KR20240039349A - 선박의 배기가스 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
내연기관으로부터 배기가스가 배출되는 배기관 상에 설치되며 내부에 질소산화물의 환원 반응을 촉진시키기 위한 제1 촉매층이 장착되어 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 선택적 촉매환원 장치; 선택적 촉매환원 장치의 외측을 둘러싸는 외부 챔버 형태로 구성되며 내부에 메탄의 산화 반응을 촉진시키기 위한 제2 촉매층이 장착되어 배기가스 중의 메탄을 저감하는 메탄 산화촉매 장치; 선택적 촉매환원 장치 내부의 배기가스를 외부로 배출시키되 메탄 산화촉매 장치의 내부 공간과 연통되는 연통구를 가지는 배출관; 메탄 산화촉매 장치로부터 배출되는 배기가스를 배출관으로 합류시키는 우회관; 배출관의 내부 유로를 개폐시키는 제1 댐퍼; 및 연통구를 개폐시키는 제2 댐퍼를 포함하고, 상기 제1 댐퍼 및 제2 댐퍼의 제어에 의해 선택적 촉매환원 장치로부터 배출되는 배기가스가 외부로 바로 배출되거나 또는 메탄 산화촉매 장치의 내부 공간을 거치면서 추가적으로 메탄 저감이 이루어진 후 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 선박의 배기가스 처리 시스템이 개시된다.
Description
본 발명은 선박의 배기가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선박의 내연기관에서 발생하는 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 메탄을 동시에 저감하는 것이 가능한 선박의 배기가스 처리 시스템에 관한 것이다.
최근 대기오염 규제가 강화됨에 따라 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)와 같은 친환경 연료로 구동이 가능한 엔진(가스엔진)을 적용하는 선박이 증가하고 있다.
LNG 연료의 사용은 배기가스 중의 황산화물이나 이산화탄소 저감에는 효율적이지만, 천연가스의 비중이 매우 낮고 선박용 엔진의 연소실의 크기가 매우 큰 특성상 연소 과정에서 메탄(Methane, CH4)이 완전히 연소가 되지 못하고 배기가스를 통해 일부 배출되는 경우가 많이 발생한다.
그러나 이와 같은 메탄 역시 지구온난화를 가중시키는 대기오염 물질에 해당함에도 불구하고 아직까지 가스엔진에서 방출되는 메탄의 양에 대한 명확한 규제가 없는 실정이다. 이에 따라 곧 메탄 슬립(methane slip)에 대한 규제가 발효될 것이 예상되므로, LNG 연료의 연소시 발생하는 메탄을 효과적으로 저감하는 기술이 필요하다.
본 발명은 LNG와 같이 메탄을 구성성분으로 하는 액화가스의 연소시 배출되는 배기가스 중에 포함된 슬립된 메탄을 다른 오염물질과 함께 효과적으로 저감하여 배출할 수 있는 선박의 배기가스 처리 시스템을 제공함에 목적이 있다.
최근 이종연료 엔진의 연료로서 LNG와 함께 저유황유(LSF: Low Sulphur Fuel)의 사용이 적극 권장되고 있는 분위기를 고려하였을 때, 배기가스 중에 포함된 오염물질 중 질소산화물과 슬립된 메탄을 함께 저감할 수 있는 시스템의 필요성이 크게 대두될 수 있다.
이에 본 발명은 선박에서 발생하는 배기가스 중에 포함된 오염물질 중 질소산화물과 메탄의 동시 저감이 가능하도록 설계가 구현되며, 특히 선박의 특수성을 고려하였을 때 제한된 공간 내에 설치가 용이하도록 구조가 간소화되고, 우수한 반응효율까지 확보가 가능한 선박의 배기가스 처리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 내연기관으로부터 배기가스가 배출되는 배기관 상에 설치되며 내부에 질소산화물의 환원 반응을 촉진시키기 위한 제1 촉매층이 장착되어 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 선택적 촉매환원 장치; 상기 선택적 촉매환원 장치의 외측을 둘러싸는 외부 챔버 형태로 구성되며 내부에 메탄의 산화 반응을 촉진시키기 위한 제2 촉매층이 장착되어 배기가스 중의 메탄을 저감하는 메탄 산화촉매 장치; 상기 선택적 촉매환원 장치 내부의 배기가스를 외부로 배출시키되 상기 메탄 산화촉매 장치의 내부 공간과 연통되는 연통구를 가지는 배출관; 상기 메탄 산화촉매 장치로부터 배출되는 배기가스를 상기 배출관으로 합류시키는 우회관; 상기 배출관의 내부 유로를 개폐시키는 제1 댐퍼; 및 상기 연통구를 개폐시키는 제2 댐퍼를 포함하고, 상기 제1 댐퍼 및 상기 제2 댐퍼의 제어에 의해 상기 선택적 촉매환원 장치로부터 배출되는 배기가스가 외부로 바로 배출되거나 또는 상기 메탄 산화촉매 장치의 내부 공간을 거치면서 추가적으로 메탄 저감이 이루어진 후 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는, 선박의 배기가스 처리 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은, 상기 우회관의 내부 유로를 개폐시키는 제3 댐퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 댐퍼는 에어실링 댐퍼로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은, 상기 제1 촉매층 전단의 상기 선택적 촉매환원 장치 내부 또는 상기 배기관 상으로 환원제를 공급하는 환원제 주입라인; 및 상기 제2 촉매층의 전단의 상기 메탄 산화촉매 장치 내부로 산화제를 공급하는 산화제 주입라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 촉매층은 백금족 귀금속에 일정량의 조촉매가 함유되어 구성될 수 있다.
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 메탄 중에서 질소산화물의 저감만 필요한 경우, 상기 제1 댐퍼는 개방하고, 상기 제2 댐퍼는 차단하여, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스가 상기 선택적 촉매환원 장치를 거친 후 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 메탄의 저감이 모두 필요한 경우, 상기 제1 댐퍼는 차단하고, 상기 제2 댐퍼를 개방하여, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스가 상기 선택적 촉매환원 장치 및 상기 메탄 산화촉매 장치를 순차적으로 거친 이후 상기 우회관 및 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 제어할 수 있다.
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 메탄 중 어떠한 물질의 저감도 필요하지 않은 경우, 상기 제1 댐퍼는 개방하고, 상기 제2 댐퍼는 차단하여, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스가 상기 선택적 촉매환원 장치를 거쳐 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 제어하되, 상기 환원제 주입라인을 통한 환원제 공급을 중단하고 상기 선택적 촉매환원 장치의 드라이 러닝을 수행할 수 있다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 시스템으로서, 상기 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 저감시키기 위한 질소산화물 저감 장치와 상기 배기가스 중에 포함된 메탄을 저감시키기 위한 메탄 저감 장치가 이중 챔버 형태로 구성되되, 내부 챔버와 외부 챔버가 개폐 가능하게 연통되며, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스는 먼저 내부 챔버를 구성하는 상기 질소산화물 저감 장치로 유입되어 1차적으로 질소산화물 저감이 수행된 다음 외부 챔버를 구성하는 상기 메탄 저감 장치로 유입되어 2차적으로 메탄 저감까지 수행된 이후에 외기로 배출되는 것을 특징으로 하는, 선박의 배기가스 처리 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명은 배기가스 중에 포함된 메탄을 다른 오염물질, 특히 질소산화물과 함께 효과적으로 저감하여 배출할 수 있는 청정기술로서, 대기오염 및 지구온난화를 방지하는데 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은, 환원제와의 촉매 작용을 이용하여 질소산화물을 제거하는 선택적 환원촉매(Selective catalytic reduction) 장치와 금속계 산화제와의 촉매 작용을 이용하여 슬립된 메탄을 제거하는 메탄 산화촉매 장치가 하나의 몸체에 통합되도록 설계가 이루어지는 구조로서, 구조 간소화 및 설치 용이성이 뛰어난 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은, 선택적 환원촉매 장치 내부에서 질소산화물의 저감이 이루어진 배기가스가 별도의 배관을 통하지 않고 바로 메탄 산화촉매 장치로 직접 전달될 수 있고, 또 1차적으로 질소산화물의 저감이 이루어지는 과정에서 촉매 반응을 통해 배기가스가 온도가 상승될 수 있으므로, 열손실이 최소화되어 상당히 우수한 수준의 반응효율을 거둘 수 있게 된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 제1 동작모드에서 배기가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 제2 동작모드에서 배기가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 제1 동작모드에서 배기가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 제2 동작모드에서 배기가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 및 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 사용되는 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성요소들 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성요소들 또는 일부 단계들을 포함하지 않거나 또는 추가적인 구성요소들 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 실시예들은 이 분야의 통상의 기술자에게 다양한 응용을 가질 수 있음은 당연하다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 그리고 도 2 및 도 3은 각각 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 제1 및 제2 동작모드에서 배기가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은, 내연기관으로부터 배기가스가 배출되는 배기관(10) 상에 설치되어 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 선택적 촉매환원 장치(110); 상기 선택적 촉매환원 장치(110)의 외측을 둘러싸는 외부 챔버 형태로 구성되며 선택적 촉매환원 장치(110)로부터 배출되는 배출되는 배기가스를 전달받아 메탄을 저감하는 메탄 산화촉매 장치(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기에서 내연기관이란 연료를 연소시켜 에너지를 얻는 기관으로서, 대표적인 선박의 내연기관으로는 추력을 발생시키는 추진엔진과 선내 필요한 전력을 생산하는 발전엔진 등이 있으며, 그 외 보일러 등과 같이 연료를 연소시켜 배기가스가 발생되는 것이라면 어떤 기관이라도 본 발명의 적용 대상이 될 수 있다.
선택적 촉매환원 장치(110)는 암모니아(NH3) 등의 환원제를 이용하여 선택적 촉매환원 반응을 일으킴으로써 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 장치이다. 본 발명의 선택적 촉매환원 장치(110)는 공지된 기술을 활용하는 것이므로, 그 구성에 대해서는 아래와 같이 간략히만 설명한다.
선택적 촉매환원 장치(110)는 내부에 공간이 형성되는 챔버 형태로 구성될 수 있고, 챔버 내부에 배기가스의 흐름 방향을 따라 적어도 하나 이상의 제1 촉매층(111)이 장착된다.
선택적 촉매환원 장치(110)는 제1 촉매층(111)의 전단에 암모니아나 우레아 용액과 같은 환원제를 분사하여 공급해주는 환원제 주입라인(112)을 더 포함할 수 있다. 환원제 주입라인(112)은 선택적 촉매환원 장치(110)를 구성하는 챔버 내부에서 제1 촉매층(111)의 전단에 환원제를 분사하도록 마련되거나, 또는 도면에 도시된 바와 같이 선택적 촉매환원 장치(110) 전단의 배기관(10)과 연결되어 배관 내부로 환원제를 분사하도록 마련될 수 있다.
배기관(10)을 통해 선택적 촉매환원 장치(110)의 하단으로 유입되는 배기가스는 환원제 주입라인(112)에 의해 분사되는 환원제와 혼합된 후 챔버 내부에 구성되어 있는 제1 촉매층(111)을 통과하게 되며, 배기가스가 제1 촉매층(111)을 통과하는 과정에서 환원제와의 화학적 반응을 통해 배기가스 중의 질소산화물이 인체에 무해한 물과 질소로 분해(반응식: 6NO2 +8NH3 → 7N2 + 12H2O)될 수 있다.
선택적 촉매환원 장치(110)에서 질소산화물이 저감된 배기가스는 챔버 상단을 통해 배출되며, 선택적 촉매환원 장치(110)로부터 배출되는 배기가스는 상단에 구비되는 댐퍼들(D1~D3)의 제어에 의해 배출관(20)을 통해 바로 외기로 방출되거나, 또는 후술하는 메탄 산화촉매 장치(120)로 이송되어 추가적인 메탄 저감 과정을 거친 후 외기로 배출될 수 있다.
메탄 산화촉매 장치(120)는 저온 메탄 산화반응 촉매(백금족 귀금속, 조촉매)를 이용하여 메탄을 이산화탄소와 물로 변환하여 배출(CH4 + O2 → CO2 + H2O)하는 장치이다.
본 발명의 메탄 산화촉매 장치(120)는 선택적 촉매환원 장치(110)의 외측을 둘러싸는 외부 챔버 형태로 구성되며, 선택적 촉매환원 장치(110)와 메탄 산화촉매 장치(120) 사이에는 선택적 촉매환원 장치(110)로부터 배출되는 배기가스가 유동할 수 있도록 소정의 공간이 형성된다.
그리고 선택적 촉매환원 장치(110)와 메탄 산화촉매 장치(120) 사이에 형성되는 소정의 공간에 제2 촉매층(121)이 적어도 하나 이상의 층을 이루며 장착될 수 있다.
제2 촉매층(121)은 배기가스 중에 포함되어 있는 메탄의 산화 반응을 촉진하여 이산화탄소와 물로 변환시키는 것으로서, 백금속 귀금속이 충전되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 고가인 백금속 귀금속의 함유량을 줄이기 위해 일정량의 조촉매를 함께 사용하여 제2 촉매층(121)을 구성할 수도 있으며, 이러한 조촉매로는 마그네슘, 바륨 등 알칼리계 금속이 사용될 수 있다.
메탄 산화촉매 장치(120)는 제2 촉매층(121)의 전단에 수소가스 또는 산소가스를 산화제로서 공급해주는 산화제 주입라인(122)을 더포함할 수 있다. 후술하겠지만, 산화제 주입라인(122) 상에는 히터(123)가 설치되어 해당 라인을 통해 공급되는 수소가스 또는 산소가스의 온도를 높여줄 수 있다.
선택적 촉매환원 장치(110)로부터 메탄 산화촉매 장치(120)로 유입되는 배기가스는 챔버 내부 공간을 따라 하방으로 이동하게 되며, 해당 공간에 구성되어 있는 제2 촉매층(121)을 통과하는 과정에서 메탄이 저감된 후, 메탄 산화촉매 장치(120)의 하단부와 연통되는 우회관(30)을 통해 배출될 수 있다. 우회관(30)은 시스템 후단에서 배출관(20)으로 합류될 수 있다.
본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은, 배기가스 중에 포함되어 있는 질소산화물을 저감하기 위한 장치와 메탄을 저감하기 위한 장치를 하나의 몸체로 통합 구성하는 것을 주요 특징으로 하는 것으로서, 내연기관으로부터 배출되는 배기가스를 전달받아 질소산화물을 저감하는 선택적 촉매환원 장치(110)가 배기가스의 처리를 위한 1차 반응기로서 기능하고, 선택적 촉매환원 장치(110)로부터 배출되는 배기가스를 전달받아 메탄을 저감하는 메탄 산화촉매 장치(120)가 2차 반응기로서의 기능하는 것이다.
선택적 촉매환원 장치(110)로부터 배출되는 배기가스를 메탄 산화촉매 장치(120)로 보내지 않고 배출관(20)을 통해 바로 외기로 방출시킬 수도 있음은 물론이다.
이러한 배기가스의 흐름을 제어하기 위하여, 선택적 촉매환원 장치(110) 후단의 배출관(20), 배출관(20)과 메탄 산화촉매 장치(120)의 연통 부위, 우회관(30) 등에 댐퍼(damper)가 설치될 수 있다.
보다 구체적으로, 선택적 촉매환원 장치(110)의 직후단의 배출관(20) 상에 해당 배관의 유로를 개폐시키는 제1 댐퍼(D1)가 설치될 수 있다.
또한, 제1 댐퍼(D1)가 설치되기 이전에 선택적 촉매환원 장치(110)와 메탄 산화촉매 장치(120) 사이의 공간에 위치하는 배출관(20)은 메탄 산화촉매 장치(120)의 내부 공간과 연통될 수 있고, 해당 연통 부위에 배출관(20)과 메탄 산화촉매 장치(120) 사이를 연통시키거나 차단하기 위한 제2 댐퍼(D2)가 설치될 수 있다. 도면에는 제2 댐퍼(D2)가 두 곳 위치에 설치되는 것처럼 도시되어 있으나, 메탄 산화촉매 장치(120)가 원통 형태의 챔버로 구성되는 경우를 가정하였을 때, 연통구는 배출관(20)의 둘레를 따라 적어도 하나 이상 형성되면 되고, 제2 댐퍼(D2)가 구비되는 개수는 연통구의 형성 위치에 따라 가변될 수 있는 사항이다.
우회관(30) 상에도 해당 배관의 유로를 개폐하기 위한 제3 댐퍼(D3)가 설치될 수 있다. 누수 가스가 발생하는것을 방지하기 위하여 상술한 제1 내지 제3 댐퍼(D1~D3)는 에어실링(air-sealing) 댐퍼로 구성될 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은, 선박에서 발생하는 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 저감하기 위한 장치와 메탄을 저감하기 위한 장치가 각각 별도로 마련되어 직렬 연결되는 방식이 아니고, 메탄 산화촉매 장치(120)가 선택적 촉매환원 장치(110)를 둘러싸는 외부 챔버 형태로 설치되는 방식으로서, 질소산화물 저감 장치와 메탄 저감 장치가 하나의 몸체로 통합 구성됨에 따라 구조가 간소화되는 효과를 가지며, 구조적 특성상 제한된 공간을 가지는 선박에도 효과적인 설치가 가능하다.
또한, 메탄 산화촉매 장치(120) 내부에서 메탄의 산화를 위한 촉매 반응이 효과적으로 일어나기 위해서는 고온 환경이 요구되는데, 본 발명은 선택적 촉매환원 장치(110)로 유입된 후 배출되는 배기가스가 별도의 배관을 거치지 않고 메탄 산화촉매 장치(120)로 직접적으로 바로 전달되도록 시스템이 구성됨에 따라 열손실을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 선택적 촉매환원 장치(110) 내부에서 제1 촉매층(111)을 통과하는 과정에서 촉매 반응으로 인해 배기가스의 온도가 상승되므로, 내연기관으로부터 배출되는 배기가스의 고온을 손실없이 거의 그대로 활용할 수 있고, 따라서 상당히 우수한 수준의 반응효율을 거둘 수 있다는 특장점이 있다.
다만, 내연기관으로부터 배출되는 배기가스의 온도가 초기부터 낮게 형성되는 등의 문제가 있을 수도 있으므로, 이에 대비하여 본 발명은 수소가스 또는 산소가스를 산화·환원 반응이 가능한 대략 300~400℃ 온도까지 가열하여 메탄 산화촉매 장치(120)의 내부로 공급해줄 수 있도록 산화제 주입라인(122) 상에 히터(123)를 설치하고 있는 것이다. 또한, 메탄 산화촉매 장치(120)에는 내부의 배기가스 온도를 검출하기 위한 온도센서(124)가 설치될 수 있으며, 온도센서(124)에서 검출되는 배기가스의 온도에 따라 히터(123)의 가동여부 및 설정온도가 제어될 수 있다.
본 발명은 천연가스와 같은 가스연료(gas fuel) 그리고 중유나 저유황유 등의 오일연료(oil fuel)를 모두 연료로 사용이 가능한 내연기관, 예컨대 이종연료 엔진(Dual Fuel Engine)에 적용이 가능하다. 이때 내연기관이 어떤 연료를 사용하는지에 따라 배기가스에 포함된 성분의 저감 필요성이 달라질 수 있는데, 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템은 필요에 따라 배기가스 중의 질소산화물만 저감하도록 동작되거나 또는 질소산화물과 메탄의 저감이 동시에 가능하도록 동작이 가능하다. 이하에서는 본 발명에 따른 선박의 배기가스 처리 시스템의 동작 방식에 대하여 각 케이스 별로 구체적으로 살펴본다.
(1) 제1 동작모드
엔진의 연료로 오일연료를 사용하는 경우 엔진의 배기가스에 포함된 메탄의 양이 적거나 거의 없다. 따라서 이 경우에는 내연기관으로부터 배기관(10)을 통해 배출되는 배기가스가 선택적 촉매환원 장치(110)만 거친 후 배출관(20)을 통해 배출되도록 흐름을 제어할 수 있다.
제1 동작모드에서는 제1 댐퍼(D1)가 개방되어 선택적 촉매환원 장치(110)의 하단으로 유입된 배기가스가 제1 촉매층(111)을 통과한 후 상부 배출관(20)을 통해 외기로 방출될 수 있도록 한다. 해당 모드에서 제2 댐퍼(D2)는 폐쇄되어 선택적 촉매환원 장치(110)로부터 메탄 산화촉매 장치(120)로의 배기가스 유입이 차단된다.
한편, 질소산화물과 메탄의 저감이 모두 필요하지 않은 경우에도 제1 동작모드로 동작이 가능하다. 통상 배출규제지역(ECA: Emmision Control Area)에 적용되는 TIER Ⅲ 구간에서는 환원제 주입라인(112)을 통해 환원제(암모니아, 우레아 용액 등)를 제1 촉매층(111)의 전단에 분사시킴으로써 배기가스 중의 질소산화물 저감을 수행하지만, 선택적 촉매환원 장치(110)는 드라이 러닝(dry running)을 수행하더라도 촉매의 수명에 큰 영향이 없기 때문에, 질소산화물과 메탄의 저감이 모두 필요하지 않은 경우에도 별도의 바이패스 배관을 마련할 필요없이 배기가스를 선택적 촉매환원 장치(110)를 그대로 통과하여 배출시키면 된다.
(2) 제2 동작모드
반면, 엔진의 연료로 LNG와 같은 가스연료를 사용하는 경우에는 엔진의 메탄 슬립이 발생하여 배기가스 중에 슬립된 메탄이 포함될 수 있다.
이 경우는 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 메탄을 저감시킬 필요성이 있으므로, 제1 댐퍼(D1)를 차단하고 제2 댐퍼(D2) 및 제3 댐퍼(D3)를 개방하여 선택적 촉매환원 장치(110)로부터 배출되는 배기가스가 메탄슬립 산화촉매 장치(120)로 보내져 추가적인 메탄 저감 과정을 거칠 수 있도록 제어한다. 메탄슬립 산화촉매 장치(120)에서 메탄의 저감이 이루어진 배기가스는 우회관(30) 및 배출관(20)을 통해 외기로 최종 방출될 수 있다.
이때, 온도센서(124)를 이용하여 측정된 메탄슬립 산화촉매 장치(120) 내부의 배기가스 온도가 기준치보다 낮으면, 히터(123)를 이용하여 300~400℃ 온도까지 가열된 수소가스 또는 산소가스를 메탄슬립 산화촉매 장치(120) 내부로 공급함으로써 고온의 환경을 형성해 줄 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 배기관
20: 배출관
30: 우회관
110: 선택적 촉매환원 장치
111: 제1 촉매층
112: 환원제 주입라인
120: 메탄 산화촉매 장치
121: 제2 촉매층
122: 산화제 주입라인
123: 히터
124: 온도센서
D1: 제1 댐퍼
D2: 제2 댐퍼
D3: 제3 댐퍼
20: 배출관
30: 우회관
110: 선택적 촉매환원 장치
111: 제1 촉매층
112: 환원제 주입라인
120: 메탄 산화촉매 장치
121: 제2 촉매층
122: 산화제 주입라인
123: 히터
124: 온도센서
D1: 제1 댐퍼
D2: 제2 댐퍼
D3: 제3 댐퍼
Claims (9)
- 내연기관으로부터 배기가스가 배출되는 배기관 상에 설치되며 내부에 질소산화물의 환원 반응을 촉진시키기 위한 제1 촉매층이 장착되어 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 선택적 촉매환원 장치;
상기 선택적 촉매환원 장치의 외측을 둘러싸는 외부 챔버 형태로 구성되며 내부에 메탄의 산화 반응을 촉진시키기 위한 제2 촉매층이 장착되어 배기가스 중의 메탄을 저감하는 메탄 산화촉매 장치;
상기 선택적 촉매환원 장치 내부의 배기가스를 외부로 배출시키되 상기 메탄 산화촉매 장치의 내부 공간과 연통되는 연통구를 가지는 배출관;
상기 메탄 산화촉매 장치로부터 배출되는 배기가스를 상기 배출관으로 합류시키는 우회관;
상기 배출관의 내부 유로를 개폐시키는 제1 댐퍼; 및
상기 연통구를 개폐시키는 제2 댐퍼를 포함하고,
상기 제1 댐퍼 및 상기 제2 댐퍼의 제어에 의해 상기 선택적 촉매환원 장치로부터 배출되는 배기가스가 외부로 바로 배출되거나 또는 상기 메탄 산화촉매 장치의 내부 공간을 거치면서 추가적으로 메탄 저감이 이루어진 후 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 우회관의 내부 유로를 개폐시키는 제3 댐퍼를 더 포함하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 내지 제3 댐퍼는 에어실링 댐퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 촉매층 전단의 상기 선택적 촉매환원 장치 내부 또는 상기 배기관 상으로 환원제를 공급하는 환원제 주입라인; 및
상기 제2 촉매층의 전단의 상기 메탄 산화촉매 장치 내부로 산화제를 공급하는 산화제 주입라인을 더 포함하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 제2 촉매층은 백금족 귀금속에 일정량의 조촉매가 함유되어 구성되는 것을 특징으로 하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 메탄 중에서 질소산화물의 저감만 필요한 경우,
상기 제1 댐퍼는 개방하고, 상기 제2 댐퍼는 차단하여, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스가 상기 선택적 촉매환원 장치를 거친 후 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 청구항 6에 있어서,
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 메탄의 저감이 모두 필요한 경우,
상기 제1 댐퍼는 차단하고, 상기 제2 댐퍼를 개방하여, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스가 상기 선택적 촉매환원 장치 및 상기 메탄 산화촉매 장치를 순차적으로 거친 이후 상기 우회관 및 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 질소산화물과 메탄 중 어떠한 물질의 저감도 필요하지 않은 경우,
상기 제1 댐퍼는 개방하고, 상기 제2 댐퍼는 차단하여, 상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스가 상기 선택적 촉매환원 장치를 거쳐 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 제어하되,
상기 환원제 주입라인을 통한 환원제 공급을 중단하고 상기 선택적 촉매환원 장치의 드라이 러닝을 수행하는 것을 특징으로 하는,
선박의 배기가스 처리 시스템. - 선박의 내연기관으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 시스템으로서,
상기 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 저감시키기 위한 질소산화물 저감 장치와 상기 배기가스 중에 포함된 메탄을 저감시키기 위한 메탄 저감 장치가 이중 챔버 형태로 구성되되, 내부 챔버와 외부 챔버가 개폐 가능하게 연통되며,
상기 내연기관으로부터 배출되는 배기가스는 먼저 내부 챔버를 구성하는 상기 질소산화물 저감 장치로 유입되어 1차적으로 질소산화물 저감이 수행된 다음 외부 챔버를 구성하는 상기 메탄 저감 장치로 유입되어 2차적으로 메탄 저감까지 수행된 이후에 외기로 배출되는 것을 특징으로 하는,
선박의 배기가스 처리 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220117794A KR20240039349A (ko) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 선박의 배기가스 처리 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220117794A KR20240039349A (ko) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 선박의 배기가스 처리 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240039349A true KR20240039349A (ko) | 2024-03-26 |
Family
ID=90472999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220117794A KR20240039349A (ko) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 선박의 배기가스 처리 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240039349A (ko) |
-
2022
- 2022-09-19 KR KR1020220117794A patent/KR20240039349A/ko not_active Application Discontinuation
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