KR-102960566-B1 - Urea manufacturing device and thereof method

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 요소수 제조장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 요소수 제조장치는, 내부에 요소수가 생성되는 수용공간이 형성된 챔버와, 챔버를 탄성 지지하는 탄성지지부와, 챔버 내부로 요소를 공급하는 요소공급부와, 챔버 내부로 청수를 공급하는 청수공급부와, 챔버의 움직임 또는 위치를 감지하는 센서부와, 센서부로부터 센싱신호를 전달받아 챔버의 진동수를 산출하여 챔버 내부에 수용된 요소의 질량을 계산하는 연산부, 및 요소공급부와 청수공급부를 제어하여 챔버 내부로 공급되는 요소와 청수의 양을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Inventors

• 박성종
• 박희준
• 손문호
• 정성훈

Assignees

• 삼성중공업 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20210630

Claims (8)

1. 내부에 요소수가 생성되는 수용공간이 형성된 챔버; 상기 챔버를 탄성 지지하는 탄성지지부; 상기 챔버 내부로 요소를 공급하는 요소공급부; 상기 챔버 내부로 청수를 공급하는 청수공급부; 상기 챔버의 움직임 또는 위치를 감지하는 센서부; 상기 센서부로부터 센싱신호를 전달받아 상기 챔버의 진동수를 산출하여 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량을 계산하는 연산부, 및 상기 연산부와 연동되며, 상기 요소공급부와 상기 청수공급부를 제어하여 상기 챔버 내부로 공급되는 상기 요소와 상기 청수의 양을 제어하는 제어부를 포함하는 요소수 제조장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 챔버 내부로 상기 요소를 먼저 공급하고, 상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 질량에 따라 상기 청수의 공급량을 제어하는 요소수 제조장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 양에 비해 상기 청수의 양을 적게 공급하여 기준농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 상기 청수를 추가로 공급하여 상기 요소수의 농도를 상기 기준농도로 맞추는 요소수 제조장치.
4. 제1 항에 있어서, 일단이 상기 챔버에 연결되고 타단이 선박이 연소기관에서 발생된 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기에 연결되어, 상기 요소수를 상기 선택적촉매환원반응기로 공급하는 요소수공급관을 더 포함하는 요소수 제조장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 요소수공급관 상에 설치되며, 상기 챔버 하방에 위치하여 상기 요소수를 저장하는 저장탱크를 더 포함하되, 상기 탄성지지부는 상기 챔버와 상기 저장탱크 사이에 개재되는 요소수 제조장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 챔버와 상기 저장탱크 사이의 상기 요소수공급관은 적어도 일부가 신축 가능하게 형성되는 요소수 제조장치.
7. 챔버 내부로 요소를 공급하는 (A) 단계; 상기 챔버의 움직임 또는 위치를 감지하는 (B) 단계; 상기 챔버의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 상기 챔버의 진동수를 산출하여 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량을 계산하는 (C) 단계, 및 상기 챔버 내부에 수용된 상기 요소의 질량에 맞춰 청수를 공급하여 기준 농도의 요소수를 생성하는 (D) 단계를 포함하는 요소수 제조방법.
8. 제7 항에 있어서, 상기 (D) 단계는, 상기 챔버 내부에 공급된 상기 요소의 양에 비해 상기 청수를 적게 공급하여 기준농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 상기 청수를 추가로 공급하여 상기 요소수의 농도를 상기 기준농도로 맞추는 요소수 제조방법.

Description

요소수 제조장치 및 제조방법{Urea manufacturing device and thereof method} 본 발명은 요소수 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박이 요동하더라도 정량의 요소와 청수를 공급할 수 있어 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있는 요소수 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 화석 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 화석 연료의 연소 과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 이산화탄소 등을 포함하고 있다. 대기오염이 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 이에 따라, 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 선택적촉매환원반응기(SCR; Selective Catalytic Reduction)의 설치가 필수적이다. 선택적촉매환원반응기는 환원제와 섞인 배기가스를 반응기 내부에 설치된 촉매층에 통과시켜 질소산화물을 질소와 물로 환원시키는데, 환원제로써 기상의 암모니아가 사용된다. 기상의 암모니아는 폭발 위험성과 부식성이 높아 저장과 사용이 어려운 문제가 있으며, 이로 인해, 종래에는 암모니아를 생성할 수 있는 요소수를 탱크에 보관하고, 필요 시 선택적촉매환원반응기에서 요소수를 열분해하여 기상의 암모니아로 변환시켜 사용하였다. 그러나, 요소수는 저장 시 0~35℃의 온도 조건을 유지해야 하고, 온도 조건을 유지하더라도 장시간 경과 시 성층화로 인해 균일도가 변하여 성능이 저하되므로, 온도 유지 및 주기적인 벙커링(bunkering)으로 인해 많은 비용이 소요되는 문제가 있다. 따라서, 최근에는 필요 시 요소와 청수를 혼합하여 요소수를 제조하는 시스템이 도입되었으나, 요소와 청수의 질량을 측정하는 로드셀(load cell)이 선박의 요동에 민감하여 정량의 요소와 청수를 공급하는데 어려움이 있었다. 이에, 선박이 요동하더라도 정량의 요소와 청수를 공급할 수 있는 요소수 제조장치가 필요하게 되었다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 요소수 제조장치를 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다. 도 3은 요소수 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 4 내지 도 7은 요소수 제조장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치 및 제조방법에 관하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치는 선택적촉매환원반응기로 공급되어 환원제로 사용될 요소수를 제조하는 장치로, 선박에 설치될 수 있다. 요소수 제조장치는 로드셀을 이용하여 요소의 질량을 측정하는 대신 요소가 공급되는 챔버의 움직임 또는 위치 정보를 바탕으로 챔버의 진동수를 산출하여 요소의 질량을 계산하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 요소를 챔버로 공급할 수 있다. 또한, 로드셀을 이용하여 청수의 질량을 측정하는 대신 청수를 공급하는 청수공급부 상에 유량계를 설치하여 청수의 유량을 측정하므로, 선박이 요동하더라도 정량의 청수를 챔버로 공급할 수 있다. 선박이 요동하는 상황에서도 정량의 요소와 청수가 공급됨에 따라 적정 농도의 요소수를 용이하게 제조할 수 있고, 제조된 요소수가 선택적촉매환원반응기로 공급됨에 따라 배기가스에 포함된 질소산화물도 용이하게 저감시킬 수 있는 특징이 있다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 요소수 제조장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 제조장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 요소수 제조장치를 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다. 본 발명에 따른 요소수 제조장치(1)는 챔버(10)와, 탄성지지부(20)와, 요소공급부(30)와, 청수공급부(40)와, 센서부(50)와, 연산부(60), 및 제어부(70)를 포함한다. 챔버(10)는 내부에 요소수가 생성되는 수용공간(10a)이 형성된 통 형상의 부재로, 후술할 요소공급부(30)와 청수공급부(40)가 각각 연결된다. 요소공급부(30)는 일 측이 요소저장탱크(도시되지 않음)에 연결되어 챔버(10) 내부로 요소를 공급하며, 요소저장탱크에는 화학식이 CH4N2O이고 무색무취의 결정성 물질인 분말 또는 알갱이 또는 펠렛(pellet) 형태의 고체요소가 저장될 수 있다. 예를 들어, 고체요소는 일정한 크기의 분말 또는 알갱이 또는 펠렛 형태일 수도 있고, 서로 다른 크기의 분말 또는 알갱이 또는 펠렛 형태일 수도 있으며, 서로 다른 크기의 분말, 알갱이, 펠렛이 혼합된 형태일 수도 있다. 청수공급부(40)는 일 측이 조수기(도시되지 않음) 또는 청수저장탱크(도시되지 않음)에 연결되어 챔버(10) 내부로 청수를 공급한다. 청수공급부(40) 상에는 유량계(41)가 설치되므로, 선박이 요동하더라도 정량의 청수가 챔버(10)로 공급될 수 있다. 챔버(10)는 요소공급부(30)로부터 공급받은 요소에, 청수공급부(40)로부터 공급받은 청수를 혼합하여 요소수를 생성하며, 요소와 청수의 원활한 혼합을 위해 내부에 교반장치(도시되지 않음)가 설치될 수 있다. 챔버(10)는 요소가 용해되어 생성된 요소수의 열이 외부로 방출되어 어는점 이하의 저온에서 요소수가 동결되는 것을 방지하기 위해 열전도율이 낮은 합성수지 등으로 제작될 수 있으며, 필요에 따라 내측 또는 외측에 단열 효과를 증대시키는 단열재가 추가로 설치될 수 있다. 이러한 챔버(10)는 탄성지지부(20)에 의해 지지된다. 탄성지지부(20)는 챔버(10)를 탄성 지지하는 것으로, 적절한 강성을 갖는 탄성 부재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄성지지부(20)는 압축 코일 스프링으로 형성될 수 있다. 도면 상에는 4개의 탄성지지부(20)가 챔버(10)의 하부에 배치되어 챔버(10)를 탄성 지지하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 탄성지지부(20)의 형상, 개수, 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 탄성지지부(20)가 챔버(10)를 탄성 지지함에 따라, 챔버(10) 내부에 요소 또는 청수가 공급될 때 챔버(10)가 상하 방향으로 움직이거나 위치가 가변될 수 있다. 센서부(50)는 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지하는 것으로, 예를 들어, 챔버(10)를 향해 레이저를 조사하는 레이저 센서일 수 있다. 센서부(50)는 챔버(10)의 외측에 고정된 타겟(11)을 향하여 레이저를 조사하며, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기 또는 위치를 바탕으로 챔버(10)의 움직임 또는 위치를 감지할 수 있다. 이하, 센서부(50)가 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 바탕으로 챔버(10)의 움직임을 감지하는 구조를 보다 중점적으로 설명한다. 센서부(50)는 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 바탕으로 챔버(10)의 움직임을 감지할 수 있다. 예를 들어, 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양이 적을 경우, 챔버(10)가 작은 진폭으로 빠르게 움직이므로, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 짧을 수 있다. 다시 말해, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 설정된 주기보다 짧으면, 요소가 정량보다 적게 공급되었음을 알 수 있다. 반대로, 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양이 많을 경우, 챔버(10)가 큰 진폭으로 느리게 움직이므로, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 길 수 있다. 다시 말해, 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기가 설정된 주기보다 길면, 요소가 정량보다 많이 공급되었음을 알 수 있다. 센서부(50)는 연산부(60)와 전기적으로 연결되며, 연산부(60)는 센서부(50)로부터 센싱신호를 전달받아 챔버(10)의 진동수를 산출하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산할 수 있다. 이하, 연산부(60)가 챔버(10)의 진동수를 산출하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산하는 구조를 보다 중점적으로 설명한다. 연산부(60)는 센서부(50)로부터 전달된 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 하기의 <식1>에 적용하여 챔버(10)의 진동수를 산출하고, 산출된 챔버(10)의 진동수를 하기의 <식2>에 적용하여 챔버(10) 내부에 수용된 요소의 질량을 계산할 수 있다. <식1> (f=챔버의 진동수, t=타겟에 도달하는 레이저의 주기) <식2> (f=챔버의 진동수, k= 탄성지지부의 강성, m=챔버와 요소의 질량 합) 즉, 챔버(10) 내부로 공급되어야 하는 요소의 양에 대응하여 챔버(10)의 진동수를 산출해놓고, 산출된 챔버(10)의 진동수에 대응하여 타겟(11)에 도달하는 레이저의 주기를 미리 센서부(50)에서 설정해놓으면, 센서부(50)에서 감지되는 챔버(10)의 움직임을 통해 챔버(10)에 정량의 요소가 공급되었음을 알 수 있는 것이다. 종래와 같이 로드셀을 이용하여 요소의 질량을 측정하지 않고, 챔버(10)의 움직임을 바탕으로 챔버(10)의 진동수를 계산하여 요소의 질량을 측정함으로써, 선박이 요동하더라도 챔버(10)에 항상 정량의 요소를 공급할 수 있다. 이처럼 챔버(10)에 정량의 요소와 청수가 공급됨으로써, 챔버(10) 내부에서 적정 농도의 요소수가 제조될 수 있다. 한편, 요소공급부(30)와 청수공급부(40)는 제어부(70)에 의해 제어될 수 있다. 제어부(70)는 챔버(10) 내부로 공급되는 요소와 청수의 양을 제어하는 것으로, 챔버(10) 내부로 요소를 먼저 공급하고 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 질량에 따라 청수의 공급량을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(70)는 챔버(10) 내부에 공급된 요소의 양에 비해 청수의 양을 적게 공급하여 기준 농도보다 높은 요소수를 먼저 제조하고, 청수를 추가로 공급하여 요소수의