로, 배기가스 내 오염물질을 현저하게 저감시킬 수 있는 특징이 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 배기 오염물질 저감장치에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)는 배기가스관(10)과, 세정수공급관(20)과, 스크러버(30)와, 산화유닛(40)과, 액상촉매주입유닛(50), 및 세정수배출관(31)을 포함한다.
배기가스관(10)은 연소기관(도시되지 않음)으로부터 배기가스가 이동하는 관으로, 후술할 스크러버(30)에 연결된다. 배기가스관(10)은 연소기관의 배기관에 직접 연결되어 고온의 배기가스가 직접 이동하거나, 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 재활용하고 남은 폐가스가 이동하는 통로가 될 수 있다. 여기서, 연소기관이라 함은, 연료를 연소하여 선박에 필요한 각종 동력을 발생시키는 장치로서, 예를 들어, 메인 엔진, 발전기 등으로 형성될 수 있다. 배기가스관(10)은 복수 개의 연소기관의 배기관에 연결될 수 있으며, 복수 개의 연소기관은 선택적으로 동작할 수 있다. 이러한 연소기관은 통상, 화석 연료를 연소하여 동력을 발생시키므로, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스를 발생시킨다. 발생된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물, 및 미세분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관의 일 측에 연결된 배기가스관(10)을 통해 스크러버(30)로 공급된다.
세정수공급관(20)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나인 세정수를 스크러버(30)로 공급하는 관으로, 일단부가 해수공급관(21) 또는 청수공급관(27)에 연결되고 타단부가 스크러버(30)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수공급관(20)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받아 스크러버(30)에 공급할 수 있다. 이하, 세정수가 해수인 경우로 한정하여, 세정수공급관(20)을 통해 주로 해수가 유입되어 스크러버(30)로 공급되는 과정을 보다 중점적으로 설명한다.
해수공급관(21)은 외부로부터 해수를 유입받아 공급하는 관으로, 해수를 가압하는 적어도 하나의 펌프(P1)가 설치되어 해수를 스크러버(30)로 원활하게 공급할 수 있다. 그러나, 해수공급관(21)이 해수를 스크러버(30)로 공급하는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라 평형수 탱크(도시되지 않음) 등으로 해수를 공급할 수도 있다.
해수공급관(21)의 일 측에는 세정수공급관(20)이 분지되어 스크러버(30)로 연결되며, 해수공급관(21)과 세정수공급관(20)의 연결부분에는 제어밸브(26)가 설치될 수 있다. 제어밸브(26)는 삼방밸브 형태로 형성되어, 세정수공급관(20)으로 공급되는 해수의 양을 조절하거나 세정수공급관(20)으로 분지되어 공급되는 해수와 해수공급관(21)으로 공급되는 해수의 비율을 적절하게 조절할 수 있다. 이러한 해수공급관(21)은 세정수공급관(20)의 후단에 혼합관(23)과 해수배출관(24)이 차례로 연결된다. 혼합관(23)은 후술할 중화제공급부(70)의 중화제가 주입된 해수가 유동하며, 해수배출관(24)은 선박의 외부로 해수를 배출할 수 있다.
해수공급관(21)을 통해 외부로부터 유입된 해수는 세정수공급관(20)을 통해 유동하여 스크러버(30)로 공급된다. 스크러버(30)는 배기가스관(10)을 통해 공급되는 배기가스에 세정수공급관(20)을 통해 공급되는 세정수를 분무하여 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 장치로, 통상의 습식 스크러버일 수 있다. 이 때, 세정수공급관은 스크러버(30) 내부에 위치한 단부가 스크러버(30)의 상부에 배치되며, 복수 개로 분지되어 세정수를 미립자 형태로 분무할 수 있다. 즉, 스크러버(30)의 상부에 배치된 세정수공급관(20)은 배기가스관(10)이 위치한 스크러버(30)의 하부를 향하여 세정수를 분무한다. 따라서, 스크러버(30)의 하부에 배치된 배기가스관(10)을 통해 유입되는 배기가스와 세정수가 효과적으로 접촉할 수 있다. 스크러버(30) 내부에서 배기가스와 세정수가 접촉함에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 및 미세분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 질소산화물, 황산화물, 및 미세분진 등의 오염물질이 제거된 배기가스는 별도의 배출관(32)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출관(32)을 통해 배출되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 및 미세분진 등의 오염물질이 제거된 상태이므로, 배기 기준에 적합하게 되어 대기 중에 그대로 배출할 수 있다.
오염물질이 포함된 배기가스와 접촉하여 질소산화물, 황산화물, 및 미세분진 등이 포함된 세정수는 세정수배출관(31)을 통해 스크러버(30) 외부로 배출된다. 이 때, 스크러버(30) 내부의 세정수는 질소산화물과 황산화물이 용해되어 강산성의 질산과 황산을 형성하므로, 세정수에 포함된 미생물을 사멸시킬 수도 있다.
한편, 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 산화유닛(40)을 통하여 1차로 정화되고, 스크러버(30)를 통해 2차로 정화될 수 있다.
산화유닛(40)은 펄스코로나 방전을 하거나 자외선을 조사하거나 산화제를 분사하여 배기가스를 산화시키는 장치로, 배기가스관(10)에 연결될 수 있다. 다시 말해, 배기가스관(10)을 유동하는 배기가스에 포함된 일산화질소는 산화유닛(40)에 의해 이산화질소로 산화될 수 있다. 이산화질소는 일산화질소에 비하여 물에 쉽게 용해되므로, 스크러버(30)에서 세정수에 쉽게 녹아 제거될 수 있다. 산화유닛(40)이 펄스코로나 방전을 하여 배기가스를 산화시키는 경우, 펄스 고전압에 의해 코로나 방전이 되면 배기가스가 플라즈마 상태가 되어 오존과 O2, OH 등의 산화성 라디칼을 발생시켜 질소산화물이나 황산화물을 산화시킬 수 있다. 또한, 산화유닛(40)이 산화제를 분사하여 배기가스를 산화시키는 경우, 노즐, 초음파진동자, 스프레이, 가열판 등을 사용하여 액체산화제를 미립자화하거나 액적화 또는 증기화할 수 있다. 배기가스에 포함된 질소산화물과 황산화물은 아래의 반응식에 따라 반응하여 산화된다.
<반응식>
NO + O → NO2
NO + H2O → NO2 +OH
NO + OH → HNO2
HNO2 + OH → NO2 +H2O
NO + O3 → NO2 + O2
NO2 + OH → HNO3
SO2 + OH → HSO3
HSO3 + OH → H2SO4
SO2 + O → SO3
SO3 + H2O → H2SO4
산화유닛(40)을 통해 1차로 정화된 배기가스는 스크러버(30)로 공급되기 전 액상촉매주입유닛(50)을 통과할 수 있다.
액상촉매주입유닛(50)은 배기가스를 산화된 상태로 유지시키는 장치로, 산화유닛(40) 후단의 배기가스관(10)에 연결될 수 있다. 산화유닛(40)에 의해 인위적으로 산화된 배기가스는 다시 원래의 상태로 쉽게 환원될 수 있다. 배기가스가 다시 환원되면 스크러버(30)에서 세정수에 쉽게 녹아 제거되지 않으므로, 배기가스가 산화된 상태로 스크러버(30)에 유입될 수 있도록 제어해야 한다. 액상촉매주입유닛(50)은 산화된 배기가스에 액상촉매를 주입하여 배기가스를 산화된 상태로 유지시킨다. 액상촉매는 석유나 디젤과 같은 기름(oil)에 포함된 유기 황화물을 산화하여 얻은 유기 황산화물(organic sulfoxides)로, 물과 술폭시드(sulfoxide)의 중량비가 30~70: 70~30일 수 있다. 산화된 배기가스에 유기 황산화물인 액상촉매를 주입함으로써, 배기가스가 다시 환원되지 않고 산화 상태를 유지하며 스크러버(30)로 공급될 수 있다. 그러나, 액상촉매주입유닛(50)이 산화유닛(40) 후단의 배기가스관(10)에 연결되는 것으로 한정될 것은 아니며, 액상촉매주입유닛(50)의 위치는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 액상촉매주입유닛(50)은 산화유닛(40) 내부에 산화유닛(40)과 일체 또는 별도로 형성되거나, 스크러버(30) 내부에 스크러버(30)와 일체 또는 별도로 형성될 수도 있다.
한편, 스크러버(30) 내부에 생성된 황산과 질산은 중화제공급부(70)를 통해 공급된 중화제에 의해 중화될 수 있다. 예를 들어, 중화제는 알칼리 용액, 즉, 수산화나트륨(NaOH) 또는 차아염소산나트륨(NaOCl)일 수 있으며, 해수 등을 전기분해하여 얻을 수 있다. 따라서, 중화제공급부(70)는 단순히 중화제가 저장된 중화제 탱크로 형성되거나, 전기분해장치를 포함하여 중화제를 직접 생산하는 장치로 형성될 수 있다. 중화제공급부(70)가 전기분해장치를 포함하여 중화제를 직접 생산하는 경우, 중화제공급부(70)의 일 측에는 해수공급관(21)으로부터 분지된 해수유입관(22)이 연결되어 해수를 공급받을 수 있다. 해수유입관(22) 상에는 적어도 하나의 펌프(P2)가 설치되어 해수를 중화제공급부(70)로 원활하게 공급할 수 있다.
중화제공급부(70)는 중화제를 스크러버(30)에 공급하거나, 해수공급관(21)에 공급할 수 있다. 중화제공급부(70)가 중화제를 스크러버(30)에 공급할 경우, 세정수가 배기가스와 접하고 난 후 순차적으로 접하도록 공급 시점을 제어할 수 있다. 즉, 배기가스와 세정수가 먼저 접하도록 하여 황산과 질산에 의해 미생물을 사멸시킨 후, 중화제를 공급하여 세정수가 적정 pH가 되도록 중화시킬 수 있다. 이러한 과정을 통하여 스크러버(30) 내에서 배기가스의 오염물질을 제거하고, 세정수의 미생물을 사멸함과 동시에 세정수를 중화시키는 과정이 한번에 이루어질 수 있다.
해수공급관(21) 또는 해수공급관(21)으로부터 분지된 해수유입관(22) 상에는 해수에 전해질을 공급하는 전해질탱크(120)가 마련될 수 있다. 이 때, 전해질은 염화나트륨(NaCl)일 수 있다. 선박은 전세계 해역을 운항하므로, 운항하는 해역에 따라 해수에 포함된 염분의 농도가 서로 다를 수 있다. 해수에 포함된 염분의 농도가 너무 낮을 경우, 중화제공급부(70)에서 전기분해가 원활하게 이루어지지 않으며, 이로 인해, 적합한 농도를 갖는 중화제가 생성되지 않을 수 있다. 해수공급관(21) 또는 해수유입관(22) 상에 전해질을 공급하는 전해질탱크(120)가 마련됨으로써, 염화나트륨이 적게 포함된 해수가 유입된 경우에도 중화제공급부(70)에서 전기분해가 원활하게 이루어질 수 있으며, 이로 인해, 중화제가 용이하게 생성될 수 있다. 전해질탱크(120)는 해수에 포함된 염분의 농도에 따라 선택적으로 동작할 수 있다.
세정수배출관(31)은 스크러버(30) 내부의 세정수를 배출하는 관으로, 필터유닛(80)을 통하여 해수공급관(21)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수배출관(31)은 필터유닛(80)을 통하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리한 후, 외부로 배출할 수 있다. 그러나, 세정수배출관(31)이 해수공급관(21)에 연결되는 것으로 한정될 것은 아니며, 필요에 따라 세정수배출관(31)은 선박의 외부와 연결될 수도 있다.
세정수배출관(31) 상에는 분리유닛(60)이 연결될 수 있다. 분리유닛(60)은 세정수에 포함된 액상촉매를 분리하는 장치로, 세정수와의 비중 차를 이용하여 액상촉매를 분리할 수 있다. 즉, 분리유닛(60)은 중력분리 방식으로 세정수에 포함된 액상촉매를 분리한다. 액상촉매는 비중이 약 0.85로 세정수보다 작다. 따라서, 상대적으로 비중이 큰 세정수는 분리유닛(60)의 하측에 배치되며, 비중이 작은 액상촉매는 분리유닛(60)의 상측에 배치되어 세정수와 액상촉매는 완전히 분리될 수 있다. 그러나, 분리유닛(60)이 중력분리 방식으로 액상촉매를 분리하는 것으로 한정될 것은 아니며, 세정수에 포함된 액상촉매를 분리할 수 있는 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 분리유닛(60)이 세정수에 포함된 액상촉매를 분리함으로써, 배기 오염물질 저감장치(1)가 개루프로 동작하는 경우, 액상촉매가 세정수와 함께 선외로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 분리된 액상촉매는 액상촉매주입유닛(50)으로 순환될 수 있다.
순환라인(61)은 분리유닛(60)에서 분리된 액상촉매를 액상촉매주입유닛(50)으로 재순환시키는 관으로, 분리유닛(60)과 액상촉매주입유닛(50)을 서로 연결할 수 있다. 순환라인(61)은 세정수를 외부로 배출하는 경우, 즉, 배기 오염물질 저감장치(1)가 개루프로 동작하는 경우 개방되어, 액상촉매를 액상촉매주입유닛(50)으로 순환시킬 수 있다.
세정수배출관(31)에는 재순환관(110)도 연결될 수 있다. 재순환관(110)은 세정수배출관(31)을 통하여 배출되는 세정수를 세정수공급관(20)으로 재순환시키는 관으로, 분리유닛(60) 후단의 세정수배출관(31)에 연결될 수 있다. 재순환관(110)은 세정수를 외부로 배출할 수 없는 경우, 즉, 배기 오염물질 저감장치(1)가 폐루프로 동작하는 경우 개방되어, 세정수를 스크러버(30)로 순환시킬 수 있다.
세정수배출관(31)과 재순환관(110) 사이에는 재순환탱크(100)가 설치될 수 있다. 재순환탱크(100)는 세정수배출관(31)을 통해 배출된 세정수 중 일부를 저장할 수 있으며, 재순환관(110)을 통해 일정한 양의 세정수가 순환될 수 있도록 일종의 버퍼탱크(buffer tank) 역할을 할 수 있다. 재순환탱크(100)는 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 포함하여 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하고 재순환관(110)을 통해 재순환시킬 수 있다.
세정수공급관(20)은 해수공급관(21), 청수공급관(27), 및 재순환관(110)과 연결되어 있어, 배기가스의 농도, 스크러버(30)의 처리 용량, 세정수의 농도 및 오염도 등을 고려하여 해수, 청수, 순환수를 적절히 섞어 스크러버(30)로 공급할 수 있다.
필터유닛(80)은 스크러버(30)의 후단에 설치되어 스크러버(30)로부터 배출되는 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하는 장치로, 재순환탱크(100)와 같이, 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 이용하여 고체상 입자를 분리한 후 슬러지탱크(90)로 배출할 수 있다. 필터유닛(80)은 펌프(P1)와 제어밸브(26) 사이의 해수공급관(21)에 연결될 수 있다. 즉, 해수공급관(21)으로부터 공급된 해수는 필터유닛(80)을 통과한 후 세정수공급관(20)을 통해 스크러버(30)로 공급되며, 스크러버(30)를 통과한 세정수는 다시 필터유닛(80)을 통과한다. 다시 말해, 하나의 필터유닛(80)으로 외부에서 유입되는 해수와 스크러버(30)를 통과한 세정수를 모두 필터링할 수 있다. 그러나, 하나의 필터유닛(80)을 사용하는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 복수 개의 필터유닛(80)을 사용할 수도 있다. 복수 개의 필터유닛(80)은 세정수배출관(31)을 통과한 세정수 또는 해수공급관(21)을 통과한 해수 속의 포함된 입자가 큰 물질 제거에 공통으로 또는 독립적으로 동작할 수 있다.
필터유닛(80)을 통과한 세정수 또는 해수에는 중화제공급부(70)로부터 중화제가 주입될 수 있다. 중화제는 해수와 세정수의 혼합수가 배출되는 혼합관(23)에 주입될 수 있으며, 혼합관(23)은 필터유닛(80)과 해수배출관(24) 사이를 연결할 수 있다. 해수배출관(24) 상에는 센서부(25)가 설치되어 있어, 배출되는 세정수와 해수 중에 포함된 총잔류산화제양(total residual oxidant), pH값, 미생물 농도 중 적어도 하나를 실시간으로 파악할 수 있다. 예를 들어, 센서부(25)는 TRO(Total Residual Oxidant) 센서일 수 있으며, 중화제공급부(70)는 센서부(25)에서 측정된 값에 따라 중화제의 공급량을 조절할 수 있다. 혼합관(23)을 통해 배출되는 세정수와 해수는 해수배출관(24)을 통해 외부로 배출된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 배기 오염물질 저감장치(1)의 작동 과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 작동도이다.
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)는 기액 접촉 전에 산화시킨 황산화물과 질소산화물에 액상촉매를 주입하여, 산화된 황산화물과 질소산화물이 다시 환원되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 황산화물과 질소산화물의 저감효과가 향상될 수 있으며, 산화된 배기가스가 습식 스크러버를 통과하며 이중으로 정화되므로, 배기가스 내 오염물질을 현저하게 저감시킬 수 있다.
도 2는 해수가 스크러버를 통과한 후 외부로 배출되는 개루프(open loop) 방식을 도시한 도면이고, 도 3은 해수가 스크러버를 통과한 후 재순환관을 통하여 재순환되는 폐루프(close loop) 방식을 도시한 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하여 설명하면, 해수공급관(21)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 세정수공급관(20)을 통하여 스크러버(30)로 공급되며, 나머지 일부는 해수유입관(22)을 통하여 중화제공급부(70)로 공급된다. 세정수는 스크러버(30) 상부에서 하부를 향하여 분사되며, 스크러버(30)의 하부에는 세정수가 점차 채워질 수 있다. 이 때, 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 산화유닛(40)과 액상촉매주입유닛(50)을 차례로 거친 후, 산화된 상태로 스크러버(30) 하부에서 상부를 향하여 분사될 수 있다. 산화유닛(40)은 방전을 하거나 자외선을 조사하거나 산화제를 분사하여 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시키며, 액상촉매주입유닛(50)은 산화된 배기가스에 액상촉매를 주입하여 배기가스의 산화 상태를 유지시킨다.
중화제공급부(70)는 중화제를 저장 또는 생성하며, 세정수의 pH값을 고려하여 해수공급관(21) 또는 스크러버(30)에 중화제를 분사할 수 있다.
배기가스는 스크러버(30) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사되며, 이로 인해, 1차로 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 제거될 수 있다. 또한, 스크러버(30) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 2차로 오염물질에 제거될 수 있다. 이러한 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되며, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(32)을 통하여 외부로 배출된다.
스크러버(30)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(31)을 통하여 스크러버(30) 외부로 배출된다. 세정수배출관(31) 상에는 분리유닛(60)이 설치되므로, 액상촉매는 세정수로부터 분리되어 순환라인(61)을 통해 액상촉매주입유닛(50)으로 순환되고, 액상촉매가 분리된 세정수만 필터유닛(80)으로 이동한다. 필터유닛(80)은 세정수 내부의 고체상 입자 등의 오염물질을 분리하여 슬러지탱크(90)로 저장하며, 오염물질이 분리된 세정수는 해수배출관(24)을 통하여 선박의 외부로 배출된다. 이 때, 센서부(25)에서 측정한 해수배출관(24)을 통과하는 세정수의 총잔류산화제양과 pH값이 기준치를 벗어나는 경우, 중화제공급부(70)로부터 중화제를 스크러버(30) 또는 혼합관(23)에 주입하여 총잔류산화제양과 pH값을 기준치 이내로 맞춘 후 외부로 배출한다.
한편, 해수공급관(21)을 통해 염화나트륨이 적게 포함된 해수가 유입되는 경우, 전해질탱크(120)는 해수유입관(22)을 유동하는 해수에 전해질을 공급할 수도 있다.
이어서, 도 3을 참조하여 설명하면, 해수공급관(21)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 스크러버(30)로 공급되고, 일부는 중화제공급부(70)로 공급된다. 스크러버(30)를 통과하여 세정수배출관(31)으로 배출된 세정수는 액상촉매를 포함한 상태로 재순환탱크(100)에 일시 저장되었다가 다시 재순환관(110)을 통하여 세정수공급관(20)으로 공급된다. 즉, 도 3의 과정은 세정수배출관(31)을 통해 배출된 세정수가 선외로 배출되지 않고 액상촉매를 포함한 상태로 재순환관(110)을 통하여 세정수공급관(20)으로 재순환하는 것을 제외하면 나머지 과정은 도 2의 과정과 동일하다.
액상촉매주입유닛(50)을 통하여 산화된 배기가스에 주입되었던 액상촉매는 배기가스관(10), 스크러버(30), 세정수배출관(31), 분리유닛(60), 순환라인(61)을 순차적으로 순환하며, 액상촉매의 오염도 등을 고려하여 도 2의 과정과 도 3의 과정을 병행할 수 있다.
또한, 해수공급관(21)을 통하여 유입된 해수는 세정수공급관(20), 스크러버(30), 세정수배출관(31), 분리유닛(60), 재순환탱크(100), 및 재순환관(110)을 순차적으로 순환하며, 세정수의 오염도, pH값 등을 고려하여 도 2의 과정과 도 3의 과정을 병행할 수 있다.
도 3의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과하는 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 운용될 수 있으며, 도 2와 도 3의 과정은 필요에 따라 선택적으로 또는 순차적으로 운용될 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)에 관하여 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 작동도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)는 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 전처리유닛(130)을 더 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)는 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 전처리유닛(130)을 더 포함하는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한, 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.
전처리유닛(130)은 배기가스에 포함된 미세분진을 제거하는 장치로, 산화유닛(40) 전단의 배기가스관(10)에 연결될 수 있다. 전처리유닛(130)은 미세분진에 물분자를 분사하여 배기가스의 미세분진 농도를 감소시킬 수 있다. 그러나, 전처리유닛(130)이 미세분진에 물분자를 분사하여 미세분진 농도를 감소시키는 것으로 한정될 것은 아니며, 미세분진의 농도를 감소시킬 수 있는 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 전처리유닛(130)은 미세분진의 투과율이 낮은 분리막을 이용하여 미세분진 농도를 감소시키거나, 사이클론(cyclone) 방식의 원심분리기를 이용하여 미세분진 농도를 감소시킬 수도 있다.
해수공급관(21)은 일 측이 분지되어 전처리유닛(130)에 연결될 수 있으며 외부로부터 유입된 해수를 전처리유닛(130)에 분사할 수 있다. 이 때, 해수공급관(21)은 필터유닛(80) 후단에서 분지되어 1차로 필터링된 해수를 전처리유닛(130)에 공급할 수 있으며, 단부에 노즐유닛(도시되지 않음)이 형성되어 해수를 미립자화하여 분사할 수 있다. 또한, 청수공급관(27)은 일 측이 분지되어 전처리유닛(130)에 연결될 수 있으며, 청수를 전처리유닛(130)에 분사할 수 있다. 이 때, 청수공급관(27)의 단부에는 노즐유닛(도시되지 않음)이 형성되어, 청수를 미립자화하여 분사할 수 있다. 즉, 전처리유닛(130)은 해수, 청수, 해수와 청수의 혼합수를 선택적으로 공급받을 수 있다. 그러나, 해수공급관(21)과 청수공급관(27)의 단부에 노즐유닛이 결합되는 것으로 한정될 것은 아니며, 해수 또는 청수를 미립자화하여 분사할 수 있는 다양한 구조로 변형될 수 있다. 예를 들어, 전처리유닛(130)과 해수공급관(21) 사이, 또는 전처리유닛(130)과 청수공급관(27) 사이에는 수증기를 발생시키는 수증기발생유닛(도시되지 않음)이 결합될 수도 있다. 여기서, 수증기라 함은, 물의 완전한 기체 상태만을 의미하는 것이 아니라, 액체 상태의 물이 무화(霧化)되어 작은 입자를 이루는 상태를 포함할 수 있다. 수증기발생유닛을 통해 발생된 수증기는 별도의 펌프장치를 통하여 전처리유닛(130) 내부에 고압으로 분사될 수 있다.
전처리유닛(130)에 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수가 분사됨으로써, 배기가스 내 미세분진은 물분자를 흡수하여 가라앉게 되며, 이로 인해, 전처리유닛(130)을 통과하여 산화유닛(40)으로 공급되는 배기가스의 미세분진 농도가 감소될 수 있다. 산화유닛(40)에 미세분진 농도가 감소된 배기가스가 공급됨으로써, 산화유닛(40) 내부에 위치하여 펄스 코로나 방전을 유도하는 전극(도시되지 않음)에 미세분진이 흡착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배기가스의 산화효율이 향상될 수 있다. 또한, 산화유닛(40)이 자외선을 조사하는 경우, 미세분진이 자외선의 조사 경로를 차단하는 것을 방지하여 산화효율을 향상시킬 수 있다.
전처리유닛(130)의 일 측에는 포집관(131)이 연결될 수 있다. 포집관(131)은 전처리유닛(130)을 통과한 해수 또는 청수를 포집하여 세정수공급관(20)으로 공급하는 관으로, 필요에 따라 선택적으로 개방될 수 있다. 포집관(131)은 전처리유닛(130)을 통과한 해수 또는 청수를 재순환관(110)에 공급할 수도 있다.
도 4는 해수가 스크러버를 통과한 후 외부로 배출되는 개루프(open loop) 방식을 도시한 도면이고, 도 5는 해수가 스크러버를 통과한 후 재순환관(110)을 통하여 재순환되는 폐루프(close loop) 방식을 도시한 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 해수공급관(21)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 세정수공급관(20)을 통하여 스크러버(30)로 공급되며, 일부는 해수유입관(22)을 통하여 중화제공급부(70)로 공급된다. 세정수는 스크러버(30) 상부에서 분사되며, 스크러버(30) 하부에는 세정수가 일정 수위 채워질 수 있다. 이 때, 배기가스관(10)을 통하여 공급되는 배기가스는 전처리유닛(130)과 산화유닛(40), 및 액상촉매주입유닛(50)을 순차적으로 거친 후, 스크러버(30) 하부에서 분사될 수 있다. 전처리유닛(130)은 해수공급관(21)으로부터 해수를 공급받아 미세분진에 분사하며, 전처리유닛(130)을 통과한 해수는 포집관(131)을 통해 세정수공급관(20)으로 공급될 수 있다. 산화유닛(40)은 방전을 하거나 자외선을 조사하거나 산화제를 분사하여 배기가스에 포함된 일산화질소를 이산화질소로 산화시키며, 액상촉매주입유닛(50)은 산화된 배기가스에 액상촉매를 주입하여 배기가스의 산화 상태를 유지시킨다.
중화제공급부는 중화제를 저장 또는 생성하며, 해수공급관(21) 또는 스크러버(30)에 중화제를 분사할 수 있다.
배기가스는 스크러버(30) 하부에 채워진 세정수 속에서 분사되며, 이로 인해, 1차로 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 제거될 수 있다. 또한, 스크러버(30) 상부에서 분사되는 세정수에 의해 2차로 오염물질이 제거될 수 있다. 이러한 과정을 통하여 배기가스 내부의 오염물질은 제거되며, 오염물질이 제거된 배기가스는 배출관(32)을 통하여 외부로 배출된다.
스크러버(30)를 통과한 세정수는 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질을 포함하고 있으며, 세정수배출관(31)을 통하여 스크러버(30) 외부로 배출된다. 세정수배출관(31)을 유동하는 세정수는 분리유닛(60)을 통과하며 액상촉매가 분리되고, 분리된 액상촉매는 순환라인(61)을 통하여 액상촉매주입유닛(50)으로 순환될 수 있다. 액상촉매가 분리된 세정수는 필터유닛(80)으로 이동하여 고체상 입자 등의 오염물질이 제거되며, 오염물질은 슬러지탱크(90)로 저장되고, 오염물질이 제거된 세정수는 해수배출관(24)을 통하여 선박의 외부로 배출된다.
이어서, 도 5를 참조하면, 해수공급관(21)을 통하여 유입된 해수 중 일부는 스크러버(30)로 공급되고, 일부는 중화제공급부(70)로 공급된다. 스크러버(30)를 통과하여 세정수배출관(31)으로 배출된 세정수는 액상촉매를 포함한 상태로 재순환탱크(100)에 일시 저장되었다 재순환관(110)을 통하여 세정수공급관(20)으로 공급된다. 즉, 도 5의 과정은 세정수가 선외로 배출되지 않고 액상촉매를 포함한 상태로 재순환관(110)을 통하여 세정수공급관(20)으로 재순환하는 것을 제외하면 나머지 과정을 도 4의 과정과 동일하다.
도 5의 과정은 해수의 배출이 제한되는 지역을 통과하는 경우와 같이, 외부로 해수를 배출할 수 없는 경우에 운용될 수 있으며, 도 4와 도 5의 과정은 필요에 따라 선택적으로 또는 순차적으로 운용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 배기 오염물질 저감장치
10: 배기가스관 20: 세정수공급관
21: 해수공급관 22: 해수유입관
23: 혼합관 24: 해수배출관
25: 센서부 26: 제어밸브
27: 청수공급관 30: 스크러버
31: 세정수배출관 32: 배출관
40: 산화유닛 50: 액상촉매주입유닛
60: 분리유닛 61: 순환라인
70: 중화제공급부 80: 필터유닛
90: 슬러지탱크 100: 재순환탱크
110: 재순환관 120: 전해질탱크
130: 전처리유닛 131: 포집관

Claims (7)

  1. 선박에 탑재되어 화석연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 연소기관으로부터 질소산화물, 황산화물 및 미세분진을 포함하는 배기가스를 공급하는 배기가스관;
    세정수를 공급하는 세정수공급관;
    상기 배기가스관을 통해 공급되는 배기가스에 상기 세정수공급관을 통해 공급되는 세정수를 분무하는 스크러버;
    상기 배기가스관에 연결되며, 방전을 하거나 자외선을 조사하거나 산화제를 분사하여 배기가스를 산화시키는 산화유닛;
    상기 산화유닛 전단의 상기 배기가스관에 연결되며, 물분자를 분사하여 배기가스에 포함된 미세분진을 흡착하여 제거하는 전처리유닛;
    상기 산화유닛 후단의 상기 배기가스관에 연결되어 상기 산화유닛과 일체 또는 별도로 형성되며, 상기 산화유닛에서 상기 방전을 하거나 상기 자외선을 조사하여 산화된 배기가스를 산화된 상태로 유지시키는 액상촉매를 주입하는 액상촉매주입유닛; 및
    상기 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관을 포함하되,
    배기가스는 상기 전처리유닛과 상기 산화유닛을 차례로 통과한 후 상기 스크러버에 공급되는 배기 오염물질 저감장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 액상촉매는 기름(oil)에 포함된 유기 황화물을 산화하여 얻은 유기 황산화물(organic sulfoxides)인 배기 오염물질 저감장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 액상촉매는 물과 술폭시드(sulfoxide)의 중량비가 30~70: 70~30 인 배기 오염물질 저감장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 액상촉매는 비중이 세정수보다 작은 배기 오염물질 저감장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 세정수배출관에 연결되며, 세정수와의 비중 차를 이용하여 세정수에 포함된 액상촉매를 분리하는 분리유닛; 및
    상기 분리유닛과 상기 액상촉매주입유닛을 연결하여 상기 분리유닛에서 분리된 액상촉매를 상기 액상촉매주입유닛으로 순환시키는 순환라인을 더 포함하는 배기 오염물질 저감장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 스크러버에 연결되어 중화제를 공급하는 중화제공급부를 더 포함하는 배기 오염물질 저감장치.
  7. 삭제
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