KR20220013219A - Apparatus for reducing air pollutant - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배기 오염물질 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 저감시킬 때 발생하는 열을 필요처에 활용하여 장치 효율을 높일 수 있는 배기 오염물질 저감장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust pollutant reduction device, and more particularly, to an exhaust pollutant reduction device capable of increasing device efficiency by utilizing heat generated when reducing carbon dioxide contained in exhaust gas where necessary.
일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 이산화탄소 등을 포함하고 있다. 대기오염이 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 질소산화물과 황산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 유엔 산화기관인 국제해사기구(IMO; International Maritime Organization)로부터 배출규제를 받고 있다. 실제, 국제해사기구는 2020년부터 배출통제지역(ECA: Emission Control Area) 뿐만 아니라 글로벌지역(global area)에서도 연료의 황함유량을 0.5%로 제한하고 있으며, 2008년 대비 이산화탄소의 배출량을 2030년까지 40% 줄이고 2050년까지 70% 줄이는 것을 추진 중에 있다.In general, various engines installed in ships generate power by burning fuel, and exhaust gas generated in the process of burning fuel contains nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon dioxide, and the like. As air pollution increases, regulations on various harmful substances included in exhaust gas are becoming stricter, and not only nitrogen oxides and sulfur oxides, but also carbon dioxide are subject to emission regulations from the International Maritime Organization (IMO), the United Nations oxidation agency. are receiving In fact, the International Maritime Organization limits the sulfur content of fuel to 0.5% in the global area as well as in the Emission Control Area (ECA) from 2020, and reduces the carbon dioxide emission from 2008 to 2030. It is in the process of reducing it by 40% and reducing it by 70% by 2050.
한편, 황산화물의 경우, 습식 스크러버를 이용하여 제거하는 방식이 일반적인데, 초기에 비해 스크러버의 성능, 가격 등이 개선되어 연료의 황함유량과 관련된 규제를 만족시키는 데에는 큰 어려움이 없다. 그러나, 이산화탄소의 배출량과 관련된 규제는 저탄소 또는 탈탄소 연료를 사용하지 않는 한 기존의 연비 저감 기술로는 만족시키기 어렵다.On the other hand, in the case of sulfur oxides, a method of removing them using a wet scrubber is common, but the performance and price of the scrubber are improved compared to the initial stage, so there is no great difficulty in satisfying the regulations related to the sulfur content of the fuel. However, it is difficult to satisfy the regulations related to the emission of carbon dioxide using the existing fuel efficiency reduction technology unless a low-carbon or de-carbonized fuel is used.
이에, 종래의 구조를 최대한 활용하면서 배기가스에 포함된 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 이산화탄소를 저감시킬 때 발생하는 열을 활용할 수 있으며, 스크러버에서 사용되어 산성화된 세정수도 중화시킬 수 있는 장치가 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for a device that can reduce carbon dioxide contained in exhaust gas while maximizing the conventional structure, utilize heat generated when reducing carbon dioxide, and neutralize acidified washing water used in a scrubber became
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배기가스에 포함된 이산화탄소를 저감시킬 때 발생하는 열을 필요처에 활용하여 장치 효율을 높일 수 있는 배기 오염물질 저감장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an exhaust pollutant reduction device capable of increasing device efficiency by utilizing heat generated when reducing carbon dioxide contained in exhaust gas where necessary.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는, 연소기관으로부터 배기가스를 배출하는 배기관과, 상기 배기관 상에 연결되며, 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 산화 및 응집시켜 상기 배기가스의 이산화탄소 농도를 저감시키는 이산화탄소저감유닛과, 상기 이산화탄소저감유닛 후단의 상기 배기관에 연결되어 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기, 및 상기 이산화탄소저감유닛에서 발생하는 열을 회수하여 상기 선택적촉매환원반응기와 보일러 중 적어도 하나로 제공하는 열회수유닛을 포함한다.Exhaust pollutant reduction apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, an exhaust pipe for discharging exhaust gas from a combustion engine, is connected to the exhaust pipe, and oxidizes and aggregates carbon dioxide contained in the exhaust gas a carbon dioxide reduction unit for reducing the carbon dioxide concentration of the exhaust gas, a selective catalytic reduction reactor connected to the exhaust pipe at the rear end of the carbon dioxide reduction unit to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas, and the carbon dioxide reduction unit generated from and a heat recovery unit that recovers heat and provides it to at least one of the selective catalytic reduction reactor and the boiler.
상기 이산화탄소저감유닛은, 상기 배기가스와 산화제를 반응시켜 상기 이산화탄소를 산화시키는 산화유닛과, 상기 산화유닛 후단에 배치되며, 상기 배기가스에 응집제를 주입하여 상기 산화유닛에서 생성된 이산화탄소산화물을 응집시키는 응집유닛을 포함하며, 상기 열회수유닛은 상기 산화유닛과 상기 응집유닛 중 적어도 하나와 열교환하여 열을 회수할 수 있다.The carbon dioxide reduction unit includes an oxidation unit that oxidizes the carbon dioxide by reacting the exhaust gas with the oxidizing agent, and is disposed at the rear end of the oxidation unit, and injects a coagulant into the exhaust gas to agglomerate the carbon dioxide oxide generated in the oxidation unit and a coagulation unit, wherein the heat recovery unit may recover heat by exchanging heat with at least one of the oxidation unit and the coagulation unit.
상기 산화유닛은 상기 산화제로 수산화나트륨(NaoH)용액을 사용하고, 상기 응집유닛은 상기 응집제로 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하며, 상기 열회수유닛은 상기 응집유닛에서 응집반응 시 발생하는 열을 회수할 수 있다.The oxidation unit uses sodium hydroxide (NaoH) solution as the oxidizing agent, the flocculation unit uses calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) as the flocculation agent, and the heat recovery unit is the heat generated during the flocculation reaction in the flocculation unit. can be recovered
상기 배기 오염물질 저감장치는, 상기 응집유닛 후단의 상기 배기관에 연결되어 상기 배기가스에 세정수를 분사하는 스크러버, 및 상기 스크러버 내부의 상기 세정수를 배출하는 세정수배출관 상에 연결되며, 상기 세정수에 중화제를 주입하여 산성화된 상기 세정수를 중화시키는 중화유닛을 더 포함하되, 상기 응집유닛에서 생성된 수산화나트륨을 상기 산화유닛에 상기 산화제로 제공하거나 상기 중화유닛에 상기 중화제로 제공할 수 있다.The exhaust pollutant reducing device is connected to a scrubber that is connected to the exhaust pipe at the rear end of the coagulation unit to inject washing water into the exhaust gas, and a washing water discharge pipe for discharging the washing water inside the scrubber, and the washing It may further include a neutralization unit for neutralizing the acidified washing water by injecting a neutralizing agent into water, wherein the sodium hydroxide generated in the aggregation unit is provided to the oxidation unit as the oxidizing agent or to the neutralization unit. .
상기 열회수유닛은, 상기 이산화탄소저감유닛을 통과한 고온의 열매체가 순환하는 적어도 하나의 제1 열교환관과, 상기 제1 열교환관의 일 측에 배치되며, 상기 열매체와 열교환하여 가열된 열전달유체를 상기 선택적촉매환원반응기로 순환시켜 상기 선택적촉매환원반응기로 공급되는 요소수와 상기 배기가스 중 적어도 하나에 열을 전달하는 제2 열교환관을 포함할 수 있다.The heat recovery unit includes at least one first heat exchange tube in which the high-temperature heat medium that has passed through the carbon dioxide reduction unit circulates, and is disposed at one side of the first heat exchange tube, and heats the heat transfer fluid heated by heat exchange with the heat medium. It may include a second heat exchange tube circulating to the selective catalytic reduction reactor to transfer heat to at least one of the urea water and the exhaust gas supplied to the selective catalytic reduction reactor.
상기 열회수유닛은, 상기 제1 열교환관과 상기 보일러 사이에 열을 전달하는 제3 열교환관을 더 포함하되, 상기 제1 열교환관은 상기 제2 열교환관과 먼저 열교환한 후 상기 제3 열교환과 열교환할 수 있다.The heat recovery unit may further include a third heat exchange tube for transferring heat between the first heat exchange tube and the boiler, wherein the first heat exchange tube first exchanges heat with the second heat exchange tube and then heat exchanges with the third heat exchange tube can do.
본 발명에 따르면, 배기가스에 포함된 황산화물과 질소산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 효과적으로 저감시킬 수 있어 강화된 국제해사기구의 규제를 용이하게 만족시킬 수 있다. 특히, 이산화탄소를 저감시킬 때 발생하는 열을 회수하여 선택적촉매환원반응기와 보일러 중 적어도 하나에 제공하므로, 연료를 절감할 수 있음은 물론 장치 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, it is possible to effectively reduce carbon dioxide as well as sulfur oxides and nitrogen oxides contained in exhaust gas, so that it is possible to easily satisfy the strengthened regulations of the International Maritime Organization. In particular, since the heat generated when reducing carbon dioxide is recovered and provided to at least one of the selective catalytic reduction reactor and the boiler, it is possible to save fuel as well as increase the device efficiency.
또한, 수산화나트륨이, 배기가스에 포함된 이산화탄소를 산화시키는 산화제와, 스크러버에서 배기가스와 기액 접촉하여 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제로 사용되므로, 산화제로서의 기능과 중화제로서의 기능을 각각 효과적으로 수행할 수 있음은 물론 장치 구성이 간단해져 좁은 선박 내 공간 활용도가 증대될 수 있다.In addition, sodium hydroxide is used as an oxidizing agent for oxidizing carbon dioxide contained in exhaust gas and as a neutralizing agent for neutralizing the acidified washing water by gas-liquid contact with the exhaust gas in the scrubber. Of course, the device configuration is simplified, and the space utilization in a narrow vessel can be increased.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 이산화탄소저감유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 이산화탄소저감유닛과 열회수유닛의 연결 모습을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 배기 오염물질 저감장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.1 is a diagram schematically illustrating an exhaust pollutant reduction device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the carbon dioxide reduction unit of FIG. 1 .
3 is an exemplary view for explaining the connection between the carbon dioxide reduction unit and the heat recovery unit.
4 is an operation diagram for explaining the operation of the exhaust pollutant reducing device.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for reducing exhaust pollutants according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 .
본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치는 배기가스에 포함된 황산화물과 질소산화물, 및 이산화탄소의 농도를 줄이고 배기가스의 오염물질 농도를 줄이는데 사용된 세정수를 처리하는 것으로, 예를 들어, 선박에 설치되어 조선, 해양 분야에서 발생하는 배기가스와 세정수를 처리하는데 사용될 수 있다.Exhaust pollutant reduction device according to an embodiment of the present invention is to reduce the concentration of sulfur oxides, nitrogen oxides, and carbon dioxide contained in exhaust gas and to treat the washing water used to reduce the pollutant concentration in the exhaust gas, for example, , it can be installed on ships and used to treat exhaust gas and washing water generated in shipbuilding and offshore fields.
배기 오염물질 저감장치는 배기가스에 포함된 황산화물과 질소산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 효과적으로 저감시킬 수 있어 강화된 국제해사기구의 규제를 용이하게 만족시킬 수 있다. 특히, 이산화탄소를 저감시킬 때 발생하는 열을 회수하여 선택적촉매환원반응기와 보일러 중 적어도 하나에 제공하므로, 연료를 절감할 수 있음은 물론 장치 효율을 높일 수 있다. 또한, 수산화나트륨이, 배기가스에 포함된 이산화탄소를 산화시키는 산화제와, 스크러버에서 배기가스와 기액 접촉하여 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제로 사용되므로, 산화제로서의 기능과 중화제로서의 기능을 각각 효과적으로 수행할 수 있음은 물론 장치 구성이 간단해져 좁은 선박 내 공간 활용도가 증대될 수 있는 특징이 있다.The exhaust pollutant reduction device can effectively reduce carbon dioxide as well as sulfur oxides and nitrogen oxides contained in exhaust gas, and thus can easily satisfy the strengthened regulations of the International Maritime Organization. In particular, since the heat generated when reducing carbon dioxide is recovered and provided to at least one of the selective catalytic reduction reactor and the boiler, it is possible to save fuel as well as increase the device efficiency. In addition, sodium hydroxide is used as an oxidizing agent for oxidizing carbon dioxide contained in exhaust gas and as a neutralizing agent for neutralizing the acidified washing water by gas-liquid contact with the exhaust gas in the scrubber. Of course, there is a feature that the use of space in a narrow vessel can be increased by simplifying the device configuration.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 배기 오염물질 저감장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the exhaust
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 이산화탄소저감유닛을 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 이산화탄소저감유닛과 열회수유닛의 연결 모습을 설명하기 위한 예시도이다.1 is a view schematically showing an exhaust pollutant reduction device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of the carbon dioxide reduction unit of FIG. 1, and FIG. 3 is a carbon dioxide reduction unit and a heat recovery unit It is an example diagram for explaining the connection state of .
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)는 배기관(10)과, 이산화탄소저감유닛(20)과, 선택적촉매환원반응기(30), 및 열회수유닛(40)을 포함한다.The exhaust
배기관(10)은 선체에 설치된 연소기관(100)으로부터 배기가스를 배출하는 관으로, 일단이 연소기관(100)에 연결되고 타단이 대기 중으로 연장된다. 여기서, 연소기관(100)이라 함은, 연료를 연소하여 선박에 필요한 동력을 발생시키는 장치를 통칭하며, 예를 들어, 메인 엔진, 발전기 엔진일 수 있다. 연소기관(100)은 통상, 화석 연료를 연소하여 동력을 발생시키므로, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스를 발생시킨다. 발생된 배기가스는 다량의 황산화물, 질소산화물, 유기물질, 미세분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관(100)의 일 측에 연결된 배기관(10)을 통해 배출된다. 배기관(10) 상에는 이산화탄소저감유닛(20)이 연결된다.The
이산화탄소저감유닛(20)은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 산화 및 응집시켜 배기가스의 이산화탄소 농도를 저감시키는 것으로, 산화유닛(21)과 응집유닛(22)을 포함한다.The carbon
산화유닛(21)은 배기가스와 산화제를 반응시켜 배기가스에 포함된 이산화탄소를 산화시키는 것으로, 예를 들어, 습식 스크러버 형태로 형성될 수 있다. 산화유닛(21)은 산화제로서 수산화나트륨(NaOH) 용액을 사용하며, 배기가스에 포함된 이산화탄소(CO2)는 수산화나트륨(NaOH) 용액과 반응하여 아래의 반응식에 따라 산화된다.The
<반응식><reaction formula>
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O
이산화탄소(CO2)는 산화되어 이산화탄소산화물(Na2CO3)이 되며, 배기가스는 이산화탄소산화물(Na2CO3)을 포함하는 상태로 응집유닛(22)으로 이동한다. 응집유닛(22)은 배기가스에 응집제를 주입하여 산화유닛(21)에서 생성된 이산화탄소산화물(Na2CO3)을 응집시키는 것으로, 산화유닛(21) 후단의 배기관(10)에 연결된다. 응집유닛(22)은 응집제로서 분말 또는 환(丸) 형태의 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하며, 이산화탄소산화물(Na2CO3)은 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 아래의 반응식에 따라 응집된다.Carbon dioxide (CO 2 ) is oxidized to become carbon dioxide oxide (Na 2 CO 3 ), and the exhaust gas moves to the
<반응식><reaction formula>
Na2CO3 + Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3 Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 → 2NaOH + CaCO 3
이산화탄소산화물(Na2CO3)이 응집반응을 일으키면, 부산물로 수산화나트륨(NaOH)과 탄산칼슘(CaCO3)이 생성된다. 이산화탄소(CO2)가 이산화탄소산화물(Na2CO3)로 산화되고, 이산화탄소산화물(Na2CO3)이 탄산칼슘(CaCO3)으로 응집됨에 따라 배기가스에 포함된 이산화탄소가 제거될 수 있으며, 이로 인해, 이산화탄소와 관련된 규제를 만족시킬 수 있다. 응집유닛(22)은 액체, 고체, 기체를 각각 분리하는 3상 분리기로 형성되므로, 응집반응의 부산물로 나온 액체 상태의 수산화나트륨(NaOH)과, 고체 상태의 탄산칼슘(CaCO3), 및 기체 상태의 배기가스를 분리할 수 있다. 탄산칼슘(CaCO3)은 별도의 탱크에 저장된 후, 선박이 항구에 정박할 때 육상으로 옮겨 폐기물로 처리될 수 있다.When carbon dioxide oxide (Na 2 CO 3 ) causes an aggregation reaction, sodium hydroxide (NaOH) and calcium carbonate (CaCO 3 ) are produced as by-products. As carbon dioxide (CO 2 ) is oxidized to carbon dioxide oxide (Na 2 CO 3 ), and carbon dioxide oxide (Na 2 CO 3 ) is agglomerated into calcium carbonate (CaCO 3 ), carbon dioxide contained in exhaust gas can be removed, thereby Therefore, it is possible to satisfy the regulations related to carbon dioxide. Since the
액체 상태의 수산화나트륨(NaOH)과 고체 상태의 탄산칼슘(CaCO3)이 분리된 배기가스는, 응집유닛(22) 후단의 배기관(10)에 연결된 스크러버(50)로 이동한다. 스크러버(50)는 응집유닛(22)을 통과한 배기가스에 세정수를 분사하여 황산화물(SOx)을 제거하는 것으로, 세정수는 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나일 수 있다. 배기가스에 세정수를 분사함에 따라 배기가스에 포함된 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 이로 인해, 황산화물과 관련된 규제도 만족시킬 수 있다. 스크러버(50)를 통과한 배기가스는 선택적촉매환원반응기(30)로 이동한다.The exhaust gas from which sodium hydroxide (NaOH) in a liquid state and calcium carbonate (CaCO 3 ) in a solid state are separated moves to the
선택적촉매환원반응기(30)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 것으로, 이산화탄소저감유닛(20) 후단의 배기관(10), 보다 구체적으로, 스크러버(50) 후단의 배기관(10)에 연결된다. 선택적촉매환원반응기(30)는 연소기관(100)으로부터 공급받은 배기가스에 요소수저장탱크(도시되지 않음)로부터 공급받은 요소수를 분사하며, 이로 인해, 요소수가 배기가스의 열에 의해 열분해되어 암모니아로 전환될 수 있다. 전환된 암모니아는 배기가스와 함께 반응기 내부에 설치된 촉매층을 통과하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 질소와 물로 환원시킬 수 있다. 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기관(10)을 통해 대기 중으로 방출될 수 있다. 즉, 산화유닛(21), 응집유닛(22), 스크러버(50), 및 선택적촉매환원반응기(30)를 통과하여 이산화탄소, 황산화물, 미세분진, 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기 기준에 적합하므로, 대기 중에 그대로 방출할 수 있다. 연소기관(100)으로부터 배출된 배기가스가 280℃ 이상의 고온일 경우, 전술한 바와 같이, 배기가스에 요소수를 직접 분사하여 배기가스의 열로 요소수를 열분해하는 것이 가능하지만, 배기가스가 280℃ 미만의 저온일 경우, 배기가스의 열로 요소수를 열분해할 수 없다. 따라서, 저온의 배기가스를 정화하기 위해, 열회수유닛(40)으로부터 선택적촉매환원반응기(30)에 열이 공급될 수 있다.The selective
열회수유닛(40)은 이산화탄소저감유닛(20)에서 발생하는 열을 회수하여 선택적촉매환원반응기(30)와 보일러(200) 중 적어도 하나로 제공하는 것으로, 산화유닛(21)과 응집유닛(22) 중 적어도 하나와 열교환하여 열을 회수할 수 있다. 보다 구체적으로, 응집유닛(22)에서 이산화탄소산화물(Na2CO3)이 응집반응을 일으키면, 부산물로 수산화나트륨(NaOH)과 탄산칼슘(CaCO3)이 생성되면서 열이 생성되는데, 열회수유닛(40)은 이러한 응집반응 시 발생하는 열을 회수하여 선택적촉매환원반응기(30)와 보일러(200) 중 적어도 하나로 제공할 수 있다. 열회수유닛(40)이 열을 회수하여 선택적촉매환원반응기(30)와 보일러(200) 중 적어도 하나로 제공함으로써, 선택적촉매환원반응기(30)와 보일러(200)에서 소모되는 연료를 절감할 수 있음은 물론 폐열이 활용되어 장치 효율이 향상될 수 있다. 열회수유닛(40)은 적어도 하나의 제1 열교환관(41)과, 제2 열교환관(42), 및 제3 열교환관(43)을 포함할 수 있다.The
제1 열교환관(41)은 이산화탄소저감유닛(20)을 통과한 고온의 열매체가 순환하는 관으로, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나로 형성되어 응집유닛(22)을 경유할 수 있다. 제1 열교환관(41)이 하나로 형성되어 응집유닛(22)을 경유하는 경우, 제1 열교환관(41)의 일 측과 타 측에 각각 제2 열교환관(42)과 제3 열교환관(43)이 배치되어 제1 열교환관(41)이 제2 열교환관(42)과 먼저 열교환한 후 제3 열교환관(43)과 열교환할 수 있다.The first
제2 열교환관(42)은 열매체와 열교환하여 가열된 열전달유체를 선택적촉매환원반응기(30)로 순환시키는 관으로, 선택적촉매환원반응기(30)로 공급되는 요소수와 배기가스 중 적어도 하나에 열을 전달할 수 있다. 제2 열교환관(42)을 유동하는 열전달유체가 선택적촉매환원반응기(30)로 공급되는 요소수에 열을 전달할 경우, 요소수가 열분해되어 암모니아로 전환될 수 있으며, 이로 인해, 배기가스가 280℃ 미만의 저온인 경우에도 요소수를 열분해하기 위해 별도의 가열기를 가동할 필요가 없어 연료를 절감할 수 있다. 제2 열교환관(42)을 유동하는 열전달유체가 선택적촉매환원반응기(30)로 공급되는 배기가스에 열을 전달할 경우, 반응 온도가 증가하여 촉매층에서 촉매 반응이 증대될 수 있다. 도면 상에는 제2 열교환관(42)이 선택적촉매환원반응기(30)를 직접 경유하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제2 열교환관(42)은 선택적촉매환원반응기(30) 전단의 배기관(10)을 경유하며 선택적촉매환원반응기(30)를 간접 경유할 수도 있다.The second
제3 열교환관(43)은 제1 열교환관(41)과 보일러(200) 사이에 열을 전달하는 관으로, 열매체와 열교환하여 가열된 열전달유체를 보일러(200)로 순환시키거나 열매체와 물을 열교환하여 생성한 스팀을 보일러(200)로 공급할 수 있다. 가열된 열전달유체가 제3 열교환관(43)을 통해 보일러(200)로 순환되는 경우, 보일러(200)에서 스팀 생성을 위해 연료를 연소할 때 연소 반응이 보다 용이하게 일어나 에너지를 절감할 수 있으며, 스팀이 보일러(200)로 공급되는 경우, 보일러(200)에서 스팀 생성을 위해 연료를 연소하지 않아도 되므로 연료를 절감할 수 있다.The third
선택적촉매환원반응기(30)에서 요소수를 열분해하기 위해서는 약 200~300℃의 열이 필요하고, 보일러(200)에 공급할 스팀을 생성하거나 보일러(200)에서 직접 스팀을 생성하기 위해서는 약 100~200℃의 열이 필요하므로, 전술한 바와 같이, 제1 열교환관(41)이 제2 열교환관(42)과 먼저 열교환한 후 제3 열교환관(43)과 열교환할 경우, 장치 구성을 최소화하면서 열을 효과적으로 전달할 수 있다.In order to thermally decompose urea water in the selective
그러나, 제1 열교환관(41)이 하나로 형성되어 응집유닛(22)을 경유하는 것으로 한정될 것은 아니며, 제1 열교환관(41)의 개수 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 제1 열교환관(41)은 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 두 개로 형성되어 응집유닛(22)을 경유할 수도 있고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 두 개로 형성되어 응집유닛(22)과 산화유닛(21)을 각각 경유할 수도 있다. 또한, 도시하진 않았으나, 제1 열교환관(41)은 하나로 형성되어 산화유닛(21)만 경유할 수도 있다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 열교환관(41)이 두 개로 형성되어 응집유닛(22)을 경유하는 경우, 상대적으로 고온의 열매체가 유동하는 어느 하나의 제1 열교환관(41) 일 측에 제2 열교환관(42)이 배치되고, 상대적으로 저온의 열매체가 유동하는 나머지 하나의 제1 열교환관(41) 일 측에 제3 열교환관(43)이 배치될 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 열교환관(41)이 두 개로 형성되어 응집유닛(22)과 산화유닛(21)을 각각 경유하는 경우, 응집유닛(22)을 경유하여 상대적으로 고온의 열매체가 유동하는 제1 열교환관(41)의 일 측에 제2 열교환관(42)이 배치되고, 산화유닛(21)을 경유하여 상대적으로 저온의 열매체가 유동하는 제1 열교환관(41)의 일 측에 제3 열교환관(43)이 배치될 수 있다.However, the first
한편, 스크러버(50) 내부의 세정수는 세정수배출관(51)을 통해 배출되며, 세정수배출관(51) 상에는 중화유닛(60)과 분리유닛(도시되지 않음)이 연결된다.Meanwhile, the washing water inside the
중화유닛(60)은 세정수에 중화제를 주입하여 배기가스와 기액 접촉하여 산성화된 세정수를 중화시키는 것으로, 중화제로서 수산화나트륨(NaOH) 용액을 사용한다. 세정수에 수산화나트륨 용액이 주입됨에 따라 세정수의 수소이온농도 지수가 스크러버(50)로 순환시켜 재사용하거나 해상에 방류하기에 적합한 상태, 예를 들어, 약 pH 6~7로 중화될 수 있다. 중화된 세정수는 분리유닛에서 입자가 큰 고체상 물질이 제거된 후 스크러버(50)로 순환되어 재사용되거나 해상에 방류될 수 있다.The
전술한 응집유닛(22)에서 응집반응의 부산물로 생성된 수산화나트륨(NaOH)은 산화유닛(21)에 산화제로 제공되거나 중화유닛(60)에 중화제로 제공될 수 있다. 이를 위해, 응집유닛(22)에는 제1 공급관(22a)과 제2 공급관(22b)이 연결되며, 수산화나트륨(NaOH)은 제1 공급관(22a)을 통해 산화유닛(21)으로 공급되거나 제2 공급관(22b)을 통해 중화유닛(60)으로 공급될 수 있다. 응집유닛(22)에서 생성된 수산화나트륨(NaOH)을 산화제로 사용하거나 중화제로 사용함에 따라, 배기 오염물질 저감 공정에 필요한 산화제와 중화제의 양을 줄일 수 있어 이에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 장치 구성도 간단해져 좁은 선박 내 공간 활용도가 증대될 수 있다. 도면 상에는 제1 공급관(22a)이 제2 공급관(22b)으로부터 분기된 구조로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 제1 공급관(22a)과 제2 공급관(22b)은 각각 응집유닛(22)에 연결될 수도 있다. 제1 공급관(22a)이 제2 공급관(22b)으로부터 분기되는 경우, 제1 공급관(22a)이 분기되는 지점에 삼방밸브(3-way valve)가 설치되어 제1 공급관(22a) 측 유동과 제2 공급관(22b) 측 유동이 동시에 제어될 수 있다.Sodium hydroxide (NaOH) generated as a by-product of the aggregation reaction in the
이하, 도 4를 참조하여, 배기 오염물질 저감장치(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 4 , the operation of the exhaust
도 4는 배기 오염물질 저감장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.4 is an operation diagram for explaining the operation of the exhaust pollutant reducing device.
본 발명에 따른 배기 오염물질 저감장치(1)는 배기가스에 포함된 황산화물과 질소산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 효과적으로 저감시킬 수 있어 강화된 국제해사기구의 규제를 용이하게 만족시킬 수 있다. 특히, 이산화탄소를 저감시킬 때 발생하는 열을 회수하여 선택적촉매환원반응기(30)와 보일러(200) 중 적어도 하나에 제공하므로, 연료를 절감할 수 있음은 물론 장치 효율을 높일 수 있다. 또한, 수산화나트륨이, 배기가스에 포함된 이산화탄소를 산화시키는 산화제와, 스크러버(50)에서 배기가스와 기액 접촉하여 산성화된 세정수를 중화시키는 중화제로 사용되므로, 산화제로서의 기능과 중화제로서의 기능을 각각 효과적으로 수행할 수 있음은 물론 장치 구성이 간단해져 좁은 선박 내 공간 활용도가 증대될 수 있다.The exhaust
연소기관(100)에서 배출된 배기가스는 배기관(10)을 따라 산화유닛(21)으로 이동하며, 산화유닛(21)은 배기가스에 산화제를 반응시켜 배기가스에 포함된 이산화탄소(CO2)를 산화시킨다. 초기 상태에서는, 외부로부터 산화제가 산화유닛(21)으로 주입될 수 있으며, 배기가스에 포함된 이산화탄소(CO2)는 산화제인 수산화나트륨 용액(NaOH)과 반응하여 액상의 이산화탄소산화물(Na2CO3)이 된다. 배기가스는 이산화탄소산화물(Na2CO3)을 포함하는 상태로 배기관(10)을 따라 응집유닛(22)으로 이동하고, 응집유닛(22)은 배기가스에 응집제를 주입하여 이산화탄소산화물(Na2CO3)을 응집시킨다. 이산화탄소산화물(Na2CO3)은 응집제인 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 반응하여 응집반응을 일으키는데, 이 때, 부산물로 수산화나트륨(NaOH)과 탄산칼슘(CaCO3)이 생성되고 열이 발생한다. 발생된 열은 열회수유닛(40)의 제1 열교환관(41)을 통해 회수되어 제2 열교환관(42)과 제3 열교환관(43)에 각각 전달된다. 제2 열교환관(42)으로 전달된 열은 요소수를 열분해하거나 배기가스의 반응 온도를 높이는데 사용되고, 제3 열교환관(43)으로 전달된 열은 연료의 연소 온도를 높이는데 사용되거나 스팀을 생성하는데 사용된다. 이산화탄소(CO2)가 이산화탄소산화물(Na2CO3)로 산화된 후 탄산칼슘(CaCO3)으로 응집됨에 따라 배기가스에 포함된 이산화탄소가 제거되어 이산화탄소와 관련된 규제를 만족시킬 수 있다. 응집유닛(22)은 3상 분리기로 형성되므로, 액체 상태의 수산화나트륨(NaOH)과, 고체 상태의 탄산칼슘(CaCO3), 및 기체 상태의 배기가스가 분리된다. 응집유닛(22)에서 분리된 수산화나트륨(NaOH)은 제1 공급관(22a)을 통해 산화유닛(21)으로 공급되거나 제2 공급관(22b)을 통해 중화유닛(60)으로 공급되며, 탄산칼슘(CaCO3)은 별도의 탱크에 저장될 수 있다.The exhaust gas discharged from the
수산화나트륨(NaOH)과 탄산칼슘(CaCO3)이 분리된 배기가스는 배기관(10)을 따라 스크러버(50)로 이동하며, 스크러버(50)는 배기가스에 세정수를 분사하여 황산화물(SOx)을 제거한다. 배기가스에 포함된 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 제거됨에 따라, 황산화물과 관련된 규제도 만족시킬 수 있다. 스크러버(50)에서 황산화물이 용해되어 산성화된 세정수는 세정수배출관(51)을 따라 중화유닛(60)으로 이동한다. 중화유닛(60)은 세정수배출관(51)을 통해 공급된 세정수에 제2 공급관(22b)을 통해 공급된 중화제를 주입하여 세정수를 중화시키고, 적정 pH로 중화된 세정수는 세정수배출관(51)을 따라 스크러버(50)로 순환되거나 해상에 방류될 수 있다.The exhaust gas from which sodium hydroxide (NaOH) and calcium carbonate (CaCO 3 ) are separated moves to the
이산화탄소, 황산화물, 미세분진 등이 제거된 배기가스는 배기관(10)을 따라 선택적촉매환원반응기(30)로 이동하며, 선택적촉매환원반응기(30)에서 요소수가 열분해되어 생성된 암모니아와 함께 촉매층을 통과하여 질소산화물이 질소와 물로 환원된다. 전술한 일련의 과정을 거쳐 이산화탄소와 황산화물, 및 질소산화물이 제거된 배기가스는 배기관(10)을 통해 대기 중으로 방출된다.The exhaust gas from which carbon dioxide, sulfur oxides, fine dust, etc. have been removed moves to the selective
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1: 배기 오염물질 저감장치
10: 배기관
20: 이산화탄소저감유닛
21: 산화유닛
22: 응집유닛
22a: 제1 공급관
22b: 제2 공급관
30: 선택적촉매환원반응기
40: 열회수유닛
41: 제1 열교환관
42: 제2 열교환관
43: 제3 열교환관
50: 스크러버
51: 세정수배출관
60: 중화유닛
100: 연소기관
200: 보일러1: Exhaust pollutant reduction device
10: exhaust pipe 20: carbon dioxide reduction unit
21: oxidation unit 22: aggregation unit
22a:
30: selective catalytic reduction reactor 40: heat recovery unit
41: first heat exchange tube 42: second heat exchange tube
43: third heat exchange tube 50: scrubber
51: washing water discharge pipe 60: neutralization unit
100: combustion engine 200: boiler
Claims (6)
상기 배기관 상에 연결되며, 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 산화 및 응집시켜 상기 배기가스의 이산화탄소 농도를 저감시키는 이산화탄소저감유닛;
상기 이산화탄소저감유닛 후단의 상기 배기관에 연결되어 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기, 및
상기 이산화탄소저감유닛에서 발생하는 열을 회수하여 상기 선택적촉매환원반응기와 보일러 중 적어도 하나로 제공하는 열회수유닛을 포함하는 배기 오염물질 저감장치.an exhaust pipe for discharging exhaust gas from the combustion engine;
a carbon dioxide reduction unit connected to the exhaust pipe and oxidizing and coagulating carbon dioxide contained in the exhaust gas to reduce the carbon dioxide concentration of the exhaust gas;
A selective catalytic reduction reactor connected to the exhaust pipe at the rear end of the carbon dioxide reduction unit to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas, and
and a heat recovery unit that recovers heat generated from the carbon dioxide reduction unit and provides it to at least one of the selective catalytic reduction reactor and the boiler.
상기 배기가스와 산화제를 반응시켜 상기 이산화탄소를 산화시키는 산화유닛과,
상기 산화유닛 후단에 배치되며, 상기 배기가스에 응집제를 주입하여 상기 산화유닛에서 생성된 이산화탄소산화물을 응집시키는 응집유닛을 포함하며,
상기 열회수유닛은 상기 산화유닛과 상기 응집유닛 중 적어도 하나와 열교환하여 열을 회수하는 배기 오염물질 저감장치.According to claim 1, wherein the carbon dioxide reduction unit,
an oxidation unit for oxidizing the carbon dioxide by reacting the exhaust gas with an oxidizing agent;
and a coagulation unit disposed at the rear end of the oxidation unit and configured to aggregate the carbon dioxide oxide generated in the oxidation unit by injecting a coagulant into the exhaust gas,
The heat recovery unit is an exhaust pollutant reduction device for recovering heat by exchanging heat with at least one of the oxidation unit and the aggregation unit.
상기 산화유닛은 상기 산화제로 수산화나트륨(NaoH)용액을 사용하고,
상기 응집유닛은 상기 응집제로 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 사용하며,
상기 열회수유닛은 상기 응집유닛에서 응집반응 시 발생하는 열을 회수하는 배기 오염물질 저감장치.3. The method of claim 2,
The oxidation unit uses a sodium hydroxide (NaoH) solution as the oxidizing agent,
The coagulation unit uses calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) as the coagulant,
The heat recovery unit is an exhaust pollutant reduction device for recovering heat generated during a coagulation reaction in the agglomeration unit.
상기 응집유닛 후단의 상기 배기관에 연결되어 상기 배기가스에 세정수를 분사하는 스크러버, 및
상기 스크러버 내부의 상기 세정수를 배출하는 세정수배출관 상에 연결되며, 상기 세정수에 중화제를 주입하여 산성화된 상기 세정수를 중화시키는 중화유닛을 더 포함하되,
상기 응집유닛에서 생성된 수산화나트륨을 상기 산화유닛에 상기 산화제로 제공하거나 상기 중화유닛에 상기 중화제로 제공하는 배기 오염물질 저감장치.3. The method of claim 2,
a scrubber connected to the exhaust pipe at the rear end of the coagulation unit and spraying washing water into the exhaust gas, and
Further comprising a neutralization unit connected to the washing water discharge pipe for discharging the washing water inside the scrubber and neutralizing the acidified washing water by injecting a neutralizing agent into the washing water,
An exhaust pollutant reduction device for providing sodium hydroxide generated in the coagulation unit as the oxidizing agent to the oxidation unit or as the neutralizing agent to the neutralization unit.
상기 이산화탄소저감유닛을 통과한 고온의 열매체가 순환하는 적어도 하나의 제1 열교환관과,
상기 제1 열교환관의 일 측에 배치되며, 상기 열매체와 열교환하여 가열된 열전달유체를 상기 선택적촉매환원반응기로 순환시켜 상기 선택적촉매환원반응기로 공급되는 요소수와 상기 배기가스 중 적어도 하나에 열을 전달하는 제2 열교환관을 포함하는 배기 오염물질 저감장치.According to claim 1, wherein the heat recovery unit,
At least one first heat exchange tube through which the high-temperature heat medium that has passed through the carbon dioxide reduction unit circulates;
It is disposed on one side of the first heat exchange tube and circulates a heat transfer fluid heated by heat exchange with the heating medium to the selective catalytic reduction reactor to heat at least one of the urea water and the exhaust gas supplied to the selective catalytic reduction reactor. Exhaust pollutant reduction device including a second heat exchange tube for transferring.
상기 제1 열교환관과 상기 보일러 사이에 열을 전달하는 제3 열교환관을 더 포함하되,
상기 제1 열교환관은 상기 제2 열교환관과 먼저 열교환한 후 상기 제3 열교환과 열교환하는 배기 오염물질 저감장치.The method of claim 5, wherein the heat recovery unit,
Further comprising a third heat exchange tube for transferring heat between the first heat exchange tube and the boiler,
The exhaust pollutant reduction device for the first heat exchange tube to exchange heat with the second heat exchange tube first and then with the third heat exchange tube.
Priority Applications (1)
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KR1020200092517A KR20220013219A (en) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Apparatus for reducing air pollutant |
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Citations (1)
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KR102031210B1 (en) | 2018-05-02 | 2019-10-11 | 한국에너지기술연구원 | Apparatus and Method for Reduction of Hazardous Emission of Marine Engine |
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