TW202243732A - 包括催化劑床模組之反應器系統及用於選擇性催化還原氣流中所含之氮氧化物的方法 - Google Patents

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Abstract

一種可使一氣流與一催化劑組合物接觸之反應器包括一催化劑床模組，該催化劑床模組具有一第一分組，該第一分組包括第一複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有一第一表面積之一第一正面與一相對的第一背面、一第一頂面與一相對的第一底面、以及一第一側面與一相對的第一交替側面界定；及一第二分組，該第二分組與該第一分組相鄰且具有第二複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有一第二表面積之一第二正面與一相對的第二背面、一第二頂面與一相對的第二底面、以及一第二側面與一相對的第二交替側面界定。該第一複數個泡沫催化劑塊之該第一背面及該第二複數個泡沫催化劑塊之該第二背面各自以一間隔關係彼此面對。該反應器亦包括一密封框架，該密封框架安置於該第一分組與該第二分組之間且可保持該間隔關係且在該第一複數個泡沫催化劑塊與該第二複數個泡沫催化劑塊之間形成一密封體積；及一支撐框架，該支撐框架具有一支撐表面及一開口且可支撐該第一分組及該第二分組。該第一分組及該第二分組固定至該支撐表面，使得該開口位於該第一分組與該第二分組之間且與該密封體積相鄰，且該密封體積及該開口為氣流提供通路。

Description

包括催化劑床模組之反應器系統及用於選擇性催化還原氣流中所含之氮氧化物的方法
本揭示案係關於一種系統，其包括具有催化劑床模組之側向流動反應器及用於選擇性催化還原廢氣流中所含之氮氧化物的方法。
側向流動反應器系統用於許多不同的催化應用。其中有對來自諸如熱力發電廠及垃圾焚燒廠之鍋爐之來源的廢氣流進行氮氧化物化合物的移除或脫硝處理（deNOx treatment）。廢氣流含有一定濃度之一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO 2）或兩者（單獨或統稱為NOx）。NOx可使用選擇性催化還原方法（SCR方法）進行移除，該方法藉由使廢氣與側向流動反應器系統之還原劑（例如氨）及催化劑組分接觸而將NOx還原為雙原子氮（N 2）及水。用於SCR方法之側向流動反應器系統之催化劑組分通常包括負載於包括二氧化鈦（TiO 2）之載體上的釩（V）、鉬（Mo）或鎢（W）之氧化物。
WO2009/083593揭示一種用於自含有NOx之氣流中移除氮氧化物（NOx）的反應器。該反應器包括側向流動反應器部分。反應器之側向流動反應器部分包括複數個固定催化劑床，各固定催化劑床具有頂端及底端以及相對的側面壁。各固定催化劑床之頂端及底端用封閉板封閉，以防止氣體流入固定催化劑床之頂端及底端。各固定催化劑床之側面壁對於進入及通過固定催化劑床之氣體的側向流動保持部分開放且可滲透。固定催化劑床以間隔關係佈置以界定各固定催化劑床之間的空間通路。封閉板交替地封閉由間隔的固定催化劑床所界定之空間之通路的頂部，由此為通路提供交替的頂部開口。封閉板交替地封閉由未被頂部封閉板密封的間隔的固定催化劑床所界定之通路的底部，由此為通路提供交替的底部開口。
側向流動反應器部分的結構佈置提供將自上而下之氣流引導至具有頂部開口的通路中，橫向穿過且通過固定催化劑床之側面壁，且自具有底部開口之通路流出。值得注意的係，側向流動反應器部分需要藉由封閉板密封固定催化劑床之頂面及底面，以防止氣體在此等位置流入至固定催化劑床。
固定床之催化劑組分可為任何適合之催化劑，其用於為氣流中所含之氮氧化物提供催化還原。此等催化劑組合物中較佳為包括二氧化鈦載體及一或多種選自釩、鉬及鎢之金屬的化合物的彼等催化劑組合物。催化劑較佳呈三葉、膛線三葉或圓柱形式。然而，不提及或建議使用泡沫催化劑。
WO2017/112618揭示一種用於自氣流中移除NOx的側向流動反應器系統。側向流動反應器系統具有與WO 2009/083593中所揭示之側向流動反應器部分類似的結構特徵。然而，用於WO 2017/112618之側向流動反應器系統中的固定催化劑床包括陶瓷或金屬塊泡沫催化劑載體，而非呈三葉、膛線三葉或圓柱形式之催化劑顆粒的固定床。WO2017/112618揭示一種側向流動反應器部分，其具有呈陶瓷或金屬泡沫塊形式的間隔的固定催化劑床，其上負載有催化組分。固定催化劑床在頂端及底端兩處封閉。封閉板用於防止氣流繞過固定催化劑床。封閉板交替地封閉由間隔的固定催化劑床所界定之空間之頂部通路及底部通路，以引導氣體側向流動通過固定催化劑床。值得注意的係，側向流動反應器部分需要藉由封閉板密封固定催化劑床之頂面及底面，以防止氣體在此等位置流入至固定催化劑床。
US 9,504,958揭示一種用於處理氣態流體之催化過濾器模組。該模組包括塊狀過濾器及催化元件，其在密封的金屬框架結構內彼此間隔佈置。催化元件包括上游進料面及下游排放面，其將處理過之氣體排放至排放通道中，該排放通道具有開口端，用於使自模組之催化元件接收的過濾及經處理氣體通過。
US6,419,889揭示一種適用於存在於氣流中之氮氧化物化合物（NOx）的低溫轉化的高活性及高選擇性催化劑。該催化劑包括高表面積二氧化鈦載體，該二氧化鈦載體較佳藉由使該載體與選自由釩、鉬及鎢組成之群的金屬化合物接觸而浸漬有催化金屬。催化劑含有0.5重量%至10重量%金屬。較佳催化劑組合物呈三葉、膛線三葉或圓柱形式。提供較高活性及選擇性之催化劑之特徵為其雙峰孔隙分佈。然而，未描述與所揭示之催化劑組合使用之反應器及催化劑模組組態。
JP2006-212515A揭示一種用於使用選擇性催化還原方法處理含有氮氧化物（NOx）之廢氣的脫硝催化劑，該方法藉由使廢氣與還原劑及脫硝催化劑接觸以將NOx還原為氮及水。脫硝催化劑使用具有高表面積之泡沫以在其骨架表面上支撐氧化鈦及氧化釩之薄膜。脫硝催化劑可成型為可用於各類設備的各種形狀。日本公開案揭示一種特定形狀及設備佈置，其包括催化劑層及使得廢氣以有時稱為側流方法之方式流過催化劑層的形狀。氣體流入防止板位於催化劑形狀之頂部及底部，以調節廢氣的流動方向。
存在研發用於自廢氣流中移除氮氧化物的經改良的較低成本之催化反應器系統的持續需求。此等改良之催化反應器系統在低溫下且在整個催化反應器系統之低壓降的情況下提供高NOx轉化率。
因此，在一實施例中，一種可使氣流與催化劑組合物接觸之反應器包括催化劑床模組，該催化劑床模組具有第一分組，該第一分組包括第一複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有第一表面積之第一正面與相對的第一背面、第一頂面與相對的第一底面、以及第一側面與相對的第一交替側面界定；及第二分組，該第二分組與該第一分組相鄰且具有第二複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有第二表面積之第二正面與相對的第二背面、第二頂面與相對的第二底面、以及第二側面與相對的第二交替側面界定。該第一複數個泡沫催化劑塊之該第一背面及該第二複數個泡沫催化劑塊之該第二背面各自以一間隔關係彼此面對。該反應器亦包括一密封框架，該密封框架安置於該第一分組與該第二分組之間且可保持該間隔關係且在該第一複數個泡沫催化劑塊與該第二複數個泡沫催化劑塊之間形成一密封體積；及一支撐框架，該支撐框架具有一支撐表面及一開口且可支撐該第一分組及該第二分組。該第一分組及該第二分組固定至該支撐表面，使得該開口位於該第一分組與該第二分組之間且與該密封體積相鄰，且該密封體積及該開口為氣流動提供通路。
在另一實施例中，催化劑床模組包括第一分組，該第一分組具有第一複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有第一表面積之第一正面與相對的第一背面、第一頂面與相對的第一底面、以及第一側面與相對的第一替代側面界定；及第二分組，該第二分組與該第一分組相鄰且具有第二複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有第二表面積之第二正面與相對的第二背面、第二頂面與相對的第二底面、以及第二側面與相對的第二替代側面界定。該第一複數個泡沫催化劑塊之該第一背面及該第二複數個泡沫催化劑塊之該第二背面各自以一間隔關係彼此面對。催化劑床模組亦包括密封框架，其安置於該第一分組及該第二分組之間且可保持該間隔關係且在該第一複數個泡沫催化劑塊及該第二複數個泡沫催化劑塊之間形成密封體積。該密封框架包括可包封該密封體積且保持該間隔關係的橫向元件，及自該橫向元件向外延伸且與該橫向元件正交一定長度的延伸之邊緣旁路元件。該催化劑床模組進一步包括具有支撐表面及開口之支撐框架。該支撐框架可支撐該第一分組及該第二分組，該第一分組及該第二分組固定至該支撐表面，使得該開口位於該第一分組與該第二分組之間且與該密封體積相鄰，且該密封體積及該開口為氣流提供通路。
在另一實施例中，用於選擇性催化還原氣流中所含之氮氧化物化合物（其具有NO濃度、NO 2濃度或兩種化合物的濃度）的方法包括將氣流引入由容器界定之反應區中。該反應區包括催化劑床模組，該催化劑床模組具有包含第一複數個催化劑塊的第一分組及包含第二複數個催化劑塊的第二分組，以及密封框架，該密封框架安置於該第一分組與該第二分組之間且可保持間隔關係且在該第一複數個泡沫催化劑塊與該第二複數個泡沫催化劑塊之間形成密封體積。該第一複數個催化劑塊及該第二複數個催化劑塊中之各催化劑塊包括正面與相對的背面、頂面與相對的底面、以及側面與相對的交替側面。形成該第一分組及該第二分組的外部周長之該第一複數個泡沫催化劑塊及該第二複數個泡沫催化劑塊的頂面、側面及交替側面為未覆蓋的，且該第一複數個催化劑塊及該第二複數個催化劑塊可移除氮氧化物化合物。該方法亦包括將氣流之流動引導至形成該第一分組及該第二分組之外部周長的各相應第一複數個泡沫催化劑塊及第二複數個泡沫催化劑塊的該正面、該頂面、該側面及該交替側面上。該密封框架包括可包封該密封體積且保持該間隔關係的橫向元件，及自該橫向元件向外延伸且與該橫向元件正交一定長度的延伸之邊緣旁路元件，且該延伸之邊緣旁路元件可引導氣流自該頂面、該側面及該交替側面流入至該密封體積。該方法進一步包括在脫硝移除反應條件下使該氣流通過該催化劑床模組，及回收經處理氣流，該經處理氣流具有相對於NO濃度、NO 2濃度或兩種化合物之濃度降低的NO或NO 2或兩者濃度。
側向流動反應器（LFR）系統之某些現有結構設計通常需要其固定催化劑床之所有側面（氣體入口及出口面除外）都經密封，以便引導氣體側向流過系統之催化劑床。例如，在不密封固定催化劑床之側面的情況下，流過氣體入口面之含NOx氣體可能通過未密封之側面而非出口面離開催化劑床。因此，含NOx之氣體可不會與催化劑床接觸足夠長的時間以達成所需的脫硝移除。因此，密封或覆蓋催化劑床之頂部、底部及側面，僅留下催化劑床之正面（氣體入口側）及背面（氣體出口側）未覆蓋。亦即，含NOx之氣體通過未密封及開口側繞過催化劑床，且因此不進行用於NOx移除的處理。然而，由於與完全密封側之設計及構造相關的複雜性，現有經覆蓋之固定催化劑床結構的製造成本高昂。因此，與現有系統相比，需要一種成本較低、效率較高之固定催化劑床設計，以提供增強的NOx轉化率及與使用LFR系統相關的低壓降益處。
本揭示案藉由為LFR系統中使用之固定催化劑床提供更簡單的結構設計，解決構造複雜性及成本方面的一些問題。此較簡單設計消除了對所需側向流動反應器之催化劑床的不同側進行複雜密封的一些要求，該等要求需要為待處理之氣流在反應器中的側向流動提供通路且引導其側向流動，且產生氣流在催化劑床中的所需滯留時間。本文所揭示之催化劑床包括框架支撐，其設計方式為催化劑床之側面不完全密封且流過催化劑床之氣流與催化劑床保持接觸足夠長時間以達成所需的脫硝移除。儘管本文所揭示之固定催化劑床不需要密封不同的側面，但所揭示之結構設計緩解了通常在催化劑床之頂部、底部及側面未經密封或以其他方式覆蓋時發生的含NOx氣體的過早排出。值得注意的係，如下文進一步詳細論述，當與側向流動反應器組合使用以用於對含NOx之氣流進行脫硝處理時，具有所揭示之框架支撐的固定催化劑床出乎意料地提供更高的NOx轉化率。另外，所揭示之催化劑床與LFR系統中使用之習知固定催化劑床相比更容易構造且更成本更低。
考慮到前述內容，圖1為可用於LFR系統中的固定催化劑床模組10的透視圖，該LFR系統具有本文所揭示之框架支撐及密封件。在所示之實施例中，催化劑床模組10包括複數個泡沫催化劑塊12，該等泡沫催化劑塊12成組排列，形成LFR系統之泡沫催化劑床。催化劑床模組10具有軸向軸線或方向2、與軸線2正交之徑向軸線或方向、以及圍繞軸線2之圓周軸線或方向6。泡沫催化劑塊12以並排堆疊關係佈置且由支撐框架14支撐，由此形成稱為催化劑床25的泡沫催化劑塊12的網格。支撐框架14可為單式結構或由以含有泡沫催化劑塊12之方式佈置的任何合適的緊固件（例如螺栓、螺釘、夾具或其類似者）固持在一起的單獨組件（例如桿、管或其類似者）構成。支撐框架14可以可移除地或永久地耦合至泡沫催化劑塊12。催化劑床模組10可在各分組中具有任何數目之泡沫催化劑塊12。例如，泡沫催化劑塊12之數目可為1、2、3、4、5或更多個並列、堆疊或呈並列堆疊關係佈置。支撐框架14可藉由任何合適的附接方式耦接或附接至每個泡沫催化劑塊12之正面15或入口側。作為非限制性實例，支撐框架14可經由螺栓、夾子、黏著劑、緊固件或任何其他適合的附接方式及其組合附接或以其他方式耦接至催化劑塊12。
不同於使用密封或覆蓋泡沫催化劑之整個側面的催化劑模組之現有LFR系統，本揭示案之支撐框架14經設計以使得催化劑塊12之側面16基本上為開放的（亦即未覆蓋的、未密封的）。例如，如所說明實施例中所示，催化劑床模組10之最外部周長上的催化劑塊12之側面16未密封或以其他方式覆蓋。在某些實施例中，支撐框架14之一部分可具有環繞位於催化劑床模組10之最外部周長上的催化劑塊12之唇緣，使得支撐框架14之一部分覆蓋催化劑模組10之最外部周長上的催化劑塊12的一部分側面16、頂面18及底面19。例如，支撐框架14可覆蓋側面16及頂面18之一部分的1%與5%之間。
如所示出之實施例中所示，催化劑床25、28安裝且固定在支撐件22之表面20上。可使用任何合適附接方式將催化劑床25、28固定在表面20上，該等附接方式諸如（但不限於）螺栓、夾子、黏著劑、焊合、硬焊或任何其他合適附接方式及其組合。在所示實施例中，催化劑床25、28安裝且固定在表面20上，使得催化劑床模組10與表面20正交。然而，在其他實施例中，催化劑床25、28安裝且固定在表面20上，使得催化劑床模組10傾斜，由此在催化劑床模組10及表面20之間形成銳角。
支撐件22包括開口24，其為已通過催化劑床模組10且由催化劑床模組10處理的經處理氣流提供通路（或出口）。例如，如所示實施例中所示，催化劑床模組10包括具有呈間隔關係之催化劑塊分組26a、26b之第一催化劑床25及具有呈間隔關係之催化劑塊分組29a、29b之第二催化劑床28。如應瞭解，催化劑床模組10可具有任何數目個催化劑床，其各自具有呈間隔關係之一對催化劑塊分組。各催化劑床25、28佈置在支撐件22上使得開口24位於相應催化劑床25、28中之各分組26、29之間。
為了便於論述圖1之催化劑床25、28，將僅參考催化劑床25。如應瞭解，催化劑床模組10中之催化劑床28及任何其他催化劑床以與催化劑床25相同之方式進行佈置且起作用。如所示實施例中所示，分組26a、26b間隔開且背靠背佈置，使得分組26a中之各催化劑塊12的背面30a或出口側面向分組26b中各相應催化劑塊12的背面30b。在兩個分組26a、26b之間的為與開口24對準以在分組26a、26b之間形成通路的間隙，如下文參看圖2更詳細地論述。
催化劑床25包括沿催化劑床25之最外部周長之一部分延伸的分組26a、26b之間的密封框架32。例如，如圖示實施例中所示，密封框架32鄰近於催化劑床25之出口側（例如，背面30）定位且鄰接位於分組26之最外部周長的催化劑塊12的側面16、頂面18及底面19，由此形成圍繞催化劑床25、28的出口側的框架。密封框架32藉由使分組26a、26b保持間隔以保持分組之間的間隔關係，由此在分組之間形成開放空間（例如，間隙）。密封框架32亦提供以氣密方式密封開放空間以形成由泡沫催化劑塊12及密封框架32的三個側面界定在背面30（亦即，出口側）之間的密封體積。
在操作中，具有催化劑床模組10之LFR接收含NOx之氣流，該氣流流入催化劑床模組10的一或多個入口36，如箭頭38所示。催化劑床模組10之入口36在相應的分組26、29中之各催化劑塊12的正面側15處定位在催化劑床25、28之間。例如，在所示實施例中，第一催化劑床25之分組26b中的催化劑塊12的正面側15面對第二催化劑床28之分組29中的催化劑塊12的正面側15。亦即，催化劑床25、28間隔開且在支撐件22上以背對背關係佈置，由此在彼此之間產生界定入口36之空間。
含NOx之氣流38可自軸向方向2（例如，催化劑床模組10之頂面）及徑向方向4（例如，催化劑床模組10之側面）流入入口36。當在入口36中時，含NOx之氣流38相對於軸向方向2及徑向方向4改變方向，且流入且流經催化劑床模組10之相應的催化劑床25、28中的催化劑塊12的正面15（亦即，入口側）。例如，如所示實施例中所示，含NOx之氣流38流入催化劑塊12的正面15（或入口側）的方向基本上與方向2、4正交，由此側向流過催化劑床模組10。在通過背面30（或出口側）穿過及離開催化劑塊且進入分組26a、26b、29a、29b之間的通路之後，經處理氣流改變流動方向且在方向2上通過開口24離開催化劑床模組10。
所揭示之系統沒有提供完美的側向流動，此係由於催化劑床模組10允許氣流38之至少一部分流過催化劑床25、28的頂部、底部及側端，而非整個氣流直接通過進入催化劑塊12的單個面（即，正面15或入口側）。然而，具有所揭示之催化劑床模組10的LFR系統產生習知LFR系統之益處，即使通過LFR系統之氣流模式並非完全橫向的。與所揭示之催化劑床模組10不同，用於LFR系統之現有催化劑床模組試圖密封其催化劑床的頂部、底部及側端，以防止氣體在彼等位置流入且將氣流側向引導至催化劑床的單個面中。另一方面，所揭示之催化劑床模組10允許泡沫催化劑塊12的端部基本上為開放的且未覆蓋的，以允許氣體在此等位置流入至泡沫催化劑塊12。本文所揭示之反應器系統的此特徵藉由增加催化劑模組10中至少一部分含NOx之氣流38的滯留時間，出乎意料地提高了脫硝過程應用中的NOx轉化率。例如，出人意料地發現，含NOx之氣流38的一部分通過催化劑模組10外部周長上的催化劑塊12的頂面18及側面16離開催化劑床模組10，逆轉其流動，且重新進入入口36且側向通過正面15，隨後通過背面30退出。因此，含NOx之氣流38的一部分由其重新進入的催化劑塊12進行再處理，由此增加含NOx之氣流38的滯留時間且增加NOx移除效率。
如上文所論述，某些現有LFR系統使用的催化劑床模組，其泡沫催化劑密封或覆蓋在側面上。此類組態增加催化劑床模組之複雜性及總體製造成本。然而，藉由使用本文所揭示之支撐框架14及密封框架32，催化劑床模組10之最外部周長上的催化劑塊12之側面16可保持開放（例如，未覆蓋），由此允許氣流38通過頂部、底部及側面流入催化劑床25、28中。
所揭示之催化劑床模組10，當用於反應器中時，提供氣流38與間隔的泡沫催化劑塊12之接觸，此可以提供氣流38基本上側向流動進入及通過反應器內的泡沫催化劑塊12。氣流38與支撐在泡沫塊12上的催化劑組分接觸。片語「氣體基本上側向流動」意指所揭示之反應器系統與現有習知側向流動反應器系統的不同之處在於本文所揭示之反應器系統允許氣流38至少部分流入且通過泡沫催化劑塊12之未密封側16。另一方面，現有側向流動反應器之催化劑床或塊在其所有側面（入口及出口面除外）以氣密方式密封，以便引導氣體側向流動通過催化劑床或塊。使用所揭示之催化劑床模組10的反應器系統的不同之處在於其使氣流通過泡沫催化劑塊12之頂面、底面、正面及側面。如上文所提及，出乎意料的係，所揭示之催化劑模組10的此獨特結構設計及佈置在脫硝操作中提供了增強的NOx轉化率。
所揭示之催化劑模組10可形成LFR系統中反應區之部分，以提供低溫低壓降方法，用於選擇性催化還原氣流中所含之氮氧化物化合物，該氣流具有NO濃度或NO 2濃度或兩種化合物之濃度（諸如含NOx之氣流38）。例如，LFR系統包括進料入口，其接收含NOx之氣流38且將其引入具有所揭示之催化劑床模組10的反應區中。含NOx之氣流38可來自多個來源，包括發電廠、熱裂解鍋爐、焚化爐、冶金廠、化肥廠及化工廠。此等氣流可具有按體積計在10至10,000 ppm範圍內的氮氧化物濃度，主要為一氧化氮。含NOx之氣流38亦可含有按體積計1至200 ppm的硫氧化物，主要為二氧化硫，1至10體積%的氧氣、0.5至15體積%的二氧化碳及5至40體積%的水蒸氣。來自化肥廠之氣流通常具有超過50 vol%的NO 2濃度。
一旦處於反應區中，含NOx之氣流38通過正面15、側面16、19及頂面18進入催化劑床25、28且以基本上側向的氣流通過催化劑模組10之泡沫催化劑塊12。在脫硝移除反應條件下含NOx之氣流38與泡沫催化劑塊12之催化劑組分接觸。將還原劑添加至通過泡沫催化劑塊12且與泡沫催化劑塊12接觸的含NOx之氣流38中。較佳還原劑為氨或氨釋放之化合物。較佳地，添加至含NOx之氣流38之還原劑的量使得還原劑與NOx之莫耳比為大約，且較佳地稍微高於化學計量所需比率，以便以還原劑之最小滑移量之使NOx移除最佳化。適合的脫硝移除反應條件包括介於100℃至480℃、較佳110℃至400℃、更佳110℃至350℃且最佳120℃至250℃之範圍內的反應溫度。反應壓力可在0.9至20巴範圍內。氣時空速在500至50,000 Nm 3/m 3/小時的範圍內。
如上文所論述，所揭示之催化劑床模組10包括複數個泡沫催化劑塊12，該等泡沫催化劑塊12成組排列（例如，分組26、29），由密封框架32間隔開。密封框架32不僅密封或包封相應分組26、29之間的空間，且允許各分組26、29的最外部周邊上之各泡沫催化劑塊12之側面16、頂面18及底面19保持基本未覆蓋。另外，本揭示案之密封框架32藉由迫使含NOx之氣流38在通過背面30離開催化劑塊12之前更深滲透至泡沫催化劑塊12中，從而阻擋含NOx之氣流38通過泡沫催化劑塊12之開口側16、18過早離開，如下文進一步詳細論述。圖2為具有本揭示案之催化劑床模組10之反應器50的端部的透視圖。未展示反應器50之某些特徵。然而，反應器50可為用於自例如發電廠、熱裂解鍋爐、焚化爐、冶金廠、化肥廠及化工廠等等產生之廢氣中處理及移除NOx或其他有害氣體的任何合適的反應器。如上文所論述，催化劑床模組10包括複數個催化劑床25、28，各自具有催化劑分組26、29，該等分組包括呈並排堆疊關係之複數個催化劑塊12。分組26、29以與泡沫催化劑塊12之其他分組背靠背的間隔關係定向至支撐表面20上且以可操作方式固定至支撐表面20。分組26、29中的每一者提供相同功能。為了便於此實施例之論述，將僅參考分組29中之催化劑塊12或第二催化劑床28。各分組29a、29b分別包括多個泡沫催化劑塊12a、12b。各催化劑塊12包括支撐催化劑組分之多孔陶瓷泡沫材料。催化劑組分較佳地具有無機氧化物載體及至少一種選自由釩、鉬、鎢及其組合組成之群的催化金屬。較佳載體為二氧化鈦。
多孔陶瓷泡沫材料具有蜂巢式結構，該蜂巢式結構具有含有大體積分數之充氣孔的陶瓷材料。多孔陶瓷泡沫較佳地為具有大部分開孔的開孔泡沫，因為其並不由其泡孔壁完全封閉，且該等孔與其他孔互連形成網狀結構。多孔陶瓷泡沫材料的孔隙率為極高孔隙率。例如，泡沫之孔隙率使得空隙空間大於60%。在一個實施例中，多孔陶瓷泡沫材料的空隙空間為至少75%至95%。特定言之，多孔陶瓷泡沫的空隙空間為80%至90%。空隙空間定義為開放空間結構之體積除以結構的總體積（開口及陶瓷）乘以100。
陶瓷泡沫可包括具有足夠強度且係NOx還原催化劑之合適載體的任何陶瓷材料，例如堇青石、氧化鈦、氧化鋁、二氧化矽、氧化鋯或其混合物。陶瓷泡沫之扭曲度較佳大於1.0，更佳大於1.5，且最佳大於2.0。扭曲度可按氣體通過陶瓷泡沫所走的流動路徑之長度除以陶瓷泡沫自入口至出口之最短直線路徑之長度的比率來計算。直線通道路徑的扭曲度為1.0。
本文所用之陶瓷泡沫具有約5個孔隙/吋（ppi）至約50 ppi，較佳約10 ppi至40 ppi。更佳地，陶瓷泡沫具有10 ppi至30 ppi。每吋泡沫之孔隙影響氣體流動通過泡沫的能力。泡沫之泡孔尺寸隨著每吋孔隙數目的減少而增加，且泡沫之泡孔尺寸隨著每吋孔隙數目的增加而變小。較大泡孔結構比較小泡孔結構允許更大的氣流。最佳為每吋具有較少孔隙，以便允許較大氣流通過陶瓷泡沫。每吋之孔隙受泡沫的結構完整性限制。
各泡沫催化劑塊12係矩形的且由六個側面界定，包括正面15與相對的背面30、頂面18與相對的底面19、以及側面16a與相對的側面16b。催化劑模組10中之泡沫催化劑塊12各自由其寬度、高度及深度（厚度）界定。催化劑塊12之深度或厚度與其寬度及高度相比相對較小。通常，催化劑塊12之深度將相對於催化劑塊12之寬度或高度介於0.05:1至0.4:1、較佳0.08:1至0.3:1、且最佳0.12:1至0.27:1範圍內。如應瞭解，泡沫催化劑塊12可具有任何其他幾何形狀，諸如正方形、三角形、多邊形或任何其他合適形狀，多個催化劑塊12可以列及行佈置在一起以形成充當構成分組26之單一泡沫催化劑塊組件的單層催化劑塊12。分組26之泡沫催化劑塊組件可進一步包括兩個或更多個彼此以平行方向堆疊在一起之單層催化劑塊12。堆疊催化劑塊12亦可充當構成催化劑模組10之分組26的單一泡沫催化劑塊組件。分組26可具有1、2、3、4、5或更多列及行之泡沫催化劑塊12。分組26a與分組26b呈間隔關係。各分組26a、26b包括以並排堆疊關係佈置之複數個催化劑塊12。
泡沫催化劑塊12之寬度、高度及深度界定其邊界。因此，各泡沫催化劑塊12由具有表面積之正面15（亦即，入口側）與相對的背面30（亦即，出口側）、頂面18與相對的底面19、以及側面16a與相對的交替側面16b界定。如上文所描述，催化劑模組10包括兩個泡沫催化劑塊分組26a、26b，其中各相應分組26a、26b中之催化劑塊12的背面30呈間隔關係彼此面對。密封框架32保持分組26a、26b之間的間隔關係且用於形成密封體積。
催化劑床模組10之重要元件之一係其位於每對分組26、29之間的密封框架32。例如，現在轉而參看圖2，密封框架32在各相應分組26a、26b及29a、29b之催化劑塊12的出口側（亦即，背面30側）之間保持間隔關係，以提供開放空間54。密封框架32不僅保持每對分組26、29中之催化劑塊12間隔開，其亦密封開放空間54以提供氣密密封體積56，該密封體積由各相應分組26、29中之催化劑塊12的背面30及密封框架32界定。如本文中所使用，片語「氣密密封」指示不允許含NOx之氣體過早地離開催化劑塊及/或開放空間的密封。密封框架32覆蓋開放空間54之三個側面且使開口24未密封/未覆蓋，使得經處理氣流（例如，經歷脫硝之氣流）可通過支撐件22之開口24離開密封體積56。如上文所論述，催化劑塊12以可操作方式固定至支撐表面20。例如，開口24以使開口24與開放空間54對準的方式可操作地連接至或結合至支撐表面20中，以提供經處理氣流自密封體積56至外部目的地的通路及釋放。
所揭示之催化劑床模組10之有利態樣係在催化劑床模組10之周邊上的催化劑塊12的六個側面中的五個基本上為開放的且未覆蓋的，使得其在此等位置處暴露於流入泡沫催化劑塊12中的氣流。亦即，正面15、背面30、側面16、頂面18及底面19為開放的或以其他方式未覆蓋及未密封。含NOx之氣流38流入各泡沫催化劑塊12中且通過陶瓷泡沫之深度，其中該含NOx之氣流與支撐在陶瓷泡沫上的催化劑接觸。所得經處理氣體自泡沫催化劑塊12通過每一正面15（亦即，入口側）進入分組對26、29之間的密封體積56中。
因此，各相應催化劑塊12a、12b之頂面18基本上為開放的且未覆蓋的，以允許含NOx之氣流38流入泡沫催化劑塊12之頂面18。對於側面16a、16a'及交替側面16b、16b'；正面15a、15b及底面19a、19b同樣如此。在此等位置處之泡沫催化劑塊12的邊界基本上為開放的且未覆蓋的，以允許氣體流入。亦即，含NOx之氣流38可在沿側面16、正面15及頂面18之長度及寬度的任何位置流入催化劑塊12中。催化劑塊12之背面30或出口側不為開放的以接收氣體流入。如上文所論述，經處理氣體60通過背面30離開催化劑塊12且排放至密封體積56中，若其通過密封體積流向開口24。
與現有密封催化劑床模組相比，催化劑床模組10之此開放構造製造成本顯著較低。此外，如本文中所指出，所揭示之催化劑床模組10連同泡沫催化劑塊12之使用在其與反應器50組合使用以用於脫硝過程應用時提供增強之NOx移除。即使在其開放設計之情況下，利用所揭示之催化劑床模組10之反應器系統亦提供氣體在反應器中的基本上側向流動。
催化劑床模組10有助於增強其效能之一個特徵為密封框架32的結構態樣。如上文所論述，密封框架32藉由使各相應的分組對26、29中之泡沫催化劑塊12保持間隔關係而起作用，且其藉由沿著相應催化劑塊12之背面30（出口側）之外周邊形成氣密密封而以氣密方式密封開放空間54。密封框架32藉由提供繞過氣體且用於將泡沫催化劑塊12之開放側（例如，頂面18、側面16及正面15）處的氣體流入且通過泡沫催化劑塊12一段距離或長度來進一步起作用。此阻擋進入含NOx之氣流38直接通過進入密封體積56中，且由此避免與陶瓷泡沫塊之催化劑接觸。因此，密封框架32另外藉由引導進入催化劑床25、28之周邊上的催化劑塊12的側面16的含NOx之氣流38以行進距離62至塊12中，且與其催化劑組分接觸足夠長時間以誘導所需反應來起作用。
密封框架32可具有類似於支撐框架14之類網格圖案，且包括橫向元件64及延伸之邊緣旁路元件68或凸緣。各相應分組26、29內的泡沫催化劑塊12包夾在支撐框架14與密封框架32之間。圖2示出了具有類通道形狀之密封框架32，其包括具有自末端至末端經量測寬度為70的橫向元件64，及自橫向元件64之外表面至延伸之邊緣旁路元件68之末端經量測延伸長度為72的延伸之邊緣旁路元件68，該邊緣旁路元件自橫向元件64之各端向外且與橫向元件64之各末端正交。亦即，延伸之邊緣旁路元件68各自自元件元件64之相對末端向外延伸且與橫向元件之相對末端正交。在此實施例中，密封框架32可具有類似於結構通道或C-通道或平行凸緣通道之形狀。通道形狀包括橫向元件64及兩個延伸之邊緣旁路元件68，各邊緣旁路元件自橫向元件64之相應末端向外延伸。延伸之邊緣旁路元件68壓靠在催化劑床29周邊上的催化劑塊12的相應背面30的外周邊上。延伸之邊緣旁路元件68之外表面較佳地為平坦的，使得當壓靠在催化劑床28之周邊上的相應泡沫催化劑塊12之背面30之一部分的外周邊時，其能促進氣密密縫。
橫向元件64提供且支撐包封各相應的分組29中之兩個面對的泡沫催化劑塊12之間的空間以提供密封體積，且其保持該對分組29之間的間隔關係。典型地，氣密密封由機械密封構件提供，用於以氣密方式連接延伸之邊緣旁路元件68的配合表面及催化劑床28的周邊上相應催化劑塊12之背面30的一部分外周邊。機械密封構件可選自任何適合類型之機械密封，諸如墊片、黏著劑密封劑或任何其他適合類型之密封。
背面30之外周邊由每個背面30的表面積界定，該表面區域經壓靠在泡沫催化劑塊12之背面30上的延伸之邊緣旁路元件68的平坦表面所覆蓋。延伸之邊緣旁路元件68沿著位於催化劑床28周邊上的催化劑塊12a、12b的背面30的外周邊形成氣密機械密封。外周邊覆蓋催化劑床28之相應分組29a、29b的各背面30的總表面積的1%至40%。
進一步展示於圖2中為第一催化劑床25之一部分的局部視圖。第一催化劑床25的泡沫催化劑塊12的分組26以將泡沫催化劑塊12的分組29附連至支撐表面20的類似方式放置在支撐表面20上。泡沫催化劑塊12之額外分組26與泡沫催化劑塊12之分組29以間隔且並排堆疊關係存在，以提供開放體積74。
開放體積74由與分組29b之泡沫催化劑塊12b相鄰的分組26之泡沫催化劑塊12的正面15（亦即，入口側）、支撐表面20及分組29b之泡沫催化劑塊12b的正面16b界定。泡沫催化劑塊12之分組26亦與催化劑模組10之泡沫催化劑塊12的相應分組（例如分組26b）以間隔且並排堆疊關係存在。開放體積74為開放的，以接收含NOx之氣流38的流動。當反應器50處於操作中時，開放體積74填充有含NOx之氣流38，該氣流自開放體積74通過進入催化劑模組10之分組26、29中之各相應泡沫催化劑塊12的正面15及底面19中。
如圖所示，在所示實施例中，含NOx之氣流38流入位於催化劑床模組10之周邊上的分組26、29中的各泡沫催化劑塊12之五個面或側面（例如，正面15、側面16、頂面18及底面19）。密封框架32阻擋直接氣流進入相應分組26、29中的泡沫催化劑塊12的各背面30且進入密封體積54。相反，密封框架32引導含NOx之氣流38流過泡沫催化劑塊12之正面15、頂面18、底面19及側面16，使得含NOx之氣流38基本上側向流動跨越各泡沫催化劑塊12的深度，且通過在外周邊未經密封框架32密封的相應分組26、29中的各泡沫催化劑塊12的背面30離開。
未在現有催化劑模組中發現之所揭示之催化劑模組10的特徵為泡沫催化劑塊12之頂部（頂面18）、底部（底面19）及側（側面16）端未密封來阻止含NOx之氣流38之流入，此為現有催化劑模組中之典型情況。頂部、底部及兩個側端基本上為開放的且未覆蓋的，使得其除了面15、30之外允許氣體通過頂部、底部及側端流入各泡沫催化劑塊12。如現有催化劑模組之典型情況，泡沫催化劑塊之正面（亦即，入口側）基本上為開放的且未覆蓋的，以允許氣體流入泡沫催化劑塊，而頂面、底面及側面經覆蓋或密封。藉由覆蓋泡沫催化劑塊之頂面、底面及側面，氣體僅流入正面且存在於背面。氣體流入泡沫催化劑塊之正面為提供側向氣流的氣體流動方向。氣體在正面流入泡沫催化劑塊中，側向通過泡沫催化劑塊之深度且離開泡沫催化劑塊的背面（亦即，出口側）進入密封體積。所得經處理氣體隨後自密封體積流動通過底側開口及支撐表面開口，且隨後遠離催化劑模組且離開LFR。
已發現，在無所揭示之密封框架32的情況下，允許含NOx之氣體38直接通過催化劑塊12之開放的頂部、底部及側端進入催化劑塊12的兩個分組26、28之間的密封體積中使得含NOx之氣體38未能充分接觸催化劑以提供良好的NOx轉化。此係因為許多進入此等位置之氣體不能足夠深地穿透進入催化劑塊中以提供與其催化劑之足夠接觸時間以促進必要的NOx轉化。所發生的係氣體流入頂部、底部及側表面，且接著直接通過進入由兩個催化劑塊之間的空間界定之體積中，而不穿透催化劑塊之任何顯著深度。例如，圖3為%總質量流量分數與停留（滯留）時間的曲線圖75，其示出了氣體流動通過催化劑床之模型預測資料，該催化劑床包含具有未密封/未覆蓋之正面、頂面、底面及側面的泡沫催化劑塊（例如，泡沫催化劑塊12）及不包括延伸之邊緣旁路元件（例如，延伸之邊緣旁路元件68）的密封框架。如曲線圖75所示，總質量流量的大約15%具有處於或低於110毫秒（ms）之滯留時間，此表明部分旁路。相比之下，如圖4之曲線圖76示出了氣體流動通過催化劑床之模型預測資料，該催化劑床包含具有未密封/未覆蓋之正面、頂面、底面及側面的泡沫催化劑塊（例如，泡沫催化劑塊12）及具有延伸之邊緣旁路元件（例如，延伸之邊緣旁路元件68）的密封框架（例如，密封框架32），該模型預測資料具有160 ms以上之滯留時間。
所揭示之催化劑模組10之結構設計解決了由於使用催化劑塊之開放且未密封的頂部、底部及側端而引起的問題。此情況藉由使用具有橫向元件64及延伸之邊緣旁路元件68的密封框架32來實現。密封框架32藉由在位於分組26、28之最外側部分的泡沫催化劑塊12的背面30（亦即，出口側）的外周邊提供氣密密封且阻擋含NOx之氣體38繞過且過早地離開催化劑床模組10之周邊上的泡沫催化劑塊12來解決該問題。
在催化劑床25、28之最外部周長上的催化劑塊12之背面30的外周邊由背面30的藉由密封框架32的經延伸之邊緣旁路元件64覆蓋及密封的表面積的量來界定。泡沫催化劑塊12之背面30的外周邊的表面積覆蓋率藉由設置延伸之邊緣旁路元件的長度來確定及調整。延伸之邊緣旁路對外周邊的覆蓋應係泡沫催化劑塊12之背面30的總表面積的至少1%，且小於總表面積的40%。較佳地，由延伸之邊緣旁路元件覆蓋之外周邊在泡沫催化劑塊之表面積的5%至30%範圍內。最佳地，覆蓋之外周邊在泡沫催化劑塊12之表面積的10%至20%範圍內。
延伸之邊緣旁路元件68起作用使直接流入且流過催化劑模組10的泡沫催化劑塊12的開放的頂面18、底面19及側端16的含NOx之氣體38穿透且通過一定長度的泡沫催化劑塊12，然後繞過延伸之邊緣旁路元件68且進入泡沫催化劑塊12之間的密封體積54。此使得含NOx之氣體38與泡沫催化劑塊12之催化劑接觸持續足量的距離及時間以允許氣流中所含有之NOx化合物的反應轉化。出人意料的係，此組態導致催化劑模組上之氮氧化物轉化增強，其中泡沫催化劑塊之頂部、底部及側端在無本文所揭示之密封框架32的情況下完全密封或未密封。
圖5係圖2所示之反應器50之區段的透視圖。圖5顯示了圖2的反應器50的一部分，其沿垂直切割線5-5剖開。圖5分離泡沫催化劑塊12b且將密封框架32分段，使得其暴露密封體積56之開放空間54內的結構特徵。進一步展示泡沫催化劑塊12a之背面30a。密封框架32包括壓靠背面30a之外周邊的橫向元件64（圖中未繪）及延伸之邊緣旁路元件68。經處理氣體自背面30a流出至開放空間54中，如箭頭60所示，其構成由密封框架32形成的密封體積56、由支撐表面20形成的密封件以及泡沫催化劑塊12a的背面30a及泡沫催化劑塊12b的彼等背面。經處理氣體60自密封體積56流過支撐表面20的開口24。
圖6為根據本揭示案之施例的具有多個催化劑床模組10的LFR反應器200的實施例的側視圖。LFR反應器200包括構成LFR反應器200之一部分的泡沫催化劑塊210的四個分組202、204、206、208。泡沫催化劑塊210之各分組202、204、206、208以並排堆疊關係定向且以可操作方式固定至支撐表面212。此外，泡沫催化劑塊210之各分組202、204、206、208提供與泡沫催化劑塊210的其他分組相同的功能且具有基本上相同的結構。因此，本文對泡沫催化劑塊210之分組202、204、206、208中之一者的描述同樣適用於泡沫催化劑塊210之其他分組中之每一者。因此，為了便於論述圖6，將僅參考分組202。
泡沫催化劑塊210之分組202包括第一泡沫催化劑塊214及第二泡沫催化劑塊216。各泡沫催化劑塊214、216係矩形的且由六個面界定。泡沫催化劑塊214、216彼此間隔開且彼此平行佈置。然而，在其他實施例中，泡沫催化劑塊214、216可以相對於彼此傾斜而非平行。
第一泡沫催化劑塊214包括第一背面218（出口側）與相對的第一正面220（入口側）、第一頂面224與相對的第一底面226、以及第一側面228與相對的第一替代側面（圖中未示）。與第一泡沫催化劑塊214以間隔關係定位的為第二泡沫催化劑塊216。第二泡沫催化劑塊216包括第二背面234（出口側）與相對的第二正面236（入口側）、第二頂面238與相對的第二底面240、以及第二側面242與相對的第二替代側面（圖中未示）。
圖6之側視圖將第一側面228及第二側面242描繪為面向觀察者，其中相對的第一交替側面及第二交替側面顯示為與側面228、242相對且不在視線範圍內。各泡沫催化劑塊214、216之六個側面中的五個顯示為基本上開放的及未覆蓋的，使得其在此等位置處暴露於流入至泡沫催化劑塊214、216的氣流。
密封框架246位於第一泡沫催化劑塊214與第二泡沫催化劑塊216之間，以藉由使泡沫催化劑塊214、216保持間隔來保持其之間的間隔關係。密封框架246亦藉由密封泡沫催化劑塊214、216之間的開放空間而起作用來提供由第一背面218、第二背面234及密封框架246界定的氣密密封體積250。密封框架246覆蓋泡沫催化劑塊214、216之間的開放空間的三個側面，且留下能夠提供氣流離開密封體積250之通路的底側開口252。
第一泡沫催化劑塊214及第二泡沫催化劑塊216以可操作方式固定至界定且包括開口254之支撐表面212。底側開口252以使底側開口252與開口254對準之方式可操作地連接至或結合至支撐表面212中，以提供氣流自密封體積250至外部目的地的通路。因此，開口254經組態有底側開口252以提供氣流自密封體積250通過底側開口252及開口254至外部目的地的通路的能力。
密封框架246保持第一泡沫催化劑塊214與第二泡沫塊216之間的間隔關係。密封框架246進一步提供藉由沿著第一背面218及第二背面234之外周邊形成氣密密封而以氣密方式密封由兩個泡沫催化劑塊214、216界定之開放空間。密封框架246亦提供用於將在第一泡沫催化劑塊214及第二泡沫催化劑塊216的開口側處之氣體流入引導至且通過一段距離或長度的泡沫催化劑塊214、216。此防止進入之氣體直接進入密封體積250，且由此避免與陶瓷泡沫塊的催化劑接觸。密封框架246提供引導進入陶瓷泡沫塊之側面的氣體行進一段距離以進入陶瓷泡沫塊，以使得氣體接觸催化劑組分足夠長的時間以引發所需的反應。
密封框架246包括橫向元件258及延伸之邊緣旁路元件260。密封框架246具有通道狀形狀，其包括橫向元件258及延伸之邊緣旁路元件260，該邊緣旁路元件自橫向元件258之各端向外延伸。延伸之邊緣旁路元件260壓靠第一背面218及第二背面234之外周邊。
第一背面218及第二背面234的外周邊由各背面218、234的表面積界定，該表面積由壓靠泡沫催化劑塊214、216之背面218、234的延伸之邊緣旁路元件260的平坦表面覆蓋。延伸之邊緣旁路元件260沿第一背面218的第一外周邊形成第一氣密機械密封，且其沿第二背面234的第二外周邊形成第二氣密機械密封。第一外周邊覆蓋第一背面218之總表面積的1%至40%，且第二外周邊覆蓋第二背面234之總表面積的1%至40%。
泡沫催化劑塊210之各分組202a以與其他分組202b類似之方式以隔開且堆疊的側向關係置放且固定至支撐表面212上。泡沫催化劑塊210之額外分組204、206、208與泡沫催化劑塊210之分組以間隔且並排堆疊關係存在，以提供開放體積272。
開放體積272由第二泡沫催化劑塊216之第二正面236、支撐表面212及泡沫催化劑塊210之相鄰分組204的泡沫催化劑塊280的第一正面274界定。開放體積272為開放的以接收氣流。當LFR反應器200處於操作中時，開放體積272填充有氣體282，該氣體自開放體積272通過進入泡沫催化劑塊210之分組202的第二正面236及第二底面240及泡沫催化劑塊210之相鄰分組204的第二正面274及第二底面240中。
圖6之虛線箭頭線表示進入LFR反應器200之泡沫催化劑塊214、216的氣體282的流動。如圖所示，氣體282流入各泡沫催化劑塊214、216之五個面或側面（例如，正面220、236、274；底面240；側面228、242；相對的側面及頂面224、238）。密封框架246防止直接氣流（例如氣體282）進入泡沫催化劑塊210之各背面218、234且進入密封體積250。相反，密封框架246引導氣體282流過泡沫催化劑塊210之正面、頂面、底面及側面，使得氣體282基本上側向流動跨越各泡沫催化劑塊210的深度，且作為經處理氣體284通過在外周邊未經密封框架246密封的各泡沫催化劑塊210的背面218、234離開。如應瞭解，雖然所示實施例僅描繪四個分組202、204、206、208，但在不背離本揭示案之範疇的情況下，LFR反應器200可具有多於或少於四個分組。
圖7呈現了LFR反應器200之由下而上的平面圖，其中平面及視線方向由圖6中之截面線7-7所示。顯示其中界定有四個開口254之支撐表面或板212，其中各自提供氣體（例如，經處理氣體284）可通過之孔。開口254在支撐表面212之相對側上與底側開口252對準，以提供來自密封體積250之氣流的通道。
第一泡沫催化劑塊214具有第一正面220、第一側面228、第一交替側面230及第一頂面224。第二泡沫催化劑塊216顯示為具有第二正面236、第二側面242、第二交替側面244及第二頂面238。泡沫催化劑塊214、218之第一背面218及第二背面234彼此面對，其中密封框架246使兩者保持呈間隔關係。兩個泡沫催化劑塊214、216之背面218、234及密封框架246一起共同界定密封體積250。
在LFR反應器200之操作中，氣體（例如，氣體282）向下流動且填充開放體積272及圍繞泡沫催化劑塊210之分組202、204、206、208的體積。氣體進入至各泡沫催化劑塊210之開口側且側向通過泡沫催化劑塊210之深度以進入密封體積（例如，密封體積250），氣體自該處通過底側開口252（隱藏）及開口254（隱藏）至外部目的地。密封框架246之延伸之邊緣旁路元件260藉由引導氣流通過泡沫催化劑塊210的所要長度來支撐氣體側向流動通過泡沫催化劑塊210。
圖8呈現了LFR模組200之由上而下的正視圖或平面圖，其中平面及視線方向由圖7中之截面線8-8所示。顯示泡沫催化劑塊210之四個分組，其構成支撐表面212上的整個LFR模組200。泡沫催化劑塊210之各分組包括第一泡沫催化劑塊214及第二泡沫催化劑塊216。泡沫催化劑塊214及216以及密封構件246中之每一者的頂端面向觀察者。
圖9為LFR反應器200之一部分的側視截面圖，其沿圖8中之截面線9-9截取。顯示LFR反應器200之泡沫催化劑塊210之四個分組202、204、206、208的截面圖。泡沫催化劑塊210之分組202、204、206、208中之每一者以並排堆疊關係固定至支撐表面212。
第一泡沫催化劑塊214之第一背面218及第二泡沫催化劑塊216之第二背面234以間隔關係彼此面對。密封框架246保持間隔關係且沿相應泡沫催化劑塊210之背面218、234的外周邊形成氣密密封，以提供密封體積250。密封體積250包括藉由第一背面218、第二背面234及密封構件246在三個側面上界定之開放空間，其共同提供底側開口252，該底側開口能夠提供來自密封體積250之氣流（例如，經處理氣體284）的通道。
密封框架246具有通道狀形狀，其包括橫向元件258及延伸之邊緣旁路元件260，該邊緣旁路元件自橫向元件258之各端向外延伸且與橫向元件258之各端正交。延伸之邊緣旁路元件260壓靠在相應泡沫催化劑塊214、216之第一背面218及第二背面234的外周邊上。
第一背面218及第二背面234的外周邊由各背面218、234的表面積界定，該表面積由分別壓靠泡沫催化劑塊214、216之背面218、234的延伸之邊緣旁路元件260的平坦表面覆蓋。延伸之邊緣旁路元件260沿第一背面218的外周邊形成第一氣密機械密封，且沿第二正面234的外周邊形成第二氣密機械密封。泡沫催化劑塊210之背面218、234的外周邊的表面積覆蓋藉由設置延伸之邊緣旁路元件260的長度來確定及調整，以提供對引導氣流所需之外周邊的覆蓋。
密封框架246亦提供用於將在第一泡沫催化劑塊214及第二泡沫催化劑塊216的開口側處之氣體282流入引導至且通過一段距離或長度的泡沫催化劑塊214、216。此阻擋進入之氣體282直接通過進入密封體積250中，且由此避免與陶瓷泡沫塊214、216之催化劑接觸。密封框架246亦提供引導進入陶瓷泡沫塊214、216之側面的氣體282行進一段距離以進入陶瓷泡沫塊，以使得氣體282接觸催化劑組分足夠長的時間以引發所需的反應。
延伸之邊緣旁路元件260因此起作用，使得氣體282直接流入且流過相應泡沫催化劑塊214、216之開口頂部（第一頂面224及第二頂面238）、底部（第一底面226及第二底面240））及側端（第一側面228、第一交替側面230、第二側面242及第二交替側面244，如圖8所示）。延伸之邊緣旁路元件260使得氣體282穿透且通過一定長度的泡沫催化劑塊210，然後繞過延伸之邊緣旁路元件260且進入密封體積250。此提供氣體282與泡沫催化劑塊210之催化劑接觸足夠的距離及時間以允許氣流中所含之組分反應。
圖10A呈現藉由密封框架246隔開之分組202、204、206、208的由上而下的詳細視圖。圖10B呈現分組202、204、206、208的截面圖，其中平面及視線方向由沿著截面線10B-10B之切口所示。圖10C呈現分組202、204、206、208的截面圖，其中平面及視線方向由沿著截面線10C-10C之切口所示。
參考圖10A，其顯示分組202、204、206、208及密封框架246的由上而下的平面圖。虛線顯示表面下方之橫向元件258及延伸之邊緣旁路元件260。此外，在密封框架246之頂表面下方且包夾於第一泡沫催化劑塊214與第二泡沫催化劑塊216之間的為密封體積250。第一泡沫催化劑塊214之第一背面218及第二泡沫催化劑塊216之第二背面234以與密封框架246一起形成密封體積250之間隔關係彼此面對。
圖10B係截面10B-10B之詳細視圖，其顯示與第一泡沫催化劑塊214之第一背面218及第二泡沫催化劑塊216之第二背面234相關的通道形密封框架256。進一步示出密封框架256之橫向元件258及延伸之邊緣旁路元件260。
圖10C係截面10C-10C之詳細視圖，其顯示在中間垂直切割之分組202的正視圖，以顯示密封框架246與第一泡沫催化劑塊214之第一背面218的關係。顯示了密封框架246之橫向元件258及延伸之邊緣旁路元件260。密封框架246沿形成分組202之最外部周長的泡沫催化劑塊14的外部周邊鄰接且耦合至第一泡沫催化劑塊214，由此構成泡沫催化劑塊214。延伸之邊緣旁路元件260壓靠第一背面218之外周邊以提供氣密密封。經處理氣體基本上側向通過第一泡沫催化劑塊214且自第一背面218離開進入密封體積250。
以下實施例說明本發明且證明其益處。然而，該實例不應限制本發明之範疇。 催化劑泡沫塊之製備
如上文所論述，催化劑床模組10包括泡沫催化劑塊之分組26、29，其具有佈置在陶瓷泡沫上及/或陶瓷泡沫內的催化劑組分。陶瓷泡沫可藉由用陶瓷材料（諸如氧化鋁（Al 2O 3）及氧化鋯（ZrO 2））之含水漿料塗佈聚合物泡沫（諸如聚胺甲酸酯泡沫）之結構，隨後乾燥及煅燒浸漬泡沫以留下僅陶瓷材料來製造。在空氣中在高於1000℃之溫度下進行煅燒。典型地，煅燒在1000℃至2000℃範圍內之溫度下進行。漿料含有直徑在0.1 μm至10 μm範圍內之陶瓷顆粒及具有適量潤濕劑、分散穩定劑及黏度調節劑的水。煅燒使聚合物汽化或燃燒，留下燒結之陶瓷。
在煅燒及燒結之後，剩餘陶瓷泡沫具有互連內部曲折孔隙結構，亦稱為網狀結構。與其他類型之載體（例如蜂巢式通道）相比，此結構提供通過泡沫之氣體湍流，且改良氣體與由陶瓷泡沫支撐之任何催化劑的接觸。期望將催化劑組分塗覆至陶瓷泡沫作為二氧化鈦載體及催化金屬的顆粒漿料的洗滌塗層。應用於陶瓷泡沫之最佳催化劑為描述於美國專利第6,419,889號中之催化劑，該專利以引用之方式併入本文中。
催化劑組分之二氧化鈦載體可藉由將二氧化鈦粉末與水及膠溶劑混合以形成可擠出的糊狀物來製造。將可擠出糊狀物擠出成任何適合形狀（諸如圓柱體及三葉形）之擠出物，其經乾燥，隨後在低於650℃且較佳在350℃至600℃之間的溫度下進行煅燒。擠出物隨後與一或多種選自由釩、鉬及鎢組成之群的金屬的金屬化合物接觸。較佳地，擠出物用金屬化合物之水溶液浸漬。在將金屬摻入至二氧化鈦載體中之後，將其乾燥且接著在350℃至550℃範圍內之煅燒溫度下煅燒0.5小時至6小時範圍內之煅燒時間段。二氧化鈦載體催化劑具有如藉由氮吸附所量測之約50 m 2/g至約150 m 2/g範圍內之表面積。催化劑可具有雙峰孔隙分佈，其中超過90%之孔隙體積存在於直徑為至多約100 nm之孔隙中，其中孔隙體積視為存在於直徑在約1 nm至約100 nm之間的孔隙中之孔隙體積。
如上文所論述，泡沫催化劑塊12包括催化劑組分，其藉由任何適合之浸漬或洗滌塗佈方法摻入至陶瓷泡沫上或陶瓷泡沫中。若反應器系統待用於脫硝應用中，則催化劑組分較佳地包括用金屬浸漬之二氧化鈦，該金屬選自由釩、鉬、鎢及其組合組成之群。
上文所描述之二氧化鈦載體催化劑可用於製備塗覆至陶瓷泡沫作為洗滌塗層之漿料。研磨或碾磨載體催化劑以形成直徑在0.1 μm至10 μm範圍內之顆粒。將此粉末與水及適量濕潤劑、分散穩定劑及黏度調節劑混合以提供漿料，該漿料作為洗滌塗層塗覆至陶瓷泡沫。經洗滌之經塗佈陶瓷泡沫接著進一步乾燥及煅燒以產生用作反應器系統之側向流動反應器模組之組件的泡沫催化劑塊。 實例
根據本揭示案之實施例，此實例描述經設計用於實驗以表示比較、完全密封側向流動脫硝反應器（比較反應器）及開放式側向流動脫硝反應器（本發明反應器）的泡沫催化劑反應器模組。針對其脫硝效能測試泡沫催化劑反應器模組。對來自該測試之比較結果進行了總結，表明藉由開放式反應器設計提供的脫硝轉化率與完全密封反應器設計相比得到改良。
比較反應器包括尺寸為300 mm（W）×300 mm（L）×100 mm（H）之方形泡沫催化劑塊。比較反應器在四個側面（例如，頂部、底部及兩側）上經完全密封，且經組態以提供氣態饋料進入泡沫催化劑塊之正面且通過泡沫催化劑塊之深度的通路。經處理氣體自泡沫催化劑塊通過其與正面相對的背面。
泡沫催化劑反應器模組之各泡沫催化劑塊組件係多孔陶瓷泡沫塊，其用釩浸漬之二氧化鈦顆粒或粉末的漿料進行洗滌塗佈。根據US 6,419,889中所揭示之方法製備釩浸漬之二氧化鈦催化劑，且將其研磨成用於製備供用作洗滌塗層之水性漿料之粉末。釩浸漬之二氧化鈦含有呈約3.2重量%經浸漬二氧化鈦之量的釩。在乾燥經洗滌塗佈之多孔陶瓷泡沫之後，泡沫催化劑塊含有約50 wt.%釩浸漬之二氧化鈦。
根據本揭示案之實施例，反應器具有與比較反應器相同的設計，但除四個側面中之一者對氣態饋料開放之方形泡沫催化劑塊之外。此允許氣態饋料通過泡沫催化劑塊之一側以及通過催化劑塊之正面。為模擬具有本文所揭示之催化劑床模組的工業規模反應器（例如，其中正面及頂面、底面及側面為開放的或未密封的），實驗室規模之試驗反應器中使用之催化劑床模組要求催化劑床模組之開口側的總表面積（SA S1）與正面的總表面積（SA F1）之比（SA S1:SA F1）大致等於具有本揭示案之催化劑床模組的工業規模反應器之開口側的總表面積（SA S2）與正面的總表面積（SA F2）之比（SA S2:SA F2）。SA S1:SA F1=SA S2:SA F2之比率係藉由使實驗室規模之試驗反應器中的催化劑床模組的四個側面及正面中之一者呈開放及未密封來實現的。 例如，對於具有催化劑床模組之工業規模反應器，該催化劑床模組具有一對泡沫催化劑塊分組，各分組具有1392×100毫米（mm）的總尺寸及4個開口側（例如，頂面、底面及兩個側面）及一個開放的正面，4個開口側之總表面積約為5600 m 2且正面之總表面積為19,600 m 2，使得SA S2：SA F2比率為0.286。為了匹配工業規模反應器中之催化劑床模組之SA S2:SA F2比率，實驗室規模之反應器將需要具有尺寸為300×300×10 mm且具有1個開口側及開口正面之泡沫催化劑塊，單一開口側之總表面積為約300 cm 2且正面之總表面積為900 cm 2，使得SA S1：SA F1比率為0.333，其基本上等效於對應於工業規模之反應器催化劑床模組之SA S2:SA F2比率，其為0.286。
在兩個反應器模組之脫硝效能測試中使用天然氣燃燒器。氣體具有200 ppm之NOx濃度且以提供18,000 hr -1之空間速度之速率引入反應器中。向脫硝反應器之饋料氣體中注入19%的氨水溶液，其量提供300 ppm之饋料氣體中之NH 3的初始濃度。在140℃、160℃、180℃、200℃及220℃之五個不同入口溫度下測試每一反應器之NOx轉化效能。 來自脫硝反應器之效能測試之概述結果呈現於下表1中。 表1
入口溫度 （℃） 完全密封泡沫催化劑反應器模組 （NOx轉化率%） 開放式泡沫催化劑反應器模組 （NOx轉化率%） NOx轉化率%之差異
140 42 44.8 2.8
160 64.7 71.9 7.2
180 83.5 88.5 5
200 93.6 96.7 3.1
220 97.6 98.7 1
表1中所呈現之數據表明，相較於比較性完全密封泡沫催化劑反應器模組，開放式泡沫催化劑反應器模組在所有入口反應器溫度條件下提供較高氮氧化物轉化。此結果為出人意料的；因為認為饋料氣體與泡沫催化劑塊更好地接觸，且因此更好地反應，將藉由使全部饋料氣體流動通過泡沫催化劑塊之整個深度而產生。實情為，藉由允許饋料氣體之至少一部分流動穿過泡沫催化劑塊之側面，產生較佳NOx轉化。應注意，NOx轉化率百分比之差異隨著入口溫度增加而變窄。但仍然，即使在較高反應器入口溫度下，開放式泡沫催化劑反應器模組亦提供比完全封閉泡沫催化劑反應器模組更高的NOX轉化率。在較低入口反應器溫度下，NOx轉化率差異顯著擴大。此等資料表明，與將整個饋料氣體引導流入脫硝反應器之泡沫催化劑塊的正面相比，允許饋料氣體流入反應器之泡沫催化劑塊的側面增強了NOx轉化率。
2:軸向軸線或方向 4:徑向方向 6:圓周軸線或方向 7,8,9,10B,10C:截面線 10:催化劑床模組 12,12a,12b,210,280:泡沫催化劑塊 14:支撐框架 15,15a,15b:正面 16,16a,16b:側面 18,18a,18b:頂面 19,19a,19b:底面 20:表面 22:支撐件 24,254:開口 25,28:催化劑床 26a,26b,29a,29b:催化劑塊分組 30,30a,30b:背面 32,246,256:密封框架 36:入口 38:箭頭,含NOx之氣流 40b: 46: 50,200:反應器 54:開放空間 56,250:密封體積 58: 60:經處理氣體,箭頭 62:距離 64,258:橫向元件 68,260:延伸之邊緣旁路元件 70:寬度 72:長度 74,272:開放體積 80: 202,202a,202b,204,206,208:分組 212:支撐表面 214:第一泡沫催化劑塊 216:第二泡沫催化劑塊 218:第一背面 220:第一正面 224:第一頂面 225: 226:第一底面 228:第一側面 230:第一交替側面 234:第二背面 236:第二正面 238:第二頂面 240:第二底面 242:第二側面 244:第二交替側面 252:底側開口 274:第一正面,第二正面 282:氣體 284:經處理氣體
圖1為根據本揭示案之一實施例的催化劑床模組之透視圖，該催化劑床模組具有多對具有泡沫催化劑塊之分組，其中每對分組藉由密封框架彼此間隔，且形成分組之外部周長之一部分的泡沫催化劑塊的頂面及側面為未覆蓋的；
圖2為根據本揭示案之一實施例的具有圖1之催化劑床模組的側向流動反應器之一部分的透視圖，其示出其組件及操作；
圖3為模型預測氣流通過催化劑床的總質量氣體流量分數%作為以毫秒（ms）為單位之滯留時間的函數的曲線圖，該催化劑床具有催化劑泡沫塊及無延伸之邊緣旁路元件的密封框架；
圖4為模型預測氣流通過圖1之催化劑床模組的總質量氣體流量分數%作為以毫秒（ms）為單位之滯留時間的函數的曲線圖；
圖5為根據本揭示案之一實施例的圖2之側向流動反應器的透視截面圖，其沿圖2中所示之垂直截面線5-5截取，該密封框架包括橫向元件及延伸之旁路邊緣元件；
圖6為根據本揭示案之一實施例的具有圖1之催化劑床模組之側向流動反應器的側視圖；
圖7為根據本揭示案之一實施例的側向流動反應器之一部分的由下而上的平面圖，其中平面及視線方向由圖6中之截面線7-7所示；
圖8為根據本揭示案之一實施例的側向流動反應器之一部分的由上而下的平面圖，其中平面及視線方向由圖6中之截面線8-8所示；
圖9為根據本揭示案之一實施例的側向流動反應器之一部分的側視截面圖，其沿圖8中之截面線9-9截取；
圖10A為根據本揭示案之一實施例的具有複數個催化劑塊之一對分組的由上而下的詳圖，其中該對分組藉由催化劑床模組之密封框架間隔開，示出沿密封框架之截面線10B-10B及10C-10C之切口；
圖10B為圖10A之一對分組及密封框架的截面圖，其中平面及視線方向由圖10A中之截面線10B-10B所示；及
圖10C為圖10A之一對分組及密封框架的截面圖，其中平面及視線方向由圖10A中之截面線10C-10C所示。
2:軸向軸線或方向
4:徑向方向
6:圓周軸線或方向
10:催化劑床模組
12:泡沫催化劑塊
14:支撐框架
15:正面
16:側面
18:頂面
19:底面
20:表面
22:支撐件
24:開口
25,28:催化劑床
26a,26b,29a,29b:催化劑塊分組
30:背面
32:密封框架
36:入口
38:箭頭，含NOx之氣流

Claims (10)

  1. 一種反應器，其經組態以使一氣流與一催化劑組合物接觸，其中該反應器包含： 一催化劑床模組，其包含： 一第一分組，其包含第一複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有一第一表面積之一第一正面與一相對的第一背面、一第一頂面與一相對的第一底面、以及一第一側面與一相對的第一交替側面界定； 一第二分組，該第二分組與該第一分組相鄰且包含第二複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有一第二表面積之一第二正面與一相對的第二背面、一第二頂面與一相對的第二底面、以及一第二側面與一相對的第二交替側面界定，其中該第一複數個泡沫催化劑塊之該第一背面及該第二複數個泡沫催化劑塊之該第二背面各自以一間隔關係彼此面對； 一密封框架，其安置於該第一分組與該第二分組之間且經組態以保持該間隔關係且在該第一複數個泡沫催化劑塊與該第二複數個泡沫催化劑塊之間形成一密封體積；及 一支撐框架，其包含一支撐表面及一開口且經組態以支撐該第一分組及該第二分組，其中該第一分組及該第二分組固定至該支撐表面，使得該開口位於該第一分組與該第二分組之間且與該密封體積相鄰，且其中該密封體積及該開口為氣流提供一通路；及 一界定一反應區之容器，其具有一進料入口及一經處理氣體出口，其中該反應區包含該催化劑床模組，且其中該經處理氣體出口以流體方式耦接至該通路。
  2. 如請求項1之反應器，其中該密封框架包括一橫向元件及延伸之邊緣旁路元件，其中該橫向元件支撐包封該密封體積且保持該間隔關係，且其中該延伸之邊緣旁路元件自該橫向元件向外延伸且與該橫向元件正交一定長度，且支撐沿著該第一複數個泡沫催化劑塊中之一或多個催化劑塊的該第一背面的一第一外周邊形成一第一氣密密封且沿著該第二複數個泡沫催化劑塊中之一或多個催化劑塊的該第二背面的一第二外周邊形成一第二氣密密封，其中該第一複數個泡沫催化劑塊及該第二複數個泡沫催化劑塊之該一或多個催化劑塊形成該第一分組及該第二分組的一外部周長的至少一部分。
  3. 如請求項2之反應器，其中該第一複數個催化劑塊之一部分的該第一正面、該第一頂面、該第一底面、該第一側面及該第一交替側面以及該第二複數個催化劑塊之一部分的該第二正面、該第二頂面、該第二底面、該第二側面及該第二交替側面基本上為開放的且未覆蓋的，由此允許氣體分別流入該第一複數個泡沫催化劑塊及該第二複數個泡沫催化劑塊，且其中該第一複數個泡沫催化劑塊之該部分及該第二複數個泡沫催化劑塊之該部分分別形成該第一分組及該第二分組的一外部周長的一部分。
  4. 如請求項2之反應器，其中該第一複數個泡沫塊之該第一背面除該第一外周邊之外基本上為開放的且未覆蓋的，由此允許氣體流入該密封體積中，且該第二複數個泡沫塊之該第二背面除該第二外周邊之外基本上為開放的且未覆蓋的，由此允許氣體流入該密封體積中。
  5. 如請求項2之反應器，其中該第一外周邊覆蓋該第一表面積之1%至40%，且該第二外周邊覆蓋該第二表面積之1%至40%。
  6. 一種催化劑床模組，其包含： 一第一分組，其包含第一複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有一第一表面積之一第一正面與一相對的第一背面、一第一頂面與一相對的第一底面、以及一第一側面與一相對的第一交替側面界定； 一第二分組，該第二分組與該第一分組相鄰且包含第二複數個泡沫催化劑塊，各泡沫催化劑塊由具有一第二表面積之一第二正面與一相對的第二背面、一第二頂面與一相對的第二底面、以及一第二側面與一相對的第二交替側面界定，其中該第一複數個泡沫催化劑塊之該第一背面及該第二複數個泡沫催化劑塊之該第二背面各自以一間隔關係彼此面對； 一密封框架，其安置於該第一分組與該第二分組之間且經組態以保持該間隔關係且在該第一複數個泡沫催化劑塊與該第二複數個泡沫催化劑塊之間形成一密封體積，其中該密封框架包含經組態以包封該密封體積且保持該間隔關係的一橫向元件，及自該橫向元件向外延伸且與該橫向元件正交一定長度的延伸之邊緣旁路元件；及 一支撐框架，其包含一支撐表面及一開口，其中該支撐框架經組態以支撐該第一分組及該第二分組，其中該第一分組及該第二分組固定至該支撐表面，使得該開口位於該第一分組與該第二分組之間且與該密封體積相鄰，且其中該密封體積及該開口為氣流提供一通路。
  7. 如請求項6之催化劑床模組，其中該延伸之邊緣旁路元件沿著該第一複數個泡沫催化劑塊中之一或多個催化劑塊的該第一背面的一第一外周邊形成一第一氣密密封且沿著該第二複數個泡沫催化劑塊中之一或多個催化劑塊的該第二背面的一第二外周邊形成一第二氣密密封，其中該第一複數個泡沫催化劑塊及該第二複數個泡沫催化劑塊之該一或多個催化劑塊形成該第一分組及該第二分組的一外部周長的至少一部分。
  8. 如請求項7之催化劑床模組，其中該第一複數個催化劑塊之一部分的該第一正面、該第一頂面、該第一底面、該第一側面及該第一交替側面以及該第二複數個催化劑塊之一部分的該第二正面、該第二頂面、該第二底面、該第二側面及該第二交替側面基本上為開放的且未覆蓋的，由此允許氣體分別流入該第一複數個泡沫催化劑塊及該第二複數個泡沫催化劑塊，且其中該第一複數個泡沫催化劑塊之該部分及該第二複數個泡沫催化劑塊之該部分分別形成該第一分組及該第二分組的一外部周長的一部分。
  9. 如請求項7之催化劑床模組，其中該第一複數個泡沫塊之該第一背面除該第一外周邊之外基本上為開放的且未覆蓋的，由此允許氣體流入該密封體積中，且該第二複數個泡沫塊之該第二背面除該第二外周邊之外基本上為開放的且未覆蓋的，由此允許氣體流入該密封體積中。
  10. 一種選擇性催化還原一氣流中所含之氮氧化物化合物的方法，該氣流包含一NO濃度、一NO 2濃度或兩種化合物的濃度，其中該方法包含： 將該氣流引入由一容器界定之一反應區，其中該反應區包含一催化劑床模組，該催化劑床模組具有包含第一複數個催化劑塊的一第一分組及包含第二複數個催化劑塊的一第二分組、一密封框架，該密封框架安置於該第一分組與該第二分組之間且經組態以保持一間隔關係且在該第一複數個泡沫催化劑塊與該第二複數個泡沫催化劑塊之間形成一密封體積，其中該第一複數個催化劑塊及該第二複數個催化劑塊中之各催化劑塊包含一正面與一相對的背面、一頂面與一相對的底面、以及一側面與一相對的交替側面，其中形成該第一分組及該第二分組的一外部周長之該第一複數個泡沫催化劑塊及該第二複數個泡沫催化劑塊的頂面、側面及交替側面為未覆蓋的，且其中該第一複數個催化劑塊及該第二複數個催化劑塊經組態以移除該氮氧化物化合物； 將該氣流之一流動引導至形成該第一分組及該第二分組之該外部周長的各相應第一複數個泡沫催化劑塊及第二複數個泡沫催化劑塊的該正面、該頂面、該側面及該交替側面上，其中該密封框架包含經組態以包封該密封體積且保持該間隔關係的一橫向元件，及自該橫向元件向外延伸且與該橫向元件正交一定長度的延伸之邊緣旁路元件，且其中該延伸之邊緣旁路元件經組態以引導該氣流之該流動自該頂面、該側面及該交替側面流入至該密封體積； 在脫硝（deNOx）移除反應條件下使該氣流通過該催化劑床模組；及 回收一經處理氣流，該經處理氣流具有相對於該NO濃度、該NO 2濃度或該兩種化合物之濃度降低的一NO或NO 2或兩者濃度。
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