KR20150116791A - 배기 가스 후처리 시스템 및 배기 가스 후처리 방법 - Google Patents

배기 가스 후처리 시스템 및 배기 가스 후처리 방법 Download PDF

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Abstract

내연기관(1)용 배기 가스 후처리 시스템(2)은, 내연기관(1)의 하류에 배치되어 배기 가스에서 그을음(soot) 그리고 재 입자를 분리하기 위한 과립 함유 이동층 반응기 또는 유동층 반응기 형태의 입자 분리기(3)와, 과립과 함께 입자 분리기(3)의 밖으로 분리된 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물을 과립에서 분리하기 위하여 그리고 그을음 그리고 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물로부터 분리된 과립의 적어도 하나의 과립 공급부(6)를 통한 입자 분리기(3)로의 적어도 부분적인 복귀를 위하여 입자 분리기(3)에 배치되는 분리 장치(8)를 포함하고, 입자 분리기(3)에서 정화될 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 공급 라인(4)을 통하여 입자 분리기(3)로 공급될 수 있으며, 입자 분리기(3)에서 정화된 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 배출 라인(5)을 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있고, 과립은 적어도 하나의 과립 공급부(6)를 통하여 입자 분리기(3)로 공급될 수 있으며, 과립은 적어도 하나의 과립 배출구(7)를 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있고, 입자 분리기(3) 내의 배기 가스는 과립 주변을 흐르며 이 과정에서 그을음 그리고 재 입자는 과립에 부착되고 그리고/또는 과립 상에 뭉쳐지며 그리고/또는 과립과 반응하고, 그리고 그을음과 재 입자 및/또는 이들의 반응 생성물과 함께 과립은 과립 배출구 또는 각 과립 배출구(7)를 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있다.

Description

배기 가스 후처리 시스템 및 배기 가스 후처리 방법{EXHAUST GAS AFTER-TREATMENT SYSTEM AND METHOD FOR THE EXHAUST GAS AFTER-TREATMENT}
본 발명은 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 배기 가스 후처리 방법에 관한 것이다.
연소로부터의 탄소 함유 입자상 물질을 최소화하기 위하여 소위 입자 필터가 일반적으로 이용된다. 전형적인 입자 필터 장치가 미국특허 제4,415,344A호로부터 알려져 있다. 이러한 입자 필터에서, 세라믹, 금속 또는 섬유 기반 재료로 이루어진 필터 매체는 배기 가스의 관통류(through flow)를 겪는다. 배기 가스에 함유된 입자는 필터 재료 내에 축적되며 따라서 필터의 세정 가스 측에 도달되는 것이 방지된다. 필터가 연소된 엔진 오일 또는 연료로부터의 재로 막히기 때문에 필터는 정기적인 간격을 두고 세정 또는 교체되어야 수명이 증가한다. 교체를 위하여, 특히 필터가 높은 연간 수명 및 유용성 요구 조건을 갖는 발전소 또는 선박 내의 기계와 관련될 때 기계는 정지되어야 하며, 이는 원하지 않는 정지 시간으로 이어진다.
관례로부터 입자 필터, 배기 가스의 흐름 방향에서 보면 입자 필터의 상류에 배치된 적어도 하나의 배기 가스 후처리 조립체 그리고 배기 가스의 흐름 방향에서 보면 입자 필터의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 가스 후처리 조립체를 포함하는, 내연기관의 배기 가스 후처리 시스템이 알려져 있다. 흐름 방향에서 보면 입자 필터의 상류에 위치한 배기 가스 후처리 조립체는 특히 이산화질소(NO2)로의 일산화질소(NO)의 산화를 위한 산화 촉매 변환기이다. 흐름 방향에서 보면 입자 필터의 하류에 위치한 배기 가스 후처리 조립체는 소음기일 수 있다. 특히, 배기 가스 흐름의 흐름 방향에서 볼 때 NO2로의 NO의 산화를 위한 산화 촉매 변환기는 입자 필터의 상류에 위치하며, 하기 식에 따라서 NO는 배기 가스 흐름 내에 포함된 잔류 산소(O2)의 도움으로 산화 촉매 변환기 내에서 NO2로 산화된다.
2NO + O2 ↔ 2NO2
이산화질소로의 일산화질소의 이러한 산화 동안에, 고온에서의 산화 반응의 평형은 일산화질소 측에 있다. 이는 달성 가능한 이산화질소의 성분이 고온에서 크게 제한된다는 결과를 야기한다.
입자 필터에서, 산화 촉매 변환기에서 추출된 이산화질소는 입자 필터 내에 수집된 탄소 함유 입자, 소위 그을음(soot)에 의해 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 그리고 일산화질소(NO)로 변환된다. 이 공정에서, 탄소 함유 입자상 물질 또는 입자 필터 내에 축적된 그을음의 연속적인 제거는 입자 필터의 자연 재생(passive regeneration)의 의미에서 일어나며, 이 변환은 하기 식에 따라 일어난다.
2NO2 + C → 2NO + CO2
NO2 + C → NO + CO
2C + 2NO2 → N2 + 2CO2
특히, 이러한 자연 재생을 이용할 때, 탄소 함유 입자상 물질 또는 입자 필터 내에 축적된 그을음의 완전한 변환은 일어날 수 없으며 입자 필터 내의 탄소 성분 또는 그을음 성분은 증가한다. 여기서, 궁극적으로 배기 가스 후처리 시스템의 상류에 배치된 내연기관에 대한 소위 배기 가스 배압이 증가하는 결과로서, 입자 필터는 이후 막히는 경향이 있다. 내연기관에 대한 증가하는 배기 가스 배압은 내연기관의 동력을 감소시키며 그리고 증가된 연료 소비를 야기한다.
탄소 함유 입자상 물질 또는 입자 필터 내의 그을음의 증가를 방지하기 위하여 그리고 입자 필터의 막힘을 방지하기 위하여 촉매 코팅부를 갖는 입자 필터를 제공하는 것 역시 관례로부터 이미 알려져 있다. 여기서, 바람직하게는 백금 함유 코팅부가 이용된다. 그러나, 촉매 코팅부를 갖는 이러한 입자 필터의 사용은 불충분한 정도로만 입자 필터가 탄소 함유 입자상 물질, 즉 그을음으로 충전되는 것을 막을 수 있다.
특히 이것이 전형적으로 선박 디젤 엔진에서의 경우일 때, 배기 가스 후처리 시스템이 작동하는 내연기관은 예를 들어 중유와 같은 황 함유량이 높은 연료로 가동되며, 재의 집중적인 축적 때문에 배기 가스 후처리 시스템의 입자 필터의 막힘이 비슷하게 발생할 수 있기 때문에 다른 문제가 존재한다. 특히, 중유로 작동되는 내연기관의 경우에, 입자 필터의 유지 보수 간격이 발생된 재를 통하여 극적으로 짧아질 수 있으며, 따라서 배기 가스 후처리 시스템의 의미있는 작동이 더 이상 가능하지 않다.
이러한 문제점으로부터 시작하여, 본 발명은 새로운 형태의 배기 가스 후처리 시스템 그리고 새로운 형태의 배기 가스 후처리 방법을 고안하는 목적을 기초로 한다. 이 목적은 청구항 1에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 통하여 해결된다.
본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템은 배기 가스에서 그을음 그리고 재 입자를 분리하기 위하여 내연기관의 하류에 배치된 과립 함유 이동층 반응기 또는 유동층 반응기 형태의 입자 분리기를 포함하되, 입자 분리기 내에서 정화될 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 공급 라인을 통하여 입자 분리기로 공급될 수 있으며, 입자 분리기에서 정화된 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 배출 라인을 통하여 입자 분리기로부터 배출될 수 있고, 과립은 적어도 하나의 과립 공급부를 통하여 입자 분리기로 공급될 수 있으며, 과립은 적어도 하나의 과립 배출구를 통하여 입자 분리기로부터 배출될 수 있고, 입자 분리기 내의 배기 가스는 과립 주변을 흐르며 이 과정에서 그을음 그리고 재 입자는 과립에 부착되고 그리고/또는 과립 상에 뭉쳐지며 그리고/또는 과립과 반응하고, 그리고 그을음과 재 입자 및/또는 이들의 반응 생성물과 함께 과립은 과립 배출구 또는 각 과립 배출구를 통하여 입자 분리기로부터 배출될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템은 과립과 함께 입자 분리기의 밖으로 분리된 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물을 과립에서 분리하기 위하여 그리고 그을음 그리고 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물로부터 분리된 과립의 적어도 하나의 과립 공급부를 통한 입자 분리기로의 적어도 부분적인 복귀를 위하여 입자 분리기에 배치된 분리 장치를 포함한다.
본 발명은 과립 함유 이동층 반응기 또는 유동층 반응기 형태의 적어도 하나의 입자 분리기 및 입자 분리기에 할당된 분리 장치를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템을 제안한다. 입자 분리기에서, 그을음 그리고 재 입자는 배기 가스에서 효과적으로 분리되며 그리고 과립을 통하여 배출될 수 있다. 깨끗해진 과립을 적어도 부분적으로 입자 분리기로 다시 복귀시키기 위하여, 분리 장치에서 과립은 그을음 그리고 재 입자에서 그리고/또는 과립과 그을음 및 재 입자의 반응 생성물에서 분리될 수 있다. 따라서, 효과적인 배기 가스 정화, 즉 내연기관의 배기 가스에서 그을음 그리고 재 입자의 제거가 가능하다. 특히, 중유로 가동되는, 예를 들어 선박에 이용되는 내연기관의 경우, 내연기관의 배기 가스로부터의 그을음 그리고 재 입자의 효과적인 제거가 실현될 수 있다.
유리한 다른 개발안에 따르면, 입자 분리기는 배기 가스가 수평 방향으로 입자 분리기를 통하여 흐르는 방식으로 배기 가스와 과립의 직교류(cross flow)가 이루어지는 이동층 반응기 또는 유동층 반응기로서 구성되며, 과립은 과립 공급부 또는 각 과립 공급부를 통하여 입자 분리기로 공급될 수 있으며 또한 과립 배출구 또는 각 과립 배출구를 통하여 바닥으로부터 배기될 수 있고, 과립 공급부 또는 각 과립 공급부와 과립 배출구 또는 각 과립 배출구 사이에서의 수직 방향으로의 과립의 이동 또는 흐름 방향은 배기 가스의 흐름 방향에 대하여 교차하여 진행한다. 이러한 직교류 입자 분리기는 특히 내연기관의 배기 가스로부터의 그을음과 재 입자의 효율적인 제거를 허용한다.
바람직하게는, 입자 분리기는 다수의 스테이지로 구현되고, 배기 가스는 입자 분리기의 개개의 스테이지를 통하여 연속적으로 흐르며, 개개의 스테이지에서 과립의 화학적 성분 및/또는 과립의 치수 및/또는 과립의 이동 또는 흐름 속도 및/또는 배기 가스의 유속은 서로 편차가 있다. 그로 인하여 내연기관의 배기 가스로부터의 그을음 그리고 재 입자의 제거 효과는 더욱 증가될 수 있다.
유리한 다른 개발안에 따르면, 배기 가스 후처리 시스템은 SO3로의 SO2의 산화를 위하여 입자 분리기(3)의 상류 그리고 내연기관(1)의 하류에 배치된 산화 촉매 변환기를 포함하되, SO3 및/또는 침전된 H2SO4는 입자 분리기 내에서 그을음을 직접적으로 산화시키는 역할을 수행한다. SO3로의 SO2의 산화를 위한 산화 촉매 변환기를 통하여, 입자 분리기 내에서의 그을음의 산화는 개선될 수 있다.
다른 유리한 다른 개발안에 따르면, NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기가 입자 분리기의 상류에 그리고 내연기관의 하류에 배치되며, 여기서 NO2는 입자 분리기 내에서 그을음을 산화시키는 역할을 수행하고, NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기는 SO2의 SO3로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기에 병렬로 연결되고 차단 밸브에 의하여 배기 가스 흐름으로부터 차단될 수 있다. 비교적 높은 황 함유량을 갖는 연료로 내연기관이 작동하는 동안, 배기 가스 흐름은 SO2의 SO3로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기를 통하여 안내될 수 있는 반면에, 비교적 낮은 황 함유량을 갖는 연료로 내연기관이 작동하는 동안에는, 배기 가스 흐름은 NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기를 통하여 안내될 수 있다. 다른 종류의 연료로 내연기관이 가동될 때 이 구성이 유리하다. 이는 선박 엔진 내에서의 경우이다.
배기 가스 과급 내연기관의 경우, SO3로의 SO2의 산화를 위한 산화 촉매 변환기는 배기 가스 터보차저의 터빈의 상류에 위치하며, 여기서 입자 분리기는 터빈의 하류에 위치한다. 터빈의 상류에 존재하는 비교적 높은 압력 및 온도 때문에, 산화 촉매 변환기 내에서의 SO3로의 SO2의 산화가 유리하다.
다른 유리한 다른 개발안에 따르면, 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템은 분리 장치의 하류에 배치된 반응기를 포함하며, 이 반응기에는 한편에는 그을음의 산화를 위한 산화제가 공급될 수 있으며 다른 한편에는 분리 장치에서 과립으로부터 분리된 그을음과 재 입자가 공급될 수 있다. 따라서 분리 장치의 하류에서 과립으로부터 분리된 재가 효과적으로 없어질 수 있다. 다른 실시예에서, 반응기는 또한 입자 분리기와 분리 장치 사이에 배치될 수 있으며 따라서 탄소 함유 그을음은 분리 장치로 들어가기 전에도 산화될 수 있다. 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 방법이 청구항 14에서 한정된다.
본 발명의 바람직한 다른 개발안이 종속항 및 하기 설명으로부터 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시예가 본 발명을 제한함이 없이 도면의 도움으로 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 배기 가스 후처리 시스템의 블록선도.
도 2는 도 1의 상세도.
도 3은 본 발명에 따른 제 2 배기 가스 후처리 시스템의 블록선도.
도 4는 본 발명에 따른 제 3 배기 가스 후처리 시스템의 블록선도.
도 5는 본 발명에 따른 제 4 배기 가스 후처리 시스템의 블록선도.
도 6은 본 발명에 따른 제 5 배기 가스 후처리 시스템의 블록선도.
본 발명은 내연기관용, 바람직하게는 예를 들어 중유와 같은 높은 황 함유량을 갖는 연료로 가동되는 선박에 이용된 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다.
도 1은 내연기관(1)의 하류에 위치한 배기 가스 후처리 시스템(2)의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 도 1의 배기 가스 후처리 시스템(2)은 내연기관(1)의 하류에 위치한 입자 분리기(3)를 포함한다. 입자 분리기(3)는 과립-함유 이동층 반응기 또는 유동층 반응기이며, 이는 내연기관(1)의 배기 가스로부터 그을음 그리고 재 입자를 제거하는 역할을 한다.
배기 가스의 흐름 방향에서 보면 입자 분리기(3)의 상류에 그리고 배기 가스의 흐름 방향에서 보면 입자 분리기(3)의 하류에 배기 가스 후처리 시스템의 적어도 하나의 다른 배기 가스 후처리 요소가 각각 위치될 수 있다는 점이 지적된다.
입자 분리기(3)에서 정화될 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 공급 라인(4)을 통하여 입자 분리기(3)로 공급될 수 있다. 입자 분리기(3) 내에서 정화된 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 배출 라인(5)을 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있다. 입자 분리기(3) 내에서 필요한 과립은 적어도 하나의 과립 공급부(6)를 통하여 입자 분리기(3)로 공급될 수 있으며, 여기서 과립은 적어도 하나의 과립 배출구(7)를 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있다.
입자 분리기(3) 내에서, 배기 가스는 과립 주변을 순환하며, 여기서 배기 가스의 그을음과 재 입자는 과립에 부착되고 그리고/또는 과립 상에 뭉쳐지며 그리고/또는 과립과 반응하고, 또한 그을음과 재 입자 및/또는 이들의 반응 생성물과 함께 과립은 과립 배출구 또는 각 과립 배출구(7)를 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있다.
입자 분리기(3)는 분리 장치(8)에 배치된다. 입자 분리기(3)에서 배출된 과립은 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물과 함께 각 과립 배출구(7)를 통하여 분리 장치(8)에 공급될 수 있으며, 여기서 분리 장치(8)는 과립에서 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물을 분리한다. 과립으로부터의 분리 후에 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물은 화살표 9를 따라 분리 장치(8)에서 배출될 수 있으며, 여기서 깨끗해진 과립은 화살표 10을 따라 적어도 하나의 과립 공급부(6)를 통하여 적어도 부분적으로 입자 분리기(3)로 복귀될 수 있다.
도 2는 입자 분리기(3)의 상세 구성을 도시하며, 도 2에서 개략적으로 도시된 입자 분리기(3)는 다수의 스테이지로 구현된다. 입자 분리기(3) 내에서 정화되고 배기 가스 공급 라인(4)을 통하여 도 2의 입자 분리기(3)로 공급될 수 있는 배기 가스는 처음에 제 1 스테이지(11)를 통하여 흐르며 제1 스테이지에 후속하는 제 2 스테이지(12)를 통하여 흘러, 이어서 입자 분리기(3)로부터 배기 가스 배출 라인(5)을 통하여 이후에 배출되도록 한다. 입자 분리기(3)의 양 스테이지(11 및 12) 각각은 이동층 반응기 또는 유동층 반응기로 구현되며, 여기서 각 스테이지(11 및 12)에서 각각 필요한 과립(13 및 14)이 입자 공급부(6)를 통하여 2개의 스테이지(11 및 12) 각각에 공급될 수 있으며, 과립(13 및 14)은 과립 배기부(7)를 통하여 각 스테이지(11, 12)로부터 배출될 수 있다.
특히 도 2에 도시된 바와 같이 입자 분리기(3)가 다수의 스테이지로 구현될 때, 과립(13, 14)의 화학적 성분 및/또는 과립(13, 14)의 치수 및/또는 과립(13, 14)의 이동 또는 흐름 속도 및/또는 배기 가스의 유속은 우선적으로는 입자 분리기(3)의 개별 스테이지(11, 12) 내에서 서로 편차가 있을 수 있다.
따라서, 예를 들어 동일한 화학적 성분을 가지나 개별 스테이지(11, 12)에서 다른 그레인 치수 그리고 다른 이동 또는 흐름 속도를 갖는 과립을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어 개별 스테이지(11, 12)에서 다른 화학적 성분을 갖는 과립(13, 14), 즉 한편으로는 촉매적 활성 과립을 그리고 다른 한편으로는 촉매적 비활성 과립을 사용할 수 있다. 특히, 개별 스테이지(11, 12)에서 그 화학적 성분에 대하여 다른 과립(13, 14)이 사용될 때조차도, 과립의 치수 및/또는 과립의 이동 또는 흐름은 개별 스테이지(11, 12)에서 서로 편차가 있을 수 있다.
이동층 반응기와 유동층 반응기로 구현된 입자 분리기(3)는 배기 가스와 과립의 직교류가 이루어지는 입자 분리기(3)이다.
따라서, 배기 가스는 입자 분리기(3)를 통하여 수평 방향으로 흐르는 반면에, 각 스테이지(11, 12)의 개별 스테이지(11, 12)의 과립(13, 14)은 각각 상단으로부터 공급될 수 있고 또한 바닥으로부터 각 스테이지(11, 12)에서 배출될 수 있으며, 각 과립(13, 14)의 이동 및 흐름 방향은 배기 가스의 흐름 방향(24)과 교차하는 위에서 아래로의 수직 방향으로 나아간다는 것이 도 2로부터 특히 명백하다. 이는 입자 분리기(3)에서의 그을음 그리고 재 입자의 매우 효과적인 제거를 가능하게 한다.
위에서 이미 언급된 바와 같이, 촉매적 비활성 과립이 입자 분리기(3) 내에서 과립(13, 14)으로 사용될 수 있다. 여기서, 근청석, 화강암, 강옥석, 탄화규소, 산화 알루미늄의 과립 또는 금속성 재료의 과립이 특히 이용될 수 있다. 입자 분리기(3)의 스테이지(11, 12) 내에서 그을음 및 재 입자를 편향시키는 것에 의하여 충격 및/또는 확산 및/또는 차단을 통하여 그을음과 재 입자는 과립 상에서 분리된다.
도 3은 도 1의 배기 가스 후처리 시스템(2)의 다른 개발안을 도시하며, 이 개발안에서는 반응기(15)가 분리 장치(8)의 하류에 위치한다. 한편으로는, 화살표 16을 따른 산화제와 마찬가지로, 그을음과 재 입자는 분리 장치(8)로부터 시작하여 화살표 9를 따라 반응기(15)로 공급될 수 있다. 그로 인하여 반응기(15) 내에서 그을음의 재를 없애기 위하여 그을음 입자는 산화된다. 그을음이 없어진 재는 화살표 17을 따라 산화 촉매 변환기(15)로부터 배출될 수 있다. 그을음의 산화 동안에 생성된 CO2 는 화살표 18을 따라 반응기(15)로부터 배출된다.
반응기(15) 내의 산화제로서, H2SO4 및/또는 HNO3 및/또는 NO2 및/또는 SO3 및/또는 SO2가 바람직하게는 이용될 수 있다. 특히, 반응기(15)로부터의 NO2 및/또는 SO3가 산화제로서 이용될 때, 이 산화제는 배기 가스에 함유된 NO 및/또는 SO2의 산화를 통하여 촉매(24) 상에서 생성될 수 있다. H2SO4와 HNO3 는 후속 응축을 통하여 추출될 수 있다. H2SO4 (황산)은 특히 250℃ 미만의 온도에서 그을음을 효과적으로 산화시킬 수 있다. 응축은 별도의 응축기(25) 및/또는 반응기(15)에서 일어날 수 있다.
이 경우 산화제로서의 SO3의 도움으로 산화 촉매 변화기(15) 내에서의 그을음을 산화는 하기 반응식에 따라 일어날 수 있다.
2SO3 + C → CO2 + 2SO2
SO3 + C → CO + SO2
산화 촉매 변환기(15) 내에서의 그을음의 산화를 가속시키기 위하여 가열 장치가 산화 촉매 변환기(15)의 상류에 배치될 수 있어 산화 촉매 변환기(15)로 공급된 그을음과 재 입자를 한정된 처리 온도로 가열시킨다.
내연기관(1)에 배치된 배기 가스 후처리 시스템(2)의 다른 예시적인 실시예가 도 4에 의하여 도시되며, 도 4의 예시적인 실시예는 입자 분리기(3)의 상류와 내연기관(1)의 하류에 SO2의 SO3로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(19)가 제공된다는 점에서 도 1의 예시적인 실시예와 다르다. 산화 촉매 변환기(19)에서, SO2의 SO3로의 산화는 다음의 반응식에 따라 일어난다.
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
산화 촉매 변환기(19)에서 내연기관(1)의 배기 가스에 포함된 SO2는 SO3로 산화되며, 이 공정에서 추출된 SO3는 입자 분리기(3) 내에서의 그을음을 직접적으로 산화시키는 역할을 수행한다. 이 경우에 산화 촉매 변환기(19) 내에서 형성된 SO3의 도움으로 입자 분리기(3) 내에서의 그을음의 산화는 하기 반응식에 따라 다시 일어난다.
2SO3 + C → CO2 + 2SO2
SO3 + C → CO + SO2
배기 가스가 황산 이슬점 미만으로 냉각되면, H2SO4 (황산)의 침전이 하기 반응식에 따라 일어난다.
SO3 + H2O → H2SO4
상기 반응식에서, H2SO4는 마찬가지로 입자 분리기(3) 내에서의 그을음의 산화를 위하여 이용될 수 있다. 여기에서, 황산은 특히 250℃ 미만의 배기 가스의 온도에서 그을음을 효과적으로 산화시킬 수 있다.
산화 촉매 변환기(19)는 SO2의 SO3로의 산화를 위한 활성 성분으로서 바나듐(V) 및/또는 칼륨(K) 및/또는 나트륨(Na) 및/또는 (예를 들어) 철 및/또는 세륨(C) 및/또는 세슘(Cs) 및/또는 이들 원소의 산화물을 이용하며, 산화 촉매 변환기(19)는 텅스텐 산화물(WO3)에 의하여 우선적으로 안정화된 산화티타늄(TiO2) 및/또는 실리콘 산화물(SiO2)을 이용한다. SO2의 SO3로의 산화를 위한 활성 성분으로서 존재하는, 산화 촉매 변환기(19) 내의 바나듐의 성분은 5% 초과, 바람직하게는 7% 초과, 특히 바람직하게는 9% 초과이다. 마찬가지로, 내연기관을 작동시키기 위하여 바나듐을 배기 가스로 도입하는 것 그리고/또는 바나듐 함유 연료를 이용하는 것이 가능하다. 바나듐 성분은 적어도 20mg/kg, 바람직하게는 50mg/kg, 가장 바람직하게는 75mg/kg이다. 적어도 7:1의, 바람직하게는 적어도 12:1의, 특히 바람직하게는 적어도 16:1의 SO3와 그을음 간의 질량비가 입자 분리기(3)의 영역 내에서의 산화 촉매 변환기(19)의 하류에 존재하는 방식으로 산화 촉매 변환기(19) 내에서의 SO2의 SO3로의 변환이 일어난다.
도 5는 도 4의 배기 가스 후처리 시스템(2)의 다른 개발안을 도시하며, 여기서 도 5의 내연기관은 배기 가스 과급 내연기관이다. 따라서 도시되지 않은 배기 가스 터보차저의 컴프레서를 구동하는 역할을 수행하는 기계적인 에너지를 추출하기 위하여 내연기관에서 배기 가스는 배기 가스 터보차저의 터빈(20) 내에서 팽창되어 내연기관(1)으로 공급될 충전 가스를 배기 가스 터보차저의 컴프레서 내에서 압축한다. 특히, 따라서 도 5에 도시된 바와 같이 배기 가스 후처리 시스템(2)이 터빈(20)을 포함할 때, 산화 촉매 변환기(19)가 터빈(20)과, 터빈 하류에 있는 입자 분리기(3)의 상류에 위치한다. 배기 가스 터보차저의 터빈(20)의 상류에서의 높은 압력과 온도는 산화 촉매 변환기(19) 내에서의 SO2의 SO3로의 산화를 쉽게 한다.
도 4의 배기 가스 후처리 시스템(2)의 다른 유리한 다른 개발안이 도 6에 의하여 도시되며, 도 6의 형태는 특히 비교적 높은 황산 함량을 갖는 연료와 비교적 낮은 황산 함량을 갖는 연료로 가동되는 것과 같은 내연기관(1)에서 이용된다. 따라서 도 6은 결과적으로 SO2의 SO3로의 산화를 위하여 내연기관(1)의 상류에 배치된 산화 촉매 변환기(19) 그리고 산화 촉매 변환기(19)의 하류에 배치된 입자 분리기(3)를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템(2)을 도시한다. 그러나, 도 6의 배기 가스 후처리 시스템(2)은 NO의 NO2로의 산화를 위하여 산화 촉매 변환기(21)를 더 포함한다. 산화 촉매 변환기(21) 내에서 추출된 NO2는 마찬가지로 입자 분리기(3) 내에서의 그을음을 산화시키는 역할을 수행한다. 도 6에서, NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(21)는 SO2의 SO3로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(19)에 병렬로 연결되며, 여기서 차단 밸브(22, 23)의 열림 위치에 따라 내연기관의 배기 가스는 산화 촉매 변환기(19)와 산화 촉매 변환기(21)를 통하여 안내된다.
특히, 내연기관(1)이 비교적 높은 황 함유량의 연료로 가동될 때, 차단 밸브(22)가 열리고 차단 밸브(23)가 닫히며, 따라서 내연기관(1)의 배기 가스는 그후 SO2의 SO3로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(19)를 통하여 안내되며 그리고 NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(21)는 배기 가스 흐름과 분리된다. 대조적으로, 도 6의 내연기관(1)이 비교적 낮은 황 함유량의 연료로 가동된다면, 차단 밸브(23)가 열리고 차단 밸브(22)는 닫히며, 따라서 배기 가스는 NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(21)를 통하여 안내되며, 여기서 SO2의 SO3로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(19)는 배기 가스 흐름과 분리되거나 차단된다. 도 6의 형태는 특히 한편으로는 높은 황 함유량의 연료 그리고 다른 한편으로는 낮은 황 함유량의 연료로 가동되는 선박 기관들과 함께 사용하기에 적합하다.
특히, 높은 황 함유량의 연료로 내연기관(1)이 가동되는 동안, 차단 밸브(23)는 닫히고 NO를 NO2로 산화시키는 역할을 하는 산화 촉매 변환기(21)는 황이 없는 상태를 유지할 것이다.
배기 가스 온도가 상승하고 황이 따라서 산화 촉매 변환기(21) 내에서 제거된다는 점에서 이에 대한 대안은 차단 밸브를 생략하고 그리고 높은 황 함유 연료를 이용한 가동에 뒤이은 작동에 적합한 산화 촉매 변환기(21)를 제공하는 데 있다. 그러나 황을 함유한 연료를 이용한 내연기관(1)의 작동에 뒤이어 산화 촉매 변환기(21)가 그후에 즉시 작동할 준비가 되어 있기 때문에 차단 밸브(22, 23)를 갖는 형태가 바람직하다.
위의 예시적인 실시예에서, 배기 가스는 입자 분리기(3)를 통하여 연속적으로 흐르며, 여기서 과립은 입자 분리기(3)로 연속적으로 또는 주기적으로 공급될 수 있으며 또한 입자 분리기로부터 연속적으로 또는 주기적으로 배출될 수 있다.
위의 예시적인 실시예의 분리 장치(8)는 예를 들어 드럼 필러, 드럼 스크린, 진동 스크린, 밀(mill) 또는 과립을 세정하기 위하여 세정 매체로서 물을 사용하는 스크러빙 장치일 수 있다.
위에서 이미 언급된 바와 같이, 촉매적 활성 과립은 또한 입자 분리기(3) 내에서 과립(13, 14)으로 이용될 수 있다. 이 경우에, 배기 가스의 성분은 입자 분리기(3) 내의 과립과 반응할 수 있으며, 여기서 배기 가스의 성분과 아직 반응하지 않은 과립의 코어로부터 과립의 쉘(쉘 내에서 과립은 배기 가스의 성분과 반응함)을 분리하기 위하여 그렇다면 드럼 필러가 바람직하게는 분리 장치(8)로서 이용된다.
본 발명에 따른, 내연기관을 떠난 배기 가스의 배기 가스 후처리 방법으로, 배기 가스 흐름은 입자 분리기(3)를 통하여 안내되며, 여기서 과립과 함께 입자 분리기(3)로부터 배출된 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물은 분리 장치(8) 내에서 과립과 분리되며, 그리고 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물에서 분리된 과립은 적어도 부분적으로 입자 분리기(3)로 복귀한다. 배기 가스 후처리 방법의 다른 세부 사항이 본 발명에 따른 도 1 내지 도 6의 배기 가스 후처리 시스템의 위의 설명으로부터 얻어진다.
1 : 내연기관
2 : 배기 가스 후처리 시스템
3 : 입자 분리기
4 : 배기 가스 공급 라인
5 : 배기 가스 배출 라인
6 : 과립 공급부
7 : 과립 배출구
8 : 분리 장치
9 : 재와 그을음 입자
10 : 깨끗해진 과립
11 : 스테이지
12 : 스테이지
13 : 과립
14 : 과립
15 : 산화 촉매 컨버터
16 : 산화제
17 : 재
18 : 이산화탄소
19 : 산화 촉매 컨버터
20 : 터빈
21 : 산화 촉매 컨버터
22 : 차단 밸브
23 : 차단 밸브
24 : 배기 가스 흐름

Claims (16)

  1. 내연기관(1)용 배기 가스 후처리 시스템(2)으로서,
    내연기관(1)의 하류에 배치되어 배기 가스에서 그을음(soot) 그리고 재 입자를 분리하기 위한 과립 함유 이동층 반응기 또는 유동층 반응기 형태의 입자 분리기(3)와,
    과립(13, 14)과 함께 입자 분리기(3)의 밖으로 분리된 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물을 과립(13, 14)에서 분리하기 위하여 그리고 그을음 그리고 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물로부터 분리된 과립의 적어도 하나의 과립 공급부(6)를 통한 입자 분리기(3)로의 적어도 부분적인 복귀를 위하여 입자 분리기(3)에 배치되는 분리 장치(8)
    를 포함하고, 입자 분리기(3)에서 정화될 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 공급 라인(4)을 통하여 입자 분리기(3)로 공급될 수 있으며, 입자 분리기(3)에서 정화된 배기 가스는 적어도 하나의 배기 가스 배출 라인(5)을 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있고, 과립(13, 14)은 적어도 하나의 과립 공급부(6)를 통하여 입자 분리기(3)로 공급될 수 있으며, 과립(13, 14)은 적어도 하나의 과립 배출구(7)를 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있고, 입자 분리기(3) 내의 배기 가스는 과립(13, 14) 주변을 흐르며 이 과정에서 그을음 그리고 재 입자는 과립(13, 14)에 부착되고 그리고/또는 과립(13, 14) 상에 뭉쳐지며 그리고/또는 과립(13, 14)과 반응하고, 그리고 그을음과 재 입자 및/또는 이들의 반응 생성물과 함께 과립(13, 14)은 과립 배출구 또는 각 과립 배출구(7)를 통하여 입자 분리기(3)로부터 배출될 수 있는 것인 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 과립은 근청석, 화강암, 강옥석, 탄화규소, 산화 알루미늄 또는 금속성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 배기 가스는 연속적으로 입자 분리기(3)를 통하여 흐르며, 과립은 연속적으로 또는 주기적으로 입자 분리기(3)로 공급될 수 있고, 연속적으로 또는 주기적으로 입자 분리기로부터 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 입자 분리기(3)는 배기 가스가 수평 방향으로 입자 분리기(3)를 통하여 흐르는 방식으로 배기 가스와 과립(13, 14)의 직교류(cross flow)가 이루어지는 이동층 반응기 또는 유동층 반응기로서 구성되며, 과립의 이동 또는 흐름 방향은 배기 가스의 흐름 방향과 교차하는 수직 방향으로 나아가는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 과립(13, 14)은 과립 공급부 또는 각 과립 공급부(6)를 통하여 상단으로부터 입자 분리기(3)로 공급될 수 있고, 과립 배출구 또는 각 과립 배출구(7)를 통하여 바닥으로부터 배출될 수 있어, 과립 공급부 또는 각 과립 공급부(6)와 과립 배출구 또는 각 과립 배출구(7) 사이에서의 과립(13, 14)의 이동 또는 흐름 방향은 상단으로부터 아래로 수직 방향으로 일어나는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 분리기(3)는 다수의 스테이지로 구현되고, 배기 가스는 입자 분리기(3)의 개개의 스테이지(11, 12)를 통하여 연속적으로 흐르며, 개개의 스테이지(11, 12)에서 과립(13, 14)의 화학적 성분 및/또는 과립(13, 14)의 치수 및/또는 과립(13, 14)의 이동 또는 흐름 속도 및/또는 배기 가스의 유속은 서로 편차가 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 분리기(3)의 적어도 하나의 스테이지(11, 12)의 과립(13, 14)은 촉매적 활성 과립인 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 분리기(3)의 적어도 하나의 스테이지(11, 12)의 과립(13, 14)은 촉매적 비활성 과립인 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, SO3로의 SO2의 산화를 위하여 입자 분리기(3)의 상류에 그리고 내연기관(1)의 하류에 산화 촉매 변환기(19)가 배치되며, SO3 및/또는 침전된 H2SO4는 입자 분리기(3) 내에서 그을음을 직접적으로 산화시키는 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, S산화 촉매 변환기(19)는, O2의 SO3로의 산화를 위한 활성 성분으로서 바나듐 및/또는 칼륨 및/또는 나트륨 및/또는 철 및/또는 세륨 및/또는 세슘 및/또는 이들 원소의 산화물을 이용하며, 산화 촉매 변환기는 기재로서 텅스텐 산화물에 의하여 우선적으로 안정화된 산화티타늄 및/또는 실리콘 산화물을 이용하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 산화 촉매 변환기(19)는 활성 성분으로서 5%가 넘는, 바람직하게는 7%가 넘는, 특히 바람직하게는 9%가 넘는 바나듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 분리기(3)의 영역 내에서의 산화 촉매 변환기(19)의 하류에서 SO3와 그을음 간의 질량비가 적어도 7:1, 바람직하게는 적어도 12:1, 특히 바람직하게는 적어도 16:1에 이르는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 입자 분리기(3)의 상류와 내연기관(1)의 하류에 NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(21)가 배치되고, NO2는 입자 분리기(3) 내에서 그을음을 산화시키는 역할을 수행하며, NO의 NO2로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(21)는 SO2의 SO3로의 산화를 위한 산화 촉매 변환기(19)에 병렬로 연결되고 차단 밸브(23)에 의하여 배기 가스 흐름으로부터 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 그을음의 산화를 위해, 분리 장치(8)의 하류에 배치된 반응기(15)에는, 한편에는 산화제가 공급될 수 있으며 다른 한편에는 분리 장치(8)에서 과립으로부터 분리된 그을음과 재 입자가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템.
  15. 내연기관을 빠져나가는 배기 가스의 후처리 방법으로서,
    배기 가스 흐름은 과립 함유 이동층 반응기 또는 유동층 반응기 형태의 입자 분리기를 통하여 안내되며, 과립과 함께 입자 분리기로부터 배출된 그을음 그리고 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물은 분리 장치 내에서 과립에서 분리되고, 그을음과 재 입자 및/또는 그들의 반응 생성물에서 분리된 과립은 적어도 부분적으로 입자 분리기로 복귀되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 내연기관용 배기 가스 후처리 시스템에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 방법.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014018211A1 (de) * 2014-12-08 2016-06-09 Man Diesel & Turbo Se Verfahren zur Abgasnachbehandlung
DE102017124225A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Man Diesel & Turbo Se Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung
DE102018119432A1 (de) * 2018-08-09 2020-02-13 Hydroisotop GmbH Aufbereitungsvorrichtung zur Aufbereitung eines Fluids, mit Hilfe eines umlaufenden Aufbereitungsmediums
CN111111362B (zh) * 2019-12-28 2021-05-25 江苏新中金环保科技股份有限公司 基于高效催化技术的烟气脱硫脱硝成套设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04298220A (ja) * 1991-03-25 1992-10-22 Kawasaki Heavy Ind Ltd 排ガス処理方法及び装置
US20120213675A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan Compact two-stage granular moving-bed apparatus

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4300921A (en) * 1980-03-04 1981-11-17 Rexnord, Inc. Apparatus and method for removing finely divided solids from gases
US4415344A (en) 1982-03-01 1983-11-15 Corning Glass Works Diesel particulate filters for use with smaller diesel engines
DE3313943A1 (de) * 1982-05-13 1983-11-17 Delbag-Luftfilter Gmbh, 1000 Berlin Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen austausch von in einem chemischen und/oder physikalischen vorgang, wie z. b. einem filter-, einem adsorptions- oder trockenvorgang, verbrauchten regenerierbaren kontaktmitteln, wie filtermaterialien, trockenmitteln, adsorbermaterialien oder katalysatoren
DE3641205A1 (de) * 1986-12-03 1988-06-09 Fhw Brenntechnik Gmbh Vorrichtung zum filtern von umweltschaedlichen abgasen insbesondere von rauchgasen
DE8717866U1 (ko) * 1987-09-25 1990-10-25 Steag Ag, 4300 Essen, De
DE3743561A1 (de) * 1987-12-22 1989-07-06 Deilmann Ag C Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von staub aus heissgasen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04298220A (ja) * 1991-03-25 1992-10-22 Kawasaki Heavy Ind Ltd 排ガス処理方法及び装置
US20120213675A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Institute Of Nuclear Energy Research Atomic Energy Council, Executive Yuan Compact two-stage granular moving-bed apparatus

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