KR20120065438A

KR20120065438A - 전기식 배기가스 처리 방법 및 전기식 배기가스 처리 장치

Info

Publication number: KR20120065438A
Application number: KR1020127011374A
Authority: KR
Inventors: 무네카쯔 후루겐; 타다시 마키노; 카즈노리 타키카와
Original assignee: 우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-06-20
Also published as: WO2011046187A1; EP2489843A1; CN102549244B; KR101335891B1; JP5688806B2; CN102549244A; JPWO2011046187A1; EP2489843A4

Abstract

코로나 방전을 이용한 종래의 디젤 엔진의 배기가스 처리 기술의 문제점을 해소하여, 특히 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중의 PM, 특히 SOF를 고효율로 제거할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정적인 성능을 발휘할 수 있는 디젤 엔진 배기가스의 전기식 처리 방법 및 그 장치를 제공한다. 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 유기 용제 불용 성분 및 유기 용제 가용 성분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서, 가스 냉각 수단에 의해 상기 입자상 물질을 함유하는 전체 배기가스의 온도를, 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내린 후, 상기 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 제거하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기식 배기가스 처리 방법 및 전기식 배기가스 처리 장치{ELECTRIC EXHAUST GAS TREATING METHOD AND ELECTRIC EXHAUST GAS TREATING DEVICE}

본 발명은, 디젤 엔진의 배기가스에 함유되는 카본을 주체로 하는 입자상 물질(Particulate Matter: 이하 「PM」으로 지칭)이나 유해 가스를 제거하고, 정화하는 선박용, 발전용, 산업용 등의 특히 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 대배기량 디젤 엔진의 배기가스 처리 기술에 관한 것이며, 보다 자세히는 높은 온도의 배기가스를 배출하는 대배기량 디젤 엔진에서의 코로나 방전을 이용한 배기가스의 전기식 처리 방법 및 전기식 처리 장치에 관한 것이다.

각종 선박이나 발전기 및 대형 건설기계, 더 나아가서는 각종 자동차 등의 동력원으로서 디젤 엔진이 광범위하게 채용되고 있지만, 이 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 함유되는 PM은, 주지와 같이 대기 오염을 초래할 뿐만 아니라, 인체에 매우 유해한 물질이기 때문에, 그 배기가스의 정화는 매우 중요하다. 이 때문에, 디젤 엔진의 연소 방식의 개선이나 각종 배기가스 필터의 채용, 그리고 코로나 방전을 이용하여 전기적으로 처리하는 방법 등, 이미 수많은 제안이 이루어져, 그 일부는 실용에 제공되고 있다.

이러한 배기가스 정화 기술에서, 코로나 방전을 이용하여 전기적으로 처리하는 방법은, 배기가스중의 PM을 방전 전극에 의한 코로나 방전에 의해 대전시키고, 그 대전하고 있는 PM을 정전기력으로 포집하는 것이지만, 그 방전 전극에는 수만 볼트의 고전압이 인가되고, 더 나아가서는 부식성을 갖는 배기가스에 노출되기 때문에 장기간에 걸쳐 안정적인 성능의 유지가 요구되고 있다. 또한 대전한 PM을 효율적으로 정전 집진하는 것도 중요하다.

여기서, 디젤 엔진의 배기가스중의 PM(입자상 물질)의 성분은, 유기 용제 가용분(Soluble Organic Fractions, 이하 「SOF」로 지칭)과 유기 용제 비가용분(Insoluble Organic Fractions, 이하 「ISF」로 지칭)의 2개로 나눠지지만, 그 중 SOF분은, 연료나 윤활유의 미연분이 주된 성분으로, 발암 작용이 있는 다환방향족 등의 유해 물질이 포함된다. 한편, ISF분은, 전기 저항률이 낮은 카본(주석)과 설페이트(Sulfate: 황산염) 성분을 주성분으로 하는 것으로, 이 SOF분 및 ISF분은, 그 인체, 환경에 부여하는 영향 때문에, 배기가스가 아주 적은 것을 원하고 있다. 특히, 생체에서의 PM의 악영향의 정도는, 그 입자 직경이 ㎚ 사이즈가 되는 경우에 특히 문제가 된다.

그래서, 본 발명자들은 디젤 엔진의 배기가스중의 SOF분과 ISF분을 주된 성분으로 하는 PM을 포집 제거하는 수단으로서, 정전 집진기와 사이클론 집진기를 조합한, 정전 사이클론식의 배기가스 정화 장치(DPF: Diesel Particulate Filter로 지칭)를 먼저 제안하였다(특허문헌 1 참조). 이 정화 장치에서는, 정전 집진에서 전기 저항률이 낮은 카본을 함유하는 PM의 포집을 가능하게 하는 DC50kV의 고전압에서도, 그 코로나 방전을 행하는 방전 전극의 절연 성능을 장기간 유지하는 구조를 제안하고 있다.

즉, 이 정화 장치는 도 6에 그 구조를 도시하는 바와 같이, 장치 본체의 본체벽(1-1)으로부터 본체내로 돌출하여 설치되는 배기가스 유도관(7)과, 상기 배기가스 유도관(7)의 본체벽(1-1) 외측의 외주부 측벽을 관통하여 끼워 삽입되고, 그 선단이 배기가스 유도관(7)내에서의 선단 개구부 부근에 도달하여 설치되는 시일 가스관(5)과, 상기 시일 가스관(5)에 의해 부분적으로 배기가스 통로(1)로부터 이격되고, 그 방전극의 선단을 시일 가스관(5)의 선단 개구부로부터, 배기가스 통로(1)의 하류측을 향해 돌출하여 배치되는 전극침(4)과, 상기 장치 본체 내에서의 배기가스 통로(1)의 하류측에 배치되는 포집판(3)과, 전극침(4)에 고압 직류 전압을 인가하는 고압 전원 장치(6)에 의해 구성되고, 또한 전극침(4)에 의한 코로나 방전에 의해 전자(10)를 방출하는 코로나 방전부(2-1)와, 방출된 코로나 전자(10)를 배기가스(G1)중의 카본을 주체로 하는 입자상 물질(S)에 대전시키는 대전부(2-2)를 포함하는 방전 대전부가 설치되어, 대전한 입자상 물질(S)을 포집하는 포집판(3)을, 장치 본체의 본체벽(1-1)내에 배치하도록 구성한 것으로, 전극침(4)은 정전 집진에서의 전기 저항률이 낮은 카본을 함유하는 PM의 포집을 가능하게 하기 위해, DC 50kV의 고전압의 인가에서도 코로나 방전의 전극침(4)의 절연 성능을 유지할 수 있는 구조, 즉 도 7에 도시하는 바와 같이 전극침(4)의 외주부를, 절연 재료로 피복한 제1층 절연체 피복(4-a), 제2층 도체 피복(4-b), 제3층 절연체 피복(4-c)을 포함하는 다층 피복층에 의해 피복하고, 선단부 4-1은 시일 가스관(5)의 개구단으로부터 정해진 길이가 돌출된 구조로 되어 있는 것으로, 디젤 엔진의 배기가스의 PM의 포집 효율의 향상과 그 유지?지속에 크게 기여하는 것이다. 또한 4-d는 어스 도체선, G2는 시일 가스이다.

한편, 대전한 PM을 정전 집진하는 방법으로서, 특허문헌 2에 개시되는 배기가스 정화 장치가 알려져 있다. 이 배기가스 정화 장치는, 배기가스중의 SOF분이 냉각, 응축하여 액화되면, 점착성을 갖는 미스트가 되고, 이 미스트상의 SOF분은 「끈끈이의 원리」에 의해 초미소 입자를 보충하여 응집 비대화하는 성질, 및 그 정전 응집 작용은 집진 전극 근방에서 일어나기 때문에, 그 집진 전극 근방을 냉각할 수 있으면 정전 응집 효과가 촉진된다고 하는 성질을 이용하여, 대전한 PM이 응집하는 집진 전극(특허문헌 2의 도 1, 부호 11a 참조) 벽면만을 적극적으로 냉각하여, 그 집진 전극 벽면에 부착된 액체 SOF 성분을 바인더로서 이용하는 것에 의해, 전기적으로 포집 대상 성분을 응집시키는 것이다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2008-19849호 공보

특허문헌 2: 일본 특허 제4529013호 공보

그러나, 코로나 방전 등을 이용하여 전기적으로 배기가스중의 PM을 처리하는 디젤 엔진의 배기가스 처리 기술에서는, 이하에 기재하는 문제가 생기고 있다.

즉, 발전용이나 선박용 엔진 등의, 유황분이 적은 경유를 사용하는 자동차용 디젤 엔진과 비교하여 각별히 큰 배기량을 가지며 중유 이하의 저질로 유황분을 많이 함유하는(중유는 경유에 대하여 10?70배 정도의 유황분을 함유: JIS K2204 「경유」, K2205 「중유」에 의함) 연료를 사용하는 대배기량 디젤 엔진에, 예컨대 앞의 특허문헌 1에 기재된 배기가스 정화 장치를 이용한 경우에는, 중유 이하의 저질 연료중의 유황분이 배기가스에 SOF로서 함유되는 것뿐만 아니라 설페이트가 되어 엔진 구성 부품, 특히 배기관계 부품을 부식한다고 하는 문제를 극복해야 한다.

또한, 유황분의 함유량이 적은 상질의 연료인 경유를 사용하는 자동차용에 탑재한 소배기량의 디젤 엔진용인 특허문헌 2에 개시되는 기술은, 정전 응집 작용은 집진극 근방에서 일어나기 때문에, 가스 전체를 냉각할 필요가 없고, 집진극 근방을 냉각할 수 있으면 정전 응집 효과가 촉진되기 때문에, 집진극 근방에서만 잇달아 냉각되어 응축, 액체화가 가능해지고, 대전되며, 포집하는 기술이지만, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 선박용 등의 대배기량으로서 유속이 빠르고 배기가스의 온도가 높은 디젤 엔진, 또는 PM의 배출량이 많은 엔진에서는, 높은 온도의 배기가스중의 PM의 응축?액체화하는 온도까지 냉각하는 부분을 집진 전극 근방에서만의 국부적인 냉각으로 한정한 것으로는 냉각 능력이 부족하여 불충분한 냉각이 되고, PM의 공급이 많아 PM의 냉각이 따라 가지 못하는 경우는, 냉각되지 않은 채로 온도가 높고, PM을 함유한 배기가스가 배출되게 되어 버린다. 또한 집진 전극 근방에서만의 냉각에서는 그 근방을 흐르는 배출가스중의 SOF분이나 설페이트 성분은 응축 액화되어 포집되지만, 집진 전극으로부터 떨어진 부분을 흐르는 배출 가스는 거의 냉각되지 않기 때문에, 상기 배출 가스중의 SOF분은 응축 액화되지 않는다. 따라서, 집진 전극으로부터 떨어진 부분을 흐르는 배출 가스중의 SOF분은, 포집되지 않고 배출되게 된다. 이와 같이, 상기 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 대배기량 디젤 엔진에, 유황분의 함유량이 적은 상질의 연료인 경유를 사용하는 특허문헌 2에 기재된 배기가스 정화 장치를 이용한 경우에는, 상기 설페이트 성분에 의한 엔진 구성 부품의 부식의 문제뿐만 아니라, 배기가스중의 PM, 특히 SOF분의 제거가 충분히 행해지지 않는다고 하는 문제가 있다.

그래서 본 발명자들은, 이러한 문제를 감안하여, 코로나 방전을 이용한 종래의 디젤 엔진의 배기가스 처리 기술의 상기 문제점을 해소하고, 특히 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 대배기량으로 고속 및/또는 대유량의 배기가스가 배출되는 디젤 엔진의 배기가스중의 PM, 특히 SOF분이나 설페이트 성분을 고효율로 제거할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정적인 성능을 발휘할 수 있는 디젤 엔진 배기가스의 전기식 처리 방법 및 그 장치를 제안하고자 하는 것이다.

본 발명의 제1 발명은, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 SOF분 및 ISF분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서, 가스 냉각 수단에 의해 입자상 물질을 함유하는 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내린 후, 그 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제2 발명은, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 SOF분 및 ISF분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서, 전기식 배기가스 처리 장치에서의 배기가스 통로의 상류부에 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 배치하고, 그 가스 냉각부를 통과했을 때에 온도가 내려간 배기가스에 함유되는 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 대전시키고 포집하는 것에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제3 발명은, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 SOF분 및 ISF분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서, 전기식 배기가스 처리 장치에서의 배기가스 통로의 상류부에 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 배치하고, 그 가스 냉각부를 통과했을 때에 온도가 내려간 배기가스에 함유되는 입자상 물질을, 코로나 방전에 의해 방출된 전자에 의해 대전시키고, 포집하는 것에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제4 발명은, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 SOF분 및 ISF분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서, 전기식 배기가스 처리 장치에서의 배기가스 통로의 상류부에 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 배치하고, 그 가스 냉각부를 통과했을 때에 입자상 물질을 구성하는 유기 용제 가용분을 0.85 이하의 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)로 나타내어지는 과냉각 기체 상태로 한 입자상 물질을, 코로나 방전에 의해 방출된 전자에 의해 대전시키고 포집하는 것에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서는, 제5 발명으로서, 가스 냉각부의 하류측에서 기수 분리기에 의해 가스 냉각부를 통과한 배기가스로부터 응축수를 분리 제거하는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명의 제6 발명은, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 SOF분 및 ISF분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하기 위한 대배기량 디젤 엔진용 전기식 배기가스 처리 장치에 있어서, 그 처리장치에서의 배기가스 통로의 상류부에, 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 구비하고, 배기가스 통로의 중류부에 코로나 방전에 의해 전자를 방출하는 코로나 방전부와 방출된 코로나 전자를 입자상 물질에 대전시키는 대전부를 구비하는 방전 대전부를 가지며, 배기가스 통로의 하류부에 대전한 입자상 물질을 포집하는 포집부를 구비하고, 배기가스가 가스 냉각부를 통과했을 때에, 입자상 물질의 유기 용제 가용분이 0.85 이하의 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R) 범위에서 나타내어지는 과냉각 기체 상태가 되어 방전 대전부로 보내져 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 제거하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제7 발명은, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 SOF분 및 ISF분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하기 위한 대배기량 디젤 엔진용 전기식 배기가스 처리 장치에 있어서, 그 처리장치에서의 배기가스 통로의 상류부에, 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 구비하고, 배기가스 통로의 중류부에 외주를 다층 구조의 피막으로 덮인 전극침을 배치하며, 그 전극침에 의한 코로나 방전에 의해 전자를 방출하는 코로나 방전부와 방출된 코로나 전자를 입자상 물질에 대전시키는 대전부를 구비하는 방전 대전부를 가지며, 배기가스 통로의 하류부에 대전한 입자상 물질을 포집하는 포집부를 구비하고, 배기가스가 가스 냉각부를 통과할 때에, 입자상 물질의 유기 용제 가용분이 0.85 이하의 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)로 나타내어지는 과냉각 기체 상태가 되어 방전 대전부로 보내져 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 제거하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 전기식 배기가스 처리 장치에 있어서는, 제8 발명으로서, 가스 냉각부의 하류측에서 가스 냉각부를 통과한 배기가스로부터 응축수를 분리 제거하는 기수 분리기를 설치하는 것을 바람직한 양태로 하는 것이다.

본 발명에 의한 디젤 엔진 배기가스의 전기식 처리 방법 및 장치는, 선박, 발전기, 대형 건설기계 및 각종 자동차의 동력원으로서 널리 이용되는 디젤 엔진 배기가스의 정화 처리 수단으로서, 특히 선박용, 발전용, 산업기기용 등의 유황분이 많이 함유되는 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 대배기량으로 고속 및/또는 대유량의 배기가스가 배출되는 디젤 엔진, 또는 배출되는 배기가스의 온도가 높은 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유되는 카본, 설페이트 등의 ISF분 및 SOF분을 주체로 하는 유해한 입자상 물질인 PM을, 효율적으로 제거하는 것을 가능하게 하고, 배기가스의 정화율을 높은 레벨로 달성할 수 있다.

또한, 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유되는 PM의 제거가, 장기간에 걸쳐 높은 정화율로써 안정적으로 지속 가능해지고 또한, 예컨대 자동차 부품 등에서 요구되는 실질적 유지 보수 불요를 상기 용도의 디젤 엔진에서도 달성할 수 있는 등의 우수한 효과를 나타낸다.

또한, 생체에 악영향을 미치는 ㎚ 사이즈의 PM 입자의 대폭적인 저감이 가능해져, 대기 환경의 개선에 크게 기여하는 것이다.

또한 본 발명에 의한 배기가스의 전기식 처리 방법 및 처리장치는, 디젤 엔진뿐만 아니라, 유황분이 많이 함유되는 중유 이하의 저질 연료를 사용하는 각종 기관?장치의 배기가스의 정화에서도 유효하게 활용할 수 있는 것은 물론이다.

도 1은 본 발명에서의 디젤 엔진의 배기가스의 온도와 포집률의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 디젤 엔진에 사용하는 중유 연료의 비점을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 장치의 배치 구성의 제1 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 장치의 배치 구성의 제2 실시예를 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서의 PM 입자의 입자 직경 분포를 도시하는 도면이다.
도 6은 종래의 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 장치의 정전 집진부의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시하는 전기식 배기가스 처리 장치의 코로나 방전극부를 확대한 단면도이다.

본 발명자들은 배기가스의 엄격한 규제에 대응하기 위해, 디젤 엔진의 배기가스 처리 기구에 대해서, 디젤 엔진의 배기관에 도 6, 도 7에 도시하는 정전 사이클론 DPF 장치 및 후술하는 본 발명의 배기가스 냉각 수단을 이용하여, 배기가스중의 PM의 포집 기구를 여러가지 개량하여 배기가스의 정화 상황을 예의 조사하였다.

그 결과, 배기가스 배관에 열교환기를 설치하여 전체 배기가스를 미리 냉각하는 것에 의해, 도 1에 도시하는 바와 같이 정전 사이클론 DPF에 도입되는 배기가스의 온도의 고저가, PM 포집률에 크게 영향을 미치는 것을 지견하였다. 여기서, PM 포집률은, 「포집률=1-(DPF 처리 후의 PM 농도)/(DPF 처리 전의 PM 농도)」로 정의한다. 또한 PM 농도는 ISO/DIS8173-1에 준거한 방법으로 계측하였다.

또한 본 발명에서의 PM이란, 상기 ISO/DIS8173-1의 방법으로 포집 필터상에 포집된 모든 물질을 말한다.

도 1에서, 전체 PM(SOF분+ISF분)의 포집률을 ηPM, SOF분의 포집률을 ηSOF, ISF분의 포집률을 ηISF로 표시한다. 도 1로부터는, 배기가스의 온도가 저하함에 따라, PM 포집률이 향상하는 것을 알 수 있다. 즉, 배기가스를 식힐수록 전체 PM(SOF분+ISF분)의 포집률은 상승하고, 그 상승 경향은 ISF분<PM<SOF분이 되는 것을 알 수 있다.

특히, 배기가스의 온도의 영향을 가장 크게 받는 성분은 SOF분으로, 배기가스의 온도가 낮아짐에 따라 SOF분의 포집률(ηSOF)은 현저히 향상하고 있다. 즉 배기가스의 온도가 높은 상태, 예컨대 300℃를 초과하는 배기가스의 온도에서는, SOF분의 높은 포집은 어려워지는 것을 알 수 있다. 한편, ISF분에 대해서는 배기가스의 온도의 영향은 비교적 작은 것을 알 수 있다.

여기서, SOF분 포집의 온도 경향에 관해서는, 참고 문헌 「니혼 마린 엔지니어링 학회편: 2005년도 선박 배출 대기 오염 물질 삭감 기술 검토 조사 보고서, 니혼 마린 엔지니어링 학회, 2006년 3월, p58-60.」, 및 참고 문헌 「니혼 마린 엔지니어링 학회편: 마린 엔지니어링 기술자 계속 교육 기초 코스, 니혼 마린 엔지니어링 학회, 2009년 7월, p315-3170.」으로부터, JISZ8808에 정해진 PM 농도 측정법으로는, 배기관중에 포집용 필터를 삽입하여 배기가스를 흡인하지만, 이 배기가스는 고온 상태 그대로 필터를 통과하기 때문에, 이 방법으로는 배기가스중의 PM 중 ISF분은 포집할 수 있지만, SOF분은 포집할 수 없다고 한다.

이 SOF분을 포집할 수 없는 이유는, 디젤 엔진으로부터 배출된 단계에서의 배기가스의 온도는 높고, 따라서 SOF분의 대부분은 기체 상태로 생각된다. 이것으로부터 고체나 액체의 입자는 포집할 수 있지만 기체는 포집할 수 없는 JIS의 포집용 필터나 세라믹 DPF와 같은 기계식 필터로는, SOF분은 포집할 수 없게 된다.

따라서, 배기가스의 온도 자체가 높고, 대유량으로 유속이 빠르며, 또한 외부에 배출될 때까지 배기가스의 온도 저하가 작은 선박용, 발전용, 산업기기용 등의 대배기량의 디젤 엔진에, 종래의 자동차 등의 소배기량 디젤 엔진의 배기가스 처리에 대응하는 기구의 배기가스 정화 장치를 사용한 경우에는, 배기가스 정화 장치에 취입되기 직전의 배기가스의 온도가 높고, 배기가스중의 SOF분은 기체 상태로 되어 있기 때문에, 충분히 SOF분을 제거할 수 없던 것으로 생각된다.

한편, 정전 집진의 경우에 관해서도 포집이 가능한 물질은, 코로나 전자를 대전할 수 있는 고체, 또는 액체의 입자이며, 기체는 대전되지 않기 때문에 정전 포집을 할 수 없다.

따라서, 정전 집진에서 SOF분을 포집하는 것으로 하면, 엔진으로부터 배출된 직후의 배기가스에서 기체였던 SOF분이 무엇인가의 작용에 의해 기체 상태로부터 응축하여 액체 상태로 변화하여, 정전 집진부[예컨대 도 6에 도시하는 대전 방전부(2), 특히 대전부(2-2)로부터 포집판(3) 근방에 걸친 영역]에 존재해야 하는 것으로 생각된다.

또한, 배기가스의 온도가 높아짐에 따라 SOF분의 기체 성분 조성이 많아지는 것으로 생각되는 것으로부터도 SOF분의 포집률은, 배기가스가 고온이 될수록 저하하는 도 1에 도시되는 포집률의 온도 경향을 이해할 수 있다.

이하, 본 발명의 정전 집진에서의 SOF분, 설페이트 성분의 포집 메커니즘에 대해서 설명한다.

도 2는, 디젤 엔진에 사용하는 탄화수소인 중유 연료의 비점을 도시한 도면으로, 횡축은 연료에 함유되는 탄화수소 성분의 탄소(C) 수, 종축은 상기 성분의 비점이다. 도 2에서는 각 성분의 비점을 곡선으로 연결하여 표시하고 있다. 횡축의 탄소 수 n의 표기에 대응하는 탄화수소의 일반 화학식 C_nH_m에서, m은 탄화수소의 화학구조에 의존하여, 예컨대 알칸류(쇄식 포화 탄화수소)이면 CnH_2n+2이며, 탄소 수 n이 17보다 큰 일반 중유 연료의 경우는, 비교적 비점이 높은 탄화수소 성분?다환 방향족 성분을 경유보다 많이 함유하고 있다. 또한 표준 경유의 탄소 수 n은 14<n<20이다.

여기서, SOF분이 연료나 윤활유의 미연분로서 생기는 것을 주된 성분으로 하기 때문에 DPF에 유입하는 배기가스의 온도와 연료의 비점을 생각해 본다.

디젤 엔진의 배기관계에 설치되는 DPF의 입구측에서, 배기가스의 온도가 연료의 비점보다 높은 경우에서는, SOF분은 기체 상태로 그 대부분이 존재하고, 반대로 배기가스의 온도가 연료의 비점보다 낮은 경우에는, 배기가스중의 SOF분은 응축하여 액체 상태로 되어 있는 것으로 생각되지만, 실제로는 SOF분은 불안정한 과냉각 상태의 기체 그대로이며, 따라서 포집용 필터나 세라믹 필터 등의 메커니컬한 포집 기구만으로는, 이 기체 상태의 SOF분은 포집할 수 없다.

또한, 설페이트분은 연료중에 함유되는 유황분이 산화되어 생기는 것을 주된 성분으로 하는 것으로, 그 응축 형태에서는 상기 SOF분과 같은 형태를 나타내는 것으로 생각된다.

그래서, 본 발명자들은, 도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 전기식 배기가스 처리 장치의 입구측에 배기가스의 전체량을 냉각하는 냉각 장치를 설치하고, 배기가스 처리 장치에 도입하는 전체 배기가스의 온도를 여러 가지로 변경하는 실험을 행한 결과, 도 1에 도시하는 바와 같이 배기가스의 온도를 저하시키는 것에 의해 PM의 포집률이 향상하는 것을 발견했다.

즉, 배기가스 처리 장치의 방전 대전부에 배기가스가 도입되기 이전에, 전체 배기가스의 온도를 저하시켜 SOF분의 냉각도(상기 성분의 비점과 배기가스의 온도와의 온도차)를 크게 하고, 그 상태에서 배기가스에 코로나 방전에 의한 전자를 방사하면, 과냉각 상태에 있는 기체상(가스상)의 SOF분이나 설페이트분은, 전자의 자극에 의해 응축 액화한다. 이 현상은, 윌슨 무함(Wilson chamber)으로 알려진 것과 유사한 현상으로 생각된다. 이 액화한 SOF 입자를 코로나 방전에 의해 대전하면, 정전 집진에 의해 SOF분을 포집할 수 있는 것이다. 또한, 설페이트 성분도 같은 것으로 생각된다. 이것이 본 발명자들이 추론하는 정전 집진에서의 SOF분 및 설페이트분 포집의 메커니즘이다.

이 메커니즘에 의하면, SOF분, 설페이트분의 냉각도가 클수록, 즉 배기가스의 온도가 낮을수록, SOF분이나 설페이트 성분의 응축이 촉진되기 때문에 SOF분 및 설페이트 성분의 포집률은 향상한다.

이와 같이 배기가스의 온도를 저하시키는 것에 의해, SOF분, 설페이트분의 포집률은 향상한다. 그 배기가스의 온도를 저하시키는 방법으로서는, 정전 집진을 행하는 장치의 입구측에, 선박에서는 기설된 레큐퍼레이터 등의 열교환 장치를 배기가스 냉각 장치로서 설치하면 좋다. 또한, 그 밖의 배기가스 냉각 장치로서는, 물이나 해수의 분무 장치 등을 설치하여, 그 물방울을 응집시키지 않고 완전히 증발시켜, 그 때에 배기가스로부터 기화열을 빼앗아 온도를 내리는 방법도 적용할 수 있지만, 물방울이 완전히 증발하지 않고 응집하여 물방울 상태 그대로 정전 집진 장치에 축적되면 장치의 부식의 원인이 되기 때문에, 주의가 필요하다. 그러나, 장치의 재료를 내식성을 구비한 예컨대 스테인리스강, 내황산 노점 부식강(예컨대 신일본제철 주식회사제의 상품명: S-TEN1) 등에 의해 대응할 수 있다.

또한, 물방울을 응집시키지 않고 완전히 증발시키는 점에서는, 고온수나 고온 해수의 분무가 바람직하다. 이 고온 분무는, 참고 문헌 「일본 특허 공개 제2001-132937호 공보, 단락 0007」에서 지적되는 바와 같이, 첫째로는, 고온수이기 때문에 물방울 입자가 과포화 증기압이 되지 않고, 따라서 물방울끼리의 응집이 발생하지 않고, 그대로 증발 소멸하여 배기가스의 급속 냉각이 가능해지는 점, 둘째로는, 물의 점도가 상온시의 약 1/3 정도까지 내려가기 때문에, 물방울의 입자가 매우 미세한 상태에서 분무할 수 있는 점이 있다. 여기서, 분무하는 것은 해상 항해의 선박이면 해수가 경제적으로는 유리하다.

또한, 또한 배기가스의 온도를 내리는 방법으로서는, 상기한 레큐퍼레이터 등의 열교환 장치, 물이나 해수의 분무 장치를 단독으로 이용할 뿐만 아니라, 이들을 조합시켜 이용하여도 좋은 것은 물론이다.

본 발명에서, 가스 냉각부로부터 배출되어 가스 처리 장치의 방전 대전부에 유입하는 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상으로 한정한 이유는, 100℃ 미만에서는 배기가스중의 수분 등이 포집면에 대량으로 응축하고, 포집면에 퇴적된 PM 미립자가 응축한 수분에 의해 점착되어 포집면으로부터 박리하기 어려워지고, 배기가스의 가스류중에 모래폭풍형 또는 눈보라형으로 분산되거나 날아 오른 상태에서의 유하(流下)가 되기 어려워져 그 후의 처리가 어려워지기 때문이다. 또한 현실에는 가스 냉각부로부터 배출되는 가스 처리 장치의 방전 대전부에 유입하는 전체 배기가스의 온도는 130℃ 정도이면 상기 문제점은 거의 발생하지 않아 PM 미립자의 후처리상 바람직하다. 이 때문에, 본 발명에서는 상기 전체 배기가스의 온도를 바람직하게는 130℃ 이상으로 하였다.

또한, 가스 냉각부의 하류측에서 정전 집진부의 상류측에 기수 분리기를 설치하는 것에 의해, 가스 냉각부를 통과한 배기가스중으로부터 연소에 의해 생긴 수증기, SOF분, 설페이트분, 카본 등이 현탁한 응축수를 미리 분리 제거할 수 있기 때문에, 전체 배기가스의 온도를 100℃ 정도까지 냉각하여도 좋다.

본 발명에서, 배기가스의 온도의 냉각 정도를 나타내는 지표로서는, 하기 식 1에서 정의하는 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 이용하는 것으로 한다.

[식 1]

배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=배기가스의 온도÷중유 연료의 비점

또한 디젤 엔진 연료의 중유 등에 함유되는 각 성분의 비점은 당연히 상이하지만, 본 발명에서는 사용하는 중유 성분의 탄소 수의 하한의 성분을 기준으로 취하고, 그 비점을 이용하여 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 산출하고 있다. 그 이유는, 탄소 수의 하한의 성분의 비점을 기준으로 취하여 「배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)」를 결정하면, 탄소 수가 많은 성분일수록 비점이 높기 때문에, 중유에 함유되는 전체 성분에 대한 평균적인 과냉각도는 보다 커지고, 그 결과 PM 포집의 점에서는 유리해지기 때문이다.

이 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)의 적정값은, 선박용 디젤 엔진을 이용하여, 연료에 A 중유를 사용한 실험을 행하여 구하였다. 시험에 사용한 중유 성분의 탄소 수의 하한 성분으로서, 헵타데칸 C17H36(C=17)을 채용하고, 그 비점(약 300℃)을 이용하여 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 산출하였다. 그 결과, 정전 집진을 행하는 방전 대전부의 입구측에서의 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)의 바람직한 범위로서는, 0.85 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.70 이하이다. 그 이유는, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)가 0.85를 초과하면, 대부분의 SOF분, 설페이트분이 액상화되지 않기 때문이다. 즉, 가스 냉각부를 통과한 배기가스에서, PM 입자의 유기 용제 가용분인 SOF분 및 설페이트분은, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)가 0.85 이하의 과냉각 기체 상태로, 방전 대전부에 보내는 것이 바람직하고, 그 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)가 0.85를 초과하는 상태에서는, 기체 상태의 SOF분 및 설페이트분이 많이 잔존하여 충분한 양의 SOF분 및 설페이트분을, 다음의 대전 방전부에서 응축 액화, 대전하는 과냉각 기체 상태를 형성할 수 없어, 만족스러운 정화 효과를 얻을 수 없기 때문이다.

이와 같이, 본 발명에서는 배기가스 처리 장치의 입구측에서의 디젤 엔진으로부터 배출되는 전체 배기가스의 온도를, 배기가스 처리에 적정한 온도로 냉각하는 것에 의해, 전체 배기가스중의 PM을 효율적으로 포집하는 것으로, 특히 배기가스의 온도가 사용하는 연료의 주성분을 구성하는 탄화수소 성분의 비점보다 높은 경우에, 그 효과를 더 발휘한다. 특히, 선박용, 발전용, 산업기기용 등의 대형, 대배기량으로 고속 및/또는 대유량의 배기가스가 배출되는 디젤 엔진의 연료에 이용되는 원유 잔사분이 많은 C 중유, C 중유를 가열, 또는 가열한 A 중유를 혼합한 연료(SOF분이나 설페이트 성분을 많이 포함함), 타르분(피치분)에 수소 첨가한 유황분이 많은 연료 등을 이용한 경우에는 현저한 효과를 초래하는 것이다.

또한, 본 발명의 전기식 배기가스 처리 장치의 구성은, 가스 냉각 장치의 차위(次位)에 도 6에 도시하는 바와 같은 방전 대전부(2)와 포집판(3)을 포함하는 정전 진부만을 구비한 장치여도, 정전 집진부의 차위에 제2 포집부, 예컨대 특허문헌 1의 사이클론 집진부 등을 더 구비한 장치여도 좋다.

[실시예]

다음에, 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 효과를 확인하기 위해, 연료로서 A 중유를 이용하여 선박용 디젤 엔진에 본 발명의 전기식 배기가스 처리 장치를 적용하여 이하의 시험을 실시하였다. 또한, 이하의 실시예에서의 [식 1]에 의한 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)의 계산에서의 중유 연료의 비점은, 헵타데칸 C17H36(C=17)의 비점(약 300℃)을 이용하였다.

이하의 실시예에서는 우선, 상기 ISO/DIS8173-1에 준거한 방법에 의해 PM 포집률을 계측하였다.

이어서, 배기가스중의 ㎚ 사이즈의 PM 입자의 포집 상황을 조사하기 위해, 입자 직경이 500 ㎚ 이하의 단위 체적당의 개수를 계측하는 미립자 계측기(SMPS; 주사식 유동성 파티클사이저)를 사용하여, 디젤 엔진으로부터 배출된 직후의 배기가스의 PM 입자 개수와 본 발명의 정화 방법으로 전체 배기가스를 처리한 후의 배기가스의 PM 입자 개수를 비교하였다. 입자 개수의 단위는 개/㎤로 나타내고 있다.

또한, 제1 실시예인 실시예 1?5는, 정전 집진부와 사이클론 집진부를 구비한 정전 사이클론 DPF 장치를 이용한 도 3에 도시하는 배치 구성의 장치를 사용하고, 제2 실시예인 실시예 6?9는, 방전 대전부와 포집부를 구비한 정전 집진부를 이용한 도 4에 도시하는 배치 구성의 장치를 사용하였다. 또한 각 실시예에서는 배기가스의 냉각 방법에, 공지의 수냉의 다관식 열교환기를 포함하는 배기가스 냉각 장치를 사용하였다.

실시예 1

제1 실시예인 본 실시예는, 도 3에 도시하는 장치를 사용하여 엔진으로부터의 전체 배기가스를 가스 냉각 장치에 의해 냉각하고, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 247℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.82로 설정하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또한 표 1에서, DPF 입구측의 배기가스의 온도는, 도 3, 도 4에 도시하는 장치 구성의 냉각 장치로 냉각된 배기가스의 온도를 나타내고 있다. 또한 포집성의 평가는, PM 포집률 80% 이상, SOF 포집률 70% 이상, ISF 포집률 85% 이상을 「◎」, PM 포집률 70% 이상, SOF 포집률 60% 이상, ISF 포집률 80% 이상을 「○」, PM 포집률 60% 이상, SOF 포집률 50%, ISF 포집률 70% 이상을 「△」, PM 포집률 60% 미만, SOF 포집률 50% 미만, ISF 포집률 80% 미만을 「×」로 평가하고 있다.

또한 본 실시예에서, ㎚ 사이즈의 PM 입자의 포집 상황을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 도시한다. 도 5에 도시하는 결과로부터, 디젤 엔진으로부터의 배출 직후의 배기가스에 함유되는 PM 입자의 피크값의 입자 개수의 분포 상황(점선으로 도시함)이 1.5×10⁷개/㎤인 것에 대하여, 전체 배기가스를 미리 냉각한 후 정화 처리를 실시한 후의 PM 입자 개수의 분포 상황(실선으로 도시함)은 1.7×10⁶개/㎤가 되어, ㎚ 사이즈의 PM 입자의 총 수를 크게 저감하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, ㎚ 사이즈의 PM 입자의 대부분이 SOF분과 설페이트분이기 때문에, 배기가스 온도를 낮게 하는 것에 의해, SOF분과 설페이트분이 응축하여 정전 집진부에서 포집된 것으로 생각된다.

실시예 2

본 실시예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 223℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.74로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

실시예 3

본 실시예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 198℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.66으로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

실시예 4

본 실시예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 177℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.59로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

실시예 5

본 실시예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 155℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.52로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정했다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

실시예 6

제2 실시예인 본 실시예는, 도 4에 도시하는 장치를 사용하여, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 240℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.80으로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

실시예 7

본 실시예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 200℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.67로 한 것 이외는, 실시예 6과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

실시예 8

본 실시예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 151℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.50으로 한 것 이외는, 실시예 6과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

실시예 9

본 실시예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 105℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.35로 한 것 이외는, 실시예 6과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

(비교예 1)

본 비교예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 357℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 1.19로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다. 이 비교예는, 실제로 배기가스를 냉각하지 않고 전기식 정화 처리를 행한 경우에 상당한다.

(비교예 2)

본 비교예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 300℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 1.00으로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 도시한다.

(비교예 3)

본 비교예는, DPF 입구측의 배기가스의 온도를 274℃로 하고, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)를 0.91로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 시험을 행하여 SOF 포집률(ηSOF), PM 포집률(ηPM) 및 ISF 포집률(ηISF)을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.

[표 1]

표 1로부터 명백한 바와 같이, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)가 0.85 이하가 되면, SOF 포집률(ηSOF)이 60% 이상, PM 포집률(ηPM)이 75% 이상, ISF 포집률(ηISF)이 80% 이상의 높은 포집률을 얻을 수 있었다.

한편, 배기가스 온도가 높은 상태 그대로의 비교예에서는, 만족스러운 결과가 얻어지지 않았다.

이 결과는, 선박용 디젤 엔진의 평균적인 PM 배출율이 통상 0.6 g/kWh 정도이기 때문에, PM 포집률(ηPM)이 75% 이상인 실시예에 나타내는 대배기량 디젤 엔진용 전기식 배기가스 처리 장치를 장비한 선박으로부터의 PM 배출율은 0.6×(1-0.75)=0.15 g/kWh 이하로 하는 것이 가능한 것을 나타내고 있다.

이 값은, 이미 선박으로부터의 PM 배출 규제를 실시하고 있는 미국의 2012년도 제3차 규제안에서의 규제값(참고 문헌 「니혼 마린 엔지니어링 학회편: 2007년도 선박 배출 대기 오염 물질 삭감 기술 검토 조사 보고서, 니혼 마린 엔지니어링 학회, 2008년 3월, p90.」 참조) 0.27 g/kWh를 크게 만족시키는 값이다.

또한, 실시예 1?5에서 사용한 도 3에 도시하는 장치에서는, 정전 집진부에서 포집된 PM의 응집 퇴적 두께가 증가하여 과대하게 되면, PM의 응집 덩어리로서 박리한다. 이 박리한 PM 응집 덩어리는, 후단의 사이클론 집진부에서 포집되고, 더스트 박스에 회수하여 축적된다. 또한, 실시예 6?9에서 사용한 도 4에 도시하는 장치의 경우에는, 정전 집진부에서 포집된 PM은 메커니컬한 진동이나 긁어내기(브러싱) 기구 등에 의해 더스트 박스에 회수하여 축적시켜도 좋다.

또한, 본 발명은 도 3, 도 4에 도시하는 장치에서, 배기가스 냉각 장치의 하류측에 기수 분리기를 설치하는 것에 의해, 배기가스로부터 응축수를 분리?제거할 수 있다. 이 응축수를 미리 제거해 두는 것에 의해, 응축수에 유황 기원 생성물이나 질소 기원 생성물이 함유되어 배기가스내로부터 감소하고, 응축수에 부착되는 PM중의 ISF(주석)에 유황 기원 생성물이나 질소 기원 생성물이 흡착되어 감소하며, 배기 가스중의 PM(SOF, ISF) 및 질소 기원 생성물의 함유량을 줄여, DPF의 부하를 경감시키키고, 엔진 및 관련 부품의 내구성을 손상시킬 위험을 더 줄일 수 있다. 이러한 효과는, 배기가스 냉각 장치로부터 배출되는 배기가스 온도가 100℃ 정도 부근인 경우에 특히 현저하다. 또한, 상기 기수 분리기에서는 응축수를 완전히 제거할 필요는 없고, 큰 입자를 배플(분리판)에 충돌시켜 분리하여, 미세한 액상 입자와 고체 입자를 후단의 코로나 방전에 의해 대전시키고 쿨롱력에 의해 포집판에 흡착시켜 포집?집진시키는 것에 의해 제거하면 된다.

1: 배기가스 통로, 1-1: 본체벽, 2: 방전 대전부, 2-1: 코로나 방전부, 2-2: 대전부, 3: 포집판, 4: 전극침, 4-a: 제1층 절연체 피복, 4-b: 제2층 도체 피복, 4-c: 제3층 절연체 피복, 4-d: 어스 도체선, 5: 시일 가스관, 6: 고압 전원 장치, 7: 배기가스 유도관, 8: PM, 10: 코로나 전자, G1: 배기가스, G2: 시일 가스

Claims

중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 유기 용제 불용 성분 및 유기 용제 가용 성분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서,
가스 냉각 수단에 의해 상기 입자상 물질을 함유하는 전체 배기가스의 온도를, 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내린 후, 상기 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 방법.
중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 유기 용제 불용 성분 및 유기 용제 가용 성분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서,
전기식 배기가스 처리 장치에서의 배기가스 통로의 상류부에 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 배치하고, 상기 가스 냉각부를 통과했을 때에 온도가 내려간 배기가스에 함유되는 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 대전시키고 포집하는 것에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 방법.
중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 유기 용제 불용 성분 및 유기 용제 가용 성분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서,
전기식 배기가스 처리 장치에서의 배기가스 통로의 상류부에 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 배치하고, 상기 가스 냉각부를 통과했을 때에 온도가 내려간 배기가스에 함유되는 입자상 물질을, 코로나 방전에 의해 방출된 전자에 의해 대전시키고, 포집하는 것에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 방법.
중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 유기 용제 불용 성분 및 유기 용제 가용 성분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하는 대배기량 디젤 엔진의 전기식 배기가스 처리 방법에 있어서,
전기식 배기가스 처리 장치에서의 배기가스 통로의 상류부에 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 배치하고, 상기 가스 냉각부를 통과했을 때에 입자상 물질을 구성하는 유기 용제 가용분을 0.85 이하의 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)로 나타내어지는 과냉각 기체 상태로 한 상기 입자상 물질을, 코로나 방전에 의해 방출된 전자에 의해 대전시켜 포집함으로써 제거하는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 냉각부의 하류측에서 기수 분리기에 의해 가스 냉각부를 통과한 배기가스로부터 응축수를 분리 제거하는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 방법.
중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 유기 용제 불용 성분 및 유기 용제 가용 성분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하기 위한 대배기량 디젤 엔진용 전기식 배기가스 처리 장치에 있어서,
상기 처리장치에서의 배기가스 통로의 상류부에, 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 구비하고,
상기 배기가스 통로의 중류부에, 코로나 방전에 의해 전자를 방출하는 코로나 방전부와 방출된 코로나 전자를 상기 입자상 물질에 대전시키는 대전부를 구비하는 방전 대전부를 가지며,
상기 배기가스 통로의 하류부에, 대전한 상기 입자상 물질을 포집하는 포집부를 구비하고,
상기 배기가스가 상기 가스 냉각부를 통과할 때에 상기 입자상 물질의 유기 용제 가용 분이 0.85 이하의 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R) 범위로 나타내어지는 과냉각 기체 상태가 되어 상기 방전 대전부로 보내져, 상기 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 제거하는 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 장치.
중유 이하의 저질 연료를 사용하는 디젤 엔진의 배기가스중에 함유하는 유기 용제 불용 성분 및 유기 용제 가용 성분을 주체로 하는 입자상 물질을, 전기적 수단에 의해 제거하기 위한 대배기량 디젤 엔진용 전기식 배기가스 처리 장치에 있어서,
상기 처리장치에서의 배기가스 통로의 상류부에, 전체 배기가스의 온도를 100℃ 이상, 바람직하게는 130℃ 이상, 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)=0.85로 나타내는 온도 이하로 내리는 가스 냉각부를 구비하고,
상기 배기가스 통로의 중류부에, 외주를 다층 구조의 피막으로 덮인 전극침을 배치하며, 상기 전극침에 의한 코로나 방전에 의해 전자를 방출하는 코로나 방전부와 방출된 코로나 전자를 상기 입자상 물질에 대전시키는 대전부를 구비하는 방전 대전부를 가지며,
상기 배기가스 통로의 하류부에, 대전한 상기 입자상 물질을 포집하는 포집부를 구비하고,
상기 배기가스가 상기 가스 냉각부를 통과할 때에 상기 입자상 물질의 유기 용제 가용분이 0.85 이하의 배기가스 온도/연료 비점 온도비(R)로 나타내어지는 과냉각 기체 상태가 되어 상기 방전 대전부로 보내져, 상기 입자상 물질을 전기적 수단에 의해 제거하는 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 가스 냉각부의 하류측에서 가스 냉각부를 통과한 배기가스로부터 응축수를 분리 제거하는 기수 분리기를 설치하는 것을 특징으로 하는 전기식 배기가스 처리 장치.