KR20210037939A - 배기가스 오염물질 저감 시스템 - Google Patents

배기가스 오염물질 저감 시스템 Download PDF

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류승표
이후선
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최낙원
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Abstract

본 발명은 배기가스에 함유된 질소산화물 및 황산화물을 저감시키는 배기가스 오염물질 저감 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 오염물질 저감 시스템은 배기가스 유입관이 측면에 연결된 제1 챔버와, 하부가 상기 제1 챔버의 상부면을 관통하여 상기 제1 챔버 내부에 위치하고 상부에 배기가스 배출관이 연결된 제2 챔버와, 상기 제2 챔버의 하부면을 관통하여 상기 제2 챔버의 내부 공간과 상기 제1 챔버의 내부 공간을 연결하는 연결관과, 상기 제1 챔버로 유입되는 배기가스를 향해 산화제를 분사하는 산화제 분사부, 그리고 상기 연결관을 통해 상기 제2 챔버로 유입되는 배기가스를 향해 흡수제를 분사하는 흡수제 분사부를 포함한다.

Description

배기가스 오염물질 저감 시스템{REDUCING AIR POLLUTANT SYSTEM}
본 발명은 배기가스 오염물질 저감 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스에 함유된 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 오염물질을 저감시키기 위해 사용되는 배기가스 오염물질 저감 시스템에 관한 것이다.
산업화가 급속하게 진전됨에 따라 석유나 석탄과 같은 각종 화석 연료의 사용량이 증가하게 되었다. 이로 인하여 화석 연료의 연소 과정에서 배출되는 각종 유해 가스가 심각한 대기 오염을 야기하고 있다. 대표적인 예로서 스모그(Smog) 현상이나 산성비 등을 들 수 있다.
대기 오염의 주범으로는 차량 및 선박의 엔진 또는 화력 발전소나 공장 등으로부터 배출되는 배기가스의 황산화물(SOx)이나 질소산화물(NOx)이 있다. 예를 들어, 선박에서 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)은 국제연합(United Nation, UN)의 산하 기관인 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질이다.
우선, 가장 영향이 큰 황산화물의 경우에는 주로 연료의 연소로 발생되는 황산화물이 문제가 된다. 황산화물의 발생을 줄이는 방법으로는 황성분이 포함되지 않은 연료를 선택하여 사용하거나 연료 중의 황 성분을 제거하여 연소 중에 황산화물이 발생하는 것을 방지하는 방법과 배기가스를 후처리하여 탈황시키는 방법이 있다. 따라서 경제적인 측면에서 불가피하게 황 성분이 포함된 연료를 사용하여야 할 경우에는 연소 후 배출되는 배기가스의 황 성분을 제거하는 탈황 시스템을 통해 황사화물을 저감시키게 된다.
그러나 탈황 설비를 거쳐도 질소산화물의 일부는 제거되지 않고 대기 중으로 배출되므로, 탈황 설비와 함께 탈질 설비도 따로 갖추어야만 했다. 대표적인 탈질 설비로는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 방법이 있다. 선택적 촉매 환원 방법은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기가스에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
그러나 제한된 선박 내 공간에 탈황 설비와 탈질 설비를 따로 설치하는 것은 전체적인 설비의 부피가 커져 어려울 뿐만 아니라 설치가 가능하더라도 배치가 복잡해지고 선박의 화물 적재 공간이 크게 줄어드는 문제점이 있다.
또한, 선박의 운항 지역에 따라 질소산화물과 황산화물의 규제가 상이하게 적용되므로, 운전 비용을 최소화하기 위해서 선박의 운항 지역에 따라 탈황 설비와 탈질 설비를 선택적으로 가동하는 것이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 황산화물과 질소산화물의 저감을 동시에 수행하여 전체적인 구조를 간소화한 배기가스 오염물질 저감 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 선박의 운항 지역에 따라 차등적으로 오염물질을 저감하고 오염물질의 저감에 사용된 물을 재사용하여 운용 비용을 절감할 수 있는 배기가스 오염물질 저감 시스템을 제공할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스에 함유된 질소산화물 및 황산화물을 저감시키는 배기가스 오염물질 저감 시스템은 배기가스 유입관이 측면에 연결된 제1 챔버와, 하부가 상기 제1 챔버의 상부면을 관통하여 상기 제1 챔버 내부에 위치하고 상부에 배기가스 배출관이 연결된 제2 챔버와, 상기 제2 챔버의 하부면을 관통하여 상기 제2 챔버의 내부 공간과 상기 제1 챔버의 내부 공간을 연결하는 연결관과, 상기 제1 챔버로 유입되는 배기가스를 향해 산화제를 분사하는 산화제 분사부, 그리고 상기 연결관을 통해 상기 제2 챔버로 유입되는 배기가스를 향해 흡수제를 분사하는 흡수제 분사부를 포함한다.
상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 흡수제 분사부가 분사한 흡수제가 상기 연결관으로 유입되는 것을 차단하고 상기 연결관을 통해 상기 제2 챔버로 유입되는 배기가스를 흡수제와 혼합시키기 위해 상기 연결관과 상기 흡수제 분사부 사이에 설치된 혼합판을 더 포함할 수 있다.
상기 산화제 분사부는 상기 배기가스 유입관에 설치되고, 상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 제1 챔버의 측면에 설치된 하나 이상의 보조 산화제 분사부를 더 포함할 수 있다.
상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 흡수제 분사부와 상기 연결관 사이에 설치된 충전층(packing layer) 및 상기 흡수제 분사부와 상기 배기가스 배출관 사이에 설치된 수분 포집부(mist capture) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 중공 원통 형상을 포함하며, 상기 배기가스 유입관은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 중심에서 벗어난 편심 방향으로 상기 제1 챔버의 측면에 연결되고, 상기 배기가스의 유입관으로 유입된 배기가스는 상기 제2 챔버의 외벽에 부딪혀 선회할 수 있다.
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 중 하나 이상의 하부면은 아래로 향할수록 직경이 감소하는 원추 형상을 포함할 수 있다.
상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 제1 챔버를 관통하여 상기 제2 챔버의 하부면에 연결되는 흡수제 배출관과, 상기 제1 챔버의 하부면에 연결된 산화제 배출관을 더 포함할 수 있다.
상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 물을 공급하는 물 공급부와, 산화제를 저장하는 산화제 저장 탱크와, 상기 산화제 저장 탱크와 상기 물 공급부로부터 각각 산화제와 물을 공급받아 상기 산화제 분사부에 공급할 산화제의 농도를 조절하는 산화제 공급 탱크와, 상기 산화제 공급 탱크에 보관된 산화제의 농도를 측정하는 산화제 농도계와, 흡수제를 저장하는 흡수제 저장 탱크와, 상기 흡수제 저장 탱크와 상기 물 공급부로부터 각각 흡수제와 물을 공급받아 상기 흡수제 분사부에 공급할 흡수제의 농도를 조절하는 흡수제 공급 탱크, 그리고 상기 흡수제 공급 탱크에 보관된 흡수제의 농도를 측정하는 흡수제 농도계를 더 포함할 수 있다.
상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 산화제 공급 탱크와 상기 산화제 분사부를 연결하는 산화제 공급 라인과, 상기 물 공급부와 상기 산화제 공급 탱크를 연결하는 제1 물 공급 라인과, 상기 흡수 공급 탱크와 상기 흡수제 분사부를 연결하는 흡수제 공급 라인, 그리고 상기 물 공급부와 상기 흡수제 공급 탱크를 연결하는 제2 물 공급 라인을 더 포함할 수 있다.
상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 제1 물 공급 라인에서 분기되어 상기 산화제 공급 탱크를 우회하여 상기 산화제 분사부에 연결된 제1 물 공급 우회 라인과, 상기 제2 물 공급 라인에서 분기되어 상기 흡수제 공급 탱크를 우회하여 상기 흡수제 분사부에 연결된 제2 물 공급 우회 라인을 더 포함할 수 있다.
상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 제1 물 공급 라인 상에 설치되어 상기 산화제 공급 탱크에 공급되는 물의 유량을 조절하는 제1 물 공급 밸브와, 상기 제2 물 공급 라인 상에 설치되어 상기 흡수제 공급 탱크에 공급되는 물의 양을 조절하는 제2 물 공급 밸브와, 상기 제1 물 공급 우회 라인 상에 설치되어 상기 산화제 분사부에 공급되는 물의 유량을 조절하는 제1 물 우회 밸브, 그리고 상기 제2 물 공급 우회 라인 상에 설치되어 상기 흡수제 분사부에 공급되는 물의 유량을 조절하는 제2 물 우회 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 배기가스 오염물질 저감 시스템은 상기 제1 챔버를 관통하여 상기 제2 챔버의 하부면에 연결되는 흡수제 배출관과, 상기 제1 챔버의 하부면에 연결된 산화제 배출관과, 상기 산화제 배출관과 상기 제1 물 공급 라인을 연결하는 제1 재순환 라인, 그리고 상기 흡수제 배출관과 상기 제2 물 공급 라인을 연결하는 제2 재순환 라인을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 오염물질 저감 시스템은 황산화물과 질소산화물의 저감을 동시에 수행하여 전체적인 구조를 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 오염물질 저감 시스템은 선박의 운항 지역에 따라 차등적으로 오염물질을 저감하고 오염물질의 저감에 사용된 물을 재사용하여 운용 비용을 절감할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 오염물질 저감 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 배기가스 오염물질 저감 시스템이 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 동작 상태를 나타낸다.
도 3은 도 1의 배기가스 오염물질 저감 시스템이 질소산화물 및 황산산화물 중 하나 이상을 저감시키는 동작 상태를 나타낸다.
도 4는 도 1의 배기가스 오염물질 저감 시스템에서 배기가스 유입관이 제1 챔버의 측면에 연결된 상태를 도시한 정면도이다.
도 5는 도 4의 배기가스 오염물질 저감 시스템에서 배기가스 유입관이 제1 챔버의 측면에 연결된 상태를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)은 동력 장치에서 배출된 배기가스에 함유된 황산화물(SOx)과 질소산화물(NOx)를 저감시키는데 사용된다. 일례로, 동력 장치는 선박에 사용되는 2행정 저속 또는 4행정 중속 디젤 엔진일 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 동력 장치는 플랜트용 내연기관이거나 차량용 엔진일 수도 있다. 즉, 동력 장치로는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 종류의 엔진이 사용될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)은 제1 챔버(300), 제2 챔버(400), 연결관(340), 산화제 분사부(510), 및 흡수제 분사부(610)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)은 혼합판(430), 보조 산화 분사부(515, 도 5에 도시), 충전층(480), 수분 포집부(485), 산화제 배출관(350), 흡수제 배출관(460), 물 공급부(800), 산화제 저장 탱크(580), 산화제 공급 탱크(550), 산화제 농도계(540), 흡수제 저장 탱크(680), 흡수제 공급 탱크(650), 흡수제 농도계(640), 산화제 공급 라인(561), 제1 물 공급 라인(565), 흡수제 공급 라인(661), 제2 물 공급 라인(665), 제1 물 공급 우회 라인(563), 제2 물 공급 우회 라인(663), 제1 물 공급 밸브(575), 제2 물 공급 밸브(675), 제1 물 우회 밸브(573), 제2 물 우회 밸브(673), 제1 재순환 라인(850), 및 제2 재순환 라인(860)을 더 포함할 수 있다.
제1 챔버(300)는 배기가스와 산화제를 혼합시켜 배기가스에 함유된 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화시키기 위한 공간을 형성한다.
또한, 제1 챔버(300)는 중공 원통 형상을 포함하며, 제1 챔버(300)의 하부면은 아래로 향할수록 직경이 감소하는 원추 형상을 포함할 수 있다. 그리고 제1 챔버(300)의 일 측면에는 배기가스 유입관(310)이 연결된다.
제2 챔버(400)는 배기가스와 흡수제를 혼합시켜 배기가스에 함유된 황산화물과 질소산화물을 저감시키기 위한 공간을 형성한다. 제2 챔버(400)의 하부는 제1 챔버(300)의 상부면을 관통하여 제1 챔버(300) 내부에 위치하고, 제2 챔버(400)의 상부에 배기가스 배출관(490)이 연결된다.
또한, 제2 챔버(400)도 중공 원통 형상을 포함할 수 있으며, 제1 챔버(400)보다 상대적으로 작은 직경을 가질 수 있다. 즉, 제1 챔버가(300) 제2 챔버(400)의 하부를 둘러싸는 형태가 된다.
또한, 제2 챔버(400)의 하부면도 아래로 향할수록 직경이 감소하는 원추 형상을 포함할 수 있다.
연결관(340)은 제2 챔버(400)의 하부면을 관통하여 제2 챔버(400)의 내부 공간과 제1 챔버(300)의 내부 공간을 연결한다. 이에, 배기가스 유입관(310)을 통해 제1 챔버(300)의 내부로 유입된 배기가스는 연결관(340)을 통해 제2 챔버(400)로 이동하고, 제2 챔버(400)의 배기가스 배출관(490)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 산화제 분사부(510)는 제1 챔버(300)로 유입되는 배기가스를 향해 산화제를 분사한다. 산화제는 배기가스에 함유된 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 산화제로는 오존(O3), 이산화염소(Cl02), 차아염소산나트륨(NaCl0), 아염소산나트륨(NaCl02), 과망간산칼륨(KMnO4), 과산화수소(H2O2), 염소(Cl2) 및 질산(HNO3) 중 하나 이상이 사용될 수 있다.
또한, 산화제 분사부(510)는 물(H2O)과 혼합된 산화제를 분사할 수도 있다. 여기서, 물은 산화제의 농도를 조절하기 위해 혼합될 수 있다. 산화제의 경우 성분에 따라 농도가 변할 수 있다. 산화제의 농도가 일정하게 유지되지 못하면, 산화 효율이 저하되어 일산화질소의 저감 효율도 같이 저하된다. 반대로, 산화제의 농도가 너무 높을 경우 일산화질소뿐만 아니라 배기가스 내 다른 성분도 같이 산화시켜 추가적인 오염원을 발생시킬 수도 있으므로, 물과 혼합하여 산화제의 농도가 설정된 범위를 초과하지 않도록 조절한다. 그리고 산화제에 물이 혼합되는 경우에는, 배기가스의 온도가 반응이 잘 일어나는 온도 영역대로 조절되는 부가적인 효과도 얻을 수 있다.
또한, 산화제 분사부(510)는 산화제 대신 물을 분사할 수도 있다. 배기가스가 제1 챔버(400)의 내부 공간에서 선회하면서 산화제 분사부(510)에서 분사된 물과 배기가스가 혼합되면, 배기가스의 이물질이 제거될 수 있다. 여기서, 물은 청수(淸水) 또는 해수(海水)일 수 있다.
산화제 배출관(350)은 제1 챔버(300)의 하부면에 연결된다. 산화제 분사부(510)에서 분사된 산화제 또는 물은 제1 챔버(300)의 하부에 모이게 되며, 이렇게 모인 산화제 또는 물은 산화제 배출관(350)을 통해 제1 챔버(300)의 외부로 배출될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 흡수제 분사부(610)는 연결관(340)을 통해 제2 챔버(400)로 유입되는 배기가스를 향해 흡수제를 분사한다. 흡수제는 배기가스에 함유된 황산화물과 질소산화물을 저감시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 흡수제로는 수산화나트륨(NaOH)이 사용될 수 있다. 또한, 흡수제로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 질소산화물 또는 황산화물을 흡수할 수 있는 다양한 종류의 흡수제가 사용될 수 있다.
또한, 흡수제 분사부(610)는 물(H2O)과 혼합된 흡수제를 분사할 수도 있다. 여기서, 물은 흡수제의 농도를 조절하기 위해 혼합될 수 있다. 흡수제도 성분에 따라 농도가 변할 수 있다. 흡수제의 농도가 일정하게 유지되지 못하면, 흡수 효율이 저하되어 황산화물 및 질소산화물의 저감 효율도 같이 저하된다. 반대로, 흡수제의 농도가 너무 높을 경우 배기가스 내 다른 성분과 반응하여 추가적인 오염원을 발생시킬 수도 있으므로, 물과 혼합하여 흡수제의 농도가 설정된 범위를 초과하지 않도록 조절한다.
또한, 흡수제 분사부(610)는 흡수제 대신 물을 분사할 수도 있다. 흡수제 분사부(610)에서 분사된 물도 배기가스가 혼합되면, 배기가스의 이물질이 제거될 수 있다.
이와 같이, 산화제 분사부(510)와 흡수제 분사부(610)가 각각 산화제와 흡수제를 분사하지 않는 경우에, 물을 분사하여 배기가스의 이물질을 제거할 수 있다.
충전층(packing layer)(480)은 흡수제 분사부(610)와 연결관(340) 사이에 설치될 수 있다. 흡수제 분사부(610)에서 분사된 흡수제를 충전층(480)을 향해 분사하게 되면, 기액 접촉이 향상되어 황산화물 및 질소산화물의 저감 효율이 증가된다.
수분 포집부(mist capture)(485)는 흡수제 분사부(610)와 배기가스 배출관(490) 사이에 설치된다. 수분 포집부(485)는 제2 챔버(400)에 연결된 배기가스 배출관(490)으로 수분이 날라가는 것을 방지한다. 일례로, 수분 포집부(4850)는 섬유 상태의 물체가 충전된 구조일 수 있으며, 주로 관성력을 이용하여 기류 중의 액적을 제거한다.
혼합판(430)은 연결관(340)과 흡수제 분사부(610) 사이에 설치된다. 혼합판(430)은 연결관(340)을 통해 제2 챔버(400)로 유입된 배기가스에 와류의 발생을 유도하여 배기가스와 흡수제가 잘 혼합될 수 있게 한다. 또한, 혼합판(430)은 흡수제 분사부(610)가 분사한 흡수제가 연결관(340)으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 흡수제가 연결관(340)을 통해 제1 챔버(300)로 유입되면, 흡수제와 산화제가 섞이게 되는데, 혼합판(430)은 이를 방지할 수 있다. 일례로, 혼합판(430)은 고깔 형상일 수 있다.
흡수제 배출관(460)은 제1 챔버(300)를 관통하여 제2 챔버(400)의 하부면에 연결된다. 흡수제 분사부(610)에서 분사된 흡수제 또는 물은 제2 챔버(400)의 하부에 모이게 되며, 이렇게 모인 흡수제 또는 물은 흡수제 배출관(460)을 통해 제2 챔버(400)의 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 챔버(300)와 제2 챔버(400)에서 산화제와 흡수제가 혼합되지 않고 분리된 상태에서 따로 배출될 수 있다. 따라서, 분리 배출된 산화제, 산화제와 함께 사용된 물, 흡수제, 또는 흡수제와 함께 사용된 물 등을 필요에 따라 용이하게 재사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 배기가스 유입관(310)은 제1 챔버(300)와 제2 챔버(400)의 중심에서 벗어난 편심 방향으로 제1 챔버(300)의 측면에 연결되고, 배기가스 유입관(310)으로 유입된 배기가스는 제2 챔버(400)의 외벽에 부딪혀 선회하게 된다. 즉, 배기가스의 흐름에 소용돌이(swirl)가 발생하면서, 산화제 또는 물과 배기가스 간의 혼합이 극대화된다.
또한, 배기가스가 소용돌이를 일으키며 이동하므로, 제1 챔버(300) 내부에서의 체류 시간이 증가된다. 따라서, 일산화질소의 산화 혹은 이물질을 제거하기 위해 필요한 공간을 최소화할 수 있게 되므로, 제1 챔버(300)의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 산화제 분사부(510)는 배기가스 유입관(310)에 설치될 수 있으며, 산화제 또는 물과 배기가스 간의 혼합 효율을 향상시키기 위하여 제1 챔버(300)의 측면에 하나 이상의 보조 산화제 분사부(515)를 더 설치할 수도 있다.
보조 산화제 분사부(515)는 복수개가 제1 챔버(300)의 측면에 방사상으로 배치될 수 있다. 또한, 산화제 분사부(510)와 보조 산화제 분사부(515)는 함께 사용될 수도 있으며, 보조 산화제 분사부(515)가 사용되는 경우 산화제 분사부(510)는 사용되지 않을 수도 있다.
앞서, 도 1에 도시한 바와 같이, 물 공급부(800)는 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)에 사용될 물을 공급한다.
산화제 저장 탱크(580)는 산화제를 저장하며, 후술할 산화제 공급 탱크(550)에 산화제를 공급한다.
산화제 공급 탱크(550)는 산화제 저장 탱크(580)와 물 공급부(800)로부터 각각 산화제와 물을 공급받아 산화제 분사부(510)에 공급할 산화제의 농도를 조절한다.
산화제 농도계(540)는 산화제 공급 탱크(550)에 보관된 산화제의 농도를 측정할 수 있다. 즉, 산화제 농도계(540)가 측정한 값에 따라 물 공급부(800)가 산화제 공급 탱크(550)에 공급하는 물의 양을 조절할 수 있게 된다.
흡수제 저장 탱크(680)는 흡수제를 저장하며, 후술할 흡수제 공급 탱크(650)에 흡수제를 공급한다.
흡수제 공급 탱크(650)는 흡수제 저장 탱크(680)와 물 공급부(800)로부터 각각 흡수제와 물을 공급받아 흡수제 분사부(610)에 공급할 흡수제의 농도를 조절한다.
흡수제 농도계(640)는 흡수제 공급 탱크(650)에 보관된 흡수제의 농도를 측정할 수 있다. 즉, 흡수제 농도계(640)가 측정한 값에 따라 물 공급부(800)가 흡수제 공급 탱크(650)에 공급하는 물의 양을 조절할 수 있게 된다.
산화제 공급 라인(561)은 산화제 공급 탱크(550)와 산화제 분사부(510)를 연결한다.
제1 물 공급 라인(565)은 물 공급부(800)와 산화제 공급 탱크(550)를 연결한다.
흡수제 공급 라인(661)은 흡수 공급 탱크(650)와 흡수제 분사부(610)를 연결한다.
제2 물 공급 라인(665)은 물 공급부(800)와 흡수제 공급 탱크(650)를 연결한다.
제1 물 공급 우회 라인(563)은 제1 물 공급 라인(565)에서 분기되어 산화제 공급 탱크(550)를 우회하여 산화제 분사부(510)에 연결된다.
제2 물 공급 우회 라인(663)은 제2 물 공급 라인(665)에서 분기되어 흡수제 공급 탱크(650)를 우회하여 흡수제 분사부(661)에 연결된다.
제1 물 공급 밸브(575)는 제1 물 공급 라인(565) 상에 설치되어 산화제 공급 탱크(550)에 공급되는 물의 유량을 조절한다.
제2 물 공급 밸브(675)는 제2 물 공급 라인 상(665)에 설치되어 흡수제 공급 탱크(650)에 공급되는 물의 양을 조절한다.
제1 물 우회 밸브(573)는 제1 물 공급 우회 라인(563) 상에 설치되어 산화제 분사부(510)에 공급되는 물의 유량을 조절한다.
제2 물 우회 밸브(673)는 제2 물 공급 우회 라인(66) 상에 설치되어 흡수제 분사부(610)에 공급되는 물의 유량을 조절한다.
전술한 바와 같은 구성들을 통해, 산화제 분사부(510)가 분사하는 산화제의 농도를 조절하거나, 산화제 분사부(510)가 산화제 또는 물을 선택적으로 분사할 수 있게 된다. 또한, 흡수제 분사부(610)가 분사하는 흡수제의 농도를 조절하거나 흡수제 분사부(610)가 흡수제 또는 물을 선택적으로 분사할 수 있게 된다.
제1 재순환 라인(850)은 산화제 배출관(350)과 제1 물 공급 라인(565)을 연결한다.
제2 재순환 라인(860)은 흡수제 배출관(460)과 제2 물 공급 라인(665)을 연결한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화제 분사부(510)와 흡수제 분사부(610)에서 각각 분사된 산화제와 흡수제는 서로 섞이지 않고 각각 산화제 배출관(350)과 흡수제 배출관(460)으로 분리 배출된다.
따라서, 산화제 배출관(350)으로 배출되는 산화제 또는 물을 산화제 공급 탱크(550)로 재순환시키고 흡수제 배출관(460)으로 배출되는 흡수제 또는 물을 흡수제 공급 탱크(650)로 재순환시켜 용이하게 재사용할 수 있다.
또한, 재순환될 산화제 또는 흡수제가 효율이 저하되거나 재순환될 물이 기설정된 수질을 만족하지 못하는 경우에는, 제1 재순환 라인(850) 또는 제2 재순환 라인(860)을 통해 재순환시키지 않고, 외부로 배출시킬 수 있다. 이때, 배출수는 필요시 수처리 후 배출된다. 그리고 배출수를 수처리하는 기준은 국제 해사 기구의 배출수 규제치에 따라 결정될 수 있다.
또한, 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)의 동작이 정지되면, 산화제 배출관(350)과 흡수제 배출관(460)을 통해 제1 챔버(300)와 제2 챔버(400)로부터 산화제, 흡수제, 또는 물을 외부로 배출시킬 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 오염물질 저감 시스템의 동작 과정을 상세히 설명한다.
도 2는 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)이 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 동작 상태를 나타내고, 도 3은 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)이 질소산화물 및 황산산화물 중 하나 이상을 저감시키는 동작 상태를 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 챔버(300)에 유입되는 배기가스에 산화제 분사부(510)가 산화제를 분사하면 제1 챔버(300)의 내부에 위치한 제2 챔버(400)의 하부 외벽면을 타고 제1 챔버(300)의 내부 공간에서 배기가스가 선회하면서 산화제와 배기가스가 혼합되고, 배기가스에 함유된 일산화탄소가 이산화탄소로 산화된다.
그 후, 도 3에 도시한 바와 같이, 연결관(340)을 통해 제1 챔버(300)에서 제2 챔버(400)로 배기가스가 이동하면 흡수제 분사부(610)가 흡수제를 분사하여 질소산화물(NOx)와 황산화물(SOx)을 제거하게 된다.
한편, 도 2에서, 제1 챔버(300)에 유입되는 배기가스에 산화제 분사부(510)가 물을 분사하면, 제2 챔버(400)의 외벽면을 타고 제1 챔버(300)의 내부 공간에서 배기가스가 소용돌이치면서(swirl) 물과 배기가스가 혼합되고, 이 때 먼지 등 배기가스의 이물질이 제거되게 된다.
그 후, 도 3에서, 연결관(340)을 통해 제1 챔버(300)에서 제2 챔버(400)로 배기가스가 이동하면 흡수제 분사부(610)가 흡수제를 분사하여 질소산화물(NOx)와 황산화물(SOx)을 제거하게 된다. 이 때, 배기가스 상태에 따라서 물을 분사하지 않을 수도 있다.
전술한 바와 같은 동작들은 선박의 운항 지역에 적용된 규제 조건에 따라 선택될 수 있다. 다시 말해, 산화제 분사부(510)와 흡수제 분사부(610)는 현재 선박이 운항하는 지역에서의 질소산화물과 황산화물의 규제 여부와 엔진의 운전 조건에 따라 다양하게 동작될 수 있다. 즉, 산화제 분사부(510)와 흡수제 분사부(610)가 각각 산화제와 흡수제를 분사하거나, 물을 분사하거나 아무것도 분사하지 않을 수 있다. 예를 들어, 질소산화물과 황산화물 규제 지역에서는 산화제 분사부(510)가 산화제를 분사하고, 흡수제 분사부(610)가 흡수제를 분사하지만, 황산화물만 규제하는 지역에서는 산화제의 분사를 중지하고 흡수제만 분사할 수 있다. 이때, 산화제 분사부(510)는 산화제 대신 물을 분사할 수도 있다. 또한, 저유황유를 사용하거나 엔진의 운전 조건에 따라서는 흡수제 대신 물을 분사할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 운항 지역에 따라 질소산화물과 황산화물의 규제가 상이하게 적용되므로, 운전 비용을 최소화하기 위해 선박의 운항 지역에 따라 산화제 분사부(510)와 흡수제 분사부(610)를 선택적으로 가동시킬 수 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 제1 챔버(300)와 제2 챔버(400)를 일체로 형성하여 전체적인 구조를 간소화하고 공간 활용도를 높여 설치 및 유지 보수의 용이성을 향상시킬 수 있다.
또한, 배기가스 오염물질 저감 시스템(101)은 선박의 운항 지역에 따라 차등적으로 오염물질을 저감하고 오염물질의 저감에 사용된 물을 재사용하여 운용 비용을 절감할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 배기가스 오염물질 저감 시스템
300: 제1 챔버
310: 배기가스 유입관
340: 연결관
350: 산화제 배출관
400: 제2 챔버
430: 혼합판
460: 흡수제 배출관
480: 충전층
485: 수분 포집부
490: 배기가스 배출관
510: 산화제 분사부
515: 보조 산화제 분사부
540: 산화제 농도계
550: 산화제 공급 탱크
561: 산화제 공급 라인
563: 제1 물 공급 우회 라인
565: 제1 물 공급 라인
573: 제1 물 우회 밸브
575: 제1 물 공급 밸브
580: 산화제 저장 탱크
610: 흡수제 분사부
640: 흡수제 농도계
650: 흡수제 공급 탱크
661: 흡수제 공급 라인
663: 제2 물 공급 우회 라인
665: 제2 물 공급 라인
673: 제2 물 우회 밸브
675: 제2 물 공급 밸브
680: 흡수제 저장 탱크
800: 물 공급부
850: 제1 재순환 라인
860: 제2 재순환 라인

Claims (12)

  1. 배기가스에 함유된 질소산화물 및 황산화물을 저감시키는 배기가스 오염물질 저감 시스템에 있어서,
    배기가스 유입관이 측면에 연결된 제1 챔버;
    하부가 상기 제1 챔버의 상부면을 관통하여 상기 제1 챔버 내부에 위치하고 상부에 배기가스 배출관이 연결된 제2 챔버;
    상기 제2 챔버의 하부면을 관통하여 상기 제2 챔버의 내부 공간과 상기 제1 챔버의 내부 공간을 연결하는 연결관;
    상기 제1 챔버로 유입되는 배기가스를 향해 산화제를 분사하는 산화제 분사부; 및
    상기 연결관을 통해 상기 제2 챔버로 유입되는 배기가스를 향해 흡수제를 분사하는 흡수제 분사부
    를 포함하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수제 분사부가 분사한 흡수제가 상기 연결관으로 유입되는 것을 차단하고 상기 연결관을 통해 상기 제2 챔버로 유입되는 배기가스를 흡수제와 혼합시키기 위해 상기 연결관과 상기 흡수제 분사부 사이에 설치된 혼합판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화제 분사부는 상기 배기가스 유입관에 설치되고,
    상기 제1 챔버의 측면에 설치된 하나 이상의 보조 산화제 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수제 분사부와 상기 연결관 사이에 설치된 충전층(packing layer); 및
    상기 흡수제 분사부와 상기 배기가스 배출관 사이에 설치된 수분 포집부(mist capture)
    중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 중공 원통 형상을 포함하며,
    상기 배기가스 유입관은 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 중심에서 벗어난 편심 방향으로 상기 제1 챔버의 측면에 연결되고,
    상기 배기가스의 유입관으로 유입된 배기가스는 상기 제2 챔버의 외벽에 부딪혀 선회하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 중 하나 이상의 하부면은 아래로 향할수록 직경이 감소하는 원추 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 챔버를 관통하여 상기 제2 챔버의 하부면에 연결되는 흡수제 배출관과;
    상기 제1 챔버의 하부면에 연결된 산화제 배출관
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    물을 공급하는 물 공급부와;
    산화제를 저장하는 산화제 저장 탱크와;
    상기 산화제 저장 탱크와 상기 물 공급부로부터 각각 산화제와 물을 공급받아 상기 산화제 분사부에 공급할 산화제의 농도를 조절하는 산화제 공급 탱크와;
    상기 산화제 공급 탱크에 보관된 산화제의 농도를 측정하는 산화제 농도계와;
    흡수제를 저장하는 흡수제 저장 탱크와;
    상기 흡수제 저장 탱크와 상기 물 공급부로부터 각각 흡수제와 물을 공급받아 상기 흡수제 분사부에 공급할 흡수제의 농도를 조절하는 흡수제 공급 탱크; 그리고
    상기 흡수제 공급 탱크에 보관된 흡수제의 농도를 측정하는 흡수제 농도계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 산화제 공급 탱크와 상기 산화제 분사부를 연결하는 산화제 공급 라인과;
    상기 물 공급부와 상기 산화제 공급 탱크를 연결하는 제1 물 공급 라인과;
    상기 흡수 공급 탱크와 상기 흡수제 분사부를 연결하는 흡수제 공급 라인; 그리고
    상기 물 공급부와 상기 흡수제 공급 탱크를 연결하는 제2 물 공급 라인
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 물 공급 라인에서 분기되어 상기 산화제 공급 탱크를 우회하여 상기 산화제 분사부에 연결된 제1 물 공급 우회 라인과;
    상기 제2 물 공급 라인에서 분기되어 상기 흡수제 공급 탱크를 우회하여 상기 흡수제 분사부에 연결된 제2 물 공급 우회 라인
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 물 공급 라인 상에 설치되어 상기 산화제 공급 탱크에 공급되는 물의 유량을 조절하는 제1 물 공급 밸브와;
    상기 제2 물 공급 라인 상에 설치되어 상기 흡수제 공급 탱크에 공급되는 물의 양을 조절하는 제2 물 공급 밸브와;
    상기 제1 물 공급 우회 라인 상에 설치되어 상기 산화제 분사부에 공급되는 물의 유량을 조절하는 제1 물 우회 밸브; 그리고
    상기 제2 물 공급 우회 라인 상에 설치되어 상기 흡수제 분사부에 공급되는 물의 유량을 조절하는 제2 물 우회 밸브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 챔버를 관통하여 상기 제2 챔버의 하부면에 연결되는 흡수제 배출관과;
    상기 제1 챔버의 하부면에 연결된 산화제 배출관과;
    상기 산화제 배출관과 상기 제1 물 공급 라인을 연결하는 제1 재순환 라인; 그리고
    상기 흡수제 배출관과 상기 제2 물 공급 라인을 연결하는 제2 재순환 라인
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 오염물질 저감 시스템.
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