KR20100137220A - 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오존과 과산화수소 및 중화제를 이용하여 선박용 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기류분배용 다공판에 의하여 구획된 반응공간의 내부에서 오존처리와 과산화수소처리 및 중화처리가 각각 독립적으로 이루어지도록 함에 따라, 배기가스 기류의 균일한 분배조건하에서 각각의 반응이 보다 더 효율적으로 수행될 수 있도록 하는 한편, 선박의 협소한 공간에 적용이 가능한 콤펙트한 처리장치를 제공할 수 있도록 하며, 중화처리과정에서 발생한 고부가가치의 암모늄염을 반응탱크의 바닥부에 구비된 드레인배관을 통하여 집진기와는 별도로 회수토록 함으로서, 암모늄염의 회수율과 재활용율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 선박용 디젤엔진으로부터 연장되는 배기관(2)에는 분진제거필터(4)와 집진기(8)가 설치되고, 상기 분진제거필터(4)와 집진기(8)의 사이에는 배기가스의 처리를 위한 반응탱크(1)가 설치되며, 상기 반응탱크(1)의 내부에는 오존공급기(11)와 연결된 오존분사노즐(5)과, 과산화수소공급기(12)와 연결된 과산화수소분사노즐(6)과, 중화제공급기(13)와 연결된 중화제분사노즐(7)이 순차적으로 삽입 설치된 배기가스 처리장치(10)에 있어서, 상기 반응탱크(1)의 내부공간은 다수 개의 유동구멍(3a)이 형성된 기류분배용 다공판(3)에 의하여 제 1공간부(10a)와 제 2공간부(10b)와 제 3공간부(10c)로 구획 형성되며, 상기 제 1공간 부(10a)에 오존분사노즐(5)이 삽입 설치되고, 상기 제 2공간부(10b)에 과산화수소분사노즐(6)이 삽입 설치되고, 상기 제 3공간부(10c)에 중화제분사노즐(7)이 삽입 설치되며, 상기 제 3공간부(10c)의 바닥부에는 드레인밸브(9a)를 구비하는 드레인배관(9)이 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

배기가스, 탈황, 탈질, 가스처리, 오존, 과산화수소, 중화제, 암모니아

Description

선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치{Apparatus for desulfurization and denitrification from exhaust gas of a ship}

본 발명은 오존과 과산화수소 및 중화제를 이용하여 선박용 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 기술분야로서, 기류분배용 다공판에 의하여 구획된 반응공간의 내부에서 오존처리와 과산화수소처리 및 중화처리가 각각 독립적으로 이루어지도록 하는 한편, 선박의 협소한 공간에 적용이 가능한 콤펙트한 처리장치를 제공할 수 있도록 하며, 중화처리과정에서 발생한 고부가가치의 암모늄염을 반응탱크의 바닥부에 구비된 드레인배관을 통하여 집진기와는 별도로 회수토록 한 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치에 관한 것이다.

근래에 들어 산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석연료의 사용량이 증가하게 되었으며, 이로 인하여 화석연료의 연소과정에서 배출되는 각종 유해가스로 인한 대기오염 또한 날로 심각해지고 있는 바, 그 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.

상기와 같은 대기오염의 주범이 되는 화합물은 차량의 엔진 또는 화력발전소나 공장 등으로부터 배기가스로 배출되는 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 되 며, 최근에는 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이러한 황산화물과 질소산화물에 대한 배출규제가 도입되고 있는 한편, 배기가스로부터 황산화물과 질소산화물을 제거토록 하는 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

우선, 가장 영향이 큰 황산화물의 경우에는 주로 연료의 연소로 발생되는 황산화물이 문제가 되기 때문에, 황 성분이 포함되지 않은 연료를 선택하여 사용하거나 또는 연료중의 황 성분을 제거하여 연소중에 황산화물이 발생하는 것을 방지하는 방법이 있으며, 이러한 정책의 일환으로 저유황유의 사용권장과 연료의 탈황방안이 추진되고 있다.

이와는 달리, 산업경제적인 측면에서 불가피하게 황 성분이 포함된 연료를 사용하여야 할 경우에는, 연소 후 배출되는 황산화물 가스를 중화시키는 탈황설비를 갖추어야 하며, 현재에도 이미 기준 농도 이상의 황산화물 배출을 억제할 수 있도록 공장이나 발전소 등에서는 탈황설비가 법적으로 의무화 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 탈황설비에 있어서도 질소산화물의 일부는 제거되지 않고 대기중으로 배출되기 때문에, 탈황설비와 함께 탈질설비를 모두 갖추어야 하는 부담을 초래하게 되는 바, 이러한 부담을 최소화시키도록 하는 한편 배기가스중의 탈황 및 탈질이 가능토록 한 방법 및 장치가 국내 공개특허공보 제 1999-8963호(공개일자: 1999년 02월 05일)와 국내 등록특허공보 제 10-355179호(등록일자: 2002년 09월 19일)에 각각 기재되어 알려져 있다.

전자에 해당하는 디젤엔진용 배기가스 처리방법 및 그 장치는, 통상의 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 과산화수소수(H₂O₂)를 첨가한 다음, 이를 플라즈마 반응기로 도입시켜 코로나 방전반응에 의하여 황산화물과 질소산화물로부터 공업적으로 유용한 황산(H₂SO₄)이나 질산(HNO₃)을 얻어내도록 하거나, 또는 이에 중화제로서 암모니아(NH₃)를 첨가하여 황산이나 질산으로부터 비료 등으로 활용이 가능한 암모늄염(NH₄HSO₄, NH₄NO₃)을 포집방식으로 얻어낼 수 있도록 한 것이다.

이와 더불어, 후자에 해당하는 오존을 이용한 배기가스의 탈황 탈질 처리방법 및 그 장치는, 배기가스중에 포함된 황산화물과 질소산화물을 오존(O₃)과 반응시켜 황산이나 질산으로 산화시킨 다음, 이를 다시 중화제로서의 암모니아와 반응시켜 중화처리토록 하는 한편, 중화처리의 과정에서 발생한 암모늄염을 포집하여 제거토록 하였으며, 상기 오존반응과 중화반응이 이루어지는 혼합반응기의 내부에는 배기가스의 기류를 분배시키는 다공판이 설치되도록 한 것이다.

한편, 환경오염에 대한 세계 각국의 관심과 이를 방지하기 위한 국가적인 차원의 노력 및 제제조치 등이 보다 더 강화될 것이라는 추세에 발맞추어, 선박의 운항 과정에서 발생하는 배기가스중의 황산화물이나 질소산화물 또한 선박 자체내에서 처리토록 하는 방안이 모색되고 있으며, 그 일환으로 기존에 육상에서 사용되었던 탈황 탈질 처리방식을 선박에 적용시키도록 하는 시도가 이루어지고 있다.

그러나, 후자에 해당하는 오존을 이용한 배기가스의 탈황 탈질 처리방법 및 장치의 경우, 혼합반응조의 내부에 다공판을 설치함에 따라 배기가스의 기류를 골 고루 분배시켜 반응효율을 향상시키도록 하였으나, 실질적으로는 상기 다공판이 혼합반응조의 내부 중앙에 밀집 설치되고 그 입구측과 출구측에 오존노즐과 중화제노즐이 각각 위치함에 따라, 오존 및 중화제에 의한 배기가스의 처리효율을 크게 향상시키기 어려운 문제점이 있었다.

다시 말해서, 오존노즐이 설치된 혼합반응조의 입구측으로 유입되는 배기가스는 다공판을 거치지 아니한 것이므로, 오존에 의한 배기가스의 반응이 기류분배조건하에서 이루어지지 못하게 되는 한편, 다공판을 거쳐 분배된 배기가스의 흐름이 혼합반응조의 좁은 출구측에서 다시 상쇄됨에 따라, 중화제에 의한 배기가스의 반응 또한 기류분배조건하에서 이루어지기 어렵다는 것이다.

그리고, 중화제에 의한 배기가스의 중화처리 과정에서 경제성이 우수한 암모늄염이 생성되는 데, 이러한 암모늄염을 미세먼지의 포집을 위한 건식집진기, 즉 백필터(Bag filter)나 전기집진기(EP) 등에 의하여 회수토록 하였기 때문에, 집진기로 회수된 암모늄염이 미세먼지와 혼합된 상태가 되어 암모늄염의 효율적인 분리 및 재활용이 어렵게 되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 암모늄염의 회수를 위하여 건식집진기만을 사용할 수 있고, 암모늄염이 용해될 수 있는 습식집진기를 사용하지 못함에 따라, 그 입도가 1㎛(마이크로미터) 미만으로서 접착성이나 조해성이 있는 분진입자까지 효율적으로 제거하기 어려운 문제점이 있었으며, 이로 인하여 배기가스에 대한 탈황 탈질 처리와 함께 배기가스에 포함된 미세분진의 제거까지 보다 고효율로 수행하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 육상에서의 처리장치는 처리반응조 또는 처리탱크가 반응단계별로 각각 분리되어 하나의 시스템으로 구성되는 것이 일반적이지만, 선박에서는 장비의 배치공간 및 운전과 유지보수를 위한 작업공간이 육상과 달리 매우 협소하고, 한정된 공간만이 제공되기 때문에, 육상에 설치된 구조에 비하여 처리장치의 콤펙트 한 구조가 요구된다.

상기와 같은 문제점들로 인하여, 선박의 운항 도중에 발생하는 배기가스중의 황산화물 및 질소산화물과 함께 미세분진까지도 선박 자체내에서 보다 더 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 한편, 선박의 한정된 공간내부에도 처리장치를 용이하게 적용시킬 수 있도록, 종래의 배기가스 처리장치를 선박에 적용하기 위한 개선방안이 모색되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하여 선박용 배기가스의 처리에 보다 합리적으로 적용될 수 있는 탈황 탈질 처리장치를 제공토록 한 것으로서, 기류분배용 다공판에 의하여 구획된 반응공간의 내부에서 오존처리와 과산화수소처리 및 중화처리가 각각 독립적으로 이루어지도록 함에 따라, 배기가스의 기류가 분배된 조건하에서 각각의 반응이 보다 더 효율적으로 수행될 수 있도록 하며, 이로 인하여 배기가스의 탈황 탈질 처리성능을 실질적으로 크게 향상시킬 수 있도록 함은 물론, 각각의 반응공간이 하나의 반응탱크 내부에 집적화되도록 하여 선박의 협소한 공간에 적용이 가능한 콤펙트한 처리장치를 제공토록 하는 것을 제 1의 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 배기가스의 중화처리 과정에서 발생한 고부가가치의 암모늄염을 반응탱크의 바닥부에 구비된 드레인배관을 통하여 집진기와는 별도로 회수토록 함으로서, 암모늄염의 회수율과 재활용율을 보다 향상시킬 수 있도록 함은 물론, 건식집진기 이외에도 벤튜리형 스크러버와 같은 고효율의 습식집진기까지 적용이 가능토록 함으로서, 배기가스에 포함된 미세분진까지 보다 완벽하게 처리할 수 있도록 하는 것을 제 2의 기술적 과제로 한다.

마지막으로, 본 발명은 배기가스의 기류를 분배시키는 다공판의 구멍 내부에 와류의 흐름을 유도할 수 있는 트위스터 수단을 설치하거나, 상기 다공판 자체를 와류 유도용 비틀림판으로 하여 반응탱크의 내부에 설치함으로서, 다공판에 의하여 분배되는 배기가스의 흐름이 와류의 흐름으로 조성될 수 있도록 하며, 이로 인하여 각각의 반응공간 내부에서 배기가스가 체류(반응)하는 시간과, 배기가스의 반응표면적 및 이에 따른 반응효율을 한층 더 극대화시킬 수 있도록 하는 것을 제 3의 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 선박용 디젤엔진으로부터 연장되는 배기관에 분진제거필터와 집진기가 설치되고, 상기 분진제거필터와 집진기의 사이에는 배기가스의 처리를 위한 반응탱크가 설치되며, 상기 반응탱크의 내부에는 오존공급기와 연결된 오존분사노즐과, 과산화수소공급기와 연결된 과산화수소분사노즐과, 중화제공급기와 연결된 중화제분사노즐이 순차적으로 삽입 설치된 것에 있어서, 상기 반응탱크의 내부공간은 다수 개의 유동구멍이 형성된 기류분배용 다공판에 의하여 제 1공간부와 제 2공간부와 제 3공간부로 구획 형성되며, 상기 제 1공간부에 오존분사노즐이 삽입 설치되고, 상기 제 2공간부에 과산화수소분사노즐이 삽입 설치되고, 상기 제 3공간부에 중화제분사노즐이 삽입 설치되며, 상기 제 3공간부의 바닥부에는 드레인밸브를 구비하는 드레인배관이 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 처리장치의 다른 실시예로서, 상기 반응탱크는 제 1반응탱크와 제 2반응탱크로 분리되어 각각의 반응탱크가 배기관으로 연결 설치되고, 상기 제 1반응탱크의 내부에 오존분사노즐과 과산화수소분사노즐이 삽입 설치되며, 상기 제 2반응탱크의 내측 중앙부에는 다수 개의 유동구멍이 형성된 기류분배용 다공판의 사이에서 반응공간부가 구획 형성되고, 상기 반응공간부의 내부에 중화제분사노즐이 삽입 설치되며, 상기 드레인배관은 제 2반응탱크의 반응공간부측 바닥부와 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 집진기는 고압수라인이 연결된 벤튜리형 스크러버가 되는 것을 특징으로 하고, 상기 다공판의 유동구멍 내부에는 가스의 흐름에 와류를 부여하기 위한 트위스터가 삽입 설치되거나, 상기 다공판 자체가 가스의 흐름에 와류를 부여하기 위한 비틀림판이 되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 오존처리와 과산화수소처리 및 중화처리가 다공판에 의하여 구획된 각각의 공간부에서 독립적으로 수행될 수 있도록 함으로서, 다공판에 의하여 조성된 배기가스의 기류분배조건하에서 각각의 처리단계에 필 요한 화학반응이 보다 더 효율적으로 수행되도록 하는 효과가 있으며, 이로 인하여 배기가스의 탈황 탈질 처리성능을 실질적으로 크게 향상시키는 효과가 있음은 물론, 각각의 반응공간이 하나의 반응탱크 내부에 집적화되도록 하여 선박의 협소한 공간에 적용이 가능한 콤펙트한 처리장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 중화처리 과정에서 발생하는 고부가가치의 암모늄염이 집진기측으로 포집되어 회수되도록 하지 않고, 중화처리가 이루어지는 반응탱크의 바닥측에 구비된 드레인배관을 통하여 직접 회수되도록 함에 따라, 암모늄염과 미세먼지가 서로 혼입되지 않도록 한 상태에서, 암모늄염의 회수 및 재활용율을 보다 향상시키도록 하는 효과가 있음은 물론이고, 고효율의 습식집진기 적용이 가능토록 하여 배기가스의 탈황 탈질 처리와 함께 미세분진의 제거까지 완벽하게 수행토록 하는 효과가 있다.

특히, 다공판의 구멍 내부에 와류의 흐름을 유도할 수 있는 트위스터 수단을 설치하거나, 상기 다공판 자체를 와류 유도용 비틀림판으로 하여 반응탱크의 내부에 설치한 경우에는, 다공판에 의하여 분배되는 배기가스의 흐름이 와류의 흐름으로 조성됨에 따라, 각각의 반응공간 내부에서 배기가스가 체류 및 반응하는 시간과 배기가스의 분산표면적을 최대한으로 확보하는 효과가 있으며, 이로 인하여 배기가스의 처리에 따른 반응효율을 한층 더 극대화시킬 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 가지는 것이다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세 하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 것은 본 발명의 제 1실시예에 따른 배기가스 처리장치(10)를 나타내는 측단면도로서, 선박용 디젤엔진으로부터 연장되는 배기관(2)에 분진제거필터(4)와 집진기(8)가 설치되고, 상기 분진제거필터(4)와 집진기(8)의 사이에는 배기가스의 처리를 위한 반응탱크(1)가 설치되는 바, 상기 분진제거필터(4)는 섬유필터나 부직포필터 또는 활성탄필터와 같은 통상의 필터 제품이 적용될 수 있고, 상기 집진기(8)로는 백필터나 전기집진기 등과 같은 건식집진기가 적용될 수 있다.

상기 분진제거필터(4)는 배기가스중에 포함된 입자형 이물질, 예를 들어 고체탄소나 황 또는 탄화수소 등을 제거토록 하는 것이며, 상기 집진기(8)는 분진제거필터(4)에서 제거되지 못한 미세먼지 등을 탈황 및 탈질 처리를 거친 이후에 최종적으로 제거하는 것이다.

또한, 상기 반응탱크(1)의 내부에는 오존공급관(11a)에 의하여 오존공급기(11)와 연결되는 오존분사노즐(5)과, 과산화수소공급관(12a)에 의하여 과산화수소공급기(12)와 연결되는 과산화수소분사노즐(6) 및 중화제공급관(13a)에 의하여 중화제공급기(13)와 연결되는 중화제분사노즐(7)이 반응순서에 맞추어 순차적으로 삽입 설치되어 있다.

상기 오존공급기(11)는 오존가스를 생성 및 공급시킬 수 있는 것이라면 어떠한 제품을 사용하더라도 무방하며, 통상적으로는 플레이트(Plate)형과 튜브(Tube)형의 2가지 구조가 있으나, 컴프레셔로부터 발생한 압축공기를 필터를 통하여 정화시킨 다음, 냉각수 통로 사이에 설치된 방전관을 따라 공급시킴으로서, 방전관을 지나는 차고 깨끗한 공기 속의 산소가 전기적 에너지와의 충돌에 의하여 분해 및 재결합됨에 따라 오존가스를 생성시키는 원리는 동일하다.

또한, 상기 과산화수소공급기(12)와 중화제공급기(13)는, 그 내부에 과산화수소(H₂O₂)의 10% 내지 30%의 희석액이 되는 과산화수소수와 암모니아(NH₃) 가스가 각각 저장되는 한편, 미도시된 공급펌프에 의하여 과산화수소공급관(12a)과 중화제공급관(13a)을 거쳐 과산화수소분사노즐(6) 및 중화제분사노즐(7)측으로 과산화수소수 및 암모니아 가스를 공급시킬 수 있도록 이루어진다.

본 발명에 따른 배기가스 처리장치(10)의 요부를 이루는 구성요소로서는, 다수 개의 유동구멍(3a)이 형성된 기류분배용 다공판(3)을 상기 반응탱크(1)의 내부에 일정한 간격을 두고 격판의 형태로 설치함으로서, 반응탱크(1)의 내부 공간이 제 1공간부(10a)와 제 2공간부(10b)와 제 3공간부(10c)로 구획 형성되도록 한 것이다.

이를 위하여, 상기 다공판(3)은 반응탱크(1)의 내부에서 반응탱크(1)의 길이 방향, 즉 배기가스의 배출경로를 따라 총 4개가 수직 방향으로 설치되어 있으며, 다공판(3)에 의하여 구획된 상기 제 1공간부(10a)에 오존분사노즐(5)이 삽입 설치되고, 상기 제 2공간부(10b)에는 과산화수소분사노즐(6)이 삽입 설치되는 한편, 상기 제 3공간부(10c)에 중화제분사노즐(7)이 삽입 설치된다.

도면상 각각의 분사노즐(5)(6)(7)은 해당 공간부(10a)(10b)(10c)의 내측 상부에 총 4개가 수평 방향으로 설치된 것으로 도시되어 있으나, 이와는 달리 해당 공간부(10a)(10b)(10c)의 중심부를 따라 수직 방향으로 설치될 수 있음은 물론이고, 분사노즐(5)(6)(7)의 개수 또한 반응탱크(1)의 용량이나 처리하고자 하는 배기가스의 상태에 맞추어 조정될 수 있음을 밝혀두는 바이다.

상기와 같은 다공판(3)과 분사노즐(5)(6)(7)의 배치구조에 의하여, 배기가스에 대한 오존처리와 과산화수소처리 및 중화처리가 다공판(3)에 의하여 구획된 각각의 공간부(10a)(10b)(10c)에서 독립적으로 수행될 수 있는 한편, 다공판(3)에 의하여 조성된 배기가스의 기류분배조건하에서 각각의 처리단계에 필요한 화학반응이 보다 더 효율적으로 수행될 수 있는 것이다.

상기와 같이 다공판(3)에 의하여 반응탱크(1)의 내부에 구획 형성된 각각의 공간부(10a)(10b)(10c)에서 발생하는 오존처리와 과산화수소처리 및 중화처리에 따른 화학반응과 그 처리과정을 간략하게 설명하면 아래와 같다.

먼저, 제 1공간부(10a)에서 발생하는 오존처리과정은, 분진제거필터(4)를 거쳐 반응탱크(1)의 내부로 유입되는 배기가스중에 오존가스(O₃)를 분사시키는 최초의 반응과정으로서, 오존가스에 의한 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)의 산화반응으로 대별되며, 그 대표적인 반응식은 다음과 같다.

SO₂ + O₃ → SO₃ + O₂

NO + O₃ → NO₂ + O₂

2NO₂ + O₃ → O₂ + N₂O₅↓

상기와 같은 오존처리의 과정에서 발생하는 침강물로서의 무수질소(N₂O₅)는 질소산화물 중에서 대기오염에 거의 영향을 미치지 않는 것일 뿐만 아니라 그 활용에 따른 경제적인 가치 또한 미약하기 때문에, 제 1공간부(10a)의 바닥측으로 침강된 무수질소는 반응탱크(1)로부터 배출 및 제거시키게 되며, 가장 바람직하게는 제 1공간부(10a)의 바닥부에 구비된 드레인배관(9)을 통하여 자동 배출되도록 하는 것이다.

그리고, 제 2공간부(10b)에서 발생하는 과산화수소처리 과정은, 오존에 의하여 산화처리된 배기가스중에 과산화수소(H₂O₂)의 10% 내지 30%의 희석액(과산화수소수)을 분사시킴으로서, 배기가스중의 황산화물(SO₃)과 질소산화물(NO₂)을 과산화수소수와 반응시키는 과정이며, 그 대표적인 반응식은 다음과 같다.

SO₃ + H₂O₂ → H₂SO₄

NO₂ + H₂O₂ → HNO₃ + HNO₂

상기와 같은 과산화수소처리를 거치게 되면, 황산화물(SO₃)과 질소산화물(NO₂)이 각각 황산(H₂SO₄) 성분과 질산(HNO₃) 성분으로 조성되는 한편, 이 과정에서 생성된 아질산(HNO₂) 성분은 매우 불안정한 일염기산 화합물로서, 오존처리를 거침에 따라 배기가스중에 존재하는 산소성분과 쉽게 반응하여 질산 성분으로 환원된다.

그 다음으로, 제 3공간부(10c)에서 발생하는 중화처리과정은, 암모니아(NH₃) 가스를 중화제로 사용하여 배기가스중에 포함된 황산(H₂SO₄) 성분과 질산(HNO₃) 성분을 암모니아 가스와 반응시키는 과정으로서, 그 대표적인 반응식은 다음과 같다.

H₂SO₄ + NH₃ → NH₄HSO₄↓(암모늄염)

HNO₃ + NH₃ → NH₄NO₃↓(암모늄염)

상기와 같은 중화처리과정에서 고부가가치를 가지는 암모늄염이 부산물로 얻어지는 바, 고부가가치를 가지는 부산물로서의 암모늄염 또한 해당 공간부(10c)의 바닥부로 침강시킨 다음, 이를 드레인밸브(9a)를 구비하는 드레인배관(9)을 거쳐 직접 회수토록 하게 된다.

상기와 같이 제 1공간부(10a)의 직하방에 해당하는 반응탱크(1)의 바닥부와 제 3공간부(10c)의 직하방에 해당하는 반응탱크(1)의 바닥부는 오존처리와 중화처리 과정에서 발생하는 침강물 즉, 무수질소(N₂O₅)와 암모늄염(NH₄HSO₄,NH₄NO₃)의 원활한 배출 및 회수를 위하여 깔대기 형상으로 형성되는 한편, 그 하단부에 드레인밸브(9a)를 구비하는 드레인배관(9)이 연결 설치되어 있다.

상기와 같이 중화처리 과정에서 발생하는 고부가가치의 암모늄염이 집진기(8)측으로 포집되어 회수되도록 하지 않고, 제 3공간부(10c)의 바닥측에 구비된 드레인배관(9)을 통하여 직접 회수되도록 함에 따라, 암모늄염과 미세먼지가 서로 혼입되지 않도록 한 상태에서, 암모늄염의 회수 및 재활용을 보다 향상시킬 수 있 게 되는 것이다.

이와 더불어, 오존처리와 과산화수소처리 및 중화처리에 필요한 각각의 반응공간(10a)(10b)(10c)이 다공판(3)에 의하여 하나의 반응탱크(1) 내부에서 구획 및 집적화되도록 함에 따라, 선박의 협소한 공간에 적용이 가능한 콤펙트(Compact)한 배기가스 처리장치(10)를 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 배기가스 처리장치(10)를 나타내는 측단면도로서, 전체적인 구성은 위에서 설명되어진 제 1실시예에 따른 배기가스 처리장치(10)와 동일하게 이루어지는 것이며, 단지 차이가 있는 점은 상기 집진기(8)로서 고압수라인(15)이 연결된 벤튜리(Venturi)형 스크러버(Scrubber)(14)가 설치되도록 한 것이다.

상기 벤튜리형 스크러버(14)는 가스집진기의 일종으로서, 중화처리가 이루어진 상태로 배기관(2)을 따라 배출되는 배기가스를 벤튜리관으로 유입시켜 그 목부(Throat)에서 유속을 상승시키는 동시에, 목부의 내부로 고압수(담수 또는 해수)를 분사시켜 생긴 액적(液滴: 물의 미립자)이 분진입자와 충돌되도록 하며, 이 과정에서 분진입자가 액적상에 포집되도록 한 것이다.

상기와 같이 분진입자가 포집된 상태의 액적은 미도시된 기수분리기로서의 싸이클론 내부로 유입시켜 공기와 분리시키며, 이 과정에서 수분과 분리되어 정화된 공기는 싸이클론의 상부측 출구를 거쳐 대기중으로 배출되며, 분진을 포함하는 물은 싸이클론의 하부로 배출시켜 최종 정화처리를 거치도록 하게 된다.

상기와 같은 벤튜리형 스크러버(14)는 백필터나 전기집진기 등과 같은 건식 집진기에서는 회수가 어려운 1㎛(마이크로미터) 미만의 미세분진이나 접착성 또는 조해성이 있는 분진입자까지 효율적으로 제거할 수 있는 바, 이로 인하여 배기가스에 대한 탈황 탈질 처리와 함께 배기가스에 포함된 미세분진까지 보다 완벽하게 제거할 수 있게 된다.

상기와 같이 벤튜리형 스크러버(14)와 같은 습식집진기의 적용이 가능하게 되는 이유는, 중화처리의 과정에서 생성되는 암모늄염을 제 3공간부(10c)의 내부에서 침강시켜 드레인배관(9)으로 직접 회수토록 한 것에 기인하며, 벤튜리형 스크러버(14) 이외에도 미세분진을 고효율로 처리할 수 있는 다른 종류의 습식집진기 또한 적용이 가능함은 물론이다.

도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 배기가스 처리장치(10)를 나타내는 측단면도로서, 제 1 및 제 2실시예에 적용되었던 반응탱크(1)를 제 1반응탱크(16)와 제 2반응탱크(17)로 분리시켜 각각의 반응탱크(16)(17)가 배기관(2)으로 연결 설치되도록 한 다음, 상기 제 1반응탱크(16)의 내부에 오존분사노즐(5)과 과산화수소분사노즐(6)이 삽입 설치되도록 한 것이다.

이와 더불어, 상기 제 2반응탱크(17)의 내부에는, 배기가스의 입구측과 출구측에 다수 매(도면상 각각 3매)의 다공판(3)을 좁은 간격으로 설치하여, 제 2반응탱크(17)의 내측 중앙부에 반응공간부(17a)가 구획 형성되도록 한 다음, 상기 반응공간부(17a)의 내부에 중화제분사노즐(7)이 삽입 설치되도록 한 것으로서, 그 이외의 나머지 구성은 제 1 및 제 2실시예에서 설명되어진 것과 동일하다.

상기와 같이 배기가스의 처리에 통상적으로 적용되는 오존처리와 과산화수소 처리는, 별도의 다공판(3)이 적용되지 아니한 상태로 제 1반응탱크(16)의 내부에서 함께 수행되도록 하고, 배기가스 처리에 가장 중요한 역할을 수행하는 중화처리만이 다공판(3)에 의하여 구획된 제 2반응탱크(17)의 반응공간부(17a)에서 수행되도록 하더라도, 요구하는 수준의 배기가스 처리를 행할 수 있게 된다.

이와 더불어, 도면상 제 2반응탱크(17)의 후방측에서 배기관(2)에 설치되는 집진기는, 제 1실시예에 적용된 집진기(8)와 같은 건식집진기가 될 수도 있고, 제 2실시예에서 적용된 벤튜리형 스크러버(14)와 같은 습식집진기가 될 수도 있으며, 암모늄염의 배출을 위한 드레인배관(9)은 반응공간부(17a)의 직하방에 해당하는 제 2반응탱크(17)의 바닥부와 연결 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

도 4의 (가) 및 (나)는 본 발명의 배기가스 처리장치(10)에 적용될 수 있는 다공판(3)을 나타내는 것으로서, 소정의 두께를 가지는 판상의 몸체에 일정한 간격을 두고 유동구멍(3a)이 형성됨에 따라, 각각의 공간부(10a)(10b)(10c)를 통하여 배기가스의 기류를 균일하게 분배시키는 기능을 수행하며, 반응탱크(1)의 형상에 맞추어 사각판이나 원판 또는 그 이외의 다른 형상을 가질 수 있다.

상기와 같은 다공판(3)을 반응탱크(1)의 길이 방향을 따라 격판의 형태로 설치할 경우, 각각의 다공판(3)에 형성된 유동구멍(3a)이 서로 동일한 위치에서 대응되도록 함에 따라, 각각의 공간부(10a)(10b)(10c)를 통한 배기가스의 기류분배가 보다 안정적으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

도 5 및 도 6은 상기 분배판(3)의 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 도 5에서는 배기가스의 흐름에 와류를 부여하기 위한 트위스터(Twister)(18)(19)가 다공 판(3)의 유동구멍(3a) 내부에 삽입 설치된 형태를 도시하고 있으며, 도 6에서는 배기가스의 흐름에 와류를 부여하기 위하여 다공판(3) 자체가 비틀림판이 되도록 한 것을 도시하고 있다.

상기 트위스터(18)(19) 중에서 제 1트위스터(18)는 얇은 금속판을 90도 각도로 경사지게 굴곡 형성시킨 것이고, 제 2트위스터(19)는 얇은 금속판을 180도 각도로 비틀어 형성시킨 것으로서, 이러한 각각의 트위스터(18)(19)를 유동구멍(3a)의 내부에 순차적으로 고정 설치하게 되면, 유동구멍(3a)을 통과하는 각각의 배기가스 기류가 트위스터(18)(19)를 거치면서 나선형(螺旋形)의 와류(渦流) 흐름으로 조성된다.

상기와 같은 원리와 마찬가지로, 다공판(3) 자체를 얇은 금속판으로 하여 이를 180도 각도로 비틀어 형성시키게 되면, 각각의 유동구멍(3a)을 통과하는 배기가스의 기류가 다공판(3)의 표면을 따라 유동하는 배기가스의 흐름에 의하여 나선형의 와류 흐름으로 유도된다.

상기와 같은 방식으로 다공판(3)의 구조를 개선시킴으로서 배기가스의 기류분배와 함께 와류형 흐름을 유도하게 되면, 다공판(3)을 거쳐 각각의 공간부(10a) (10b)(10c)로 유입된 배기가스의 체류시간과 반응시간을 최대한으로 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 오존가스와 과산화수소 및 암모니아 가스 성분이 배기가스와 함께 분할, 방향전환, 뒤섞임의 과정을 거치게 되므로, 배기가스의 처리에 따른 반응효율을 한층 더 극대화시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치를 나타내는 측단면도.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치를 나타내는 측단면도.

도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치를 나타내는 측단면도.

도 4의 (가) 및 (나)는 본 발명에 사용되는 다공판을 나타내는 정면도.

도 5는 본 발명에 사용되는 다공판의 다른 실시예를 나타내는 측단면도.

도 6은 본 발명에 사용되는 다공판의 또 다른 실시예를 나타내는 측단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 반응탱크 2 : 배기관 3 : 다공판

3a : 유동구멍 4 : 분진제거필터 5 : 오존분사노즐

6 : 과산화수소분사노즐 7 : 중화제분사노즐 8 : 집진기

9 : 드레인배관 9a : 드레인밸브 10 : 배기가스 처리장치

10a : 제 1공간부 10b : 제 2공간부 10c : 제 3공간부

11 : 오존공급기 11a : 오존공급관 12 : 과산화수소공급기

12a : 과산화수소공급관 13 : 중화제공급기 13a : 중화제공급관

14 : 스크러버 15 : 고압수라인 16 : 제 1반응탱크

17 : 제 2반응탱크 17a : 반응공간부 18 : 제 1트위스터

19 : 제 2트위스터

Claims (8)

1. 선박용 디젤엔진으로부터 연장되는 배기관(2)에는 분진제거필터(4)와 집진기(8)가 설치되고, 상기 분진제거필터(4)와 집진기(8)의 사이에는 배기가스의 처리를 위한 반응탱크(1)가 설치되며, 상기 반응탱크(1)의 내부에는 오존공급기(11)와 연결된 오존분사노즐(5)과, 과산화수소공급기(12)와 연결된 과산화수소분사노즐(6)과, 중화제공급기(13)와 연결된 중화제분사노즐(7)이 순차적으로 삽입 설치된 배기가스 처리장치(10)에 있어서,

   상기 반응탱크(1)의 내부공간은 다수 개의 유동구멍(3a)이 형성된 기류분배용 다공판(3)에 의하여 제 1공간부(10a)와 제 2공간부(10b)와 제 3공간부(10c)로 구획 형성되며,

   상기 제 1공간부(10a)에 오존분사노즐(5)이 삽입 설치되고, 상기 제 2공간부(10b)에 과산화수소분사노즐(6)이 삽입 설치되고, 상기 제 3공간부(10c)에 중화제분사노즐(7)이 삽입 설치되며,

   상기 제 3공간부(10c)의 바닥부에는 드레인밸브(9a)를 구비하는 드레인배관(9)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 집진기(8)는 고압수라인(15)이 연결된 벤튜리형 스크러버(Scrubber)(14)가 되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다공판(3)의 유동구멍(3a) 내부에는 가스의 흐름에 와류를 부여하기 위한 트위스터(18)(19)가 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다공판(3)은 가스의 흐름에 와류를 부여하기 위한 비틀림판이 되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치.
5. 선박용 디젤엔진으로부터 연장되는 배기관(2)에는 분진제거필터(4)와 집진기(8)가 설치되고, 상기 분진제거필터(4)와 집진기(8)의 사이에는 배기가스의 처리를 위한 반응탱크가 설치되며, 상기 반응탱크의 내부에는 오존공급기(11)와 연결된 오존분사노즐(5)과, 과산화수소공급기(12)와 연결된 과산화수소분사노즐(6)과, 중화제공급기(13)와 연결된 중화제분사노즐(7)이 순차적으로 삽입 설치된 배기가스 처리장치(10)에 있어서,

   상기 반응탱크는 제 1반응탱크(16)와 제 2반응탱크(17)로 분리되어 각각의 반응탱크(16)(17)가 배기관(2)으로 연결 설치되고, 상기 제 1반응탱크(16)의 내부에 오존분사노즐(5)과 과산화수소분사노즐(6)이 삽입 설치되며,

   상기 제 2반응탱크(17)의 내측 중앙부에는 다수 개의 유동구멍(3a)이 형성된 기류분배용 다공판(3)의 사이에서 반응공간부(17a)가 구획 형성되고, 상기 반응공간부(17a)의 내부에 중화제분사노즐(7)이 삽입 설치되며,

   상기 제 2반응탱크(17)의 반응공간부(17a)측 바닥에는 드레인밸브(9a)를 구비하는 드레인배관(9)이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 집진기(8)는 고압수라인(15)이 연결된 벤튜리형 스크러버(Scrubber)(14)가 되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치.
7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 다공판(3)의 유동구멍(3a) 내부에는 가스의 흐름에 와류를 부여하기 위한 트위스터(18)(19)가 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치.
8. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 다공판(3)은 가스의 흐름에 와류를 부여하기 위한 비틀림판이 되는 것을 특징으로 하는 선박용 배기가스의 탈황 탈질 처리장치.

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