KR20140023238A - 촉매 필터 모듈 및 이를 포함하는 촉매 필터 시스템 - Google Patents

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Abstract

필터 시스템에 높은 충전 밀도(packing density)로 내장할 수 있는 가스상 유체용 촉매 필터 모듈을 제안한다. 상기 필터 모듈은 블록(block)형 필터 요소, 촉매 요소 및 청정 가스 수집 및 배출용 배열부를 포함한다. 상기 촉매 요소는 필터 요소와 실질적으로 동일 공간에 있고, 상기 필터 요소는 공급 면 및 그의 반대 측부에 배출 면을 가지며, 상기 배출 면에서 여과물이 탈출하여 촉매 요소의 상류 면에서 수용된다. 상기 가스상 유체가 상기 상류 면의 반대쪽에 있는 청정 가스 면에서 청정 가스로서 상기 촉매 요소를 탈출한다. 상기 청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 상기 촉매 요소의 상기 청정 가스 면의 전체를 가로질러 연장하는 하나 이상의 채널을 포함하고, 상기 하나 이상의 채널은 상기 청정 가스 유동의 방향을 바꾸어 상기 청정 가스 유동이 상기 필터 모듈의 측부 면에 있는 상기 필터 모듈의 청정 가스 배출 개구부까지 상기 촉매 요소의 상기 촉매 가스 면의 수직면에 대해 횡방향으로 진행하게 한다.

Description

촉매 필터 모듈 및 이를 포함하는 촉매 필터 시스템{Catalytic filter module and catalytic filter system comprising same}
본 발명은 촉매 필터 모듈 및 이를 포함하는 촉매 필터 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 촉매 필터 모듈 및 촉매 필터 시스템은 입자의 합동 제거 및 가스상 유체 중의 가스상 성분의 촉매적 제거를 위해 흔히 사용된다. 그러한 적용의 한 예는 연도 또는 배기 가스로부터의 입자 및 산화질소의 합동 제거이다.
연도 가스의 정화를 위한 필터 시스템은, 허니콤(honey-comb) 구조의 배리어 필터 요소를 별개의 촉매 요소와 함께 하우징 내에 수용하는 미국 특허 5,318,755로부터 공지되었다. 먼저, 생 가스(raw gas)를 배리어 필터 요소를 통해 청정 가스 공간으로 통과시킨 후, 상기 청정 가스 공간에서 허니콤 구조의 촉매 요소로 통과시킨다. 상기 촉매 요소는 실질적으로 필터 요소와 동일한 공간에 있다. 청정 가스는 실질적으로, 필터 요소 및 촉매 요소 내에서의 유동 흐름에 실질적으로 평행한 방향으로 하우징에서 배출된다.
실린더형 필터 캔들(candle)의 형태인 촉매 필터 모듈 및 필터 용기 내에 그를 포함하는 여과 시스템은, 열 가스 여과에 대한 미국 특허 6,863,868에 제안되어 있다. 상기 필터 캔들은 소결된 입자들의 단일 다공성 보디(body)를 가지며, 상기 입자는 그의 표면이 촉매층으로 코팅되어 있다. 필터 캔들의 상류 또는 공급부 표면은 미립자를 포함하는 다공성 멤브레인으로 덮혀있다. 청정 가스는 필터 캔들 내에 축적되고, 상기 필터 캔들로부터 공통의 청정 가스 공간 중으로 인출되고, 상기 공간으로부터 시스템의 용기로 배출된다.
종래 기술에서 실린더형 단일 필터 캔들의 형태인 촉매 필터 모듈은 통상적으로 세라믹 재료로 만들어진다. 통상적인 촉매 세라믹 필터 캔들은 길이가 통상적으로 2 m 또는 때로 심지어 3 m인데, 소결된 세라믹 재료의 기계적 성질 및 필터 시스템 작동 동안의 기계적 스트레스로 인하여 상기 길이는 추가로 증가시킬 수 없다. 따라서, 개별 캔들의 필터 영역이 제한되고, 더 높은 체적 유량을 처리하기 위해서는 수천 또는 수만의 필터 캔들이 필수적이다. 그와 같은 많은 수의 촉매 필터 캔들을 수용하기 위해서는, 매우 큰 필터 용기 또는 동시에 작동시킬 몇가지 용기들이 필요하다.
그러나, 열 가스 여과 적용에서의 체적 유량은 약 1 백만 m3/h 이상까지일 수 있는데, 이것은 통상의 촉매 세라믹 필터 캔들의 용도로는 너무 높은 것이다.
본 발명의 목적은 높은 충전 밀도(packing density)로 필터 시스템에 내장할 수 있는 필터 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제1항에 따른 필터 모듈에 의해 해결된다.
본 발명의 촉매 필터 모듈은 체적당 높은 필터 영역을 제공하고, 필터 시스템 내에 높은 밀도로 용이하게 충전될 수 있다. 따라서, 본 발명의 촉매 필터 모듈은, 모듈을 수용하는 필터 용기가 경제적으로 합리적인 크기를 여전히 가지면서도, 매우 높은 체적 유량에 대한 해결책을 제공한다.
촉매 필터 모듈 및 이를 포함하는 시스템은 전통적인 열 가스 여과에 유익하게 사용될 수 있다. 또한, 적용 분야는 바이오매스 가스화, 소결 공장과 코크스 제조 공장의 배출 가스 청정화, 발전소와 소각로의 배출 가스 청정화, FCC (유체 촉매 분해) 단위에서와 같은 정제 공정, 또는 화학적 방법에서, 시멘트 산업에서 등이다.
도 1a는 본 발명의 제1 구현예에 따른 촉매 필터 모듈을 나타내고;
도 1b는 안전 퓨즈 기능을 장착한 도 1a의 촉매 필터 모듈을 나타내고;
도 2는 본 발명의 제2 구현예에 따른 촉매 필터 모듈을 나타내고;
도 3은 본 발명의 제3 구현예에 따른 촉매 모듈을 나타내고;
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 촉매 필터 모듈을 내장한 촉매 필터 시스템의 제1 구현예 및 그의 상세사항을 도식적으로 나타내고;
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 촉매 필터 모듈을 내장한 촉매 필터 시스템의 제2 구현예 및 그의 상세사항을 도식적으로 나타낸다.
본 발명의 촉매 필터 모듈은 블록 형상의 필터 요소, 촉매 요소 및 청정 가스 수집 및 배출용 배열부를 포함한다.
필터 요소 및 촉매 요소는 실질적으로 서로 같은 공간에 존재한다. 필터 요소는 그의 상류 또는 공급면에서 공급 가스 (예를 들어, 연도 가스 또는 열 가스)를 수령한다. 필터 요소의 블록 형상 보디의 반대측 표면(하기에서 여과물 측부) 또는 배출면)상에 여과물이 존재하여 촉매 요소의 상류 면에 의해 수용된다.
촉매 요소는, 작은 틈을 갖는 필터 요소의 여과물 측부에서 필터 요소와 촉매 요소의 사이에 배치될 수 있다. 다른 바람직한 구현예에서, 촉매 요소는 필터 요소와 직접 접촉하여 위치하고, 여과 가스 내에 여전히 포함된 가스상 성분의 촉매적 처리를 위해 여과물을 바로 수령한다.
청정 가스는 촉매 요소의 청정 가스 면에서 촉매 요소를 탈출한다. 필터 요소와 촉매 요소를 통과할 때 가스의 유동 방향은 실질적으로 균일하고 선형이다.
청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 촉매 요소의 청정 가스 전체 면을 실질적으로 가로질러 연장하고 촉매 요소로부터의 청정 가스 유동을 수령한다. 청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 청정 가스 유동의 방향을 바꾸고 청정 가스 유동이 촉매 요소의 청정 가스 면의 수직면에 대해 횡방향으로 진행하게 한다. 청정 가스는 본 발명의 모듈의 측부에 있는 개구부를 통해 본 발명의 모듈을 탈출한다.
상기 디자인으로 인하여, 필터 요소, 촉매 요소 및 청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 매우 조밀한 구조로 제공될 수 있고 촉매 필터 시스템의 하우징 또는 용기 내에 체적당 많은 수로 실장된다.
본 발명의 촉매 필터 모듈의 필터 요소는 구체적인 여과 적용 사항에 따른 상이한 디자인들에서 선택될 수 있다.
통상적인 디자인으로는 멤브레인, 필름, 시트, 디스크 및 허니콤 구조의 요소가 포함된다.
바람직하게는, 필터 요소는 소결된 세라믹, 금속 또는 플라스틱 재료로 만들어진다.
필터 요소는, 접착, 용접 또는 소결함으로써 또는 서브단위들을 공통의 프레임에 수용함으로써 서로 부착된 복수의 서브단위로서 또는 단일 구조로서 디자인될 수 있다.
높은 여과 면적이 필요할 경우에는 허니콤 구조의 필터 요소가 바람직하다. 허니콤 구조의 필터 요소는 통상적으로, 동일 공간에 동시에 배치된 복수의 생 가스 덕트(duct) 및 여과물 덕트를 가지며, 상기 생 가스 덕트는 필터 요소의 생 가스 측부 또는 공급 면에서 개방되고 여과물 측부 또는 그의 배출 면에서 폐쇄된다. 여과물 덕트는 필터 요소의 생 가스 측부에서 폐쇄되고 여과물 측부에서 개방된다. 생 가스 덕트와 여과물 덕트는 다공성의 관상 벽부(tubular wall part)에 의해 서로 분리된다.
필터 요소의 관상 벽부의 바람직한 축 길이는 약 10 mm 내지 약 300 mm, 더 바람직하게는 약 30 mm 내지 약 200 mm, 가장 바람직하게는 약 50 mm 내지 약 150 mm의 범위이다. 관상 벽부의 상기 바람직한 축 길이는, 심지어는 필터 요소의 세로축이 수평 배향된 경우에서도 역펄싱(back-pulsing) 동안에 입상 물질이 필터 요소로부터 효율적으로 배출되게 하여준다.
단위체의 공급 측부의 단면적 10 cm2 당 필터 요소의 수는 바람직하게는 약 1 내지 약 100개, 더 바람직하게는 2 내지 약 10개의 범위이다. 통상적으로, 10 cm2 단면적 당 동일한 수의 청정 가스 덕트가 제공된다.
관상 벽부는, 모서리(edge) 길이가 약 3 mm 내지 약 20 mm, 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 10 mm인 정사각형 면역에 대응하는 단면적을 갖는다. 또한, 대응하는 단면적은 기타 직사각형, 타원형 또는 원형 단면으로 디자인된 필터 요소에서도 바람직하다.
관상 벽부의 평균 다공도 및 선택적으로는 생 가스 덕트 및/또는 청정 가스 덕트의 폐쇄된 단부의 평균 다공도는 약 25 체적% 내지 약 90 체적%의 범위이다.
필터 요소를 필터 시스템의 필터 용기 내에 수용하면서도 필터 요소를 재생시키기 위해, 여과 작업 동안에 생 가스 덕트 내에 수집된 입상 물질을 탈착 및 제거하는 가스 역 펄스를 적용한다.
본 발명의 촉매 필터 모듈은 통상적으로, 수직 배향된 필터 요소의 생 가스 측부를 갖는 촉매 필터 시스템의 하우징 내에 수용된다.
그의 생 가스 측부에 수직하는 필터 요소의 생 가스 덕트의 배향은 생 가스 덕트로부터 입상 물질의 효과적인 역펄싱 및 제거를 이미 허용한다. 역펄싱 동안의 생 가스 덕트로부터의 입상물 제거 효율은, 생 가스 덕트(및 마찬가지로 여과물 덕트)를 경사 배향시킴으로써 추가로 개선될 수 있다. 생 가스 덕트의 세로축과 공급면의 수직축 사이의 각도는 바람직하게는 약 10°내지 약 60°, 바람직하게는 약 30°내지 약 60°의 범위이고, 상기 생 가스 덕트의 최저 부분이 이들의 개방 단부이다.
필터 요소의 바람직한 기공 크기는 약 0.1　㎛ 내지 약 150　㎛, 더 바람직하게는 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 가장 바람직하게는 약 2 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 범위이다. 일부 구현예에서, 필터 요소는 미세 여과용으로 디자인되고, 약 1　㎛ 미만, 예를 들어, 약 0.5　㎛까지 작아진 입자를 보유할 수 있다.
본 발명의 제1 바람직한 구현예에 따른 촉매 요소는, 유동층 또는 고정층 형태로 촉매 입상 물질을 수용하는 구획부를 갖는다.
유동층 또는 고정층 촉매 입자는 바람직하게는 평균 입자 크기가 약 10 ㎛ 내지 약 30 mm, 더 바람직하게는 약 100 ㎛ 내지 약 10 mm이다.
제2 바람직한 구현예에서, 촉매 요소는 소결 그레인 및/또는 섬유상 재료 또는 발포 재료로 만들어진 보디를 포함한다. 촉매 요소는 세라믹 또는 금속 재료로 만들어질 수 있다. 일부 경우에서, 세라믹 또는 금속 재료는 특수한 적용의 경우에는 그 자신이 충분히 촉매 활성을 가질 수 있거나 또는 촉매를 포함할 수 있고, 선택적으로는, 예를 들어 촉매 요소의 보디를 함침 또는 코팅함으로써, 촉매를 촉매 요소의 보디에 적용할 수 있다.
통상적으로 말하자면, 촉매 요소는 상당히 다양한 구조, 예를 들어, 허니콤 구조, 카세트 타입, 디스크형 또는 플레이트형 또는 섬유 매트 형태일 수 있다. 촉매 요소는 단일 구조를 가질 수 있거나 또는 몇가지 서브단위로 구성될 수 있다.
촉매 요소의 보디는 바람직하게는 허니콤 구조를 갖는다. 허니콤 구조는 필터 요소에 대한 상세한 설명과 연관하여 설명한 허니콤 구조와 동일한 디자인을 가질 수 있다. 그러나, 통상적으로, 필터 요소의 덕트는 한쪽 단부가 폐쇄된 것과 대조적으로, 촉매 요소의 허니콤 구조의 덕트는 그의 양쪽 단부가 개방되어 있다.
제1 바람직한 구현예에 비하여 제2 바람직한 구현예가 갖는 이점은 촉매 요소가 더 낮은 델타 p를 가지고 디자인될 수 있고, 촉매 활성 성분이 보다 균질하게 분포되도록 디자인될 수 있다는 것이다.
촉매 요소에서의 더 낮은 압력 강하는, 필터 모듈의 재생 동안에 역펄싱이 보다 효과적이도록 하여준다.
바람직하게는, 촉매 요소의 기공 크기는 필터 요소의 기공 크기보다 더 크다. 따라서, 촉매 요소는 필터 모듈의 필터 효과에 눈에 띄게 기여하지는 않는다. 즉, 촉매 요소는 입상 물질을 공급 가스에서 분리하는 데에는 거의 적극적으로 연관되지 않는다.
바람직한 촉매 요소의 평균 기공 크기는 약 10 내지 약 500 ㎛, 더 바람직하게는 약 50 내지 약 200 ㎛의 범위이다.
세라믹 발포체로 만들어진 바람직한 촉매 요소는 기공 밀도가 약 10 내지 약 60 ppi (1인치당 기공수), 더 바람직하게는 약 30 내지 45 ppi인 것을 특징으로 할 수 있다. 세라믹 발포체는 바람직하게는 평균 입자 크기가 약 0.1 내지 약 100 ㎛, 더 바람직하게는 약 0.3 내지 약 30 ㎛인 소결 입자로 만들어진다.
섬유의 평균 섬유 직경이 약 1 내지 50 ㎛, 더 바람직하게는 약 2 내지 10 ㎛인 세라믹 섬유로 만들어진 다공성 보디 형태의 촉매 요소가 바람직하다. 바람직한 섬유 길이는 약 1 내지 약 20 mm의 범위이다.
본 발명의 촉매 필터 모듈에 사용되는 촉매 요소는 안전 필터층이 있는 상류 표면에 제공될 수 있다. 이 때, 촉매 요소는 추가로 안전 퓨즈의 기능을 갖는다.
촉매 활성이 특정 적용의 요건에 부합하도록 하기 위해, 촉매 필터 모듈이 상이하고 조합된 촉매 활성을 갖도록 디자인할 수 있다. 통상적인 촉매 활성은 예를 들어, 산화환원 반응, NO 환원 또는 타르 제거이다.
적용처에 따라서, 본 발명의 필터 모듈에는 제1 촉매 요소의 촉매 활성과는 상이한 촉매 활성을 제공하는 제2 촉매 요소가 장착될 수 있다.
청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 하나 이상의 병렬 채널들을 갖도록 디자인될 수 있다. 바람직하게는 채널은 촉매 요소의 청정 가스 면에 수직하는 방향에서의 간극(clearance)으로서 측정했을 때의 높이가, 촉매 요소의 청정 가스 면에서 필터 요소의 공급 면까지 거리의 약 0.1 내지 약 0.7배, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 0.5배의 범위이다.
본 발명의 또다른 양태에 따르면, 필터 모듈은 블록(block)형 필터 요소와 촉매 요소의 제1 세트 및 블록형 필터 요소와 촉매 요소의 제2 세트를 포함할 수 있고, 두 세트 모두를 제공하며, 상기 제1 및 제2 세트들은 서로 공간적으로 떨어져서 배치되고, 개별 촉매 요소의 청정 가스 면들은 서로 등을 맞대로 배향되고, 상기 제1 및 제2 세트의 촉매 요소의 청정 가스 면에서 청정 가스를 수령하는 청정 가스 수집 및 배출용 배출부가 상기 제1 및 제2 세트 사이에 위치한다. 바람직하게는, 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 하나 이상의 채널은 상기 세트들의 청정 가스 면에 수직하는 방향에서의 간극으로서 측정했을 때의 높이가, 일 세트의 촉매 요소의 청정 가스 면에서 필터 요소의 공급 면까지 거리의 약 0.2 내지 약 1.4배, 더 바람직하게는 약 0.6 내지 약 1배의 범위이다.
본 발명의 또다른 양태에 따르면, 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 채널은 필터 모듈의 촉매 요소의 청정 가스 면에 대해 약 30°이상, 바람직하게는 약 60°이상, 더 바람직하게는 약 90°의 각도로 세로 방향으로 배향된다.
바람직한 구현예에서, 상기 편각은, 필터 모듈의 블록형 단위체(들)의 배출 측부를 가로질러 연장되는 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 채널(들)의 벽 또는 벽들의 배향으로서 정의된다.
바람직하게는, 등을 맞대고 배치된 필터 요소와 촉매 요소의 세트들에는, 병렬 배향의 배출 면이 제공된다. 이 때, 청정 가스 덕트를 탈출하는 청정 가스의 편각은 약 90°이다.
그러나, 등을 맞대고 배치된 블록형 단위체들은 병렬 배향을 방향 전환하여 배치한 배출 측부 표면을 가질 수 있다. 그러나, 청정 가스 덕트를 탈출하는 청정 가스의 편각은 바람직하게는 약 30°이상, 더 바람직하게는 약 60°이상이다.
바람직한 본 발명의 촉매 필터 모듈은, 통상의 실린더형 필터 캔들과 유사한 튜브 시트에 의존하는 필터 시스템의 용기 내에 위치할 수 있는 직사각형 단면의 촉매 필터 캔들로서 디자인된다.
필터 모듈은, 몇몇 서브단위를 포함하고 상기 서브단위를 함께 접착, 소결 또는 용접하거나 상기 서브단위를 공통 프레임 내에 수용함으로써 조립한 필터 요소로 만들어질 수 있다. 촉매 요소는 필터 요소의 모든 서브 단위 또는 몇몇 서브단위에 대해 제공하는 단일 요소로 이루어질 수 있는데, 예를 들어, 촉매 요소의 하나의 서브단위가 필터 요소의 4개 서브단위에 대해 제공되거나 촉매 요소의 서브단위가 수에 있어서 필터 요소를 구성하는 서브단위의 수에 대응한다.
또한, 본 발명의 필터 모듈은 하우징 내로의 필터 모듈 실장을 용이하게 하는 프레임을 그의 측부 면에 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 설명한 하우징 내에 하나 이상의 촉매 필터 모듈을 내장한 촉매 필터 시스템에 관한 것이다.
상기 하우징은 생 가스 및 청정 가스 챔버로 분리된 내부 공간을 포함한다. 필터 모듈(들)은 상기 내부 공간 내에 배치되고, 필터 요소(들)의 공급 면(들)은 실질적으로 수직 배향하고 생 가스 챔버와 유체 소통한다. 필터 모듈(들)의 청정 가스 배출용 개구부(들)는 하우징의 청정 가스와 유체 소통한다. 선택적으로는, 상기 시스템은 역펄스 배열부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 하우징은 하우징의 내부를 생 가스 및 청정 가스 챔버로 분리하는 튜브 시트를 포함하고, 상기 튜브 시트는 바람직하게는 서로 병렬 배향하는 하나 이상의 필터 모듈을 수용하는 개구부를 포함한다.
시스템의 바람직한 구현예에 따르면, 필터 모듈은 공급 측부가 병렬 배향되도록 하우징 내에 수용되고, 선택적으로는, 하나의 필터 모듈의 공급 측부가 인접 모듈의 청정 가스 측부를 마주보며, 바람직하게는 필터 모듈은 엇갈린 배열로 배치된다.
시스템의 추가의 바람직한 구현예에 따르면, 필터 모듈은 그의 공급 측부가 병렬 배향되도록 상기 하우징 내에 수용되고, 하나의 모듈의 공급 측부가 인접 모듈의 공급 측부를 마주보며, 바람직하게는 상기 시스템은 인접한 두 필터 모듈 사이에 위치한 칸막이 플레이트(partition plate)를 추가로 포함한다.
시스템의 또다른 바람직한 구현예에 따르면, 둘 이상의 필터 모듈은 공통의 래크(rack)에 실장되고 바람직하게는 서로 유체 연결된 청정 가스 수집 및 배출용 배열부를 갖는다. 바람직하게는, 시스템은 청정 가스 배출 채널을 포함하는데, 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 배출 단부가 필터 모듈의 청정 가스 개구부를 통해 청정 가스를 상기 청정 가스 배출 채널 중으로 실질적으로 곧바로 공급한다.
도면의 상세한 설명
도 1a는 블록형 디자인의 촉매 필터 요소(12), 촉매 요소(13) 및 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(16)를 포함하는 본 발명에 따른 촉매 필터 모듈(10)을 보여준다.
블록형 필터 요소(12) 및 촉매 요소(14)는 서로 실질적으로 동일 공간에 있도록 디자인되며, 필터 요소(12)를 탈출하는 여과물이 촉매 요소(14)로 곧바로 공급되도록, 나란히, 바람직하게는 서로 직접 접촉하여 배치된다.
촉매 요소(14)의 청정 가스 측부에는, 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(16)가 촉매 요소(14)의 청정 가스 또는 하류 측부와 실질적으로 동일 공간상의 구조로 제공되어 있다.
청정 가스 수집 및 배출용 배열부(16)는 박스형 채널(18)을 포함하고, 박스형 채널(18)은 개구부(20)를 갖는 필터 모듈(10)의 앞쪽 측부(19)에서, 예를 들어, 촉매 필터 시스템의 청정 가스 챔버(도 1a에 도시되지 않음)로 개방되어 있다.
필터 요소(12)는 다양한 디자인을 가질 수 있으며, 생 가스로부터 제거된 입자의 특성 및 입자 부하량에 따라 선택될 것이다.
이하에서는, 소위 허니콤 구조를 갖는 바람직한 특수 필터 요소(12)와 관련하여 본 발명을 설명하겠지만, 본 발명은 이와 같이 특수한 타입의 필터 요소에 한정되지는 않음은 당연하다.
촉매 필터 모듈(10)의 필터 요소(12)는 개방 단부(28) 및 폐쇄 제2 단부(30)가 있는 세로형 다공성 관상 벽부(26)을 갖는 복수의 생 가스 덕트(24)를 포함하는 일 단위체(22)로 본질적으로 이루어진다.
관상 벽부(26)는 정사각 단면을 가지며, 실질적으로 동일 공간에 있고 병렬 배향되며 생가스 덕트들(24) 사이에 규칙적으로 끼어들어가 있는 복수의 여과물 덕트(32)와 함께 바둑판 패턴으로 배치되어 있다. 여과물 덕트(32)는 일 단부(34)에서 개방되고 그의 다른 단부(36)에서 폐쇄된다. 생 가스 덕트(24)의 개방 단부(28)와 여과물 덕트(32)의 폐쇄 단부(36)는 필터 요소(12)의 상류 또는 공급 면(38) 상에서 제1 바둑판 패턴을 형성한다. 생 가스 덕트(24)의 폐쇄 단부(30)와 여과물 덕트(32)의 개방 단부(34)의 바둑판 패턴이 단위체(22)의 반대측 또는 배출 면(40) 상에 제공된다. 생 가스 덕트(24)의 관상 벽부(26)는 다공성 재료의 것, 예를 들어, 특정의 기공 크기를 갖는 소결된 세라믹 재료, 소결된 금속 재료 또는 소결된 폴리머 재료의 것이다. 그와 동시에, 벽부(26)는 그의 세로 방향을 따라 여과물 덕트(32)를 구획한다. 필터 요소(12)의 공급 면(38)으로 들어간 생 가스는 생 가스 덕트(24)의 개방 단부(28) 중으로 유동하고, 관상 벽부(26)로 침투하고, 여과물 가스가 여과물 덕트(32)에서 수령되고, 여과물 덕트(32)로부터 필터 요소(12)의 배출 면(40)으로 배출된다.
단위체(22)의 배출 면(40)에서, 촉매 요소(14)는 필터 요소(12)의 표면을 전부 가로질러 연장한다. 촉매 요소(14)는 예를 들어, 촉매 DeNOx 활성을 갖는 요소로서 기재될 수 있다.
촉매 요소(14)는 기공 밀도가 약 30 ppi인, 예를 들어 알루미나 또는 규소 카바이드의 세라믹 발포체의 지지 보디(support body)를 포함한다. 상기 지지 보디는 조성 TiO2, V2O5, WO3의 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 사용하여 촉매적으로 활성화된다.
후측부 및 3개의 옆면 상에서 폐쇄되고 오직 도 1에 도시된 전방 옆면(44)에서만 개방된 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(16)가 제공된다. 청정 가스는 개구부(20)를 통해 필터 모듈(10)을 탈출한다.
필터 시스템의 하우징 또는 용기 내에 필터 모듈(10)을 용이하게 실장하기 위해, 필터 모듈(10)은 외부로 돌출한 플랜지(46)를 그의 전방 측면(44)에 포함한다.
필터 모듈(10)의 옆 표면은 바람직하게는 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(16)를 내장할 수 있는 금속 프레임 구조(48)에 의해 덮여있다. 프레임 구조(48)의 옆 표면 중 하나(도 1a에서 전방 측부 표면(44))에는, 개구부(20) 뿐만 아니라 플랜지(46)도 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 바람직하게는 생 가스 덕트(14)의 길이가 약 300 mm 이하로 제한되는데, 이것은 놀랍게도, 관상 벽부(26)가 도 1a에 도시된 수평 배향을 가지더라도 관상 벽부(16) 상에서의 여과 작동 동안에 수집된 입상 물질이 필터 모듈 및 그의 필터 요소의 역펄싱에 의해 매우 용이하게 세척되게 하여준다.
단위체(22)의 공급 측부는 크기가 예를 들어, 250 x 250　mm2일 수 있다. 이 크기는, 단위체(22)의 덕트 구조를 제조하는데 압출 방법을 사용하고 세라믹 재료로 단위체(22)를 만드는 경우의 통상적 크기이다. 다른 제조 방법은 단위체(22)의 크기를 더 크게 할 수 있다. 생 가스 덕트 및 여과물 덕트의 길이는 전술한 바와 같이, 약 300 mm일 수 있다.
통상적으로는, 크기가 실질적으로 더 큰 촉매 필터 모듈이 요망된다. 이 필요성은, 다중 단위체(22)가 서로 나란히 부착되어 모듈의 상류 공급 측부 상에 더 큰 표면 영역, 예를 들어, 1500 x 1000　mm2 또는 4000 x 250　mm2의 표면 영역을 제공하는, 다중-단위체 구조에 의해 용이하게 만족될 수 있다. 제1 실시예의 경우, 6 x 4 단위체(22)의 매트릭스가 필수적이고, 제2 실시예에서는 상기 필요성은 16 x 1의 단위체-매트릭스에 의해 만족된다.
단위체들의 부착은, 단위체들의 측부 면들을 서로 접착, 소결 또는 용접함으로써 완결될 수 있다. 대안적으로는, 다수의 단위체들을 공통의 프레임 내에 실장하고 그들의 측부 면들을 서로서로에 대해 밀봉할 수 있다.
마찬가지로, 촉매 요소는 하나 초과의 단위체를 포함할 수 있고, 필터 요소와 관련하여 언급한 방법에 의해 단일 구조로서 부착 또는 실장할 수 있다.
다중-단위체 배열이 있는 필터 모듈에서, 청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 하나 이상의 채널을 갖도록 디자인되고, 상기 각 채널은 하나 초과의 단위체로부터 청정 가스를 수령한다.
도 1b는 필터 모듈(10')를 나타내는데, 이는 도 1a의 필터 모듈(10)의 변형이다. 따라서, 동일한 부분은 도 1a의 기재시 사용한 것과 동일한 도면 부호로 표기한다. 도 1a를 참조하여 이미 기재한 구성부에 추가하여, 필터 모듈(10')은 안전 퓨즈(49)를 여과물 덕트(32)의 출구를 덮는 디스크형 요소의 형태로 포함한다. 안전 퓨즈(49)는 필터 요소(12)의 배출면과 실질적으로 동일 공간에 있다. 하나 이상의 생 가스 덕트(24), 예를 들어 그들의 관상 벽부의 실패시, 여과물 덕트(32)로 침투하는 여과되지 않은 생 가스는, 사전에 안전 퓨즈(49)를 통과하지 않고는 촉매 요소(14)에 도달할 수 없다. 안전 퓨즈(49)는 촉매 요소(14)의 상류 면에 제공될 수 있다.
채널(18)의 폐쇄된 뒷벽에서 촉매 요소의 청정 가스 면까지의 거리 (간극 h)는 바람직하게는, 청정 가스 면에서 필터 요소의 공급 면까지의 거리의 약 0.3 내지 약 0.5배이다.
여과물은 촉매 요소(14)가 수령하고, 촉매 요소(14)를 통해 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(16)로 침투한다. 그 후, 청정 가스 유동은 약 90°만큼 방향을 바꾸고, 촉매 요소(14)의 청정 가스 면에 대해 평행하게 진행한다.
도 2는 본 발명에 따른 촉매 필터 모듈(50)의 제2 구현예를 나타낸다.
필터 모듈(50)은, 개방 단부(60) 및 폐쇄 제2 단부(62)가 있는 세로형 다공성 관상 벽부(58)를 갖는 복수의 생 가스 덕트(56)를 포함하는 일 단위체(54)의 형태로 블록형 필터 요소(52)를 포함한다.
관상 벽부(58)는 정사각 단면을 가지며, 실질적으로 동일 공간에 있고 병렬 배향되며 생 가스 덕트(56) 사이에 규칙적으로 끼어들어가 있는 복수의 여과물 덕트(64)와 함께 바둑판 패턴으로 배치되어 있다. 여과물 덕트(64)는 일 단부(66)에서 개방되고 그의 다른 단부(68)에서 폐쇄된다. 생 가스 덕트(56)의 개방 단부(60)와 여과물 덕트(64)의 폐쇄 단부(68)는 필터 요소(52)의 상류 또는 공급 면(70) 상에서 제1 바둑판 패턴을 형성한다.
생 가스 덕트(56)의 폐쇄 단부(62)와 여과물 덕트(64)의 개방 단부(66)의 바둑판 패턴이 단위체(54)의 반대면 또는 배출면(72) 상에 제공된다. 생 가스 덕트(56)의 관상 벽부(56)는 다공성 재료의 것, 예를 들어, 특정의 기공 크기를 갖는 소결된 세라믹 재료, 소결된 금속 재료 또는 소결된 폴리머 재료의 것이다. 그와 동시에, 벽부(58)는 그의 세로 방향을 따라 여과물 덕트(64)를 구획한다.
촉매 필터 모듈(50)의 공급 측부로 들어간 생 가스는 생 가스 덕트(56)의 개방 단부(60) 중으로 유동하고, 관상 벽부(58)로 침투하고, 여과물이 여과물 덕트(64)에서 수령되고, 그로부터 단위체(54)의 배출 측부(72)에서 배출된다.
단위체(54)의 배출 면(72)에서, 촉매 요소(74)는 이 측부의 표면을 전부 가로질러 연장한다.
촉매 요소(74)는 도 1a와 1b에 도시된 촉매 요소(14)와 유사하게 디자인될 수 있다.
청정 가스 수집 및 배출용 배열부 76가 촉매 요소(74)의 청정 가스 면(77)에 제공된다. 청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 박스형 채널(78)을 포함하고, 박스형 채널(78)은 도 2에 도시된 바와 같이, 뒷면과 3개 측면에서 폐쇄되고, 오직 옆 측부 면(80)에서만 개방된다.
청정 가스는 개구부(82)를 통해 필터 모듈(50)을 탈출한다. 필터 시스템의 하우징 내에 필터 모듈(50)을 용이하게 실장하기 위해, 필터 모듈(50)은 외부로 돌출한 플랜지(86)를 그의 전방 측면에 포함한다.
도 1의 촉매 필터 모듈(10)과는 대조적으로, 도 2의 촉매 필터 모듈(50)은 생 가스 덕트의 개방 단부가 그의 폐쇄 단부보다 더 낮게 위치하여, 생 가스 덕트(56) (및 여과물 덕트(64))가 공급 면(70)의 수직면에 대해 경사 배향으로 배치된다. 수평면에 대한 생 가스 덕트의 세로축의 각은 약 30°내지 약 60°의 범위일 수 있다.
생 가스 덕트(56)의 관상 벽부(58)의 경사 구성배열 덕분에, 역펄싱시, 생 가스 덕트(56)의 내부 공간은, 여과 과정 동안에 축적된 입상 물질을 보다 용이하게 세척할 수 있다.
단위체(54) 내에서 생 가스 덕트(56)의 경사 구성배열 덕분에, 체적 비에 대해 다소 더 낮은 여과 표면이 얻어진다. 그러나, 이것은, 필터 모듈(10)에 비하여 이 타입의 모듈의 사이클 시간을 결국에는 더 길게 연장하여주는 필터 모듈(50)의 개선된 역펄스 특성에 의해 보상된다.
도 3은 필터 모듈(100)의 형태인 본 발명의 제3 구현예를 나타낸다. 필터 모듈(100)은 두 세트의 필터 요소와 촉매 요소를 포함한다. 상기 두 세트 중의 단위체 (102, 104)는 도 1a의 필터 모듈(10)의 필터 요소(12)와 동일한 기본 구조를 갖는다.
두 단위체(102, 104)는 개방 단부(114, 116) 및 폐쇄된 제2 단부가 있는 세로형의 다공성 관상 벽부(110, 112)를 갖는 복수의 생 가스 덕트(106, 108)를 포함한다. 관상 벽부(110, 112)는 정사각 단면을 가지며, 실질적으로 동일 공간에 있고 병렬 배향되며 생 가스 덕트(106, 108) 사이에 규칙적으로 끼어들어가 있는 복수의 여과물 덕트(122, 124)와 함께 바둑판 패턴으로 배치되어 있다.
여과물 덕트(122, 124)는 일 단부에서 개방되고 그의 다른 단부(130, 132)에서 폐쇄된다. 생 가스 덕트(106, 108)의 개방 단부(122, 124)와 여과물 덕트(122, 124)의 폐쇄 단부(130, 132)는 필터 모듈(100)의 상류 또는 공급 측부(134, 136) 상에서 제1 바둑판 패턴을 형성한다.
생 가스 덕트(106, 108)의 폐쇄 단부와 여과물 덕트(122, 124)의 개방 단부의 바둑판 패턴이 단위체(102, 104)의 반대면(140, 142) 상에 제공된다. 이들 면(140, 142)는 단위체(102, 104)의 하류 또는 배출면이다. 생 가스 덕트(106, 108)의 관상 벽부(110, 112)는 다공성 재료의 것, 예를 들어, 특정의 기공 크기를 갖는 소결된 세라믹 재료, 소결된 금속 재료 또는 소결된 폴리머 재료의 것이다. 그와 동시에, 벽부(110, 112)는 그의 세로 방향을 따라 여과물 덕트(122, 124)를 구획한다.
필터 모듈(100)의 공급 면(134, 136)으로 들어간 생 가스는 생 가스 덕트(106, 108)의 개방 단부(122, 124) 중으로 유동하고, 관상 벽부(110, 112)로 침투하고, 여과물이 여과물 덕트(122, 124)에서 수령되고, 여과물 덕트(122, 124)로부터 단위체(102, 104)의 배출 면(140, 142)에서 탈출한다.
촉매 요소(144, 146)은 도 1a의 필터 모듈(10)의 촉매 요소(14)와 관련하여 기재한 바와 같이 디자인될 수 있다.
그러나, 도 1a의 필터 모듈(10)과는 달리, 도 3의 필터 모듈(100)은 촉매 요소(144, 146)와 단위체(102, 104)의 두 세트를 가지고, 촉매 요소(144, 146)가 등을 맞댄 구성배열로 배치되어, 생 가스 덕트의 폐쇄 단부 및 여과물 덕트의 개방 단부에 위치한 촉매 요소(144, 146)가 서로 마주한다.
따라서, 하나의 공통의 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(154)가 단위체(102, 104)와 촉매 요소(144, 146)의 두 세트에 의해 제공되는 청정 가스를 충분히 수집 및 배출한다. 두 촉매 요소(144, 146)으로부의 청정 가스가 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(156)으로 들어갈 때 약 90°만큼 방향을 바꾸어, 필터 모듈(100)의 필터 요소(102, 104)와 촉매 요소(144, 146) 내에서 가스의 유동 방향에 대해 횡방향으로 진행한다. 청정 가스는 개구부(160)를 통해 촉매 필터 모듈(100)을 탈출하여 상기 모듈(100)을 포함하는 여과 시스템에서 배출된다.
전면(28, 68)이 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(16, 76)의 채널의 뒤를 향하는 하나의 하우징 또는 용기 내에서 도 1a, 1b와 2의 필터 모듈(10 및 50)이 다중 모듈의 구성배열로 쉽게 배치될 수 있으면서, 또한, 역펄싱시에 필터 요소에서 탈착된 입상 물질이 상기와 같은 여과 시스템으로부터 쉽게 폐기 및 제거될 수 있다.
그러나, 도 3에 도시한 하나의 하우징 또는 용기에 다수의 필터 모듈(100)을 배치하는 데에는 예방적 수단이 취해져야 한다.
역펄싱시, 필터 모듈(100)을 포함하는 시스템에서는, 서로 마주보는 두 필터 모듈의 교차 오염이 일어날 수 있고, 따라서, 도 3에 도시된 두 인접 필터 모듈(100)의 공급 면 사이에 칸막이 플레이트(180)를 배치하는 것이 바람직하다.
도 4a는 본 발명에 따른 촉매 여과 시스템(200)의 제1 구현예를 도시한다. 필터 시스템(200)은 길쭉한 박스형의 하우징(202)을 포함한다. 하우징(202)은 기초 프레임(203)에 의해 지지된다.
박스형 하우징(202) 내에는, 2열의 복수의 촉매 필터 모듈 스택 (204, 204', 204" ... 및 206, 206', 206" ...)이 반대 방향으로 마주보는 2열의 필터 모듈의 배출 개구부와 함께 배치되어 있다. 박스형 하우징(202)의 세로축을 따라, 상기 스택이 서로 일정한 거리로 병렬 배치된다 (도 4b와 4c를 참고).
필터 모듈의 개개 스택(204),(206) 각각 (204a, 204b, 204c, 204d) 및 (206a, 206b, 206c, 206d) 내에서, 필터 모듈은 서로 접착, 용접 또는 소결함으로써 또는 프레임 내에 실장함으로써 서로에 대해 상호 고정될 수 있다.
필터 시스템(200)의 예시적 레이아웃에서, 필터 모듈의 공급 측부(204a), (206a)는 길이가 1500 mm이고 높이가 1000 mm일 수 있고, 필터 모듈의 깊이는 약 400 mm일 수 있다. 상기 필터 모듈은 예를 들어, 필터 요소의 관상 벽부의 길이가 약 140 mm이고 공급 측부 표면의 크기가 250 mm x 250 mm일 수 있는 24개의 블록형 단위체를 포함할 수 있다.
필터 요소의 배출 측부에서 촉매 요소는 유체 유동 방향으로 두께가 200 mm인 플레이트형 보디일 수 있다.
청정 가스 수집 및 배출용 채널의 간극(h)은 약 60 mm일 수 있다.
필터 모듈의 인접한 두 스택들, (204)와 (204') 또는 (206)과 (206') 사이의 거리는, 예를 들어 약 100 mm로 설정될 수 있다.
하우징은, 생 가스를 하우징(202)과 그의 필터 모듈(204, 206)으로 공급하는 생 가스 공급 채널(208)을 최상부 표면에 포함한다. 생 가스 공급 채널(208)은 도 4a에 도시한 전방 말다부에서부터 시스템(200)의 후방 단부(214)에 위치한 사단부(dead end)까지 단면적이 감소한다.
세로 방향의 두 측부 면에서, 하우징(202)은, 청정 가스가 배출될 수 있는 시스템(200)의 후방 단부(214)에서 개방된 청정 가스 통로(210, 212)를 포함한다.
하우징(202)의 세로축을 따라 다수의 필터 모듈 스택(204, 206)으로부터 수령된 증가하는 양의 청정 가스를 수용하기 위해서, 청정 가스 통로(210, 212)의 단면적은 시스템(200)의 후방 단부(214)의 방향으로 점진적으로 증가한다.
일 변형례에 따르면, 필터 모듈 스택(204, 206)을 교체해야 할 경우, 청정 가스 배출 채널(210, 212)을 전체적으로 제거할 수 있다. 대안적으로, 도 4a에 도시한 바와 같이, 필터 모듈로의 접근을 허용하고 청정 가스 배출 채널(210, 212)을 완전히 제거하지 않고도 필터 모듈을 교체하도록 하여주는 다수의 문(218)을 청정 가스 배출 채널(210, 212)에 제공할 수 있다.
시스템(200)은, 단지 개략적으로만 도시된 파이프(216)에 의해 역펄싱 가스를 수령하는 역펄싱 설비를 내장한다. 도 4a는 스택(204)의 재생을 위해 스택(204)의 필터 모듈에 역펄싱 가스를 제공하는 파이프(216)만을 오직 도시한다. 스택(206)의 재생을 위한 대응하는 파이프가 필요하다 (미도시).
역펄싱 가스 파이프(216)로부터 연장된 복수의 역펄스 공급 튜브(217)가 역류 가스를 다양한 필터 모듈 스택(204, 204', 204" ...)로 보낸다.
청정 가스 배출 채널을 통해 개별 필터 모듈(204a, 204b, 204c, 204d 및 206a, 206b, 206c, 206d)로 공급되는 역펄싱 압력이, 여과 작동 동안에 수집된 입상 물질을 필터 모듈의 필터 요소에서 탈착시킨다.
역펄싱 동안에 촉매 필터 모듈에서 배출된 입상 물질은, 하우징(202)의 바닥부에 배치된 원뿔형 집진기(220)에 수집된다.
생 가스 중 성분의 촉매적 제거가 반응물을 필요로 하는 경우 및/또는 흡수제가 여과의 완료를 위해 필요한 경우, 생 가스 공급 채널에 흡수제 및/또는 반응물 주입 단위체(222)가 제공될 수 있다.
도 5a에서, 본 발명의 촉매 필터 시스템(300)의 제2 구현예가 도시되어 있으며, 상기 시스템은 상부 단부가 반구형 덮게(306)에 의해 폐쇄되고 하부 단부에서 원뿔형 집진기(308)에 연결된 실린더형 벽 부분(304)으로 본질적으로 이루어지는 하우징(302)을 포함하는 것이다.
하우징(302)은, 실린더형 벽 부분(304)의 상부 단부에서 그의 단면 전체에 걸쳐 이어지는 튜브 시트(314)에 의해 생 가스 챔버(310) 및 청정 가스 챔버(312)로 분할된다.
생 가스 챔버(310)은 공급 가스 주입구(316)을 통해 접근가능하고, 상기 공급 가스 주입구(316)을 통해 생 가스가 생 가스 챔버(310)로 도입될 수 있다.
하우징(302)의 돔형 부분(306)은 청정 가스 출구(318)을 포함하고, 상기 청정 가스 출구(318)를 통해 청정 가스가 배출될 수 있다.
튜브 시트(314)는, 본 발명에 따른 복수의 캔들형 촉매 필터 모듈(330)을 수용하는 복수의 직사각형 개구부(320)을 포함한다.
캔들형 촉매 필터 모듈(330)은 도 5b에 보다 상세히 도시되어 있고, 상기 모듈의 상부 단부에는 외부로 연장하는 주변형 플랜지(332)를 포함하고, 상기 플랜지(332)는, 튜브 시트(314)의 개구부(320) 내에서 촉매 필터 모듈(330)가 아래 방향으로 매달린 방식으로 실장되도록 하여준다.
도 5c는 도 5a의 V-V 선을 따른 시스템(300)의 단면을 도시한다.
개개의 촉매 필터 모듈(330)은, 공급 면 또는 상류 측부가 모두 도 5b에 도시된 좌측으로 향하고 서로의 위에 포개어진 5개의 단위체(334, 335, 336, 337 및 338)을 포함한다. 단위체(334 내지 338)는 도 1a에 도시된 바둑판 방식으로 교차 배치된 생 가스 덕트 및 여과물 덕트와 대략 동일한 구성배열을 가지므로, 여기에서는 이에 대한 보다 자세한 설명을 생략한다. 블록형 단위체(334 내지 338)는, 상기 단위체들을 함께 잡고 있고 공통의 청정 가스 채널(346)을 제공하는 공통의 프레임 구조(352)에서 조립될 수 있다. 공통의 프레임 구조(352)의 최상부 표면은 플랜지(332)를 일체형으로 내장할 수 있고 개구부(350)를 제공한다.
반대면에서, 블록형 단위체(334 내지 338)가 공통의 촉매 요소(340)에 의해 덮여 있다. 공통의 촉매 요소(340)의 하류 또는 배출 측부(342)에는, 공통의 청정 가스 수집 및 배출용 배열부(344)가 제공되어 있는데, 이는 그의 상부 단부(348)에서 개구부(350)를 통해 하우징(302)의 청정 가스 챔버(312)로 청정 가스를 배출하는 일 청정 가스 채널(346)로 본질적으로 이루어진다. 도 1b에 도시하고 설명한 바와 유사하게, 필터 모듈(330)에는 필터 모듈의 전체 배출 측부 표면을 가로질러 연장하는 디스크형 안전 퓨즈 요소(도 5a 내지 5c에 미도시)가 제공될 수 있다.
캔들형 필터 모듈(330)이, 개별 필터 모듈(330)의 상류 또는 공급 측부가 이웃하는 필터 모듈(330)의 뒷측 청정 가스 채널에 마주하는 병렬의 엇갈린 배열로 튜브 시트(314) 내에 배치된다.
촉매 필터 시스템(300)의 촉매 필터 모듈(330)의 재생을 위해 역펄싱 시스템(360)이 제공되는데, 이는 돔형 덮게(306) 내에서 개별 필터 모듈(330)의 위에서 끝나는 복수의 공급선(364) 뿐만 아니라 압력 공급원(362)를 포함한다.
촉매 필터 모듈(330)의 블록형 단위체(334, 335, 336, 337, 338)의 생 가스 덕트에서 탈착된 입상 물질은 집진성 원뿔형 하우징 부분(308) 내에 중력에 의해 수집된다.
역펄싱시, 필터 모듈(330)의 블록형 단위체(334, 335, 336, 337, 338)의 생 가스 덕트에서 입상 물질이 탈착할 때, 그들의 전술한 병렬 배향 덕분에, 이웃하는 필터 모듈(330) 사이의 교차 오염이 일어날 수 없다.
예시적 디자인을 이용하여 본 발명의 이점을 더 상세히 설명하겠다.
촉매 필터 모듈(204, 206)을 갖는 도 4a 내지 4c의 시스템(200)은, 입상 물질 및 산화질소의 제거를 위한 시간당 234,000 표준 평방미터의 연도 가스 체적비의 취급용으로 다음과 같이 디자인될 수 있다:
필터 모듈(204, 206) 각각은 1500 x 1000 mm2의 공급 측부 영역을 갖는다. 필터 요소는, 생 가스 및 여과물 덕트의 정사각 단면적이 10 mm x 10 mm 크기이고 생 가스 및 여과물 덕트의 축 길이가 140 mm인 허니콤 구조의 것이다. 각 모듈의 필터 요소는, 공급면 면적이 250 mm x 250 mm이고 6　x　4 배열인 24개의 단위체로 구성된다.
TiO2, V2O5, WO3 조성의 SCR 촉매로 촉매 활성화되고 30 ppi(1인치당 기공수(pores per inch))의 기공 밀도를 갖는 세라믹 SiC 발포체의, 두께가 유동 방향으로 200 mm인 플레이트형 촉매 요소를 필터 모듈에 장착한다.
대기압 및 약 300℃의 작동 온도에서, 전술한 체적비에 대처하기 위해서는 192개의 필터 모듈이 필요하다.
도 4a 내지 4c에 도시한 바와 같이 4개 모듈(204, 205)의 스택에 192개의 필터 모듈을 수용하기 위한 하우징(202)의 크기는, 너비 3.5 m, 길이 12.5 m, 높이 4 m의 치수를 가질 것이다. 하우징의 세로 방향으로 스택에서 스택까지의 거리 100 mm로 하여 필터 모듈을 하우징 내에 내장할 수 있다.
작동 압력이 주변 압력보다 약 1 bar 이상 높을 경우, 도 5a의 구현예에서 도시한 용기형 하우징(302)를 사용하는 것이 바람직하다.

Claims (18)

  1. 가스상 유체용 촉매 필터 모듈로서,
    블록(block)형 필터 요소,
    촉매 요소, 및
    청정 가스 수집 및 배출용 배열부(arrangement)를 포함하고,
    여기서, 상기 촉매 요소는 상기 필터 요소와 실질적으로 동일 공간에 있고,
    상기 필터 요소는 공급 면 및 그의 반대 측부에 배출 면을 가지며, 상기 배출 면에서 여과물이 탈출하여 상기 촉매 요소의 상류 면에서 수용되고, 상기 가스상 유체가 상기 상류 면의 반대쪽에 있는 청정 가스 면에서 청정 가스로서 상기 촉매 요소를 탈출하고,
    상기 청정 가스 수집 및 배출용 배열부는 상기 촉매 요소의 상기 청정 가스 면의 전체를 가로질러 연장하는 하나 이상의 채널을 포함하고, 상기 하나 이상의 채널은 상기 청정 가스 유동의 방향을 바꾸어 상기 청정 가스 유동이 상기 필터 모듈의 측부 면에 있는 상기 필터 모듈의 청정 가스 배출 개구부까지 상기 촉매 요소의 상기 청정 가스 면의 수직면에 대해 횡방향으로 진행하게 하는 촉매 필터 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 요소가 촉매 입자의 유동층 또는 고정층을 수용하는 구획부인 촉매 필터 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 촉매 요소는 촉매를 포함하는 섬유상 및/또는 발포 재료의 다공성 보디(body)이고, 상기 촉매는, 상기 촉매 요소의 보디를 코팅 또는 함침함으로써 상기 촉매 요소의 보디에 선택적으로 적용되는 촉매 필터 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 촉매 요소의 기공 크기가 상기 필터 요소의 기공 크기보다 더 큰 촉매 필터 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 요소가 산화환원 촉매 요소, NO 환원용 촉매 요소 및/또는 타르 제거용 촉매 요소인 촉매 필터 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 요소가, 상기 촉매 요소에 안전 퓨즈(fuse) 기능성을 제공하는 필터층을 상류 면에 포함하는 촉매 필터 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 하나 이상의 채널은, 상기 촉매 요소의 청정 가스 면에 수직하는 방향에서의 간극(clearance)으로서 측정했을 때의 높이가, 상기 촉매 요소의 청정 가스 면에서 상기 필터 요소의 공급 면까지 거리의 약 0.1 내지 약 0.7배, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 0.5배의 범위인 촉매 필터 모듈.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매 필터 모듈이
    블록형 필터 요소와 촉매 요소의 제1 세트, 및
    블록형 필터 요소와 촉매 요소의 제2 세트를 포함하고,
    여기서, 상기 제1 및 제2 세트는 서로 공간적으로 떨어져서 배치되고, 각각의 촉매 요소의 청정 가스 면은 등을 맞대어 배향되고,
    상기 청정 가스 수집 및 배출용 배출부는 상기 제1 및 제2 세트의 공통의 배열부로서 상기 제1 및 제2 세트 사이에 위치하도록 디자인되고, 상기 제1 및 제2 세트의 촉매 요소의 청정 가스 면에서 청정 가스를 수령하고;
    바람직하게는, 상기 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 하나 이상의 채널은, 상기 세트들의 청정 가스 면에 수직하는 방향에서의 간극으로서 측정했을 때의 높이가, 일 세트의 상기 촉매 요소의 청정 가스 면에서 상기 필터 요소의 공급 면까지의 거리의 약 0.2 내지 약 1.4배, 더 바람직하게는 약 0.6 내지 약 1배의 범위인 촉매 필터 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 상기 하나 이상의 채널이, 상기 필터 모듈의 상기 촉매 요소의 청정 가스 면에 대해 약 30°이상, 바람직하게는 약 60°이상, 더 바람직하게는 약 90°의 각도로 세로 방향으로 배향되는 촉매 필터 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 요소가 복수의 생 가스 덕트(raw gas duct) 및 여과물 덕트를 포함하는 허니콤 구조를 포함하고, 상기 생 가스 덕트는 관상 벽부(tubular wall part)에 의해 상기 여과물 덕트로부터 분리되고, 상기 생 가스 덕트는 상기 필터 요소의 공급 면에서 개방되고 그의 배출 면에서 폐쇄되고, 상기 여과물 덕트는 상기 필터 요소의 공급 면에서 폐쇄되고 그의 배출 면에서 개방되고, 바람직하게는 상기 생 가스 덕트와 상기 여과물 덕트는 병렬 배향되거나 또는 상기 필터 요소의 상기 공급 면의 수직면에 대해 약 10°내지 약 60°, 더 바람직하게는 약 30°내지 약 60°의 각도로 경사 배향되는 촉매 필터 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 필터 요소의 상기 관상 벽부의 단면이 다각형, 특히, 직사각형, 더 바람직하게는 정사각형, 원형 또는 타원형인 촉매 필터 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 관상 벽부가, 약 3 내지 약 20 mm, 바람직하게는 약 5 내지 약 10 mm의 모서리 길이를 갖는 정사각형의 면적에 대응하는 단면적을 갖는 촉매 필터 모듈.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 필터 요소의 상기 관상 벽부의 길이가 약 300 mm 이하, 바람직하게는 약 30 내지 약 200 mm, 더 바람직하게는 약 50 내지 약 150 mm인 촉매 필터 모듈.
  14. 촉매 필터 시스템으로서, 상기 촉매 필터 시스템은 필터 하우징 및 상기 필터 하우징 내에 수용되는 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따르는 하나 이상의 촉매 필터 모듈을 포함하고, 상기 하우징은 생 가스 및 청정 가스 챔버로 분리된 내부 공간을 포함하고, 상기 필터 모듈은 상기 내부 공간 내에 배치되고, 상기 필터 요소(들)의 공급 측부(들)는 실질적으로 수직 배향하고, 상기 필터 요소(들)의 공급 측부(들)는 상기 생 가스 챔버와 유체 소통하고, 상기 필터 모듈(들)의 청정 가스 배출용 개구부(들)는 상기 하우징의 상기 청정 가스 챔버와 유체 소통하고, 상기 시스템은 선택적으로 역펄스(back-pulse) 배열부를 포함하는 촉매 필터 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 하우징은 상기 하우징의 내부를 상기 생 가스 및 청정 가스 챔버로 분리하는 튜브 시트를 포함하고, 상기 튜브 시트는, 바람직하게는 서로 병렬 배향하는 둘 이상의 상기 필터 모듈을 수용하는 개구부를 포함하는 촉매 필터 시스템.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 필터 모듈은 공급 측부가 병렬 배향되도록 상기 하우징 내에 수용되고, 선택적으로는, 하나의 상기 필터 모듈의 공급 측부가 인접 모듈의 청정 가스 측부를 마주보며, 바람직하게는 상기 필터 모듈은 엇갈린 배열(staggered configuration)로 배치되는 촉매 필터 시스템.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 필터 모듈은 그의 공급 측부가 병렬 배향되도록 상기 하우징 내에 수용되고, 하나의 상기 모듈의 공급 측부가 인접 모듈의 공급 측부를 마주보며, 바람직하게는 상기 시스템이 인접한 두 필터 모듈 사이에 위치한 칸막이 플레이트(partition plate)를 추가로 포함하는 촉매 필터 시스템.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 둘 이상의 상기 필터 모듈이 공통의 래크(rack)에 실장되고, 바람직하게는 서로 유체 연결된 청정 가스 수집 및 배출용 배열부를 가지며, 바람직하게는, 상기 시스템은 청정 가스 배출 채널을 포함하고, 상기 청정 가스 수집 및 배출용 배열부의 배출 단부가 상기 필터 모듈의 상기 청정 가스 개구부를 통해 청정 가스를 상기 청정 가스 배출 채널 내로 실질적으로 곧바로 공급하는 촉매 필터 시스템.
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