KR20160129085A - 500 내지 4500 kw 내연 엔진의 산소-풍부 배기물 중의 질소 산화물 환원을 위한 소형의 실린더형 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

500 내지 4500 kw 내연 엔진의 산소-풍부 배기물 중의 질소 산화물 환원을 위한 소형의 실린더형 선택적 촉매 환원 시스템 Download PDF

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KR20160129085A
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KR1020167027590A
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일리르 필루리
디르크 라이헤르트
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존슨 매세이 카탈리스츠 (저머니) 게엠베하
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Abstract

시스템 유입구, 기체 유동 시스템 및 복수의 촉매 클러스터를 포함하는 소형의 선택적 촉매 환원 시스템 (SCR)이 기재된다. 시스템 유입구는 정화된 배기물의 열을 사용하여 환원제 또는 환원제 전구체의 용액을 기화시키고, 기화된 환원제를 배기 가스와 혼합하여 혼합 기체를 형성하도록 구성된다. 기체 유동 시스템은, 시스템 유입구로부터의 혼합 기체를 복수의 촉매 클러스터로 제공하고, 배기 가스로부터의 열을 환원제/전구체의 기화를 보조하고 전구체의 환원제로의 전환을 보조하기 위해 제공하도록 구성된다. 복수의 촉매 클러스터는 SCR 및 ASC 촉매를 포함하지만, 필터 기능을 포함할 수도 있다.

Description

500 내지 4500 KW 내연 엔진의 산소-풍부 배기물 중의 질소 산화물 환원을 위한 소형의 실린더형 선택적 촉매 환원 시스템 {COMPACT CYLINDRICAL SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM FOR NITROGEN OXIDE REDUCTION IN THE OXYGEN-RICH EXHAUST OF 500 TO 4500 KW INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은, 고온 배기 가스의 스트림이 우레아의 암모니아를 포함하는 그의 활성 성분으로의 분해를 위한 열을 제공하는 NOx의 환원을 위한 소형의 선택적 촉매 환원 시스템 (SCR)에 관한 것이다. 시스템 유입구, 중심 튜브, 기체 유동 시스템 및 복수의 촉매 클러스터를 포함하는 소형 시스템이 기재된다. 시스템 유입구는, 엔진으로부터 고온 배기 가스를 수용하고, 고온 배기 가스를 환원제 또는 환원제 전구체를 포함하는 용액으로부터의 증기와 혼합하고, 환원제를 유동 시스템으로 전달하여 여기서 이것이 SCR 촉매에서 반응하도록 구성된다. SCR 촉매로부터 정화 기체가 나와, 시스템의 일부를 통과하고, 이어서 시스템으로부터 배출된다. 소형 시스템의 구성은, 500 내지 4500 킬로와트 (kW) 엔진과 함께 사용되는 현 기술상태의 시스템에 비해 우레아의 활성 환원제로의 분해 증가를 가능하게 한다.
연도 가스 중의 질소 산화물 (NOx)의 선택적 촉매 환원 (SCR)은 많은 산업에서 국립 및 국제 배출 법규의 준수를 위해 전 세계적으로 사용되고 있다. 화석 및 재생가능한 연료의 연소 공정에서 형성된 질소 산화물은 촉매 표면 상에서 암모니아와 같은 환원제에 의해 환원된다. 다양한 촉매가 산화바나듐, 이온-교환 제올라이트 등과 같은 다양한 기재 상에서 사용되었다. 촉매는 다양한 제형으로 제조될 수 있고, 다양한 형태, 예컨대 압출되거나 코팅된 벌집형 금속 기재 등으로 존재할 수 있다. 적절한 촉매의 선택을 결정하는 주요 인자 중 하나는 연도 가스의 온도이다. 암모니아가 환원제로서 바람직하나, 암모니아의 직접 사용은 기체상 암모니아의 유해한 성질로 인해 문제가 된다. 따라서, 고온 연도 가스에 주입되는 경우 취급하기에 용이하고 분해되어 암모니아를 형성하기에 용이한 물질이 통상적으로 사용된다. 예를 들어, 우레아 수용액은 140℃ 초과의 온도에서 분해되어 암모니아 및 이소시안산 (HNCO)을 형성하며, 이는 이어서 분해되어 암모니아 및 이산화탄소를 형성한다. 그러나, 우레아 수용액으로부터의 암모니아의 발생은 비교적 저속 공정이다. 고온 기체 스트림에서의 우레아의 체류 시간이 지나치게 짧은 경우, 이는 반응기 벽 상에 또는 더 나쁜 경우 촉매 상에 침전을 초래할 수 있다. 따라서, 현 기술상태의 SCR 적용에서 사용되는 실제 촉매의 상류에 수 미터의 길이를 갖는 비교적 긴 주입 덕트가 배치된다. 이러한 긴 덕트는 전형적으로 직선형 튜브이고, 이를 통해 배기물이 유동하고 여기에서 환원제가 주입기 또는 랜스에 의해 고온 기체 스트림에 주입된다.
상기에 기재된 SCR 시스템은 일반적으로 대형의 고정식 시스템, 예컨대 전력 플랜트 상에서 사용되었다. 자동차 적용에서 및 일반적으로 600 kW 미만의 엔진에서는 더 작은 SCR 시스템이 사용되었다. 이러한 더 작은 SCR 시스템은 더 작은 배기물 부피 및 그에 따라 시스템에 도입될 필요가 있는 환원제의 더 적은 질량 유동 때문에 상이한 설계를 갖는다. 최근에, 해양, 오프-로드 및 발전 분야에 있어서 500 내지 4500 킬로와트 (kW) 디젤 및 가스 엔진에 대한 배출 규정이 확립되었다. 현재 이러한 크기의 엔진에서 사용되는 시스템은 큰 직경 (최대 대략 0.6 m)을 갖는 긴 배기물 파이프 (최대 대략 10 m) 및 배기 가스의 유동 내에 위치하는 SCR 촉매로 이루어진다. 우레아 수용액이 랜스에 의해 배기 가스에 직접 주입된다. 이후에 우레아는 완전 배기 가스 유동에서 암모니아로 전환된다. 촉매 단면에 걸쳐 균일한 암모니아 농도 패턴을 달성하기 위해, 유동은 정적 혼합기에 의해 의도적으로 교란된다. 종종, 암모니아는 하나의 또는 다수의 혼합기 및 이어서 SCR 촉매를 통과하기 전에 암모니아 주입 그리드 (AIG)를 통해 완전 배기 유동으로 직접 도입된다. 따라서, 고르지 못한 유동 분포는 저온 구획을 갖는 지점을 초래하여 부분적으로 분해된 우레아로부터 침전 또는 부식을 야기할 수 있다. 이러한 우레아 손실은 또한 NOx 전환 활성에 있어 감소를 초래하는데, 이는 침전된 물질은 우레아를 암모니아로 전환시키기 위한 반응에 참여할 수 없기 때문이다.
공간은 해양, 오프-로드 및 발전 분야에 대한 적용에서 중요한 인자이고, 공간의 사용은 이러한 분야에서 작업의 경제성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 수퍼 요트 또는 페리는 승객 공간을 잃어 직접적으로 수입 손실을 야기할 수 있다. 대형 채광 굴착기 및 트럭은 이들이 이동시키거나 또는 운반할 수 있는 적재물을 감소시킬 필요가 있을 것이며, 이는 동일한 양의 물질을 이동시키기 위해 추가적 굴착을 수행하거나 또는 추가적 이동을 수행할 필요성을 야기한다. 특정한 운송 수단, 예컨대 예인선에서, 기계실은 현 기술상태의 SCR 설비의 설치에 필요한 공간을 갖지 않을 수 있다.
본원에 기재된 소형의 SCR 시스템은, 이전에 배기물 후처리 시스템 공간 제약이 그의 사용에 있어서 장애가 되었던 크기를 갖는 엔진에서 SCR 공정을 사용하여 배기 가스 중의 질소 산화물 (NOx)의 수준을 감소시키는 데 우레아를 사용하는 것을 가능하게 한다. 본원에 기재된 소형의 SCR 시스템의 이점 중 하나는, 시스템이 상기에 기재된 분야에서 새로운 엔진과 함께 사용될 수 있다는 점에 추가로, 또한 애프터마켓 시스템의 설치를 가능하게 하여 기존의 엔진도 또한 그의 배출을 감소시킬 수 있을 것이라는 점이다.
발명의 요약
시스템 유입구, 중심 튜브, 기체 유동 시스템 및 복수의 촉매 클러스터를 포함하는 소형의 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템이 기재된다. 시스템 유입구는 유입구, 및 초기 혼합 대역을 포함하며, 여기서 유입구는 엔진으로부터의 배기 가스를 수용하도록 구성되고, 초기 혼합 대역과 유체 소통된다. 초기 혼합 대역은, 초기 혼합 대역 내의 배기 가스로의 환원제 또는 환원제 전구체 도입을 위한 복수의 수단을 포함한다. 초기 혼합 대역은 중심 튜브와 유체 소통된다. 초기 혼합 대역은 기체 유동 시스템과 열 소통되는 하나 이상의 표면을 포함한다. 중심 튜브는 시스템을 통해 진행되는 대칭축 주위에 배치되고, 시스템 유입구 및 기체 유동 시스템 내의 기체 유동 편향기 둘 다와 유체 소통된다. 기체 유동 시스템은 (i) 기체 유동 편향기, (ii) 복수의 통로, 및 (iii) 유출구 콘(cone) 및 유출구 콘과 유체 소통되는 유출구를 포함하는 유출구 대역을 포함한다. 배기물 유동 시스템의 두가지 주요 구성이 존재한다. 하나의 구성에서는, 기체 유동 편향기에서 나오는 기체가 촉매 클러스터로 도입되고, 이어서 방향을 바꾸어 복수의 통로를 통해 유출구 대역으로 통과한다. 또 다른 구성에서는, 기체 유동 편향기에서 나오는 기체가 외부 쉘에 인접하여 위치하는 복수의 통로로 도입되고, 방향을 바꾸어 복수의 촉매 클러스터를 통과하고, 이어서 유출구 대역으로 통과한다.
본 발명의 많은 바람직한 측면을 하기에 기재한다. 동등한 구성이 고려된다.
본 발명은 하기 상세한 설명으로부터, 특히 첨부된 도면과 함께 고려될 때 보다 잘 이해될 것이고, 그의 이점이 보다 명백해질 것이다.
도 1은 소형의 SCR 시스템의 일례에서의 일반화된 기체 유동을 나타낸다.
도 2는, 시스템의 구성요소를 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 일례의 분해도이다.
도 3은, 구성요소의 위치 및 SCR 시스템을 통한 기체의 유동을 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 일례의 단면도를 나타낸다.
도 4는 소형의 SCR 시스템 일례의 측면도이다.
도 5는, 도 4에 나타낸 소형의 SCR 시스템의 B-B, C-C 및 D-D 단면도를 나타낸다.
도 6은, SCR 시스템의 일례의 일부 구성요소의 어셈블리를 나타내는 도이다.
도 7은, 또 다른 소형의 SCR 시스템의 일례에서의 일반화된 기체 유동을 나타낸다.
도 8은, 유입구의 구성요소를 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 유입구의 일례의 분해도이다.
도 9는, 유입구의 벽의 위치를 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 일례의 측면도이다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 시스템 유입구, 중심 튜브, 기체 유동 시스템 및 복수의 촉매 클러스터를 포함하는 SCR 시스템을 제공한다. 여러 예를, 일부 바람직한 형태와 함께 설명할 것이다.
본 발명의 하나의 측면에서, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템은 시스템 유입구, 중심 튜브, 기체 유동 시스템 및 복수의 촉매 클러스터를 포함하며; 여기서,
a. 시스템 유입구는 유입구 및 초기 혼합 대역을 포함하고, 여기서 유입구는 엔진으로부터의 배기 가스를 수용하도록 구성되며 혼합 대역과 유체 소통되고, 혼합 대역은 혼합 대역 내의 배기 가스로의 환원제 또는 환원제 전구체 도입을 위한 복수의 수단을 포함하고, 혼합 대역은 중심 튜브와 유체 소통되고, 혼합 대역은 기체 유동 시스템과 열 소통되는 하나 이상의 표면을 포함하고;
b. 중심 튜브는 시스템 유입구 및 기체 유동 시스템과 유체 소통되고;
c. 기체 유동 시스템은 (i) 기체 유동 편향기, (ii) 복수의 통로, 및 (iii) 유출구 콘 및 유출구 콘과 유체 소통되는 유출구를 포함하는 유출구 대역을 포함하고, 여기서 기체 유동 편향기는 중심 튜브 및
i. 유출구 대역과 유체 소통되는 복수의 통로와 유체 소통되는 복수의 촉매 클러스터; 또는
ii. 유출구 대역과 유체 소통되는 복수의 촉매 클러스터와 유체 소통되는 복수의 통로
와 유체 소통되고;
d. 각각의 촉매 클러스터는 SCR 촉매를 포함한다.
혼합 대역 내의 배기 가스로의 환원제 또는 환원제 전구체 도입을 위한 수단은 주입기 또는 노즐일 수 있다.
시스템 유입구는, 하나 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 추가적 노즐을 추가로 포함할 수 있다.
SCR 촉매는 모놀리스(monolith) 또는 미립자 필터 형태일 수 있고, 모놀리스를 통한 기체 유동의 순(net) 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 가질 수 있다.
촉매 클러스터는 암모니아 슬립 촉매를 추가로 포함할 수 있다.
SCR 시스템은 미립자 필터 또는 산화 촉매를 추가로 포함할 수 있다.
SCR 시스템은 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단은 NOx 센서, NH3 센서 및 온도 센서 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 엔진으로부터의 배기물 중에 형성된 질소 산화물의 양을 감소시키는 방법은, 엔진으로부터의 배기 가스를 본원에 기재된 다양한 구성요소를 갖는 SCR 시스템에 통과시키는 것을 포함한다.
시스템의 구성은, 500 내지 4500 킬로와트 (kW) 엔진과 함께 사용되는 현 기술상태의 시스템에 비해 환원제 전구체의 보다 긴 체류 시간 및 그에 따라 보다 우수한 분해 효율을 가능하게 한다. 또한, 본원에 기재된 시스템은 훨씬 더 작은 풋프린트를 갖는다.
하기 설명은 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템의 다양한 구성예의 상세사항을 제공한다.
시스템은, 배기 가스 중의 NOx의 수준을 감소시키도록 반응할 수 있는 반응물, 바람직하게는 암모니아를 제공한다. 반응물은, 암모니아를 형성할 수 있는 화합물, 예컨대 우레아를 기체 상에서 반응물로 전환시키고, 반응물을 함유하는 기체를 NOx를 함유하는 배기 가스와 조합하고, 이어서 조합된 기체를 SCR 촉매에 통과시킴으로써 형성될 수 있다. 우레아를 암모니아로 전환시키기 위해, 우레아의 수용액을 시스템 유입구 내의 혼합 대역으로 주입한다. 환원제와 혼합되는 배기 가스로부터의 열에 추가로, 혼합된 배기 가스로부터의 추가적 열이 혼합 대역 내의 하나 이상의 벽을 통해 전달된다. 따라서, 정화된 배기 가스 및 암모니아와 배기 가스의 혼합물이 SCR 촉매를 통과한 후의 SCR 반응의 엔탈피를 이용하여 우레아의 용액을 기화시킬 수 있다.
본원에 기재된 장치 및 방법은 우레아 사용시 효과적이지만, 암모니아-형성 시약 또는 가열시 반응물 기체를 형성할 수 있는 다른 NOx-환원 시약인 다른 NOx-환원 시약을 사용할 수 있다. 나타나는 반응은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 이들 반응의 요약은 각각 그의 전문이 참조로 포함되는 미국 특허 번호 8,105,560 및 7,264,785에 기재되어 있다.
용어 "우레아"는 우레아, CO((NH2)2), 및 가열시 암모니아 및 HNCO를 형성하기 때문에 우레아와 동등한 시약을 포함하는 것을 의미한다. 관련 기술분야에 공지된 다른 NOx-환원 시약이 또한 사용될 수 있다. 우레아 또는 HNCO를 형성하지 않으나, 배기 가스 중에 존재하는 화합물과 반응하여 NOx의 수준을 감소시키는 NOx-환원 시약이 사용될 수 있다.
기화기 모듈로 도입되는 우레아 용액의 부피는 NOx 질량 유동 및 용액 중의 우레아의 농도 둘 다에 따라 달라진다. 도입되는 우레아의 양은 관여되는 반응의 화학량론에 기초한 NOx 농도, 원료 배기 가스의 온도 및 사용되는 촉매에 관련된다. 사용되는 우레아의 양은 처리되는 기체 중의 NOx에서의 질소 당량에 대한 우레아, 또는 다른 NOx-환원제 중의 질소의 상대적 당량을 나타내는 "NSR"에 관련된다. NSR은 약 0.1 내지 약 2의 범위일 수 있으나, 바람직하게는 0.6 내지 1.2 (경계값 포함)의 범위 내이다.
본원에 기재된 소형의 SCR 시스템에서 사용되는 SCR 촉매는 암모니아의 존재 하에 질소 산화물의 농도를 감소시킬 수 있는 것으로 관련 기술분야에 공지된 것들로부터 선택될 수 있다. 이들은, 예를 들어 제올라이트, 바나듐, 텅스텐, 티타늄, 철, 구리, 망가니즈 및 크로뮴의 산화물, 귀금속, 예컨대 백금족 금속 백금, 팔라듐, 로듐 및 이리듐, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 관련 기술분야에서 통상적이고 통상의 기술자에게 친숙한 다른 SCR 촉매 물질, 예컨대 활성탄, 목탄 또는 코크스가 또한 사용될 수 있다. 바람직한 촉매는 전이 금속/제올라이트, 예를 들어 Cu/ZSM-5 또는 Fe/베타; 바나디아계 촉매, 예컨대 V2O5/WO3/TiO2; 또는 비-제올라이트 전이 금속 촉매, 예컨대 Fe/WOx/ZrO2를 포함한다.
이러한 SCR 촉매는 전형적으로 금속, 세라믹, 제올라이트와 같은 지지체 상에 장착되거나, 또는 균질 모놀리스로서 압출된다. 관련 기술분야에 공지된 다른 지지체가 또한 사용될 수 있다. 촉매가 관통형(flow-through) 모놀리스 기재, 필터 기재 상에 코팅되거나 또는 압출된 형태인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 촉매는 관통형 모놀리스 기재 상에 코팅되거나 또는 압출된 형태로 존재한다. 이들 촉매는 벌집형 관통형 지지체 내에 또는 상에 존재하는 것이 바람직하다. 작은 부피 SCR 시스템에 대해, 비교적 높은 셀 밀도, 예를 들어 제곱 인치 당 45 내지 400 셀 (cpsi), 보다 바람직하게는 70 내지 300 cpsi, 더욱 더 바람직하게는 100 내지 300 cpsi를 갖는 SCR 촉매가 바람직하다.
SCR 촉매는 바람직하게는, 원형 모놀리스 형태로 또는 미립자 필터 상에 (SCRF로서 관련 기술분야에 공지됨) 존재한다. SCR 촉매는, 원형, 원의 일부, 육각형, 정사각형, 및 직사각형을 비롯한, 기체 유동 방향에 수직인 다수의 단면 형상 중 임의의 것을 가질 수 있으며, 시스템의 공간적 제한으로 인해 원형 또는 원의 일부 또는 정사각형이 바람직하다. SCR 시스템은 SCR 촉매의 하류에 배치된 암모니아 슬립 촉매를 포함할 수 있다.
산화 촉매는, 이것이 SCR 시스템으로 도입되기 전에 엔진으로부터의 배기물 스트림 내에 배치될 수 있거나, 또는 SCR 활성을 감소시킬 수 있는 탄화수소를 감소시키도록 커버(5) 전 유입구 (우레아 입력의 상류)에 배치될 수 있다. 산화 촉매는 또한 CO, 방향족 화합물 등을 산화시킨다.
소형의 SCR 시스템의 일례에서의 일반화된 기체의 유동을 도 1에 나타내었다. 엔진으로부터의 배기 가스는 시스템 유입구(1) 내로 통과하고, 이어서 SCR 시스템의 중심축 주위에 배치된 중심 튜브(10)를 통과한다. 중심 튜브 통과 후, 혼합 기체는 기체 유동의 방향을 다시 시스템 유입구(1)를 향하여 변화시키는 편향기(25)와 마주친다. 이어서, 혼합 기체는 SCR 촉매(21), 그 후 암모니아 슬립 촉매 (ASC)(22)를 포함할 수 있는 촉매 클러스터(20)를 통과하고, 정화된 기체가 형성된다. 정화된 기체는 촉매 클러스터로부터 유입구 콘(6)의 저부 상으로 유동하고, 이어서 외부 쉘(15), 촉매 클러스터(20) 및 파티션(26) 사이에 형성된 유출구 통로를 통해 다시 유출구 콘을 향한다. 이어서, 정화된 기체는 유출구 콘(30) 상에 충돌하고, 유출구(31)를 통해 SCR 시스템을 나온다.
도 2는, 다양한 구성요소를 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 구성의 분해도를 나타낸다. 구성요소의 구성은 도 1에 기재된 기체 유동을 가능하게 한다. 소형의 SCR 시스템은 약 500 kW 내지 약 1000 kW (1 MW), 또는 약 1000 kW (1 MW) 내지 약 2000 kW (2 MW), 또는 약 2000 kW (2 MW) 내지 약 4500 kW (4.5 MW)를 생성하는 엔진으로부터의 배기 가스를 수용할 수 있다. 엔진 배기 가스는, 유입구(2), 환원제 또는 환원제 전구체 수용액의 도입을 위한 복수의 수단(4), 커버(5), 및 유입구 콘(6)을 포함하는 시스템 유입구(1)를 통해 SCR 시스템 내로 유동한다. 시스템 유입구는 하나 이상의 센서(3), 예컨대 NOx 센서를 추가로 포함할 수 있다. 시스템은 엔진의 배기물에 대한 하나 이상의 NOx 센서로부터의 정보를 사용할 수 있다. 배기 가스는 유입구(2)에서 시스템으로 도입되고, 이어서 커버(5)와 유입구 콘(6) 사이의 초기 혼합 대역(7) 내로 이동한다. 시스템은 바람직하게는, 유입구 상에 배치된 하나 이상의 NOx 센서(3)를 함유하거나, 엔진 상의 하나 이상의 NOx 센서를 사용한다. 커버(5)는 환원제 또는 환원제 전구체, 바람직하게는 우레아를 함유하는 용액이 공급되는 복수의, 바람직하게는 4개의 주입기를 함유한다. 환원제 또는 환원제 전구체를 함유하는 용액은 기화되고 배기 가스와 혼합되어, 커버(5)와 유입구 콘(6) 사이의 초기 혼합 대역(7) 내에 혼합 기체를 형성한다. 이어서, 혼합 기체는, 시스템의 대칭축을 따라 배치된 중심 튜브(10)를 통해 유동한다. 배기 가스로부터의 열은 커버(5), 유입구 콘(6) 및 중심 튜브(10)로 전달된다. 유입구 콘(6) 및 중심 튜브(10)는 열 교환기로서 기능한다. 이 열은 환원제 또는 환원제 전구체의 용액의 기화를 보조하고, 환원제 전구체의 환원제로의 전환을 보조한다.
중심 튜브(10)를 통과한 후, 혼합 기체는 편향기(25) 상에 충돌한다. 도 2 내지 6에 나타낸 편향기(25)는 유동을 4개의 서브유동으로 전환시킨다. 배기 가스가 제공되는 엔진의 크기 및 작동 특성에 따라, 편향기는, 유동을 도에 나타낸 4개가 아닌 상이한 수의 서브유동으로 분할하도록 구성될 수 있다. 복수의, 바람직하게는 4개의 파티션(26)이 편향기 및 외부 쉘(15) 상에 또는 대향하여 배치되고, 이는 혼합 기체 유동을 복수의 서브유동으로 분할한다. 시스템 내의 파티션의 수는 촉매 클러스터의 수 및 그에 따라 편향기(25)의 구성에 따라 달라진다. 파티션은 시스템의 대칭축에 대하여 기체 유동의 방향을 역전시키고, 기체를 시스템 유입구(1)로 다시 유동시키도록 배치되고 구성된다. 이어서, 기체의 각각의 서브유동은, SCR 촉매(21) 및 이어서 바람직하게는 ASC(22)를 포함하는 촉매 클러스터(20)를 통과한다. 도에는 4개의 촉매 클러스터를 갖는 시스템을 나타내었다. 촉매 클러스터의 수는 편향기(25)의 구성 및 유동이 분할되는 서브유동의 수에 따라 달라진다. 도에는 기체 서브유동의 방향에서 원형 단면을 갖는 SCR 촉매(21) 및 ASC(22)의 사용을 나타내었다. 촉매는 임의의 형상, 예컨대 원, 타원, 반원, 정사각형 및 직사각형을 가질 수 있다. 촉매 클러스터(20)를 통과한 후, 각각의 서브유동은 유입구 콘(6) 상에 충돌하고, 기체 유동의 방향이 시스템의 대칭축에 대하여 다시 역전된다. 이어서, 정화된 배기 가스는 외부 쉘(15), 촉매 클러스터(20) 및 파티션(26) 사이에 형성된 유출구 통로를 통해 유출구 콘(30)을 향해 시스템 유입구(1)로부터 멀리 유동한다. 이어서, 정화된 기체는 유출구 콘(30) 상에 충돌하고, 유출구(31)를 통해 SCR 시스템을 나온다.
커버(5)는, 커버(5)와 유입구 콘(6) 사이의 초기 혼합 대역(7)으로의 환원제 또는 환원제 전구체, 예컨대 우레아 수용액의 도입을 위한 수단을 포함한다. 유입구 콘(6) 및 중심 튜브(10)는, 열이 엔진으로부터의 고온 배기 가스로부터 SCR 시스템 내의 다양한 구성요소 및 기체로 전달될 수 있게 하는 열 교환기로서 기능할 수 있다. 환원제 또는 환원제 전구체의 수용액은 침전 또는 다른 문제 없이 저장 및 취급에 적합한 농도로 유지된다. 수용액 중의 우레아의 농도는 약 5 내지 70%, 바람직하게는 약 15 내지 약 60%, 보다 바람직하게는 약 30 내지 약 40%의 범위일 수 있다. 우레아 수용액의 도입을 위한 수단은 액체 압력 하의 주입기, 우레아 용액의 스프레이 형성 (예비-증발)을 위해 공기를 사용하는 노즐 또는 무공기(airless) 노즐을 포함할 수 있다. 환원제 또는 환원제 전구체 수용액의 도입을 위한 수단으로서는 주입기가 바람직하다. 공기를 사용하는 다양한 유형의 노즐이 다수의 공급원으로부터 상업적으로 입수가능하다. 500 내지 4500 kW의 엔진 크기에서, 우레아와 사용될 수 있는 상업적으로 입수가능한 노즐은 단지 저압 기화 공기를 필요로 하고, 이는 비교적 작은 압축기에 의해 공급될 수 있다. 500 내지 4500 kW의 엔진의 배기물 정화를 위해 필수적인 우레아 질량 유동에 대해 현재 이용가능한, 1-상, 무공기 노즐은 하나의 작업 사이클에서 다양한 질량 처리량 작업을 위해 매우 높은 액체 압력을 필요로 한다. 그러나, 노즐 제조업체는 조정가능한 질량 처리량으로의 저압 1-상 노즐을 연구 개발 중이다. 무공기 시스템은, 이들이 보다 적은 구성요소를 갖기 때문에, 보다 적은 자본 및 작업 비용을 가질 수 있고 시스템 고장 가능성이 보다 낮을 수 있다. 무공기 주입 시스템은, 공간이 제약되고 오랜 보증 기간 (예를 들어 2년 이상)이 요구되며, 해양, 발전, 채광 등과 같이 엔진이 높은 연간 사용량 (예를 들어, 연간 8000시간)을 갖는 소형의 SCR 시스템에 있어 특히 매력적일 수 있다. 다른 유형의 아토마이저(atomizer)가 사용될 수도 있다.
완전한 물의 증발 및 우레아의 암모니아로의 분해에 필요한 열은 배기물의 열 및 유입구 콘(6) 및 중심 튜브(10)의 열 교환 기능을 통한 정화된 배기 가스로부터의 열 전달에 의해 공급된다.
SCR 시스템은 2차 기화 공기를 예열시키기 위해 외부 쉘(15), 유입구 콘(6) 및 유출구 콘(30) 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 예열된 2차 기화 공기는, 주입기 또는 노즐을 나온 후 형성시의 우레아 용액의 스프레이 패턴을 제어하고 조정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 이는 배기 가스 중의 우레아 및 암모니아 또는 또 다른 환원제의 분포를 제어하고/거나 조정하는 수단을 제공하고, 따라서 수성 우레아 증발/분해 시간의 제어, 및 그에 따라 최저의 가능한 암모니아 슬립으로 최고의 가능한 NOx 환원을 달성할 가능성을 제공한다.
우레아 수용액은, 가압된 1차 기화 공기의 도움 하에 상업적 노즐을 사용하여 원자화될 수 있다. 1차 기화 공기는 환원제를 함유하는 용액을 액적으로 전환시키는 데 사용되는 공기이다. 다양한 질량 처리량에서도, 수십 밀리미터 내지 수십 마이크로미터의 직경을 갖는 액적을 얻기 위해서는 단지 수백 밀리바 내지 수 바의 압력이면 충분할 수 있다. 따라서, 현 기술상태의 설비에서 현재 사용되는 바와 같은 대형 공기 압축기보다는 소형 장치, 예컨대 회전 피스톤 팬, 사이드 채널 블로어 등이 사용될 수 있다. 액적에 의해 형성된 요망되는 스프레이 프로파일을 형성하는 데 있어 2차 기화 공기로서 가압된 공기가 사용될 수도 있다. 2차 기화 공기의 일부를 별도의 2개의 노즐을 통해 1차 수성 우레아 스프레이 내로 불어넣어 스프레이 프로파일을 증가된 열 및 질량 전달 표면에 대한 편평한 제트로 신장시킬 수 있다. 초기 혼합 대역(7)에서의 낮은 스프레이/증기 속도 및 비교적 높은 온도로 인해, 우레아의 암모니아 및 이소시안산으로의 완전한 또는 거의 완전한 열분해가 예상된다. 또한, (우레아 수용액 중의 물의 휘발로부터 형성된) 스팀의 매우 높은 국소 농도 및 초기 혼합 대역(7)에서의 배기 가스의 희석 부재로 인해, 우레아는 초기 혼합 대역 내의 배기 가스와 혼합되기 전에 이소시안산으로 급속히 가수분해될 것으로 예상된다.
또한 2차 기화기 공기를 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상의 노즐을 통해 시스템 유입구 내로 공급하여 초기 혼합 대역에서 편평한 스프레이 또는 와류 유동을 생성하여, 벽으로부터 스프레이로의 열 전달을 증가시킬 수 있다. 2차 기화 공기를 이것이 노즐로 향하기 전에 가열할 수 있다. 가열은 임의의 공지된 수단에 의해, 바람직하게는 전기적으로, 보다 바람직하게는 배기 가스를 외부 쉘(15), 커버(5) 또는 유출구 콘(30) 상에 배치된 튜브 열 교환기에 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 2차 기화 공기 스트림의 총 질량 유동 및 압력은, 요망되는 스프레이 신장 패턴 및 요망되는 와류 유동 패턴, 뿐만 아니라 초기 혼합 대역(7)에서의 요망되는 압력 및 온도에 의해 결정된다. 또한 커버(5) 및 유입구 콘(6)의 벽은 환원제 전구체의 가수분해를 위한 촉매 활성을 제공할 수 있다.
도 3은, 구성요소의 위치 (도 3(a) 및 (c)) 및 SCR 시스템을 통한 기체의 유동 (도 3(b) 및 (d))을 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 일례의 단면도를 나타낸다. 도 3(a) 및 3(c)는 단면의 배향을 상이한 각도에서 보여주는 동일한 단면을 나타낸다. 이들 도는 시스템 유입구의 유입구(2), 커버(5), 주입기(4) 및 유입구 콘(6)을 나타낸다. 유입구 콘(6)은 중심 튜브(10)와 유체 소통된다. 편향기(25)는 중심 튜브(10)의 말단 후에 배치되며, 중심 튜브(10)의 말단과 편향기(25) 사이에 파티션(26)에 의해 공간이 형성된다. 편향기(25)는 우레아 또는 다른 환원제 전구체의 가수분해를 보조할 수 있는 하나 이상의 촉매를 포함하는 하나 이상의 코팅을 포함할 수 있다. SCR 촉매(21) 및 ASC(22)를 함유하는 복수의 촉매 클러스터가 중심 튜브(10) 주위에 배치된다. 2개의 지지체(27)는 촉매 클러스터를 중심 튜브(10)와 외부 쉘(15) 사이에서 제자리에 고정시킨다. 유입구 콘(6)은 촉매 클러스터(20)와 유입구 콘(6) 사이에 공간을 가지며 촉매 클러스터의 말단 근처에 배치된다. 이 공간은 정화 배기 가스가 촉매 클러스터를 나와 유입구 콘(6) 상으로 유동하도록 통로를 제공하며, 여기서 이것은 열을 초기 혼합 대역(7) 내로 전달한 후 회전하고 그 후 유출구 콘(30) 상에 충돌하고, 이어서 유출구(31)를 통해 나온다.
도 3(b) 및 (d)는 도 1에 기재된 바와 같은 기체 유동 패턴을 갖는 소형의 SCR 시스템의 일례에서의 기체 유동을 나타낸다. 다양한 부재의 부분 번호는 상기에 기재된 바와 같이 도 3(a) 및 (c)에 나타나 있다. 고온 배기 가스는 SCR 시스템으로의 유입구(2)를 통해 소형의 SCR 시스템으로 도입된다. 기체는 커버(5)와 유입구 콘(6) 사이의 초기 혼합 대역을 통해 상향 유동한다. 초기 혼합 대역에서의 기체의 순 유동 패턴을 간단한 선으로 나타내었다. 초기 혼합 대역 내에서의 유동 패턴은, 혼합 기체를 형성하는 주입기(4)를 통해 시스템으로 도입되는 기화된 환원제 또는 환원제 전구체와 엔진으로부터의 고온 배기 가스의 혼합의 복잡성으로 인해 나타내지 않았다. 혼합 기체는 중심 튜브(10)를 통해 이동하고, 이어서 편향기(25) 상에 충돌하여 방향을 바꾸고, 촉매 클러스터 내로 파티션(26) 사이에서 서브유동으로 분할되고, 여기서 이는 SCR 촉매(21)를 통과하고, 이어서 ASC(22)를 통과한다. 촉매 클러스터로부터 배출 후, 정화 배기 가스는 유입구 콘(6) 상에 충돌하고, 방향을 바꾸어 촉매 클러스터(20)와 외부 쉘(15) 사이의 공간을 통해 유동한다. 이어서, 정화된 기체는 유출구 콘(30) 상에 충돌하고, 유출구(31)를 통해 나온다.
배기 가스가 SCR 촉매(21)를 통과할 때, 배기 가스 중의 NOx는 촉매 표면 상의 환원제와 반응하고, 배기 가스 중의 NOx의 양이 감소한다. SCR 반응이 NOx 수준 감소에 있어 효과적이 되기 위해서는, 기체화된 우레아를 포함한 연소 기체의 온도가 약 100℃ 이상, 전형적으로는 약 180 내지 약 650℃, 또한 바람직하게는 적어도 약 250℃ 초과여야 한다. 촉매의 조성, 형태 및 특히 부피는 SCR 촉매 중의 기체의 온도, 뿐만 아니라 질소 산화물의 촉매 환원에 있어 환원을 제공하는 NOx 로드에 기초하여 선택될 수 있다. 시스템은 바람직하게는, SCR 촉매(21)의 배기 가스 유동 하류에 배치된 암모니아 슬립 촉매 (ASC)(22)를 포함한다.
소형의 SCR 시스템은, 전형적인 SCR 공정에서 종종 사용되거나 요구되는 바와 같은 암모니아 주입 그리드 (AIG)를 사용하지 않는다.
소형의 SCR 시스템은 촉매를 대체하기 위한 SCR 촉매 접속 수단을 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 수단은, 커버(5) 및 유입구 콘(6) 또는 유출구 콘(30)을 외부 쉘(15)에 연결하는 기계적 체결 시스템, 예컨대 복수의 너트 및 볼트를 포함한다.
소형의 SCR 시스템은 다양한 센서, 예컨대 하나 이상의 NOx 센서, NH3 (암모니아) 센서, 및 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다. NH3 센서는 바람직하게는 SCR 시스템의 유출구에 배치되어 SCR 시스템을 통한 암모니아 슬립을 측정할 것이다. NOx 및/또는 NH3 및/또는 온도 센서는, 우레아 및 적용가능한 경우 기화 공기 및 적용가능한 경우, 기화기 모듈 및 이어서 배기 가스 내로 전달되는 정화 기체의 양을 제어하는 유닛에 연결될 수 있다. NOx 센서, 및 임의로 온도 센서는 시스템 유입구에, 바람직하게는 유입구(2) 내에 배치될 수 있다. NOx 또는 NH3 센서는 SCR 촉매의 하류, 바람직하게는 유출구 상에 배치될 수 있고, 폐회로 제어에 사용될 수 있다.
500 내지 4500 kW의 전력을 갖는 이중 단 (예를 들어 V-실린더) 엔진으로부터의 배기 가스는 소형의 SCR 시스템의 유입구로 도입되기 전에 함께 연결될 수 있다.
도 4는 소형의 SCR 시스템 일례의 측면도이다. 유입구(2)는 센서(3), 바람직하게는 NOx 센서를 포함하고, 복수의 주입기(4) (이 도에서는 3개를 나타냄)를 함유하는 커버(5)에 연결된다. 커버(5)는, 유출구 콘(30)에 연결된 외부 쉘(15)에 연결된다. 유출구 콘(30)은, 바람직하게는 하나 이상의 센서(35)를 함유하는 유출구(31)에 연결된다. 엔진으로부터의 배기 가스는 유입구(2)를 통해 SCR 시스템으로 도입되고, 정화 배기 가스는, 외부 쉘(15) 내의 SCR 촉매 (도시되지 않음)를 통과한 후, 유출구(31)를 통해 SCR 시스템으로부터 배출된다. 외부 쉘(15)을 통과하는 3개의 절단선 (B-B, C-C 및 D-D)의 위치가 또한 나타나 있다.
도 5는, 도 4에 나타낸 소형의 SCR 시스템의 B-B, C-C 및 D-D 단면도를 나타낸다. 단면 B-B 및 D-D는 동일하고, 지지체(27)의 각각의 4개의 팔 내에 함유된 4개의 촉매 클러스터(20)를 가지며 지지체(27)의 중앙에 중심 튜브(10)를 함유한다. 지지체는 외부 쉘(15)과 접촉되거나 그에 연결되어 있다. 단면 C-C는 외부 쉘(15)과 접촉되거나 그에 연결된 편향기(25)를 함유한다.
도 6(a) 내지 (c)는, SCR 시스템의 일례의 일부 구성요소의 어셈블리를 나타내는 도이다. 이들 도 각각은 유입구(2) 및 외부 쉘(15)을 나타낸다. 도 6(a)는 또한 지지체(27)의 각각의 4개의 팔 내에 함유된 4개의 촉매 클러스터(20)와 함께 지지체(27)의 중앙의 중심 튜브(10)를 나타낸다. 지지체는 외부 쉘(15)과 접촉되거나 그에 연결되어 있다. 도 6(b)는 파티션(26)의 첨가를 나타낸다. 파티션은 지지체(27)의 노출 연부와 함께 배향되어 있다 (도 6(b) 참조). 도 6(c)는 파티션(26) 및 외부 쉘(15)에 대향하는 또는 그와 연결된 편향기(25)의 첨가를 나타낸다.
소형의 SCR 시스템의 또 다른 예에서의 일반화된 기체 유동을 도 7에 나타내었다. 엔진으로부터의 배기 가스는 시스템 유입구(1) 내로 통과하고, 이어서 SCR 시스템의 중심축 주위에 배치된 중심 튜브(10)를 통과한다. 중심 튜브 하류로 통과한 후, 혼합 기체는, 혼합 기체 유동을 복수의 서브유동으로 분할하고, 기체 유동의 방향을 다시 유입구를 향하여 변화시키는 편향기와 마주친다. 혼합 기체 서브유동은 외부 쉘(15), 촉매 클러스터(20) 및 파티션(26) 사이에 형성된 유입구 통로를 통과하고, 이어서 유입구 콘의 저부와 접촉한다. 이어서, 기체는 SCR 촉매(21), 그 후 암모니아 슬립 촉매 (ASC)(22)를 포함하는 촉매 클러스터(20)를 통과하고, 정화된 기체가 형성된다. 이어서, 정화된 기체는 유출구 콘(30) 상에 충돌하고, 유출구(31)를 통해 SCR 시스템을 나온다.
도 7에 예로 나타낸 유동에 사용되는 시스템의 구성은, 편향기(25)가 기체 유동의 통로를 변화시키도록 회전하는 것을 제외하고는, 도 1 내지 6에 기재된 시스템의 구성과 유사하다.
소형의 SCR 시스템으로의 유입구는 상기에 기재된 소형의 SCR 시스템에서의 사용을 위해 변형될 수 있고, 또한 다른 유형의 SCR 시스템에 사용될 수 있다. 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템 유입구는 유입구, 혼합 대역, 유출구 및 환원제 또는 환원제 전구체 수용액의 도입을 위한 복수의 수단을 포함할 수 있고, 여기서 유입구는 혼합 대역과 유체 소통되고, 혼합 대역은 유출구와 유체 소통되고, 혼합 대역은 커버, 벽 및 유입구 콘에 의해 형성되고, 여기서 벽은 커버와 유입구 콘 사이에 배치되고, 환원제 또는 환원제 전구체 수용액의 도입을 위한 복수의 수단은 벽 상에 배치된다. 도 8은, 다양한 구성요소를 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 유입구의 구성의 분해도를 나타낸다. 엔진 배기 가스는, 유입구(2), 환원제 또는 환원제 전구체 수용액의 도입을 위한 복수의 수단(4), 커버(5), 및 유입구 콘(6)을 포함하는 시스템 유입구(1)를 통해 SCR 시스템 내로 유동한다. 시스템 유입구는 하나 이상의 센서(3), 예컨대 NOx 센서를 추가로 포함할 수 있다. 시스템은 엔진의 배기물에 대한 하나 이상의 NOx 센서로부터의 정보를 사용할 수 있다. 배기 가스는 유입구(2)에서 시스템으로 도입되고, 이어서 커버(5)와 유입구 콘(6) 사이의 초기 혼합 대역(7) 내로 이동한다. 초기 혼합 대역(7)은 커버(5)와 유입구 콘(6) 사이의 벽(8) 내에 함유된다. 벽(8)은 도 9에서 실린더 형상을 갖는 것으로 나타나 있다. 벽은, 유입구가 부착되어 있는 SCR 시스템의 형상에 따라, 다른 형상, 예컨대 정사각형, 오각형, 육각형 등의 형태일 수 있다. 벽(8)은, 환원제 또는 환원제 전구체, 바람직하게는 우레아를 함유하는 용액이 공급되는 복수의, 바람직하게는 2개 초과의 주입기를 함유한다. 바람직하게는, 주입기는 무공기형 (액체 환원제 용액을 의미함) (단지 주입기)의 것이다. 초기 혼합 대역(7)의 기하구조로 인해, 주입기(4)의 팁에서는 매우 낮은 배기 가스 운동량이 발생한다. 따라서, 주입기의 스프레이 패턴이 완전히 발달되어, 작은 액적 직경, 따라서 높은 액적 표면적 및 그에 따라 증가된 증발 속도가 나타날 수 있다. 환원제 또는 환원제 전구체를 함유하는 용액은 기화되고 배기 가스와 혼합되어, 커버(5), 유입구 콘(6) 및 벽(8) 사이의 초기 혼합 대역(7) 내에 혼합 기체를 형성한다. 이어서, 혼합 기체는, SCR 촉매를 향하여 시스템의 대칭축을 따라 배치된 중심 튜브(10)를 통해 유동한다. 시스템은 바람직하게는, 유입구 상에 배치된 하나 이상의 NOx 센서(3)를 함유하거나, 엔진 상의 하나 이상의 NOx 센서를 사용한다.
도 9는 소형의 SCR 시스템의 일례의 측면도이다. 유입구(2)는 센서(3), 바람직하게는 NOx 센서를 함유하고, 복수의 주입기(4) (이 도에서는 3개를 나타냄)를 함유하는 커버(5)에 연결된다. 커버(5)는, 유출구 콘(30)에 연결된 외부 쉘(15)에 연결된 벽(8)에 연결된다. 유출구 콘(30)은, 바람직하게는 하나 이상의 센서(35)를 함유하는 유출구(31)에 연결된다. 엔진으로부터의 배기 가스는 유입구(2)를 통해 SCR 시스템으로 도입되고, 정화 배기 가스는, 외부 쉘(15) 내의 SCR 촉매 (도시되지 않음)를 통과한 후, 유출구(31)를 통해 SCR 시스템으로부터 배출된다. 외부 쉘(15)을 통과하는 3개의 절단선 (B-B, C-C 및 D-D)의 위치가 또한 나타나 있다.
상기 설명은 관련 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있게 하도록 의도된다. 이는 통상의 기술자가 설명을 읽음에 따라 명백하게 될 모든 가능한 변형 및 변화를 상술하도록 의도된 것은 아니다. 그러나, 모든 이러한 변형 및 변화는 상기 설명에 나타내고 다르게는 하기 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (13)

  1. 시스템 유입구, 중심 튜브, 기체 유동 시스템 및 복수의 촉매 클러스터를 포함하며; 여기서,
    a. 시스템 유입구는 유입구 및 초기 혼합 대역을 포함하고, 여기서 유입구는 엔진으로부터의 배기 가스를 수용하도록 구성되며 혼합 대역과 유체 소통되고, 혼합 대역은 혼합 대역 내의 배기 가스로의 환원제 또는 환원제 전구체 도입을 위한 복수의 수단을 포함하고, 혼합 대역은 중심 튜브와 유체 소통되고, 혼합 대역은 기체 유동 시스템과 열 소통되는 하나 이상의 표면을 포함하고;
    b. 중심 튜브는 시스템 유입구 및 기체 유동 시스템과 유체 소통되고;
    c. 기체 유동 시스템은 (i) 기체 유동 편향기, (ii) 복수의 통로, 및 (iii) 유출구 콘 및 유출구 콘과 유체 소통되는 유출구를 포함하는 유출구 대역을 포함하고, 여기서 기체 유동 편향기는 중심 튜브 및
    i. 유출구 대역과 유체 소통되는 복수의 통로와 유체 소통되는 복수의 촉매 클러스터; 또는
    ii. 유출구 대역과 유체 소통되는 복수의 촉매 클러스터와 유체 소통되는 복수의 통로
    와 유체 소통되고;
    d. 각각의 촉매 클러스터는 SCR 촉매를 포함하는 것인,
    선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 혼합 대역 내의 배기 가스로의 환원제 또는 환원제 전구체 도입을 위한 수단이 주입기 또는 노즐인 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 시스템 유입구가, 하나 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 하나 이상의 추가적 노즐을 추가로 포함하는 것인 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, SCR 촉매가 모놀리스 또는 미립자 필터 형태인 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 SCR 촉매가 모놀리스를 통한 기체 유동의 순 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 갖는 모놀리스 또는 미립자 필터 형태인 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 클러스터가 암모니아 슬립 촉매를 추가로 포함하는 것인 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 미립자 필터 또는 산화 촉매를 추가로 포함하는 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단을 추가로 포함하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단이 NOx 센서, NH3 센서 및 온도 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것인 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 편향기가 중심 튜브로부터 유래된 배기 가스 유동을 복수의 서브유동으로 분할하도록 구성된 것인 시스템.
  11. 엔진으로부터의 배기 가스를 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 SCR 시스템에 통과시키는 것을 포함하는, 엔진으로부터의 배기물 중에 형성된 질소 산화물의 양을 감소시키는 방법.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 유입구가 커버와 유입구 콘 사이의 벽을 추가로 포함하고, 주입기가 벽 내에 배치된 것인 시스템.
  13. 유입구, 혼합 대역, 유출구 및 환원제 또는 환원제 전구체 수용액의 도입을 위한 복수의 수단을 포함하며, 여기서 유입구는 혼합 대역과 유체 소통되고, 혼합 대역은 SCR 촉매로 이어지는 혼합 튜브와 유체 소통되고, 혼합 대역은 커버, 벽 및 유입구 콘에 의해 형성되고, 여기서 벽은 커버와 유입구 콘 사이에 배치되고, 환원제 또는 환원제 전구체 수용액의 도입을 위한 복수의 수단은 벽 상에 배치된 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템 유입구.
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