현대머티리얼


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자체 촉매기술로 컴펙트한 SCR 시스템 통합 솔루션 제공

현대자동차그룹의 일원으로서 현대머티리얼은 사업분야를 친환경 기술 분야로 확장해왔습니다.

선박 및 발전소에서 배출되는 가스의 오염물질에 대해 현대머티리얼은 토탈 환경 솔루션을 제공합니다.
성공적인 필드 테스트를 바탕으로 당사는 배출가스에 대한 기술 노하우를 축적해 왔으며, 2014년부터 엔진제조사, 조선소 및 육상 플랜트에 친환경 설비를 공급 하고 있습니다.

TECHNOLOGY OVERVIEW

Applications 최근 환경 규제는 육상에서 뿐만 아니라 해양에 서도 강화되고 있는 추세이며, NOX와 SOX 뿐만 아니라, 입자상 물질(먼지)와 탄화수소, 일산화탄소 까지도 강화되고 있습니다. 선박 엔진 또는 육상 발전 엔진에서 배출되는 오염물질 대상으로 현대머티리얼은 최적의 시스템 또는 완벽한 솔루션을 제공합니다. 각 기술들은 독립적으로 공급될 수도 있고 조합된 하나의 형태로도 설계및 제작이 가능 합니다.

MARINE ENGINES
MARINE ENGINES

Coal Fired Boiler SCR Catalyst

Steel Works Incinerator

Cinerator De-NOx System

High Dust & Low Dust Applications

COAL FIRED POWER PLANTS
COAL FIRED POWER PLANTS

Marine SCR Systems

EGCS(Exhaust Gas Cleaning)

High Speed Engine Solutions

PM & NOx Removal Systems

ENGINE POWER PLANTS
ENGINE POWER PLANTS

Diesel Stationary Plants

Natural Gas Engines(LNG)

PM & NOx Removal

CO / THC / VOCs Removal

Marine EGCS

Exhaust Gas Cleaning System

EGCS (SCRUBBER)

국제해사기구 (IMO)는 MARPOL 73/78 ‘선박에 의한 해양오염 방지를 위한 국제조약’에 의거 SECA (Sulfur Emission Control Area) 지역 내 운항되는 모든 선박은 사용하는 선박 연료유의 황 함유량을 2015년 부터 0.1 % 이하 기준을 충족하여야 되며, 2020년부터 전 해역에서 0.5 % 이하인 연료를 사용 해야 합니다. 선박 연료에서 허용되는 황 함유량에 대한 요구 사항을 충족시키기 위해서는 황 함유량이 낮은 연료를 사용하거나 규제를 만족할 수 있는 탈황 시스템을 갖추어야 합니다.저 유황 연료는 장기적으로 운용 비용 면에서 부담이 크기 때문에, 고유황 연료를 사용하면서도 규제를 만족할 수 있는 스크러버 시스템이 필요합니다.

Sulphur in Fuell
세계지도
Hyundai Materials EGCS

현대머티리얼 스크러버는 사이즈가 작아 설치 공간 제약을 최소화할 수 있고, 충진재(Packing Materials)가 없어 배압이 적게 걸리는 장점이 있습니다. 육상 Pilot Test 설비에서 검증된 기술을 바탕으로 최적의 탈황 효율을 확보하였고, 선박에서 발생 가능한 문제점들에 대해 검증하여 최적의 솔루션을 제공하고 있습니다.

Flexible Design for Any Installation

Specification Hyundai Materials EGCS
EGCS Operation Mode Open / Closed / Hybrid
Scrubber Type U-Type / I-Type(In-Line)
Engine Rated Power Up to 40MW
SOx Removal Efficiency 99% (IMO requirements satisfied)
Pressure Drop of Scrubber Meets Engine Requirement
Applications New Building / Retrofit

Benefits of Hyundai Materials EGCS

Compact

IMO 규제를 만족하는 탈황효율을 보유하면서도 타사 대비 흡수탑의 단면 및 높이가 작아 설치에 매우 유리합니다. (Scrubber Body의 Volume을 비교 시 약 60% 수준_30MW engine)

Compact
Non Packing Type

일반적인 탈황장치에서 주로 적용되는 벤추리(venture)와 충진재(Packing Bed) 제외를 통해 배압 감소 및 비용 절감, 유지보수 용이성을 확보하였습니다.

Non Packing Type
Proven Technology

육상 Pilot Test 설비에서 스크러버를 설치하여 탈황효율을 검증하여 최적화를 진행하였고, 실제 선박 엔진(7MW)에 장착하여 실증을 통한 신뢰성을 확보하였습니다.

  • SOx Pilot test bed

    SOx Pilot test bed

  • Engine Demonstration

    Engine Demonstration

System Diagram

황산화물을 제거하는 Exhaust Gas Cleaning System은 세정수로 Sea water를 이용하는 Open Mode와 청수에 알카리를 첨가하여 Wash water로 이용하는 Close Mode, 그리고 Open Mode와 Close Mode가 전환되어 사용 가능한 Hybrid Mode로 구분됩니다. 현대머티리얼의 EGCS는 3가지 타입 모두 설계 및 공급이 가능합니다.

Non Packing Type
  • Open Loop EGCS

    Open mode System은 Sea water를 Wash water로 이용합니다. 이는 Sea water의 자연적인 SOx 제거능력을 이용한 탈황 모드로서 일반적인 운항 시에 사용 됩니다.

    Operation for sea going(normal operation)
  • Closed Loop EGCS

    Close mode System은 Wash water Tank내의 Wash water를 순환하여 사용합니다. Wash water는 Cooler를 통해 Wash water Pump에 의해 Scrubber로 공급되며, Water Treatment System을 이용하여 Wash water를 정화합니다.

    Operation low alkali zones & zero discharge zones

Scrubber Type

Scrubber(흡수탑)는 크게 I–Type(In-line Type), U–Type 두 가지로 나뉘어지며, 메인엔진, 보조엔진, 보일러 등의 구성에 따라 I–Type은 Single Stream System과 Combined Stream System, U–Type은 Single Inlet System과 Multi Inlet System로 각각 구성됩니다.

  • U Type Scrubber

    U Type Scrubber

    Suitable for multi inlet (integrated) scrubber
    Bypass duct required
    Favorable for building new vessels

    Engine Power A B
    MW Mm mm
    6 2,100 6,600
    12 2,900 7,100
    22 3,800 8,050
    30 4,900 8,850
    40 6,000 9,250
  • In Line Scrubber

    In Line Scrubber

    Suitable for single inlet without bypass
    Dry operation is possible
    Favorable for retrofit due to small footprint

    Engine Power A B
    MW Mm mm
    6 1,900 7,169
    12 2,700 8,487
    22 3,600 9,983
    30 4,600 11,706
    40 5,600 12,830

SCR System Overview

SCR System Overview
SCR은 배출가스의 유해물 중에서 선택적으로 질소산화물(NOx)을 저감시키는 장치입니다.
SCR (Selective Catalytic Reduction) 연료 중 발생하는 질소산화물(NOx)을 절감하기 위한 시스템입니다. 환원제 및 촉매에 의해 질소산화물(NOx)을 인체에 무해한 질소(N2)와 수증기(H2O)로 환원하는 방법이며 환원제로는 주로 암모니아수 또는 요소수(Urea)를 사용합니다. 국제해사기구(IMO)는 2016 년 1 월 1 일부터 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물을 80% 이상 저감시키는 협정 'TierⅢ'를 발효하였고 선박용 엔진에 SCR 을 장착하여 TIERⅢ 규제 기준 조건에 부합해야 합니다. 현대머티리얼은 소형 엔진에서 대형 엔진에 이르까지 SCR 전 제품을 생산 공급이 가능하며, 고객의 요구 및 환경규제에 적합한 Solution을 제공하고 있습니다.

HM SCR System Features

  • Hybrid design (bypass combined)
  • Optimized control logic (PLC)
  • Convenient installation
  • Easy maintenance & exchange
  • Compact volume (catalyst tech.)
  • Reduced volume and weight

SCR System Key Technologies

  • HM SCR System Features
  • Dosing
    System
    • Cost-cutting precise urea injection
    • Stability through optimized programed logic
    • Compatible with various types of engines
    Chamber
    • Convenient assembly and exchange of catalyst
    • Bypass line combined design
    • Volume and weight reduction
    Mixing
    • Improvement of urea decomposition capability
    • Compact system by static mixer design

SCR System Components

SCR Chamber
SCR Chamber
De-NOx 촉매가 안정적으로 Mounting되기 위한 구조물로써, 배기가스 온도와 차압 측정용 Thermocouple과 차압센서가 포함 된 챔버로 구성됩니다.
USU (Urea Supply Unit)
USU (Urea Supply Unit)
Urea Supply Unit은 환원제를 공급하여 주는 장치로써, 예비 펌프를 포함하여 2 개의 펌프가 있습니다. 우레아 탱크에서 UDU에 요소 40 % 용액을 공급하며, 비상 시 또는 유지 보수를 위해 현장에서 on/off를 제어할 수 있는 Local Panel이 있습니다.
UDU (Urea Dosing Unit)
UDU (Urea Dosing Unit)
Urea Dosing Unit은 환원제를 필요한 양만큼 분사하여 주는 장치로써, 제어 밸브와 유량계, 일부 계측기 / 밸브로 구성되며 PID 제어 유형이며 제어 패널과 통신합니다. 엔진 부하 변동에 대해 고정밀 / 동적 응답을 제공합니다.
Control Panel
Control Panel
Control Panel은 엔진 메인 제어실의 입력 신호를 기반으로 작동하며 신호는 다른 Unit들과(SCR 챔버, UDU, USU)와 통신합니다. 컨트롤 패널은 NOx 저감율에 대한 정확한 반응을 보증합니다.

Compact SCRfor High Speed Marine Engines

SCR 은 통상적으로 부피가 크고 공간을 많이 차지하게 되어 설치에 대한 제약이 따릅니다. 현대머티리얼은 이러한 문제들을 해결할 엔진 일체형 SCR 시스템을 제공하고 있으며, 소형 고속엔진들에 최적화 되어 있습니다. 기존의 허니컴 촉매 대신 Single Piece 타입 금속촉매를 적용하기 때문에 사이즈가 컴팩트 하며 시스템이 간소화되었습니다. 또한, 고속엔진들은 대부분 가스온도가 높기 때문에 고온에서 촉매 성능이 요구되는데 현대머티리얼은 고온전용 촉매를 개발 및 적용하여 90% 이상의 저감효율을 확보하였습니다.
Compact SCR
Application
600kw 소형 고속엔진(소형선박, 항구 비상발전, 철도차량 등)
Benefits

금속촉매 적용으로 엔진 일체형 설계 가능

고온 전용 촉매 적용으로 고속엔진에 최적화된 성능

정량펌프 타입 도징 시스템으로 간소화된 시스템

1piece 촉매 타입으로 유지보수 용이

The commercial decision

The commercial decision
Engine Power Standards
160 ~ 200kw HMCS-A
200 ~ 410kw HMCS-B
410 ~ 500kw HMCS-C
500 ~ 600kw HMCS-D

Metal Substrate Catalyst 현대머티리얼은 종래의 세라믹 압출재가 가진 단점을 극복한 새로운 타입의 금속촉매를 자체 개발하여 공급하고 있습니다 스테인리스 스틸 구조물에 촉매 물질을 코팅한 타입의 촉매로 단위 셀이 가지는 벽 두께가 얇아서 기공율이 높고 세라믹 촉매와 같은 체적을 갖는 경우에도 표면 적이 높아서 컴펙트한 설계가 가능합니다. 또한, 금속이 구조물로 이루어져 있어 내구강도가 매우 우수하여 기존의 세라믹 촉매와 같이 파손되는 일이 없고, 기공율이 높아 배압(Back Pressure)에서도 매우 유리합니다.

Non Packing Type
Comparison with Honeycomb(conventional type)
Conventional Honeycomb Calayst Metal Structure Calayst Variable Shapes
Non Packing Type
  • General Surface Area
  • Easily Domaged
  • Lower Thermal Conductivity
  • General Life time
  • No Recycling
Non Packing Type
  • Increased Surface Area
  • Higher Strength
  • Higher Conducrivity
  • Longer Life time
  • Catalyst Recycling
Non Packing Type

* 환경 및 고객 요구사항에 따라 세라믹 촉매 또한 공급이 가능합니다.

Metal Substrate Catalyst

현대머티리얼의 금속 촉매는 세라믹 대비 비표면적 및 기공율 증가, 강도, 열안정성 측면에서 세라믹 촉매 대비 우수하며, 고객이 요구하는 다양한 형상 및 셀 밀도별로 생산이 가능합니다.

Specification Honeycomb Catalyst HM Metal Catalyst Metal Catalyst Benefits
Wall Thickness  0.3 ~ 1.45mm  0.03 ~ 0.1mm  Dust에 의한 촉매 막힘 감소
(동일 셀 밀도 기준)
Density  Cell/in2  5 ~100  13 ~100 
Cell/150x150  13 ~ 60  21 ~ 60 
Strength  5~20kgf/cm2 80 ~ 130kgf/cm2 우수한 강도로 파손방지
Porosity  73 ~77%  76 ~91%  기공율 증가로 배압감소
Surface Area  300 ~ 1,400m2/m3  630 ~ 1,520m2/m3  비표면적 증가로성능 향상 
Thermal Conductivity  1.0w/mㆍk  23.3w/mㆍk  열전도율 우수로 빠른 안정성
(ColdStart 안정화)
Space Velocity  7,000 ~
12,000h-1 
16,000 ~
20,000h-1 
체적감소와 중량감소 
Element Structure  Full body extrusion

Full body extrusion

Full body extrusion

Metallic structure

재 제조가능  
Specification HMC - 13 HMC - 20 HMC - 30 HMC - 40 HMC - 50 HMC - 70 HMC - 100
Cell Density[cpsi]1) 13 20 30 40 50 70 100
Number of Cell 20 26 32 37 42 49 59
Wall Thickness[mm] 0.1 ~ 0.03
Surface Area[m2/m3] 583 714 862 986 1,095 1,284 1,520
Void Fraction[%] 80.2 79.7 79.1 78.6 78.1 77.3 76.2
Application COAL OIL GAS

S-DPF (SCR on DPF)for both NOx & PM

배출가스 중에서 입자상 물질과 질소산화물을 동시에 저감해야 될 경우에는 PM을 저감시키는 DPF와 질소산화물(NOx)를 저감시키는 SCR 촉매가 별도로 장착되는 것이 일반적이며,

이 경우 많은 설치 공간이 필요합니다. 현대머티리얼은 이를 해결하고자 DPF 필터에 SCR 촉매를 코팅한 하이브리드 방식의 일체형 필터형 촉매인 sDPF(SCR on DPF)를 개발하여 제공하고 있습니다. 부피가 35% 이상 줄어들고 SCR 반응을 위한 환원제 분사장치가 하나의 Chamber 내부에 적용되어 간소화된 시스템 구성이 가능합니다.

S-DPF (SCR on DPF)
  • Active Regeneration

    Suitable for All types of Fuels(incl. HFO)

    Active Regeneration
  • Passive Regeneration

    Suitable for Low Sulfur Fuels

    Passive Regeneration
Oxidation System

탄화 수소(Total Hydro Carbon)와 일산화탄소(Carbon Monoxide), 메탄(Methane) 등은 귀금속이 포함된 산화 촉매(DOC)를 통해 저감할 수 있습니다. 이외에도 Soot 저감을 위해 배기가스 중의 NO를 NO2로 산화시켜 필터에 포집된 탄소를 제거하는 역할도 수행합니다. 이외에도 NO2 함량을 높일 경우 SCR 반응속도를 상승시켜(Fast Reaction) 질소산화물 저감 효율을 향상시키는 효과가 있습니다.
천연가스를 연료로 쓰는 엔진의 경우에 온실가스인 메탄(CH4)이 발생하는데 이 경우에도 산화촉매를 통해 저감이 가능합니다.

Carbon Oxidation(CO) THC(Total Hydro Carbon) Methane(CH4)
일산화탄소는 탄소와 산소가 불안정한 상태로 결합되어 있는 분자로 혈액중에 산소를 운반하는 헤모글로빈과 반응하여 인체에 중독 증상을 일으키기 때문에 매우 유해합니다. 디젤보다는 가솔린에서 주로 배출이 되며, 산화촉매를 통해 산소와 반응을 하게 되면 무해하고 안정한 이산화탄소로 변하게 됩니다. 탄화수소는 연료로서의 탄화수소가 연소하지 않은 상태로 배출되거나, 화학반응 도중에 발생한 중간물질이 그대로 배출 된 것으로, 산소 및 질소화합물과 반응하면 알데히드라는 자국이 강한 유해물질로 변하며, 광화학 스모그의 원인이 됩니다. 메탄은 잔존시간이 길고 적외선을 흡수하기 때문에 온실가스로 분류되고 이산화탄소보다 배출되는 양은 매우 적지만 메탄의 지구온난화지수(Global Warming Potential)는 단위체적당 이산화탄소의 21배로 매우 큽니다.
메탄은 연료조성ㅂ와 밀접한 관계가 있으며, 불완전연소에 의해 엔진에서 생성되며 특히 LNG 가스에서 많은 양이 Slip이 되어 방출됩니다.

Platinum Group Metal (Pt, Pd)

Platinum Group Metal (Pt, Pd)
Other Functions
  • 암모니아(NH3) 슬립 저감
  • 가스엔진 메탄 슬립 저감
  • 환원제 가수 분해 촉매

REFERENCES

Application Items Ship yard / Site
Marine
Application 
• Plant Supply Vessel(SCR System, 8unit/2 vessel)  Cheongdo ship yard, China 
• Crude Oil Tanker(SCR System, 6unit/2 vessel)  Hyundai Samho 
• Commercial Vessel(SCR System, 8unit/2 vessel)  Hanjin Heavy Industry 
• Crude Oil Tanker(SCR System, 6unit/2 vessel)  DSME 
• Crude Oil Tanker (SCR System, 6unit/2 vessel)  Hyundai Samho 
• Crude Oil Tanker(SCR System, 3unit/1 vessel) Hyundai Samho 
• Container Ship(SCR System,12unit/4 vessel) Hyundai Heavy Industries 
• Crude Oil Tanker (SCR System, 12unit/4 vessel) Hyundai Samho 
• Container Ship(SCR System, 6unit/2 vessel) Hyundai Heavy Industries 
• Crude Oil Tanker (SCR System, 9 unit/3vessel)  DSME 
• DW, SH, S Project order intake (51EA)  HHI, DSME, Samhom etc. 
Stationary
Application
• Coal fired Power Plant De-NOx Catalyst(100m3)  Daegu Dyeing Power Plant 
• Engine Power Plant DOC / DPF / SCR System  Korea Wido Island 
• Regenerated Fuel Engine Power Plant(DOC/DPF)  Korea Yunchun Power Plant 
• Natural Gas Power Plant(Oxidation System) Indonesia 70MW GPP 

Marine SCR Retrofit

SCR 제품을 목포해양대 실습선에 2014년 하반기 공급 및 설치하여 현재까지 안정적으로 운항 중입니다. Retrofit 특성 상 공간 제약 회피를 위한 Compact 설계를 통해서 엔진 룸 내 제품을 설치하여 최적화하였습니다.

Marine SCR Retrofit

Engine Power Plant All-in-One System

한국전력에서 운영하는 도서 발전 엔진 대상으로 PM 및 NOx를 동시에 저감할 수 있는 SCR + DPF 시스템 Package를 공급하여 NOx / PM 저감 성능 만족하고 있으며, 한국전력에서 운영하는 도서발전 엔진 대상으로 제품 확대 적용 중입니다.

Engine Power Plant All-in-One System

Power Plant SCR Catalyst (Metal Substrate Catalyst)

대구염색단지 산업관리공단의 열병합 발전소에 High Dust 조건에 적합한 탈질 금속촉매를 공급하여 2016년부터 운전하고 있으며, 석탄화력 발전 외에도 제철소 소결설비 등 다양한 환경에 금속촉매를 적용하고 있습니다.

Power Plant SCR Catalyst  (Metal Substrate Catalyst)

Engine Power Plant

국내외 재생 연료(유화유)를 연료로 사용하는 엔진 발전소에 PM(Particulate Matters) 및 Gas 저감 시스템을 공급하여 대기환경규제를 만족하고 있습니다.(연천유화발전소, 대우발전 등)
인도네시아의 Dual Fuel Engine용 CO 저감 설비 또한 2018년에 설치하여 해외 발전소에도 당사 제품을 적용하고 있습니다.

Engine Power Plant
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