KR20170073898A - 엔진용 scr 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 엔진용 SCR 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 우레아 수용액을 유입된 배기가스의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기에 유입되는 배기가스에 투입하는 우레아 분해장치와; 상기 우레아 분해장치에 배기가스를 유입시키는 유입배기관과; 상기 우레아 분해장치에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시킴에 사용된 배기가스를 배출하는 유출배기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 저온의 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 의해 정화 처리하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 해당 저온 엔진 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기에 유입되는 엔진 배기가스에 분사하여서 엔진 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하여 SCR 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여서 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 함으로써 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하도록 하므로, 저온의 배기가스를 정화 처리하는 SCR 시스템에 우레아를 암모니아로 분해하기 위한 별도의 가열기를 사용하지 않아도 되어 경제성을 향상시키게 된다.

Description

엔진용 SCR 시스템{Selective Catalytic Reduction System for Engine}
본 발명은 SCR 반응기에 의해 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 엔진용 SCR 시스템(Selective Catalytic Reduction System)에 관한 것으로, 특히 저온의 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 의해 정화 처리하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 해당 저온 엔진 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기에 유입되는 엔진 배기가스에 분사하여서 엔진 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하여 SCR 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여서 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 함으로써 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하도록 하는 엔진용 SCR 시스템에 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 시스템이 이용되고 있다. SCR 시스템은 환원제와 섞인 배기가스를 SCR 반응기에 설치된 촉매층으로 통과시켜 질소산화물을 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시키는데, 암모니아 (NH3)를 환원제로 사용한다.
종래에는 SCR 반응기에 유입되는 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하는 경우 도 1에 도시된 바와 같이 투입하였다.
엔진(10)으로부터 SCR 반응기(20)에 투입되는 배기가스에 우레아 수용액을 분사하고, 온도가 280℃ 이상인 고온 배기가스의 열에 의해 우레아를 암모니아로 전환하여서 얻어지는 암모니아 기체를 배기가스에 투입하여 SCR 반응기(20)에 유입시킴으로써, SCR 반응기(20)에서 환원제인 암모니아와 섞인 배기가스를 자체 촉매에 통과시켜 해당 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행케 한다.
이와 같이, 온도가 280℃ 이상인 고온의 배기가스를 정화 처리하는 경우에는 해당 배기가스에 우레아 수용액을 직접 분사하여 해당 배기가스의 열에 의해 우레아를 암모니아로 전환하는 것이 가능하지만, 온도가 280℃ 이하인 저온의 배기가스를 정화 처리하는 경우에는 배기가스에 우레아 수용액을 직접 분사하더라도 해당 배기가스의 온도가 낮음으로인하여 우레아를 암모니아로 전환할 수 없다.
이에, 저온의 배기가스를 정화 처리하는 SCR 시스템에서는 우레아 수용액을 암모니아 기체로 분해하여 배기가스에 투입하기 위해서 별도의 가열기를 이용하여 배기가스의 온도를 우레아를 암모니아로 전환할 수 있는 온도까지 상승시켜야 하므로, 우레아를 암모니아로 전환하기 위한 가열기를 별도로 설치하여 에너지를 가열기에 공급하여서 가열기를 구동해야 되어 경제성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 저온의 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 의해 정화 처리하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 해당 저온 엔진 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기에 유입되는 엔진 배기가스에 분사하여서 엔진 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하여 SCR 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여서 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 함으로써 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하도록 하는 엔진용 SCR 시스템을 제공함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은, 우레아 수용액을 유입된 배기가스의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기에 유입되는 배기가스에 투입하는 우레아 분해장치와; 상기 우레아 분해장치에 배기가스를 유입시키는 유입배기관과; 상기 우레아 분해장치에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시킴에 사용된 배기가스를 배출하는 유출배기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 유입배기관은 터보차저의 전단으로부터 분기 되고, 상기 유출배기관은 상기 SCR 반응기의 배기가스 유입배기관에 연결된다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 유입배기관은 터보차저의 후단으로부터 분기 되고, 상기 유출배기관은 상기 SCR 반응기의 배기가스 유입배기관에 연결된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 유입배기관은 SCR 반응기의 배기가스 유출배기관으로부터 분기 되고, 상기 유출배기관은 상기 SCR 반응기의 배기가스 유입배기관에 연결된다.
아울러, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 유입배기관은 SCR 반응기의 배기가스 유출배기관으로부터 분기 되고, 상기 유출배기관은 상기 SCR 반응기의 배기가스 유출배기관에 연결된다.
그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 우레아 분해장치는, 배기가스의 열에 의해 분해 반응하여서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시키는 촉매와; 상기 우레아 수용액을 촉매에 전달하기 위한 제1 배관과; 상기 촉매로부터 배출되는 암모니아 수용액을 전달하기 위한 제2 배관을 포함한다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 우레아 분해장치는, 상기 우레아 수용액을 상기 제1 배관으로 유입시키기 위한 제1 입력단과; 상기 제2 배관으로부터의 암모니아 수용액을 배출하기 위한 제1 출력단과; 상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용되는 열을 공급하는 배기가스를 유입시키기 위한 제2 입력단과; 상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 배기가스를 배출하기 위한 제2 출력단을 더 포함한다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은, 우레아 수용액을 유입된 스팀의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기에 유입되는 배기가스에 투입하는 우레아 분해장치와; 상기 우레아 분해장치에 스팀을 유입시키는 스팀유입관과; 상기 우레아 분해장치에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시킴에 사용된 스팀 응축수를 배출하는 스팀배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 우레아 분해장치는, 스팀의 열에 의해 분해 반응하여서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시키는 촉매와; 상기 우레아 수용액을 촉매에 전달하기 위한 제1 배관과; 상기 촉매로부터 배출되는 암모니아 수용액을 전달하기 위한 제2 배관을 포함한다.
그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 상기 우레아 분해장치는, 상기 우레아 수용액을 상기 제1 배관으로 유입시키기 위한 제1 입력단과; 상기 제2 배관으로부터의 암모니아 수용액을 배출하기 위한 제1 출력단과; 상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용되는 열을 공급하는 스팀을 유입시키기 위한 제2 입력단과; 상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 스팀 응축수를 배출하기 위한 제2 출력단을 더 포함한다
본 발명에 의하면, 저온의 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 의해 정화 처리하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 해당 저온 엔진 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기에 유입되는 엔진 배기가스에 분사하여서 엔진 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하여 SCR 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여서 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 함으로써 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하도록 하므로, 저온의 배기가스를 정화 처리하는 SCR 시스템에 우레아를 암모니아로 분해하기 위한 별도의 가열기를 사용하지 않아도 되어 경제성을 향상시키게 된다.
도 1은 종래 SCR 시스템에서의 환원제 투입을 설명하기 위하여 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 SCR 시스템을 예시한 도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 SCR 시스템을 예시한 도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 SCR 시스템을 예시한 도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 SCR 시스템을 예시한 도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 SCR 시스템을 예시한 도이다.
도 7는 본 발명에 적용된 우레아 분해장치를 예시한 도이다.
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 저온의 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 의해 정화 처리하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 해당 저온 엔진 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기에 유입되는 엔진 배기가스에 분사하여서 엔진 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하여 SCR 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여서 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 함으로써 저온의 배기가스 정화 처리시에 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하도록 구현된다.
이와 같이 구현하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 도 2에 예시된 바와 같이 이루어진다. 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은, 엔진(30)으로부터 터보차저(35)를 경유하여 SCR 반응기(40)에 유입되는 280℃ 이하인 저온 배기가스에 암모니아 수용액을 투입하되, 터보차저(35)의 전단으로부터 분기된 유입배기관(P11)을 통해 우레아 분해장치(50)에 저온 배기가스를 유입하고 우레아 분해장치(50)에서 인가받은 우레아 수용액을 해당 유입배기관(P11)을 통해 유입된 저온 배기가스의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입하도록 이루어진다.
이와 같이 우레아 분해장치(50)에 의해 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입된 암모니아 수용액은 해당 저온 배기가스의 열에 의해 기화되어 해당 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입되고, 이에 SCR 반응기(40)에서 환원제인 암모니아와 섞인 배기가스를 자체 촉매에 통과시켜 해당 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행한다.
우레아 분해장치(50)로부터의 암모니아 수용액을 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 투입하는 경우, SCR 반응기(40)에 배기가스를 유입시키는 배기관의 내부에 분사노즐을 설치하고, 해당 분사노즐을 통해 암모니아 수용액을 분사하여 미립자 형태로 투입하며, 이에 배기가스에 미립자 형태로 투입된 암모니아 수용액은 배기가스의 열에 의해 기화되어 암모니아 기체로 변환되어서 배기가스와 섞여져 SCR 반응기(40)에 유입된다.
그리고, 유입배기관(P11)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되어 우레아 분해장치(50)에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 배기가스는 유출배기관(P12)을 통해 배출되어 SCR 반응기(40)의 배기가스 유입배기관으로 유입된다.
우레아 분해장치(50)는 도 7에 예시된 바와 같이 이루어진다. 우레아 분해장치(50)는 우레아 수용액을 몸체(51) 내부로 유입시키기 위한 입력단(I1)과, 몸체(51) 내부로부터의 암모니아 수용액을 외부로 배출하기 위한 출력단(O1)과, 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용되는 열을 몸체(51) 내부로 공급하는 열매체인 배기가스를 유입시키기 위한 입력단(I2)과, 몸체(51) 내부에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 열매체인 배기가스를 몸체(51)의 외부로 배출하기 위한 출력단(O2)를 구비한다.
또한, 우레아 분해장치(50)의 몸체(51) 내부에는 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환하기 위한 촉매(52)를 구비하는데, 촉매(52)는 열매체인 배기가스의 열에 의해 분해 반응하여서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시킨다.
아울러, 우레아 분해장치(50)의 몸체(51) 내부에는 입력단(I1)을 통해 유입된 우레아 수용액을 촉매(52)에 전달하기 위한 배관(53)과, 촉매(52)로부터 배출되는 암모니아 수용액을 출력단(O1)으로 전달하기 위한 배관(54)를 구비한다.
제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 유입배기관(P11)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되는 저온 배기가스는 입력단(I2)을 통해 우레아 분해장치(50)에 인가되고, 우레아 분해장치(50)로부터 출력단(O2)을 통해 유출되는 배기가스는 유출배기관(P12)을 통해 SCR 반응기(40)의 배기가스 유입배기관으로 배출되고, 우레아 분해장치(50)에 유입되는 우레아 수용액은 입력단(I1)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되며, 우레아 분해장치(50)로부터 배출되는 암모니아 수용액은 출력단(O1)을 통해 배출된다.
이상과 같은 제1 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 우레아 분해장치(50)가 터보차저(35)의 전단으로부터 분기되어진 유입배기관(P11)을 통해 유입되는 저온 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 분사함으로써, 암모니아 수용액을 해당 저온의 배기가스에 의해 기화시켜 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입시켜서 SCR 반응기(40)에서 암모니아를 환원제로 이용하여 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행케 하므로, 저온의 배기가스 정화 처리시에 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거할 수 있어서 매우 경제적이다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 도 3에 예시된 바와 같이 이루어진다. 제2 실시예에 따른 SCR 시스템은, 엔진(30)으로부터 터보차저(35)를 경유하여 SCR 반응기(40)에 유입되는 280℃ 이하인 저온 배기가스에 암모니아 수용액을 투입하되, 터보차저(35)의 후단으로부터 분기된 유입배기관(P15)을 통해 우레아 분해장치(50)에 저온 배기가스를 유입하고 우레아 분해장치(50)에서 인가받은 우레아 수용액을 해당 유입배기관(P15)을 통해 유입된 저온 배기가스의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입하도록 이루어진다.
이와 같이 우레아 분해장치(50)에 의해 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입된 암모니아 수용액은 해당 저온 배기가스의 열에 의해 기화되어 해당 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입되고, 이에 SCR 반응기(40)에서 환원제인 암모니아와 섞인 배기가스를 자체 촉매에 통과시켜 해당 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행한다.
그리고, 우레아 분해장치(50)로부터의 암모니아 수용액을 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 투입하는 경우, SCR 반응기(40)에 배기가스를 유입시키는 배기관의 내부에 분사노즐을 설치하고, 해당 분사노즐을 통해 암모니아 수용액을 분사하여 미립자 형태로 투입하며, 이에 배기가스에 미립자 형태로 투입된 암모니아 수용액은 배기가스의 열에 의해 기화되어 암모니아 기체로 변환되어서 배기가스와 섞여져 SCR 반응기(40)에 유입된다.
그리고, 유입배기관(P15)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되어 우레아 분해장치(50)에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 배기가스는 유출배기관(P16)을 통해 배출되어 SCR 반응기(40)의 배기가스 유입배기관으로 유입된다.
이와 같이 이루어진 제2 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 적용된 우레아 분해장치(50)의 구성 및 작용은 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제2 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, 유입배기관(P15)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되는 저온 배기가스는 입력단(I2)을 통해 우레아 분해장치(50)에 인가되고, 우레아 분해장치(50)로부터 출력단(O2)을 통해 유출되는 배기가스는 유출배기관(P16)을 통해 SCR 반응기(40)의 배기가스 유입배기관으로 배출되고, 우레아 분해장치(50)에 유입되는 우레아 수용액은 입력단(I1)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되며, 우레아 분해장치(50)로부터 배출되는 암모니아 수용액은 출력단(O1)을 통해 배출된다.
이상과 같은 제2 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 우레아 분해장치(50)가 터보차저(35)의 후단으로부터 분기되어진 유입배기관(P15)을 통해 유입되는 저온 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 분사함으로써, 암모니아 수용액을 해당 저온의 배기가스에 의해 기화시켜 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입시켜서 SCR 반응기(40)에서 암모니아를 환원제로 이용하여 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행케 하므로, 저온의 배기가스 정화 처리시에 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거할 수 있어서 매우 경제적이다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 도 4에 예시된 바와 같이 이루어진다. 제3 실시예에 따른 SCR 시스템은, 엔진(30)으로부터 터보차저(35)를 경유하여 SCR 반응기(40)에 유입되는 280℃ 이하인 저온 배기가스에 암모니아 수용액을 투입하되, SCR 반응기(40)의 배기가스 유출배기관으로부터 분기된 유입배기관(P21)을 통해 우레아 분해장치(50)에 저온 배기가스를 유입하고 우레아 분해장치(50)에서 인가받은 우레아 수용액을 해당 유입배기관(P21)을 통해 유입된 저온 배기가스의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입하도록 이루어진다.
이와 같이 우레아 분해장치(50)에 의해 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입된 암모니아 수용액은 해당 저온 배기가스의 열에 의해 기화되어 해당 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입되고, 이에 SCR 반응기(40)에서 환원제인 암모니아와 섞인 배기가스를 자체 촉매에 통과시켜 해당 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행한다.
그리고, 우레아 분해장치(50)로부터의 암모니아 수용액을 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 투입하는 경우, SCR 반응기(40)에 배기가스를 유입시키는 배기관의 내부에 분사노즐을 설치하고, 해당 분사노즐을 통해 암모니아 수용액을 분사하여 미립자 형태로 투입하며, 이에 배기가스에 미립자 형태로 투입된 암모니아 수용액은 배기가스의 열에 의해 기화되어 암모니아 기체로 변환되어서 배기가스와 섞여져 SCR 반응기(40)에 유입된다.
또한, 유입배기관(P21)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되어 우레아 분해장치(50)에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 배기가스는 유출배기관(P22)을 통해 배출되어 SCR 반응기(40)의 배기가스 유입배기관으로 유입된다.
이와 같이 이루어진 제3 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 적용된 우레아 분해장치(50)의 구성 및 작용은 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제3 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, SCR 반응기(40)의 후단으로부터 분기된 유입배기관(P21)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되는 저온 배기가스는 입력단(I2)을 통해 우레아 분해장치(50)에 인가되고, 우레아 분해장치(50)로부터 출력단(O2)을 통해 유출되는 배기가스는 유출배기관(P22)을 통해 SCR 반응기(40)의 배기가스 유입배기관으로 배출되고, 우레아 분해장치(50)에 유입되는 우레아 수용액은 입력단(I1)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되며, 우레아 분해장치(50)로부터 배출되는 암모니아 수용액은 출력단(O1)을 통해 배출된다.
이상과 같은 제3 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 우레아 분해장치(50)가 SCR 반응기(40)의 후단으로부터 분기되어진 유입배기관(P21)을 통해 유입되는 저온 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 분사함으로써, 암모니아 수용액을 해당 저온의 배기가스에 의해 기화시켜 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입시켜서 SCR 반응기(40)에서 암모니아를 환원제로 이용하여 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행케 하므로, 저온의 배기가스 정화 처리시에 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거할 수 있어서 매우 경제적이다.
한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 도 5에 예시된 바와 같이 이루어진다. 제4 실시예에 따른 SCR 시스템은, 엔진(30)으로부터 터보차저(35)를 경유하여 SCR 반응기(40)에 유입되는 280℃ 이하인 저온 배기가스에 암모니아 수용액을 투입하되, SCR 반응기(40)의 배기가스 유출배기관으로부터 분기된 유입배기관(P25)을 통해 우레아 분해장치(50)에 저온 배기가스를 유입하고 우레아 분해장치(50)에서 인가받은 우레아 수용액을 해당 유입배기관(P25)을 통해 유입된 저온 배기가스의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입하고, 우레아 분해장치(50)에서 우레아 분해에 사용된 배기가스를 유출배기관(P26)을 통해 SCR 반응기(40)의 배기가스 유출배기관에 배출하도록 이루어진다.
이와 같이 우레아 분해장치(50)에 의해 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입된 암모니아 수용액은 해당 저온 배기가스의 열에 의해 기화되어 해당 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입되고, 이에 SCR 반응기(40)에서 환원제인 암모니아와 섞인 배기가스를 자체 촉매에 통과시켜 해당 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행한다.
그리고, 우레아 분해장치(50)로부터의 암모니아 수용액을 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 투입하는 경우, SCR 반응기(40)에 배기가스를 유입시키는 배기관의 내부에 분사노즐을 설치하고, 해당 분사노즐을 통해 암모니아 수용액을 분사하여 미립자 형태로 투입하며, 이에 배기가스에 미립자 형태로 투입된 암모니아 수용액은 배기가스의 열에 의해 기화되어 암모니아 기체로 변환되어서 배기가스와 섞여져 SCR 반응기(40)에 유입된다.
이와 같이 이루어진 제4 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 적용된 우레아 분해장치(50)의 구성 및 작용은 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제4 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, SCR 반응기(40)의 후단으로부터 유입배기관(P25)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되는 저온 배기가스는 입력단(I2)을 통해 우레아 분해장치(50)에 인가되고, 우레아 분해장치(50)로부터 출력단(O2)을 통해 유출되는 배기가스는 유출배기관(P26)을 통해 SCR 반응기(40)의 후단으로 배출되고, 우레아 분해장치(50)에 유입되는 우레아 수용액은 입력단(I1)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되며, 우레아 분해장치(50)로부터 배출되는 암모니아 수용액은 출력단(O1)을 통해 배출된다.
이상과 같은 제4 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 우레아 분해장치(50)가 SCR 반응기(40)의 배기가스 유출배기관으로부터 분기되어진 유입배기관(P25)을 통해 유입되는 저온 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 분사함과 아울러 우레아 분해장치(50)에서 우레아 분해에 사용된 배기가스를 유출배기관(P26)을 통해 SCR 반응기(40)의 배기가스 유출배기관으로 배출한다. 이에, 제4 실시예의 엔진용 SCR 시스템은 우레아 분해장치(50)로부터의 암모니아 수용액을 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 투입하여 해당 저온의 배기가스에 의해 기화시켜 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입시킴으로써 SCR 반응기(40)에서 암모니아를 환원제로 이용하여 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행케 하므로, 저온의 배기가스 정화 처리시에 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거할 수 있어서 매우 경제적이다.
한편, 본 발명의 제5 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 도 6에 예시된 바와 같이 이루어진다. 제5 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은, 엔진(30)으로부터 터보차저(35)를 경유하여 SCR 반응기(40)에 유입되는 280℃ 이하인 저온 배기가스에 암모니아 수용액을 투입하되, 스팀유입관(P31)을 통해 우레아 분해장치(50)에 선박의 폐열로부터 얻어지는 280℃ 이하인 저온 스팀을 유입하고 우레아 분해장치(50)에서 인가받은 우레아 수용액을 해당 스팀유입관(P31)을 통해 유입된 저온 스팀의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입하고, 우레아 분해장치(50)에서 우레아 분해에 스팀을 사용함에 의해 생성되는 스팀응축수를 스팀배출관(P32)을 통해 외부에 배출하도록 이루어진다.
이와 같이 우레아 분해장치(50)에 의해 SCR 반응기(40)에 유입되는 저온 배기가스에 투입된 암모니아 수용액은 해당 저온 배기가스의 열에 의해 기화되어 해당 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입되고, 이에 SCR 반응기(40)에서 환원제인 암모니아와 섞인 배기가스를 자체 촉매에 통과시켜 해당 배기가스의 질소산화물을 질소와 물로 환원시켜서 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행한다.
그리고, 우레아 분해장치(50)로부터의 암모니아 수용액을 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 투입하는 경우, SCR 반응기(40)에 배기가스를 유입시키는 배기관의 내부에 분사노즐을 설치하고, 해당 분사노즐을 통해 암모니아 수용액을 분사하여 미립자 형태로 투입하며, 이에 배기가스에 미립자 형태로 투입된 암모니아 수용액은 배기가스의 열에 의해 기화되어 암모니아 기체로 변환되어서 배기가스와 섞여져 SCR 반응기(40)에 유입된다.
이와 같이 이루어진 제5 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 적용된 우레아 분해장치(50)의 구성 및 작용은 상술한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
제5 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템에 의하면, SCR 반응기(40)의 스팀유입관(P31)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되는 열매체인 스팀은 입력단(I2)을 통해 우레아 분해장치(50)에 인가되고, 우레아 분해장치(50)로부터 출력단(O2)을 통해 유출되는 스팀 응축수는 스팀배출관(P32)을 통해 배출되고, 우레아 분해장치(50)에 유입되는 우레아 수용액은 입력단(I1)을 통해 우레아 분해장치(50)에 유입되며, 우레아 분해장치(50)로부터 배출되는 암모니아 수용액은 출력단(O1)을 통해 배출된다.
이상과 같은 제5 실시예에 따른 엔진용 SCR 시스템은 우레아 분해장치(50)가 스팀유입관(P31)을 통해 유입되는 스팀의 열에 의해 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 분사함과 아울러 우레아 분해장치(50)에서 우레아 분해에 스팀을 사용함에 기인하여 생성되는 스팀응축수를 스팀배출관(P32)을 통해 외부로 한다. 이에, 제5 실시예의 엔진용 SCR 시스템은 우레아 분해장치(50)로부터의 암모니아 수용액을 SCR 반응기(40)에 유입되는 배기가스에 투입하여 해당 저온의 배기가스에 의해 기화시켜 배기가스와 함께 SCR 반응기(40)에 유입시킴으로써 SCR 반응기(40)에서 암모니아를 환원제로 이용하여 배기가스의 질소산화물을 제거하는 정화 처리를 진행케 하므로, 저온의 배기가스 정화 처리시에 선박에서 생성되는 폐열로부터 얻어지는 스팀을 이용하여 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거할 수 있어서 매우 경제적이다.
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 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 할 것이다.
본 발명은 선박에서 저온의 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 SCR 시스템에 매우 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 저온의 엔진 배기가스를 SCR 반응기에 의해 정화 처리하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하는 경우에, 해당 저온 엔진 배기가스의 열에 의해 우레아 수용액을 암모니아 수용액으로 전환시켜 SCR 반응기에 유입되는 엔진 배기가스에 분사하여서 엔진 배기가스에 환원제인 암모니아를 투입하여 SCR 반응기에서 암모니아를 환원제로 사용하여서 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거케 함으로써 별도의 열원을 사용하지 않고서도 우레아를 환원제인 암모니아로 전환시켜 엔진 배기가스에 투입하여 엔진 배기가스의 질소산화물을 제거하도록 하므로, 저온의 배기가스를 정화 처리하는 SCR 시스템에 우레아를 암모니아로 분해하기 위한 별도의 가열기를 사용하지 않아도 되어 경제성을 향상시키게 된다.
30; 엔진 35; 터보차저
40; SCR 반응기 50; 우레아 분해장치
51; 몸체 52; 촉매
53, 54; 배관 I1, I2; 입력단
O1, O2; 출력단 P11, P15, P21, P25; 유입배기관
P12, P16, P22, P26; 유출배기관 P31; 스팀유입관
P32; 스팀배출관

Claims (9)

  1. 우레아 수용액을 유입된 배기가스의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기에 유입되는 배기가스에 투입하는 우레아 분해장치와;
    상기 우레아 분해장치에 배기가스를 유입시키는 유입배기관과;
    상기 우레아 분해장치에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시킴에 사용된 배기가스를 배출하는 유출배기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입배기관은 터보차저의 전단으로부터 분기 되고, 상기 유출배기관은 상기 SCR 반응기의 배기가스 유입배기관에 연결된 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유입배기관은 터보차저의 후단으로부터 분기 되고, 상기 유출배기관은 상기 SCR 반응기의 배기가스 유입배기관에 연결된 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유입배기관은 SCR 반응기의 배기가스 유출배기관으로부터 분기 되고, 상기 유출배기관은 상기 SCR 반응기의 배기가스 유출배기관에 연결된 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 우레아 분해장치는,
    배기가스의 열에 의해 분해 반응하여서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시키는 촉매와;
    상기 우레아 수용액을 촉매에 전달하기 위한 제1 배관과;
    상기 촉매로부터 배출되는 암모니아 수용액을 전달하기 위한 제2 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 우레아 분해장치는,
    상기 우레아 수용액을 상기 제1 배관으로 유입시키기 위한 제1 입력단과;
    상기 제2 배관으로부터의 암모니아 수용액을 배출하기 위한 제1 출력단과;
    상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용되는 열을 공급하는 배기가스를 유입시키기 위한 제2 입력단과;
    상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 배기가스를 배출하기 위한 제2 출력단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  7. 우레아 수용액을 유입된 스팀의 열에 의해 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시켜서 SCR 반응기에 유입되는 배기가스에 투입하는 우레아 분해장치와;
    상기 우레아 분해장치에 스팀을 유입시키는 스팀유입관과;
    상기 우레아 분해장치에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시킴에 사용된 스팀 응축수를 배출하는 스팀배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 우레아 분해장치는,
    스팀의 열에 의해 분해 반응하여서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환시키는 촉매와;
    상기 우레아 수용액을 촉매에 전달하기 위한 제1 배관과;
    상기 촉매로부터 배출되는 암모니아 수용액을 전달하기 위한 제2 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 우레아 분해장치는,
    상기 우레아 수용액을 상기 제1 배관으로 유입시키기 위한 제1 입력단과;
    상기 제2 배관으로부터의 암모니아 수용액을 배출하기 위한 제1 출력단과;
    상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용되는 열을 공급하는 스팀을 유입시키기 위한 제2 입력단과;
    상기 촉매에서 우레아 수용액을 분해하여 암모니아 수용액으로 전환함에 사용된 스팀 응축수를 배출하기 위한 제2 출력단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 SCR 시스템.
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