KR20210110908A - Photochemical Reaction Based Scrubber System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배연가스 선박용 황산화물 및 질산화물 배출 규제 수치(0.1% 또는 0.5% m/m 및 Tier III,II)를 만족하도록 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a photochemical reaction-based scrubber system that satisfies the emission control values of sulfur oxides and nitrogen oxides for flue gas ships (0.1% or 0.5% m/m and Tier III, II).
본 발명은 선박의 연소기관에서 배출되는 가스의 오염물질인 그을음(soot), 재(ash), 황산화물(SOx), 질산화물(NOx) 등을 물리적, 광화학적 방식을 사용하여 분해/제거 처리할 수 있는 스크러버 시스템에 관한 것이다.The present invention decomposes / removes soot, ash, sulfur oxide (SOx), nitric oxide (NOx), etc., which are pollutants of the gas discharged from the combustion engine of a ship, using a physical and photochemical method. It relates to a scrubber system that can be
2020년 국제해사기구(IMO) 선박배연가스 배출 규제에 따라 황의 함유허용기준이 강화되면서 기존의 고황유 (3.5% m/m) 에서 저황유(Global 0.5% m/m)로 연료 전환이나 LNG 선박 등으로 교체 등의 대안이 제시되고 있다. 따라서 저황유와 고황유의 가격 격차 및 청정연료 사용시 설치투자비용/화물적재량 감소 등의 이유로 스크러버 장치의 설치를 통하여 배출기준을 준수하는 방법이 사용되고 있다.In accordance with the International Maritime Organization (IMO) ship flue gas emission regulations in 2020, the sulfur content limit has been strengthened. Alternatives such as replacement are suggested. Therefore, the method of complying with emission standards through the installation of a scrubber device is being used for reasons such as the price gap between low-sulfur oil and high-sulfur oil and reduction in installation investment/cargo capacity when using clean fuel.
스크러버는 배출가스를 청정하게 하는데 필수적인 기술/장치로서 기존의 선박 장치의 배연가스 처리 방법은 습식, 건식 등 설비내 염수 및 담수 등의 물과의 화학적 반응을 통하여 개방형, 폐쇄형 또는 하이브리드 형태의 화학적 정화 방식을 적용하여, 초기 자본투자를 통해 고황유의 지속적인 사용이 가능해져 연료 운용비용을 낮추고, 배연가스 배출기준을 만족하는 시스템이다.A scrubber is an essential technology/device to purify exhaust gas. Existing flue gas treatment methods of ship equipment are open, closed, or hybrid chemical reactions through chemical reactions with water such as salt water and fresh water in the facility, such as wet or dry. By applying the purification method, it is possible to continuously use high sulfur oil through initial capital investment, thereby lowering fuel operating costs and satisfying the flue gas emission standards.
그러나 기존의 스크러버 시스템은 단순히 해수와 약액과의 화학적 반응을 이용함으로써 유해물질의 분해 시 해수용 발전설비, 펌프 및 오염수 관리 장치와 엔진구동외 대량의 전력이 필요하여 스크러버의 자체효율이 재고 되고 있는 상태이며, 환경 규제강화에 따른 대응 및 개선이 어려운 상태이다. 또한 황산화물과 질산화물에 대한 개별 장치가 요구되어 오염원별로 각각 시스템을 구성해야 하는 문제와 배출수 규제에 따른 처리 시스템 등을 갖추어야 하는 등 배기가스의 정화 프로세스에 오히려 엔진의 구동 및 출력이 제한되는 운용에 대한 문제점이 있었다. 또한 기존의 자외선을 이용한 광촉매 스크러버 시스템은 소재의 정화효율에 대한 크기한계와 느린 정화반응속도 및 광 소모 전력의 문제로 인해 연구실 수준에서 검토되고 있다.However, the existing scrubber system simply uses a chemical reaction between seawater and chemical liquids, so when decomposing harmful substances, a large amount of power is required other than power generation facilities for seawater, pumps and polluted water management devices, and engine operation, so the self-efficiency of the scrubber is reconsidered. It is in a state where it is difficult to respond and improve according to the strengthening of environmental regulations. In addition, since separate devices for sulfur oxides and nitrogen oxides are required, each system must be configured for each pollutant source, and a treatment system according to emission water regulations must be prepared. there was a problem with In addition, the existing photocatalytic scrubber system using ultraviolet light is being reviewed at the laboratory level due to the size limit on the purification efficiency of the material, the slow purification reaction rate, and the problem of light consumption.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the above background art are only for improving the understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the prior art already known to those of ordinary skill in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가시광선 영역에서도 활성화가 가능한 광산화방식의 배연가스 탈황/탈질 일괄처리로 정화효율 및 반응효율을 증대 시키고 에너지 효율을 상승시키며, 광화학반응기 모듈타입의 스크러버를 적용하여 정화모듈의 다양한 선택적 조합을 통하여 배기가스 처리의 오염원 총량에 따른 정화용량을 가변시킴으로써 엔진이 다양한 운전점으로 운용이 가능 하도록 하고, 다양한 조합으로 설치가 가능하도록 함으로써 선박 내의 공간 활용도를 높이고 선박의 중량을 최대한 저감할 수 있도록 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템을 제공하고자 함이다.The present invention has been proposed to solve this problem, and it is a photo-oxidation type flue gas desulfurization/denitrification batch process that can be activated even in the visible light region to increase purification efficiency and reaction efficiency and increase energy efficiency, and is a photochemical reactor module type By applying a scrubber and varying the purification capacity according to the total amount of pollutants in the exhaust gas treatment through various selective combinations of purification modules, the engine can be operated at various operating points, and by enabling installation in various combinations, the space utilization in the ship is improved. It is intended to provide a photochemical reaction-based scrubber system that can increase the height and reduce the weight of the ship as much as possible.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광화학반응 기반의 스크러버 시스템은, 배연가스가 유동되는 정화유로, 정화유로에 광산화반응 재료를 제공하는 촉매부 및 정화유로에 광을 조사하는 조사부로 구성되며, 배연가스 입구부와 출구부가 구비된 정화모듈; 정화모듈의 입구부에 배연가스를 공급하는 공급라인; 정화모듈의 출구부로부터 배연가스를 배출하는 배기라인; 정화모듈의 정화유로에 세정수를 공급하는 세정라인; 정화모듈의 정화유로에서 배출되는 폐수를 정화하는 정수기; 및 정수기의 정화된 물을 세정라인으로 다시 재순환하는 재순환라인;을 포함한다.The photochemical reaction-based scrubber system according to the present invention for achieving the above object is composed of a purification flow passage through which flue gas flows, a catalyst part providing a photooxidation material to the purification flow passage, and an irradiation part irradiating light to the purification flow passage, , a purification module provided with a flue gas inlet and outlet; a supply line for supplying flue gas to the inlet of the purification module; an exhaust line for discharging the flue gas from the outlet of the purification module; a cleaning line for supplying cleaning water to the purification passage of the purification module; a water purifier for purifying wastewater discharged from the purification passage of the purification module; and a recirculation line recirculating the purified water of the water purifier back to the washing line.
정화모듈은 배연가스 입구부가 하부에 마련되고 출구부가 상부에 마련되며, 복수의 정화모듈이 입구부와 출구부가 상호 연결되며 상하방향으로 적층될 수 있다.In the purification module, the exhaust gas inlet part is provided at the lower part and the outlet part is provided at the upper part, and a plurality of purification modules are connected to each other with the inlet part and the outlet part, and may be stacked in a vertical direction.
배기라인은 최상단에 위치된 정화모듈에 연결될 수 있다.The exhaust line may be connected to the purification module located at the top.
세정라인은 적층된 각각의 정화모듈마다 연결되며, 정수기는 최하단에 위치된 정화모듈에 연결되고, 각각의 정화모듈에 공급된 세정수가 낙하하며 최하단에 위치된 정화모듈을 통해 정수기로 배수될 수 있다.The cleaning line is connected to each of the stacked purification modules, and the water purifier is connected to the purification module located at the bottom, and the washing water supplied to each purification module falls and can be drained to the water purifier through the purification module located at the bottom. .
정화모듈은 수동모듈과 능동모듈로 구성되고, 수동모듈의 촉매부는 촉매가 코팅되어 정화유로 내부에 설치되고, 능동모듈의 촉매부는 촉매를 세정수와 혼합하여 정화유로에 공급되도록 하는 공급기구일 수 있다.The purification module is composed of a passive module and an active module, the catalyst part of the passive module is coated with a catalyst and installed inside the purification passage, and the catalyst part of the active module may be a supply mechanism that mixes the catalyst with washing water and supplies it to the purification passage have.
능동모듈은 정화유로에 공급되는 세정수의 양을 제어함으로써 정화유로에 공급되는 촉매의 양을 제어하고, 정화유로에 공급되는 촉매의 양을 제어함으로써 능동모듈의 정화용량을 제어할 수 있다.The active module may control the amount of catalyst supplied to the purification passage by controlling the amount of washing water supplied to the purification passage, and control the purification capacity of the active module by controlling the amount of catalyst supplied to the purification passage.
정화모듈은 배연가스 입구부가 하부에 마련되고 출구부가 상부에 마련되며, 복수의 정화모듈이 입구부와 출구부가 상호 연결되며 상하방향으로 적층되고, 최상단에 능동모듈이 배치될 수 있다.In the purification module, an exhaust gas inlet portion is provided at a lower portion and an outlet portion is provided at an upper portion, and a plurality of purification modules are stacked vertically with an inlet portion and an outlet portion connected to each other, and an active module may be disposed at the uppermost end.
촉매부의 광산화반응 재료는 가시광선 영역의 빛에서 활성되어 배연가스의 정화를 수행하고, 조사부는 가시광선 영역의 빛을 정화유로 내부로 조사할 수 있다.The photooxidation reaction material of the catalyst part may be activated by light in the visible ray region to purify the flue gas, and the irradiator may irradiate the light in the visible ray region into the purification passage.
광산화반응 재료는 세정수를 통하여 활성종을 생성하고, 활성종은 정화유로에서 배연가스의 황산화물과 질산화물을 분해하며, 분해된 황산화물과 질산화물은 세정수를 통하여 이온화되어 정수기로 배출될 수 있다.The photo-oxidation reaction material generates active species through the washing water, the active species decomposes sulfur oxides and nitrogen oxides in the flue gas in the purification passage, and the decomposed sulfur oxides and nitrates are ionized through the washing water and discharged to the water purifier. .
정화모듈의 입구부에는 필터가 마련되며, 배연가스는 입자상물질이 필터에 의해 정화된 후 정화모듈의 입구부에 공급될 수 있다.A filter is provided at the inlet of the purification module, and the flue gas may be supplied to the inlet of the purification module after particulate matter is purified by the filter.
정화모듈은 복수개가 상하방향으로 적층되어 모듈타워를 구성하고, 복수의 모듈타워가 측방으로 배치되어 모듈세트를 구성함으로써 매트릭스 형태로 정화모듈이 배치될 수 있다.A plurality of purification modules are stacked in the vertical direction to constitute a module tower, and a plurality of module towers are arranged laterally to constitute a module set, whereby the purification modules can be arranged in a matrix form.
각각의 정화모듈은 상하방향으로 배치된 정화모듈의 출구부와 입구부를 연결하는 상하연결라인 및 측방으로 배치된 정화모듈의 출구부와 입구부를 연결하는 측방연결라인을 통해 서로 연결될 수 있다.Each of the purification modules may be connected to each other through a vertical connection line connecting the outlet and the inlet of the purification module arranged in the vertical direction and a lateral connection line connecting the outlet and the inlet of the purification module arranged laterally.
상하연결라인과 측방연결라인에는 개폐밸브가 마련되며, 개폐밸브의 제어를 통해 모듈세트의 정화모듈들이 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.An on-off valve is provided in the vertical connection line and the side connection line, and the purification modules of the module set can be connected in series, parallel, or series-parallel through the control of the on-off valve.
상하연결라인과 측방연결라인에는 개폐밸브가 마련되며, 개폐밸브의 제어를 통해 모듈세트 내에서 배연가스가 흐르는 가스흐름의 개수가 조정될 수 있다.An opening/closing valve is provided in the vertical connection line and the side connection line, and the number of gas flows through which the flue gas flows in the module set can be adjusted by controlling the opening/closing valve.
본 발명의 광화학반응 기반의 스크러버 시스템에 따르면, 가시광선 영역에서도 활성화가 가능한 광촉매를 활용함으로써 배기가스 처리의 효율을 증대시키고 에너지 효율을 상승시키며, 정화장비의 다양한 조합을 통하여 배기가스 처리의 용량을 가변시킴으로써 엔진이 다양한 운전점으로 운용이 가능하도록하고, 다양한 조합으로 설치가 가능하도록 함으로써 선박 내의 공간 활용도를 높이고 선박의 중량을 최대한 저감할 수 있게 된다.According to the photochemical reaction-based scrubber system of the present invention, by utilizing a photocatalyst that can be activated even in the visible light region, the efficiency of exhaust gas treatment is increased and energy efficiency is increased, and the capacity of exhaust gas treatment is increased through various combinations of purification equipment. By varying the engine, it is possible to operate the engine at various operating points, and by enabling installation in various combinations, it is possible to increase the space utilization in the vessel and to reduce the weight of the vessel as much as possible.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 정화모듈을 나타낸 도면.
도 3 내지 4는 도 1에 도시된 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 수동모듈과 능동모듈을 나타낸 도면.
도 5는 정화모듈의 다양한 적층 방식을 나타낸 도면.
도 6 내지 8은 도 1에 도시된 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 다양한 모드를 나타낸 도면.1 is a block diagram of a photochemical reaction-based scrubber system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a purification module of the photochemical reaction-based scrubber system shown in FIG. 1. FIG.
3 to 4 are views showing a passive module and an active module of the photochemical reaction-based scrubber system shown in FIG. 1 .
5 is a view showing various stacking methods of the purification module.
6 to 8 are views showing various modes of the photochemical reaction-based scrubber system shown in FIG. 1 .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 정화모듈을 나타낸 도면이며, 도 3 내지 4는 도 1에 도시된 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 수동모듈과 능동모듈을 나타낸 도면이고, 도 5 내지 7은 도 1에 도시된 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 다양한 모드를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram of a photochemical reaction-based scrubber system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a purification module of the photochemical reaction-based scrubber system shown in FIG. 1, and FIGS. 1 is a view showing a passive module and an active module of the photochemical reaction-based scrubber system shown in FIG. 1, and FIGS. 5 to 7 are views showing various modes of the photochemical reaction-based scrubber system shown in FIG.
본 발명의 스크러버 시스템은 가시광선 영역에서도 활성화가 가능한 광산화반응 재료인 광촉매를 활용함으로써 에너지효율적인 측면에서 우수하고, 기존의 세정제만으로 정화하던 방식에 비해 정화효율이 매우 높다. 구체적으로, 기존의 습식/건식 방식의 경우에는 재료의 다량소모 및 부산물을 생성/보관/세정 방식으로서 운용비용이 증가하는 단점이 있었다. 본 발명의 경우 광원으로 오염원을 분해/제거시키는 광활성 방식으로서 2차 오염 및 부산물이 적고, 단순 세척/리사이클 방식의 세정만으로도 규제수치(0.1% 또는 0.5% m/m)를 만족할 수 있게 된다.The scrubber system of the present invention is excellent in energy efficiency by using a photocatalyst, which is a photooxidation reaction material that can be activated even in the visible light region, and has a very high purification efficiency compared to the conventional cleaning method using only a cleaning agent. Specifically, in the case of the conventional wet/dry method, there was a disadvantage in that a large amount of material was consumed and the operating cost increased as a by-product was generated/stored/cleaned. In the case of the present invention, as a photoactive method of decomposing/removing a contaminant with a light source, secondary contamination and by-products are small, and the regulation value (0.1% or 0.5% m/m) can be satisfied only by simple washing/recycling cleaning.
또한, 광활성 방식인 Z-scheme 원리를 활용하여 유효표면적을 최대한 이용하여 오염물의 저감 효율을 증대하는 것이다. 그리고 기존의 광촉매 활성 광원으로 UV광원을 사용하던 방식에서 저전력 LED를 사용할 수 있게 되며, 가시광원을 사용하여 광활성을 시키고 dose를 균일하게 분산시키는 편광원리를 적용하여 흡광효율을 증가시켜 정화 능력을 향상시키도록 한다. 그리고 기존 단순 적층 형태의 배연가스 정화 단계에서 배연가스 배출 정도에 따른 적극적인 정화가 가능한 스크러버 구조에 해당하며, 순차적 배연 단계를 적용하여 입자크기 및 phase형태에 따른 물리적[입자]-광화학적[가스]처리 방식의 저감 장치에 해당한다.In addition, by utilizing the Z-scheme principle, which is a photoactive method, the effective surface area is maximized to increase the efficiency of reducing pollutants. In addition, it is possible to use a low-power LED from the conventional method of using a UV light source as a photocatalytic active light source, and by applying the polarization principle that uses a visible light source to activate light and evenly distribute the dose, increase the absorption efficiency and improve the purification ability. let it do And it corresponds to a scrubber structure that can actively purify according to the degree of flue gas emission in the existing simple stacked flue gas purification step. Physical [particle]-photochemical [gas] according to particle size and phase shape by applying sequential flue gas steps It corresponds to the reduction device of the treatment method.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 구성도이다. 본 발명에 따른 광화학반응 기반의 스크러버 시스템은, 배연가스가 유동되는 정화유로, 정화유로에 광촉매로서 광산화반응 재료를 제공하는 촉매부(322,342) 및 정화유로에 광을 조사하는 조사부(L)로 구성되며, 배연가스 입구부(E1)와 출구부(E2)가 구비된 정화모듈(300); 정화모듈(300)의 입구부(E1)에 배연가스를 공급하는 공급라인; 정화모듈(300)의 출구부(E2)로부터 배연가스를 배출하는 배기라인(400); 정화모듈(300)의 정화유로에 세정수를 공급하는 세정라인; 정화모듈(300)의 정화유로에서 배출되는 폐수를 정화하는 정수기(500); 및 정수기(500)의 정화된 물을 세정라인으로 다시 재순환하는 재순환라인;을 포함한다.1 is a block diagram of a photochemical reaction-based scrubber system according to an embodiment of the present invention. The photochemical reaction-based scrubber system according to the present invention includes a purification flow path through which flue gas flows,
엔진에서 발생된 배연가스는 원유를 흡기와 함께 압축/폭파하여 동력을 생산한 부산물로서 원유를 소비하여 배출되는 기체는 원유 내 황과 질소의 함량에 따라 유독 가스를 포함하게 된다.The flue gas generated from the engine is a by-product produced by compressing/blasting crude oil together with intake air, and the gas emitted by consuming crude oil contains toxic gases depending on the content of sulfur and nitrogen in the crude oil.
위와 같이 배연가스에는 NOX, SOX, HC, PM 등의 오염물이 있으며, 이들을 정화하는 것이 본 발명의 목적에 해당한다. 도시된 바와 같이 엔진의 배연가스는 배기라인을 통해 정화모듈의 입구부에 마련된 필터로 유입된다. 배연가스는 입자상물질(PM, SOOT)이 세라믹 재질의 필터에 의해 정화된 후 정화모듈의 입구부에 공급될 수 있다. 세라믹필터의 경우 물리/화학적 흡착을 통해 기체만 여과하도록 한다. 또한 다수의 필터를 병렬 배치하여 교체/재생 작업을 진행시 추후 필터의 교체 시 기체 유입을 방지하고 및 밸브를 통해 유동을 제어하도록 할 수 있다.As described above, there are pollutants such as NOX, SOX, HC, and PM in the flue gas, and it is an object of the present invention to purify them. As shown, the exhaust gas of the engine is introduced into the filter provided at the inlet part of the purification module through the exhaust line. The flue gas may be supplied to the inlet of the purification module after particulate matter (PM, SOOT) is purified by a filter made of a ceramic material. In the case of ceramic filters, only gases are filtered through physical/chemical adsorption. In addition, when replacing/regenerating a plurality of filters by arranging them in parallel, it is possible to prevent gas inflow and control the flow through a valve when replacing the filters later.
정화모듈(300)은 내부에 배연 정화유로가 형성된 챔버로서, 내부에 정화유로에 광산화반응 재료를 제공하는 촉매부(322,342)가 마련된다. 그리고 촉매의 활성화를 위해 정화유로에 광을 조사하는 조사부(L)가 구비된다. The
그리고 정화모듈의 경우 배연가스 입구부(E1)와 출구부(E2)가 구비된다. 입구부(E1)를 통해 여과된 배연가스가 유입되고, 배연가스는 밀도차에 의해 상승하게 되며 가시광선에 의해 활성화된 촉매를 통해 정화가 되는 것이다. 그리고 정화된 배연가스는 상승하여 출구부(E2)를 통해 정화모듈의 외부로 배기된다.And in the case of the purification module, an exhaust gas inlet part E1 and an outlet part E2 are provided. The filtered flue gas flows in through the inlet E1, and the flue gas rises due to the density difference and is purified through a catalyst activated by visible light. Then, the purified flue gas rises and is exhausted to the outside of the purification module through the outlet part E2.
정화모듈의 입구부(E1)에는 배연가스를 공급하는 공급라인이 연결되고, 공급라인 상에 필터(200)가 마련된다. 그리고 정화모듈의 출구부(E2)로부터 배연가스를 배출하는 배기라인(400)이 마련된다. 세정라인은 정화모듈의 정화유로에 세정수를 공급하여 배연가스의 분해가 잘 이루어질 수 있도록 하며, 정수기(500)는 정화모듈의 정화유로에서 배출되는 폐수를 정화하도록 한다. 그리고 정수기의 정화된 물을 세정라인으로 다시 재순환하는 재순환라인이 마련된다. 세정수는 촉매에 의해 활성종으로 변환되고 활성종은 배연가스의 오염물을 정화한 후 다시 물로 변환된다. 따라서 정수기를 이 중 물을 걸러내어 다시 반송시켜 세정수로 재활용하도록 하는 것이다.A supply line for supplying flue gas is connected to the inlet portion E1 of the purification module, and a
정화모듈(300)은 도 1 및 2와 같이 배연가스 입구부(E1)가 하부에 마련되고 출구부(E2)가 상부에 마련되며, 복수의 정화모듈(300)이 입구부(E1)와 출구부(E2)가 상호 연결되며 상하방향으로 적층될 수 있다. 그리고 배연가스가 가장 최하단의 정화모듈에 유입된 후 상승되며 몇 단계의 정화를 반복적으로 거침으로써 완벽히 정화가 이루어질 수 있도록 한다. As shown in FIGS. 1 and 2 , the
그리고 배기라인(400)은 최상단에 위치된 정화모듈에 연결되어 외부로 배기하는 가스의 경우 유해물이 모두 제거된 상태에서 배기되도록 하는 것이다. 이러한 구조를 통해 배연가스의 용량이 큰 대형 선박의 경우에는 정화모듈의 적층 개수를 증대시킴으로써 정화용량에 부족함이 없도록 하고, 소형 선박의 경우에는 적은 개수만을 적층토록 함으로써 시스템의 무게와 시설 원가를 줄일 수 있도록 하는 것이다.In addition, the
한편, 정화모듈(300)이 적층된 경우 세정라인은 적층된 각각의 정화모듈(300)마다 연결되어 세정수를 정화모듈(300)마다 공급함으로써 각각의 정화모듈(300)이 모두 촉매에 의한 활성화가 이루어질 수 있도록 한다. 그리고 세정수는 정화모듈의 내부에서 배연가스와는 다른 중력방향으로 낙하되기 때문에 하방으로 가면서 지속적으로 정화를 하도록 한다. 그리고 최하단의 정화모듈에서는 사용이 완료된 세정수를 정수기로 보내는 것이다. 즉, 정수기는 최하단에 위치된 정화모듈에 연결되고, 각각의 정화모듈에 공급된 세정수가 낙하하며 최하단에 위치된 정화모듈을 통해 정수기로 배수될 수 있다.On the other hand, when the
한편, 정화모듈은 수동모듈(320)과 능동모듈(340)로 구성되고, 도 3과 같이 수동모듈(320)의 촉매부(322)는 촉매가 코팅되어 정화유로 내부에 설치되고, 도 4와 같이 능동모듈(340)의 촉매부(342)는 촉매를 세정수와 혼합하여 정화유로에 공급되도록 하는 공급기구일 수 있다. 능동모듈(340)은 정화유로에 공급되는 세정수의 양을 제어함으로써 정화유로에 공급되는 촉매의 양을 제어하고, 정화유로에 공급되는 촉매의 양을 제어함으로써 능동모듈의 정화용량을 제어할 수 있다.On the other hand, the purification module is composed of a
수동모듈(320)의 경우 촉매부(322)가 하드웨어로서 정화유로상에 설치되고 광촉매를 통해 활성종을 생성한다. 활성종과 배연가스의 황산화물/질산화물이 반응하여 분해가 된다. 또한, 중앙에는 활성종의 생성 효율을 높이기 위해 광원을 배치하고, 반응 효율을 높이기 위한 접촉 면적/접촉 시간의 제어가 가능하다.In the case of the
광촉매를 통해 활성종을 생성하는 과정은 아래와 같다.The process of generating active species through the photocatalyst is as follows.
또한, 황산화물이 분해되는 과정은 아래와 같다.In addition, the process of decomposition of sulfur oxides is as follows.
질산화물이 분해되는 과정은 아래와 같다.The process of decomposition of nitric oxide is as follows.
위의 과정을 통하여 황산화물과 질산화물은 이온의 형태로 분해되고, 이온이 세정수와 함께 배출됨으로써 배연가스에서 질산화물과 황산화물의 제거가 가능해지는 것이다.Through the above process, sulfur oxides and nitrogen oxides are decomposed into ions, and the ions are discharged together with the washing water, making it possible to remove nitrogen oxides and sulfur oxides from the flue gas.
세정수의 경우 활성종을 형성하기 위해서도 존재하지만, 활성종과 반응한 황산화물과 질산화물을 세척하기 위한 용도로도 세정수를 공급한다. 아래와 같이, 부산물들은 물에 의해 이온화 가능한 상태로 배출되는 것이다.In the case of washing water, although it exists to form active species, the washing water is also supplied for the purpose of washing sulfur oxides and nitroxides reacted with the active species. As shown below, the by-products are discharged in an ionizable state by water.
능동모듈(340)의 경우에는 수동모듈같이 고정된 촉매를 가지고 있는 것이 아니라 도 4와 같이 세정수에 촉매를 더하여 공급하고 이를 제어함으로써 추가적인 정화성능 제어를 위한 모듈이다. 능동모듈(340)에는 정화를 위한 첨가물이 교반된 세정수를 직접 분사하도록 한다. In the case of the
SOx 중 SO2는 물에 녹아 황산으로 변환되어 제거되는 것이고, 이는 세정수에 NaOH(약품)첨가시 아황산나트륨으로 제거가 가능하다. 능동모듈에서는 수동모듈의 광촉매 반응에 더하여 물/약품 반응이 동시 작용하도록 하는 것이다. SO 2 in SOx is dissolved in water and converted to sulfuric acid and removed, which can be removed with sodium sulfite when NaOH (chemical) is added to the washing water. In the active module, in addition to the photocatalytic reaction of the passive module, the water/chemical reaction works simultaneously.
세정수의 경우에는 활성종과 반응한 황산화물과 질산화물을 세척하기 위한 용도로서 공급하는 것이고, 부산물들은 물에 의해 이온화 가능하게 된다.In the case of washing water, it is supplied for the purpose of washing sulfur oxides and nitroxides reacted with active species, and by-products can be ionized by water.
각 정화모듈에서 세정수를 통해 세척된 부산물은 관로를 통해 개별적으로 시스템 최하단으로 모여질수도 있고, 하방의 정화모듈을 통해 순차적으로 아래로 모이도록 하는 것도 가능하다. 그리고 최하단의 정화모듈에서는 질산염(NO3), 황산염(SO4,SO3), 아황산나트륨(Na2SO3)이 포함된 수용액 형태로 저장된다.The by-products washed through the washing water in each purification module may be individually collected at the bottom of the system through a pipe line, or it may be collected sequentially downward through the purification module below. And in the bottom purification module, nitrate (NO 3 ), sulfate (SO 4 ,SO 3 ), sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) is stored in the form of an aqueous solution containing.
정수기(500)는 세정폐수 내 수용액을 폐기물과 세정수로 분리하고, 폐기물 탱크(T3)는 폐기물을 저장하며, 세정수 탱크(T1)는 각 모듈로 공급하기 위해 세정수를 저장하도록 한다. 펌프(P1,P2)의 경우 세정수 탱크의 세정수를 순환시키기 위한 것이고, 첨가물 탱크(T2)는 능동모듈(340)에 추가적인 정화 성능을 높이기 위해 펌프(P2)를 통해 순환되는 세정수에 촉매와 NaOH를 첨가하는 것이다. 그리고 첨가물을 교반하기 위한 균일하게 분사하는 구조이며, 첨가제 저장을 위한 내부 저장소로서 광촉매 분말과 NaOH 분말 저장기능을 구현한다.The
정화가스의 경우에는 전체 시스템의 유동을 일정하게 유지하기 위해 팬을 제어하는 타입이며, 팬 제어 상황은, 세라믹 필터 교체 시, 수동모듈 내 I/O 밸브 제어 시, 능동모듈 추가 동작 시에 구현되도록 한다.In the case of purified gas, the fan is controlled to keep the flow of the entire system constant, and the fan control situation is implemented when replacing the ceramic filter, controlling the I/O valve in the passive module, and adding the active module. do.
센서(S)는 정화가스의 환경규제 배출량 만족 여부를 판단하는 것으로서, SOx 배출량 : 0.50%m/m, NOx 배출량 : 3.4g/kWh을 만족하는지 계측하도록 한다. 만족도에 따른 추가 제어를 실행하는 것으로서, 만족 시에는 정화가스 배출 속도를 증가하고 불만족시에는 능동모듈/순환시스템을 가동하도록 한다.The sensor (S) is used to determine whether the purification gas meets the environmental regulations, and measures whether it satisfies SOx emission: 0.50%m/m, NOx emission: 3.4g/kWh. It is to execute additional control according to satisfaction. When satisfied, the purification gas discharge rate is increased, and when dissatisfied, active module/circulation system is operated.
가스펌프(P3)는 센서(S)에서 판단된 정화된 가스의 환경규제 배출량을 만족하지 못할시 추가 정화 기능을 동작하도록 한다. 수동모듈의 정화 가스 순환을 위한 펌프 제어를 수행하며, 모듈 내 압력 상승을 방지하기 위한 밸브 제어 및 팬 제어 실시를 수행한다.The gas pump P3 operates an additional purification function when the environmental regulation emission amount of the purified gas determined by the sensor S is not satisfied. It performs pump control for circulating the purified gas of the passive module, and performs valve control and fan control to prevent pressure rise in the module.
한편, 도 5는 정화모듈의 다양한 적층 방식을 나타낸 도면으로서, 엔진의 배출가스 상태(용량, 성분)에 따른 수동-능동 모듈 조합은 다양한 크기의 선박에 적용이 가능하도록 한다. 정화모듈은 배연가스 입구부가 하부에 마련되고 출구부가 상부에 마련되며, 복수의 정화모듈이 입구부와 출구부가 상호 연결되며 상하방향으로 적층되고, 최상단에 능동모듈이 배치될 수 있다.On the other hand, FIG. 5 is a view showing various stacking methods of purification modules, and the passive-active module combination according to the exhaust gas state (capacity, component) of the engine is applicable to ships of various sizes. In the purification module, the exhaust gas inlet portion is provided at the lower portion and the outlet portion is provided at the upper portion, the plurality of purification modules are stacked vertically with the inlet portion and the outlet portion connected to each other, and the active module may be disposed at the uppermost end.
그리고 촉매부의 광산화반응 재료로서의 광촉매는 가시광선 영역의 빛에서 활성되어 배연가스의 정화를 수행하고, 조사부는 가시광선 영역의 빛을 정화유로 내부로 조사할 수 있다.In addition, the photocatalyst as a photooxidation material of the catalyst unit is activated in visible light to purify the flue gas, and the irradiator may irradiate the visible light to the inside of the purification passage.
또한, 광촉매는 세정수를 통하여 활성종을 생성하고, 활성종은 정화유로에서 배연가스의 황산화물과 질산화물을 분해하며, 분해된 황산화물과 질산화물은 세정수를 통하여 이온화되어 정수기로 배출될 수 있다.In addition, the photocatalyst generates active species through washing water, the active species decomposes sulfur oxides and nitrogen oxides in the flue gas in the purification passage, and the decomposed sulfur oxides and nitrates are ionized through the washing water and discharged to the water purifier. .
한편, 도 6 내지 8은 도 1에 도시된 광화학반응 기반의 스크러버 시스템의 다양한 모드를 나타낸 도면이다. Meanwhile, FIGS. 6 to 8 are views illustrating various modes of the photochemical reaction-based scrubber system shown in FIG. 1 .
정화모듈은 복수개가 상하방향으로 적층되어 모듈타워(MT)를 구성하고, 복수의 모듈타워가 측방으로 배치되어 모듈세트(MS)를 구성함으로써 매트릭스 형태로 정화모듈이 배치될 수 있다. 그리고 각각의 정화모듈은 상하방향으로 배치된 정화모듈의 출구부와 입구부를 연결하는 상하연결라인 및 측방으로 배치된 정화모듈의 출구부와 입구부를 연결하는 측방연결라인을 통해 서로 연결될 수 있다.A plurality of purification modules are stacked in the vertical direction to constitute a module tower (MT), and a plurality of module towers are arranged laterally to constitute a module set (MS), whereby the purification module can be arranged in a matrix form. In addition, each of the purification modules may be connected to each other through a vertical connection line connecting the outlet and the inlet of the purification module disposed in the vertical direction and a lateral connection line connecting the outlet and the inlet of the purification module disposed laterally.
또한 상하연결라인과 측방연결라인에는 개폐밸브가 마련되며, 개폐밸브의 제어를 통해 모듈세트의 정화모듈들이 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 그리고 상하연결라인과 측방연결라인에는 개폐밸브가 마련되며, 개폐밸브의 제어를 통해 모듈세트 내에서 배연가스가 흐르는 가스흐름의 개수가 조정될 수 있다.In addition, an opening/closing valve is provided in the vertical connection line and the side connection line, and the purification modules of the module set may be connected in series, parallel, or series-parallel through the control of the opening/closing valve. In addition, an opening/closing valve is provided in the vertical connection line and the side connection line, and the number of gas flows through which the flue gas flows in the module set may be adjusted through the control of the opening/closing valve.
정화모듈의 경우 각각이 수동모듈 또는 능동모듈로 구성되는 것이 가능하고, 또한 복수의 수동모듈과 능동모듈이 조합되어 하나의 정화모듈을 이루는 것도 가능하다.In the case of the purification module, each may be configured as a passive module or an active module, and a plurality of passive modules and active modules may be combined to form one purification module.
구체적으로, 도 6의 경우는 1번, 5번의 정화모듈이 직렬로 연결되어 하나의 가스흐름을 만든다. 마찬가지로 2번, 6번의 정화모듈이 직렬로 연결된다. 이러한 방식으로 총 4개의 가스흐름이 형성되어 비교적 빠른 속도로 정화가 이루어질 수 있다.Specifically, in the case of FIG. 6, purification modules No. 1 and No. 5 are connected in series to create one gas flow. Similarly, purification modules No. 2 and No. 6 are connected in series. In this way, a total of four gas streams are formed, so that purification can be performed at a relatively high speed.
도 7의 경우는 1번-2번-6번-7번의 순서로 직렬연결되어 가스흐름을 만들고 3번-4번-8번-5번의 순서로 직렬연결되어 가스흐름을 만드는 방식을 나타낸다. 이를 통해 총 2개의 가스흐름을 만들 수 있다. 이 경우는 도 6에 비해 속도는 느리지만 정화능력은 2배가 되는 것이다.7 shows a method of making a gas flow by serially connecting in the order of No. 1-2 No. 6 No.-7 to create a gas flow, and serially connecting No. 3, No. 4 No. 8 No.-5 in the order. In this way, a total of two gas flows can be created. In this case, the speed is slower than that of FIG. 6, but the purification ability is doubled.
도 8의 경우는 1번-2번-3번-4번-8번-5번-6번-7번의 순서로 가스흐름이 형성되어 하나의 가스흐름만이 형성되는 경우로서 정화능력이 가장 높은 경우를 나타낸다.In the case of FIG. 8, the gas flow is formed in the order of No. 1, No. 2, No. 3, No. 4, No. 8, No. indicates the case.
이와 같이 정화모듈을 매트릭스로 구성하고 밸브를 각각 제어함으로써 정화속도와 정화능력을 제어함으로써 엔진의 다양한 운전점에 대응이 가능한 것이다.In this way, it is possible to respond to various operating points of the engine by composing the purification module in a matrix and controlling the purification speed and purification capacity by controlling each valve.
본 발명의 광화학반응 기반의 스크러버 시스템에 따르면, 가시광선 영역에서도 활성화가 가능한 광촉매를 활용함으로써 배기가스 처리의 효율을 증대시키고 에너지 효율을 상승시키며, 정화장비의 다양한 조합을 통하여 배기가스 처리의 용량을 가변시킴으로써 엔진이 다양한 운전점으로 운용이 가능하도록하고, 다양한 조합으로 설치가 가능하도록 함으로써 선박 내의 공간 활용도를 높이고 선박의 중량을 최대한 저감할 수 있게 된다.According to the photochemical reaction-based scrubber system of the present invention, by utilizing a photocatalyst that can be activated even in the visible light region, the efficiency of exhaust gas treatment is increased and energy efficiency is increased, and the capacity of exhaust gas treatment is increased through various combinations of purification equipment. By varying the engine, it is possible to operate the engine at various operating points, and by enabling installation in various combinations, it is possible to increase the space utilization in the vessel and to reduce the weight of the vessel as much as possible.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although shown and described with respect to specific embodiments of the present invention, it is understood in the art that the present invention can be variously improved and changed without departing from the spirit of the present invention provided by the following claims. It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
100 : 엔진
200 : 필터
300 : 정화모듈
400 : 배기라인100: engine 200: filter
300: purification module 400: exhaust line
Claims (14)
정화모듈의 입구부에 배연가스를 공급하는 공급라인;
정화모듈의 출구부로부터 배연가스를 배출하는 배기라인;
정화모듈의 정화유로에 세정수를 공급하는 세정라인;
정화모듈의 정화유로에서 배출되는 폐수를 정화하는 정수기; 및
정수기의 정화된 물을 세정라인으로 다시 재순환하는 재순환라인;을 포함하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.a purification module comprising a purification flow passage through which the flue gas flows, a catalyst part providing a photooxidation reaction material to the purification flow passage, and an irradiation part irradiating light to the purification flow passage, the purification module having an exhaust gas inlet and an outlet;
a supply line for supplying flue gas to the inlet of the purification module;
an exhaust line for discharging the flue gas from the outlet of the purification module;
a cleaning line for supplying cleaning water to the purification passage of the purification module;
a water purifier for purifying wastewater discharged from the purification passage of the purification module; and
A photochemical reaction-based scrubber system comprising a; a recirculation line recirculating the purified water of the water purifier back to the cleaning line.
정화모듈은 배연가스 입구부가 하부에 마련되고 출구부가 상부에 마련되며, 복수의 정화모듈이 입구부와 출구부가 상호 연결되며 상하방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.The method according to claim 1,
The purification module is a photochemical reaction-based scrubber system, characterized in that the flue gas inlet part is provided at the lower part and the outlet part is provided on the upper part, and a plurality of purification modules are connected to each other with the inlet part and the outlet part and are stacked in the vertical direction.
배기라인은 최상단에 위치된 정화모듈에 연결된 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.3. The method according to claim 2,
The exhaust line is a photochemical reaction-based scrubber system, characterized in that it is connected to the purification module located at the top.
세정라인은 적층된 각각의 정화모듈마다 연결되며, 정수기는 최하단에 위치된 정화모듈에 연결되고, 각각의 정화모듈에 공급된 세정수가 낙하하며 최하단에 위치된 정화모듈을 통해 정수기로 배수되는 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.3. The method according to claim 2,
The cleaning line is connected to each of the stacked purification modules, and the water purifier is connected to the purification module located at the bottom, and the washing water supplied to each purification module falls and is drained to the water purifier through the purification module located at the bottom. Photochemical reaction based scrubber system.
정화모듈은 수동모듈과 능동모듈로 구성되고, 수동모듈의 촉매부는 촉매가 코팅되어 정화유로 내부에 설치되고, 능동모듈의 촉매부는 촉매를 세정수와 혼합하여 정화유로에 공급되도록 하는 공급기구인 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.The method according to claim 1,
The purification module is composed of a passive module and an active module, the catalyst part of the passive module is coated with a catalyst and installed inside the purification flow passage, and the catalyst part of the active module is a supply mechanism that mixes the catalyst with washing water and supplies it to the purification flow passage Photochemical reaction based scrubber system.
능동모듈은 정화유로에 공급되는 세정수의 양을 제어함으로써 정화유로에 공급되는 촉매의 양을 제어하고, 정화유로에 공급되는 촉매의 양을 제어함으로써 능동모듈의 정화용량을 제어하는 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.6. The method of claim 5,
The active module controls the amount of catalyst supplied to the purification passage by controlling the amount of washing water supplied to the purification passage, and controlling the purification capacity of the active module by controlling the amount of catalyst supplied to the purification passage. Photochemical reaction based scrubber system.
정화모듈은 배연가스 입구부가 하부에 마련되고 출구부가 상부에 마련되며, 복수의 정화모듈이 입구부와 출구부가 상호 연결되며 상하방향으로 적층되고, 최상단에 능동모듈이 배치된 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.6. The method of claim 5,
The purification module is a photochemical reaction characterized in that the exhaust gas inlet part is provided at the lower part and the outlet part is provided on the upper part, a plurality of purification modules are stacked vertically with the inlet part and the outlet part connected to each other, and the active module is disposed at the uppermost part. based scrubber system.
촉매부의 광산화반응 재료는 가시광선 영역의 빛에서 활성되어 배연가스의 정화를 수행하고, 조사부는 가시광선 영역의 빛을 정화유로 내부로 조사하는 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.The method according to claim 1,
The photo-oxidation reaction material of the catalyst part is activated in the visible light region to purify the flue gas, and the irradiation unit irradiates the visible light region light into the purification passage. A photochemical reaction-based scrubber system.
광산화반응 재료는 세정수를 통하여 활성종을 생성하고, 활성종은 정화유로에서 배연가스의 황산화물과 질산화물을 분해하며, 분해된 황산화물과 질산화물은 세정수를 통하여 이온화되어 정수기로 배출되는 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.The method according to claim 1,
The photooxidation reaction material generates active species through washing water, the active species decomposes sulfur oxides and nitroxides in the flue gas in the purification flow path, and the decomposed sulfur oxides and nitroxides are ionized through the washing water and discharged to the water purifier. Photochemical reaction based scrubber system.
정화모듈의 입구부에는 필터가 마련되며, 배연가스는 입자상물질이 필터에 의해 정화된 후 정화모듈의 입구부에 공급되는 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.The method according to claim 1,
A filter is provided at the inlet of the purification module, and the flue gas is supplied to the inlet of the purification module after particulate matter is purified by the filter.
정화모듈은 복수개가 상하방향으로 적층되어 모듈타워를 구성하고, 복수의 모듈타워가 측방으로 배치되어 모듈세트를 구성함으로써 매트릭스 형태로 정화모듈이 배치된 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.The method according to claim 1,
A photochemical reaction-based scrubber system, characterized in that a plurality of purification modules are stacked in the vertical direction to constitute a module tower, and a plurality of module towers are arranged laterally to constitute a module set, whereby the purification modules are arranged in a matrix form.
각각의 정화모듈은 상하방향으로 배치된 정화모듈의 출구부와 입구부를 연결하는 상하연결라인 및 측방으로 배치된 정화모듈의 출구부와 입구부를 연결하는 측방연결라인을 통해 서로 연결된 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.12. The method of claim 11,
Each purification module is connected to each other through a vertical connection line connecting the outlet and the inlet of the purification module arranged in the vertical direction and a lateral connection line connecting the outlet and the inlet of the purification module arranged laterally. Reaction-based scrubber system.
상하연결라인과 측방연결라인에는 개폐밸브가 마련되며, 개폐밸브의 제어를 통해 모듈세트의 정화모듈들이 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.13. The method of claim 12,
A photochemical reaction-based scrubber system, characterized in that an on-off valve is provided in the vertical connection line and the side connection line, and the purification modules of the module set are connected in series, parallel, or series-parallel through the control of the on-off valve.
상하연결라인과 측방연결라인에는 개폐밸브가 마련되며, 개폐밸브의 제어를 통해 모듈세트 내에서 배연가스가 흐르는 가스흐름의 개수가 조정되는 것을 특징으로 하는 광화학반응 기반의 스크러버 시스템.13. The method of claim 12,
A photochemical reaction-based scrubber system, characterized in that an on/off valve is provided in the vertical connection line and the side connection line, and the number of gas flows through which the flue gas flows in the module set is adjusted through the control of the on/off valve.
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