KR20170075964A - Selective catalytic reuction system - Google Patents

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김태훈
김정우
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류승표
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두산엔진주식회사
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Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 동력 발생 과정에서 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되며 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 분기 유로에 합류하는 재순환 유로와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치, 그리고 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류 지점과 상기 가열 장치 사이의 상기 재순환 유로에서 분기하여 상기 배기 유로와 상기 재순환 유로의 분기 지점과 상기 반응기 후단 사이의 상기 배기 유로에 합류하는 재생 보조 유로를 포함한다.The present invention relates to a selective catalytic reduction system, and a selective catalytic reduction system according to an embodiment of the present invention includes an exhaust flow passage through which exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) discharged during a power generation process moves, A recirculation flow path branched from the exhaust flow path behind the reactor and joined to the branch flow path in front of the reactor; a heating device installed on the recirculation flow path; And a regeneration auxiliary flow path branched from the recirculation flow path between the confluence point of the exhaust flow path and the heating device and joining the exhaust flow path between the exhaust flow path and the branch point of the recirculation flow path and the rear end of the reactor.

Description

선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REUCTION SYSTEM}{SELECTIVE CATALYTIC REUCTION SYSTEM}

본 발명은 선택적 촉매 환원 반응을 이용하여 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a selective catalytic reduction system for reducing nitrogen oxides contained in an exhaust gas using a selective catalytic reduction reaction.

일반적으로 선박 등에 사용되는 동력 장치는 동력을 발생시키는 디젤 엔진과, 디젤 엔진에 소기용 공기를 공급하는 과급기(turbocharger), 그리고 디젤 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템 등을 포함한다.Generally, the power unit used in ships and the like is composed of a diesel engine for generating power, a turbocharger for supplying air to the diesel engine, and a selective catalytic reduction for reducing the nitrogen oxide contained in the exhaust gas from the diesel engine selective catalytic reduction (SCR) systems, and the like.

선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.The selective catalytic reduction system reacts the nitrogen oxides contained in the exhaust gas with the reducing agent while passing the exhaust gas and the reducing agent together in the reactor equipped with the catalyst, thereby reducing the nitrogen and the water vapor.

이러한 선택적 촉매 환원 시스템이 선박에 사용될 경우, 선박용 디젤 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 배출량이 엔진 국제 대기 오염 방지 3차 규제(IMO Tier-III)를 만족시킬 수 있도록 이의 성능과 운용이 요구되고 있다.When this selective catalytic reduction system is used in ships, its performance and operation are required so that the emission amount of NOx emitted from the marine diesel engine can satisfy the IMO Tier III .

또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 경제성과 방사능 규제 등을 고려하여 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 갖는 고온 활성 촉매를 주로 이용하고 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다.In addition, the selective catalytic reduction system mainly utilizes a high-temperature active catalyst having an active temperature within the range of 250 ° C. to 350 ° C. in consideration of economical efficiency and radioactivity regulation. Here, the activation temperature refers to a temperature at which the catalyst can be stably reduced without being poisoned.

그런데, 촉매가 활성 온도 범위 밖에서 반응할 경우, 촉매가 피독되면서 지속적으로 촉매의 활성도가 저하된다. 특히, 고온 활성 촉매가 설치된 반응기에 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도를 갖는 배기 가스가 유입되면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 환원제인 암모니아(NH4)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다. 촉매 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.However, when the catalyst reacts outside the activation temperature range, the activity of the catalyst is continuously deteriorated as the catalyst is poisoned. Particularly, when exhaust gas having a relatively low temperature of less than 250 ° C. is introduced into a reactor equipped with a high-temperature active catalyst, sulfur oxide (SOx) of exhaust gas reacts with ammonia (NH 4 ) do. Catalyst poisoning material may comprise one or more of ammonium sulfate (Ammonium sulfate, (NH4) 2 SO 4) and ammonium bisulfite (Ammonium bisulfate, NH 4 HSO 4 ).

이러한 촉매 피독 물질은 촉매에 흡착되어 촉매의 활성을 저하시킨다. 따라서, 촉매의 효율을 높이고 유지 보수에 따른 손실을 최소화하기 위해서는 촉매의 온도를 활성 온도 범위 내로 유지하는 것이 요구된다.Such a catalyst poisoning material is adsorbed on the catalyst to lower the activity of the catalyst. Therefore, in order to increase the efficiency of the catalyst and minimize the loss due to maintenance, it is required to keep the temperature of the catalyst within the active temperature range.

하지만, 선박용 저속 디젤 엔진의 경우, 디젤 엔진의 부하 변동에 따라 배기가스의 배출량이 달라지고, 선박이 운항 중인 기후 환경도 선택적 촉매 환원 반응에 영향을 미치므로, 촉매의 피독을 완벽하게 피하기 어려운 문제점이 있다.However, in the case of a low speed diesel engine for ships, since the emission amount of the exhaust gas changes according to the load change of the diesel engine and the climate environment in which the ship is operating also affects the selective catalytic reduction reaction, .

본 발명의 실시예는 피독된 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a selective catalytic reduction system capable of effectively regenerating a poisoned catalyst.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 동력 발생 과정에서 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되며 촉매가 내부에 설치된 반응기와, 상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 분기 유로에 합류하는 재순환 유로와, 상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치, 그리고 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류 지점과 상기 가열 장치 사이의 상기 재순환 유로에서 분기하여 상기 배기 유로와 상기 재순환 유로의 분기 지점과 상기 반응기 후단 사이의 상기 배기 유로에 합류하는 재생 보조 유로를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a selective catalytic reduction system includes an exhaust flow path through which exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) discharged during a power generation process moves, a reactor provided on the exhaust flow path, A recirculation flow path branched from the exhaust flow path behind the reactor and joined to the branch flow path in front of the reactor, a heating device installed on the recirculation flow path, and a circulation path between the recirculation flow path and the exhaust flow path, And a regeneration auxiliary flow path branching from the recirculation flow path and joining to the exhaust flow path between a branch point of the exhaust flow path and the recirculation flow path and a rear end of the reactor.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 동력 발생 과정에서 배출된 배기가스가 상기 배기 유로를 따라 상기 반응기를 거쳐 이동하는 후처리 모드와, 상기 가열 장치를 포함하는 폐루프(closed loop)를 형성하여 상기 반응기의 촉매를 재생시키는 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다.The selective catalytic reduction system may include a post-treatment mode in which the exhaust gas discharged during the power generation process moves through the reactor along the exhaust passage, and a closed loop including the heating device, And a catalyst regeneration mode for regenerating the catalyst.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 배기 유로와 상기 재순환 유로의 합류 지점 전방의 상기 배기 유로에 설치된 메인 밸브와, 상기 배기 유로와 상기 재순환 유로의 분기 지점 후방의 상기 배기 유로에 설치된 보조 밸브와, 상기 재순환 유로와 상기 재생 보조 유로의 분기 지점과 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류 지점 사이의 상기 재순환 유로 상에 설치된 재순환 밸브, 그리고 상기 재생 보조 유로 상에 설치된 재생 보조 밸브를 더 포함할 수 있다.The selective catalytic reduction system includes a main valve disposed in the exhaust passage in front of a confluence point of the exhaust passage and the recirculation passage, an auxiliary valve provided in the exhaust passage behind the branch point of the exhaust passage and the recirculation passage, A recirculation valve provided on the recirculation passage between a recirculation passage and a branch point of the recycling auxiliary passage and a junction point between the recirculation passage and the exhaust passage; and a regeneration assisting valve provided on the regeneration assistance passage.

상기 후처리 모드에서, 상기 메인 밸브, 상기 보조 밸브, 및 상기 재순환 밸브는 개방되고 상기 재생 보조 밸브는 폐쇄될 수 있다.In the post-treatment mode, the main valve, the auxiliary valve, and the recirculation valve may be open and the regeneration auxiliary valve closed.

상기 촉매 재생 모드는 상기 메인 밸브, 상기 보조 밸브, 및 상기 재생 보조 밸브는 폐쇄되고, 상기 재순환 밸브는 개방되는 제1 재생 모드와, 상기 메인 밸브, 상기 보조 밸브, 및 상기 재순환 밸브는 폐쇄되고, 상기 재생 보조 밸브는 개방되는 제2 재생 모드, 그리고 상기 메인 밸브 및 상기 보조 밸브는 폐쇄되고, 상기 재순환 밸브 및 상기 재생 보조 밸브는 개방되는 제3 재생 모드를 포함할 수 있다.Wherein the catalyst regeneration mode is a mode in which the main valve, the auxiliary valve, and the regeneration auxiliary valve are closed and the recirculation valve is opened, and the main valve, the auxiliary valve, and the recirculation valve are closed, The regeneration assistant valve may be opened and the regeneration valve may be closed, and the recycle valve and the regeneration assisting valve may be opened.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 메인 밸브 전방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 보조 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.The selective catalytic reduction system may further include a bypass flow path branched from the exhaust flow path in front of the main valve and joined to the exhaust flow path behind the auxiliary valve, and a bypass valve provided on the bypass flow path .

상기 바이패스 밸브는 상기 후처리 모드에서 폐쇄되고 상기 촉매 재생 모드에서 개방될 수 있다.The bypass valve may be closed in the post-treatment mode and open in the catalyst regeneration mode.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 재순환 유로에 연결되어 상기 가열 장치에 필요한 산소를 공급하는 외기 공급부를 더 포함할 수 있다.The selective catalytic reduction system may further include an outside air supply unit connected to the recirculation flow path to supply oxygen required for the heating apparatus.

상기 외기 공급부가 가동되면 상기 보조 밸브는 적어도 일부 개방될 수 있다.When the outside air supply unit is activated, the auxiliary valve may be at least partially opened.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 분기 유로 상에 설치된 분해 챔버와, 상기 분해 챔버에 환원제 또는 환원제 전구체를 공급하는 환원제 공급부를 더 포함할 수 있다.The selective catalytic reduction system may further include a decomposition chamber provided on the branch passage and a reducing agent supply unit for supplying a reducing agent or a reducing agent precursor to the decomposition chamber.

상기한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 분기 유로 상에 설치된 블로워를 더 포함할 수 있다.The selective catalytic reduction system may further include a blower installed on the branch passage.

상기 가열 장치는 상기 후처리 모드에서 상기 분해 챔버의 온도가 환원제 생성 온도 이하이거나 상기 촉매 재생 모드에서 가동될 수 있다.In the post-treatment mode, the temperature of the decomposition chamber may be lower than the reducing agent production temperature or the catalyst may be operated in the catalyst regeneration mode.

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템은 피독된 촉매를 효과적으로 재생시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the selective catalytic reduction system can effectively regenerate the poisoned catalyst.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 선택적 촉매 환원 시스템의 동작 상태를 나타낸 구성도들이다.
1 is a block diagram of a selective catalytic reduction system according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 4 are block diagrams showing an operation state of the selective catalytic reduction system of FIG.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive. And to the same structure, element or component appearing in more than one drawing, the same reference numerals are used to denote similar features.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.The embodiments of the present invention specifically illustrate ideal embodiments of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Thus, the embodiment is not limited to any particular form of the depicted area, but includes modifications of the form, for example, by manufacture.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)을 설명한다.Hereinafter, a selective catalytic reduction (SCR) system 101 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 반응 시스템(101)은 동력 장치에서 배출된 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시킨다. 여기서, 동력 장치는 디젤 엔진(200)을 포함한다. 즉, 동력 장치는 선박 또는 차량 등에 추진력을 공급하는 주동력원으로 사용되는 디젤 엔진(200)을 포함할 수 있다. 일례로, 디젤 엔진(200)은 선박용 2행정 저속 디젤 엔진일 수 있다.The selective catalytic reduction reaction system 101 according to an embodiment of the present invention reduces nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas discharged from the power unit. Here, the power unit includes a diesel engine 200. That is, the power unit may include a diesel engine 200 used as a main power source for supplying driving force to a ship or a vehicle. For example, the diesel engine 200 may be a two-stroke low-speed diesel engine for a marine vessel.

하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 동력 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 디젤 엔진(200)으로는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.However, the embodiment of the present invention is not limited thereto. The power unit may be an internal combustion engine for a plant or an automotive engine. That is, as the diesel engine 200, various types of engines known to those skilled in the art can be used.

또한, 동력 장치는 과급기(250)를 포함할 수 있다. 과급기(250)는 디젤 엔진(200)의 배기구와 연결되어 디젤 엔진(200)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 디젤 엔진(200)에 새로운 외부 공기를 압축하여 공급한다. 이에, 과급기(250)가 장착된 디젤 엔진(200)은 효율이 향상된다. 하지만, 과급기(250)는 필요에 따라 생략될 수도 있으며, 도 1에 나타난 위치에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 바에 따라 다양한 위치에 설치될 수 있다.In addition, the power unit may include a supercharger 250. The supercharger 250 is connected to the exhaust port of the diesel engine 200 to rotate the turbine with the pressure of the exhaust gas of the diesel engine 200 to supply new external air to the diesel engine 200. Thus, the efficiency of the diesel engine 200 equipped with the turbocharger 250 is improved. However, the turbocharger 250 may be omitted as necessary, and may be installed at various positions as known to those skilled in the art without being limited to the position shown in FIG.

본 발명의 일 실시예에서, 디젤 엔진(200)이 배출하는 배기가스는 섭씨 250도 내지 섭씨 500도 범위 내의 온도를 가지며, 배기가스의 온도는 과급기(250)를 거치면 낮아질 수 있다. 일례로, 과급기(250)를 거친 배기가스는 온도가 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만으로 낮아질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the exhaust gas discharged from the diesel engine 200 has a temperature within a range of 250 degrees Celsius to 500 degrees Celsius, and the temperature of the exhaust gas can be lowered through the supercharger 250. For example, the exhaust gas passing through the turbocharger 250 can be lowered to a temperature of not less than 150 degrees Celsius and less than 250 degrees Celsius.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템(101)은 배기 유로(610), 반응기(300), 재순환 유로(680), 가열 장치(400), 및 재생 보조 유로(690)를 포함한다.1, a selective catalytic reduction (SCR) system 101 according to an embodiment of the present invention includes an exhaust passage 610, a reactor 300, a recirculation passage 680, (400), and a reproduction auxiliary flow path (690).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 블로워(450), 분해 챔버(500), 환원제 공급부(550), 환원제 분사부(570), 바이패스 유로(620), 및 외기 공급부(800)를 더 포함할 수 있다.The selective catalytic reduction system 101 according to an embodiment of the present invention includes a blower 450, a decomposition chamber 500, a reducing agent supply unit 550, a reducing agent injection unit 570, a bypass flow channel 620, And may further include an outside air supply unit 800.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 메인 밸브(710), 바이패스 밸브(720), 보조 밸브(730), 재순환 밸브(780), 및 재생 보조 밸브(790)를 더 포함할 수 있다.The selective catalytic reduction system 101 according to an embodiment of the present invention includes a main valve 710, a bypass valve 720, an auxiliary valve 730, a recirculation valve 780, and a regeneration auxiliary valve 790, As shown in FIG.

배기 유로(610)는 동력 발생 과정에서 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스를 이동시켜 배출한다. 구체적으로, 배기 유로(610)는 디젤 엔진(200)의 배기구와 연결되어 엔진(200)의 배기가스를 배출시킨다. 과급기(250)가 장착된 경우, 배기 유로(610)는 디젤 엔진(200)과 과급기(250) 그리고 후술할 반응기(300)를 순차적으로 연결할 수 있다. 즉, 디젤 엔진(200)의 배기가스는 배기 유로(610)를 따라 이동한다. 이와 같이, 배기 유로(610)는 디젤 엔진(200)의 배기가스를 반응기(300)에 공급한다.The exhaust passage 610 moves and discharges the exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) discharged during the power generation process. Specifically, the exhaust passage 610 is connected to the exhaust port of the diesel engine 200 to exhaust exhaust gas of the engine 200. When the turbocharger 250 is installed, the exhaust passage 610 can sequentially connect the diesel engine 200, the turbocharger 250, and the reactor 300, which will be described later. That is, the exhaust gas of the diesel engine 200 moves along the exhaust passage 610. Thus, the exhaust passage 610 supplies the exhaust gas of the diesel engine 200 to the reactor 300.

반응기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치된다. 반응기(300)는 동력 발생 과정에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 저감시키기 위한 촉매(350)를 포함한다. 촉매(350)는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 환원제의 반응을 촉진시켜 질소산화물(NOx)을 질소와 수증기로 환원 처리한다.The reactor 300 is installed on the exhaust passage 610. The reactor 300 includes a catalyst 350 for reducing nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas discharged during the power generation process. The catalyst 350 promotes the reaction of the reducing agent with the nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas to reduce the nitrogen oxides (NOx) to nitrogen and water vapor.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 반응기(300)의 내부에 설치되는 촉매(350)는 배기가스의 이동 방향을 기준으로 다층 구조로 배치될 수 있다. 즉, 촉매(350)가 복수의 촉매 모듈 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 촉매 모듈은 배기가스의 이동 방향을 따라 배치될 수 있다.Also, in an embodiment of the present invention, the catalyst 350 installed inside the reactor 300 may be arranged in a multi-layer structure based on the moving direction of the exhaust gas. That is, the catalyst 350 may be provided in the form of a plurality of catalyst modules, and the plurality of catalyst modules may be arranged along the moving direction of the exhaust gas.

촉매(350)는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 소재로 만들어질 수 있다. 일례로, 촉매(350)는 섭씨 250도 내지 섭씨 350도 범위 내의 활성 온도를 가질 수 있다. 여기서, 활성 온도는 촉매(350)가 피독되지 않고 안정적으로 질소산화물을 환원시킬 수 있는 온도를 말한다. 촉매(350)가 활성 온도 범위를 벗어난 환경에서 반응하면, 촉매(350)가 피독되면서 효율이 저하된다.Catalyst 350 may be made from a variety of materials known to those skilled in the art, such as zeolite, vanadium, and platinum. In one example, catalyst 350 may have an active temperature in the range of 250 degrees Celsius to 350 degrees Celsius. Here, the activation temperature refers to a temperature at which the catalyst 350 can be stably reduced without being poisoned. When the catalyst 350 reacts in an environment outside the activation temperature range, the catalyst 350 is poisoned and the efficiency is lowered.

예를 들어, 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 상대적으로 낮은 온도에서 배기가스가 함유한 질소산화물을 저감시키기 위한 환원 반응이 일어나면, 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH3)가 반응하여 촉매 피독 물질이 생성된다.For example, occurs the reduction reaction for reducing nitrogen oxide-containing exhaust gas at a relatively low temperature of less than ° C more than 250 ° C, 150, of the exhaust gas sulfur oxides (SOx) and ammonia (NH 3) the reaction Thereby forming a catalyst poisoning substance.

구체적으로, 촉매(350)를 피독시키는 피독 물질은 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4)과 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매 피독 물질은 촉매(350)에 흡착되어 촉매(350)의 활성을 저하시킨다. 촉매 피독 물질은 상대적으로 높은 온도, 즉 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해되므로, 반응기(300) 내의 촉매(350)를 승온시켜 피독된 촉매(350)를 재생할 수 있다.Specifically, the poisoning substance that poisons the catalyst 350 may include at least one of ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4 and ammonium hydrogen sulfite (NH 4 HSO 4 ). Such a catalyst poisoning substance is adsorbed on the catalyst 350 to lower the activity of the catalyst 350. Since the catalyst poisonous substance is decomposed at a relatively high temperature, that is, at a temperature within the range of 350 degrees Celsius to 450 degrees Celsius, the catalyst 350 in the reactor 300 can be heated to regenerate the poisoned catalyst 350.

환원제로는 암모니아(NH3) 또는 우레아(urea, CO(NH2)2)가 사용될 수 있다. 환원제로 우레아(urea)가 사용될 경우, 우레아(urea, CO(NH2)2)를 가수분해 또는 열분해시켜 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)을 생성한다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해한다. 즉, 우레아를 분해시켜 최종적으로 암모니아를 생성한다. 그리고 암모니아(NH3)는 질소산화물과 직접 반응하는 최종적인 환원제의 역할을 한다. 우레아(urea, CO(NH2)2)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)은 환원제 전구체에 해당한다.Ammonia (NH 3 ) or urea (urea, CO (NH 2 ) 2 ) may be used as the reducing agent. When urea is used as the reducing agent, ammonia (NH 3 ) and isocyanic acid (HNCO) are produced by hydrolysis or pyrolysis of urea (urea, CO (NH 2 ) 2 ). And isocyanate (HNCO) decomposes again into ammonia (NH 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ). That is, it decomposes urea to finally produce ammonia. And ammonia (NH 3 ) acts as a final reducing agent that reacts directly with nitrogen oxides. Urea (urea, CO (NH 2 ) 2 ) and isocyanic acid (HNCO) correspond to the reducing agent precursor.

또한, 반응기(300)의 하우징은, 일례로, 내열성이 우수한 스테인레스 스틸(stainless steel)을 소재로 만들어질 수 있다.In addition, the housing of the reactor 300 may be made of stainless steel having excellent heat resistance, for example.

재순환 유로(680)는 반응기(300) 후방의 배기 유로(610)에서 분기하여 반응기(300) 전방의 배기 유로(610)에 합류한다. 즉, 반응기(300)를 거친 배기가스의 일부는 재순환 유로(680)를 통해 반응기 전방으로 재순환할 수 있다. 재순환 유로(680)를 통해 재순환되는 배기가스의 일부는 후술할 분해 챔버(500)에서 환원제의 분해 생성에 사용될 수 있고, 반응기(300) 내 설치된 촉매(350)의 재생에 사용될 수도 있다.The recirculation flow path 680 branches off from the exhaust flow path 610 behind the reactor 300 and joins the exhaust flow path 610 in front of the reactor 300. That is, a part of the exhaust gas passing through the reactor 300 can be recirculated to the front of the reactor through the recycle passage 680. A part of the exhaust gas recirculated through the recirculation flow path 680 may be used to decompose and produce the reducing agent in the decomposition chamber 500 to be described later and may be used for regeneration of the catalyst 350 installed in the reactor 300.

또한, 본 명세서에서 전방은 배기가스의 흐름을 기준으로 상류 측을 의미하며 후방은 하류 측을 의미한다.In the present specification, the front means the upstream side based on the flow of the exhaust gas and the rear means the downstream side.

가열 장치(400)는 재순환 유로(680) 상에 설치된다. 가열 장치(400)가 가동되면 재순환 유로(680)를 흐르는 유체, 즉 반응기(300)를 거친 배기가스의 일부를 가열하여 승온시킨다. 일례로, 가열 장치(400) 오일 버너(oil burner) 또는 플라스마 버너(plasma burner)일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서, 가열 장치(400)의 가동에는 산소가 요구될 수 있다.The heating device 400 is installed on the recirculation flow path 680. When the heating apparatus 400 is operated, a part of the fluid flowing through the recirculation flow path 680, that is, a part of the exhaust gas passing through the reactor 300, is heated to raise the temperature. For example, the heating device 400 may be an oil burner or a plasma burner. That is, in one embodiment of the present invention, oxygen may be required to operate the heating apparatus 400.

그리고 본 발명의 일 실시예에서, 가열 장치(400)가 공급하는 열에너지는 환원제의 분해 생성에 사용되거나 반응기(300)에 설치된 촉매(350)의 재생에 사용될 수 있다. 이와 같이, 촉매(350)를 재생시키고자 할 때에는 배기 유로(610)의 일부와 재순환 유로(680)를 포함하는 폐루프(closed loop)가 형성되며, 폐루프 내에 가열 장치(400)가 배치된다.In one embodiment of the present invention, the thermal energy supplied by the heating device 400 may be used to decompose and produce the reducing agent, or may be used to regenerate the catalyst 350 installed in the reactor 300. In this way, when regenerating the catalyst 350, a closed loop including a part of the exhaust flow path 610 and the recirculation flow path 680 is formed, and the heating device 400 is disposed in the closed loop .

블로워(450)는, 가열 장치(400)와 마찬가지로, 재순환 유로(680) 상에 설치될 수 있다. 블로워(450)는 재순환 유로(680)를 따라 이동하는 유체의 유량과 유속을 제어할 수 있다.The blower 450 can be installed on the recirculation flow path 680 in the same manner as the heating apparatus 400. The blower 450 can control the flow rate and the flow rate of the fluid moving along the recirculation flow path 680.

외기 공급부(800)는 재순환 유로(680)에 연결되어 가열 장치(400)에 외기를 공급할 수 있다. 즉, 외기 공급부(800)는 가열 장치(400)의 가동에 필요한 산소를 공급할 수 있다. 이때, 외기 공급부(800)는 가열 장치(400)가 연료를 연소시키기 위해 필요한 산소가 공급될 정도의 공기만 공급한다. 특히, 촉매 재생 과정에서는 가열 장치(400)가 폐루프가 형성된 곳에서 가동되므로, 외기 공급부(800)가 없다면 가열 장치(400)가 지속적으로 가동되면서 연소 공기가 부족해질 수 있다.The outside air supply part 800 may be connected to the recirculation flow path 680 to supply the outside air to the heating device 400. That is, the outside air supply unit 800 can supply oxygen necessary for operating the heating apparatus 400. At this time, the outside air supply unit 800 supplies only the air to which the heating device 400 supplies oxygen necessary for burning the fuel. Particularly, in the catalyst regeneration process, the heating device 400 is operated in the place where the closed loop is formed. Therefore, if the outside air supply part 800 is not provided, the heating device 400 may be continuously operated and the combustion air may be insufficient.

외기 공급부(800)는, 도시하지는 않았으나, 외부의 공기를 주입하기 위한 외기 공급 유로와, 외기 공급 유로를 개폐하는 외기 공급 밸브, 또는 외기 공급 펌프 등을 포함할 수 있다.The outside air supply unit 800 may include an outside air supply passage for injecting outside air, an outside air supply valve for opening and closing the outside air supply passage, or an outside air supply pump, though not shown.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예서는, 연소 공기를 필요로 하는 버너가 가열 장치(400)로 사용될 경우, 가열 장치(400)가 외기 공급부(800)로부터 산소를 공급받을 수 있으므로, 가열 장치(400)의 효과적인 운용이 가능하다.As described above, in an embodiment of the present invention, when the burner requiring combustion air is used as the heating device 400, the heating device 400 can receive oxygen from the outside air supply part 800, 400 can be operated effectively.

분해 챔버(500)는 재순환 유로(680) 상에 설치된다. 분해 챔버(500)는 환원제 전구체인 우레아(urea, CO(NH2)2)를 공급받아 이를 분해하여 질소산화물(NOx)을 환원시킬 환원제로 사용되는 암모니아(NH3)를 생성한다.The decomposition chamber 500 is installed on the recirculation passage 680. The decomposition chamber 500 generates ammonia (NH 3 ) which is used as a reducing agent to reduce nitrogen oxide (NOx) by decomposing the urea (CO (NH 2 ) 2 ) as a reducing agent precursor.

구체적으로, 분해 챔버(500) 내의 온도가 섭씨 300도 내지 섭씨 500도 범위 내로 유지되면, 우레아(urea, CO(NH2)2)가 용이하게 가수분해되면서 암모니아(NH3)와 이소시안산(Isocyanic acid, HNCO)이 생성된다. 그리고 이소시안산(HNCO)은 다시 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해된다. 즉, 우레아가 분해되면 최종적으로 암모니아가 생성될 수 있다.If specifically, the temperature in the decomposition chamber 500 is maintained within Celsius 300 degrees to degrees Celsius to 500 degrees, urea (urea, CO (NH 2) 2) is as easily hydrolyzed ammonia (NH 3) and isocyanate ( Isocyanic acid, HNCO). And isocyanate (HNCO) is decomposed again into ammonia (NH 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ). That is, when urea is decomposed, ammonia may finally be generated.

환원제 분사부(570)는 분해 챔버(500)에서 생성된 암모니아(NH3)를 공급받아 반응기(300)에 유입될 배기가스에 분사한다. 환원제 분사부(570)를 통해 분사된 암모니아는 배기가스와 혼합되어 반응기(300)의 촉매(350)를 거치면서 배기가스에 함유된 질소산화물을 환원시킨다. 일례로, 환원제 분사부(570)는 재순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 합류 지점, 즉 반응기(300) 전방의 배기 유로(610)에 설치될 수 있다. 또한, 환원제 분사부(570)는 반응기(300)의 전단에 설치될 수도 있다.The reducing agent spraying unit 570 injects ammonia (NH 3 ) generated in the decomposition chamber 500 into the exhaust gas to be introduced into the reactor 300. Ammonia injected through the reducing agent injecting section 570 is mixed with the exhaust gas to reduce the nitrogen oxide contained in the exhaust gas through the catalyst 350 of the reactor 300. For example, the reducing agent spraying section 570 may be installed at a junction point between the recirculation passage 680 and the exhaust passage 610, that is, in the exhaust passage 610 in front of the reactor 300. Also, the reducing agent spraying unit 570 may be installed at the front end of the reactor 300.

환원제 공급부(550)는 환원제 전구체인 우레아를 분해 챔버(500)에 공급한다. 환원제 공급부(550)는 디젤 엔진(200)의 부하에 따라 변동하는 환원제 요구량을 고려하여 적절한 양의 우레아를 분해 챔버(500)에 공급할 수 있다.The reducing agent supply unit 550 supplies urea, which is a reducing agent precursor, to the decomposition chamber 500. The reducing agent supply unit 550 can supply an appropriate amount of urea to the decomposition chamber 500 in consideration of the amount of reducing agent that varies depending on the load of the diesel engine 200. [

환원제 공급부(550)는 저장 탱크, 분무용 압축 공기 공급 장치 등 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 구성을 포함할 수 있다.The reducing agent supply unit 550 may include various configurations known to those skilled in the art such as a storage tank, compressed air supply apparatus for spraying, and the like.

재생 보조 유로(690)는 재순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 합류 지점과 가열 장치(400) 사이의 재순환 유로(680)에서 분기하여 배기 유로(610)와 재순환 유로(680)의 분기 지점과 반응기(300) 후단 사이의 배기 유로(610)에 합류할 수 있다. 재생 보조 유로(690)는 촉매(350)를 재생시키는 과정에서 재순환 유로(680)와 함께 활용될 수 있다.The regeneration auxiliary flow path 690 is branched from the junction point between the recirculation flow path 680 and the exhaust flow path 610 and the recirculation flow path 680 between the heating device 400 and branches the exhaust flow path 610 and the recirculation flow path 680 And can join the exhaust flow path 610 between the point and the rear end of the reactor 300. The regeneration auxiliary flow path 690 can be utilized together with the recirculation flow path 680 in the process of regenerating the catalyst 350. [

메인 밸브(710)는 배기 유로(610)와 재순환 유로(680)의 합류 지점 전방의 배기 유로(610)에 설치될 수 있다. 보조 밸브(730)는 배기 유로(610)와 재순환 유로(680)의 분기 지점 후방의 배기 유로(610)에 설치될 수 있다. 즉, 메인 밸브(710)와 보조 밸브(730)는 반응기(300)의 전방 및 후방에 각각 설치되어 배기 유로(610)를 개폐한다.The main valve 710 may be installed in the exhaust passage 610 in front of the confluence point of the exhaust passage 610 and the recirculation passage 680. The auxiliary valve 730 may be installed in the exhaust passage 610 behind the branch point of the recirculation passage 680. That is, the main valve 710 and the auxiliary valve 730 are installed at the front and rear of the reactor 300 to open and close the exhaust passage 610, respectively.

재순환 밸브(780)는 재순환 유로(680)와 재생 보조 유로(690)의 분기 지점과 재순환 유로(680)와 배기 유로(610)의 합류 지점 사이의 재순환 유로(680) 상에 설치될 수 있다. 재생 보조 밸브(790)는 재생 보조 유로(690) 상에 설치될 수 있다.The recirculation valve 780 may be installed on the recirculation flow path 680 between the recirculation flow path 680 and the regeneration assist flow path 690 and between the recirculation flow path 680 and the exhaust flow path 610. The regeneration assistant valve 790 may be installed on the regeneration assistant flow path 690.

바이패스 유로(620)는 메인 밸브(710) 전방의 배기 유로(610)에서 분기되어 보조 밸브(730) 후방의 배기 유로(610)에 합류할 수 있다. 그리고 바이패스 밸브(720)는 바이패스 유로(620) 상에 설치된다.The bypass flow path 620 branches from the exhaust flow path 610 in front of the main valve 710 and can join the exhaust flow path 610 behind the auxiliary valve 730. The bypass valve 720 is installed on the bypass flow path 620.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 피독된 촉매(350)를 효과적으로 재생시킬 수 있다.With such a configuration, the selective catalytic reduction system 101 according to an embodiment of the present invention can effectively regenerate the poisoned catalyst 350. [

즉, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 촉매(350)를 재생하기 위하여 재순환 유로(680)와 재생 보조 유로(690)를 활용하여 가열 장치(400)를 거치는 폐루프를 형성함으로써, 촉매(350)를 재생시키기 위해 소모되는 열에너지를 최소화할 수 있다. 또한, 촉매(350)를 승온시키는데 소요되는 시간도 단축할 수 있다.That is, the selective catalytic reduction system 101 forms a closed loop through the heating device 400 by utilizing the recycle passage 680 and the regeneration auxiliary passage 690 to regenerate the catalyst 350, It is possible to minimize the heat energy consumed for regenerating the heat exchanger. Also, the time required for raising the temperature of the catalyst 350 can be shortened.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 재생 보조 유로(690)를 활용하여 폐루프를 순환하는 유체의 흐름, 즉 유체의 이동 방향을 선택적으로 조절할 수 있다. 따라서 반응기(300)에 설치된 촉매(350)의 재생을 효과적으로 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the flow of the fluid circulating through the closed loop, that is, the moving direction of the fluid, can be selectively controlled by utilizing the regeneration auxiliary flow path 690. Therefore, the regeneration of the catalyst 350 installed in the reactor 300 can be effectively performed.

구체적으로, 반응기(300) 전단에 배치된 촉매(350)를 우선적으로 재생시키고자 할 때에는 재순환 유로(680)를 통해 반응기(300)의 전단에서 후단 방향으로 유체를 순환시킨다.Specifically, when the catalyst 350 disposed at the upstream side of the reactor 300 is preferentially regenerated, the fluid is circulated from the front end to the rear end side of the reactor 300 through the recirculation flow path 680.

그리고 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)를 우선적으로 재생시키고자 할 때에는 재생 보조 유로(690)를 통해 유체를 이동시킨다. 재생 보조 유로(690)를 통해 이동하는 유체는 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)를 간접 가열시키게 된다.When the catalyst 350 disposed at the rear end of the reactor 300 is preferentially regenerated, the fluid is moved through the regeneration assistant flow path 690. The fluid moving through the regeneration auxiliary flow path 690 indirectly heats the catalyst 350 disposed at the rear end of the reactor 300.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉매(350)를 재생시키는 동작 중에도, 디젤 엔진(200)의 배기가스는 바이패스 유로(620)를 통해 이동하여 배출될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 구비한 선박은 정박하거나 운항을 중단하지 않고도 운항 중에 촉매(350)를 재생시킬 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the exhaust gas of the diesel engine 200 may be discharged through the bypass flow path 620 during the operation of regenerating the catalyst 350. That is, a vessel having the selective catalytic reduction system 101 according to an embodiment of the present invention can regenerate the catalyst 350 during operation without anchoring or disabling the operation.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 동작 원리를 설명한다.Hereinafter, the operation principle of the selective catalytic reduction system 101 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 후처리 모드와 촉매 재생 모드 중 어느 하나의 모드로 구분 동작할 수 있다.The selective catalytic reduction system (101) according to an embodiment of the present invention can operate in either of a post-treatment mode and a catalyst regeneration mode.

도 1에 도시한 바와 같이, 후처리 모드에서는 동력 발생 과정에서 배출된 배기가스가 배기 유로(610)를 따라 반응기(300)를 거쳐 이동할 수 있다. 일례로, 동력 발생 과정에서 배출된 배기가스는 디젤 엔진(200)에서 배출된 배기가스일 수 있다. 즉, 후처리 모드에서는 디젤 엔진(200)의 배기가스를 후처리하여 정화시킬 수 있다. 여기서, 정화는 배기가스 중에 함유된 질소산화물을 저감시키는 것을 의미한다.As shown in FIG. 1, in the post-treatment mode, the exhaust gas discharged in the power generation process can be moved along the exhaust flow path 610 through the reactor 300. For example, the exhaust gas discharged in the power generation process may be the exhaust gas discharged from the diesel engine 200. That is, in the post-treatment mode, the exhaust gas of the diesel engine 200 can be post-treated for purification. Here, purification means reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas.

구체적으로, 후처리 모드에서, 메인 밸브(710) 및 보조 밸브(730)는 개방되고 바이패스 밸브(720)는 폐쇄될 수 있다. 그리고 재순환 밸브(780)는 개방되고, 재생 보조 밸브(790)는 폐쇄될 수 있다.Specifically, in the post-treatment mode, the main valve 710 and the auxiliary valve 730 are opened and the bypass valve 720 is closed. Then, the recirculation valve 780 is opened and the regeneration auxiliary valve 790 can be closed.

또한, 가열 장치(400)는 후처리 모드에서 환원제를 생성하는 분해 챔버(500)의 온도가 환원제 생성이 가능한 온도 이하가 되면 가동될 수 있다.Further, the heating apparatus 400 can be operated when the temperature of the decomposition chamber 500, which generates the reducing agent in the post-treatment mode, becomes lower than the temperature at which the reducing agent can be generated.

촉매 재생 모드에서는 동력 발생 과정에서 배출된 배기가스가 바이패스 유로(620)를 따라 반응기(300)를 우회하여 이동된다. 가열 장치(400)는 반응기(300)에 설치된 촉매(350)를 가열하여 촉매 피독 물질을 분해시켜 제거하기 위해 필요한 열에너지를 공급한다. 그리고 환원제 공급부(550)는 분해 챔버(500)에 대한 환원제 전구체의 공급을 중단한다.In the catalyst regeneration mode, the exhaust gas discharged during the power generation process is moved along the bypass flow path 620 while bypassing the reactor 300. The heating device 400 heats the catalyst 350 installed in the reactor 300 to supply thermal energy necessary for decomposing and removing the catalyst poisoning substance. The reducing agent supply unit (550) stops the supply of the reducing agent precursor to the decomposition chamber (500).

또한, 촉매 재생 모드는 제1 재생 모드, 제2 재생 모드, 및 제3 재생 모드를 포함한다.Further, the catalyst regeneration mode includes a first regeneration mode, a second regeneration mode, and a third regeneration mode.

도 2에 도시한 바와 같이, 제1 재생 모드는 반응기(300) 전단에 배치된 촉매(350)를 우선적으로 재생시키고자 할 때 가동될 수 있다.As shown in FIG. 2, the first regeneration mode can be activated when the catalyst 350 disposed at the upstream side of the reactor 300 is preferentially regenerated.

제1 재생 모드에서, 메인 밸브(710), 보조 밸브(730), 및 재생 보조 밸브(790)는 폐쇄되고, 재순환 밸브(780)는 개방된다. 그리고 바이패스 밸브(720)도 개방된다. 즉, 제1 재생 모드에서는 배기 유로(610)의 일부와 재순환 유로(680)를 포함하며 가열 장치(400)와 반응기(300) 사이를 순환하는 포함하는 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다. 그리고 블로워(450)가 가열 장치(400)에 의해 가열된 유체를 반응기(300)의 전단에서 후단 방향으로 이동시켜 폐루프 순환시킨다. In the first regeneration mode, the main valve 710, the auxiliary valve 730, and the regeneration assistant valve 790 are closed and the recirculation valve 780 is opened. The bypass valve 720 is also opened. That is, in the first regeneration mode, a closed loop including a part of the exhaust flow path 610 and the recirculation flow path 680 and circulating between the heating device 400 and the reactor 300 can be formed . The blower 450 moves the fluid heated by the heating device 400 from the front end of the reactor 300 toward the rear end to circulate the closed loop.

전술한 바와 같이, 촉매(350)는 배기가스의 황산화물(SOx)과 암모니아(NH3)가 반응하여 생성된 촉매 피독 물질에 피독되어 활성이 저하될 수 있다. 일례로, 황산암모늄(Ammonium sulfate, (NH4)2SO4) 및 아황산수소암모늄(Ammonium bisulfate, NH4HSO4)과 같은 촉매 피독 물질은 섭씨 350도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도에서 분해된다. 따라서, 가열 장치(400)에 의해 승온된 유체로 반응기(300) 내의 촉매(350)를 가열하면 촉매 피독 물질이 분해 제거되어 촉매(350)의 활성을 회복시킬 수 있다.As described above, the catalyst 350 may be poisoned by the catalyst poisoning material generated by the reaction of sulfur oxides (SOx) and ammonia (NH 3 ) of the exhaust gas, and the activity may be lowered. In one example, the catalyst poisoning materials, such as ammonium sulfate (Ammonium sulfate, (NH 4) 2 SO 4) and hydrogen sulfite, ammonium (Ammonium bisulfate, NH 4 HSO 4 ) is decomposed at a temperature in the range degrees to degrees Celsius to 450 degrees Celsius to 350. Therefore, when the catalyst 350 in the reactor 300 is heated with the fluid heated by the heating device 400, the catalyst poisoning material is decomposed and removed to restore the activity of the catalyst 350.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 제1 재생 모드에서 형성되는 폐루프(closed loop)가 배기 유로(610)의 일부와 재순환 유로(680)를 포함하며 반응기(300)와 가열 장치(400) 사이를 순환하도록 형성되고, 가열 장치(400)가 폐루프를 순환하는 유체를 가열함으로써 촉매(350)를 재생시키기 위해 소모되는 열에너지를 최소화시켜 연료의 낭비를 막을 수 있다.A closed loop formed in the first regeneration mode includes a part of the exhaust flow path 610 and the recirculation flow path 680 and is connected to the reactor 300 and the heating device 400, And the heating device 400 minimizes the thermal energy consumed by regenerating the catalyst 350 by heating the fluid circulating in the closed loop, thereby preventing waste of fuel.

또한, 가열 장치(400)의 가동에 따라 폐루프 내 산소가 부족해지면, 외기 공급부(800)를 가동하여 가열 장치(400)에 필요한 연소 공기를 공급할 수 있다.In addition, when oxygen in the closed loop becomes insufficient due to the operation of the heating device 400, the outside air supply part 800 can be operated to supply the combustion air required for the heating device 400.

이와 같이, 외기 공급부(800)가 가동되면, 보조 밸브(730)는 필요에 따라 일부만 개방될 수도 있다. 즉, 외기 공급부(800)가 가동되면, 보조 밸브(730)는 일부만 폐쇄될 수 있다. 이는 외기 공급부(800)가 가열 장치(400)에 연소 공기를 공급하기 위하여 폐루프에 외기를 지속적으로 공급하면 폐루프의 압력이 상승될 수 있기 때문이다. 이때, 보조 밸브(730)를 일부 개방하여 폐루프의 압력을 안전한 범위 이내로 유지할 수 있다. 여기서, 안전한 범위란 동력 장치의 배기 시스템과 선택적 촉매 환원 시스템(101)이 안정적으로 유지될 수 있는 허용 압력 이내를 의미한다.As described above, when the outside air supply part 800 is operated, the auxiliary valve 730 may be partially opened only if necessary. That is, when the outside air supply part 800 is activated, the auxiliary valve 730 can be partially closed. This is because when the outside air supply unit 800 continuously supplies outside air to the closed loop to supply the combustion air to the heating unit 400, the pressure of the closed loop can be raised. At this time, the auxiliary valve 730 may be partly opened to maintain the pressure of the closed loop within a safe range. Here, the safe range means that the exhaust system of the power unit and the selective catalytic reduction system 101 are within an allowable pressure at which they can be stably maintained.

도 3에 도시한 바와 같이, 제2 재생 모드는 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)를 우선적으로 재생시키고자 할 때 가동될 수 있다.As shown in FIG. 3, the second regeneration mode can be activated when the catalyst 350 disposed at the rear end of the reactor 300 is preferentially regenerated.

제2 재생 모드에서, 메인 밸브(710), 보조 밸브(730), 및 재순환 밸브(780)는 폐쇄되고, 재생 보조 밸브(790)는 개방된다. 그리고 바이패스 밸브9720)도 개방된다.In the second regeneration mode, the main valve 710, the auxiliary valve 730, and the recirculation valve 780 are closed, and the regeneration auxiliary valve 790 is opened. And the bypass valve 9720) are also opened.

즉, 제2 재생 모드에서는 배기 유로(610)의 일부와 재순환 유로(680)의 일부 그리고 재생 보조 유로(690)를 포함하며 가열 장치(400)를 거치는 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다. 그리고 블로워(450)는 가열 장치(400)에 의해 가열된 유체를 폐루프 순환시킨다. That is, in the second regeneration mode, a closed loop including a part of the exhaust passage 610, a part of the recycle passage 680, and the regeneration auxiliary passage 690 and passing through the heating device 400 can be formed . The blower 450 circulates the fluid heated by the heating device 400 in the closed loop.

이때, 재생 보조 유로(690)와 배기 유로(610)의 합류 지점이 반응기(300)의 후단과 인접하므로, 가열 장치(400)에 의해 승온된 유체는 재생 보조 유로(690)에서 배기 유로(610)를 거쳐 재순환 유로(680)를 따라 이동하면서 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)를 우선적으로 간접 가열하게 된다. 즉, 승온된 유체가 이동하면서 대류 또는 복사 등의 열전달 방법으로 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)부터 가열하게 된다.At this time, since the joining point of the regeneration auxiliary flow path 690 and the exhaust flow path 610 is adjacent to the rear end of the reactor 300, the fluid heated by the heating device 400 flows from the regeneration auxiliary flow path 690 to the exhaust flow path 610 The catalyst 350 disposed at the rear end of the reactor 300 is indirectly heated by preferentially moving the catalyst 350 along the recirculation flow path 680. That is, as the heated fluid moves, it is heated from the catalyst 350 disposed at the rear end of the reactor 300 by a heat transfer method such as convection or radiation.

또한, 가열 장치(400), 외기 공급부(800), 및 보조 밸브(730)의 동작은 제1 재생 모드와 동일하다. 특히, 외기 공급부(800)의 가동에 따른 보조 밸브(730)의 동작은 제1 재생 모드와 동일하다.Further, the operations of the heating device 400, the outside air supply part 800, and the auxiliary valve 730 are the same as those in the first regeneration mode. In particular, the operation of the auxiliary valve 730 according to the operation of the outside air supply unit 800 is the same as that of the first regeneration mode.

도 4에 도시한 바와 같이, 제3 재생 모드는 반응기(300) 전후단에 배치된 촉매(350)를 모두 동일한 비중으로 재생시키고자 할 때 가동될 수 있다.As shown in FIG. 4, the third regeneration mode can be activated when regenerating the catalyst 350 disposed at the upstream and downstream sides of the reactor 300 with the same specific gravity.

제3 재생 모드에서, 메인 밸브(710) 및 보조 밸브(730)는 폐쇄되고, 재순환 밸브(780) 및 재생 보조 밸브(790)는 개방된다. 그리고 바이패스 밸브(720)도 개방된다. 즉, 제3 재생 모드에서는 제1 재생 모드에서 형성된 폐루프와 제2 재생 모드에서 형성된 폐루프가 모두 형성된다. 그리고 블로워(450)는 가열 장치(400)에 의해 가열된 유체를 폐루프 순환시킨다.In the third regeneration mode, the main valve 710 and the auxiliary valve 730 are closed, and the recirculation valve 780 and the regeneration auxiliary valve 790 are opened. The bypass valve 720 is also opened. That is, both the closed loop formed in the first reproduction mode and the closed loop formed in the second reproduction mode are formed in the third reproduction mode. The blower 450 circulates the fluid heated by the heating device 400 in the closed loop.

즉, 제2 재생 모드에서는 배기 유로(610)의 일부와 재순환 유로(680)의 일부 그리고 재생 보조 유로(690)를 포함하며 가열 장치(400)를 거치는 폐루프(closed loop)를 형성할 수 있다. 그리고 블로워(450)는 가열 장치(400)에 의해 가열된 유체를 양 폐루프 각각으로 동시에 순환시킨다.That is, in the second regeneration mode, a closed loop including a part of the exhaust passage 610, a part of the recycle passage 680, and the regeneration auxiliary passage 690 and passing through the heating device 400 can be formed . The blower 450 circulates the fluid heated by the heating device 400 to both of the closed loops simultaneously.

이에, 반응기(300) 전단에 배치된 촉매(350)와 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)가 모두 효과적으로 재생될 수 있다.Thus, both the catalyst 350 disposed at the front end of the reactor 300 and the catalyst 350 disposed at the rear end of the reactor 300 can be effectively regenerated.

또한, 가열 장치(400), 외기 공급부(800), 및 보조 밸브(730)의 동작은 제1 재생 모드 및 제2 재생 모드와 동일하다. 특히, 외기 공급부(800)의 가동에 따른 보조 밸브(730)의 동작은 제1 재생 모드 및 제2 재생 모드와 동일하다.The operations of the heating device 400, the outside air supply part 800, and the auxiliary valve 730 are the same as those of the first regeneration mode and the second regeneration mode. In particular, the operation of the auxiliary valve 730 according to the operation of the outside air supply unit 800 is the same as the first regeneration mode and the second regeneration mode.

또한, 외기 공급부(800)는 가열 장치(400)에 연소 공기가 필요할 경우 후처리 모드에서도 가동될 수 있다.Also, the outside air supply part 800 can be operated even in the post-treatment mode when combustion air is required in the heating device 400. [

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉매 재생 모드에서 디젤 엔진(200)에서 배출된 배기가스는 바이패스 유로(620)를 따라 반응기(300)를 우회하여 이동할 수 있다. 즉, 촉매 재생 모드에서는 디젤 엔진(200)의 배기가스를 후처리하지 않고 배출할 수 있다.Also, according to one embodiment of the present invention, the exhaust gas discharged from the diesel engine 200 in the catalyst regeneration mode can travel along the bypass flow path 620 while bypassing the reactor 300. That is, in the catalyst regeneration mode, the exhaust gas of the diesel engine 200 can be discharged without post-treatment.

한편, 본 발명의 일 실시예가 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 촉매 재생 모드가 아닌 경우에도, 선박이 공해 영역이나 환경 규제 영역이 아닌 곳에서 운항하거나 선택적 촉매 환원 시스템에 이상이 발생하였으나 재생이 불가능한 응급 상황에서는 바이패스 유로(620)를 통해 디젤 엔진(200)의 배기가스를 배출할 수 있다. 이 경우, 가열 장치(400)는 가동되지 않는다.In the meantime, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Even when the ship is not in the catalyst regeneration mode, if the ship is operated in a region other than the pollution region or the environment regulatory region, In an emergency, the exhaust gas of the diesel engine 200 can be discharged through the bypass flow path 620. In this case, the heating apparatus 400 is not operated.

이와 같은 동작에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 피독된 촉매(350)를 효과적으로 재생시킬 수 있다.By such operation, the selective catalytic reduction system 101 according to an embodiment of the present invention can effectively regenerate the poisoned catalyst 350. [

배기가스가 반응기(300)에 설치된 복수의 촉매(350)를 거치면서 온도가 점점 하강될 수 있으며, 이에 촉매(350)의 피독 정도가 반응기(300) 내 배치된 위치에 따라 상이할 수 있다.The exhaust gas may be gradually lowered through the plurality of catalysts 350 installed in the reactor 300 and the degree of poisoning of the catalyst 350 may vary depending on the position in the reactor 300.

또한, 반응기(300) 전단에 배치된 촉매(350)는 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)보다 환원 반응이 활발하게 일어난다. 이는 촉매(350)를 거치면서 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도가 저감되기 때문이다. 따라서, 반응기(300) 전단에 배치된 촉매(350)의 수명 또는 활성도가 반응기(300) 후단에 배치된 촉매(350)에 비해 상대적으로 빠르게 저하될 수 있다.Also, the catalyst 350 disposed at the upstream side of the reactor 300 is actively subjected to the reduction reaction more actively than the catalyst 350 disposed downstream of the reactor 300. This is because the concentration of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is reduced while passing through the catalyst 350. Therefore, the lifetime or the activity of the catalyst 350 disposed at the upstream side of the reactor 300 can be lowered relatively rapidly as compared with the catalyst 350 disposed at the downstream side of the reactor 300.

또한, 반응기(300) 전단에 배치된 촉매(350)에는 후단에 배치된 촉매(350)와 비교하여 촉매 피독 물질 이외에도 이물질이 부착되기 쉽다.In addition, the catalyst 350 disposed on the upstream side of the reactor 300 is liable to adhere to the catalyst 350 in addition to the catalyst poisoning substance.

따라서, 반응기(300)에 배치된 복수의 촉매(350)의 위치에 따라 우선적으로 일부 촉매(350)를 재생시킬 필요가 있다.Therefore, it is necessary to regenerate some of the catalysts 350 preferentially according to the positions of the plurality of catalysts 350 disposed in the reactor 300.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기(300) 내 설치된 복수의 촉매(350)에 대한 선택적인 재생이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, selective regeneration of a plurality of catalysts 350 installed in the reactor 300 is possible.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

101: 선택적 촉매 환원 시스템
200: 디젤 엔진
250: 과급기
300: 반응기
350: 촉매
400: 가열 장치
450: 블로워
500: 분해 챔버
550: 환원제 공급부
570: 환원제 분사부
610: 배기 유로
620: 바이패스 유로
680: 재순환 유로
690: 재생 보조 유로
710: 메인 밸브
720: 바이패스 밸브
730: 보조 밸브
780: 재순환 밸브
790: 재생 보조 밸브
800: 외기 공급부
101: Selective Catalytic Reduction System
200: Diesel engine
250: Supercharger
300: reactor
350: catalyst
400: Heating device
450: Blower
500: decomposition chamber
550: Reducing agent supply unit
570: Reducing agent dispensing part
610:
620: Bypass channel
680: Recirculation flow path
690:
710: Main valve
720: Bypass valve
730: auxiliary valve
780: recirculation valve
790: Regeneration auxiliary valve
800: outside air supply part

Claims (12)

동력 발생 과정에서 배출된 질소산화물(NOx)을 함유한 배기가스가 이동하는 배기 유로;
상기 배기 유로 상에 설치되며 촉매가 내부에 설치된 반응기;
상기 반응기 후방의 상기 배기 유로에서 분기하여 상기 반응기 전방의 상기 분기 유로에 합류하는 재순환 유로;
상기 재순환 유로 상에 설치된 가열 장치; 및
상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류 지점과 상기 가열 장치 사이의 상기 재순환 유로에서 분기하여 상기 배기 유로와 상기 재순환 유로의 분기 지점과 상기 반응기 후단 사이의 상기 배기 유로에 합류하는 재생 보조 유로
를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
An exhaust passage through which exhaust gas containing nitrogen oxides (NOx) discharged in the power generation process moves;
A reactor installed on the exhaust passage and having a catalyst therein;
A recirculation flow path branched from the exhaust flow path behind the reactor and joined to the branch flow path in front of the reactor;
A heating device installed on the recirculation flow path; And
A regeneration auxiliary flow path which branches from the recirculation flow path between the recirculation flow path and the exhaust flow path and between the recirculation flow path between the heating device and the exhaust flow path between the exhaust flow path and the branch point of the recirculation flow path and the rear end of the reactor,
≪ / RTI >
제1항에 있어서,
동력 발생 과정에서 배출된 배기가스가 상기 배기 유로를 따라 상기 반응기를 거쳐 이동하는 후처리 모드와;
상기 가열 장치를 포함하는 폐루프(closed loop)를 형성하여 상기 반응기의 촉매를 재생시키는 촉매 재생 모드
중 어느 하나의 모드로 동작하는 선택적 촉매 환원 시스템.
The method according to claim 1,
A post-treatment mode in which the exhaust gas discharged in the power generation process moves through the reactor along the exhaust passage;
A catalyst regeneration mode for regenerating the catalyst of the reactor by forming a closed loop including the heating device;
The selective catalytic reduction system operating in any one of the two modes.
제2항에 있어서,
상기 배기 유로와 상기 재순환 유로의 합류 지점 전방의 상기 배기 유로에 설치된 메인 밸브;
상기 배기 유로와 상기 재순환 유로의 분기 지점 후방의 상기 배기 유로에 설치된 보조 밸브;
상기 재순환 유로와 상기 재생 보조 유로의 분기 지점과 상기 재순환 유로와 상기 배기 유로의 합류 지점 사이의 상기 재순환 유로 상에 설치된 재순환 밸브; 및
상기 재생 보조 유로 상에 설치된 재생 보조 밸브
를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
3. The method of claim 2,
A main valve provided in the exhaust passage in front of a junction point of the exhaust passage and the recirculation passage;
An auxiliary valve provided in the exhaust passage behind the branch point of the exhaust passage and the recirculation passage;
A recirculation valve provided on the recirculation flow path between a branch point of the recycle passage and the recycling auxiliary passage and a junction point of the recirculation passage and the exhaust passage; And
And a regeneration auxiliary valve
≪ / RTI >
제3항에 있어서,
상기 후처리 모드에서, 상기 메인 밸브, 상기 보조 밸브, 및 상기 재순환 밸브는 개방되고 상기 재생 보조 밸브는 폐쇄되는 선택적 촉매 환원 시스템.
The method of claim 3,
In the after-treatment mode, the main valve, the auxiliary valve, and the recirculation valve are opened and the regeneration auxiliary valve is closed.
제3항에 있어서,
상기 촉매 재생 모드는,
상기 메인 밸브, 상기 보조 밸브, 및 상기 재생 보조 밸브는 폐쇄되고, 상기 재순환 밸브는 개방되는 제1 재생 모드와;
상기 메인 밸브, 상기 보조 밸브, 및 상기 재순환 밸브는 폐쇄되고, 상기 재생 보조 밸브는 개방되는 제2 재생 모드; 그리고
상기 메인 밸브 및 상기 보조 밸브는 폐쇄되고, 상기 재순환 밸브 및 상기 재생 보조 밸브는 개방되는 제3 재생 모드
를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
The method of claim 3,
In the catalyst regeneration mode,
A first regeneration mode in which the main valve, the auxiliary valve, and the regeneration auxiliary valve are closed and the recirculation valve is opened;
A second regeneration mode in which the main valve, the auxiliary valve, and the recirculation valve are closed and the regeneration assisting valve is opened; And
The main valve and the auxiliary valve are closed, and the recycle valve and the regeneration auxiliary valve are opened,
≪ / RTI >
제3항에 있어서,
상기 메인 밸브 전방의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 보조 밸브 후방의 상기 배기 유로에 합류하는 바이패스 유로와;
상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브
를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
The method of claim 3,
A bypass flow path branched from the exhaust flow path in front of the main valve and joined to the exhaust flow path behind the auxiliary valve;
And a bypass valve
≪ / RTI >
제6항에 있어서,
상기 바이패스 밸브는 상기 후처리 모드에서 폐쇄되고 상기 촉매 재생 모드에서 개방되는 선택적 촉매 환원 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the bypass valve is closed in the post-treatment mode and is open in the catalyst regeneration mode.
제3항에 있어서,
상기 재순환 유로에 연결되어 상기 가열 장치에 필요한 산소를 공급하는 외기 공급부를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
The method of claim 3,
And an outside air supply unit connected to the recirculation flow path to supply oxygen necessary for the heating apparatus.
제8항에 있어서,
상기 외기 공급부가 가동되면 상기 보조 밸브는 적어도 일부 개방되는 선택적 촉매 환원 시스템.
9. The method of claim 8,
And the auxiliary valve is at least partially opened when the outside air supply unit is activated.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분기 유로 상에 설치된 분해 챔버와;
상기 분해 챔버에 환원제 또는 환원제 전구체를 공급하는 환원제 공급부
를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
10. The method according to any one of claims 1 to 9,
A decomposition chamber provided on the branch passage;
A reducing agent supply unit for supplying a reducing agent or a reducing agent precursor to the decomposition chamber;
≪ / RTI >
제10항에 있어서,
상기 분기 유로 상에 설치된 블로워를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
11. The method of claim 10,
And a blower provided on the branch passage.
제10항에 있어서,
상기 가열 장치는 상기 후처리 모드에서 상기 분해 챔버의 온도가 환원제 생성 온도 이하이거나 상기 촉매 재생 모드에서 가동되는 선택적 촉매 환원 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the heating apparatus is operated in the post-treatment mode in which the temperature of the decomposition chamber is below the reducing agent production temperature or in the catalyst regeneration mode.
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