KR20170073894A - 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치 및 방법 - Google Patents

선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매와 SOF(Soluble Organic Fraction)를 제거하기 위한 산화촉매를 일체로 구비하는 SCR 및 산화 촉매의 후단에 설치되어, 상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 검출하는 질소산화물 센서와; 상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매의 후단에 설치되어, 상기 SCR촉매를 통과한 배기가스 중의 일산화탄소 농도를 검출하는 일산화탄소 센서와; 상기 질소산화물 센서에 의해 검출된 질소산화물 검출값과 일산화탄소 센서에 의해 검출된 일산화탄소 농도값에 의거하여 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 성능의 저하 여부를 파악하고, 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하기 위한 처리를 진행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 탈질 시스템에 구비된 SOF를 제거하기 위한 산화촉매의 성능 변화를 파악하여 적기에 산화촉매의 오염을 제거하여 재생함으로써 촉매의 SOF 제거 성능을 양호하게 유지하도록 촉매를 관리하므로, 탈질 시스템의 배기가스 정화 성능을 향상시키게 된다. 또한, 본 발명은 선박에 설치된 탈질 시스템을 운전하는 중에 발생하는 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 선박 제조사에 제공하여서, 선박 제조사로 하여금 해당 촉매 관련 정보를 이용하여 촉매 성능 향상 및 서비스 관리에 이용케 할 수 있다.

Description

선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치 및 방법{Apparatus and Method for Catalyst Mnagement in Vessel Denitrifing System}
본 발명은 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 탈질 시스템에 구비된 촉매에 대한 SOF(Soluble Organic Fraction)의 제거 성능을 양호하게 유지하도록 촉매를 관리하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 사용되는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 국제연합(UN)의 산하기관인 IMO(International Maritime Organization, 국제 해사기구)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다.
질소산화물은 NO, NO2, NO3, N2O, N2O3, N2O4, N2O5를 통칭하지만 대부분의 질소산화물은 NO와 NO2이다. 황산화물은 석탄과 석유와 같은 연료에 포함된 황성분이 연소과정에서 산화된 것으로 주로 SO2이다.
질소산화물은, 고온 영역에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 생성되는 Thermal NOx, 연료에서 발생되는 탄화수소가 공기 중의 질소와 반응하여 생성되는 Prompt NOx, 연료에 포함된 질소성분이 연소과정에서 산화되어 생성된 Fuel NOx로 구분된다.
화석연료의 연소반응으로 생성된 질소산화물을 제거하기 위하여 SCR(Selective Catalytic Reduction) 탈질 시스템이 이용되고 있다. 이와 같은 SCR 탈질 시스템은 환원제와 섞인 배기가스를 반응기에 설치된 촉매로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3)를 환원제로 사용한다.
특히, 반응기의 촉매에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 탈질 시스템에서는 엔진 배기가스를 반응기에 인가함과 아울러 환원제 투입모듈에 의하여 우레아를 암모니아로 분해하여 해당 암모니아를 환원제로서 반응기에 인가함으로써, 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시켜서 정화하여 배출한다.
SCR 탈질 시스템에서 저온 배기가스를 정화 처리하는 경우 미연소 연료 및 윤활유 성분중의 SOF가 촉매에 점착될 수 있어서, 사전에 점착된 SOF를 지속적으로 제거할 수 있는 산화촉매가 적용되고 있다. 그 외에 반응기의 촉매에는 건조한 그을음(Soot) 또는 재(ash) 성분이 잔류하게 되는데, 이는 반응기에 구비된 촉매층 전단부의 수트 블로잉(Soot Blowing)으로 제거할 수 있다. 그러나, 배기가스 처리시에 반응기의 촉매에 생성되는 점착성 물질인 암모늄 이황산염(Ammonium Bisulfate)은 산화가 되지 않고 촉매에 점착되며, 해당 암모늄 이황산염을 제거하기 위해서 300~450℃ 분위기에서 재생을 수행하여 촉매의 암모늄 이황산염을 분해 처리한다.
종래의 SCR 탈질 시스템에서 저온의 배기가스를 정화 처리하는 경우에 SCR 촉매에 부착되는 암모늄 이황산염 및 건조한 입자상 물질(PM; Particulate Matter)이 산화촉매의 표면에 누적되어 산화촉매의 SOF 제거 성능이 저하되는 문제점이 있다.
이와 같이 산화촉매의 SOF 제거 성능이 저하되는 것을 방지하기 위해서는 산화촉매의 표면에 누적된 암모늄 이황산염 및 입자상 물질에 의한 오염을 제거하기 위한 촉매 재생을 진행할 필요가 있다.
그러나, 종래의 SCR 탈질 시스템에서는 SOF를 제거하는 산화촉매의 재생 시점을 운전자의 경험에 의해 결정하여서 산화촉매를 재생함에 기인하여 적기에 산화촉매를 재생할 수 없으므로 산화촉매에 대한 SOF의 제거 성능을 양호히 유지할 수 없어 탈질 시스템의 배기가스 정화 성능을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 탈질 시스템에 구비된 SOF를 제거하기 위한 산화촉매의 성능 변화를 파악하여 적기에 산화촉매의 오염을 제거하여 재생함으로써 촉매의 SOF 제거 성능을 양호하게 유지하도록 촉매를 관리하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매와 SOF를 제거하기 위한 산화촉매를 일체로 구비하는 SCR 및 산화 촉매의 후단에 설치되어, 상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 검출하는 질소산화물 센서와; 상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매의 후단에 설치되어, 상기 SCR촉매를 통과한 배기가스 중의 일산화탄소 농도를 검출하는 일산화탄소 센서와; 상기 질소산화물 센서에 의해 검출된 질소산화물 검출값과 일산화탄소 센서에 의해 검출된 일산화탄소 농도값에 의거하여 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 성능의 저하 여부를 파악하고, 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하기 위한 처리를 진행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치에 의하면, 상기 질소산화물 센서와 일산화탄소 센서는 공기 밀봉 구조의 보호관 내부에 장착되어, 반응기 내부의 열(熱)로 인한 변형을 방지함과 아울러 반응기 내부의 입자상 물질에 기인한 오염을 방지한다.
그리고, 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치에 의하면, 상기 보호관은 반응기의 내부에 삽입된 자체 보호관의 일단에 배기가스를 유입시키는 구멍을 구비함과 아울러 반응기의 외부에 돌출된 자체 보호관의 일단에 공기 유입 배관을 구비하며, 제어기로부터의 제어신호에 따라 보호관에 인가하기 위한 공기의 유입을 개폐하는 공기밸브를 상기 공기 유입 배관에 구비한다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치에 의하면, 상기 제어기는 적어도 질소산화물 센서에 의해 검출된 질소산화물 검출값이 설정 기준 검출값보다 크거나, 일산화탄소 센서에 의해 검출된 일산화탄소 농도값이 설정 기준 농도값보다 크면, 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한다.
본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치에 의하면, 상기 제어기는 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한 경우에, 탈질 시스템이 운전 중이면, 수트 블로워를 통해 반응기 내부의 SCR 및 산화 촉매에 공기를 분사시켜 수트 블로윙(Soot Blowing)을 진행하여서 상기 SCR 및 산화 촉매의 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거한다.
아울러, 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치에 의하면, 상기 제어기는 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한 경우에, 탈질 시스템이 운전 중이 아니면, 재생 밸브를 통해 반응기 내부에 가열 공기 또는 스팀을 주입시켜 반응기 내부 분위기를 설정온도로 만들어 SCR 및 산화 촉매에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거하는 촉매 재생을 진행한다.
그리고, 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치에 의하면, 상기 제어기는 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 성능의 저하 여부를 주기적으로 파악하며, 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 외부에 주기적으로 전송한다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제어기가 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매와 SOF를 제거하기 위한 산화촉매를 일체로 구비하는 SCR 및 산화 촉매에 대한 산화촉매의 SOF 제거 성능의 저하 여부를 파악하는 단계와; 제어기가 상기 산화촉매의 SOF 제거 성능이 저하된 것으로 파악된 경우 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하기 위한 처리를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법에 의하면, 상기 산화촉매의 SOF 제거 성능의 저하 여부를 파악하는 단계는, 제어기가 상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 질소산화물 센서에 의해 검출하는 단계와; 제어기가 상기 SCR 및 산화 촉매의 후단에 설치되어 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매를 통과한 배기가스 중의 일산화탄소 농도를 검출하는 단계와; 제어기가 적어도 상기 질소산화물 센서에 의해 검출된 질소산화물 검출값이 설정 기준 검출값보다 크거나, 상기 일산화탄소 센서에 의해 검출된 일산화탄소 농도값이 설정 기준 농도값보다 크면, 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법에 의하면, 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하기 위한 처리를 진행하는 단계는, 탈질 시스템이 운전 중이면, 수트 블로워를 통해 반응기 내부의 SCR 및 산화 촉매에 공기를 분사시켜 수트 블로윙을 진행하여서 상기 SCR 및 산화 촉매의 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거하는 단계와; 상기 탈질 시스템이 운전 중이 아니면, 재생 밸브를 통해 반응기 내부에 가열 공기 또는 스팀을 주입시켜 반응기 내부 분위기를 설정온도로 만들어 SCR 및 산화 촉매에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거하는 촉매 재생을 진행하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법에 의하면, 상기 제어기가 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 외부에 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 탈질 시스템에 구비된 SOF를 제거하기 위한 산화촉매의 성능 변화를 파악하여 적기에 산화촉매의 오염을 제거하여 재생함으로써 촉매의 SOF 제거 성능을 양호하게 유지하도록 촉매를 관리하므로, 탈질 시스템의 배기가스 정화 성능을 향상시키게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치를 예시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 관리 장치에 의한 촉매 관리 방법을 설명하기 위하여 예시한 흐름도이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 하나의 실시예로서 설명하는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
본 발명은 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 탈질 시스템에 구비된 SOF를 제거하기 위한 산화촉매의 성능 변화를 파악하여 적기에 산화촉매의 오염을 제거하여 재생함으로써 촉매의 SOF 제거 성능을 양호히 유지하게 촉매를 관리하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치는 도 1에 예시된 바와 같이 이루어진다. 반응기(10)에 질소산화물을 검출하기 위한 질소산화물 센서(21)와, 일산화탄소 농도를 검출하기 위한 일산화탄소 센서(22)를 설치하고, 제어기(30)가 질소산화물 센서(21)와 일산화탄소 센서(22)를 통해 검출한 검출값에 의거하여 반응기(10)에 구비된 산화촉매의 SOF 제거 성능 변화를 파악하여서 적기에 수트 블로워(25)(Soot Blower)를 통해 공기를 주입하거나 재생 밸브(V4)를 통해 가열 공기 또는 스팀을 주입하여 산화촉매의 오염을 제거하도록 이루어진다.
반응기(10)의 내부에는 복수의 촉매(11~13)가 설치되는데, 유입 배기관(P1)으로부터 유입된 배기가스를 순차적으로 통과시켜 정화 처리하여서 유출 배기관(P2)을 통해 배출하도록 복수의 단으로 설치된다. 유입 배기관(P1)을 기준으로 첫 번째 단에는 SCR 및 산화 촉매(11)가 설치되고, 두 번째 단에는 SCR촉매(12)가 설치되고, 세 번째 단에는 SCR촉매(13)가 순차적으로 설치된다. 첫 번째 단에 설치된 SCR 및 산화 촉매(11)는 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매의 기능과, 배기가스 중의 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 뿐만 아니라 입자상 물질(PM)의 용해성 유기물질인 SOF 성분의 산화 반응을 촉진시켜 SOF를 제거하기 위한 산화촉매의 기능을 갖는다. 그리고, 두 번째 및 세번째 단에 설치된 SCR촉매(12),(13)는 배기가스 중의 질소산화물을 제거하는 기능을 갖는다.
질소산화물 센서(21)는 첫 번째 단에 설치된 SCR 및 산화 촉매(11)의 후단에 설치되어 SCR 및 산화 촉매(11)를 통과한 배기가스의 질소산화물을 검출하여 해당 질소산화물 검출신호(S1)를 제어기(30)에 인가하여서 질소산화물 검출값을 제어기(30)에 알려준다.
질소산화물 센서(21)는 공기 밀봉 구조의 보호관(SP1) 내부에 장착됨으로써 열(熱) 변형을 방지함과 아울러 입자상 물질(PM)로 인한 오염을 방지한다. 반응기(10) 내부에 삽입된 보호관(SP1)의 일단에는 배기가스의 질소산화물을 검출하기 위한 구멍을 구비하고, 반응기(10) 외부에 돌출된 보호관(SP1)의 일단에는 공기 유입 배관을 구비하고, 해당 공기 유입 배관에는 공기밸브(V1)를 구비하여 제어기(30)로부터의 제어신호(C1)에 의해 공기밸브(V1)를 개폐함으로써 보호관(SP1)으로의 공기 유입을 전환하여 반응기(10) 내부의 열(熱)로 인한 질소산화물 센서(21)의 변형을 방지함과 아울러 반응기(10) 내부의 입자상 물질(PM)에 기인한 질소산화물 센서(21)의 오염을 방지한다.
제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 질소산화물을 검출하는 경우에는 공기밸브(V1)에 제어신호(C1)를 인가하여 공기밸브(V1)를 폐쇄하여서 보호관(SP1)으로의 공기 유입을 차단하여 반응기(10) 내부측 보호관(SP1)의 선단에 구비된 구멍을 통해 보호관(SP1) 내부에 배기가스를 유입시켜 질소산화물 센서(21)에 의해 질소산화물을 검출케 한다. 그리고, 제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 질소산화물을 검출하지 않는 경우에는 공기밸브(V1)에 제어신호(C1)를 인가하여 공기밸브(V1)를 개방하여서 보호관(SP1)에 공기를 유입시켜 반응기(10) 내부측 보호관(SP1)의 선단에 구비된 구멍을 통해 보호관(SP1) 내부에 반응기(10)의 배기가스가 유입되지 않게 함으로써 반응기(10) 내부의 열(熱)로 인한 질소산화물 센서(21)의 변형을 방지함과 아울러 반응기(10) 내부의 입자상 물질(PM)에 기인한 질소산화물 센서(21)의 오염을 방지한다.
일산화탄소 센서(22)는 두 번째 단에 설치된 SCR촉매(12)의 후단에 설치되어 SCR촉매(12)를 통과한 배기가스 중의 일산화탄소 농도를 검출하여 해당 일산화탄소 검출신호(S2)를 제어기(30)에 인가하여서 일산화탄소 농도값을 제어기(30)에 알려준다.
일산화탄소 센서(22)는 공기 밀봉 구조의 보호관(SP2) 내부에 장착됨으로써 열(熱) 변형을 방지함과 아울러 입자상 물질(PM)로 인한 오염을 방지한다. 반응기(10) 내부에 삽입된 보호관(SP2)의 일단에는 배기가스의 일산화탄소 농도를 검출하기 위한 구멍을 구비하고, 반응기(10) 외부에 돌출된 보호관(SP2)의 일단에는 공기 유입 배관을 구비하고, 해당 공기 유입 배관에는 공기밸브(V2)를 구비하여 제어기(30)로부터의 제어신호(C2)에 의해 공기밸브(V2)를 개폐함으로써 보호관(SP2)으로의 공기 유입을 전환하여 반응기(10) 내부의 열(熱)로 인한 일산화탄소 센서(22)의 변형을 방지함과 아울러 반응기(10) 내부의 입자상 물질(PM)에 기인한 일산화탄소 센서(22)의 오염을 방지한다.
제어기(30)는 일산화탄소 센서(22)에 의해 일산화탄소 농도를 검출하는 경우에는 공기밸브(V2)에 제어신호(C2)를 인가하여 공기밸브(V2)를 폐쇄시켜서 보호관(SP2)으로의 공기 유입을 차단하여 반응기(10) 내부측 보호관(SP2)의 선단에 구비된 구멍을 통해 보호관(SP2) 내부에 배기가스를 유입시켜 일산화탄소 센서(22)에 의해 일산화탄소 농도를 검출케 한다. 그리고, 제어기(30)는 일산화탄소 센서(22)에 의해 일산화탄소를 검출하지 않는 경우에는 공기밸브(V2)에 제어신호(C2)를 인가하여 공기밸브(V2)를 개방하여서 보호관(SP2)에 공기를 유입시켜 반응기(10) 내부측 보호관(SP2)의 선단에 구비된 구멍을 통해 보호관(SP2) 내부에 반응기(10)의 배기가스가 유입되지 않게 함으로써 반응기(10) 내부의 열(熱)로 인한 일산화탄소 센서(22)의 변형을 방지함과 아울러 반응기(10) 내부의 입자상 물질(PM)에 기인한 일산화탄소 센서(22)의 오염을 방지한다.
그리고, SCR 및 산화 촉매(11)는 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매와 SOF를 제거하기 위한 산화촉매를 일체로 구비하되, 해당 SCR 및 산화 촉매(11)의 SCR촉매는 배기가스의 질소산화물을 반복적으로 제거함에 기인하여 생생된 암모늄 이황산염이 점착되고, 해당 암모늄 이황산염에 기인하여 질소산화물 제거 성능이 저하됨과 아울러 산화촉매의 SOF 제거 성능을 저하시킨다. 그리고, SCR 및 산화 촉매(11)에 유입되는 배기가스의 탄화수소(HC)량이 증가하면 일산화탄소(CO)의 농도가 증가하는데, SCR 및 산화 촉매(11)의 산화촉매의 SOF 제거 성능이 저하되면 다음 단의 SCR촉매(12)에 유입되는 탄화수소(HC)량이 증가하고 SCR촉매(12)를 통과한 배기가스의 일산화탄소 농도가 증가한다.
이에, 제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 검출된 질소산화물 검출값과 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도값에 의거하여 SCR 및 산화 촉매(11)의 SOF 제거 성능 변화를 파악할 수 있다.
제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 검출된 질소산화물 검출값이 설정 기준 검출값보다 크면 SCR 및 산화 촉매(11)에 점착된 암모늄 이황산염이 기준치 이상으로 증가하여 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 저하시킨 것으로 판단하거나, 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도값이 설정 기준 농도값보다 크면 SCR 및 산화 촉매(11)에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)에 기인하여 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 저하시킨 것으로 판단한다.
즉, 제어기(30)는 적어도 질소산화물 센서(21)에 의해 검출된 질소산화물 검출값이 설정 기준 검출값보다 크거나, 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도값이 설정 기준 농도값보다 큰 경우에, SCR 및 산화 촉매(11)에 구비된 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한다.
이와 같이 제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 검출된 질소산화물 검출값의 변화와 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도의 변화에 의거하여 SCR 및 산화 촉매(11)의 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단되는 경우, 블로워밸브(V3)에 제어신호(C3)를 인가하여 수트 블로워(25)에 의해 공기를 분출하여서 SCR 및 산화 촉매(11)를 재생하거나 재생 밸브(V4)에 제어신호(C4)를 인가하여 가열공기 또는 스팀을 반응기(10)에 주입하여 SCR 및 산화 촉매(11)를 재생함으로써, SCR 및 산화 촉매(11)에 구비된 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구한다.
이처럼 제어기(30)가 SCR 및 산화 촉매(11)를 재생하여서 SCR 및 산화 촉매(11)에 구비된 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하는 경우, 탈질 시스템의 운전 여부에 따라 수트 블로워(25)와 재생 밸브(V4) 중의 하나를 이용하여 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구한다.
즉, 제어기(30)는 선박의 탈질 시스템이 운전 중이면, 수트 블로워(25)를 통해 SCR 및 산화 촉매(11)에 공기를 분사하여 수트 블로윙(Soot Blowing)을 진행하여서 SCR 및 산화 촉매(11)의 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)을 제거하고, 탈질 시스템을 운전하지 않아도 되는 지역의 해양을 선박 운항하는 중이어서 탈질 시스템이 운전 중이 아니면, 재생 밸브(V4)를 통해 반응기(10) 내부에 가열 공기 또는 스팀을 주입하여 반응기(10) 내부 분위기의 온도를 300~450℃로 만들어 SCR 및 산화 촉매(11)에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)을 제거하는 촉매 재생을 진행한다. 또한, 반응기(10) 내부 분위기의 온도를 300~450℃로 만들어 SCR 및 산화 촉매(11)에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)을 제거하는 때에는 SCR촉매(12),(13)에 점착된 암모늄 이황산염이 해당 300~450℃의 분위기에 의해 함께 제거될 수 있다.
그리고, 제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 검출한 질소산화물 검출값의 변화와 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도 검출값 변화에 의거하여 SCR 및 산화 촉매(11)의 SOF 제거 성능 변화를 파악하는 처리를 설정 시간 주기로 반복하여 수행한다.
아울러, 제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 검출한 질소산화물 검출값의 변화와 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도 검출값 변화에 의거하여 파악한 SCR 및 산화 촉매(11)의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 수집하여 주기적으로 위성통신장치(도면에 도시하지 않음)를 통해 선박 제조사에 전송함으로써, 선박 제조사로 하여금 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보에 의거하여 촉매의 성능 이력을 관리하여서 촉매 성능 향상 및 서비스 관리에 이용케 한다.
또한, 제어기(30)는 상술한 바와 같이 재생 밸브(V4)를 통해 반응기(10) 내부에 가열 공기 또는 스팀을 주입하여 반응기(10) 내부 분위기의 온도를 300~450℃로 만들어 SCR 및 산화 촉매(11)에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)을 제거하는 촉매 재생 처리를 진행하는 경우에, 질소산화물 센서(21)에 의해 검출된 질소산화물 검출값의 변화와 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도의 변화에 따라 촉매 재생 시간을 결정하여서 해당 결정된 촉매 재생 시간만큼 촉매 재생 처리를 진행한다.
상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 선박용 탈질 시스템의 촉매 관리 장치는 촉매를 관리하는 경우에 도 2에 예시된 바와 같이 관리한다.
먼저, 제어기(30)는 운전자로부터의 구동 명령에 따라 구동 개시하여 자체의 타이머에 의해 시간을 계수하여 촉매에 대한 SOF 제거 성능을 검출하기 위한 제1 설정시간이 경과 하였는지를 확인한다(S111).
제어기(30)는 S111에서 제1 설정시간이 경과 하였음을 확인하는 경우, 질소산화물 센서(21)에 의해 SCR 및 산화 촉매(11)의 후단에 대한 질소산화물을 검출함과 아울러 일산화탄소 센서(22)에 의해 SCR촉매(12)의 후단에 대한 일산화탄소 농도를 검출한다(S113).
S113에서 질소산화물과 일산화탄소 농도를 검출하는 경우, 제어기(30)는 공기밸브(V1)에 제어신호(C1)를 인가하여 공기밸브(V1)를 폐쇄시켜 보호관(SP1)으로의 공기 유입을 차단하여서 보호관(SP1)에 반응기(10)의 배기가스를 유입시켜 질소산화물 센서(21)에 의해 SCR 및 산화 촉매(11)의 후단에서의 질소산화물을 검출하여 질소산화물 검출신호(S1)를 제어기(30)에 인가케 하여서 질소산화물 검출값을 읽어들이고서 공기밸브(V1)에 제어신호(C1)를 인가하여 공기밸브(V1)를 개방시켜 보호관(SP1)에 공기를 유입시켜 반응기(10) 내부의 열로부터 질소산화물 센서(21)의 변형을 방지함과 아울러 반응기(10) 내부의 입자상 물질(PM)에 기인한 질소산화물 센서(21)의 오염을 방지케 한다.
그와 함께, 제어기(30)는 공기밸브(V2)에 제어신호(C2)를 인가하여 공기밸브(V2)를 폐쇄시켜 보호관(SP2)으로의 공기 유입을 차단하여서 보호관(SP2)에 반응기(10)의 배기가스를 유입시켜 일산화탄소 센서(22)에 의해 SCR촉매(12)의 후단에서의 일산화탄소 농도를 검출하여 일산화탄소 농도 검출신호(S2)를 제어기(30)에 인가케 하여서 일산화탄소 농도 검출값을 읽어들이고서 공기밸브(V2)에 제어신호(C2)를 인가하여 공기밸브(V2)를 개방시켜 보호관(SP2)에 공기를 유입시켜 반응기(10) 내부의 열로부터 일산화탄소 센서(22)의 변형을 방지함과 아울러 반응기(10) 내부의 입자상 물질(PM)에 기인한 일산화탄소 센서(22)의 오염을 방지케 한다.
그리고, 제어기(30)는 질소산화물 센서(21)에 의해 검출한 질소산화물 검출값과 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출한 일산화탄소 농도 검출값에 의거하여 촉매의 SOF 제거 성능이 저하되었는지의 여부를 판단하는데(S115), 적어도 질소산화물 센서(21)에 의해 검출된 질소산화물 검출값이 설정 기준 검출값보다 크거나, 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출된 일산화탄소 농도값이 설정 기준 농도값보다 크면, SCR 및 산화 촉매(11)에 구비된 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한다.
제어기(30)는 S115에서 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한 경우에, 선박의 탈질 시스템이 운전 중에 있는지의 여부를 확인한다(S117).
제어기(30)는 S117에서 확인한 결과, 선박의 탈질 시스템이 운전 중이면, 블로워 밸브(V3)에 제어신호(C3)를 인가하여 블로워 밸브(V3)를 개방시켜 수트 불로워(25)에 공기를 인가하여 수트 블로워(25)를 통해 SCR 및 산화 촉매(11)에 공기를 분사하여서 수트 블로윙(Soot Blowing)을 진행함으로써 SCR 및 산화 촉매(11)의 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)을 제거한다(S121).
그리고, 제어기(30)는 S117에서 확인한 결과, 탈질 시스템이 운전 중이 아니면, 재생 밸브(V4)에 제어신호(C4)를 인가하여 재생 밸브(V4)를 통해 반응기(10) 내부에 가열 공기 또는 스팀을 주입하여 반응기(10) 내부 분위기의 온도를 300~450℃로 만들어 SCR 및 산화 촉매(11)에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)을 제거하는 촉매 재생을 진행한다(S119). 이처럼, 반응기(10) 내부 분위기의 온도를 300~450℃로 만들어 SCR 및 산화 촉매(11)에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질(PM)을 제거하는 때에는 SCR촉매(12),(13)에 점착된 암모늄 이황산염을 해당 300~450℃의 분위기에 의해 함께 제거할 수 있다.
그 후에, 제어기(30)는 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 선박 제조사에 전송하기 위한 제2 설정시간이 경과하였는지의 여부를 판단하여(S123), 제2 설정시간이 경과 하였으면 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 선박 제조사에 전송한 후에(S124) 운전자로부터 구동 종료 명령이 입력되었는지를 확인한다(S125).
제어기(30)는 S125에서 운전자로부터 구동 종료 명령이 입력되지 않았으면 S111로 귀환하여 상술한 처리를 반복 수행하고, S125에서 운전자로부터 구동 종료 명령이 입력되었으면 구동 종료한다.
또한, 제어기(30)는 상술한 S111에서 제1 설정시간이 경과하지 않은 것으로 확인한 경우에 상술한 S123으로 진행하여 처리 수행하고, 상술한 S115에서 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하되지 않은 것으로 판단한 경우에 상술한 S123으로 진행하여 처리 수행하고, 상술한 S123에서 제2 설정시간이 경과하지 않은 것으로 확인한 경우에 상술한 S125로 진행하여 처리 수행한다.
이상과 같이, 본 발명은 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 탈질 시스템에 구비된 SOF를 제거하기 위한 산화촉매의 성능 변화를 파악하되, 질소산화물 센서(21)에 의해 검출한 질소산화물 검출값과 일산화탄소 센서(22)에 의해 검출한 일산화탄소 농도에 의거하여 산화촉매의 SOF 제거 성능 변화를 파악하여서, 적기에 산화촉매의 오염을 제거하여 재생함으로써, 촉매의 SOF 제거 성능을 양호하게 유지하도록 촉매를 관리하므로, 탈질 시스템의 배기가스 정화 성능을 향상시키게 된다.
또한, 본 발명은 선박에 설치된 탈질 시스템을 운전하는 중에 발생하는 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 선박 제조사에 전송함으로써, 선박 제조사로 하여금 해당 촉매 관련 정보를 이용하여 촉매 성능 향상 및 서비스 관리에 이용케 할 수 있다.
본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.
본 발명은 선박에 설치된 탈질 시스템에 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 선박에서 엔진 배기가스의 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 탈질 시스템에 구비된 SOF를 제거하기 위한 산화촉매의 성능 변화를 파악하여 적기에 산화촉매의 오염을 제거하여 재생함으로써 촉매의 SOF 제거 성능을 양호하게 유지하도록 촉매를 관리하므로, 탈질 시스템의 배기가스 정화 성능을 향상시키게 된다. 또한, 본 발명은 선박에 설치된 탈질 시스템을 운전하는 중에 발생하는 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 선박 제조사에 제공하여서, 선박 제조사로 하여금 해당 촉매 관련 정보를 이용하여 촉매 성능 향상 및 서비스 관리에 이용케 할 수 있다.
10; 반응기 11; SCR 및 산화 촉매
12, 13; SCR촉매 21; 질소산화물 센서
22; 일산화탄소 센서 25; 수트 블로워(Soot Blower)
30; 제어기 SP1, SP2; 보호관
P1; 유입 배기관 P2; 유출 배기관
V1, V2; 공기밸브 V3; 블로워밸브
V4; 재생 밸브

Claims (12)

  1. 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매와 SOF(Soluble Organic Fraction)를 제거하기 위한 산화촉매를 일체로 구비하는 SCR 및 산화 촉매의 후단에 설치되어, 상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 검출하는 질소산화물 센서와;
    상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매의 후단에 설치되어, 상기 SCR촉매를 통과한 배기가스 중의 일산화탄소 농도를 검출하는 일산화탄소 센서와;
    상기 질소산화물 센서에 의해 검출된 질소산화물 검출값과 일산화탄소 센서에 의해 검출된 일산화탄소 농도값에 의거하여 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 성능의 저하 여부를 파악하고, 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하기 위한 처리를 진행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소산화물 센서와 일산화탄소 센서는 공기 밀봉 구조의 보호관 내부에 장착되어, 반응기 내부의 열(熱)로 인한 변형을 방지함과 아울러 반응기 내부의 입자상 물질에 기인한 오염을 방지하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호관은 반응기의 내부에 삽입된 자체 보호관의 일단에 배기가스를 유입시키는 구멍을 구비함과 아울러 반응기의 외부에 돌출된 자체 보호관의 일단에 공기 유입 배관을 구비하며, 제어기로부터의 제어신호에 따라 보호관에 인가하기 위한 공기의 유입을 개폐하는 공기밸브를 상기 공기 유입 배관에 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 적어도 질소산화물 센서에 의해 검출된 질소산화물 검출값이 설정 기준 검출값보다 크거나, 일산화탄소 센서에 의해 검출된 일산화탄소 농도값이 설정 기준 농도값보다 크면, 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한 경우에, 탈질 시스템이 운전 중이면, 수트 블로워를 통해 반응기 내부의 SCR 및 산화 촉매에 공기를 분사시켜 수트 블로윙(Soot Blowing)을 진행하여서 상기 SCR 및 산화 촉매의 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단한 경우에, 탈질 시스템이 운전 중이 아니면, 재생 밸브를 통해 반응기 내부에 가열 공기 또는 스팀을 주입시켜 반응기 내부 분위기를 설정온도로 만들어 SCR 및 산화 촉매에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거하는 촉매 재생을 진행하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 성능의 저하 여부를 주기적으로 파악하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 외부에 주기적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 장치.
  9. 제어기가 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매와 SOF(Soluble Organic Fraction)를 제거하기 위한 산화촉매를 일체로 구비하는 SCR 및 산화 촉매에 대한 산화촉매의 SOF 제거 성능의 저하 여부를 파악하는 단계와;
    제어기가 상기 산화촉매의 SOF 제거 성능이 저하된 것으로 파악된 경우 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하기 위한 처리를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 산화촉매의 SOF 제거 성능의 저하 여부를 파악하는 단계는,
    제어기가 상기 SCR 및 산화 촉매를 통과한 배기가스의 질소산화물을 질소산화물 센서에 의해 검출하는 단계와;
    제어기가 상기 SCR 및 산화 촉매의 후단에 설치되어 배기가스의 질소산화물을 제거하기 위한 SCR촉매를 통과한 배기가스 중의 일산화탄소 농도를 일산화탄소 센서에 의해 검출하는 단계와;
    제어기가 적어도 상기 질소산화물 센서에 의해 검출된 질소산화물 검출값이 설정 기준 검출값보다 크거나, 상기 일산화탄소 센서에 의해 검출된 일산화탄소 농도값이 설정 기준 농도값보다 크면, 상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능이 저하된 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 산화촉매에 대한 SOF 제거 기능을 복구하기 위한 처리를 진행하는 단계는,
    탈질 시스템이 운전 중이면, 수트 블로워(Soot Blower)를 통해 반응기 내부의 SCR 및 산화 촉매에 공기를 분사시켜 수트 블로윙(Soot Blowing)을 진행하여서 상기 SCR 및 산화 촉매의 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거하는 단계와;
    상기 탈질 시스템이 운전 중이 아니면, 재생 밸브를 통해 반응기 내부에 가열 공기 또는 스팀을 주입시켜 반응기 내부 분위기를 설정온도로 만들어 SCR 및 산화 촉매에 점착된 암모늄 이황산염과 입자상 물질을 제거하는 촉매 재생을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어기가 촉매의 SOF 제거 성능 변화 정보와 촉매 재생 처리 정보를 포함하는 촉매 관련 정보를 위성통신장치를 통해 외부에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 탈질 시스템에서의 촉매 관리 방법.
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