KR100435339B1 - 디젤 자동차용 Ｄｅ－ＮＯｘ 촉매 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 자동차용 De-NOx 촉매에 관한 것으로, 구체적으로 종래 사용되는 산화촉매에 BaO, K₂O, Nd₂O₃등의 조촉매를 첨가 코팅 후 와시코트의 방법을 달리하여 제조함으로써, 기존 산화촉매에 비하여 De-NOx 활성이 매우 우수하여 디젤 자동차용 산화촉매로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

디젤 자동차용 Ｄｅ－ＮＯｘ 촉매{Catalyst of De-NOx for diesel automobile}

본 발명은 디젤 자동차용 De-NOx 촉매에 관한 것으로, 구체적으로 종래 사용되는 산화촉매에 BaO, K₂O, Nd₂O₃등의 조촉매를 첨가 코팅 후 와시코트의 방법을 달리하여 제조함으로써, 기존 산화촉매에 비하여 De-NOx 활성이 매우 우수하여 디젤 자동차용 산화촉매로 유용하게 사용될 수 있다.

디젤 자동차의 배기가스 제거는 산화촉매를 사용하여 THC, CO와 입자상 분체(Particulate Matter, 이하 'PM'이라 한다) 중 용해성 유기 분체(Soluble Organic Fraction, 이하 'SOF'라 한다)를 주로 하고 있다. 이는 산화촉매의 기능상 환원 제거되어야 하는 NOx 가스의 경우를 정화하지 못하고 대기중으로 배출되고 있음을 의미하고 있다.

현재 사용되는 디젤산화촉매의 경우, THC 및 CO의 산화능 활성은 우수한 편이나, NOx의 제거 활성은 겨우 5% 내외를 나타내고 있어 사실상 거의 NOx 정화 활성이 없다고 하는 정도이다.

하기 표 1은 현재의 시판되고 있는 산화촉매를 대상(오덱사, 엥겔하드사)의 조성을 나타낸 것으로, 하기의 표 2의 조건에 의해 모의 테스트를 수행하였다.

상기 측정된 산화촉매의 활성을 하기 표 3에 나타내었다.

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 산화촉매의 NOx 활성은 매우 저조한 것을 볼 수 있다. 이러한 NOx 활성은 앞서 설명한 바와 같이 디젤엔진이 희박연소(산소가 풍부한 조건임) 구간에서 운전되며, 산화반응이 보다 활성화 될 수 있는 영역이기 때문에 NOx의 환원반응이 상대적으로 어려운 영역이기 때문이다.

따라서, 앞서 언급한 바와 같이 디젤산화촉매는 산화반응만을 위한 촉매계임으로 NOx의 환원반응을 기대할 수 없었다. 그러나 디젤 자동차에서 NOx 가스의 배출은 현재에도 핫 이슈인 것을 감안한다면 디젤 자동차에서 배출되는 NOx 가스의 량을 조금이라도 줄일 수 있는 촉매계의 제안이 필요한 것이다.

그러나 현재의 디젤 차량에서 촉매 컨버터만을 교환하여 NOx의 저감을 수행할 수 있는 촉매계는 발견된 바 없다. 디젤 차량에서 NOx 가스의 배출을 줄이기 위해서는 우레아 SCR 촉매계나 NOx 흡장용 촉매계를 사용하여야 하는데 이러한 촉매계의 사용은 엔진에서 우레아를 주입해야 하거나, 연료를 추가적으로 엔진 내부로 주입해야 하는 부담이 있다.

하지만 이러한 촉매계는 엔진의 로직과 촉매 컨버터의 대대적인 교체 및 엔진 컨트롤이 뒷바침 되어야 함으로 현재의 산화촉매의 사용으로 NOx의 저감을 기대할 수 없는 실정이다.

결국, 디젤 엔진에서 EGR률을 높여 엔진 배출 가스내의 NOx를 통제하는 방법을 사용하여 EURO-III 규제를 만족하고 있지만 이러한 방법도 향후에 적용될 EURO-IV 및 V의 규제에는 더 이상 이용할 수 없는 한계에 이르게 된다.

이에, 본 발명자는 상기한 문제점을 해결하고자 종래 사용되는 산화촉매에 BaO, K₂O, Nd₂O₃등의 조촉매를 첨가 코팅 후 와시코트의 방법을 달리하여 제조함으로써, 본 발명의 산화촉매가 종래의 것과 비교하여 De-NOx 활성이 매우 우수함을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 De-NOx 활성이 우수한 산화촉매를 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 산화촉매에 BaO, K₂O, Nd₂O₃등의 조촉매를 첨가하여 단층 또는 이중층으로 코팅된 산화촉매를 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 귀금속 촉매를 포함하는 알루미나를 기재로 하는 산화촉매에 추가로 V₂O₅가 포함된 산화촉매를 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 산화촉매를 촉매시스템에 복합적(CCC+UCC) 형태로 사용하는 컨버터 시스템을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 이중층으로 코팅된 디젤 자동차용 산화촉매(DFC1)를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 단일층으로 코팅된 디젤 자동차용 산화촉매(DFC8)를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 산화촉매의 활성결과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 DFC8 촉매의 엔진 다이나모 시험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 알루미나 또는 제올라이트를 기재로 하고 BaO를 함유하는 촉매에 있어서, 상기 BaO를 촉매 와시코트 무게 대비 BaO 5∼15 g/L 사용하고, K₂O를 촉매 와시코트 무게 대비 5∼15 g/L, Nd₂O₃를 촉매 와시코트 무게 대비 3∼8 g/L 각각 또는 혼합 첨가하여 단층 또는 이중층으로 코팅된 디젤 자동차용 산화촉매에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 산화촉매를 촉매시스템에 복합적(CCC+UCC) 형태로 사용하는 컨버터 시스템에 관한 것이다.

현재의 디젤산화촉매는 NOx의 저감 기능이 없음으로 이에 대한 기능을 추가적으로 첨가하여야 한다.

이에 본 발명에서는 이러한 산화촉매를 개선하여 NOx의 저감 기능을 조금이라도 높이고자 하였다.

하기 표 4는 본 발명에서 제조한 산화촉매를 개략적으로 나타낸 것이다.

상기 표 4에 따른 본 발명의 산화촉매는 현재 사용되고 있는 산화촉매에BaO, K₂O, Nd₂O₃등을 첨가하고, 와시코트의 방법을 달리하면서 NOx의 정화가 가능하도록 제안되었다.

BaO 및 K₂O의 양은 촉매 와시코트 무게 대비 5∼15 g/L로 첨가한다. 특히, 산화촉매에서 설패이트의 억제능을 주기 위해 V₂O₅를 첨가하였는데, 본 제조 촉매들에서는 일부에서만 사용하고 이보다 설패이트의 억제능이 약한 Nd₂O₃를 3∼8 g/L량으로 첨가하여 산화능 자체의 활성도 중요시 하였다.

특히, DFC1 및 DFC8 촉매계의 경우에는 와시코트의 코팅의 방법도 달리하여 제조되어 기존의 산화촉매와는 차별화를 진행하였다.

본 발명에서 제시한 산화촉매는 도 1 및 도 2에 의해 더욱 구체화된다.

도 1 및 도 2에 제시한 산화촉매로 인하여 종래 산화촉매에서는 가질 수 없었던 NOx 정화 기능이 부여되었다.

본 발명의 일실시예 따른 산화촉매를 제조하여 상기 표 2에서 제시한 모의가스 활성을 하기와 같이 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

이때 사용된 제올라이트는 HZSM-5(Si/Al=40 및 120), 모던나이트, De-aluminated Y-zeolite 등의 제올라이트를 5종 섞어 제조하였고, 산화촉매에서 사용하는 V₂O₅대신 Nd₂O₃를 사용하였다.

상기 표 5에서 보는 바와 같이, 기존의 산화촉매에서 나타나는 NOx의 정화능보다 훨씬 향상된 NOx의 정화 활성을 보임을 알 수 있다. 특히, 촉매 에이징(Aging) 이후의 촉매에서는 Fresh 보다도 향상된 NOx 활성이 나타남을 볼 수 있었다.

DFC8 촉매에서는 NOx 정화능이 28%로 나타남에 따라 De-NOx 촉매의 기능을수행할 수 있을 것으로 보인다. 특히, DFC1을 저온용 촉매로 DFC8을 고온용 촉매에 적합한 것으로 나타나 상기의 제조 촉매들을 CCC(DFC8)+UCC(DFC1) 촉매 시스템으로 매칭하여 엔진 다이나모 시험을 할 경우 상대적으로 높은 NOx 활성이 기대된다. 이는 도 3에 도시한 바와 같으며, 이러한 결과를 토대로 DFC8 촉매계를 CCC 촉매 컴버터로 제작하여 엔진 다이나모 테스트를 실시한 결과를 도 4에 나타내었다.

도 3 및 도 4에 따르면, 본 발명의 산화촉매가 기존의 산화촉매에 비하여 상당히 개선된 De-NOx 성능을 가짐을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따라, 모의가스 조성에서의 NOx 활성 최대 28%를 얻었고, 엔진 다이나모에서는 20% 내외의 NOx 정화능을 얻을 수 있었으며, 이에 따라, 본 발명의 산화촉매를 이용한 시스템은 기존의 산화촉매 컨버터 시스템을 그대로 적용 가능하고, 상기의 시스템에 미리 주입(Post Injection)하여 연료의 주입을 수반할 경우, 촉매의 NOx 활성은 더욱 향상된다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 알루미나 또는 제올라이트를 기재로 하고 BaO를 함유하는 촉매에 있어서,

   상기 BaO를 촉매 와시코트 무게 대비 BaO 5∼15 g/L 사용하고,

   K₂O를 촉매 와시코트 무게 대비 5∼15 g/L, Nd₂O₃를 촉매 와시코트 무게 대비 3∼8 g/L 각각 또는 혼합 첨가하여 단층 또는 이중층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 디젤 자동차용 산화촉매.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 산화촉매에 추가로 V₂O₅를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차용 산화촉매.
4. 청구항 2의 산화촉매를 포함하는 촉매시스템을 복합적(CCC+UCC) 형태로 사용하는 컨버터 시스템.