KR20160130456A - 500 내지 4500 kw 내연 엔진의 산소-풍부 배기물 중의 질소 산화물 환원을 위한 소형의 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

500 내지 4500 kw 내연 엔진의 산소-풍부 배기물 중의 질소 산화물 환원을 위한 소형의 선택적 촉매 환원 시스템 Download PDF

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다니엘 쿠에겔
일리르 필루리
디르크 라이헤르트
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존슨 매세이 카탈리스츠 (저머니) 게엠베하
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Abstract

기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈 및 SCR 반응기를 포함하는 소형의 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템이 기재된다. 유입구 유동 시스템은 열을 기화기 모듈로 전달하고, 환원제를 배기 가스와 혼합하고, 촉매를 통해 배기 가스의 대략 균일한 유동을 제공하도록 구성된다. 기화기 모듈은 환원제 또는 환원제 전구체의 용액으로부터의 환원제를 기화시키고, 기화된 환원제를 기체 유동 유입구 시스템 내로 전달하고, 여기서 이것이 배기 가스와 혼합되도록 구성된다. SCR 반응기는 SCR 촉매를 함유하고, 유입구 유동 시스템 및 기화기 모듈과 유체 소통된다.

Description

500 내지 4500 KW 내연 엔진의 산소-풍부 배기물 중의 질소 산화물 환원을 위한 소형의 선택적 촉매 환원 시스템 {COMPACT SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION SYSTEM FOR NITROGEN OXIDE REDUCTION IN THE OXYGEN-RICH EXHAUST OF 500 TO 4500 KW INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은, 고온 배기 가스의 스트림이 우레아의 암모니아를 포함하는 그의 활성 성분으로의 분해를 위한 열을 제공하는 NOx의 환원을 위한 소형의 선택적 촉매 환원 시스템 (SCR)에 관한 것이다. SCR 반응기, 기체 유동 시스템, 및 기화기 모듈을 포함하는 소형 시스템이 기재된다. SCR 반응기는 SCR 촉매를 포함하고, 기체 유동 시스템 및 기화기 모듈과 유체 소통된다. 기체 유동 시스템은 SCR 반응기의 적어도 4면에 인접하여 위치하고, 기화기 모듈을 가열하여 촉매를 통한 배기 가스의 대략 균일한 유동을 제공하도록 구성된다. 기화기 모듈은 환원제 또는 환원제 전구체를 포함하는 용액을 기화시키고, 환원제를 유동 시스템으로 전달하여 여기서 이것이 배기 가스와 혼합되고, 이어서 기체 혼합물이 SCR 촉매에서 반응하도록 구성된다. 소형 시스템의 구성은, 500 내지 4500 킬로와트 (kW) 엔진과 함께 사용되는 현 기술상태의 시스템에 비해 우레아의 활성 환원제로의 분해 증가를 가능하게 한다.
연도 가스 중의 질소 산화물 (NOx)의 선택적 촉매 환원 (SCR)은 많은 산업에서 국립 및 국제 배출 법규의 준수를 위해 전 세계적으로 사용되고 있다. 화석 및 재생가능한 연료의 연소 공정에서 형성된 질소 산화물은 촉매 표면 상에서 암모니아와 같은 환원제에 의해 환원된다. 다양한 촉매가 산화바나듐, 이온-교환 제올라이트 등과 같은 다양한 기재 상에서 사용되었다. 촉매는 다양한 제형으로 제조될 수 있고, 다양한 형태, 예컨대 압출되거나 코팅된 벌집형 금속 기재 등으로 존재할 수 있다. 적절한 촉매의 선택을 결정하는 주요 인자 중 하나는 연도 가스의 온도이다. 암모니아가 환원제로서 바람직하나, 암모니아의 직접 사용은 기체상 암모니아의 유해한 성질로 인해 문제가 된다. 따라서, 고온 연도 가스에 주입되는 경우 취급하기에 용이하고 분해되어 암모니아를 형성하기에 용이한 물질이 통상적으로 사용된다. 예를 들어, 우레아 수용액은 140℃ 초과의 온도에서 분해되어 암모니아 및 이소시안산 (HNCO)을 형성하며, 이는 이어서 분해되어 암모니아 및 이산화탄소를 형성한다. 그러나, 우레아 수용액으로부터의 암모니아의 발생은 비교적 저속 공정이다. 고온 기체 스트림에서의 우레아의 체류 시간이 지나치게 짧은 경우, 이는 반응기 벽 상에 또는 더 나쁜 경우 촉매 상에 침전을 초래할 수 있다. 따라서, 현 기술상태의 SCR 적용에서 사용되는 실제 촉매의 상류에 수 미터의 길이를 갖는 비교적 긴 주입 덕트가 배치된다. 이러한 긴 덕트는 전형적으로 직선형 튜브이고, 이를 통해 배기물이 유동하고 여기에서 환원제가 주입기 또는 랜스에 의해 고온 기체 스트림에 주입된다.
상기에 기재된 SCR 시스템은 일반적으로 대형의 고정식 시스템, 예컨대 전력 플랜트 상에서 사용되었다. 자동차 적용에서 및 일반적으로 600 kW 미만의 엔진에서는 더 작은 SCR 시스템이 사용되었다. 이러한 더 작은 SCR 시스템은 더 작은 배기물 부피 및 그에 따라 시스템에 도입될 필요가 있는 환원제의 더 적은 질량 유동 때문에 상이한 설계를 갖는다. 최근에, 해양, 오프-로드 및 발전 분야에 있어서 500 내지 4500 킬로와트 (kW) 디젤 및 가스 엔진에 대한 배출 규정이 확립되었다. 현재 이러한 크기의 엔진에서 사용되는 시스템은 큰 직경 (최대 대략 0.6 m)을 갖는 긴 배기물 파이프 (최대 대략 10 m) 및 배기 가스의 유동 내에 위치하는 SCR 촉매로 이루어진다. 우레아 수용액이 랜스에 의해 배기 가스에 직접 주입된다. 이후에 우레아는 배기 가스 유동에서 암모니아로 전환된다. 촉매 단면에 걸쳐 균일한 암모니아 농도 패턴을 달성하기 위해, 유동은 정적 혼합기에 의해 의도적으로 교란된다. 종종, 암모니아는 하나의 또는 다수의 혼합기 및 이어서 SCR 촉매를 통과하기 전에 암모니아 주입 그리드 (AIG)를 통해 완전 배기 유동으로 직접 도입된다. 따라서, 고르지 못한 유동 분포는 저온 구획을 갖는 영역을 초래하여 부분적으로 분해된 우레아로부터 침전 또는 부식을 야기할 수 있다. 이러한 우레아 손실은 또한 NOx 전환 활성에 있어 감소를 초래하는데, 이는 침전된 물질은 우레아를 암모니아로 전환시키기 위한 반응에 참여할 수 없기 때문이다.
공간은 해양, 오프-로드 및 발전 분야에 대한 적용에서 중요한 인자이고, 공간의 사용은 이러한 분야에서 작업의 경제성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 수퍼 요트 또는 페리는 승객 공간을 잃어 직접적으로 수입 손실을 야기할 수 있다. 대형 채광 굴착기 및 트럭은 이들이 이동시키거나 또는 운반할 수 있는 적재물을 감소시킬 필요가 있을 것이며, 이는 동일한 양의 물질을 이동시키기 위해 추가적 굴착을 수행하거나 또는 추가적 이동을 수행할 필요성을 야기한다. 특정한 운송 수단, 예컨대 예인선에서, 기계실은 현 기술상태의 SCR 장치의 설치에 필요한 공간을 갖지 않을 수 있다.
본원에 기재된 소형의 SCR 시스템은, 이전에 배기물 후처리 시스템 공간 제약이 그의 사용에 있어서 장애가 되었던 크기를 갖는 엔진에서 SCR 공정을 사용하여 배기 가스 중의 질소 산화물 (NOx)의 수준을 감소시키는 데 우레아를 사용하는 것을 가능하게 한다. 본원에 기재된 소형의 SCR 시스템의 이점 중 하나는, 시스템이 상기에 기재된 분야에서 새로운 엔진과 함께 사용될 수 있다는 점에 추가로, 또한 애프터마켓 시스템의 설치를 가능하게 하여 기존의 엔진도 또한 그의 배출을 감소시킬 수 있을 것이라는 점이다.
발명의 요약
기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈, SCR 촉매를 포함하는 SCR 반응기 및 기체 유동 배기 시스템을 포함하는 소형의 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템이 기재된다. 기체 유동 유입구 시스템은 1개 이상의 배기 가스 유입구, 열 전달 영역, 2개 이상의 초기 혼합 대역 및 2개 이상의 유동 덕트를 포함한다. 1개 이상의 배기 가스 유입구는 배기 가스가 엔진으로부터 도입되는 1개 이상의 입구를 포함한다. 열 전달 영역은, 연소 엔진으로부터의 배기 가스로부터의 열을 기화기 모듈로 전달하도록 구성된다. 배기 가스에 의해 기화 모듈에 제공된 열은, 기화기 모듈로 도입되는 우레아 또는 암모니아 전구체의 용액의 휘발을 보조한다. 열 전달 영역을 나오는 배기 가스는 기화기 모듈과 유체 소통되는 2개 이상의 초기 혼합 대역 내로 이동하고, 여기서 이는 환원제 또는 환원제 전구체와 조합되어 혼합 기체를 형성한다. 기화기 모듈은 환원제 또는 환원제 전구체의 용액으로부터 기화된 환원제를 형성하기 위한 수단, 기화기 모듈 내에 기화된 환원제를 포함하는 기화기 부피 및 기화된 환원제 및/또는 환원제 전구체를 기체 유동 유입구 시스템 내의 초기 혼합 대역으로 전달하기 위한 수단을 포함한다. 기화기 모듈 내에서, 환원제 전구체는 환원제로 전환된다. 유동 덕트는 시스템에서의 기체의 체류 시간을 제어하는 일련의 배플을 함유할 수 있다. 유동 덕트는 혼합 배기 가스를 SCR 반응기의 적어도 3면 주위로 통과시키도록 구성된다. 유동 덕트를 통과한 후, 혼합 기체는, 기체가 추가로 혼합되는 통로 내로 통과하고, 이어서 SCR 촉매를 함유하는 SCR 반응기 내로 유동하고, 여기서 혼합 기체는 SCR 촉매 단면에 걸쳐 대략 균일한 기체 속도 및 농도 프로파일을 갖는다. 환원제/환원제 전구체 및 배기 가스의 혼합물은, 이들이 SCR 촉매 내로 통과하기 전에 비교적 긴 체류 시간을 갖는다. SCR 반응기는 기체 유동 유입구 시스템 및 기화기 모듈과 유체 소통된다. 시스템은, 전형적인 SCR 공정에서 종종 사용되는 바와 같은 암모니아 주입 그리드 (AIG)를 사용하지 않는다. SCR 촉매를 통과한 후, 처리된 배기 가스는, 바람직하게는 기화기 모듈과 열 소통되는 유출구 영역 내로 통과하고, 이어서 시스템으로부터 배기된다. 처리된 기체의 일부는 주요 배기 가스 유동으로부터 분리되어 기화기 모듈로 통과할 수 있다. 본 발명의 많은 바람직한 측면을 하기에 기재한다. 동등한 구성이 고려된다.
본 발명은 하기 상세한 설명으로부터, 특히 첨부된 도면과 함께 고려될 때 보다 잘 이해될 것이고, 그의 이점이 보다 명백해질 것이다.
도 1은 소형의 SCR 시스템에서의 일반화된 기체 및 환원제의 유동을 나타낸다.
도 2는, 기화 모듈이 SCR 시스템 내에 배치된 경우, 기체 유동 유입구 시스템 및 기화 모듈 둘 다 서로에 인접한 벽을 함유하는, 기체 유동 유입구 시스템 및 기화 모듈의 일부를 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 일례의 단면도를 나타낸다.
도 3은, 기체 유동 유입구 시스템과 기화 모듈 사이의 단일 벽 및 기화 모듈과 SCR 반응기 사이의 단일 벽이 존재하는, 기체 유동 유입구 시스템 및 기화 모듈의 일부를 나타내는, 소형의 SCR 시스템의 일례의 단면도를 나타낸다.
도 4는 기화 모듈의 일부의 일례의 도이다.
도 5는, SCR 시스템의 일례의 일부를 통한 배기물 유동 궤도를 나타내는 반(half)-단면도를 나타낸다.
도 6은 SCR 시스템의 일례의 일부를 통한 배기물 유동 궤도의 도이다.
도 7a 내지 7d는, SCR 시스템의 일례를 통한 배기 가스의 유동 스트림을 나타내는 일례의 단면도를 나타낸다.
도 8은, 원료 NOx 농도 (전-SCR) 및 상이한 배기 온도 및 상이한 암모니아:NOx 비율 (ANR)에서의 적분 퍼센트 전환율 (후-SCR)을 나타내는 엔진 시험 벤치 실행의 결과를 나타낸다.
도 9는, 실생활 조건 하에서의 시험 벤치 실행에서의 엔진으로부터의 배기 가스로부터 촉매 상의 다양한 위치에서의 NOx의 퍼센트 전환율을 나타낸다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈 및 SCR 촉매를 포함하는 SCR 시스템을 제공한다. 여러 예를, 일부 바람직한 형태와 함께 설명할 것이다.
본 발명의 하나의 측면에서, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템은 기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈 및 SCR 반응기를 포함하며; 여기서,
a. 기체 유동 유입구 시스템은 1개 이상의 배기 가스 유입구, 열 전달 영역, 2개 이상의 초기 혼합 대역 및 2개 이상의 유동 덕트를 포함하고, 여기서 열 전달 영역은 연소 엔진으로부터의 배기 가스로부터의 열을 기화기 모듈로 전달하도록 구성되고; 2개 이상의 초기 혼합 대역은 각각 기화기 모듈 및 열 전달 영역을 나오는 배기 가스와 유체 소통되고, 기화기 모듈로부터의 기화된 환원제를 배기 가스와 혼합함으로써 혼합 배기 가스를 제공하도록 구성되고; 2개 이상의 유동 덕트는 각각 SCR 촉매를 통한 혼합 배기 가스의 대략 균일한 유동을 제공하고, 배기 가스로부터 SCR 촉매로의 열 전달 수단을 제공하도록 구성되고; 여기서 기체 유동 시스템은 SCR 촉매의 적어도 4면에 인접하여 배치되고;
b. 기화기 모듈은, 환원제 또는 환원제 전구체의 용액으로부터 기화된 환원제를 형성하기 위한 수단, 기화기 모듈 내에 기화된 환원제를 포함하는 기화기 부피 및 기화된 환원제를 기체 유동 유입구 시스템 내의 초기 혼합 대역으로 전달하기 위한 수단을 포함하고;
c. SCR 반응기는 SCR 촉매를 포함하고, 기체 유동 유입구 시스템 및 기화기 모듈과 유체 소통된다.
열 전달 영역은, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 벽과 해당 구조물 사이에서 배기 가스의 유동을 통과시키도록 구성된 구조물을 포함한다.
구조물은 추가로, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 제1 벽과 구조물 사이에서 배기 가스의 유동을 통과시키도록 구성될 수 있으며, 이는 배기 가스가 벽을 따라 통과한 후에 배기 가스를 통과시키는 1개 이상의 개구를 포함한다.
구조물은, 구조물을 2개 이상의 초기 혼합 대역 각각에 연결시키는 통로의 일부를 형성하도록 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 벽과 구조물 사이에서 배기 가스의 유동을 통과시키도록 구성될 수 있다.
기체 유동 유입구 시스템은 2개의 초기 혼합 대역 및 2개의 유동 덕트를 포함할 수 있다.
기화기 모듈은 환원제 또는 환원제 전구체의 용액이 통과하는 1개 이상의 에어로졸 형성 장치를 포함하며, 바람직하게는 1개 이상의 에어로졸 형성 장치는 노즐이다. 기화기 모듈은 1개 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 1개 이상의 추가적 노즐을 추가로 포함할 수 있다.
배기 가스는, SCR 촉매를 통과한 후, 기화기 모듈 내의 기체와 열 접촉되는 제2 벽과 접촉할 수 있다.
기체 유동 유입구 시스템은 기화기 모듈과 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함한다. 기체 유동 유입구 시스템은 기화기 모듈과 직접적 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함할 수 있다. 용어 "직접적 열 접촉"은, 열 전달 특성을 갖는 단일 벽이 기화기 모듈로부터 기체 유동 유입구 시스템을 분리함을 의미한다. 벽이 기화기 모듈과 열 소통되는 것의 예는, 벽이 직접적 열 소통되는 것, 뿐만 아니라 벽이 적어도 제2 벽을 통해 열 소통되는 것을 포함하며, 이는 2개 이상의 벽 사이의 열 전달을 제공하는 하나 이상의 물질의 사용을 포함한다. 기체 유동 유입구 시스템은 기화기 모듈과 직접적 열 소통되는 2개의 벽을 포함할 수 있다.
기화기 모듈은 배기 가스와 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 기화기 모듈은 배기 가스와 직접적 열 소통되는 1개의 벽을 포함한다. 다른 예에서, 기화기 모듈은 배기 가스와 직접적 열 소통되는 2개의 벽을 포함한다.
기체 유동 유입구 시스템은 유동 덕트 각각을 촉매에 연결시키는 통로를 포함할 수 있다. 통로는 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 반응기 내의 SCR 촉매로 지향시키는 수단을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 수단은 촉매 단면에 걸쳐 대략 균일한 환원제의 농도를 제공하도록 구성된다. 바람직하게는, SCR 반응기 내에서 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 촉매로 지향시키는 수단은, 2개 이상의 유동 덕트와 SCR 촉매 사이의 연결 통로에서 대각선으로 장착된 고체 플레이트를 포함한다.
2개 이상의 유동 덕트는 SCR 촉매 주위에 배기 가스의 유동을 분포시키도록 구성될 수 있고, 유동 덕트는 SCR 촉매와 열 소통된다.
바람직하게는, 각각의 유동 덕트에서 기체의 유동은 대략 동일하다.
바람직하게는, 유동 덕트 중 적어도 하나는 SCR 촉매의 제1 면 상에 배치되고, 하나 이상의 상이한 유동 덕트는 SCR 촉매의 반대쪽 면 상에 배치된다.
유동 덕트는 바람직하게는 촉매 상류의 배기 가스의 균일한 운동량 분포를 제공하도록, 또한 혼합 배기 가스의 체류 시간을 증가시키도록 배치 및 배향된 배플 플레이트를 포함한다.
SCR 시스템은 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단은 NOx 센서를 포함할 수 있다.
SCR 촉매는 모놀리스(monolith) 또는 미립자 필터 형태일 수 있다. 모놀리스 또는 미립자 필터는 모놀리스를 통한 기체 유동의 순(net) 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 가질 수 있다. SCR 촉매가 미립자 필터 형태인 경우, 촉매 형태는 선택적 촉매 환원 필터 (SCRF)로서 공지되어 있다.
SCR 시스템은 또한 1개 이상의 다른 배기 가스 후처리 장치, 예컨대 미립자 필터, 산화 촉매, 암모니아 슬립 촉매, SCR-코팅된 미립자 필터 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, SCR 촉매의 하류에 암모니아 슬립 촉매가 배치되고, 이는, 특히 높은 배기 가스 온도에서, 보다 높은 NOx의 전환 효율을 제공할 수 있다.
열 소통되는 2개 이상의 평행 벽이 기체의 유입구 유동과 기화기 기체 부피 사이에 배치될 수 있다.
선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템은 기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈 및 SCR 촉매를 포함할 수 있으며; 여기서,
(a) 기체 유동 유입구 시스템은 1개 이상의 배기 가스 유입구, 열 전달 영역, 2개의 초기 혼합 대역 및 2개의 유동 덕트를 포함하고, 여기서 열 전달 영역은 연소 엔진으로부터의 배기 가스로부터의 열을, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 1개 이상의 벽을 통해 기화기 모듈로 전달하도록 구성되고, 열 전달 영역은 프리즘 형상을 갖는 구조물을 포함하고, 여기서 프리즘 형상을 갖는 구조물의 일부는, 구조물과 SCR 시스템의 벽 사이에서 배기 가스의 유동을 통과시켜 배기 가스를 2개 이상의 초기 혼합 대역을 함유하는 2개의 유동 덕트 각각으로 지향시키는 1개 또는 복수의 홀을 포함하고, 기체 유동 유입구 시스템은 각각의 유동 덕트를 촉매에 연결시키는 통로를 추가로 포함하고, 여기서 통로는, 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 촉매로 지향시키는 1개 이상의 유동 덕트와 SCR 촉매 사이의 통로에서 대각선으로 장착된 고체 플레이트를 포함하고, 여기서 고체 플레이트는 촉매 단면에 걸쳐 대략 균일한 환원제의 농도를 제공하도록 구성되고;
(b) 기화기 모듈은, 환원제 또는 환원제 전구체의 용액으로부터 기화된 환원제를 형성하도록 구성된 노즐, 1개 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 노즐, 각각의 측벽이 기화된 환원제를 초기 혼합 대역을 통해 기체 유동 유입구 시스템의 유동 덕트 내의 배기 가스 내로 전달하는 1개 또는 복수의 개구를 함유하는 것인 2개의 측벽 및 기화기 모듈 내에 기화된 환원제를 포함하는 기화기 부피를 포함하고;
(c) SCR 반응기는 SCR 촉매를 포함하고, 기체 유동 유입구 시스템 및 기화기 모듈과 유체 소통된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 엔진으로부터의 배기물 중에 형성된 질소 산화물의 양을 감소시키는 방법은, 엔진으로부터의 배기 가스를 본원에 기재된 다양한 구성요소를 갖는 SCR 시스템에 통과시키는 것을 포함한다.
시스템의 구성은, 500 내지 4500 킬로와트 (kW) 엔진과 함께 사용되는 현 기술상태의 시스템에 비해 환원제 전구체의 보다 긴 체류 시간 및 그에 따라 보다 우수한 분해 효율을 가능하게 한다. 또한, 본원에 기재된 시스템은 훨씬 더 작은 풋프린트를 갖는다.
하기 설명은 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템의 다양한 구성예의 상세사항을 제공한다.
시스템은, 배기 가스 중의 NOx의 수준을 감소시키도록 반응할 수 있는 반응물, 바람직하게는 암모니아를 제공한다. 반응물은, 암모니아를 형성할 수 있는 화합물, 예컨대 우레아를 기체 상에서 반응물로 전환시키고, 반응물을 함유하는 기체를 NOx를 함유하는 배기 가스와 조합하고, 이어서 조합된 기체를 SCR 촉매에 통과시킴으로써 형성될 수 있다. 우레아를 암모니아로 전환시키기 위해, 우레아의 수용액을 기화기 모듈로 주입하고, 배기물로부터의 열을 1개 이상의 벽을 통해 기화기 모듈로 전달하고, 여기서 물 및 우레아 둘 다 휘발되어 고온 증기로서 존재하게 된다. 암모니아와 배기 가스의 혼합물을 SCR 촉매에 통과시킨 후 형성된 정화된 기체로부터 고온의 정화된 기체가 얻어질 수 있고, 이는 우레아의 용액을 기화시키기 위해 사용된다.
본원에 기재된 장치 및 방법은 우레아 사용시 효과적이지만, 암모니아-형성 시약 또는 가열시 반응물 기체를 형성할 수 있는 다른 NOx-환원 시약인 다른 NOx-환원 시약을 사용할 수 있다. 나타나는 반응은 관련 기술분야에 널리 공지되어 있다. 이들 반응의 요약은 그의 전문이 참조로 포함되는 미국 특허 번호 8,105,560 및 7,264,785에 기재되어 있다.
용어 "우레아"는 우레아, CO((NH2)2), 및 가열시 암모니아 및 HNCO를 형성하기 때문에 우레아와 동등한 시약을 포함하는 것을 의미한다. 관련 기술분야에 공지된 다른 NOx-환원 시약이 또한 사용될 수 있다. 우레아 또는 HNCO를 형성하지 않으나, 배기 가스 중에 존재하는 화합물과 반응하여 NOx의 수준을 감소시키는 NOx-환원 시약이 사용될 수 있다.
기화기 모듈로 도입되는 우레아 용액의 부피는 NOx 질량 유동 및 용액 중의 우레아의 농도 둘 다에 따라 달라진다. 도입되는 우레아의 양은 관여되는 반응의 화학량론에 기초한 NOx 농도, 원료 배기 가스의 온도 및 사용되는 촉매에 관련된다. 사용되는 우레아의 양은 처리되는 기체 중의 NOx에서의 질소 당량에 대한 우레아, 또는 다른 NOx-환원제 중의 질소의 상대적 당량을 나타내는 "NSR"에 관련된다. NSR은 약 0.1 내지 약 2의 범위일 수 있으나, 바람직하게는 0.6 내지 1.2 (경계값 포함)의 범위 내이다.
본원에 기재된 소형의 SCR 시스템에서 사용되는 SCR 촉매는 암모니아의 존재 하에 질소 산화물의 농도를 감소시킬 수 있는 것으로 관련 기술분야에 공지된 것들로부터 선택될 수 있다. 이들은, 예를 들어 제올라이트, 바나듐, 텅스텐, 티타늄, 철, 구리, 망가니즈 및 크로뮴의 산화물, 귀금속, 예컨대 백금족 금속 백금, 팔라듐, 로듐 및 이리듐, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 관련 기술분야에서 통상적이고 통상의 기술자에게 친숙한 다른 SCR 촉매 물질, 예컨대 활성탄, 목탄 또는 코크스가 또한 사용될 수 있다. 바람직한 촉매는 전이 금속/제올라이트, 예를 들어 Cu/ZSM-5 또는 Fe/베타; 바나디아계 촉매, 예컨대 V2O5/WO3/TiO2; 또는 비-제올라이트 전이 금속 촉매, 예컨대 Fe/WOx/ZrO2를 포함한다.
이러한 SCR 촉매는 전형적으로 금속, 세라믹, 제올라이트와 같은 지지체 상에 장착되거나, 또는 균질 모놀리스로서 압출된다. 관련 기술분야에 공지된 다른 지지체가 또한 사용될 수 있다. 촉매가 관통형(flow-through) 모놀리스 기재, 필터 기재 상에 코팅되거나 또는 압출된 형태인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 촉매는 관통형 모놀리스 기재 상에 코팅되거나 또는 압출된 형태로 존재한다. 이들 촉매는 벌집형 관통형 지지체 내에 또는 상에 존재하는 것이 바람직하다. 작은 부피 SCR 시스템에 대해, 비교적 높은 셀 밀도, 예를 들어 제곱 인치 당 45 내지 400 셀 (cpsi), 보다 바람직하게는 70 내지 300 cpsi, 더욱 더 바람직하게는 100 내지 300 cpsi를 갖는 SCR 촉매가 바람직하다.
일반화된 기체 및 환원제의 유동을 도 1에 나타내었다. 소형의 SCR 시스템은 4개의 주요 구획: 기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈, SCR 촉매 및 기체 유동 유출구 시스템을 포함한다. 기체 유동 유입구 시스템은 유입구 영역, 유입구 열 전달 영역, 유동 덕트 및 전-SCR 영역을 포함한다. 기체 유동 유출구 시스템은 임의로 유출구 열 전달 영역 및 정화 기체 유출구 중 하나 이상을 포함한다.
도 2는, 기체 유동 시스템 및 기화기 모듈(6)의 일부를 나타내는, 소형의 SCR 시스템(2)의 반-단면도를 나타낸다. 소형의 SCR 시스템은 약 500 kW 내지 약 1000 kW (1 MW), 또는 약 1000 kW (1 MW) 내지 약 2000 kW (2 MW), 또는 약 2000 kW (2 MW) 내지 약 4500 kW (4.5 MW)를 생성하는 엔진으로부터의 배기 가스를 수용할 수 있다. 도 2는, 단일 단 엔진에 대한 단일 입구 플랜지일 수 있는 유입구 플랜지(1)를 통해 엔진 배기 가스가 SCR 시스템 내로 유동하는 예를 나타낸다.
2-단 엔진 또는 다른 연소기에 대한 2개 이상의 입구가 사용될 수 있다. 전형적으로는, 또한 바람직한 유동 패턴을 위해, 튜브/플랜지와 같은 시스템 내로의 원형 입구가 사용될 것이지만, 정사각형, 직사각형, 삼각형 또는 타원형 형상과 같은 다른 형상이 사용될 수도 있다. 기체 유동 시스템의 유입구 영역으로 도입됨에 따라, 고온 배기 가스는 기체 수집기(8) 상에 충돌하고, 유입구 열 전달 영역 내에서 열 교환기로서 기능하는 벽(71)을 따라 유동한다. 도 2에 나타낸 기체 수집기(8)는 프리즘 형상을 갖는다. 기체 수집기(8)는 다른 형상을 가질 수 있다. 이 열 전달 영역을 통과한 후, 기체는, 기체를 기체 수집기를 통해 기체 수집기(8)와 SCR 시스템의 외벽 사이의 기체 수집기(8)의 내부 영역으로 통과시킬 수 있는 1개 또는 복수의 개구를 포함하는 기체 수집기(8)의 부분(8a)을 통해 유동한다. 기체 수집기(8)의 내부로부터, 배기물은 2개 이상의 유동 덕트 내로, 또한 추가로 소형의 SCR 시스템의 다른 측면 상에 배치된 초기 혼합 대역 내로 분포된다. 초기 혼합 대역 내에서, 엔진으로부터의 배기 가스가 기화기 모듈로부터의 기화된 환원제와 혼합된다. 소형의 SCR 시스템이 1개 초과의 배기물 입구(1)를 포함하는 경우, 기체 유동 유입구 시스템은 압력 및/또는 온도와 같은 스트림 사이의 차이를 평형화한다.
기화기 모듈(6)은 2개의 고온 플레이트 사이에 우레아의 수용액을 주입하기 위한 수단을 포함한다. 2개의 고온 플레이트 사이의 부피는 기화기 기체 부피(62)이다. 우레아의 수용액은 침전 또는 다른 문제 없이 저장 및 취급에 적합한 농도로 유지된다. 수용액 중의 우레아의 농도는 약 5 내지 70%, 바람직하게는 약 15 내지 약 60%, 보다 바람직하게는 약 30 내지 약 40%의 범위일 수 있다. 우레아의 수용액을 주입하기 위한 수단은 우레아 용액의 스프레이 형성 (예비-증발)을 위해 공기를 사용하는 노즐을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 노즐은 다수의 공급원으로부터 상업적으로 입수가능하다. 500 내지 4500 kW의 엔진 크기에서, 우레아와 사용될 수 있는 상업적으로 입수가능한 노즐은 단지 저압 기화 공기를 필요로 하고, 이는 비교적 작은 압축기에 의해 공급될 수 있다.
기화기 모듈(6)에는 무공기(airless) 노즐이 장착될 수 있다. 500 내지 4500 kW의 엔진의 배기물 정화를 위해 필수적인 우레아 질량 유동에 대해 현재 이용가능한, 1-상, 무공기 노즐은 하나의 작업 사이클에서 다양한 질량 처리량 작업을 위해 매우 높은 액체 압력을 필요로 한다. 그러나, 노즐 제조업체는 조정가능한 질량 처리량으로의 저압 1-상 노즐을 연구 개발 중이다. 무공기 시스템은, 이들이 보다 적은 구성요소를 갖기 때문에, 보다 적은 자본 및 작업 비용을 가질 수 있고 시스템 고장 가능성이 보다 낮을 수 있다. 무공기 주입 시스템은, 공간이 제약되고 오랜 보증 기간 (예를 들어 2년 이상)이 요구되며, 해양, 발전, 채광 등과 같이 엔진이 높은 연간 사용량 (예를 들어, 연간 8000시간)을 갖는 소형의 SCR 시스템에 있어 특히 매력적일 수 있다. 다른 유형의 아토마이저(atomizer)가 사용될 수도 있다.
완전한 물의 증발 및 우레아의 암모니아로의 분해에 필요한 열은 배기 가스와 기화기 기체 부피(62) 사이의 1개 이상의 벽(71 내지 74)의 열 교환 기능을 통한 배기 가스로부터의 열 전달에 의해 공급된다.
기화기 모듈은 1개 이상의 벽을 함유할 수 있고, 예열된 2차 기화 공기를 사용할 수 있다. 예열된 2차 기화 공기를 사용하여 노즐로부터의 우레아 용액 스프레이에 대해 영향을 줄 수 있다. 따라서, 이는 배기 가스 중의 우레아 및 암모니아 또는 또 다른 환원제의 분포를 제어하고/거나 조정하는 수단을 제공하고, 따라서 수성 우레아 증발/분해 시간의 제어, 및 그에 따라 최저의 가능한 암모니아 슬립으로 최고의 가능한 NOx 환원을 달성할 가능성을 제공한다.
상기에 기재된 SCR 시스템은, 두 세트의 이중 벽(71, 73) 및 (72, 74)를 2개의 단일 벽으로 대체하도록, 하기에 기재된 바와 같이, 변형될 수 있다. 일례에서, 도 3에 나타낸 바와 같은 2개의 벽(71, 72) 각각은 기체 유동 시스템의 일부이다. 또 다른 예에서, 도 3에 나타낸 바와 같은 2개의 벽(71, 72) 각각은 기화기 모듈의 일부이다.
도 4는, 우레아 수용액이, 가압된 1차 기화 공기의 도움 하에 상업적 노즐(61)을 사용하여 원자화되는 SCR 시스템의 일부를 나타낸다. 1차 기화 공기는 환원제를 함유하는 용액을 액적으로 전환시키는 데 사용되는 공기이다. 다양한 질량 처리량에서도, 수십 밀리미터 내지 수십 마이크로미터의 직경을 갖는 액적을 얻기 위해서는 단지 수백 밀리바 내지 수 바의 압력이면 충분하다. 따라서, 현 기술상태의 설비에서 현재 사용되는 바와 같은 대형 공기 압축기보다는 소형 장치, 예컨대 회전 피스톤 팬, 사이드 채널 블로어 등이 사용될 수 있다. 액적에 의해 형성된 요망되는 스프레이 프로파일을 형성하는 데 있어 2차 기화 공기로서 가압된 공기가 사용될 수도 있다. 2차 기화 공기의 일부를 별도의 2개의 노즐(63)을 통해 1차 수성 우레아 스프레이 내로 불어넣어 스프레이 프로파일을 증가된 열 및 질량 전달 표면에 대한 편평한 제트로 신장시킬 수 있다. 기화기 기체 부피(62)에서의 낮은 스프레이/증기 속도 및 비교적 높은 온도로 인해, 우레아의 암모니아 및 이소시안산으로의 완전한 또는 거의 완전한 열분해가 예상된다. 또한, (우레아 수용액 중의 물의 휘발로부터 형성된) 스팀의 매우 높은 국소 농도 및 기화기 기체 부피(62)에서의 배기 가스의 희석 부재로 인해, 우레아는 초기 혼합 대역 내의 배기 가스와 혼합되기 전에 이소시안산으로 급속히 가수분해될 것으로 예상된다. 기화기 모듈(6) 내의 수 밀리바의 작은 과압은 환원제 및 관련 부산물 기체의 오리피스(65)를 통한 SCR 반응기의 양 측면 상의 2개의 유동 덕트(11) 및 (12) 내로의 일정하고 안정적인 유동을 제공한다.
또한 2차 기화기 공기를 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상의 노즐(64)을 통해 직사각형 기화기 덕트 내로 공급하여 기화기 기체 부피(62) 내에 와류 유동을 생성하여, 벽으로부터 스프레이로의 열 전달을 증가시킬 수 있다. 2차 기화 공기를 이것이 노즐(63) 및 (64)로 향하기 전에 가열할 수 있다. 가열은 임의의 공지된 수단에 의해, 바람직하게는 전기적으로, 보다 바람직하게는 배기 가스를 벽(71) 및 (72) 상에 배치된 튜브 열 교환기에 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 열 교환기 튜브는, 벽(71) 및 (72)의 표면적의 단지 작은 부분만이 블록킹되면서, 2차 기화 공기 스트림 내로 필요한 양의 열 전달이 가능하도록 배열된다. 2차 기화 공기 스트림의 총 질량 유동 및 압력은, 요망되는 스프레이 신장 패턴 및 요망되는 와류 유동 패턴, 뿐만 아니라 기화기 모듈(6)에서의 요망되는 압력 및 온도에 의해 결정된다. 기화기 모듈(6)은 또한, 스프레이를 지향하도록 배향된 배플 플레이트를 포함할 수 있다. 기화기 모듈의 벽 및/또는 배플 플레이트는 또한 환원제 전구체의 가수분해를 위한 촉매 활성을 제공할 수 있다. 기화기 모듈(6)은, 낮은 등급의 환원제 용액이 사용되어야 하는 경우, 정화를 위한 소형의 SCR 시스템으로부터 이것이 용이하게 제거될 수 있도록 슬라이드-인(slide-in) 모듈일 수 있다. 기화기 모듈(6)은 소형의 SCR 시스템의 부분일 수 있고, 여기서는 벽(71) 및 (72)가 기화기 모듈(6) 내의 기체 부피(62)로부터 배기 가스를 분리한다.
도 5는, 예시적 구성에서의 배기 가스의 유동을 측면도로 나타낸 것이다. 도 5의 우측에 나타낸 기체 유동의 부분은, 하기에 기재되는 바와 같은, 유입구 영역을 통한 유동을 나타낸다. 엔진으로부터의 고온 배기 가스는 유입구 플랜지(1)를 통해 소형의 SCR 시스템 내로 유동한다. 시스템으로 도입됨에 따라, 기체 유동은 기체 수집기(8) 상에 충돌하고, 열 교환기로서 작용하는 각진 벽(71)을 포함하는 유입구 열 교환기 구획을 따라 유입구 열 전달 영역 내에서 유동한다. 2차 기화 공기를 가열하기 위한 열 교환기 튜브는 이 벽 상에 배치될 수 있다. (이는 도 5에 도시되지 않음). 도 5에 나타낸 기체 수집기(8)는 프리즘 형상을 갖는다. 기체 수집기(8)는 상이한 형상을 가질 수 있다. 이 유입구 열 전달 영역을 통과한 후, 기체는, 기체를 기체 수집기를 통해 기체 수집기(8)와 SCR 시스템의 외벽 사이의 기체 수집기(8)의 내부 영역으로 통과시킬 수 있는 1개 또는 복수의 개구를 포함하는 프리즘 형상의 기체 수집기(8)의 부분(8a)을 통해 유동한다. 기체 수집기(8)의 내부로부터, 배기물은 2개 이상의 유동 덕트 내로, 또한 추가로 소형의 SCR 시스템의 다른 측면 상에 배치된 초기 혼합 대역 내로, 또한 이어서 SCR 반응기의 양 측면 상의 2개의 유동 덕트(11) 및 (12) 내로 분포된다. 배기 가스는, 환원제가 기화기 모듈로부터 1개 또는 다수의 개구(65)를 통해 유동 덕트(11, 12) 내로 전달되는 배기물 유동 벤드 내에 배치된 초기 혼합 대역 내에서 환원제가 배기 가스로 도입되기 전에 배기 가스 이동 시간이 증가되도록 배향된 일련의 배플 플레이트(24, 25)를 통해 유동할 수 있다. 환원제 도입 전의 증가된 배기 가스 이동 시간은, 환원제 투입량의 제어를 위해 NOx 센서가 사용되는 경우, 또한 이 NOx 센서가 소형의 SCR 시스템의 일부 (도 7a에서 번호 81 참조)인 경우에 유리하다. 암모니아-적재 기체가 도입되기 전의 배기 가스 이동 시간은, 배기 가스가 소형의 SCR 시스템의 후방으로, 이어서 다시 전방으로, 또한 다시 후방으로 이동함에 따라 기체 유동을 조정하는 배기물 덕트 내의 일련의 배플 플레이트를 통해 증가될 수 있다. 용어 "전방"은 주입 모듈이 배치된 시스템의 측면을 지칭한다. 용어 "후방"은 시스템의 전방의 반대 측면을 지칭한다. 배기 가스가 두번째 회전을 통과함에 따라, 기화기 모듈(6)로부터의 암모니아-적재 기체는 기화기 모듈 내의 1개 이상의 개구(65)를 통해 배기물로 도입된다. 유동 벤드 내의 기체 유동의 난류는, 기체 유동 영역의 일부인 혼합 대역에서의 환원제와 배기 가스의 혼합을 효과적으로 촉진시킨다. 배플 플레이트는 대략 수평으로 배치될 수 있다.
기체 유동 영역은, 유입구 영역을 통과한 엔진으로부터의 배기 가스가 기화기 모듈로부터의 기화된 환원제와 혼합되는 초기 혼합 대역 및 배기 가스와 환원제의 혼합물이 전-SCR 영역으로의 도입 전에 유동하는 유동 덕트(11) 및 (12)를 포함한다. 유동 덕트는 SCR 촉매 주위에 배치되어 SCR 촉매로 열을 전달한다. 도 6 및 7은, 유동 덕트가 SCR 촉매의 측면 주위에 배치된 예를 나타낸다. 유동 덕트는 SCR 촉매 위 아래로 진행될 수 있다. 유동 덕트는 SCR 촉매의 1개 이상의 측면 주위에, 또한 그의 위 아래로 배치될 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 정적 혼합기(91) 및/또는 산화 촉매(92)가 SCR 촉매 전에 배기물 유동 덕트 내에 배치될 수 있다. 유동 덕트의 길이에서 이동한 후, 각각의 유동 덕트(11) 및 (12)의 유동 방향은 90°만큼 회전하고, 촉매 단면에 걸쳐 균일한 운동량 분포가 달성되도록 SCR 촉매의 상류에 배치된 전-SCR 영역의 2개의 유동 덕트(11) 및 (12) 사이의 연결 통로(31) 내에 배치된 각진 유동 플레이트(23)를 향한다. 각각의 유동 덕트(11) 및 (12) 내에서의 기체 유동은 대략 동일할 수 있다. 대략 동일하다는 것은, 예를 들어 2개의 유동 덕트를 갖는 시스템에서, 질량 유동 속도가 약 50:50 내지 약 65:35, 바람직하게는 약 50:50 내지 약 60:40, 또한 보다 바람직하게는 약 50:50 내지 약 55:45의 범위임을 의미한다. 복수의 유동 덕트 내에서의 질량 유동의 비율은, SCR 촉매 단면에 걸쳐 암모니아 또는 다른 환원제의 균일한 농도를 제공하도록 조정되어야 한다.
도 6은 소형의 SCR 시스템의 바람직한 예시적 구성에서의 기체 유동을 나타내며, 여기서 SCR 시스템은 전방으로부터 후방까지 절반으로 절단되어 나타나 있다. 고온 배기 가스는 SCR 시스템의 저부에서 유입구 플랜지를 통해 소형의 SCR 시스템으로 도입된다. 기체는 기체 수집기(8)와, 유입구 열 전달 영역 내의 기화기 모듈과 유입구 사이의 벽(71) 사이에서 상향 유동하고 (a); 이어서, 기체는 기체 수집기(8)의 표면 내의 개구(8a)를 통해, 또한 기체 수집기(8)의 내부 부피 를 통해 (b) 유동하고, 여기서 이는 개구를 통해 SCR 시스템의 양 측면 상의 유동 덕트(11) 및 (12) 내로 분포된다 (c). 일례에서, 기체는 이어서 상향으로 (d), 또한 (e)로부터 (f)까지 SCR 시스템의 길이를 따라 일련의 배플 플레이트를 갖는 유동 덕트를 통해 유동하고, 여기서 이는 회전하여 다시 시스템의 전방으로, 환원제 도입 및 초기 혼합 대역(65) (도 6에 도시되지 않음, 도 5 참조)을 향해 유동한다. 초기 혼합 대역 내에서, 엔진으로부터의 배기 가스가 기화기 모듈로부터의 기화된 환원제와 혼합된다. 혼합 기체는 시스템 후방으로 유동하고, 90도 회전하여 전-SCR 영역과 2개 이상의 유동 덕트 사이의 연결 통로 내로 유동하고, 이어서 플레이트(23) 상에 충돌한다. 혼합 기체는 각진 유동 플레이트(23)를 가로질러 진행되고 (g), 그에 따라 각진 유동 플레이트(23)의 위치 및 배향은 SCR 촉매(3)를 향한 기체의 실질적으로 균일한 유동 (h)을 제공한다.
도 7은, 시스템을 통한 배기 가스의 유동을 나타내는, SCR 시스템의 일례의 여러 3차원 도를 나타낸다. 엔진으로부터의 고온 배기 가스는 유입구(1)를 통해 시스템으로 도입되고, 이어서 기체 수집기(8)와 벽(71) (기화기 모듈(6)에 인접하여 배치됨) 사이에서 상향 이동한다. 고온 배기 가스는 열을 벽(71)으로 전달하고, 이는 이어서 열을 기화기 모듈(6) 내로 전달한다. 기체 수집기(8)의 내부 부피 내에서, 기체 유동은 두 부분으로 분할되어 시스템의 좌측 및 우측 상에 배치된 2개의 유동 덕트(11) 및 (12)로 분포된다. 이들 덕트 모두 도 7a에서는 볼 수 없다. 도 7b는, 유동 덕트(12)의 내부 부피를 보여주기 위해 유동 덕트(12)의 우측 벽을 제거한 SCR 시스템의 절단도를 나타낸다. 기체 수집기(8)로부터, 배기물은 유동 덕트(12) 내로, 후방으로, 다시 전방으로 유동하고, 여기서 암모니아가 기화기 모듈 내의 개구(65)를 통해 배기물로 도입된 후 혼합 기체가 다시 후방으로, 또한 전-SCR 영역(7) 내로의 연결 통로(31)를 통해 유동한다. 도 7c는 도 7b로부터 180도 회전한 시스템을 나타내고, 이는 유동 덕트(11)의 일부를 보여준다. 정적 혼합기 및/또는 산화 촉매가 유동 덕트(11) 및/또는 (12) 내에 존재할 수 있다. 도 7b 및 7c는, 산화 촉매(92)가 유동 덕트 내에 배치된 예를 나타낸다. 도 7d는 유동 덕트(12)를 통한 일반화된 기체의 유동을 나타낸다. 배기 가스가 유동 덕트(11) 및 (12)를 통해 유동함에 따라, 배기 가스로부터의 열이 유동 덕트의 벽을 통해 전달되고, 이 열의 일부는 촉매 및 촉매를 둘러싼 영역으로 전달된다. 도 7d에서, 나타낸 유동의 종료는 연결 통로(31)로 도입되는 유동으로 나타나 있다. 연결 통로(31)로의 도입 후, 배기 가스는 각진 유동 플레이트(23)와 접촉되고, 이는 전-SCR 영역을 통해 SCR 촉매(3)를 향해 진행된다. 기체가 정화되는 촉매(3)를 통과한 후, 정화된 배기 가스는 벽(72) (기화기 모듈(6)의 벽에 인접하여 배치되거나 그 벽임)을 따라 상향 이동한다. 고온의 정화된 배기 가스는 벽(72)로 열을 전달하고, 이어서 열을 기화기 모듈(6)로 전달한다. 이어서, 기체는 상향으로, 또한 유출구 플랜지(4)를 통해 유동한 후, SCR 시스템을 나온다.
SCR 촉매는 SCR 시스템 내에 배치된다. 본원에서 사용되는 용어 "~내에"는, SCR 촉매가 SCR 촉매의 적어도 4면 상에 배치된 기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈 및 기체 유동 유출구 시스템을 가짐을 의미한다.
촉매는 바람직하게는 도 6 및 7a 및 7c에 나타낸 브릭 형태로 존재한다. SCR 촉매 브릭은 정사각형, 직사각형, 육각형 및 원을 비롯한, 기체 유동 방향에 수직인 다수의 단면 형상 중 임의의 것을 가질 수 있으며, 단면적의 더 높은 이용을 위해 정사각형 또는 직사각형이 바람직하다. 바람직하게는 정사각형이고 약 150 x 150 mm2의 단면적을 갖는 복수의 SCR 촉매 브릭이 사용될 수 있다. 여러 층의 촉매가 기체 유동 내에 배치될 수 있다. SCR 촉매에 추가로, SCR 시스템은 다른 방출 제어 장치, 예컨대 미립자 필터, 암모니아 슬립 촉매, 산화 촉매 및 코팅된 미립자 필터를 포함할 수 있다.
SCR 시스템은 SCR 활성을 감소시킬 수 있는 탄화수소를 감소시키도록 각각의 유동 덕트 내의 우레아 입력의 상류에 배치된 산화 촉매를 추가로 포함할 수 있다. 산화 촉매는 또한 CO, 방향족 화합물 등을 산화시킨다.
배기 가스가 촉매(3)를 통과할 때, 배기 가스 중의 NOx는 촉매 표면 상의 환원제와 반응하고, 배기 가스 중의 NOx의 양이 감소한다. SCR 반응이 NOx 수준 감소에 있어 효과적이 되기 위해서는, 기체화된 우레아를 포함한 연소 기체의 온도가 약 100℃ 이상, 전형적으로는 약 180 내지 약 650℃, 또한 바람직하게는 적어도 약 250℃ 초과여야 한다. 촉매의 조성, 형태 및 특히 부피는 SCR 촉매 중의 기체의 온도, 뿐만 아니라 질소 산화물의 촉매 환원에 있어 환원을 제공하는 NOx 로드에 기초하여 선택될 수 있다. 다른 배기 가스 정화 장치, 예컨대 암모니아 슬립 촉매, 미립자 필터 및 SCR, SCR-코팅된 미립자 필터 등이 또한 소형의 SCR 시스템에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 소형의 SCR 시스템은, 전형적인 SCR 공정에서 종종 사용되거나 요구되는 바와 같은 암모니아 주입 그리드 (AIG)를 사용하지 않는다.
소형의 SCR 시스템은 촉매를 대체하기 위한 SCR 촉매 접속 수단을 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 수단은, SCR 시스템의 상단 또는 측면 상에 배치된 도어이다.
소형의 SCR 시스템은 다양한 센서, 예컨대 1개 이상의 NOx 센서, NH3 (암모니아) 센서, 및 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다. NH3 센서는 바람직하게는 SCR 시스템의 유출구에 배치되어 SCR 시스템을 통한 암모니아 슬립을 측정할 것이다. NOx 및/또는 NH3 및/또는 온도 센서는, 우레아 및 적용가능한 경우 기화 공기 및 적용가능한 경우, 기화기 모듈 및 이어서 배기 가스 내로 전달되는 정화 기체의 양을 제어하는 유닛에 연결될 수 있다. NOx 센서(81), 임의로 온도 센서는 배기 가스 유동 유입구 시스템에, 바람직하게는 기체 수집기(8) 내에 배치될 수 있다. NOx 또는 NH3 센서는 SCR 촉매의 하류(41) 상에 배치될 수 있고, 폐회로 제어에 사용될 수 있다. 각진 또는 벤딩된 배플 플레이트는 정화 기체의 중심 유동의 부분 유동을 NOx 또는 NH3 센서를 향해 지향시켜 NOx 또는 NH3 수준을 측정하여 SCR 촉매를 통한 암모니아 슬립의 양을 구할 수 있다.
소형의 SCR 시스템은, 500 내지 4500 kW의 전력을 갖는 단일- 또는 이중 단 (예를 들어 V-실린더) 엔진으로부터의 배기 가스를 통과시키는 1개 또는 2개의 유입구 플랜지를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 플랜지는 원형이다.
도 7에 나타낸 구성을 갖는 SCR 시스템을 실생활 조건 하에서의 시험 벤치 실행에서 평가하였다. 시험된 SCR 촉매는 각각 300 mm의 길이를 갖는 4 x 4 정사각형 (150x150 mm2) 압출 바나디아 촉매를 사용하였고, 여기서는 2 x 2 촉매 브릭을 금속 시트 및 매트를 갖는 캔에서 조합하였다. 기화기 모듈은 2-상 노즐 (공기-보조)을 사용하였고, 4 bar에서 대략 1 Nm3/h의 소비로 공기를 사용하였다. 시스템을 0.8, 0.9, 1.0 및 1.1의 암모니아:질소 산화물 비율 (ANR)에서 시험하였다.
SCR 시스템을 메르세데스(Mercedes) OM512 엔진 (16 L 치환) 430 kW에 연결하였다. 배기 온도 (포스트 터보)는 430 내지 510℃였다. 시간에 대한 상이한 암모니아 대 NOx 비율에서의 유출구 플랜지 후에서 측정된 NOx 전환율을 도 8에 나타내었다. 이들 값은, 국소적 NOx 전환율을 측정한 때로부터의 실제 측정치이다.
촉매에 걸친 다양한 위치에서의 NOx 전환율을, 1200 kg/h의 배기물의 질량 유동으로, 490℃의 배기 온도 (포스트 터보)를 사용하여 측정하였다. NOx 원료 농도는 1500 ppm이었고, 암모니아:질소 산화물 비율 (ANR)은 1.1이었다. SCR 후의 국소적 NOx를 측정하였고, 따라서 반응기의 저부로부터 측정된 7, 22, 37 및 52 센티미터의 높이에서 각각의 촉매 브릭 층의 중심에서의 NOx 전환율을 측정하였다. 각각의 높이에서, 촉매 단면의 좌측으로부터 우측으로 5, 15, 25, 35, 45, 55 및 65 센티미터에서 촉매 폭을 가로질러 측정치를 얻었다. 이로부터, 7 x 4 (폭 x 높이) 그리드에서 측정치를 얻었다. 이들 점 각각에서의 퍼센트 전환율을 도 9에 나타내었다.
도 9는 시험 벤치 실행에서 엔진으로부터의 배기 가스로부터 촉매 상의 다양한 위치에서의 NOx의 퍼센트 전환율을 나타낸다. 이들 결과는, 촉매 전체 단면의 거의 정량적 사용이 상기에 기재된 구성을 사용하여 달성될 수 있음을 보여준다. 고정식 엔진 작업 점을 사용하여, 뿐만 아니라 본 발명에 의해 표적화된 엔진 전력 범위 내에서 디자인되고 시험된 소형의 SCR 시스템을 사용한 단기적 시험 사이클 내에서 매우 높은 NOx 전환율이 달성되었다.
촉매에 걸쳐 균일한 배기물 유동은 촉매의 균등화된 사용을 제공하고, 최대 NOx 전환을 제공한다. 배기물은 SCR 촉매를 통과하고, 여기서 촉매의 존재 하에 환원제와의 반응에 의해 NOx의 수준이 감소되고, 정화된 기체가 형성된다. SCR 촉매로부터 배출되는 정화된 기체는 기체 유동 유출구 시스템으로 도입되고, 여기서 기체의 일부 또는 전부가 기체 유동 유출구 시스템과 유출구 열 전달 영역 내의 기화기 모듈(6) 사이의 벽(72)과 접촉되어, 정화된 기체로부터의 열이 기화기 모듈 내로 전달된다. 유출구 열 전달 영역을 통과한 후, 기체 유동 유출구 시스템 내의 정화된 배기 가스는 소형의 SCR 시스템을 나온다.
상기 설명은 관련 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있게 하도록 의도된다. 이는 통상의 기술자가 설명을 읽음에 따라 명백하게 될 모든 가능한 변형 및 변화를 상술하도록 의도된 것은 아니다. 그러나, 모든 이러한 변형 및 변화는 상기 설명에 나타내고 다르게는 하기 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범주 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (59)

  1. 기체 유동 유입구 시스템, 기화기 모듈 및 SCR 반응기를 포함하며; 여기서,
    a. 기체 유동 유입구 시스템은 1개 이상의 배기 가스 유입구, 열 전달 영역, 2개 이상의 유동 덕트 및 2개 이상의 초기 혼합 대역을 포함하고, 여기서 열 전달 영역은 연소 엔진으로부터의 배기 가스로부터의 열을 기화기 모듈로 전달하도록 구성되고; 2개 이상의 초기 혼합 대역은 각각 기화기 모듈 및 열 전달 영역을 나오는 배기 가스와 유체 소통되고, 기화기 모듈로부터의 기화된 환원제를 초기 혼합 대역 내의 배기 가스와 혼합함으로써 혼합 배기 가스를 제공하도록 구성되고; 2개 이상의 유동 덕트는 각각 SCR 반응기를 통한 혼합 배기 가스의 유동을 제공하고, 배기 가스로부터 SCR 반응기로의 열 전달 수단을 제공하도록 구성되고;
    b. 기화기 모듈은, 환원제 또는 환원제 전구체의 용액으로부터 기화된 환원제를 형성하기 위한 수단 및 기화된 환원제를 기체 유동 유입구 시스템 내의 초기 혼합 대역으로 전달하기 위한 수단 및 기화기 모듈 내에 기화된 환원제를 포함하는 기화기 부피를 포함하고;
    c. SCR 반응기는 SCR 촉매를 포함하고, 기체 유동 유입구 시스템 및 기화기 모듈과 유체 소통되는 것인,
    선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 열 전달 영역이, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 벽과 해당 구조물 사이에서 배기 가스의 유동을 통과시키도록 구성된 구조물을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 구조물이 추가로, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 제1 벽과 구조물 사이에서 배기 가스의 유동을 통과시키도록 구성되며, 이는 배기 가스가 벽을 따라 통과한 후에 배기 가스를 통과시키는 1개 또는 복수의 개구를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 벽과 구조물 사이에서 배기 가스의 유동을 통과시키도록 구성된 구조물이, 구조물을 2개 이상의 유동 덕트 각각에 연결시키는 통로의 일부를 형성하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 2개의 유동 덕트 및 2개의 초기 혼합 대역을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기화기 모듈이 환원제 또는 환원제 전구체의 용액이 통과하는 1개 이상의 에어로졸 형성 장치를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 1개 이상의 에어로졸 형성 장치가 노즐인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 기화기 모듈이 1개 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 1개 이상의 추가적 노즐을 추가로 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 가스가, SCR 반응기를 통과한 후, 기화기 모듈 내의 기체와 열 접촉되는 제2 벽과 접촉하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 기화기 모듈과 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 기화기 모듈과 열 소통되는 1개 이상의 벽이 기화기 모듈과 직접적 열 소통되는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 기화기 모듈과 직접적 열 소통되는 2개의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 기화기 모듈이 배기 가스와 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 기화기 모듈이 배기 가스와 직접적 열 소통되는 1개의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 기화기 모듈이 배기 가스와 직접적 열 소통되는 2개의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 유동 덕트 각각을 SCR 반응기에 연결시키는 통로를 추가로 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 통로가 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 반응기로 지향시키는 수단을 포함하며, 여기서 상기 수단은 촉매 단면에 걸쳐 대략 균일한 환원제의 농도를 제공하도록 구성된 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 반응기로 지향시키는 수단이, 2개 이상의 유동 덕트와 SCR 반응기 사이의 연결 통로에서 대각선으로 장착된 고체 플레이트를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 유동 덕트가 SCR 반응기 주위에 배기 가스의 유동을 분포시키도록 구성되고, 유동 덕트가 SCR 반응기와 열 소통되는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 각각의 유동 덕트에서 기체의 유동이 대략 동일한 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트 중 적어도 하나는 SCR 반응기의 제1 면 상에 배치되고, SCR 반응기의 제1 면 상에 배치된 유동 덕트와 상이한 하나 이상의 다른 유동 덕트는 SCR 반응기의 반대쪽 면 상에 배치된 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트가, 촉매 상류의 배기 가스의 균일한 운동량 분포를 제공하도록 배치 및 배향된 배플 플레이트를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단을 추가로 포함하는 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단이 NOx 센서를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, SCR 촉매가 모놀리스 또는 미립자 필터 형태인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, SCR 반응기를 통한 혼합 배기 가스의 유동이 모놀리스를 통한 유동의 순 방향을 갖는 혼합 배기 가스를 포함하고, 하나 이상의 SCR 촉매가 모놀리스를 통한 기체 유동의 순 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 갖는 모놀리스 또는 미립자 필터 형태인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, SCR 시스템이 암모니아 슬립 촉매, 미립자 필터 및 산화 촉매 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 추가적 촉매 또는 필터가 모놀리스를 통한 기체 유동의 순 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 갖는 모놀리스 또는 필터 형태인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 열 소통되는 2개 이상의 평행 벽이 기체의 유입구 유동과 기화기 기체 부피 사이에 배치된 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    a. 기체 유동 유입구 시스템이 1개 이상의 배기 가스 유입구, 열 전달 영역, 2개의 유동 덕트 및 2개의 초기 혼합 대역을 포함하고, 여기서 열 전달 영역은 연소 엔진으로부터의 배기 가스로부터의 열을, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 1개 이상의 벽을 통해 기화기 모듈로 전달하도록 구성되고, 기체 수집기가 배기 가스의 유동을 기화기 모듈 내에서 생성된 환원제가 촉매로 유동하기 전에 배기물 유동에 도입되는 유동 덕트를 향해 통과시키도록 구성되며, 기체 유동 유입구 시스템은, 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 반응기로 지향시키는 고체 플레이트가 2개 이상의 유동 덕트와 SCR 반응기 사이에 대각선으로 장착되어 있는, 유동 덕트로부터 SCR 반응기로의 통로를 추가로 포함하고, 여기서 고체 플레이트는 촉매 단면에 걸쳐 대략 균일한 운동량 분포 및 환원제 농도를 제공하도록 구성되고;
    b. 기화기 모듈이, 환원제 또는 환원제 전구체의 용액으로부터 기화된 환원제를 형성하도록 구성된 노즐, 1개 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 노즐, 각각의 측벽이 기화된 환원제를 기체 유동 유입구 시스템 내의 초기 혼합 대역 내로 전달하는 복수의 개구를 함유하는 것인 2개의 측벽 및 기화기 모듈 내에 기화된 환원제를 포함하는 기화기 부피를 포함하는 것인,
    선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  31. 엔진으로부터의 배기 가스를 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 SCR 시스템에 통과시키는 것을 포함하는, 엔진으로부터의 배기물 중에 형성된 질소 산화물의 양을 감소시키는 방법.
  32. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 2개의 유동 덕트 및 2개의 초기 혼합 대역을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  33. 제1항 내지 제4항 및 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 기화기 모듈이 환원제 또는 환원제 전구체의 용액이 통과하는 1개 이상의 에어로졸 형성 장치를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 1개 이상의 에어로졸 형성 장치가 제1 노즐인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  35. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 기화기 모듈이 1개 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 1개 이상의 노즐, 예컨대 제2 노즐을 추가로 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  36. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 가스가, SCR 반응기를 통과한 후, 기화기 모듈 내의 기체와 열 접촉되는 벽, 예컨대 제2 벽과 접촉하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  37. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 기화기 모듈과 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  38. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 기화기 모듈과 직접적 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 기화기 모듈과 직접적 열 소통되는 2개의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  40. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 기화기 모듈이 배기 가스와 열 소통되는 1개 이상의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  41. 제40항에 있어서, 기화기 모듈이 배기 가스와 직접적 열 소통되는 1개의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  42. 제40항에 있어서, 기화기 모듈이 배기 가스와 직접적 열 소통되는 2개의 벽을 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  43. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 유동 유입구 시스템이 유동 덕트 각각을 SCR 반응기에 연결시키는 통로를 추가로 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 통로가 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 반응기로 지향시키는 수단을 포함하며, 여기서 상기 수단은 촉매 단면에 걸쳐 대략 균일한 환원제의 농도를 제공하도록 구성된 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  45. 제44항에 있어서, 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 반응기로 지향시키는 수단이, 2개 이상의 유동 덕트와 SCR 반응기 사이의 연결 통로에서 대각선으로 장착된 고체 플레이트를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  46. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 유동 덕트가 SCR 반응기 주위에 배기 가스의 유동을 분포시키도록 구성되고, 유동 덕트가 SCR 반응기와 열 소통되는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  47. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유동 덕트에서 기체의 유동이 대략 동일한 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  48. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트 중 적어도 하나는 SCR 반응기의 제1 면 상에 배치되고, 하나 이상의 상이한 유동 덕트는 SCR 반응기의 반대쪽 면 상에 배치된 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  49. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제48항 중 어느 한 항에 있어서, 유동 덕트가, 촉매 상류의 배기 가스의 균일한 운동량 분포를 제공하도록 배치 및 배향된 배플 플레이트를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  50. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단을 추가로 포함하는 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  51. 제50항에 있어서, 우레아 또는 암모니아 전구체 도입의 제어를 위한 수단이 NOx 센서를 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  52. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, SCR 촉매가 모놀리스 또는 미립자 필터 형태인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  53. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 SCR 촉매가 모놀리스를 통한 기체 유동의 순 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 갖는 모놀리스 또는 미립자 필터 형태인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  54. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, SCR 시스템이 암모니아 슬립 촉매, 미립자 필터 및 산화 촉매 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  55. 제54항에 있어서, 추가적 촉매 또는 필터가 모놀리스를 통한 기체 유동의 순 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 갖는 모놀리스 형태인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  56. 제55항에 있어서, 촉매 필터가 모놀리스를 통한 기체 유동의 순 방향에서 정사각형, 직사각형 또는 원형 형상을 갖는 모놀리스 형태인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  57. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 열 소통되는 2개 이상의 평행 벽이 기체의 유입구 유동과 기화기 기체 부피 사이에 배치된 것인, 선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  58. 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서,
    a. 기체 유동 유입구 시스템이 1개 이상의 배기 가스 유입구, 열 전달 영역, 2개의 유동 덕트 및 2개의 초기 혼합 대역을 포함하고, 여기서 열 전달 영역은 연소 엔진으로부터의 배기 가스로부터의 열을, 기화기 모듈과 열 소통되거나 또는 기화기 모듈의 일부인 1개 이상의 벽을 통해 기화기 모듈로 전달하도록 구성되고, 기체 수집기가 배기 가스의 유동을 기화기 모듈 내에서 생성된 환원제가 촉매로 유동하기 전에 배기물 유동에 도입되는 유동 덕트를 향해 통과시키도록 구성되며, 기체 유동 유입구 시스템은, 2개 이상의 유동 덕트로부터의 혼합 배기 가스의 유동을 SCR 반응기로 지향시키는 고체 플레이트가 2개 이상의 유동 덕트와 SCR 반응기 사이에 대각선으로 장착되어 있는, 유동 덕트로부터 SCR 반응기로의 통로를 추가로 포함하고, 여기서 고체 플레이트는 촉매 단면에 걸쳐 대략 균일한 운동량 분포 및 환원제 농도를 제공하도록 구성되고;
    b. 기화기 모듈이, 환원제 또는 환원제 전구체의 용액으로부터 기화된 환원제를 형성하도록 구성된 노즐, 1개 이상의 에어로졸 형성 장치에 의해 형성된 액적 패턴의 형상을 제어하도록 구성된 노즐, 각각의 측벽이 기화된 환원제를 기체 유동 유입구 시스템 내의 초기 혼합 대역 내로 전달하는 복수의 개구를 함유하는 것인 2개의 측벽 및 기화기 모듈 내에 기화된 환원제를 포함하는 기화기 부피를 포함하는 것인,
    선택적 촉매 환원 (SCR) 시스템.
  59. 엔진으로부터의 배기 가스를 제1항 내지 제4항 및 제32항 내지 제58항 중 어느 한 항의 SCR 시스템에 통과시키는 것을 포함하는, 엔진으로부터의 배기물 중에 형성된 질소 산화물의 양을 감소시키는 방법.
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