JP2019516898A - 選択的触媒還元反応用触媒部分再生装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、選択的触媒還元反応用触媒の再生装置に関するものであり、より詳細には、触媒を部分的に再生する装置に関するもので、多数の触媒モジュール段を装入した選択的触媒還元反応器と2つの再生用加熱装置からなり、第1再生用加熱装置は、前記反応器の入口および中間区域と流体連通する管に連結し、第2再生用加熱装置は、前記反応器の中間区域および出口と流体連通する管に連結することを特徴とする、選択的触媒還元反応用触媒の部分再生システムに関するものである。
Description
本発明は、選択的触媒還元反応用触媒の再生装置に関するものであり、より詳細には、触媒を部分的に再生する装置に関するものである。
一般的に産業用多目的ボイラー、エンジンおよび溶鉱炉(furnace)の分野では、システムから放出される窒素酸化物の制御のための選択的触媒還元（SCR; selective catalytic reduction）システムが活用されている。SCRシステムは、ボイラー、エンジンおよび溶鉱炉の排気ガスの窒素酸化物排出量を減らすために用いられる。前記システムでは、アンモニアを、触媒を具備したボイラーの排気ガスの流れに噴射する。アンモニアは、排気ガスから多量の窒素酸化物を還元して水と窒素に転換する。SCRシステムに用いられる触媒活性物質は、耐火無機材料または金属材料の担体に支持される。触媒活性物質が支持された担体を便宜上、単位触媒体と呼ぶ。このような単位触媒体は、必要な数だけ組み合わせてケースに内蔵して触媒モジュールを形成し、触媒モジュールがSCRシステムの反応器に複数段で装入され、前記したように、アンモニア還元剤を用いて排気ガスから多量の窒素酸化物を還元して無害な水と窒素に転換する。
図1aは、従来のSCRシステム反応器および再生用加熱装置を概略的に示す図である。図1のSCRシステム反応器には、4段の触媒モジュールが直列に装入され、エンジンからの排気ガスは反応器を経て無害な水と窒素に転換されるが、SCRシステムの単位触媒体は、時間が経過するにつれてABS（Ammonium BiSulfate）およびSOF（Soluble Organic Fraction）が蓄積して、性能の低下が発生する。図1bに示すように、通常は、再生用加熱装置を用いて、SCRシステム反応器全体を加熱して前記のように非活性化した触媒体を再生することができる。
本出願人は、SCRシステム反応器の前段にある触媒モジュールは、後段の触媒モジュールよりも非活性化程度が高いことを確認した。このような確認を通じて、多数の直列式段で構成されている触媒モジュール反応器全体を加熱するよりも前段触媒モジュールだけを部分的に加熱して、触媒モジュールを再生することが燃費上昇および工程効率の観点から有利であることが分かった。
本発明は、選択的触媒還元反応用触媒再生システムに関するもので、多数の触媒モジュール段を直列に装入した選択的触媒還元反応器および2つの再生用加熱装置からなり、第1再生用加熱装置は、前記反応器の入口および中間区域と流体連通する管に連結し、第2再生用加熱装置は、前記反応器の中間区域および出口と流体連通する管に連結することを特徴とする。本発明では、次のような特徴部を含むが、これらに限定されない。選択的触媒還元反応器は、一体的に一つの反応器であり得るが、物理的に2以上の反応器が直列に連結した反応器の組合であり得る。本願で加熱装置は、再生用ヒーターと呼ぶことができる。反応器の入口と中間区域の間には、高密度選択的触媒還元反応用触媒を内蔵し、前記反応器の中間区域と出口の間には、低密度選択的触媒還元反応用触媒を内蔵することを特徴とし、非活性化による部分再生効率を最大化することができる。
また、本発明は、選択的触媒還元反応用触媒の再生方法に関するもので、多数の触媒モジュール段を直列に装入した選択的触媒還元反応器および2つの再生用加熱装置からなるが、第1再生用加熱装置は、前記反応器の入口および中間区域と流体連通する管に連結し、第2再生用加熱装置は、前記反応器の中間区域および出口と流体連通する管に連結する選択的触媒還元反応用触媒再生システムにおいて、第1再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の入口と中間区域の間に装入された触媒モジュールを再生する工程を含む。本発明は、前記第1再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の入口と中間区域の間に装入された触媒モジュールを再生する工程に続いて、第2再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の中間区域と出口の間に装入された触媒モジュールを再生する工程をさらに含む。
本発明による選択的触媒還元反応用触媒再生システム及び方法では、触媒モジュールを定期的に再生するときに非活性化の程度が高い反応器区域にあるモジュールだけを部分的に再生することにより、触媒全体を加熱する必要がないので、エネルギーを節約することができ、再生時間が短縮されるなどの工程効率を改善することができる。
SCRシステムに用いられる単位触媒体は、通常ハニカム構造に製作する。簡単に説明するとハニカム構造の流入面または排出面からこれを通じて延長された微細な並列ガス流動通路を有する形態の担体を用いて単位触媒体を形成する。前記通路は、開放されていて、これを通じて排気ガスが流れる。ここで、流入口から排出口まで実質的に直線経路の通路は、触媒活性物質をウォッシュコート（washcoat）としてコーティングし、前記通路を通って流れる排気ガスが触媒物質に接触するようにする内壁によって限定される。単位触媒体の流動通路は台形、長方形、正方形、正弦曲線形、六角形、楕円形、円形など任意の適切な断面形状およびサイズであり得、内壁が薄いチャンネル構造である。このような構造体は、断面の平方インチ当たり約10〜約900個以上のガス流入開口（つまり、チャネル）を有することができる。このような単位触媒体を組み合わせてケースで囲み、触媒モジュールを形成する。
図1は、従来のSCRシステム反応器および再生用加熱装置の概略図よびSCR作動（a）および再生（b）の経路を示す図である。詳細には、図1でSCRシステム反応器には、4段の触媒モジュールが直列に装入され、エンジンからの排気ガスは、反応器を経て無害の水と窒素に転換されるが、SCRシステムの単位触媒体は、時間が経過するにつれてABS（Ammonium BiSulfate）およびSOF（Soluble Organic Fraction）が蓄積して性能低下が発生する。したがって図1bに示すように、通常は、再生用加熱装置を用いてSCRシステム反応器全体を約430℃に加熱して、前記のように非活性化した触媒体を再生することができた。本願で直列に装入することの意味は、エンジン排気ガスの流動方向に触媒段を一列に配置することを意味し、これは並列に装入する反応器とは差別される。
しかし、様々な検討によって、SCRシステム反応器の前段にある触媒モジュールは、後段の触媒モジュールよりも非活性化の程度が高いことを確認した。図2に示すように、第1段の触媒モジュール（◇）は、第2段の触媒モジュール（△）よりも時間の経過に伴う性能低下が激しく、第2段の触媒モジュール（△）は、第3段触媒モジュール（*）よりも時間の経過に伴う性能低下が激しく、第3段触媒モジュール（*）は、第4段触媒モジュール（+）よりも時間の経過に伴う性能の低下、すなわち、非活性化程度が高いことを確認した。したがって、本発明者らは、このような確認を通じて多数の段で構成されている触媒モジュール全体の反応器を加熱するよりも、前段触媒モジュールだけを部分的に加熱して触媒モジュールを再生することが、燃費上昇および工程効率の観点から有利であることが分かった。
本発明は、選択的触媒還元反応用触媒再生システム及び方法に関するものであり、前記システムは、多数の触媒モジュール段を装入する選択的触媒還元反応器および多数の再生用加熱装置からなる。以下、本発明の実施形態では、例示的に2つの再生用加熱装置を備えた触媒再生システムを説明するが、3つ以上の加熱装置を選択的触媒還元反応器に連結することができることを理解しなければならない。
図3を参照すると、本発明の選択的触媒還元反応用触媒再生システムにおいて、前記システムは、多数の触媒モジュール段を装入した選択的触媒還元反応器および多数の再生用加熱装置を含む。詳細には、反応器は、多数の区域に分割され、それぞれの区域には、触媒モジュール段を装入する。一つの区域には、一つの再生用加熱装置を連結する。加熱装置は、それぞれの区域の入口および出口を連結する管を含み、通常400℃以上で加熱することができる従来の加熱装置であり得る。例えば、2つの区域からなる反応器を想定すると、第1再生用加熱装置は、前記反応器の入口および中間区域と流体連通する管に連結し、第2再生用加熱装置は、前記反応器の中間区域および出口と流体連通する管に連結していることを特徴とする。本発明による選択的触媒還元反応器は、一体的に一つの反応器であり得るが、物理的に2以上の反応器が直列連結している反応器の組合せであり得ることはもちろんである。3つの区域からなる反応器は、3つの加熱装置が反応器と並列に連結され、第1加熱装置は、反応器の入口および流体の流れの方向に反応器1/3区域と連通する管に連結し、第2加熱装置は、流体の流れの方向に反応器の1/3区域と流体の流れの方向に反応器の2/3区域と連通する管に連結し、第3加熱装置は、流体の流れの方向に反応器の2/3区域と反応器の出口と連通している管に連結する。本願で、加熱装置は、再生用ヒーターと呼ぶことができる。また、反応器の入口および中間区域の間には、高密度選択的触媒還元反応用触媒を内蔵し、前記反応器の中間区域と出口の間には、低密度選択的触媒還元反応用触媒を内蔵することを特徴とし、非活性化による部分再生効率を最大化することができる。
再び図3を参照すると、本発明は、選択的触媒還元反応用触媒の再生方法に関するもので、多数の触媒モジュール段を装入した選択的触媒還元反応器および2つの再生用加熱装置からなるが、第1再生用加熱装置は、前記反応器の入口および中間区域と流体連通する管に連結し、第2再生用加熱装置は、前記反応器の中間区域および出口と流体連通する管に連結する選択的触媒還元反応用触媒再生システムにおいて、第1再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の入口と中間区域の間に装入された触媒モジュールを再生する工程を含む。図4を参照すると、本発明は、前記第1再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の入口と中間区域の間に装入された触媒モジュールを再生する工程に続いて、第2再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の中間区域と出口の間に装入された触媒モジュールを再生する工程をさらに含む。
本発明によれば、反応器を区域化し、それぞれの区域ごとに別個の加熱装置を構成することにより、SCR触媒を部分再生することができる。このような部分再生は、本発明者らの多段触媒反応器で、それぞれの段ごとに非活性化が異なることを確認したことを通じて具現化された。つまり、触媒全体が同じように影響を受けるのではなく、前段の方から集中的に活性低下が発生するので、前段に対する優先的な再生が必要であり、再生は主に熱（温度上昇）による再生が可能であるので、本発明による部分的な再生は、熱効率を高め、システム全体の燃費を向上させることができるのである。
Claims (4)
- 選択的触媒還元反応用触媒の部分再生システムであって、多数の触媒モジュール段を直列に装入した選択的触媒還元反応器と2つの再生用加熱装置からなり、第1再生用加熱装置が、前記反応器の入口および中間区域と流体連通する管に連結し、第2再生用加熱装置は、前記反応器の中間区域および出口と流体連通する管に連結することを特徴とする、選択的触媒還元反応用触媒の部分再生システム。
- 前記反応器の入口と中間区域の間には、高密度選択的触媒還元反応用触媒を内蔵し、前記反応器の中間区域と出口の間には、低密度選択的触媒還元反応用触媒を内蔵することを特徴とする、請求項１に記載の選択的触媒還元反応用触媒の部分再生システム。
- 選択的触媒還元反応用触媒を部分再生する方法であって、多数の触媒モジュール段を直列に装入した選択的触媒還元反応器と2つの再生用加熱装置からなり、第1再生用加熱装置は、前記反応器の入口および中間区域と流体連通する管に連結し、第2再生用加熱装置は、前記反応器の中間区域および出口と流体連通する管に連結する選択的触媒還元反応の触媒再生システムにおいて、第1再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の入口と中間区域の間に装入された触媒モジュールを再生する工程を含むことを特徴とする、選択的触媒還元反応用触媒部分再生方法。
- 前記第1再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の入口と中間区域の間に装入された触媒モジュールを再生する工程に続いて、第2再生用加熱装置を駆動して、前記反応器の中間区域と出口の間に装入された触媒モジュールを再生する工程をさらに含む、請求項3に記載の選択的触媒還元反応用触媒部分再生方法。
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