KR102488936B1 - 요소수 제조방법 및 그 방법으로 제조된 요소수 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 요소수 제조방법 및 그 방법으로 제조된 요소수에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질산에 첨가물을 단계별로 투입하면서 반응시켜 요소수를 빠르고 저렴하게 제조할 수 있도록 하는 요소수 제조방법 및 그 방법으로 제조된 요소수에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 요소소의 제조원가를 낮출 수 있으며, 요소수 분사장치 내부의 노즐 막힘 현상을 감소하여 디젤 자동차의 운영효율을 높이면서 정비 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 요소소의 제조원가를 낮출 수 있으며, 요소수 분사장치 내부의 노즐 막힘 현상을 감소하여 디젤 자동차의 운영효율을 높이면서 정비 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 요소수 제조방법 및 그 방법으로 제조된 요소수에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질산에 첨가물을 단계별로 투입하면서 반응시켜 요소수를 빠르고 저렴하게 제조할 수 있도록 하는 요소수 제조방법 및 그 방법으로 제조된 요소수에 관한 것이다.
최근 환경오염에 관한 문제가 주요 이슈로 부각되면서 자동차의 경우에도 화석연료를 사용하지 않거나 적게 사용하는 전기 자동차, 수소 자동차, 태양열 자동차 및 하이브리드 자동차가 활발하게 개발 및 상용화되고 있다.
그러나 이러한 친환경 자동차들의 등장에도 불구하고 아직까지는 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는 차량이 자동차 시장의 주를 이루고 있으며, 앞으로도 상당기간 동안은 그 명맥을 유지할 것으로 전망된다.
이와 같은 화석연료를 사용하는 가솔린이나 디젤 내연기관 차량의 경우에는 배기가스에 의한 환경오염 문제 등이 심각하다. 그 중에서도 디젤 자동차의 경우에는 매연과 질소산화물(NOx), 그리고 미세먼지의 배출이 심각한 문제로 인식되고 있으며, 세계 여러 국가에서는 디젤 차량의 배기가스 문제를 해결하기 위해 관련 법규를 통해 배기가스의 배출을 엄격하게 규제하고 있는 실정이다.
따라서 디젤 차량의 배기 시스템은 배기가스 중에 함유된 공해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate matter Filter), SCR(Selective Catalyst Reduction) 및 LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 배기가스 후처리장치를 구비하게 된다.
이 중에서 SCR을 적용한 배기가스 후처리장치(이하, 'SCR 장치'라고 한다)는 배기 파이프의 내부로 요소수와 같은 환원제를 분사하여 배기가스 중의 질소산화물을 질소와 산소로 환원시키는 기능을 한다.
즉, 상기 SCR 장치는 배기 파이프의 내부로 환원제가 분사되면, 그 환원제가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시킬 수 있다.
이때 상기 SCR장치에서 사용되는 요소수는 순수한 물과 요소비료의 원료인 요소를 혼합하여 만든 화학물질로 대기환경보전법 제74조 2항에 따른 검사를 통과해야 국내 시판이 가능하다. 요소는 극성물질로 열을 가하면 쉽게 용해되지만 뷰렛, 트리우렛 등 불순물도 함께 용해된다는 단점이 있다. 뷰렛, 트리우렛 등이 용해되어 있는 요소수는 SCR장치에 부식과 막힘을 유발시킨다. 이러한 불순물을 석출하여 정제하기 위해서는 다소 시간이 걸리더라도 저온 용해 후 필터를 사용해 제거하는 과정이 필요하다.
기존의 요소수 제조방법은 요소(원료)와 순수(물)을 교반한 다음, 이를 정제하여 불순물을 제거하여 제조된다.
이때 요소와 물을 교반하는 과정에서 모터를 상부에 설치하여, 상기 모터에 설치된 임펠러를 회전시켜 교반하고 있지만, 요소와 순수 교반시 흡열작용으로 인하여 저온상태에서는 교반효율이 감소한다는 문제점을 가지고 있다. 또한 흡열반응의 특성상 가열된 물을 이용하여 요소수를 제작하고 있으므로 불순물이 요소수에 용해되어 SCR장치에 첨가하는 경우 SCR장치의 수명을 줄이는 단점을 가지고 있다.
이를 개선하기 위하여 상기와 같이 제조된 요소수를 필터를 이용하여 불순물을 제거하고 있지만 불순물에 의한 필터 막힘현상이 발생하여 필터의 수명이 짧아지며, SCR장치에 사용하기 위한 높은 순도의 요소수를 제조하는 경우 다량의 필터를 사용하게 되므로 그 제조비용이 상승한다는 단점을 가지고 있으며, 고온의 물에 용해된 불순물의 경우 단순히 필터의 사용만으로는 제거하기 어렵다는 단점을 가지고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 질산으로부터 쉽게 요소수를 제조할 수 있도록 하는 요소수 제조방법 및 그 방법으로 제조된 요소수를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 질산에 첨가물을 투입하면서 반응시켜 요소수를 제조하는 방법으로서, 1차 반응조(10)에 질산과 불산을 투입하고, 뚜껑(12)의 밑면에 설치된 자외선램프(15)로 혼합용액에 자외선을 조사하는 제1단계와; 상기 1차 반응조(10)에서 생성된 1차 반응용액을 2차 반응조(20)에 이동시키는 제2단계와; 상기 2차 반응조(20)에 계면활성제와 가성소다를 투입하고, 내부 바닥의 폭기장치(25)를 이용하여 교반하는 제3단계와; 상기 2차 반응조(20)에서 생성된 2차 반응용액을 3차 반응조(30)에 이동시키는 제4단계와; 상기 3차 반응조(30)에 글리세린을 투입하고, 내부 바닥의 폭기장치(35)를 이용하여 교반하는 제5단계와; 상기 3차 반응조(30)에서 생성된 요소수를 유출구(34)를 통해 배출하는 제6단계;를 포함한다.
상기 자외선램프(15)가 조사하는 자외선은 360㎚ 내지 380㎚ 파장대의 자외선인 것을 특징으로 한다.
제1단계에서 상기 1차 반응조(10)에 제철소에서 철광석의 제련에 사용되는 석탄재와, 쓰레기 소각로에서 배출되는 소각재를 더 투입하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은 전술한 요소수 제조방법을 이용하여 제조된 요소수인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 요소소의 제조원가를 낮출 수 있으며, 요소수 분사장치 내부의 노즐 막힘 현상을 감소하여 디젤 자동차의 운영효율을 높이면서 정비 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조방법의 과정을 나타낸 순서도.
도 2는 1차 반응조의 구조를 나타낸 사시도.
도 3은 1차 반응조의 뚜껑에 설치된 자외선램프를 나타낸 사시도.
도 4는 1차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도.
도 5는 2차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도.
도 6은 3차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도.
도 2는 1차 반응조의 구조를 나타낸 사시도.
도 3은 1차 반응조의 뚜껑에 설치된 자외선램프를 나타낸 사시도.
도 4는 1차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도.
도 5는 2차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도.
도 6은 3차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "요소수 제조방법 및 그 방법으로 제조된 요소수"를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조방법의 과정을 나타낸 순서도이며, 도 2는 1차 반응조의 구조를 나타낸 사시도, 도 3은 1차 반응조의 뚜껑에 설치된 자외선램프를 나타낸 사시도, 도 4는 1차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도, 도 5는 2차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도, 도 6은 3차 반응조 내부의 반응 과정을 나타낸 단면도이다.
본 발명의 요소수 제조방법은 질산을 주원료료 하여 세 번의 혼합 또는 반응 과정을 거치면서 요소수를 효과적으로 제조할 수 있도록 하는 기술을 개시한다.
먼저, 1차 반응조(10)에 질산을 투입한다.(S102)
그리고 질산이 투입된 1차 반응조(10)에 불소를 투입하여 혼합한다.(S104) 질산과 불소는 몸체(11)의 일측 상부에 설치된 유입구(13)를 통해 투입된다.
질산과 불소가 혼합된 1차 반응조(10)의 뚜껑(12) 밑면에는 자외선램프(15)가 설치된다. 자외선램프(15)는 1차 반응조(10)의 몸체(11) 내부에 저장된 질산-불소 혼합용액에 자외선을 조사한다.(S106) 자외선은 질산과 불소의 반응을 촉진한다.
자외선은 질산과 불소의 반응 촉진 속도가 가장 큰 360㎚~380㎚ 파장대의 자외선을 사용하는 것이 바람직하다.
불소는 자외선에 의해 질산과 반응하면서 질소와 잔류 질산의 외벽을 코팅한다.
이외에도 제철소에서 철광석의 제련에 사용되는 석탄재와, 쓰레기 소각로에서 배출되는 소각재를 1차 반응조(10)에 함께 투입하여 반응성을 높일 수 있다.
질산과 불소가 자외선에 의해 반응하여 생성된 1차 반응용액을 2차 반응조(20)에 투입한다.(S108) 1차 반응용액은 몸체(11)의 타측 하부에 설치된 유출구(14)를 통해 배출되어 2차 반응조(20)로 이동한다. 이때 1차 반응용액의 이동이 펌프나 이송장치의 사용 없이도 이동할 수 있도록 2차 반응조(20)의 높이가 1차 반응조(10)의 높이 보다 낮아지도록 설치하는 것이 바람직하다.
몸체(21)의 일측 상부에 설치된 유입구(23)를 통해 2차 반응조(20)의 내부에 투입된 1차 반응용액에 계면활성제와 가성소다를 투입한다.(S110)
그리고 2차 반응조(20)의 내부 바닥에 설치된 폭기장치(25)를 이용하여 공기를 투입하면서 교반한다.(S112) 이 과정을 거치면서 2차 반응용액이 생성된다.
그리고 2차 반응용액을 3차 반응조(30)에 이동하여 투입한다.(S114) 2차 반응용액은 몸체(21)의 타측 하부에 설치된 유출구(24)를 통해 배출된다.
2차 반응조(20)에서는 가성소다와 계면활성제에 의한 반응이 일어나면서 열이 발생한다. 이러한 열은 2차 반응조(20)의 몸체(21)의 타측 상부에 설치된 열배출구(26)를 통해 외부로 배출된다.
그리고 3차 반응조(30)에 글리세린을 투입하여 반응시킨다.(S116)
3차 반응조(30)에도 내부 바닥에 폭기장치(35)가 설치되며, 공기의 투입과 함께 교반이 이루어진다.(S118)
이와 같은 3단계의 반응 및 첨가제 투입 과정을 거치면서 요소수가 생성되며, 3차 반응조(30)에 설치된 유출구(34)를 통해 요소수가 배출된다.(S120)
3차 반응조(30)의 몸체(31)와 뚜껑(32), 몸체의 일측 상부에 설치되는 유입구(33) 등의 구성은 1차 반응조(10) 및 2차 반응조(20)의 구조와 동일하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 1차 반응조 20 : 2차 반응조
30 : 3차 반응조
30 : 3차 반응조
Claims (4)
- 질산에 첨가물을 투입하면서 반응시켜 요소수를 제조하는 방법으로서,
1차 반응조(10)에 질산과 불산을 투입하고, 뚜껑(12)의 밑면에 설치된 자외선램프(15)로 혼합용액에 자외선을 조사하는 제1단계와;
상기 1차 반응조(10)에서 생성된 1차 반응용액을 2차 반응조(20)에 이동시키는 제2단계와;
상기 2차 반응조(20)에 계면활성제와 가성소다를 투입하고, 내부 바닥의 폭기장치(25)를 이용하여 교반하는 제3단계와;
상기 2차 반응조(20)에서 생성된 2차 반응용액을 3차 반응조(30)에 이동시키는 제4단계와;
상기 3차 반응조(30)에 글리세린을 투입하고, 내부 바닥의 폭기장치(35)를 이용하여 교반하는 제5단계와;
상기 3차 반응조(30)에서 생성된 요소수를 유출구(34)를 통해 배출하는 제6단계;를 포함하는, 요소수 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 자외선램프(15)가 조사하는 자외선은 360㎚ 내지 380㎚ 파장대의 자외선인 것을 특징으로 하는, 요소수 제조방법. - 제1항에 있어서,
제1단계에서 상기 1차 반응조(10)에 제철소에서 철광석의 제련에 사용되는 석탄재와, 쓰레기 소각로에서 배출되는 소각재를 더 투입하는 것을 특징으로 하는, 요소수 제조방법. - 삭제
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006043536A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-02-16 | Central Glass Co Ltd | 窒素化合物の分解方法 |
| JP2016150889A (ja) * | 2015-02-19 | 2016-08-22 | 国立大学法人岐阜大学 | アンモニア製造方法およびアンモニア製造装置 |
| KR20170015680A (ko) | 2015-07-30 | 2017-02-09 | 중앙대학교 산학협력단 | 미세버블 함유 요소수를 포함하는 질소산화물 환원제 |
| KR102335823B1 (ko) | 2021-05-25 | 2021-12-03 | 박선주 | 요소수 제조방법 |
-
2021
- 2021-12-28 KR KR1020210189314A patent/KR102488936B1/ko active IP Right Grant
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