KR19980072676A - 디젤엔진 질소산화물 처리장치의 연료수소분리장치 - Google Patents

디젤엔진 질소산화물 처리장치의 연료수소분리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤엔진 질소산화물 처리장치의 수소분리장치에 관한 것으로, 디젤엔진 질소산화물 처리장치는 적절한 수소분리장치가 없어 이러한 질소산화물 처리장치가 실용화 되지 못한다는 문제점이 있었다.
즉, 연료개질장치에 의해 생성된 개질가스로는 H2, N2, CO2, CO, O2가 있는데, 이로부터 H2만이 효과적으로 회수되고, 이와 더불어 공기로 부터 유입 되는 N2와 회수된 H2가 1 : 3 으로 혼합되어 암모니아 합성장치로 유입될 필요가 있다.
또한, 상기 개질가스 중 CO는 확실히 분리되어야 하며, 이는 암모니아 합성장치의 촉매인 Ru : CsOH : Al2O3를 상기 CO가 손상시키기 때문이다.
따라서, 이러한 요구가 만족되지 않는 수소분리장치가 현재 개발되어 있지 않으므로 이는 해소되어야 할 당면 과제 였던 것이다.
이에 본 발명은 예시도면 도 2 에서와 같이 팔라디움 박막에 연료개질장치로 부터의 개질가스을 유입시켜 수소만을 분리하고, 팔라디움 촉매를 이용하여 분리된 수소와 공기중의 질소가 1 : 3 으로 혼합되어 암모니아 합성장치로 유입되도록 하여 상기 문제점을 해소 한 것이다.

Description

디젤엔진 질소산화물 처리장치의 연료수소분리장치
본 발명은 디젤엔진 질소산화물 처리장치의 수소분리장치에 관한 것이다.
디젤엔진의 연소는 평균공기 과잉률이 1.0 이상되는 산화분위기속에서 행해지기 때문에 가솔린엔진에 비하여 HC, CO의 배출량은 적은 편이지만 실린더내에서 매우 짧은 시간안에 확산적인 분무연소를 끝마쳐야 하기 때문에 검은연기와 타르성 물질 등 이른바 입자상 물질의 배출이 많아 시계불량, 더러움, 악취라는점에서 사람들에게 불쾌감을 주고 있다.
또한, 광화학스모그와 산성비 등의 원흉중 하나로 알려져 있는 질소산화물(NO)은 배기가스속에 함유되는 잉여산소 때문에 가솔린엔진에서 사용하고 있는 3원촉매와 이에따른 공연비 피드백제어를 수행하기 곤란하고, 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물의 양은 가솔린엔진의 그것에 비해 상당히 많다.
이러한 질소산화물의 생성은 고온분위기 하에서 생성되는 서멀 질소산화물, 그리고 연료속에 함유된 질소분에서 행성되는 퓨얼 질소산화물 및 연료가 연소실 안에서 분해될 때 비교적 저온에서 행성되는 프롬프트 질소산화물등 3 가지 경로로 알려져 있다.
이 가운데서 엔진 모디피케이션으로 어느 정도까지 제어할 수 있는 것은 서멀 질소산화물의 생성제어이다.
따라서, 보다 적극적으로 질소산화물을 저감시킬 방법이 필요하며, 이에 현재 의욕적으로 개발중인 것이 암모니아 환원법을 이용한 질소산화물의 처리장치이다.
즉, 보일러나 가스터빈 등 고정된 발생원으로 부터 배출되는 질소산화물의 후처리에 V2O5: TiO2촉매에 의한 암모니아 환원법이 널리 이용되고 있으며, 고농도의 산소가 공존하는 계에서도 암모니아가 선택적으로 질소산화물을 환원한다는 것을 이용하여 이를 디젤차량에 응용한 것이다.
그러나. 이러한 암모니아 환원법을 이용한 배기가스 처리장치에 있어서는 암모니아가 필수불가결이고, 디젤차량에 주기적으로 암모니아를 충진하는 것이 곤란하므로, 디젤차량의 연료와 공기로 부터 암모니아를 얻고 이를 배기계에 반영한 것이다.
예시도면 도 1 은 이러한 암모니아 환원법을 이용한 질소산화물 처리장치를 나타낸 개념도로서,질소산화물 처리장치는 연료개질장치(1), 수소분리장치(2), 암모니아합성장치(3), 질소산화물 환원장치(4) 등으로 구성되며, 부수적으로 에어탱크(5)와 암모니아 흡착장치(6) 및 저장탱크(7), 그리고 컨트롤유니트에 의해 제어되는 밸브(8)와 일산화탄소 분사장치(9)가 설치되어 있다.
여기서, 연료개질장치를 통해 연료와 공기로 부터 개질가스를 얻고, 이로부터 다시 수소분리장치를 통해 수소를 분리, 공기중 질소와 1:3 비율로 혼합된 기체를 생성하고, 이를 암모니아 합성장치의 촉매 (Ru : CsOH : Al2O3)를 통해 암모니아를 합성하여 배기계에 반영하여야 한다.
그러나, 상기 디젤엔진 질소산화물 처리장치는 적절한 수소분리장치가 없어 이러한 질소산화물 처리장치가 실용화 되지 못한다는 문제점이 있었다.
즉, 연료개질장치에 의해 생성된 개질가스로는 H2, N2, CO2, CO, O2가 있는데, 이로부터 H2만이 효과적으로 회수되고, 이와 더불어 공기로 부터 유입 되는 N2와 회수된 H2가 1 : 3 으로 혼합되어 암모니아 합성장치로 유입될 필요가 있다.
또한, 상기 개질가스 중 CO는 확실히 분리되어야 하며, 이는 암모니아 합성장치의 촉매인 Ru : CsOH : Al2O3를 상기 CO가 손상시키기 때문이다.
따라서, 이러한 요구가 만족되지 않는 수소분리장치가 현재 개발되어 있지 않으므로 이는 해소되어야 할 당면 과제 였던 것이다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 디젤엔진 질소산화물 처리장치의 수소분리장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
이를 위한 본 발명은 팔라디움 박막에 연료개질장치로 부터의 개질가스을 유입시켜 수소만을 분리하고, 팔라디움 촉매를 이용하여 분리된 수소와 공기중의 질소가 1 : 3 으로 혼합되어 암모니아 합성장치로 유입되도록 한 것이다.
도 1 은 디젤엔진 질소산화물 처리장치의 개념도,
도 2 는 본 발명에 따른 연료수소분리장치를 나타낸 개념도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 케이스, 22 : 팔라디움 촉매,
24 : 수소분리통, 26 : 흡기구,
28 : 토출구, 30 : 공급파이프,
32 : 다공질박육벽, 34 : 팔라디움 박막,
36 : 배출통, 38 : 배출구.
이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 공기와 수소가 촉매반응되도록 케이스(20)가 형성되어 그 내측에 팔라디움(Pd) 촉매(22)가 충진되고 수소분리통(24)이 형성되는 한편, 상기 케이스(20)에는 공기의 흡기구(26)와 혼합된 수소와 질소가 토출되는 토출구(28)가 형성되며, 상기 수소분리통(24)에는 그 내측에 개질가스가 유입되는 공급파이프(30)가 설치됨과 더불어 상기 수소분리통(24)은 다공질박육벽(32)으로 형성되고 그 외면에 팔라디움(Pd)이 코팅된 팔라디움 박막(34)이 형성되며, 상기 케이스(20)의 일면에 상기 수소분리통(24)으로 부터 환류된 개질가스가 배출되도록 배출통(36)과 배출구(38)가 형성된 구조인 디젤엔진 질소산화물 처리장치의 수소분리장치이다.
예시도면 도 3 은 본 발명에 따른 수소분리장치를 나타낸 개념도로서, 본 발명은 팔라디움(Pd)을 이용하여 개질가스로 부터 수소만을 분리하고, 또한 이러한 팔라디움을 촉매(22)로 공기와 상기 분리된 수소를 반응시켜 질소와 수소의 비율이 1 : 3 이 되도록 하여 암모니아 합성장치측으로 유입되도록 하였다.
이를 위한 본 발명은 공기중와 수소가 반응되는 용기를 제공하는 케이스(20)를 위시하여 그 내측에 팔라디움 촉매(22)가 충진되고, 팔라디움이 코팅된 수소분리통(24)이 설치되어 있다.
상기 케이스(20)에는 공기의 유입을 위한 흡기구(26)가 형성되어 있으며, 이와 더불어 반응된 질소와 수소를 암모니아 합성장치측으로 토출하기 위한 토출구(28) 역시 형성되어 있다.
한편, 수소분리통(24)에는 그 내측에 공급파이프(30)가 형성되고, 이러한 공급파이프(30)는 전술된 연료개질장치의 토출구에 연결되어 개질가스가 수소분리통(24)의 내측으로 유입되도록 되어 있으며, 이러한 수소분리통(24)은 다공질박육벽(32)과 그 외면에 팔라디움 박막(34)이 형성되어 상기 유입된 개질가스가 팔라디움과 반응하도록 되어 있다.
따라서, 상기 팔라디움 박막(34)과 개질가스의 반응으로 수소만이 분리되어 케이스(20) 내측으로 유입되고, 나머지 개질가스는 수소분리통(24)의 내측을 따라 다시 환류된다.
상기 환류된 개질가스를 배출하기 위하여 수소분리통(24)의 일면에 배출통(36)과 배출구(38)가 형성되며, 이중 CO 와 N2는 미설명 되었지만 다시 분리되어 연소실로 유입되 연소된다.
한편, 분리된 수소와 케이스(20)로 유입된 공기는 팔라디움 촉매(22)에 의해 질소와 수소의 혼합기체로 형성되며, 그 비율은 1 : 3 이 된다.
즉, N2+ O2+ H2→N2+ H2+ H2O + Q(열량)인데, 팔라디움박막(34)의 경우 N2를 공급하기 위하여 흡기구(26)가 형성된 것이며, 공급되는 N2와 H2양을 조절하여 1:3의 임의의 생성비율을 얻도록 할 수 있다.
한편, 이때의 반응열 Q로 팔라디움박막(34)의 가열이 수행된다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따르면 팔라디움 박막에 연료개질장치로 부터의 개질가스을 유입시켜 수소만을 분리하고, 팔라디움 촉매를 이용하여 분리된 수소와 공기중의 질소가 1 : 3 으로 혼합되어 암모니아 합성장치로 유입되도록 하므로써, 암모니아 환원법을 이용한 질소산화물 처리장치가 실용화 되고, 그 결과로써 디젤엔진에 의한 대기오염이 방지되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 공기와 수소가 촉매반응되도록 케이스(20)가 형성되어 그 내측에 팔라디움(Pd) 촉매가 충진되고 수소분리통(24)이 형성되는 한편, 상기 케이스(20)에는 공기의 흡기구(26)와 혼합된 수소와 질소가 토출되는 토출구(28)가 형성되며, 상기 수소분리통(24)에는 그 내측에 개질가스가 유입되는 공급파이프(30)가 설치됨과 더불어 상기 수소분리통(24)은 다공질박육벽(32)으로 형성되고 그 외면에 팔라디움(Pd)이 코팅된 팔라디움 박막(34)이 형성되며, 상기 케이스(20)의 일면에 상기 수소분리통(24)으로 부터 환류된 개질가스가 배출되도록 배출통(36)과 배출구(38)가 형성된 구조인 디젤엔진 질소산화물 처리장치의 수소분리장치.
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