KR20170013687A - Scr 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우레아(CO(NH2)2)를 일정 온도 이상으로 가열하여 카르밤산암모늄(Ammonium Carbamate:NH4CO2NH2)으로 변환시킨 후, 분사할 수 있도록 하는 SCR 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; 엔진의 배기가스를 상기 SCR 반응기로 유도하는 배기가스 라인; 우레아 저장 탱크에 저장되어 있는 우레아 수용액을 상기 배기가스 라인으로 유도하는 우레아 공급 라인; 상기 우레아 공급 라인을 통해 상기 배기가스 라인으로 유도되는 우레아 수용액을 가열하는 가열 장치; 및 상기 가열 장치에 의해 가열된 우레아 수용액이 상기 우레아 공급 라인에서 화학 반응을 일으켜 변환된 카르밤산암모늄(Ammonium Carbamate:NH4CO2NH2)을 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 분사하는 분사 노즐;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 우레아 수용액을 일정 온도 이상으로 가열하여 카르밤산암모늄으로 변환시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 분사함으로써, HNCO의 생성을 방지하여 SCR 촉매의 성능을 향상시키고, SCR 시스템의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.

Description

SCR 시스템{SCR SYSTEM}
본 발명은 SCR 시스템에 관한 것으로서, 특히 우레아(CO(NH2)2)를 일정 온도 이상으로 가열하여 카르밤산암모늄(Ammonium Carbamate:NH4CO2NH2)으로 변환시킨 후, 분사할 수 있도록 하는 SCR 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 엔진 등이 설치되어 운영되고 있다.
이러한 선박 엔진에서 연소 후 배출되는 배기가스에는 다수의 부유성 미립자와 질소 산화물인 NOx, 황산화물인 SOx 등의 유해성 물질이 포함되어 있다.
따라서 엔진의 배기 라인에는 매연 여과 장치(DPF:Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매 환원 장치(SCR:Selective Catalytic Reduction), 스크러버(Scrubber, SOx 제거) 등을 설치하여 배기가스 내의 유해 성분을 제거하고 있다.
이 중에서 SCR 시스템은 배기가스 내의 질소 산화물(NOx)을 촉매(Catalyst) 층에서 암모니아(NH3), 우레아(Urea) 등의 환원제와의 화학적 반응을 통해 인체에 무해한 물과 질소로 분해한 후 배출시키는 장치이다. 여기서 우레아는 열분해 또는 가수분해되어 암모니아(NH3)로 변환된다.
SCR 처리 과정에 대해 좀 더 살펴보면, 배기가스가 SCR 시스템의 SCR 반응기를 통과하는 과정에서 배기가스에 포함된 질소 산화물(NOx)은 SCR 반응기 내부로 주입된 암모니아(NH3) 및 촉매와 접촉하게 된다.
암모니아(NH3) 및 촉매와 접촉한 질소 산화물(NOx)은 아래의 반응식에 의해 질소 가스(N2)와 물(H2O)로 환원반응이 발생하여 질소 산화물(NOx)이 제거된다.
N02+NO+2NH3 --> 2N2+3H2O
4NO+4NH3+O2 --> 4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2 --> 3N2+6H2O
도 1은 종래 기술에 따른 SCR 시스템을 개략적으로 보인 도면이다.
도 1에 도시하는 바와 같이 종래에는 우레아 분사 장치(5)가 SCR 반응기(1)로 유입되는 배기가스에 우레아를 분사하여 주입한다.
우레아 분사 장치(5)에서 분사된 우레아는 배기가스와 혼합되어 SCR 반응기(1)로 공급된다.
배기가스 라인(3)을 통해 유입되는 고온의 배기가스와 만난 우레아는 열분해되어 암모니아(NH3)로 변환되는데, 이때 온도가 적절하지 않으면 HNCO가 생성되기도 한다.
HNCO는 산화성이 강한 물질로 배관 등에 부식을 일으키고, SCR 촉매에 달라붙어 SCR 촉매의 작용을 방해하는 등의 문제점을 일으킨다.
한국공개특허공보 제10-2010-0069761호(공개일 2010.06.25.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 우레아 수용액을 일정 온도 이상으로 가열하여 카르밤산암모늄으로 변환시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 분사함으로써, HNCO의 생성을 방지할 수 있도록 하는 SCR 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템은, 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기; 엔진의 배기가스를 상기 SCR 반응기로 유도하는 배기가스 라인; 우레아 저장 탱크에 저장되어 있는 우레아 수용액을 상기 배기가스 라인으로 유도하는 우레아 공급 라인; 상기 우레아 공급 라인을 통해 상기 배기가스 라인으로 유도되는 우레아 수용액을 가열하는 가열 장치; 및 상기 가열 장치에 의해 가열된 우레아 수용액이 상기 우레아 공급 라인에서 화학 반응을 일으켜 변환된 카르밤산암모늄(Ammonium Carbamate:NH4CO2NH2)을 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 분사하는 분사 노즐;을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 SCR 시스템에 따르면, 우레아 수용액을 일정 온도 이상으로 가열하여 카르밤산암모늄으로 변환시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 분사함으로써, HNCO의 생성을 방지할 수 있게 된다.
또한 HNCO의 생성을 방지하여 SCR 촉매의 성능을 향상시키고, SCR 시스템의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 SCR 시스템을 개략적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템을 개략적으로 보인 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SCR 시스템에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 SCR 시스템은 우레아 수용액을 분사하기 전에 일정 온도 이상으로 가열하여 화학 반응을 일으켜 우레아 수용액을 카르밤산암모늄(NH4CO2NH2)으로 변환시킨 후, 이를 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 분사하여 HNCO의 생성을 방지토록 하는 것이다.
여기서 우레아 수용액을 카르밤산암모늄으로 변환시키기 위해서는 온도 조건이 맞아야 하는데, 우레아 수용액이 카르밤산암모늄으로 변환되기 위해서는 반응기 내의 온도가 일정 온도 예를 들어, 150℃ 이상을 유지해야 한다. 그리고 반응기 내의 온도가 일정 온도 이상을 유지하더라도 우레아 수용액이 카르밤산암모늄으로 변환되기 위해서는 반응 속도가 느려 일정 시간이 소요되므로, 우레아 수용액이 반응기 내에서 일정 시간 예를 들어, 5분 이상 체류해야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템을 개략적으로 보인 도면이다.
도 2에서 SCR 반응기(10)는 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매(20)가 설치된다.
배기가스 라인(30)은 엔진(미도시)의 배기가스를 SCR 반응기(10)로 유도한다.
우레아 저장 탱크(40)는 우레아 수용액을 저장한다.
우레아 공급 펌프(미도시)는 우레아 저장 탱크(40)에 저장되어 있는 우레아 수용액이 우레아 공급 라인(50)으로 공급되도록 펌핑한다.
우레아 공급 라인(50)은 우레아 저장 탱크(40)에 저장되어 있는 우레아 수용액을 배기가스 라인(30)으로 유도한다.
전술한 우레아 공급 라인(50)은 우레아 수용액이 카르밤산암모늄으로 변환되기 위해 필요한 최소 반응 시간(예를 들어, 5분) 이상 체류할 수 있도록 충분히 길게 형성되는 것이 바람직하다.
가열 장치(70)는 우레아 공급 라인(50)을 통해 배기가스 라인(30)으로 유도되는 우레아 수용액을 가열한다.
전술한 가열 장치(70)는 우레아 공급 라인(50)의 외주면을 감싸는 히터 자켓, 히터 코일 등으로 구현될 수 있다.
또한 가열 장치(70)는 우레아 공급 라인(50) 전체를 감싸도록 설치되는 것이 바람직하다.
분사 노즐(60)은 가열 장치(70)에 의해 가열된 우레아 수용액이 우레아 공급 라인(50)에서 화학 반응을 일으켜 변환된 카르밤산암모늄을 SCR 반응기(10)로 유입되는 배기가스에 분사한다.
온도 측정 수단(80)은 우레아 공급 라인(50)에 설치되어 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 제어부(90)로 실시간 인가한다.
제어부(90)는 SCR 시스템 운전시 온도 측정 수단(80)을 통해 측정된 온도가 기설정된 온도(예를 들어, 150℃) 이하이면, 가열 장치(70)를 제어하여 우레아 공급 라인(50) 내의 온도를 우레아 수용액이 카르밤산암모늄으로 변환되기 위해 필요한 최소 온도(예를 들어, 150℃) 이상으로 유지시킨다.
이상에서 살펴본 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 SCR 시스템의 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.
우선 SCR 시스템이 운전중이면, 제어부(90)는 가열 장치(70)를 구동시켜 우레아 공급 라인(50)을 통해 배기가스 라인(30)으로 유도되는 우레아 수용액을 가열한다.
여기서 제어부(90)는 온도 측정 수단(80)을 통해 실시간 인가되는 우레아 공급 라인(50) 내의 온도가 기설정된 온도 즉, 우레아 수용액이 카르밤산암모늄으로 변환되기 위해 필요한 최소 온도(예를 들어, 150℃) 이하이면, 가열 장치(70)를 제어하여 우레아 공급 라인(50) 내의 온도를 기설정된 온도(예를 들어, 150℃) 이상으로 유지시킨다.
한편 본 발명의 다른 실시예에서 제어부(90)는 우레아 공급 라인(50) 내에서 우레아 수용액이 카르밤산암모늄으로 변환될 수 있도록 하기 위해, 우레아 수용액이 일정 시간(예를 들어, 5분) 이상 우레아 공급 라인(50) 내에서 체류할 수 있도록 우레아 공급 라인(50)을 통해 배기가스 라인(30)으로 유도되는 우레아 수용액의 유속을 느리게 조절할 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서는 우레아 수용액을 분사하기 전에 우레아 수용을 일정 온도 이상으로 가열하여 카르밤산암모늄으로 변환시킨 후, 이 카르밤산암모늄을 SCR 반응기(10)로 유입되는 배기가스에 분사한다.
이와 같이 SCR 반응기(10)로 유입되는 배기가스에 분사되는 카르밤산암모늄은 HNCO와 암모니아를 생성하는 우레아 수용액과는 달리 2개의 암모니아 분자를 생성한다. 따라서 HNCO의 생성을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 SCR 시스템은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10. SCR 반응기, 20. SCR 촉매,
30. 배기가스 라인, 40. 우레아 저장 탱크,
50. 우레아 공급 라인, 60. 분사 노즐,
70. 가열 장치, 80. 온도 측정 수단,
90. 제어부

Claims (4)

  1. 배기가스 내의 유해 성분을 제거하는 SCR 촉매가 설치된 SCR 반응기;
    엔진의 배기가스를 상기 SCR 반응기로 유도하는 배기가스 라인;
    우레아 저장 탱크에 저장되어 있는 우레아 수용액을 상기 배기가스 라인으로 유도하는 우레아 공급 라인;
    상기 우레아 공급 라인을 통해 상기 배기가스 라인으로 유도되는 우레아 수용액을 가열하는 가열 장치; 및
    상기 가열 장치에 의해 가열된 우레아 수용액이 상기 우레아 공급 라인에서 화학 반응을 일으켜 변환된 카르밤산암모늄(Ammonium Carbamate:NH4CO2NH2)을 상기 SCR 반응기로 유입되는 배기가스에 분사하는 분사 노즐;을 포함하여 이루어지는 SCR 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 우레아 공급 라인에 설치되어 온도를 측정하는 온도 측정 수단; 및
    SCR 시스템 운전시 상기 온도 측정 수단을 통해 측정된 온도가 기설정된 온도 이하이면, 상기 가열 장치를 제어하여 상기 우레아 공급 라인 내의 온도를 상기 우레아 수용액이 카르밤산암모늄으로 변환되기 위해 필요한 최소 온도 이상으로 유지시키는 제어부;를 더 포함하여 이루어지는 SCR 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 가열 장치는,
    상기 우레아 공급 라인 전체를 감싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 우레아 공급 라인은,
    상기 우레아 수용액이 카르밤산암모늄(Ammonium Carbamate:NH4CO2NH2)으로 변환되기 위해 필요한 최소 반응 시간 이상 체류할 수 있는 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
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Patent event date: 20150728

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PN2301 Change of applicant

Patent event date: 20191107

Comment text: Notification of Change of Applicant

Patent event code: PN23011R01D

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