KR101249299B1

KR101249299B1 - 축열식 선택적촉매환원법을 통한 배기가스로부터 물질의제거시스템과 방법

Info

Publication number: KR101249299B1
Application number: KR1020050090323A
Authority: KR
Inventors: 리차드 에프 아브람스
Original assignee: 밥콕 파워 인바이런멘틀 인코포레이티드
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2013-04-01
Also published as: NO20054491D0; JP2006105586A; US20060067865A1; CA2521335A1; CN1788829A; BRPI0504146A; US7494625B2; KR20060051724A; CN100441275C; US20080063581A1; NO20054491L; EP1642635A1; TWI278344B; TW200626218A; US7294321B2; CA2521335C; JP5046504B2

Abstract

본 발명은 축열식 선택적촉매환원(RSCR)시스템과 방법을 제공한다. 본 발명에 의하여 가스를 반응물에 혼합하고 가스를 처리를 위한 RSCR 장치에 도입함으로서 가스내의 NO_x 레벨을 낮출 수 있다. 처리를 위한 RSCR 장치는 가스를 가열하여 하나 이상의 촉매반응이 이루어질 수 있도록 하고 가스를 열전달영역으로 향하도록 하며 RSCR 공정의 연속사이클에 관련하여 가스에 열을 공급할 수 있게 되어 있다.

축열식 선택적촉매환원법, 질소산화물, 암모니아, 열전달영역, 촉매영역.

Description

축열식 선택적촉매환원법을 통한 배기가스로부터 물질의 제거시스템과 방법 {SYSTEM AND METHODS FOR REMOVING MATERIALS FROM FLUE GAS VIA REGENERATIVE SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION}

도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 RSCR 공정의 제1 사이클중에 있는 축열식 선택적촉매환원(RSCR)장치의 개략구성도.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 RSCR 공정의 제2 사이클중에 있는 도 1의 RSCR 장치의 개략구성도.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 RSCR 공정의 제3 사이클중에 있는 도 1 및 도 2의 RSCR 장치의 개략구성도.

도면의 주요부분에 대한 부호설명

10... RSCR 장치 20... 챔버

30... 열전달영역 40... 촉매영역

50... 헤드스페이스영역 60... 버너

70... 도관 80... 댐퍼/밸브

90... 가스운동영향장치

본 발명은 배기가스로부터 물질을 제거하기 위한 시스템과 장치에 관한 것으로, 특히 축열식 선택적촉매환원법(RSCR)을 이용한 배기가스탈질(즉, 배기가스로부터 질소산화물을 제거하는 것) 시스템과 방법에 관한 것이다.

고온연소공정 및 기타 이와 유사한 기술은 산업분야에서 중요한 역할을 하고 있으나, 이러한 공정에서 유해한 부산물이 발생되고 배출되는 배기가스내의 오염물이 대기중에 방출된다. 이들 오염물중에서 가장 유해한 것으로 알려진 것은 EPA에 의하여 오염물질로 분류된 질소산화물(이후 "NO_x" 라 함)이며, 이는 스모그와 소위 산성비의 발생에 관련이 있다. 따라서, 이들 산업분야에서는 배출되는 배기가스내에서 NO_x 과 같은 오염물의 양을 허용가능한 레벨로 낮추는 것을 공통의 목적으로 하고 있다.

근래에 NO_x 방출을 줄이기 위하여 일반적으로 이용되는 기술은 예를 들어 배기가스 재순환을 통하여 자체 연소공정을 수정하는 것이었다. 그러나, 이러한 기술이 일반적으로 만족스럽지 않은 것으로 판명된 결과에 비추어(즉, NO_x의 제거율은 50% 이하이다), 최근에는 여러 배기가스탈질방법(배기가스가 대기중으로 방출되기 전에 배기가스로부터 질소를 제거하기 위한 방법)에 초점을 맞추고 있다.

배기가스탈질방법은 흡착기술을 이용하는 소위 "습식" 방법과 흡착기술에 의존하는 대신에 촉매복분해 또는 촉매환원을 이용하는 "건식" 방법으로 분류된다. 현재 널리 실행되고 있는 탈질방법은 선택적촉매환원법(SCR)으로서, 이 방법은 "건 식" 탈질방법이며 반응물(예를 들어 NH₃)을 도입함으로서 NO_x의 환원이 이루어져 예를 들어 질소와 물과 같은 무해한 반응생성물로 변환되게 한다. SCR 공정에서 환원공정은 다음의 화학반응식으로 나타낸다.

4NO + 4NH₃ + O₂ ------> 4N₂ + 6H₂O

2NO + 4NH₃ + O₂ ------> 3N₂ + 6H₂O

SCR 공정에 관련된 기술에 의하여, 이러한 SCR 공정을 수행하기 위한 장비의 물리적인 배치를 결정하는 것에 다소의 융통성이 있다. 환원컨데, SCR 공정의 화학반응은 전체 연소시스템내의 특별한 단계 또는 위치에서 이루어져야 할 필요는 없다. 가장 일반적인 두 배치장소는 전체 시스템의 중앙(즉, 고온측) 또는 전체 시스템의 소위 "말단부"(즉, 저온측)내에 놓인다.

그러나, 고온측 및 저온측 모두의 SCR 설비에 대한 산업적인 배치에는 상당한 문제점이 대두된다. 예를 들어, 고온측 SCR 공정은 화목용 버너에 관련한 용도로서는 적합치 않다. 그 이유는 화목의 연소후에 남는 재에 알카리가 함유되어 있어 이것이 SCR 공정중 단일방향의 가스흐름에 의하여 촉매에 좋지 않은 영향을 줄 수 있게 때문이다. 저온측 SCR 공정은 이러한 결점을 피할 수는 있으나, 간접열교환에 의존하므로 비효율적인 열효율에 의하여 좋지 않은 영향을 받을 수 있다.

따라서, 기존의 산업분야에 용이하게 적용할 수 있고 배기가스로부터 효과적으로 NO_x를 제거할 수 있도록 하는 한편 열효율이 높고 설비 또는 운전에 관련된 비용을 최소화할 수 있는 선택적촉매환원법이 필요하다.

본 발명은 축열식 선택적촉매환원법(RSCR)을 통한 배기가스로부터 물질의 제거시스템과 방법을 제공함으로서 이러한 필요성 또는 그 이외의 필요성에 부합토록 한다. 이러한 시스템과 방법은 제거효율이 높은 반면에 이를 실현하기 위하여 비용이 많이 드는 설계의 변경이 필요치 않고 이들 시스템과 방법의 수행시에 허용할 수 없는 비효율적인 열효율이 나타나지 않도록 한다.

본 발명의 RSCR 공정은 NO_x와 같은 오염물질을 발생하는 대규모 설비의 "고온측" 또는 "저온측"(즉, 말단부)에 배치될 수 있는 RSCR 장치에 맞추어져 있다. RSCR 장치는 다수의 챔버를 포함하고 이들 각각은 일반적으로 하나 이상의 열전달영역과 하나 이상의 촉매영역을 포함한다. 또한 RSCR 장치는 가스가 열전달영역과 촉매영역에 대하여 그리고 이들 영역으로부터 유동하는 빈 공간의 영역(예를 들어 헤드스페이스영역)을 포함한다.

각 열전달영역의 목적은 유입되는 가스에 열을 전달하고 유출되는 가스로부터 열을 추출하는데 있다. 촉매영역의 목적은 촉매반응이 시작되어 NO_x-함유가스내의 NO_x가 무해성분으로 전환될 수 있도록 하는데 있다.

RSCR 공정은 다수 또는 복수의 처리사이클을 수반하며 이들 각 사이클중에 NO_x-함유가스가 장치에 도입되고 NO_x를 제거하도록 처리되며 대기중으로 방출된다. 처리장치내에 도입되기 전에 처리될 가스는 이러한 가스내에 이미 존재하지 않는 적어도 하나의 반응물(예를 들어 암모니아)과 혼합된다.

각 사이클은 RSCR 장치에 오염된 가스를 도입함으로서 시작된다. 가스의 온도가 촉매반응이 일어날 수 있도록 충분히 높도록 하기 위하여 열전달영역에서 가스에 열이 전달된다. 본 발명의 각 사이클에 따라서, 열전달영역은 예열되거나 잔열을 갖게 될 것이며 가스에 이러한 열의 적어도 일부가 전달될 것이다.

가열된 가스는 열전달영역과 동일한 챔버내의 촉매영역으로 보내어져 촉매반응이 일어난다. 그리고 이 가스는 이러한 챔버를 떠나 다른 챔버로 도입되며 여기에서 가스의 유동방향이 전환된다. 가스는 이러한 다른 챔버에 이르기 전에 하나 이상의 열발생장치(예를 들어 하나 이상의 버너)에 의하여 가열되는 것이 좋다. 여기에서, 가스는 추가로 촉매반응이 일어나고 다른 열전달영역이 이르러 열이 전달됨으로서 가스는 열전달영역 보다 높은 온도를 갖게 된다. 그리고 이러한 열전달영역의 잔열은 본 발명의 RSCR 공정의 제2사이클에 따른 처리를 위한 장치로 도입되는 부가적인 NO_x-함유가스에 열을 공급할 수 있다.

이와 같이, RSCR 공정의 각 사이클은 NO_x의 가스를 제거하고 또한 이러한 공정의 다음 사이클을 용이하게 수행하기 위하여 열을 공급한다. 이는 RSCR 공정이 연속진행될 수 있도록 한다.

본 발명의 RSCR 공정은 통상적인 선택적촉매환원법(SCR)에 비하여 여러 중요한 잇점을 갖는다. 예를 들어, 공정의 각 사이클에서 촉매를 통한 가스유동이 여러 방향에서 이루어진다. 아울러, 본 발명은 적당한 레벨의 열전달이 이루어지도록 간접가열장비에 의존하여야만 하는 통상적인 "저온측" SCR 공정에서는 얻을 수 없는 레벨의 열전달 및 열회수가 이루어질 수 있도록 한다. 더욱이, 암모니아 슬립의 레벨은 처리되는 가스가 다중의 촉매영역을 통하여 여러 방향으로 이동한다는 사실에도 불구하고 본 발명의 RSCR 공정에 따라 지나치게 높지 않다. 이는 크게 예상되지 않았다. 이론에 의하여 확인되는 것을 원하지 않고, 본 발명의 발명자들은 과잉의 암모니아 슬립이 없다는 이유의 적어도 일부가 촉매에 흡수된 암모니아가 예상 보다 적게 제거되기 때문이라는 것을 믿는다.

본 발명의 여러 다른 관점과 실시형태가 설명될 것이다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면에서는 동일한 부분에 대하여 동일한 부호로 표시하였다.

도 1-도 3은 축열식 선택적촉매환원(RSCR) 장치(10)를 보인 것이다. RSCR 장치(10)는 대기중에 공기운반물질(예를 들어 배기가스)를 방출하는 산업설비내에 배치된다. 이러한 산업설비의 예로서는 고온연소설비와 발전설비를 포함하나 이로써 제한되는 것은 아니다. 이러한 산업설비내에 배치되는 장치(10)의 특정위치는 다양하지만, 본 발명에 따라서, RSCR 장치는 산업설비의 소위 "말단부"(즉, "저온측")에 배치된다. RSCR 장치의 다른 위치로서는 소위 "고온측" 위치, 예를 들어 "고온측, 저분진영역"을 포함한다.

RSCR 장치(10)는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 처리되거나 열을 분산시키고 촉매반응이 이루어질 수 있도록 오염물질-함유(예를 들어 NO_x-함유)가스가 유입 및 유출되는 다수의 챔버(20)(통, 하우징, 유니트 또는 세그먼트로서 알려짐)를 포함한다. RSCR 장치(10)내에서 챔버(20)의 수는 RSCR 장치(10)의 크기, RSCR 장치가 배치되는 설비의 규모, 오염물질-함유가스내 오염물질의 농도, 촉매의 선택 및 반응물의 선택을 포함하는 여러가지 요인에 따라서 달라질 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따라서, 챔버(20)의 수는 2-9개의 범위일 수 있다. 이러한 챔버(20)의 수는 7개 또는 그 이하인 것이 좋다. 가장 좋기로는 도 1-도 3에서 보인 바와 같이 RSCR 장치가 3개의 챔버(20), 즉, 제1 챔버(20A), 제2 챔버(20B) 및 제3 챔버(20C)를 포함하는 것이다.

각 챔버(20)는 하나 이상의 열전달영역(30)과 하나 이상의 촉매영역(40)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 필수적인 것은 아니나, 장치(10)내의 열전달영역(30)의 총수는 장치내의 촉매영역(40)의 총수와 동일하다. 장치(10)내의 열전달영역(30)의 총수가 장치내의 촉매영역(40)의 총수와 상이한 실시형태에서, 열전달영역의 총수는 촉매영역의 총수 보다 큰 것이 좋다.

또한 각 챔버(20)는 가스가 일측 챔버로부터 타측 챔버로 자유롭게 유동할 수 있는 영역으로서 하나 이상의 헤드스페이스영역(50)을 포함하는 빈 공간의 영역을 포함한다. 도 1-도 3의 실시형태에서 보인 바와 같이, 제1 챔버(20A)는 제1 헤드스페이스영역(50A)을 포함하고, 제2 챔버(20B)는 제2 헤드스페이스영역(50B)을 포함하며, 제3 챔버(20C)는 제3 헤드스페이스영역(50C)을 포함한다. 일부 또는 모든 열전달영역(30)의 상측 또는 하측, 그리고 일부 또는 모든 촉매영역(40)의 상측 또는 하측에 다른 빈 공간의 영역이 있을 수 있다.

본 발명의 우선실시형태에 따라서, 헤드스페이스영역(50)내에는 열전달영역(30)과 촉매영역(30)이 배치되지 않는다. 그러나, 하나 이상의 다른 장치가 하나 이상의 헤드스페이스영역(50)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 그리고 도 1-도 3에서 보인 바와 같이, 하나 이상의 열발생장치(60)가 하나 이상의 헤드스페이스영역(50)에 배치될 수 있다. 열발생장치(60)는 잘 알려진 장치, 예를 들어 하나 이상의 버너일 수 있다.

특히 반응물이 암모니아인 본 발명의 실시형태에서, 헤드스페이스영역(50)내에 하나 이상의 버너(60)가 배치되는 것이 좋다. 이는 이러한 구성이 암모니아를 바람직하지 않게 산화시켜 부가적인 NO_x-함유가스를 형성하는 위험을 최소화하기 때문이다.

헤드스페이스영역(50)내에 배치되는 버너(60)의 수는 여러가지 요인(예를 들어, 챔버 20으로 유입되거나 이로부터 유출되는 가스의 온도를 변화시켜야 하는 필요성/변화정도)에 따라서 달라질 수 있다. 그러나, 일반적으로 헤드스페이스영역(50)내에 배치되는 버너(60)의 총수는 챔버의 총수와 같거나 작아야 한다. 하나 이상의 버너(60)는 헤드스페이스영역(50)에 부가하여 또는 대신에 RSCR 장치(10)의 다른 영역에 배치될 수 있으며, 이러한 다른 영역은 달리 제한은 없지만 열전달영역(30)과 촉매영역(40) 사이의 영역 또는 열전달영역의 하측영역을 포함한다.

열전달영역(30)은 두 기능중의 한 기능을 가지며, 그 특정기능은 수행되는 RSCR 공정의 특정사이클/단계와, 이들이 배치되는 특정 챔버(20)에 따라 달라진다. 예를 들어, 이후 상세히 설명되는 바와 같이, 동일한 열전달영역(30)이 유입되는 가스에 열을 공급/전달하거나 유출되는 가스로부터 열을 추출/전달할 수 있다.

본 발명의 우선실시형태에 따라서, 그리고 도 1-도 3에서 보인 바와 같이, 각 챔버(20)는 하나의 열전달영역(30)을 가짐으로서 제1 챔버(20A)가 제1 열전달영역(30A)을 포함하고 제2 챔버(20B)가 제2 열전달영역(30B)을 포함하며 제3 챔버(20C)가 제3 열전달영역(30C)을 포함한다.

열전달영역(30)은 열용량이 크고 효과적으로 열을 흡수하고 방출할 수 있으며 가스의 유동이 이루어질 수 있는 하나 이상의 물질로 구성되어야 한다. 즉, 각 열전달영역(30)은 (a) 가스가 열전달영역의 온도 보다 높은 온도를 갖는 경우 열전달영역을 통하여 유동하는 가스로부터 열을 받아드릴 수 있으나, (b) 열전달영역이 가스의 온도 보다 낮은 온도를 갖는 경우 열전달영역을 통하여 유동하는 가스에 열을 공급할 수 있는 하나 이상의 물질로 구성되어야 한다.

열전달영역(30)을 구성할 수 있는 물질의 예로서는 달리 제한하지는 않으나 실리카, 알루미나 또는 그 혼합물과 같은 세라믹매체를 포함하며, 좋기로는 실리카구성비가 큰 매체가 좋다. 일부 또는 전부의 열전달영역(30)은 동일한 물질로 구성될 필요는 없다. 즉, 열전달영역의 일부 또는 전부는 동일한 조합의 물질로 구성될 수 있으며, 또는 각 열전달영역이 상이한 조합의 물질로 구성될 수 있다.

일부 또는 전부의 열전달영역(30)은 균일한 온도(예를 들어, 열전달영역의 유입구, 유출구 및 중간영역이 동일한 온도를 갖는다) 또는 불균일한 온도(예를 들어, 열전달영역의 유입구, 유출구 또는 중간영역이 상이한 온도를 갖는다)를 가질 수 있다. 열전달영역(30)이 불균일한 온도를 갖는 실시형태에 있어서, 열전달영역의 유입구(즉, 가스가 유입되는 유입구)는 열전달영역의 유출구(즉, 가스가 유출되는 유출구) 보다 높은 온도를 갖는 것이 좋다.

RSCR 장치(10)는 또한 하나 이상의 열전달영역(30)과 같이 하나 이상의 챔버(20)내에 배치되는 하나 이상의 촉매영역(40)을 포함한다. 이러한 촉매영역(40)의 목적은 환원반응이 일어나도록 하는데 필요한 온도를 낮추는데 있다. 이는 환원공정에 적은 에너지가 사용됨으로서 RSCR 공정을 보다 경제적으로 수행할 수 있도록 한다.

가스가 각 촉매영역(40)에 유입(또는 이를 통하여 유동)될 때, 촉매환원이 일어나 NO_x-함유가스내의 NO_x가 다음의 예시적인 반응에 따라 무해성분으로 전환된다. 이러한 반응에서는 이에 대신하여 또는 부가하여 다른 반응도 일어날 수 있을 것이다.

4NO + 4NH₃ + O₂ ------> 4N₂ + 6H₂O

2NO + 4NH₃ + O₂ ------> 3N₂ + 6H₂O

촉매반응공정중에 다음과 같은 부반응이 일어날 수 있다.

4NH₃ + 3O₂ ------> 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ ------> 4NO + 6H₂O

촉매영역(40)의 수는 달라질 수 있다. 그러나, 본 발명의 우선실시형태에 따 라서 그리고 도 1-도 3에서 보인 바와 같이, 각 챔버(20)는 하나의 촉매영역(40)을 포함함으로서 제1 챔버(20A)가 제1 촉매영역(40A)을 포함하고 제2 챔버(20B)가 제2 촉매영역(40B)을 포함하며 제3 챔버(20C)가 제3 촉매영역(40C)을 포함한다.

촉매영역(40)은 다양한 물질로 구성될 수 있으며 형태와 구조 역시 다양할 수 있다. 촉매영역(40)은 동일한 물질로 구성될 필요는 없다. 즉, 일부 또는 전부의 촉매영역이 동일한 조합의 물질로 구성되거나 또는 각 촉매영역이 상이한 조합의 물질로 구성될 수 있다.

본 발명의 우선실시형태에 따라서, 각 촉매영역(40)은 세라믹물질로 구성되고 허니컴 또는 플레이트 형상으로 구성된다. 세라믹물질은 일반적으로 하나 이상의 캐리어물질(예를 들어 산화티타늄)과 활성성분(예를 들어 바나듐 또는 텅스텐의 산화물)의 혼합물이다.

일반적으로, 촉매영역(40)의 형상의 선택은 다른 관점의 이들 구성/조성에 영향을 줄 것이다. 예를 들어, 촉매영역(40)이 허니컴의 형상일 때, 이 촉매영역은 비록 한정된 예이지만 촉매가 구조물을 통하여 균일하게 결합되거나 기재상에 피복되는 세라믹압출물로 구성될 수 있다. 촉매영역(40)이 플레이트의 형상인 경우, 일반적으로 지지물질이 촉매물질로 피복된다.

또한, 촉매영역(40)은 하나 이상의 베드/층의 형상을 취할 수 있으며 일반적으로 베드의 수는 2-4의 범위이다.

열전달영역(30)에 대향하는 촉매영역(40)의 배치도 달라질 수 있다. 본 발명의 우선실시형태에 따라서, 그리고 도 1-도 3에서 보인 바와 같이, RSCR 장치(10) 는 챔버(20)로 유입되는 NO_x-함유가스가 먼저 사전에 결정된 열전달영역(30)에 이르고 이러한 열전달영역을 통하여 유동한 후에 열전달영역과 같은 동일한 챔버내에 배치된 촉매영역(40)에 이르게 된다.

비록 도 1-도 3은 제1, 제2 및 제3 열전달영역(30A)(30B)(30C)가 서로 정렬되어 있고, 또한 제1, 제2 및 제3 촉매영역(40A)(40B)(40C)도 서로 정렬되어 이쓴 것으로 표현되어 있으나 이러한 정렬구성이 본 발명의 조건은 아니다. 환언컨데, 열전달영역은 서로 정렬될 필요는 없으며 마찬가지로 촉매영역(40) 역시 서로 정렬될 필요는 없다.

장치(10)는 도 1-도 3에서 보인 바와 같이 축열식 선택적촉매환원(RSCR)이 일어날 수 있게 되어 있는 바, 도 1은 이러한 공정의 제1 사이클을 보이고 도 2는 제2 사이클을 보이고 있으며 도 3은 제3 사이클을 보이고 있다. 완전한 한 RSCR 공정을 구성하는 사이클의 수는 특정사이클을 구성하는 것을 정의하는 것에 따라서 본 발명에 따라 달라질 수 있다.

RSCR 공정의 한 사이클은 사전에 결정된 양/체적의 NO_x-함유가스가 장치(10)에 유입되고, 이 장치에서 선택적 촉매환원이 수행되며, 장치로부터 배출되는 동안에 걸리는 시간으로서 정의된다. 사이클의 수는 사전에 결정될 수 있으며 이와 같은 경우 수 십 사이클로부터 수 천 사이클의 범위일 수 있다. 또한 장치(10)의 설계에 의하여 RSCR 공정은 계속/연속적으로 이루어질 수 있어 이와 같은 경우 사이클의 수는 일정치 않다.

RSCR 공정의 제1 사이클을 개시하기 전에, NO_x-함유가스가 먼저 접촉하게 될 열전달영역(30)은 사전에 결정된 온도로 예열되어야 한다. 이러한 사전에 경정된 온도는 NO_x-함유가스가 사전에 선택된 열전달영역을 통과할 때 NO_x-함유가스가 동일한 챔버(20)내의 촉매영역에 도달하여 촉매반응이 이루어질 수 있도록 하는 온도범위에 놓이게 될 것이다. 환언컨데, NO_x-함유가스가 먼저 제1 열전달영역(30A)에 도달하게 되는 경우, 제1 열전달영역은 가스가 제1 열전달영역을 통과할 때 가스가 제1 촉매영역(40A)에 이르러 촉매반응이 이루어지는 온도로 예열되어야 한다.

촉매영역(40)에서 촉매반응이 일어날 수 있도록 하기 위하여, 그리고 본 발명의 우선실시형태에 따라서, NO_x-함유가스는 촉매영역에 유입될 때 약 316℃~427℃의 범위이어야 한다. 이와 같이, 가스가 최초 접촉하게 되는 열전달영역(30)은 약 316℃ ~ 427℃ 범위, 좋기로는 약 329℃의 사전에 결정된 온도로 가열되어야 한다.

가스가 먼저 접촉하게 되는 열전달영역(30)(즉, 지정된 열전달영역)을 예열하기 위한 여러가지 기술이 잘 알려져 있다. 예를 들어, 장치(10)내에서 주위공기의 온도는 이러한 장치내에 배치된 하나 또는 일부 또는 전부의 버너(60)를 작동시킴으로서 상승될 수 있다. 또한, 하나 또는 일부 또는 전부의 버너(60)에 의하여 가열될 천연가스가 장치(10)에 도입될 수 있다. 가열되는 공기/가스가 지정된 열전달영역(30)의 온도를 한계온도까지 상승시켰는지의 여부를 측정하기 위하여 하나 이상의 온도게이지(도시하지 않았음) 또는 기타 다른 온도평가장치가 지정된 열전달영역(30)내에 또는 이에 연통하여 배치될 수 있다.

혼합된 가스와 반응물을 얻기 위하여 사전에 결정된 양으로 하나 이상의 반응물이 장치(10)에서 처리될 NO_x-함유가스와 혼합되어야 한다. 특정반응물이 촉매영역(30)에서 요구된 촉매반응을 보일 수 있도록 반응물의 선택이 달라질 수 있다.

일반적으로, 혼합된 가스와 반응물이 도입되기 전에 반응물을 함유하지 않은 사전에 결정된 양의 가스가 장치(10)에 도입되며, 반응물을 함유하지 않은 가스의 양 또는 혼합되지 않은 가스가 장치(10)에 도입되는 시간은 달라질 수 있다.

본 발명의 우선실시형태에 따라서, 하나의 반응물이 NO_x-함유가스에 부가 또는 도입되며, 반응물은 암모니아(즉, NH₃)이다. 다른 적당한 반응물로서는 메탄과 프로판이 있다.

NO_x-함유가스에 부가되는 반응물의 양/농도는 가스가 장치(10)에 도입되기 전 가스내의 NO_x의 예상농도와 같은 여러 요인에 따라서 달라질 수 있다. 본 발명의 예시적인 RSCR 공정에 따라서, NO_x-함유가스에 도입되는 암모니아의 농도는 약 100 ppm ~ 300 ppm 이며 좋기로는 200 ppm 이다.

일반적으로 잘 알려진 바와 같이, 반응물은 NO_x-함유가스에 혼합되거나 이에 접촉될 수 있게 되어 있다. 다수의 혼합기구, 예를 들어 스태틱 믹서(도시하지 않았음)가 반응물공급원(도시하지 않았음)과 가스공급원(도시하지 않았음)에 근접하여 배치될 수 있다. 작동에 있어서, 이러한 혼합기구는 잘 알려진 바와 같이 가스공급원으로부터의 NO_x-함유가스와 반응물공급원으로부터의 반응물이 혼합될 수 있도 록 하고 적당히 혼합되었을 때 가스와 반응물은 균일한 온도와 농도를 갖는다.

혼합된 직후에, 혼합된 가스와 반응물의 온도는 일반적으로 약 93℃ ~ 204℃ 이며, 좋기로는 약 149℃ ~ 177℃ 이고, 가장 좋기로는 약 162℃ 이다. 이때에 혼합된 가스와 반응물의 농도는 약 540 ppm ~270 ppm 이며, 좋기로는 약 416 ppm ~ 360 ppm 이다.

지정된 열전달영역(30)이 적당한 온도로 예열되고 반응물이 NO_x-함유가스와 혼합되었을 때, 혼합된 가스와 반응물이 RSCR 공정의 제1 사이클을 개시하기 위하여 RSCR 장치로 도입될 수 있다.

RSCR 공정의 제1 사이클(도 1)

도 1에서 보인 바와 같이, 본 발명의 RSCR 공정의 제1 사이클에 따라, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 도관 또는 기타 유사한 운반매체(70A)를 통하여 장치(10)의 제1 챔버(20A)에 도입된다. 혼합된 가스와 반응물은 제1 댐퍼/밸브(80A)를 통과한 후에 제1 챔버(20A)에 도입된다.

NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물은 RSCR 공정의 제1 사이클에 따라서 제1 챔버(20A)에 도입될 필요는 없다. 즉, 혼합된 가스와 반응물은 대신에 제2 챔버(20B) 또는 제3 챔버(20C)에 도입될 수 있다. 그러나, 챔버(20)에 먼저 혼합된 가스와 반응물이 공급되는 것에 관계없이 이러한 챔버내의 열전달영역(30)은 상기 언급된 바와 같이 예열되어야 한다.

일반적으로, 도 1-도 3에서 보인 바와 같이, 하나 이상의 도관(70)이 RSCR 장치의 각 챔버(20)에 연통되어 있다. 이들 모든 도관은 챔버(20)에 연장되기 전에 밸브/댐퍼(80)를 지나는 것이 좋다. 이와 같이, 제1 챔버(20A)는 각각 제1 댐퍼(80A), 제2 댐퍼(80B) 및 제3 댐퍼(80C)를 통과하는 제1 도관(70A), 제2 도관(70B) 및 제3 도관(70C)에 연통한다. 제2 챔버(20B)는 각각 제4 댐퍼(80D), 제5 댐퍼(80E) 및 제6 댐퍼(80F)를 통과하는 제4 도관(70D), 제5 도관(70E) 및 제6 도관(70F)에 연통한다. 그리고, 제3 챔버(20C)는 각각 제7 댐퍼(80G), 제8 댐퍼(80H) 및 제9 댐퍼(80I)를 통과하는 제7 도관(70G), 제8 도관(70H) 및 제9 도관(70I)에 연통한다.

밸브/댐퍼(80)의 총수는 본 발명에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 도 1-도 3에서 각 라인/도관(70)이 하나의 댐퍼(80)를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명에 따라서 각 도관은 하나 이상의 댐퍼를 가질 수 있으며 어떠한 도관은 댐퍼를 가지지 않을 수도 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 적당한 댐퍼는 미국 메인주 어번에 소재하는 바흐만 인더스트리 인코포레이티드(Bachmann Industries Inc.)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 댐퍼와, 미국 오하이오주 신시네티에 소재하는 에폭스 인코포레이티드(Effox Inc.)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 것을 포함한다. 또한 본 발명에 사용될 수 있는 적당한 밸브로서는 미국 일리노이주 크리스탈 레이크에 소재하는 아이센멘 코포레이션(Eisenmann Corp.)으로부터 상업적으로 입수할 수 있는 VRTO와 같은 로터리 밸브를 포함한다.

제1 챔버(20A)에 도입되었을 때, 혼합된 가스와 반응물은 도 1에서 보인 바 와 같이 상측으로 향하는 제1 방향으로 유동한다. 그러나, 이러한 제1 방향은 하측으로 향할 수도 있음을 이해할 것이다. 가스의 유동방향은 하나 이상의 가스운동영향장치(90A)(예를 들어 하나 이상의 팬)에 의하여 결정되거나 영향을 받으며, 이에 의하여 여러 댐퍼/밸브(80)가 개방된다.

예를 들어, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 제1 챔버(20A)로 도입될 때 요구된 제1 방향(예를 들어 상측)으로 유동될 수 있도록 하기 위하여, 제5 댐퍼(80E)를 제외하고 모든 댐퍼(80)는 폐쇄된다. 이와 같이, 만약 가스운동영향장치(90A)가 작동(즉, 턴온)되는 경우, 장치(10)내의 가스가 최상의 직경로를 통하여 개방된 댐퍼(80E)측으로 유동할 것이며, 이러한 개방된 댐퍼(80E)에 의하여 가스는 제1 챔버(20A)를 통하여 제1 방향(즉, 상측)으로 유동되어 제1 헤드스페이스영역(50A), 제2 헤드스페이스영역(50B)으로 유동되고, 제2 챔버(20B)에서 반대의 제1 방향(하측)으로 유동되며, 제5 도관(70E)을 통하여 제2 챔버로부터 유출된다.

다시 RSCR 장치의 제1 사이클에서, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 장치(10)의 제1 챔버(20A)로 도입된 후에, 가스는 상기 언급된 바와 같이 혼합된 가스와 반응물 보다 높은 온도로 예열된 제1 열전달영역(30A)으로 도입된다. NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 제1 열전달영역(30A)을 통과할 때, 제1 열전달영역으로부터의 열이 혼합된 가스와 반응물에 전달되어 혼합된 가스와 반응물의 온도를 상승시킨다.

일반적으로, 가스가 도입되기 전 제1 열전달영역(30A)의 온도는 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 321℃ ~ 343℃, 가장 좋기로는 약 329℃이며, 이러한 제1 열전달영역으로부터 이를 통과하는 가스에 열이 전달된 직후에 이 영역의 온도는 일반적으로 약 288℃ ~ 399℃의 범위이고, 좋기로는 약 302℃ ~ 316℃이며, 가장 좋기로는 약 304℃이다.

제1 열전달영역(30A)에 유입될 때 가스의 온도는 일반적으로 약 93℃ ~ 204℃의 범위이고, 좋기로는 약 149℃ ~ 177℃, 가장 좋기로는 약 163℃이며, 가스에 열이 전달된 후 이러한 제1 열전달영역을 떠나는 가스의 온도는 일반적으로 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 316℃ ~ 338℃이며, 가장 좋기로는 약 321℃이다.

혼합된 가스와 반응물이 제1 열전달영역(30A)을 통과한 후에, 이 혼합된 가스와 반응물은 동일한 방향(즉, 도 1에서 보인 실시형태에서 상측방향)으로 제1 촉매영역(40A)으로 진행(유동)한다. 혼합된 가스와 반응물이 제1 열전달영역(30A)에서 상승되었으므로, 제1 촉매영역(40A)에서 촉매반응이 일어날 수 있다. 예시적인 반응은 다음과 같으며, 이러한 반응을 대신하여 또는 부가하여 다른 반응이 일어날 수도 있다. 이러한 반응은 NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물내의 NO_x가 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 무해성분의 가스로 전환될 수 있도록 한다.

4NO + 4NH₃ + O₂ ------> 4N₂ + 6H₂O

2NO + 4NH₃ + O₂ ------> 3N₂ + 6H₂O

촉매반응공정중에 다음과 같은 부반응이 일어날 수 있다.

4NH₃ + 3O₂ ------> 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ ------> 4NO + 6H₂O

제1 촉매영역(40A)을 떠날 때, 처리된 가스는 제1 헤드스페이스영역(50A)으로 유입되고, 제2 헤드스페이스영역(50B)을 지나 제2 챔버(20B)로 유입된다. 제2 챔버(20B)내에서 가스는 제1 챔버(20A)의 유동방향에 대하여 반대방향으로 유동한다. 본 발명의 제1 사이클의 우선실시형태에 따라서, 제1 챔버(20A)에서의 유동방향은 상측으로 유동하는 방향이며 제2 챔버(20B)에서의 유동방향은 하측으로 유동하는 방향이다. 그러나, 가스는 본 발명의 제1 사이클중에 제1 챔버(20A)와 제2 챔버(20B)에서 다른 방향으로 유동할 수 있다.

제2 챔버(20B)내에서, 유동하는 가스는 먼저 제2 촉매영역(40B)과 제2 열전달영역(30B)에 이르게 된다. 상기 언급된 바와 같이, 가스가 이러한 특정 경로를 따라 유동할 수 있도록 하기 위하여, 적어도 하나의 댐퍼/밸브가 개방되고 가스운동영향장치(90A)가 작동되는 것이 좋다. 제1 사이클의 경우, 개방되는 댐퍼는 제2 챔버(20B)에 연통된 도관(예를 들어 제5 도관 70E)에 연통하는 하나의 댐퍼(예를 들어 제5 댐퍼 80E)이다. 이로써 가스는 최상의 직경로/진로를 통하여 제1 챔버(20A)로부터 제2 챔버(20B)로 유동할 것이다.

본 발명의 제1 사이클의 선택적인 우선실시형태에 따라서, 적어도 하나의 버너(60)가 하나 이상의 제1 헤드스페이스영역(50A), 제2 헤드스페이스영역(50B) 또는 이들 사이에 배치된다. 이러한 적어도 하나의 버너(60)에 의하여 가스는 제2 촉 매영역(40B)에서 더욱 촉매반응이 이루어질 수 있도록 하는 가스온도로 재가열된다. 또한 일부, 전부 또는 적어도 하나의 버너(60)가 장치, 특히 하나 이상의 열전달영역(30)에 부가적인 열을 공급할 수 있도록 작동될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따라서, 버너(60)에 도달할 때 가스의 온도는 약 260℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 304℃이며, 가스가 도달할 때 버너(60)의 온도는 약 482℃ ~ 871℃의 범위이고, 좋기로는 약 538℃이다. 제2 촉매영역(40B)에 도달할 때, 버너에 의하여 가열된 가스의 온도는 일반적으로 약 327℃ ~ 438℃의 범위이고, 좋기로는 약 329℃이다.

제2 촉매영역(40B)에 도달할 때, 가스는 부가적인 촉매반응이 일어나 가스로부터 추가로 NO_x가 제거된다. 본 발명에 있어서, 가스가 제1 및 제2 촉매영역(40A)(40B)에서 연속적으로 촉매반응이 일어날 수 있도록 하기 위하여 가스내의 암모니아(NH₃)의 농도가 매우 높음에도 불구하고 암모니아 슬립의 레벨이 지나치게 높지 않은 것으로 관측되었다. 이는 매우 유리한 것으로 전혀 예상치 못한 것이었다.

제2 촉매영역(40B)에서 촉매반응이 수행된 후에, 가스는 제2 열전달영역(30B)으로 진행한다. 가스가 제2 열전달영역(30B)에 도달하였을 때, 이 제2 열전달영역의 온도는 가스의 온도 보다 낮을 것이다. 따라서, 가스가 제2 열전달영역(30B)을 통과할 때, 가스로부터의 열이 제2 열전달영역에 전달되어 이 제2 열전달영역의 온도를 상승시킨다.

일반적으로, 가스가 도달하기 직전에 제2 열전달영역(30B)의 온도는 약 288℃ ~ 399℃의 범위이고, 좋기로는 약 299℃ ~ 316℃, 가장 좋기로는 약 304℃이며, 가스의 유동에 의하여 열이 전달된 후 이러한 제2 열전달영역의 온도는 일반적으로 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 321℃ ~ 343℃이며, 가장 좋기로는 약 329℃이다.

일반적으로 제2 열전달영역(30B)에 도달할 때 가스의 온도는 약 327℃ ~ 438℃의 범위이고, 좋기로는 약 329℃ ~ 343℃, 가장 좋기로는 약 329℃이며, 제2 열전달영역에 열을 전달한 후 제2 열전달영역을 떠날 때 가스의 온도는 일반적으로 약 102℃ ~ 213℃의 범위이고, 좋기로는 약 157℃ ~ 185℃이며, 가장 좋기로는 약 171℃이다.

제2 열전달영역(30B)을 통하여 유동한 후에, 가스는 제5 댐퍼(80E)가 개방되고 가스운동영향장치(90A)가 작동(즉, 턴온)되어 제5 도관(70E)을 통하여 유동한다. 그리고 가스는 제5 도관(70E)을 지나고 제5 댐퍼(80E)를 통과하며 방출영역(100)(예를 들어, 굴뚝)을 통하여 대기중에 방출된다.

처리된 가스가 열을 제2 열전달영역(30B)에 전달함으로서, 가스의 온도는 처리를 위하여 처음 장치(10)로 도입될 때의 온도와 거의 같게 될 것이다. 이는 RSCR 시스템에서 에너지의 손실이 거의 없도록 하는 잇점을 주는 것이다.

더욱이, 처리된 가스는 가스가 장치에 도입될 때의 온도에 비하여 높지 않은 온도에서 방출되므로 방출영역(100)이 특수물질로 구성될 필요가 없다. 일부 "말단부"형 SCR 시스템에 있어서는 가스가 비교적 높은 온도에서 방출되므로 방출영역이 고온가스에 견딜 수 있는 특수물질로 구성되는 것이 요구되었다. 이에 비하여, 본 발명에 있어서는 기존의 방출영역(100)의 설계를 변경하거나 이들이 특수물질로 구성될 필요가 없도록 한다.

RSCR 공정의 제2 사이클(도 2)

RSCR 공정의 제1 사이클이 종료된 다음에, 부가적인 NO_x-함유가스가 처리를 위하여 RSCR 장치로 도입되는 제2 사이클이 개시된다. 제1 사이클의 종료후에 제2 사이클을 개시하는데 특별히 시간을 설정할 필요는 없다. 그러나, 제1 사이클의 종료후 3분 이내에 제2 사이클을 개시하는 것이 좋다. 그 이유는 제1 사이클의 종료와 제2 사이클의 개시 사이에 시간적으로 근접한 경우 이러한 공정은 제1 사이클의 종료후에 제2 열전달영역(30B)에 남아 있는 잔열을 이용할 수 있는 잇점을 갖는다.

제2 사이클의 목적은 제1 사이클의 목적과 동일하다. 즉, 장치(10)에 도입되는 가스로부터 오염물질(예를 들어, NO_x)를 제거한다는 목적이 동일하다. 제2 사이클을 개시하기 전에, 반응물(예를 들어, NH₃)이 가스에 혼합된다. 혼합공정, 설비 및 조건은 일반적으로 공정의 제1 사이클 이전에 수행되는 것과 동일하다.

그러나, 제1 사이클과는 다르게, 이 공정의 제2 사이클을 준비하기 위하여 장치(10)의 열전달영역(30)을 예열할 필요는 없다. 그 이유는 제1 사이클로부터 처리된 가스가 장치(10)로부터 방출되기 전에 통과하는 제2 열전달영역(30B)이 처리된 가스로부터의 잔열을 보유하기 때문이다. 본 발명의 제2 사이클에 따라서, 혼합된 가스와 반응물이 제4 도관(70D)을 통하여 장치의 제2 챔버(20B)로 공급되어 혼합된 가스와 반응물이 먼저 잔열로 가열된 제2 열전달영역(30B)에 도달한다.

도 2에서 보인 바와 같이, 그리고 본 발명 RSCR 공정의 제2 사이클에 따라서, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 도관(70D)과 같은 운반매체를 통하여 장치(10)의 제2 챔버(20B)로 도입된다. 혼합된 가스와 반응물은 댐퍼/밸브(80D)를 통과한 후에 제2 챔버(20B)에 도입된다.

제2 챔버(20B)에 도입될 때, 혼합된 가스와 반응물은 제1 방향, 즉 도 2에서 보인 바와 같은 상측방향으로 유동한다. 그러나, 이러한 제1 방향은 하측으로 향할 수도 있음을 이해할 것이다. 가스의 유동방향은 하나 이상의 가스운동영향장치(90A)(예를 들어 하나 이상의 팬)에 의하여 결정되거나 영향을 받으며, 이에 의하여 여러 댐퍼/밸브(80)가 개방된다.

예를 들어, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 제2 챔버(20B)로 도입될 때 요구된 제1 방향(예를 들어 상측)으로 유동될 수 있도록 하기 위하여, 제8 댐퍼(80H)를 제외하고 모든 댐퍼(80)는 폐쇄된다. 이와 같이, 만약 가스운동영향장치(90A)가 작동(즉, 턴온)되는 경우, 장치(10)내의 가스가 최상의 직경로를 통하여 개방된 댐퍼(80H)측으로 유동할 것이며, 이러한 개방된 댐퍼(80H)에 의하여 가스는 제2 챔버(20B)를 통하여 제1 방향(즉, 상측)으로 유동되어 제2 헤드스페이스영역(50B), 제3 헤드스페이스영역(50C)으로 유동되고, 제3 챔버(20C)에서 반대의 제1 방향(하측)으로 유동되며, 제8 도관(70H)을 통하여 제3 챔버로부터 유출된다.

다시 RSCR 장치의 제2 사이클(도 2에서 보인 바와 같음)에서, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 장치(10)의 제2 챔버(20B)로 도입된 후에, 가스는 상기 언급 된 바와 같이 제1 사이클로부터의 잔열을 보유하여 혼합된 가스와 반응물 보다 높은 온도로 예열된 제2 열전달영역(30B)으로 도입된다. NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 제2 열전달영역(30B)을 통과할 때, 제2 열전달영역으로부터의 열이 혼합된 가스와 반응물에 전달되어 혼합된 가스와 반응물의 온도를 상승시킨다.

일반적으로, 가스가 도입되기 전 제2 열전달영역(30B)의 온도는 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 321℃ ~ 343℃, 가장 좋기로는 약 329℃이며, 이러한 제2 열전달영역으로부터 이를 통과하는 가스에 열이 전달된 직후에 이 영역의 온도는 일반적으로 약 288℃ ~ 423℃의 범위이고, 좋기로는 약 302℃ ~ 316℃이며, 가장 좋기로는 약 304℃이다.

제2 열전달영역(30B)에 유입될 때 가스의 온도는 일반적으로 약 93℃ ~ 204℃의 범위이고, 좋기로는 약 149℃ ~ 177℃, 가장 좋기로는 약 163℃이며, 가스에 열이 전달된 후 이러한 제2 열전달영역을 떠나는 가스의 온도는 일반적으로 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 316℃ ~ 338℃이며, 가장 좋기로는 약 321℃이다.

혼합된 가스와 반응물이 제2 열전달영역(30B)을 통과한 후에, 이 혼합된 가스와 반응물은 동일한 방향(즉, 도 2에서 보인 실시형태에서 상측방향)으로 제2 촉매영역(40B)으로 진행(유동)한다. 혼합된 가스와 반응물이 제2 열전달영역(30B)에서 상승되었으므로, 제2 촉매영역(40B)에서 촉매반응이 일어날 수 있다. 예시적인 반응은 다음과 같으며, 이러한 반응을 대신하여 또는 부가하여 다른 반응이 일어날 수도 있다. 이러한 반응은 혼합된 NO_x-함유의 가스와 반응물내의 NO_x가 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 무해성분의 가스로 전환될 수 있도록 한다.

4NO + 4NH₃ + O₂ ------> 4N₂ + 6H₂O

2NO + 4NH₃ + O₂ ------> 3N₂ + 6H₂O

촉매반응공정중에 다음과 같은 부반응이 일어날 수 있다.

4NH₃ + 3O₂ ------> 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ ------> 4NO + 6H₂O

제2 촉매영역(40B)을 떠날 때, 처리된 가스는 제2 헤드스페이스영역(50B)으로 유입되고, 제3 헤드스페이스영역(50C)을 지나 제3 챔버(20C)로 유입된다. 제3 챔버(20C)내에서 가스는 제2 챔버(20B)의 유동방향에 대하여 반대방향으로 유동한다. 본 발명의 제2 사이클의 우선실시형태에 따라서, 제2 챔버(20B)에서의 유동방향은 상측으로 유동하는 방향이며 제3 챔버(20C)에서의 유동방향은 하측으로 유동하는 방향이다. 그러나, 가스는 제2 사이클중에 제2 챔버(20B)와 제3 챔버(20C)에서 다른 방향으로 유동할 수 있다.

본 발명의 제2 사이클의 선택적인 우선실시형태에 따라서, 적어도 하나의 버너(60)가 하나 이상의 제2 헤드스페이스영역(50B), 제3 헤드스페이스영역(50C) 또는 이들 사이에 배치된다. 이러한 적어도 하나의 버너(60)에 의하여 가스는 제3 촉매영역(40C)에서 더욱 촉매반응이 이루어질 수 있도록 하는 가스온도로 재가열된 다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따라서, 버너(60)에 도달할 때 가스의 온도는 약 260℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 304℃이며, 가스가 도달할 때 버너(60)의 온도는 약 482℃ ~ 871℃의 범위이고, 좋기로는 약 538℃이다. 제3 촉매영역(40C)에 도달할 때, 버너에 의하여 가열된 가스의 온도는 일반적으로 약 327℃ ~ 438℃의 범위이고, 좋기로는 약 329℃이다.

제3 챔버(20C)내에서, 유동하는 가스는 먼저 제3 촉매영역(40C)에 도달하고 이어서 제3 열전달영역(30C)에 도달한다. 제2 사이클중에 제3 촉매영역(40C)에 도달할 때, 가스는 부가적인 촉매반응이 일어나 가스로부터 추가로 NO_x가 제거된다. 본 발명에 있어서, 가스가 제2 및 제3 촉매영역(40B)(40C)에서 연속적으로 촉매반응이 일어날 수 있도록 하기 위하여 가스내의 암모니아(NH₃)의 농도가 매우 높음에도 불구하고 본 발명에 따른 RSCR 공정에 따라서 암모니아 슬립의 레벨이 지나치게 높지 않은 것으로 관측되었다. 이는 매우 유리한 것으로 전혀 예상치 못한 것이었다.

제3 촉매영역(40C)에서 촉매반응이 수행된 후에, 가스는 제3 열전달영역(30C)으로 진행한다. 가스가 제3 열전달영역(30C)에 도달하였을 때, 이 제3 열전달영역의 온도는 가스의 온도 보다 낮을 것이다. 따라서, 가스가 제3 열전달영역(30C)을 통과할 때, 가스로부터의 열이 제3 열전달영역에 전달되어 이 제3 열전달영역의 온도를 상승시킨다.

일반적으로, 가스가 도달하기 직전에 제3 열전달영역(30C)의 온도는 약 288℃ ~ 399℃의 범위이고, 좋기로는 약 299℃ ~ 316℃, 가장 좋기로는 약 304℃이며, 가스의 유동에 의하여 열이 전달된 후 이러한 제3 열전달영역의 온도는 일반적으로 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 321℃ ~ 343℃이며, 가장 좋기로는 약 329℃이다.

일반적으로 제3 열전달영역(30C)에 도달할 때 가스의 온도는 약 327℃ ~ 438℃의 범위이고, 좋기로는 약 329℃ ~ 343℃, 가장 좋기로는 약 329℃이며, 제3 열전달영역에 열을 전달한 후 제3 열전달영역을 떠날 때 가스의 온도는 일반적으로 약 102℃ ~ 213℃의 범위이고, 좋기로는 약 157℃ ~ 185℃이며, 가장 좋기로는 약 171℃이다.

제3 열전달영역(30C)을 통하여 유동한 후에, 가스는 제8 댐퍼(80H)가 개방되고 가스운동영향장치(90A)가 작동(즉, 턴온)되어 제8 도관(70H)을 통하여 유동한다. 그리고 가스는 제8 도관(70H)을 지나고 제8 댐퍼(80H)를 통과하며 방출영역(100)(예를 들어, 굴뚝)을 통하여 대기중에 방출된다.

처리된 가스가 열을 제3 열전달영역(30C)에 전달함으로서, 가스의 온도는 처리를 위하여 처음 장치(10)로 도입될 때의 온도와 거의 같게 될 것이다. 이는 제1 사이클에 관련하여 상기 언급된 바와 같은 잇점을 갖는다.

RSCR 공정의 제3 사이클(도 3)

RSCR 공정의 제2 사이클이 종료된 다음에, 부가적인 NO_x-함유가스가 처리를 위하여 RSCR 장치(10)로 도입되는 제3 사이클이 개시된다. 제2 사이클의 종료후에 제3 사이클을 개시하는데 특별히 시간을 설정할 필요는 없다. 그러나, 제2 사이클의 종료후 약 3분 이내에 제3 사이클을 개시하는 것이 좋다. 그 이유는 제2 사이클의 종료와 제3 사이클의 개시 사이에 시간적으로 근접한 경우 이러한 공정은 제2 사이클의 종료후에 제3 열전달영역(30C)에 남아 있는 잔열을 이용할 수 있는 잇점을 갖는다.

제3 사이클의 목적은 제1 및 제2 사이클의 목적과 동일하다. 즉, 장치(10)에 도입되는 가스로부터 오염물질(예를 들어, NO_x)를 제거한다는 목적이 동일하다. 제1 및 제2 사이클과 같이, 제3 사이클을 개시하기 전에, 반응물(예를 들어, NH₃)이 NO_x-함유가스에 혼합된다. 이러한 제3 사이클의 혼합공정, 설비 및 조건은 일반적으로 공정의 제1 및 제2 사이클 이전에 수행되는 것과 동일하다.

그러나, 제2 사이클과는 같고 제1 사이클과는 다르게, 이 공정의 제3 사이클을 준비하기 위하여 장치(10)의 열전달영역(30)을 예열할 필요는 없다. 그 이유는 제2 사이클로부터 처리된 가스가 장치(10)로부터 방출되기 전에 통과하는 제3 열전달영역(30C)이 처리된 가스로부터의 잔열을 보유하기 때문이다. 본 발명의 제3 사이클에 따라서, 혼합된 가스와 반응물이 제7 도관(70G)을 통하여 장치의 제3 챔버(20C)로 공급되어 혼합된 가스와 반응물이 먼저 잔열로 가열된 제3 열전달영역(30C)에 도달한다.

일반적으로, 제3 사이클은 제1 및 제2 사이클과 동일하게 진행되나 상이한 챔버에서 이루어진다. 특히, 제3 사이클중에 제3 챔버는 제1 사이클의 제1 챔버와 제2 사이클의 제2 챔버와 동일한 기능을 가지며, 제3 사이클중에 제1 챔버는 제1 사이클의 제2 챔버 및 제2 사이클의 제3 챔버와 동일한 기능을 갖는다.

도 3에서 보인 바와 같이, 그리고 본 발명 RSCR 공정의 제3 사이클에 따라서, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 도관(70G)과 같은 운반매체를 통하여 장치(10)의 제3 챔버(20C)로 도입된다. 혼합된 가스와 반응물은 댐퍼/밸브(80G)를 통과한 후에 제3 챔버(20C)에 도입된다.

제3 챔버(20C)에 도입될 때, 혼합된 가스와 반응물은 제1 방향, 즉 도 3에서 보인 바와 같은 상측방향으로 유동한다. 그러나, 이러한 제1 방향은 하측으로 향할 수도 있음을 이해할 것이다. 가스의 유동방향은 하나 이상의 가스운동영향장치(90A)(예를 들어 하나 이상의 팬)에 의하여 결정되거나 영향을 받으며, 이에 의하여 여러 댐퍼/밸브(80)가 개방된다.

예를 들어, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 제3 챔버(20C)로 도입될 때 요구된 제1 방향(예를 들어 상측)으로 유동될 수 있도록 하기 위하여, 제2 댐퍼(80B)를 제외하고 모든 댐퍼(80)는 폐쇄된다. 이와 같이, 만약 가스운동영향장치(90A)가 작동(즉, 턴온)되는 경우, 장치(10)내의 가스가 최상의 직경로를 통하여 개방된 댐퍼(80B)측으로 유동할 것이며, 이러한 개방된 댐퍼(80B)에 의하여 가스는 제3 챔버(20C)를 통하여 제1 방향(즉, 상측)으로 유동되어 제3 헤드스페이스영역(50C), 제2 헤드스페이스영역(50B)과, 제1 헤드스페이스영역(50A)으로 유동된다. 그리고 가스는 제1 챔버(20A)에서 반대의 제2 방향(하측)으로 유동되며, 제2 도관(70B)을 통하여 제1 챔버로부터 유출된다.

다시 RSCR 장치의 제3 사이클(도 3에서 보인 바와 같음)에서, NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 장치(10)의 제3 챔버(20C)로 도입된 후에, 가스는 상기 언급된 바와 같이 제2 사이클로부터의 잔열을 보유하여 혼합된 가스와 반응물 보다 높은 온도로 예열된 제3 열전달영역(30C)으로 도입된다. NO_x-함유의 혼합된 가스와 반응물이 제3 열전달영역(30C)을 통과할 때, 제3 열전달영역으로부터의 열이 혼합된 가스와 반응물에 전달되어 혼합된 가스와 반응물의 온도를 상승시킨다.

일반적으로, 가스가 도입되기 전 제3 열전달영역(30C)의 온도는 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 321℃ ~ 343℃, 가장 좋기로는 약 329℃이며, 이러한 제3 열전달영역으로부터 이를 통과하는 가스에 열이 전달된 직후에 이 영역의 온도는 일반적으로 약 288℃ ~ 413℃의 범위이고, 좋기로는 약 302℃ ~ 316℃이며, 가장 좋기로는 약 304℃이다.

제3 열전달영역(30C)에 유입될 때 가스의 온도는 일반적으로 약 93℃ ~ 204℃의 범위이고, 좋기로는 약 149℃ ~ 177℃, 가장 좋기로는 약 163℃이며, 가스에 열이 전달된 후 이러한 제3 열전달영역을 떠나는 가스의 온도는 일반적으로 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 316℃ ~ 338℃이며, 가장 좋기로는 약 321℃이다.

혼합된 가스와 반응물이 제3 열전달영역(30C)을 통과한 후에, 이 혼합된 가 스와 반응물은 동일한 방향(즉, 도 3에서 보인 실시형태에서 상측방향)으로 제3 촉매영역(40C)으로 진행(유동)한다. 혼합된 가스와 반응물이 제3 열전달영역(30C)에서 상승되었으므로, 제3 촉매영역(40C)에서 촉매반응이 일어날 수 있다. 예시적인 반응은 다음과 같으며, 이러한 반응을 대신하여 또는 부가하여 다른 반응이 일어날 수도 있다. 이러한 반응은 혼합된 NO_x-함유의 가스와 반응물내의 NO_x가 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 무해성분의 가스로 전환될 수 있도록 한다.

4NO + 4NH₃ + O₂ ------> 4N₂ + 6H₂O

2NO + 4NH₃ + O₂ ------> 3N₂ + 6H₂O

촉매반응공정중에 다음과 같은 부반응이 일어날 수 있다.

4NH₃ + 3O₂ ------> 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 3O₂ ------> 4NO + 6H₂O

제3 촉매영역(40C)을 떠날 때, 처리된 가스는 제3 헤드스페이스영역(50C)로 유입되고, 제2 헤드스페이스영역(50B)를 지나 제1 챔버(20A)로 유입된다. 제1 챔버(20A)내에서 가스는 제3 챔버(20C)의 유동방향에 대하여 반대방향으로 유동한다. 본 발명의 제3 사이클의 우선실시형태에 따라서, 제3 챔버(20C)에서의 유동방향은 상측으로 유동하는 방향이며 제1 챔버(20A)에서의 유동방향은 하측으로 유동하는 방향이다. 그러나, 가스는 제3 사이클중에 제3 챔버(20C)와 제1 챔버(20A)에서 다른 방향으로 유동할 수 있다.

본 발명의 제3 사이클의 선택적인 우선실시형태에 따라서, 적어도 하나의 버너(60)가 하나 이상의 제3 헤드스페이스영역(50C), 제2 헤드스페이스영역(50B), 제1 헤드스페이스영역(50A) 또는 이들 사이에 배치된다. 이러한 적어도 하나의 버너(60)에 의하여 가스는 제1 촉매영역(40A)에서 더욱 촉매반응이 이루어질 수 있도록 하는 가스온도로 재가열된다.

도 3에서 보인 바와 같이, 하나의 버너(60)가 제3 헤드스페이스영역(50C)과 제2 헤드스페이스영역(50B) 사이에 배치되고, 다른 하나의 버너(60)가 제2 헤드스페이스영역과 제1 헤드스페이스영역(50A) 사이에 배치되어 있다. 상기 언급된 바와 같이, 제1 헤드스페이스영역(50A)과 제2 헤드스페이스영역(50B) 사이에 배치된 버너(60)는 제1 사이클중에 가스가 제2 촉매영역(40B)에 도입되기 전에 가스를 가열하는 반면에, 제2 헤드스페이스영역과 제3 헤드스페이스영역(50C) 사이에 배치된 버너(60)는 제2 사이클중에 가스가 제3 촉매영역(40C)에 도입되기 전에 가스를 가열한다.

제3 사이클에 따라서, 가스는 제3 촉매영역(40C)을 떠날 때와 다음의 처리를 위하여 제1 챔버(20A)로 도입될 때 사이에 가열되는 것이 좋다. 그러나, 가스는 도 3에서 보인 양측의 버너(60)로 가열되지 않는 것이 좋다. 이와 같이, 본 발명 RSCR 공정이 제3 사이클의 우선실시형태에 따라서, 제3 챔버(20C)를 떠나는 가스는 제2 헤드스페이스영역(50B)과 제1 헤드스페이스영역(50A) 사이에 배치된 버너(60)에 의하여서만 가열되므로서, 가스는 제1 촉매영역(40A)으로 도입되기 전에 적정한 양의 열을 보유하게 된다.

본 발명 RSCR 공정의 제3 사이클에 따라서, 제3 챔버(20C)를 떠나는 가스는 양측의 버너(60)에 의하여, 또는 제3 헤드스페이스영역(50C)과 제2 헤드스페이스영역(50B) 사이에 배치된 버너에 의하여서만 가열될 수 있다. 그러나, 이들 두가지 방식은 양측의 버너로 가스를 가열하는 것이 가스가 제1 촉매영역(40A)으로 도입될 때 가스의 온도가 너무 높아지도록 하고 또한 제3 헤드스페이스영역(50C)과 제2 헤드스페이스영역(50B) 사이에 배치된 버너(60)만으로 가스를 가열하는 것은 가스가 제1 촉매영역(40A)로 도입될 때 가스의 온도가 너무 낮게 되므로 바람직한 것은 아니다. 버너(60)를 선택적으로 작동시키거나 작동을 중지시키는 것은 공지되어 잘 알려진 바와 같이 예를 들어 컴퓨터 제어를 통하여 수행될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태에 따라서, 가스가 제2 헤드스페이스영역(50B)과 제1 헤드스페이스영역(50A) 사이에 배치된 버너(60)에 도달할 때 가스의 온도는 약 260℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 304℃이며, 가스가 도달할 때 제2 헤드스페이스영역(50B)과 제1 헤드스페이스영역(50A)사이에 배치된 버너(60)의 온도는 약 482℃ ~ 871℃의 범위이고, 좋기로는 약 538℃이다. 제2 촉매영역(40B)에 도달할 때, 버너에 의하여 가열된 가스의 온도는 일반적으로 약 327℃ ~ 438℃의 범위이고, 좋기로는 약 329℃이다.

본 발명의 제3 사이클의 실시형태에 따라서, 제2 헤드스페이스영역(50B)과 제1 헤드스페이스영역(50A) 사이에 배치된 버너(60)에 도달할 때의 가스온도는 약 260℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 304℃이며, 가스가 도달할 때 제2 헤드스페이스영역(50B)과 제1 헤드스페이스영역(50A)사이에 배치된 버너(60)의 온도는 약 482℃ ~ 871℃의 범위이고, 좋기로는 약 538℃이다. 제3 촉매영역(40C)에 도달할 때, 버너에 의하여 가열된 가스의 온도는 일반적으로 약 327℃ ~ 438℃의 범위이고, 좋기로는 약 329℃이다.

제1 챔버(20A)내에서, 유동하는 가스는 먼저 제1 촉매영역(40A)에 도달하고 이어서 제1 열전달영역(30A)에 도달한다. 제3 사이클중에 제1 촉매영역(40A)에 도달할 때, 가스는 부가적인 촉매반응이 일어나 가스로부터 추가로 NO_x가 제거된다. 본 발명에 있어서, 가스가 제2 및 제3 촉매영역(40C)(40A)에서 연속적으로 촉매반응이 일어날 수 있도록 하기 위하여 가스내의 암모니아(NH₃)의 농도가 매우 높음에도 불구하고 본 발명에 따른 RSCR 공정에 따라서 암모니아 슬립의 레벨이 지나치게 높지 않은 것으로 관측되었다. 이는 매우 유리한 것으로 전혀 예상치 못한 것이었다.

제1 촉매영역(40A)에서 촉매반응이 수행된 후에, 가스는 제1 열전달영역(30A)으로 진행한다. 가스가 제1 열전달영역(30A)에 도달하였을 때, 이 제1 열전달영역의 온도는 가스의 온도 보다 낮을 것이다. 따라서, 가스가 제1 열전달영역(30A)을 통과할 때, 가스로부터의 열이 제1 열전달영역(30A)에 전달되어 이 제1 열전달영역의 온도를 상승시킨다.

일반적으로, 가스가 도달하기 직전에 제1 열전달영역(30A)의 온도는 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 321℃ ~ 343℃, 가장 좋기로는 약 329℃이며, 가스의 유동에 의하여 열이 전달된 후 이러한 제1 열전달영역의 온도는 일반적으로 약 288℃ ~ 413℃의 범위이고, 좋기로는 약 302℃ ~ 316℃이며, 가장 좋기로는 약 304℃이다.

일반적으로 제1 열전달영역(30A)에 도달할 때 가스의 온도는 약 93℃ ~ 204℃의 범위이고, 좋기로는 약 149℃ ~ 177℃, 가장 좋기로는 약 163℃이며, 제1 열전달영역에 열을 전달한 후 제1 열전달영역을 떠날 때 가스의 온도는 일반적으로 약 316℃ ~ 427℃의 범위이고, 좋기로는 약 316℃ ~ 338℃이며, 가장 좋기로는 약 321℃이다.

제1 열전달영역(30A)을 통하여 유동한 후에, 가스는 제2 댐퍼(80B)가 개방되고 가스운동영향장치(90A)가 작동(즉, 턴온)되어 제2 도관(70B)을 통하여 유동한다. 그리고 가스는 제2 도관(70B)을 지나고 제2 댐퍼(80B)를 통과하며 방출영역(100)(예를 들어, 굴뚝)을 통하여 대기중에 방출된다.

처리된 가스가 열을 제1 열전달영역(30A)에 전달함으로서, 가스의 온도는 처리를 위하여 처음 장치(10)로 도입될 때의 온도와 거의 같게 될 것이다. 이는 제1 사이클에 관련하여 상기 언급된 바와 같은 잇점을 갖는다.

후속사이클

RSCR 공정의 후속사이클이 있는 경우, 이들은 제1, 제2 및 제3 사이클을 그대로 따를 것이다. 제3 사이클의 종료후에 제1 열전달영역(30A)에서 잔열이 남아 있으므로, 만약 제4 사이클이 수행된다면 이러한 제4 사이클은 제1 사이클의 개시전에 제1 챔버가 예열되는 것을 제외하고는 제1 사이클과 동일하게 진행될 것이며, 이러한 제1 챔버는 제4 사이클의 개시전에 잔열을 가질 것이다.

또한, RSCR 공정의 제4 사이클의 종료후에 제2 열전달영역(30B)에는 잔열이 남아 있을 것이므로, 만약 제5 사이클이 수행된다면 이러한 제5 사이클은 제2 사이클과 동일하게 수행될 것이며, 예열된 제2 열전달영역에 도달하도록 제2 챔버(30B)에 가스가 도입될 것이다. 또한, RSCR 공정의 제5 사이클의 종료후에 제3 열전달영역(30C)에는 잔열이 남아 있을 것이므로, 만약 제6 사이클이 수행된다면 이러한 제6 사이클은 제3 사이클과 동일하게 수행될 것이며, 예열된 제1 열전달영역에 도달하도록 제3 챔버(30C)에 가스가 도입될 것이다.

더욱이, 제7, 제10, 제13,... 사이클이 수행된다면, 이들 사이클은 제1 및 제4 사이클과 동일하고, 제8, 제11, 제14,... 사이클은 제2 및 제5 사이클과 동일하며, 제9, 제12, 제15,... 사이클은 제3 및 제6 사이클과 동일할 것이다. 이와 같이, 장치(10)는 다수 또는 복수의 사이클을 갖는 RSCR 공정에 따라서 연속하여 작동/이용될 수 있다.

잔류반응물의 퍼징

선택적으로, 그러나 본 발명의 우선실시형태에 따라서, 도 1-도 3의 RSCR 공정은 주기적인 퍼징이 이루어져 잔류반응물(예를 들어, NH₃)이 장치(10)로부터 퍼징된다. 이러한 퍼징을 수행하는 이유는 배출영역(100)을 통하여 대기중으로 반응물이 방출되는 것을 방지하거나 또는 적어도 최소화하는 것에 있다.

일반적으로 RSCR 공정의 각 사이클이 장치(10)내에 포함된 것 보다 적은 수의 챔버(20)에서 수행되기 때문에, 퍼징 사이클은 일반적으로 이러한 챔버가 RSCR 공정에 이용되지 않을 때 하나 이상의 챔버가 퍼징될 수 있도록 시간이 맞추어져 있다. 예를 들어, 제1 사이클(그리고 수행되는 경우, 제4 사이클, 제7 사이클, 제10 사이클 등)이 제1 챔버(20A) 및 제2 챔버(20B)에서 수행될 수 있다. 따라서, 제1 사이클중에, 댐퍼(80)(예를 들어, 제9 댐퍼 80I)가 개방되고 가스운동영향장치(90B)(예를 들어, 팬)가 작동되어 제3 챔버(20C)내의 반응물이 이로부터 퍼징된다.

본 발명의 우선실시형태에 따라서, 가스운동영향장치(90B)의 작동은 이 장치가 제1 사이클중에 가스의 요구된 경로에 간섭하지 않도록 시간이 맞추어져 있다. 예를 들어, 가스가 제1 헤드스페이스영역(50A)으로부터 제2 헤드스페이스영역(50B)으로 이동할 때 제9 댐퍼(80I)가 개방되는 경우, 가스는 제2 챔버(20B)에 이르는 요구된 경로를 따라 유동하지 않을 것이다. 따라서, 가스가 제2 챔버(20B)에 도입된 후에만 가스운동영향장치(90B)가 작동되는 것이 좋다.

컴퓨터 제어를 포함하여 본 발명의 기술분야에 잘 알려진 기술과 설비를 통해 퍼징 사이클에 관련된 설비의 타이밍과 작동을 제어할 수 있다.

제1 사이클에 대한 퍼징 사이클과 마찬가지로, 제2 및 제3 사이클에 대한 퍼징 사이클은 이들 사이클중에 이용되지 않는 챔버(20)로부터 반응물을 제거하는데 목적을 두고 있다. 예를 들어, 제2 사이클(그리고 수행되는 경우, 제5 사이클, 제8 사이클, 제11 사이클 등)이 제2 챔버(20B) 및 제3 챔버(20C)에서 수행될 수 있다. 따라서, 제2 사이클중에, 댐퍼(80)(예를 들어, 제3 댐퍼 80C)가 개방되고 가스운동영향장치(90B)(예를 들어, 팬)가 작동되어 제1 챔버(20A)내의 반응물이 이로부터 퍼징된다. 마찬가지로, 예를 들어, 제3 사이클(그리고 수행되는 경우, 제6 사이클, 제9 사이클, 제12 사이클 등)이 제3 챔버(20C) 및 제1 챔버(20A)에서 수행될 수 있다. 따라서, 제3 사이클중에, 댐퍼(80)(예를 들어, 제6 댐퍼 80F)가 개방되고 가스운동영향장치(90B)(예를 들어, 팬)가 작동되어 제2 챔버(20B)내의 반응물이 이로부터 퍼징된다.

또한, 제1 사이클에 대한 퍼징 사이클과 같이, RSCR 공정의 제2 및 제3 사이클에 대한 퍼징 사이클은 이들이 가스의 요구된 경로/진로에 간섭하지 않도록 시간이 맞추어져 있다. 이와 같이, 제2 사이클의 퍼징 사이클에 있어서는 제3 챔버(20C)에 도입된 후에만 가스운동영향장치(90B)를 작동시키는 것이 좋고, 제3 사이클의 퍼징 사이클에 있어서는 제1 챔버(20A)에 도입된 후에만 가스운동영향장치(90B)를 작동시키는 것이 좋다.

본 발명의 선택적인 우선실시형태에 따라서, 장치(10)로부터 퍼징되는 잔류반응물은 RSCR 공정의 하나 이상의 연속사이클에 관련하여 이용될 수 있게 되어 있다. 도 1-도 3에서 보인 바와 같이, 퍼징된 반응물은 도관(70)(즉, 제1 사이클의 도관 70I, 제2 사이클의 도관 70C 및 제3 사이클의 도관 70F)을 통하여 장치로부터 제거되고, 반응물공급원(도시하지 않았음)으로 공급된 다음 RSCR 공정의 다음 사이클에 공급되는 반응물에 첨가된다. 이러한 실시형태는 특히, 반응물이 암모니아인 경우에 좋다. 그 이유는 장치(10)내에 남아 있는 경우 암모니아 슬립의 가능성을 증가시킬 수 있는 암모니아의 제거만을 허용하고, 또한 공정중에 소량의 암모니아가 사용될 수 있도록 하여 경비를 절감할 수 있도록 하기 때문이다.

본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 그리고 일부 또는 전부의 RSCR 공정의 사이클중에, 장치의 상류측(즉, 그 외부)에서 공급되는 반응물에 대신하여 또는 부가하여 하나 이상의 반응물이 RSCR 장치(10)의 챔버(20)중 하나에 직접 도입될 수 있다. 이와 같은 경우, 열전달영역(30)과 촉매영역(40) 사이의 위치에서 하나 이상의 반응물이 도입되는 것이 좋다. 이러한 위치에서 하나 이상의 반응물을 도입하기 위한 것으로서 본 발명 기술분야의 전문가에게 잘 알려진 여러가지 기술이나 설비가 적합하게 이용될 수 있으며, 이러한 기술로서는 그리드를 통하여 반응물을 도입하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따라서, 하나 이상의 촉매영역(40)은 다중의 층/베드를 포함할 수 있으며, 이러한 촉매영역은 NO_x에 부가하여(또는 대신하여) 유해한 오염물질을 줄일 수 있도록 하는 2-단계 촉매영역으로서의 기능을 가질 수 있다. 이러한 실시형태에 따라서, 그리고 제한없는 예에 의하여, 하나 이상의 촉매영역(40)은 일산화탄소 또는 소위 휘발성 유기화합물(VOC)을 줄이기 위하여 적어도 하나의 산화촉매의 층 또는 베드를 포함할 수 있다. 산화촉매의 예로서는 귀금속산화촉매가 있다.

본 발명의 RSCR 공정은 종레의 선택적촉매환원(SCR) 공정에 비하여 여러 중요한 잇점을 갖는다. 예를 들어, 본 발명에 따라서, 사이클당 90% 까지의 NO_x 환원이 이루어졌음이 확인되었다. 이는 일반적으로 종래의 SCR 공정에 있어서 최대환원율로 간주되는 환원율 75% 보다 환원율이 현저히 높은 개선점을 보이는 것이다.

종래의 SCR 공정에 비하여 본 발명이 갖는 다른 잇점은 본 발명의 RSCR 공정 의 각 사이클에서 NO_x-함유가스가 RSCR 장치의 한 챔버(20)에서 제1 방향으로 유동하고 다른 챔버에서는 반대방향으로 유동한다는 것에 있다. 이와 같이, 본 발명의 RSCR 공정은 가스가 단일방향으로 유동하고 적당한 열전달의 레벨을 유지하기 위하여 부가적인 설비(관상 플레이트, 열교환기 또는 직가열장비와 같은 설비)에 의존하여야 하는 종래기술의 SCR 공정에서는 찾아 볼 수 없는 수준의 열전달 및 열회수가 이루어질 수 있도록 한다. 종래의 이러한 특정의 설비는 이것이 차지하는 공간과 이것이 요구하는 에너지의 사용에 의하여 공정에 소요되는 경비가 과다하게 부과되도록 한다.

더욱이, RSCR 장치(10)의 설계는 본 발명의 기술분야의 전문가에 의하여 예측될 수 있는 문제점이 없다. 예를 들어, NO_x-함유가스에 첨가되는 반응물로서 암모니아가 사용될 때, 고농도의 NO_x를 제거할 수 있는 능력을 가짐에도 불구하고 지나치게 높은 암모니아 슬립이 관측되지 않았다. 이러한 사실은 비록 암모니아와 혼합된 NO_x-함유가스가 본 발명의 RSCR 공정에 따라서 다중의 촉매영역을 통하여 여러 방향으로 이동한다하여도 마찬가지로 확인된다.

NO_x의 높은 환원율을 갖는 한편 암모니아 슬립의 레벨이 지나치게 높지 않은 것이 본 발명의 예상치 못한 중요한 잇점이다. 이론에 의하여 확인되는 것을 원하지 않고, 본 발명의 발명자들은 암모니아가 촉매의 상류측, 즉 가스가 RSCR 장치(10)에 도입되기 전에 반응물(예를 들어 암모니아)가 NO_x-함유가스에 첨가되기 대문 에 본 발명에 따른 RSCR 공정에 따라서 과잉의 암모니아 슬립이 없다는 적어도 일부의 이유를 믿는다.

비록 본 발명이 우선실시형태를 참조하여 설명되었으나, 이것이 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 다음의 청구범위내에 포함되는 것에 미칠 수 있는 것으로 기대한다. 즉, 이상으로 설명한 본 발명의 내용은 단순히 설명을 위한 것으로, 본 발명의 범위와 기술사상으로부터 벗어남이 없이 변경이나 수정이 있을 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 본 발명에서 언급된 특허문헌들은 다른 특허문헌들과 함께 본 발명에 참조될 수 있다.

Claims

축열식 선택적촉매환원방법에 있어서, 이 방법이 사전에 결정된 농도를 갖는 적어도 하나의 반응물이 혼합가스를 얻기 위하여 사전에 결정된 양의 오염물질함유가스에 혼합되도록 하는 단계; 혼합가스를 처리장치에 도입하는 단계; 혼합가스에서 오염물질의 농도를 줄이기 위하여 다수의 열전달영역과 다수의 촉매영역을 포함하는 처리장치내에서 혼합가스를 처리하여, 혼합가스가 다수의 열전달영역에서 적어도 제1 열전달영역으로부터 열을 받아드리고 열을 다수의 열전달영역에서 적어도 제2 열전달영역에 열을 공급할 수 있도록 하고, 혼합가스가 다수의 촉매영역에서 적어도 제1 촉매영역과 다수의 촉매영역에서 적어도 제2 촉매영역에 도달하여 혼합가스가 각 다수의 촉매영역의 적어도 제1 촉매영역과 다수의 촉매영역의 적어도 제2 촉매영역에서 촉매반응이 이루어질 수 있도록 하며, 혼합가스가 이러한 처리중에 장치내에서 적어도 제1 방향과 이러한 제1 방향과는 방향이 상이한 제2 방향으로 유동될 수 있도록 하는 혼합가스의 처리단계; 장치의 다수의 열전달영역의 적어도 하나에 연통된 제1 가스운동영향장치를 작동시킴으로서 혼합가스를 장치로부터 방출하는 단계와; 혼합가스의 처리단계중에 상기 혼합가스의 처리단계에서 사용되지 않은 다수의 열전달영역중에서 적어도 제3의 영역에 연통된 제2 가스운동영향장치를 작동시킴으로서 장치로부터 반응물을 퍼징하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 혼합가스가 다수의 열전달영역의 제1 열전달영역으로부터 다수의 촉매영역의 제1 촉매영역으로의 제1 방향과 다수의 열전달영역의 제2 열전달영역으로부터 다수의 촉매영역의 제2 촉매영역으로의 제2 방향으로 유동함을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 장치가 다수의 챔버를 포함하고, 다수의 열전달영역의 제1 열전달영역과 다수의 촉매영역의 제1 촉매영역이 다수의 챔버의 제1 챔버에 배치되며, 다수의 열전달영역의 제2 열전달영역과 다수의 촉매영역의 제2 촉매영역이 다수의 챔버의 제2 챔버에 배치됨을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 다수의 열전달영역의 제1 열전달영역이 열을 혼합가스에 공급하고 다수의 열전달영역의 제2 열전달영역이 혼합가스로부터 열을 받아드림을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 혼합가스를 처리장치에 도입하는 단계이전에, 다수의 열전달영역의 제1 열전달영역을 사전에 결정된 온도로 예열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제5항에 있어서, 사전에 결정된 온도가 316℃ ~ 427℃의 범위임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
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제1항에 있어서, 제1 및 제2 가스운동영향장치가 팬임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 제1 가스운동영향장치가 도관을 통하여 적어도 하나의 챔버에 연통함을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제10항에 있어서, 도관이 댐퍼를 포함하고, 가스운동영향장치가 작동될 때 댐퍼가 개방됨을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
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제1항에 있어서, 처리장치가 적어도 하나의 열발생장치를 포함함을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 열발생장치가 사전에 결정된 위치를 가짐으로서 혼합가스가 다수의 촉매영역중 하나에 도달하기 전에 혼합가스에 열을 공급할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 열발생장치가 버너임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 열발생장치의 온도가 혼합가스의 도달시에 482℃ ~ 871℃의 범위임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 반응물이 암모니아임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 반응물이 오염물질함유가스에 혼합되는 단계이후에 혼합가스의 온도가 93℃ ~ 204℃의 범위임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제18항에 있어서, 반응물이 오염물질함유가스에 혼합되는 단계이후에 혼합가스의 온도가 149℃ ~ 177℃의 범위임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제19항에 있어서, 반응물이 오염물질함유가스에 혼합되는 단계이후에 혼합가스의 온도가 163℃임을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.
제1항에 있어서, 오염물질함유가스가 질소산화물(NO_x)를 함유함을 특징으로 하는 축열식 선택적촉매환원방법.