KR20240028318A - 배기가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배기가스 처리 시스템은, 배출규제가스를 흡수한 폐수를 저장하는 제1탱크; 상기 제1탱크로부터 폐수를 전달받아 산성물질과 혼합하는 제2탱크; 상기 제2탱크로부터 산성물질과 혼합된 폐수를 전달받아 배출규제가스를 분리하는 기액분리유닛; 및 상기 제2탱크의 폐수를 전달받아 상기 제2탱크의 폐수에 포함된 중성이온을 양이온과 음이온으로 분리하는 이온분리유닛을 포함할 수 있다.

Description

배기가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Exhaust gas treatment system and ship including the same}
본 발명은 배기가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박으로부터 배출되는 배기가스에 대한 규제가 점점 강화되고 있는 추세이어서, 선박으로부터 배출되는 배기가스로부터 황산화물 뿐만 아니라 이산화탄소도 제거해야 할 필요성이 대두되었다.
배기가스를 처리하기 위해서 선박에는 배기가스 처리 시스템이 설치되며, 배기가스 처리 시스템에서는 배기가스에 처리제를 분사하여 배기가스를 처리할 수 있다. 배기가스 처리 시스템에서는 처리제로 해수를 사용할 수 있다. 해수를 처리제로 사용하면, 배기가스로부터 황산화물은 제거할 수는 있다. 그러나, 이산화탄소는 소량만 제거가 가능해, UN산하 국제해사기구(International Maritime Organization)의 에너지효율설계지수(Energy Efficiency Design Index)를 만족시킬 수 있는 이산화탄소 저감 성능을 구현하기 어려웠다. 또한, 배기가스를 처리하는 데에 비교적 많은 양의 해수를 필요로 하여, 많은 양의 해수를 공급하고 분사하기 위한 설비를 필요로 한다.
배기가스 중 이산화탄소의 흡수를 위해서 흡수제로 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리수용액을 사용할 수 있는데, 알칼리수용액은 적은 양으로도 이산화탄소를 흡수할 수는 있으나, 알칼리수용액의 공급에 비용이 많이 소요된다. 또한 알칼리수용액의 공급 비용을 줄이기 위해서, 이산화탄소를 흡수한 폐수를 재생하여 흡수제로 재사용할 수 있으나, 폐수의 재생율이 높지 않아 재생된 흡수제 외에도 별도의 흡수제를 계속 공급하여 주어야 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 배기가스를 처리한 뒤 발생된 폐수에서 흡수제를 재생시켜 배기가스 중 배출규제 가스의 저감 성능을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스 처리 시스템은, 배출규제가스를 흡수한 폐수를 저장하는 제1탱크; 상기 제1탱크로부터 폐수를 전달받아 산성물질과 혼합하는 제2탱크; 상기 제2탱크로부터 산성물질과 혼합된 폐수를 전달받아 배출규제가스를 분리하는 기액분리유닛; 및 상기 제2탱크의 폐수를 전달받아 상기 제2탱크의 폐수에 포함된 중성이온을 양이온과 음이온으로 분리하는 이온분리유닛을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이온분리유닛에서 분리된 양이온은 배출규제가스 흡수제로 재생될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1탱크의 상류에 마련되어, 배기가스를 배출규제가스 흡수제에 흡수시키는 배출규제가스 처리부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 배출규제가스 처리부로 재생된 배출규제가스 흡수제가 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 재생된 배출규제가스 흡수제를 냉각하여 상기 배출규제가스 처리부로 공급하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이온분리유닛에서 분리된 음이온은 산성물질로 재생될 수 있다.
구체적으로, 상기 재생된 산성물질은 제2탱크로 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 물분리유닛의 하류에 마련되어, 상기 물분리유닛에서 분리된 물을 저장하는 물저장탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 재생된 산성물질은 제2탱크로 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 이온분리유닛은, 중성이온이 통과하는 폐수유로; + 전하가 형성되는 음이온유로; 및 - 전하가 형성되는 양이온유로를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이온분리유닛은, 상기 폐수유로, 상기 음이온유로 및 상기 양이온유로를 구획하는 이온분리막을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2탱크의 폐수를 전달받아 상기 제2탱크의 폐수에 포함된 물을 분리하여, 상기 제2탱크의 폐수에 포함된 중성이온의 농도를 높이는 물분리유닛을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 물분리유닛의 하류에 마련되어, 상기 물분리유닛에서 분리된 물을 저장하는 물저장탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이온분리유닛은, 중성이온이 통과하는 폐수유로; + 전하가 형성되는 음이온유로; 및 - 전하가 형성되는 양이온유로를 포함하고, 상기 물저장탱크에 저장된 물은 상기 음이온유로 및 상기 양이온유로 중 적어도 하나로 전달될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2탱크의 하류에 마련되어, 상기 제2탱크로부터 전달되는 폐수를 저장하는 제3탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이온분리유닛에서 양이온과 음이온으로 분리되지 않은 중성이온과, 상기 물분리유닛에서 물과 분리되고 남은 폐수는, 상기 제3탱크로 회수될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1탱크 내부에 마련되어 상기 배출규제가스를 흡수한 폐수에 포함된 불순물을 제거하는 분리막을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은, 상기 배기가스 처리 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배기가스 처리 시스템은 이온분리유닛을 이용하여 양이온이 농축된 폐수와 음이온이 농축된 폐수를 분리하고, 양이온이 농축된 폐수로 배출규제가스 흡수제를 재생시키고, 음이온이 농축된 폐수로 산성물질을 재생하여 산성물질을 제2탱크로 공급하므로, 효율적으로 이산화탄소를 흡수 및 분리할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
본 명세서에서, 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.
본 명세서에서 선박은 적어도 엔진을 사용하는 선박일 수 있으며, 화물이나 사람 등을 운반하는 상선 등을 모두 포함하는 개념이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 위해 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템(1)은, 제1탱크(100), 제2탱크(200), 기액분리유닛(300), 이온분리유닛(700), 산성물질저장부(800) 및 흡수제저장부(900)를 포함할 수 있다.
엔진이나 보일러 등의 배기가스 배출장치(미도시)로부터 배출된 배기가스는 배출규제가스 흡수제에 흡수되어 폐수 상태로 제1탱크(100)로 전달될 수 있다. 제1탱크(100)의 상류에는 배기가스와 배출규제가스 흡수제가 혼합되어 배기가스에 포함된 배출규제가스가 배출규제가스 흡수제에 흡수되어 제거되도록 배출규제가스 처리부(미도시)가 마련될 수 있다. 배출규제가스는, 예컨대 황산화물이나 이산화탄소일 수 있다. 그러나, 배출규제가스는 질소산화물 등 대기로의 배출이 규제되는 것이라면, 어떠한 배출규제가스라도 가능하며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
배기규제가스 처리부(미도시)는 배기가스로부터 이산화탄소를 제거할 수 있다. 예컨대, 배기규제가스 처리부(미도시)는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 화학적으로 흡착할 수 있는 배출규제가스 흡수제를 내부에 분사하여, 배기가스로부터 이산화탄소를 제거할 수 있다. 배출규제가스 흡수제는, 예컨대 알칼리 수용액일 수 있다. 예컨대, 청수와 알칼리제인 수산화나트륨(NaOH)을 혼합하여 알칼리 수용액인 수산화나트륨 수용액을 만들 수 있다.
수산화나트륨 수용액을 배기가스로부터 이산화탄소를 제거하는 배출규제가스 흡수제로 사용하는 경우, 배출규제가스 흡수제에 이산화탄소가 화학적으로 흡착되어 배기가스로부터 제거될 수 있으며 화학반응식은 아래와 같다.
[화학반응식]
CO2 + H2O ↔ CO3 2- + 2H+
NaOH ↔ Na+ + OH-
CO3 2- + 2Na+ ↔ Na2CO3
2CO3 2- + 2Na+ + 2H+ ↔ 2NaHCO3
제1탱크(100)는 하부에 경사면(110)이 형성되어, 이때 형성되는 경사면을 따라 슬러지(S)가 모일 수 있다. 슬러지(S)가 모이는 제1탱크(100)의 하부면에는 배관이 형성되며 상기 배관을 통해 슬러지(S)가 외부로 배출될 수 있다.
제1탱크(100)의 내부에는 분리막(120)이 형성될 수 있으며, 상기 분리막(120)은 제1탱크(100) 내 부유하는 오일(Oil), 분진, 입자상 물질(Particle material) 등의 불순물을 분리할 수 있다. 분리막(120)은 폐수에 침지되며, 폐수에 뜬 상태로 유지될 수 있다.
분리막(120)에는 일정 크기 이하의 구멍(미도시)이 형성될 수 있다. 구멍(미도시)은 배기가스에 포함된 불순물의 크기보다 작은 것이 바람직하다. 폐수의 불순물들은 구멍(미도시)에서 걸러질 수 있다. 또한 분리막(120)의 구멍(미도시) 상에는 필터가 마련되어, 분리막(120)에 전달되는 불순물을 걸러낼 수 있다.
분리막(120)은 폐쇄된 형태일 수 있으며, 분리막(120) 내에는 불순물이 분리된 폐수가 모일 수 있다. 이때 분리막(120)의 내부에는 불순물 분리배관(L1)이 연결되며, 상기 불순물 분리배관(L1)에 마련된 펌프(P)에 의해 분리막(120) 내부의 폐수가 제2탱크(200)로 전달될 수 있다.
제2탱크(200)는 제1탱크(100)로부터 폐수를 전달받고, 상기 폐수에 산성물질을 혼합하여 폐수의 pH를 낮출 수 있다. 산성물질은 산성물질저장부(800)에 저장되어 있을 수 있으며, 제2탱크(200)는 상기 산성물질저장부(800)와 연결되어 산성물질저장부(800)로부터 산성물질을 공급받을 수 있다. 산성물질에 의해 폐수의 pH가 낮아져 폐수로부터 이산화탄소가 용이하게 분리될 수 있다.
황산을 폐수의 pH를 낮추기 위해 사용하는 경우, 폐수에서 이산화탄소가 용이하게 기체로 분리될 수 있으며 화학반응식은 아래와 같다.
[화학반응식]
2NaHCO3+ H2SO4 ↔ Na2SO4 + 2CO2 + 2H2O
제2탱크(200)는 기액분리유닛(300)과 배출규제가스 분리배관(L2)으로 연결될 수 있다. 기액분리유닛(300)은 제2탱크(200)로부터 배수된, 배출규제가스를 흡수한 폐수로부터 배출규제가스를 분리하며, 배출규제가스가 분리된 폐수를 다시 제2탱크(200)로 공급할 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 배출규제가스 흡수제는 1차적으로 처리될 수 있다. 배출규제가스 분리배관(L2)에는, 폐수의 원활한 유동을 위해 펌프(P)가 구비될 수 있다.
기액분리유닛(300)은 기체를 통과시킬 수 있으나, 액체의 통과는 차단하는 기액분리막(310)을 포함할 수 있다. 기액분리막(310)은 폐수가 유동하는 액체유로(320)와 배출규제가스가 유동하는 기체유로(330)를 구획할 수 있다. 따라서 기액분리유닛(300)에서 기체인 배출규제가스는 기액분리막(310)을 통과하지만 액체인 폐수는 기액분리막(310)을 통과하지 못할 수 있다. 예컨대, 기액분리막(310)은 중공사막일 수 있다.
기액분리막(310)은 한 쌍의 마주보는 면 형태로 마련될 수 있으나, 원통형의 다발로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명은 기액분리막(310)의 형태에 의해 제한되지 않는다.
기체유로(330)에는 배출규제가스가 낮은 분압으로 유지되고 있으므로 폐수에 흡수된 배출규제가스는 액체유로(320)를 유동하면서 낮은 분압의 배출규제가스가 유지되는 기체유로(330)로 이동할 수 있다. 여기서 낮은 분압이란 배출규제가스의 농도가 낮은 상태를 의미한다.
예를 들어, 기체유로(330)에는 이산화탄소가 낮은 분압으로 유지된다. 분압이 낮을수록 기체의 액체에 대한 용해도는 낮아지므로, 폐수에 흡수된 배출규제가스가 액체유로(320)를 유동하면서 기액분리막(310)을 통과하여 기체유로(330)로 이동하게 된다. 기체유로(330)의 일측에 진공펌프(미도시)가 마련될 수 있으며, 진공펌프(미도시)에 의해 기체유로(330)에 음압이 형성될 수 있다. 따라서 기체유로(330)에는 이산화탄소가 낮은 분압으로 유지될 수 있다. 또한, 기체유로(330)에는 이산화탄소의 분압이 상대적으로 작은 외기를 공급하여 기체유로(330)에 이산화탄소를 낮은 분압으로 유지할 수 있다.
또한, 배출규제가스 분리배관(L2)에는, 폐수에 포함된 배출규제가스를 제외한 불순물을 여과하여 처리하는 여과장치(미도시)가 구비될 수 있다. 여과장치는 폐수에 포함된 배출규제가스를 제외한 오염물질을 여과할 수 있다. 이에 따라, 기액분리유닛(300)의 폐수에 포함되는 불순물이 최소화됨으로써, 기액분리유닛(300)에 포함되는 기액분리막(310)의 성능을 보호할 수 있다. 여과장치는, 예컨대 필터(미도시)를 포함하거나, 원심력 등을 이용하여 폐수로부터 입자상물질, 오일(Oil) 등을 여과할 수 있다. 그러나, 본 발명은 여과장치에 의해 제한되지 않는다.
기액분리유닛(300)은, 폐수로부터 배출규제가스를 분리함으로써, 폐수를 재사용할 수 있는 흡수제로 재생시킬 수 있다. 기액분리유닛(300)에서 배출규제가스가 분리된 폐수는 액체유로(320)를 따라 제2탱크(200)로 회수될 수 있다.
기액분리유닛(300)에서 기체유로(330)는 가스처리유닛(미도시)으로 연결될 수 있다. 가스처리유닛(미도시)에서는 기액분리유닛(300)에서 폐수로부터 분리된 배출규제가스를 처리할 수 있다.
일례로, 가스처리유닛(미도시)은 이산화탄소를 해수에 친환경 이온상태로 용해시켜서 처리하거나, 이산화탄소를 저장하여 외부로 전달하는 방식으로 배출규제가스를 처리할 수 있다.
제2탱크(200)의 폐수는 폐수 전달배관(L3)을 따라 이온분리유닛(700)으로 전달될 수 있다. 폐수 전달배관(L3)에는, 폐수의 원활한 유동을 위해 펌프(P)가 구비될 수 있다.
이온분리유닛(700)은 제2탱크(200)와 연결되어 기액분리유닛(300)에서 처리된 폐수를 이온화하여 폐수에 포함된 중성이온을 음이온(Anion)과 양이온(Cation)으로 분리할 수 있다.
이를 위해 이온분리유닛(700)은 이온 분리막이나 이온교환수지를 포함할 수 있다. 일례로 이온분리유닛(700)은 음이온과 양이온으로 분리할 수 있는 이온분리막(710)을 포함할 수 있으며, 이때 이온분리막(710)에 의해 폐수유로(720), 음이온유로(730) 및 양이온유로(740)가 분리될 수 있다. 이온분리막(710)은 바람직하게, 쌍전극 분리막(Bipolar membrane)일 수 있다.
음이온유로(730)에는 + 전하가 형성되고, 양이온유로(740)에는 - 전하가 형성되므로, 폐수 중 - 전하를 가지는 음이온은 이온분리막(710)을 통과하여 음이온유로(730)로 전달되고, 폐수 중 + 전하를 가지는 양이온은 이온분리막(710)을 통과하여 양이온유로(740)로 전달될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 폐수를 음이온과 양이온으로 이온화할 수만 있다면, 본 발명은 제한되지 않는다.
음이온유로(730)와 양이온유로(740)는 외부로부터 물을 공급받을 수 있다(A). 음이온유로(730)의 음이온은 물과 산성물질이 될 수 있고, 양이온유로(740)의 양이온은 물과 배출규제가스 흡수제가 될 수 있다. 즉, 음이온유로(730)에서는 물이 산화되어 수소이온(H+)이 발생하고, 양이온유로(740)에서는 물이 환원되어 수산화이온(OH-)이 발생하므로, 음이온유로(730)와 양이온유로(740)에서 각각 산성물질과 배출규제가스 흡수제가 생성될 수 있다.
이온분리유닛(700)에서 양이온과 음이온으로 분리되지 않은 폐수는 폐수유로(720)를 따라 제2탱크(200)로 회수될 수 있다. 즉, 이온분리유닛(700)에서 양이온과 음이온으로 분리되지 않은 중성이온은 폐수유로(720)를 따라 제2탱크(200)로 회수될 수 있다.
이온분리유닛(700)에서 분리된 음이온은 폐수의 pH를 낮추는 산성물질로 재생되어 이용될 수 있으며, 양이온은 배출규제가스 흡수제로 재생되어 이용될 수 있다. 이온분리유닛(700)은 분리된 음이온과 양이온을 이용하여 산성물질과 배출규제가스 흡수제를 만들 수 있다. 즉, 음이온유로(730)에서 산성물질이 생성될 수 있고, 양이온유로(740)에서 배출규제가스 흡수제가 생성될 수 있다.
이온분리유닛(700)을 통해 배출규제가스 흡수제가 지속적으로 재생되어 배출규제가스 흡수제가 공급될 수 있으므로 배출규제가스 흡수제의 공급 비용을 줄일 수 있으며, 배출규제가스 흡수제를 다른 용도로 사용하는 곳에 판매하는 경우 수익을 창출할 수 있다.
또한 이온분리막(710)을 통해 음이온이 농축된 폐수는 산성물질저장부(800)로 공급될 수 있으며, 양이온이 농축된 폐수는 흡수제저장부(900)로 공급될 수 있다. 산성물질저장부(800)는 음이온이 농축된 폐수를 이용하여 산성물질을 만드는 장치일 수 있으며, 흡수제저장부(900)는 양이온이 농축된 폐수를 이용하여 배출규제가스 흡수제를 만드는 장치일 수 있다.
산성물질저장부(800)는 산성물질 공급배관(L7)을 따라 제2탱크(200)로 연결되어 산성물질이 제2탱크(200)로 공급될 수 있으며, 흡수제저장부(900)는 흡수제 공급배관(L8)을 따라 배출규제가스 처리부(미도시) 등의 흡수제 수요처와 연결되어, 흡수제가 흡수제의 수요처로 공급될 수 있다(B).
이온분리유닛(700)에서 재생된 산성물질은 산성물질 공급배관(L7)을 통해 제2탱크(200)로 공급될 수 있다. 이 경우, 제2탱크(200)의 폐수의 H+ 이온이 증가하게 되고 pH가 낮아질 수 있다. 따라서 폐수에 흡수된 탄산이나 이산화탄소가 용이하게 분리될 수 있다.
흡수제저장부(900)에는 배출규제가스 흡수제가 저장될 수 있다. 흡수제저장부(900)는 배출규제가스 처리부(미도시) 등에 배출규제가스 흡수제를 공급할 수 있다. 흡수제저장부(900)에 저장되는 배출규제가스 흡수제는, 예컨대 해수나, 수산화나트륨 수용액 등의 알칼리수용액일 수 있다. 그러나, 흡수제저장부(900)에 저장되는 배출규제가스 흡수제는 특별히 한정되지 않고, 배기가스에 분사되어 배기가스와 접촉함으로써 배기가스에 포함된 배출규제가스를 흡수하며, 기액분리유닛(300)에서 배출규제가스가 분리되어 재생될 수 있는 것이라면, 본 발명은 제한되지 않는다. 배출규제가스 흡수제는 배출규제가스 처리부(미도시)에서 분사되는 방식으로 배출규제가스에 공급될 수 있다.
흡수제저장부(900)에는 열교환기(미도시)가 연결될 수 있으며, 열교환기(미도시)는 배출규제가스 흡수제를 냉각하여 배기가스에 포함된 배출규제가스가 흡수되기에 최적의 온도로 만들 수 있다. 열교환기(미도시)는 배출규제가스 흡수제의 온도 상승으로 인해 배출규제가스 흡수제의 배출규제가스 흡수율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게, 본 명세서에서 배출규제가스 흡수제는 알칼리성 처리제로 수산화나트륨일 수 있으며, 배출규제가스는 이산화탄소일 수 있다. 또한 산성물질은 황산일 수 있다. 이때, 이온분리유닛(700)에서 분리되는 음이온은 황산이온(SO4 2-)이고, 양이온은 나트륨이온(Na+)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1에서 설명된 내용에 대해서 중복 설명은 생략될 수 있다.
도 2를 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템(1)은, 제1탱크(100), 제2탱크(200), 기액분리유닛(300), 제3탱크(400), 이온분리유닛(700), 산성물질저장부(800) 및 흡수제저장부(900)를 포함할 수 있다.
제2탱크(200)의 폐수는 폐수 전달배관(L3)을 따라 제3탱크(400)로 전달될 수 있다. 폐수 전달배관(L3)에는, 폐수의 원활한 유동을 위해 펌프(P)가 구비될 수 있다.
이온분리유닛(700)은 제3탱크(400)와 연결되어 기액분리유닛(300)에서 처리된 폐수를 이온화하여 폐수에 포함된 중성이온을 음이온(Anion)과 양이온(Cation)으로 분리할 수 있다.
이를 위해 이온분리유닛(700)은 이온 분리막이나 이온교환수지를 포함할 수 있다. 일례로 이온분리유닛(700)은 음이온과 양이온으로 분리할 수 있는 이온분리막(710)을 포함할 수 있으며, 이때 이온분리막(710)에 의해 폐수유로(720), 음이온유로(730) 및 양이온유로(740)가 분리될 수 있다. 이온분리막(710)은 바람직하게, 쌍전극 분리막(Bipolar membrane)일 수 있다.
음이온유로(730)에는 + 전하가 형성되고, 양이온유로(740)에는 - 전하가 형성되므로, 처리제 폐수 중 - 전하를 가지는 음이온은 이온분리막(710)을 통과하여 음이온유로(730)로 전달되고, 폐수 처리제 중 + 전하를 가지는 양이온은 이온분리막(710)을 통과하여 양이온유로(740)로 전달될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 폐수처리제를 음이온과 양이온으로 이온화할 수만 있다면, 본 발명은 제한되지 않는다.
음이온유로(730)와 양이온유로(740)는 외부로부터 물을 공급받을 수 있다(A). 음이온유로(730)의 음이온은 물과 산성물질이 될 수 있고, 양이온유로(740)의 양이온은 물과 배출규제가스 흡수제가 될 수 있다. 즉, 음이온유로(730)에서는 물이 산화되어 수소이온(H+)이 발생하고, 양이온유로(740)에서는 물이 환원되어 수산화이온(OH-)이 발생하므로, 음이온유로(730)와 양이온유로(740)에서 각각 산성물질과 배출규제가스 흡수제가 생성될 수 있다.
이온분리유닛(700)에서 양이온과 음이온으로 분리되지 않은 폐수는 폐수유로(720)를 따라 제3탱크(400)로 회수될 수 있다. 즉, 이온분리유닛(700)에서 양이온과 음이온으로 분리되지 않은 중성이온은 폐수유로(720)를 따라 제3탱크(400)로 회수될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1 또는 도 2에서 설명된 내용에 대해서 중복 설명은 생략될 수 있다.
도 3을 참조하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 처리 시스템(1)은, 제1탱크(100), 제2탱크(200), 기액분리유닛(300), 제3탱크(400), 물분리유닛(500), 물저장탱크(600), 이온분리유닛(700), 산성물질저장부(800) 및 흡수제저장부(900)를 포함할 수 있다.
제3탱크(400)는 폐수의 일부를 물분리유닛(500)으로 전달하고 폐수의 일부를 이온분리유닛(700)으로 전달할 수 있다.
물분리유닛(500)은 제3탱크(400)의 폐수에서 물을 분리할 수 있다. 물분리유닛(500)은 물을 분리하여, 물은 물저장탱크(600)로 전달하고, 물이 분리된 폐수는 제3탱크(400)로 전달할 수 있다. 물분리유닛(500)에 의해 물이 분리되며, 이때 제3탱크(400)의 중성이온의 농도가 높아질 수 있다. 물분리유닛(500)은 바람직하게 나노필터 분리막일 수 있다.
예를 들어, 배출규제가스 흡수제는 수산화나트륨(NaOH)이고, 제2탱크(200)에 주입되는 산성물질은 황산(H2SO4)일 수 있으며, 이때 제3탱크(400)에는 중성이온으로 황산나트륨(Na2SO4)이 존재할 수 있다. 제3탱크(400)로부터 이온분리유닛(700)으로 전달되는 황산나트륨의 농도가 낮아지면 이온분리유닛(700)의 분리 효율이 떨어질 수 있으므로, 물분리유닛(500)은 물을 제3탱크(400)의 폐수에서 제거하여 황산나트륨을 농축시킬 수 있다.
물저장탱크(600)에 저장되는 물은 이온분리유닛(700)의 음이온유로(730) 및 양이온유로(740)로 전달될 수 있다(A). 즉, 물분리유닛(500)에서 분리된 물은 이온분리유닛(700)에서 전해액으로 사용될 수 있다. 또한, 물분리유닛(500)에서 분리된 물은 제1탱크(100)로 전달되어 스케일 용매로 사용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 배기가스 처리 시스템에 따르면 배출규제가스를 분리하는 기액분리유닛에 의해서 배출규제가스 흡수제를 재생시켜 재사용할 수 있으므로 배출규제가스 흡수제의 공급 비용을 줄일 수 있다.
또한 이온분리유닛을 이용하여 양이온이 농축된 폐수를 흡수제 공급탱크로 공급하고 음이온이 농축된 폐수는 기액분리유닛으로 공급하므로, 기액반응기에서 이산화탄소를 보다 효과적으로 흡수할 수 있으며, 기액분리유닛에서 배출규제가스를 보다 효과적으로 분리할 수 있다.
또한, 물분리유닛에 의해 물을 분리하여 이온분리유닛으로 공급할 수 있으므로, 정제수를 공급하기 위한 비용을 줄이고 이온분리유닛의 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 배기가스 처리 시스템 100: 제1탱크
110: 경사면 120: 분리막
200: 제2탱크 300: 기액분리유닛
310: 기액분리막 320: 액체유로
330: 기체유로
400: 제3탱크 500: 물분리유닛
600: 물저장탱크 700: 이온분리유닛
710: 이온분리막 720: 폐수유로
730: 음이온유로 740: 양이온유로
800: 산성물질저장부 900: 흡수제저장부
L1: 불순물 분리배관 L2: 배출규제가스 분리배관
L3: 폐수 전달배관 L4: 물 분리배관
L5: 물 회수배관 L6: 흡수제 회수배관
L7: 산성물질 공급배관 L8: 흡수제 공급배관
P: 펌프 S: 슬러지

Claims (16)

  1. 배출규제가스를 흡수한 폐수를 저장하는 제1탱크;
    상기 제1탱크로부터 폐수를 전달받아 산성물질과 혼합하는 제2탱크;
    상기 제2탱크로부터 산성물질과 혼합된 폐수를 전달받아 배출규제가스를 분리하는 기액분리유닛; 및
    상기 제2탱크의 폐수를 전달받아 상기 제2탱크의 폐수에 포함된 중성이온을 양이온과 음이온으로 분리하는 이온분리유닛을 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온분리유닛에서 분리된 양이온은 배출규제가스 흡수제로 재생되는 배기가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1탱크의 상류에 마련되어, 배기가스를 배출규제가스 흡수제에 흡수시키는 배출규제가스 처리부를 더 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배출규제가스 처리부로 재생된 배출규제가스 흡수제가 공급되는 배기가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 재생된 배출규제가스 흡수제를 냉각하여 상기 배출규제가스 처리부로 공급하는 열교환기를 더 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온분리유닛에서 분리된 음이온은 산성물질로 재생되는 배기가스 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 재생된 산성물질은 제2탱크로 공급되는 배기가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온분리유닛은,
    중성이온이 통과하는 폐수유로;
    + 전하가 형성되는 음이온유로; 및
    - 전하가 형성되는 양이온유로를 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이온분리유닛은,
    상기 폐수유로, 상기 음이온유로 및 상기 양이온유로를 구획하는 이온분리막을 더 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2탱크의 폐수를 전달받아 상기 제2탱크의 폐수에 포함된 물을 분리하여, 상기 제2탱크의 폐수에 포함된 중성이온의 농도를 높이는 물분리유닛을 더 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 물분리유닛의 하류에 마련되어, 상기 물분리유닛에서 분리된 물을 저장하는 물저장탱크를 더 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이온분리유닛은,
    중성이온이 통과하는 폐수유로;
    + 전하가 형성되는 음이온유로; 및
    - 전하가 형성되는 양이온유로를 포함하고,
    상기 물저장탱크에 저장된 물은 상기 음이온유로 및 상기 양이온유로 중 적어도 하나로 전달되는 배기가스 처리 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2탱크의 하류에 마련되어, 상기 제2탱크로부터 전달되는 폐수를 저장하는 제3탱크를 더 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이온분리유닛에서 양이온과 음이온으로 분리되지 않은 중성이온과,
    상기 물분리유닛에서 물과 분리되고 남은 폐수는,
    상기 제3탱크로 회수되는 배기가스 처리 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1탱크 내부에 마련되어 상기 배출규제가스를 흡수한 폐수에 포함된 불순물을 제거하는 분리막을 더 포함하는 배기가스 처리 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 처리 시스템을 포함하는 선박.
KR1020230110788A 2022-08-23 2023-08-23 배기가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 KR20240028318A (ko)

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