KR101424577B1

KR101424577B1 - 분리형 반응기 및 그 조립방법

Info

Publication number: KR101424577B1
Application number: KR1020120135219A
Authority: KR
Inventors: 이수태; 최원석; 허재우
Original assignee: 주식회사 파나시아
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-08-01
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: KR20140067670A; WO2014084535A1

Abstract

본 발명은 배기가스의 탈질을 위한 SCR 탈질시스템에 사용되는 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 SCR 탈질시스템의 반응기 구조를 반응기의 각 구성별로 분리 및 결합할 수 있는 분리형 구조로 적용하여 특히, 선박과 같은 협소한 내부 공간을 갖는 장소에 설치함에 있어 반응기 각 구성별 분리 운반 및 현장 조립을 통해 설치장소의 공간적 제약을 극복할 수 있도록 하며, 반응기 구조를 각 구성별 분리,결합할 수 있는 분리형 구조를 채택함에 있어 각 구성별 연결부위에 밀폐를 위한 실링재를 추가로 포함하여 반응기를 지나는 배기가스의 누출을 방지할 수 있도록 하고, 분리형 반응기의 구성들 중 유입부와 유출부에 비해 상대적으로 확경된 크기를 갖는 SCR촉매실장부와 간격재의 측면에 별도의 보강부재를 일정 간격으로 형성하여 운반이나 설치, 해체 과정에서의 파손이나 변형을 방지할 수 있도록 하는 분리형 반응기 및 그 조립방법에 관한 것이다.

Description

분리형 반응기 및 그 조립방법{A Seperated Type Reactor and Assembly Method thereof}

화석연료를 엔진에서 연소하여 열원 및 동력을 얻는 과정을 통해 배출되는 배기가스 내에는 불가피하게 광스모그, 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 밝혀진 질소산화물(NOx) 성분이 포함되어 있어 이로 인한 환경문제가 심각하게 지적되고 있다. 따라서, 최근 이러한 질소산화물(NOx) 성분 배출규제가 강화되고 있으며, 이에 대응하여 여러 가지 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거 기술이 활용되고 있는데, 그 중 특히 암모니아를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법)기술이 다양하게 적용되고 있다.

이러한 SCR 탈질시스템은 도 1을 참조하면, 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 사용되는 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 혼합챔버(93) 내에 분사시켜 배기가스와 환원제를 혼합시킨 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다.

그러나, 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에 사용되고 있는 반응기(94) 즉, SCR촉매(944)를 내부에 포함하고 있는 반응기(94)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(94) 전체 즉, 환원제와 혼합된 배기가스가 유입되는 유입부(941), 내부에 설치되는 SCR촉매(944)를 실장하기 위한 구조 및 유출부(942) 등의 구성들을 포함하는 반응기(94) 전체가 일체형 구조를 취하고 있기 때문에, 특히 선박에 설치되는 SCR 탈질시스템과 같이 협소한 장소에 설치되어야 하는 경우에 있어서, 종래와 같이 일체형 구조를 갖고 있는 반응기(94)는 그 설치 및 해체를 위해서는 반응기(94)의 운반이나 설치/해체 작업이 가능하도록 반드시 상부에 충분한 공간을 확보하여야 하기 때문에, 선박과 같이 내부 공간이 제한된 장소에서의 설치 및 해체 작업이 원활하게 이루어질 수 없고 또한, 반드시 일정 공간을 확보하는 장소 이외에는 설치가 제한됨으로 인해 제품의 경제성이나 상업성이 저하되는 문제를 야기하게 된다. 또한, 위와 같은 일체형 구조의 반응기(94)는 또한 반응기(94) 내에 SCR촉매(944)를 장착하기 위한 별도의 공간을 필요로 함에 따른 반응기(94) 자체의 길이가 길어지는 문제 또한 내포하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 배기가스의 탈질을 위해 설치되는 SCR 탈질시스템의 반응기 구조를 반응기의 각 구성별로 분리 및 결합할 수 있는 분리형 구조로 적용하여 특히, 선박과 같은 협소한 내부 공간을 갖는 장소에 설치함에 있어 반응기 각 구성별 분리 운반 및 현장 조립을 통해 설치장소의 공간적 제약을 극복할 수 있도록 하는 분리형 반응기 및 그 조립방법를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반응기 구조를 각 구성별 분리,결합할 수 있는 분리형 구조를 채택함에 있어 각 구성별 연결부위에 밀폐를 위한 실링재를 추가로 포함하여 반응기를 지나는 배기가스의 누출을 방지할 수 있도록 하는 분리형 반응기 및 그 조립방법를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 분리형 반응기의 구성들 중 유입부와 유출부에 비해 상대적으로 확경된 크기를 갖는 SCR촉매실장부와 간격재의 측면에 별도의 보강부재를 일정 간격으로 형성하여 운반이나 설치, 해체 과정에서의 파손이나 변형을 방지할 수 있도록 하는 분리형 반응기 및 그 조립방법를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 반응기에서 SCR촉매가 설치되는 SCR촉매실장부가 분리결합되는 구조를 통해 반응기 내 SCR촉매의 설치를 위한 공간을 줄여 전체 반응기의 길이를 줄일 수 있는 분리형 반응기 및 그 조립방법를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 SCR 탈질시스템의 작동의 온/오프를 간헐적으로 반복하는 시스템에 사용되는 반응기를 SCR촉매를 포함하는 반응기본체와 상기 반응기본체를 일정 공간을 두고 둘러싸는 반응기외부케이싱의 이중 구조로 형성하여, SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서도 바이패스관을 통해 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체 내 SCR촉매를 항상 일정 온도 이상으로 예열시키도록 함으로써, 재작동시 고온의 배기가스가 유입되더라도 일정 온도 이상으로 예열된 SCR촉매가 열충격을 받지 않도록 하여 SCR촉매의 반응률과 교체수명을 연장시킬 수 있는 바이패스와 예열 기능을 갖는 이중 케이싱 구조의 반응기를 포함하는 탈질시스템을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 분리형 반응기 및 그 조립방법는 다음과 같은 구성을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 반응기는 유입부와 유출부를 통해 배기가스가 지나면서 접촉하여 탈질반응이 일어나는 SCR촉매를 포함하는 반응기의 유입부, 유출부, SCR촉매실장부가 각 파트별로 분리,결합되는 분리결합구조로 형성되어, 협소한 장소에서도 설치 및 해체가 용이하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분리형 반응기에 있어서 상기 유입부와 SCR촉매실장부 사이, 상기 유출부와 SCR촉매실장부 사이, 상기 SCR촉매실장부와 SCR촉매실장부 사이에는 각각 간격재가 추가로 분리결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분리형 반응기에 있어서 상기 유입부와 간격재 사이와 상기 간격재와 SCR촉매실장부 사이의 연결부위에는 배기가스의 누출을 방지하는 실링재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분리형 반응기에 있어서 상기 유입부와 유출부에 비해 확경된 크기를 갖는 상기 SCR촉매실장부와 간격재의 측면에는 운반이나 설치, 해체 과정에서의 파손이나 변형을 방지하는 보강부재가 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 반응기의 조립방법은 반응기의 유입부, 유출부, SCR촉매실장부를 각각 파트별로 분리하여 설치장소로 운반하는 개별운반단계와,

반응기의 유입부, 유출부, SCR촉매실장부를 각 파트별로 순서에 맞게 조립결합하는 조립설치단계를 포함하여, 협소한 장소에서도 설치 및 해체가 용이하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 조립방법에 있어서 상기 조립설치단계는 유입부와 간격재 사이, 간격재와 SCR촉매실장부 사이, 유출부와 간격재 사이의 연결부위마다 배기가스의 누출을 방지하는 실링재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 배기가스의 탈질을 위해 설치되는 SCR 탈질시스템의 반응기 구조를 반응기의 각 구성별로 분리 및 결합할 수 있는 분리형 구조로 적용하여 특히, 선박과 같은 협소한 내부 공간을 갖는 장소에 설치함에 있어 반응기 각 구성별 분리 운반 및 현장 조립을 통해 설치장소의 공간적 제약을 극복할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

본 발명은 반응기 구조를 각 구성별 분리,결합할 수 있는 분리형 구조를 채택함에 있어 각 구성별 연결부위에 밀폐를 위한 실링재를 추가로 포함하여 반응기를 지나는 배기가스의 누출을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

본 발명은 분리형 반응기의 구성들 중 유입부와 유출부에 비해 상대적으로 확경된 크기를 갖는 SCR촉매실장부와 간격재의 측면에 별도의 보강부재를 일정 간격으로 형성하여 운반이나 설치, 해체 과정에서의 파손이나 변형을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

본 발명은 반응기에서 SCR촉매가 설치되는 SCR촉매실장부가 분리결합되는 구조를 통해 반응기 내 SCR촉매의 설치를 위한 공간을 줄여 전체 반응기의 길이를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명은 SCR 탈질시스템의 작동의 온/오프를 간헐적으로 반복하는 시스템에 사용되는 반응기를 SCR촉매를 포함하는 반응기본체와 상기 반응기본체를 일정 공간을 두고 둘러싸는 반응기외부케이싱의 이중 구조로 형성하여, SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서도 바이패스관을 통해 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체 내 SCR촉매를 항상 일정 온도 이상으로 예열시키도록 함으로써, 재작동시 고온의 배기가스가 유입되더라도 일정 온도 이상으로 예열된 SCR촉매가 열충격을 받지 않도록 하여 SCR촉매의 반응률과 교체수명을 연장시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 SCR 탈질시스템의 구조를 도시한 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 반응기의 결합단면도
도 3은 도 2의 분리형 반응기의 분해단면도
도 4는 간격재의 사시도
도 5는 SCR촉매실장부의 사시도
도 6은 종래 반응기와 본 발명의 분리형 반응기의 전체 길이를 대비한 단면도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 반응기의 조립방법 블럭도
도 8은 종래 SCR 탈질시스템의 구조를 도시한 개략도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 케이싱 구조의 반응기의 사시도
도 10은 도 9의 이중 케이싱 구조의 반응기의 단면도
도 11은 바이패스관을 통해 배기가스가 바이패스되는 과정을 도시한 참고도
도 12는 반응기를 통해 배기가스가 처리되는 과정을 도시한 참고도

이하에서는 본 발명에 따른 분리형 반응기 및 그 조립방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.

도 2 내지 6을 참조하면, (선박용)엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위한 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템에 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 반응기(85)는 유입부(851)와 유출부(852)를 통해 배기가스가 지나면서 접촉하여 탈질반응이 일어나는 SCR촉매(857)를 포함하는 반응기(85)의 유입부(851), 유출부(852), SCR촉매실장부(854)와 간격재(853)가 각 파트별로 분리,결합되는 분리결합구조로 형성되어, 협소한 장소에서도 설치 및 해체가 용이하도록 하는 것을 특징으로 한다.

앞서 종래기술에서 설명한 바와 같이, 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거를 위해 특히 요소(암모니아)를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 엔진(91)에서 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 배기가스가 흐르는 혼합챔버(93) 내로 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 분사시켜 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스를 생성한 후, 해당 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다. 그러나, 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에 사용되고 있는 반응기(94) 즉, SCR촉매(944)를 내부에 포함하고 있는 반응기(94)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(94) 전체 즉, 환원제와 혼합된 배기가스가 유입되는 유입부(941), 내부에 설치되는 SCR촉매(944)를 실장하기 위한 구조 및 유출부(942) 등의 구성들을 포함하는 반응기(94) 전체가 일체형 구조를 취하고 있기 때문에, 특히 선박에 설치되는 SCR 탈질시스템과 같이 협소한 장소에 설치되어야 하는 경우에 있어서, 종래와 같이 일체형 구조를 갖고 있는 반응기(94)는 그 설치 및 해체를 위해서는 반응기(94)의 운반이나 설치/해체 작업이 가능하도록 반드시 상부에 충분한 공간을 확보하여야 하기 때문에, 선박과 같이 내부 공간이 제한된 장소에서의 설치 및 해체 작업이 원활하게 이루어질 수 없고 또한, 반드시 일정 공간을 확보하는 장소 이외에는 설치가 제한됨으로 인해 제품의 경제성이나 상업성이 저하되는 문제를 야기하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 분리형 반응기(85)는 위와 같은 종래의 반응기로 인한 설치공간에 제약이 따르는 문제를 해결하고 협소한 장소에서도 설치 및 해체가 용이하도록 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 반응기(85)의 유입부(851), 유출부(852), SCR촉매실장부(854)와 간격재(853)가 각 파트별로 분리,결합되는 분리결합구조로 형성하게 된다.

즉, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 분리형 반응기(85)는 반응기(85) 전단에서 반응기(85) 내로 배기가스(보다 구체적으로는, 혼합챔버 내에서 분사된 환원제와 배기가스가 혼합된 혼합가스)가 유입되는 부분인 유입부(851)와, 반응기(85) 후단에서 반응기(85)를 거친 배기가스가 유출되는 부분인 유출부(852)와, 반응기(85) 내로 유입되어 흐르는 배기가스와 접촉하여 탈질반응을 통해 질소산화물(NOx)을 제거하는 SCR촉매(857)를 반응기(85) 내에 위치(장입)시키는 부위인 SCR촉매실장부(854)와, 반응기(85) 내 다수의 SCR촉매실장부(854) 사이의 간격 또는 상기 유입부(851)와 SCR촉매실장부(854) 사이의 간격 또는 상기 유출부(852)와 SCR촉매실장부(854) 사이의 간격 등을 유지시키기 위한 간격재(853) 등의 구성들이 모두 독자적인 유닛 형태로 형성되게 되므로, 각 유닛 형태의 위 구성들을 결합시키면 반응기(85)를 설치할 수 있고, 또한 설치된 반응기(85) 역시 각 유닛 형태의 위 구성들 간의 결합을 해체시키면 반응기(85)를 분해할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 분리형 반응기는 종래와 같이 일체형 구조의 반응기 완제품을 설치하기 위해 반응기를 설치장소까지 운반하기 위한 이동로 상에서도 일정한 공간(반응기 완제품의 길이보다 높은 높이의 층고를 확보한 공간)을 확보하여야 함은 물론, 실제 반응기가 설치되는 장소에 있어서도 역시 반응기 설치를 위해 반응기를 들었다 내렸다 하는 작업을 수행할 수 있는 정도의 층고를 확보한 공간이 있어야 하는 장소적 제약(특히, 선박에 설치되는 SCR탈질시스템의 경우 내부 공간 확보가 용이하지 않은 선박이라는 특수한 상황을 고려하면 이러한 장소적 제약은 반응기의 설치 및 해체에 많은 문제를 야기하게 됨)에서 벗어날 수 있게 되며, 또한 독자적인 유닛 형태의 각 구성들 각각의 부피는 반응기(85) 전체의 부피에 비해 훨씬 작기 때문에 제작 및 운반이 용이할 뿐만 아니라 현장에서 반응기(85)를 설치하는 작업 역시 무거운 반응기(85) 전체를 한꺼번에 설치하는 것이 아닌 각 유닛 형태의 구성들을 순차적으로 조립하는 과정을 통해 용이한 설치 및 해체가 가능한 특징을 갖게 된다.

또한, 본 발명에 따른 분리형 반응기(85)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유입부(851)와 간격재(853) 사이, 상기 간격재(853)와 SCR촉매실장부(854) 사이, 상기 간격재(853)와 유출부(852) 사이의 연결부위마다 배기가스의 누출을 방지하는 실링재(855)를 포함하여 반응기(85)를 지나는 배기가스의 누출을 방지할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에 따른 분리형 반응기(85)는 앞서 설명한 바와 같이 일정 높이 이상의 공간을 확보하여야 하는 설치장소의 장소적 제약 극복이나 설치 및 해체 작업의 용이성을 위해 반응기(85)의 각 구성들을 유닛 형태로 제작 운반하여 현장에서 조립설치할 수 있도록 하기 때문에, 조립설치된 각 구성들간의 연결부위를 통해 반응기(85) 내를 흐르는 배기가스 일부가 누출될 수 있는 가능성이 있을 수 있어 이와 같은 예상되는 문제를 예방할 수 있도록 앞서 설명한 바와 같이 각 구성들간의 연결부위 즉, 상기 유입부(851)와 간격재(853) 사이, 상기 간격재(853)와 SCR촉매실장부(854) 사이, 상기 간격재(853)와 유출부(852) 사이의 연결부위마다 배기가스의 누출을 방지하는 실링재(855)를 포함하도록 한다. 상기 실링재(855)는 각 구성들간의 연결부위에서의 가스 누출을 방지할 수 있도록 연결되는 각 구성들에 의해 압착되어 연결부위를 밀폐시키는 합성고무 또는 합성수지 재질의 밀폐용 부재이다.

또한, 본 발명에 따른 분리형 반응기(85)에서 특히, 간격재(853)와 SCR촉매실장부(854)는 다른 유입부(851)나 유출부(852)에 비해 확경된 크기 즉, 가로 세로의 길이가 상대적으로 큰 크기로 형성되는데, 하나의 유닛 형태로 형성되는 상기 간격재(853)와 SCR촉매실장부(854)에서 상대적으로 길이가 길게 형성되는 가로 세로 방향의 측면은 내구성이 상대적으로 취약하게 될 수 있어 운반이나 작업과정에서 간격재(853)나 SCR촉매실장부(854)의 측면이 구부러지거나 파손될 수 있는 우려가 있다. 따라서, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 상기 유입부(851)나 유출부(852)에 비해 확경된 크기를 갖는 상기 SCR촉매실장부(854)나 간격재(853)의 측면에는 운반이나 설치, 해체 작업 과정에서의 파손이나 변형을 방지하는 별도의 보강부재(856)가 일정 간격으로 형성될 수 있다. 상기 보강부재(856)는 일정 정도 이상의 강성을 갖는 금속 또는 상기 SCR촉매실장부(854)나 간격재(853)와 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 상기 SCR촉매실장부(854)나 간격재(853)의 가로와 세로 방향의 측면에 일정 간격으로 덧붙여져 상대적으로 길게 형성되는 SCR촉매실장부(854)나 간격재(853)의 측면이 중간중간에 덧붙여진 상기 보강부재(856)에 의해 보강되어 통상적인 운반이나 설치, 해체 작업 과정에서 쉽게 파손이나 변형되지 않게 된다.

한편, 앞서 종래기술의 문제점으로 언급한 바와 같이, 종래와 같은 일체형 구조의 반응기(94)는 반응기(94) 내에 SCR촉매(944)를 장착하기 위한 별도의 공간 즉, 반응기(94) 내에 SCR촉매(944)를 장착하기 위해 장입구(943)를 통해 작업자의 상반신 정도가 들어갈 수 있는 공간(도 6의 (a)에서 'A'참조)을 필요로 함에 따라 도 6의 (1)에 도시된 바와 같이 반응기(94) 자체의 길이(L1)가 길어지는 문제 또한 내포하였던바, 본 발명의 분리형 반응기(85)와 같이 반응기(85)를 구성하는 각 구성들 각각의 유닛 형태로 분리 형성하면서 특히, SCR촉매(857)를 장착하게 되는 SCR촉매실장부(854) 역시 독립적인 유닛 형태로 형성함으로써, 상기 SCR촉매실장부(854) 내의 SCR촉매(857)의 장착은 반응기(85)를 조립하기 전 SCR촉매실장부(854)의 개방된 상부 또는 하부를 통해 SCR촉매실장부(854) 내에 미리 SCR촉매(857)를 끼워넣어 장착하면 되기 때문에, SCR촉매실장부(854)의 상하 또는 SCR촉매실장부(854)와 SCR촉매실장부(854) 사이에는 종래와 같이 별도로 SCR촉매(857)의 장착을 위한 작업 공간을 확보하지 않아도 되므로 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 반응기(85) 자체의 길이(L2)가 종래의 일체형 구조의 반응기(94)의 길이(L1)에 비해 상대적으로 짧아지게 되고, 이는 종국적으로 반응기(85)를 설치하여야 하는 설치장소의 공간이 상대적으로 작은 곳에서도 반응기(85)를 설치할 수 있게 되는 장점을 갖게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 분리형 반응기(85)는 배기가스의 탈질을 위해 설치되는 SCR탈질시스템의 반응기(85) 구조를 반응기(85)의 각 구성별로 분리 및 결합할 수 있는 분리형 구조로 적용하여 특히, 선박과 같은 협소한 내부 공간을 갖는 장소에 설치함에 있어 반응기(85) 각 구성별 분리 운반 및 현장 조립을 통해 설치장소의 공간적 제약을 극복할 수 있도록 함은 물론, SCR촉매(857)가 설치되는 SCR촉매실장부(854)가 분리결합되는 구조를 통해 반응기(85) 내 SCR촉매(857)의 설치를 위한 공간을 줄여 전체 반응기(85)의 길이도 줄일 수 있는 특징을 갖게 된다.

이하에서는, 도 7을 참조하여 본 발명의 분리형 반응기를 조립하는 조립방법에 대해 설명하도록 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 반응기의 조립방법은 반응기(85)의 유입부(851), 유출부(852), SCR촉매실장부(854)를 각각 파트별로 분리하여 설치장소로 운반하는 개별운반단계(S1)와, 반응기(85)의 유입부(851), 유출부(852), SCR촉매실장부(854)를 각 파트별로 순서에 맞게 조립결합하는 조립설치단계(S2)를 포함하여, 협소한 장소에서도 설치 및 해체가 용이하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 개별운반단계(S1)는 반응기(85)의 유입부(851), 유출부(852), SCR촉매실장부(854)를 각각 파트별로 분리하여 설치장소로 운반하는 과정이다. 본 발명의 분리형 반응기는 종래와 같이 일체형 구조의 반응기 완제품을 설치하기 위해서는 반응기를 설치장소까지 운반하기 위한 이동로 상에서도 일정한 공간(반응기 완제품의 길이보다 높은 높이의 층고를 확보한 공간)을 확보하여야 하는 문제점을 해결할 수 있도록 반응기(85)를 구성하는 유입부(851), 유출부(852), 간격재(853), SCR촉매실장부(854)를 각각 파트별로 분리형성하고 있기 때문에 운반과정에 있어서도 운반이 편리하고 이동로에 반드시 큰 공간을 확보하지 않아도 되는 이점을 갖데 된다.

상기 조립설치단계(S2)는 상기 개별운반단계(S1)를 통해 설치현장으로 운반된 반응기(85)의 유입부(851), 유출부(852), SCR촉매실장부(854)를 각 파트별로 순서에 맞게 조립결합하는 과정이다. 종래에는 실제 반응기가 설치되는 장소에 있어서도 역시 반응기 설치를 위해 반응기를 들었다 내렸다 하는 작업을 수행할 수 있는 정도의 층고를 확보한 공간이 있어야 하는 장소적 제약(특히, 선박에 설치되는 SCR탈질시스템의 경우 내부 공간 확보가 용이하지 않은 선박이라는 특수한 상황을 고려하면 이러한 장소적 제약은 반응기의 설치 및 해체에 많은 문제를 야기하게 됨)이 있었으나, 본 발명에서는 이를 근본적으로 해결할 수 있게 되며, 또한 독자적인 유닛 형태의 각 구성들 각각의 부피는 반응기(85) 전체의 부피에 비해 훨씬 작기 때문에 현장에서 반응기(85)를 설치하는 작업 역시 무거운 반응기(85) 전체를 한꺼번에 설치하는 것이 아닌 각 유닛 형태의 구성들을 순차적으로 조립하는 과정을 통해 용이한 설치 및 해체가 가능한 특징을 갖게 된다.

또한, 상기 조립설치단계(S2)에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유입부(851)와 간격재(853) 사이, 상기 간격재(853)와 SCR촉매실장부(854) 사이, 상기 간격재(853)와 유출부(852) 사이의 연결부위마다 배기가스의 누출을 방지하는 실링재(855)를 포함하여 반응기(85)를 지나는 배기가스의 누출을 방지할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에 따른 분리형 반응기(85)는 앞서 설명한 바와 같이 일정 높이 이상의 공간을 확보하여야 하는 설치장소의 장소적 제약 극복이나 설치 및 해체 작업의 용이성을 위해 반응기(85)의 각 구성들을 유닛 형태로 제작 운반하여 현장에서 조립설치할 수 있도록 하기 때문에, 조립설치된 각 구성들간의 연결부위를 통해 반응기(85) 내를 흐르는 배기가스 일부가 누출될 수 있는 가능성이 있을 수 있어 이와 같은 예상되는 문제를 예방할 수 있도록 앞서 설명한 바와 같이 각 구성들간의 연결부위 즉, 상기 유입부(851)와 간격재(853) 사이, 상기 간격재(853)와 SCR촉매실장부(854) 사이, 상기 간격재(853)와 유출부(852) 사이의 연결부위마다 배기가스의 누출을 방지하는 실링재(855)를 포함하도록 한다. 상기 실링재(855)는 각 구성들간의 연결부위에서의 가스 누출을 방지할 수 있도록 연결되는 각 구성들에 의해 압착되어 연결부위를 밀폐시키는 합성고무 또는 합성수지 재질의 밀폐용 부재이다.

한편, 도 9 내지 12를 참조하면, (선박용)엔진으로부터 배출되는 배기가스를 처리하기 위해 사용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템에 사용되는 반응기는 유입부(7511)와 유출부(7512)를 통해 배기가스가 지나면서 접촉하여 탈질반응이 일어나는 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기본체(751)와; 상기 반응기본체(751)를 둘러싸며 내부에 일정 공간을 형성하고, 상기 유입부(7511) 앞에서 배기가스를 우회시켜 상기 유출부(7512) 뒤에 연결시키는 바이패스관(77)과 연결되는 바이패스유입부(7521)와 바이패스유출부(7522)를 포함하는 반응기외부케이싱(752);을 포함하여, SCR탈질시스템이 작동하지 않는 경우에도 상기 바이패스관(77)을 통해 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱(752) 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체(751) 내 SCR촉매(7513)를 항상 일정 온도 이상으로 예열시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 8을 참조하면, 종래에 배기가스에서의 질소산화물(NOx) 제거를 위해 특히 요소(암모니아)를 환원제로 하는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원촉매법) 탈질시스템은 엔진(91)에서 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 탈질시키기 위해 배기가스가 흐르는 혼합챔버(93) 내로 환원제 즉, 요소수(요소수가 기화되면 암모니아가 됨)를 분사노즐(951)을 통해 분사시켜 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스를 생성한 후, 해당 혼합가스를 SCR촉매(944)를 포함하고 있는 반응기(94)에 유입시켜 상기 반응기(94) 내에서 배기가스와 환원제가 혼합된 혼합가스가 SCR촉매(944)를 통과하면서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx) 성분을 탈질(탈질반응)시켜 최적의 탈질효율을 얻고 질소산화물(NOx) 성분이나 암모니아로 인한 환경오염을 효율적으로 방지하는 구조를 채택하고 있다. 그러나, 이러한 종래의 SCR 탈질시스템에서도 간헐적으로 SCR 탈질시스템을 사용하는 시스템 특히, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템의 경우, SCR 탈질시스템을 사용하지(작동하지) 않는 경우에는 도 8에 도시하고 있는 바와 같이 엔진(91)으로부터 나오는 배기가스를 바이패스라인(96)을 통해 SCR 탈질시스템을 거치지 않도록 우회시켜 배출시키는 구조를 취하고 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에서 SCR 탈질시스템(특히, SCR촉매(944)를 포함하는 반응기(94))을 작동시키지 않고 바이패스라인(96)을 통해 배기가스를 우회시키는 경우에는, 상기 반응기(94) 내에 포함된 SCR촉매(944)가 상온의 낮은 온도로 떨어진 상태로 유지되게 되는데 이때, 다시 SCR 탈질시스템을 사용(작동)하게 되는 경우에는, 상온의 낮은 온도로 떨어진 상태로 유지되던 SCR촉매(944)에 갑자기 고온(통상 400℃ 정도)의 배기가스가 전달됨으로 인한 열충격을 SCR촉매(944)가 받게 되고 이러한 반복적인 동작의 온/오프가 계속됨으로 인한 SCR촉매(944)의 반응률 저감 및 SCR촉매(944)의 교체 수명을 단축시키는 문제를 발생시키게 된다.

따라서, 본 발명에서의 이중 케이싱 구조의 반응기는 위와 같은 종래의 SCR 탈질시스템에서 반복적으로 SCR 탈질시스템의 작동의 온/오프가 반복되는 경우에 있어서의 저온 상태로 온도가 떨어지는 SCR촉매가 갑작스럽게 받는 열충격으로 인한 문제들을 근본적으로 방지할 수 있도록, 도 9 및 10에 도시된 바와 같이 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기 자체를 반응기본체(751)와 반응기외부케이싱(752)을 포함하는 이중 케이싱 구조로 형성함과 아울러 SCR탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 상기 바이패스관(77)을 통해 우회하는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱(752) 내부의 일정 공간을 지나면서 상기 반응기본체(751) 내 SCR촉매(7513)를 항상 일정 온도 이상으로 예열시킬 수 있도록 하는 구조로 형성하게 된다.

즉, 도 9 및 10을 참조하면, 본 발명의 탈질시스템에 포함되는 반응기는 SCR 탈질시스템이 작동하는 경우에 유입부(7511)와 유출부(7512)를 통해 배기가스가 지나면서 접촉하여 탈질반응이 일어나는 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기본체(751)와; 상기 반응기본체(751)를 둘러싸며 내부에 일정 공간을 형성하고, SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 상기 유입부(7511) 앞에서 배기가스를 우회시켜 상기 유출부(7512) 뒤에 연결시키는 바이패스관(77)과 연결되는 바이패스유입부(7521)와 바이패스유출부(7522)를 포함하는 반응기외부케이싱(752);을 포함하는 이중 케이싱 구조를 형성하게 된다.

따라서, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템에 있어서 항구에 접안하거나 정박하여 화물을 싣고 내리는 과정에서와 같이 SCR 탈질시스템이 작동하는 경우에는 상기 반응기본체(751)의 유입부(7511)를 통해 유입되는 배기가스가 상기 반응기본체(751) 내에 실장된(장착된) SCR촉매(7513)를 거쳐 지나면서 SCR 촉매()와 접촉하여 탈질반응을 통해 배기가스 내에 포함된 질소산화물(NOx) 성분이 제거된 후 반응기본체(751)의 유출부(7512)를 통해 최종 배출되게 되는데, 이때에 상기 반응기본체(751) 내에 실장된 SCR촉매(7513)는 고온의 배기가스와 직접 접촉하면서 고온의 온도상태를 유지하게 된다.

한편, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템에 있어서 선박이 환경규제를 받지 않는 공해상을 운항하는 경우 등과 같은 경우에 있어서 SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서는 엔진에서 배출되는 배기가스가 상기 바이패스관(77)을 따라 우회하면서 SCR 탈질시스템, 보다 구체적으로는 SCR촉매(7513)를 포함하는 반응기 내를 거치지 않고 바로 배출되게 되는데, 이때 본 발명에 따른 이중 케이싱 구조를 갖는 반응기에서는 상기 바이패스관(77)의 관로를 상기 반응기외부케이싱(752)과 연결시켜 상기 바이패스관(77)을 흐르는 배기가스가 상기 반응기외부케이싱(752) 내로 유입될 수 있도록 하는 바이패스유입부(7521)와 상기 반응기외부케이싱(752) 내 일정 공간을 따라 흐른 배기가스가 다시 상기 바이패스관(77)으로 배출될 수 있도록 하는 바이패스유출부(7522)를 포함함으로써, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 바이패스관(77)을 따라 우회하던 고온(통상 400℃ 내외)의 배기가스는 상기 바이패스유입부(7521)를 통해 상기 반응기외부케이싱(752) 내부 공간으로 유입되어 반응기외부케이싱(752)의 내부 공간을 따라 흐르면서 반응기외부케이싱(752) 내에 포함된 상기 반응기본체(751) 및 그 내부에 포함된 SCR촉매(7513)를 가열시키게 된다. 따라서, SCR 탈질시스템이 작동하지 않아(즉, 고온의 배기가스가 직접 반응기본체(751) 내로 유입되지 않아) 직접적으로 고온의 배기가스와 접촉하지 않게 되는 SCR촉매(7513)라 하더라도 위와 같이 상기 반응기본체(751) 외부를 가열시키는 고온의 배기가스로 인해 SCR촉매(7513)의 온도가 상온의 낮은 온도의 상태로 떨어지지 않게 되고 항상 일정한 온도 이상의 고온 상태를 유지할 수 있게 된다. 상기 반응기외부케이싱(752)의 내부 공간을 따라 흐르던 배기가스는 상기 바이패스유출부(7522)를 통해 다시 상기 바이패스관(77)으로 흘러 최종 배출되게 된다.

이와 같이, 선박에 설치된 SCR 탈질시스템에 있어서 SCR 탈질시스템이 작동하지 않는 경우에 있어서도 위와 같이 상기 바이패스관(77) 및 상기 반응기외부케이싱(752) 내부 공간을 따라 우회하는 고온의 배기가스에 의해 항상 일정한 온도 이상의 고온 상태로 예열되는 상기 SCR촉매(7513)는, 다시 SCR 탈질시스템이 작동하는 경우에 있어서 도 12에 도시된 바와 같이 고온의 배기가스가 다시 직접 상기 반응기본체(751) 내로 유입되어 상기 SCR촉매(7513)를 직접적으로 거치게 되더라도 (종래와 같이 저온상태였던 SCR촉매가 갑자기 고온의 배기가스와 접촉하면서 열충격을 받는 것이 아니라)일정 온도 이상으로 예열되어 있던 상기 SCR촉매(7513)는 급작스런 열충격을 받지 않게 되므로, 종래와 같이 반복되는 열충격으로 인한 SCR촉매의 반응률 저감 및 교체수명 단축의 문제는 근본적으로 방지되게 된다.

또한, 도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 상기 반응기에서 상기 바이패스유입부(7521)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 하단에 연결되고, 상기 바이패스유출부(7522)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 상단에 연결되어, 상기 바이패스관(77)을 통해 반응기외부케이싱(752) 내부의 일정 공간으로 유입된 고온의 배기가스가 반응기외부케이싱(752) 내부에 포함된 상기 반응기본체(751)를 전체적으로 둘러싸고 지나면서 반응기본체(751) 내 SCR촉매(7513)를 예열시킬 수 있도록 한다. 즉, 상기 반응기외부케이싱(752) 내부로 배기가스가 유입된다 하더라도 반응기외부케이싱(752) 내부 공간 중 일정 부분만을 거쳐 바로 배출되게 되면 상기 반응기외부케이싱(752) 내부에 포함된 반응기본체(751) 및 SCR촉매(7513)의 예열 기능이 저감될 수 있는바, 위와 같이 상기 바이패스유입부(7521)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 하단에 연결시키고 상기 바이패스유출부(7522)는 상기 반응기외부케이싱(752)의 상단에 연결시킴으로써, 상기 바이패스유입부(7521)를 통해 반응기외부케이싱(752)의 하단에서 내부로 유입되는 고온의 배기가스는 상기 반응기외부케이싱(752)의 가장 아래 부분에서부터 상기 바이패스유출부(7522)가 연결되어 있는 반응기외부케이싱(752)의 가장 윗 부분까지 전체적으로 반응기외부케이싱(752) 내부 공간을 지나게 되므로, 그에 따라 상기 반응기외부케이싱(752) 내부에 포함된 상기 반응기본체(751) 및 그 내부의 SCR촉매(7513)를 전체적으로 둘러싸고 지나면서 상기 SCR촉매(7513)를 보다 효과적으로 고온 상태로 예열(가열)시킬 수 있게 된다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

85: 분리형 반응기 851: 유입부
852: 유출부 853: 간격재
854: SCR촉매실장부 855: 실링재
856: 보강부재 857: SCR촉매
751: 반응기본체 7511: 유입부
7512: 유출부 7513: SCR촉매
752: 반응기외부케이싱
7521: 바이패스유입부 7522: 바이패스유출부
77: 바이패스관
*종래 기술에 관련된 부호
93: 혼합챔버 951: 분사노즐
94: 반응기 941: 유입부
942: 유출부 943: 장입구
944: SCR촉매 91: 엔진
96: 바이패스라인

Claims

유입부와 유출부를 통해 배기가스가 지나면서 접촉하여 탈질반응이 일어나는 SCR촉매를 포함하는 반응기에 있어서,
상기 반응기는 유입부, 유출부, SCR촉매실장부가 각 파트별로 분리, 결합되는 분리결합구조로 형성되어, 협소한 장소에서도 설치 및 해체가 용이하며,
상기 유입부와 SCR촉매실장부 사이, 상기 유출부와 SCR촉매실장부 사이, 상기 SCR촉매실장부와 SCR촉매실장부 사이에는 각각 간격재가 추가로 분리결합되고,
상기 간격재는 상하가 개방되며 일정 길이의 측면을 가지는 통의 형상을 가지며,
상기 유입부와 간격재 사이와, 상기 유출부와 간격재 사이와, 상기 간격재와 SCR촉매실장부 사이의 모든 연결부위에는 배기가스의 누출을 방지하는 실링재를 포함하고,
상기 유입부와 유출부에 비해 확경된 일정 직경을 갖는 상기 SCR촉매실장부와 간격재의 측면에만 운반이나 설치, 해체 과정에서의 파손이나 변형을 방지하는 보강부재가 일정 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 분리형 반응기.
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