KR102386624B1

KR102386624B1 - 선택적 촉매 환원 반응기

Info

Publication number: KR102386624B1
Application number: KR1020200138985A
Authority: KR
Inventors: 김준홍; 황진우; 이재문; 이후선; 이균
Original assignee: 에이치에스디엔진 주식회사
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-04-15

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면 선택적 촉매 환원 반응기는 내부에 촉매가 설치되는 반응기 본체와, 상기 반응기 본체의 길이 방향과 동일한 길이 방향을 가지고 일 측면이 상기 반응기 본체의 길이 방향을 따라 상기 반응기 본체의 외부로 드러나도록 적어도 일부가 상기 반응기 본체의 일 측면 내부에 위치하는 배기 파이프, 그리고 상기 반응기 본체의 외부로 드러난 상기 배기 파이프의 일 측면을 관통하여 상기 배기 파이프의 내부로 삽입된 환원제 분사부를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 반응기{REACTION FOR SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION}

본 발명은 선택적 촉매 환원 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)을 선택적 촉매 환원 반응을 통해 저감시키는 선택적 촉매 환원 반응기에 관한 것이다.

산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석 연료의 사용량이 증가하게 되었다. 이로 인하여 화석 연료의 연소 과정에서 배출되는 각종 유해 가스가 심각한 대기 오염을 야기하고 있다. 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.

대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다.

근래에는 환경 보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이러한 황산화물과 질소산화물에 대한 배출규제가 도입되고 있다.

특히, 질소산화물을 저감시키기 위한 대표적인 설비로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다. 선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.

이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에서 규정한 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있어야 하므로, 저비용 고효율의 탈질 설비와 함께 효과적인 운용 방법이 요구되고 있다.

한편, 선박의 한정된 공간으로 인하여, 선박에 사용되는 선택적 촉매 환원 시스템에는 간소화가 요구되고 있다.

그런데, 종래의 선택적 촉매 환원 시스템에서는, 요소수 형태로 분사되는 환원제를 암모니아로 분해시키거나 암모니아수 형태로 분사되는 환원제를 기화시키기 위한 기화기와, 암모니아와 질소산화물의 반응을 촉진시키기 위한 촉매가 내장된 반응기가 별도로 분리되어 있다.

이와 같이, 기화기와 반응기가 별도로 분리되어 설치됨에 따라, 선택적 촉매 환원 시스템의 전체적인 설치 공간이 증가된다. 또한, 기화기와 반응기를 각각 별도로 유지 관리하여야 하므로, 기화기와 반응기를 각각 유지 관리하기 위한 공간도 별도로 요구된다. 그리고 기화기와 반응기를 별도로 유지 관리하기 위해 요구되는 시간과 노력도 커지게 된다.

또한, 배관을 통해 기화기의 후단을 반응기의 전단과 연결해야 하는데, 설치 공간의 제약으로 이들을 연결하기 위한 배관이 불필요하게 길어지거나 복잡해지는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 공간 활용도를 높여 설치에 요구되는 공간을 최소화한 선택적 촉매 환원 반응기를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 반응기는 내부에 촉매가 설치되는 반응기 본체와, 상기 반응기 본체의 길이 방향과 동일한 길이 방향을 가지고 일 측면이 상기 반응기 본체의 길이 방향을 따라 상기 반응기 본체의 외부로 드러나도록 적어도 일부가 상기 반응기 본체의 일 측면 내부에 위치하는 배기 파이프, 그리고 상기 반응기 본체의 외부로 드러난 상기 배기 파이프의 일 측면을 관통하여 상기 배기 파이프의 내부로 삽입된 환원제 분사부를 포함한다.

상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부는 상기 반응기 본체의 일측 밑면을 관통하여 외부로 돌출되고, 상기 배기 파이프의 길이 방향 타측 단부는 상기 반응기 본체의 내부에서 상기 반응기 본체의 타측 밑면과 이격 거리를 두고 대향 배치될 수 있다.

상기 배기 파이프는 상기 반응기 본체의 내부에 설치된 상기 촉매를 관통하여 상기 반응기 본체의 타측 밑면 방향으로 연장될 수 있다.

상기 반응기 본체의 일측에는 배기가스 배출구가 형성될 수 있다.

그리고 상기 배기가스 배출구는 상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부의 개구 방향과 상이한 방향으로 개구될 수 있다.

또한, 상기 반응기 본체의 타측 밑면은 곡면 또는 경사면을 포함할 수 있다.

상기 배기 파이프는 원통 또는 다각통 형상일 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 반응기는 상기 반응기 본체의 타측에 마련되어 상기 배기 파이프의 길이 방향 타측 단부에서 배출된 배기가스를 상기 반응기 본체의 내부에 설치된 촉매를 향해 분배하는 기류 가이드부를 더 포함할 수 있다.

상기한 선택적 촉매 환원 반응기는 상기 배기 파이프 내부에서 상기 환원제 분사부와 상기 배기 파이프의 길이 방향 타측 단부 사이에 마련된 믹서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 반응기 본체의 길이 방향을 따라 상기 반응기 본체의 외부로 드러나는 상기 배기 파이프의 일 측면은 상기 반응기 본체 밖으로 돌출 형성될 수 있다.

또한, 상기한 선택적 촉매 환원 반응기는 상기 배기 파이프의 내부에 설치된 내관과, 상기 배기 파이프를 관통하여 상기 내관에 연결된 고온 가스 공급 공급관을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 환원제 분사부는 상기 배기 파이프의 일 측면과 상기 내관을 관통하여 상기 내관의 내부로 삽입될 수 있다.

상기 내관은 상기 반응기 본체의 일측 밑면을 관통하여 외부로 돌출된 상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부와 대향하는 면이 막힐 수 있다.

상기 내관은 상기 반응기 본체의 일측 밑면을 관통하여 외부로 돌출된 상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부와 대향하는 면에 단공판 또는 다공판이 설치될 수 있다.

상기 내관은 원통, 다각통, 원뿔, 다각뿔, 및 반구 형상 중 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 반응기는 공간 활용도를 높여 설치에 요구되는 공간을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 3은 도 2의 III-III선에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 변형례에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형례에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예의 또 다른 변형례에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 8의 IX-IX선에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.
도 11은 도 10의 XI-XI선에 따른 선택적 촉매 환원 반응기의 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(101)를 설명한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(101)는 동력 장치에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키기 위한 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템에 사용된다. 일례로, 동력 장치는 선박에 추진력을 공급하는 주동력원으로 사용되는 디젤 엔진일 수 있다. 또한, 디젤 엔진은 선박용 2행정 저속 디젤 엔진일 수 있다.

하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 동력 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 동력 장치로는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.

동력 장치에서 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스는 배기 유로를 통해 이동한다. 즉, 배기 유로는 동력 장치인 디젤 엔진의 배기구와 연결되어 디젤 엔진의 배기가스를 배출시키며 선택적 촉매 환원 반응기(101)와 연결될 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(101)는 반응기 본체(300)와, 배기 파이프(500), 및 환원제 분사부(700)를 포함한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(101)는 기류 가이드부(400), 믹서(450), 내관(551), 및 고온 가스 공급관(560)을 더 포함할 수 있다.

반응기 본체(300)는 다각통 또는 원통 형상일 수 있으며, 반응기 본체(300)의 한 쌍의 밑면 중 하나 이상이 곡면 또는 경사면을 포함할 수 있다.

또한, 반응기 본체(300)의 내부에는 촉매(350)가 설치된다. 촉매(350)는 모듈 형태로 배치될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈이 반응기 본체(300) 내부에서 배기가스가 이동하는 방향에 교차하는 방향으로 적재되어 복수의 촉매층을 형성할 수 있다. 이러한 복수의 촉매층은 반응기 본체(300) 내부에서 배기가스가 이동하는 방향을 기준으로 이격 배열될 수 있다.

또한, 복수의 촉매 모듈은 육면체로 형성될 수 있다. 일례로, 복수의 촉매 모듈은 직육면체 또는 정육면체일 수 있다. 이와 같이 촉매 모듈을 직육면체 또는 정육면체로 형성하면, 촉매 모듈을 적재하기 용이할 뿐만 아니라 촉매 모듈의 교체 및 운반이 용이하고, 촉매 모듈에 포함된 촉매(350)의 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(200)는 섭씨 200도 내지 섭씨 500도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위 밖에서 반응하면, 촉매(350)가 피독되면서 효율이 저하된다.

예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 암모니아(NH₃)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 구체적으로, 촉매(200)를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH₄)₂SO₄)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH₄HSO₄) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매(350)에 흡착되어 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 촉매(350)는 후술할 배기 파이프(500)를 "ㄷ"자 또는 "C"자 형상으로 둘러쌀 수 있다.

배기 파이프(500)는 반응기 본체(300)의 길이 방향과 동일한 길이 방향을 가질 수 있다. 그리고 배기 파이프(500)의 일 측면이 반응기 본체(300)의 길이 방향을 따라 반응기 본체(300)의 외부로 드러나도록 적어도 일부가 반응기 본체(300)의 일 측면 내부에 위치할 수 있다.

즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(101)는 배기 파이프(500)의 일 측면이 반응기 본체(300)의 외부로 노출되도록 배기 파이프(500)의 적어도 일부가 반응기 본체(300)의 내부에 매몰된 구조를 갖는다.

구체적으로, 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부는 반응기 본체(300)의 일측 밑면을 관통하여 외부로 돌출되고, 배기 파이프(500)의 길이 방향 타측 단부는 반응기 본체(300)의 내부에서 반응기 본체(300)의 타측 밑면과 이격 거리를 두고 대향 배치될 수 있다. 그리고 배기 파이프(500)는 반응기 본체(300)의 내부에 설치된 촉매(350)를 관통하여 반응기 본체(300)의 타측 밑면 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 배기 파이프(500)는 원통 또는 다각통 형상일 수 있다.

또한, 배기 파이프(500)의 길이 방향 타측 단부와 대향하는 반응기 본체(300)의 타측 밑면은 곡면 또는 경사면을 포함할 수 있다. 따라서, 배기 파이프(500)의 길이 방향 타측 단부에서 배출된 배기가스가 반응기 본체(300)의 타측 밑면에 부딪혀 용이하게 방향이 전환되면서 촉매(350)로 향하게 된다.

또한, 반응기 본체(300)의 일측에는 배기가스 배출구(309)가 형성될 수 있다. 이때, 배기가스 배출구(309)는 후술할 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부의 개구 방향과 상이한 방향으로 개구될 수 있다. 그리고 배기 파이프(300)의 길이 방향 일측 단부는 배기가스가 유입되는 유입구가 될 수 있다. 이와 같이, 배기가스가 유입되는 방향과 배출되는 방향이 다르게 설치함으로써, 선택적 촉매 환원 반응기(101)가 설치될 공간을 효과적으로 활용할 수 있게 된다.

하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 전체 시스템의 배관 구조와 설치 공간에 따라 반응기 본체(300)의 배기가스 배출구(309)가 개구되는 방향은 다양하게 변경 실시될 수 있다.

환원제 분사부(700)는 반응기 본체(300)의 외부로 드러난 배기 파이프(500)의 일 측면을 관통하여 배기 파이프(500)의 내부로 삽입될 수 있다. 환원제 분사부(700)는 환원제 공급 장치(미도시)와 연결되어 환원제 공급 장치로부터 공급받은 환원제를 배기 파이프(500)의 내부에 분사하게 된다. 즉, 환원제 분사부(700)는 배기 파이프(500)를 통해 반응기 본체(300)로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사한다. 예를 들어, 환원제 분사부(700)는 우레아(urea, CO(NH₂)₂) 수용액을 분사할 수 있다. 촉매(350)에서 질소산화물과 직접 반응하는 환원제로는 암모니아(NH₃)가 사용되지만, 암모니아 자체가 오염 물질로 보관과 운반이 용이하지 않기 때문에 안정적인 우레아 수용액을 사용하는 것이 보편적이다. 즉, 우레아 수용액은 환원제 전구체에 해당한다. 환원제 분사부(700)에서 분사된 우레아(urea, CO(NH₂)₂) 수용액은 배기 파이프(500)를 따라 이동하면서 가수분해 또는 열분해되어 암모니아(NH₃)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH₃)와 이산화탄소(CO₂)로 분해한다. 즉, 우레아를 분해시켜 질소산화물과 반응하는 환원제인 암모니아를 생성하게 된다.

하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 환원제 분사부(700)는 암모니아 수용액 또는 무수 암모니아를 분사할 수도 있다. 환원제 분사부(700)가 암모니아 수용액 또는 무수 암모니아를 분사하면, 분사된 암모니아 수용액은 배기 파이프(500)를 따라 이동하면서 기화될 수 있다.

또한, 환원제 분사부(700)에서 우레아 수용액을 분사할 경우, 분사된 우레아수용액은 촉매(350)에서 질소산화물과 반응하는 암모니아로 분해되는 과정을 먼저 거쳐야 한다. 그런데, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부로 유입된 배기가스와 환원제 분사부(700)에서 분사된 환원제가 후술할 믹서(450)에 의해 혼합되면서 배기 파이프(500)의 내부 공간을 따라 이동하다가 후술할 기류 가이드부(400)에 의해 반응기 본체(300)의 내부에 설치된 촉매(350)로 향하게 된다. 따라서, 환원제 분사부(700)에서 우레아 수용액이 분사된 지점으로부터 촉매(350)에 도달하기까지의 거리를 길게 확보할 수 있다. 즉, 환원제 분사부(700)로부터 분사된 우레아 수용액이 열분해 또는 가수분해되기 위한 체류 시간을 안정적으로 확보할 수 있다.

내관(551)은 배기 파이프(500)의 내부에 설치될 수 있다. 내관(551)과 배기 파이프(500)는 동일한 길이 방향을 가질 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에서, 내관(551)은 원통 또는 다각통 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 내관(551)은 배기가스가 유입되는 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부와 대향하는 면이 막힐 수 있다.

고온 가스 공급관(560)은 배기 파이프(500)를 관통하여 내관(551)에 연결될 수 있다. 그리고 환원제 분사부(700)는 배기 파이프(500)의 일 측면과 내관(551)을 관통하여 내관(551)의 내부로 삽입될 수 있다. 즉, 환원제 분사부(700)는 배기 파이프(500)의 내부에 설치된 내관(551)의 내부에 환원제를 분사하게 된다. 고온 가스 공급관(560)은 환원제 분사부(700)에서 분사된 환원제를 기화시키거나 분해시키기 위해 필요한 열에너지를 내관(551)으로 공급하게 된다. 따라서, 환원제 분사부(700)가 환원제를 분사하면, 내관(551)은 분해 챔버 또는 기화기의 역할을 수행하게 된다.

또한, 배기 파이프(500)보다 상대적으로 작은 공간을 갖는 내관(551)에서 환원제를 분해하거나 기화시킴으로써, 고온 가스 공급관(560)이 환원제를 분해하거나 기화시키기 위해 공급해야 하는 열에너지를 최소화할 수 있게 된다. 즉, 배기 파이프(500)의 내부에 내관(550)을 설치함으로써, 촉매(350)에 환원제를 공급하는데 소모되는 에너지를 줄일 수 있다.

믹서(450)는 배기 파이프(500)의 내부에서 환원제 분사부(700)와 배기 파이프(500)의 길이 방향 타측 단부 사이에 마련될 수 있다. 믹서(450)는 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부로 유입되는 배기가스에 선회류 또는 와류를 발생시켜 환원제 분사부(700)가 분사한 환원제를 배기가스와 효과적으로 혼합시킬 수 있다. 일례로, 믹서(450)는 다양한 형상의 블레이드(blade) 또는 베인(guide vane)을 포함할 수 있다.

기류 가이드부(400)는 반응기 본체(300)의 타측에 마련되어 배기 파이프(500)의 길이 방향 타측 단부에서 배출된 배기가스를 반응기 본체(300)의 내부에 설치된 촉매(350)를 향해 분배할 수 있다. 즉, 기류 가이드부(400)는 이동 방향이 전환된 배기가스를 촉매(350)를 향해 고르게 분배시킬 수 있다. 일례로, 기류 가이드부(400)는 다양한 형상의 베인(vane)을 포함할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(101)는 공간 활용도를 높여 설치에 요구되는 공간을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 배기 파이프(500)의 적어도 일부를 반응기 본체(300)에 매몰시킴으로써 전체적인 크기를 줄이고 형상을 간소화할 수 있다.

또한, 배기 파이프(500) 및 내관(551)을 분해 챔버 또는 기화기 역할을 수행하는 공간으로 활용함으로써 전체적인 구성을 간소화할 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시예의 변형예들을 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 변형예에 따르면, 내관(552)의 배기가스가 유입되는 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부와 대향하는 면에 단공판 또는 다공판(5529)이 설치될 수 있다. 단공판 또는 다공판(5529)을 통과한 배기가스는 선회류 또는 와류를 발생시키므로, 환원제 분사부(700)에서 분사된 환원제와 배기가스가 내관(552)의 내부에서 효과적으로 혼합되도록 돕게 된다. 즉, 믹서(450)를 보조하게 된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따르면, 내관(553)은 원뿔 또는 다각뿔 형상을 포함할 수 있다. 이때, 내관(553)은 배기가스가 유입되는 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부에 가까워질수록 단면적이 줄어드는 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 내관(553)이 원뿔 또는 다각뿔 형상을 가짐으로써, 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부로 유입된 배기가스가 내관(553)에 부딪혀 저항이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 다른 변형예에 따르면, 내관(554)은 반구 형상을 포함할 수 있다. 이때에도, 내관(554)은 배기가스가 유입되는 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부에 가까워질수록 단면적이 줄어드는 형상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 내관(554)이 반구 형상을 가짐으로써, 배기 파이프(500)의 길이 방향 일측 단부로 유입된 배기가스가 내관(554)에 부딪혀 저항이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.

이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

도 8 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(102)에서는, 반응기 본체(300)의 길이 방향을 따라 반응기 본체(300)의 외부로 드러나는 배기 파이프(500)의 일 측면이 반응기 본체(300) 밖으로 돌출 형성될 수 있다.

반응기 본체(300)의 내부에 설치된 촉매량이 충분하여 반응기 본체(300)의 크기를 줄일 수 있는 경우에는 반응기 본체(300)의 크기를 줄여 배기 파이프(500)의 일부가 반응기 본체(300) 밖으로 돌출되도록 구성할 수 있다.

그리고 반응기 본체(300)의 크기가 줄어든 공간, 즉 돌출된 배가 파이프(500)의 주변에는 다른 부속 설비들을 배치하여 공간 활용성을 높일 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(102)도 공간 활용도를 높여 설치에 요구되는 공간을 최소화할 수 있다.

이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.

도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(103)에서는, 앞서 설명한 제1 실시예에 포함된 내관(551)과 고온 가스 공급관(560)을 생략하고, 환원제 분사부(700)가 반응기 본체(300)의 외부로 드러난 배기 파이프(500)의 일 측면을 관통하여 배기 파이프(500)의 내부로 삽입된 후 배기 파이프(500)의 내부에 환원제를 분사할 수 있다.

이와 같이, 환원제 분사부(700)가 환원제를 분사하면, 배기 파이프(500)의 내부 공간은 분해 챔버 또는 기화기의 역할을 수행하게 된다.

배기 파이프(500)만으로도 환원제를 분해 또는 기화시키기에 충분한 공간과 거리가 확보되고, 배기 파이프(500)의 내부가 환원제를 분해 또는 기화시키기에 충분한 온도로 유지될 수 있을 때, 본 발명의 제3 실시예와 같이, 내관(551)과 고온 가스 공급관(560)을 생략하여 선택적 촉매 환원 반응기(103)의 전체적인 구성을 더욱 간소화시킬 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응기(103)도 공간 활용도를 높여 설치에 요구되는 공간을 최소화할 수 있다.

특히, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 별도의 분해 챔버 또는 기화기를 설치할 필요가 없으므로 전체적인 구성을 더욱 간소화할 수 있게 된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101, 102, 103: 선택적 촉매 환원 반응기
300: 반응기 본체
309: 배기가스 배출구
350: 촉매
400: 기류 가이드부
450: 믹서
500: 배기 파이프
551, 552, 553, 554: 내관
560: 고온 가스 공급관
700: 환원제 분사부

Claims

내부에 촉매가 설치되는 반응기 본체;
상기 반응기 본체의 길이 방향과 동일한 길이 방향을 가지고, 일부는 상기 반응기 본체의 일 측면의 외부로 돌출되어 드러나며 나머지 일부는 상기 반응기 본체의 일 측면 내부에 위치하는 배기 파이프; 및
상기 반응기 본체의 일 측면에서 외부로 돌출되어 드러난 상기 배기 파이프의 일부를 관통하여 상기 배기 파이프의 내부로 삽입된 환원제 분사부
를 포함하고,
상기 반응기 본체의 일 측면의 내부에 위치하는 상기 배기 파이프의 나머지 일부는 상기 반응기 본체의 내부에 설치된 촉매를 관통하여 연장된 선택적 촉매 환원 반응기.
제1항에 있어서,
상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부는 상기 반응기 본체의 일측 밑면을 관통하여 외부로 돌출되고,
상기 배기 파이프의 길이 방향 타측 단부는 상기 반응기 본체의 내부에서 상기 반응기 본체의 타측 밑면과 이격 거리를 두고 대향 배치된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
삭제
제2항에 있어서,
상기 반응기 본체의 일측에는 배기가스 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제4항에 있어서,
상기 배기가스 배출구는 상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부의 개구 방향과 상이한 방향으로 개구된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제2항에 있어서,
상기 반응기 본체의 타측 밑면은 곡면 또는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제1항에 있어서,
상기 배기 파이프는 원통 또는 다각통 형상인 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제1항에 있어서,
상기 반응기 본체의 타측에 마련되어 상기 배기 파이프의 길이 방향 타측 단부에서 배출된 배기가스를 상기 반응기 본체의 내부에 설치된 촉매를 향해 분배하는 기류 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제1항에 있어서,
상기 배기 파이프 내부에서 상기 환원제 분사부와 상기 배기 파이프의 길이 방향 타측 단부 사이에 마련된 믹서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
삭제
제1항, 제2항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기 파이프의 내부에 설치된 내관; 및
상기 배기 파이프를 관통하여 상기 내관에 연결된 고온 가스 공급 공급관
을 더 포함하며,
상기 환원제 분사부는 상기 배기 파이프의 일 측면과 상기 내관을 관통하여 상기 내관의 내부로 삽입된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제11항에 있어서,
상기 내관은 상기 반응기 본체의 일측 밑면을 관통하여 외부로 돌출된 상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부와 대향하는 면이 막힌 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제11항에 있어서,
상기 내관은 상기 반응기 본체의 일측 밑면을 관통하여 외부로 돌출된 상기 배기 파이프의 길이 방향 일측 단부와 대향하는 면에 단공판 또는 다공판이 설치된 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.
제11항에 있어서,
상기 내관은 원통, 다각통, 원뿔, 다각뿔, 및 반구 형상 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 반응기.