KR102292884B1 - 엔진용 scr 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 후단에 SCR 반응기를 장착하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 엔진용 SCR 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 정화하는 SCR 반응기와; 자체에서 엔진 배기가스의 온도를 상기 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 자체에서 우레아로부터 열 분해하여 생성한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 상기 SCR 반응기에 유입시키는 혼합기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열하기 위한 연소설비 또는 이와 동등한 가열설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비를 개별로 설치하지 않고 일체화하여 설치함으로써 질소산화물 정화처리를 위한 시스템을 경제성 있게 효율적으로 설치하게 된다.

Description

엔진용 SCR 시스템{Selective Catalytic Reduction System for Engine}
본 발명은 엔진의 후단에 SCR 반응기를 장착하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 엔진용 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)에 관한 것으로, 특히 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열하기 위한 연소설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비를 개별로 설치하지 않고 일체화하여 설치함으로써 질소산화물 정화처리를 위한 시스템을 경제성 있게 효율적으로 설치하도록 하는 엔진용 SCR 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 사용되는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 국제연합(UN)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이다. 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
질소산화물은, 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성되는 Thermal NOx, 연료에서 발생되는 탄화수소가 공기 중의 질소와 반응하여 생성되는 Prompt NOx, 연료에 포함된 질소성분이 연소과정에서 산화되어 생성된 Fuel NOx로 구분된다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템은 환원제와 섞인 배기가스를 SCR 반응기에 설치된 촉매층으로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3)를 환원제로 사용한다.
엔진의 후단에 SCR 반응기를 장착하여 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 종래의 엔진용 SCR 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 SCR 반응기(101), 연소기(102), 우레아 분해 반응기(103) 및 혼합기(104)를 구비하여 이루어진다.
연소기(102)는 공급받은 연료를 공급받은 분사용 공기에 의해 자체 내부에 분사함과 아울러 공급받은 연소용 공기를 이용하여 분사 연료를 연소하여서 가열된 연소 가스를 배관(111)을 통해 우레아 분해 반응기(103)에 인가한다.
우레아 분해 반응기(103)는 공급받은 우레아 용액을 공급받은 분사용 공기에 의해 자체 내부에 무화시켜 분사하고, 연소기(102)로부터 배관(111)을 통해 인가되는 연소가스의 열에 의해 우레아를 암모니아로 분해시켜 배관(112)을 통해 혼합기(104)에 가열 연소가스와 함께 암모니아를 인가한다.
혼합기(104)는 우레아 분해 반응기(103)로부터 배관(112)을 통해 인가되는 가열 연소가스 및 암모니아를 엔진으로부터 배관(115)을 통해 인가되는 엔진 배기가스와 혼합하여 배관(113)을 통해 SCR 반응기(101)에 인가함으로써, 가열 연소가스에 의해 온도 상승된 엔진 배기가스를 암모니아와 함께 SCR 반응기(101)에 인가한다.
이에, SCR 반응기(101)는 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시켜서 정화한 후에 해당 정화된 엔진 배기가스를 배관(114)을 통해 배출한다.
이와 같이 종래의 SCR 시스템(100)에서는 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(101)에서의 반응 가능 온도로 상승시키기 위하여 연소기(102)에 의해 연료를 연소하여 생성한 가열 연소가스를 우레아 반응기(103)에 인가하고, 해당 연소가스의 열에 의해 우레아 분해 반응기(103)에서 우레아로부터 분해한 암모니아를 가열 연소가스와 함께 혼합기(104)에 인가하고, 혼합기(104)에 의해 엔진 배기가스, 가열 연소가스 및 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기(101)에 인가함으로써, SCR 반응기(101)에서 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시켜서 정화한다.
그러나, 상술한 종래의 SCR 시스템(100)은 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 사용하기 위한 가열된 가스를 생성하는 가열설비(102)와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비(103)와, 가열된 공기와 암모니아를 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기(101)에 유입시키기 위한 혼합설비(104)를 개별로 설치해야 되므로 시스템 부피가 커서 많은 시스템 설치 면적이 소요됨과 아울러 시스템 구성이 복잡하여 시스템을 경제적이면서도 효율적으로 설치할 수 없게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열하기 위한 가열설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비를 개별로 설치하지 않고 일체화하여 설치함으로써 질소산화물 정화처리를 위한 시스템을 경제성 있게 효율적으로 설치하도록 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 정화하는 SCR 반응기와; 자체에서 엔진 배기가스의 온도를 상기 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 자체에서 우레아로부터 열 분해하여 생성한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 상기 SCR 반응기에 유입시키는 혼합기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 혼합기는, 엔진 배기가스의 온도를 상기 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시키도록 가열하기 위한 연소기 또는 이와 동등한 기능의 가열기와; 상기 연소기의 화염 혹은 이와 동등한 기능을 갖춘 가열기에서 고온 부근의 우레아 분해 가능한 온도 영역에 우레아를 분사하여 열에 의해 우레아로부터 암모니아를 분해하기 위한 우레아 분사 노즐을 일체로 내장한다.
이때, 상기 혼합기는 연소기에 의해 가열된 엔진 배기가스와, 연소기의 열에 의해 우레아로부터 분해된 암모니아를 선회유동공간 없이 혼합하여 SCR 반응기에 인가하는 혼합설비로서 작용하는 것을 특징으로 하게 된다.
본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열하기 위한 연소설비 또는 이와 동등한 가열설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비를 개별로 설치하지 않고 일체화하여 설치함으로써 질소산화물 정화처리를 위한 시스템을 경제성 있게 효율적으로 설치하게 된다.
도 1은 종래의 엔진용 SCR 시스템을 도시한 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진용 SCR 시스템을 예시한 도이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 하나의 실시예로서 설명하는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
본 발명은 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열하기 위한 연소설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비를 개별로 설치하지 않고 일체화하여 설치함으로써 질소산화물 정화처리를 위한 시스템을 경제성 있게 효율적으로 설치하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명에 따른 엔진용 SCR 시스템(200)은 도 2에 예시된 바와 같이 SCR 반응기(201)와 혼합기(202)를 포함하여 이루어진다.
혼합기(202)는 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열시키기 위한 연소설비 또는 이와 동등한 가열설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 공기와 암모니아를 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비로서의 기능을 통합적으로 구비한다.
혼합기(202)는 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(201)에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 열 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기(201)에 유입시킴으로써, SCR 반응기(201)로 하여금 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 한다.
혼합기(202)는 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열시키기 위한 연소기(212)를 자체에 내장한다. 혼합기(202)에 내장된 연소기(212)는 공급받은 연료를 공급받은 분사용 공기에 의해 분사함과 아울러 공급받은 연소용 공기를 이용하여 분사 연료를 연소하여서 열을 생성하여 배관(223)을 통해 혼합기(202) 내부에 인가된 엔진 배기가스를 가열함으로써 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(201)에서의 반응 가능 온도로 상승시킨다.
그리고, 혼합기(202)는 연소기(212)에 의해 생성되는 화염(213) 부근에 우레아 용액을 무화시켜 분사하는 우레아 분사 노즐(215)을 자체에 내장하여, 우레아 분사 노즐(215)이 공급받은 우레아 용액을 공급받은 분사용 공기에 의해 무화시켜 연소기(212)(또는 이와 동등한 기능을 갖춘 가열기)의 화염(213) 부근의 우레아 분해 가능한 온도 영역(예를 들어 500℃ 영역)에 분사함으로써 연소기(212)의 열에 의해 우레아를 암모니아로 분해케 한다.
아울러, 혼합기(202)는 연소기(212)에 의해 가열된 엔진 배기가스와, 연소기(212)의 열에 의해 우레아로부터 분해된 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기(201)에 인가하는 혼합설비로서 작용한다.
이에, 혼합기(202)는 연소기(212)에 의해 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(201)에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 연소기(212)의 열에 의해 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 배관(221)을 통해 SCR 반응기(201)에 유입시킴으로써, SCR 반응기(201)에서 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시켜서 정화한 후에 배관(225)을 통해 엔진 배기가스를 배출케 한다.
상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 엔진용 SCR 시스템(200)은 엔진 배기가스를 처리하는 경우에 다음과 같이 작용한다.
혼합기(202)는 디젤 엔진으로부터 배관(223)을 통해 엔진 배기가스(예를 들어 220~240℃의 엔진 배기가스)가 인가되는 경우에, 자체에 구비된 연소기(212)에 의해 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(201)에서의 반응 가능 온도(예를 들어 260℃ 이상)로 상승시킴과 아울러, 자체에 구비된 우레아 분사 노즐(215)에 의해 연소기(212)(또는 이와 동등한 기능을 갖춘 가열기)의 화염(213) 부근의 우레아 분해 가능한 온도 영역(예를 들어 500℃ 영역)에 분사함으로써 연소기(212)의 열에 의해 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기(201)에 유입시킴으로써, SCR 반응기(201)로 하여금 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 한다.
이때, 혼합기(202)에 내장된 연소기(212)는 공급받은 연료를 공급받은 분사용 공기에 의해 분사함과 아울러 공급받은 연소용 공기를 이용하여 분사 연료를 연소하여서 열을 생성하여 배관(223)을 통해 혼합기(202) 내부에 인가된 220~240℃의 엔진 배기가스를 가열함으로써 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(201)에서의 반응 가능 온도에 해당하는 260℃ 이상으로 상승시킨다.
그리고, 혼합기(202)에 내장된 우레아 분사 노즐(215)은 우레아 용액을 공급받은 분사용 공기에 의해 무화시켜 연소기(212)(또는 이와 동등한 기능을 갖춘 가열기)의 화염(213) 부근의 우레아 분해 가능한 온도 영역(예를 들어 500℃ 영역)에 분사함으로써 연소기(212)의 열에 의해 우레아를 암모니아로 분해케 한다.
또한, 혼합기(202)는 연소기(212)에 의해 가열된 엔진 배기가스와, 연소기(212)의 열에 의해 우레아로부터 분해된 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기(201)에 인가한다.
이와 같이, 혼합기(202)는 연소기(212)에 의해 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기(201)에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 연소기(212)의 열에 의해 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 배관(221)을 통해 SCR 반응기(201)에 유입시킴으로써, SCR 반응기(201)에서 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시켜서 정화한 후에 배관(225)을 통해 엔진 배기가스를 배출케 한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 엔진용 SCR 시스템(200)은 엔진 배기가스를 가열하기 위한 연소기(212)(또는 이와 동등한 기능을 갖춘 가열기)와, 연소기(212)(또는 이와 동등한 기능을 갖춘 가열기)의 화염(213) 부근의 우레아 분해 가능한 온도 영역에 우레아를 분사하여 열에 의해 우레아로부터 암모니아를 분해하기 위한 우레아 분사 노즐(215)과, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기(201)에 인가하는 혼합 기능을 혼합기(202)에 일체로 내장하여 설치함으로써, SCR 반응기(201)에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거한다.
이처럼, 본 발명은 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열시키기 위한 연소설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 별도의 선회유동공간 없이 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비를 개별로 설치하지 않고 일체화하여 설치하므로, 시스템 부피가 감소 되어 시스템 설치 면적이 감소함과 아울러 시스템 구성이 간단하여 시스템을 경제적이면서도 효율적으로 설치할 수 있다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술범위에 해당된다고 할 것이다.
본 발명은 디젤 엔진으로부터 배출되는 엔진 배기가스의 질소산화물을 정화하는 경우에 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 엔진 배기가스의 온도를 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 우레아로부터 분해한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 SCR 반응기에 유입시켜서 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 엔진 배기가스의 온도 상승을 위하여 가열하기 위한 연소설비 또는 이와 동등한 가열설비와, 우레아를 열에 의해 암모니아로 분해하기 위한 분해설비와, 가열된 엔진 배기가스와 암모니아를 혼합하여 SCR 반응기에 유입시키기 위한 혼합설비를 개별로 설치하지 않고 일체화하여 설치함으로써 질소산화물 정화처리를 위한 시스템을 경제성 있게 효율적으로 설치하게 된다.
100, 200; 엔진용 SCR 시스템
101, 201; SCR 반응기
102, 212; 연소기
103; 우레아 분해 반응기
104, 202; 혼합기
111~115, 221, 223, 225; 배관
213; 화염
215; 우레아 분사 노즐

Claims (2)

  1. 엔진용 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)으로서,
    암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 정화하는 SCR 반응기와;
    자체에서 엔진 배기가스의 온도를 상기 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시킴과 아울러 자체에서 우레아로부터 열 분해하여 생성한 암모니아를 환원제로서 엔진 배기가스와 혼합하여 상기 SCR 반응기에 유입시키는 혼합기를 포함하여 이루어지며,
    상기 혼합기는,
    엔진 배기가스의 온도를 상기 SCR 반응기에서의 반응 가능 온도로 상승시키도록 가열하기 위한 연소기 또는 이와 동등한 기능의 가열기와;
    상기 연소기의 화염 혹은 이와 동등한 기능을 갖춘 가열기에서 고온 부근의 우레아 분해 가능한 온도 영역에 우레아를 분사하여 열에 의해 우레아로부터 암모니아를 분해하기 위한 우레아 분사 노즐을 일체로 내장하고,
    연소기에 의해 가열된 엔진 배기가스와, 연소기의 열에 의해 우레아로부터 분해된 암모니아를 선회유동공간 없이 혼합하여 SCR 반응기에 인가하는 혼합설비로서 작용하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  2. 삭제
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