(57)【要約】      （修正有）【課題】触媒性能のバラつき等を抑制する選択触媒還元システムに用いる触媒装置を提供する。【解決手段】選択触媒還元システムにおける使用のための触媒装置（１１２）が、フレーム（２０４）と、このフレームに結合した複数の触媒要素（２００）とを含む。複数の触媒要素は、複数の垂直ステーション（２０２）の間に垂直に配置される。複数の垂直ステーションは、触媒装置の高さに沿って順々に定められる。垂直ステーションのうちの少なくとも１つの垂直ステーションの触媒要素は、選択触媒還元システムを通る排ガス（１０２）の流れの軸方向（１０１）に対して複数の軸方向位置に配置される。【選択図】図２
2019030867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択触媒還元システム（１００）において使用するための触媒装置（１１２）であって、
フレーム（２０４）と、
前記フレーム（２０４）に結合した複数の触媒要素（２００）とを備えており、前記複数の触媒要素（２００）は、複数の垂直ステーション（２０２）の間を垂直方向に配置され、前記複数の垂直ステーション（２０２）は、当該触媒装置（１１２）の高さ（１１６）に沿って順々に定められ、前記垂直ステーション（２０２）のうちの少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）の前記触媒要素（２００）は、前記選択触媒還元システム（１００）を通る排ガス（１０２）の流れの軸方向（１０１）に対して複数の軸方向位置に配置されている、触媒装置（１１２）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも１つの触媒要素（２０１）を、前記触媒要素（２００）のうちの他の触媒要素（２０３）よりも完全に上流に位置させて備える、請求項１に記載の触媒装置（１１２）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも３つの触媒要素（２０５）を、前記軸方向（１０１）に沿って直列に整列させて備える、請求項１に記載の触媒装置（１１２）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、排ガス（１０２）の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域（２１１）に軸方向に整列した前記触媒要素（２００）の集中グループ（２０７）を備える、請求項１に記載の触媒装置（１１２）。
【請求項５】
前記触媒要素（２００）の各々は、二酸化チタンの担体上の五酸化バナジウムの活性相を備える、請求項１に記載の触媒装置（１１２）。
【請求項６】
前記フレーム（２０４）は、一連の横方向に隣接するＵ字形部分（２０６）、横方向に延びる鋸歯形状（２１０）、横方向に延びる方形波形状（２１２）、凸状の形状（２１４）、および凹状の形状（２１６）のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の触媒装置（１１２）。
【請求項７】
産業プラント（１０４）から排ガス（１０２）の流れを受け取るように構成された反応ダクト（１０７）と、
前記反応ダクト（１０７）に対して配置された複数の触媒要素（２００）を備える触媒装置（１１２）とを備えており、前記複数の触媒要素（２００）は、複数の垂直ステーション（２０２）の間を垂直方向に配置され、前記複数の垂直ステーション（２０２）は、前記触媒装置（１１２）の高さ（１１６）に沿って順々に定められ、前記垂直ステーション（２０２）のうちの少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）の前記触媒要素（２００）は、前記反応ダクト（１０７）を通る排ガス（１０２）の流れの軸方向（１０１）に対して複数の軸方向位置に配置されている、選択触媒還元システム（１００）。
【請求項８】
前記触媒装置（１１２）の上流において前記反応ダクト（１０７）内に配置されたアンモニア注入格子（１２６）をさらに備える、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【請求項９】
前記触媒装置（１１２）の上流において前記反応ダクト（１０７）内に配置された共触媒装置（１２４）をさらに備える、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【請求項１０】
前記触媒装置（１１２）の上流において前記反応ダクト（１０７）内に配置された調整用空気注入システム（１２０）をさらに備える、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【請求項１１】
前記触媒装置（１１２）の上流において直列な流れの関係にて前記反応ダクト（１０７）内に配置された調整用空気注入システム（１２０）、共触媒装置（１２４）、およびアンモニア注入格子（１２６）をさらに備える、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【請求項１２】
前記産業プラント（１０４）から排ガス（１０２）の流れを受け取り、排ガス（１０２）を前記反応ダクト（１０７）へと導くように構成された入口ダクト（１０６）をさらに備えており、前記入口ダクト（１０６）は、第１の端部（１０８）から下流へと第２の端部（１１０）まで延びており、前記第２の端部（１１０）は、前記反応ダクト（１０７）のサイズに合致するようなサイズとされ、前記入口ダクト（１０６）は、前記第１の端部（１０８）と前記第２の端部（１１０）との間で高さが増加している、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【請求項１３】
前記反応ダクト（１０７）から排ガス（１０２）を受け取り、排ガス（１０２）をおおむね鉛直方向に導き、排ガス（１０２）を大気に放出するように構成された排気スタック（１１４）をさらに備える、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも１つの触媒要素（２０１）を、前記触媒要素（２００）のうちの他の触媒要素（２０３）よりも完全に上流に位置させて備える、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、排ガス（１０２）の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域（２１１）に軸方向に整列した前記触媒要素（２０５）の集中グループ（２０７）を備える、請求項７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は、広くには、産業排出物抑制システムに関し、より詳細には、産業排出物抑制システムにおける触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン、工業用のボイラおよび炉、ならびにレシプロエンジンなど、炭化水素燃料を燃焼させる少なくともいくつかの公知の産業システムは、これらに限られるわけではないが一酸化炭素（ＣＯ）、未燃焼炭化水素（ＵＨＣ）、およびチッ素酸化物（ＮＯｘ）などの汚染物質を発生させる。このような汚染物質の大気への排出は、安全な運転のために制限されなければならない。
【０００３】
スタック排出物の抑制に使用される１つの公知の技術は、選択触媒還元である。選択触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、ＳＣＲ）は、化石燃料を燃焼させる産業および電力設備の排ガス中のＮＯｘおよびＣＯの量を低減する方法である。少なくともいくつかの公知のＳＣＲシステムにおいては、無水アンモニアが排ガスと混合され、混合物が、大気へと放出される前に、適切な温度で適切な還元触媒へと導かれる。例えば、触媒は、二酸化チタンの担体上の五酸化バナジウムの活性相である。触媒は、典型的には、到来する排ガスの流れに垂直な垂直方向および横方向に延びる壁に配置されたハニカム形状の基材などの複数の触媒要素として提供される。
【０００４】
少なくともいくつかの場合に、汚染物質の濃度を低減するために必要な触媒の総表面積ゆえに、壁の高さおよび幅を、処理すべき排ガスをもたらすダクトに対して、かなり大きくしなければならない。触媒要素の奥行きは、触媒要素を通るガスの移動によって生じる圧力損失ゆえに制限される可能性があり、触媒表面積を増加させる選択肢として壁の奥行きを増加させることを排除する。さらに、産業システムにおけるスペースは、通常は限られており、かつ／または高価であり、ＳＣＲシステムの接地面積をできるかぎり小さくする必要がある。結果として、少なくともいくつかの公知のＳＣＲシステムの入口ダクトは、触媒要素の壁に近づくにつれて高さが急峻に傾斜している。しかしながら、入口ダクトの断面積の急激な変化は、流れの分離および／または再循環ゾーンをもたらし、したがって圧力損失が大きくなり、かつ／または触媒におけるガス流の温度および速度の均一性が低下する。結果として、触媒の性能が、壁を横切ってばらつく可能性があり、いくつかの触媒要素の有用な寿命が、短くなる可能性がある。さらに、少なくともいくつかの場合においては、上流のアンモニア注入格子の高さおよび／または下流の排気スタックの高さを、壁の高さに適合するように設計しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３８８７８号明細書
【発明の概要】
【０００６】
一態様において、選択触媒還元システムにおいて使用するための触媒装置が提供される。触媒装置は、フレームと、フレームに結合した複数の触媒要素とを含む。複数の触媒要素は、複数の垂直ステーションの間に垂直に配置される。複数の垂直ステーションは、触媒装置の高さに沿って順々に定められる。垂直ステーションのうちの少なくとも１つの垂直ステーションの触媒要素は、選択触媒還元システムを通る排ガスの流れの軸方向に対して複数の軸方向位置に配置される。
【０００７】
別の態様においては、選択触媒還元システムが提供される。選択触媒還元システムは、産業プラントからの排ガスの流れを受け取るように構成された反応ダクトと、触媒装置とを含む。触媒装置は、反応ダクトに対して配置された複数の触媒要素を含む。複数の触媒要素は、複数の垂直ステーションの間に垂直に配置される。複数の垂直ステーションは、触媒装置の高さに沿って順々に定められる。垂直ステーションのうちの少なくとも１つの垂直ステーションの触媒要素は、反応ダクトを通る排ガスの流れの軸方向に対して複数の軸方向位置に配置される。
【０００８】
さらに別の態様においては、選択触媒還元システムを組み立てる方法が提供される。本方法は、フレームを反応ダクト内に配置するステップを含む。反応ダクトは、産業プラントからの排ガスの流れを受け取るように構成される。さらに、本方法は、複数の触媒要素を、複数の触媒要素が複数の垂直ステーションの間に垂直に、かつ反応ダクトを横切って横方向に配置されるように、フレームに結合させるステップを含む。垂直ステーションのうちの少なくとも１つの垂直ステーションの触媒要素は、反応ダクトを通る排ガスの流れの軸方向に対して複数の軸方向位置に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】典型的な選択触媒還元（ＳＣＲ）システムの概略図である。
【図２】図１に示したＳＣＲシステムにおいて使用するための触媒装置の第１の典型的な実施形態の垂直ステーションの概略図である。
【図３】図１に示したＳＣＲシステムにおいて使用するための触媒装置の第２の典型的な実施形態の垂直ステーションの概略図である。
【図４】図１に示したＳＣＲシステムにおいて使用するための触媒装置の第３の典型的な実施形態の垂直ステーションの概略図である。
【図５】図１に示したＳＣＲシステムにおいて使用するための触媒装置の第４の典型的な実施形態の垂直ステーションの概略図である。
【図６】図１に示したＳＣＲシステムにおいて使用するための触媒装置の第５の典型的な実施形態の垂直ステーションの概略図である。
【図７】図１に示したＳＣＲシステムなどの選択触媒還元システムを組み立てる方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載される典型的なシステムおよび方法は、公知の選択触媒還元（ＳＣＲ）システムの少なくともいくつかの欠点を克服する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、ＳＣＲシステム用の触媒装置を含む。触媒装置は、触媒要素を含む少なくとも１つの垂直ステーションを含み、触媒要素は、ＳＣＲシステムを通る排ガスの流れの軸方向に対して複数の軸方向位置に配置されている。したがって、本明細書に記載される実施形態は、触媒装置の所与の高さおよび幅に、より大きな触媒表面積を詰め込むことを可能にし、例えば入口ダクトの高さにおける傾斜の低減を促進する。
【００１１】
別途指定のないかぎり、本明細書で使用される「一般に」、「実質的に」、および「およそ」などの近似を表す文言は、そのように修飾された用語が、絶対的または完全な程度ではなく、当業者によって認識されるようなおおよその程度にのみ適用され得ることを示している。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応し得る。本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定が示されるかもしれない。そのような範囲は、組み合わせおよび／または入れ換えが可能であり、文脈または文言によってとくに指示されないかぎり、そこに含まれるすべての部分範囲を含む。さらに、別途指定のないかぎり、「第１の」、「第２の」、などの用語は、本明細書において単に標識として使用されているにすぎず、これらの用語が言及する要素について順序、位置、または階層上の要件を加えることを意図するものではない。さらに、例えば、「第２の」要素への言及は、例えば、「第１の」要素またはより小さい数字で言及される要素あるいは「第３の」要素またはより大きな数字で言及される要素の存在を、必要とするものでも、排除するものでもない。
【００１２】
図１は、選択触媒還元（ＳＣＲ）システム１００の典型的な実施形態の概略図である。典型的な実施形態において、ＳＣＲシステム１００は、産業プラント１０４による炭化水素燃料の燃焼によって発生した排ガス１０２からの汚染物質の排出を抑制するように構成される。典型的な実施形態において、産業プラント１０４は、ガスタービンである。別の実施形態において、産業プラント１０４は、ＳＣＲシステム１００が本明細書において説明されるとおりに機能することを可能にする任意の適切な産業プラントである。
【００１３】
ＳＣＲシステム１００は、入口ダクト１０６、反応ダクト１０７、および排気スタック１１４を、流れがつながるように結合させて備えている。より具体的には、入口ダクト１０６は、産業プラント１０４からの排ガス１０２を受け取り、排ガス１０２を反応ダクト１０７へと導くように構成される。反応ダクト１０７は、排ガス１０２を触媒装置１１２を含むＳＣＲシステム１００の有効要素を通っておおむね軸方向１０１に導くように構成される。排気スタック１１４は、反応ダクト１０７から排ガス１０２を受け取り、排ガス１０２をさらなる排出物抑制要素を通っておおむね鉛直方向１０３に導き、処理後の排ガス１０２を大気へと放出するように構成される。典型的な実施形態において、排気スタック１１４の高さ１１５は、排気スタック１１４が効果的に機能することを可能にするために、触媒装置１１２の上部の上方に所定の高さをもたらさなければならない。
【００１４】
入口ダクト１０６は、第１の端部１０８から下流へと第２の端部１１０まで延びている。典型的な実施形態において、第１の端部１０８は、産業プラント１０４から導かれる排ガス１０２を受け入れるように構成された高さ１１８を含むサイズを有し、第２の端部１１０は、反応ダクト１０７のサイズに合致するサイズとされる。反応ダクト１０７は、入口ダクトの第２の端部１１０に結合した第１の端部１０９から、排気スタック１１４に結合した第２の端部１１１まで延びている。反応ダクト１０７は、触媒装置１１２を収容するようなサイズとされ、すなわち触媒装置１１２の高さ１１６および（図２に示す横方向１０５の）幅１１７に対応するサイズとされる。典型的な実施形態において、反応ダクト１０７は、第１の端部１０９と第２の端部１１１との間の実質的に一定の断面を有する。別の実施形態において、反応ダクト１０７は、ＳＣＲシステム１００が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする任意の適切な様相で、第１の端部１０９と第２の端部１１１との間で変化する断面を有する。
【００１５】
典型的な実施形態において、触媒装置１１２に含まれる触媒の総表面積を排ガス１０２中の汚染物質の量を処理するうえで充分であるようにするために、触媒装置１１２の高さ１１６は、入口ダクトの第１の端部１０８の高さ１１８より大きく、したがって入口ダクト１０６は、第１の端部１０８と第２の端部１１０との間で高さが増加する。別の実施形態において、入口ダクト１０６は、ＳＣＲシステム１００が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする第１の端部１０８と第２の端部１１０との間の任意の適切な高さ推移を有する。
【００１６】
典型的な実施形態において、ＳＣＲシステム１００は、反応ダクト１０７内で触媒装置１１２の上流に配置された調整用空気注入システム１２０をさらに含む。調整用空気注入システム１２０は、調整用空気１２２を反応ダクト１０７内の排ガス１０２と混合するように構成される。例えば、調整用空気１２２は、排ガス１０２の温度および／または濃度を整えて、触媒装置１１２における排ガス１０２中の汚染物質にかかわる主化学反応を促進するように構成される。
【００１７】
典型的な実施形態において、調整用空気注入システム１２０は、触媒装置１１２に到達する排ガス１０２の均一な調整が高さ１１６および幅１１７の全体にわたって促進されるように、触媒装置１１２の高さ１１６および幅１１７に実質的に対応するサイズとされる。別の実施形態において、調整用空気注入システム１２０は、ＳＣＲシステム１００が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする任意の適切なサイズを有する。
【００１８】
別の実施形態において、ＳＣＲシステム１００は、調整用空気注入システム１２０を含まない。
【００１９】
ＳＣＲシステム１００は、反応ダクト１０７内で触媒装置１１２の上流に配置された共触媒装置１２４およびアンモニア注入格子１２６をさらに含む。より具体的には、典型的な実施形態において、調整用空気注入システム１２０、共触媒装置１２４、およびアンモニア注入格子１２６は、触媒装置１１２の上流に連続した流れの関係にて配置される。共触媒装置１２４は、排ガス１０２中の汚染物質にかかわる予備化学反応を促進するように適切に構成され、アンモニア注入格子１２６は、触媒装置１１２における主反応を促進するために反応ダクト１０７において排ガス１０２にアンモニア１２８を混合するように適切に構成される。
【００２０】
典型的な実施形態において、共触媒装置１２４は、触媒装置１１２に到達する排ガス１０２の全体にわたる均一な予備反応が高さ１１６および幅１１７の全体にわたって促進されるように、触媒装置１１２の高さ１１６および幅１１７に実質的に対応するサイズとされる。同様に、典型的な実施形態において、アンモニア注入格子１２６も、触媒装置１１２に到達する排ガス１０２の全体にわたる均一なアンモニアの混合が高さ１１６および幅１１７の全体にわたって促進されるように、触媒装置１１２の高さ１１６および幅１１７に実質的に対応するサイズとされる。別の実施形態において、共触媒装置１２４およびアンモニア注入格子１２６の各々は、ＳＣＲシステム１００が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする任意の適切なサイズを有する。
【００２１】
図２は、触媒装置１１２の第１の典型的な実施形態の垂直ステーション２０２の概略図である。図１および図２を参照すると、触媒装置１１２は、反応ダクト１０７においてアンモニア注入格子１２６の下流に配置される。触媒装置１１２は、反応ダクト１０７内に配置され、複数の触媒要素２００を反応ダクト１０７に対して配置するように構成されたフレーム２０４を含む。より具体的には、触媒要素２００は、フレーム２０４に結合する。フレーム２０４は、例えば触媒要素２００を通って導かれた後の排ガス１０２が容易に通過できるように構成される。例えば、フレーム２０４は、トラスおよび／またはメッシュ構造を有する。別の実施形態において、複数の触媒要素２００は、ＳＣＲシステム１００が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする任意の適切なやり方で、反応ダクト１０７に対して配置される。
【００２２】
典型的な実施形態において、フレーム２０４は、複数の触媒要素２００を複数の垂直ステーション２０２の間で垂直方向に、かつ幅１１７を横切って横方向に配置するように構成される。垂直ステーション２０２は、触媒装置１１２の高さ１１６に沿って次々に定められる。より具体的には、各々の垂直ステーション２０２は、鉛直方向１０３に対して垂直であり、すなわち各々の垂直ステーション２０２は、おおむね平面状であり、軸方向１０１および横方向１０５に延びている。図１には３つの垂直ステーション２０２が示されているが、触媒装置１１２は、ＳＣＲシステム１００が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする任意の適切な数の垂直ステーション２０２を高さ１１６に沿って有することを、理解されたい。
【００２３】
典型的な実施形態において、各々の触媒要素２００は、二酸化チタンの担体上の五酸化バナジウムの活性相で被覆された適切なハニカム形状の基材（図示せず）を含む。別の実施形態において、各々の触媒要素２００は、ＳＣＲシステム１００が本明細書に記載のとおりに機能することを可能にする任意の適切な触媒で被覆された任意の適切な基材形状を含む。
【００２４】
少なくとも１つの垂直ステーション２０２は、軸方向１０１に対する複数の軸方向位置に配置された触媒要素２００を含む。例えば、典型的な実施形態において、各々の垂直ステーション２０２は、別の触媒要素２００（触媒要素２０３と称する）よりも完全に上流に配置された少なくとも１つの触媒要素２００（触媒要素２０１と称する）を含む。別の例では、典型的な実施形態において、各々の垂直ステーション２０２は、軸方向１０１に沿って直列に整列させられた少なくとも３つの触媒要素２００（触媒要素２０５と称する）を含み、したがって軸方向１０１に平行な線が、直列に整列させられた少なくとも３つの触媒要素２０５の各々と交わる。
【００２５】
いくつかの実施形態において、複数の垂直ステーション２０２の各々は、触媒要素２００の実質的に同一の配置を有する。別の実施形態においては、少なくとも１つの垂直ステーション２０２が、別の垂直ステーション２０２の触媒要素２００の配置とは異なる触媒要素２００の配置を有する。
【００２６】
特定の実施形態において、少なくとも１つの垂直ステーション２０２は、この垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の或る流れ領域２１１に軸方向に整列させられた触媒要素２００の集中グループ２０７を含み、流れ領域２１１は、少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する。より具体的には、触媒要素２００の集中グループ２０７は、垂直ステーション２０２の横方向部分２０９における触媒要素２００の数が、垂直ステーション２０２の他の横方向部分と比べて多い。例えば、いくつかのそのような実施形態においては、アンモニア注入格子１２６の構造ゆえに、少なくとも１つの流れ領域２１１において、垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の他の流れ領域と比べて局所的に、アンモニア１２８および排ガス１０２の混合が（主化学反応の目的において）あまり効果的でない。触媒要素２００の集中グループ２０７は、流れ領域２１１に軸方向に整列して、混合があまり効果的でない流れ領域２１１の排ガス１０２の主化学反応の完了を促進する。例えば、いくつかのそのような実施形態においては、調整用空気注入システム１２０の構造ゆえに、少なくとも１つの流れ領域２１１において、垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の他の流れ領域と比べて局所的に、排ガス１０２の温度が（主化学反応の目的において）あまり効果的でない。触媒要素２００の集中グループ２０７は、流れ領域２１１に軸方向に整列して、あまり効果的な温度ではない流れ領域２１１の排ガス１０２の主化学反応の完了を促進する。
【００２７】
図２に示した触媒装置１１２の第１の実施形態において、図示の垂直ステーション２０２のフレーム２０４は、一連の横方向に隣接するＵ字形部分２０６を含んでおり、各々のＵ字形部分２０６の閉じた端部が、到来する排ガス１０２の流れに向かって上流へと延びている。触媒要素２００は、触媒要素２００が複数の軸方向位置に配置され、触媒要素の平坦な横方向の壁（図示せず）と比べて垂直ステーション２０２に沿ってより多数の触媒要素２００を詰め込むことが容易になるように、各々のＵ字形部分２０６の上流側に結合している。いくつかの実施形態において、各々のＵ字形部分２０６の脚部は、触媒要素２０１よりも完全に下流に位置する触媒要素２０３、軸方向１０１に沿って直列に整列した少なくとも３つの触媒要素２０５、および垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域２１１に軸方向に整列した触媒要素２００の集中グループ２０７のうちの少なくとも１つを含む。
【００２８】
図３は、触媒装置１１２の第２の典型的な実施形態の垂直ステーション２０２の図である。図３に示した触媒装置１１２の第２の実施形態において、図示の垂直ステーション２０２のフレーム２０４は、横方向に延びる鋸歯形状２１０を含む。触媒要素２００は、触媒要素２００が複数の軸方向位置に配置され、触媒要素の平坦な横方向の壁（図示せず）と比べて垂直ステーション２０２に沿ってより多数の触媒要素２００を詰め込むことが容易になるように、鋸歯形状２１０の上流側に結合している。いくつかの実施形態において、鋸歯形状２１０の下流側の頂点は、触媒要素２０１よりも完全に下流に位置する触媒要素２０３および垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域２１１に軸方向に整列した触媒要素２００の集中グループ２０７のうちの少なくとも１つを含む。
【００２９】
図４は、触媒装置１１２の第３の典型的な実施形態の垂直ステーション２０２の図である。図４に示される触媒装置１１２の第３の実施形態において、図示の垂直ステーション２０２のフレーム２０４は、横方向に延びる方形波形状２１２を含む。触媒要素２００は、触媒要素２００が複数の軸方向位置に配置され、触媒要素の平坦な横方向の壁（図示せず）と比べて垂直ステーション２０２に沿ってより多数の触媒要素２００を詰め込むことが容易になるように、方形波形状２１２の上流側に結合している。いくつかの実施形態において、方形波形状２１２の軸方向に延びている部分は、触媒要素２０１よりも完全に下流に位置する触媒要素２０３、軸方向１０１に沿って直列に整列した少なくとも３つの触媒要素２０５、および垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域２１１に軸方向に整列した触媒要素２００の集中グループ２０７のうちの少なくとも１つを含む。
【００３０】
図５は、触媒装置１１２の第４の典型的な実施形態の垂直ステーション２０２の図である。図５に示される触媒装置１１２の第４の実施形態において、図示の垂直ステーション２０２のフレーム２０４は、反応ダクト１０７の横方向における両側の間の凸状の形状２１４を含む。触媒要素２００は、触媒要素２００が複数の軸方向位置に配置され、触媒要素の平坦な横方向の壁（図示せず）と比べて垂直ステーション２０２に沿ってより多数の触媒要素２００を詰め込むことが容易になるように、凸状の形状２１４の上流側に結合している。いくつかの実施形態において、凸状の形状２１４は、触媒要素２０１よりも完全に下流に位置する触媒要素２０３、軸方向１０１に沿って直列に整列した少なくとも３つの触媒要素２０５、および垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域２１１に軸方向に整列した触媒要素２００の集中グループ２０７のうちの少なくとも１つを含む。
【００３１】
図６は、触媒装置１１２の第５の典型的な実施形態の垂直ステーション２０２の図である。図６に示される触媒装置１１２の第５の実施形態において、図示の垂直ステーション２０２のフレーム２０４は、反応ダクト１０７の横方向における両側の間の凹状の形状２１６を含む。触媒要素２００は、触媒要素２００が複数の軸方向位置に配置され、触媒要素の平坦な横方向の壁（図示せず）と比べて垂直ステーション２０２に沿ってより多数の触媒要素２００を詰め込むことが容易になるように、凹状の形状２１６の上流側に結合している。いくつかの実施形態において、凹状の形状２１６の軸方向に延びている部分は、触媒要素２０１よりも完全に下流に位置する触媒要素２０３、軸方向１０１に沿って直列に整列した少なくとも３つの触媒要素２０５、および垂直ステーション２０２に入射する排ガス１０２の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域２１１に軸方向に整列した触媒要素２００の集中グループ２０７のうちの少なくとも１つを含む。
【００３２】
別の実施形態において、フレーム２０４は、触媒要素２００を複数の軸方向位置に配置することを可能にし、触媒要素の平坦な横方向の壁（図示せず）と比べて垂直ステーション２０２に沿ってより多数の触媒要素２００を詰め込むことを容易にする任意の適切な形状を有する。
【００３３】
図７は、ＳＣＲシステム１００などの選択触媒還元システムを組み立てる方法７００のフロー図である。典型的な実施形態において、方法７００は、フレーム２０４などのフレームを反応ダクト１０７などの反応ダクト内に配置するステップ７０４を含む。反応ダクトは、産業プラント１０４などの産業プラントからの排ガスの流れを受け取るように構成される。さらに、方法７００は、触媒要素２００などの複数の触媒要素を、複数の触媒要素が垂直ステーション２０２などの複数の垂直ステーションの間に垂直に、かつ反応ダクトを横切って横方向に配置されるように、フレームに結合させるステップ７０８を含む。少なくとも１つの垂直ステーションの触媒要素は、反応ダクトを通る排ガスの流れの軸方向に対する複数の軸方向位置に配置される。
【００３４】
本明細書に記載の実施形態は、ＳＣＲシステムのための触媒装置と、システムを組み立てる方法とを含む。触媒装置は、複数の軸方向位置に配置された触媒要素を含む少なくとも１つの垂直ステーションを含む。本明細書に記載の実施形態は、触媒要素が横方向に沿ったおおむね平坦な壁に配置され、軸方向に沿った触媒要素の位置の変化が存在しない少なくともいくつかの公知のＳＣＲシステムと比べ、いくつかの利点を提供する。具体的には、本明細書に記載の実施形態は、触媒装置の所与の高さおよび幅に、より大きな触媒表面積を詰め込むことを可能にする。したがって、所与の産業プラントにおいて、本明細書に記載の実施形態は、触媒装置の全体としての高さを小さくし、したがって触媒装置を収容する反応ダクトの高さを小さくしつつ、ＳＣＲシステムによる排ガスの処理を促進する。したがって、入口ダクトの第１の端部と第２の端部との間の高さの傾斜が小さくなり、結果として入口ダクトおよび反応ダクトにおける流れの分離および／または再循環ゾーンが減少し、ＳＣＲシステム１００の効率が改善される。
【００３５】
また、とくには、いくつかの実施形態において、触媒装置の高さの低減は、触媒装置と協働するようなサイズとされる調整用空気注入システム、共触媒装置、および／またはアンモニア注入格子の高さを相応に減らすことができるなど、さらなる利点をもたらす。また、とくには、いくつかの実施形態において、触媒装置の高さの低減は、排気スタックの高さの低減を促進する。とくに、関連の産業プラントのいくつかの場所において、排気スタックの高さは、法規制に関係する可能性があり、排気スタックは、典型的には、効果的に機能するために触媒装置の上部の上方に所定の高さにわたって延びる必要があるため、触媒装置の高さを減らすことが、それらの規制の要件を満たすように排気スタックの高さを減らすための最も効果的な手法となり得る。
【００３６】
また、とくには、特定の実施形態において、これらの実施形態は、触媒装置の幅の縮小を可能にすることで、ＳＣＲシステムの設置面積を小さくし、かつ／またはアンモニア注入格子の幅を減らし、注入システムをより単純にする。
【００３７】
以上、選択触媒還元（ＳＣＲ）システムにおける使用のための触媒装置の典型的な実施形態、およびシステムの組み立て方法を、詳細に説明した。本開示は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素および／またはステップから独立かつ別個に利用することが可能である。例えば、触媒装置は、他の産業システムと組み合わせて使用することもでき、本明細書において説明したガスタービンエンジンのみでの実施に限定されない。むしろ、これらの実施形態は、多数の他の産業用途に関連して実施および利用することができる。
【００３８】
本開示の種々の実施形態の特定の特徴は、一部の図に示され、他の図には示されていないかもしれないが、これは単に便宜上にすぎない。さらに、以上の説明における「一実施形態」への言及を、そこで述べられている特徴をやはり備えるさらなる実施形態の存在を排除するものと解釈してはならない。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴が、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または請求され得る。
【００３９】
本明細書は、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本開示の実施を当業者にとって可能にするために、最良の態様を含むいくつかの実施例を使用している。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者であれば想到できる他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有しており、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的に相違しない同等な構造要素を含むならば、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
［実施態様１］
選択触媒還元システム（１００）において使用するための触媒装置（１１２）であって、
フレーム（２０４）と、
前記フレーム（２０４）に結合した複数の触媒要素（２００）とを備えており、前記複数の触媒要素（２００）は、複数の垂直ステーション（２０２）の間を垂直方向に配置され、前記複数の垂直ステーション（２０２）は、当該触媒装置（１１２）の高さ（１１６）に沿って順々に定められ、前記垂直ステーション（２０２）のうちの少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）の前記触媒要素（２００）は、前記選択触媒還元システム（１００）を通る排ガス（１０２）の流れの軸方向（１０１）に対して複数の軸方向位置に配置されている、触媒装置（１１２）。
［実施態様２］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも１つの触媒要素（２０１）を、前記触媒要素（２００）のうちの他の触媒要素（２０３）よりも完全に上流に位置させて備える、実施態様１に記載の触媒装置（１１２）。
［実施態様３］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも３つの触媒要素（２０５）を、前記軸方向（１０１）に沿って直列に整列させて備える、実施態様１に記載の触媒装置（１１２）。
［実施態様４］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、排ガス（１０２）の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域（２１１）に軸方向に整列した前記触媒要素（２００）の集中グループ（２０７）を備える、実施態様１に記載の触媒装置（１１２）。
［実施態様５］
前記触媒要素（２００）の各々は、二酸化チタンの担体上の五酸化バナジウムの活性相を備える、実施態様１に記載の触媒装置（１１２）。
［実施態様６］
前記フレーム（２０４）は、一連の横方向に隣接するＵ字形部分（２０６）、横方向に延びる鋸歯形状（２１０）、横方向に延びる方形波形状（２１２）、凸状の形状（２１４）、および凹状の形状（２１６）のうちの少なくとも１つを備える、実施態様１に記載の触媒装置（１１２）。
［実施態様７］
産業プラント（１０４）から排ガス（１０２）の流れを受け取るように構成された反応ダクト（１０７）と、
前記反応ダクト（１０７）に対して配置された複数の触媒要素（２００）を備える触媒装置（１１２）とを備えており、前記複数の触媒要素（２００）は、複数の垂直ステーション（２０２）の間を垂直方向に配置され、前記複数の垂直ステーション（２０２）は、前記触媒装置（１１２）の高さ（１１６）に沿って順々に定められ、前記垂直ステーション（２０２）のうちの少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）の前記触媒要素（２００）は、前記反応ダクト（１０７）を通る排ガス（１０２）の流れの軸方向（１０１）に対して複数の軸方向位置に配置されている、選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様８］
前記触媒装置（１１２）の上流において前記反応ダクト（１０７）内に配置されたアンモニア注入格子（１２６）をさらに備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様９］
前記触媒装置（１１２）の上流において前記反応ダクト（１０７）内に配置された共触媒装置（１２４）をさらに備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１０］
前記触媒装置（１１２）の上流において前記反応ダクト（１０７）内に配置された調整用空気注入システム（１２０）をさらに備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１１］
前記触媒装置（１１２）の上流において直列な流れの関係にて前記反応ダクト（１０７）内に配置された調整用空気注入システム（１２０）、共触媒装置（１２４）、およびアンモニア注入格子（１２６）をさらに備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１２］
前記産業プラント（１０４）から排ガス（１０２）の流れを受け取り、排ガス（１０２）を前記反応ダクト（１０７）へと導くように構成された入口ダクト（１０６）をさらに備えており、前記入口ダクト（１０６）は、第１の端部（１０８）から下流へと第２の端部（１１０）まで延びており、前記第２の端部（１１０）は、前記反応ダクト（１０７）のサイズに合致するようなサイズとされ、前記入口ダクト（１０６）は、前記第１の端部（１０８）と前記第２の端部（１１０）との間で高さが増加している、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１３］
前記反応ダクト（１０７）から排ガス（１０２）を受け取り、排ガス（１０２）をおおむね鉛直方向に導き、排ガス（１０２）を大気に放出するように構成された排気スタック（１１４）をさらに備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１４］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも１つの触媒要素（２０１）を、前記触媒要素（２００）のうちの他の触媒要素（２０３）よりも完全に上流に位置させて備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１５］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも３つの触媒要素（２０５）を、前記軸方向（１０１）に沿って直列に整列させて備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１６］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）は、排ガス（１０２）の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域（２１１）に軸方向に整列した前記触媒要素（２００）の集中グループ（２０７）を備える、実施態様７に記載の選択触媒還元システム（１００）。
［実施態様１７］
選択触媒還元システム（１００）を組み立てる方法（７００）であって、
産業プラント（１０４）から排ガス（１０２）の流れを受け取るように構成された反応ダクト（１０７）内にフレーム（２０４）を配置するステップ（７０４）と、
複数の触媒要素（２００）を、該複数の触媒要素（２００）が複数の垂直ステーション（２０２）の間に垂直に、かつ前記反応ダクト（１０７）を横切って横方向に配置されるように、前記フレーム（２０４）に結合させるステップ（７０８）とを含んでおり、前記垂直ステーション（２０２）のうちの少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）の前記触媒要素（２００）は、前記反応ダクト（１０７）を通る排ガス（１０２）の流れの軸方向（１０１）に対して複数の軸方向位置に配置される、方法（７００）。
［実施態様１８］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）が、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも１つの触媒要素（２０１）を、前記触媒要素（２００）のうちの他の触媒要素（２０３）よりも完全に上流に位置させて含むように、前記複数の触媒要素（２００）を前記フレーム（２０４）に結合させることをさらに含む、実施態様１７に記載の方法（７００）。
［実施態様１９］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）が、前記触媒要素（２００）のうちの少なくとも３つの触媒要素（２０５）を、前記軸方向（１０１）に沿って直列に整列させて含むように、前記複数の触媒要素（２００）を前記フレーム（２０４）に結合させることをさらに含む、実施態様１７に記載の方法（７００）。
［実施態様２０］
前記少なくとも１つの垂直ステーション（２０２）が、排ガス（１０２）の少なくとも１つの局所的な流れ特性を有する流れ領域（２１１）に軸方向に整列した前記触媒要素（２００）の集中グループ（２０７）を含むように、前記複数の触媒要素（２００）を前記フレーム（２０４）に結合させることをさらに含む、実施態様１７に記載の方法（７００）。
【符号の説明】
【００４０】
１００  ＳＣＲシステム
１０１  軸方向
１０２  排ガス
１０３  鉛直方向
１０４  産業プラント
１０５  横方向
１０６  入口ダクト
１０７  反応ダクト
１０８  第１の端部
１０９  第１の端部
１１０  第２の端部
１１１  第２の端部
１１２  触媒装置
１１４  排気スタック
１１５  高さ
１１６  高さ
１１７  幅
１１８  高さ
１２０  調整用空気注入システム
１２２  調整用空気
１２４  共触媒装置
１２６  アンモニア注入格子
１２８  アンモニア
２００  複数の触媒要素
２０１  触媒要素
２０２  垂直ステーション
２０３  触媒要素
２０４  フレーム
２０５  少なくとも３つの触媒要素
２０６  Ｕ字形部分
２０７  集中グループ
２０９  横方向部分
２１０  鋸歯形状
２１１  流れ領域
２１２  方形波形状
２１４  凸状の形状
２１６  凹状の形状
７００  方法
【図１】
2019030867.tif 000003
【図２】
2019030867.tif 000004
【図３】
2019030867.tif 000005
【図４】
2019030867.tif 000006
【図５】
2019030867.tif 000007
【図６】
2019030867.tif 000008
【図７】
2019030867.tif 000009
【外国語明細書】
2019030867000001.pdf