KR101818263B1 - 우레아 용액 전처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스의 유입 및 배출이 가능하도록 중공형으로 형성되는 배기가스 배관과 상기 배기가스 배관의 일단부를 둘러싸도록 결합되고, 내부가 'ㄷ'자의 형태로 형성되며, 일단층의 단부에 상기 배기가스 배관과 연결되는 연결구를 구비하는 암모니아 배관 및 상기 암모니아 배관의 타단층의 일단부에 형성되고, 상기 암모니아 배관으로 우레아 용액을 분사시키기 위하여 형성되는 분사노즐을 포함한다.
본 발명은, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 선택적인 제거를 위하여 암모니아 배관 내부에 우레아 및 고온의 이송용 유체를 분사하고, 상기 암모니아 배관 내부에 격벽을 설치하여 'ㄷ'자 형태로 형성시켜, 상기 분사된 우레아 용액이 암모니아로 분해될 수 있는 정체시간을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은 효과적인 암모니아 생성을 위하여 열교환 배관을 통해 외부에서 주입된 차가운 공기를 고온의 공기로 만들어 암모니아 배기관으로 분사하도록 하여, 별도의 고온의 공기를 주입하기 위한 고온용 펌프가 불필요한 효과를 갖는다.

Description

우레아 용액 전처리 장치{Urea pretreatment apparatus}

본 발명은, 우레아 용액 전처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 선택적인 제거를 위한 암모니아를 생성하는 우레아 용액 전처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가솔린, 디젤, 벙커유, LNG 등의 각종 화석연료를 상용하는 엔진, 소각로 및 산업 용 연소설비의 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템에서는 질소산화물을 환원시키기 위한 화학물질로 암모니아 가스를 직접 사용하거나 사용과 보관의 안정성과 편리성으로 인해 우레아 용액을 배기관에 공급하여 배기가스의 열을 이용해 우레아를 암모니아로 전환 시켜 질소산화물 제거에 이용하고 있다.

그러나, 종래의 배기가스 저감장치는 우레아 용액을 암모니아 배기관에 공급하기 위한 장치를 통해 상기 암모니아 배기관에 유입되는 우레아를 효과적으로 암모니아로 전환시킬 수 있도록 상기 암모니아 배기관이 소정의 길이를 가지고 형성되어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 우레아 용액 공급장치를 이용하여 암모니아 배기관으로 우레아 용액을 공급할 경우에는, 배기가스의 높은 온도로 인해 배기관 내부에 우레아 용액이 고화되어 막히지 않도록 우레아 용액을 보호 냉각해주는 공기 압축기의 동력이 과다하게 소요되는 문제점이 있었다.

따라서, 배기가스에 포함된 유해물질을 효율적으로 저감시키고, 이를 위한 암모니아를 효과적으로 생성하는 우레아 용액 공급장치의 설치 공간 확보에 대한 기술이 함께 요구된다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2004-0009332호(공개일 : 2012.02.01)가 있으며, 상기 선행문헌에는 촉매 분해반응을 이용한 우레아 용액 공급장치에 대한 기술이 게시되어 있다.

본 발명의 목적은, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 선택적인 제거를 위하여 암모니아 배기관 내부에 우레아 및 고온의 이송용 유체를 분사하고, 상기 암모니아 배관 내부에 격벽을 설치하여 'ㄷ'자 형태로 형성함으로써, 상기 분사된 우레아 용액이 암모니아로 분해될 수 있는 정체시간을 확보할 수 있는 우레아 용액 전처리 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 우레아 용액 전처리 장치는 배기가스의 유입 및 배출이 가능하도록 중공형으로 형성되는 배기가스 배관과 상기 배기가스 배관의 일단부를 둘러싸도록 결합되고, 내부가 'ㄷ'자의 형태로 형성되며, 일단층의 단부에 상기 배기가스 배관과 연결되는 연결구를 구비하는 암모니아 배관 및 상기 암모니아 배관의 타단층의 일단부에 형성되고, 상기 암모니아 배관으로 우레아 용액을 분사시키기 위하여 형성되는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 우레아 용액 전처리 장치는 상기 분사노즐과 이격되어 상기 암모니아 배관의 타단층의 일단부에 형성되고, 상기 암모니아 배관으로 고온의 이송용 유체를 분사시키기 위하여 구비되는 열교환 배관을 더 포함한다.

그리고, 상기 암모니아 배관은 상기 분사노즐을 통해 분사된 우레아 용액이 이동할 수 있는 통로를 형성하기 위하여 구비되는 격벽 및 상기 암모니아 배관의 일단층의 측면에 다수개 형성되고, 우레아 용액이 상기 열교환 배관을 통해 유입된 고온의 이송용 유체와 반응하여 암모니아 가스로 열분해 하도록 형성되는 과정에서 마찰로 인한 열을 발생시키기 위하여 구비되는 핀을 구비한다.

또한, 상기 핀은 평판 및 판공형의 형상으로 구비되고, 표면에 우레아 용액 분해용 촉매가 코팅되어 우레아 용액이 암모니아 가스로 열분해 되는 것을 활성화 시키도록 형성된다.

한편, 상기 열교환 배관은 외부에 구비된 펌프를 통해 저온의 이송용 유체가 주입되면, 내부에 구비된 열교환 부재를 통해 고온의 이송용 유체로 가열하고, 우레아 용액을 열분해 하기 위한 열원을 확보하여 상기 암모니아 배관으로 분사한다.

본 발명은, 배기가스에 포함된 질소산화물(Nox)의 선택적인 제거를 위하여 암모니아 배관 내부에 우레아 및 고온의 이송용 유체를 분사하고, 상기 암모니아 배관 내부에 격벽을 설치하여 'ㄷ'자 형태로 형성시켜, 상기 분사된 우레아 용액이 암모니아로 분해될 수 있는 정체시간을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 효과적인 암모니아 생성을 위하여 열교환 배관을 통해 외부에서 주입된 차가운 공기를 고온의 공기로 만들어 암모니아 배기관으로 분사하도록 하여, 별도의 고온의 공기를 주입하기 위한 고온용 펌프가 불필요한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 우레아 용액 전처리 장치의 전체 단면도를 보여준다.
도 2는 본 발명에 따른 우레아 용액 전처리 장치의 하부 단면도를 보여준다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 우레아 용액 전처리 장치의 전체 단면도를 보여준다.

도 1에 도시된 바와 같이, 우레아 용액 전처리 장치는 배기가스 배관(100), 암모니아 배관(200) 및 분사노즐(300)을 포함한다.

먼저, 상기 배기가스 배관(100)은 배기가스의 유입 및 배출이 가능하도록 입측과 출측이 구비된 중공형으로 형성된다.

여기서, 상기 배기가스 배관(100)의 일단부에는 후술 될 암모니아 배관(200)이 둘러싸도록 결합된다.

상기 암모니아 배관(200)은 내부가 'ㄷ'자의 형태로 형성되며, 엇갈리도록 통로가 형성된다.

그리고, 상기 암모니아 배관(200)에는 배기가스 배관(100)과 맞닿는 일단층(210)의 단부에 상기 배기가스 배관(200)과 연결되는 연결구(230)가 구비된다.

또한, 상기 암모니아 배관(200)은 격벽(240)을 포함하여 구성된다.

상기 격벽(240)은, 후술 될 분사노즐(300)을 통해 분사된 우레아 용액이 이동할 수 있는 통로를 형성하기 위하여 구비된다.

상기 격벽(240)은, 일단은 암모니아 배관(200) 일단의 하부 중앙에 설치되고, 타단은 상기 암모니아 배관(200)의 타단 상부 중앙에 소정거리 이격되어 위치됨으로써, 후술 될 분사노즐(300)을 통해 분사된 우레아 용액이 상기 격벽(240)의 구조대로 이동할 수 있는 통로를 제공할 수 있다.

한편, 연결구(230)는 후술 될 분사노즐(300)을 통해 상기 암모니아 배관(200)에 분사된 우레아 용액이 고온의 이송용 유체와 반응하여 암모니아로 형성될 때, 상기 암모니아를 배기가스 배관(100)으로 유입시키기 위하여 형성된다.

상기 분사노즐(300)은, 상기 암모니아 배관(200)의 'ㄷ'자 형상의 바깥면을 형성하는 타단층(220)의 일단부에 형성된다.

상기 분사노즐(300)은, 상기 암모니아 배관(200)으로 우레아 용액을 분사시키기 위하여 형성되고, 이류체 또는 단류체 중 어느 하나로 형성된다.

한편, 우레아 용액 전처리 장치는 열교환 배관(400)을 더 포함한다.

상기 열교환 배관(400)은, 분사노즐(300)과 이격되어 암모니아 배관(200)의 타단층(220)의 일단부에 형성된다.

또한, 상기 열교환 배관(400)은 상기 암모니아 배관(200)으로 고온의 이송용 유체를 분사시키기 위하여 구비된다.

여기서, 상기 열교환 배관(400)은 외부에 구비된 펌프(미도시)를 통해 저온의 이송용 유체가 상기 열교환 배관(400)에 주입되면, 내부에 구비된 열교환 부재(410)를 통해 고온의 이송용 요체로 가열한다.

이후, 상기 열교환 배관(400)은 분사노즐(300)을 통해 암모니아 배관(200)으로 분사된 우레아 용액을 열분해 하기 위한 열원을 확보할 수 있다.

한편, 상기 암모니아 배관(200)의 일단층(210)의 측면에는 다수개의 핀(250)이 형성된다.

상기 핀(250)은, 암모니아 배관(200)으로 분사된 우레아 용액이 열교환 배관(400)을 통해 유입된 고온의 이송용 유체와 반응하여 암모니아 가스로 열분해 하도록 형성되는 과정에서 마찰로 인한 열을 발생시키기 위하여 구비된다.

즉, 상기 핀(250)은 상기 암모니아 배관(200)으로 분사된 우레아 용액이 상기 열교환 배관(400)을 통해 유입된 고온의 이송용 유체와 반응하게 되면, 암모니아를 생성하게 되고, 상기 암모니아 배관(200)의 타단층(220)에서 일단층(210)으로 이동이 이루어질 수 있다.

이때, 상기 핀(250)은 상기 암모니아 배관(200)의 타단층(220)에서 일단층(210)으로 이동하는 우레아 용액과 마찰하게 되어 고온의 열을 발생하게 되고, 그에 따라 우레아 용액이 더욱 용의하게 열분해 가능하여 암모니아 생성을 효과적으로 할 수 있다.

여기서, 상기 핀(250)은 평판 및 판공형의 형성으로 구비되고, 표면에 우레아 용액 분해용 촉매가 코팅되어 우레아 용액이 암모니아 가스로 열분해 되는 것을 활성화 시킬 수 있다.

따라서, 상기 핀(250)을 통과하면서 암모니아로 열분해되면, 암모니아 배관(200)에 형성된 연결구(230)를 통해 배기가스 배관(100)으로 빠져나가게 되어 상기 배기가스 배관(100)을 통과하는 배기가스의 포함된 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있다.

결과적으로, 우레아 용액의 전처리 장치는 배기가스에 포함된 질소산화물(Nox)의 선택적인 제거를 위하여 암모니아 배관(200) 내부에 우레아 및 고온의 이송용 유체를 분사하고, 상기 암모니아 배관(200) 내부에 격벽을 설치하여 'ㄷ'자 형태로 형성시켜, 상기 분사된 우레아 용액이 암모니아로 분해될 수 있는 정체시간을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 상기 우레아 용액의 전처리 장치는 상기 암모니아 배관(200)으로 우레아 용액 및 고온의 이송용 유체를 함께 분사함으로써, 우레아 용액이 고온의 이송용 유체에 의해 암모니아 가스로 용의하게 열분해 가능할 수 있을 뿐만아니라 상기 우레아 용액의 이송을 도와주기 때문에 마찰에 의하여 고온을 발생시킬 수 있는 핀(250)에 도달하게 되어 더욱 효과적으로 우레아 용액이 암모니아 가스로 열분해 될 수 있다.

이하, 도 2는 본 발명에 따른 우레아 용액 전처리 장치의 하부 단면도를 보여준다.

도 2에 도시된 바와 같이, 우레아 용액 전처리 장치는 원형의 암모니아 배관(200)의 타단층(220)의 일단으로 우레아 용액 및 이송용 유체를 함께 분사한다.

즉, 상기 암모니아 배관(200)의 타단층(220)의 일단에는 분사노즐(300)이 형성되고, 상기 암모니아 배관(200)의 상기 타단층(200)의 일단에는 하부에서 상기 분사노즐(300)과 소정거리 이격되어 열교환 배관(400)이 각각 형성된다.

여기서, 상기 분사노즐(300)과 상기 열교환 배관(400)은 상기 암모니아 배관(200)의 하부에서 각각 2개씩 형성되는 것이 바람직하고, 각각 마주보도록 형성될 수도 있다.

따라서, 우레아 용액 전처리 장치는 상기 분사노즐(300)과 상기 열교환 배관(400)을 통해 각각 우레아 용액과 고온의 이송용 유체를 함께 상기 암모니아 배관(200)으로 분사할 수 있기 때문에, 우레아 용액의 암모니아 가스로의 열분해를 용의하게 할 수 있다.

한편, 종래에는 열교환 배관(400)이 고온의 이송용 유체를 공급하기 위한 펌프(미도시)를 통해 상기 암모니아 배관(200)으로 상기 고온의 이송용 유체를 공급하도록 하여, 고온의 이송용 유체를 생성하기 위한 공정 및 상기 고온의 이송용 유체를 주입하기 위한 펌프(미도시)가 각각 별도로 형성되었다.

하지만, 본 발명의 열교환 배관(400)은 고온의 이송용 유체를 열교환 배관(400)의 입측에서 고온용 펌프(미도시)에 의해 직접 생성하지 않고, 열교환 부재(410)을 통해 저온의 이송용 유체를 고온으로 가열하여 암모니아 배관(200)으로 분사하기 때문에 작업 공정의 수를 절감할 수 있다.

또한, 상기 열교환 배관(400)은 상기 열교환 부재(410)를 통해 저온의 이송용 유체를 직접 고온의 이송용 유체로 가열하여 상기 암모니아 배관(200)으로 분사시킬 수 있기 때문에, 별도의 고온의 이송용 유체를 분사하기 위한 고온용 펌프(미도시)의 사용이 불필요하다.

따라서, 우레아 용액 전처리 장치는 효과적인 암모니아 생성을 위하여 열교환 배관(400)을 통해 외부에서 주입된 차가운 공기를 고온의 공기로 만들어 암모니아 배기관으로 분사하도록 하여, 별도의 고온의 공기를 주입하기 위한 고온용 펌프가 불필요한 효과를 갖는다.

결과적으로, 본 발명은 배기가스에 포함된 질소산화물(Nox)의 선택적인 제거를 위하여 암모니아 배기관 내부에 우레아 및 고온의 이송용 유체를 분사하고, 상기 암모니아 내부에 격벽을 설치하여 'ㄷ'자 형태로 형성시켜, 상기 분사된 우레아 용액이 암모니아로 분해될 수 있는 정체시간을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 효과적인 암모니아 생성을 위하여 열교환 배관을 통해 외부에서 주입된 차가운 공기를 고온의 공기로 만들어 암모니아 배기관으로 분사하도록 하여, 별도의 고온의 공기를 주입하기 위한 고온용 펌프가 불필요한 효과를 갖는다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

100 : 배기가스 배관 200 : 암모니아 배관
210 : 일단층 220 : 타단층
230 : 연결구 240 : 격벽
250 : 핀 300 : 분사노즐
400 : 열교환 배관 410 : 열교환 부재

Claims (5)

1. 배기가스의 유입 및 배출이 가능하도록 중공형으로 형성되는 배기가스 배관;
   상기 배기가스 배관의 일단부를 둘러싸도록 결합되고, 내부가 'ㄷ'자의 형태로 형성되며, 일단층의 단부에 상기 배기가스 배관과 연결되는 연결구를 구비하는 암모니아 배관; 및
   상기 암모니아 배관의 타단층의 일단부에 형성되고, 상기 암모니아 배관으로 우레아 용액을 분사시키기 위하여 형성되는 분사노즐;을 포함하고,
   상기 분사노즐과 이격되어 상기 암모니아 배관의 타단층의 일단부에 형성되고, 상기 암모니아 배관으로 고온의 이송용 유체를 분사시키기 위하여 구비되는 열교환 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우레아 용액 전처리 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 암모니아 배관은,
   상기 분사노즐을 통해 분사된 우레아 용액이 이동할 수 있는 통로를 형성하기 위하여 구비되는 격벽; 및
   상기 암모니아 배관의 일단층의 측면에 다수개 형성되고, 우레아 용액이 상기 열교환 배관을 통해 유입된 고온의 이송용 유체와 반응하여 암모니아 가스로 열분해 하도록 형성되는 과정에서 마찰로 인한 열을 발생시키기 위하여 구비되는 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 우레아 용액 전처리 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 핀은,
   평판 및 판공형의 형상으로 구비되고, 표면에 우레아 용액 분해용 촉매가 코팅되어 우레아 용액이 암모니아 가스로 열분해 되는 것을 활성화 시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 우레아 용액 전처리 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 열교환 배관은,
   외부에 구비된 펌프를 통해 저온의 이송용 유체가 주입되면, 내부에 구비된 열교환 부재를 통해 고온의 이송용 유체로 가열하고, 우레아 용액을 열분해 하기 위한 열원을 확보하여 상기 암모니아 배관으로 분사하는 것을 특징으로 하는 우레아 용액 전처리 장치.
   
   
   
   

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