KR102402313B1 - Exhaust gas treatment system - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은 질소산화물 및 황산화물을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로를 따라 이동하는 배기가스에 암모니아를 분사하는 암모니아 분사부와, 상기 암모니아와 혼합된 배기가스에 자외선, 플라스마, 또는 전자빔 중 하나 이상을 조사하여 질산암모늄 및 황산암모늄을 생성하는 광반응기와, 상기 광반응기에서 생성된 질산암모늄 및 황산암모늄을 포집하는 염 포집기, 그리고 수산화나트륨을 공급받아 상기 염 포집기에서 포집된 질산암모늄 및 황산암모늄을 분해하여 암모니아를 재생산하여 상기 암모니아 분사부에 공급하는 암모니아 생성기를 포함한다. An exhaust gas post-treatment system according to an embodiment of the present invention includes an exhaust passage through which exhaust gas containing nitrogen oxides and sulfur oxides moves, and an ammonia injection unit for injecting ammonia into the exhaust gas moving along the exhaust passage; A photoreactor for generating ammonium nitrate and ammonium sulfate by irradiating at least one of ultraviolet rays, plasma, or electron beam to exhaust gas mixed with ammonia, a salt collector for collecting ammonium nitrate and ammonium sulfate generated in the photoreactor, and hydroxide and an ammonia generator for receiving sodium and decomposing ammonium nitrate and ammonium sulfate collected in the salt collector to regenerate ammonia and supplying it to the ammonia spraying unit.

Description

배기가스 후처리 시스템{EXHAUST GAS TREATMENT SYSTEM}Exhaust gas after-treatment system {EXHAUST GAS TREATMENT SYSTEM}

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물과 황산화물을 저감시키는 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for reducing nitrogen oxides and sulfur oxides contained in exhaust gas.

산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석연료의 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.As industrialization progresses rapidly, the use of various fossil fuels such as oil and coal has increased. As a result, various harmful gases emitted during the combustion of fossil fuels cause serious air pollution. Typical examples include smog and acid rain.

대기 오염의 주범은 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다.The main culprits of air pollution are sulfur oxides (SOx) or nitrogen oxides (NOx) from exhaust gases emitted from engines of vehicles and ships, or from thermal power plants or factories.

근래에는 환경 보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이러한 황산화물과 질소산화물에 대한 배출규제가 도입되고 있다.In recent years, with the increasing awareness of environmental conservation, emission regulations for these sulfur oxides and nitrogen oxides have been introduced.

우선, 가장 영향이 큰 황산화물의 경우에는 주로 연료의 연소로 발생되는 황산화물이 문제가 된다. 황산화물의 발생을 줄이는 방법으로는 황성분이 포함되지 않은 연료를 선택하여 사용하거나 연료 중의 황 성분을 제거하여 연소 중에 황산화물이 발생하는 것을 방지하는 방법과 배기가스 후처리 시스템을 통해 배기가스를 후처리하여 탈황시키는 방법이 있다.First, in the case of sulfur oxides having the greatest influence, sulfur oxides mainly generated by combustion of fuel are a problem. To reduce the generation of sulfur oxides, select and use a fuel that does not contain sulfur or remove sulfur from the fuel to prevent sulfur oxides from being generated during combustion. There is a method of desulfurization by treatment.

하지만, 경제적인 측면에서 불가피하게 황 성분이 포함된 연료를 사용하여야 할 경우에는, 연소 후 배출되는 황산화물 가스를 중화시키는 탈황 설비를 통해 황성분을 제거하게 된다.However, when it is unavoidable to use a fuel containing a sulfur component from an economic point of view, the sulfur component is removed through a desulfurization facility that neutralizes the sulfur oxide gas emitted after combustion.

그러나 탈황 설비를 거쳐도 질소산화물의 일부는 제거되지 않고 대기 중으로 배출되므로, 탈황 설비와 함께 탈질 설비를 모두 갖추어야만 한다. 특히, 선박의 경우 국제 해사 기구(International Maritime Organization)에서 규정한 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시켜야 하므로, 저비용 고효율의 효과적인 탈질 설비가 요구되고 있다.However, even through the desulfurization facility, some nitrogen oxides are not removed and are discharged into the atmosphere, so it is necessary to have all the denitrification facilities together with the desulfurization facility. In particular, in the case of a ship, it is required to satisfy the International Air Pollution Prevention Third Regulation (IMO Tier-III) stipulated by the International Maritime Organization, so a low-cost and high-efficiency effective denitrification facility is required.

예를 들어, 배기가스 후처리 시스템에 사용되는 대표적인 탈황 설비로는 스크러버(scrubber)가 있으며, 탈질 설비로는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템이 있다.For example, a typical desulfurization facility used in an exhaust gas after-treatment system includes a scrubber, and a denitration facility includes a selective catalytic reduction (SCR) system.

한편으로는, 배기가스에 자외선 또는 전자빔을 조사하여 질소산화물과 황산화물을 제거하는 방법도 사용되고 있다. 구체적으로, 배기가스에 암모니아(NH3)를 분사한 후 광반응기에서 자외선(UV)이나 플라스마를 조사하면, 배기가스에 함유된 질소산화물과 황산화물이 질산암모늄과 황산암모늄으로 변환되면서, 배기가스 내 질소산화물과 황산화물이 저감된다.On the other hand, a method of removing nitrogen oxides and sulfur oxides by irradiating the exhaust gas with ultraviolet or electron beams is also used. Specifically, when ammonia (NH 3 ) is injected into the exhaust gas and then ultraviolet (UV) or plasma is irradiated in the photoreactor, nitrogen oxides and sulfur oxides contained in the exhaust gas are converted into ammonium nitrate and ammonium sulfate, and the exhaust gas Nitrogen oxide and sulfur oxide resistance are reduced.

그런데, 질산암모늄과 황산암모늄을 생성하기 위해서는 암모니아가 지속적으로 소비되어야 한다. 또한, 암모니아는 그 자체가 오염 물질로 보관과 운반이 용이하지 않기 때문에 안정적인 우레아 수용액으로 보관하다가 이를 암모니아로 분해하여 사용하고 있다. 구체적으로, 우레아(urea, CO(NH2)2) 수용액을 가수분해 또는 열분해시키면 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성할 수 있다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해할 수 있다.However, ammonia must be continuously consumed to produce ammonium nitrate and ammonium sulfate. In addition, since ammonia itself is a contaminant and it is not easy to store and transport, it is stored as a stable aqueous urea solution, and then it is decomposed into ammonia and used. Specifically, when urea (urea, CO (NH 2 ) 2 ) aqueous solution is hydrolyzed or pyrolyzed, ammonia (NH 3 ) and isocyanic acid (HNCO) can be produced. And isocyanic acid (HNCO) can be decomposed again into ammonia (NH 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ).

전술한 바와 같이, 종래의 배기가스 후처리 시스템에서는 우레아를 분해하여 암모니아를 생성하기 위한 장치가 별도로 필요할 뿐만 아니라 우레아를 저장하기 위한 공간이 과대해지는 문제점이 있다. 또한, 우레아와 암모니아의 지속적인 소비가 요구됨으로써 배기가스 후처리 시스템의 운영 비용을 상승시키는 원인이 되고 있다.As described above, in the conventional exhaust gas after-treatment system, there is a problem in that a device for decomposing urea to generate ammonia is separately required as well as an excessive space for storing urea. In addition, continuous consumption of urea and ammonia is required, thereby increasing the operating cost of the exhaust gas after-treatment system.

본 발명의 실시예는 배기가스에 함유된 질소산화물 및 황산화물을 효율적으로 저감시킬 수 있는 배기가스 후처리 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention provides an exhaust gas post-treatment system capable of efficiently reducing nitrogen oxides and sulfur oxides contained in exhaust gas.

본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 후처리 시스템은 질소산화물 및 황산화물을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로를 따라 이동하는 배기가스에 암모니아를 분사하는 암모니아 분사부와, 상기 암모니아와 혼합된 배기가스에 자외선(UV), 플라스마(plasma), 또는 전자빔(electron beam) 중 하나 이상을 조사하여 질산암모늄 및 황산암모늄을 생성하는 광반응기와, 상기 광반응기에서 생성된 질산암모늄 및 황산암모늄을 포집하는 염 포집기, 그리고 수산화나트륨(NaOH)을 공급받아 상기 염 포집기에서 포집된 질산암모늄 및 황산암모늄을 분해하여 암모니아를 재생산하여 상기 암모니아 분사부에 공급하는 암모니아 생성기를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, an exhaust gas post-treatment system includes an exhaust passage through which exhaust gas containing nitrogen oxides and sulfur oxides moves, and an ammonia injection unit for injecting ammonia into the exhaust gas moving along the exhaust passage; A photoreactor generating ammonium nitrate and ammonium sulfate by irradiating one or more of ultraviolet (UV), plasma, or electron beam to the exhaust gas mixed with ammonia, and ammonium nitrate generated in the photoreactor and a salt collector for collecting ammonium sulfate, and an ammonia generator for receiving sodium hydroxide (NaOH) and decomposing the ammonium nitrate and ammonium sulfate collected in the salt collector to regenerate ammonia and supplying it to the ammonia spraying unit.

상기 광반응기는 자외선(UV), 플라스마(plasma), 또는 전자빔(electron beam)을 반응 에너지로 사용하여 배기가스 중의 수분(H2O)을 분해하여 라디칼(radical)을 생성하고, 상기 라디칼로 질소산화물과 황산화물을 질산과 황산으로 변환시키며, 상기 질산과 상기 황산은 상기 암모니아와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)을 생성할 수 있다.The photoreactor uses ultraviolet (UV), plasma, or electron beam as reaction energy to decompose moisture (H 2 O) in exhaust gas to generate radicals, and nitrogen as the radical Oxides and sulfur oxides are converted into nitric acid and sulfuric acid, and the nitric acid and the sulfuric acid may react with the ammonia to produce ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ).

상기한 배기가스 후처리 시스템은 해수를 전기 분해하여 수산화나트륨을 생성하는 해수 전기 분해 장치를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 암모니아 생성기는 상기 해수 전기 분해 장치로부터 수산화나트륨을 공급받을 수 있다.The exhaust gas post-treatment system may further include a seawater electrolysis device for generating sodium hydroxide by electrolyzing seawater. And the ammonia generator may be supplied with sodium hydroxide from the seawater electrolysis device.

상기한 배기가스 후처리 시스템은 상기 배기 유로를 따라 이동하는 배기가스에 물을 분사하여 황산화물을 황산용액으로 변환시켜 제거하는 스크러버(scrubber)를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas post-treatment system may further include a scrubber for converting sulfur oxide into a sulfuric acid solution by spraying water on the exhaust gas moving along the exhaust flow path and removing the sulfuric acid solution.

상기 스크러버에서 생성된 황산용액은 상기 해수 전기 분해 장치에서 생성된 수산화나트륨을 사용하여 중화시킬 수 있다.The sulfuric acid solution generated in the scrubber may be neutralized using sodium hydroxide generated in the seawater electrolysis device.

상기한 배기가스 후처리 시스템에서, 상기 염 포집기는 전기집진기(electrostatic precipitator, ESP) 또는 백필터(bag filter) 중 하나일 수 있다.In the exhaust gas aftertreatment system described above, the salt collector may be one of an electrostatic precipitator (ESP) or a bag filter.

본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 후처리 시스템은 배기가스에 함유된 질소산화물 및 황산화물을 효율적으로 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the exhaust gas after-treatment system can efficiently remove nitrogen oxides and sulfur oxides contained in the exhaust gas.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 배기가스 후처리 시스템에서 광반응기를 통해 질소산화물과 황산화물을 저감시키는 원리를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1의 염 포집기로 사용될 수 있는 백필터를 나타낸다.
도 4는 도 1의 염 포집기로 사용될 수 있는 전기집진기를 나타낸다.
도 5는 도 1의 해수 전기 분해 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an exhaust gas post-treatment system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the principle of reducing nitrogen oxides and sulfur oxides through a photoreactor in the exhaust gas post-treatment system of FIG. 1 .
3 shows a bag filter that can be used as the salt collector of FIG. 1 .
4 shows an electrostatic precipitator that can be used as the salt collector of FIG. 1 .
5 is a block diagram of the seawater electrolysis apparatus of FIG. 1 .

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.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

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.It is noted that the drawings are schematic and not drawn to scale. Relative dimensions and proportions of parts in the drawings are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and any dimensions are illustrative only and not limiting. And the same reference numerals are used to denote like features to the same structure, element, or part appearing in two or more drawings.

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.The embodiment of the present invention specifically represents an ideal embodiment of the present invention. As a result, various modifications of the diagram are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to a specific shape of the illustrated area, and includes, for example, a shape modification by manufacturing.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)을 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 저감시킨다.Hereinafter, an exhaust gas post-treatment system 101 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 . The exhaust gas aftertreatment system 101 according to an embodiment of the present invention reduces nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) contained in exhaust gas.

일례로, 배기가스는 동력 장치에서 배출될 수 있다. 동력 장치는 선박에 사용되는 사용되는 2행정 저속 디젤 엔진 또는 4행정 중속 디젤 엔진일 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 동력 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 동력 장치로는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.As an example, the exhaust gas may be exhausted from the power plant. The power plant may be a two-stroke low-speed diesel engine or a four-stroke medium-speed diesel engine used on ships. However, one embodiment of the present invention is not limited thereto, and the power unit may be an internal combustion engine for a plant or an engine for a vehicle. That is, various types of engines known to those of ordinary skill in the art may be used as the power device.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)은 배기 유로(610), 암모니아 분사부(570), 광반응기(300), 염 포집기(400), 및 암모니아 생성기(500)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the exhaust gas post-treatment system 101 according to an embodiment of the present invention includes an exhaust flow path 610 , an ammonia injection unit 570 , a photoreactor 300 , a salt collector 400 , and an ammonia generator 500 .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)은 해수 전기 분해 장치(800) 및 스크러버(scrubber, 200)를 더 포함할 수 있다.In addition, the exhaust gas post-treatment system 101 according to an embodiment of the present invention may further include a seawater electrolysis device 800 and a scrubber (scrubber, 200).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)은 황산용액 보관 처리부(250), 부산물 저장부(550), 물분사부(270), 및 암모니아 공급 라인(650)을 더 포함할 수 있다.In addition, the exhaust gas post-treatment system 101 according to an embodiment of the present invention further includes a sulfuric acid solution storage treatment unit 250 , a by-product storage unit 550 , a water injection unit 270 , and an ammonia supply line 650 . can do.

배기 유로(610)는 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 함유한 배기가스를 이동시킨다. 그리고 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스는 후술할 스크러버(200), 광반응기(300), 및 염 포집기(400)를 거쳐 외부로 배출된다. 일례로, 배기 유로(610)는 엔진의 배기구와 연결되어 엔진에서 배출된 배기가스를 배출시킬 수 있다.The exhaust flow path 610 moves the exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx). And the exhaust gas moving along the exhaust flow path 610 is discharged to the outside through the scrubber 200, the photoreactor 300, and the salt collector 400 to be described later. For example, the exhaust flow path 610 may be connected to the exhaust port of the engine to discharge the exhaust gas discharged from the engine.

스크러버(200)는 배기가스에 함유된 황산화물(SOx)을 저감시킨다. 물분사부(270)는 스크러버(200) 내부에서 배기가스를 향해 물을 분사할 수 있다. 이에, 스크러버(200) 내부에서 배기가스에 함유된 황산화물과 물이 반응하여 황산용액이 형성될 수 있다. 황산용액은 스크러버(200)의 하부에서 배출되어 황산용액 보관 처리부(250)에 보관될 수 있다.The scrubber 200 reduces sulfur oxides (SOx) contained in the exhaust gas. The water spray unit 270 may spray water toward the exhaust gas from the inside of the scrubber 200 . Accordingly, sulfur oxide contained in the exhaust gas and water may react in the scrubber 200 to form a sulfuric acid solution. The sulfuric acid solution may be discharged from the lower portion of the scrubber 200 and stored in the sulfuric acid solution storage processing unit 250 .

황산용액 보관 처리부(250)는 수산화나트륨(NaOH)을 공급받아 황산용액을 중화시킬 수 있다. 그리고 환산용액의 중화 과정에서 생성된 물(H2O)을 다시 물분사부(270)로 공급할 수 있다.The sulfuric acid solution storage processing unit 250 may receive sodium hydroxide (NaOH) to neutralize the sulfuric acid solution. In addition, water (H 2 O) generated in the neutralization process of the converted solution may be supplied to the water spray unit 270 again.

암모니아 분사부(570)는 배기 유로(610)를 따라 이동하는 배기가스에 암모니아(NH3)를 분사한다. 구체적으로, 암모니아 분사부(570)는 스크러버(200)를 통과한 배기가스에 암모니아를 분사할 수 있다.The ammonia injection unit 570 injects ammonia (NH 3 ) into the exhaust gas moving along the exhaust passage 610 . Specifically, the ammonia injection unit 570 may inject ammonia into the exhaust gas that has passed through the scrubber 200 .

광반응기(300)는 암모니아 분사부(570)에서 분사된 암모니아(NH3)가 혼합된 배기가스에 자외선(UV), 플라스마(plasma), 또는 전자빔(electron beam) 중 하나 이상을 조사하여 질산암모늄 및 황산암모늄을 생성한다.The photoreactor 300 irradiates one or more of ultraviolet (UV), plasma, or electron beam to the exhaust gas mixed with ammonia (NH 3 ) injected from the ammonia injection unit 570 to irradiate ammonium nitrate. and ammonium sulfate.

구체적으로, 도 2를 참조하여 광반응기(300)에서 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 저감시키는 원리를 설명하면, 광반응기(300)는 자외선(UV), 플라스마(plasma), 또는 전자빔(electron beam)을 반응 에너지로 사용하여 배기가스 중의 수분(H2O)을 분해하여 라디칼(radical)을 생성한다. 이와 같이 생성된 라디칼로 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 질산(HNO3)과 황산(H2SO4)으로 변환시키게 된다. 그리고 질산(HNO3)과 황산(H2SO4)은 암모니아 분사부(570)를 통해 분사된 암모니아(NH3)와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)을 생성하게 된다. 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)이 생성된 만큼 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)은 저감된다.Specifically, when the principle of reducing nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) in the photoreactor 300 is described with reference to FIG. 2 , the photoreactor 300 includes ultraviolet (UV) light, plasma, or An electron beam is used as reaction energy to decompose moisture (H 2 O) in exhaust gas to generate radicals. The radicals generated in this way convert nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) into nitric acid (HNO 3 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ). And nitric acid (HNO 3 ) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ) react with ammonia (NH 3 ) sprayed through the ammonia spraying unit 570 to react with ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) is generated. As much as ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) are generated, nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) contained in the exhaust gas are reduced.

질소산화물(NOx)이 질산암모늄(NH4NO3)으로 변환되는 원리는 아래 화학식 1 내지 화학식 3과 같다.The principle of conversion of nitrogen oxide (NOx) to ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) is as shown in Chemical Formulas 1 to 3 below.

Figure 112017125396468-pat00001
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Figure 112017125396468-pat00002
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Figure 112017125396468-pat00003
Figure 112017125396468-pat00003

또한, 황산화물(SOx)가 황산암모늄((NH4)2SO4)으로 변환되는 원리는 아래 화학식 4 내지 화학식 6과 같다.In addition, the principle of conversion of sulfur oxide (SOx) to ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) is as shown in Chemical Formulas 4 to 6 below.

Figure 112017125396468-pat00004
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Figure 112017125396468-pat00005
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Figure 112017125396468-pat00006
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염 포집기(400)는 광반응기(300)에서 생성된 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)을 포집한다. 그리고 염 포집기(400)를 거친 배기가스는 외부를 향해 배출된다.The salt collector 400 collects ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) generated in the photoreactor 300 . And the exhaust gas passing through the salt collector 400 is discharged toward the outside.

또한, 염 포집기(400)로는 해당 기술분야에서 종사하는 자에게 공지된 다양한 장비가 사용될 수 있다. 예를 들어, 염 포집기(400)는 백필터(bag filter, 401) 또는 전기집진기(electro static precipitator, ESP)(402) 중 하나일 수 있다.In addition, as the salt collector 400, various equipment known to those involved in the art may be used. For example, the salt collector 400 may be either a bag filter 401 or an electro static precipitator (ESP) 402 .

도 3에 도시한 바와 같이, 백필터(401)는 여과 집진 장치의 일종으로 글라스 섬유나 솜, 양모, 합성 섬유, 석면 등 짬이 미세한 자루 모양의 여재(411)에 의해 분진 기류를 거르는 거르개를 말한다. 자루 모양의 여재(411) 내면에 부착한 진애는 차츰 퇴적하여 압력 손실을 증가시키기 때문에 일정한 부하가 되면 떨어버리기를 한다. 떨어버리는 데는 역기류나 진동, 분류 등의 방법을 사용하고, 일반적으로 압력 손실을 150㎜Aq 이하로 억제하도록 운전한다. 떨어뜨리는 방식은 간헐식과 연속식으로 나누어진다. 전자는 구분된 몇 개의 방 중 하나를 순서대로 차단하여 떨어버리고, 후자는 처리 가스의 차단을 하지 않고, 일부의 거름천 떨어버리기를 차례로 연속해서 하는 방식이다. 일반적으로 고온 가스에는 부적당하지만, 통풍 면적이 넓어서 집진 효과가 높다.As shown in FIG. 3 , the bag filter 401 is a type of filtration and dust collecting device, and filters the dust air stream using a filter material 411 in the form of a fine bag, such as glass fiber, cotton, wool, synthetic fiber, or asbestos. say Since the dust attached to the inner surface of the bag-shaped filter media 411 gradually accumulates and increases the pressure loss, it is dropped when a constant load is applied. To drop it, methods such as counter airflow, vibration, and jetting are used, and the operation is generally performed to suppress the pressure loss to 150 mmAq or less. The dropping method is divided into intermittent type and continuous type. The former is a method in which one of several divided rooms is blocked and dropped in order, and the latter is a method in which the processing gas is not blocked and some of the manure cloth is dropped sequentially in sequence. In general, it is not suitable for high-temperature gas, but the dust collection effect is high because of the large ventilation area.

도 4에 도시한 바와 같이, 전기 집진기(402)는 정전 응집 작용을 이용한 집진 장치의 일종이다. 정전 집진기로도 불리우며, 2단 전하식으로서 분진 입자의 하전(荷電)과 집진이 2개의 전계로 나뉘어 이루어진다. 고전압 공급 장치(425)가 공급하는 전압에 의해 생성된 12,000~15,000 볼트(V)의 강한 코로나 방전을 통해서 분진은 플러스 전기를 띠고, 다음에 3,000~8,000 볼트(V)의 직류 전압을 가진 마이너스의 전극판(421)에 흡착되어, 기체는 정화된다. 전극판(421)에 부착된 분진은 해머로 두드려 떨어뜨리거나 물로 씻어낸다. 보통은 전극판(421)을 정지시켜 세정하지만 세정 후에 건조 시간을 취할 수 없는 경우에는 전극판(421)의 회전 세정, 또는 부분적 세정 등의 자동 장치(422)를 사용한다. 공기 청정기 등 함진 농도가 비교적 낮은 경우의 처리에 주로 사용된다.As shown in FIG. 4 , the electric dust collector 402 is a type of dust collector using an electrostatic cohesive action. Also called an electrostatic precipitator, it is a two-stage electric charge type, and the charge and dust collection of dust particles are divided into two electric fields. Through a strong corona discharge of 12,000 to 15,000 volts (V) generated by the voltage supplied by the high voltage supply device 425, the dust takes on a positive electricity, and then negative with a DC voltage of 3,000 to 8,000 volts (V). It is adsorbed to the electrode plate 421, and the gas is purified. The dust adhering to the electrode plate 421 is dropped by hitting it with a hammer or washed off with water. Usually, the electrode plate 421 is stopped and cleaned, but when drying time cannot be taken after cleaning, an automatic device 422 such as rotation cleaning or partial cleaning of the electrode plate 421 is used. It is mainly used for treatment of relatively low dust-containing concentrations such as air purifiers.

암모니아 생성기(500)는 염 포집기(400)에서 포집된 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)을 전달받아 암모니아(NH3)를 재생산한다.The ammonia generator 500 receives the ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) collected in the salt collector 400 to reproduce ammonia (NH 3 ).

구체적으로, 암모니아 생성기(500)는 수산화나트륨(NaOH)을 공급받아 염 포집기(400)에서 포집된 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)을 분해하여 암모니아(NH3)를 재생산한다. 이렇게 암모니아 생성기(500)에서 재생산된 암모니아(NH3)는 암모니아 공급 라인(650)을 통하여 암모니아 분사부(570)에 공급된다.Specifically, the ammonia generator 500 receives sodium hydroxide (NaOH) and decomposes ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) collected in the salt collector 400 to ammonia ( NH 3 ) is regenerated. The ammonia (NH 3 ) regenerated in the ammonia generator 500 is supplied to the ammonia injection unit 570 through the ammonia supply line 650 .

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기가스 후처리 시스템(101)은 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 저감시키는 과정에서 요구되는 암모니아(NH3)를 재생산하여 반복적으로 사용함으로써, 최종적으 소모되는 암모니아(NH3)를 최소화할 수 있다.As such, according to an embodiment of the present invention, the exhaust gas post-treatment system 101 regenerates and repeatedly uses ammonia (NH 3 ) required in the process of reducing nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx). By doing so, ammonia (NH 3 ) finally consumed can be minimized.

해수 전기 분해 장치(800)는 해수(海水)를 전기 분해하여 수산화나트륨(NaOH)을 생성하고, 생성된 수산화나트륨(NaOH)을 암모니아 생성기(500)에 공급한다.The seawater electrolysis device 800 electrolyzes seawater to generate sodium hydroxide (NaOH), and supplies the generated sodium hydroxide (NaOH) to the ammonia generator 500 .

해수 전기 분해 장치(800)는 멤브레인(850)을 사이에 두고 분리된 공간의 일측에 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 해수를 주입하고 타측에 물(H2O)을 주입하여 이들을 반응시킴으로써 수산화나트륨(NaOH)을 생성한다.The seawater electrolysis device 800 injects seawater containing sodium chloride (NaCl) to one side of the space separated with the membrane 850 interposed therebetween, and injects water (H 2 O) to the other side to react them with sodium hydroxide ( NaOH) is produced.

구체적으로, 해수를 전기 분해하여 수산화나트륨(NaOH)을 생성하는 원리는 아래 화학식 7과 같다.Specifically, the principle of electrolyzing seawater to produce sodium hydroxide (NaOH) is shown in Chemical Formula 7 below.

Figure 112017125396468-pat00007
Figure 112017125396468-pat00007

또한, 해수 전기 분해 장치(800)는 생성된 수산화나트륨(NaOH)을 황산용액 저장 처리부(250)에 공급하여 황산용액을 중화시킬 수 있다.In addition, the seawater electrolysis device 800 may supply the generated sodium hydroxide (NaOH) to the sulfuric acid solution storage processing unit 250 to neutralize the sulfuric acid solution.

또한, 질산암모늄(NH4NO3)이 수산화나트륨(NaOH)과 반응하여 암모니아(NH3)를 생성하는 원리는 아래 화학식 8과 같다.In addition, the principle of generating ammonia (NH 3 ) by reacting ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) with sodium hydroxide (NaOH) is shown in Formula 8 below.

Figure 112017125396468-pat00008
Figure 112017125396468-pat00008

또한, 황산암모늄((NH4)2SO4)이 수산화나트륨(NaOH)과 반응하여 암모니아(NH3)를 생성하는 원리는 아래 화학식 9와 같다.In addition, the principle of ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) reacting with sodium hydroxide (NaOH) to produce ammonia (NH 3 ) is shown in Chemical Formula 9 below.

Figure 112017125396468-pat00009
Figure 112017125396468-pat00009

부산물 저장부(550)는 암모니아 생성기(500)에서 암모니아(NH3)를 재생산하는 과정 중 생성된 부산물을 저장한다. 일례로, 부산물은 질산나트륨(NaNO3)을 포함할 수 있다.The by-product storage unit 550 stores the by-products generated during the process of regenerating ammonia (NH 3 ) in the ammonia generator 500 . For example, the by-product may include sodium nitrate (NaNO 3 ).

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템(101)은 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 효율적으로 제거할 수 있다.With this configuration, the exhaust gas post-treatment system 101 according to the first embodiment of the present invention can efficiently remove nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) contained in the exhaust gas.

구체적으로, 암모니아(NH3)를 재생산하여 사용함으로써, 배기가스를 후처리하는 과정에서 최종적으로 소모되는 암모니아(NH3)의 양을 미미한 수준으로 줄일 수 있다. 즉, 배기가스 후처리 시스템(101)의 암모니아(NH3) 소모를 최소화할 수 있다.Specifically, by regenerating and using ammonia (NH 3 ), the amount of ammonia (NH 3 ) finally consumed in the process of post-treatment of exhaust gas can be reduced to insignificant levels. That is, ammonia (NH 3 ) consumption of the exhaust gas after-treatment system 101 can be minimized.

또한, 해수를 전기 분해하여 생성된 수산화나트륨(NaOH)을 사용하여 암모니아(NH3)를 생성하고 황산용액을 중화시킴으로써, 배기가스 후처리 시스템의 운용 효율을 극대화할 수 있다.In addition, by using sodium hydroxide (NaOH) produced by electrolysis of seawater to generate ammonia (NH 3 ) and neutralize the sulfuric acid solution, it is possible to maximize the operating efficiency of the exhaust gas post-treatment system.

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.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof. will be.

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.Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims, the meaning and scope of the claims, and All changes or modifications derived from the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

101: 배기가스 후처리 시스템
200: 스크러버
250: 황산용액 보관 처리부
270: 물분사부
300: 광반응기
400: 염 포집기
401: 백필터
402: 전기집진기
500: 암모니아 생성기
550: 부산물 저장부
570: 암모니아 분사부
610: 배기 유로
650: 암모니아 공급 라인
800: 해수 전기 분해 장치101: exhaust gas after-treatment system
200: scrubber
250: sulfuric acid solution storage processing unit
270: water spray unit
300: photoreactor
400: salt collector
401: bag filter
402: electrostatic precipitator
500: ammonia generator
550: by-product storage unit
570: ammonia injection unit
610: exhaust flow path
650: ammonia supply line
800: seawater electrolysis device

Claims (6)

질소산화물 및 황산화물을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로;
상기 배기 유로를 따라 이동하는 배기가스에 암모니아를 분사하는 암모니아 분사부;
상기 암모니아와 혼합된 배기가스에 자외선(UV), 플라스마(plasma), 또는 전자빔(electron beam) 중 하나 이상을 조사하여 질산암모늄 및 황산암모늄을 생성하는 광반응기;
상기 광반응기에서 생성된 질산암모늄 및 황산암모늄을 포집하는 염 포집기;
수산화나트륨(NaOH)을 공급받아 상기 염 포집기에서 포집된 질산암모늄 및 황산암모늄을 분해하여 암모니아를 재생산하여 상기 암모니아 분사부에 공급하는 암모니아 생성기; 및
해수를 전기 분해하여 수산화나트륨을 생성하는 해수 전기 분해 장치
를 포함하며,
상기 암모니아 생성기는 상기 해수 전기 분해 장치로부터 수산화나트륨을 공급받는 배기가스 후처리 시스템.an exhaust passage through which exhaust gas containing nitrogen oxides and sulfur oxides moves;
an ammonia injection unit for injecting ammonia into the exhaust gas moving along the exhaust passage;
a photoreactor for generating ammonium nitrate and ammonium sulfate by irradiating one or more of ultraviolet (UV), plasma, or electron beam to the exhaust gas mixed with the ammonia;
a salt collector for collecting ammonium nitrate and ammonium sulfate generated in the photoreactor;
an ammonia generator for receiving sodium hydroxide (NaOH) and decomposing the ammonium nitrate and ammonium sulfate collected in the salt collector to regenerate ammonia and supplying it to the ammonia spraying unit; and
Seawater electrolysis device that electrolyzes seawater to produce sodium hydroxide
includes,
The ammonia generator is an exhaust gas post-treatment system receiving sodium hydroxide from the seawater electrolysis device. 제1항에 있어서,
상기 광반응기는 자외선(UV), 플라스마(plasma), 또는 전자빔(electron beam)을 반응 에너지로 사용하여 배기가스 중의 수분(H2O)을 분해하여 라디칼(radical)을 생성하고, 상기 라디칼로 질소산화물과 황산화물을 질산과 황산으로 변환시키며, 상기 질산과 상기 황산은 상기 암모니아와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3) 및 황산암모늄((NH4)2SO4)을 생성하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.According to claim 1,
The photoreactor uses ultraviolet (UV), plasma, or electron beam as reaction energy to decompose moisture (H 2 O) in exhaust gas to generate radicals, and nitrogen as the radical Converting oxides and sulfur oxides to nitric acid and sulfuric acid, wherein the nitric acid and the sulfuric acid react with the ammonia to produce ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) Exhaust gas aftertreatment system. 제1항에 있어서,
상기 배기 유로를 따라 이동하는 배기가스에 물을 분사하여 황산화물을 황산용액으로 변환시켜 제거하는 스크러버(scrubber)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.According to claim 1,
Exhaust gas post-treatment system, characterized in that it further comprises a scrubber (scrubber) for removing sulfur oxide by spraying water to the exhaust gas moving along the exhaust passage to convert the sulfuric acid solution. 제3항에 있어서,
상기 스크러버에서 생성된 황산용액은 상기 해수 전기 분해 장치에서 생성된 수산화나트륨을 사용하여 중화시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.4. The method of claim 3,
The exhaust gas post-treatment system, characterized in that the sulfuric acid solution generated in the scrubber is neutralized using sodium hydroxide generated in the seawater electrolysis device. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 염 포집기는 전기집진기(electrostatic precipitator, ESP) 또는 백필터(bag filter) 중 하나인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The exhaust gas aftertreatment system, characterized in that the salt collector is one of an electrostatic precipitator (ESP) or a bag filter (bag filter). 삭제delete
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