(57)【要約】  本発明は、尿素−アンモニア蒸気反応器システムを備える燃焼システムに関する。  前記尿素−アンモニア反応器ハウジングは、ボイラーから出るＮＯｘを含む主燃焼排気ストリームから分岐点で二次燃焼排気ストリームを受け入れるバイパスフローダクト内に配置する。前記バイパスフローダクトは、前記二次燃焼排気ストリームが前記取り囲まれた反応器ハウジングを経て流れるようにし、オートマイズされるかオートマイズされない形態で注入された含水尿素をアンモニア蒸気に気化させる。結果物であるアンモニア、その副生物および前記二次燃焼排気ストリームの混合物気体は、前記主燃焼排気がＳＣＲ反応器装置を経て処理される前に前記メインストリームに再合流する。再循環ループによって増加可能な前記バイパスフローダクト内の前記二次ストリームの滞留時間によってＳＣＲ装置で使用される尿素のアンモニアへの転換が効率的に行われる。
2013509995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水尿素をアンモニア蒸気に変換するための反応器であって、
（ａ）エンクロージャと、
（ｂ）前記エンクロージャ内に配置された反応器とを備えてなり、
前記エンクロージャが、第１ガスストリームが入るガス流入口と、第３ガスストリームが出るガス流出口と、前記ガス流入口と前記ガス流出口との間に形成された第１内部空間を画定する１つ以上のエンクロージャ壁を備えてなるものであり、
前記反応器が、
（ｉ）ハウジングと、
（ｉｉ）含水尿素入口とを備えてなり、
前記ハウジングが、第２内部空間を画定し、前記第１内部空間に露出する第１外部表面を画定する１つ以上の反応器壁と、前記ハウジング内の第１開口とを備えてなり、
前記第１外部表面の少なくとも一部が、前記第２内部空間と前記第１内部空間との間に差圧区域を形成する形態を備えてなり、
前記第１開口が、前記第１外部表面にあり、前記第１外部表面の約３５％未満である断面領域を有してなり、かつ、前記差圧区域に隣接して配置されてなるものであり、
前記含水尿素入口が、前記第２内部空間と流体が通るように連結されてなるものである、反応器。
【請求項２】
前記ガス流入口が、入口主軸線を備えてなり、かつ、前記ハウジングが、前記入口主軸線に直角な反応器主軸線を備えてなり、前記反応器主軸線に対する三角形プロファイルを有することを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記三角形プロファイルが、先端頂点、第１末端頂点、および第２末端頂点を備えてなり、
前記先端頂点が、前記第１末端頂点、第２末端頂点に比べて前記ガス流入口に隣接して配置されてなり、
前記第１外部表面が、前記先端頂点に対向することを特徴とする、請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記三角形プロファイルが二等辺であり、
前記先端頂点が約６０°未満の内角を有し、
前記入口主軸線が、前記先端頂点を二分することを特徴とする、請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記ガス流出口が前記入口主軸線に平行な出口主軸線を備えてなり、
前記ガス流出口が前記三角形プロファイルの他の表面に比べて前記第１外部表面に隣接することを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
【請求項６】
前記反応器ハウジングが、第１端と第２端とを備えてなり、
前記第１端及び前記第２端が、前記反応器主軸線に沿って位置する中心を有してなり、
前記第１端が、前記ガス流出口に比べて前記ガス流入口に隣接してなり、
前記第２端が、前記ガス流入口に比べて前記ガス流出口に隣接していることを特徴とする、請求項５に記載の反応器。
【請求項７】
前記第１開口が、第１主方向と第１副方向とを備えてなり、
前記主方向が、前記反応器の主方向に平行であり、前記第１末端頂点に隣接して別途に位置することを特徴とする、請求項６に記載の反応器。
【請求項８】
前記第１開口が、前記第２端に比べて前記第１端に隣接することを特徴とする、請求項７に記載の反応器。
【請求項９】
前記第１外部表面に形成された第２開口をさらに備えてなり、
前記第２開口が、前記第１外部表面の約３５％未満の断面領域を備えてなり、かつ、第２主方向と第２副方向とを備えてなり、
前記主方向が、前記反応器主軸線に平行であり、前記第２末端頂点に隣接して別途に配置されてなることを特徴とする、請求項８に記載の反応器。
【請求項１０】
（ｃ）主燃焼排気導管と、
（ｄ）ＳＣＲ触媒と、
（ｅ）燃焼排気副流導管とをさらに備えてなり、
前記副流導管が、
（ｉ）第１部分と、
（ｉｉ）第２部分とを備えてなり、
前記第１部分が、前記ガス流入口の上流に配置され、前記ガス流入口および第１配置の前記燃焼排気導管に流体連通可能なように連結されてなり、
前記第２部分が、前記ガス流出口の下流に配置され、前記ガス流出口および第２配置の前記燃焼排気導管に流体連通可能なように連結されてなり、
前記第２部分が、前記主燃焼排気導管を通る燃焼排気の流れに対して、前記第１配置の下流および前記ＳＣＲ触媒の上流に配置されてなることを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
【請求項１１】
前記ガス流入口と前記第２配置との間の直線流れ距離が前記副流導管の平均直径の２５倍未満であることを特徴とする、請求項１０に記載の反応器。
【請求項１２】
（ｃ）前記第１外部表面に形成された第３開口と、
（ｄ）突出部材をさらに備えてなり、
前記第３開口が、前記第１開口及び前記第２開口の前記断面領域より大きい断面領域を有してなり、
前記第３開口が、前記第１開口及び前記第２開口から分離されてなるものであり、
前記突出部材が、前記第１外部表面から突出してなり、かつ、前記第１内部空間に配置されてなり、前記第２内部空間の外側であり、前記第３開口に隣接するものであることを特徴とする、請求項１に記載の反応器。
【請求項１３】
アンモニア蒸気を生成する方法であって、
（ａ）加熱燃焼排気副流を前記反応器の少なくとも一部の周囲に流し、少なくとも約７００°Ｆの温度で前記反応器を対流的に加熱し、
（ｂ）前記加熱された前記反応器に含水尿素を注入し、（ｂ）が（ａ）と一緒に行われ、
（ｃ）前記尿素の大部分がアンモニア蒸気に変換されるまで、前記加熱された反応器内で前記含水尿素を熱分解し、（ｃ）が（ａ）と一緒に行われ、
（ｄ）前記加熱された反応器から前記アンモニア蒸気を抜き取り、（ｄ）が（ａ）と一緒に行われ、及び、
（ｅ）前記抜き取られたアンモニア蒸気を前記加熱ガスの一部と混合することを含んでなることを特徴とする、アンモニア蒸気生成のための方法。
【請求項１４】
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）が、連続的に行われることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記抜き取ることが、前記加熱ガスを流すこととアンモニア蒸気と、各々の間で圧力勾配を形成することによって行われることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記圧力勾配が、前記反応器の少なくとも一部の周囲に前記加熱ガスを流すことによって形成されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記尿素の少なくとも９９重量％が（ｃ）で気化することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）が、エンクロージャ内で行われることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
アンモニア蒸気をＮＯｘ含有排ガスに導入するためのシステムであって、
（ａ）請求項１に記載の反応器と、
（ｂ）前記含水尿素入口に連続的に注入される含水尿素ストリームと、
（ｃ）前記反応器ハウジングの少なくとも一部の周囲において、前記ガス流入口内に連続的に流れる加熱ガスを含む第１ストリームと、
（ｄ）アンモニア蒸気を主に含み、前記第１開口を経て存在する、第２ストリームと、
（ｅ）前記加熱ガスと前記アンモニア蒸気との混合物を含んでなり、前記ガス流出口を経て存在する、第３ストリームと、
（ｆ）前記第３ストリームを、ＮＯｘ含有排ガスストリームを含む第４ストリームに導入し、ＳＣＲ触媒の上流に存在する、ポートを備えてなることを特徴とする、システム。
【請求項２０】
前記加熱ガスが、前記ポートの上流で前記排ガスストリームから抽出される副流であることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００９年１１月５日付で出願された米国仮特許出願第６１／２５９，５３８号の優先権を主張するものであり、ここに参照して組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的にＮＯｘ排出制御分野に関し、特に、ＮＯｘおよび他の汚染物質を含む燃焼排気（ｆｌｕｅ  ｇａｓｅｓ）の効率的処理のためにＳＣＲ触媒を活性化させるのに用いられるアンモニア蒸気を形成するための、含水尿素（ａｑｕｅｏｕｓ  ｕｒｅａ：尿素水、尿素水溶液）を気化させる方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
発電所や工業生産などで用いられるガスタービン、溶鉱炉、内燃機関およびボイラーにおいて、化石燃料（例えば、燃料油）の使用は、一般的に酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）の結合形態を有する、望ましくない窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む燃焼排気の生成をもたらす。特定の作動条件下、燃焼排気ストリーム内のＮＯｘの水準は、ＮＯｘをアンモニアと反応させることで低くなり、無害な水と窒素が生成される。このような反応は、特定触媒の存在下、選択的触媒還元（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ＳＣＲ）として知られる工程で起こることができる。
【０００４】
ＳＣＲのためのアンモニアは、一般的に気体アンモニアを形成するように含水尿素を十分に加熱することによって提供される。尿素をアンモニアガスに変換するために、十分に高温である燃焼排気のバイパスストリームのエンタルピーの利用も知られている。例えば、次のとおりである。
【０００５】
Ｈｏｆｍａｎｎらの米国登録特許第４，９７８，５１４号の「窒素酸化物低減のために結合された触媒／非触媒反応工程」は、処理された排出物にアンモニアが存在するように低減された窒素酸化物濃縮を有する処理済みの排出物を生成するのに効果的な条件下で窒素処理剤と排出物を接触させ、排出物内の窒素酸化物を低減するのに効果的な条件下で処理された排出物を窒素酸化物低減触媒と接触させることに関連する「燃焼排出物における窒素酸化物を低減するための工程」を開示している。
【０００６】
Ｌｕｆｔｇｌａｓｓらの米国登録特許第５，１３９，７５４号の「窒素酸化物低減のための触媒／非触媒混合工程」は、処理された排出物にアンモニアが存在するように低減された窒素酸化物濃縮を有する処理済みの排出物を生成するのに効果的な条件下で窒素処理剤と排出物を接触させ、排出物内の窒素酸化物を低減するのに効果的な条件下で処理された排出物を窒素酸化物低減触媒と接触させることに関連する「燃焼排出物における窒素酸化物を低減するための工程」を開示している。
【０００７】
Ｓｕｎらの米国登録特許第７，０９０，８１０号の「副流尿素分解によって可能になるＮＯｘの選択的還元触媒」は、必要ならば補充可能な燃焼排気のエンタルピーを利用して尿素（３０）をＳＣＲ用アンモニアに変換させる「好ましいプロセス構成」を開示している。１４０℃以上の温度で分解される尿素（３０）は、一次過熱器またはエコノマイザのような熱交換器（２２）の後で燃焼排気ストリームが分岐（２８）されて注入（３２）される。理想的には、副流は、さらに加熱せずに尿素を気化させるが、熱が必要な場合、排出物（２３）全体または尿素（３０）のうちの１つを加熱するのに必要な熱ははるかに少ない。通常、燃焼排気の３％未満であるこの副流は、尿素（３０）の完全分解のために要求される温度と滞留時間を提供する。サイクロン分離器が用いられ、微粒子を除去し、試薬と燃焼排気を完全に混合する。次に、このストリームは、ブロワー（３６）を用いてＳＣＲの前の注入グリッド（３７）に向ける。燃焼排気との混合は、従来のアンモニア−ＳＣＲ工程でＡＩＧを通じて注入されるものに比べて、副流が有する、より高い規模の質量によって可能である。
【０００８】
Ｓｕｎらの米国登録特許第５，２８６，４６７号の「窒素酸化物低減のための高効率のハイブリッド工程」は、処理された排出物にアンモニアが存在するように低減された窒素酸化物濃縮を有する処理済みの排出物を生成するためにアンモニア以外の窒素処理剤と排出物を接触させ、アンモニアソースを排出物として導入し、処理された排出物を窒素酸化物低減触媒と接触させることに関連する「燃焼排出物における窒素酸化物を低減するための工程」を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
尿素をアンモニアガスに効率的に変換させるために十分な滞留時間を提供するシステムおよび方法が要求される。したがって、本発明は、反応器アセンブリ内で含水尿素をアンモニア蒸気に気化させるために、十分に高温である燃焼排気の二次ストリームに必要な滞留時間を許容することにより、ＮＯｘの効率的な選択的還元触媒を可能とする新規なシステムおよび方法である。アンモニアと二次燃焼排気との混合物は、ＳＣＲ主燃焼排気ストリームで反応器システムの上流位置にフィードバックされる。
【００１０】
本発明の目的は、ボイラー、ガスタービン、内燃機関、溶鉱炉などの燃焼システムにおいて、化石燃料を燃焼させて発生する燃焼生成物に存在するＮＯｘの効率的なＳＣＲを可能とすることである。
【００１１】
また、本発明の目的は、燃焼の結果である高温の排出ガスへの適用に限定されず、ＳＣＲ工程がＮＯｘ低減のために用いられる所であればどこにでも適用可能とすることである。
【００１２】
さらに、本発明の目的は、十分に高温である燃焼ガスの二次ストリームのために必要な滞留時間を提供し、含水尿素、アンモニア水およびアルコールグループのような多量の液体を含む流体を効率的に気化させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態において、本発明のシステムおよび方法は、ボイラーから出る十分に高温である燃焼排気の二次ストリームのために必要な滞留時間を提供し、反応器アセンブリ内で含水尿素をアンモニア蒸気に気化させる。アンモニアおよび二次燃焼排気混合物は、主燃焼排気ストリームに存在するＮＯｘを低減させるＳＣＲ反応器システムの上流で主燃焼排気ストリームにフィードバックされる。
【００１４】
したがって、本発明の一実施形態にかかる尿素−アンモニア蒸気反応器システムは、分岐点で主燃焼排気ストリームから分離された二次燃焼排気ストリームを受け入れるバイパスフローダクトに配置する尿素反応器ハウジングを含む。主燃焼排気ストリームは、ＮＯｘを含む燃焼排気を生成させる燃料を燃焼させるボイラーから出る。含水尿素はオートマイズされるかオートマイズされない形態で注入され、選択的に圧縮空気のようなキャリア流体の補助を受けてバイパスフローダクト内に配置する前記反応器ハウジングに流入する。前記バイパスフローダクトは、前記二次燃焼排気ストリームが取り囲まれた反応器ハウジングを経て流れるようにし、注入された含水尿素はアンモニア蒸気に気化し、次に、結果物であるアンモニア、その副生物および前記二次燃焼排気ストリームの混合物が、ＳＣＲ反応器装置を介して処理された後、前記主燃焼排気が大気に露出する前に前記メインストリームに合流するようにする。
【００１５】
他の実施形態において、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器システムは、直列に連結されてカスケード配列を有することにより、第１段から出たアンモニア蒸気と二次燃焼排気との混合物が第２段に入力される。
【００１６】
さらに他の実施形態において、本発明の複数の尿素−アンモニア蒸気反応器システムは、各システムが個別の分岐点から独立した量の二次燃焼排気を受け、前記複数のシステムそれぞれから出る結果物であるアンモニアガスと燃焼排気との混合物が前記主燃焼排気ストリームに独立にフィードバックされる。
【００１７】
本発明のシステムの前記複数の段を経る、望ましいガスの流速は、ブロワー、圧縮器、オリフィス、ノズル、弁、管径の変更、管曲げ、および／またはこれらの組み合わせによって向上し維持される。例えば、ボイラーの場合、分岐点は、使用されるボイラーの形態および異なる点での燃焼排気の温度によって決定される。一実施形態において、分岐点は、ボイラーの対流経路内に配置することができ、好ましくは、エコノマイザが用いられる場合にその上流に配置する。
【００１８】
一実施形態において、本発明は、含水尿素をアンモニア蒸気に変換するための反応器であって、（ａ）第１ガスストリームが入るガス流入口、第３ガスストリームが出るガス流出口、前記ガス流入口と前記ガス流出口との間に形成された第１内部空間を画定する１つ以上のエンクロージャ壁を備えるエンクロージャと、（ｂ）前記エンクロージャ内に配置する反応器とを含み、前記反応器は、（ｉ）第２内部空間を画定し、前記第１内部空間に露出する第１外部表面を画定し、前記第１外部表面は、前記第２内部空間と前記第１内部空間との間に差圧区域を形成する１つ以上の反応器壁と、前記第１外部表面に形成され、前記第１外部表面の約３５％未満を占め（断面積を有し）、前記差圧区域に隣接して配置する第１開口（ここで、「ウィンドウ」ともいう）とを備えるハウジングと、（ｉｉ）前記第２内部空間と流体が通るように連結された含水尿素入口とを備える。
【００１９】
選択的に、第２ガスストリームが、前記第１ガスストリームの前記第１部分の少なくとも一部と、前記第１ガスストリームの前記第２部分の少なくとも一部とから発生する。アンモニア蒸気は、第２ウィンドウを経て前記反応器ハウジングを抜け出し、前記第２ガスストリームと混合されて前記第３ガスストリームを発生させる。前記アンモニア蒸気は、前記第２ウィンドウを経て前記反応器ハウジングを抜け出し、前記第２ガスストリームと混合されて再循環ガスストリームを発生させる。前記再循環ガスストリームは、第１ウィンドウを介して前記第２内部空間内に入る。アンモニア蒸気が前記第２内部空間から前記第２ウィンドウを介して抜け出るもの、前記再循環ガスストリームの発生および前記再循環ガスストリームが前記第２内部空間に入るものは、対流ループを形成する。前記再循環／対流ループは、滞留時間を増加させる方法となる。前記反応器は、突出部材をさらに含むが、前記突出部材は、前記第１ウィンドウに隣接して配置し、前記反応器の外部表面から前記第１内部空間に延びる。前記第２内部空間は、前記第１ガスストリームから前記反応器ハウジングへの、熱エネルギーの転換によって加熱される。前記第２内部空間の加熱は、追加的な熱エネルギーの入力がなくても、含水尿素をアンモニア蒸気に気化させるのに十分である。
【００２０】
他の実施形態において、本発明は、アンモニア蒸気をＮＯｘ含有排気ガスストリームに向けるためのシステムであって、（ａ）ここで説明される尿素をアンモニアに変換させるための反応器と、（ｂ）前記含水尿素入口に連続的に注入される含水尿素ストリームと、（ｃ）前記反応器ハウジングの少なくとも一部の周囲において、前記ガス流入口内に連続的に流れる加熱ガスを含む第１ストリームと、（ｄ）アンモニア蒸気を主に含み、前記第１開口を経る第２ストリームと、（ｅ）前記加熱ガスと前記アンモニア蒸気との混合物を含み、前記ガス流出口を経る第３ストリームと、（ｆ）前記第３ストリームをＮＯｘ含有排出ガスを含む第４ストリームに導入させるためのもので、ＳＣＲ触媒の上流に位置するポートとを含む。
【００２１】
他の実施形態において、本発明は、アンモニア蒸気を生成するための方法であって、（ａ）少なくとも約７００°Ｆの温度で反応器を対流的に加熱するために、加熱燃焼排気副流を前記反応器の少なくとも一部の周囲に流すステップと、（ｂ）ステップ（ａ）と同時に行われ、前記加熱された反応器に含水尿素を注入するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）と同時に行われ、前記尿素の大部分がアンモニア蒸気に変換されるまで前記含水尿素を前記加熱された反応器内で熱分解するステップと、（ｄ）ステップ（ａ）と同時に行われ、前記加熱された反応器から前記アンモニア蒸気を抜き取るステップと、（ｅ）前記抜き取られたアンモニア蒸気を前記加熱ガスの一部と混合するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明は、添付した図面と共に説明される次の詳細な説明を参照してより良く理解され、本発明の特徴および利点が評価されるはずである。
【図１ａ】図１ａは、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器システムの一実施形態を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、本発明の複数の尿素−アンモニア蒸気反応器システムの直列配置を示す。
【図１ｃ】図１ｃは、本発明の複数の尿素−アンモニア蒸気反応器システムの他の構造を示す。
【図２ａ】図２ａは、本発明の一実施形態にかかる尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの斜視図である。
【図２ｂ】図２ｂは、反応器アセンブリの第１側面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図２ｂ’は、反応器アセンブリの第１側面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図２ｃ】図２ｃは、反応器アセンブリの第２側面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図２ｃ’は、反応器アセンブリの第２側面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図２ｄ】図２ｄは、反応器アセンブリの平面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図２ｄ’は、反応器アセンブリの平面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図３ａ】図３ａは、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの分解図である。図３ａ’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの実施形態の組立斜視図である。図３ｂ’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態を示すものである。
【図３ｃ】図３ｃは、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの一実施形態の縦断面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図３ｃ’は、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの一実施形態の縦断面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図３ｃ’’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態を示すものである。
【図３ｄ】図３ｄは、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの一実施形態のフローダクト蓋の平面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図３ｄ’は、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの一実施形態のフローダクト蓋の平面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図３ｅ】図３ｅは、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリの一実施形態のフローダクト蓋の第２平面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図３ｅ’は、本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリのフローダクト蓋の第２平面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図４ａ】図４ａは、反応器ハウジングの組立斜視図である。図４ａ’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態を示すものである。
【図４ｂ】図４ｂは、反応器ハウジングの分解図である。図４ｂ’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態を示すものである。
【図４ｃ】図４ｃは、反応器ハウジングの側面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｃ’は、反応器ハウジングの側面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｃ’’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態を示すものである。
【図４ｄ】図４ｄは、反応器ハウジングの第１パネルの側面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｄ’は、反応器ハウジングの第１パネルの側面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｄ’’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態を示すものである。
【図４ｅ】図４ｅは、反応器ハウジングの第２パネルの側面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｅ’は、反応器ハウジングの第２パネルの側面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｅ’’は、フードおよび対応するウィンドウを備えていない本発明の他の実施形態を示すものである。
【図４ｆ】図４ｆは、組立てられた反応器ハウジングの平面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｆ’は、組立てられた反応器ハウジングの平面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図４ｇ】図４ｇは、フローダクト内に設けられる時に組立てられた反応器ハウジングの平面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図４ｇ’は、フローダクト内に設けられる時に組立てられた反応器ハウジングの平面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図５ａ】図５ａは、上端蓋の斜視図である。
【図５ｂ】図５ｂは、上端蓋の底が見えるように示す斜視図である。
【図５ｃ】図５ｃは、注入器−蓋アセンブリの縦断面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図５ｃ’は、注入器−蓋アセンブリの縦断面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図５ｄ】図５ｄは、注入器−蓋アセンブリの底面図であって、反応器アセンブリが第１形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。図５ｄ’は、注入器−蓋アセンブリの底面図であって、反応器アセンブリが第２形態のボイラー用として用いられる時を示すものである。
【図６】図６は、副流およびアンモニア蒸気の流れを概略的に示す図であって、反応器ハウジング内で貫通して通る時を示すものである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態にかかるエンクロージャを介した副流燃焼排気流の一般的な方向を示す。
【図８】図８は、本発明の一実施形態にかかるガス流入口とガス流出口とを含む平面上において、副流燃焼排気およびアンモニア蒸気の流れを示す反応器ハウジングを有するエンクロージャの断面図である。
【図９ａ】図９ａは、本発明の一実施形態にかかるガス流入口を含む平面上において、副流燃焼排気およびアンモニア蒸気の流れを示す反応器ハウジングを備えるエンクロージャの断面図である。
【図９ｂ】図９ｂは、本発明の一実施形態にかかるガス流出口を含む平面上において、副流燃焼排気とアンモニア蒸気との混合物の流れを示す反応器ハウジングのエンクロージャを示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態の機能の手順を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、種々の異なる形態で実施できるが、本発明の原理をより良く理解するために、図面を参照して実施形態が説明される。しかし、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。説明された実施形態における何らかの変更およびさらなる改善およびここで説明された本発明の原理に対する追加的な適用は、当該分野における通常の知識を有する者にとっては自明である。
【００２４】
図１ａは、本発明の一実施形態にかかる尿素−アンモニア蒸気反応器システム１００を示す。システム１００は、一実施形態において、主燃焼排気ストリーム１１５から分岐点１１０で分離された二次燃焼排気ストリーム１１２を受け入れるバイパスフローダクト１０５内に取り囲まれた尿素反応器ハウジング（図示せず）を備える。主燃焼排気ストリーム１１５は、化石燃料、炭化水素燃料を使用するシステムから出る。このようなシステムは、ボイラー、ガスタービン、内燃機関、溶鉱炉または化石、炭化水素燃料または窒素酸化物を含む燃焼生成物を生成させる他の燃料を使用する他のシステムを含むことができる。また、本発明のシステム１００は、燃焼によって発生する高温の煙道／排出ガスでの使用に限定されるものではなく、選択的還元触媒（ＳＣＲ）工程がＮＯｘ低減のために用いられる所であればどこにでも具備可能である。説明のために、本発明は、ボイラーを参照して説明するが、本発明のシステムおよび方法は、化石、炭化水素燃料またはバイオマス燃料を使用して燃焼ガスを生成したり、燃焼の結果として煙道／排出ガスを必ずしも生産するわけではないが、ＮＯｘ低減のためにＳＣＲ工程に用いられる所では同様に使用可能である。
【００２５】
それにより、一実施形態において、主燃焼排気ストリーム１１５は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む燃焼／燃焼排気の生成をもたらす燃料１３０を用いるボイラー１２５から出る。燃焼／燃焼排気１１５は、一般的に、燃焼排気１１５が大気に排出される前に複数の熱交換チューブ１２７内で水を加熱するように使用され、当業者に公知のように、選択的還元触媒（ＳＣＲ）反応器装置１３５を介して処理される。含水尿素は、オートマイズされる（ａｕｔｏｍｉｚｅｄ）かオートマイズされない形態でバイパスフローダクト１０５内に取り囲まれた反応器ハウジング内に尿素注入器１２０を用いて直に注入される。バイパスフローダクト１０５は、二次燃焼排気ストリーム１１２が取り囲まれた反応器ハウジングを経て流れるようにし、注入された含水尿素はアンモニア蒸気に気化し、次に、アンモニア、その副生物および第２燃焼排気ストリームの最終ガス混合物がメインストリーム１１５に合流する。
【００２６】
動作中に、二次燃焼排気ストリーム１１２の「ｘ％」体積（例えば、主燃焼排気の１％〜５％の範囲）がバイパスフローダクト１０５に入り、定常状態条件に達した後、二次ガスストリーム１１２に近接した温度を有する、オートマイズされるかオートマイズされない尿素と反応する。フローダクト１０５に流入する二次燃焼排気ストリーム１１２の流速は、ボイラーの形態と大きさ、ボイラーからの生成速度、および使用される燃料形態のような因子に影響を受ける。当業者であれば、二次ストリーム１１２がバイパスフローダクト１０５に入る時、その流速が減少することが分かる。したがって、一実施形態において、バイパスフローダクト１０５は、ダクト外部の流れに比べて独立で、他のガス流の形態を発生させる。このような相対的により遅いガス流パターンは、十分に高温である、流入する二次ガスストリーム１１２の存在下で、オートマイズされるかオートマイズされない尿素がアンモニア蒸気となるのに必要な滞留時間を与える点で有利である。再循環／対流ループが滞留時間を増加させる１つの方法になり、これは、尿素をアンモニアにより効率的に変換させる。二次燃焼排気ストリーム１１２は、（バイパスフローダクト１０５内に取り囲まれた）反応器ハウジングが十分に加熱されるように７００°Ｆ〜９５０°Ｆの温度範囲内であることが好ましい。また、滞留時間は、０．５秒〜５秒である。当業者であれば、本発明のシステム１００によって可能な必要滞留時間の利得が、本実施形態における含水尿素を気化させるだけでなく、他の実施形態において、アンモニア水と水酸基含有有機化合物のような他の流体を効率的に気化させるのにも効果的に使用可能であることが分かる。
【００２７】
図１ａは、単一段の本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器システム１００の使用を示すが、当業者であれば、本発明の一態様によれば、図１ｂに示すように、複数のシステム１００がカスケード配列を形成するように直列に連結され、アンモニア蒸気と第１段１４１から出た二次燃焼排気との混合物が第２段１４２の入力を形成する。したがって、他の実施形態は、多段に連結されたシステム１００を備える。図１ｃは、本発明の他の実施形態にかかる複数のシステム１００の他の使用構造を示す。この実施形態において、図１ｃに示すように、第１段１４１および第２段１４２のような複数のシステム１００は、各システム１００が分岐点１１０から二次燃焼排気ストリーム１１２の量が独立に流入し、第１および第２段１４１、１４２それぞれから出た気体アンモニアと燃焼排気との混合物が主燃焼排気ストリーム１１５に再合流する。
【００２８】
当業者であれば、ファン／ブロワーが連結管内に用いられ、システム１００の複数の段を通過するガスの流速を向上および維持できることが分かる。さらに、図１ａを参照すれば、一実施形態において、フローダクト１０５から出たアンモニアと燃焼排気との混合物は、メイン煙道ストリーム１１５に提供され、ブロワー（図示せず）によってＳＣＲ反応器装置１３５に近接する。一実施形態において、アンモニアと燃焼排気との混合物は、ＳＣＲ反応器１３５の上流でアンモニア注入グリッドに向ける。他の実施形態において、静的ミキサがバイパス連結管内でシステム１００の下流に設けられ、アンモニア蒸気と二次燃焼排気とがより良く混合されるようにする。一実施形態において、エアファンまたは圧縮器による空気流が提供され、尿素注入ノズルを冷却させながら、ノズルに高温の流体が逆流するのを防止する。また、分岐点１１０の位置は、所望どおり設定可能であり、使用されるボイラーの形態および異なる点での燃焼排気の温度によって異なる。一実施形態において、分岐点１１０は、ボイラーの対流経路内に配置し、エコノマイザが用いられる場合には、その上流に配置することが好ましい。
【００２９】
図２ａは、本発明の一実施形態にかかる尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリ２００の斜視図である。図２ｂおよび図２ｃは側面図、図２ｄは反応器アセンブリ２００の平面図であって、アセンブリ２００が第１形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の一実施形態にかかる例示的な寸法を示す。同様に、図２ｂ’および図２ｃ’は側面図、図２ｄ’は反応器アセンブリ２００の平面図であって、アセンブリ２００が第２形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の他の実施形態にかかる例示的な寸法を示す。図２ａないし図２ｄおよび図２ｂ’ないし図２ｄ’を同時に参照すれば、同一の構成要素については同一の図面符号が付されるが、反応器アセンブリ２００は、二次燃焼排気ストリーム２０８が反応器アセンブリに入るようにする入口ポート２０７と、アンモニア蒸気と二次燃焼排気との混合物２１０が反応器アセンブリ２００を出るようにする出口ポート２０９とを備えるフローダクト２０５を含む。図２ｃおよび図２ｃ’に示すように、尿素反応器ハウジング２１５は、フローダクト２０５内に取り囲まれている。尿素は、一実施形態において、フローダクト２０５の上端蓋（ｔｏｐ  ｌｉｄ）２２５に付着した尿素注入器２２０によって反応器ハウジング２１５内に導入される。注入器２２０は、反応器ハウジング２１５内で含水尿素が導入される地点の上流に位置する三方弁２２０を備える。一実施形態において、尿素注入器２２０は、オートマイズされるかオートマイズされない含水尿素を反応器ハウジング２１５内に上端から注入して重力の効果を得る。しかし、他の実施形態において、尿素の供給は、フローダクト２０５の側面または底から提供される。
【００３０】
一実施形態において、入口および出口ポート２０７、２０９は、反応器アセンブリ２００がボイラーのバイパス二次燃焼排気を受け入れるように連結される時、各ポートから外方に突出して各ポートが入口および出口バイパス管（図示せず）と連結されるようにする管延長部２１１、２１２をそれぞれ備える。ドレイン管２３０は、フローダクト２０５の底蓋２３５を通過する。
【００３１】
反応器要素の寸法は、ボイラーの形態、ボイラー容量、ボイラーの燃焼排気汚染物質の触媒還元のための試薬として生成されるアンモニアの量、燃焼排気の流速、燃焼排気の温度、反応器内に提供される含水尿素溶液の流速と構成のような多様な因子によって異なる。一実施形態において、フローダクト２０５の長さ対外径比は２．５の次数であり、前述した因子に応じて２〜４の範囲で変更可能である。例えば、第１形態のボイラーよりもそれぞれ大きい第２形態のボイラーによって、図２ｂないし図２ｄのフローダクトの寸法（例として、３０インチの長さと１２インチの外径で長さ対外径比が２．５）よりも、図２ｂ’ないし図２ｄ’のフローダクト２０５の方がより大きく示されるが（例として、４２インチの長さと１８インチの外径で長さ対外径比は２．３３）、それに対応して入口および出口ポート２０７、２０９がそれぞれより大きい直径を有する。
【００３２】
図３ａおよび図３ｂは、それぞれ本発明の尿素−アンモニア蒸気反応器アセンブリ３００の一実施形態に対する分解斜視図および組立斜視図である。図３ｃは縦断面図、図３ｄは平面図、図３ｅはフローダクトの平面図であって、尿素アンモニア蒸気反応器アセンブリ３００が第１形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の一実施形態にかかる例示的な寸法を示す。当業者であれば、このような寸法に限定されず、ボイラーの形態または尿素−アンモニア容量の要求に応じて変更可能であることが分かる。したがって、図３ｃ’は縦断面図、図３ｄ’は平面図、図３ｅ’はフローダクトの平面図であって、尿素アンモニア蒸気反応器アセンブリ３００が第２形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の他の実施形態にかかる例示的な寸法を示す。図面符号は、図３ａないし図３ｃおよび図３ｃ’において、同一の図面符号は同一の構成要素を示すように付される。一実施形態において、フローダクト３０５は、閉鎖された底３３５と開放された上端３４５とを有する円形断面の管であって、底３３５には、反応器ハウジングドレイン管３３０が収容されるホール３２８が設けられる。ホール３２８の拡大図３６５を参照すれば、ドレイン管３３０の上端は、尿素反応器ハウジング３１５の底３５０に連結され、ドレイン端３３１は、ホール３２８を経てドレインコネクタ３３２内に配置する。ドレインプラグ３３４は、ドレインコネクタ３３２内にねじ結合され、停止弁として機能する。
【００３３】
フローダクト３０５の上端開口３４５は、複数のボルトおよびナット３４８で上端蓋３２５を結合するための円形フランジ３４７を備える。第１形態および第２形態のボイラーにそれぞれ用いられる時のアセンブリ３００のための図である図３ｄ、図３ｅおよび図３ｄ’、図３ｅ’は、一実施形態にかかるボルトおよびナット３４８の円形パターンを示す。上端蓋３２５部分の拡大図３７０によれば、上端蓋３２５がボルトおよびナット３４８を用いてフランジ３４７にボルト結合されている。ボルトおよびナット３４８の強固な結合および隣接する表面の適切なパッキングのためにガスケット３４９がフランジ３４７と蓋３２５との間に用いられる。フランジ３４７は、フローダクト３０５上に上端開口３４５の周囲で結合される。
【００３４】
一実施形態によれば、本発明の反応器ハウジング３１５は、三角形断面を有する３つのサイドパネル３４０で製作される。しかし、他の実施形態においては、反応器ハウジング３１５が、円形断面管、正方形断面ハウジング、直方形断面ハウジングまたは他の適切な断面形状のハウジングが適切に使用可能であることを当業者であれば理解することができる。尿素反応器ハウジング３１５は、フローダクト３０５内に挿入されてフローダクト３０５内に完全に取り囲まれる。反応器ハウジング３１５の底は底プレート３３５に付着し、反応器ハウジング３１５の上端は、上端蓋３２５の下のスリーブ３５５（拡大図３７５）によって結合され、スリーブは、上端蓋３２５がフローダクト３０５の上端開口３４５上に結合される時、反応器ハウジング３１５を維持するポートを形成する形態と大きさを有する。上端蓋３２５は、一体化された注入器アセンブリ３２０を強固に維持し、尿素が反応器ハウジング３１５内に入るように形成された中央貫通ホール３６０を備える。
【００３５】
図４ａおよび図４ｂは、それぞれ本発明の一実施形態にかかる反応器ハウジング４１５の組立斜視図および分解斜視図である。図４ｃは側面図、図４ｄおよび図４ｅはそれぞれ第１、第２パネルの側面図、図４ｆおよび図４ｇは平面図であって、組立てられた反応器ハウジング４１５が第１形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の一実施形態にかかる例示的な寸法を示す。当業者であれば、本発明は、このような寸法に限定されず、ボイラーの形態によって変更可能であることを理解することができる。図４ｃ’は側面図、図４ｄ’および図４ｅ’はそれぞれ第１、第２パネルの側面図、図４ｆおよび図４ｇ’は平面図であって、組立てられた反応器ハウジング４１５が第２形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の他の実施形態にかかる例示的な寸法を示す。図面符号は、図４ａないし図４ｇおよび図４ｃ’ないし図４ｇ’において、同一の図面符号は同一の構成要素を示すように付される。反応器ハウジング４１５は、第１パネル４７１、第２パネル４７２および第３パネル４７３の３つのパネルと、中央貫通ドレインホール４９３が形成された底パネル４７４と、３つのパネル内部コマー４７５と、ドレイン管４３０とを備える。第１パネル４７１は、ウィンドウ４７６とその下の２つの狭い付加的ウィンドウ４７８とを備える。フード４７９がウィンドウ４７６上に配置するようにパネル４７１に付着し、ウィンドウ４７６の縦方向の一部分のみを覆い、ウィンドウ４７６の幅方向は完全に覆う。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、３つのパネル４７１、４７２、４７３は、同じ高さｈ’を有する。第２、第３パネル４７２、４７３は、同じ幅「ｗ２」を有するが、これは、第１パネル４７１の幅「ｗ１」より広い。また、第２、第３パネル４７２、４７３は、底切断部４８０と貫通ホール４８３が形成されたフランジ４８２を備える。第１パネル４７１は、必要に応じて、燃焼排気通路を収容するために、底の一部が除去可能である。底パネル４７４は、パネル内部コマー４７５を収容するために凹んで形成されたコマーを備える。図４ｆと図４ｆ’は、３つのパネル４７１、４７２、４７３が３つのパネル内部コマー４７５を用いて底パネル４７４に付着する時の、反応器ハウジング４１５の平面図を示す。拡大図４９０は、内部コマー４７５が２つのパネルを連結するためにどのように用いられるかを示す。ドレイン管４３０は、底パネル４７４のドレインホール４９３をフローダクト４０５の底板４３５の貫通ホールと連結する。
【００３７】
図４ｇおよび図４ｇ’の拡大図４９５に示すように、反応器ハウジング４１５は、フローダクト４０５の底板４３５の上部に立てられ、第２、第３パネル４７２、４７３のフランジ４８２のホール４８３にファスナーで結合される。さらに、図４ｇおよび図４ｇ’を参照すれば、本発明の一実施形態において、反応器ハウジング４１５は、第２、第３パネル４７２、４７３の交差によって形成されたコーナー４９２は、燃焼排気用入口ポート４０８に向かうようにフローダクト４０５内に取り囲まれる点に注目しなければならない。結果的に、第１パネル４７１（ウィンドウ４７６と２つの幅狭のウィンドウ４７８）は、フローダクト４０５の出口ポートに対向する。
【００３８】
パネルのこの位置と、出口ポートに対するウィンドウ４７６とフード４７９の位置と共に、それに伴うフローダクト４０５の入口および出口ポートに対する反応器ハウジング４１５の位置は、注入された尿素が燃焼排気によって十分に直接加熱されてアンモニア蒸気になる滞留時間を提供できる点で有利である。したがって、作動中に、二次燃焼排気は、入口ポート４０８を経てフローダクト４０５に入ってコーナー４９２にぶつかり、第２、第３パネル４７２、４７３に沿って２つに分けられた後、反対側に配置する第１パネル４７１に到逹する。燃焼排気が出口ポート３０９を介してフローダクト４０５を抜け出す前に、第１パネル４７１と第２パネル４７２および第１パネル４７１と第３パネル４７３によって形成されたコーナーを曲がるが、このような流れ運動は、２つの狭いウィンドウ４７８の近傍で差圧環境を誘導し、反応器ハウジング内部の気化した尿素−アンモニア流体は抜け出た後、燃焼排気ストリームによって引っ張られる。アンモニアと燃焼排気との気体混合物が出口ポート３０９を介して反応器フローダクト４０５を抜け出そうとする時、燃焼排気の一部がフード４７９によって維持され、ウィンドウ４７６を介して反応器ハウジング４１５内に染み込む。
【００３９】
上述した燃焼排気の流れ配置は、上部から注入されたオートマイズされた尿素滴（またはオートマイズされない尿素）に追加的なエネルギーを提供し、アンモニア蒸気と他の副生物に気化させるために、反応器ハウジング４１５とフローダクト４０５との間に循環対流ループを誘導するだけでなく、反応器ハウジング４１５の３つのパネル全体を適切に直接加熱する。フローダクト４０５を通過する燃焼排気の流速の調節によってのみならず、このような循環対流ループのセットアップも、反応器ハウジング内で超過尿素−アンモニア滞留時間が達成されるようにする。一実施形態において、含水尿素をアンモニアに気化させるのに必要な唯一の熱エネルギーは、入力された燃焼排気ストリームに含まれた熱エネルギーまたは熱である。
【００４０】
図６を参照すれば、反応器６１５内で発生した対流ループが示されている。反応器ガス６８７は、再循環ガス６８６と混合されて反応器出口ガス流６８９を形成し、第１反応器ウィンドウ６７８を介して排出される。反応器出口ガス流６８９の第１部分は、反応器排出ガス６９６としてシステムを抜け出し、反応器出口ガス流６８９の第２部分は、再循環ガス６８６として第２反応器ウィンドウ６７６を介して反応器６１５内に再循環されて戻る。反応器ハウジングウィンドウのように、同様の構成を参照するのに用いられる時、「第１」および「第２」は順序を示すのではなく、単に両構成間の区別を示すためのものである。したがって、用語「第１」および「第２」は、２つの反応器ハウジングウィンドウを参照する時、区別なく使用可能である。
【００４１】
図３ｃおよび図３ｃ’をさらに参照すれば、フード３７９は、出口ポート３０９の中心３０１よりやや低く配置し、アンモニア蒸気と下から出る燃焼排気との混合物が制約なしに出口ポート３０９を介して直に流れなくなる。しかし、このような特定の配置に限定されず、それにより、他の実施形態においては、本発明の範囲を逸脱しない範囲内でフローダクトの入口と出口ポートに対して別の位置を有する反応器ハウジングが具備可能である。
【００４２】
図５ａは、尿素注入器アセンブリ５２０の導入管５０６を収容する中心貫通ホール５６０を含む上端蓋５２５の斜視図である。図５ｂは、上端蓋５２５の底の斜視図である。蓋５２５の底は、上端蓋５２５の側断面図である図５ｃに示すように、円形の絶縁ライナー５１０を備える。厚さ「ｌ」と直径「ｄ２」を有する絶縁ライナーは、金属板によって蓋の底に結合される。上端蓋５２５は、反応器ハウジング４１５内の温度、圧力および種（ｓｐｅｃｉｅｓ）のような作動条件の連続したモニタリングのために、反応器ハウジング４１５への装置センシングアクセスポート５０７も備える。図５ｄは、注入器−蓋アセンブリ５００と反応器ハウジング４１５の上端部分の部分底面図である。図５ｃおよび図５ｄは、いずれも注入器−蓋アセンブリ５００が第１形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の一実施形態にかかる例示的な寸法を示す。本発明は、このような寸法に限定されず、ボイラーの形態に応じて変更可能である。したがって、図５ｃ’は注入器−蓋アセンブリ５００の部分側面図、図５ｄ’は注入器−蓋アセンブリ５００の部分底面図であって、いずれも注入器−蓋アセンブリ５００が第２形態のボイラー用として用いられる時の、本発明の他の実施形態にかかる例示的な寸法を示す。図面符号は、図５ｃ、図５ｄないし図５ｃ’、図５ｄ’において、同一の図面符号は同一の構成要素を示すように付される。図５ｃおよび図５ｃ’の注入器−蓋アセンブリ５００の部分側面図に示すように、ライナー５１０の直径「ｄ２」は、フローダクト５０５の内径「Ｏ」よりやや小さく、蓋５２５の直径「ｄ１」は、フローダクト５０５のフランジ５４７の直径と等しい。
【００４３】
注入器−蓋アセンブリ５００がフローダクト５０５に付着する時、蓋５２５がガスケット５４９と共にフランジ５４７上に置かれる時、ライナー５１０は、フローダクト５０５の内部に設けられ、ガスケット５４９は、蓋５２５が複数のボルトおよびナットによってフランジ５４７に結合される時、隣接する面のパッキングを向上させる。図５ｂ、図５ｄおよび図５ｄ’に示すように、スリーブが形成され、ホール５６０の周囲でライナー５１０の底に付着する。一実施形態において、スリーブ５５５は、三角形の形状であって、一実施形態において、三角形断面を有する反応器ハウジング５１５の上端部分を収容する。図５ｄおよび図５ｄ’は、三角形のスリーブ５５５によって形成されたポート内に設けられた三角形断面形状の反応器ハウジング５１５をより明確に示す。当業者であれば、スリーブの形状が、他の実施形態において、反応器ハウジング５１５の断面部の形状によって異なり得ることを理解することができる。
【００４４】
図７を参照すれば、尿素−アンモニア反応器（図示せず）を含むエンクロージャ７０２を通過する副流燃焼排気７０１の一般的な流れを示す。第１ガスストリーム７０３（例えば、主燃焼排気ストリームから分離されたサイド燃焼排気ストリーム）がガス流入口７０３を介してエンクロージャ（またはチャンバ）７０２に入ってエンクロージャを横切り、アンモニア蒸気と混合され、その結果物の混合物は、例えば、第３ガスストリーム７１１としてガス流出口７０５を介してエンクロージャの外に流れる。好ましい実施形態において、エンクロージャの少なくとも１つのエンクロージャ壁７０８によってガス流入口とガス流出口との間に配置する第１内部空間７１０が形成される。ある実施形態において、エンクロージャ壁７０８は、円筒形状であって、第１内部空間を区画し、第１エンクロージャ端７０６と第２エンクロージャ端７０７と共に第１内部空間を形成する。他の実施形態において、壁は、球形、立方体などであり得る。好ましくは、第１端７０６は、（ガス流出口に比べて）ガス流入口に近く、第２端７０７は、（ガス流入口に比べて）ガス流出口に近い。
【００４５】
図８を参照すれば、反応器ハウジング８３０を備える反応器８００を取り囲むエンクロージャ８０１の断面図であって、副流ガス８１０およびアンモニア蒸気８１２の流れを示し、本発明の一実施形態にかかるガス流入口８０４とガス流出口８０５とを含む平面である。図９ａおよび図９ｂは、本発明の一実施形態にかかるガス流入口８０４を含む平面上において、副流燃焼排気８１１およびアンモニア蒸気９１３の流れを示す反応器ハウジング８３０を備えるエンクロージャ８０１の断面図と、本発明の一実施形態にかかるガス流出口８０５を含む平面上において、副流燃焼排気およびアンモニア蒸気９１４との混合物の流れを示す反応器ハウジング８３０を備えるエンクロージャ８０１の断面図である。
【００４６】
ここで、エンクロージャ８０１は、第１内部空間８２０を画定する。反応器ハウジング８３０は、第２内部空間８３２を形成するように互いに関連付けて配置する１つ以上の壁８３１を備える。反応器ハウジング壁８３１は、第１内部空間８２０に露出する第１外部表面９０３をさらに画定する。第１外部表面は、第１内部空間と第２内部空間との間のインタフェースとして機能し、２つの空間で流体を互いに通るようにする１つ以上の開口（例えば、ウィンドウ）を備えても良い。好ましくは、ウィンドウの断面面積は、第１外部表面の全体表面面積の約３５％未満であり、より好ましくは１０％未満である。ある実施形態においては、１つ以上の開口のそれぞれは、主方向（ｍａｊｏｒ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）と副方向（ｍｉｎｏｒ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）とを備えて直方形のプロファイルを有し、主方向は反応器主軸線（ｍａｊｏｒ  ａｘｉｓ）８４３に平行である。ある好ましい実施形態においては、１つまたは２つの開口が第２反応器端に比べて第１反応器端に隣接する。
【００４７】
好ましくは、表面９０３の少なくとも一部は、第１内部空間８２０と第２内部空間８３２との間の差圧区域８２１を生成する角張った形状のような形態を有する。差圧区域８３１の位置、大きさおよび方向は、反応器の寸法と作動条件と共に変化可能である。これらは、システムが定常状態条件下で作動する間にも変化可能である。好ましくは、この区域は、開口（例えば、ウィンドウ）８０６のように第１内部空間と第２内部空間のインタフェース部分またはその近傍で形成され維持される。特定の例において、この区域は、ガスストリーム内で形成される小さいポケットである。所与の表面での流れ分離は、ガスストリームと表面の近傍との間の圧力差を生成する方向の変化に起因する。圧力は表面に作用する力であるため、流れ分離の場合に「逆流地域」が発生し、それにより、分離された表面領域上での流れ方向は、一般的に表面から「離れて遠くなる」という特徴を有し、それによって最低圧力点を生成するが、全体のエンクロージャ内で負圧（真空）は発生させない。ウィンドウは、この地域に隣接するように特定の領域に設計されて配置し、第２内部空間内の圧縮された分解尿素ガスが外部の逆流ストリームの作用によって第１内部空間に横切って入る。それにより、尿素反応器（第２内部空間）からフローダクト（第１内部空間）に移動する流体は、このような条件下で１つの方向のみを有するようになる。
【００４８】
反応器は、注入器、ノズルまたはこれと類似の含水尿素入口８０３をさらに備えるが、これは、オートマイズされた尿素を含む含水尿素が第２内部空間に入るように配置する。
【００４９】
ガス流入口８０４は、入口主軸線８４１を備え、ガス流出口は、外部主軸線８４２を備える。反応器ハウジング８３０は、入口主軸線に直角な反応器主軸線８４３を備え、好ましくは、反応器主軸線８４３に対して三角形プロファイル９４０を有する。三角形プロファイルは、好ましくは、先端頂点９４１、第１末端頂点９４２および第２末端頂点を備え、先端頂点は、第１、第２末端頂点に比べてガス流入口８０４に隣接する。好ましくは、第１外部表面９０３の少なくとも一部９４４が先端頂点に対向する。ここで、用語「頂点」とは、対象の面または側面の交差によって形成されたエッジを意味する。ある好ましい実施形態において、三角形プロファイル９４０は、二等辺の形状を有し、先端頂点は、６０°未満の内角９４６を有する。好ましくは、反応器ハウジングは、第１反応器端８５１と第２反応器端８５２とを備え、第１、第２端は、反応器主軸線８４３に沿って配置する中心９０４を備え、第１反応器端８５１は、ガス流出口８０５に比べてガス流入口８０４に隣接し、第２反応器端８５２は、ガス流入口８０４に比べてガス流出口８０５に隣接する。
【００５０】
本発明の反応器システムは、従来の尿素−アンモニア変換システムに比べて相対的によりコンパクトな設計を提供するという利点を有する。したがって、本発明の他の側面は、上述した特徴に加え、（ｃ）主燃焼排気導管と、（ｄ）ＳＣＲ触媒と、（ｅ）（ｉ）燃焼排気導管の第１配置でガス流入口の上流に配置し、ガス流入口に連結される第１部分と、（ｉｉ）燃焼排気導管の第２配置でガス流出口の下流に配置し、ガス流出口に連結される第２部分とを備える燃焼排気副流導管とを備え、前記第２部分は、前記主燃焼排気導管にわたって燃焼排気の流れに比べて前記第１配置の下流で前記ＳＣＲ触媒の上流に配置し、副流導管で、好ましくは約４０倍未満、より好ましくは約３０倍未満、さらに好ましくは約２５倍未満、最も好ましくは約２０倍未満の前記ガス流入口と前記第２配置との間の直線流れ距離を有する反応器システムである。
【００５１】
本発明は、本発明の本質的な特徴を逸脱しない範囲内で他の特定の形態で実施可能である。説明された実施形態は説明のためのものに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、本発明の範囲は、上記の説明よりは添付した請求の範囲によって定められる。請求の範囲に対応する意味および範囲内での変更は、その権利範囲内に含まれるものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ−３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ−９ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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