KR20140112154A - 배관 일체형 탈질 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

배관 일체형 탈질 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 배관 일체형 탈질 시스템은 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질 시스템에 있어서,
내연기관에서 발생하는 상기 배기가스를 배출시키는 퍼넬;
퍼넬 내부에 마련되며 내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배출 배관; 및
배출 배관의 내부에 마련되는 적어도 하나의 촉매부를 포함하되,
촉매부는 복수의 촉매층을 포함하고, 복수의 촉매층은 배출 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

배관 일체형 탈질 시스템 및 방법{Pipe-Integrated Type Denitration System and Method}

본 발명은 배관 일체형 탈질 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퍼넬 내부에 내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배출 배관을 마련하고, 배출 배관의 내부에 복수의 촉매층을 포함하는 적어도 하나의 촉매부를 마련하되, 복수의 촉매층은 배출 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치한 배관 일체형 탈질 시스템 및 방법에 관한 것이다.

산업화의 급속한 진전에 따른 화석연료 사용량의 증가로 인한 대기오염과 지구 온난화 문제가 날로 심각해지고 있다.

이러한 대기오염의 주범 중 하나로 차량의 엔진이나 화력발전소, 공장 등의 배기가스에 포함된 황 산화물(SOx)과 질소 산화물(NOx)이 손꼽히고 있으며, 최근 환경보존에 대한 인식이 높아짐에 따라 이들에 대한 각국의 배출규제가 도입되고 있다.

선박에서 배출되는 배기가스 중 질소 산화물과 황 산화물은 UN 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질이며, 그 중 황 산화물은 2010년 7월부터 SECA(Sulfur Emission Control Area)에서 1% 이하로 배출규제하기로 하였다.

질소산화물에 대한 규제로는, 2011년 1월 발효된 TIER Ⅱ에 의해서 현재 14.3 ｇ／㎾ｈ로 기준치가 적용되고 있으며, 2016년부터는 TIER Ⅰ 기준의 80%로 감축되어 3.4 ｇ／㎾ｈ의 기준치가 적용되게 된다.

이러한 질소 산화물 규제 기준을 충족하기 위하여 배기가스로부터 질소 산화물을 제거하는 방법으로는, 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction, SCR) 방법, 선택적 비촉매 환원(Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR) 방법, 질소산화물 필터, 흡장 환원법(Storage and Reduction, SR) 등이 이용될 수 있다.

출원번호 제10-2009-0120943호(출원일: 2009.12.08)

도 1에는 배기가스를 배출하는 퍼넬의 개략적인 모습과 퍼넬 내부에 마련된 촉매 반응기의 일 단면이 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 퍼넬(10)의 내부에 촉매 반응기(30)가 마련되고, 배기가스가 배관(20)에 의해 촉매 반응기(30)로 공급된 후, 반응기를 거친 배기가스가 다시 배관(20)을 통해 배출된다.

이와 같은 선박용 퍼넬(10)에서 촉매 반응기(30)에는 판 형태의 촉매층(31)이 배관을 따라 직선 방향으로 배치될 수 있는데, 촉매층을 교체할 수 있고, 배기가스에 상시 노출된 촉매의 피독 현상으로 인한 수명 단축을 막을 수 있도록, 촉매층은 탈착 가능하게 마련된다.

이와 같이 구성된 배관(20) 외에 촉매 반응기(30)가 따로 마련됨으로써, 설치 공간을 많이 차지하며, 배관을 따라 직선 방향으로 배치된 촉매층으로 인해 배기가스의 흐름이 원활하지 못하게 되는 문제가 있다.

따라서 협소한 퍼넬 내부에서 설치 공간을 줄이고, 배기가스의 흐름을 원활하게 하며 촉매와의 반응 효율도 높일 수 있는 시스템이 필요하다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질 시스템에 있어서,

상기 내연기관에서 발생하는 상기 배기가스를 배출시키는 퍼넬;

상기 퍼넬 내부에 마련되며 내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배출 배관; 및

상기 배출 배관의 내부에 마련되는 적어도 하나의 촉매부를 포함하되,

상기 촉매부는 복수의 촉매층을 포함하고, 상기 복수의 촉매층은 상기 배출 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 탈질 시스템이 제공된다.

상기 복수의 촉매층은 상기 배기가스의 이동 방향에 수직인 상기 배출 배관의 단면 중심을 기준으로 방사 형태로 배치되어 상기 배출 배관을 흐르는 배기가스의 소용돌이 형태의 흐름을 유도할 수 있다.

탈질 시스템은, 상기 배출 배관의 내부에 마련되어 상기 배기가스를 가속하는 송풍 팬을 더 포함할 수 있다.

상기 촉매부의 전단에 마련되며 배기가스에 환원제를 공급하는 분사 노즐을 더 포함하여, 상기 촉매부에서는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매환원(selective catalytic reduction)이 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질 방법에 있어서,

상기 내연기관에서 배출되는 상기 배기가스가 흐르는 배관의 내부에 복수의 촉매층을 마련하되,

상기 복수의 촉매층은 상기 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치되어 상기 배관을 흐르는 상기 배기가스를 소용돌이 형태로 흐르도록 유도하는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 탈질 방법이 제공된다.

본 발명의 배관 일체형 탈질 시스템 및 방법은, 퍼넬 내부에 내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배출 배관을 마련하고, 배출 배관의 내부에 복수의 촉매층을 포함하는 적어도 하나의 촉매부를 마련하되, 복수의 촉매층은 배출 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치한다.

배출 배관의 내부에 촉매부를 마련함으로써, 배관과는 별도의 촉매 반응기를 설치할 때 필요한 공간을 요하지 않고, 나선형태로 배치된 촉매층을 통해 배출 배관에서 배기가스가 소용돌이 형태로 원활하게 흐르도록 유도할 수 있다.

도 1은 배기가스를 배출하는 퍼넬의 개략적인 모습과 퍼넬 내부에 마련된 촉매 반응기의 일 단면이 도시된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 일체형 탈질 시스템의 측단면을 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 시스템에서 A의 단면 모습을 개략적으로 도시한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 일체형 탈질 시스템은, 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질 시스템에 있어서, 내연기관에서 발생하는 상기 배기가스를 배출시키는 퍼넬(100)과, 퍼넬(100) 내부에 마련되며 내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배출 배관(200)과, 배출 배관(200)의 내부에 마련되는 적어도 하나의 촉매부(300)를 포함하되, 촉매부(300)는 복수의 촉매층(310)을 포함하고, 복수의 촉매층(310)은 배출 배관(200)의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.

퍼넬(100)은 선박이나 육상의 발전설비 등에 마련된 엔진 등 내연기관에서 발생하는 배기가스를 배출하는 부분이다. 본 실시예의 배출 배관(200)은 각종 내연기관에서 발생하는 배기가스를 퍼넬(100)로 유도하여 외부로 배출하게 된다. 퍼넬(100)로 유도되기에 앞서, 배기가스는 탈황 과정을 거칠 수 있다. 탈황 과정은 예를 들어 물이나 해수를 이용한 습식 스크러버(scrubber)를 통해 이루어질 수 있다.

본 실시예에서 퍼넬(100)로 유도된 배기가스는 배출 배관(200)의 내부에 배관과 일체로 마련된 촉매부(300)를 통과하면서 탈질된다. 촉매부(300)에는 이러한 탈질이 이루어지는 복수의 촉매층(310)이 마련되는데, 본 실시예는 촉매층(310)을 통과하는 배기가스의 원활한 흐름을 유도하기 위하여, 복수의 촉매층(310)을 배기가스 이동 방향을 따라 나선형태 또는 바람개비 형태로 배열한다.

이러한 복수의 촉매층(310)은 배기가스의 이동 방향에 수직인 배출 배관(200)의 단면 중심을 기준으로 방사 형태로 배치됨으로써, 배출 배관(200)을 흐르는 배기가스의 소용돌이 형태의 흐름을 유도할 수 있다. 도 3에 복수의 촉매층(310)이 마련된 촉매부(300)를 상부에서 바라본 단면모습과 배기가스의 흐름을 개략적으로 도시하였다.

즉, 촉매층(310)이 마련된 촉매부(300)의 형상은 평면적으로 보았을 때에는 방사형태로 되어 있으며, 방사형태가 유로를 따라 조금씩 각도가 돌아가도록 됨으로써, 나선형태로 배치된 촉매층에 의해 배기가스가 소용돌이 형태로 흐르게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 촉매부(300)는 복수로 이루어질 수 있으며, 촉매부(300)를 거친 배기가스의 pressure drop을 고려하여, 본 실시예는 배출 배관(200)의 내부에 마련되어 상기 배기가스를 가속하는 송풍 팬(400)을 더 포함할 수 있다. 송풍 팬(400)은 촉매부(300)를 거친 배기가스를 가속할 수 있도록 복수의 촉매부(300) 사이에 마련될 수 있다.

촉매부(300)의 전단에 마련되며 배기가스에 환원제를 공급하는 분사 노즐(미도시)을 더 포함하여, 촉매부(300)에서는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매환원(selective catalytic reduction)이 이루어질 수 있다.

분사 노즐(미도시)을 통해 배기가스에 공급되는 환원제로는 암모니아, 일산화탄소, 탄화수소, 황화수소 등이 사용될 수 있으며, 촉매부(300)의 촉매층(310)에는 티타늄, 바나듐, 백금, 몰리브데넘 등으로부터의 촉매가 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질 방법에 있어서,

내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배관의 내부에 복수의 촉매층(310)을 마련하되,

복수의 촉매층(310)은 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치되어 배관을 흐르는 배기가스를 소용돌이 형태로 흐르도록 유도하는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 탈질 방법이 제공된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 배관 일체형 탈질 시스템은, 퍼넬(100) 내부에 내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배출 배관(200)을 마련하고, 배출 배관(200)의 내부에 복수의 촉매층(310)을 포함하는 적어도 하나의 촉매부(300)를 마련하되, 복수의 촉매층(310)은 배출 배관(200)의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로, 배관의 단면상으로는 방사 형태를 이루도록 배치한다.

이와 같이 배출 배관(200)의 내부에 복수의 촉매층(310)으로 이루어진 촉매부(300)를 마련함으로써, 배관과는 별도의 촉매 반응기를 설치할 때 필요한 공간을 요하지 않으며, 배출 배관(200) 내부에서 나선 및 방사 형태로 배치된 촉매층(310)을 통해 배기가스가 소용돌이 형태로 원활하게 흐르도록 유도할 수 있다.

또한 별도의 공간이 필요한 촉매 반응기를 설치할 때와 달리, 배출 배관(200)에 적절히 촉매부(300)를 마련할 수 있으므로, 공간상의 제약 없이 엔진 등 내연기관에 가까이 배치할 수 있다. 내연기관에 가까이 배치할 경우, 내연기관으로부터 배출된 배기가스가 촉매와 접촉할 때까지의 이동거리가 짧아져 열손실이 적으므로, 촉매에 의한 탈질 효과를 높일 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 퍼넬
200: 배출 배관
300: 촉매부
310: 촉매층
400: 송풍 팬

Claims (5)

1. 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질 시스템에 있어서,
   상기 내연기관에서 발생하는 상기 배기가스를 배출시키는 퍼넬;
   상기 퍼넬 내부에 마련되며 내연기관에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배출 배관; 및
   상기 배출 배관의 내부에 마련되는 적어도 하나의 촉매부를 포함하되,
   상기 촉매부는 복수의 촉매층을 포함하고, 상기 복수의 촉매층은 상기 배출 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 탈질 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 복수의 촉매층은 상기 배기가스의 이동 방향에 수직인 상기 배출 배관의 단면 중심을 기준으로 방사 형태로 배치되어 상기 배출 배관을 흐르는 배기가스의 소용돌이 형태의 흐름을 유도하는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 탈질 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 배출 배관의 내부에 마련되어 상기 배기가스를 가속하는 송풍 팬을 더 포함하는 배관 일체형 탈질 시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 촉매부의 전단에 마련되며 배기가스에 환원제를 공급하는 분사 노즐을 더 포함하여,
   상기 촉매부에서는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 선택적 촉매환원(selective catalytic reduction)이 이루어지는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 탈질 시스템.
5. 내연기관에서 배출되는 배기가스의 탈질 방법에 있어서,
   상기 내연기관에서 배출되는 상기 배기가스가 흐르는 배관의 내부에 복수의 촉매층을 마련하되,
   상기 복수의 촉매층은 상기 배관의 내부에서 배기가스의 이동 방향을 따라 나선형태로 배치되어 상기 배관을 흐르는 상기 배기가스를 소용돌이 형태로 흐르도록 유도하는 것을 특징으로 하는 배관 일체형 탈질 방법.

Images