KR101858154B1

KR101858154B1 - Ｓｃｒ 환원반응모듈 재생 시스템

Info

Publication number: KR101858154B1
Application number: KR1020160148525A
Authority: KR
Inventors: 장재환; 노희환; 구진희
Original assignee: 에스티엑스엔진 주식회사
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2018-06-27

Abstract

본 발명의 SCR 환원반응모듈 재생 시스템은, 디젤엔진으로부터의 배기가스가 배출되는 배기관; 상기 배기관에 요소수(환원제)를 공급하는 우레아 공급부; 상기 우레아 공급부에서 분사된 요소수와 배기가스를 혼합시키는 혼합믹서; 상기 혼합믹서를 통과한 요소수는 암모니아로 열분해 되어 배기가스에 포함된 질소산화물과 반응하여 물과 질소를 생성시키는 환원반응모듈; 및 상기 환원반응모듈에 흡착된 유해물질을 승온된 배기가스를 통해 제거하는 가열버너 모듈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 우레아 공급부와 인접하게 바이패스 가이드를 구비하여 배기가스 중 일부를 포집하여, 포집된 배기가스는 가열 버너에 의해 350℃ 이상으로 승온시켜 승온된 배기가스를 환원반응모듈에 공급하여 환원반응모듈에 포집된 이차반응물질인 황산암모늄 및 피독에 의한 오염을 제거하는 효과가 있다.

Description

ＳＣＲ 환원반응모듈 재생 시스템{SCR Reduction reaction module recycling system}

본 발명은 SCR 환원반응모듈 재생 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 300도 미만으로 저온 배출되는 배기가스를 승온시켜 환원반응모듈을 재생할 수 있는 SCR 환원반응모듈 재생 시스템에 관한 것이다.

질소산화물(Nox)의 규제가 강화되면서 대형 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물의 저감을 위한 노력이 강구되고 있으며, 일례로써, 디젤 엔진의 배기 후처리 시스템이 제안되었다.

디젤엔진의 후처리 시스템은 디젤엔진의 배기관에 설치되는 매연여과필터(DPF; Diesel Particulate Filtertrap)와 선택적환원촉매(SCR; selective catalytic reduction)를 포함한다.

매연여과필터(DPF)는 디젤엔진에서 배출되는 배출가스에 포함된 입자상 물질이나 미세 먼지(PM; ParticulateMatter)를 포집한다. 매연여과필터(DPF)의 지속적인 작용을 위하여, 매연여과필터는 포집된 입자상 물질이나 미세 먼지를 연소시키는 방법으로 재생되어야 한다.

선택적환원촉매(SCR)는 디젤엔진의 배출가스에 포함된 질소산화물(Nox)을 제거한다. 대형 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물을 저감하기 위하여, 요소수 첨가 선택적촉매환원 시스템(Urea-SCR: Urea-selective catalytic reduction, 이하, "SCR 시스템")이 적용된다.

즉, SCR 시스템 촉매의 전방에 요소수를 투입하도록 요소수 공급부와 투입부를 구비하고, 질소산화물 센서와 요소수 분사 제어장치를 더 구비하여, 배기관의 내부에 요소수를 분사한다.

이와 같이 질소산화물을 효과적으로 저감하기 위해서, 암모니아(NH3)와 질소산화물(NOx)은 고온에서 설정된 비율(예를 들면, 1:1)로 반응하여 질소(N2)로 환원되어야 한다. 즉 암모니아와 배출가스가 신속하게 혼합될 필요성이 있다.

그러나, 선박에 적용되는 디젤 엔진의 배기가스는 300℃ 미만의 저온으로 배출됨에 따라 요소수와 배출가스가 신속하게 혼합되지 않는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 SCR 시스템이 정상 작동하기 위해선 배기가스 온도가 300℃ 이상으로 유지돼야 하지만 선박의 디젤엔진에서 내뿜는 배기가스 온도는 이보다 낮았다.

또한, 배기가스의 온도가 300℃ 이하를 유지함에 따라 환원반응모듈의 이차반응 물질인 황상암모늄(ABS)과 피독에 의한 오염을 제거하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 디젤엔진의 배기가스의 온도를 높이는 개선된 형태의 SCR 환원반응모듈 재생 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국공개특허 제2015-0131865호(2015.11.25. 공개)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 300℃의 저온 배기가스 중 일부를 포집 후 가열하여 350℃ 이상으로 승온시켜 환원반응모듈에 공급하여 이차반응물질인 황산암모늄 및 피독에 의한 오염을 제거하는 SCR 환원반응모듈 재생 시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SCR 환원반응모듈 재생 시스템은, 디젤엔진으로부터의 배기가스가 배출되는 배기관; 상기 배기관에 요소수(환원제)를 공급하는 우레아 공급부; 상기 우레아 공급부에서 분사된 요소수와 배기가스를 혼합시키는 혼합믹서; 상기 혼합믹서를 통과한 요소수는 암모니아로 열분해 되어 배기가스에 포함된 질소산화물과 반응하여 물과 질소를 생성시키는 환원반응모듈; 및 상기 환원반응모듈에 흡착된 유해물질을 승온된 배기가스를 통해 제거하는 가열버너 모듈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열버너 모듈은, 상기 혼합믹서에 설치되어 배기가스 중 일부를 포집하는 바이패스 가이드와, 상기 바이패스 가이드를 통해 포집된 배기가스를 상기 혼합믹서의 후단과 상기 환원반응모듈의 전단으로 보내는 바이패스 유로 및 상기 바이패스 유로 상에 설치되어 배기가스를 가열하는 가열 버너로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 SCR 환원반응모듈 재생 시스템에 따르면, 우레아 공급부와 인접하게 바이패스 가이드를 구비하여 배기가스 중 일부를 포집하여, 포집된 배기가스는 가열 버너에 의해 350℃ 이상으로 승온시켜 승온된 배기가스를 환원반응모듈에 공급하여 환원반응모듈에 포집된 이차반응물질인 황산암모늄 및 피독에 의한 오염을 제거하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 SCR 환원반응모듈 재생 시스템을 도시한 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 SCR 환원반응모듈 재생 시스템(S)은, 디젤엔진(10)으로부터의 배기가스가 배출되는 배기관(100)과, 상기 배기관(100)에 요소수(환원제)를 공급하는 우레아 공급부(200)와, 상기 우레아 공급부(200)에서 분사된 요소수와 배기가스를 혼합시키는 혼합믹서(300) 및 상기 혼합믹서(300)를 통과한 요소수는 암모니아로 열분해 되어 배기가스에 포함된 질소산화물과 반응하여 물과 질소를 생성시키는 환원반응모듈(400)로 구성된다.

먼저, 상기 우레아 공급부(200)에서 분사된 요소수는 배기관(100) 내에서 디젤엔진의 배기가스의 열에 의하여 암모니아로 열분해 된다. 이렇게 생성된 암모니아는 혼합믹서(300)에서 배기가스와 혼합되어 환원반응모듈(400)로 공급된다.

이에 따라, 배기가스에 포함된 질소산화물과 암모니아는 반응하여, 배기가스의 NOx를 인체에 무해한 물과 질소로 환원하게 된다.

그러나, 선박에 공급되는 디젤 엔진 중 300℃ 미만의 저온으로 배출되는 배기가스는 요소수를 암모니아로 신속하게 열분해하지 못함과 동시에 암모니아와 배출가스를 신속하게 혼합하지 못하게 된다.

더욱이, 배기가스 중 황과 환원제로 사용되는 암모니아의 반응으로 인해 상기 환원반응모듈(400)에는 황산암모늄(ABS)과 피독에 의해 오염이 발생하게 된다. 즉, 황상암모늄과 피독과 같은 유해물질이 상기 환원반응모듈(400)에 흡착되어 정화효율 저하 및 배압이 증가하게 된다.

이를 해결하기 위해서는 배기가스의 온도를 300℃ 이상으로 승온시켜, 350℃이상으로 승온된 배기가스를 상기 환원반응모듈(400)에 공급하여 황산암모늄(ABS)과 피독 등의 오염물질을 제거(연소)하게 된다.

구체적으로, 상기 환원반응모듈(400)에 흡착된 유해물질을 승온된 배기가스를 통해 제거하는 가열버너 모듈(500)가 더 구비된다.

상기 가열버너 모듈(500)은 상기 배기관(100)의 내벽과 예각을 이루도록 상기 혼합믹서(300)에 설치되어 배기가스 중 일부를 포집하는 바이패스 가이드(510)와, 상기 바이패스 가이드(510)를 통해 포집된 배기가스를 상기 혼합믹서(300)의 후단과 상기 환원반응모듈(400)의 전단으로 보내는 바이패스 유로(520) 및 상기 바이패스 유로(520) 상에 설치되어 배기가스를 가열하는 가열 버너(530)로 구성된다.

상기 가열 버너(530)는 플라즈마 버너가 적용될 수 있다. 플라즈마 버너가 적용되면 본 시스템의 소형화가 가능하게 된다.

즉, 상기 혼합믹서(300)의 후단에 부착되어 있는 바이패스 가이드(510)를 통해 배기가스를 포집하여 바이패스 유로로 안내하고, 상기 바이패스 유로로 안내된 배기가스는 상기 가열 버너를 이용하여 350℃ 이상으로 승온시켜 상기 환원반응모듈(400)로 전달하게 된다.

본 발명에 따르면, 우레아 공급부(200)와 인접하게 바이패스 가이드(510)를 구비하여 배기가스 중 일부를 포집하여, 포집된 배기가스는 가열 버너(530)에 의해 350℃ 이상으로 승온시켜 승온된 배기가스를 환원반응모듈(400)에 공급하여 환원반응모듈(400)에 포집된 이차반응물질인 황산암모늄 및 피독에 의한 오염을 제거하게 된다.

상기 표 1은 ABS에 의해 오염된 환원반응모듈을 재생조건(430℃, 12min)에 따라 승온 후 재생 주기에 따른 정화효율을 나타낸 실험그래프로서 상기 표 1에 보는 바와 같이 재생 주기에 따른 정화효율이 30~40%까지 향상됨을 볼 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

S - SCR 시스템
10 - 엔진
100 - 배기관
200 - 우레아 공급부
300 - 혼합믹서
400 - 환원반응모듈
500 - 가열버너 모듈
510 - 바이패스 가이드 520 - 바이패스 유로
530 - 가열 버너

Claims

디젤엔진으로부터의 배기가스가 배출되는 배기관;
상기 배기관에 요소수를 공급하는 우레아 공급부;
상기 우레아 공급부에서 분사된 요소수와 배기가스를 혼합시키는 혼합믹서;
상기 혼합믹서를 통과한 요소수는 암모니아로 열분해 되어 배기가스에 포함된 질소산화물과 반응하여 물과 질소를 생성시키는 환원반응모듈; 및
상기 환원반응모듈에 흡착된 유해물질을 승온된 배기가스를 통해 제거하는 가열버너 모듈;를 포함하되,
상기 가열버너 모듈은,
상기 배기관의 내벽과 예각을 이루도록 상기 혼합믹서에 설치되어 배기가스 중 일부를 포집하는 바이패스 가이드와, 상기 바이패스 가이드를 통해 포집된 배기가스를 상기 환원반응모듈의 전단으로 보내는 바이패스 유로 및 상기 바이패스 유로 상에 설치되어 배기가스를 가열하는 가열 버너로 구성된 것을 특징으로 하는 SCR 환원반응모듈 재생 시스템.
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