KR101420199B1

KR101420199B1 - Scr 촉매 및 시스템의 막힘을 제거하는 방법

Info

Publication number: KR101420199B1
Application number: KR1020137032057A
Authority: KR
Inventors: 카르스텐 템박; 비르기트 엘. 마리노; 알버트 조셉 스티어
Original assignee: 슈테아그 에너지 서비시스 게엠베하
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2014-07-17
Also published as: CA2833923A1; PT2704824T; PL2704824T3; EP2704824A4; EP2704824B1; JP2014512955A; US8268743B2; CN103813857A; DK2704824T3; EP2704824A2; WO2012151009A3; WO2012151009A2; JP6066497B2; US20110207597A1; CN103813857B; KR20140011397A; CA2833923C; ES2617972T3

Abstract

본 발명은, 촉매 활성 영역의 일정 부분 이상이 연도 가스 접근성을 어렵게 하는, 시스템 또는 SCR 촉매의 하나 이상의 채널내 미립자 막힘으로 인해, NOx의 효능 포텐셜이 감소된 SCR 시스템 구성요소 또는 SCR 촉매를 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 SCR 촉매 또는 SCR 시스템 구성요소에 인가되는 미립자 블라스팅 매질을 구비한 가압 캐리어 가스의 블라스팅 스트림을 이용하여 미립자 및 막힘(들)을 제거하는 것을 포함한다.

Description

SCR 촉매 및 시스템의 막힘을 제거하는 방법 {PLUGGAGE REMOVAL METHOD FOR SCR CATALYSTS AND SYSTEMS}

본 발명은 선택적인 촉매 환원 (SCR) 촉매 및 SCR 시스템의 구성요소로부터 미립자를 제거하기 위한 새로운 방법을 개시한다.

고온에서의 열 공정, 예를 들어 화석 연료를 사용하는 발전소에서 전기를 생산하는데 있어 증기의 발생은, 종종 환경에 유해한 부산물을 만들어낸다. 질소 산화물 (NOx)과 이산화황 (SO₂)을 비롯하여, 이들 화합물들은 가스를 외부 환경으로 배출시키기 전에, 예를 들어, 발전소에서 배출되어 외부 환경에 접촉하기 전에, 고온 열 공정의 연도 가스로부터 제거되어야 한다.

연도 가스로부터 질소산화물을 제거하는 표준 방법은, 전형적으로 암모니아인 환원제를 주입하여 연도 가스에 혼합한 다음, 촉매 반응 챔버로 이송하여, 여기에서 촉매에 의해 NOx가 상기 환원제를 이용하여 원소 상태의 질소 (N₂)와 물로 환원되는, SCR 촉매 (DeNOx 촉매라고도 함)를 이용한 선택적인 촉매적 환원 (SCR) 공정이다.

연도 가스의 탈황, 예를 들어, SO₂의 제거는, 연소 공정에서 발생된 SO₂를 SO₃로 산화하는 공지 방법을 적용함으로써 수행될 수 있다. 이 공정은 연도 가스가 환원 촉매에 노출되기 전에 이루어진다. 그런 후, SO₃는 알칼리 용액에 흡수되어, 통상 석고 형태로 공정으로부터 제거된다.

연소 공정에서 발생되는 연도 가스는 또한 연소 공정 중에 발생된 비산재 입자를 전형적으로 포함하고 있다. 비산재 (fly ash)와 기타 입자들은 SCR 촉매나 다양한 SCR 시스템 구성요소에 축적될 수 있다. 연도 가스로부터 비산재를 제거하는 방법은 비산재의 물성에 따라 다양한 기술들이 사용될 수 있다. 비산재의 물성은 연료 타입과 열 공정의 조작 조건에 따라 달라진다. 비산재는 미분에서 입도가 큰 재 (LPA, "팝콘 재"라고도 함, 약 0.1 cm - 약 2.5 cm)로 크기가 다양할 수 있으며, SCR 촉매 표면과 통로 표면 또는 내부에, 또는 SCR 시스템 표면에 축적되었을 때에는 큰 덩어리 형태 (약 2.5 cm - 약 13 cm, 또는 심지어 더 큰 크기)로 발전할 수 있다. 다양한 유형의 비산재는 보일러에서 형성되며, SCR 반응조로 쉽게 넘어가 다양한 SCR 시스템 구성요소들에 축적되거나 막힘을 야기함으로써, 다음과 같은 문제를 한가지 이상 발생시킬 수 있다: 연도 가스의 이상분배, DeNOx 이용 포센셜 감소로 인한 촉매 성능 감소, 허용불가한 수준의 NH₃ 슬립, 과도한 압력 부하 및 촉매의 부식 손상. 고운 분말의 비산재는 정전집진기 (ESP: Electro Static Precipitator)를 이용하여 제거할 수 있는데, 이 장치는 전형적으로 SCR 배치 (즉, 고 분진, 저 분진 또는 테일 엔드 배치)에 따라 SCR 시스템의 상류 및/또는 하류에 설치된다. 또한, 팝콘재라고도 하는 LPA는 전형적으로 에코노마이저 배출부와 SCR 유입부 사이의 연도 기체 스트림 내에 위치되는, LPA 스크린을 이용함으로써 SCR 반응조 상류에서 포집될 수 있다.

전술한 기법들에도 불구하고, 비산재 제거는 비산재 입자들의 축적 또는 이로 인한 막힘으로부터 다양한 SCR 시스템 구성요소나 촉매를 보호하는데 충분하지 않을 수 있으며, 따라서 SCR 성능의 조기 상실을 야기할 수 있다. 예를 들어, 루스 분말(loose powder)은 각각의 채널들을 구비한 벌집형 촉매와 주름형 촉매의 채널들을 막히게 하여, 연도 가스가 일부 또는 전혀 접근할 수 없도록 할 수 있다. 아울러, 덩어리 형태의 비산재 입자와 LPA는 촉매 모듈의 정상부나 시스템의 다른 구성요소 상에 침전되어, 벌집형, 플레이트형 또는 주름형 (corrugated type) SCR 촉매 모듈을 통해 촉매 표면에 접근하는 연도 기체 통로를 차단할 수 있다. 팝콘재는 벌집형, 플레이트형 또는 주름형 SCR 촉매의 채널을 따라 이동하여, 채널 안에 침전되고 채널 벽 사이에 끼임으로써, 연도 가스 흐름을 차단하며, 추가적으로 비산재 입자들이 채널에 축적되어 막히게 하는 환경을 조성할 수 있다. 그 결과, 촉매는 5% - 100% 수준으로 막히게 되고, NOx 제거 효율은 감소될 수 있다.

더불어, 모듈 프레임, 박스 프레임 상에, 촉매의 정상부에, 그리고 다양한 촉매 통로 내부에 축적된, 모든 루스(loose) 비산재를 제거하기 위한, 예를 들어 촉매 채널 내부의 막힘을 제거하기 위한 촉매의 물리적인 세정이, 후속적인 습식-화학적 재생 공정을 수행하기 전에 중요한 단계라는 사실은, SCR 촉매 재생에서 널리 알려져 있다. 습식-화학적 재생을 수행하기 전에 비산재 막힘을 제거하는 것은, 루스한 비산재 입자들이 처리 탱크로 운반되지 않도록 하거나, 또는 비산재 입자들이 장치 막힘, 비산재 입자들이 비산재의 부식성 작용으로 인한 장치 손상 및 공정 중에 화학제의 효능 감소와 같은 문제들을 야기할 가능성이 있는 재생 공정에 사용되는 화학 용액에 축적되지 않게 하는 것이다. 따라서, 루스 비산재 입자들의 양적 감소는 화학 용액의 배출율 감소로 이어져, 화학 용액이 절약되고, 연마성 부식으로 인한 기계적 손상이 방지된다. 나아가, 습식-화학적 처리를 수행하기 전에 비산재를 제거하여 처리 탱크에서 철과 같은 촉매 독성 물질의 축적도 또한 줄일 수 있다.

SCR 촉매 구조, 예컨대 벌집형, 플레이트형 및 주름형 촉매는 전형적으로 진공 적용, 압축 공기 투입 또는 다양한 구조와 형태의 스크래퍼 및 포킹(poking) 장치를 이용한 수동 청소에 의해 건식 세정된다. SCR 촉매는 비산재 막힘을 없애기 위해 가압식으로 세정될 수도 있다. 그러나, 촉매의 가압 세정은 비산재에 존재하는 촉매 독소 (예, 철)를 용해시켜, 이것이 촉매 표면이나 SCR 시스템의 다른 구성요소의 표면 상에 침전되게 할 수 있다. 나아가, 가압식 세정에서 나오는 물이 촉매 상에서 또는 비산재에서 SO₃와 반응하여, 황산을 생성시킬 수 있는데, 황산은 모듈 프레임과 플레이트 촉매 지지체 물질의 표면을 부식시키며, 모듈이 외부 환경에 건조되게 방치되므로 추가적인 철의 방출이 이루어질 수 있다. 또한, 가압식 세정으로부터 나오는 물은, 건조 방치된다면, 비산재가 채널 내부와 플레이트들 사이에서 경화되게 할 수도 있다.

이에, SCR 촉매 및 시스템으로부터 비산재를 제거할 뿐만 아니라, 습식-화학적 재활 또는 재생 공정 이전에 촉매 채널을 개방하고 막힘을 제거하고 접근가능한 촉매 표면을 제공하기 위한, 효과적인 물리적인 건식 세정 방법이 요구되고 있다. 나아가, 촉매가 SCR 반응조 내에서 그대로(on site)에 설치된 현장 내(in situ)에서, 또는 촉매 모듈을 반응조에서 꺼낸 그대로 또는 재생 시설에서 처리하는 현장 외(ex situ)에서, SCR 촉매에 적용할 수 있는 대안적인 비산재 제거 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 SCR 촉매 또는 SCR 시스템의 다양한 구성요소들의 내부 또는 표면으로부터 비산재 막힘(plug) 등의 축적된 미립자를 제거하는 방법을 제공한다.

제1 구현예에 있어서, 본 발명은 하나 이상의 SCR 시스템의 구성요소들로부터 축적된 미립자를 제거하는 방법을 제공한다. 본 방법은, 하나 이상의 구성요소의 하나 이상의 표면에 인가되는, 가압 캐리어 가스와 미립자 블라스팅 매질을 포함하는 블라스팅 스트림(blasting stream)으로, SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소를 처리하는 단계, 및 하나 이상의 구성요소의 하나 이상의 표면으로부터 축적된 미립자를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함한다. 구체적인 구현예로, SCR 시스템의 구성요소는 SCR 촉매를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 SCR 촉매 또는 SCR 시스템 구성요소들로부터 축적된 미립자를 제거하는 방법을 제공한다. 본 방법은, SCR 촉매 또는 SCR 시스템 구성요소를, SCR 촉매 또는 SCR 시스템 구성요소의 하나 이상의 표면에 인가되는, 가압 캐리어 가스와 드라이 아이스 미립자를 포함하는 블라스팅 스트림으로 처리하는 단계, 및 SCR 촉매 또는 구성요소로부터 축적된 미립자를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 구현예는 SCR 촉매 또는 SCR 시스템 구성요소로부터 축적된 미립자를 적어도 일부 제거하는 방법을 제공한다. 본 방법은, SCR 촉매 또는 SCR 시스템 구성요소를, SCR 촉매 또는 SCR 시스템 구성요소의 하나 이상의 표면에 인가되는, 가압 캐리어 가스와 미립자 블라스팅 매질을 포함하는 블라스팅 스트림으로 처리하는 단계, 및 SCR 촉매 또는 구성요소로부터 축적된 미립자를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함한다. 미립자 블라스팅 매질은 알루미늄 옥사이드 미립자, 모래 또는 실리카 미립자, 실리콘 카바이드 미립자, 파쇄 유리(crushed glass), 유리 비드, 플라스틱 비드, 부석, 스틸 샷(steel shot), 스틸 그리트(steel grit), 콘 코브 미립자(corn cob particulate), 넛트 쉘 미립자(nut shell particulate), 소다 미립자(soda particulate), 아이스 미립자(ice particulate) 및 이들의 임의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자를 포함한다.

또한, 본원에 기술된 다양한 구현예에 따른 방법들은, 축적된 미립자를 제거하는 것 외에도, SCR 촉매의 단부(end) 등의 다양한 SCR 시스템 구성요소들로부터 한가지 이상의 착색된 침전물을 적어도 일부 제거하는 단계도 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 구현예들은 하기 도면을 참조하여 보면 더 잘 이해될 것이다.
도 1A는 처리 전 비산재로 막힌 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것이고, 도 1B는 본원의 일 구현예에 따른 드라이 아이스 블라스팅으로 처리한 이후의 동일한 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것이다.
도 2A는 XRF 분석을 위해 꺼낸 촉매 블럭을 나타낸, 처리 전 비산재로 막힌 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것이고, 도 2B는 본원의 일 구현예에 따른 드라이 아이스 블라스팅으로 처리한 이후의 동일한 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것이다.
도 3A는 처리 전 비산재로 막힌 주름형 SCR 촉매를 나타낸 것이고, 도 3B는 본원의 일 구현예에 따른 드라이 아이스 블라스팅으로 처리한 이후의 동일한 주름형 SCR 촉매를 나타낸 것이다.
도 4A는 처리 전 비산재로 막힌 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것이고, 도 4B는 본원의 일 구현예에 따른 드라이 아이스 블라스팅으로 처리한 이후의 동일한 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것이다.
도 5A는 처리 전 비산재로 막힌 플레이트형 SCR 촉매를 나타낸 것이고, 도 5B는 본원의 일 구현예에 따른 드라이 아이스 블라스팅으로 처리한 이후의 동일한 플레이트형 SCR 촉매를 나타낸 것이다.
도 6은 오렌지 색을 띄는 침전물이 존재하는 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것으로, 촉매의 한 부분이 본 발명의 일 구현예에 따른 연마성 블라스팅 매질로 처리되어, 촉매의 전면 (61 - 상부 센터 영역)에서 하나 이상의 오렌지 색상의 화합물이 제거된 것이다.
도 7은 회색을 띄는 침전물이 존재하는 벌집형 SCR 촉매를 나타낸 것으로, 촉매의 한 부분 (71)이 본 발명의 일 구현예에 따른 연마성 블라스팅 매질로 처리되어, 촉매의 전면에서 하나 이상의 회색을 띄는 화합물이 제거된 것이다 (삽입도 참조).

본 발명은 가압 캐리어 가스와 미립자 블라스팅 매질을 포함하는 블라스팅 스트림을 이용하여 SCR 촉매와 같은 SCR 시스템의 한가지 이상의 구성요소로부터 축적된 미립자나 막힘을 제거하는 방법을 기술한다. 블라스팅 공정은 SCR 시스템 구성요소의 하나 이상의 표면 상에 비산재 미립자와 같은 미립자들의 축적으로 인한 막힘을 제거할 수 있다.

가동예 이외에, 또는 달리 표시되는 경우 이외에, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 성분의 양, 공정 조건 등을 나타내는 모든 수치는, 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해해야 한다. 따라서, 달리 표시되지 않는 한, 이하의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 제시되는 수치적 파라미터는 근사치로서, 얻고자 하는 성질에 따라 변동될 수 있다. 적어도, 특허청구범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 의도가 아니고, 각각의 수치적 파라미터는 보고된 유효 숫자를 고려하고, 통상적 반올림법을 적용함으로써 해석되어야 한다.

본 발명의 폭넓은 범위를 제시하는 수치적 범위와 파라미터가 근사치이기는 하지만, 특정예에 제시된 수치적 값들은 가능한 한 정확히 기재된다. 그러나, 어느 수치적 값이든지, 예를 들면, 장치 및/또는 작업자 오류와 같이, 각각의 테스트 측정에서 나타나는 표준편차로부터 불가피하게 생기는 소정의 오차를 내포할 수 있다.

또한, 본 명세서에 기재된 어느 수치적 범위든지 모든 하부-범위(sub-range)가 포함되어 있는 것으로 한다. 예를 들면, "1 내지 10"의 범위는 기재된 최소값 1과 기재된 최대값 10 사이(1과 10을 포함), 즉 1 이상의 최소값과 10 이하의 최대값 사이의 모든 하부-범위를 포함한다.

본 명세서에 인용된 모든 특허, 출판물, 또는 다른 개시물은 그 전체 또는 일부가 원용에 의해 포함되지만, 그 포함되는 내용은 본 명세서에 개시되어 있는 정의, 진술 또는 다른 개시 내용과 상충되지 않는 범위까지만 해당된다. 본 명세서에 명백히 제시된 개시 내용은 그 자체 및 필요한 범위까지, 원용에 의해 본 명세서에 포함된 어떠한 상충되는 내용에 대해서도 우선한다. 원용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다고 하지만, 본 명세서에 제시된 정의, 진술, 또는 다른 개시 내용과 상충되는 임의의 내용 또는 그 일부는, 포함되는 내용과 이미 개시된 내용 사이에 상충을 일으키지 않는 범위까지만 포함될 것이다.

본 명세서는 다양한 예시적 비제한적 구현예를 참조하여 본 발명의 여러 가지 상이한 특징 및 측면을 설명한다. 그러나, 본 발명은 당업자라면 유용하다는 것을 알 수 있는, 본 명세서에 기재된 여러 가지 특징, 측면 및 구현예를 임의의 조합으로 결합함으로써 달성될 수 있는, 다수의 대안적 구현예를 포함하는 것으로 이해된다.

정의

본원에서, 용어 "SCR 시스템 구성요소"는 SCR 촉매 모듈과 연도 가스에 노출되는 모든 장치들을 비롯하여, 발전소의 보일러와 SCR 촉매에서 나오는 배출부 사이에 위치한 장치 및 연도 성분들을 지칭하며, 예를 들어, 촉매 물질과 표면, LPA 스크린, SCR 촉매의 상류 또는 하류 연도 가스 정류기 그리드, SCR 시스템의 임의 포인트에 설치된 가상 촉매 (catalyst dummy) 및 (촉매 모듈 또는 기타 SCR 시스템 구성요소들을 제자리에 고정시키는) 촉매 지지 구조체가 있으며, 이들은 연도가스 및 미립자, 예컨대 비산재 미립자와 접촉한다.

본원에서, 용어 "SCR 촉매"는 화석 연료, 바이오 연료 및/또는 바이오매스를 이용하는 발전소에서 전기를 생산하는 연소 공정과 가정용 폐기물을 소각하는 동안 발생되는 연도 가스로부터 NOx를 제거하도록 설계된 선택적인 촉매적 환원 촉매를 의미한다. SCR 촉매는 연도 가스 스트림으로 분사되는 암모니아와 같은 환원제를 이용하며, 촉매 반응 챔버로 이동되어, 이곳에서 촉매 물질이 연도 가스에서 환원제를 이용하여 다앙한 NOx 성분들의 환원을 촉매하여 원소 상태의 질소와 물을 생성한다. SCR 촉매는 "DeNOx 촉매"로 지칭할 수도 있다. SCR 촉매는 전형적으로 촉매 표면적으로 최대화하는 벌집형 촉매 배치, 주름형 촉매 배치 및 플레이트형 촉매 배치를 포함하는 구조를 가진다. 언급된 촉매 구조들은 당해 기술 분야에서 가장 일반적인 것이지만, 다른 촉매 구조와 배치도 가능하며, 본 발명의 범위와 "SCR 촉매"의 정의에 포함된다. 본원에서 용어 "SCR 촉매"는 촉매 물질, 촉매 기재 (비제한적인 예로, 티타늄 산화물), 촉매 지지 물질 (비제한적인 예로, 금속 메쉬, 예를 들어, 플레이트형 촉매), 촉매 지지 구조, 및 촉매 모듈을 형성하기 위한 지지 구조를 고정하는 모든 프레임워크를 포함한다.

본원에서, 용어 "채널"은 SCR 촉매에 대해 사용되었을 때, 이는 SCR 촉매의 촉매 표면들 사이에 개방된 공간을 의미하며, 예를 들어, 벌집형 촉매 또는 주름형 촉매의 채널과 플레이트형 촉매의 경우 플레이트들 간의 공간을 의미한다.

본원에서, 용어 "미립자"는, 비제한적인 예로, 비산재 등의 연소 부산물과, 반응조 또는 연도 구조체로부터 유래된 금속성 또는 기타 구성성분들을 포함한다. 미립자 크기는 미분 (약 1 ㎛ 정도의 크기) 내지 큰 미립자 (약 5 인치 또는 심이어 더 큰 크기) 범위일 수 있다.

본원에서, 용어 "비산재"는 발전소 가동 중에 발생되는 연소 부산물을 의미하며, 미분 비산재, 큰 미립자 재 (LPA, "팝콘재"라고도 함) 및 큰 덩어리 재 조각에 이르는, 임의 크기의 비산재를 포함할 수 있다.

본원에서, 용어 "미립자 블라스팅 매질"은 가압 캐리어 가스를 이용하여 표면 또는 오염원 쪽으로 방출될 수 있는 임의의 적정 미립자를 의미한다. 미립자 블라스팅 매질은 약 0.05 mm에서 최대 20 mm 범위의 크기를 가질 수 있다.

본원에서, 용어 "드라이 아이스"는 고형 이산화탄소 (CO₂)를 의미하며, 분말 형태에서 드라이 아이스 미립자 또는 펠렛에 이르는 형태일 수 있으며, 약 0.05 mm에서 최대 20 mm 범위의 크기를 가질 수 있다.

본원에서, 용어 "현장 내(is situ)"는 정상적인 작동 위치로 설치된 것을 의미하며, 용어 "현장 외(ex situ)"는 정상 작동 위치에서 벗어나 있거나 설치되어 있지 않은 것을 의미한다.

모든 %와 비율은 달리 기재되지 않은 한 중량으로 계산된다. 모든 %와 비율들은 달리 기재되지 않은 한 전체 조성물을 기준으로 계산한다.

본 명세서 전체에 제시된 각각의 최대 수치 제한은, 이 보다 낮은 수치 제한이 본원에 명확하게 언급되어 있는 것과 같이 각각의 보다 낮은 수치 제한을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 제시된 각각의 최소 수치 제한은, 이 보다 높은 수치 제한이 본원에 명확하게 언급되어 있는 것처럼, 각 낮은 수치 제한을 포함할 것이다. 본 명세서에 제시된 각각의 수치 제한은, 이 보다 좁은 수치 범위가 본원에 모두 명시되어 있는 것처럼, 보다 넓은 수치 범위에 포함되는 각각의 좁은 수치 범위를 포함할 것이다.

블라스팅 방법

본 발명은 SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소로부터 축적된 미립자를 제거하는 방법을 제공한다. 다양한 구현예에서, 본 방법은, SCR 시스템의 하나 이상의 구성성분을, 하나 이상의 구성성분의 하나 이상의 표면에 인가되는 블라스팅 스트림으로 처리하는 단계, 및 하나 이상의 구성성분으로부터 축적된 미립자를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함한다. 다양한 구현예에 따른 블라스팅 스트림은 가압 캐리어 가스와 미립자 블라스팅 매질을 포함할 수 있다.

본원에 기술된 방법들은 분산재 미립자, 반응조 또는 연료 구조체로부터 유래된 금속 구성성분, 촉매와 모듈 프레임 사이에서 유래된 팩킹 물질, 배관(ductwork) 유래 절연 물질, 시스템의 다른 소스로부터 유래된 미립자, 및 이들의 임의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자 등의, 하나 이상의 구성요소로부터 축적된 미립자를 제거하도록 설계된다. 예를 들어, 화석 연료나 바이오매스를 연소하는 발전소에서의 연소 공정 중에, 비산재를 포함하는 연소 배기 연도 가스가 발생하여 발전소에서 배출된다. 연도 가스는, 발전소에서 배출되기 전에, 연도 가스로부터 질소 산화물 (NOx) 등의 특성 요소들을 제거하도록 설계된 SCR 새스템을 비롯하여, 다양한 경로를 통과한다. 비산재 미립자는, 예를 들어, SCR 촉매 등의, 다양한 SCR 시스템 구성요소들의 다양한 표면 상에 또는 내부에, 또는 SCR 촉매의 다양한 통로 내에 침전되거나 또는 포착될 수 있다. 아울러, 발전소 연료 시스템의 특정 구성요소들의 기계적 고장 또는 손상으로 인해, 소형 금속 성분 (예, 너트 및/또는 볼트 또는 떨어져 나간 금속 조각), 촉매간 및/또는 촉매와 모듈 프레임 간의 팩킹 물질, 배관 유래 절연 물질, 및 SCR 시스템 또는 SCR 촉매 내부 또는 표면 상에 포착될 수 있는 그외 물질들이 생길 수 있다. 이들 미립자들이 축적되면 촉매 활성이 감소되므로, 이들 미립자의 제거가 SCR 촉매와 시스템을 최적 성능으로 재생하는데 필수적이다. SCR 시스템의 구조체와 표면 상에 축적될 수 있는 비산재 미립자는 비산재 분진 또는 분말에서, 약 0.1 cm - 약 2.5 cm 크기의 큰 미립자 재(LPA 또는 팝콘재), 약 2.5 cm - 약 13 cm 크기 또는 심지어 이보다 더 큰 크기의 큰 덩어리형 비산재 조각에 이르는 다양한 크기를 가질 수 있다.

다양한 구현예에서, 블라스팅 스트림은 SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소의 하나 이상의 표면에 미립자 블라스팅 매질을 밀어내는 가압 캐리어 가스를 포함한다. 캐리어 가스는 가압화될 수 있는 모든 적정 가스일 수 있다. 적정 캐리어 가스의 예로는, 비제한적인 예로, 공기, 질소, 이산화탄소, 불활성 또는 비활성 가스 및 이들의 임의 혼합물을 포함한다. 캐리어 가스는 블라스팅 스트림을 약 17.4 psig - 약 4000 psig (약 900 torr - 약 2.07 x 10⁵ torr) 범위의 압력으로 블라스팅 장치의 노즐에서 분사시킬 만큼 충분한 압력으로 가압될 수 있다. 구체적인 구현예에서, 가압 캐리어 기체는 공기일 수 있다. 일부 구현예들에서, 가압화된 공기는 약 0℃ 내지 약 38℃ 범위의 노점(dew point)을 가질 수 있다. SCR 촉매의 벌집형 또는 주름형 채널과 시스템내 소형 틈에 접근할 수 있는 노즐 구성 등의, 다수의 여러가지 노즐 구성들을 사용하여, SCR 시스템을 처리할 수 있다.

본 발명의 구체적인 구현예에서, 미립자 블라스팅 매질은 드라이 아이스 (CO₂(들)) 미립자일 수 있다. 이들 구현예에서, SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소들은 드라이 아이스 블라스팅 시스템을 이용하여 세정할 수 있다. 적합한 드라이 아이스 블라스팅 시스템은 단관식 및 2관식 드라이 아이스 블라스팅 시스템을 포함한다.

드라이 아이스 블라스팅은 특히 SCR 촉매를 비롯한 SCR 시스템의 구성요소들을 세정하는데 적합할 수 있으며, 최고 속도로 세정할 표면 또는 대상에게 펠렛 등의 드라이 아이스 미립자를 분사(propelling)하는 과정을 수반한다. 실제 드라이 아이스 미립자는 다수의 기존의 블라스팅 매질 보다는 부드럽고 밀도가 낮다. 충돌 시, 드라이 아이스 미립자는 거의 즉각적으로 승화하여, 충돌하면서 표면에 최소한의 카이네틱 에너지를 전달하고, 최소한의 마모를 발생시킨다. 아울러, 승화 과정에서 표면으로부터 다량의 열을 흡수하여, 열 충격으로 인한 전단 스트레스를 발생시킨다. 이는, 최정상 층인 비산재나 기타 오염원이 기저 기질 보다 더 많은 열을 전달하므로, 훨씬 쉽게 벗겨질 것으로 예상되기 때문에, 드라이 아이스 미립자의 세정 성능을 개선시킬 것으로 생각된다. 블라스팅 공정의 효율과 효과는 기질과 오염원의 열 전도성에 의존할 것이다. 아울러, 고체에서 기체로의 빠른 상 변화 역시 미세한 수준의 충격 파를 야기할 수 있으며, 이는 또한 미립자 오염원의 느슨해짐(loosening)과 제거에 도움이 될 것으로 생각된다. 드라이 아이스 블라스팅 매질의 추가적인 이점은, 드라이 아이스 미립자가 기체로 바로 승화되기 때문에, 블라스팅 공정으로 SCR 구성요소의 표면 상에 화학적 잔류물을 남기지 않는다는 것이다.

다른 구현예에 따르면, 미립자 블라스팅 매질은 알루미늄 산화물 미립자, 모래 또는 실리카 미립자, 실리콘 카바이드 미립자, 파쇄 유리, 유리 비드, 플라스틱 비드, 부석, 스틸 샷, 스틸 그리트, 콘 코브 미립자, 넛트 쉘 미립자, 예컨대, 월넛트 셀, 피칸 셀, 아프리코 넛트, 또는 기타 적정 넛트 셀, 소다 미립자, 아이스 미립자 및 이들의 임의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자를 포함할 수 있다. 이들 임의 미립자 물질의 사용은, 일반적으로, 거친 표면을 평활하게 하고, 평활한 표면을 거칠게하거나, 표면에 형상을 형성하거나 또는 표면 오염원을 제거하기 위해, 고압 하에 연마 물질 스트림을 표면에 대해 강력하게 분사하는 것으로 정의되는 "연마 블라스팅"으로 지칭될 수 있다. 연마 블라스팅 매질의 최종 선택은 필요한 작업의 특성과 사용되는 블라스팅 장치에 따라 결정된다. 본원의 내용에서, 연마 블라스팅의 목적은 미립자 오염원, 막힘 및/또는 CSR 시스템 구성요소의 착색된 오염원 등의 오염원을, 상기 구성요소의 기저 표면 물질에는 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않으면서, 제거하는 것이다.

다양한 구현예에 따르면, 본원에 기술된 방법은 SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소로부터 비산재 미립자 등의 축적된 미립자 물질을 제거하는데 효과적이다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 구성요소의 처리를 통해 SCR 시스템의 구성요소로부터 축적된 미립자를 최대 약 100%로 제거할 수 있다. 다른 구현예로, 본 방법은 축적된 미립자를 약 25% 내지 약 100%로 제거할 수 있으며, 다른 구현예로는 축적된 미립자를 약 50% 내지 약 100%, 또는 심지어 약 70% 내지 약 100%로 제거할 수 있다. 촉매의 채널 하나 이상이 막힌 특정 구현예에서는, 처리 방법은 (예로, 막히게 하는 물질에 틈을 만들거나 또는 구멍을 형성함으로써) 플러그 전체를 제거하거나, 또는 다른 예로 플러그를 적어도 일부 제거하고, 그래서, 습식 화학적 처리 공정에서 화학제와 용액이 남아있는 막히게 하는 물질 일부분과 접촉하여 추가적으로 남아있는 미립자 물질 (예, 비산재)을 적어도 일부 제거하거나, 및/또는 재활 재생 공정에서 사용되는 습식 화학 처리 성분들이 막히게 하는 물질로 덮혀 있거나 또는 채널내 막힌 부분 뒷쪽의 촉매 표면에 접근하여 재활/재생시킬 수 있다.

본원의 다양한 구현예들은 구성요소가 정상 작동 위치에 여전히 설치된 상태로 현장 내에서 SCR 시스템 구성요소들을 처리할 수 있다. 구성요소의 현장 내 처리는 구성요소를 꺼내거나 및/또는 세정 시설로 이송하는 추가적인 비용 없이, 미립자의 제거가 가능하다. SCR 시스템 구성요소를 드라이 아이스 블라스팅하는 단계를 포함하는 구현예들은, 드라이 아이스 미립자 블라스팅 매질이 실온에서 승화되어 처리 후 SCR 시스템에 세정 또는 제거가 필요한 블라스팅 물질을 남기지 않기 때문에, 특히, 미립자 물질을 제거하기 위한 현장 내 처리에 특히 적합할 수 있다. 그러나, 사용되는 블라스팅 매질이 시스템으로부터 제거된 비산재 미립자 등의 미립자와 함께 간단하게 제거가능하므로, 다른 블라스팅 매질도 현장 내에서 사용할 수 있다. 본 방법은, 물리적인 오염원 (즉, 미립자 물질의 존재)이 화학적 오염을 가중하는 경우, SCR 구성요소 또는 SCR 촉매의 현장 내 건식 세정력을 제공함으로써, 제거와 세정/재생 간의 촉매 작동 수명을 연장한다. 다른 예로, 구성요소는 이의 정상 작동 위치에서 제거된 구성요소들과 함께 현장 외에서 처리될 수 있다. 처리 방법의 휴대 가능한 속성으로 인해, 구성요소를 작동 위치에서 일단 제거하여 그대로 처리할 수 있어, 이송 비용을 절약할 수 있다. 다른 구현예로, 구성요소를 처리 시설로 외부로 이동시켜, 본원에 기술된 방법과, 잠재적으로는 처리 시설에서의 다른 처리나 재생 공정으로 처리할 수 있다.

구체적인 구현예에서, SCR 시스템 구성요소는 SCR 촉매를 포함할 수 있다. SCR 촉매는, 연도 가스가 이동하여 채널 표면에서 촉매와 반응하는 복수의 채널을 구비한 벌집형 촉매 구조를 가질 수 있다. 다른 구현예에서, SCR 촉매는, 연도 가스가 이동하여 채널 표면에서 촉매와 반응하는 채널을 형성하는, 주름진 형상을 가진 주름형 촉매 구조를 가질 수 있다. 다른 구현예로, SCR 촉매는, 사이 공간을 연도 가스가 이동하여 플레이트 표면에서 촉매와 반응할 수 있는, 평행한 복수의 플레이트 구조체를 구비한 플레이트형 촉매 구조를 가질 수 있다. 이들 촉매 타입들 각각에서, 비산재와 기타 미립자는 채널 또는 공간 내부에 달라붙거나 박혀, 연도 기체의 흐름을 제한하고 촉매 표면으로의 접근을 제한할 수 있는, 비산재 플러그(plug)를 형성할 수 있다. 따라서, 축적된 미립자를 제거하기 위한 SCR 촉매 처리는 촉매의 성능 최적화에 있어 중요하다. 아울러, 본 방법은 축적된 미립자를 제거하여, 채널을 개방시키고 후속적인 재생 공정에 사용되는 화학제들이 접근가능하게 할 수 있다.

SCR 촉매의 용법 유형에 따라, 비제한적인 예로, 발전기에서 연소되는 연료 타입과 처리 전 SCR 촉매가 설치되었던 시간 기간에 따라, SCR 촉매의 채널은 비산재 등의 미립자 물질로 부분적으로 또는 완전히 막힐 수 있다. 일부 구현예에서, SCR 촉매의 채널은 약 10% 내지 약 100% 범위의 폐색성%을 가질 수 있으며, 다른 구현예로, 폐색성%은 약 50% 내지 약 100% 범위일 수 있다.

SCR 촉매 처리에 대한 구현예에서, SCR 촉매는 축적된 미립자 제거가 이루어지는 임의 위치에서 처리될 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, SCR 촉매는 수직 위치에서, 즉, 채널이 수직 방향으로 배향된 상태로 처리될 수 있다. 본 구현예에서, SCR 촉매 모듈이 전형적으로 수직 배향으로 설치되기 때문에, SCR 시스템에 여전히 설치된 현장 내에서 수직 위치에서 처리될 수 있다. 다른 구현예에서, SCR 촉매 모듈은 수평적인 배향으로 현장 내에 배향될 수 있으며, 수형적인 배향으로 현장 내 처리될 수 있다. 다른 구현예로, SCR 촉매는 처리 시설에서 수직 위치에서, 예를 들어, 비산재와 기타 미립자들이 블라스팅 공정을 통해 일단 느슨해지면 바닥이나 채집 장치로 중력에 의해 모듈에서 떨어질 수 있는 입자상 탑(grated top)으로 테이블에 배치시켜, 처리할 수 있다. 다른 구현예로, SCR 촉매는 수평적인 위치에서, 즉, 채널이 수평적인 방향으로 배향된 상태로 처리할 수 있다. 수평적인 위치가, 예컨대 현장 외에서 SCR 촉매 처리가, SCR 촉매의 채널 내부에 또는 채널에 블라스팅 장치의 노즐을 향하게 하는데 훨씬 용이할 수 있다.

SCR 촉매는 연도 가스 유입측 (즉, 연도 가스 소스 쪽으로 향하는 채널을 가진 촉매의 사이드)와 연도 가스 배출측 (즉, 연도 가스 소스로부터 반대 방향으로 향하는 채널을 가진 촉매의 사이드)를 가질 것이다. 일 구현예에서, SCR 촉매 처리는 가압 캐리어 가스 스트림과 미립자 블라스팅 매질을 SCR 촉매의 연도 가스 유입측에 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, SCR 촉매 처리는 가압 캐리어 가스 스트림과 미립자 블라스팅 매질을 SCR 촉매의 연도 가스 배출측에서 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법의 다른 구현예는, 연도 가스 유입측와 연도 가스 배출측에서 스트림을 인가하는 단계를 대안적으로 수반할 수 있다. 이들 구현예들 모두 SCR 촉매 상에, 그리고 채널 내부에서, 축적된 미립자 물질의 탈착을 최대화하도록 설계된다.

본 발명의 방법에 대한 또 다른 구현예는 블라스팅 스트림을 이용하여 SCR 촉매의 단부로부터 한가지 이상의 착색된 침전물들을 적어도 일부 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 사용 중에, SCR 촉매는 촉매의 표면 상에 붉은 색을 띠거나 오렌지 색을 띄는 침전물 또는 회색을 띄는 침전물 등의 착색된 침전물을 형성시킬 수 있다. 이러한 착색된 침전물은, 다양한 소스로부터 유래된 다양한 소성 연료 타입들 또는 연료들; 예를 들어, 비산재의 연마 효과로 인한, 연료 배관 물질의 내표면으로부터; 또는 다른 소스로부터 발생하는, 연도 가스내 금속 화합물 또는 기타 오염원들이 원인일 수 있다. 오염원은 연소 공정 중에 증발되거나 또는 배관 물질로부터 마모된 금속 또는 기타 연료 오염원과 촉매 표면 상의 침전물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 붉은 색은 철 함유 오염원의 침착이 원인일 수 있는 것으로 보인다. 철 화합물 및/또는 철 염은 물질적으로, 화학적으로 촉매 표면에 결합하여, 추가적으로 촉매의 성능을 감소시킬 수 있다. 연구를 통해, 철 이온이 발전소에서 일반적인 SCR 촉매 작동 중에 바람직하지 않은 강화된 SO₂에서 SO₃로의 변환의 주된 요인일 수 있는 것으로 시사되었다. 그런 후, SO₃는 연도 가스 중의 물과 반응하여 황산을 형성할 수 있다. 황산은 연도 가스 방출 시스템의 하류 구성요소와 반응하여 이들 구성요소들을 부식시키거나 산화시킬 수 있어서, 잠재적으로 구성요소의 고장을 초래할 수 있다.

일부 구현예에서, 하나 이상의 착색된 화합물의 제거는 블라스팅 스트림으로 촉매를 처리함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 다양한 구현예들에 따라 블라스팅 스트림으로 SCR 촉매의 연도 가스 유입측에서 SCR 촉매를 처리함으로써, 처리된 표면 상에 착색된 침전물을 적어도 일부 제거할 수 있다. 마찬가지로, 연도 가스 배출측를 처리하여, 임의의 착색된 침전물을 제거할 수 있다. 이들 구현예에 따르면, 착색된 침전물의 제거는, SCR 촉매의 유입 또는 배출측로부터, 채널 최대 20 mm 깊이로, 다른 구현예로, 최대 15 mm로, 또는 특정 구현예에서 최대 10 mm 깊이로 이루어질 수 있다. 착색부를 더 깊게 제거하는 것은, 일반적으로, 채널 안 더 깊은 촉매 표면에 대한 제한된 접근성으로 인해, 불가능할 수 있다. 플레이트를 분리시켜 개별 처리할 수 있는 플레이트형 SCR 촉매를 사용하는 구현예에서는, 촉매 플레이트의 전체 표면에서 한가지 이상의 착색된 화합물을 적어도 일부 제거할 수 있다. 이들 구현예에 따르면, 임의의 블라스팅 매질을 사용하여, SCR 촉매의 표면으로부터 착색된 침전물을 적어도 일부 제거할 수 있다. 그러나, 연마성이 더 강한 블라스팅 매질, 예컨대, 알루미늄 산화물 미립자, 모래 또는 실리카 미립자, 실리콘 카바이드 미립자, 파쇄 유리, 유리 비드, 플라스틱 비드, 부석, 스틸 샷, 스틸 그리트, 콘 코브 미립자, 넛트 쉘 미립자, 소다 미립자, 석탄 슬래그 및 본원에 기술된 이들의 임의 조합은, 착색된 침전물에 대해 우수한 제거성을 나타낼 수 있다. 한가지 이상의 착색된 침전물을 제거하는 동안에, 기저 SCR 촉매와 세라믹 또는 금속 촉매 지지 물질에 대한 어떠한 마모도 최소화하도록 주의를 기울여야 한다. 또한, 본원에 기술된 다양한 처리 방법들에 대한 다양한 구현예들을 사용하여, SCR 시스템의 다른 구성요소들의 표면으로부터 임의의 착색된 침전물을 적어도 일부 제거할 수 있다. 구체적인 구현예에서, 착색된 침전물이 침전되어 있지만 실질적으로 미립자가 축적되지 않은 SCR 촉매들은, 한가지 이상의 착색된 침전물이 있는 SCR 촉매의 한가지 이상의 촉매에 인가되는 가압 캐리어 가스와 미립자 블라스팅 매질을 포함하는 블라스팅 스트림으로 SCR 촉매에 처리하는 단계와 촉매 표면으로부터 한가지 이상의 착색된 침전물을 적어도 일부 제거하는 단계를 포함하는, 본 발명의 구현예에 따라 처리할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서, SCR 촉매는 전처리 공정 또는 후처리 공정으로 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에 따라, 본원에 기술된 방법은, SCR 촉매를 블라스팅 스트림으로 처리하기 전 또는 후에 SCR 촉매에 대해 한가지 이상의 건식 세정 공정을 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 비산재 미립자 등의 미립자, 특히 느슨해진 미립자를 제거하기 위한 다양한 건식 세정 공정으로는, 예를 들어, 촉매 진공 적용 (즉, 느슨해진 미립자 물질을 제거하기 위해 진공 처리 장치로 흡입하여), 공기 블로잉 (즉, 느슨해진 미립자 물질을 제거하기 위해 압축 공기 스트림을 촉매에 처리), 느슨해진 미립자 물질을 제거하는 촉매 진탕(shaking), 미립자 물질을 제거하기 위한 스크래퍼로 촉매 표면의 스크래핑, 및 내부 미립자 물질을 제거하기 위한 촉매 채널 포킹(poking)을 포함한다. 이들 건식 세정 공정들 모두 미립자 물질을 일부 제거하는데 효과적일 수 있다. 그러나, 건식 세정 공정들 모두 미립자를 모든 미립자 물질을 완전히 제거하지 못하며, 노동 집약적일 수 있으며, 구조 물질 또는 촉매 표면을 손상시킬 (예, 구멍 또는 긁힘 발생) 가능성이 있을 수 있다. 본원에 기술된 다양한 블라스팅 방법들을 조합하게 되면, 언급된 건식 세정 방법들을 통해 SCR 촉매로부터 미립자 물질들을 보다 많이 제거할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 방법과 건식 세정 방법은 SCR 촉매의 채널로부터 비산재 플러그와 같은 미립자 물질들의 탈피(dislodging), 느슨해짐(loosening) 및 제거(removing)를 달성할 수 있다.

또 다른 구현예에서, 본원에 기술된 방법은, SCR 촉매를 블라스팅 스트림으로 처리하기 전 또는 후에, 한가지 이상의 습식 화학적 세정 공정과 건조 공정을 SCR 촉매를 대상으로 수행하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 습식 화학적 세정은 촉매 표면과 기공으로부터 오염원들과 독성 물질들을 정화하는 단계, 전형적으로 소위 재활하는 단계를 포함할 수 있으며, 추가적으로, 전형적으로 재생이라고 하는, 활성 금속 물질로 촉매를 재-함침(re-impregnation)하는 단계를 포함할 수 있다. 습식 화학적 세정, 재활 또는 재생 공정들은 SCR 촉매를 수용액 또는 비-수성 용액으로 세정 또는 처리하여, 미립자 물질, 화학적 오염원들과 촉매 독성 물질들을, 예를 들어, 이들 물질을 탈피시키거나, 물질을 용해시키거나 또는 (예, 수용액 및/또는 세정 용매에 용해되는 화합물을 제조하기 위해) 물질을 화학적으로 반응시킴으로써, 제거하는 단계를 포함할 수 있다. SCR 물질로 습식 화학적 세정, 재활 또는 재생 공정이 본원에 기술된 블라스팅 처리 이전에 수행되는 경우, SCR 촉매는, 전형적으로, 블라스팅 처리로 촉매를 처리하기 전에 습식 세정 공정으로부터 유래된 임의의 잔류 수분을 제거하기 위해, 예를 들어, 촉매에 뜨거운 또는 드라이 공기를 블로잉하거나 및/또는 가열함으로써, 건조될 것이다. 건조는 촉매를 약 400℃ - 약 450℃의 범위에 있게 하는 온도에서의 하소(calcination) 공정을 포함할 수 있다.

본원에 기술된 방법을 수행하기 전 또는 후에 서로 조합하여 사용될 수 있는 다른 특수 건식 세정 공정과 습식 화학적 세정 공정 및 방법들로는, 미국 특허 6,299,695; 6,387,836; 7,723,251; 및 7,741,239, 미국 공개 번호 2007/0161509; 2008/0115800; 2009/0209417; 및 2009/0239735에 기술된 다양한 공정들을 포함하며, 이들 각각의 내용은 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.

본원에 기술된 블라스팅 처리 외에도, SCR 촉매를 또한 건식 세정 공정 및/또는 습식 세정 공정에 투입하는 본원에 기술된 다양한 구현예들에 따르면, 진행되는 처리 순서는 필요에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, SCR 촉매는 임의의 건식 세정 또는 습식 세정 공정 이전에 블라스팅 공정으로 처리될 수 있다. 다른 구현예로, SCR 촉매는 건식 세정 공정으로 처리한 다음, 본원에 기술된 블라스팅 공정으로 처리한 후 선택적으로 습식 화학적 세정 공정으로 처리될 수 있다. 또 다른 구현예에서, SCR 촉매는 건식 세정 공정과 습식 클리닝 공정으로 처리한 다음, 건조 및/또는 하소한 후, 본원에 기술된 바와 같이 블라스팅 공정으로 처리될 수 있다.

구체적인 구현예에서, SCR 촉매는 선택적으로는, 예를 들어, SCR 촉매를 한가지 이상의 촉매적으로 활성을 나타내는 금속 화합물로 재-함침함으로써, 추가로 재생할 수 있다. SCR 촉매의 재-함침은, 습식 촉매 상에서 수행하거나, 또는 다른 예로 촉매를 건조시킨 후 행할 수 있다. 예를 들어, 의도된 사용시(즉, 발전소 연도 가스로부터 하나 이상의 성분을 제거할 때) 및/또는 촉매의 다양한 처리 재생 공정시, 예를 들면, SCR 촉매에서 하나 이상의 촉매적 활성 금속 화합물이 일부 상실되거나 실활 (독성 물질로 피독)됨으로 인해 촉매의 촉매 활성이 약해질 수 있다. 재생된 SCR 촉매의 재-함침은, 바나듐 화합물, 몰리브덴 화합물 및 텅스텐 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 금속 산화물 등의, 하나 이상의 촉매적 활성 금속 화합물로 함침하는 것을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 재생된 SCR 촉매는, 예를 들면, 재생된 촉매의 기계적 강도와 구조적 완전성을 향상시키기 위해 추가로 재하소할 수 있다.

본원의 구체적인 구현예는, 벌집형, 주름형 또는 플레이트형의 SCR 촉매 또는 다른 SCR 촉매 구조체 등의 SCR 촉매로부터 축적된 미립자를 제거하는 방법을 제공한다. 본 방법은, SCR 촉매를, SCR 촉매의 하나 이상의 표면으로 인가되는 가압 캐리어 가스와 드라이 아이스 (CO₂) 미립자를 포함하는 블라스팅 스크림으로 처리하는 단계, 및 SCR 촉매로부터 축적된 미립자를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 축적된 미립자는, 전술한 비산재 분진, 큰 미립자 재, 팝콘재, 거대 덩어리형 재 및 이들의 임의 조합 등의, 비산재 미립자를 포함할 수 있다. 구체적인 구현예로, 본 방법은, 본원에 기술된, SCR 촉매의 끝에서부터 한가지 이상의 착색된 침전물을 적어도 일부 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 한가지 이상의 착색된 침전물의 제거는, 드라이 아이스 블라스팅 스트림으로 SCR 촉매를 처리하거나, 또는 다른 예로 본원에 기술된 바와 같이 연마 블라스팅 물질을 포함하는 블라스팅 스트림으로 SCR 촉매를 처리함으로써, SCR 촉매를 드라이 아이스 블라스팅 스트림으로 처리한 후에, 구현할 수 있다. 본원의 이들 구현예들과, 본원에 기술되거나 상세히 설명된 임의의 다른 단계, 공정 또는 특징들과의 조합도 고려된다.

본 발명의 다른 구현예는, SCR 촉매를, SCR 촉매의 하나 이상의 표면에 인가되는 가압화된 가스와 연마성 미립자 블라스팅 매질을 포함하는 블라스팅 스트림으로 처리하는 단계; 및 SCR 촉매로부터 축적된 미립자 및/또는 한가지 이상의 착색된 화합물을 적어도 일부 제거하는 단계를 포함하는, SCR 촉매로부터 축적된 미립자 및/또는 한가지 이상의 착색된 화합물을 제거하는 방법을 개시한다. 구체적인 구현예에 따르면, 상기 연마성 미립자 블라스팅 매질은 알루미늄 산화물 미립자, 모래 또는 실리카 미립자, 실리콘 카바이드 미립자, 파쇄 유리, 유리 비드, 플라스틱 비드, 부석, 스틸 샷, 스틸 그리트, 콘 코브 미립자, 넛트 쉘 미립자, 소다 미립자, 아이스 미립자 및 이들의 임의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자를 포함한다. 연마성 블라스팅 매질에 대한 구체적인 내용은 본원에 상세하게 기술되어 있다. 일부 구현예에 따르면, 축적된 미립자는 전술한 바와 같이 비산재 분진, 큰 미립자 재, 팝콘재, 거대 덩어리형 재 및 이들의 임의 조합 등의, 비산재 미립자를 포함할 수 있다. 축적된 미립자를 제거하는 단계를 수반하는 구체적인 구현예에 있어서, 본 방법은, 본원에 기술된 바와 같이, SCR 촉매의 단부에서부터 한가지 이상의 착색된 침전물을 적어도 일부 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 구체적인 구현예로, 축적된 미립자들은 모두 또는 대부분, 비제한적인 예로, 드라이 아이스 블라스팅, 건식 세정 또는 습식 화학적 세정 등의 한가지 이상의 세정 공정에 의해, 촉매의 표면 또는 단부에서부터 한가지 이상의 착색된 화합물을 제거하기 위한 SCR 촉매를 연마성 블라스팅 단계로 처리하기 전에, 미리 제거한다. 이러한 방법의 구현예들과 본원에 기술 또는 상술된 임의의 다른 단계, 공정 또는 특성과 조합하는 것도 고려된다.

또한, 본 발명은, SCR 촉매가 본원에 기술된 방법에 대한 다양한 구현예들 중 임의의 구현예를 이용하여 비산재 미립자로 인한 폐색성이 약 15% 내지 약 100%인 SCR 촉매로부터 재생된 것인, 실질적으로 비산재 미립자가 없는 재생된 SCR 촉매를 포함한다. 구체적인 구현예에서, 재생된 SCR 촉매는 본원의 방법에 의한 비산재 미립자 폐색 제거율이 최대 약 100%, 또는 특정 구현예에서는, 약 10% 내지 약 100%, 또는 심지어 비산재 미립자 폐색 제거율이 약 50% 내지 약 100%일 수 있다. 특정 구현예에서, 실질적으로 비산재 미립자가 없는 SCR 촉매는, 또한, 본원에 상세하기 기술된 바와 같이, 추가적인 건식 세정, 습식 화학적 세정, 재-함침 또는 하소 단계들을 한가지 이상 처리할 수 있다.

본원에 기술된 공정은 가압 캐리어 가스와 미립자 블라스팅 물질을 포함하는 블라스팅 스트림의 사용으로 제한되지 않아야 한다. SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소 또는 SCR 촉매의 표면에서 미립자 블라스팅 물질을 가속화하기 위한 임의의 다른 적합한 방법은, 또한, 기술된 블라스팅 스트림과 비슷한 효과를 나타낼 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들어, (예로, 원심성 휠을 이용한) 원심 가속 또는 기타 가속 수단의 사용이 고려된다. 따라서, 예를 들어, 본 발명은, SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소 또는 SCR 촉매의 하나 이상의 표면에서, 본원에 상세히 기술된 바와 같이, 미립자 블라스팅 매질을 가속화하는 단계, 및 SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소 또는 SCR 촉매의 표면으로부터 축적된 미립자 물질을 적어도 일부 및/또는 하나 이상의 착색된 침전물을 적어도 일부 제거하는 단계를 포함하는, SCR 시스템의 하나 이상의 구성요소 또는 SCR 촉매의 하나 이상의 표면으로부터 축적된 미립자 및/또는 한가지 이상의 착색된 침전물을 제거하는 방법도 포함할 것이다. 이들 방법과 본원에 기술된 다른 구현예들의 조합도 고려된다.

다양한 구체적인 구현예들이 본원에 상세하기 기술되어 있지만, 본 발명의 내용은 기술된 구현예들의 다양한 여러가지 조합을 포괄하며, 본원에 기술된 임의의 특정 구현예들로 제한되지 않는 것으로 의도된다. 본원의 내용에 대한 다양한 구현예들은 하기 예시된 실시예들을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 아래 예시적인 실시예들은 예시의 목적일 뿐 한정되지 않는다.

실시예

드라이 아이스 블라스팅 및 연마 블라스팅 장치는 시판 구입가능하며, 대부분 시판 구입가능한 장치는 본원에 기술된 방법에 적합할 것이다. 본원의 드라이 아이스 블라스팅 예들은 Phoenix Unlimited LLC, Corona, CA에서 구입가능한 Phoenix Model PHX 150 드라이 아이스 클리닝 시스템을 표준 24" 장방형, 고속/210 SCMF 노즐, 14" 팬 노즐 고속/175 SCMF 노즐 및 RED 펠렉 프레그멘터 부착으로 사용하였다.

실시예 1

평균 비산재 폐색성이 80% 이상인 벌집형 SCR 촉매 모듈 (도 1A)을, 수직 (클리닝 테이블 상에서) 위치와 수평 위치에서 드라이 아이스 블라스팅을 적용하여 처리하였다. 처리 후, SCR 촉매 모듈의 비산재 폐색성은 약 10% 미만이었다 (도 1B). SCR 촉매내 일부 채널들은 처리 후에도 완전히 막힘이 제거되진 않았지만, 비산재가 채널로부터 일부 제거되어, 후속적인 세정/재생 단계 중에 적용되는 습식 세정 화학제에 대해 채널이 개방되고 접근가능해졌다.

실시예 2

평균 비산재 폐색성이 90% 이상인 벌집형 SCR 촉매 모듈 (도 2A)을 수평 위치에서 드라이 아이스 블라스팅을 이용하여 처리하였다. 처리 후, SCR 촉매 모듈의 비산재 폐색성은 약 20% 미만이었다 (도 2B).

촉매 조성에 대한 드라이 아이스 블라스팅 효과를 조사하기 위해, 테스트 모듈 로그 (log, 10) 하나를 선정하여 (도 2B, 삽입도), 블라스팅 공정 전에 샘플을 취하고, 처리 공정 이후에 테스트 모듈 제2 로그를 회수하였다. 그런 후, 샘플들의 유입부를 촉매의 표면과 벌크 내부 둘다에서 X선 형광 (XRF) 기법을 이용하여 분석하였다. 표 1은 처리 전과 후에 XRF를 이용한 촉매 조성을 나타내며, 처리 공정에 의해 촉매 조성이 바뀌지 않았다는 것을 확인시켜 준다.

표 1: 벌집형 SCR 촉매 조성에 대한 XFR 데이타

실시예 3

평균 비산재 폐색성이 40% 이상인 주름형 SCR 촉매 모듈 (도 3A)을 수평 위치에서 드라이 아이스 블라스팅을 이용하여 처리하였다. 처리 후, SCR 촉매 모듈의 비산재 폐색성은 약 10% 미만이었다 (도 3B).

실시예 4

벌집형 SCR 촉매 모듈을 습식 화학적 재활 공정으로 처리하고 건조한 다음 수형 위치에서 드라이 아이드 블라스팅 공정으로 처리하였다. 습식 화학적 재활 공정에는, 촉매를 케스케이드 형태로 수 세정, 가성 처리, 중화 및 최종 수 세정을 처리한 다음, 후속적으로 건조하는 단계가 포함된다. 습식 화학적 처리 및 건조 후, 그러나 드라이 아이스 블라스팅 처리 전의, 촉매의 평균 비산재 폐색성은 25% 이상이었다 (도 4A). 드라이 아이스 블라스팅으로 처리한 이후에는, SCR 촉매 모듈에서 비산재가 거의 완전히 제거되었다 (도 4B).

실시예 5

평균 비산재 폐색성이 95% 이상인 플레이트형 SCR 촉매 모듈 (도 5A)을 외견상 거대 비산재 덩어리를 제거하기 위해 스크래핑한 다음, 수직 위치에서 드라이 아이스 블라스팅을 이용하여 처리하였다. 드라이 아이스 블라스팅으로 처리한 후, SCR 촉매 모듈에서 비산재가 거의 대부분 제거되었다 (도 5B).

실시예 6

벌집형 SCR 촉매를 수평 위치에서 드라이 아이스 블라스팅 기법으로 처리하였다. 드라이 아이스 블라스팅 처리 전 비산재 폐색성이 10% 미만인 모듈 부분을 선정하여, XRF 검사를 위해 촉매로부터 취한 로그 내부에서 오염이 균일한지를 확인하였다. 모듈의 여러가지 부분들로부터 취한 2개의 로그의 전단 및 유입부(2 인치 뒤)를 처리 전과 후에 XRF 기법으로 분석하였다. 드라이 아이드 블라스팅 공정이 촉매 물질의 화학적 조성을 바꾸는지를 확인하기 위해 결과를 조사하였다. 모듈 (1) 로그의 XRF 데이타는 표 2에 나타내며, 모듈 (2) 로그의 XRF 데이타는 표 3에 나타낸다. 이들 결과들로부터, 드라이 아이스 블라스팅이 촉매의 화학적 조성에 유의한 효과를 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. 데이타에 따르면, 드라이 아이스 블라스팅은 촉매의 전단에서 SiO₂와 Al₂O₃ 블라인딩 층에 긍정적인 효과를 나타낼 수 있는 것으로 시사되었다.

표 2: 벌집형 촉매 부분 1의 XRF 데이타

표 3: 벌집형 촉매 부분 2의 XRF 데이타

실시예 7

본 실시예에서는, 오렌지 전단 변색을 나타내는 벌집형 SCR 촉매를 본원에 기술된 연마 블라스팅 기법으로 처리하였다. SCR 촉매 모듈의 한 부분 (61)에 알루미늄 옥사이드 블라스팅 스트림을 처리하고 (도 6, 중앙 상단 영역), 촉매의 다른 부분 (62)은 처리하지 않고 두었다. 블라스팅 처리는 블라스팅 처리된 촉매 부분에서 오렌지 색의 침전물을 성공적으로 제거하였다. 침투성과 색 제거는 채널 유입부에서 약 10 mm 내지 15 mm 깊이까지였다. 처리로 기저 세라믹 물질에 약간의 마모가 발생되었다.

실시예 8

본 실시예에서는, 오렌지/회색 전단 변색을 나타내는 벌집형 SCR 촉매를 본원에 기술된 연마 블라스팅 기법으로 처리하였다. SCR 촉매 모듈의 한 부분 (71)에 알루미늄 옥사이드 블라스팅 스트림을 처리하고 (도 7), 촉매의 나머지 부분 (72)은 처리하지 않고 두었다. 블라스팅 처리는 촉매의 처리 부분으로부터 오렌지 및 회색을 띄는 침전물을 성공적으로 제거하였다. 침투성과 색 제거는 채널 유입부에서 약 10 mm 내지 15 mm 깊이까지였다. 처리로 기저 세라믹 물질에 약간의 마모가 발생되었다.

Claims

SCR 시스템의 구성요소로부터 축적된 비산재(fly ash)를 제거하는 방법으로서,
SCR 촉매를, 상기 SCR 촉매의 연도 가스 유입측에 인가되는, 가압 캐리어 가스와 미립자 블라스팅 매질(blasting medium)을 포함하는 블라스팅 스트림(blasting stream)으로 처리하는 단계; 및
상기 SCR 촉매로부터 축적된 비산재를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 축적된 비산재가 비산재 미립자, 비산재 분진(fly ash dust), 큰 미립자 재(large particle ash), 팝콘재(popcorn ash), 덩어리형 비산재 조각(chunky fly ash piece) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 미립자 블라스팅 매질이 드라이 아이스 미립자인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 미립자 블라스팅 매질이 알루미늄 옥사이드 미립자, 모래 또는 실리카 미립자, 실리콘 카바이드 미립자, 파쇄 유리(crushed glass), 유리 비드, 플라스틱 비드, 부석, 스틸 샷(steel shot), 스틸 그리트(steel grit), 콘 코브 미립자(corn cob particulate), 넛트 쉘 미립자(nut shell particulate), 소다 미립자(soda particulate), 아이스 미립자(ice particulate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 블라스팅 스트림이 노즐을 통해 상기 SCR 촉매의 연도 가스 유입측에 인가되며,
상기 블라스팅 스트림이 17.4 psig - 4000 psig 범위의 압력으로 노즐에서 분사되며,
상기 캐리어 가스가 공기, 질소, 이산화탄소, 불활성 기체 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 SCR 촉매에 대한 처리가 정상 작동 위치에 설치된 현장 내(in-situ), 또는 정상 작동 위치에서 벗어난 현장 외(ex-situ)에서 상기 SCR 촉매에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 SCR 촉매는 수직 위치 및 수평 위치 중 한가지 이상의 위치에서 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 SCR 촉매가 벌집형 촉매(honeycomb catalyst), 주름형 촉매(corrugated catalyst) 및 플레이트형 촉매(plate catalyst)로 이루어진 군으로부터 선택되는 촉매 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리 공정 전 또는 처리 공정 후에, 축적된 비산재를 적어도 일부 제거하기 위해, 상기 SCR 촉매에 대해 진공 처리(vacuuming), 공기 블로잉(air blowing), 촉매 진탕(shaking the catalyst), 촉매 표면의 스크래핑 또는 촉매 채널의 포킹(poking) 중 한가지 이상을 포함하는 건식 세정 공정을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 블라스팅 스트림을 이용하여 SCR 촉매의 단부(end)로부터 한가지 이상의 착색된 철 침전물(colored iron deposit)을 적어도 일부 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리 공정 전 또는 처리 공정 후에, SCR 촉매에 대해 습식 화학적 세정 공정(wet chemical cleaning process)을 수행하는 단계 및 SCR 촉매의 건조 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, SCR 촉매에 대해 습식 화학적 세정 공정을 실시하는 단계, 및 SCR 촉매를 한가지 이상의 촉매적 활성 금속으로 재-함침(re-impregnating)하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
SCR 촉매로부터 축적된 비산재를 제거하는 방법으로서,
SCR 촉매를, 상기 SCR 촉매의 연도 가스 유입측에 인가되는, 가압 캐리어 가스와 드라이 아이스 미립자를 포함하는 블라스팅 스트림으로 처리하는 단계; 및
상기 SCR 촉매로부터 축적된 비산재를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 축적된 비산재가 비산재 미립자, 비산재 분진, 큰 미립자 재, 팝콘재, 덩어리형 비산재 조각 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 블라스팅 스트림을 이용한 SCR 촉매의 처리가 상기 SCR 촉매의 단부로부터 하나 이상의 착색된 철 침전물을 적어도 일부 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
SCR 촉매로부터 축적된 비산재를 제거하는 방법으로서,
SCR 촉매를, 상기 SCR 촉매의 연도 가스 유입측에 인가되는, 가압 캐리어 가스와 연마성 미립자 블라스팅 매질(abrasive particulate blasting medium)을 포함하는 블라스팅 스트림으로 처리하는 단계; 및
상기 SCR 촉매로부터 축적된 비산재를 적어도 일부 제거하는 단계를 포함하며,
상기 연마성 미립자 블라스팅 매질이 알루미늄 옥사이드 미립자, 모래 또는 실리카 미립자, 실리콘 카바이드 미립자, 파쇄 유리, 유리 비드, 플라스틱 비드, 부석, 스틸 샷, 스틸 그리트, 콘 코브 미립자, 넛트 쉘 미립자, 소다 미립자, 아이스 미립자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 축적된 비산재가 비산재 미립자, 비산재 분진, 큰 미립자 재, 팝콘재, 덩어리형 비산재 조각 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 블라스팅 스트림을 이용한 SCR 촉매의 처리가 상기 SCR 촉매의 단부로부터 하나 이상의 착색된 철 침전물을 적어도 일부 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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