KR20220153600A - 배기가스 탈질장치 - Google Patents

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KR20220153600A
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데쓰오 고다마
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히다치 조센 가부시키가이샤
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Abstract

배기가스 탈질장치(10)는, 통모양의 용기(11), 축심(X) 방향과 직교하는 방향으로 용기(11) 내를 2개로 구획한 중에서 한편이 용기(11)의 축심(X) 방향의 일단측으로부터 축심방향의 도중까지 연장되고 엔진 배기가스가 유입되어 환원제와 혼합되는 혼합실(20), 상기 2개로 구획된 중에서 타방이 용기(11)의 축심(X) 방향의 일단측으로부터 축심(X) 방향의 도중까지 연장되고 혼합실(20)로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매(28)가 설치된 전단측 반응실(26), 용기(11) 내의 축심(X) 방향의 타단측에 형성되고 축심(X) 방향과 직교하는 단면의 면적이 전단측 반응실(26)의 축심(X) 방향과 직교하는 단면의 면적보다 크게 형성되고 전단측 반응실(26)로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매(29)가 설치된 후단측 반응실(27)을 구비한다.

Description

배기가스 탈질장치
본 출원은 배기가스를 탈질(脫窒)하는 배기가스 탈질장치(排氣 gas 脫窒裝置)에 관한 것이다.
종래로부터, 예를 들면, 특허문헌1에 개시되어 있는 것 같이, 디젤엔진으로부터 배출된 배기가스중의 질소산화물(ＮＯｘ)을 무해화(無害化)하는 기술이 제안되어 있다. 이 특허문헌1에 개시된 것은, 배기관(배기가스 수용부)과, 배기관의 하류측에 설치된 ＳＣＲ리액터(SCR reactor)와, 배기관내에 환원제(還元劑)를 분무(噴霧)하는 분사밸브를 구비하고 있다. 이 특허문헌1에 개시된 것에서는, 엔진 배기가스가 배기관에 집합되어 환원제와 혼합된다. 환원제와 혼합된 배기가스는 배기관으로부터 배출되어 ＳＣＲ리액터로 유입된다. ＳＣＲ리액터에서는 탈질촉매하에서 배기가스중의 ＮＯｘ가 환원제와 반응(탈질반응)하여 환원되어 제거된다. 이에 따라 ＮＯｘ는 무해화된다.
특허문헌1 : 일본국 특허제5878860호 공보
그런데, 특허문헌1에 개시된 것에서는, 배기관, ＳＣＲ리액터 및 이들을 접속하는 접속배관을 포함하는 배기가스 탈질장치 전체를 엔진실 내에 배치하기 때문에, 설치 스페이스가 증가되므로, 특히 좁은 엔진실에 있어서는 배치가 곤란해지는 경우가 있다. 이 배치의 곤란성을 완화하기 위하여, 접속배관의 관직경(管直徑)을 작게 하여 용적을 감소시키는 것이 고려될 수 있지만, 그 경우는 배기가스 탈질장치 전체의 압력손실이 증가되어 엔진운전에 제한이나 지장을 초래할 우려가 있다.
본 출원에 개시된 기술은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 배기가스 탈질장치 전체의 압력손실 증가를 발생시키지 않고 설치 스페이스를 줄이는 것이다.
본 출원의 배기가스 탈질장치는, 용기와, 혼합실과, 전단측 반응실(前端側 反應室)과, 후단측 반응실을 구비하고 있다. 상기 용기는 통모양이다. 상기 혼합실은, 상기 용기의 축심방향과 직교하는 방향으로 상기 용기내를 2개로 구획한 중에서 한편이, 상기 용기의 상기 축심방향의 일단측으로부터 상기 축심방향의 도중까지 연장되어서 이루어지는 것이다. 상기 혼합실은, 엔진 배기가스가 유입되어 환원제와 혼합되는 것이다. 상기 전단측 반응실은, 상기 2개로 구획된 중에서 타방이, 상기 용기의 상기 축심방향의 일단측으로부터 상기 축심방향의 도중까지 연장되어서 이루어지는 것이다. 상기 전단측 반응실은, 상기 혼합실로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매가 설치되어 있는 것이다. 상기 후단측 반응실은, 상기 용기내의 상기 축심방향의 타단측에 형성되고, 상기 축심방향과 직교하는 단면의 면적이, 상기 전단측 반응실의 상기 축심방향과 직교하는 단면의 면적보다 크게 형성되어 있다. 상기 후단측 반응실은, 상기 전단측 반응실로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매가 설치되어 있는 것이다.
본 출원의 배기가스 탈질장치에 의하면, 장치 전체의 압력손실증가를 발생시키지 않고 설치 스페이스를 줄일 수 있다.
[도1]도1은 실시형태에 관한 배기가스 탈질장치가 설치된 선박용 디젤엔진의 설비의 개략적인 구성을 나타내는 배관계통도이다.
[도2]도2는 실시형태에 관한 배기가스 탈질장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
[도3]도3은 도2에 있어서의 Ａ-A선의 단면도이다.
[도4]도4는 도2에 있어서의 Ｂ-B선의 단면도이다.
[도5]도5는 실시형태의 변형예에 관한 배기가스 탈질장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
[도6]도6은 도5에 있어서의 Ｃ-C선의 단면도이다.
이하, 본 출원 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는 본질적으로 바람직한 예시로서, 본 출원에 개시된 기술, 그 적용물, 혹은 그 용도의 범위를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.
본 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)는, 예를 들어 4기통(4汽筒)의 2스트로크(2 storke) 선박용 디젤엔진(이하, 간단하게 엔진이라고 한다)의 설비에 설치되어 있다. 배기가스 탈질장치(10)는, 엔진(1)으로부터 배출된 배기가스중의 질소산화물(이하, 「ＮＯｘ 」라고 한다)을 탈질촉매하에서 환원제와 탈질반응 시켜서 무해화하는 것이다.
도1에 나타나 있는 바와 같이, 엔진(1)(선박용 디젤엔진)은, 각 기통(실린더)에서 발생한 배기가스가 배출되는 4개의 배기포트(排氣 port)(1a)를 구비하고 있다. 배기포트(1a)에는 배기통로(2)가 접속되어 있고, 배기통로(2)에 본 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)가 설치되어 있다. 구체적으로, 4개의 배기포트(1a)에는 각각 배기통로(2)의 일부를 구성하는 상류측 통로(3)가 접속되어 있다.
또한, 엔진(1) 기통의 수량 및 배기포트(1a)의 수량은 상기한 것에 한정되지 않는다.
배기가스 탈질장치(10)에는, 4개의 상류측 통로(3)가 접속되어 있다. 즉, 엔진(1)의 배기포트(1a)와 배기가스 탈질장치(10)는 4개의 상류측 통로(3)을 통하여 접속되어 있다. 또한, 배기가스 탈질장치(10)에는, 배기통로(2)의 일부를 구성하는 하류측 통로(4)가 접속되어 있다. 하류측 통로(4)에는 터보차져(turbo charger)(5)가 설치되어 있다.
터보차져(5)는 터빈(6) 및 컴프레서(7)를 구비하고 있다. 터빈(6)에는 상기한 하류측 통로(4)가 접속되어 있고, 컴프레서(7)에는 급기통로(8)가 접속되어 있다. 컴프레서(7)는, 하류측 통로(4)(배기통로(2))의 배기가스가 터빈(6)으로 흐름으로써 회전구동 된다. 컴프레서(7)는, 회전구동 됨으로써, 급기통로(8)로 공급되는 공기를 압축한다. 이렇게 하여 압축된 공기는, 급기통로(8)를 통하여 엔진(1)의 4개의 급기포트(도면에 나타내는 것은 생략)로 공급된다.
<배기가스 탈질장치>
본 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)의 구성에 대하여, 도2∼도4를 참조하면서 상세하게 설명한다. 배기가스 탈질장치(10)는, 용기(11)와, 용기(11) 내에 설치되는 혼합실(20) 및 반응실(25)을 구비하고 있다. 배기가스 탈질장치(10)는, 배기가스를 환원제와 혼합시키는 부분과, 환원제와 혼합한 배기가스를 탈질하는 부분을 하나의 용기(11) 내에 설치한 것이다.
도2에 나타나 있는 바와 같이, 용기(11)는 내압용기(耐壓容器)로서 양단(兩端)이 폐쇄된 통모양으로 형성되어 있다. 용기(11)는, 예를 들어 엔진(1)의 위에 설치되고, 축심(軸心)(X)이 수평방향으로 연장되는 상태로 설치되어 있다. 즉, 용기(11)는 수평방향으로 연장되는 원통모양으로 설치되어 있다. 또한, 용기(11)는 축심(X)이 연직방향으로 연장되는 상태로 설치되어도 좋다.
용기(11)에는, 복수(본 실시형태에서는 4개)의 유입부(流入部)(12)와 하나의 배출부(排出部)(13)가 설치되어 있다. 유입부(12)는, 상류측 통로(3)가 접속되어 있고, 엔진 배기가스가 용기(11) 내(혼합실(20))로 유입하는 것이다. 배출부(13)는, 하류측 통로(4)가 접속되어 있고, 용기(11) 내(반응실(25))의 배기가스가 하류측 통로(4)로 배출되는 것이다.
혼합실(20)은, 용기(11)의 축심(X) 방향과 직교하는 방향(즉 용기(11)의 지름방향)으로 용기(11) 내를 2개로 구획한 중에서 한편이, 용기(11)의 축심(X) 방향의 일단측(一端側)(도2에 있어서 좌측의 단부(端部))으로부터 축심(X) 방향의 도중까지 연장되어서 이루어지는 공간이다. 혼합실(20)은 엔진 배기가스가 유입되어 환원제와 혼합되는 공간이다.
반응실(25)은, 서로 연통하는 전단측 반응실(26) 및 후단측 반응실(27)을 구비하고 있다.
전단측 반응실(26)은, 용기(11)의 축심(X) 방향과 직교하는 방향(즉 용기(11)의 지름방향)으로 용기(11) 내를 2개로 구획한 중에서 타방이, 용기(11)의 축심(X) 방향의 일단측(도2에 있어서 좌측의 단부, 이하, 용기(11)의 일단측이라고도 하는)으로부터 축심(X) 방향의 도중까지 연장되어서 이루어지는 공간이다. 전단측 반응실(26)은, 혼합실(20)로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매(28)가 설치된 공간이다.
후단측 반응실(27)은, 용기(11) 내의 축심(X) 방향의 타단측(도2에 있어서 우측의 단부, 이하, 용기(11)의 타단측이라고도 한다)에 형성된 공간이다. 후단측 반응실(27)은, 횡단면(축심(X) 방향과 직교하는 단면)의 면적이 전단측 반응실(26)의 횡단면의 면적보다 크게, 형성되어 있다. 후단측 반응실(27)은, 전단측 반응실(26)로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매(29)가 설치된 공간이다.
구체적으로는, 용기(11)의 내부는, 분리벽(15, 16)에 의해 혼합실(20)과 반응실(25)(전단측 반응실(26), 후단측 반응실(27))로 구획되어 있다. 혼합실(20), 전단측 반응실(26) 및 후단측 반응실(27)은, 배기가스가 순차적으로 통과하는 배기가스의 통로로서 구성되어 있다.
분리벽(15)은, 용기(11) 내에 있어서의 지름방향 중앙에 설치되고, 축심(X)을 따라 연장되는 판모양이다. 분리벽(15)은, 용기(11)의 축심(X) 방향의 일단측으로부터 축심(X) 방향의 도중까지 연장되어 있다.
분리벽(15)은, 용기(11)의 내부를 축심(X) 방향과 직교하는 방향(용기(11)의 지름방향)에 있어서 혼합실(20)과 전단측 반응실(26)로 구획하고 있다. 더 상세하게는, 분리벽(15)은, 용기(11)에 있어서의 축심(X) 방향의 일단측으로부터 축심(X) 방향의 도중까지의 내부를 상하로 구획하고 있다. 분리벽(15)에 의해 구획된 상측의 공간은 혼합실(20)로 되고, 하측의 공간은 전단측 반응실(26)로 되어 있다.
분리벽(16)은, 축심(X) 방향의 도중까지 연장된 분리벽(15)의 단부(도2에 있어서 우측의 단부)로부터 상방을 향하여 연장되는 판모양이다. 분리벽(16)은 용기(11)의 내주면(용기(11)의 원통부의 내면)에 접촉할 때까지 연장되어 있다. 분리벽(16)은 혼합실(20)의 일단(一端)(상류단)을 폐쇄하고 있다.
이와 같이 하여 구획된 혼합실(20)은, 용기(11)의 일단측으로부터 수평방향으로 연장되어서 형성되어 있다. 혼합실(20)은, 도2에 있어서 우측의 단부(端部)가 상류단이며, 도2에 있어서 좌측의 단부가 하류단이다. 혼합실(20)의 하류단은 연통로(22)를 통하여 전단측 반응실(26)과 연통하고 있다. 연통로(22)는, 분리벽(15)을 용기(11)의 일단측의 내면과 소정의 간격을 두고 설치함으로써 형성되어 있다.
혼합실(20)에는 4개의 유입부(12)가 위치하고 있다. 4개의 유입부(12)는, 용기(11)의 측부(側部)에 설치되어 있고, 축심(X) 방향을 따라 순차적으로 배열되어 있다. 즉, 유입부(12)는 혼합실(20)이 연장되는 방향으로 배열되어 있다. 혼합실(20)으로는 유입부(12)로부터 배기가스가 유입된다.
도3에 나타나 있는 바와 같이, 유입부(12)는 관상(管狀)으로 형성되고 용기(11)을 관통하고 있다. 유입부(12)는 지름이 내방단(內方端)으로 갈수록 커지게 되는 원추형모양으로 형성되어 있다. 유입부(12)는 내방단의 개구축(開口軸)(X1)이 수평으로 연장되는 상태로 설치되어 있다.
배기가스 탈질장치(10)는, 혼합실(20)에 설치되는 노즐(21)을 구비하고 있다. 노즐(21)은, 혼합실(20)의 배기가스중에 환원제 및 환원제 전구체(還元劑 前驅體)의 적어도 일방(一方)을 분무하는 것이다. 구체적으로, 노즐(21)은 혼합실(20)에 있어서 상류단의 근방에 설치되어, 하류단측을 향하여 환원제 등을 분무한다.
노즐(21)은, 반응실(25)에 있어서 탈질반응이 이루어지기 위하여 필요한 암모니아 등의 환원제를 혼합실(20)의 배기가스중에 공급하는 역할을 구비하고 있다. 그러나, 암모니아수는 신중한 관리가 요구된다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 노즐(21)에 공급관을 통하여 접속된 탱크(도면에 나타내는 것은 생략)에, 환원제 전구체로서의 요소(尿素)가 수용액의 상태로 저장되어 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 노즐(21)에 의해 요소수를 혼합실(20)의 배기가스중에 분무하고, 배기가스의 고온열을 이용하여 요소를 가수분해하여, 암모니아를 발생시키도록 하고 있다. 즉, 본 실시형태의 노즐(21)은 환원제 전구체인 요소의 수용액을 분무한다. 이렇게 하여, 혼합실(20)에서는 배기가스가 환원제(암모니아)와 혼합된다.
분리벽(15)에 의해 구획된 전단측 반응실(26)은, 혼합실(20)과 같이 용기(11)의 일단측으로부터 수평방향으로 연장되어서 형성되어 있다. 전단측 반응실(26)은, 도2에 있어서 좌측의 단부가 상류단이며, 도2에 있어서 우측의 단부가 하류단이다. 전단측 반응실(26)의 일단측(상류단)은 연통로(22)를 통하여 혼합실(20)과 연통하고 있다.
전단측 반응실(26)에는, 유닛화(unit 化)된 복수의 촉매(28)가 설치되어 있다. 복수의 촉매(28)는 전단측 반응실(26)이 연장되는 방향으로 순차적으로 배치되어 있다. 즉, 복수의 촉매(28)는 축심(X) 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 촉매(28)는 전단측 반응실(26)에 있어서 횡단면의 대략 전체에 걸쳐서 설치되어 있다(도3 참조).
촉매(28)에는 탈질촉매 및 가수분해촉매의 적어도 일방이 사용된다. 즉, 복수의 촉매(28)는, 모두가 탈질촉매이어도 좋고, 모두가 가수분해촉매이어도 좋고, 또는 탈질촉매와 가수분해촉매가 혼재하고 있어도 좋다. 탈질촉매와 가수분해촉매가 혼재하는 경우, 상류측의 촉매(28)에는 가수분해촉매가 사용되고, 하류측의 촉매(28)에는 탈질촉매가 사용된다.
전단측 반응실(26)은, 혼합실(20)로부터의 배기가스가 탈질촉매를 통과함으로써, 주로 배기가스의 탈질반응이 이루어지도록 구성되어 있다. 즉, 전단측 반응실(26)의 탈질촉매하에서는, 배기가스중의 ＮＯｘ가 환원제와 반응하여 환원되어 제거된다.
또한, 전단측 반응실(26)은, 혼합실(20)로부터의 배기가스가 가수분해촉매를 통과함으로써, 주로 요소(환원제 전구체)의 가수분해반응이 이루어지도록 구성되어 있다. 즉, 전단측 반응실(26)의 가수분해촉매하에서는, 혼합실(20) 및 연통로(22)에 있어서 다 가수분해되지 않은 요소가 가수분해 되어서 암모니아(환원제)가 된다.
후단측 반응실(27)은 용기(11)의 타단측에 형성되어 있다. 후단측 반응실(27)은 용기(11)의 횡단면(축심(X) 방향과 직교하는 단면)의 전체에 걸쳐서 형성되어 있다. 즉, 후단측 반응실(27)의 통로 단면적은 전단측 반응실(26)의 통로 단면적보다 크다. 후단측 반응실(27)은 전단측 반응실(26)의 타단측(하류단)과 연통하고 있다.
후단측 반응실(27)에는 유닛화된 촉매(29)가 설치되어 있다. 이 촉매(29)는, 도4에 나타나 있는 바와 같이, 후단측 반응실(27)에 있어서 횡단면의 대략 전체에 걸쳐서 설치되어 있다. 촉매(29)에는 탈질촉매가 사용된다.
후단측 반응실(27)에는 배출부(13)가 위치하고 있다. 배출부(13)는, 용기(11)의 타단에 설치되어 있고, 후단측 반응실(27)에 개구하는 배출구다. 배출부(13)는 축심(X)과 동축으로 설치되어 있다.
후단측 반응실(27)은, 전단측 반응실(26)로부터의 배기가스가 탈질촉매를 통과함으로써, 배기가스의 탈질반응이 이루어지고, 그 후에 배기가스가 배출부(13)로부터 배출되도록 구성되어 있다. 즉, 후단측 반응실(27)에서는, 배기가스중의 ＮＯｘ가 환원제와 반응하여 환원되어 제거되고, 그 이후 배기가스가 배출된다.
또한, 전단측 반응실(26)의 타단측(하류단)은 후단측 반응실(27)로 가면서 점차 확대되고 있다. 구체적으로는, 분리벽(16)은, 분리벽(15)의 단부로부터 용기(11)의 내주면으로 가면서 용기(11)의 타단측으로 기우는 경사벽이 되어 있다. 이렇게 함으로써, 전단측 반응실(26)로부터의 배기가스를 후단측 반응실(27)에 있어서의 상부로 안내된다. 즉, 전단측 반응실(26)로부터의 배기가스가 후단측 반응실(27)의 통로 전체(즉 촉매(29)의 전체)에 골고루 흐른다.
탈질촉매로서는 ＳＣＲ(Selective　Catalytic　Reduction : 선택 촉매환원)촉매가 사용되고 있다. ＳＣＲ 촉매는 배기가스중의 ＮＯｘ를 환원제와 선택적으로 환원반응 시킨다. ＳＣＲ 촉매로서는, 예를 들어 알루미나, 지르코니아, 바나디아 등의 금속산화물계 촉매나 제올라이트계 촉매 등 원하는 촉매를 사용할 수 있고, 이들의 촉매를 조합시켜도 좋다.
<동작>
상기한 바와 같이 구성된 배기가스 탈질장치(10)의 동작에 대하여 설명한다. 배기가스 탈질장치(10)에서는, 엔진(1)의 각 배기포트(1a)로부터 배출된 배기가스가 상류측 통로(3) 및 유입부(12)를 통하여 용기(11) 내의 혼합실(20)로 유입(집합)된다. 그 때, 유입부(12)는 내방단으로 가면서 지름이 커지게 되는 원추형모양으로 형성되어 있기 때문에, 배기가스는 혼합실(20)로 광범위하게 유입된다.
유입부(12)로부터 혼합실(20)로 유입된 배기가스는, 노즐(21)로부터 분무된 요소수와 혼합된다. 그리고, 요소수는, 배기가스의 고온열을 이용하여 하기의 식(1)으로 나타나 있는 바와 같이 가수분해 되어, 환원제로서의 암모니아 가스(ＮＨ3)가 발생된다.
(ＮＨ2)2CO　＋　H2O　→ 2ＮＨ3 ＋ CO2 ㆍㆍㆍㆍ식(1)
혼합실(20)에서 발생된 암모니아 가스는 배기가스와 함께, 혼합실(20)로부터 연통로(22)를 통하여, 전단측 반응실(26) 및 후단측 반응실(27)의 순서로 통과한다(도2에 나타내는 굵은 선의 화살표 참조). 전단측 반응실(26) 및 후단측 반응실(27)의 탈질촉매하에서는, 배기가스중의 ＮＯｘ가 암모니아 가스와 반응하여 환원되어 제거된다. 구체적으로는, 배기가스중의 ＮＯｘ와 암모니아 가스 사이에 하기의 식(2) 및 식(3)으로 나타나 있는 바와 같은 탈질반응이 이루어지고, ＮＯｘ는 질소와 물로 분해되어서 무해화된다.
4ＮＨ3 ＋ 4NO ＋　O2 → 4N2 ＋ 6H2O ㆍㆍㆍㆍ식(2)
2ＮＨ3 ＋ NO ＋　NO2 → 2N2 ＋ 3H2O ㆍㆍㆍㆍ식(3)
또한, 전단측 반응실(26)에 가수분해촉매가 설치되어 있을 경우, 그 가수분해촉매하에서, 상기한 식(1)에 나타나 있는 바와 같이 요소수가 가수분해 된다.
이렇게 하여, 반응실(25)(전단측 반응실(26) 및 후단측 반응실(27))에 있어서 ＮＯｘ가 제거된 배기가스는, 배출부(13)로부터 하류측 통로(4)로 배출되어 터빈(6)으로 공급된다.
이상과 같이, 상기 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)에서는, 혼합실(20)과 반응실(25)(전단측 반응실(26) 및 후단측 반응실(27))이 1개의 용기(11) 내에 설치되어 있다. 그 때문에, 배기관과 ＳＣＲ리액터를 접속배관에 의해 접속하는 종래의 형태에 비하여, 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있고, 설치 스페이스를 줄일 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 반응실(25)은, 용기(11)의 축심(X) 방향과 직교하는 방향(용기(11)의 지름방향)으로 용기(11) 내를 2개로 구획한 중에서 한편이, 용기(11)의 축심(X) 방향의 일단측으로부터 축심(X) 방향의 도중까지 연장되어서 이루어지는 전단측 반응실(26)에 더하여, 용기(11) 내의 축심(X) 방향의 타단측에 있어서 횡단면이, 전단측 반응실(26)보다 큰 후단측 반응실(27)을 구비하고 있다.
상기의 구성에 의하면, 반응실(25)의 일부로서, 배기가스의 통로 단면적이 큰 후단측 반응실(27)을 설치할 수 있다. 즉, 배기가스의 압력손실을 저감할 수 있는 후단측 반응실(27)을 설치할 수 있다. 그 때문에, 통로 단면적을 그 정도로 확보할 수 없는 전단측 반응실(26)에 있어서 압력손실이 증가하지만, 반응실(25) 전체로서의 압력손실은 종래 형태의 동등(同等) 이하로 억제할 수 있다.
이와 같이, 상기 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)에 의하면, 장치 전체로서 압력손실의 증가를 발생시키지 않고서 설치 스페이스를 줄일 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)에 있어서, 전단측 반응실(26)의 타단측(하류단)은 후단측 반응실(27)로 가면서 점차 확대되어 있다.
상기의 구성에 의하면, 전단측 반응실(26)의 타단측은 후단측 반응실(27)의 하부에 연통하게 하고 있는 바, 전단측 반응실(26)로부터의 배기가스를 후단측 반응실(27)의 전체(즉 촉매(29)의 전체)에 골고루 흐르게 할 수 있다. 그 때문에, 후단측 반응실(27)에 있어서의 탈질반응을 효과적으로 실시할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)에 있어서, 전단측 반응실(26)의 촉매(28)는 용기(11)의 축심(X) 방향으로 소정의 간격을 두고 복수로 배치되어 있다.
상기의 구성에 의하면, 탈질촉매(28)의 유지보수 시에 탈질촉매(28)를 축심(X) 방향으로 취출(取出) 및 부착이 용이하게 된다.
또한, 상기 실시형태의 배기가스 탈질장치(10)에 있어서, 후단측 반응실(27)의 촉매(29)는, 용기(11)에 있어서의 축심(X) 방향과 직교하는 단면의 대략 전체에 설치되어 있다.
상기의 구성에 의하면, 후단측 반응실(27)에 있어서 촉매(29)의 양을 확보할 수 있기 때문에, 그 만큼 전단측 반응실(26)에 있어서의 촉매(28)의 양을 저감시킬 수 있다. 그러면, 전단측 반응실(26)에 있어서, 촉매(28)를 통과함으로써 발생하는 압력손실을 저감시킬 수 있다.
(실시형태의 변형예)
본 변형예의 배기가스 탈질장치(10)는, 상기 실시형태에 있어서의 혼합실 및 후단측 반응실의 구성을, 도5 및 도6에 나타나 있는 바와 같이 변경한 것이다. 여기에서는, 상기 실시형태와 다른 점에 대하여 설명한다.
용기(11)의 내부는, 분리벽(15, 17, 18)에 의해 혼합실(20)과 반응실(25)(전단측 반응실(26), 후단측 반응실(31))로 구획되어 있다.
본 변형예의 혼합실(20)은, 상기 실시형태의 혼합실에 있어서, 예열공간(20a)이 추가된 것이다. 즉, 예열공간(20a)은 혼합실(20)의 일부로서 형성되어 있다. 예열공간(20a)은 후술하는 후단측 반응실(31)의 촉매(32)를 예열하기 위한 공간이다.
예열공간(20a)은, 상기 실시형태의 혼합실의 상류단에서 용기(11)의 타단측(즉 후단측 반응실(31)측)으로 돌출된 공간이다. 예열공간(20a)은, 후단측 반응실(31)의 상부에 위치하고, 축심(X)을 따라 연장되어 있다. 예열공간(20a)은 후단측 반응실(31)의 축심(X) 방향에 걸쳐서 형성되어 있다. 예열공간(20a)의 횡단면(축심(X) 방향과 직교하는 단면)의 면적은 상기 실시형태의 혼합실의 횡단면 면적보다 작다.
본 변형예의 후단측 반응실(31)은, 상기 실시형태와 같이, 용기(11) 내의 축심(X) 방향의 타단측(도5에 있어서 우측의 단부)에 형성되고, 횡단면(축심(X) 방향과 직교하는 단면)의 면적이 전단측 반응실(26)의 횡단면의 면적보다 크다. 후단측 반응실(31)에는, 상기 실시형태와 같이, 유닛화된 탈질촉매인 촉매(32)가 설치되어 있다. 이 촉매(32)는, 도6에 나타나 있는 바와 같이, 후단측 반응실(31)에 있어서의 횡단면의 대략 전체에 걸쳐서 설치되어 있다.
분리벽(15)은 상기 실시형태와 같다. 분리벽(17)은, 축심(X) 방향의 도중까지 연장된 분리벽(15)의 단부(도5에 있어서 우측의 단부)로부터 상방을 향하여 연장되는 판모양이다. 분리벽(17)은, 용기(11)의 내주면의 바로 전까지 연장되어 있으며, 용기(11)의 내주면과는 접하지 않고 있다. 분리벽(17)은, 상기 실시형태와 같이, 분리벽(15)의 단부로부터 용기(11)의 내주면으로 가면서 용기(11)의 타단측(도5에 있어서 우측의 단부)으로 기우는 경사벽이 되어 있다.
분리벽(18)은, 용기(11)의 내주면의 바로 전까지 연장된 분리벽(17)의 단부(도5에 있어서 상측의 단부)로부터 용기(11)의 타단측을 향하여 연장되는 판모양이다. 분리벽(18)은 축심(X)을 따라 연장되어 있다. 분리벽(18)은, 용기(11)의 내부를, 축심(X) 방향과 직교하는 방향(용기(11)의 지름방향)에 있어서 예열공간(20a)과 후단측 반응실(31)로 구획하고 있다.
이와 같이 하여 구획된 후단측 반응실(31)에서는, 예를 들어 엔진(1)의 운전시작 시에, 예열공간(20a)으로 유입된 배기가스의 고온열에 의해 촉매(32)가 예열된다. 즉, 촉매(32)는, 분리벽(18)을 사이에 두고 예열공간(20a)과 접하고 있으므로, 예열공간(20a)의 배기가스의 고온열에 의해 효과적으로 가열된다. 그 때문에, 촉매(32)를 탈질반응에 최적인 온도까지 신속하게 승온(昇溫)할 수 있다. 이에 따라, 운전시작 시에 후단측 반응실(31)에 있어서의 탈질반응을 촉진시킬 수 있다.
(기타 실시예)
또한, 본 출원에 개시된 기술은, 상기 실시형태 및 그 변형예에 있어서 이하와 같은 구성으로 하여도 좋다.
예를 들면, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서, 혼합실(20)과 전단측 반응실(26)의 위치를 반대로 하여도 좋다. 즉, 용기(11) 내를 상하로 구획한 중에서, 상측의 공간을 전단측 반응실(26)로 하고, 하측의 공간을 혼합실(20)로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에서는, 용기(11) 내를 상하로 구획하여 혼합실(20) 및 전단측 반응실(26)을 형성하도록 했지만, 본 출원에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 용기(11) 내를 축심(X) 방향에서 보아 좌우로 구획하여 형성하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서, 환원제 전구체(요소수)의 가수분해를 촉진하기 위한 가수분해촉매를, 혼합실(20) 또는 연통로(22)에 설치하여도 좋다. 그렇게 함으로써, 환원제 전구체(요소수)가 전단측 반응실(26)에 유입될 때까지 환원제(암모니아 가스)를 충분하게 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 반응실(25)(전단측 반응실(26) 및 후단측 반응실(27,31))에 있어서의 탈질반응을 촉진시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에서는, 노즐(21)로부터 환원제 전구체로서의 요소수를 분무하는 구성에 대하여 설명하였지만, 본 출원에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 고농도의 요소와 저농도의 암모니아 가스의 혼합수용액을 환원제 전구체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서, 유입부(12)는 상기한 수량에 한하지 않고, 1개 또는 4개 이외의 복수개이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에서는, 노즐은 혼합실(20)의 배기가스중에 환원제 등을 분무하는 것이라고 했지만, 본 출원에 개시된 기술은 이에 한정되지 않고, 노즐은 용기(11) 내(혼합실(20))로 유입하기 전의 배기가스중에 환원제 등을 분무하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태의 변형예에 있어서, 용기(11)는, 원통모양 이외에, 예를 들면, 각형(角形)이나 타원형의 통모양으로 형성된 것이라도 좋고, 또는 이들을 조합시킨 단면형상의 통모양으로 형성된 것이라도 좋다.
또한, 상기 실시형태 및 변형예에 있어서, 용기(11) 내에, 배기가스를 촉매(28, 29, 32)의 전체에 골고루 통과시키기 위한 정류판(整流板)을 설치하여도 좋다. 정류판은, 예를 들면, 연통로(22), 전단측 반응실(26)의 상류단, 전단측 반응실(26)과 후단측 반응실(27, 31) 사이에 설치된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 배기가스 탈질장치(10)를 선박용 디젤엔진에 적용한 구성에 대하여 설명하였지만, 본 출원의 배기가스 탈질장치는 이에 한정되지 않고, 그 이외의 엔진에 관하여도 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 출원에 개시된 기술은 배기가스 탈질장치에 대하여 유용하다.
1 선박용 디젤엔진
10 배기가스 탈질장치
11 용기
20 혼합실
26 전단측 반응실(반응실)
27 후단측 반응실(반응실)
28 촉매
29 촉매
31 후단측 반응실(반응실)
32 촉매
X 축심

Claims (4)

  1. 통모양의 용기와,
    상기 용기의 축심방향(軸心方向)과 직교하는 방향으로 상기 용기내를 2개로 구획한 중에서 한편이, 상기 용기의 상기 축심방향의 일단측(一端側)으로부터 상기 축심방향의 도중까지 연장되고, 엔진 배기가스가 유입되어 환원제(還元劑)와 혼합되는 혼합실과,
    상기 2개로 구획된 중에서 타방(他方)이, 상기 용기의 상기 축심방향의 일단측으로부터 상기 축심방향의 도중까지 연장되고, 상기 혼합실로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매가 설치된 전단측 반응실(前段側 反應室)과,
    상기 용기내의 상기 축심방향의 타단측에 형성되고, 상기 축심방향과 직교하는 단면의 면적이, 상기 전단측 반응실의 상기 축심방향과 직교하는 단면의 면적보다 크게 형성되고, 상기 전단측 반응실로부터 유입된 배기가스가 통과하는 촉매가 설치된 후단측 반응실(後段側 反應室)을
    구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 탈질장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후단측 반응실은 상기 전단측 반응실의 상기 축심방향의 타단측과 연통하고 있고,
    상기 전단측 반응실의 상기 타단측은 상기 후단측 반응실로 가면서 점차 넓어지고 있는 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈질장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전단측 반응실의 촉매는 상기 축심방향으로 소정의 간격을 두고 복수로 배치되는 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈질장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 후단측 반응실의 촉매는 상기 용기에 있어서의 상기 축심방향과 직교하는 단면의 대략 전체에 설치되는 것을
    특징으로 하는 배기가스 탈질장치.
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