KR101144699B1 - 촉매 재생 방법 및 촉매 재생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14) 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)의 재생에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 재생 연속공정에서 재생할 수 있는 황을 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)로부터 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)로 환원 또는 제거하는 것에 관한 것이다.
배기가스, 질소 산화물, 황 산화물(SOx) 제거 촉매, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매, 반응기 격실

Description

촉매 재생 방법 및 촉매 재생 장치{A method and apparatus for catalyst regeneration}
본 발명은 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 재생 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 황 독성을 추가로 방지하면서, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매 모두를 재생하기 위한 방법에 관한 것이다.
암모니아를 사용할 필요성없이, 디젤 엔진, 가스 터빈 등의 배기가스로부터 질소 산화물(NOx)과 같은 오염물을 제거하는 방법이 1990년 중반 이후에 발전되었다. 이러한 하나의 방법이 질소 산화물(NOx) 환원 촉매로 공지되어 있다. 질소 산화물(NOx) 환원 촉매는 일산화탄소(CO) 및 질소 산화물(NOx) 방출물을 모두 환원시키기 위한 흡착 재료로 코팅된 지지 구조체이다. 산화 및 흡착 단계에서, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매는 일산화탄소(CO)를 이산화탄소(CO2)로 그리고 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 동시에 산화시킴으로써 작용한다. 이산화질소(NO2)는 촉매 상에 코팅된 흡착 재료에 의해서 흡착되며, 흡착 재료는 통상 탄산 칼륨이다. 이산화탄소(CO2)는 스택(stack)으로부터 배출된다. 이산화질소(NO2)가 탄산 칼륨에 의해서 흡착될 때, 아질산 칼륨 및 질산 칼륨이 형성된다.
질소 산화물(NOx) 환원 촉매는 배기가스에서 발견된 황 산화물(SOx) 및 다른 황 화합물에 의해서 용이하게 비활성으로 될 수 있기 때문에, 황 산화물(SOx) 제거 촉매로 공지된 다른 시스템은 통상적으로 1차 황 산화물(SOx) 제거 유닛으로서 또는 더욱 통상적으로 배기가스에서 황 산화물(SOx)의 잔류량을 제거하기 위하여, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 상류에 배열된다. 황 산화물(SOx) 제거 촉매는 배기가스로부터 황 산화물(SOx)을 흡착함으로써 유황 피독(sulfur poisoning)으로부터 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 보호한다. 황 산화물(SOx) 제거 촉매는 배기가스에서 황 산화물(SOx)을 흡착하는데 효과적인 흡착제로 코팅된 지지 구조이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "흡착", "흡착성", "흡착된" 등은 흡수성 또는 흡착성 또는 그 조합을 지칭한다. 질소 산화물(NOx) 환원 촉매는 흡착, 흡수 또는 그 조합으로 배기가스 스트림으로부터 질소 산화물(NOx)을 제거할 수 있다. 유사하게는, 황 산화물(SOx) 제거 촉매는 흡착, 흡수 또는 그 조합으로 황 산화물(SOx)을 제거할 수 있다.
황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 사용하는 기존의 시스템에서, 흡착 재료의 증착 용량이 고갈되자 마자, 촉매 상의 흡착 재료는 재생되어야 한다. 흡착 재료의 재생은 배기가스로부터 기판 및 흡착 재료를 격리하고 흡착 재료를 재생 가스와 접촉시킴으로써 제위치에서 행해진다.
일 시스템에서, 재생가스는 활성 물질로부터 수소 분자의 일부를 함유한다. 가스의 나머지는 증기로 구성되고 질소 분자 및 이산화탄소의 소량을 함유할 수 있는 운반 가스이다. 재생 가스는 재생 가스 배기물과 함께 방출되는 수증기 및 질소를 형성하기 위하여 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 흡착 재료 상에 흡착된 아질산 및 질산과 반응한다. 재생 가스에 존재하는 어떠한 이산화탄소는 탄산 칼륨을 형성하기 위하여 아질산 칼륨 및 질산 칼륨과 반응한다. 상술한 바와 같이, 탄산 칼륨은 산화 및 흡착 단계가 개시되기 전에 기판 표면상의 흡착 재료이다. 황 산화물(SOx) 제거 촉매 상에 축적된 황 산화물(SOx)은 재생 가스에서 수소가 존재할 때 SO2 및 물로 변환된다. 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 재생 시에, 촉매는 흡착된 이황 산화물의 방출이 개시될 수 있기 전에 환원되어야 한다[즉, 흡착된 산소의 방출].
황 산화물(SOx) 제거 촉매가 재생 끝에서 충분히 재생되지 않으면, 황의 "퍼프(puff)"가 종종 방출된다. 배기가스를 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매에 재도입할 때, 황 퍼프는 배기가스 안으로 동반유입되고 질소 산화물(NOx) 제거 촉매로 운반된다. 상술한 바와 같이, 황 노출은 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 흡착 능력을 파괴하며, 이것은 상술한 재생 연속과정에서 회복될 수 없기 때문에 질소 산화물(NOx) 환원 촉매에는 치명적이다.
따라서, 상기 공정에서 사용된 기존의 재생 연속과정 동안 발생하는 황 퍼프는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매에는 치명적이다. 또한, 소량의 황 산화물(SOx)은 흡착 단계 동안 질소 산화물(NOx) 환원 촉매로 슬립-오버(slip-over)될 수 있다. 이러한 슬립-오버(slip-over)는 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 재생 또는 흡착 효율 및 용량을 포함하는 여러 요소들에 따라 좌우된다.
재생 연속공정은 통상적으로 산소 없는 환경에서 발생한다. 추가로, 재생 연속공정은 배기 가스 스트림으로부터 격리된 영역에서 발생되어야 한다.
450℉ 이상의 온도에서 작동하는 설치물을 위한 당기술에 공개된 다른 실시예에서, 흡착 재료는 증기와 같은 운반 가스에 의해서 소량의 천연 가스를 증기 개질 촉매로 그리고 그후에 질소 산화물(NOx) 환원 촉매로 도입함으로써 재생될 수 있다. 본 실시예에서, 개질 촉매는 천연 가스의 메탄을 수소로 변환하는 것을 개시한다. 변환은 질소 산화물(NOx) 환원 촉매에 의해 완료된다.
황 산화물(SOx) 제거 촉매는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매와 동일한 산화/흡착 단계 및 재생 연속공정을 사용한다는 것에 주의해야 한다.
가스 스트림 유동의 전체적인 분열없이 제위치에서 재생을 할 수 있도록, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매는 각 입구 및 출구에서 큰 댐퍼들을 구비한 반응기 격실에 배치된다. 재생 동안, 댐퍼들은 폐쇄되어서, 배기가스 스트림이 반응기 격실 안으로 들어가는 것을 방지한다. 재생 가스는 그런 다음 분배 시스템을 통해서 격실 안으로 수송되어서 흡착 재료를 재생한다.
복합 재생 발전소 등의 가스 터빈을 위한 통상적인 질소 산화물(NOx) 환원 촉매는 5 내지 15개의 개별적으로 격리가능한 반응기 격실을 구비하고, 그중 80%는 산화/흡착 연속공정이고 그중 20%는 어느 때든지 1회의 재생 연속공정이다. 재생 연속공정은 통상적으로 3분보다 작고 산화/흡착 연속공정은 통상적으로 10분보다 작으며, 촉매의 흡착 용량 및 재생 효율을 포함하지만 이들에 국한되지 않는 다양한 인자들에 따라서 좌우된다. 따라서, 질소 산화물(NOx) 제거 효율은 재생 효율에 따라서 좌우된다.
본 발명의 일 형태는, 배기가스 스트림은 이 배기가스 스트림에 있는 황 산화물의 성분을 환원시키는 황 산화물(SOx) 제거 촉매와 접촉하고, 그리고 상기 배기 가스가 그후에 질소 산화물을 질소 산화물(NOx) 환원 촉매에 의해서 흡착되는 NO2로 변환하는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매와 접촉하고, 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매가 반응기 격실에 수용되는, 배기가스 스트림에서 질소 산화물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은 : (a) 상기 반응기 격실을 상기 배기가스 스트림의 유동으로부터 격리시키는 단계; (b) 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 흡착성을 재생하는데 유효한 시간 동안 상기 격리된 반응기 격실 안으로 재생 가스를 지향시키는 단계; (c) 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 흡착성을 재생한 후에, 그때 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 흡착성을 재생하기에 유효한 시간 동안, 상기 재생 가스를 상기 격리된 반응기 격실 안으로 지향시키는 단계; 및 (d) 그후에 상기 배기가스 스트림의 유동을 상기 반응기 격실을 통해서 재개시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 형태는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 사용함으로써, 배기가스 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 포함하는 적어도 하나의 반응기 격실 안으로 상기 배기가스 스트림을 도입하는 단계; 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 상의 오염물을 흡착함으로써, 배기가스 스트림으로부터 오염물을 제거하는 단계; 상기 배기가스 스트림으로부터 적어도 하나의 반응기 격실을 격리시키는 단계; 상기 격리된 반응기 격실로 재생 가스를 도입함으로써 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 재생하기 전에 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 재생하는 단계로서, 상기 재생 가스가 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매와 접촉하고, 그에 의해서 오염물을 제거하는 단계; 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 재생한 후에, 다음에 상기 격리된 반응기 격실로 황 제거 가스를 도입하는 단계로서, 상기 황 제거 가스가 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매로부터 황의 양을 제거하도록 실행하는 단계; 상기 황 제거 가스를 도입한 후에, 다음에 상기 반응기 격실로 배기가스 증기를 도입하고, 그에 의해서 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매가 상기 배기가스로부터 추가 오염물을 흡착할 수 있는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 형태는 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 재생하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 하나의 댐퍼가 타댐퍼와 평행한 한 쌍의 댐퍼들; 질소 산화물(NOx) 환원 촉매와 평행하게 배치된 황 산화물(SOx) 제거 촉매로서, 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매는 댐퍼들의 쌍 사이에 놓여지는, 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매; 하나의 댐퍼와 황 산화물(SOx) 제거 촉매 사이에 배치된 밸브; 하나의 댐퍼와 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 사이에 배치된 밸브; 및 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 배기가스로부터 격리시키기 위하여, 댐퍼들을 작동시키고, 또한 상기 제어기는 재생 가스, 황 제거 가스 또는 그 혼합물중 적어도 하나가 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 통과하여 지나가도록 상기 밸브를 작동시킨다.
본 발명의 상기 형태 및 기타 형태는 하기 상세한 설명에서 더욱 상세하게 기술된다.
본 발명을 설명하기 위하여, 도면은 양호한 본 발명의 형태를 도시한다. 그러나, 본 발명은 도면에 도시된 정확한 구성 및 배열에 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 수용하는 반응기를 도시한 도면.
도 2는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 수용하는 반응기 격실을 도시한 도면.
도 3는 재생 연속공정의 흐름도.
도 4는 재생 연속공정의 흐름도.
도 5는 재생 연속공정의 흐름도.
황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 하나 이상의 층들이 반응기 격실에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에는, 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 두 층이 있다. 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매에 사용된 층의 수는 다른 적용에서는 변화될 수 있으므로, 본원에 기재된 시스템 및 공정에서 사용될 수 있는 층들 및 촉매들의 수에 국한되지 않는다는 것을 인식해야 한다. 또한, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 또는 황 산화물(SOx) 제거 촉매에 대해서 만들어진 임의의 기준은 촉매들의 수 또는 촉매에 제공된 층들의 수를 제한하려는 의도가 아니다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반응기 격실(10)은 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)의 하류에 있는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)를 수용한다. 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 보기들은 당기술에 공지되어 있으며, 예를 들어, Knoxville, Tennessee 소재의 EmeraChem, LLC에서 상업적으로 구매가능한 SCONOx®, SCOSOx®및 EMx®을 포함한다.
반응기 격실(10)은 재생 연속공정 동안 배기가스 스트림(19)이 반응기 격실 안으로 들어가는 것을 방지하는 물리적인 장벽을 제공하는 한쌍의 댐퍼(damper;16,18)도 역시 포함한다.
도 1에 도시된 반응기 격실(10)의 일 실시예에서, 재생 연속공정 동안, 재생 가스는 재생 가스 입구(20)를 통해서 반응기 격실 안으로 들어간다. 입구(20)는 일반적으로 파이프 또는 다른 도관이고, 재생 가스는 상기 도관을 통해서 이동하고 반응기 격실(10) 안으로 유입된다. 입구(20)는 반응기 격실(10) 안으로 들어가는 재생 가스량을 조절하는 밸브들 또는 기타 제어장치를 포함할 수 있다. 입구(20)는 통상적으로 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)와 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12) 사이에 위치한다. 그러나, 입구(20)는 반응기 격실(10) 내의 다른 위치에 배치될 수 있다.
재생 가스는 수소, 천연 가스, 증기, 기타 불활성 가스 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 재생 가스는 소량의 질소 및 일산화탄소를 함유하는 증기에 운반되는 수소 혼합물이다. 재생 가스는 통상적으로 증기와 같은 운반 가스에서 2% 내지 3%의 수소로 구성되지만, 다른 불활성 가스도 운반 가스로 사용될 수 있다. 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12) 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 재생하기 위하여 당기술에 알려진 다른 재생 가스들도 사용될 수 있다.
도 1에 있어서, 황 제거 가스는 황 제거 가스 입구(22)를 통해서 반응기 격실(10) 안으로 들어간다. 황 제거 가스는 산소 함유 가스이다. 공기는 황 제거 가스의 하나의 보기이지만, 단지 산소만을 포함하는 다른 산소 함유 가스도 사용될 수 있다. 황 제거 가스는 황 산화물(SOx) 제거 및 다른 황 함유 화합물의 제거를 극대화하기 위하여 재생 연속공정이 끝날 때에 첨가된다.
반응기 격실(10)은 재생 가스 및 황 제거 가스를 반응기 격실로부터 이동시켜서 제거하는 것을 용이하게 하는 여러 밸브들을 구비할 수 있다. 반응기 격실(10)은 댐퍼(16)와 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12) 사이에 놓여지는 밸브(24)를 구비한다. 반응기 격실(10)은 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)와 댐퍼(18) 사이에 놓여지는 밸브(26)를 추가로 포함한다. 밸브(24,26)들은 반응기 격실(10) 내의 다른 위치에 배치될 수 있다는 것이 예측된다. 밸브(24,26)들은 통상적으로 재생 가스 및 황 제거 가스가 반응기 격실(10)로부터 빠져나갈 수 있게 하는 파이프 또는 다른 도관들에 연결된다.
댐퍼(16,18)들 뿐 아니라 입구(20,22)들 및 밸브(24,26)들의 개폐 동작은 제어기(28)에 의해서 제어된다. 제어기(28)는 임의의 적당한 제어 메카니즘일 수 있다. 이들의 보기들은 분배 제어 시스템(DCS) 및 프로그램가능한 로직 컨트롤러(PLC)를 포함한다.
도 2에 도시된 반응기 격실(10)의 다른 실시예에서, 재생 가스는 밸브(24)를 통해서 반응기 격실로 도입되고 밸브(26)를 통해서 반응기 격실을 빠져나간다. 황 제거 가스는 입구(22) 또는 밸브(24)에 의해서 도입될 수 있다. 반응기 격실(10)의 본 실시예는 재생 가스를 도입하기 위하여 입구(20)를 사용하지 않는다.
본 발명에서, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)의 재생은 항상 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)의 재생을 동반한다. 일 실시예에서, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)는 먼저 재생되고, 그 후에 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)의 재생이 따라간다. 다른 실시예에서, 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)가 먼저 재생되고, 그 후에 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)의 재생이 따르고, 그 후에 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)의 다른 재생이 이루어진다. 또 다른 실시예에서, 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)로부터의 황 산화물(SOx) 화합물 및/또는 잉여 황을 제거하기에 효과적인 황 제거 가스는 반응기 격실 안으로 도입된다. 황 함유 화합물들의 제거는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)의 유황 피독을 감소시키거나 또는 제거한다.
황 제거 가스의 재생 및 도입 순서는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12) 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 수용하는 반응기 격실(10)에 연결된 밸브들 및 입구들에 의해서 제어된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)는 단지 한번 재생된다. 단계(30)에서, 댐퍼(16,18)들은 배기가스 스트림(19)으로부터 반응기 격실(10)을 격리시키도록 폐쇄된다.
단계(32)에서, 밸브(24)는 개방된다. 단계(34)에서, 입구(20)는 재생가스를 반응기 격실(10)로 도입하도록 개방된다. 밸브(24)를 개방하면, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 통해서 재생 가스를 흡인함으로써 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)의 재생을 용이하게 한다. 재생 가스는 밸브(24)에 의해서 배기된다.
단계(36)에서, 밸브(24,26)들은 재생 가스를 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)로 보내도록 조절된다. 구체적으로, 밸브(26)는 밸브(24)가 폐쇄되는 동안 개방된다. 밸브(26)가 개방될 때, 재생 가스는 밸브(26)를 향하여 그리고 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 통해서 흡인된다. 단계(38)에서, 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)는 재생 가스에 의해서 재생된다. 재생 가스는 밸브(26)에 의해서 배기된다.
단계(40)에서, 황 제거 가스는 반응기 격실(10)로 도입된다. 이것은 적어도 두 가지 방식 즉, 첫째, 입구 밸브(20)를 폐쇄하여서 재생 가스가 반응기 격실 내로 유입되는 것을 정지시키고 입구(22)를 개방하여서 황 제거 가스를 도입하기; 둘째, 입구(20)를 개방상태로 두고 입구(22)를 개방하여서 황 제거 가스를 도입하는 방식에 의해서 달성된다. 어느 경우에도, 밸브(26)는 개방 상태로 되므로, 황 제거 가스는 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 통해서 흡인되고, 그에 의해서 황 산화물(SOx)을 그로부터 제거한다.
단계(42)에서, 입구(22)가 폐쇄되며, 이것은 황 제거 가스가 반응기 격실(10)로 흐르는 것을 정지시킨다. 단계(44)에서, 밸브(26) 및 밸브(20)를 포함하는 모든 잔여 개방 밸브들은 폐쇄되고, 댐퍼들(16,18)이 개방됨으로써, 배기가스 스트림(19)을 반응기 격실(10)로 도입되게 한다.
또다른 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)가 먼저 재생되고, 그후에 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12) 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)의 재생이 따른다.
아직, 도 4에 있어서, 단계(50)에서, 댐퍼(16,18)들은 반응기 격실(10)을 배기가스 스트림(19)으로부터 격리시키도록 폐쇄된다. 단계(52)에서, 밸브(26)는 개방된다. 단계(54)에서, 입구(20)는 재생 가스를 반응기 격실(10)로 도입하도록 개방된다. 밸브(26)를 개방하면, 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)의 재생을 촉진시킨다. 밸브(26)를 개방함으로써, 재생 가스는 밸브(26)를 향하여 그리고 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 통해서 흡인된다. 재생 가스는 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 재생시키고 밸브(26)에 의해서 배기된다.
단계(56)에서, 밸브(24,26)들은 재생 가스를 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)로 보내도록 조절된다. 구체적으로, 밸브(24)는 밸브(26)가 폐쇄되는 동안 개방된다. 밸브(24)가 개방될 때, 재생 가스는 밸브(24)를 향하여 그리고 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)를 통해서 흡인된다. 단계(58)에서, 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)는 재생 가스에 의해서 재생되고, 재생 가스는 밸브(24)에 의해서 배기된다.
단계(60)에서, 밸브(26)는 밸브(24)가 폐쇄되는 동안 개방된다. 밸브(26)를 개방하면 다시 재생 가스를 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 통해서 흡인함으로써, 2번째 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 재생한다. 단계(62)에서, 입구(20)는 반응기 격실(10)로 흐르는 재생 가스의 유동을 정지시키도록 폐쇄된다.
단계(64)에서, 입구(22)는 황 제거 가스를 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)로 도입하도록 개방된다. 밸브(26)는 개방 상태로 남아있으므로, 황 제거 가스는 개방 밸브(26)를 향하여 그리고 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 통해서 흡인된다. 황 제거 가스는 잉여 황 함유 화합물을 제거하고 이 잉여 황 함유 화합물들이 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)로 슬립-오버되는 것을 방지한다.
황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)는 황 함유 화합물들을 제거하기에 충분한 양의 시간 동안 황 제거 가스에 노출된 후에, 단계(66)에서, 입구(22)는 폐쇄되고 댐퍼들(16,18)들은 개방되며, 밸브(26)는 폐쇄되고, 배기가스 스트림(19)은 반응기 격실(10)로 도입된다. 황 제거 가스 및 임의의 잔여 재생 가스는 댐퍼들(16,18)이 개방될 때 제거된다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 재생 가스는 밸브(24)를 통해서 도입된다. 이러한 반응기 격실은 도 2에 도시되고 재생 연속공정은 도 5에 도시된다.
도 5에 있어서, 단계(70)에 도시된 바와 같이, 댐퍼들(16,18)들은 폐쇄됨으로써, 반응기 격실(10)을 배기가스 스트림(19)으로부터 격리시킨다. 단계(72)에서, 밸브(24,26)들은 모두 개방된다. 단계(74)에서, 재생 가스는 밸브(24)에 의해서 반응기 격실(10)로 도입된다. 밸브(26)는 개방되므로, 재생 가스는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)를 통해 유동하여 이를 재생시키고 그후에 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 재생한다. 재생 가스는 밸브(26)로부터 배기된다.
단계(76)에서, 황 제거 가스는 반응기 격실(10)로 도입된다. 일 실시예에서, 밸브(24)는 폐쇄되고 황 제거 가스는 입구(22)를 통해서 도입된다. 다른 방식으로, 황 제거 가스는 그때 밸브(24)를 통해서 도입될 수 있다. 황 제거 가스가 밸브(24)를 통해서 도입될 때, 밸브(24)는 폐쇄되지 않고 대신에 개방 상태로 잔류한다.
밸브(26)는 개방상태로 잔류하므로, 황 제거 가스는 황 산화물(SOx) 제거 촉매(14)를 통해서 흡인되어서 밸브(26)로부터 배기된다.
단계(78)에서, 황 제거 가스를 도입하기 위한 밸브 또는 입구는 폐쇄되며, 밸브(26)도 폐쇄되고 댐퍼들(16,18)은 개방됨으로써, 배기가스 스트림(19)을 반응기 격실(10)로 도입한다.
황 산화물(SOx) 제거 촉매(14) 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매(12)는 촉매를 재생시키기에 충분한 시간 동안 재생 가스에 노출된다. 시간 주기는 촉매의 흡수 용량 및 용적에 의해서 결정되지만, 통상적으로 촉매들은 3분 이상의 시간 기간 동안 재생 가스에 노출된다.
황 제거 가스는 약 5 내지 약 30초 사이의 시간 동안 반응기 격실(10)에 첨가되지만, 특수 시스템의 변수에 따라서 몇 분 동안 첨가될 수 있다.
통상적으로, 재생 연속공정은 약 3 내지 10분 동안 이루어진다. 황 제거 가스를 부가하는 것은 전체 재생 시간의 약 1% 내지 약 15%를 나타낸다. 그러나, 황 제거 가스의 도입은 황 제거 가스를 사용하지 않는 현재의 재생 연속공정 동안 파괴되는 양의 1/3보다 작게 파괴 유황(breakthrough sulfur)의 양을 감소시킨다.
파괴 이산화황(SO2)의 감소 이외에, 황 제거 가스는 결과적으로, 더욱 많은 이산화황(SO2)이 제거되었을 때 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 작용 용량을 더 높아지게 한다. 이것은 다음에 흡착 공정 동안 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 능력을 감소시키는 황 산화물(SOx) 제거 촉매에서 이탈하는 이산화황(SO2)이 더 작아지게 한다. 또한, 본원에 기재된 재생 연속공정은 기존의 재생 연속공정 동안 종종 방출되는 황의 "퍼프"를 실질적으로 또는 전체적으로 제거한다. 따라서, 배기가스를 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매로 재도입할 때, 황 퍼프는 더 이상 배기 가스 안으로 도입되지 않고 황 산화물(SOx) 제거 촉매로 이동하지 않는다.

Claims (21)

  1. 배기가스 스트림에서 질소 산화물을 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 배기가스 스트림은 이 배기가스 스트림 내에 있는 황 산화물의 성분을 환원시키는 황 산화물(SOx) 제거 촉매와 접촉하고, 그 후에 상기 배기 가스가 질소 산화물을 질소 산화물(NOx) 환원 촉매에 의해서 흡착되는 NO2로 변환시키는 질소 산화물(NOx) 환원 촉매와 접촉하고, 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매가 반응기 격실 내에 수용되는, 질소 산화물의 제거 방법에 있어서,
    (a) 상기 반응기 격실을 상기 배기가스 스트림의 유동으로부터 격리시키는 단계;
    (b) 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 흡착성을 재생하기에 유효한 시간 동안 격리된 상기 반응기 격실 안으로 재생 가스를 지향시키는 단계;
    (c) 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매의 흡착성을 재생한 후에, 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 흡착성을 재생하기에 유효한 시간 동안 상기 재생 가스를 격리된 상기 반응기 격실 안으로 지향시키는 단계;
    (d) 상기 단계(c) 후에, 그러나 아래 단계(e) 전에, 황 제거 가스를 상기 반응기 격실 안으로 도입시키는 단계로서, 상기 황 제거 가스는 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매에서 황의 양을 감소시키기에 유효한 시간 동안 도입되고, 상기 황 제거 가스는 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 통해서 지나가는, 상기 도입 단계; 및
    (e) 그 후에 상기 배기가스 스트림의 유동을 상기 반응기 격실을 통해서 재개하는 단계를 포함하는, 질소 산화물의 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계(a) 후에, 그러나 상기 단계(b) 전에, 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매의 흡착성을 재생하기 위하여 상기 재생 가스를 상기 반응기 격실 안으로 지향시키는 단계를 추가로 포함하는, 질소 산화물의 제거 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 황 제거 가스는 산소를 포함하는, 질소 산화물의 제거 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 황 제거 가스는 약 5초 내지 약 30초 사이의 시간 동안 상기 반응기 격실로 도입되는, 질소 산화물의 제거 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 가스는 수소, 천연 가스, 증기, 또는 그들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는, 질소 산화물의 제거 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 가스는 황 산화물(SOx) 제거 촉매와 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 사이에 위치한 입구에 의해서 상기 반응기 격실 안으로 지향되는, 질소 산화물의 제거 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 가스는 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매와 하류 댐퍼 사이에 위치한 밸브에 의해서 상기 반응기 격실 안으로 지향되는, 질소 산화물의 제거 방법.
  9. 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 사용함으로써, 배기가스 스트림으로부터 오염물을 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 포함하는 적어도 하나의 반응기 격실 안으로 상기 배기가스 스트림을 도입하는 단계;
    상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 상에서 상기 배기가스 스트림의 오염물을 흡착함으로써, 상기 배기가스 스트림으로부터 오염물을 제거하는 단계;
    상기 배기가스 스트림으로부터 적어도 하나의 반응기 격실을 격리시키는 단계;
    격리된 상기 반응기 격실로 재생 가스를 도입함으로써 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 재생하기 전에 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 재생하는 단계로서, 상기 재생 가스가 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매와 접촉하고, 그에 의해서 오염물을 제거하는, 상기 재생 단계;
    상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 재생한 후에, 다음에 격리된 상기 반응기 격실로 황 제거 가스를 도입하고, 상기 황 제거 가스가 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 통해서 지나가게 하는 단계로서, 상기 황 제거 가스가 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매로부터 황의 양을 제거하도록 실행하는, 상기 황 제거 가스 도입 단계;
    상기 황 제거 가스를 도입한 후에, 다음에 상기 반응기 격실로 상기 배기가스 스트림을 도입하고, 그에 의해서 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매가 상기 배기가스로부터 추가 오염물을 흡착할 수 있는 단계를 포함하는, 오염물의 제거 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배기가스 스트림으로부터 상기 반응기 격실을 격리시킨 후에, 다음에 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 재생하기 전에 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 재생하는 단계를 추가로 포함하는, 오염물의 제거 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 재생 가스는 수소, 천연 가스, 증기, 또는 그들의 혼합물을 포함하는, 오염물의 제거 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 황 제거 가스는 산소를 포함하는, 오염물의 제거 방법.
  13. 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 재생하기 위한 장치로서,
    하나의 댐퍼가 타댐퍼와 평행한 한 쌍의 댐퍼들;
    질소 산화물(NOx) 환원 촉매와 평행하게 배치된 황 산화물(SOx) 제거 촉매로서, 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매는 상기 댐퍼들의 쌍 사이에 놓여지는, 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매;
    하나의 댐퍼와 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 사이에 배치된 밸브;
    하나의 댐퍼와 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 사이에 배치된 밸브; 및
    제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 배기가스로부터 격리시키기 위하여, 상기 댐퍼들을 작동시키고, 또한 상기 제어기는 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 재생하기 위하여, 재생 가스가 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 및 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매를 통과하여 지나가도록 상기 밸브들을 작동시키고, 상기 제어기는 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매가 재생된 후에, 황 제거 가스가 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 통해서 지나가도록 상기 밸브들을 작동시키는, 재생 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매와 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 사이에 배치된 황 제거 가스 입구를 추가로 포함하고, 상기 황 제거 입구 밸브는 상기 황 제거 가스를 도입하도록 실행하는, 재생 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는 황 제거 가스가 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매를 통해서 지나가도록, 상기 황 제거 가스 입구를 작동시키는, 재생 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 댐퍼와 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 사이에 배치된 상기 밸브는 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 및 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매로 재생가스를 도입하도록 실행하는, 재생 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 댐퍼와 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 사이에 배치된 상기 밸브는 재생 가스 및 황 제거 가스를 배기시키도록 실행하는, 재생 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매와 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 사이에 배치된 재생 가스 입구를 추가로 포함하는, 재생 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 재생 가스 입구에 작동식으로 연결되는, 재생 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 댐퍼와 상기 황 산화물(SOx) 제거 촉매 사이에 배치된 상기 밸브, 및 상기 댐퍼와 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 사이에 배치된 상기 밸브는 상기 재생가스 및 상기 황 제거 가스를 배기시키도록 작동되는, 재생 장치.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 댐퍼와 상기 질소 산화물(NOx) 환원 촉매 사이에 배치된 상기 밸브는 상기 반응기 격실로 황 제거 가스를 도입하도록 작동되는, 재생 장치.
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