KR102058511B1 - 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적은 수량(水量)으로, 배기 가스를 효율적으로 정화할 수 있는 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 음극과, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 양극을 구비하고, 양 전극 간에 전압을 인가하여, 피전해수를 전기분해함으로써, 전해 알칼리수를 생성하는 전해 알칼리수 생성 장치(10)와, 배기 가스가 도입되는 배기 가스 흡수탑(1)과, 전해 알칼리수를 배기 가스 흡수탑으로 도입하는 전해 알칼리수 공급 라인(L3)과, 전해 알칼리수의 분사 노즐(4)을 구비한다.

Description

배기 가스 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFYING APPARATUS}
본 발명은, 디젤 엔진 등의 내연기관이나, 보일러 등의 연소기관으로부터 배출되는, NOX나 SOX 등을 포함하는 배기 가스를 정화하는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이며, 특히 선박 등에 탑재하기에 적합한 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진 등의 내연기관이나, 보일러 등의 연소기관에서는, 화석(化石)연료를 사용하고 있다. 화석연료의 연소에 수반하여, NOX, SOX, 유분(油分), 미립자 등을 포함한 배기 가스가 발생되어, 환경오염원이 되고 있다. 이 때문에, 연료의 개선, 연소 효율의 향상, 배기 가스 처리 설비의 도입 등에 의해, 배기 가스 중의 환경오염원을 저감시키는 시도가 이루어지고 있다.
차량이나, 공장·화력 발전소 등의 육상(陸上)에 존재하는 시설에 대해서는, 대체로 개선이 보여지고 있다.
그러나, 해상이나 하천을 운항하는 선박에 있어서는, 엔진 배기량이 자동차 등에 비해 매우 크며, 또한, 배기 가스 처리 설비를 설치할 수 있는 잉여 공간이 거의 없었다. 더 나아가서는, 경제적 관점에서 보았을 때, 육상용의 기술, 설비를 도입하는 것이 곤란하였다.
예컨대, 배기 가스 중의 NOX를 처리하는 기술로서, 암모니아 SCR(Selective Catalytic Reduction) 법이 있다. 암모니아 SCR법은, 배기 가스 중의 NOX와, 암모니아를 반응시켜서, 물과 질소로 분해하는 방법으로서, 육상에서는 실용화되어 있다. 그러나, 암모니아 SCR법은, 암모니아를 대량으로 확보할 필요가 있으므로, 선박에 적용하는 것은 곤란하였다.
또한, SOX에 대해서는, 스크러버(scrubber)를 이용한 수산화마그네슘법이나 석회(石灰)-석고(石膏)법 등이 육상에서는 실용화되어 있다. 그리고, 이것들을 선박용으로 발전시킨 기술로서, 해수(海水)를 스크러버에 도입하여 배기 가스 중의 SOX를 해수에 흡수시킨 후, 에어레이션(aeration)에 의해 SOX를 황산 이온으로 산화시켜 처리하는 방법이 있다.
또한, 특허문헌 1에는, 선박용 디젤 엔진의 배기 가스에 대해 펄스 코로나 방전을 행한 후 스크러버에 도입하고, 해수를 살포(散布)하여, 질소산화물 및 유황산화물을 배기 가스로부터 제거하는 내용이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 소금물(鹽水)을 전기분해하여 알칼리액 및 산성액을 생성시키고, 피(被)처리 배기 가스를 산성액과 기액(氣液)접촉시킨 후, 알칼리액과 기액접촉시켜서 배기 가스를 정화 처리하는 내용이 개시되어 있다.
일본 특허공개공보 H08-10564호 일본 특허공개공보 제2003-284919호
그러나, 상기 특허문헌 1 및 2에 개시된 방법에서는, SOX 등의 저감 효과가 충분하다 할 수 없고, 배기 가스의 정화 처리시에 대량의 해수가 필요하였다. 이 때문에, 정화 처리에 이용할 해수를 퍼 올릴 때나, 스크러버 배수(排水)의 해양으로의 방류시에 있어서, 펌프 작동에 수반하는 소비 전력이 커지는 문제가 있었다. 해상에서는 외부로부터의 전력 공급을 받을 수 없기 때문에, 선박 내에서의 자가발전만으로 조달할 필요가 있어, 이러한 펌프의 소비 전력은 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하다.
또한, 스크러버 배수에는, 배기 가스 중의 NOX, SOX, 유분, 미립자 등이 포함되어 있으므로, 국제해사기관(國際海事機關)에 의한 수질 규제에 의해, 스크러버 배수를 전혀 처리하지 않고 방류하는 것은 앞으로 곤란해지는 경향이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 적은 수량(水量)으로, 배기 가스를 효율적으로 정화시킬 수 있는 배기 가스 정화 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 음극(陰極)과 양극(陽極)을 구비하고, 양(兩) 전극 간에 전압을 인가(印加)하여, 피(被)전해수를 전기분해함으로써, 전해 알칼리수를 생성하는 전해 알칼리수 생성 장치와, 배기 가스가 도입되는 배기 가스 흡수탑(塔)과, 상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 생성한 상기 전해 알칼리수를 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입하는 전해 알칼리수 공급 라인과, 상기 배기 가스 흡수탑 내에 설치된, 상기 전해 알칼리수의 분사 노즐을 구비하며, 상기 분사 노즐로부터 상기 전해 알칼리수를 분사하여, 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입되는 상기 배기 가스와 상기 전해 알칼리수를 기액(氣液)접촉시켜, 상기 배기 가스를 정화하도록 구성된 배기 가스 정화 장치로서, 상기 전해 알칼리수 생성 장치는, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 상기 양극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 상기 분사 노즐로부터 분사된 상기 전해 알칼리수를 회수하는 스크러버 배수 저류부(貯留部)와, 상기 스크러버 배수 저류부 내의 스크러버 배수를 상기 전해 알칼리수 생성 장치로 반송(返送)하는 스크러버 배수 반송 라인을 구비하는 것이 바람직하다. 나아가서는, 상기 스크러버 배수 저류부에 산기(散氣) 장치가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 생성된 상기 전해 알칼리수의 알칼리도(度)를 분석하는 수질 분석 장치와, 상기 전해 알칼리수의 알칼리도가 소정 값 이상이 되도록 알칼리도를 조정하는 알칼리도 조정 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치의 상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 전해조와, 상기 전해조 내에 배치된 양극(陽極)을 구비하며, 상기 양극측에 양(正)의 전압을 인가하고, 상기 전해조측에 음(負)의 전압을 인가하여, 상기 전해조 내의 상기 피전해수를 전기분해하도록 구성되어 있거나, 혹은, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된, 상기 피전해수가 유통되는 경로와, 상기 경로 내에 배치된 양극을 구비하며, 상기 양극측에 양의 전압을 인가하고, 상기 경로측에 음의 전압을 인가하여, 상기 경로 내로 유통되는 상기 피전해수를 전기분해하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 음극과 양극을 구비하고, 제 1 전압 인가 수단이 양 전극 간에 전압을 인가하여, 피전해수를 전기분해함으로써, 전해 알칼리수를 생성하는 전해 알칼리수 생성 장치와, 배기 가스가 도입되는 배기 가스 흡수탑과, 상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 생성된 상기 전해 알칼리수를 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입하는 전해 알칼리수 공급 라인과, 상기 배기 가스 흡수탑 내에 설치된, 상기 전해 알칼리수의 분사 노즐을 구비하며, 상기 분사 노즐로부터 상기 전해 알칼리수를 분사하여, 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입되는 상기 배기 가스와 상기 전해 알칼리수를 기액접촉시켜, 상기 배기 가스를 정화하도록 구성된 배기 가스 정화 장치로서, 상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 음극과, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 상기 양극에 더하여, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 보조 양극을 구비하며, 상기 보조 양극이 결합 회로를 통해 상기 음극 및 상기 양극에 접속되어, 제 2 전압 인가 수단이 상기 보조 양극에 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치의 상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 결합 회로에 다이오드가 이용되고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치의 상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 결합 회로에 트랜지스터가 이용되고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치의 상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 양극 및 상기 음극이 복수 접속되고, 상기 결합 회로가 상기 양극 및 상기 음극의 조합의 수에 대응하는 수의 결합 소자를 구비하며, 이들 결합 소자마다 상기 보조 양극이 접속되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 전해 알칼리수 생성 장치의 양극이, Mg 또는 Mg합금으로 형성되어 있으므로, 상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 피전해수를 전기분해함으로써, 양극으로부터 Mg 이온이 용출되어, Mg(OH)2가 생성된다. Mg(OH)2 농도는, 전기분해시의 전기량의 증가에 비례하여 증가하므로, 전해 알칼리수의 알칼리도를 효율적으로 높일 수 있다. 그리고, 전해 알칼리수의 알칼리도를 높임으로써, 배기 가스와 기액접촉시켰을 때, 배기 가스 중의 SOX 등을 효율적으로 제거할 수 있다.
이 때문에, 본 발명에 의하면, 알칼리도가 높은 전해 알칼리수를 이용하여, 배기 가스를 정화 처리할 수 있으므로, 소량의 전해 알칼리성 물로 배기 가스를 효율적으로 정화할 수 있고, 펌프 작동에 수반되는 소비 전력이나, 스크러버 배수의 배출량을 저감시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 배기 가스 정화 장치의 개략도이다.
도 2는, 전해 알칼리수 생성 장치의 하나의 실시형태의 개략도이다.
도 3은, 전해 알칼리수 생성 장치의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 4는, 전해 알칼리수 생성 장치의 다른 실시형태의 개략도로서, (a)는 정면도이고, (b)는 (a)의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 배기 가스 정화 장치의 개략도이다.
도 6은, 시험예 1에 있어서의 전기분해시의 전기량과, 얻어진 전해 알칼리수의 pH 및 알칼리도와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 배기 가스 정화 장치의 전해 알칼리수 생성 장치의 하나의 실시형태의 개략도이다.
도 8은, 전해 알칼리수 생성 장치의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 9는, 전해 알칼리수 생성 장치의 다른 실시형태의 개략도이다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치의 하나의 실시형태에 대해, 도 1을 이용하여 설명한다.
도 1에 있어서, 부호 1은, 배기 가스 흡수탑이며, 측벽에 배기 가스 도입구(2)가 설치되고, 상부에 연도(煙道; 3)가 설치되어 있다.
배기 가스 흡수탑(1)의 내부에는, 분사 노즐(4)과, 데미스터(demister; 5)가 배치되어 있다. 데미스터(5)는 연도(3)의 근방에 배치되어 있다.
데미스터(5)는, 가스 중의 수분을 제거하는 것이며, 예컨대, 스테인리스나 알루미늄 등의 와이어 메시(wire mesh)로 구성되어 있다.
배기 가스 흡수탑(1)의 바닥부(底部)는, 배기 가스에 포함되는 NOX, SOX, 유분, 미립자 등의 오염물질을 포착한 스크러버 배수의 저류부로 되어 있다.
배기 가스 흡수탑(1)의 바닥부 측벽으로부터는, 배관(L1)이 연장되어 전해 알칼리수 생성 장치(10)에 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 배관(L1)이, 본 발명에 있어서의 스크러버 배수 반송 라인을 이루고 있다.
전해 알칼리수 생성 장치(10)는, 음극과 양극을 구비하고, 양 전극 간에 전압을 인가하여, 피전해수를 전기분해함으로써, 전해 알칼리수를 생성하는 것이며, 적어도 양극이 Mg 또는 Mg합금으로 형성되어 있다. 음극은, 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 Mg, Mg합금, 스테인리스, Ti, Ti합금, Pt, Pt합금, 카본계 도전성 재료, 도전성 세라믹 등, 도전성을 가지는 것을 이용할 수 있다.
전해 알칼리수 생성 장치의 일례로서는, 예컨대, 도 2에 나타낸 전해 알칼리수 생성 장치(10a)를 들 수 있다. 상기 전해 알칼리수 생성 장치(10a)는, 피전해수가 도입되는 전해조(11a)와, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 양극(12a)과, 상기 양극(12a)과 쌍을 이루는 음극(13a)을 구비하고 있으며, 전원(14a)으로부터 양 전극 간에 전압을 인가하여, 전해조(11a)에 도입된 피전해수를 전기분해한다.
또한, 전해 알칼리수 생성 장치의 다른 양태로서, 도 3에 나타낸 전해 알칼리수 생성 장치(10b)를 들 수 있다. 상기 전해 알칼리수 생성 장치(10b)는, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 전해조(11b)와, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 양극(12b)을 구비하며, 양극(12b)이, 전해조(11b)와 소정의 간격을 두고 전해조(11b) 내에 배치되어 있다. 상기 전해 알칼리수 생성 장치(10b)는, 전해조(11b)가 음극으로서의 기능을 가지고 있으며, 전원(14b)으로부터, 양극(12b)에 양의 전압을 인가하고, 전해조(11b)에 음의 전압을 인가하여, 전해조 내의 피전해수를 전기분해한다.
전해조(11b)를 구성하는, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로서는, 스테인리스, Ti, Ti합금, Pt, Pt합금, 카본계 도전성 재료, 도전성 세라믹 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 전기분해시에 물에 녹지 않으며, 또한, 부동태(不動態) 피막을 형성하지 않는 재료이다.
전해조(11b)는, 외주(外周)가 절연층으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 전해조(11b)의 외주를 절연층으로 덮음으로써, 감전의 우려를 방지할 수 있다. 또한, 전해조(11b)는, 절연성을 가지는 재료로 구성된 조(槽)의 내벽에, 물에 대해 불용성이며, 또한, 도전성을 가지는 재료로 형성된 금속층이 형성된 구조를 이루고 있어도 된다.
전해 알칼리수 생성 장치의 다른 양태로서, 도 4에 나타낸 전해 알칼리수 생성 장치(10c)를 들 수 있다.
상기 전해 알칼리수 생성 장치(10c)는, 물에 대해 불용성이며, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 피전해수가 유통되는 배관(11c)과, 상기 배관(11c) 내에 배치된 양극(12c)을 구비하며, 양극(12c)이, 절연 스페이서(15)에 의해, 배관(11c)과 소정의 간격을 두고 배관(11c) 내에 배치되어 있다. 상기 전해 알칼리수 생성 장치(10c)는, 배관(11c)이 음극으로서의 기능을 가지고 있어, 전원(14c)으로부터, 양극(12c)에 양의 전압을 인가하고, 배관(11c)에 음의 전압을 인가하여, 배관 내로 유통되는 피전해수를 전기분해한다.
배관(11c)은, 외주가 절연층으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 배관(11c)의 외주를 절연층으로 덮음으로써, 감전의 우려를 방지할 수 있다. 또한, 배관(11c)은, 절연성을 가지는 재료로 구성된 배관의 내벽에, 물에 대해 불용성이며, 또한, 도전성을 가지는 재료로 형성된 금속층이 구조를 이루고 있어도 된다.
다시 도 1을 참조하면, 전해 알칼리수 생성 장치(10)에는, 펌프(P1)가 개장(介裝)되고 배관(L2)이 접속되어 있다. 펌프(P1)를 작동시킴으로써, 해양 등의 해수원(海水源)으로부터 해수가, 배관(L2)을 통해 전해 알칼리수 생성 장치(10)로 도입된다.
전해 알칼리수 생성 장치(10)로부터는, 전해 알칼리수의 인발(drawing, 引拔)용 배관(L3)과, 스컴(scum) 인발용 배관(L4)이 연장되어 있다.
전해 알칼리수 인발용 배관(L3)은, 배기 가스 흡수탑(1) 내의 분사 노즐(4)에 접속되어 있다. 배관(L3)은, 도중에 수질 분석 장치(20)가 배치되어 있으며, 여기서, 전해 알칼리수의 pH, 전도도, 알칼리도, 고형 물량, 박테리아량, 유기물량, NOX, SOX 등 각종 수질의 분석이 행해진다. 분석 결과는, 제어 장치(40)에 피드백되어, 상기 각종 수질이, 배기 가스의 정화 처리용 처리수로서의 기준을 만족하도록, 펌프(P1)의 작동 조건, 전해 알칼리수 생성 장치(10)에서의 인가(印加) 조건(전기량) 등이 제어된다.
스컴 인발용 배관(L4)은 탈수 장치(30)에 접속되어 있다. 탈수 장치(30)에서는, 스컴을 탈수 처리하여 탈수 스컴(dewatered scum)을 형성한다. 탈수 장치(30)로서는, 특히 한정되는 것은 없다. 벨트 프레스, 스크류 프레스 등, 방식은 한정되지 않으며, 시판되는 것을 이용할 수 있다.
탈수 장치(30)로부터는, 탈수 스컴 인발용 배관(L5)과, 액체 인발용 배관(L6)이 접속되어 있다. 액체 인발용 배관(L6)은, 전해 알칼리수 인발용 배관(L3)과 접속되어 있어, 탈수 장치(30)에서 회수된 액체가, 배관(L3) 내로 유통되는 전해 알칼리수와 혼합되어, 배기 가스 흡수탑(1)으로 도입된다.
상기 배기 가스 정화 장치에서는, 전해 알칼리수 생성 장치(10)에서 생성된 전해 알칼리수를, 분사 노즐(4)로부터 분사하여, 배기 가스 도입구(2)로부터 배기 가스 흡수탑(1)으로 도입되는 배기 가스와, 전해 알칼리수를 기액접촉시킨다. 이에 의해, 배기 가스에 포함되는 NOX, SOX, 유분, 미립자 등의 오염물질이 전해 알칼리수 중에 포집되어, 스크러버 배수와 함께 배기 가스 흡수탑(1)의 바닥부로 낙하한다. 오염물질이 제거된 가스는, 데미스터(5)에서 수분이 제거되고, 연도(3)를 통해 시스템 밖으로 배기된다.
배기 가스 중의 오염물질 중, 예컨대 SO2는, 이하의 식 (1)의 반응이 진행되어, 전해 알칼리수 중에 포착된다. 그리고, 전해 알칼리수 중에서는, 배기 가스 중의 산소에 의해 식 (2)의 반응이 신속하게 진행된다.
H2O＋SO2 → HSO3 -＋H＋ … (1)
HSO3 -＋1/2O2 → SO4 2 -＋H＋ … (2)
H＋＋OH- → H2O … (3)
또한, NO는, 이하의 식 (4) 및 (5)가 진행되어, 전해 알칼리수 중에 포착된다. 염소 가스는 전기분해시에 양극에서 생성된다.
2NO＋Cl2 → 2NOCl … (4)
NOCl＋2OH- → Cl-＋NO2 -＋H2O … (5)
상기 식 (1)∼(3)에 나타낸 바와 같이, 전해 알칼리수와 SO2의 반응으로 H＋가 생성된다. 전해 알칼리수의 pH가 저하되면, 식 (1)의 반응이 일어나지 않게 된다. 따라서, 식 (1)의 반응으로 생성된 H＋를 중화(中和)시키기 위해 알칼리수가 필요해진다. 또한, 전해 알칼리수와 NO와의 반응에서는, OH-가 부족하면, 식 (5)의 반응이 진행되지 않게 된다. 따라서, 식 (5)의 반응에서 소비된 OH-를 보충하기 위해 알칼리수가 필요해진다. 본 발명에서는, 전해 알칼리수의 알칼리도를 높일 수 있으므로, 전해 알칼리수의 사용량이 소량이더라도, 전해 알칼리수의 pH 저하를 억제할 수 있어, 상기 식 (1)의 반응이나, 상기 식 (5)의 반응이 진행되기 쉬워진다. 이 때문에 전해 알칼리수를 대량으로 사용할 필요가 없다.
예컨대, 해수를 전기분해한 경우, 전기량(전류×시간)을 높이더라도 pH는 약 10∼11 정도까지 밖에 되지 않지만, 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, 전해 알칼리수 생성 장치(10)의 양극이, Mg 또는 Mg합금으로 형성되어 있으므로, 전기분해시에 양극으로부터 Mg 이온이 용출되어, Mg(OH)2가 생성된다. Mg(OH)2의 농도는, 전기분해시의 전기량의 증가에 비례하여 증가하며, 또한, Mg(OH)2는, 약 pH 12 이하에서는 침전되지 않기 때문에, 전해 알칼리수의 알칼리도를 효율적으로 높일 수 있다.
이 때문에, 본 발명의 배기 가스 정화 장치는, Mg(OH)2 농도가 높은 전해 알칼리수로 배기 가스를 정화할 수 있으므로, 소량의 전해 알칼리수로, 배기 가스를 효율적으로 정화할 수 있어, 정화 처리에 이용하는 전해 알칼리수의 사용량 및 스크러버 배수의 배출량을 저감시킬 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 스크러버 배수를 배관(L1)으로부터 인발하여 전해 알칼리수 생성 장치에 도입하고, 전기분해를 행하여 전해 알칼리수를 생성하고 있으므로, 스크러버 배수를 배기 가스 정화 처리용의 세정수로서 재이용할 수 있어, 배수 처리량을 대폭적으로 저감시킬 수 있다.
참고로, 스크러버 배수에는, 해수 유래의 박테리아가 존재한다. 스크러버 배수의 온도는 40℃ 이하인 경우가 많기 때문에, 스크러버 배수 중에 가용성 유기물이 존재하면, 박테리아의 증식이 활발해질 우려가 있으나, 전기분해시에 생기는 OH 래디컬이나 차아염소산(次亞鹽素酸)의 작용으로 유기물을 분해 혹은 박테리아를 살균할 수 있다.
또한, 스크러버 배수에는, 배기 가스로부터 포착한 유지(油脂)나 미립자 등이 포함되어 있는데, 이것들은, 전기분해시에 발생한 OH 이온이나, Mg 이온과 반응하여 응집되므로, 고형물(스컴)로서 회수할 수 있다. 그리고, 전해 알칼리수 생성 장치(10)로부터 배출된 스컴은, 배관(L4)을 통해 탈수 장치(30)로 보내지고, 여기서 고액(固液)분리가 행해진다. 고형물로서 회수된 탈수 스컴은, 폐기물로서 저류되며, 선박이 항구에 기항(寄港)했을 때 폐기된다. 액체로서 회수된 분리액은, 전해 알칼리수 생성 장치(10)에서 생성된 전해 알칼리수와 혼합하여 배기 가스의 정화 처리에 이용된다.
본 실시형태에서는, 전해 알칼리수 생성 장치(10)에서의 전기분해에 의해 생성된 스크러버 배수는, 수질 분석 장치(20)에서, pH, 전도도, 알칼리도, 고형물량, 박테리아량, 유기물량, NOX, SOX 등 각종 수질을 측정하고, 해당 측정 결과를 제어 장치(40)에 입력하여, 해당 측정 결과가 배기 가스 정화 처리용 처리수로서의 기준을 만족하도록, 펌프(P1)의 작동 조건, 전해 알칼리수 생성 장치(10)에서의 인가 조건(전기량)을 피드백 제어하므로, 배기 가스 흡수탑(1)으로 도입되는 전해 알칼리수의 수질 편차를 억제할 수 있다.
예컨대, 알칼리도나 pH가 기준에 도달되지 않는 경우에 있어서는, 전기분해시의 전기량을 증가시키거나, 펌프(P1)를 구동시켜서 전해 알칼리수 생성 장치(10) 내에 해수를 주입하여 해수에 포함되는 알칼리 성분이나, 전해질이 되는 NaCl 등의 무기염을 보급하는 등의 조작을 행하는 방법을 들 수 있다. 또한, 이러한 조작을 행해도 알칼리도가 기준에 도달되지 않는 경우는, 전극이 열화(劣化)되어 있을 가능성이 있으므로, 전극을 교환하는 방법도 예로 들 수 있다. 또한, 배기 가스 정화 후의 가스의 NOX, SOX 농도나, 전해 알칼리수 중의 박테리아량이 기준을 초과해 있는 경우는, 전기분해시의 전기량이나 전해 알칼리수 분사량을 증가시킨다.
참고로, 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치는, 스크러버 배수를 피전해수로 하고, 스크러버 배수를 전기분해하여 얻어지는 전해 알칼리수를 배기 가스의 정화 처리에 이용하고 있으나, 해수만을 피전해수로서 이용해도 된다. 또한, 해수 이외의 물에, NaCl, KCl, Na2SO4 등의 전해질을 첨가한 것을 피전해수로서 이용해도 된다.
도 5에는, 본 발명의 배기 가스 정화 장치의 다른 실시형태가 도시되어 있다.
상기 배기 가스 정화 장치는, 상술한 실시형태의 것과 기본 구성은 동일하지만, 배기 가스 흡수탑(1)의 바닥부의, 스크러버 배수의 저류부에, 산기 장치(6)가 설치되어 있는 점에서 상이하다.
화석연료의 불완전 연소나, 저질 중유 등을 연료로서 이용한 경우, 배기 가스 중의 산소 농도가 저하되어, NOX나 SOX 등을 충분히 산화시킬 수 없는 경우가 있는데, 상기 배기 가스 정화 장치에서는, 배기 가스 흡수탑(1)의 바닥부에 고인 스크러버 배수에 산기 장치(6)로부터 공기를 불어넣을 수 있으므로, 전해 알칼리수 중에 포착한 NOX나 SOX 등을 충분히 산화시킬 수 있다.
[실시예]
(시험예 1)
염화비닐제의 전해조(직경 67mm×높이 90mm)에, 200ml의 해수를 넣었다. 전해조 내의 해수 중에, 양극(순(純)마그네슘 금속, 직경 9.5mm×100mm)과, 음극(순마그네슘 금속, 직경 9.5mm×100mm)을 침지(浸漬)시키고, 양 전극 간이 30mm가 되도록 고정하였다. 그리고, 양극 및 음극과, 직류 안정화 전원을 전선으로 접속하고, 양극이 양의 전압이 되도록, 양극-음극 간에 전압을 인가하여, 해수를 전기분해하였다. 전기분해의 전기량과, 얻어진 전해 알칼리수의 pH 및 알칼리도의 관계를 도 6에 나타낸다. 참고로, 알칼리도는, JIS K 0102 15.1에 준한 방법으로 측정하였다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 전기분해시의 전기량의 증가에 비례하여, 전해 알칼리수의 알칼리도가 증가하였다. 한편, pH에 대해서는, 전기량을 100C 이상 통전(通電)시키면, 대략 pH 10 부근에서 거의 일정해졌다.
(시험예 2)
스테인리스제의 전해조(직경 67mm×높이 90mm)에, 200ml의 해수를 넣었다. 전해조 내의 해수 중에, 양극(순마그네슘 금속, 직경 9.5mm×100mm)을 침지시키고, 양극과 전해조와의 간격이 20mm 이상이 되도록 양극을 고정하였다. 그리고, 양극 및 전해조와, 직류 안정화 전원을 전선으로 접속하고, 양극이 양의 전압이 되도록, 양극-전해조 간에 전압을 인가하여, 해수를 전기분해하였다. 전기분해의 전기량(전류×시간)이 증가하는데 수반하여, 전해 알칼리수의 알칼리도가 증가하였다. 한편, pH에 대해서는, 전기량을 100C 이상 통전시키면, 대략 pH 10 부근에서 거의 일정해졌다.
(시험예 3)
원통형 관(cylindrical tube)(스테인리스제, 80A×길이 300mm)의 중심의 동축(同軸) 상에, 절연 스페이서(폴리아세탈 수지)를 사용하여 양극(순마그네슘 금속, 직경 15mm×300mm)을 고정하였다. 또한, 양극 및 음극과, 직류 안정화 전원을 전선으로 접속하였다. 그리고, 원통형 관 내에 해수를 약 0.1L/s의 유속으로 유통시키면서, 양극이 양의 전압이 되도록, 양극-원통형 관 사이에 전압을 인가하여, 원통형 관 내로 유통되는 해수를 전기분해하였다. 전기분해의 전기량(전류×시간)이 증가하는데 수반하여, 전해 알칼리수의 알칼리도가 증가하였다. 한편, pH에 대해서는, 전기량을 100C 이상의 조건으로 전기분해를 행하더라도, 대략 pH 10 부근에서 거의 일정하였다.
도 7 및 도 8에는, 본 발명의 배기 가스 정화 장치의 다른 실시형태가 도시되어 있다.
상기 배기 가스 정화 장치는, 상술한 실시형태에 기재된 것과 기본 구성은 동일하지만, 전해조(11c) 내에, 물에 대해 불용성이며, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 보조 양극(50)이 구비되어 있는 점이 상이하다. 또한, 보조 양극(50)이 결합 회로(60)를 통해 음극(13b) 및 양극(12d)에 접속되고, 전원(14d)이 보조 양극(50)에 전압을 인가하고 있는 점에서 상이하다. 참고로, 결합 회로(60)로서는, 도 7에서는 다이오드가 이용되고 있고, 도 8에서는 트랜지스터가 이용되고 있다.
도 7에 나타낸 전해 알칼리수 생성 장치(10d)에서는, 피전해수가 도입된 전해조(11c)와, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 양극(12d)과, 양극(12d)과 쌍을 이루는 음극(13b)을 구비하고 있으며, 전원(14d)으로부터 양 전극 간에 전압을 인가한다. 보조 양극(50)은, 결합 회로(60)를 통해 음극(13b) 및 양극(12d)에 접속되어 있으며, 전원(14e)이 보조 양극(50)에 전압을 인가한다. 이에 따라, 전해조(11c)에 도입된 피전해수가 전기분해된다.
본 실시형태에 의하면, 양극(12d)으로부터 전원(14d)을 거쳐 음극(13b)으로 공급되는 전자에 더하여, 보조 양극(50)으로부터 전원(14e)을 거쳐 음극(13b)으로 전자가 공급된다. 음극(13b)에서 생성하는 OH 이온은 전자의 공급량에 비례하기 때문에, 일정한 전류량으로 조작할 경우, 보조 양극(50)으로부터 공급하는 전자를 증가시킨 만큼, 양극(12d)으로부터의 공급 전자량을 감소시킬 수 있다.
또한, 양극(12d)에서는, 전자를 생성하기 위해서는 Mg를 이온화하여 용출시킬 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 양극(12d)의 공급 전자량을 감소시킬 수 있기 때문에, Mg의 용출량도 감소시킬 수 있다.
전체적으로, 본 실시형태에서는, 음극(13b)의 OH 이온 생성량은 불변이지만, 양극(12d)의 용출량을 경감시킬 수 있다. 즉, 본 실시형태와 같이 보조 양극(50)을 사용하지 않는 경우에는, 양극의 Mg가 용출되기 때문에, 정기적인 전극 교환이 필요해진다. 따라서, 배수가 대량인 경우나 산(酸)이 고농도인 경우에는, 양극의 Mg의 용출이 빨라져서, 전극 교환 빈도가 많아져 버리므로, 전극 비용이 높아져 버린다.
그러나, 본 실시형태에서는, 양극(12d)의 Mg의 용출량을 경감시킬 수 있기 때문에, 전극 교환 빈도를 줄여 비용 절감을 실현할 수 있다.
참고로, 보조 양극(50)은, 불용성 재료를 이용하고 있기 때문에, 원칙적으로 전극을 교환할 필요는 없다.
(시험예 4)
피전해수(NaCl 수용액(3%), 400ml), 양극(12d)(마그네슘 금속 φ9.5mm×길이 100mm), 음극(13b)(활성탄 폭 100mm×길이 100mm×두께 2mm), 보조 양극(50)(카본 폭 50mm×길이 100mm×두께 2mm), 전원(14d 및 14e)(직류 안정화 전원 0∼40V, 0∼18A), 결합 회로(쇼트키 배리어 다이오드(Schottky barrier diode))를 사용하였다.
도 7과 같이 피전해수에 대해 양극(12d), 음극(13b), 보조 양극(50)을 삽입하여 배선하였다. 결합 회로(60)에는 다이오드를 이용하고 있으며, 다이오드(D1)의 캐소드가 양극(12d)측, 다이오드(D3)의 캐소드가 보조 양극(50)측이 되도록 접속하였다. 다이오드의 순방향 강하전압이 크면, 양극(12d)-음극(13b) 간의 전류(I1)에 대한 저항이 커지기 때문에, 가능한 한 순방향 강하전압이 작은 쇼트키 배리어 다이오드나 게르마늄 다이오드를 선택하면 좋다.
직류 안정화 전원에 의해 전압을 인가하여, 양극(12d)-음극(13b) 간의 전류(I1)=50mA, 보조 양극(50)-음극(13b) 간의 전류(I3)=150mA로 하였다. 전극 반응에 의해 Mg(OH)2가 생성되고, 피전해수의 알칼리도는 3분 후에 5.0mg/L(CaCO3 환산) 증가하였다.
한편, 양극(12d)-음극(13b) 간의 전류(I1)=50mA만을 흘린 경우, 피전해수의 알칼리도는 3분 후에 1.6mg/L(CaCO3 환산) 증가하였다.
이러한 결과를 정리하면 표 1과 같이 된다. 참고로, 수법 A란, 보조 양극(50)을 사용하지 않고, 양극 및 음극만을 사용한 전해 알칼리수 생성 장치이다. 수법 A와 본 실시형태에서는 양극의 Mg 용출량은 동량(同量)이지만, 알칼리도는 본 실시형태 쪽이 커진다. 즉, 원하는 알칼리도의 물을 얻기 위한 Mg 용출량은, 본 실시형태 쪽이 적어진다. 본 실시형태에 의해 생성된 고(高)알칼리도의 물은, 수법 A와 마찬가지로, 산성수의 중화에 이용할 수 있다.
Mg 용출량(mg) 알칼리도 증가량(mg/L, CaC03 환산)
본 실시형태 1.13 5.0
수법 A 1.13 1.6
실시 조건 : 3% NaCl 수용액 400ml에 대해, 양극에 전류 50mA를 3분간 통전.
(시험예 5)
피전해수(NaCl 수용액(3%), 400ml), 양극(12d)(마그네슘 금속 φ9.5mm×길이 100mm), 음극(13b)(활성탄 폭 100mm×길이 100mm×두께 2mm), 보조 양극(50)(카본 폭 50mm×길이 100mm×두께 2mm), 전원(14d 및 14e)(직류 안정화 전원 0∼40V, 0∼18A), 결합 회로(pnp형 트랜지스터)를 사용하였다.
도 8과 같이 피전해수에 대해 양극(12d), 음극(13b), 보조 양극(50)을 삽입하여 배선하였다. 결합 회로(60)에는 트랜지스터를 이용하고 있으며, 트랜지스터의 베이스가 양극(12d)측, 이미터가 음극(13b)측, 콜렉터가 보조 양극(50)측이 되도록 접속하였다. 직류 안정화 전원에 의해 전압을 인가하여 베이스 전류(I1)=50mA, 콜렉터 전류(I3)=150mA로 하였다. 이때의 알칼리도의 증가는, 다이오드를 이용한 경우와 거의 동일한 결과가 얻어져, Mg 용출량을 경감시킬 수 있었다.
참고로, 시험예 4 및 5의 특기사항에 대해, 이하와 같이 설명한다.
본 시험예에서는 배치(batch)식으로 실시하고 있으나, 연속식(물을 흘리면서)으로 해도 되며, 동일한 효과가 얻어진다.
본 시험예에서는 비교적 소형의 장치에 의해 고(高)알칼리도의 물을 생성하고 있으나, 스케일을 증대시키더라도 동일한 효과가 얻어진다. 단, 결합 회로(60)는, 전해의 규모에 따라 커다란 전류에 견딜 수 있을만한 소자 선정이나 회로 구축이 필요하다. 예컨대, 스케일 증대에 있어서 도 9와 같이 전원을 공통으로 하여 양극(12d), 음극(13b)을 복수 개 접속하고, 보조 양극(50)은 전극마다 결합 소자를 배치함으로써, 1 소자 당의 전류를 분산시킬 수 있다.
본 시험예에서는 전극에 고순도의 마그네슘을 사용하고 있으나, 기타, 마그네슘을 함유하는 Mg-Al-Zn계 등의 합금이나, 증착 등으로 표면에 마그네슘 함유층을 퇴적시킨 재료를 사용해도 되며, 동일한 효과가 얻어진다.
1 ： 배기 가스 흡수탑
2 ： 배기 가스 도입구
3 ： 연도
4 ： 분사 노즐
5 ： 데미스터
6 ： 산기 장치
10, 10a, 10b, 10c, 10d ： 전해 알칼리수 생성 장치
11a, 11b ： 전해조
11c ： 배관(전해조의 기능을 가짐)
12a, 12b, 12c, 12d ： 양극
13a, 13b ： 음극
14a, 14b, 14c, 14d, 14e ： 전원
15 ： 절연 스페이서
20 ： 수질 분석 장치
30 ： 탈수 장치
40 ： 제어 장치
50 ： 보조 양극
60 ： 결합 회로
L1∼L6 ： 배관
P1 ： 펌프

Claims (13)

  1. 선박에 탑재되어 사용되는 배기 가스 정화 장치로서,
    음극(陰極)과 양극(陽極)을 구비하고, 양(兩) 전극 간에 전압을 인가(印加)하여, 피(被)전해수를 전기분해함으로써, 전해 알칼리수를 생성하는 전해 알칼리수 생성 장치와,
    배기 가스가 도입되는 배기 가스 흡수탑(塔)과,
    상기 배기 가스 흡수탑 내에 설치되어, 상기 전해 알칼리수 생성 장치로부터 도입된 상기 전해 알칼리수를 분사하는 분사 노즐을 구비하며,
    상기 분사 노즐로부터 상기 전해 알칼리수를 분사하여, 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입되는 상기 배기 가스와 상기 전해 알칼리수를 기액(氣液)접촉시켜, 상기 배기 가스를 정화하도록 구성되고,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 상기 양극을 구비하며,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 생성한 상기 전해 알칼리수의 알칼리도(度)를 분석하는 수질 분석 장치와, 상기 전해 알칼리수의 알칼리도가 소정 값 이상이 되도록 상기 전극으로의 전압 인가 조건을 조정하는 알칼리도 조정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 분사 노즐로부터 분사된 상기 전해 알칼리수를 회수하는 스크러버 배수 저류부(貯留部)와, 상기 스크러버 배수 저류부 내의 스크러버 배수를 상기 전해 알칼리수 생성 장치로 반송(返送)하는 스크러버 배수 반송 라인을 구비하는 배기 가스 정화 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 생성한 상기 전해 알칼리수를 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입하는 전해 알칼리수 공급 라인을 구비하는 배기 가스 정화 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분사 노즐로부터 분사된 상기 전해 알칼리수를 회수하는 스크러버 배수 저류부를 구비하고, 상기 스크러버 배수 저류부에 산기(散氣) 장치가 설치되어 있는, 배기 가스 정화 장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 음극이, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 전해조이며, 상기 양극측에 양(正)의 전압을 인가하고, 상기 전해조측에 음(負)의 전압을 인가하여, 상기 전해조 내의 상기 피전해수를 전기분해하도록 구성되어 있는 배기 가스 정화 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 보조 양극을 구비하며, 상기 보조 양극이 상기 음극 및 상기 양극에 접속되어 있는 배기 가스 정화 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 보조 양극에 전압을 인가하고, 상기 보조 양극으로부터 상기 음극에 전자를 공급하는 것에 의해, 상기 음극에서 생성되는 이온의 양을 제어하는 전압 인가 수단을 구비하는 배기 가스 정화 장치.
  8. 음극과 양극을 구비하고, 양(兩) 전극 간에 전압을 인가하여, 피전해수를 전기분해함으로써, 전해 알칼리수를 생성하는 전해 알칼리수 생성 장치와,
    배기 가스가 도입되는 배기 가스 흡수탑과,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 생성한 상기 전해 알칼리수를 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입하는 전해 알칼리수 공급 라인과,
    상기 배기 가스 흡수탑 내에 설치된, 상기 전해 알칼리수의 분사 노즐을 구비하며,
    상기 분사 노즐로부터 상기 전해 알칼리수를 분사하여, 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입되는 상기 배기 가스와 상기 전해 알칼리수를 기액접촉시켜, 상기 배기 가스를 정화하도록 구성된 배기 가스 정화 장치로서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, Mg 또는 Mg합금으로 형성된 상기 양극을 구비하고,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 음극이, 물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된, 상기 피전해수가 유통되는 경로이며, 상기 경로 내에 상기 양극이 배치되고, 상기 양극측에 양의 전압을 인가하고, 상기 경로측에 음의 전압을 인가하여, 상기 경로 내로 유통되는 상기 피전해수를 전기분해하도록 구성되어 있는 배기 가스 정화 장치.
  9. 음극과 양극을 구비하고, 제 1 전압 인가 수단이 양 전극 간에 전압을 인가하여, 피전해수를 전기분해함으로써, 전해 알칼리수를 생성하는 전해 알칼리수 생성 장치와,
    배기 가스가 도입되는 배기 가스 흡수탑과,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치에서 생성된 상기 전해 알칼리수를 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입하는 전해 알칼리수 공급 라인과,
    상기 배기 가스 흡수탑 내에 설치된, 상기 전해 알칼리수의 분사 노즐을 구비하며,
    상기 분사 노즐로부터 상기 전해 알칼리수를 분사하여, 상기 배기 가스 흡수탑으로 도입되는 상기 배기 가스와 상기 전해 알칼리수를 기액접촉시켜, 상기 배기 가스를 정화하도록 구성된 배기 가스 정화 장치로서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는,
    상기 음극과,
    Mg 또는 Mg합금으로 형성된 상기 양극에 더하여,
    물에 대해 불용성이고, 또한, 도전성을 가지는 재료로 구성된 보조 양극을 구비하며, 상기 보조 양극이 결합 회로를 통해 상기 음극 및 상기 양극에 접속되어, 제 2 전압 인가 수단이 상기 보조 양극에 전압을 인가하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 결합 회로에 다이오드가 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 결합 회로에 트랜지스터가 이용되고 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 양극 및 상기 음극이 복수 접속되고, 상기 결합 회로가 상기 양극 및 상기 음극의 조합의 수에 대응하는 수의 결합 소자를 구비하며, 이들 결합 소자마다 상기 보조 양극이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  13. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해 알칼리수 생성 장치는, 상기 제 2 전압 인가 수단이 상기 상기 보조 양극에 전압을 인가하고, 상기 보조 양극으로부터 상기 음극에 전자를 공급하는 것에 의해, 상기 음극에서 생성되는 이온의 양을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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