JP2020513494A - 選択的触媒還元システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、選択的触媒還元システム内の流動偏差が発生した領域でバッフル部材を含んで流体の流動偏差を改善した技術を説明している。

Description

本願は、２０１７年５月２４日付の韓国特許出願１０−２０１７−００６４１９４号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたあらゆる内容は、本明細書の一部として含まれる。
本発明は、選択的触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ＳＣＲ）システムに係り、特に、配管や各種システム内でのガスのような流体の流れにおいて、流動偏差を改善するためのバッフル（Ｂａｆｆｌｅ）を含む選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムに関する。
国内外的に大気汚染物質に対する規制が強化されているすう勢であり、汚染物質を低減するための努力が進められている。大気汚染物質のうち、窒素酸化物は、燃焼過程で生成されるものであって、他の汚染物質に比べて、技術的な面で制御が容易ではない。排ガスに含まれた窒素酸化物を処理する後処理施設中の１つが選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムである。
選択的触媒還元システムの性能は、触媒の性能と適切な運転条件の保持とによって決定されると見られる。特に、触媒層の前端での温度、速度、アンモニアの質量比分布の均一性は、触媒の性能保持と密接な関係がある。このような従来の技術は、システムの形状を反映して、バッフルを設置して、流動分布の均一性を保持するようにしたが、既に流動偏差が発生したことを改善するには限界があった。
本発明は、選択的触媒還元システム内の流動偏差が発生した領域でバッフル部材を含んで流体の流動偏差を改善するためのものである。
本発明による触媒層を備える選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムは、触媒層の前端から離隔して位置し、流体の流動断面の少なくとも一方向への拡張による流動偏差を減少させるための複数個のバッフル部材を含み、それぞれのバッフル部材は、流動断面の拡張方向に垂直な方向にそれぞれ延びる第１部分及び第２部分を含み、第１部分の一端部と第２部分の一端部は、一体に形成されて、それぞれのバッフル部材は、流体の導入方向に突出した形状であり得る。
本発明による選択的触媒還元システムでは、バッフル部材を通過した流体の触媒層の前端での流動偏差が大きく改善される。
本発明の一実施例による複数個のバッフル部材を含む選択的触媒還元システムを示す図面である。 図１Ａの一部を拡大した図面である。 本発明の一実施例によるバッフル部材を示す図面である。 図２によるバッフル部材の装着前後の流体の速度分布を示す図である。 図２によるバッフル部材の装着前後の流体内のアンモニア質量比分布を示す図である。
本発明による触媒層を備える選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムは、触媒層の前端から離隔して位置し、流体の流動断面の少なくとも一方向への拡張による流動偏差を減少させるための複数個のバッフル部材を含み、それぞれのバッフル部材は、流動断面の拡張方向に垂直な方向にそれぞれ延びる第１部分及び第２部分を含み、第１部分の一端部と第２部分の一端部は、一体に形成されて、それぞれのバッフル部材は、流体の導入方向に突出した形状であり得る。
また、本発明による選択的触媒還元システムにおいて、それぞれのバッフル部材の断面であって、バッフル部材が延びた方向に垂直な方向への断面は、Ｖ状であり得る。
また、本発明による選択的触媒還元システムにおいて、第１部分と第２部分とのなす角は、４５〜９０゜であり得る。
また、本発明による選択的触媒還元システムにおいて、第１部分の他端部と第２部分の他端部との長さは、３０〜２００ｍｍであり、それぞれのバッフル部材間の間隔は、３０〜５０ｍｍであり得る。
また、本発明による選択的触媒還元システムにおいて、それぞれのバッフル部材間の間隔は、一定である。
また、本発明による選択的触媒還元システムにおいて、システムは、触媒層の前端から所定距離離隔して位置したアンモニア注入グリッド（Ａｍｍｏｎｉａ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｇｒｉｄ；ＡＩＧ）を含み、複数個のバッフル部材は、アンモニア注入グリッドの前端に装着可能である。
以下、本発明の一実施例による複数個のバッフル部材を含む流体の流動偏差を改善するためのシステムを詳しく説明する。添付図面は、本発明の例示的な形態を図示したものであって、これは、本発明をより詳しく説明するために提供されるものであり、これにより、本発明の技術的な範囲が限定されるものではない。
また、図面符号に関係なく、同一または対応する構成要素は、同じ参照番号を付与し、これについての重複説明は省略し、説明の便宜上、示された各構成部材のサイズ及び形状は、誇張または縮小されうる。
図１Ａは、本発明の一実施例による流体の流動偏差を減少させるための複数個のバッフル部材１０と触媒層２０とを含む選択的触媒還元システム１を図示する。流体は、導入部４０に流入されて、複数個のバッフル部材１０の間を通過し、触媒層２０を経て排出部５０に抜け出る。まず、バッフル部材１０が装着されていない場合（図示せず）であれば、導入部４０に流入された流体は、流動断面が拡張されるなどによる流体の流動偏差が発生する（図３及び図４参照）。
しかし、本発明による選択的触媒還元システム１で複数個のバッフル部材１０が触媒層２０の前端から所定距離離隔して装着されることによって、導入部４０に流入された流体には、流動断面が拡張されるなどによる流体の流動偏差の発生が最小化されうる（図３及び図４参照）。
複数個のバッフル部材１０は、図１Ａに示したように、流動断面が拡張されてから一定になる部分に設けられ、望ましくは、アンモニア注入グリッド３０の前端に装着されうる。また、図１Ａでは、流体の流動断面は、横方向に（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ）拡張され、複数個のバッフル部材１０のそれぞれは、流動断面の縦方向に（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ）延びる場合であって、本発明による一実施例を図示している。
図１Ｂは、図１Ａのアンモニア注入グリッド３０の前端に装着された複数個のバッフル部材１０の一部を拡大した図面である。図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、複数個のバッフル部材１０のそれぞれは、流動断面の縦方向に延び、また、バッフル部材１０のそれぞれは、一体に形成された第１部分１０ａ及び第２部分１０ｂを含む。第１部分１０ａの一端部と第２部分１０ｂの一端部は、一致して、それぞれのバッフル部材１０の第１部分１０ａと第２部分１０ｂは、一体に形成され、バッフル部材１０のそれぞれは、流体の導入方向に突出した形状であり得る。この際、各バッフル部材１０が延びた方向である縦方向に垂直な方向への断面は、望ましくは、Ｖ状であり、さらに望ましくは、二等辺三角形の２つの斜辺に一致する形状であり得る。しかし、本発明は、これに限定されず、各バッフル部材１０が延びた方向である縦方向に垂直な方向への断面が三角形でもあるなど、流体が導入される部分に向けている第１部分１０ａ及び第２部分１０ｂが、前述したように構成され、各バッフル部材１０の残りの他の部分は、多様な方法で具現されるなどの変形、変更が可能である。
一方、従来のバッフルを装着する場合には、バッフル前端と後端との間の差圧が大きくなって、選択的触媒還元システム全体での流動の流れが円滑に進まない。したがって、複数個のバッフル部材を装着しながらも、差圧を低める必要がある。本発明による複数個のバッフル部材１０を装着する場合、差圧を５０Ｐａ（〜５ｍｍＨ２Ｏ）以下に低くしながらも、触媒層２０の前端での流動偏差を改善しうる。
図２は、図１Ａの複数個のバッフル部材１０の一部を拡大した図面である。バッフル部材１０のそれぞれの第１部分１０ａの一端部と第２部分１０ｂの一端部が、一致する形状であり、第１部分１０ａと第２部分１０ｂとのなす角（θ）は、４５〜９０゜であり、望ましくは、６０゜であり得る。また、第１部分１０ａの他端部と第２部分１０ｂの他端部との長さ（Ｄ）は、３０〜２００ｍｍ、望ましくは、５０〜１５０ｍｍ、最も望ましくは、１００ｍｍであり得る。また、それぞれのバッフル部材１０間の間隔（Ｓ）は、３０〜１００ｍｍであり、望ましくは、３０〜５０ｍｍであり得る。
一方、本発明が具現可能な選択的触媒還元システムのアンモニア注入グリッド３０の幅は、例えば、４０００〜５０００ｍｍであり、このようなアンモニア注入グリッド３０の前端に横方向にわたって、前記の複数個のバッフル部材１０が装着されうる。アンモニア注入グリッド３０の縦方向への長さは、例えば、４０００〜５０００ｍｍであり、この場合、バッフル部材１０のそれぞれの縦方向への長さは、例えば、５０〜１００ｍｍであり得る。また、バッフル部材１０の材料としては、ステンレス鋼が使われ、望ましくは、オーステナイト系（ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）ステンレス鋼としてＡ２４０ ＴＰ３１０が使われる。
しかし、本発明は、前述されたものに限定されず、本発明が具現される多様な環境に合わせて、第１部分１０ａと第２部分１０ｂとの角度、第１部分１０ａの他端部と第２部分１０ｂの他端部との長さ（Ｄ）、それぞれのバッフル部材１０間の間隔（Ｓ）を調節して具現することができるなど多様な変形、変更が可能である。
図３は、図２によるバッフル部材の装着前後の触媒層２０の前端の速度分布を図示する。図３での未装着の場合は、バッフル部材１０が装着されていない場合を意味し、この際の触媒層２０の前端での流体の速度分布を示す。
導入部４０に流入された流体は、流動断面が拡張されるなどによる流体の流動偏差が発生し、触媒層２０の前端での速度が不均一であることが分かる。
一方、図３において、具現例１ないし具現例４の場合は、図１Ａでのように、バッフル部材１０が装着された場合の触媒層２０の前端の流体の速度分布を図示する。
具体的に、具現例１は、図２でのＤ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝３０ｍｍである場合を図示し、具現例２は、Ｄ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝４０ｍｍである場合を図示し、具現例３は、Ｄ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝５０ｍｍである場合を図示し、具現例４は、Ｄ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝１００ｍｍである場合を図示する。アンモニア注入グリッド３０の幅は、４０００〜５０００ｍｍである。
図１Ａに示したように、導入部４０に流入された流体の流動断面の拡張があっても、流体が、本発明の一実施例によるバッフル部材１０を通過することにより、図３の具現例１ないし具現例４の場合に示したように、触媒層２０の前端での流体の速度差が大きくなく、およそ均一であることが分かる。特に、具現例１ないし具現例３の場合で流体の速度差が著しく改善されたことが分かる。
さらに、流体の流動速度分布の均一度の判断のために、（比率）＝（標準偏差）／（平均）の概念を適用して説明すれば、（比率）の値が小さいほど分布が均一であることを示すが、バッフル部材１０が装着されていない場合である図３の未装着の場合では、（平均）＝５．３６、（標準偏差）＝２．７６であり、（比率）＝（標準偏差）／（平均）＝０．５１であることが分かる。一方、バッフル部材１０が装着された場合である図３の具現例１ないし具現例４では、それぞれ（比率）＝０．２８、０．２３、０．２５、０．４０に触媒層２０の前端での流体の速度差が改善され、特に、具現例１ないし具現例３で著しく改善されたことが分かり、その中でも、図２でのＤ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝４０ｍｍである場合に該当する場合である具現例２で触媒層２０の前端での流体の速度差が最も望ましく改善されたことが分かる。
また、図４は、図２によるバッフル部材の装着前後の触媒層２０の前端のアンモニア（ＮＨ３）質量比分布を図示する。図４での未装着の場合は、バッフル部材１０が装着されていない場合を意味し、この際の触媒層２０の前端のアンモニア質量比分布を図示する。導入部４０に流入された流体は、流動断面が拡張されるなどによる流体の流動偏差が発生し、このような流体がアンモニア注入グリッド３０を通過しながら、流体にアンモニアが拡散されるが、流体の流動偏差によって、図４の未装着の場合に示されたように、触媒層２０の前端での流体内のアンモニア質量比の分布が不均一になることが分かる。
一方、図４において、具現例１ないし具現例４の場合は、図１Ａでのように、バッフル部材１０が装着された場合の触媒層２０の前端でのアンモニア質量比分布を図示する。
具体的に、具現例１は、図２でのＤ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝３０ｍｍである場合を図示し、具現例２は、Ｄ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝４０ｍｍである場合を図示し、具現例３は、Ｄ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝５０ｍｍである場合を図示し、具現例４は、Ｄ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝１００ｍｍである場合を図示する。アンモニア注入グリッド３０の幅は、４０００〜５０００ｍｍである。
図１Ａでのように、導入部４０に流入された流体に流動断面の拡張があっても、流体が、本発明の一実施例によるバッフル部材１０を通過することにより、図４の具現例１ないし具現例４の場合に示したように、触媒層２０の前端での流体内のアンモニア質量比分布がおよそ均一であることが分かる。特に、具現例１ないし具現例３の場合で触媒層２０の前端での流体内のアンモニア質量比差が大きく改善されたことが分かる。
さらに、流体のアンモニア質量比分布の均一度の判断のために、（比率）＝（標準偏差）／（平均）の概念を適用して説明すれば、（比率）の値が小さいほど分布が均一であることを示すが、バッフル部材１０が装着されていない場合である図４の未装着の場合では、（平均）＝３．７ｅ−３、（標準偏差）＝２．７ｅ−３であり、（比率）＝（標準偏差）／（平均）＝０．７２であることが分かる。一方、バッフル部材１０が装着された場合である具現例１ないし具現例４では、それぞれ、（比率）＝０．２０、０．２１、０．２４、０．４３に触媒層２０の前端でのアンモニア質量比差が改善され、特に、具現例１ないし具現例３で著しく改善されたことが分かり、その中でも、図２でのＤ＝１００ｍｍであり、Ｓ＝３０ｍｍである場合に該当する場合である具現例１で触媒層２０の前端でのアンモニア質量比差が最も望ましく改善されたことが分かる。
一方、前述した図１Ａでは、流体の流動断面が横方向に拡張され、複数個のバッフル部材１０のそれぞれは、流動断面の縦方向に延びる場合を図示したが、これは、本発明の一実施例に該当し、本発明は、流体の流動断面が縦方向に拡張され、複数個のバッフル部材１０のそれぞれが、流動断面の横方向に延びる場合でも具現可能であり、本発明は、流体の流動断面が縦方向及び横方向に拡張され、複数個のバッフル部材１０のそれぞれは、格子状に配列され、その形状が四角錐状である場合で具現されるなどの多様な変形、変更が可能である。
前述した本発明の技術的構成は、当業者が、本発明のその技術的思想や必須的な特徴を変更せずとも、他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるであろう。したがって、前述した実施例は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないということを理解せねばならない。同時に、本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって表される。また、特許請求の範囲の意味及び範囲、そして、その等価概念から導出されるあらゆる変更または変形された形態が、本発明の範囲に含まれると解釈されねばならない。
１：選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム
１０：バッフル部材
１０ａ：バッフル部材の第１部分
１０ｂ：バッフル部材の第２部分
２０：触媒層
３０：アンモニア注入グリッド
４０：導入部
５０：排出部

Claims (6)

  1. 触媒層を備える選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムにおいて、
    前記触媒層の前端から離隔して位置し、流体の流動断面の少なくとも一方向への拡張による流動偏差を減少させるための複数個のバッフル部材を含み、
    それぞれのバッフル部材は、前記流動断面の拡張方向に垂直な方向にそれぞれ延びる第１部分及び第２部分を含み、前記第１部分の一端部と前記第２部分の一端部は、一体に形成されて、前記それぞれのバッフル部材は、前記流体の導入方向に突出した形状である、選択的触媒還元システム。
  2. 前記それぞれのバッフル部材の断面であって、バッフル部材が延びた方向に垂直な方向への前記断面は、Ｖ状である、請求項１に記載の選択的触媒還元システム。
  3. 前記第１部分と前記第２部分とのなす角は、４５〜９０゜である、請求項１に記載の選択的触媒還元システム。
  4. 前記第１部分の他端部と前記第２部分の他端部との長さは、３０〜２００ｍｍであり、前記それぞれのバッフル部材間の間隔は、３０〜５０ｍｍである、請求項１に記載の選択的触媒還元システム。
  5. 前記それぞれのバッフル部材間の間隔は、一定である、請求項１に記載の選択的触媒還元システム。
  6. 前記選択的触媒還元システムは、前記触媒層の前端から離隔して位置したアンモニア注入グリッド（ＡＩＧ）を含み、前記複数個のバッフル部材は、前記アンモニア注入グリッドの前端に装着可能である、請求項１に記載の選択的触媒還元システム。
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