JP2011521783A - 蓄熱式選択触媒還元による、燃焼排気からの物質を除去するためのシステムおよび方法 - Google Patents

蓄熱式選択触媒還元による、燃焼排気からの物質を除去するためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

蓄熱式選択触媒還元（ＲＳＣＲ）システムおよびプロセスを提供する。これにより、気体を反応物質と混合し、次に該気体を、該気体の加熱を伴う処理のためにＲＳＣＲ装置に導入し、該気体に１つもしくは複数の触媒反応を生じさせ、次に、該気体が、該ＲＳＣＲプロセスの連続サイクルに関連して使用するための熱を提供する、熱伝導領域に、該気体を方向付けることによって、気体中のＮＯＸおよびＣＯレベルを減少させる。

Description

本発明は、燃焼排気から物質を除去するためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、蓄熱式選択触媒還元（ＲＳＣＲ）による燃焼排気の脱窒（つまり、燃焼排気からの窒素酸化物の除去）のためのシステムおよび方法に関する。
高温燃焼プロセスおよび他の同様の技術は、産業界において重要な役割を果たしているが、多くの場合、こうしたプロセスの望ましくない副産物として、排出された燃焼排気内の汚染物質の生成および大気中への放出がある。これらの汚染物質のうちで最も悪質なものとしては窒素酸化物（本明細書では以降「ＮＯｘ」と称される）があり、これは、ＥＰＡによって汚染物質として分類されており、その排出は、スモッグおよびいわゆる酸性雨の発生と関係がある。このため、排出される燃焼排気中のＮＯｘ等の汚染物質の量を許容可能なレベルに低減することが、当業者の共通の目標である。
何年にもわたってＮＯｘ排出削減のために共通して利用されている技術は、燃焼プロセスそのもの、例えば燃焼排気の再循環を修正することであった。しかし、こうした技術を施した結果は概して期待に沿うものではない（ＮＯｘ除去の効率は５０％以下である）ことがわかってきたことから、昨今では、代わって、種々の燃焼排気の脱窒プロセス（燃焼排気が大気中に排出される前の、燃焼排気からの窒素の除去プロセス）が注目されるようになった。
燃焼排気の脱窒プロセスは、いわゆる吸収技術を利用する「湿式」分析法および、それとは別の、吸着技術、触媒分解および／または触媒還元に依存する「乾式」分析法に分類される。現在、広く実施されている脱窒プロセスは選択触媒還元（ＳＣＲ）であり、これは、反応物質（例えば、ＮＨ３）の導入により、ＮＯｘを、無害な反応生成物、例えば窒素および水に変化させて還元させる「乾式」脱窒方法である。ＳＣＲプロセス内の還元プロセスは、以下の化学反応によって定式化される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
ＳＣＲに関する技術のために、ＳＣＲプロセスを実行するための装置を物理的にどこに配置するかの決定には、多少の柔軟性がある。言い換えると、ＳＣＲプロセスの化学反応は、全体の燃焼システム内の特定の段階または部位で行われる必要はない。２つの最も一般的な配置部位とは、全体のシステムの中央内（つまり、「高温側」）、または全体のシステムのいわゆる「末尾」（つまり、「低温側」）である。
残念ながら、高温側および低温側の両方のＳＣＲ設置に関し、産業的な環境において、大きな問題が生じている。例えば、高温側のＳＣＲプロセスは、薪を燃料とする燃焼器の使用にとって最適ではない。これは、薪内に存在する灰分が、ＳＣＲプロセス中の一方向の気体流のために触媒を損傷させる可能性のある、アルカリを含有するためである。低温側のＳＣＲプロセスはこの不都合を回避するが、間接的な熱交換に依存しているため、熱効率が良くない。
このため、既存の生産工程に容易に実施することができ、かつ、高い熱効率を実現し、設置および／または稼動に関連するコストを大幅に削減しながら、燃焼排気からのＮＯｘの効果的な除去を可能にする、選択触媒還元プロセスが求められている。
本発明は、蓄熱式選択触媒還元（ＲＳＣＲ）によって、燃焼排気から物質を除去するためのシステムおよび方法を提供することにより、このニーズおよび他のニーズに対応する。こうしたシステムおよび方法は、その利点として高い除去効率を実現するが、実施のためにコストのかさむ設計上の変更は不要であり、また、実行時において容認できないレベルの熱的な非効率が生じることはない。
本発明のＲＳＣＲプロセスは、ＮＯｘ等の汚染物質を生じさせる大規模な装置の「高温側」または「低温側」（つまり、末尾）に配置可能な、ＲＳＣＲ装置を中心とする。ＲＳＣＲ装置は複数のチャンバを含み、これはそれぞれ、概して、１つもしくは複数の熱伝導領域および１つもしくは複数の触媒領域を含む。ＲＳＣＲ装置は、さらに、その中を、熱伝導領域および触媒領域へ流れ込む、および、これら領域から気体が流れ出る、空きスペース領域（例えば、ヘッドスペース領域）を含む。
各熱伝導領域の目的は、流入する気体に熱を提供し、かつ、流出する気体から熱を抽出することである。触媒領域の目的は、触媒還元によって、ＮＯｘ含有気体内のＮＯｘが無害な成分に変換される、触媒還元を生じさせることである。
ＲＳＣＲプロセスは、複数回または多数回の処理サイクルを伴い、その各サイクルの間、ＮＯｘ含有気体は、装置に導入され、ＮＯｘの除去のために処理され、大気に放出される。処理装置に導入される前に、処理される該気体は、該気体内にまだ存在しない少なくとも１つの反応物質（例えば、アンモニア）と混合される。
各サイクルは、汚染された気体をＲＳＣＲ装置に導入することで開始する。該気体の温度を、触媒反応の発生のために十分高いものにするために、熱伝導領域によって、該気体に熱が伝達される。本発明の各サイクルに従い、熱伝導領域は、予熱されるまたは余熱を有すことになり、その熱の少なくともいくらかを該気体に伝達させる。
加熱された該気体は、熱伝導領域と同じチャンバ内の触媒領域に進み、次に、触媒反応が起こる。次に、該気体がチャンバから排出され、該気体の流れ方向が変わる別のチャンバに流入する。好適には、該気体は、この他のチャンバに達する前に、１つもしくは複数の熱発生デバイス（例えば、１つもしくは複数の燃焼器）によって熱せられる。ここで、該気体にさらなる触媒反応が生じ、次に、熱伝導領域よりも高い温度であるため、該気体によって熱が与えられる、別の熱伝導領域と接触する。この熱伝導領域内の余熱は、次に、本発明のＲＳＣＲプロセスの第２のサイクルに従い、処理のために装置に導入されるさらなるＮＯｘ含有気体に熱を提供できる。
このため、ＲＳＣＲプロセスの各サイクルは、気体からＮＯｘを除去するだけでなく、本プロセスの以降のサイクルの性能を向上させるために、熱を提供する。これにより、ＲＳＣＲプロセスは、進行を継続することができる。
本発明のＲＳＣＲプロセスは、従来の選択触媒還元（ＳＣＲ）プロセスと比較して、いくつかの重要な利点を有している。例えば、本プロセスの各サイクルは、触媒を通過する複数方向の気体流を伴う。したがって、本発明は、適した熱伝導レベルをもたらすために間接的な加熱装置に依存する必要のある、従来の「低温側」ＳＣＲプロセスでは実現されないレベルの熱伝導および熱回収を可能にする。さらに、アンモニアスリップのレベルは、処理される気体が複数の触媒領域を通って異なる方向に移動するにもかかわらず、本発明のＲＳＣＲプロセスに従い、過度に高くなることはない。これは想定外のことである。理論によって拘束されることを望むことなく、本発明の発明者は、過度なアンモニアスリップが生じないことの理由の少なくとも一部として、触媒に吸着したアンモニアが、予想よりも低効率で脱着するからであると考える。
さらに、ＲＳＣＲ装置は、混合された燃焼排気中のＣＯを削減するための手段を含むことができると考えられる。ＲＳＣＲプロセスは、燃焼排気の混合物を混合気体中のＣＯ削減のための手段に接触させることを含むことができる。
別の実施形態では、蓄熱式選択触媒プロセスは、既定の濃度の少なくとも１つの反応物質を既定の量の汚染物質含有気体と混合させて、混合された気体を形成し、この混合された気体を処理装置に導入するステップを含む。混合された気体は、混合気体中の汚染物質の濃度を低減するために処理装置内で処理され、処理装置は、第１および第２の熱伝導領域および第１のおよび第２の触媒領域を含む。この処理には、（ｉ）該混合された気体に、該第１の熱伝導領域からの熱を受容させ、かつ、該第２の熱伝導領域へ熱を提供させるステップと、（ｉｉ）該混合された気体を、該第１の触媒領域および第２の触媒領域へ接触させるステップであって、該混合気体はそれぞれの該触媒領域で触媒還元を実行する、ステップと、（ｖ）該混合された気体を、かかる処理の間、本装置内の少なくとも第１の方向および第２の方向に流入させるステップであって、該第１の方向は該第２の方向とは異なるステップと、を伴う。該混合された気体は、本装置の熱伝導領域のうちの少なくとも１つと連通する気体移動に作用するデバイスを作動させることで、装置から排出される。
本発明の種々の他の態様および実施形態を、以下に記載する。
本発明の本質および所望の目的をより深く理解するために、添付の図に関して記載される、以下の発明を実施するための形態を参照する。図において、同様の参照記号は、図内に示されるいくつかの図の対応する部分を指す。
本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＳＣＲプロセスの第１のサイクル中の蓄熱式選択触媒還元（ＲＳＣＲ）装置の概略図である。 本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＳＣＲプロセスの第２のサイクル中の図１のＲＳＣＲ装置の概略図である。 本発明の例示的な実施形態に従う、ＲＳＣＲプロセスの第３のサイクル中の図１および２のＲＳＣＲ装置の概略図である。 各触媒チャンバ上のヘッドスペース領域に含まれる一酸化炭素の還元のための触媒床を示す、本発明に従うＲＳＣＲ装置の別の例示的な実施形態の概略図である。 触媒チャンバ間のヘッドスペース領域内の一酸化炭素の還元のための触媒床を示す、本発明に従うＲＳＣＲ装置の別の例示的な実施形態の概略図である。 触媒チャンバの触媒領域および熱伝導領域の間のスペースにおける一酸化炭素の還元のための触媒床を示す、本発明に従うＲＳＣＲ装置の別の例示的な実施形態の概略図である。 ２つのチャンバのみを有するシステムの第１のサイクルを示す、本発明に従うＲＳＣＲ装置の別の例示的な実施形態の概略図である。 第２のサイクルを示す、図７のＲＳＣＲ装置の概略図である。
（関連出願の相互参照）
本願は、それぞれ、本明細書中で参照することによりその全体が組み込まれる、２００４年９月３０日出願の、米国出願第１０／９５７，４９９号、現在では米国特許番号第７，２９４，３２１号の継続出願である、２００７年１１月１２日出願の米国出願第１１／９３８，６６５号、現在では米国特許番号第７，４９４，６２５号の一部継続出願である、２００８年５月２７日出願の米国仮出願第６１／０５６，３１０号の優先権の利益を主張する、２００９年１月１６日出願の米国特許出願第１２／３５５，２３１号の、優先権の利益を主張するものである。
図１〜３は、蓄熱式選択触媒還元（ＲＳＣＲ）装置１０を示す。ＲＳＣＲ装置１０は、環境中に空中浮遊物質（例えば、燃焼排気）を排出する、他の産業装置（図示せず）内に配置される。こうした工業装置の例には、高温燃焼装置および発電装置が含まれるが、これらに制限されない。こうした産業装置内の装置１０の特定の位置は様々である可能性があるが、本発明の現在好適な実施形態に従い、ＲＳＣＲ装置は、産業装置のいわゆる「末尾」（つまり、「低温側」）に配置される。ＲＳＣＲ装置の他の例示的な位置には、いわゆる「高温側」位置、例えば「高温側、ローダスト」を含むが、これに制限されない。
ＲＳＣＲ装置１０は、以下に詳述するように、加熱されるまたは熱を放散させる、および触媒還元を実行するための、汚染物質含有（例えば、ＮＯｘ含有）気体が流入および流出する、複数のチャンバ（キャニスタ、ハウジング、ユニットまたはセグメントとしても公知である）２０を含む。ＲＳＣＲ装置１０内のチャンバ２０の数は様々であってもよく、その特定の数は、ＲＳＣＲ装置１０のサイズ、ＲＳＣＲ装置が配置される装置の次元、汚染物質含有気体内の汚染物質濃度、触媒の選択、および／または反応物質の選択を含むが、これに制限されないいくつかの要因に基づく。
本発明の例示的な実施形態に従い、チャンバ２０の数は、２〜９（両方の数を含む）の範囲にあり得る。チャンバ２０の数は、７以下が現在好適である。現在最も好適であるように、また、図１〜３で示されるように、ＲＳＣＲ装置は、３つのチャンバ２０、つまり、第１のチャンバ２０Ａ、第２のチャンバ２０Ｂおよび第３のチャンバ２０Ｃを含む。
各チャンバ２０は、１つもしくは複数の熱伝導領域３０および／または１つもしくは複数の触媒領域４０を含むことができる。概して、装置１０内の熱伝導領域３０の総数は、該装置内の触媒領域４０の総数と等しいが、必ずしもこの通りでなくてもよい。装置１０内の熱伝導領域３０の総数が装置内の触媒領域４０の総数とは異なる実施例では、熱伝導領域の総数が触媒領域の総数より大きいことが現在好適である。
各チャンバ２０はさらに、気体が、１つのチャンバから別のチャンバに自由に流れることができる領域として定義される、１つもしくは複数のヘッドスペース領域５０を含む、空きスペース領域を含む。図１〜３に図示される実施形態に示されるように、第１のチャンバ２０Ａは第１のヘッドスペース領域５０Ａを含み、第２のチャンバ２０Ｂは第２のヘッドスペース領域５０Ｂを含み、第３のチャンバ２０Ｃは第３のヘッドスペース領域５０Ｃを含む。熱伝導領域３０の上記および／または以下のいずれかまたは全て、および触媒領域４０の上記および／または以下のいずれかまたは全て等、他の空きスペースの領域も存在する可能性がある。
本発明の現在好適な実施形態に従い、ヘッドスペース領域５０内には、熱伝導領域３０も触媒領域３０も配置されない。しかし、１つもしくは複数の他のデバイスまたは装置を、ヘッドスペース領域５０のうちの１つもしくは複数に配置できる。例えば、および、図１〜３に示されるように、１つもしくは複数の熱発生デバイス６０を、ヘッドスペース領域５０のうちの１つもしくは複数に配置できる。熱発生デバイス６０は、当業者に公知のもののいずれか、例えば１つもしくは複数の燃焼器にすることができる。
特に、反応物質がアンモニアである本発明の実施形態において、ヘッドスペース領域５０内に１つもしくは複数の燃焼器６０を配置することが現在好適である。これは、こうした構成は、さらなるＮＯｘ含有気体を形成する、好ましくないアンモニア酸化のリスクを最小限にするためである。
ヘッドスペース領域５０内に配置される燃焼器の数６０は、いくつかの要因（例えば、チャンバ２０に流入または流出する気体温度を変動させる必要性／程度）に応じて変わってもよいが、ヘッドスペース領域５０内の燃焼器６０の総数は、概して、チャンバの総数以下となる。１つもしくは複数の燃焼器６０は、ヘッドスペース領域５０に加えて、またはこれの代わりに、ＲＳＣＲ装置１０の他の領域に配置でき、こうした他の領域は、熱伝導領域３０および触媒領域４０の間の領域、または熱伝導領域の下の領域を含むが、これらの領域に制限されないことに留意されたい。
熱伝導領域３０は、２つの機能のうちの１つに役立ち、特定の機能は、実行されるＲＳＣＲプロセスの特定のサイクル／段階の両方およびこれらが配置されている特定のチャンバ２０に依存する。例えば、以下に記載されるように、同一の熱伝導領域３０は、流入する気体に熱を提供／伝達することができる、または、流出される気体から、熱を抽出／伝達することができる。
本発明の現在好適な実施形態に従い、さらに、図１〜３に示されるように、第１のチャンバ２０が第１の熱伝導領域３０Ａを含み、第２のチャンバ２０Ｂが第２の熱伝導領域３０Ｂを含み、および第３のチャンバ２０Ｃが第３の熱伝導領域３０Ｃを含むように、各チャンバ２０は１つの熱伝導領域３０を含む。
熱伝導領域３０は、高い熱容量を有し、効率的に熱を吸収かつ放出でき、気体がそこを流れるようにする１つもしくは複数の材料で構成する必要がある。すなわち、各熱伝導領域３０は、（ａ）熱伝導領域を通過する気体が熱伝導領域よりも高い温度を有する場合に、熱伝導領域を通過する気体から熱を得られるだけでなく、さらに（ｂ）熱伝導領域が熱伝導領域を通過する気体よりも低い温度を有する場合に、該気体に熱を提供できる、１つもしくは複数の材料で構成する必要がある。
熱伝導領域３０を生成することができる例示的な材料には、シリカ、アルミニウムまたはそれらの混合物等のセラミック媒体を含むが、これに制限されず、現在好適な物質は、高シリカの構成率が高い媒体である。熱伝導領域３０のいくつかまたは全ては、同じ材料で構成することができるが、同じ材料で構成する必要はない、つまり、熱伝導領域の一部を、同じ材料の組み合わせで形成できるが、その全てをそのように形成することはできない、または、各熱伝導領域は、異なる材料の組み合わせで形成できることに留意されたい。
熱伝導領域３０のいずれかまたは全ては、略均一の温度（例えば、熱伝導領域の流入口、流出口および中間領域は略同一の温度を有する）または非均一の温度（例えば、熱伝導領域の流入口、流出口および／または中間領域のうちの１つもしくは複数の領域は異なる温度を有する）を有することができる。熱伝導領域３０が非均一の温度を有する実施形態において、熱伝導領域の流入口（つまり、該気体が流入する流入口）は、熱伝導領域の流出口（つまり、該気体が流出する流出口）よりも高い温度を有することが現在好適である。
ＲＳＣＲ装置１０はさらに、１つもしくは複数の熱伝導領域３０と同様に、チャンバ２０のうちの１つもしくは複数内に配置される、１つもしくは複数の触媒領域４０を含む。触媒領域４０の目的は、還元反応の実行に必要な温度を低下させることである。これにより、還元プロセスで必要なエネルギーを低下させ、こうして、ＲＳＣＲプロセスをより経済的なものにする。
該気体が各触媒領域４０に流入する（つまり、通過する）と、触媒還元が生じ、これによって、ＮＯｘ含有気体中のＮＯｘは以下の例示的な反応に従って無害の成分に変換されるが、ここでは、これらの代わりに、またはこれらに加えて、他の反応が行われる可能性があることに留意されたい。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
以下のような特定の副反応が、さらに、触媒反応プロセス中に生じる可能性がある。
４ＮＨ３＋３Ｏ２−−−−＞２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
４ＮＨ３＋５Ｏ２−−−−＞４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ
触媒領域４０の数は様々であってもよいが、本発明の現在好適な実施形態に従うと、また、図１〜３に示されるように、第１のチャンバ２０Ａが第１の触媒領域４０Ａを含み、第２のチャンバ２０Ｂが第２の触媒領域４０Ｂを含み、第３のチャンバ２０Ｃが第３の触媒領域４０Ｃを含むように、各チャンバ２０は、１つの触媒領域４０を含む。
触媒領域４０は、種々の物質で形成されてもよく、種々の形および構成を想定することができる。触媒領域４０は同一の物質で構成することができるが、そのように構成しなくてもよい、つまり、触媒領域の全てではなく、いくつかを同一の材料の組み合わせで形成することができる、または、触媒領域のそれぞれは、異なる材料の組み合わせで形成できることに留意されたい。
本発明の現在好適な実施形態に従うと、各触媒領域４０は、セラミック材料で形成され、ハニカム形状またはプレート形状のいずれかを有する。セラミック材料は、概して、１つもしくは複数のキャリア材料（例えば、酸化チタン）および活性成分（例えば、バナジウムおよび／またはタングステンの酸化物）の混合物である。
概して、触媒領域４０の形の選択は、他のその構成／形成の態様に影響する。例えば、触媒領域４０がハニカム形状である場合、非制限的な例として、押し出しセラミックで形成でき、触媒は、構造全体に均一に組み込まれる、または基板上にコーティングされる。触媒領域４０がプレート形状であることを想定する場合、支持材は、概して、触媒材料でコーティングされる。
触媒領域４０はさらに、概して、２〜４（両方の数字を含む）の範囲の床の数を有する、１つもしくは複数の床／層の形状を採ることができる。
熱伝導領域３０に対向する触媒領域４０の配置も、様々にすることができる。本発明の現在好適な実施形態に従い、および図１〜３に示されるように、ＲＳＣＲ装置１０は、チャンバ２０に流入するＮＯｘ含有気体が、まず、既定の熱伝導領域３０に接触し、その熱伝導領域を通過後に、熱伝導領域と同じチャンバ内に配置される触媒領域４０に接触するように、設計される。
図１〜３は、最初は、互いに略整合されているものとして、第１、第２および第３の熱伝導領域３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃを図示しているが、さらに、これも互いに略整合するものとして、第１、第２および第３の触媒領域４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを図示しており、また、こうした構成のいずれかまたは両方を実行できるが、そのどちらも、本発明の必要条件ではないことに留意されたい。言い換えると、熱伝導領域３０は互いに整合する必要はなく、触媒領域３０は、互いに整合する必要はない。
装置１０は、図１〜３に示されるように、蓄熱式選択触媒還元（ＲＳＣＲ）を実行することを可能にする。図１は、プロセスの第１のサイクルを図示し、図２は第２のサイクルを図示し、図３は第３のサイクルを図示する。完全なＲＳＣＲプロセスを構成するサイクル数は、サイクルを明確に構成するものの定義として、本発明に従って変更することができる。
ＲＳＣＲプロセスのサイクルは、概して、ＮＯｘ含有気体の既定の量／体積が装置１０に流入し、そこで選択触媒還元を実行し、該装置から排出される時間として定義される。サイクル数は前もって決定することができ、その場合には、１０回単位のサイクル数から１０００回単位のサイクル数の範囲にすることができる。さらに、装置１０の設計により、ＲＳＣＲプロセスはほぼ継続的／持続的にすることができ、これにより、固定されたサイクルの数というものはなくなる。
ＲＳＣＲプロセスの第１のサイクルの開始前に、ＮＯＸ含有気体が最初に接触する熱伝導領域３０を、既定の温度に予熱する必要がある。この既定の温度は、ＮＯＸ含有気体が、その事前選択された熱伝導領域を通過後に、同一のチャンバ２０内の触媒領域に接触する際に、ＮＯＸ含有気体が触媒反応を実行できるようにする温度範囲内になるように選択される。言い換えると、ＮＯＸ含有気体が最初に第１の熱伝導領域３０Ａに接触する場合、第１の熱伝導領域は、該気体が第１の熱伝導領域を通過後に、該気体が第１の触媒領域４０Ａに達する場合に触媒還元を生じさせる温度となる、温度に予熱される必要がある。
触媒領域４０において触媒反応を実行するために、および、本発明の例示的な実施形態に従い、ＮＯｘ含有気体は、該触媒領域への流入の際に、約４５０°Ｆ〜約８００°Ｆの範囲にする必要がある。このため、該気体が最初に接触する熱伝導領域３０を、約４５０°Ｆ〜約８００°Ｆの範囲の既定の温度に熱する必要があり、ここで、約６２５°Ｆが現在好適な温度である。
該気体が最初に接触する熱伝導領域３０の予熱のための種々の技術（つまり、指定された熱伝導領域）が、当業者に公知である。非制限的な例として、装置１０内の周囲空気の温度を、該装置内に配置される燃焼器６０のうちの１つ、いくつかまたは全てを作動させることで、上げることができる。あるいは、燃焼器６０のうちの１つ、いくつかまたは全てによって加熱される装置１０に、天然ガスを導入できる。１つもしくは複数の温度計（図示せず）または他の温度査定デバイスを、加熱された空気／気体が、指定された熱伝導領域３０の温度を閾値温度まで上昇させることができたかどうかを決定するために、指定された熱伝導領域３０内で、またはこの領域と連通して、配置することができる。
既定の量の１つもしくは複数の反応物質は、混合された気体および反応物質を形成するために、装置１０に向かうＮＯｘ含有気体と混合する必要がある。反応物質の選択は、特定の反応物質が、触媒領域３０で所望の触媒反応を実行できるようにされている場合、変えてもよい。
概して、混合された気体および反応物質の導入前に、反応物質を含有しない既定の量の気体を装置１０に導入し、ここで、反応物質を含まない気体の量および／またはこうした非混合の気体が装置１０に導入される持続時間は、変えることができる。
本発明の好適な本実施形態に従い、１つの反応物質をＮＯｘ含有気体に追加／導入し、その反応物質はアンモニア（つまり、ＮＨ３）である。他の適した反応物質にはメタンおよびプロパンを含まれるが、これらに制限されない。
ＮＯｘ含有気体に追加される反応物質の量／濃度は、装置１０への流入前の気体中の予期されるＮＯｘ濃度等の、いくつかの要因によって変えることができる。本発明の例示的なＲＳＣＲプロセスに従い、ＮＯｘ含有気体に導入されるアンモニアの濃度は、約１００百万分率（ｐｐｍ）〜約３００ｐｐｍの範囲であり、２００ｐｐｍが現在好適な濃度である。
該反応物質は、概して当業者には公知であるように、ＮＯｘ含有気体と混合できる、または、ＮＯｘ含有気体と接触させて配置できる。非制限的な例として、複数の混合エレメント、例えば静的ミキサー（図示せず）を、反応物質源（図示せず）および気体源（図示せず）に近接して配置できる。動作時において、エレメントの混合は、概して当業者には公知であるように、気体源からのＮＯｘ含有気体および反応物質源からの反応物質を共に混合させるが、それ故、該気体および反応物質が、適切に混合すると、略均一の温度および濃度を有する。
混合直後、混合された気体および反応物質の温度は、概して約２００°Ｆ〜約４００°Ｆの範囲であり、約３００°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲の温度が現在好適であり、約３２５°Ｆの温度が現在最も好適である。その時点での混合された気体および反応物質の濃度は、概して約５４０ｐｐｍ〜約２７０ｐｐｍの範囲であり、約４１６ｐｐｍ〜約３６０ｐｐｍの濃度が現在好適である。
向かう熱伝導領域３０を適温に予熱し、該反応物質をＮＯｘ含有気体と混合すると、混合された気体および反応物質を、ＲＳＣＲプロセスの第１のサイクルの開始のために、ＲＳＣＲ装置に導入可能である。
（ＲＳＣＲプロセスの第１のサイクル（図１））
図１に示すように、また、本発明のＲＳＣＲプロセスの第１のサイクルに従い、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質を、導管または他の同様の輸送媒体７０Ａを介して、装置１０の第１のチャンバ２０Ａに導入する。該混合された気体および反応物質は、第１のダンパ／弁８０Ａを通過後、第１のチャンバ２０Ａに流入する。
ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質は、ＲＳＣＲプロセスの第１のサイクルに従って、第１のチャンバ２０Ａに導入される必要はない、つまり、該混合された気体および反応物質は、代わりに、第２のチャンバ２０Ｂまたは第３のチャンバ２０Ｃに導入することができることに留意されたい。しかし、どのチャンバ２０が最初に、該混合された気体およびチャンバを受け入れたかに関係なく、そのチャンバ内の熱伝導領域３０は、上記で説明したように、予熱されている必要がある。
概して、および、図１〜３に図示されるように、１つもしくは複数の導管７０は、ＲＳＣＲ装置の各チャンバ２０と連通する。現在好適であるように、これらの導管のうちのいずれかまたは全ては、チャンバ２０に流入する前に、弁／ダンパ８０を通過する。このため、第１のチャンバ２０Aは、それぞれ、第１のダンパ８０Ａ、第２のダンパ８０Ｂ、および第３のダンパ８０Ｃを通過する、第１の導管７０Ａ、第２の導管７０Ｂ、および第３の導管７０Ｃと連通する。第２のチャンバ２０Ｂは、それぞれ、第４のダンパ８０Ｄ、第５のダンパ８０Ｅ、および第６のダンパ８０Ｆを通過する、第４の導管７０Ｄ、第５の導管７０Ｅ、および第６の導管７０Ｆと連通する。また、第３のチャンバ２０Ｃは、それぞれ、第７のダンパ８０Ｇ、第８のダンパ８０Ｈ、および第９のダンパ８０Ｉを通過する、第７の導管７０Ｇ、第８の導管７０Ｈ、および第９の導管７０Ｉと連通する。
弁／ダンパの総数８０は、本発明に従って変動する可能性がある。例えば、各ライン／導管７０は、図１〜３において、１つのダンパ８０を有するものとして示されているが、本発明に従い、各導管は２つ以上のダンパを有する、および／または、特定の導管はダンパを有さないことが可能である。
本発明に関連する使用に適するダンパとしては、Ａｕｂｕｒｎ，ＭａｉｎｅのＢａｃｈｍａｎｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．によって市販されているもの、およびＣｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯｈｉｏのＥｆｆｏｘ Ｉｎｃ．によって市販されているものが挙げられるが、これらに制限されない。本発明に関連する使用に適した弁としては、Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｋｅ，ＩｌｌｉｎｏｉｓのＥｉｓｅｎｍａｎｎ Ｃｏｒｐ．によって市販されるＶＲＴＯ回転弁等の回転弁が挙げられるが、これらに制限されない。
第１のチャンバ２０Ａに流入する際に、混合された気体および反応物質は、図１に示すように、上方流である第１の方向に流れる。しかし、該第１の方向は、下向流にすることもできることが理解される。気体の流れの方向は、１つもしくは複数の気体移動に作用するデバイス９０Ａ（例えば、１つもしくは複数のファン）の存在、および種々のダンパ／弁８０のどれが開かれているかの双方によって、決定または影響される。
例えば、第１のチャンバ２０Ａに導入される際に、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が所望の第１の方向（例えば、上方）に流れるようにするために、第５のダンパ８０Ｅを除く、全てのダンパ８０が閉じられる。このため、気体移動に作用するデバイス９０Ａが作動する（つまり、オンになる）場合、装置１０内の気体は、開いたダンパ８０Ｅの位置に基づき、気体が、第１の方向（つまり、上方）に、第１のチャンバ２０Ａを通って、第１のヘッドスペース５０Ａ、第２のヘッドスペース５０Ｂへ、次に、第２の、反対方向（つまり、下方向）に、第２のチャンバ２０Ｂへと、次に、第５の導管７０Ｅを介して、第２のチャンバから流れ出るようにする、最も直接的なパスを通って、開いたダンパ８０Ｅの方向に吸引される。
再び、ＲＳＣＲプロセスの第１のサイクル（図１に図示される）を参照すると、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が装置１０の第１のチャンバ２０Ａに導入された後、該気体は、上記のように、該混合された気体および反応物質の温度よりも高い温度に予熱される、第１の熱伝導領域３０Ａに接触する。ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が第１の熱伝導領域３０Ａを通過すると、第１の熱伝導領域からの熱は、該混合された気体および反応物質に伝達され、こうして、該混合された気体および反応物質の温度が上昇する。
概して、該気体によって接触される直前の第１の熱伝導領域３０Ａの温度は、約３００°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約５００°Ｆの流出温度が現在最も好適であり、一方で、熱が第１の熱伝導領域から第１の熱伝導領域を通る気体へと伝達された直後の第１の熱伝導領域の温度は、概して、約２００°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲であり、約３００°Ｆ〜約５００°Ｆの平均温度が現在好適であり、約４５０°Ｆの排出温度が現在最も好適である。
第１の熱伝導領域３０Ａに接触する際の該気体の温度は、概して、約２００°Ｆ〜約４００°Ｆの範囲であり、約３００°Ｆ〜約３５０°Ｆの温度が現在好適であり、約３２５°Ｆの温度が現在最も好適であり、一方で、該気体へ熱を伝達した後の第１の熱伝導領域を流出する際の該気体の温度は、概して約４５０°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの温度が現在好適であり、約５００°Ｆの温度が現在最も好適である。
混合された気体および反応物質が第１の熱伝導領域３０Ａを通過する、またはこれを超えた後、同一の方向（つまり、図１に図示される実施形態の上方流）で、第１の触媒領域４０Ａへ進む（流れる）。混合された気体および反応物質の温度を第１の熱伝導領域３０Ａに上げたため、第１の触媒領域４０Ａで触媒反応が生じ得る。こうした例示的な反応を以下に示すが、ここでは、列記されているものの代わりに、またはこれに加えて、他の反応が生じる可能性があることに留意されたい。実行される反応は、該混合されたＮＯＸ含有気体および反応物質内のＮＯｘの全体または少なくとも一部を無害の成分気体に変換させるのに効果的である。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
触媒反応中において、以下のような特定の副反応がさらに生じる可能性がある。
４ＮＨ３＋３Ｏ２−−−−＞２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
４ＮＨ３＋５Ｏ２−−−−＞４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ
第１の触媒領域４０Ａから流出する際に、処理された気体は、第１のヘッドスペース領域５０Ａに入り、第２のヘッドスペース領域５０Ｂに流入し、次に、第２のチャンバ２０Ｂに流入する。第２のチャンバ２０Ｂ内に入ると、該気体は、第１のチャンバ２０Ａの流れ方向と反対方向に流れる。本発明の第１のサイクルの現在好適な実施形態に従い、第１のチャンバ２０Ａの流れ方向は上向きであり、第２のチャンバ２０Ｂの流れ方向は下向きである。しかし、該気体は、本発明の第１のサイクル中に、第１のチャンバ２０Ａおよび第２のチャンバ２０Ｂの任意の方向に流れることができることに留意されたい。
第２のチャンバ２０Ｂ内において、該流れる気体は、まず、第２の触媒領域４０Ｂ、次に第２の熱伝導領域３０Ｂに接触する。上述のとおり、該気体がこの特定のルートを採るようにするために、少なくとも１つのダンパ／弁を開き、気体移動に作用するデバイス９０Ａを作動させることが、現在好適である。第１のサイクルの場合、開いているダンパは、第２のチャンバ２０Ｂと連通する、導管（例えば、第５の導管７０Ｅ）と連通するダンパ（例えば、第５のダンパ８０Ｅ）にする必要がある。これにより、最も直接的なパス／ルートによって、第１のチャンバ２０Ａから第２のチャンバ２０Ｂへと該気体が確実に方向付けられるようにする。
本発明の第１のサイクルの選択的であるが現在好適な実施形態に従い、少なくとも１つの燃焼器６０を、第１のヘッドスペース領域５０Ａ内、第２のヘッドスペース領域５０Ｂ内またはそれらの間のうちの１つもしくは複数に配置する。少なくとも１つの燃焼器６０によって、第２の触媒領域４０Ｂにおけるさらなる触媒反応を実行するために、該気体を、該気体に適した温度に再加熱する。さらに、少なくとも１つの燃焼器６０のうちのいずれかまたは全てを、該装置、特に、熱伝導領域３０のうちの１つもしくは複数にさらなる熱を提供するために、作動することができる。
本発明の例示的な一実施形態に従い、燃焼器６０に接触した際の該気体の温度は、約４５０°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約５００°Ｆの温度が現在好適であり、一方で、該気体が接触した際の燃焼器６０の温度は、概して約１２００°Ｆ〜約２０００°Ｆの範囲であり、約１５００°Ｆの温度が現在好適である。第２の触媒領域４０Ｂに達すると、燃焼器で加熱された気体の温度は、概して約４６０°Ｆ〜７２５°Ｆであり、約５１０°Ｆの温度が現在好適である。
第２の触媒領域４０Ｂに達すると、該気体はさらなる触媒反応を行い、これは、該気体からのさらなるＮＯＸの除去を生じさせる。本発明の促進のために実行される実験に従い、該気体が第１および第２の触媒領域４０Ａ、４０Ｂにおける連続する触媒反応を実行できるようにするために、該気体中のアンモニア濃度（ＮＨ３）が十分高いにも関わらず、アンモニアスリップのレベルは過度に高くはないことが観察されている。これは、大変大きい利点であり、かつ、想定外のことである。
第２の触媒領域４０Ｂにおける触媒反応の発生後、該気体は第２の熱伝導領域３０Ｂに進む。該気体が熱伝達領域３０Ｂに達すると、第２の温度伝達領域の温度は、該気体の温度未満になる。このため、該気体が第２の熱伝導領域３０Ｂを通過すると、該気体からの熱が第２の熱伝導領域に伝達され、第２の熱伝導領域の温度が上昇する。
概して、該気体によって接触される直前の第２の熱伝導領域３０Ｂの温度は、約３００°Ｆ〜約７１０°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約３２５°Ｆの流出温度が現在最も好適であり、一方で、第２の熱伝導領域を通過する気体によって第２の熱伝導領域へ熱が伝達された直後の第２の熱伝導領域の温度は、概して約３００°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４４０°Ｆ〜約５４０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約３３５°Ｆの排出温度が現在最も好適である。
第２の熱伝導領域３０Ｂに接触する際の該気体の温度は、概して約４５０°Ｆ〜約７２５°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの温度が現在好適であり、約５１０°Ｆの温度が現在最も好適であり、一方で、熱を第２の熱伝導領域に伝達した後に第２の熱伝導領域を流出する際の該気体の温度は、概して、約２１５°Ｆ〜約４１５°Ｆの範囲であり、約３１５°Ｆ〜約３６５°Ｆの温度が現在好適であり、約３３５°Ｆの温度が現在最も好適である。
第２の熱伝導領域３０Ｂの通過後、該気体は、第５のダンパ８０Ｅが開いており、気体移動に作用するデバイス９０が作動している（つまり、オンである）ために、第５の導管７０Ｅに流入する。次に、該気体は第５の導管７０Ｅに流入し、第５のダンパ８０Ｅを通過して、最終的には、排出領域１００（例えば、スタック）を通って、大気へ放出される。
処理された気体は、熱を第２の熱伝導領域３０Ｂに伝達するため、該気体の温度は、処理のために最初に装置１０へ流入する際のその温度と同様またはほぼ等しくなる。これは、ＲＳＣＲシステムにおけるエネルギー損失をほとんどまたは全くなくすことを可能にするという利点がある。
さらに、処理された気体は、装置に流入したときのその温度と比べて高い温度になることはないため、排出領域１００は、特別な材料で構成する必要はない。いくつかの「末尾」のＳＣＲシステムでは、該気体は比較的高温になるため、排出領域を、より高温の気体に耐えられる特別な材料で形成する必要がある。対照的に、既存の排出領域１００の設計またはこれらが構成される材料の変更は、本発明に従うと、不要である。
（ＲＳＣＲプロセスの第２のサイクル（図２））
ＲＳＣＲプロセスの第１のサイクルの完了後、第２のサイクルが開始され、これにより、処理のために、さらなるＮＯｘ含有気体がＲＳＣＲ装置１０に流入する。第１のサイクルの完了後に第２のサイクル開始の時間フレームは設定されていないが、第１のサイクルの完了後、約３分以内に第２のサイクルを開始することが現在好適である。これは、第１のサイクル完了および第２のサイクル開始の間に一時的な近接性がある場合、本プロセスが、第１のサイクルの完了後に、第２の熱伝導領域３０Ｂに残留する余熱の利点を利用することができるためである。
第２のサイクルの目的は、第１のサイクルと同じであり、これは、装置１０に流入する気体から汚染物質を除去することである。第２のサイクルの開始前に、反応物質（例えば、ＮＨ３）が、該気体と混合される。この混合プロセス、装置および条件は、本プロセスの第１のサイクル前に実行されるものと、概して同一である。
しかし、第１のサイクルとは異なり、本プロセスの第２のサイクルの準備のために、装置１０の伝導領域３０を予熱または加熱することは不要である。これは、第１のサイクルからの処理された気体が装置１０から流出する直前に通過する第２の熱伝導領域３０Ｂが、処理された気体から保持される余熱を有するためである。結果として、および本発明の第２のサイクルに従い、混合された気体および反応物質が、まず、余熱のある第２の熱伝導領域３０Ｂに接触するように、混合された気体および反応物質が第４の導管７０Ｄを介して、該装置の第２のチャンバ２０Ｂに供給される。
図２に示すように、また、本発明のＲＳＣＲプロセスの第２のサイクルに従い、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質を、導管または他の同様の輸送媒体７０Ｄを介して、装置１０の第２のチャンバ２０Ｂに導入する。該混合された気体および反応物質は、ダンパ／弁８０Ａを通過後、第２のチャンバ２０Ｂに流入する。
第２のチャンバ２０Ｂに流入する際に、該混合された気体および反応物質は、図２に示すように、上方流である第１の方向に流れる。しかし、該第１の方向は、下向流にすることもできることが理解される。該気体の流れの方向は、１つもしくは複数の気体移動に作用するデバイス９０Ａ（例えば、１つもしくは複数のファン）の存在、および種々のダンパ／弁８０のどれが開かれているかの双方によって、決定または影響される。
例えば、第２のチャンバ２０Ｂに導入される際に、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が所望の第１の方向（例えば、上方）に流れるようにするために、第５のダンパ８０Ｈを除く、全てのダンパ８０が閉じられる。このため、気体移動に作用するデバイス９０Ａが作動する（つまり、オンになる）場合、装置１０内の該気体は、開いたダンパ８０Ｈの位置に基づき、該気体が、第１の方向（つまり、上方）に、第２のチャンバ２０Ｂを通って、第２のヘッドスペース５０Ｂ、第２のヘッドスペース５０Ｃへ、次に、第２の、反対方向（つまり、下方向）に、第３のチャンバ２０Ｃへと、次に、第８の導管７０Ｈを介して、第３のチャンバから流れ出るようにする、最も直接的なパスを通って、開いたダンパ８０Ｈの方向に吸引される。
再び、ＲＳＣＲプロセスの第２のサイクル（図２に図示される）を参照すると、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が装置１０の第１のチャンバ２０Ｂに導入された後、該気体は、上記のように、該混合された気体および反応物質の温度よりも高い温度に予熱される、第２の熱伝導領域３０Ｂに接触する。ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が第２の熱伝導領域３０Ｂを通過すると、第２の熱伝導領域からの熱は、該混合された気体および反応物質に伝達され、こうして、該混合された気体および反応物質の温度が上昇する。
概して、該気体によって接触される直前の第２の熱伝導領域３０Ｂの温度は、約３００°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約５００°Ｆの流出温度が現在最も好適であり、一方で、熱が第２の熱伝導領域から第２の熱伝導領域を通る気体へと伝達された直後の第２の熱伝導領域の温度は、概して、約２００°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲であり、約３００°Ｆ〜約５００°Ｆの平均温度が現在好適であり、約４５０°Ｆの温度が現在最も好適である。
第２の熱伝導領域３０Ｂに接触する際の該気体の温度は、概して、約２００°Ｆ〜約４００°Ｆの範囲であり、約３００°Ｆ〜約３５０°Ｆの温度が現在好適であり、約３２５°Ｆの温度が現在最も好適であり、一方で、該気体へ熱を伝達した後の第２の熱伝導領域を流出する際の該気体の温度は、概して約４５０°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの温度が現在好適であり、約５００°Ｆの温度が現在最も好適である。
該混合された気体および反応物質が第２の熱伝導領域３０Ｂを通過する、またはこれを超えた後、同一の方向（つまり、図２に図示される実施形態の上方流）で、第２の触媒領域４０Ｂへ進む（流れる）。該混合された気体および反応物質の温度を第２の熱伝導領域３０Ｂに上げたため、第２の触媒領域４０Ｂで触媒反応が生じ得る。こうした例示的な反応を以下に示すが、ここでは、列記されているものの代わりに、またはこれに加えて、他の反応が生じる可能性があることに留意されたい。実行される反応は、該混合されたＮＯＸ含有気体および反応物質内のＮＯｘの全体または少なくとも一部を無害の成分気体に変換させるのに効果的である。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
触媒反応中において、以下のような特定の副反応がさらに生じる可能性がある。
４ＮＨ３＋３Ｏ２−−−−＞２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
４ＮＨ３＋５Ｏ２−−−−＞４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ
第２の触媒領域４０Ｂから流出する際に、処理された気体は、第２のヘッドスペース領域５０Ｂに流入し、第３のヘッドスペース領域５０Ｃに流れ、次に、第３のチャンバ２０Ｃに流入する。第３のチャンバ２０Ｃ内に入ると、該気体は、第１のチャンバ２０Ｂの流れ方向と反対方向に流れる。本発明の第２のサイクルの現在好適な実施形態に従い、第２のチャンバ２０Ｂの流れ方向は上向きであり、第３のチャンバ２０Ｃの流れ方向は下向きである。しかし、該気体は、第２のサイクル中に、第２のチャンバ２０Ｂおよび第３のチャンバ２０Ｃの任意の方向に流れることができることに留意されたい。
本発明の第２のサイクルの選択的であるが現在好適な実施形態に従い、少なくとも１つの燃焼器６０を、第２のヘッドスペース領域５０Ｂ内、第３のヘッドスペース領域５０Ｃ内またはそれらの間のうちの１つもしくは複数に配置する。少なくとも１つの燃焼器６０によって、第３の触媒領域４０Ｃにおけるさらなる触媒反応を実行するために、該気体を、該気体に適した温度に再加熱する。
本発明の例示的な一実施形態に従い、燃焼器６０に接触した際の該気体の温度は、約４５０°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約５００°Ｆの温度が現在好適であり、一方で、該気体が接触した際の燃焼器６０の温度は、概して約１２００°Ｆ〜約２０００°Ｆの範囲であり、約１５００°Ｆの温度が現在好適である。第３の触媒領域４０Ｃに達すると、燃焼器で加熱された気体の温度は、概して、約４６０°Ｆ〜約７２５°Ｆであり、約５１０°Ｆの温度が現在好適である。
第３のチャンバ２０Ｃ内において、流れる気体は、まず、第３の触媒領域４０Ｃ、次に第３の熱伝導領域３０Ｃに接触する。第２のサイクル中に第３の触媒領域４０Ｃに達すると、該気体はさらなる触媒反応を行い、これは、該気体からのさらなるＮＯＸの除去を生じさせる。本発明の促進のために実行される実験に従い、該気体が第２および第３の触媒領域４０Ｂ、４０Ｃにおける連続する触媒反応を確実に実行できるようにするために、該気体中のアンモニア濃度（ＮＨ３）が十分高いにも関わらず、本発明のＲＳＣＲプロセスに従い、アンモニアスリップのレベルは過度に高くはないことが観察されている。これは、大変大きい利点であり、かつ、想定外のことである。
第３の触媒領域４０Ｃにおける触媒反応の発生後、該気体は第３の熱伝導領域３０Ｃに進む。該気体が熱伝達領域３０Ｃに達すると、第３の温度伝達領域の温度は、該気体の温度未満になる。このため、該気体が第３の熱伝導領域３０Ｃを通過すると、該気体からの熱が第３の熱伝導領域に伝達され、第３の熱伝導領域の温度が上昇する。
概して、該気体によって接触される直前の第３の熱伝導領域３０Ｃの温度は、約３００°Ｆ〜約７１０°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約３２５°Ｆの流出温度が現在最も好適であり、一方で、第２の熱伝導領域を通過する気体によって第２の熱伝導領域へ熱が伝達された直後の第２の熱伝導領域の温度は、概して約３００°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４４０°Ｆ〜約５４０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約３３５°Ｆの排出温度が現在最も好適である。
第３の熱伝導領域３０Ｃに接触する際の該気体の温度は、概して約４５０°Ｆ〜約７２５°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの温度が現在好適であり、約５１０°Ｆの温度が現在最も好適であり、一方で、熱を第３の熱伝導領域に伝達した後に第３の熱伝導領域を流出する際の気体温度は、概して、約２１５°Ｆ〜約４１５°Ｆの範囲であり、約３１５°Ｆ〜約３６５°Ｆの温度が現在好適であり、約３３５°Ｆの温度が現在最も好適である。
第３の熱伝導領域３０Ｃの通過後、該気体は、第８のダンパ８０Ｈが開いており、気体移動に作用するデバイス９０Ａが作動している（つまり、オンである）ために、第８の導管７０Ｈに流入する。次に、該気体は第８の導管７０Ｈに流入し、第８のダンパ８０Ｈを通過して、最終的には、排出領域１００（例えば、スタック）を通って、大気へ放出される。
処理された気体は、熱を第３の熱伝導領域３０Ｃに伝達するため、該気体の温度は、処理のために最初に装置１０へ流入する際のその温度と同様またはほぼ等しくなる。これには、第１のサイクルに関して上述される理由で、利点がある。
（ＲＳＣＲプロセスの第３のサイクル（図３））
ＲＳＣＲプロセスの第２のサイクルの完了後、第３のサイクルが開始され、これにより、処理のために、さらなるＮＯｘ含有気体がＲＳＣＲ装置１０に流入する。第２のサイクルの完了後に第３のサイクル開始の時間フレームは設定されていないが、第２のサイクルの完了後、約３分以内に第３のサイクルを開始することが現在好適である。これは、第２のサイクル完了および第３のサイクル開始の間に一時的な近接性がある場合、本プロセスが、第２のサイクルの完了後に、第３の熱伝導領域３０Ｃに残留する余熱の利点を利用することができるためである。
第３のサイクルの目的は、第1および第２のサイクルと同じであり、これは、装置１０に流入する気体から汚染物質を除去することである。第１および第２のサイクルの場合と同様、第３のサイクルの開始前に、反応物質（例えば、ＮＨ３）が、ＮＯｘ含有気体と混合される。また、第３のサイクルの混合プロセス、装置および条件は、本プロセスの第１および第２のサイクル前に実行されるものと、概して同一である。
しかし、第２のサイクルと同様にかつ第１のサイクルとは異なり、本プロセスの第３のサイクルの準備のために、該装置の伝導領域３０を予熱または加熱することは不要である。これは、第２のサイクルからの処理された気体が装置１０から流出する直前に通過する第３の熱伝導領域３０Ｃが、処理された気体から保持される余熱を有するためである。結果として、および本発明の第３のサイクルに従い、混合された気体および反応物質は混合された気体および反応物質が、まず、余熱のある第３の熱伝導領域３０Ｃに接触するように、第７の導管７０Ｇを介して、装置の第３のチャンバ２０Ｃに供給される。
概して、第３のサイクルは第１のおよび第２のサイクルと同様に進むが、異なるチャンバを含む。特に、第３のサイクル中に、第３のチャンバは、第１のサイクル内の第１のチャンバおよび第２のサイクル内の第２のチャンバと同様に機能し、第３のサイクル中に、第１のチャンバは、第１のサイクル内の第２のチャンバおよび第２のサイクル内の第３のチャンバと同様に機能する。
図３に示すように、また、本発明のＲＳＣＲプロセスの第３のサイクルに従い、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質を、導管または他の同様の輸送媒体７０Ｇを介して、装置１０の第３のチャンバ２０Ｃに導入する。該混合された気体および反応物質は、ダンパ／弁８０Ｇを通過後、第３のチャンバ２０Ｃに流入する。
第３のチャンバ２０Ｃに流入する際に、該混合された気体および反応物質は、図３に示すように、上方流である第１の方向に流れる。しかし、該第１の方向は、下向流にすることもできることが理解される。該気体の流れの方向は、１つもしくは複数の気体移動に作用するデバイス９０Ａ（例えば、１つもしくは複数のファン）の存在、および種々のダンパ／弁８０のどれが開かれているかの双方によって、決定または影響される。
例えば、第３のチャンバ２０Ｃに導入される際に、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が所望の第１の方向（例えば、上方）に確実に流れるようにするために、第２のダンパ８０Ｂを除く、全てのダンパ８０が閉じられる。このため、気体移動に作用するデバイス９０Ａが作動する（つまり、オンになる）場合、装置１０内の該気体は、開いたダンパ８０Ｂの位置に基づき、該気体が、第１の方向（つまり、上方）に、第３のチャンバ２０Ｃを通って、第３のヘッドスペース５０Ｃおよびそこを通って、第２のヘッドスペース５０Ｂへおよびそこを通って、次に、第１のヘッドスペース領域５０Ａへおよびそこを通って流れるようにする、最も直接的なパスを通って、開いたダンパ８０Ｂの方向に吸引される。次に、該気体は、第２の反対方向（下方向）に、第１のチャンバ２０Ａへと流れ、第２の導管７０Ｂを介して、第１のチャンバから流出する。
再び、ＲＳＣＲプロセスの第３のサイクル（図３に図示される）を参照すると、ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が装置１０の第３のチャンバ２０Ｃに導入された後、該気体は第３の熱伝導領域３０Ｃに接触するが、それは、上記のように、第２のサイクルからの余熱を保持したので、該第３の熱伝導領域は該混合された気体および反応物質の温度よりも高い温度を有する。該ＮＯｘ含有の混合された気体および反応物質が第３の熱伝導領域３０Ｃを通過すると、該第３の熱伝導領域からの熱は、該混合された気体および反応物質に伝達され、こうして、該混合された気体および反応物質の温度が上昇する。
概して、該気体によって接触される直前の第３の熱伝導領域３０Ｃの温度は、約３００°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約５００°Ｆの流出温度が現在最も好適であり、一方で、熱が第３の熱伝導領域から第３の熱伝導領域を通る気体へと伝達された直後の第３の熱伝導領域の温度は、概して、約２００°Ｆ〜約６５０°Ｆの範囲であり、約３００°Ｆ〜約５００°Ｆの平均温度が現在好適であり、約４５０°Ｆの排出温度が現在最も好適である。
第３の熱伝導領域３０Ｃに接触する際の該気体の温度は、概して、約２００°Ｆ〜約４００°Ｆの範囲であり、約３００°Ｆ〜約３５０°Ｆの温度が現在好適であり、約３２５°Ｆの温度が現在最も好適であり、一方で、該気体へ熱を伝達した後の第３の熱伝導領域を流出する際の該気体の温度は、概して約４５０°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの温度が現在好適であり、約５００°Ｆの温度が現在最も好適である。
該混合された気体および反応物質が第３の熱伝導領域３０Ｃを通過する、またはこれを超えた後、同一の方向（つまり、図３に図示される実施形態の上方流）で、第３の触媒領域４０Ｃへ進む（流れる）。該混合された気体および反応物質の温度を第３の熱伝導領域３０Ｃに上げたため、第３の触媒領域４０Ｃで触媒反応が生じ得る。こうした例示的な反応を以下に示すが、ここでは、列記されているものの代わりに、またはこれに加えて、他の反応が生じる可能性があることに留意されたい。実行される反応は、該混合されたＮＯＸ含有気体および反応物質内のＮＯｘの全体または少なくとも一部を無害の成分気体に変換させるのに効果的である。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
２ＮＯ２＋４ＮＨ３＋Ｏ２−−−−＞３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
触媒反応中において、以下のような特定の副反応がさらに生じる可能性がある。
４ＮＨ３＋３Ｏ２−−−−＞２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
４ＮＨ３＋５Ｏ２−−−−＞４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ
第３の触媒領域４０Ｃから流出する際に、処理された気体は、第３のヘッドスペース領域５０Ｃに流入し、第２のヘッドスペース領域５０Ｂに流入し、次に、第１のヘッドスペース領域５０Ａに流入し、および第１のチャンバ２０Ａに流入する。第１のチャンバ２０Ａ内に入ると、該気体は、第３のチャンバ２０Ｃの流れ方向と反対方向に流れる。本発明の第３のサイクルの現在好適な実施形態に従い、第３のチャンバ２０Ｃの流れ方向は上向きであり、第１のチャンバ２０Ａの流れ方向は下向きである。しかし、該気体は、第３のサイクル中に、第３のチャンバ２０Ｃおよび第１のチャンバ２０Ａの任意の方向に流れることができることに留意されたい。
本発明の第３のサイクルの選択的であるが現在好適な実施形態に従い、少なくとも１つの燃焼器６０を、第３のヘッドスペース領域５０Ｃ内、第２のヘッドスペース領域５０Ｂ内、第１のヘッドスペース領域５０Ａまたはそれらの間のうちの１つもしくは複数に配置する。少なくとも１つの燃焼器６０によって、第１の触媒領域４０Ａにおけるさらなる触媒反応を実行するために、該気体を、該気体に適した温度に再加熱する。
図３に示すように、第３のヘッドスペース領域５０Ｃおよび第２のヘッドスペース領域５０Ｂの間に配置される燃焼器６０、および、第２のヘッドスペース領域および第１のヘッドスペース領域５０Ａの間に配置される別の燃焼器６０が存在する。上述のとおり、第１のヘッドスペース領域５０Ａおよび第２のヘッドスペース領域５０Ｂの間に配置される燃焼器６０は、第１のサイクルにおいて、第２の触媒領域４０Ｂに該気体が流入する前の該気体の加熱に関連しており、一方で、該第２のヘッドスペース領域および第３のヘッドスペース領域５０Ｃの間に配置される燃焼器６０は、第２のサイクルにおいて、第３の触媒領域４０Ｃに気体が流入する前の該気体の加熱に関連している。
第３のサイクルに従い、さらなる処理のために、第３の触媒領域４０Ｃから流出する時点および第１のチャンバ２０Ａに流入する時点の間で、該気体を加熱することが現在好適である。しかし、図３に図示される両燃焼器６０で該気体を加熱しないことが、現在好適である。このため、本発明のＲＳＣＲプロセスの第３のサイクルの現在好適な実施形態に従い、第３のチャンバ２０Ｃから流出する該気体は、第２のヘッドスペース領域５０Ｂおよび第１のヘッドスペース領域５０Ａの間に配置される燃焼器６０によってのみ加熱され、こうして、該気体が第１の触媒領域４０Ａに接触する前に適切な熱量を保持する可能性が最も高くなるようにする。
本発明のＲＳＣＲプロセスの第３のサイクルに従い、両燃焼器６０を有する第３のチャンバ２０Ｃから排出される該気体を加熱する、または、第３のヘッドスペース領域５０Ｃおよび第２のヘッドスペース領域５０Ｂの間に配置される燃焼器のみによって、加熱することも可能であることに留意されたい。しかし、両燃焼器で該気体を加熱することは、該気体が、第１の触媒領域４０Ａに接触する際に好ましくない高温を有することになるため、および、第３のヘッドスペース領域５０Ｃおよび第２のヘッドスペース領域５０Ｂの間に配置される燃焼器６０のみで該気体を加熱することは、該気体が第１の触媒領域４０Ａに接触する際に好ましくない低温を有することになるため、これらの手法はいずれも、現在好適ではない。概して、燃焼器６０を選択的に作動および非作動する能力が、当業者に公知であり、それは例えば、コンピュータ制御により、達成できる。
本発明の例示的な一実施形態に従い、第２のヘッドスペース領域５０Ｂおよび第１のヘッドスペース領域５０Ａの間に配置される燃焼器６０に接触した際の気体温度は、約４５０°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約５００°Ｆの温度が現在好適であり、一方で、気体が接触した際の第２のヘッドスペース領域５０Ｂおよび第１のヘッドスペース領域５０Ａの間に配置される燃焼器６０の温度は、概して約１２００°Ｆ〜約２０００°Ｆの範囲であり、約１５００°Ｆの温度が現在好適である。第２の触媒領域４０Ｂに達すると、燃焼器で加熱された気体の温度は、概して約４６０°Ｆ〜７２５°Ｆであり、約５１０°Ｆの温度が現在好適である。
第１のチャンバ２０Ａ内において、流れる気体は、まず、第１の触媒領域４０Ａ、次に第１の熱伝導領域３０Ａに接触する。第３のサイクル中の第１の触媒領域４０Ａで、該気体はさらなる触媒反応を行い、これは、該気体からのさらなるＮＯＸの除去を生じさせる。本発明の促進のために実行される実験に従い、該気体が第３および第１の触媒領域４０Ｃ、４０Ａにおける連続する触媒反応を実行できるようにするために、気体中のアンモニア濃度（ＮＨ３）が十分高いにも関わらず、本発明のＲＳＣＲプロセスに従い、アンモニアスリップのレベルが過度に高くはないことが観察されている。これは、大変大きい利点であり、かつ、想定外のことである。
第１の触媒領域４０Ａにおける触媒反応の発生後、該気体は第１の熱伝導領域３０Ａに進む。該気体が第１の熱伝達領域３０Ａに達すると、第１の温度伝達領域の温度は、該気体の温度未満になる。このため、該気体が第１の熱伝導領域を通過すると、該気体からの熱が第１の熱伝導領域３０Ａに伝達され、第１の熱伝導領域の温度が上昇する。
概して、該気体によって接触される直前の第１の熱伝導領域３０Ａの温度は、約３００°Ｆ〜約７１０°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約３２５°Ｆの流出温度が現在最も好適であり、一方で、第１の熱伝導領域を通過する気体によって第１の熱伝導領域へ熱が伝達された直後の第１の熱伝導領域の温度は、概して約３００°Ｆ〜約７００°Ｆの範囲であり、約４４０°Ｆ〜約５４０°Ｆの平均温度が現在好適であり、約３３５°Ｆの排出温度が現在最も好適である。
第１の熱伝導領域３０Ａに接触する際の気体温度は、概して約４５０°Ｆ〜約７２５°Ｆの範囲であり、約４５０°Ｆ〜約５５０°Ｆの温度が現在好適であり、約５１０°Ｆの温度が現在最も好適であり、一方で、熱を第１の熱伝導領域に伝達した後に第１の熱伝導領域を流出する際の該気体の温度は、概して、約２１５°Ｆ〜約４１５°Ｆの範囲であり、約３１５°Ｆ〜約３６５°Ｆの温度が現在好適であり、約３３５°Ｆの温度が現在最も好適である。
第１の熱伝導領域３０Ａの通過後、該気体は、第２のダンパ８０Ｂが開いており、気体移動に作用するデバイス９０Ａが作動している（つまり、オンである）ために、第２の導管７０Ｂに流入する。次に、該気体は第２の導管７０Ｂに流入し、第２のダンパ８０Ｂを通過して、最終的には、排出領域１００（例えば、スタック）を通って、大気へ放出される。
処理された気体は、熱を第１の熱伝導領域３０Ａに伝達するため、該気体の温度は、処理のために最初に装置１０へ流入する際のその温度と同様またはほぼ等しくなる。これには、第１のサイクルに関して上述される理由で、利点がある。
（以降のサイクル）
ＲＳＣＲプロセスの以降のサイクルが存在する場合、これは、第１、第２および第３のサイクルの後でパターン化される。第３のサイクルの完了後に第１の熱伝導領域３０Ａ内に余熱が存在するため、第４のサイクル（これが行われる場合）は、第１のサイクルの開始の前に第１のチャンバが予熱されることを除き、第１のサイクルへ同様に進むが、一方で、第４のサイクルの開始前に余熱を処理する。
さらに、ＲＳＣＲプロセスの第４のサイクルの完了後、第２の熱伝導領域３０Ｂに余熱が存在するため、第５のサイクル（これが行われる場合）によって、気体が第２のチャンバ２０Ｂに導入され、予熱される第２の熱伝導領域と接触し、第２のサイクルへ同様に進む。また、ＲＳＣＲプロセスの第５のサイクルの完了後、第３の熱伝導領域３０Ｃに余熱が存在するため、第６のサイクル（これが行われる場合）は同様に第３のサイクルに進み、これは、気体が第３のチャンバ２０Ｃに導入され、予熱される第１の熱伝導領域と接触する。
加えて、（これらが行われる場合には）第７、第１０、第１３、．．．のサイクルは第１および第４のサイクルと同一であり、第８、第１１、第１４、．．．のサイクルは、第２および第５のサイクルと同一であり、第９、第１２、第１５、．．．のサイクルは、第３および第６のサイクルと同一である。このため、装置１０は、複数回または多数回のサイクルを有するＲＳＣＲプロセスに従って、連続的に動作／利用することができる。
（残留反応物質のパージ）
選択的に、しかし本発明の現在好適な実施形態に従い、図１〜３のＲＳＣＲプロセスは、定期的なパージを行い、こうして、装置１０から、残留反応物質（例えば、ＮＨ３）が除去される。こうしたパージを実行する理由は、排出領域１００を通って大気へ排出される反応物質の量を防ぐ、または少なくとも最小限にすることである。
ＲＳＣＲプロセスの各サイクルは、概して、装置１０に含まれるものよりも少ないチャンバ２０に関するため、パージサイクルは、概して、こうしたチャンバがＲＳＣＲプロセスに関連して利用されない場合に、１つもしくは複数のチャンバがパージされるように時間設定される。例えば、第１のサイクル（および、実行される場合には、第４のサイクル、第７のサイクル、第１０のサイクル等）は、第１のチャンバ２０Ａおよび第２のチャンバ２０Ｂに関与する。故に、第１のサイクルにおいて、第３のチャンバ２０Ｃ内の反応物質がそのチャンバからパージされるように、ダンパ８０（例えば、第９のダンパ８０Ｉ）が開かれ、気体移動に作用するデバイス９０Ｂ（例えば、ファン）が作動される。
本発明の現在好適な実施形態に従い、気体移動に作用するデバイス９０Ｂの作動が、第１のサイクルにおける該気体の所望のパスを妨げないように、時間設定される。例えば、第１のヘッドスペース領域５０から第２のヘッドスペース領域５０Ｂへと該気体が移動しているときに第９のダンパ８０Ｉが開かれる場合、該気体は、第２のチャンバ２０Ｂへの所望のパスに沿って流れない可能性がある。このため、該気体が第２のチャンバ２０Ｂに流入した後でのみ、気体移動に作用するデバイス９０Ｂを作動させることが、現在好適である。
コンピュータ制御を含むがこれに制限されない、当業者に公知の技術および装置によって、パージサイクルに関連する装置の時間設定および動作を制御することができる。
第１のサイクルのパージサイクルと同様に、第２および第３のサイクルのパージサイクルは、これらのサイクル時に使用されないチャンバ２０からの反応物質の除去を中心とするものである。例えば、第２のサイクル（および、実行される場合には、第５のサイクル、第８のサイクル、第１１のサイクル等）は、第２のチャンバ２０Ｂおよび第３のチャンバ２０Ｃに関連する。このため、第２のサイクル時に、第１のチャンバ２０内の反応物質がそのチャンバからパージされるように、ダンパ８０（例えば、第３のダンパ８０Ｃ）が開かれ、気体移動に作用するデバイス９０Ｂ（例えば、ファン）が作動される。同様に、第３のサイクル（および、実行する場合には、第６のサイクル、第９のサイクル、第１２のサイクル等）が、第３のチャンバ２０Ｃおよび第１のチャンバ２０Ａに主に関与する。このため、第３のサイクル中に、第２のチャンバ２０Ｂ内の反応物質がそのチャンバからパージされるように、ダンパ８０（例えば、第６のダンパ８０Ｆ）が開かれ、気体移動に作用するデバイス９０Ｂ（例えば、ファン）が作動される。
さらに、第１のサイクルのパージサイクルと同様に、ＲＳＣＲプロセスの第２および第３のサイクルのパージサイクルが、該気体の所望のパス／ルートを妨げないように、時間設定される。このため、第２のサイクルのパージサイクルでは、該気体が第３のチャンバ２０Ｃに流入した後でのみ、気体移動に作用するデバイス９０Ｂを作動させることが現在好適であり、第３のサイクルのパージサイクルでは、該気体が第１のチャンバ２０Ａに流入した後でのみ、気体移動に作用するデバイス９０Ｂを作動させることが現在好適である。
本発明の選択的であるが現在好適な実施形態に従い、装置１０からパージされる残留反応物質は、ＲＳＣＲプロセスの１つもしくは複数の以降のサイクルに関連して使用するために、抑制される。図１〜３に示されるように、導管７０（第１のサイクルの導管７０Ｉ、第２のサイクルの導管７０Ｃ、および第３のサイクルの導管７０Ｆ）を介して、該装置からパージされた反応物質を除去し、ＲＳＣＲプロセスの将来のサイクルのために反応物質供給に追加できるように、反応物質供給源（図示せず）に供給される。こうした実施形態は、特に該反応物質がアンモニアである実施例において現在好適である。これは、装置１０に残っている場合にアンモニアスリップの可能性を増加させる可能性のあるアンモニアの除去を可能にするのみでなく、本プロセスで必要な全アンモニア量を減らすことで、コストも削減できるからである。
本発明の代替の実施形態に従い、および、ＲＳＣＲプロセスのいずれかまたは全てのサイクルの間、１つもしくは複数の反応物質を、ＲＳＣＲ装置１０の上流（つまり、外側）に供給される反応物質の代わりに、またはこれに加えて、ＲＳＣＲ装置１０のチャンバ２０のうちの１つに、直接導入することができる。これが行われる場合、熱伝導領域３０および触媒領域４０の間の位置において、１つもしくは複数の反応物質を導入することが現在好適である。当業者に公知の種々の技術および装置は、グリッドを介した反応物質の導入を含むがこれに制限されないこうした技術によって、その位置に１つもしくは複数の反応物質を導入することに適している。
本発明の別の代替の実施形態に従い、ＮＯｘに加えて（またはこれの代わりに）有害な汚染物質の還元を可能にするために、触媒領域を２ステップの触媒として機能することができるように、触媒領域４０のうちの１つもしくは複数に複数の層／床を含むことができる。こうした一実施形態に従い、および、非制限的な例として、１つもしくは複数の触媒領域４０は、一酸化炭素および／またはいわゆる揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を還元させるために、少なくとも１つの酸化触媒の層または床を含むことができる。例示的な酸化触媒は、貴金属酸化触媒である。
図４は、ＲＳＣＲ装置１０が、各触媒チャンバ２０上のヘッドスペース領域５０に配置されている、一酸化炭素還元触媒１１０Ａ、Ｂ、Ｃを有する実施例を示す。この構成は、上記の同一のプロセスサイクルを使用する単一のシステム内で、ＣＯおよびＮＯＸ除去を同時に実現できる。ＲＳＣＲプロセスはＣＯ除去触媒の理想的な動作温度である約６００°Ｆで動作するため、ＣＯ触媒およびＮＯＸ触媒の混合により、燃焼排気からのＮＯＸおよびＣＯの同時の除去を実行できる。
ＣＯ触媒１１０は、ＣＯをＣＯ２に変換させる試薬なしで動作する酸化触媒である。ＣＯ触媒１１０Ａ、Ｂ、Ｃは、ニッケル鋼またはセラミック基板上の少量のロジウムを有する、白金および／またはパラジウムを含む。市販されているＣＯ触媒物質には、Ｍｕｎｉｃｈ，ＧｅｒｍａｎｙのＳｕｄ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧのＥｎｖｉＣａｔ（登録商標）２３０７およびＥｎｖｉＣａｔ（登録商標）５３０４、およびＫｎｏｘｖｉｌｌｅ，ＴｅｎｎｅｓｓｅｅのＥｍｅｒａＣｈｅｍ，ＬＬＣのＡＤＣＡＴ（登録商標）を含む。これらの材料は、揮発性有機化合物（「ＶＯＣ」）の酸化のためにも役立つため、多くの場合、「ＶＯＣ触媒」と称される。該触媒材料は、金属ハニカムアレイ上にコーティングされ、該装置に適合するように寸法決定されたスチールモジュールに入れられる。例えば、２フィート×１．５フィート×２インチの寸法のスチールモジュールは、図１〜３に示される例示的なＲＳＣＲ装置と共に上記の同じ燃焼排気の適切なＣＯ除去を提供できる。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、任意の適したＣＯ触媒材料、モジュール構成、およびサイズを使用できることを、容易に理解されよう。
図４に示される実施例において、ＳＣＲ触媒４０上に設置した、ＣＯ触媒１１０が示される。ＣＯ触媒１１０の定期的なクリーニングを可能にするために、ＣＯ触媒１１０の下に空気ヘッダを含むことができる。図５は、ヘッドスペース５０の上部に燃焼器６０を配置した、隣接する触媒チャンバ２０間のヘッドスペース５０にＣＯ触媒が配置される、別の実施例を示す。図６は、ＣＯ触媒１１０Ａ、Ｂ、Ｃが、触媒領域４０および熱伝導領域３０の間のスペース内の触媒チャンバ２０内に配置される、さらに別の実施例を示す。便宜上、図６では示していないが、ＮＯＸ還元のためにアンモニアを提供するために、触媒領域４０およびＣＯ触媒１１０の間にアンモニアインジェクタも含むことができる。特定の例示的な構成に関連して上述したが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、ＲＳＣＲシステム内の任意の適した構成で、または位置にＣＯ触媒を配置できることを、容易に理解されよう。
本発明のＲＳＣＲプロセスは、従来の選択触媒還元（ＳＣＲ）プロセスと比較して、いくつかの重要な利点を有する。例えば、本発明に従い、最高で９０％のサイクルごとのＮＯｘ還元が観察されている。これは、概して従来のＳＣＲプロセスの最も高い還元速度とみなされる７５％の還元速度を超える著しい向上を示す。
従来のＳＣＲプロセスに優る本発明の別の利点は、本発明のＲＳＣＲプロセスの各サイクルが、ＲＳＣＲ装置の１つのチャンバ２０の第１の方向に、次に、異なるチャンバ内の略対向方向に流れるＮＯｘ含有気体を伴うという事実に起因する。このため、本発明のＲＳＣＲプロセスは、一方向の気体の流れを必要とし、したがって、熱伝導の適したレベルをもたらすために、さらなる装置（管状プレート、熱交換機または他の間接的な装置の加熱等）に依存する必要がある、従来のＳＣＲプロセスでは実現されなかった熱伝導および熱回収のレベルを可能にする。こうした余分な装置は、占有するスペースおよび必要なエネルギー利用のために、本プロセスに多大な費用を課す。
加えて、ＲＳＣＲ装置１０の設計は、当業者が想定するような問題を生じさせていない。例えば、アンモニアをＮＯｘ含有気体に追加させる反応物質として使用する場合、高い濃度のＮＯｘを除去する能力があるにもかかわらず、過度に高いアンモニアスリップのレベルは観察されていない。これは、本発明のＲＳＣＲプロセスに従い、アンモニアと混合されたＮＯｘ含有気体が、複数の触媒領域の異なる方向へ移動する場合でも同じである。
過度に高いアンモニアスリップレベルを経験することなく、高レベルのＮＯｘ還元を確実にできることは、本発明の予想されなかった、かつ重要な利点である。理論によって拘束されることを望むことなく、本発明の発明者は、本発明のＲＳＣＲプロセスに従い、アンモニアスリップの過度に高いレベルが存在しない理由の少なくとも一部は、触媒の上流にアンモニアが追加された、つまり、ＮＯｘ含有気体がＲＳＣＲ装置１０に追加される前に、ＮＯｘ含有気体に反応物質（例えば、アンモニア）が追加されたためであると確信している。
図７〜８は、２つのチャンバ２０Ａ／Ｂのみが使用される、蓄熱式選択触媒プロセスの別の実施形態を示す。このプロセスは、既定の濃度の少なくとも１つの反応物質（例えば、ポート１１で注入されたアンモニアまたは尿素）の、既定の量の汚染物質含有気体（例えば、ＮＯＸを含有する排気）との混合による、混合された気体の形成、および、該混合された気体の処理装置１０への導入を含む。該混合された気体は、混合気体中の汚染物質濃度の低減のために処理装置１０内で処理され、ここで、該処理装置は、第１および第２の熱伝導領域３０Ａおよび３０Ｂ、ならびに第１および第２の触媒領域４０Ａおよび４０Ｂを含む。
第１のサイクルでは、図７に図示されるように、当該処理は、（ｉ）該混合された気体が、第１の熱伝導領域３０Ａからの熱を受容し、第２の熱伝導領域３０Ｂへと熱を提供するステップと、（ｉｉ）該混合された気体を第１の触媒領域４０Ａおよび第２の触媒領域４０Ｂに接触させ、ここで該混合された気体は各触媒領域において触媒還元を行う、ステップとを伴う。このため、第１のサイクル中では、気体は、概して、ポート１１を通過してチャンバ２０Ａへ、次にチャンバ２０Ｂへ、そしてスタック１００へと流れる。導管７０Ａを通ってチャンバ２０Ａへ、そして、チャンバ２０Ｂから出て、導管７０Ｅおよび７０Ｈを通って、スタック１００へと気体が流れることができるように、弁８０Ａおよび８０Ｅが開かれ、弁８０Ｂおよび８０Ｄが閉じられている。上記のように燃焼器６０に熱を追加可能である。
第２のサイクル時において、図８に示すように、チャンバ２０Ａおよび２０Ｂを通る流れは、逆方向になり、当該処理は、（ｉ）該混合された気体に、第２の熱伝導領域３０Ｂからの熱を受容し、第１の熱伝導領域３０Ａへ熱を提供させるステップと、（ｉｉ）該混合された気体を第２の触媒領域４０Ｂおよび第２の触媒領域４０Ａに接触させ、該混合された気体が各触媒領域で触媒還元を実行するステップと、を伴う。こうして、第２のサイクル中において、気体は、概して、ポート１１を通過してチャンバ２０Ｂへ、チャンバ２０Ａへ、そして流出してスタック１００へと流れる。故に、該混合された気体は、第１のサイクル中に、チャンバ２０Ａおよび２０Ｂを通過し第１の方向に、およびこうした処理の第２のサイクル中に、チャンバ２０Ａおよび２０Ｂを通過して第２の方向に流れる。流れが、導管７０Ｄを介して、チャンバ２０Ｂへ、および、チャンバ２０Ａを出て、導管７０Ｂおよび７０Ｈを介して、スタック１００へと経路決定されるように、弁８０Ａおよび８０Ｅは閉じられ、弁８０Ｂおよび８０Ｄは開かれている。該混合された気体は、図７および８に示されるように、気体移動に作用するデバイス９０Ｂを作動させることにより、装置１０から排出されるようになっている。
図７〜８に示されるプロセスは、図１〜６に示され、奇数のチャンバを提供するチャンバ／キャニスタ２０のうちの１つを排除する。奇数のキャニスタを有するＲＳＣＲは、２つのメカニズム、つまり、ＮＯＸ還元の過度な実行およびＮＨ３の吸収効果によって、ＮＯＸおよびＮＨ３に必要な排出口の排出を実現することができる。気体の流れ方向の切り替え中に以前に想定されていたＮＯＸの「急増」の可能性は、キャニスタのサイクルが行われるたびにＮＯＸの小さなバーストが起こっても、平均の性能が必要条件に適合するように、必要であるよりも少し高い除去効率でＲＳＣＲを動作することにより、解決される。例えば、２１０秒のサイクル時間および４秒のダンパ回転時間、１５７ｐｐｍの流入口ＮＯＸ、および７２％の望ましい除去効率のためには、７２％の除去の全出力を得るために、望ましい除去効率を７３．４％にする必要がある。必要な過度代償を小さくするように、サイクル時間は、例えば２１０秒に、短くすることができる。ＮＨ３では、ＲＳＣＲの動作およびＳＣＲ触媒の本質は、キャニスタのサイクルが実行される場合に、ＮＨ３の期待されるバーストが起きないようにする、またはこれが大きなものはないようにするために、触媒の表面にアンモニアの吸収を生じさせる。これらの両効果の完全な結果は、奇数のキャニスタが不要になることであり、キャニスタ全体および関連付けられるダンパ、制御、および装置が排除されるため、資本コストが削減される。当業者は、図４〜６に関して上述されるように、図７〜８に示されるプロセスが、さらに、ＣＯ還元を提供できるように適応可能であることを容易に理解されよう。
現在好適な実施形態の詳細を参照し、本明細書において本発明を説明したが、こうした詳細は、これらが以下の請求項に含まれる程度のものとして、および、この程度まで、本発明の範囲を制限するものとみなされることを意図するものではない。すなわち、本発明の以上の記載は例示的なものにすぎず、以下の請求項に述べるように、本発明の範囲または精神から逸脱しない限り、変更および修正を実行可能であることを理解されたい。加えて、本明細書中で言及される文書は、本明細書中で言及される文書内で参照される任意の他の文書と同様に、参照することによってその全体が組み込まれる。

Claims (20)

  1. 蓄熱式選択触媒プロセスであって、
    （ａ）既定の濃度の少なくとも１つの反応物質を既定の量の汚染物質含有気体と混合させて、混合された気体を形成するステップと、
    （ｂ）前記混合された気体を処理装置に導入するステップと、
    （ｃ）前記混合された気体中の前記汚染物質の濃度を低減するために、前記処理装置内の前記混合された気体を処理するステップであって、前記処理装置が複数の熱伝導領域および複数の触媒領域を含み、かかる処理には、
    （ｉ）前記混合された気体に、前記複数の熱伝導領域のうちの少なくとも第１の熱伝導領域からの熱を受容させ、かつ、前記複数の熱伝導領域のうちの少なくとも第２の熱伝導領域へ熱を提供させるステップと、
    （ｉｉ）前記混合された気体を、少なくとも前記複数の触媒領域のうちの第１の触媒領域および前記複数の触媒領域のうちの第２の触媒領域と接触させるステップであって、前記混合された気体が、少なくとも前記複数の触媒領域のうちの前記第１の触媒領域および前記複数の触媒領域のうちの前記第２の触媒領域のそれぞれにおいて、触媒還元を実行するステップと、
    （ｉｉｉ）前記混合された気体を、前記混合された気体中のＣＯを還元するための手段に接触させるステップと、
    （ｉｖ）前記混合された気体を、かかる処理の間、前記装置内の少なくとも第１の方向および第２の方向に流入させるステップであって、前記第１の方向が前記第２の方向とは異なるステップと、を伴うステップと、
    （ｄ）前記装置の前記複数の熱伝導領域のうちの少なくとも１つと連通する第１の気体移動に作用するデバイスを作動させることにより、前記装置から前記混合された気体を排出するステップと、
    （ｅ）処理ステップ（ｃ）の間、前記装置から反応物質をパージするステップとを含む、蓄熱式選択触媒プロセス。
  2. 前記混合された気体が、前記複数の熱伝導領域のうちの前記第１の熱伝導領域から前記複数の触媒領域のうちの前記第１の触媒領域への前記第１の方向に、および、前記複数の熱伝導領域のうちの前記第２の熱伝導領域から前記複数の触媒領域のうちの前記第２の触媒領域への前記第２の方向に流入する、請求項１に記載のプロセス。
  3. 前記装置が複数のチャンバを含み、前記複数の熱伝導領域のうちの前記第１の熱伝導領域および前記複数の触媒領域のうちの前記第１の触媒領域の両方が、前記複数のチャンバのうちの第１のチャンバに配置され、前記複数の熱伝導領域のうちの前記第２の熱伝導領域および前記複数の触媒領域のうちの前記第２の触媒領域が、前記複数のチャンバのうちの第２のチャンバに配置される、請求項１に記載のプロセス。
  4. 前記複数の熱伝導領域のうちの前記第１の熱伝導領域が前記混合された気体へ熱を提供し、前記複数の熱伝導領域のうちの前記第２の熱伝導領域が前記混合された気体からの熱を受容する、請求項１に記載のプロセス。
  5. ステップ（ｂ）の前に、前記複数の熱伝導領域のうちの前記第１の熱伝導領域を既定の温度に予熱するステップをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
  6. 前記既定の温度が約６００°Ｆ〜約８００°Ｆの範囲である、請求項５に記載のプロセス。
  7. 前記第１および第２の気体移動に作用するデバイスがそれぞれファンである、請求項１に記載のプロセス。
  8. 前記第１の気体移動に作用するデバイスが、導管を介して前記少なくとも１つのチャンバと連通する、請求項１に記載のプロセス。
  9. 前記導管がダンパを含み、前記ダンパは前記気体移動に作用するデバイスが作動すると開く、請求項８に記載のプロセス。
  10. 前記処理装置が少なくとも１つの熱発生デバイスを含む、請求項１に記載のプロセス。
  11. 前記少なくとも１つの熱発生デバイスが、前記混合された気体が前記複数の触媒領域のうちの１つと接触する前に、前記混合された気体へ熱を提供することができる既定の位置を有する、請求項１０に記載のプロセス。
  12. 前記少なくとも１つの熱発生デバイスが燃焼器である、請求項１０に記載のプロセス。
  13. 前記少なくとも１つの熱発生デバイスの温度が、前記混合された気体による接触の際に約９００°Ｆ〜約１６００°Ｆの範囲である、請求項１０に記載のプロセス。
  14. 前記少なくとも１つの反応物質がアンモニアである、請求項１に記載のプロセス。
  15. 前記混合された気体の温度が、ステップ（ａ）の後で約２００°Ｆ〜約４００°Ｆの範囲である、請求項１に記載のプロセス。
  16. 前記混合された気体の温度が、ステップ（ａ）の後で約３００°Ｆ〜約３５０°Ｆの範囲である、請求項１５に記載のプロセス。
  17. 前記混合された気体の温度が、ステップ（ａ）の後で約３２５°Ｆである、請求項１６に記載のプロセス。
  18. 前記汚染物質含有気体が窒素酸化物ＮＯｘを含有する、請求項１に記載のプロセス。
  19. 前記装置から反応物質をパージする前記ステップには、前記処理ステップ（ｃ）で使用されていない前記装置の前記複数の熱伝導領域のうちの少なくとも第３の熱伝導領域と連通する第２の気体移動に作用するデバイスを作動させることにより、前記装置から前記反応物質をパージするステップを含む、請求項１に記載のプロセス。
  20. 蓄熱式選択触媒プロセスであって、
    （ａ）既定の濃度の少なくとも１つの反応物質を既定の量の汚染物質含有気体と混合させて、混合された気体を形成するステップと、
    （ｂ）前記混合された気体を処理装置に導入するステップと、
    （ｃ）前記混合された気体中の前記汚染物質の濃度を低減するために、前記処理装置内の前記混合された気体を処理するステップであって、前記処理装置が第１および第２の熱伝導領域および第１および第２の触媒領域を含み、かかる処理には、
    （ｉ）前記混合された気体に、前記第１の熱伝導領域からの熱を受容させ、かつ、前記第２の熱伝導領域へ熱を提供させるステップと、
    （ｉｉ）前記混合された気体を、前記第１の触媒領域および前記第２の触媒領域と接触させるステップであって、前記混合された気体が前記触媒領域のそれぞれにおいて触媒還元を実行するステップと、
    （ｉｖ）前記混合された気体を、かかる処理の間、前記装置内の少なくとも第１の方向および第２の方向に流入させるステップであって、前記第１の方向が前記第２の方向とは異なるステップと、を伴うステップと、
    （ｄ）前記装置の前記熱伝導領域のうちの少なくとも１つと連通する、気体移動に作用するデバイスを作動させることにより、前記装置から前記混合された気体を排出するステップとを含む、蓄熱式選択触媒プロセス。
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