KR20130137582A - 배기 가스를 처리하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
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Abstract
본 발명은, 몇몇 양태에서, 증가된 유효 촉매 단면적을 갖는 촉매 모듈 및/또는 촉매 반응기를 제공한다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈은 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
Description
관련 출원 데이터
본 출원은 전문이 본 명세서에 참조로 인용되는, 2010년 6월 9일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/353,104호에 대해 35 U.S.C. § 119(a)에 따라 우선권을 주장한다.
본 발명은 유체를 처리하기 위한 장치 및 방법 및, 특히, 배기 가스의 처리에 관한 것이다.
연도 가스 중에 존재하는 질소 산화물 및 기타 화합물들의 위험요소로 인해 이러한 화학종들의 엄격한 배출 제한 기준이 도입되어 왔다. 이들 기준을 만족시키기 위해, 일반적으로 고정 또는 이동 연소 오염원(combustion source)으로부터의 배기 가스 중에 존재하는 이들 산화물 및/또는 기타 화학종들 중의 적어도 일부를 제거할 필요가 있다.
탈질소 또는 선택적 촉매 환원(SCR) 기술은, 촉매 반응기 통과시 질소 산화물을 제거하기 위해 연소-유래된 연도 가스에 흔히 적용된다. 상기 탈질소 반응은 상기 가스 중의 질소 산화물 화학종들, 예를 들면 산화질소(NO) 또는 이산화질소(NO2)를 암모니아 또는 우레아와 같은 질소 함유 환원제와 반응시켜 2원자 질소(N2)와 물의 생성을 유도함을 포함한다. 추가로, 각종 흡착제 또는 포집 기술들이 촉매 분해되지 않는 연도 가스의 기타 화학종들을 제거하는 데 사용된다.
촉매 반응기라는 용어는 일반적으로 촉매를 포함하는 용기를 기술하는 데 사용된다. 촉매 반응기는 일반적으로 배기 가스 유동 경로들을 함유하는 촉매 구조물을 포함하는데, 상기 배기 가스 유동 경로들은, 상기 배기 가스 스트림과, 상기 촉매 구조물의 촉매 활성 성분들 사이의 접촉을 가능하게 한다. 모듈식 촉매 반응기의 촉매 구조물은 통상적으로 하나 이상의 촉매층으로 구성되고, 각각의 층은 다수의 모듈화된 구획들을 포함한다. 각각의 모듈화된 구획은 다수의 촉매체(catalyst body)들을 제 위치에 유지시키는 금속 지지 프레임워크(metal support framework)를 추가로 포함하고, 여기서, 상기 촉매체들을 통과하는 배기 스트림의 적절한 유동 분포를 위해, 필요한 경우, 상기 촉매체들 사이에 밀봉 또는 패킹 재료가 사용된다. 상기 촉매체들은 촉매 조성물을 함유하고, 상기 촉매체들을 통하는 배기 가스 유동을 위한 유동 채널 또는 통로를 나타내는 물리적 구조물을 표시한다.
다수의 경우, 촉매 반응기의 모듈화된 구획들에 걸쳐 유동하는 배기 가스 스트림은 압력 강하를 경험한다. 압력 강하는 구조물들, 마찰력, 및 상기 배기 가스 스트림의 유동을 방해하거나 억제하는 기타 인자들로부터 기인할 수 있다. 압력 강하는 각종 비효율성을 초래할 수 있으며, 전력 생산과 같은 산업적 적용 과정에서 패라시틱 전력 손실(parasitic power loss)을 야기할 수 있다.
상기 내용을 고려하여, 하나의 측면에서, 본 발명은, 몇몇 양태에서 비효율성 및/또는 유체 스트림 압력 강하와 관련된 문제들을 완화시킬 수 있는 촉매 모듈들 및 촉매 반응기들을 제공한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들 및/또는 촉매 반응기들은 증가된 유효 촉매 단면적을 제공하고, 이에 의해, 질소 산화물들의 선택적 환원 시의 촉매 성능을 전혀 또는 거의 감소시키지 않으면서, 상기 촉매 모듈들 및/또는 촉매 반응기들을 통한 더 낮은 전체 압력 강하를 가능하게 한다.
하나의 측면에서, 촉매체들을 포함하는 촉매 모듈들이 본 명세서에서 기술된다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈은, 적어도 하나의 제1 촉매체와 적어도 하나의 제1 덕트(duct)를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매체를 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 촉매 모듈은 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
촉매 모듈은, 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈은, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체를 추가로 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 촉매체들에, 뿐만 아니라 상기 모듈의 상기 배출측의 제2 촉매체에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 촉매체들 및 제1 촉매체를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 하나 이상의 촉매 모듈들을 포함하는 촉매 반응기들이 제공된다. 몇몇 양태에서, 촉매 반응기는, 하우징, 및 상기 하우징 내에 배치된 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 촉매 모듈을 포함한다. 상기 하우징 내에 배치된 상기 촉매 모듈은, 몇몇 양태에서, 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 촉매 반응기는 적어도 하나의 제1 촉매 모듈과 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매 모듈과 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매 모듈에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매 모듈의 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 촉매 반응기는 다수의 제1 촉매 모듈들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매 모듈들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매 모듈들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매 모듈들의 유체 스트림 배출구이다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 반응기의 상기 유체 스트림 유입측 및/또는 유체 스트림 배출측의 촉매 모듈들은 본 명세서에 기재된 덕티드(ducted) 촉매 모듈들을 포함한다.
몇몇 양태에서, 촉매 반응기는, 상기 촉매 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매 모듈, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 반응기는, 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매 모듈을 추가로 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈을 위한 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매 모듈들에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 촉매 모듈들에, 뿐만 아니라 상기 반응기의 상기 배출측의 상기 제2 촉매 모듈들에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매 모듈들을 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 촉매 모듈들 및 제1 촉매 모듈을 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
또 다른 측면에서, 화학종 포집 장치(chemical species capture apparatus)가 본 명세서에서 기술된다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 장치는 적어도 하나의 제1 포집체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 포집체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 화학종 포집 장치는 다수의 제1 포집체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 포집체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 포집체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
화학종 포집 장치는, 몇몇 양태에서, 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집체, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 장치는 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집체를 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집체에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집체의 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 포집체들에, 뿐만 아니라 상기 장치의 상기 배출측의 제2 포집체에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집체들을 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 포집체들 및 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
포집체들은, 몇몇 양태에서, 유체 스트림으로부터 하나 이상의 화학종들을 제거하도록 작동 가능하다. 몇몇 양태에서, 포집체들은 유체 스트림으로부터 적어도 하나의 화학종들을 가역적으로 제거한다. 몇몇 양태에서, 포집체들은 유체 스트림으로부터 적어도 하나의 화학종들을 비가역적으로 제거한다.
또 다른 측면에서, 하나 이상의 화학종 포집 장치를 포함하는 화학종 포집 반응기들이 본 명세서에 기재된다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 반응기는, 하우징, 및 상기 하우징 내에 배치된 본 명세서에 기재된 적어도 하나의 포집 장치를 포함한다. 상기 하우징 내에 배치된 상기 포집 장치는, 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 제1 포집체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 포집체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구이다.
상기 하우징 내에 배치된 상기 포집 장치는, 몇몇 양태에서, 다수의 제1 포집체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 포집체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 포집체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 화학종 포집 반응기는, 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집 장치, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 반응기는, 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집 장치를 추가로 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치를 위한 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집 장치에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 포집 장치에, 뿐만 아니라 상기 반응기의 상기 배출측의 상기 제2 포집 장치에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집 장치를 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 포집 장치 및 제1 포집 장치를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
또 다른 측면에서, 유체 스트림을 처리하는 방법이 본 명세서에 기재된다. 하나의 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은, 적어도 하나의 제1 촉매체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 촉매 모듈을 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매체를 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 촉매체를 통과하고 상기 적어도 하나의 제2 덕트를 통해 상기 모듈의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트를 경유하여 상기 적어도 하나의 제2 촉매체를 통과한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은, 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 촉매 모듈을 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 촉매체들을 통과하고 상기 제2 덕트들을 통해 상기 모듈의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 촉매체들을 통과한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은, 적어도 하나의 제1 촉매 모듈과 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매 모듈과 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 촉매 반응기를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매 모듈에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매 모듈을 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 촉매 모듈을 통과하고 상기 적어도 하나의 제2 덕트를 통해 상기 반응기의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트를 경유하여 상기 적어도 하나의 제2 촉매 모듈을 통과한다.
유체 스트림 처리 방법은, 몇몇 양태에서, 다수의 제1 촉매 모듈들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매 모듈들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 촉매 반응기를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매 모듈들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매 모듈들을 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 촉매 모듈들을 통과하고 상기 제2 덕트들을 통해 상기 촉매 반응기의 외부로 이동한다. 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림의 제2 부분은 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 촉매 모듈들을 통과한다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매 반응기의 상기 유체 스트림 유입측 및/또는 유체 스트림 배출측의 촉매 모듈들은 본 명세서에 기재된 덕티드 촉매 모듈들을 포함한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은, 제1 포집체와 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 제2 포집체와 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 화학종 포집 장치를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트는 상기 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트는 상기 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 포집체를 통과하고 상기 제2 덕트를 통해 상기 장치의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 포집체를 통과한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은, 적어도 하나의 제1 포집체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 포집체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 화학종 포집 장치를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 통과하고 상기 적어도 하나의 제2 덕트를 통해 상기 장치의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트를 경유하여 상기 적어도 하나의 제2 포집체를 통과한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은, 다수의 제1 포집체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 포집체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 화학종 포집 장치를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 포집체들을 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 포집체들을 통과하고 상기 제2 덕트들을 통해 상기 장치의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 포집체들을 통과한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 화학종 포집 장치 및/또는 포집 반응기들을 통과하는 유체 스트림은 배기 가스 또는 연도 가스 스트림을 포함한다. 몇몇 양태에서, 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 석탄, 천연 가스 및/또는 석유 제품들을 비제한적으로 포함하는 하나 이상의 탄화수소 공급원의 연소에 의해 발생한다. 배기 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림은, 몇몇 양태에서, 질소 산화물(NOx)의 하나 이상의 화학종들을 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들을 통과하는 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 가스 터빈, 가스 보일러 또는 석탄-연소 보일러에 의해 발생한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들을 통과하는 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 열 회수 증기 발생기(HRSG: heat recovery steam generator)의 연소 성분 업스트림에 의해 발생한다. 몇몇 양태에서, HRSG의 연소 성분 업스트림은 가스 터빈을 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들을 통과하는 유체 스트림은 액체 스트림이다. 몇몇 양태에서, 액체 스트림은 상기 스트림으로부터 제거되어야 하는 하나 이상의 오염물질 또는 화학종을 포함한다. 몇몇 양태에서, 액체 스트림은 수성 액체 스트림을 포함할 수 있다. 몇몇 양태에서, 액체 스트림은 비수성 또는 유기 액체 스트림을 포함할 수 있다.
또한, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들 및/또는 촉매 반응기들에서 사용하기 위한 촉매체들은 일체형 구조 촉매체, 플레이트 촉매체, 파형 촉매체(corrugated catalyst body), 충전된 미립자 촉매, 또는 이들의 조합을 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들 및/또는 촉매 반응기들에서 사용하기 위한 촉매체들은 배기 가스 또는 연도 가스 스트림 중의 NOx의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위해 작동 가능하다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들 및/또는 촉매 반응기들에서 사용하기 위한 촉매체들은 배기 가스 또는 연도 가스 스트림으로부터의 일산화탄소 또는 다이옥신의 제거를 위해 작동 가능하다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 화학종 포집 장치에서 사용하기 위한 포집체들은 휘발성 유기 화합물(VOC) 경감, 수은 포집 및 연도 가스 탈황을 비제한적으로 포함하는 분야를 위해 작동 가능하다. 추가로, 몇몇 양태에서, 포집체들은 공기 분리 흡착제 또는 탈습 흡착제로서의 용도를 위해 작동 가능하다.
상기 및 기타 양태들을 아래의 상세한 설명에서 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 선행 기술 촉매 모듈의 하나의 양태를 예시한다.
도 2는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 단면도를 예시한다.
도 3은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 유입측의 평면도를 예시한다.
도 4는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 배출측의 평면도를 예시한다.
도 5는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 단면도를 예시한다.
도 6은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈에서 사용하기 위한 일체형 구조 촉매체를 예시한다.
도 7은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 단면도를 예시한다.
도 8은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 유입측의 평면도를 예시한다.
도 9는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 배출측의 평면도를 예시한다.
도 10은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 단면도를 예시한다.
도 2는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 단면도를 예시한다.
도 3은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 유입측의 평면도를 예시한다.
도 4는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 배출측의 평면도를 예시한다.
도 5는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 단면도를 예시한다.
도 6은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈에서 사용하기 위한 일체형 구조 촉매체를 예시한다.
도 7은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 단면도를 예시한다.
도 8은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 유입측의 평면도를 예시한다.
도 9는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 배출측의 평면도를 예시한다.
도 10은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 단면도를 예시한다.
본 발명은 하기 상세한 설명 및 도면 및 이들의 전후 설명을 참조로 더욱 쉽게 이해될 수 있다. 그러나, 본 발명의 구성요소들, 장치 및 방법들은 당해 상세한 설명 및 도면에 제시된 특정 양태들에 제한되지 않는다. 이들 양태는 본 발명의 원리의 예시에 지나지 않는다는 것을 인지해야 한다. 다수의 변형 및 조정이 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 당해 기술 분야의 숙련가들에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 선행 기술 촉매 모듈의 하나의 양태의 유입측의 평면도를 예시한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 상기 선행 기술 촉매 모듈(10)은 이의 내부에 배치된 일체형 구조 촉매체들(14)을 지지하기 위한 개방 금속 프레임워크(12)를 포함한다. 상기 일체형 구조 촉매체들(14)은, 상기 촉매체들(14)이 상기 프레임워크(12)의 단면적을 가로질러 완전히 충전시키도록, 상기 프레임워크(12) 내에서 서로 인접하여 배열된다. 그러나, 도 1에 제공된 촉매 모듈은, 상기 프레임워크(12)의 개방 성질을 나타내도록, 단지 부분적으로 촉매체들로 충전되어 있다. 배기 가스 스트림 유동이 상기 촉매체들(14)을 우회하는 것을 방지하기 위해 상기 촉매체들(14) 사이에 충전 재료들이 제공될 수 있다. 도 1에 예시된 모듈의 유효 촉매 단면적은 상기 모듈 프레임워크(12)의 단면적을 초과하지 않는다. 그 결과, 배기 스트림이 상기 모듈(10)의 상기 촉매체들(14)을 통과할 때의 압력 강하 및 기타 비효율성을 다루기 위한 제한된 선택사항들이 존재한다.
상기 내용을 고려하여, 본 발명은, 몇몇 양태에서 비효율성 및 유체 스트림 압력 강하와 관련된 문제들을 완화시킬 수 있는 촉매 모듈들 및 촉매 반응기들을 제공한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들 및/또는 촉매 반응기들은 증가된 유효 촉매 단면적을 제공하고, 이에 의해, 각종 유체 스트림의 처리 시의 촉매 성능을 전혀 또는 거의 감소시키지 않으면서, 상기 촉매 모듈들 및/또는 촉매 반응기들을 통한 더 낮은 전체 압력 강하를 가능하게 한다.
I. 촉매 모듈
하나의 측면에서, 촉매체들을 포함하는 촉매 모듈들이 본 명세서에서 기술된다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈은 적어도 하나의 제1 촉매체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매체를 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 촉매 모듈은 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
도 2는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 단면도를 예시한다. 도 2에 예시된 촉매 모듈(20)은 유체 스트림 유입측(22) 및 유체 스트림 배출측(23)을 갖는 프레임워크(21)를 포함한다. 상기 유체 스트림 유입측(22)은 다수의 제1 촉매체들(24) 및 다수의 제1 덕트들(25)을 포함한다. 상기 유체 스트림 배출측(23)은 다수의 제2 촉매체들(26) 및 다수의 제2 덕트들(27)을 포함한다. 상기 제1 덕트들(25)은 상기 제2 촉매체들(26)을 위한 유체 스트림 유입구인 반면, 상기 제2 덕트들(27)은 상기 제1 촉매체들(24)을 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 도 2에 예시된 유체 스트림 유입측(22)의 제1 촉매체(24)는 단일 촉매체를 포함한다. 몇몇 양태에서, 도 2에 예시된 유체 스트림 유입측(22)의 제1 촉매체(24)는 다수의 촉매체들을 포함한다. 제1 촉매체(24)가 다수의 촉매체들을 포함하는 몇몇 양태에서, 상기 연결된 제2 덕트(27)는 상기 촉매체들을 위한 공통의 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 몇몇 양태에서, 상기 연결된 제2 덕트(27)는 상기 다수의 촉매체들(24)로부터의 유체 스트림을 수용하기 위한 하나 이상의 채널 또는 배플(도시하지 않음)을 포함한다. 예를 들어, 몇몇 양태에서, 상기 연결된 제2 덕트(27)는 상기 다수의 촉매체들 각각으로부터의 유체 스트림을 수용하기 위한 채널 또는 배플을 포함한다.
또한, 몇몇 양태에서, 도 2에 예시된 유체 스트림 배출측(23)의 제2 촉매체(26)는 단일 촉매체를 포함한다. 몇몇 양태에서, 도 2에 예시된 유체 스트림 배출측(23)의 제2 촉매체(26)는 다수의 촉매체들을 포함한다. 제2 촉매체(26)가 다수의 촉매체들을 포함하는 몇몇 양태에서, 상기 연결된 제1 덕트(25)는 상기 촉매체들을 위한 공통의 유체 스트림 유입구로서 작용한다. 몇몇 양태에서, 상기 연결된 제1 덕트(25)는 유체 스트림을 상기 다수의 촉매체들 내로 유도하기 위한 하나 이상의 채널 또는 배플(도시하지 않음)을 포함한다. 예를 들어, 몇몇 양태에서, 상기 연결된 제1 덕트(25)는 유체 스트림을 상기 다수의 촉매체들 내로 유도하기 위한 채널 또는 배플을 포함한다.
도 2의 양태에서, 상기 제1 촉매체들(24) 및 제2 촉매체들(26)은 유체 유동 방향에 대해 정상인 유체 유입면을 갖는 것으로 예시된다. 몇몇 양태에서, 상기 제1 및/또는 제2 촉매체들의 유체 유입면들은 유체 유동 방향에 대해 기울어져 있거나 비정상적이다.
도 3은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 촉매 모듈의 유입측의 평면도를 예시한다. 도 3에 예시된 바와 같이, 상기 촉매 모듈(30)의 유입측(31)은 다수의 제1 촉매체들(32) 및 다수의 제1 덕트들(33)을 포함한다. 상기 제1 촉매체들(32)은 상기 제1 덕트들(33)의 열들(35)과 교호되는 열들(34) 내에 배열된다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매체들(32) 사이의 유체 스트림 유동을 억제 또는 방지하기 위해 열(34)의 개별 촉매체들(32) 사이에 충전 재료를 배치할 수 있다. 도 3에 예시된 양태에서, 상기 제1 덕트들(33)의 도입부 또는 개구부를 나타내기 위해 포스트들(36)이 사용된다.
또 다른 양태에서, 상기 제1 촉매체들은 상기 제1 덕트들의 컬럼들과 교호되는 컬럼들 내에 배열된다. 몇몇 양태에서, 이러한 컬럼 배열은 도 3의 평면도를 90도로 회전시켜서 예상할 수 있다.
도 4는 도 3에 예시된 촉매 모듈(30)의 배출측의 평면도를 예시한다. 상기 촉매 모듈(30)의 배출측(37)은 다수의 제2 촉매체들(38) 및 다수의 제2 덕트들(39)을 포함한다. 상기 제2 촉매체들(38)은 상기 제2 덕트들(39)의 열들(41)과 교호되는 열들(40) 내에 배열된다. 몇몇 양태에서, 상기 촉매체들(39) 사이의 유체 스트림 유동을 억제 또는 방지하기 위해 열(40)의 개별 촉매체들(38) 사이에 충전 재료를 배치할 수 있다. 도 4에 예시된 양태에서, 상기 제2 덕트들(39)을 나타내기 위해 포스트들(42)이 사용된다.
또 다른 양태에서, 상기 제2 촉매체들은 상기 제2 덕트들의 컬럼들과 교호되는 컬럼들 내에 배열된다. 몇몇 양태에서, 이러한 컬럼 배열은 도 4의 평면도를 90도로 회전시켜서 예상할 수 있다.
도 3에 예시된 촉매 모듈(30)의 유입측(31)의 제1 덕트들(33)은 도 4에 예시된 촉매 모듈(30)의 배출측(37) 위의 제2 촉매체들(38)을 위한 유체 스트림 유입구들이다. 또한, 상기 촉매 모듈(30)의 배출측(37)의 제2 덕트들(39)은 상기 제1 촉매체들(32)을 위한 유체 스트림 배출구들이다.
촉매 모듈은, 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈은 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 배치되는 다수의 추가 촉매체들, 및 상기 추가 촉매체들에 대한 추가 유체 스트림 유입구 덕트들, 및 상기 추가 촉매체들의 추가 유체 스트림 배출구 덕트들을 포함한다.
도 5는 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 추가 촉매체들을 포함하는 촉매 모듈의 단면도를 예시한다. 상기 촉매 모듈(50)은 다수의 제1 촉매체들(52) 및 다수의 제1 덕트들(53)을 포함하는 유체 스트림 유입측(51)을 포함한다. 상기 촉매 모듈은 다수의 제2 촉매체들(55) 및 다수의 제2 덕트들(56)을 포함하는 유체 스트림 배출측(54)을 포함한다. 상기 제1 덕트들(53)은 상기 제2 촉매체들(55)에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들(56)은 상기 제1 촉매체들(52)의 유체 스트림 배출구이다.
상기 촉매 모듈(50)은 상기 촉매 모듈(50)의 상기 유입측(51)과 상기 배출측(54) 사이에 위치하는 다수의 추가 촉매체들(57)을 추가로 포함한다. 상기 촉매 모듈(50)의 유입측(51)은 상기 추가 촉매체들(57)에 대한 추가 유체 스트림 유입구 덕트들(58)을 추가로 포함하고, 상기 배출측(54)은 상기 추가 촉매체들(57)의 추가 유체 스트림 배출구 덕트들(59)을 추가로 포함한다.
몇몇 양태에서, 촉매 모듈은 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체를 추가로 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 모듈의 상기 유입측과 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 촉매체들에, 뿐만 아니라 상기 모듈의 배출측의 제2 촉매체에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 촉매체들 및 제1 촉매체를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
도 10은 본 명세서에 기재된 하나의 양태에 따른 추가 촉매체들을 포함하는 촉매 모듈의 단면도를 예시한다. 상기 촉매 모듈(100)은 다수의 제1 촉매체들(102) 및 다수의 제1 덕트들(103)을 포함하는 유체 스트림 유입측(101)을 포함한다. 상기 촉매 모듈은 다수의 제2 촉매체들(105) 및 다수의 제2 덕트들(106)을 포함하는 유체 스트림 배출측(104)을 포함한다. 상기 제1 덕트들(103)은 상기 제2 촉매체들(105)에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들(106)은 상기 제1 촉매체들(102)의 유체 스트림 배출구이다.
상기 촉매 모듈(100)은 상기 촉매 모듈(100)의 상기 유입측(101)과 상기 배출측(104) 사이에 위치하는 다수의 추가 촉매체들(107)을 추가로 포함한다. 상기 제1 덕트들(103)은 상기 추가 촉매체들(107), 및 상기 모듈(100)의 배출측(104)에 있는 제2 촉매체들(105)을 위한 유체 스트림 유입구로서 작용한다. 또한, 상기 제2 덕트들(106)은 상기 제1 촉매체들(102) 및 상기 추가 촉매체들(107)을 위한 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 도 10의 양태에 예시된 바와 같이, 상기 촉매 모듈은, 유체 스트림을 상기 추가 촉매체들의 내부 및 외부로 유도하기 위한 별도의 추가 덕트들을 포함하지 않는다. 그러나, 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트들(103) 및/또는 상기 제2 덕트들(106)은 상기 추가 촉매체들(107)을 통한 유체 유동을 변화시키기 위한 하나 이상의 배플 구조물(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
이제, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들의 구성요소들로 되돌아오면, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들은 촉매체들을 포함한다. 본 발명의 목적들에 모순되지 않는 임의의 타입의 촉매체가 사용될 수 있다. 몇몇 양태에서, 촉매체들은 배기 또는 연도 가스 스트림 중의 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원(SCR)을 수행하기 위해 작동 가능하다.
몇몇 양태에서, 촉매체들은, 각각 전문이 본 명세서에 참조로 인용되는 미국 특허 제7,658,898호 및 미국 특허 출원 제10/801,140호 및 제11/122,261호에 기술된 일체형 구조 촉매체들을 비제한적으로 포함하는 일체형 구조 촉매체들을 포함한다.
도 6은 본 명세서에 기재된 촉매 모듈의 하나의 양태에서 사용하기 위한 벌집형 일체형 구조 촉매체를 예시한다. 도 6의 벌집형 일체형 구조 촉매체(60)는 외부 주변 벽(61) 및 다수의 내부 분할 벽들(62)을 표시한다. 상기 내부 분할 벽들(62)은 상기 벌집형 일체형 구조 촉매체를 통해 종방향으로 연장되는 다수의 유동 채널들 또는 셀들(63)을 한정한다. 몇몇 양태에서, 상기 외부 주변 벽(61) 및/또는 내부 분할 벽들(62)은, 그 위에 촉매 재료가 침착되어 있는 불활성 지지체 재료를 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 외부 주변 벽(61) 및/또는 내부 분할 벽들(62)은 촉매 활성 재료로 형성되어 있다.
몇몇 양태에서, 일체형 구조 촉매체는 50 내지 99.9중량%의 무기 산화물 조성물 및 적어도 0.1중량%의 촉매 활성 금속 관능 그룹을 포함하는 균질 화학 조성물을 포함할 수 있다. 상기 무기 산화물 조성물에는 티타니아(TiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2) 및/또는 이들의 혼합물이 비제한적으로 포함된다. 또한, 몇몇 양태에서, 상기 촉매 활성 금속 관능 그룹에는 금, 백금, 이리듐, 팔라듐 오스뮴, 로듐, 레늄, 루테늄, 오산화바나듐(V2O5), 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브덴(MoO3) 또는 기타 귀금속 또는 이들의 혼합물이 비제한적으로 포함된다. 추가의 양태에서, 상기 균질 화학 조성물은 이산화규소(SiO2)와 같은 기타 산화물들, 유리 섬유와 같은 보강제, 및/또는 압출 보조제를 30중량% 이하로 포함할 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 모듈들에 사용하기 위한 촉매체들은 플레이트 촉매를 포함한다. 플레이트 촉매는, 몇몇 양태에서, 그 위에 촉매 재료가 침착되어 있는 플레이트상 지지체를 포함한다. 예를 들어, 몇몇 양태에서, 플레이트 촉매체는, 그 위에 촉매 재료가 침착되어 있는 금속 플레이트 또는 와이어 메쉬 지지체를 포함한다. 플레이트 촉매의 지지체 위에 침착된 촉매 재료는, 몇몇 양태에서, 금, 백금, 이리듐, 팔라듐 오스뮴, 로듐, 레늄, 루테늄, 오산화바나듐(V2O5), 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브덴(MoO3) 또는 기타 귀금속 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
몇몇 양태에서, 촉매체들은 충전층 촉매(packed bed catalyst)를 포함한다. 충전층 촉매체들은, 몇몇 양태에서, 용기 내에 배치된 미립자 촉매 또는 과립상 촉매를 포함한다. 몇몇 양태에서, 미립자 또는 과립상 촉매는 무기 지지체 입자들 또는 과립들 위에 배치된 촉매 재료를 포함한다. 기타 양태에서, 입자들 또는 과립들은 촉매 재료로 형성되어, 상기 촉매 재료가 상기 입자체 전체에 걸쳐 잔류하도록 한다.
또한, 미립자 또는 과립상 촉매가 배치된 용기는 임의의 목적하는 모양을 가질 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 용기는 직사각형, 사각형 또는 기타 다각형을 갖는다. 몇몇 양태에서, 상기 용기는 원통형 또는 타원형을 갖는다.
몇몇 양태에서, 촉매체들은 파형 촉매를 포함한다. 파형 촉매는, 몇몇 양태에서, 일련의 파형 표면들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 파형 표면들은 파형이 아닌 표면들과 교호된다. 유동 수송을 위한 채널들은 상기 파형 표면들의 융기부들 및/또는 함몰부들을 교호시킴으로써 형성된다. 유동 수송을 위한 채널들은 또한, 존재한다면, 파형이 아닌 표면들에 의해서도 형성될 수 있다. 상기 파형 촉매의 표면들 중의 일부 또는 전부는 기판 재료 또는 지지체를 포함하고, 상기 기판 재료 또는 지지체 위 및/또는 내에 촉매 재료가 침착되거나 함침되어 있다. 상기 지지체 재료는, 몇몇 양태에서, 세라믹 섬유 또는 세라믹 페이퍼를 포함한다. 파형 촉매 지지체의 표면 위에 침착된 촉매 재료는, 몇몇 양태에서, 금, 백금, 이리듐, 팔라듐 오스뮴, 로듐, 레늄, 루테늄, 산화티타늄, 오산화바나듐(V2O5), 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브덴(MoO3) 또는 기타 귀금속 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 모듈들에 사용하기 위한 촉매체들은 리퍼비시된(refurbished) 형태, 세척된 형태 및/또는 재생된 형태를 비제한적으로 포함하는, 위에 기재된 촉매 타입들의 중고 형태들 중의 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 모듈들에 의해 제공되는 촉매 단면적의 증가는 중고 촉매체들의 수명을 연장시킬 수 있고, 이에 따라, 상기 중고 촉매체들의 교체를 지연시킬 수 있거나 상기 중고 촉매체들의 재생을 지연시킬 수 있다. 또한, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 모듈에 사용하기 위한 촉매체들은 새로운 촉매체들과 중고 촉매체들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 촉매 모듈들은, 상기 촉매체들이 배치된 프레임워크를 추가로 포함한다. 상기 프레임워크는 본 발명의 목적들에 모순되지 않는 임의의 디자인 및/또는 치수를 가질 수 있다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈의 상기 프레임워크는, 열 회수 증기 발생기 또는 가스 터빈의 연소 구성요소에 의해 생성된 연도 가스 스트림을 비제한적으로 포함하는 배기 또는 연도 가스 스트림 중의 질소 산화물들의 산업적인 선택적 촉매 환원(SCR)에 사용하기에 적합한 디자인 및 치수를 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈의 상기 프레임워크는 배기 가스 또는 연도 가스 스트림으로부터 일산화탄소 또는 다이옥신을 제거하는 데에 사용하기에 적합한 디자인 및 치수를 포함한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들 및/또는 반응기들의 파라미터 및 치수는 특정 분야에 따라 및/또는 상기 모듈 또는 반응기가 위치하는 환경에 따라 가변적일 수 있다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈들의 파라미터 및 치수는, 최대 압력 강하, 특정 분야에 적합한 최대 모듈 및/또는 반응기 치수 및 중량, 및/또는 상기 모듈 및/또는 상기 반응기의 목적하는 촉매 성능을 포함하는 각종 인자들에 따라 선택된다.
몇몇 양태에서, 촉매 모듈 및/또는 반응기의 다수의 제1 덕트들, 제2 덕트들 및 임의의 추가 덕트들은 본 발명의 목적들에 모순되지 않는 임의의 디자인 및/또는 치수를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 도 2에 예시된 바와 같이, 촉매 모듈의 덕트들은, 몇몇 양태에서, 테이퍼드(tapered) 디자인을 포함할 수 있다. 몇몇 양태에서, 도 2의 제1 촉매체들(24)과 제2 촉매체들(26) 사이의 거리는 증가할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 덕트들(25) 및 상기 제2 덕트들(27)의 길이가 증가할 수 있다. 제1 덕트(25) 및/또는 제2 덕트(27)의 길이의 증가는 더 점진적인 테이퍼링을 허용할 수 있고, 여기서, 상기 테이퍼링이 시작되는 변환 각도는 감소한다. 몇몇 양태에서, 상기 제1 촉매체들(24)과 상기 제2 촉매체들(26) 사이의 거리는 감소할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 덕트들(25) 및 상기 제2 덕트들(27)의 길이가 감소할 수 있다. 제1 덕트(25) 및/또는 제2 덕트(27)의 길이의 감소는 더 급격한 테이퍼링을 허용할 수 있고, 여기서, 상기 테이퍼링이 시작되는 변환 각도는 증가한다. 또한, 상기 제1 촉매체들(24)은, 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트들(27)의 테이퍼링 지점으로부터 임의의 목적하는 거리로 오프셋(offset)될 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 제2 촉매체들(26)은 상기 제1 덕트들(25)의 테이퍼링 지점으로부터 임의의 목적하는 거리로 오프셋될 수 있다.
추가로, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 임의의 모듈의 유입면 촉매 면적 및 유입면 덕트 면적은 방정식 I을 만족시킨다:
여기서, x는 1이다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 임의의 모듈의 유입면 촉매 면적 및 유입면 덕트 면적은 x가 1.1 또는 1.4인 방정식 I을 만족시킨다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 임의의 모듈의 유입면 촉매 면적 및 유입면 덕트 면적은 x가 2 또는 3인 방정식 I을 만족시킨다.
예를 들어, 도 2에 예시된 촉매 모듈에서, 상기 총 유입면 촉매 면적은 상기 제1 촉매체들(24)의 유입면 면적과 상기 제2 촉매체들(26)의 유입면 면적의 합이다. 상기 총 유입면 덕트 면적은 상기 모듈의 유체 스트림 유입측(22)에서 측정된 제1 덕트들(25)에 의해 점유된 총 면적이다. 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 추가 촉매가 위치하는 양태에서, 상기 추가 촉매의 유입면 면적은 총 유입면 촉매 면적의 측정에 사용된다. 또한, 추가 촉매와 연결된 추가 유입 덕트(들)는 총 유입면 덕트 면적의 측정에 사용된다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈의 덕트들은 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원(SCR)을 포함하는 산업적 유체 처리 분야에서 촉매체들과 함께 사용하기에 적합한 디자인 및 치수를 갖는다. 예를 들어, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들 및/또는 반응기들은 HRSG 또는 가스 터빈 배기 가스 처리 시스템들에서 분야를 발견한다.
추가로, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들의 덕트들은 본 발명의 목적들에 모순되지 않는 임의의 재료로 구성될 수 있다. 몇몇 양태에서, 상기 다수의 제1 덕트들, 제2 덕트들 및 임의의 추가 덕트들은 금속 또는 기타 내열 재료로 구성된다.
II. 촉매 반응기
또 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 하나 이상의 촉매 모듈들을 포함하는 촉매 반응기들이 제공된다. 몇몇 양태에서, 촉매 반응기는, 하우징, 및 상기 하우징 내에 배치된 적어도 하나의 촉매 모듈을 포함한다. 상기 하우징 내에 배치된 상기 촉매 모듈은, 몇몇 양태에서, 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 촉매 반응기는 적어도 하나의 제1 촉매 모듈과 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매 모듈과 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매 모듈에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매 모듈의 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 촉매 반응기는 다수의 제1 촉매 모듈들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매 모듈들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매 모듈들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매 모듈들의 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 촉매 반응기는 상기 촉매 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매 모듈, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 반응기는 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매 모듈을 추가로 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈을 위한 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매 모듈들에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 촉매 모듈들에, 뿐만 아니라 상기 반응기의 배출측의 상기 제2 촉매 모듈들에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 촉매 모듈들 및 제1 촉매 모듈을 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
촉매 반응기의 촉매 모듈들은 하나 이상의 촉매체들을 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 모듈들은 본 명세서에 기재된 상기 촉매체들 중의 어느 것을 포함한다. 몇몇 양태에서, 촉매 반응기의 촉매 모듈들은 본 명세서에 기재된 구성 및/또는 디자인 중의 어느 것을 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 단면도를 예시한다. 도 7에 예시된 촉매 반응기(70)는 유체 스트림 유입측(72) 및 유체 스트림 배출측(73)을 갖는 하우징(71)을 포함한다. 상기 유체 스트림 유입측(72)은 다수의 제1 촉매 모듈들(74) 및 다수의 제1 덕트들(75)을 포함한다. 상기 유체 스트림 배출측(73)은 다수의 제2 촉매 모듈들(76) 및 다수의 제2 덕트들(77)을 포함한다. 상기 제1 덕트들(75)은 상기 제2 촉매 모듈들(76)을 위한 유체 스트림 유입구인 반면, 상기 제2 덕트들(77)은 상기 제1 촉매 모듈들(74)을 위한 유체 스트림 배출구이다.
도 8은 본 발명의 하나의 양태에 따른 촉매 반응기의 유입측의 평면도를 예시한다. 도 8에 예시된 바와 같이, 상기 촉매 반응기(80)의 유입측(81)은 다수의 제1 촉매 모듈들(82) 및 다수의 제1 덕트들(83)을 포함한다. 상기 제1 촉매 모듈들(82)은 상기 제1 덕트들(83)의 열들(85)과 교호되는 열들(84) 내에 배열된다. 도 8에 예시된 양태에서, 상기 제1 덕트들(83)의 도입부를 나타내기 위해 포스트들(86)이 사용된다..
또 다른 양태에서, 상기 제1 촉매 모듈들은 상기 제1 덕트들의 컬럼들과 교호되는 컬럼들 내에 배열된다.
도 9는 도 8에 예시된 촉매 반응기(80)의 배출측의 평면도를 예시한다. 상기 촉매 반응기(80)의 배출측(87)은 다수의 제2 촉매 모듈들(88) 및 다수의 제2 덕트들(89)을 포함한다. 상기 제2 촉매 모듈들(88)은 상기 제2 덕트들(89)의 열들(91)과 교호되는 열들(90) 내에 배열된다. 도 9에 예시된 양태에서, 상기 제2 덕트들(89)을 나타내기 위해 포스트들(92)이 사용된다.
또 다른 양태에서, 상기 제2 촉매 모듈들은 상기 제2 덕트들의 컬럼들과 교호되는 컬럼들 내에 배열된다.
도 8에 예시된 촉매 반응기(80)의 유입측(81)의 제1 덕트들(83)은 도 9에 예시된 촉매 반응기의 배출측(87) 위의 제2 촉매 모듈들(88)을 위한 유체 스트림 유입구들이다. 또한, 상기 촉매 반응기(80)의 배출측(87)의 제2 덕트들(89)은 상기 제1 촉매 모듈들(82)을 위한 유체 스트림 배출구들이다.
본 명세서에 기재된 촉매 반응기들은 각종 유체 스트림 처리 분야에서 사용될 수 있다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 반응기들은 배기 또는 연도 가스 스트림 중의 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원(SCR)에서 분야를 발견한다. 몇몇 양태에서, 촉매 반응기들은 전력 생산 및/또는 제조 공정용 탄화수소 공급원의 연소와 같은 산업적 분야로부터 초래된 배기 또는 연도 가스 스트림의 SCR에서 분야를 발견한다. 또한, 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 반응기들은 배기 가스 또는 연도 가스 스트림으로부터 일산화탄소 또는 다이옥신을 제거하기 위해 작동 가능하다.
III. 화학종 포집 장치
또 다른 측면에서, 화학종 포집 장치가 본 명세서에서 기술된다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 장치는 적어도 하나의 제1 포집체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 포집체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 화학종 포집 장치는 다수의 제1 포집체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 포집체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 포집체들에 대한 유체 스트림 배출구이다.
화학종 포집 장치는, 몇몇 양태에서, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집체, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 장치는 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집체를 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집체에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집체의 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 장치의 상기 유입측과 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 포집체들에, 뿐만 아니라 상기 장치의 배출측의 제2 포집체에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집체들을 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 포집체들 및 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
포집체들은, 몇몇 양태에서, 유체 스트림으로부터 하나 이상의 화학종들을 제거하도록 작동 가능하다. 몇몇 양태에서, 포집체들은 유체 스트림으로부터 적어도 하나의 화학종들을 가역적으로 제거한다. 몇몇 양태에서, 포집체들은 액체 및/또는 기체 유체 스트림을 포함하는 유체 스트림으로부터 적어도 하나의 화학종들을 비가역적으로 제거한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 화학종 포집 장치에서 사용하기 위한 포집체들은 휘발성 유기 화합물(VOC) 경감, 수은 포집 및 연도 가스 탈황을 비제한적으로 포함하는 분야를 위해 작동 가능하다. 추가로, 몇몇 양태에서, 포집체들은 공기 분리 흡착제 또는 탈습 흡착제로서의 용도를 위해 작동 가능하다. 몇몇 양태에서, 포집체들은 수성 유체 스트림 또는 유기 유체 스트림으로부터 하나 이상의 화학종들을 제거하도록 작동 가능하다.
또 다른 측면에서, 하나 이상의 화학종 포집 장치를 포함하는 화학종 포집 반응기들이 본 명세서에서 기술된다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 반응기는, 하우징, 및 상기 하우징 내에 배치된 적어도 하나의 포집 장치를 포함한다. 상기 하우징 내에 배치된 포집 장치는, 몇몇 양태에서, 적어도 하나의 제1 포집체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 포집체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구이다.
상기 하우징 내에 배치된 포집 장치는, 몇몇 양태에서, 다수의 제1 포집체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 포집체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 포집체들을 위한 유체 스트림 배출구이다.
몇몇 양태에서, 화학종 포집 반응기는 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집 장치, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 화학종 포집 반응기는 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집 장치를 추가로 포함하고, 여기서, 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치에 대한 유체 스트림 유입구로서 작용하고, 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 추가 포집 장치를 위한 유체 스트림 배출구로서 작용한다. 제1 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집 장치에 대한 유체 스트림 유입구인 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트는 상기 추가 포집 장치에, 뿐만 아니라 상기 반응기의 배출측의 제2 포집 장치에도 유체 스트림을 제공한다. 제2 덕트가 상기 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 하나 이상의 추가 포집 장치를 위한 유체 스트림 배출구인 몇몇 양태에서, 상기 제2 덕트는 상기 추가 포집 장치 및 제1 포집 장치를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
IV. 유체 스트림 처리 방법
또 다른 측면에서, 유체 스트림 처리 방법이 본 명세서에서 기술된다. 하나의 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은 적어도 하나의 제1 촉매체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 촉매 모듈을 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매체를 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 촉매체를 통과하고 상기 적어도 하나의 제2 덕트를 통해 상기 모듈의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트를 경유하여 상기 적어도 하나의 제2 촉매체를 통과한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 촉매 모듈을 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매체들을 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 촉매체들을 통과하고 상기 제2 덕트들을 통해 상기 모듈의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 촉매체들을 통과한다.
몇몇 양태에서, 촉매 모듈은 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림의 일부는 상기 추가 유입 덕트를 통해 상기 적어도 하나의 추가 촉매체 내로 통과하고 상기 추가 배출 덕트를 통해 상기 모듈의 외부로 이동한다. 몇몇 양태에서, 상기 모듈은 상기 적어도 하나의 추가 촉매체를 위한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 포함하지 않는다. 이러한 양태에서, 상기 모듈의 유입측에 있는 하나 이상의 제1 덕트들은 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 유체 스트림의 일부를 제공하고, 하나 이상의 제2 덕트들은 상기 적어도 하나의 촉매체를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은 적어도 하나의 제1 촉매 모듈과 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 촉매 모듈과 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 촉매 반응기를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 촉매 모듈에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 촉매 모듈을 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 촉매 모듈을 통과하고 상기 적어도 하나의 제2 덕트를 통해 상기 반응기의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트를 경유하여 상기 적어도 하나의 제2 촉매 모듈을 통과한다.
유체 스트림 처리 방법은, 몇몇 양태에서, 다수의 제1 촉매 모듈들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매 모듈들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 촉매 반응기를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매 모듈들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 촉매 모듈들의 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 적어도 부분적으로는 상기 제1 촉매 모듈들을 통과하고 상기 제2 덕트들을 통해 상기 촉매 반응기의 외부로 이동한다. 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림의 제2 부분은 적어도 부분적으로는 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 촉매 모듈들을 통과한다.
몇몇 양태에서, 촉매 반응기는 상기 촉매 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매 모듈, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림의 일부는 상기 추가 유입 덕트를 통해 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈 내로 통과하고 상기 추가 배출 덕트를 통해 상기 반응기의 외부로 이동한다. 몇몇 양태에서, 상기 반응기는 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈을 위한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 포함하지 않는다. 이러한 양태에서, 상기 반응기의 유입측에 있는 하나 이상의 제1 덕트들은 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈에 유체 스트림의 일부를 제공하고, 하나 이상의 제2 덕트들은 상기 적어도 하나의 촉매 모듈을 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은 적어도 하나의 제1 포집체와 적어도 하나의 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 적어도 하나의 제2 포집체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 화학종 포집 장치를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트는 상기 적어도 하나의 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트는 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 포집체를 통과하고 상기 적어도 하나의 제2 덕트를 통해 상기 장치의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 적어도 하나의 제1 덕트를 경유하여 상기 적어도 하나의 제2 포집체를 통과한다.
몇몇 양태에서, 유체 스트림 처리 방법은 다수의 제1 포집체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 포집체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 화학종 포집 장치를 제공함을 포함하고, 여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들은 상기 제1 포집체들을 위한 유체 스트림 배출구이다. 상기 유체 스트림의 제1 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 포집체들을 통과하고 상기 제2 덕트들을 통해 상기 장치의 외부로 이동한다. 상기 유체 스트림의 제2 부분은, 몇몇 양태에서, 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 포집체들을 통과한다.
몇몇 양태에서, 화학종 포집 장치는 상기 포집 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집체, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함한다. 몇몇 양태에서, 상기 유체 스트림의 일부는 상기 추가 유입 덕트를 통해 상기 적어도 하나의 추가 포집체 내로 통과하고 상기 추가 배출 덕트를 통해 상기 포집 장치의 외부로 이동한다. 몇몇 양태에서, 상기 화학종 포집 장치는 상기 적어도 하나의 추가 포집체를 위한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 포집체를 위한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 포함하지 않는다. 이러한 양태에서, 상기 포집 장치의 유입측에 있는 하나 이상의 제1 덕트들은 상기 적어도 하나의 추가 포집체에 유체 스트림의 일부를 제공하고, 하나 이상의 제2 덕트들은 상기 적어도 하나의 포집체를 위한 유체 스트림 배출구를 제공한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들 및/또는 포집 장치를 통과하는 유체 스트림은 배기 가스 또는 연도 가스 스트림을 포함한다. 몇몇 양태에서, 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 석탄, 천연 가스 및/또는 석유 제품들을 비제한적으로 포함하는 하나 이상의 탄화수소 공급원의 연소에 의해 발생한다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들을 통과하는 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 가스 터빈, 가스 보일러 또는 석탄-연소 보일러에 의해 발생한다. 몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들을 통과하는 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 HRSG의 연소 성분 업스트림에 의해 발생한다. 몇몇 양태에서, HRSG의 연소 성분 업스트림은 가스 터빈을 포함한다.
몇몇 양태에서, 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들에 적어도 9,000lb/hr의 유동 속도로 제공된다. 몇몇 양태에서, 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들에 적어도 50,000lb/hr 또는 500,000lb/hr의 유동 속도로 제공된다. 몇몇 양태에서, 배기 가스 또는 연도 가스 스트림은 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들, 포집 장치 및/또는 포집 반응기들에 적어도 900,000lb/hr의 유동 속도로 제공된다.
배기 가스 스트림 또는 연도 가스 스트림은, 몇몇 양태에서, 질소 산화물(NOx)의 하나 이상의 화학종을 포함한다. 본 명세서에 기재된 배기 또는 연도 가스를 처리하는 방법의 몇몇 양태에서, 질소 산화물의 하나 이상의 화학종들은 선택적으로 촉매 분해된다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 배기 또는 연도 가스 스트림 처리의 몇몇 양태에서, 일산화탄소 및/또는 다이옥신이 상기 배기 또는 연도 가스 스트림으로부터 제거된다. 추가로, 몇몇 양태에서, 하나 이상의 VOC, 수은 또는 황 화학종들이 배기 가스 또는 연도 가스 스트림으로부터 포집되거나 달리 제거된다.
몇몇 양태에서, 본 명세서에 기재된 촉매 모듈들, 촉매 반응기들 및/또는 포집 장치를 통과하는 유체 스트림은 액체 스트림을 포함한다. 몇몇 양태에서, 액체 스트림은 상기 스트림으로부터 제거되어야 하는 하나 이상의 오염물질 또는 화학종을 포함한다. 몇몇 양태에서, 액체 스트림은 수성 액체 스트림을 포함할 수 있다. 몇몇 양태에서, 액체 스트림은 비수성 또는 유기 액체 스트림을 포함할 수 있다.
본 발명의 각종 양태들이 본 발명의 각종 목적들의 성취에서 기술되었다. 이들 양태는 본 발명의 원리의 예시에 지나지 않는다는 것을 인지해야 한다. 이들의 다수의 변형 및 조정이 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 당해 기술 분야의 숙련가들에게 쉽게 명백해질 것이다.
Claims (42)
- 적어도 하나의 제1 촉매체(catalyst body)와 적어도 하나의 제1 덕트(duct)를 포함하는 유체 스트림 유입측; 및
적어도 하나의 제2 촉매체와 적어도 하나의 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측
을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 덕트가 상기 적어도 하나의 제2 촉매체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 적어도 하나의 제2 덕트가 상기 적어도 하나의 제1 촉매체의 유체 스트림 배출구인, 촉매 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 유체 스트림 유입측이 다수의 제1 촉매체들 및 다수의 제1 덕트들을 추가로 포함하고, 상기 유체 스트림 배출측이 다수의 제2 촉매체들 및 다수의 제2 덕트들을 추가로 포함하며, 상기 제1 덕트들이 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들이 상기 제1 촉매체들의 유체 스트림 배출구인, 촉매 모듈.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 촉매체들의 열(row)을 적어도 하나 포함하는, 촉매 모듈.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 촉매체들의 다수의 열들을 포함하는, 촉매 모듈.
- 제4항에 있어서, 상기 제2 덕트들의 다수의 열들을 포함하는, 촉매 모듈.
- 제2항에 있어서, 상기 제2 촉매체들의 열을 적어도 하나 포함하는, 촉매 모듈.
- 제6항에 있어서, 상기 제2 촉매체들의 다수의 열들을 포함하는, 촉매 모듈.
- 제7항에 있어서, 상기 제1 덕트들의 다수의 열들을 포함하는, 촉매 모듈.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 덕트들 및 제2 덕트들 중의 적어도 하나가 테이퍼드(tapered)된, 촉매 모듈.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 덕트들의 개구부들을 적어도 부분적으로 한정하는 포스트(post)들을 추가로 포함하는, 촉매 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 모듈이 하기 방정식을 만족시키는, 촉매 모듈.
(상기 식에서, x는 1이다) - 제1항에 있어서, 상기 모듈이 하기 방정식을 만족시키는, 촉매 모듈.
(상기 식에서, x는 1.1이다) - 제1항에 있어서, 상기 모듈이 하기 방정식을 만족시키는, 촉매 모듈.
(상기 식에서, x는 1.4이다) - 제1항에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체가 일체형 구조 촉매체들을 포함하는, 촉매 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중의 적어도 하나가 플레이트 촉매체(plate catalyst body), 충전층 촉매체(packed bed catalyst body) 또는 파형 촉매체(corrugated catalyst body)를 포함하는, 촉매 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중의 적어도 하나가 중고 촉매체(used catalyst body)인, 촉매 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체를 추가로 포함하는, 촉매 모듈.
- 제2항에 있어서, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 다수의 추가 촉매체들을 추가로 포함하는, 촉매 모듈.
- 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함하는, 촉매 모듈.
- 제18항에 있어서, 상기 추가 촉매체들에 대한 다수의 추가 유체 스트림 유입구 덕트들, 및 상기 추가 촉매체들의 다수의 추가 유체 스트림 배출구들을 추가로 포함하는, 촉매 모듈.
- 제1 구조 촉매체들의 다수의 열들, 및 제1 덕트들의 다수의 열들을 포함하는 유체 스트림 유입측; 및
제2 구조 촉매체들의 다수의 열들, 및 제2 덕트들의 다수의 열들을 포함하는 유체 스트림 배출측
을 포함하고, 상기 제1 덕트들이 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들이 상기 제1 촉매체들의 유체 스트림 배출구이며, 상기 모듈이 하기 방정식을 만족시키는, 촉매 모듈.
(상기 식에서, x는 1 또는 1.1이다) - 제21항에 있어서, 상기 제1 구조 촉매체들 및 상기 제2 구조 촉매체들 중의 적어도 하나가 중고 구조 촉매체들을 포함하는, 촉매 모듈.
- 적어도 하나의 촉매 모듈을 포함하는 촉매 반응기로서,
상기 적어도 하나의 촉매 모듈이,
다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측; 및
다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측
을 포함하고, 상기 제1 덕트들이 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들이 상기 제1 촉매체들의 유체 스트림 배출구인,
촉매 반응기. - 제23항에 있어서, 상기 제1 촉매체들 및 상기 제2 촉매체들 중의 적어도 하나가 일체형 구조 촉매체들을 포함하는, 촉매 반응기.
- 제23항에 있어서, 상기 제1 촉매체들 및 상기 제2 촉매체들 중의 적어도 하나가 플레이트 촉매체들, 충전층 촉매체들 또는 파형 촉매체들을 포함하는, 촉매 반응기.
- 제23항에 있어서, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매체의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함하는, 촉매 반응기.
- 제23항에 있어서, 상기 모듈의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 다수의 추가 촉매체들, 및 상기 추가 촉매체들에 대한 다수의 추가 유체 스트림 유입 덕트들, 및 상기 추가 촉매체들의 다수의 추가 유체 스트림 배출구 덕트들을 추가로 포함하는, 촉매 반응기.
- 가스 터빈, 가스 보일러 또는 석탄-연소 보일러로부터의 연도 가스 스트림을 처리하기에 적합한 치수를 갖는 적어도 하나의 촉매 모듈을 포함하는 촉매 반응기로서,
상기 적어도 하나의 촉매 모듈이,
제1 구조 촉매체들의 다수의 열들, 및 제1 덕트들의 다수의 열들을 포함하는 연도 가스 스트림 유입측; 및
제2 구조 촉매체들의 다수의 열들, 및 제2 덕트들의 다수의 열들을 포함하는 연도 가스 스트림 배출측
을 포함하고, 상기 제1 덕트들이 상기 제2 촉매체들에 대한 연도 가스 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들이 상기 제1 촉매체들의 연도 가스 스트림 배출구이고, 상기 모듈이 하기 방정식을 만족시키는,
촉매 반응기.
(상기 식에서, x는 1 또는 1.1이다) - 제28항에 있어서, 상기 제1 구조 촉매체들 및 상기 제2 구조 촉매체들 중의 적어도 하나가 중고 구조 촉매체들을 포함하는, 촉매 반응기.
- 제28항에 있어서, 상기 가스 터빈이 열 회수 증기 발생기(heat recovery steam generator)의 업스트림인, 촉매 반응기.
- 다수의 제1 촉매 모듈들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측; 및
다수의 제2 촉매 모듈들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측
을 포함하고, 상기 제1 덕트들이 상기 제2 촉매 모듈들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들이 상기 제1 촉매 모듈들의 유체 스트림 배출구인, 촉매 반응기. - 제31항에 있어서, 상기 제1 촉매 모듈들 및 상기 제2 촉매 모듈들 중의 적어도 하나가 다수의 촉매체들을 포함하는, 촉매 반응기.
- 제31항에 있어서, 상기 촉매 반응기의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매 모듈, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈에 대한 적어도 하나의 추가 유체 스트림 유입 덕트, 및 상기 적어도 하나의 추가 촉매 모듈의 적어도 하나의 추가 유체 스트림 배출 덕트를 추가로 포함하는, 촉매 반응기.
- 다수의 제1 촉매체들과 다수의 제1 덕트들을 포함하는 유체 스트림 유입측, 및 다수의 제2 촉매체들과 다수의 제2 덕트들을 포함하는 유체 스트림 배출측을 포함하는 적어도 하나의 촉매 모듈(여기서, 상기 제1 덕트들은 상기 제2 촉매체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들 상기 제1 촉매체들의 유체 스트림 배출구이다)을 제공하고;
상기 유체 스트림의 제1 부분을 상기 제1 촉매체들을 통해 통과시키고 상기 제2 덕트들을 통해 상기 모듈의 외부로 이동시킴
을 포함하는 유체 스트림의 처리 방법. - 제34항에 있어서, 상기 유체 스트림의 제2 부분을 상기 제1 덕트들을 경유하여 상기 제2 촉매체들을 통과시킴을 추가로 포함하는, 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 적어도 하나의 촉매 모듈이 상기 유체 스트림 유입측과 유체 스트림 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 촉매체를 추가로 포함하고, 상기 유체 스트림의 일부가 상기 적어도 하나의 추가 촉매체를 통과하는, 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 유체 스트림이 가스 터빈, 가스 보일러 또는 석탄-연소 보일러에 의해 발생되는 연도 가스 스트림인, 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 가스 터빈이 열 회수 증기 발생기의 업스트림인, 방법.
- 제1 포집체와 제1 덕트를 포함하는 유체 스트림 유입측; 및
제2 포집체와 제2 덕트를 포함하는 유체 스트림 배출측
을 포함하고, 상기 제1 덕트가 상기 제2 포집체에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트가 상기 제1 포집체의 유체 스트림 배출구인, 화학종 포집 장치. - 제39항에 있어서, 상기 유체 스트림 유입측이 다수의 제1 포집체들 및 다수의 제1 덕트들을 추가로 포함하고, 상기 유체 스트림 배출측이 다수의 제2 포집체들 및 다수의 제2 덕트들을 추가로 포함하며, 상기 제1 덕트들이 상기 제2 포집체들에 대한 유체 스트림 유입구이고, 상기 제2 덕트들이 상기 제1 포집체들의 유체 스트림 배출구인, 화학종 포집 장치.
- 제39항에 있어서, 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 적어도 하나의 추가 포집체를 추가로 포함하는, 화학종 포집 장치.
- 제40항에 있어서, 상기 장치의 상기 유입측과 상기 배출측 사이에 위치하는 다수의 추가 촉매체들을 추가로 포함하는, 화학종 포집 장치.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |