KR20160057353A - 촉매 요소들을 구비한 촉매 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 요소들(2)로 구성된 내장 부품들을 갖는 촉매 모듈(1)에 관한 것으로, 여기서는 개별 촉매 요소들의 표면적이 촉매 모듈의 유동 유입 표면적보다 더 크고, 주 유동 방향(S)으로 향해 있는 모듈 측의 표면이 모듈 유입면으로서 정의되며, 촉매 요소들은 촉매 모듈 내에서, 유입 측 유동 방향 및/또는 유출 측 유동 방향과 다른 방향으로 연도 가스에 의해 관류되도록 배치된다.

Description

촉매 요소들을 구비한 촉매 모듈{CATALYST MODULE WITH CATALYST ELEMENTS}
본 발명은 촉매 요소들로 구성된 내장 부품들을 갖는 촉매 모듈에 관한 것이다.
SCR 촉매 컨버터들은 연도 가스들의 질소산화물 제거를 위한 종래 기술을 구현한다. 이로써 지표면 근처의 오존, 산성비 및 온실 효과의 감소에 상당히 기여하고 있다. 이 기술은 화력 발전소와 쓰레기 소각 시설에서도 연소 기관들 및 많은 산업 분야에서와 똑같이 사용되고 있다.
촉매 컨버터들은 질소산화물의 환원 외에도 예컨대 다이옥신 및 푸란의 분해를 위해서도 사용되며, 이는 특히 쓰레기 소각 시설의 경우 기술 표준으로서 관철되었다.
촉매 요소들은 예컨대 균일하게 압출된 벌집형 몸체의 형태로, 또는 표면에 촉매 층을 가지며 판형 촉매(plate catalyst)라 지칭되는 캐리어 재료의 형태로 공급된다. 또 다른 실시예로는, 예컨대 펠릿 형태의 촉매, 활성층이 워시코트(washcoat) 기법에 의해 세라믹 캐리어 상에 적층되는 제올라이트 촉매, 그리고 파형 플레이트로서 형성된 촉매가 있다.
SCR 반응기 내에 내장하기 위해, 개별 촉매 요소들은 합쳐서 촉매 층이라 불리는 평행 육면체형 촉매 모듈들(예컨대 스틸(steel) 모듈) 내에 패키징된다. 개별 촉매 모듈들 사이에, 그리고 촉매 모듈들과 모듈들을 수용하는 반응기 하우징의 벽부 사이에, 연도 가스 흐름이 필연적으로 촉매 요소들을 통해 안내되도록 하기 위해 씰들(seal)이 제공된다.
주요 성능 매개변수 중 하나는, 촉매 모듈 내에 촉매 요소들을 내장함으로써 수반되는 압력 손실이다. 따라서 이러한 의도하지 않은 압력 손실을 가능한 한 적게 유지하려는 노력이 행해지고 있다. 압력 손실은 특히 촉매 요소들의 기하구조의 선택의 영향을 받는다. 그러나 기하구조 선택에는 제조 및 공정에 기인한 한계들이 적용된다. SCR 반응기의 크기도 마찬가지로 압력 손실에 직접적인 영향을 미친다. 따라서, 한편으로는 특히 SCR 반응기들이 차후에 개비되는 경우 현장의 제한 사항에 의해, 다른 한편으로는 경제적인 고려 사항에 의해 한계들이 적용된다.
본 발명의 과제는, 반응기 횡단면이 제한되는 조건에서 촉매 요소들에 의해 야기되는 압력 손실을 최소화하는 동시에 되는 최대한 큰 촉매 활성 표면을 갖는 촉매 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 개별 촉매 요소들의 표면적이 촉매 모듈의 유동 유입 표면적보다 더 크고, 주 유동 방향으로 향해 있는 모듈 측의 표면이 모듈 유입면으로서 정의되며, 촉매 요소들이 촉매 모듈 내에서, 유입 측 유동 방향 및/또는 유출 측 유동 방향과 다른 방향으로 연도 가스에 의해 관류되도록 배치됨으로써, 해결된다.
따라서 필요한 촉매 표면 및 이와 결부되는 촉매 체적의 제공은 촉매 모듈들의 내부에 촉매 요소들을 본 발명에 따라 배치함으로써 달성되며, 이는 촉매 모듈의 깊이의 증대도 동반한다. 이때, SCR 반응기의 횡단면은 변함없이 유지된다.
한 대안적 실시예에 따라, 바람직하게는 유입 측 유동 방향 및/또는 유출 측 유동 방향의 배향에 대해 평행하게 연도 가스에 의해 관류되는 촉매 요소들도 제공된다.
바람직하게는 촉매 모듈의 유입 측에 촉매 모듈 내로 연도 가스를 안내하는 하나 이상의 연도 가스 채널이 배치되며, 이때 주 유동 방향으로 향해 있는 모듈 측이 촉매 모듈의 유입 측으로서 정의된다.
본 발명의 또 다른 한 특징에 따라, 촉매 모듈의 유출 측에는 촉매 모듈의 외부로 연도 가스를 안내하는 하나 이상의 연도 가스 채널이 배치되며, 이때 주 유동 방향의 반대 방향으로 향해 있는 모듈 측이 촉매 모듈의 유출 측으로서 정의된다.
본 발명은 하기에서 도면과 관련하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 촉매 모듈의 단면도이다.
촉매 모듈(1)의 종래의 구조는, 촉매 모듈(1) 내부의 연도 가스 흐름(S)이 유동 방향의 편향 없이 촉매 모듈(1)의 유입 측(1')으로부터 촉매 요소들(2)의 채널들(3, 4)을 통과하여 촉매 모듈(1)의 유출 측(1") 쪽으로 흐르는 구성으로 정의된다.
도면에 도시되어 있는, 실질적으로 직사각형 측면들을 갖는 폐쇄된 평행 육면체 몸체로서 형성된 본 발명에 따른 촉매 모듈(1)의 구조에서는, 촉매 요소들(2)이 유입 측(1') 및/또는 유출 측(1")과 관련하여, 또는 촉매 모듈(1) 내에서의 유동 방향과 관련하여 지금까지의 실무와 다르게 새롭게 배치되어 있다. 그럼으로써 촉매 요소들(2)의 관류는 유입 측 유동 방향 및/또는 유출 측 유동 방향과 관련하여 다른 방향으로, 예컨대 90°만큼 오프셋되어 실시된다. 이처럼 촉매 요소들(2)이 촉매 모듈(1)의 내부에 특수하게 배치됨으로써, 훨씬 안쪽에 위치한 반응기(reactor) 설비의 기존 횡단면을 이용할 수 있게 된다. 그로 인해 원하는 확장성을 거의 다 달성할 수 있다.
연도 가스는 촉매 모듈(1)의 유입 측(1')으로부터 복수의 개구 및 복수의 채널(3)을 경유하여 촉매 요소들(2) 쪽으로 안내된다. 촉매 요소들(2)은 모듈 유입 측(1')에서 연도 가스의 주 유동 방향(S)에 대해 90°만큼 오프셋되어 정렬되도록 배치된다. 각각의 촉매 요소(2)의 유출 측에서 연도 가스는 다시 채널(4) 내로 유입되며, 상기 채널을 통해 연도 가스는 촉매 모듈(1)의 유출 측(1") 쪽으로 안내된다.
채널들(3, 4)이 촉매 모듈(1)의 유입 측(1') 또는 유출 측(1") 쪽으로 개방됨에 따라, 연도 가스 흐름(S)은 필연적으로 촉매 요소들(2)을 관통하여 안내된다. 채널들(3, 4)은 도시된 예시의 경우처럼 일정하거나, 축소되거나, 확대되는 횡단면 프로파일을 선택적으로 가질 수 있다. 채널들(3, 4)은 유동 조건들과 관련하여 유동을 개선하는 내장 부품들에 의해서도 최적화되도록 형성될 수 있다.
이와 달리, 종래의 촉매 모듈들(1)의 구성에서는, 촉매 요소들(2) 내로의 연도 가스 흐름(S)의 공급이 촉매 모듈(1)의 유입 측(1')에서 직접 이루어지는데, 그 이유는 촉매 요소들(2)이 통상 촉매 모듈들(1)의 유입 측(1')에 바로 인접하여 배치되기 때문이다. 대부분의 실시예에서는, 촉매 모듈(1)의 유입 측(1')과 촉매 요소들(2) 내로의 유입구 사이에 예컨대 안정성과 관련된 버팀대(strut), 하중 지지점, 접근 가능한 그레이팅(grating) 등이 더 많이 설치되며, 이로써 촉매 모듈(1)의 유입 측(1')과 촉매 요소들(2) 내로의 유입구 사이에 상응하는 간격이 생길 수 있다.
전술한 발명의 대상은 예컨대 하기의 목적으로 사용될 수 있다.
● 반응기 횡단면이 일정한 조건에서 촉매로 인한 압력 손실의 감소.
● 반응기 횡단면이 축소된 조건에서 촉매로 인한 압력 손실의 감소.
● 반응기 횡단면이 축소된 조건에서 촉매로 인한 압력 손실의 유지.
전술한 실시예는 본 발명의 사상의 범주 내에서, 특히 촉매 모듈 내에서의 촉매 요소들의 배치와 관련하여 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (4)

  1. 촉매 요소들로 구성된 내장 부품들을 갖는 촉매 모듈에 있어서,
    개별 촉매 요소들(2)의 표면적이 촉매 모듈(1)의 유동 유입 표면적보다 더 크고, 주 유동 방향(S)으로 향해 있는 모듈 측의 표면이 모듈 유입면으로서 정의되며, 상기 촉매 요소들(2)은 촉매 모듈(1) 내에서, 유입 측 유동 방향 및/또는 유출 측 유동 방향과 다른 방향으로 연도 가스에 의해 관류되도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 촉매 모듈.
  2. 촉매 모듈에 있어서, 바람직하게는, 유입 측 유동 방향 및/또는 유출 측 유동 방향의 배향에 대해 평행하게 연도 가스에 의해 관류되는 촉매 요소들(2)도 제공되는 것을 특징으로 하는, 촉매 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매 모듈(1)의 유입 측(1')에는 촉매 모듈(1) 내로 연도 가스를 안내하는 하나 이상의 연도 가스 채널(3)이 배치되며, 주 유동 방향(S)으로 향해 있는 모듈 측이 촉매 모듈(1)의 유입 측(1')으로서 정의되는 것을 특징으로 하는, 촉매 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 모듈(1)의 유출 측(1")에는 촉매 모듈(1)의 외부로 연도 가스를 안내하는 하나 이상의 연도 가스 채널(4)이 배치되며, 주 유동 방향(S)의 반대 방향으로 향해 있는 모듈 측이 촉매 모듈(1)의 유출 측(1")으로서 정의되는 것을 특징으로 하는, 촉매 모듈.
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