KR20010043504A - 산소가 함유된 기체 매질 내 질소 산화물을 선택적 촉매환원시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소가 함유된 기체 매질(2) 내 질소 산화물의 선택적 촉매 환원을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 여기에 필요한 환원제는 별도의 처리 반응기(10) 내에서 정제된다. 이러한 목적으로 환원제에서 반응할 수 있는 물질(18)이 처리 반응기(10) 내에서 운반 기체에 첨가됨으로써 열적 반응을 나타내며, 이에 필요한 에너지를 상기 운반 기체가 공급한다.

Description

산소가 함유된 기체 매질 내 질소 산화물을 선택적 촉매 환원시키기 위한 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE FOR SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION OF NITROGEN OXIDES IN A GASEOUS MEDIUM CONTAINING OXYGEN}

선택적 촉매 환원(SCR = selective catalytic reduction) 방법은 산소가 함유된 기체 매질로부터 질소 산화물을 제거하기 위한 기술적으로 양호한 방법으로 확고한 위치를 다져왔다. 특히 내연 기관 및 디젤 엔진의 배기 가스로부터 질소를 제거하는 방법이 사용된다. 배기 가스에 함유된 질소 산화물이 선택적으로 작용하는 환원 촉매의 산소 존재 여부에 따라 적절한 환원제에 의해 질소 분자 및 물로 변환된다. 이 경우 환원 촉매 컨버터로는 이산화티탄을 기본 재료로 하고 삼산화 몰리브덴, 삼산화 텅스텐 및/또는 오산화 바나듐의 혼합물을 추가로 함유하는 촉매 컨버터가 사용되어왔다. 효과적인 환원제로는 탄화 수소나 시아누르산과 같은 다른 환원제에 비해 암모니아(NH3)가 많이 사용되어왔다.

그러나 암모니아는 냄새가 강하고 높은 농도에서 독성을 나타내는 화합물이기 때문에 국가별로 안전한 보관 및 취급에 대한 특정 법규가 존재한다. 특히 디젤로 구동되는 승용차, 상용차 또는 그 외 자동차의 배기 가스를 세척하기 위한 환원제로서 암모니아가 상기 법규에 상응하게 안전 장치가 된 탱크로 이송되어야 하는 경우 상당한 비용이 드는 안전 예방 조치가 취해져야 한다.

암모니아 대신 암모니아로 변환될 수 있는 물질, 즉 요소를 사용하는 것을 제안하고 있는 지멘스 사보 "SINOX, 정적 디젤 모터용 질소 산화물 환원장치"(주문 번호 A 96001-U91-A232, 1997)에 하나의 해결책이 제시되어있다. 즉 암모니아와는 달리 요소는 운송 및 보관시 그 취급이 전혀 위험하지 않다. 이 경우 질소 산화물을 환원시키기 위해 환원 촉매 컨버터 앞에서 배기관으로 요소 수용액이 직접 분사된다. 배기 가스의 온도가 상대적으로 높아짐에 따라 열분해 및 가수 분해에 의해 요소가 암모니아로 분해되며, 그런 다음 상기 암모니아는 고유의 환원제로서 질소 산화물과 함께 환원 촉매 컨버터에서 전술한 방식으로 변환된다.

그러나 상기 방법의 경우 아직도 일련의 기술적인 문제들이 해결되지 않고 있다. 예컨대 가스 흐름내 요소의 분해는 인접 연결된 부품에 부분적으로 고체인 불용성 침전물을 형성시키는, 바람직하지 않은 2차 생성 물질을 생성시킨다는 문제가 있다. 이러한 바람직하지 않은 2차 생성 물질에는 예컨대 불용성 멜라민을 구성하는 시아누르산 또는 티오산이 존재하는 경우 생성되는 황산 암모늄 등이 있다. 또한 요소는 가스 흐름으로 분사되기 전 또는 분사시 결정체로 침전되어 요소가 운반된 부분이 막히게 된다.

상기 문제를 해결하기 위해 가스 흐름으로 요소를 투입할 때 매우 미세한 입자로 살포하며, 가수 분해의 지지를 위해 적절한 촉매 컨버터를 사용하고, 또는 요소를 빨리 분해시키기 위해 가스 흐름내 설치된 증발기에 상기 요소를 뿌리는 방법들이 공지되어있다. 이러한 해결책은 예컨대 배기 가스 흐름에 대한 EP 0 487 886 B1에 공지되어있다.

특히 화석 연료 발전소와 같은 대형 설비의 경우 배기 가스를 처리하기 위해서는 배기 가스 채널내 동일한 분포를 달성하기 위해 다수의 노즐이 장착된 분사 격자를 사용하여 배기 가스 안으로 환원제를 투입하여야 한다. 그러나 요소를 사용하는 경우에는 노즐 부가시 다른 노즐의 추가 공급을 통해 요구되는 환원제 양을 보정할 수 있도록 각각의 개별 노즐이 항상 별도로 제어되어야 한다. 또한 상기 방법에 의해 노즐의 부가가 차단될 수 없다.

배기 가스 흐름내 요소를 분해시키는 것에 대한 대안으로 EP 0 487 886 B1에는 배기 가스 흐름의 외부에서 요소 분해를 실행하는 것이 공지되어있다. 여기서는 요소 용액이 별도의 처리 반응기내에서 분사 장치에 의해 열분해를 위해 가열된 증발기에 제공되며, 이 때 발생한 가스 혼합물이 인접 연결된 가수 분해- 촉매 컨버터로 넘어간다. 그런 다음 암모니아 및 잔여물로 구성된 가스 혼합물은 먼저 배기 가스 흐름 내로 투입된다. 공급된 암모니아 양의 조절은 가스 혼합물 양의 조절을 통해 이루어진다.

상기 방법으로 바람직하지 않은 2차 생성 물질이 내연 기관의 배기 가스 흐름의 내부에 직접 발생하지 않고 외부에 발생되는 경우 더 적은 손상이 예상된다.

그러나 상기와 같은 실행 방식의 경우 증발기는 추가 에너지에 의해 가수 분해에 필요한 온도까지 가열되어야 한다. 즉, 배기 가스 흐름 내에 존재하는 증발기와는 달리 별도의 증발기는 상기 증발기를 스쳐 지나가는 고온의 배기 가스에 의해 예열되지 않는다. 경제적인 작업 방식을 위해서는 가능한 한 낮은 에너지 비용으로 증발기 표면의 온도를 가능한 한 높게 하기 위해 증발기의 표면이 훨씬 작게 선택된다.

그러나 화석 연료 발전소나 가스 터빈 또는 시간 단위당 대량의 질소 제거 프로세스 가스가 생성되는 화학 공업의 대규모 설비와 같이 배기 가스 채널의 큰 횡단면 및/또는 높은 배기 가스 부피 흐름을 갖는 대형 기술 설비의 경우, 요소를 암모니아로 가능한 한 완전히 분해시키는 것을 보증하기 위해 증발기의 표면이 충분히 크게 선택되어야 한다. 또한 이와 같이 넓은 표면의 증발기를 환원제로의 변환에 필요한 온도까지 가열시키기 위해서는 많은 추가 에너지 도입이 요구된다. 이는 대형 설비의 경우 선행 기술에 따른 방법을 비경제적으로 만들기 때문에, 예컨대 횡단면이 큰 배기 가스 채널을 갖는 가스 터빈이나 화석 연료 발전소 또는 질소가 제거되어야 하는 대량의 프로세스 가스를 갖는 화학 공업의 대형 설비와 같은 경우에는 상기 방법이 사용되지 않는다.

본 발명은 환원제에서 반응할 수 있는 물질을 사용하여 산소가 함유된 기체 매질 내 질소 산화물을 선택적 촉매 환원시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 물질은 별도의 처리 반응기 내에서 먼저 환원제로 변환된 다음, 상기 환원제가 질소 산화물과의 반응을 위해 환원 촉매 컨버터 앞에서 기체 매질에 첨가된다. 기체 매질은 예컨대 내연 기관의 배기 가스 또는 예컨대 화학 공업의 중기계 설비의 프로세스 가스이다. 원칙적으로는 질소가 제거되어야 하는, 산소가 함유된 모든 기체가 취급될 수 있다. 또한 본 발명은 전술한 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 가스 터빈의 배기 가스를 세척하기 위한 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치로서, 상기 장치에서는 별도의 처리 반응기내에서 요소가 환원제인 암모니아로 변환되고, 가스 터빈의 배기 가스중 일부가 가열된 운반 기체로서 분기되며;

도 2는 도 1에 따른 장치이나, 별도의 처리 반응기가 루우프형 반응기로서 형성되고 운반 기체의 가열을 위해 열 교환기가 추가로 제공된다.

따라서 본 발명의 목적은 환원제로 변환될 수 있는 물질을 사용하여 산소가 함유된 기체 매질내 질소 산화물을 선택적 촉매 환원시키기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 아직 변환되지 않은 물질을 기체 매질내로 직접 투입하는 것에 따른 전술한 단점을 막는 동시에 특히 높은 배기 가스 부피 흐름 또는 시간 단위당 생성되는, 질소가 제거될 대량의 프로세스 가스나 그 밖의 가스를 갖는 대형 설비에 효과적이며 경제적이다. 또한 본 발명의 목적은 상기 방법을 실행하기 위해 매우 간단한 기술 수단을 갖는 장치를 제공하는 것이다.

제 1 목적은 환원제로 변환될 수 있는 물질을 사용하여 산소가 함유된 기체 매질내 질소 산화물을 선택적 촉매 환원시키기 위한 방법에 의해 달성되며, 상기 물질은 별도의 처리 반응기내에서 먼저 열적으로 환원제로 변환된 다음 상기 환원제가 질소 산화물과의 반응을 위해 환원 촉매 컨버터 앞에서 기체 매질에 첨가되고, 상기 물질은 다시 본 발명에 따라 처리 반응기를 통해 흐르는 운반 기체로 투입되어 상기 운반 기체내에서 변환된다. 이 때 운반 기체의 열적 변환을 위한 에너지가 공급된다.

본 발명은 증발기로부터 변환될 물질로 에너지를 전달하기 위해 증발기를 사용하는 경우 물질과 증발기 표면 사이의 직접적인 접촉이 비교적 짧은 시간 간격동안만 가능하다는 사실을 기초로 한다. 따라서 증발기를 사용하여 미리 주어진 양의 물질을 변환시키기 위해서는 물질의 열적 분해에 이론적으로 필요한 것보다 더 많은 에너지가 공급되어야 한다. 이러한 이유로 물질을 환원제로 변환시키는 것은 시간 단위당 생성되는, 처리되어야할 가스의 양이 많을수록, 그리하여 필요한 환원제 양이 많을수록 더 비경제적이다.

그러나 증발기를 사용할 때와는 달리 물질이 투입되는 운반 기체에 의해 에너지가 공급되는 경우 물질의 환원에 필요한 에너지가 명확히 감소된다. 이를 위해 운반 기체는 예컨대 가열될 수 있으며, 상기 운반 기체의 온도가 높을수록 환원도 더 빨리 진행된다. 물질은 열적으로 분해되거나 변환될 때까지 주변 운반 기체로부터 에너지를 흡수한다. 에너지 전달에 소요되는 시간은 전체 반응 지속시간까지 연장된다. 이러한 이유로 운반 기체의 온도는 변환을 위해 제공되는 증발기의 온도보다 낮게 선택될 수 있다. 그리하여 예컨대 요소를 암모니아로 가수 분해하는데 사용되는 증발기의 일반적인 온도는 약 200 ~ 300℃에 달하며, 이에 비해 가열된 운반 기체내에서 요소를 가수 분해하기 위한 상기 운반 기체는 약 150 ~ 200℃의 온도만 나타내면 된다.

또한 환원제를 기체 매질, 특히 배기 가스 흐름내로 투입하기 위해 분사 격자를 사용할 때 분사 격자의 각각의 개별 노즐을 더 이상 독립적으로 조정할 필요가 없다. 왜냐하면 변환에 따른 붕괴 생성물에 의해 삽입 노즐의 부가에 방해가 되기 때문이다. 다른 측면에서 보면 처리 반응기로 물질을 투입하는 경우에도 시간 단위당 투입되는 환원제 양의 조절이 처리 반응기로부터 기체 매질로의 환원제 공급관에서 실행될 때, 즉 물질의 환원이 완료된 후에 실행될 때, 첨가시 투입될 물질의 양을 조절하기 위해 각각의 투입 장치를 별도로 조절할 필요가 없다.

운반 기체로는 원칙적으로 물질의 바람직한 열적 환원의 관점에서 활성이 없는 모든 가스가 적절하다. 특히 상기 방식의 운반 기체로는 공기도 적합하다.

운반 기체의 가열은 공지된 방법으로 가스 흐름을 따라 설치된, 열원으로서 가스, 증기 또는 유체를 갖는 열 교환기, 전기 가열 와이어 또는 운반 기체용 저장기의 가열을 통해 직·간접적으로 실시될 수 있다. 또한 예컨대 고온의 증기가 운반 기체 안으로 분사될 수 있다.

특히 고온의 기체 매질의 경우 상기 기체 매질의 부분 흐름이 주 흐름으로부터 분기되고, 분기된 부분 흐름 자체가 운반 기체로서 처리 반응기로 유도되어 환원제와 함께 다시 기체 매질의 주 흐름에 혼합된다는 장점이 있다. 상기 실시예는 특히 내연 기관의 배기 가스 처리에 제공된다. 그 이유는 통상 내연 기관의 배기 가스가 이미 물질의 환원에 필요한 온도를 지니고 있기 때문이다. 이러한 경우 운반 기체를 별도로 가열하는 과정이 제외될 수 있다. 또한 추가 운반 기체도 필요하지 않다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서는 운반 기체의 일부가 처리 반응기를 통과한 후 분기되어 역류관을 통해 다시 처리 반응기로 공급된다. 상기 방식으로 운반 기체의 공급이 감소되는 동시에 처리 반응기의 배출구내 환원제의 농도가 높아진다. 역류관의 통과량을 제어함으로써 기체 매질에 공급되는 환원제의 농도가 조절될 수 있다.

바람직하게는 환원을 위해 제공되는 물질이 처리 반응기에서 운반 기체 안으로 투입되기 전에 자체적으로 예열될 수도 있다. 상기 방식에 따라 운반 기체가 물질의 환원에 필요한 경우의 온도보다 낮은 온도를 가질 수 있다. 이 때 물질의 예열은 운반 기체를 가열하는 경우와 동일한 방법으로 실행될 수 있다.

또한 상기 물질이 압력관에 의해 처리 반응기로 분사되는 것도 바람직하다. 상기 방식으로 처리 반응기내에서 운반 기체가 변환될 물질과 서로 잘 혼합될 수 있다.

변환될 수 있는 물질이란 적어도 부분적으로 SCR-공정에 적합한 환원제로 열적 변환될 수 있는 모든 물질을 의미한다. 특히 탄화 수소, 시아누르산 또는 암모니아와 같은 환원제의 선구 물질을 의미한다. 암모니아를 배출하는 물질에는 예컨대 탄산암모늄, 중탄산 암모늄 또는 요소가 있다.

SCR-공학에 있어서 암모니아는 뛰어난 환원제이며, 암모니아를 사용한 질소 산화물의 환원을 위해 기술적으로 발전된 다양한 촉매 컨버터들이 공지되어있기 때문에 상기 물질로는 처리 반응기내에서 증발, 열분해 및 가수 분해를 통해 환원제로서 암모니아를 생성시키는 요소 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 암모니아를 생성시키기 위해서 물질로서 암모니아수를 사용할 수 있다.

운반 기체내에서의 물질의 환원은 상기 운반 기체가 투입된 물질과 함께, 촉매 작용으로 물질을 환원제로 변환시키는 촉매 컨버터와 접촉되는 경우 더 개선될 수 있다. 특히 요소의 가수 분해에는 오산화바나듐, 산화암모늄 및/또는 산화 규소가 첨가된 이산화티튬을 원료로 하는 촉매 컨버터가 적합하다. 특히 상기 촉매 컨버터의 오산화바나듐 함량이 0.02 ~ 1.3 중량 퍼센트에 달하는 것이 바람직하다고 알려져있다. 촉매 컨버터로는 원칙적으로 금속, 세라믹 또는 그밖의 내열성 물질로 이루어진 지지 재료로 구성된 플레이트형 또는 벌집형의 공지된 촉매 컨버터가 적합하다.

제 2 목적은 환원제로 변환될 수 있는 물질을 사용하여 산소가 함유된 기체 매질내 질소 산화물을 선택적 촉매 환원시키기 위한 장치로서, 상기 기체 매질의 가이드를 위한 가스관, 상기 가스관내에 배치되고 상기 기체 매질이 관류할 수 있는 환원 촉매 컨버터, 및 물질을 환원제로 열적 변환시키기 위해 상기 가스관에 인접 배치된 처리 반응기를 포함하는 장치에 의해 달성되며, 상기 처리 반응기는 물질용 유입구와 환원제용 배출구를 포함하고, 상기 배출구에는 기체 매질의 유동 방향으로 볼 때 환원 촉매 컨버터 앞에서 가스관으로 통하는 배출관이 연결되며, 본 발명에 따라 처리 반응기에 공급 위치를 통해 운반 기체용 공급관이 연결되고, 상기 처리 반응기를 통해 운반 기체가 공급 위치로부터 환원제용 배출구 방향으로 흐를 수 있으며, 운반 기체로 물질을 투입하기 위한 유입구가 형성된다.

운반 기체용 공급관은 압력관으로서 형성됨으로써, 상기 운반 기체가 공급 위치로부터 배출구 위치로 처리 반응기를 통해 흐르는 것이 바람직하다. 이 때 운반 기체는 예컨대 가압 펌프에서 또는 본 장치가 연결되는 설비의 적절한 위치에서 프로세스 가스로서 빼내어질 수 있다. 운반 기체로는 증기나 배기 가스, 또는 물질을 환원제로 변환시키는데에 영향을 주지 않는 다양한 가스의 혼합물이 사용될 수 있다. 운반 기체가 예컨대 압축 가스 형태의 공기인 것이 바람직하다.

운반 기체를 가열하기 위한 수단이 제공되는 것이 바람직하다.

운반 기체를 가열하기 위해 예컨대 매우 간단하게 운반 기체의 온도를 조절할 수 있게 해 주는 전기 가열 장치가 사용될 수 있다.

그러나 본 발명의 바람직한 실시예에서는 운반 기체의 가열을 위해 공급관에 열 교환기가 설치된다. 상기 열 교환기에 의해 내연 기관의 가열된 배기 가스가 전달됨으로써 에너지가 공급되는 추가의 가열 장치가 없어도 된다.

고온 기체 매질의 경우 상기 기체 매질의 적어도 일부가 자체적으로 운반 기체로서 사용될 때 동일한 장점을 제공한다. 이를 위해서 기체 매질의 유동 방향으로 볼 때 처리 반응기의 공급관이 환원 촉매 컨버터 앞에서 내연 기관의 가스관에 연결되며, 상기 기체 매질의 적어도 부분 흐름이 운반 기체로서 상기 공급관을 통해 흐를 후 있다. 기체 매질의 부분 흐름은 공급관 안으로 능동적으로 흡인될 수도 있고, 상응하게 형성된 유도관을 통해 수동적으로 공급관으로 유도될 수도 있다. 또한 처리 반응기용 공급관의 연결부가 기체 매질의 유동 방향으로 볼 때 처리 반응기용 배출관의 연결부 앞에 배치되는 경우, 가스관 내에서의 자연적인 압력차는 처리 반응기의 관류를 위해 이용될 수 있다. 전술한 실시예는 특히 물질의 변환에 필요한 온도를 갖는 내연 기관의 배기 가스를 위해 제공된다.

처리 반응기에 전달된 운반 기체의 양은 예컨대 압력 센서를 포함하는 압력 조절기에 의해 간단한 방법으로 조절될 수 있으며, 상기 압력 센서의 출력 신호는 공급관내에 설치된 펌프나 밸브를 제어하기 위해 비례/적분 조절계에 의해 사용된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서는 처리 반응기의 배출관에 공급관으로 통하는 분기관이 설치된다. 상기 방식의 ( 또는 루프형 반응기로서) 언급된 장치는 분기관내 유량의 제어를 통해 배출관내 환원제의 농도 조절을 가능하게 한다.

처리 반응기 안으로 물질을 분사시키기 위해서는 물질용 유입구가 가압될 수 있는 저장기에 연결되고 처리 반응기내 분사 장치로 통하는 것이 바람직하다. 또한 대안으로는 압력관이 장착된 펌프가 유입구에 연결될 수 있다. 상기 방식으로 처리 반응기를 통해 흐르는 운반 기체와 상기 물질과의 간단하고 효과적인 혼합이 달성된다.

분사 장치를 위해 단일성분 노즐 또는 바람직하게는 이성분 노즐이 사용될 수 있다. 가압 가스에 추가로 연결되는 이성분 노즐을 사용하면 매우 미세한 입자의 물질을 운반 기체로 살포할 수 있기 때문에, 환원제로의 물질의 열적 변환이 원활하게 이루어질 수 있다.

운반 기체의 가열과 함께 추가로 변환될 물질이 가열되는 경우 더 바람직하다. 상기 방식으로 환원제로의 물질 변환이 개선될 수 있다. 물질을 가열하기 위해 저장기 또는 공급관에 전기 가열 장치가 설치될 수 있다.

그밖에도 물질이 환원제로 변환되는 것을 지지하기 위해 바람직하게는 처리 반응기내에 환원을 돕는 촉매 컨버터가 설치될 수 있다.

물질이 환원제로 원활하게 변환되기 위해서 처리 반응기를 통해 흐르는 물질의 양에 대한 촉매 컨버터의 유입 표면적의 비가 0.001 ~ 0.01 m²/1/h 사이인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예는 도면에 따라 자세히 설명된다.

도 1에 도시된, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 장치는 자세히 도시되지 않은 가스 터빈의 배기 가스로부터 질소를 제거하기 위해 제공된다. 가스관(1)은 가스 터빈의 배기관이며, 기체 매체(2)로서 배기 가스로부터 도시된 화살표 방향으로 관류된다. 상기 가스관(1)은 환원 촉매 컨버터(5) 및 환원제 분사 장치(6)가 설치된 SCR-반응기(3) 안으로 확대된다. 상기 환원 촉매 컨버터(5)는 완전 압출 성형으로서 제조된 벌집형 촉매 컨버터로서 삼산화 텅스텐, 삼산화 몰리브덴 및 오산화 바나듐에 첨가된 이산화티탄을 원료로 하여 형성된다. 상기 환원제 분사 장치(6)는 SCR-반응기(3)의 유동 횡단면에 의해 분할된 단일성분 노즐을 갖는 분사 격자로서 형성된다.

배출관(8)을 통해 환원제 분사 장치(6)가 촉매 컨버터(5)에서 일어나는 질소 제거 반응에 필요한 환원제의 정제를 위한 별도의 처리 반응기(10)의 배출구(9)에 연결된다. 상기 처리 반응기(10)는 정제를 보조하는 촉매 컨버터(12) 및 분사 장치(11)를 포함한다. 상기 처리 반응기(10)의 분사 장치(11)는 공급관(14)을 통해 정제되거나 환원제로 변환되는 물질(18)용 저장기(16)에 연결된다. 이러한 경우 변환 물질로서 요소 수용액이 사용되며, 상기 요소 수용액은 처리 반응기(10) 내에서 요소로 변환되어 환원제로서 환원제 분사 장치(6)에 의해 SCR-반응기(3) 안으로 분사된다.

또한 상기 처리 반응기(10)는 공급관(21)을 통해 기체 매질(2)의 유동 방향으로 볼 때 SCR-반응기(3) 앞에서 가스 터빈의 가스관(1)에 연결되는 공급 위치(20)를 포함한다. 상기 공급관(21)을 통해 기체 매질(2)의 부분 흐름(22)이 처리 반응기(10) 안으로 흘러들어가고, 운반 기체로서 공급 위치(20)로부터 배출구(9) 방향으로 상기 처리 반응기를 통과하여 흐른다. 부분 흐름(22)의 통과량을 조절하기 위해 공급관(21) 내에 압축기(23)가 설치된다. 상기 압축기(23)는 그의 바로 다음에 연결된 압력 센서(흡수 장치)(25)의 압력값 조절에 대해 평가하는 비례/적분 조절계(24)에 의해 제어된다.

환원제 분사 장치(6)와 마찬가지로 분사 장치(11)도 처리 반응기(10)의 횡단면에 걸쳐서 연장되는 분사 격자로서 형성된다. 그러나 노즐로서는 처리 반응기(10)를 위한 소위 이성분 노즐(26)이 사용되며, 상기 이성분 노즐의 경우 분사된 물질이 노즐의 배출 개구에서 예컨대 압축 공기와 같은 가압 가스와 혼합된다. 상기 분사 장치에 의해 처리 반응기(10) 내에서는 변환되는 물질(18)(이 경우에는 요소 수용액)이 관류되는 부분 흐름(22)과 혼합된다. 약 200℃에 달하는, 배기 가스의 부분 흐름(22) 온도에 의해 일부는 열분해를 통해, 일부는 가수 분해를 통해 암모니아 및 탄화 수소에 요소가 첨가된다. 동일한 경우에 발생하는, 예컨대 멜라민 또는 티오산(산화황) 중 황산 암모늄염과 같은 2차 생성물이 처리 반응기(10) 내에 미리 침전되며 가스 터빈의 배기관(1)으로는 이르지 않는다.

요소의 변환을 지지하기 위해 부분 흐름(22)이 투입된, 및 일부는 이미 암모니아로 변환된 요소와 함께 가수분해 촉매 컨버터로서 형성된 촉매 컨버터(12)를 통과한다. 상기 가수분해 촉매 컨버터(12)는 환원 촉매 컨버터(5)와 같이 벌집형 세라믹 입체로서 형성되며, 그 재료는 이산화티탄이 첨가된 오산화바나듐, 삼산화알루미늄 및 산화 규소로 구성된다. 도시된 바와 같이 일단 분사 장치의 경우 촉매 컨버터(12)의 표면 하중, 즉 변환된 물질의 반응기 통과량에 대한 촉매 컨버터(12)의 유입 표면적의 비율이 0.01 m³/(1/h)까지 달한다. 처리 반응기(10)의 길이가 4 ~ 6 m 사이일 때 요소가 암모니아로 잘 변환될 수 있다. 또한 상기 처리 반응기에서는 다단계 분사가 실행될 수 있으며, 분사 장치(11)의 뒤에는 항상 촉매 컨버터(12)가 설치된다. 일단 또는 다단 분사 장치의 선택은 그때마다의 사용 조건에 따라 좌우된다.

환원제와 함께 요소를 통과하는 부분 흐름(22)은 배출구(9)를 통해 최종적으로 배출관(8)에 이르며, 상기 배출관에는 더 나은 혼합을 위해 추가로 정적 혼합기(27)가 설치된다.

변환된 물질(18)을 처리 반응기(10)로 공급하기 위해, 상기 물질(18)이 펌프(28)에 의해 흡입구(29) 및 필터(30)를 통해 저장기(16)로부터 공급관(14)으로 수송된다. 공급관(14)의 거의 일정한 압력을 보증하기 위해 재순환관 안에 오버플로 밸브가 설치된다. 또한 상기 공급관(14) 내에는 처리 반응기(10)로 물질을 정확히 계량 공급하기 위해 부피 흐름 검출기(34)에 의해 조절되는 제어 밸브(33)가 설치된다. 분사 장치(11)내에 설치된 이성분 노즐에 필요한 압축 공기를 발생시키기 위해 압축기(35)가 제공된다.

시간 단위당 SCR-반응기(3)로 투입되는 환원제 양을 조절하기 위해 배출관(8)내에 제어가능한 제어 밸브(40)가 설치된다. 시간 단위당 처리 반응기(10)로 투입되는 요소의 양과 부분 흐름(22)의 유입을 조절함으로써 시간 단위당 SCR-반응기(3)로 투입될 환원제 양을 정확하게 계량 공급할 수 있다.

또한 상기 배출관(8)에 병렬로 설치된 추가관(38)을 통해 또 다른 제어 밸브(41)에 의해 별도로 환원제가 추가 투입될 수 있다. 상기 추가관(38)은 기술적인 이유로 처리 반응기(10)에서의 요소의 변환이 중단되는 경우 안전 수단으로서 사용된다.

도 2에 도시된 질소 제거 장치의 경우 도 1에 도시된 질소 제거 장치와는 달리 처리 반응기(10)를 통해 흐르는 운반 기체로서 처리될 기체 매질(2)의 부분 흐름(22)이 사용되지 않고 가열된 공기가 사용된다. 이 공기는 압축기(42)에 의해 공급관(21)을 통해 처리 반응기(10)에 공급될 수 있다. 공기를 가열하기 위해 열 교환기(44)가 사용되며, 상기 열 교환기에 의해 고온의 프로세스 가스 또는 가스 터빈의 증기가 라인(47)을 통해 흐른다.

추가로 배출관(8)에 흐르는 가스 혼합물중 일부가 분기관(48)을 통해 공급관(21)으로 역류될 수 있다. 따라서 처리 반응기(10)가 "루우프 반응기"로서 형성된다. 상기 분기관(48)에 의해 변환에 필요한 운반 기체의 양이 제한되는 동시에 배출관(8)을 통해 흐르는 가스 혼합물내에 존재하는 환원제 할당량이 증가될 수 있다. 이를 위해 분기관(48)을 통해 처리 반응기(10)로 시간단위당 역류되는 가스 혼합물의 양이 제어 밸브(49) 및 압축기(50)에 의해 조절된다. 분기관(48)을 통해 역류되는 가스 혼합물의 냉각을 막기 위해, 상기 분기관에는 추가 열 교환기(51)가 설치되며, 상기 열 교환기도 마찬가지로 라인(47)을 통해 고온의 프로세스 가스 또는 가스 터빈의 증기가 관류된다.

또한 저장기(16)에는 물질(18)의 예열을 위한 전기 가열 장치(53)가 설치된다.

Claims (21)

1. 물질(18)이 별도의 처리 반응기(10)내에서 먼저 열적으로 환원제로 변환된 다음 상기 환원제가 질소 산화물과 반응을 위해 환원 촉매 컨버터(5) 앞에서 기체 매질(2)에 첨가되는 방법으로서, 환원제로 변환될 수 있는 상기 물질(18)을 사용하여 산소가 함유된 기체 매질(2)내 질소 산화물을 선택적 촉매 환원시키기 위한 방법에 있어서,

   상기 물질(18)이 처리 반응기(10)를 통해 흐르는 운반 기체내로 투입되고, 상기 운반 기체내에서 변환되며, 상기 운반 기체의 열적 변환을 위한 에너지가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기체 매질(2)의 부분 흐름(22)이 주 흐름으로부터 분기되고, 운반 기체로서 처리 반응기(10)를 통해 전달되며 환원제와 함께 다시 기체 매질(2)의 주 흐름에 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 운반 기체중 일부가 반응기(10)를 순환한 후 분기되어 다시 처리 반응기(10)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 물질(18) 자체가 예열되어 상기 처리 반응기(10)로 투입되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 물질(18)이 압력관(14)에 의해 처리 반응기(10)내에서 운반 기체로 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 물질(18)이 요소 수용액이고, 처리 반응기(10)내에서 상기 용액으로부터 환원제로서 암모니아가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 물질(18)이 암모니아수이고, 처리 반응기(10)내에서 상기 암모니아수로부터 환원제로서 암모니아가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 운반 기체가 투입된 물질(18)과 함께 처리 반응기(10)내에서 변환의 지지를 위해 추가로 촉매 컨버터(12)와 접촉되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 기체 매질(2)의 가이드를 위한 가스관(1), 상기 가스관(1)내에 설치된, 기체 매질(2)에 의해 관류되는 환원 촉매 컨버터(5) 및 상기 가스관(1)에 병렬 배치된, 물질(18)을 환원제로 열적으로 변환시키기 위한 처리 반응기(10)를 포함하고, 상기 처리 반응기(10)는 물질(18)용 유입구(11)와 환원제용 배출구(9)를 포함하며, 상기 배출구(9)에는 기체 매질(2)의 유동 방향으로 볼 때 환원 촉매 컨버터(5) 앞에서 가스관(1)에 이르는 배출관(8)이 연결되는 장치로서, 환원제로 변환될 수 있는 상기 물질(18)을 사용하여 산소가 함유된 기체 매질(2)내 질소 산화물을 선택적 촉매 환원시키기 위한 장치에 있어서,

   운반 기체용 공급관(21)이 공급 위치(20)를 통해 상기 처리 반응기(10)에 연결되고, 운반 기체가 공급 위치(20)로부터 상기 처리 반응기(10)를 통해 환원제용 배출구(9) 방향으로 흐를 수 있으며, 물질(18)을 운반 기체로 투입하기 위한 유입구(11)가 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 공급관(21)이 운반 기체용 가압 가스관으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 9항 또는 10항에 있어서,

    상기 운반 기체가 공기인 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 9항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 운반 기체를 가열하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 12항에 있어서,

    운반 기체를 가열하기 위한 열 교환기(44)가 상기 공급관(21)에 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 9항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 공급관(21)이 기체 매질(2)의 유동 방향으로 볼 때 환원 촉매 컨버터(5) 앞에서 가스관(1)에 연결되고, 운반 기체로서 적어도 상기 기체 매질의 부분 흐름(22)이 상기 공급관을 통해 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 9항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 공급관(21)이 압력 조절기(23, 24, 25)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 재 9항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반응기(10)의 배출관(8)에 분기관(48)이 설치되고, 상기 분기관(48)은 공급관(21)내로 통하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 9항 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 물질(18)용 유입구(11)가 가압될 수 있는 저장기에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 유입구가 이성분 노즐(26)을 갖는 분사 장치(11)로서 형성되고, 상기 분사 장치가 추가로 가압 가스에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제 17항 또는 18항에 있어서,

    상기 저장기(16)에 물질(18)을 가열하기 위한 전기 가열 장치(53)가 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제 9항 내지 19항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 처리 반응기(10)내에 상기 물질(18)이 환원제로 변환되는 것을 지지위해 운반 기체에 의해 관류되는 촉매 컨버터(12)가 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제 20항에 있어서,

    상기 처리 반응기(10)를 통과하는 물질(18)의 양에 대한 촉매 컨버터(12)의 유입 표면적의 비가 0.001 ~ 0.01 m²/(1/h) 사이인 것을 특징으로 하는 장치.