KR20210066439A - 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치는, 디젤엔진에서 발생되는 배기가스의 후처리 장치에 포함되는 선택적촉매환원 장치; 및 상기 선택적촉매환원 장치의 환원제를 상기 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급하기 위한 디젤개질 장치;를 포함한다.
Description
본 발명은 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤엔진에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원 장치의 환원제를 디젤개질 반응으로 생생한 수소로 제공함으로써 우레아 사용에 따른 부작용을 원천적으로 차단하기 위한, 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
디젤엔진의 배기가스에는 연소되지 않은 탄화수소(HydroCarbon, HC), 질소산화물(Nitrogen Oxide, NOx) 및 입자상물질(Particulate Matters, PM) 등의 대기오염물질을 포함하고 있다.
특히, 압축착화 방식의 디젤엔진은 연소특성상 가솔린엔진에 비해 질소산화물과 입자상물질의 배출이 많기 때문에, 환경규제 조건을 만족하기 위해 질소산화물 저감 기술에 의한 탈질촉매장치와 입자상물질 저감 기술에 의한 디젤입자상필터(Diesel Particulate Filter, DPF)와 같은 후처리 장치를 반드시 장착해야 한다.
탈질촉매장치는 선택적촉매환원법(Selective Catalytic Reduction, SCR)을 통해 질소산화물을 제거하는 장치로서, 질소산화물 저감 기술 중 가능 널리 사용되고 있다.
또한, 디젤입자상필터는 강제재생법과 자연재생법을 적용하는 방식이 개발되어 있다.
먼저, 강제재생법은 필터 내에 입자상물질(PM)을 물리적으로 포집한 후 포집된 입자상물질(PM)을 외부열원(버너, 전기집진기)을 이용하여 연소시켜 제거한다.
그리고, 자연재생법은 디젤입자상필터 전단에서 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 일부 전환시키는 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)를 추가 장착하여 이산화질소(NO2)와 입자상물질(PM)의 반응에 의해 입자상물질(PM)을 제거한다.
아울러, 디젤입자상필터에 선택적촉매환원 촉매를 코팅하여 공정을 컴팩트화하고, 질소산화물과 미세먼지를 동시에 처리하는 촉매필터(SCR coated Diesel Particulate Filter, sDPF)가 개발되어 있다.
이러한 기술들은 대기오염물질 배출 규제가 강화됨에 따라 하나 이상의 장치가 복합적으로 장착되는 추세이며, 디젤산화촉매(DOC)-디젤입자상필터(DPF)-선택적촉매환원(SCR) 또는 디젤산화촉매(DOC)-촉매필터(sDPF) 순으로 구성된 공정을 대표적인 예로 들 수 있다.
그런데, 선택적촉매환원법(SCR)에서는 반응을 위해 환원제가 필요하며 대표적으로 우레아(urea)를 주로 사용하고 있다.
이를 위해, 선택적촉매환원법을 적용한 배기가스 정화 장치에서는 우레아 저장탱크, 운송펌프 등의 부가 장비 및 우레아 공급 인프라가 필요하다. 더욱이, 이러한 부가 장비는 설치공간 제약이 크고, 우레아 공급 인프라가 열약한 도서지역, 선박 등의 경우에는 배기가스 정화 장치를 운용하기 곤란할 수 있다.
또한, 환원제로 사용된 우레아의 미반응물인 암모니아는 미세먼지 전구물질로 작용할 수 있고, 디젤입자상필터 및 촉매필터와 복합적으로 구성된 배기정화 장치에서 암모늄염 등 형성에 의한 필터기공 막힘으로 높은 배압 상승과 엔진효율 저하를 초래할 수 있다.
이와 같이, 우레아를 환원제를 사용하는 경우에는 배기가스 정화 장치의 운전 제어가 곤란하여 전체 시스템의 안정적 운영이 쉽지 않을 수 있다.
따라서, 배기가스 정화 장치에서는 우레아 공급에 필요한 부가 장비와 우레아 공급 인프라를 별도로 구비하지 않더라도 기존 디젤엔진에서 사용되던 부가장비(연료탱크 등) 및 공급 인프라를 활용하여 환원제를 안정적으로 공급할 수 있는 방안이 마련될 필요가 있다.
본 발명의 목적은 디젤엔진에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원 장치의 환원제를 디젤개질 반응으로 생생한 수소로 제공함으로써 우레아 사용에 따른 부작용을 원천적으로 차단하기 위한, 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치는, 디젤엔진에서 발생되는 배기가스의 후처리 장치에 포함되는 선택적촉매환원 장치; 및 상기 선택적촉매환원 장치의 환원제를 상기 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급하기 위한 디젤개질 장치;를 포함할 수 있다.
상기 디젤개질 반응은, 부분산화반응, 수증기개질반응, 자연개질반응 중 어느 하나일 수 있다.
상기 디젤개질 반응을 위한 촉매는, 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금일 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 디젤개질 장치의 온도기 일정온도에 도달하기 전에 전기발열을 통해 열을 공급하기 위한 히터;를 더 포함할 수 있다.
상기 디젤개질 장치는, 상기 선택적촉매환원 장치의 후단에서 배기가스 폐열이 직접 주입되는 것일 수 있다.
상기 디젤개질 장치는, 상기 배기가스 폐열과 상기 수소를 함께 상기 선택적촉매환원 장치의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환을 형성하는 것일 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 선택적촉매환원 장치의 후단에서 상기 디젤개질 장치에 직접 주입되는 배기가스량을 조절하기 위한 재순환 밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 후처리 장치는, 디젤산화촉매 장치, 디젤입자상필터 장치, 상기 선택적촉매환원 장치의 순서대로 상기 배기가스를 후처리하는 것일 수 있다.
상기 디젤입자상필터 장치 및 상기 선택적촉매환원 장치는, 소형화를 위해 통합 반응기 형태로 구현하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디젤엔진에서 발생되는 배기가스의 후처리 장치에 포함되는 촉매필터; 및 상기 촉매필터의 환원제를 상기 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급하기 위한 디젤개질 장치;를 포함할 수 있다.
상기 디젤개질 장치는, 상기 촉매필터의 후단에서 직접 주입된 배기가스 폐열과 상기 수소를 함께 상기 촉매필터의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환을 형성하는 것일 수 있다.
상기 후처리 장치는, 디젤산화촉매 장치와 상기 촉매필터의 순서대로 상기 배기가스를 후처리하는 것일 수 있다.
상기 촉매필터는, 디젤입자상필터 장치 및 선택적촉매환원 장치의 공정을 통합하여 구성하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 방법은, (a) 디젤개질 장치가 선택적촉매환원 장치의 환원제를 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급하는 단계; 및 (b) 상기 선택적촉매환원 장치가 상기 수소를 환원제로 사용하여 상기 디젤엔진에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계는, 상기 선택적촉매환원 장치의 후단에서 직접 주입된 배기가스 폐열과 상기 수소를 함께 상기 선택적촉매환원 장치의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명은 디젤엔진에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원 장치의 환원제를 디젤개질 반응으로 생생한 수소로 제공함으로써 우레아 사용에 따른 부작용을 원천적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명은 우레아 사용에 따른 불필요한 설비를 줄이며, 암모니아의 부반응로 인한 일산화질소, 아산화질소, 이산화질소 등의 원천방지, 암모늄계 고체염 생성에 의한 노즐, 필터 막힘 원천차단, 우레아 가수분해 배관 불필요에 따른 시스템 컴팩트화 등의 장점이 있다.
또한, 본 발명은 디젤개질 반응에 필요한 열원을 배기가스의 폐열을 활용 가능하며, 탈질촉매 후단의 배기가스를 디젤개질 장치에 직접 주입한 후 탈질촉매 전단으로 재순환을 통해서 열효율, 수소생산효율 향상 및 질소산화물 저감효율을 증가할 수 있다.
또한, 본 발명은 디젤산화촉매-촉매필터와 배기가스 재순환을 통한 디젤개질장치를 연계한 배기가스 정화 장치가 가장 컴펙트하며, 높은 열효율 및 질소산화물 저감 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 5은 본 발명의 제5 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 5은 본 발명의 제5 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치(이하, '배기가스 정화 장치'라 함, 100)는, 디젤엔진(10)에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원 장치(130)의 환원제(reducing agent)로서, 공급을 위해 부가장치 및 인프라가 필요한 우레아(urea) 대신 연료탱크(20)의 연료를 이용하여 디젤개질 장치(140)의 디젤개질 반응으로 생생한 수소(H2)로 대체함으로써 우레아 사용에 따른 부작용을 원천적으로 차단할 수 있다.
이러한 배기가스 정화 장치(100)는 디젤엔진(10)에서 발생되는 배기가스에서 연소되지 않은 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 및 입자상물질(PM) 등의 대기오염물질을 저감시키기 위한 후처리장치 즉, 디젤산화촉매 장치(110), 디젤입자상필터 장치(120), 선택적촉매환원 장치(130)를 복합적으로 구성할 수 있다.
이때, 디젤산화촉매 장치(110)는 디젤엔진(10)을 통해 배출되는 배기가스 중 연소되지 않은 탄화수소와 일산화질소의 일부를 이산화질소로 생성한다.
또한, 디젤입자상필터 장치(120)는 입자상물질을 물리적으로 포집한 후, 이를 디젤산화촉매 장치(110)에 의해 생성된 이산화질소와 반응시켜 제거한다.
그리고, 선택적촉매환원 장치(130)는 촉매상에서 질소산화물을 이산화탄소와 물로 환원하여 무해한 상태로 변환시킨다. 선택적촉매환원 장치(130)는 디젤개질 장치(140)로부터 환원제로 사용되는 수소가 공급된다.
한편, 디젤개질 장치(140)는 디젤개질 반응을 위한 촉매를 이용하여 연료탱크(20)로부터 전달된 디젤 연료에서 수소를 생성하여 선택적촉매환원 장치(130)에 공급한다.
여기서, 디젤개질 반응을 위한 촉매는 예를 들어, 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금일 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서 '디젤'은 디젤엔진의 연료로 사용할 수 있는 연료유를 의미하며, 경유, 등유, 합성유(하이신), 벙커씨유 등을 포함한다.
아울러, 디젤개질 반응은 CnH2n+2의 탄화수소로부터 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생성하는 반응으로서, 부분산화반응, 수증기개질반응, 자열개질반응으로 분류할 수 있다.
대표적인 디젤 연료유인 경유(C12H26)를 예로 들면, 부분산화반응은 화학식 1과 같고, 산소와 디젤을 부분산화시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산하는 발열반응을 이용하는 방식이다.
[화학식 1]
C12H26＋12O2 → 12CO2＋13H2
다음으로, 수증기개질반응은 하기 화학식 2와 같고, 수증기와 디젤의 반응을 통해 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산하는 흡열반응을 이용하는 방식이다.
[화학식 2]
C12H26＋12H2O → 12CO2＋25H2
다음으로, 자열개질반응은 하기 화학식 3과 같고, 부분산화반응과 수증기개질반응을 복합적으로 진행시키는 방식으로, 주입되는 물(H2O)과 산소(O2)의 비율에 따라 반응열이 달라진다.
[화학식 3]
C12H26＋(24―m)/2O2＋mH2O → 12CO2＋(13＋m)H2
여기서는 디젤개질 장치(140)가 자열개질반응을 적용하는 경우에 대해 설명하기로 한다.
이때, 디젤개질 장치(140)는 자열개질반응을 위해 연료(디젤), 물(H20) 및 산소(O2)의 미리 정해진 비율에 따라 공급된다.
디젤개질 장치(140)에서 생성되는 수소량은 연료탱크(20)에서 공급되는 연료량에 따라 결정된다.
이 경우, 연료탱크(20)에서 공급되는 연료량은 디젤엔진 부하, 배기가스 유량, 배기가스 정화 장치(100)의 전후단 질소산화물 농도차에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 연료탱크(20)에서 공급되는 연료량은 디젤엔진 부하, 배기가스 유량, 질소산화물 농도차 중 적어도 어느 하나가 미리 정해준 임계값 이상일 경우에 증가될 수 있다.
그리고, 디젤개질 장치(140)로부터 생성된 수소환원제는 우레아환원제와 달리 별도의 가수분해 과정이 필요하지 않다.
도 1의 디젤개질 장치(140)는 디젤개질 반응에 필요한 열원이 없이 수소를 발생하는 경우를 나타내지만, 후술할 도 2 및 도 3을 참조하여 디젤개질 반응에 필요한 열원에 의한 열공급이 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 디젤개질 장치(140)는 디젤개질 반응을 위한 열원으로서 히터(150)를 이용할 수 있다. 즉, 디젤개질 장치(140)는 초기 시동시에 히터(150)에 의해 예열된다. 여기서, 히터(150)는 초기 시동시에 디젤개질 장치(140)의 온도가 일정온도에 도달하기 전에 전기발열을 통해 열을 공급하는 것으로서, PTC(Positive Temperature Coefficient) 방식을 적용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 디젤개질 장치(140)는 디젤개질 반응을 위한 열원으로서 배기가스의 폐열을 이용할 수 있다.
이 경우는 디젤개질 장치(140)에 직접 주입하지 않고 배기가스의 폐열을 이용한 열교환 또는 배기가스의 일부를 디젤개질 장치(140)에 직접 주입을 통해 구현할 수 있다.
여기서는 배기가스의 일부를 디젤개질 장치(140)에 직접 주입하는 경우에 대해 설명한다.
구체적으로, 디젤개질 장치(140)에 직접 주입하는 배기가스는 디젤엔진(10)의 후단(A), 디젤산화촉매 장치(110)의 후단(B), 디젤입자상필터 장치(120)의 후단(C), 선택적촉매환원 장치(130)의 후단(D) 중 어느 하나의 지점에서 주입되는 배기가스일 수 있다.
바람직하게는, 디젤개질 장치(140)에 직접 주입하는 배기가스는 선택적촉매환원 장치(130)의 후단(D)에서 주입되는 배기가스일 수 있다.
이때, 디젤개질 장치(140)는 배기가스와 수소를 함께 선택적촉매환원 장치(130)의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환(recirculation)을 형성한다.
즉, 배기가스의 재순환 경로는 선택적촉매환원 장치(130)의 후단→디젤개질 장치(140)→선택적촉매환원 장치(130)의 전단으로 이어지는 경로와 같이 형성된다.
이러한 배기가스 재순환은 디젤개질 장치(140)의 열효율과 수소생산효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 선택적촉매환원 장치(130)의 질소산화물 저감 촉매 물질을 추가하지 않더라도 질소산화물 저감 성능을 향상시켜줄 수 있다.
또한, 디젤개질 장치(140)에 직접 주입되는 배기가스량은 재순환 밸브(160)의 개폐 정도가 조절됨에 따라 제어된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이고, 도 5은 본 발명의 제5 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 배기가스 정화 장치(100)의 소형화를 위해 디젤입자상필터와 선택적촉매환원을 통합 반응기(170) 형태로 구현한 경우를 나타낸다.
이 경우, 도 4는 디젤개질 장치(140)로부터 공급되는 수소가 디젤입자상필터 장치(120)의 전단에 배치하는 경우를 나타내고, 도 5는 디젤개질 장치(140)로부터 공급되는 수소가 선택적촉매환원 장치(130)의 전단에 배치하는 경우를 나타낸다.
도 6은 디젤입자상필터 장치(120)와 선택적촉매환원 장치(130)를 대체하여 촉매필터(180)가 설치되는 경우를 나타낸다.
이러한 촉매필터(180)는 디젤입자상필터 장치(120)와 선택적촉매환원 장치(130)의 공정을 통합하고 전체 구조의 체적을 최소화시킨다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 배기가스 정화 장치(100)는 제1 내지 제6 실시예에서 언급한 특징들을 조합하여 다양한 조건으로 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 방법에 대한 도면이다.
먼저, 디젤개질 장치(140)는 선택적촉매환원 장치(130)의 환원제를 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급한다(S201). 이때, 디젤개질 장치(140)는 선택적촉매환원 장치(130)의 후단에서 직접 주입된 배기가스 폐열과 수소를 함께 선택적촉매환원 장치(130)의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환을 형성한다.
다음으로, 선택적촉매환원 장치(130)는 수소를 환원제로 사용하여 디젤엔진(10)에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시킨다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
10 ; 디젤엔진
20 ; 연료탱크
100 ; 배기가스 정화 장치 110 ; 디젤산화촉매 장치
120 ; 디젤입자상필터 장치 130 ; 선택적촉매환원 장치
140 ; 디젤개질 장치 150 ; 히터
160 ; 재순환 밸브 170 ; 통합 반응기
180 ; 촉매필터
100 ; 배기가스 정화 장치 110 ; 디젤산화촉매 장치
120 ; 디젤입자상필터 장치 130 ; 선택적촉매환원 장치
140 ; 디젤개질 장치 150 ; 히터
160 ; 재순환 밸브 170 ; 통합 반응기
180 ; 촉매필터
Claims (17)
- 디젤엔진에서 발생되는 배기가스의 후처리 장치에 포함되는 선택적촉매환원 장치; 및
상기 선택적촉매환원 장치의 환원제를 상기 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급하기 위한 디젤개질 장치;
를 포함하는 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 디젤개질 반응은,
부분산화반응, 수증기개질반응, 자연개질반응 중 어느 하나인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 디젤개질 반응을 위한 촉매는,
로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 디젤개질 장치의 온도기 일정온도에 도달하기 전에 전기발열을 통해 열을 공급하기 위한 히터;
를 더 포함하는 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 디젤개질 장치는,
상기 선택적촉매환원 장치의 후단에서 배기가스 폐열이 직접 주입되는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 디젤개질 장치는,
상기 배기가스 폐열과 상기 수소를 함께 상기 선택적촉매환원 장치의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환을 형성하는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 선택적촉매환원 장치의 후단에서 상기 디젤개질 장치에 직접 주입되는 배기가스량을 조절하기 위한 재순환 밸브;
를 더 포함하는 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 후처리 장치는,
디젤산화촉매 장치, 디젤입자상필터 장치, 상기 선택적촉매환원 장치의 순서대로 상기 배기가스를 후처리하는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 디젤입자상필터 장치 및 상기 선택적촉매환원 장치는,
소형화를 위해 통합 반응기 형태로 구현하는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 디젤엔진에서 발생되는 배기가스의 후처리 장치에 포함되는 촉매필터; 및
상기 촉매필터의 환원제를 상기 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급하기 위한 디젤개질 장치;
를 포함하는 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 10 항에 있어서,
상기 디젤개질 장치는,
상기 촉매필터의 후단에서 직접 주입된 배기가스 폐열과 상기 수소를 함께 상기 촉매필터의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환을 형성하는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 10 항에 있어서,
상기 후처리 장치는,
디젤산화촉매 장치와 상기 촉매필터의 순서대로 상기 배기가스를 후처리하는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 촉매필터는,
디젤입자상필터 장치 및 선택적촉매환원 장치의 공정을 통합하여 구성하는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치.
- (a) 디젤개질 장치가 선택적촉매환원 장치의 환원제를 디젤엔진의 연료를 이용하여 디젤개질 반응으로 생성한 수소로 공급하는 단계; 및
(b) 상기 선택적촉매환원 장치가 상기 수소를 환원제로 사용하여 상기 디젤엔진에서 발생되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 단계;
를 포함하는 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 방법.
- 제 14 항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
상기 선택적촉매환원 장치의 후단에서 직접 주입된 배기가스 폐열과 상기 수소를 함께 상기 선택적촉매환원 장치의 전단으로 다시 공급하는 배기가스 재순환을 형성하는 것인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 방법.
- 제 14 항에 있어서,
상기 디젤개질 반응은,
부분산화반응, 수증기개질반응, 자연개질반응 중 어느 하나인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 디젤개질 반응을 위한 촉매는,
로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 중 하나의 금속 또는 둘 이상의 합금인 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 방법.
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| KR1020190155682A KR20210066439A (ko) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 디젤개질 수소를 이용한 배기가스 정화 장치 및 그 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20120010352A (ko) | 2010-07-26 | 2012-02-03 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 전기분해 수소를 선택적 촉매 환원반응의 환원제로 활용하는 배기가스 정화장치 |
-
2019
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| KR20120010352A (ko) | 2010-07-26 | 2012-02-03 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 전기분해 수소를 선택적 촉매 환원반응의 환원제로 활용하는 배기가스 정화장치 |
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