KR101476901B1 - 촉매 매연 필터 및 배출물 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

촉매, 촉매 물품, 및 촉매 시스템, 및 촉매 물품을 사용하여 배기 기체 스트림을 처리하는 방법이 기술되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 촉매 물품은 기재의 다공성 벽에 침투하는 제1 SCR 촉매 및 기재의 벽을 코팅하는 제2 SCR 촉매를 포함한다. 배기 기체 스트림을 처리하는 방법도 제공된다. 이러한 촉매 및 촉매 물품의 제조 방법 및 사용 방법도 기술되어 있다.

Description

촉매 매연 필터 및 배출물 처리 시스템 및 방법{CATALYZED SOOT FILTER AND EMISSIONS TREATMENT SYSTEMS AND METHODS}
본 발명은 촉매 매연 필터(catalyzed soot filter), 시스템 및 그의 제조 방법, 및 배기 스트림 내 배출물의 처리 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진 배기물은 기체상 배출물, 예컨대 일산화탄소(CO), 미연소 탄화수소("HC") 및 질소 산화물("NOx") 뿐만 아니라, 소위 입자 또는 미립자 물질을 구성하는 응축상 물질(액체 및 고체)을 함유하는 불균질한 혼합물이다. 종종, 촉매 조성물 및 이러한 조성물이 위치한 기재가, 특정한 또는 모든 이러한 배기 성분을 무해한 성분으로 전환시키기 위해서 디젤 엔진 배기 시스템 내에 제공된다. 예를 들어, 디젤 배기 시스템은 디젤 산화 촉매, 매연 필터 및 NOx를 환원시키기 위한 촉매 중 하나 이상을 함유할 수 있다.
디젤 배기물의 총 미립자 물질 배출물은 3가지의 주성분으로 이루어진다. 한 성분은 고체의, 건조한, 고체 탄소질 분획 또는 매연 분획이다. 이러한 건조 탄소질 물질은 통상적으로 디젤 배기물과 연관된 가시적 매연 배출물에 기여한다. 미립자 물질의 두 번째 성분은 용해성 유기 분획("SOF")이다. 용해성 유기 분획은 때때로 휘발성 유기 분획("VOF")이라고 지칭되고, 이 용어가 본원에서 사용될 것이다. VOF는, 디젤 배기물 내에, 디젤 배기물의 온도에 따라, 증기 또는 에어로졸(액체 응축물의 미세한 액적)로서 존재할 수 있다. 이것은 일반적으로, 미국 중량차 과도운전 연방 시험 절차(U.S. Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)와 같은 표준 측정 시험에 의해 규정된 바와 같이, 희석된 배기물 내에서 52℃의 표준 입자 포집 온도에서 응축된 액체로서 존재한다. 이러한 액체는 두 가지의 공급원으로부터 발생한다: (1) 피스톤이 올라가고 내려갈때마다 엔진의 실린더 벽으로부터 휩쓸려나온 윤활유; 및 (2) 미연소 또는 부분 연소된 디젤 연료.
미립자 물질의 세 번째 성분은 소위 황산염 분획이다. 황산염 분획은 디젤 연료 내에 존재하는 소량의 황 성분으로부터 형성된다. 작은 비율의 SO3가 디젤의 연소 동안에 형성되고, 이것은 또한 배기물 내의 물과 빠르게 화합하여 황산을 형성한다. 황산은 에어로졸로서의 입자와 함께 응축상으로서 포집되거나 기타 미립자 성분 상에 흡착됨으로써, 총 미립자 물질의 덩어리에 부가된다.
높은 미립자 물질 수준의 감소에 사용되는 후처리 기술은 디젤 입자 필터이다. 디젤 배기물로부터 미립자 물질을 제거하는데 효과적인 많은 공지된 필터 구조물, 예컨대 벌집형 벽 유동형 필터, 섬유가 감겨 있거나 패킹된 필터, 연속기포형 발포체, 소결된 금속 필터 등이 존재한다. 그러나, 하기에서 기술되는 세라믹 벽 유동형 필터가 가장 많은 관심을 받고 있다. 이러한 필터들은 디젤 배기물로부터 미립자 물질을 90% 초과하게 제거할 수 있다. 필터는 배기물로부터 입자를 제거하기 위한 물리적 구조물이고, 축적되는 입자들은 필터로부터 엔진으로의 배압을 증가시킬 것이다. 따라서 허용되는 배압을 유지하기 위해서 축적되는 입자들을 연속적으로 또는 주기적으로 필터로부터 연소 제거해야 한다.
선택적 촉매 환원(SCR) 촉매로써 코팅된 필터가, CO, HC, NOx 및 미립자 물질을 위한 차세대 디젤 배출물 제어 시스템의 크기 및 비용의 감소를 위해 고려될 수 있다. SCR 공정에서, NOx는, 전형적으로 비금속으로 이루어진 촉매 상에서, 암모니아(NH3)로써 환원되어 질소(N2)가 된다. SCR 촉매를 높은 다공도의 필터 기재에 적용하는 것은 여과 효율 및 NOx 전환율을 유지하면서 시스템 크기를 줄이는 것을 허용하였다. 큰 평균 기공 크기(20 ㎛ 이상) 및 좁은 기공 크기 분포를 갖는 높은 다공도의 필터는 가장 좋은 촉매 활용도 및 가장 낮은 배압 증가율을 허용하기 때문에 유리한 것으로 보였다.
NOx의 SCR을 촉진하는 촉매를 함유하는 촉매 벽 유동형 필터(Catalyzed wall flow filter)는 두 가지의 작용인 배기 스트림의 미립자 성분을 제거하는 작용 및 배기 스트림의 NOx 성분을 N2로 전환시키는 작용을 갖는 것으로 생각된다. NOx 감소라는 목적을 달성할 수 있는 SCR-코팅된 벽 유동형 필터는 차량에서의 통상적인 공간적 제한 하에서 벽 유동형 필터 상의 SCR 촉매 조성물의 충분한 담지량을 필요로 한다. 배기 스트림의 특정한 유해 성분 또는 고온에의 노출을 통해 시간 경과에 따라 일어나는 조성물의 촉매 효과의 점진적인 손실은 SCR 촉매 조성물의 보다 높은 촉매 담지량의 필요성을 증가시킨다. 그러나, 보다 높은 촉매 담지량을 갖는 코팅된 벽 유동형 필터의 제조는 배기 시스템 내에서 허용되지 않게 높은 배압을 초래할 수 있다. 배압의 증가는 연료 효율에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
벽 유동형 필터의 코팅에서 고려되는 추가의 측면은 적당한 SCR 촉매 조성물의 선택이다. 첫째로, 촉매 조성물은 심지어는 필터 재생의 특징인 보다 높은 온도에 오랫동안 노출된 후에라도 SCR 촉매 활성을 유지하도록 열적으로 내구성이어야 한다. 예를 들어, 미립자 물질의 매연 분획의 연소는 종종 700℃ 이상을 넘는 온도를 초래한다. 이러한 온도는 바나듐과 티타늄의 혼합된 산화물과 같은 많은 통상적으로 사용되는 SCR 촉매 조성물을 덜 촉매 효과적으로 만든다. 둘째로, SCR 촉매 조성물은 바람직하게는 차량이 작동되는 가변적인 온도 범위를 수용할 수 있도록 충분히 넓은 작동 온도 범위를 갖는다. 300℃ 미만의 온도가, 전형적으로, 예를 들어, 저 부하량의 조건 또는 시동 시에, 직면된다. SCR 촉매 조성물은 바람직하게는, 심지어는 보다 낮은 배기 온도에서도, 특히 SCR 촉매가 벽 유동형 필터와 같은 필터 기재 상에 위치된 경우에, NOx의 감소라는 목표를 달성하도록 배기물의 NOx 성분의 환원을 촉진할 수 있다. 일반적으로 SCR 촉매는 높은 열수 안정성과 함께 높은 고유 활성(specific activity)을 가져야 한다.
유로(Euro) 6 배출물 규제의 경우, 미립자 배출물은 입자 질량을 기준으로 하기보다는 입자수를 기준으로 측정될 것이다. 미립자 물질 배출물에 대한 입자수 계수로의 움직임은 배출물에 대한 보다 엄격한 규제로 보여진다. 큰 평균 기공 크기와 높은 다공도의 필터는 입자수를 기준으로 하는 여과 효율 측정에서는 유리하지 않으며, 새로운 규제를 충족시키기 위해서 보다 작은 평균 기공 크기의 필터로의 움직임이 있었다. 그러나, 상기에서 언급된 바와 같이, 보다 작은 평균 기공 크기 필터 물질은 선택적 촉매 환원 필터(SCRF) 응용분야에서는 유리하지 않다. 따라서, 높은 SCR 촉매 담지량을 위해 필요한 높은 기공 부피 및 기공 접근성을 유지하면서 큰 평균 기공 크기와 높은 다공도의 필터의 여과 효율을 증가시킬 필요가 있다.
<발명의 개요>
본 발명의 측면은 배기 기체 스트림의 처리를 위한 촉매 시스템, 및 이러한 기체의 처리를 위한 촉매의 제조 방법을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같은, "촉매 시스템"이라는 용어는 하나의 기재 또는 하나 초과의 개별적인 기재 상에서의 둘 이상의 화학적 촉매 작용을 포함할 것이다.
본 발명의 제1 실시양태는 벽 유동형 필터, 제1 SCR 촉매 물질 및 제2 SCR 촉매 물질을 포함하는 촉매 물품에 관한 것이다. 벽 유동형 필터는 유입 단부, 유출 단부, 교대되는 유입 채널과 유출 채널, 및 유출 채널로부터 유입 채널을 분리하는 다공성 벽을 갖는다. 유입 채널은 유출 단부에 플러그를 갖고 유출 채널은 유입 단부에 플러그를 갖는다. 다공성 벽은 평균 기공 직경 및 기공 크기 분포를 갖는다. 제1 SCR 촉매 물질은 다공성 벽 내에 제1 담지량으로 매립된다. 제1 SCR 촉매 물질은 제1 평균 입자 크기 및 제1 입자 크기 분포를 갖는다. 제2 SCR 촉매 물질은 다공성 벽의 표면 상에 제2 담지량으로 매립된다. 제2 SCR 촉매 물질은 제2 평균 입자 크기 및 제2 입자 크기 분포를 갖는다. 제1 SCR 촉매 물질 및 제2 SCR 촉매 물질의 둘 다는 첨가된 백금족 금속 성분을 함유하지 않는다.
제2 실시양태에서, 제2 SCR 촉매는 벽 유동형 필터의 유입 채널 상에 존재한다. 몇몇 실시양태에 따르면, 제2 평균 입자 크기는 제1 평균 입자 크기보다 크다.
제3 실시양태에서, 제1 실시양태 및 제2 실시양태는, 제1 촉매 물질 및 제2 촉매 물질이 동일하도록 변형될 수 있다. 제4 실시양태에서, 제1 실시양태 및 제2 실시양태는, 제1 촉매 물질 및 제2 촉매 물질이 상이하도록 변형될 수 있다.
제5 실시양태에서, 제1 실시양태 및 제2 실시양태는, 제1 담지량과 제2 담지량이 동일하도록 변형될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 담지량과 제2 담지량은 상이하다.
제6 실시양태에서, 제1 실시양태 및 제2 실시양태와 제5 실시양태는, 제2 평균 입자 크기가 필터의 여과 효율을 증가시키도록 선택되도록 변형될 수 있다. 제7 실시양태에서, 제1 실시양태, 제2 실시양태, 제5 실시양태 및 제6 실시양태는, 유입 채널과 인접한 촉매 다공성 벽(catalyzed porous wall)의 표면에서의 다공도가 벽 내에서의 다공도보다 더 낮도록 변형될 수 있다.
제8 실시양태에서, 제1 실시양태, 제2 실시양태, 제5 실시양태, 제6 실시양태 및 제7 실시양태는, 제1 SCR D90에 대한 평균 기공 직경의 비가 약 0.5 내지 약 50의 범위, 더욱 특히는 약 1.5 내지 약 15의 범위이도록 변형될 수 있다. 제9 실시양태에서, 제1 실시양태, 제2 실시양태, 제5 실시양태, 제6 실시양태, 제7 실시양태 및 제8 실시양태는, 제2 SCR 조성물 입자 크기 D90에 대한 평균 기공 직경의 비가 약 0.05 내지 약 5의 범위, 더욱 특히는 약 0.2 내지 약 0.75의 범위이도록 변형될 수 있다.
본 발명의 추가의 측면은 제1 실시양태 내지 제9 실시양태에 따른 촉매 매연 필터의 제조 방법에 관한 것이다. 제10 실시양태에서, 제1 SCR 촉매, 제1 슬러리 고체 담지량, 제1 평균 입자 크기, 제1 입자 크기 분포 및 제1 점도를 갖는 제1 SCR 촉매 슬러리를 제조한다. 제1 SCR 촉매 슬러리는 백금족 금속을 실질적으로 갖지 않는다. 벽 유동형 필터 기재를 제1 SCR 촉매 슬러리로써 코팅한다. 기재는 유입 단부, 유출 단부, 유입 채널, 유출 채널, 및 유입 채널을 유출 채널로부터 분리하는 다공성 벽을 갖고, 유입 채널은 유출 단부에 플러그를 갖고, 유출 채널은 유입 단부에 플러그를 갖고, 제1 SCR 촉매 슬러리는 기재의 다공성 벽에 침투하고, 다공성 벽은 평균 기공 크기를 갖는다. 제2 SCR 촉매, 제2 슬러리 고체 담지량, 제2 평균 입자 크기, 제2 입자 크기 분포 및 제2 점도를 갖는 제2 SCR 촉매 슬러리를 제조하고, 제2 SCR 촉매 슬러리는 백금족 금속을 실질적으로 갖지 않는다. 기재를, 제2 SCR 촉매가 유입 채널에 인접한 기재의 다공성 벽의 표면에 적용되도록, 제2 SCR 촉매 슬러리로써 코팅한다.
제11 실시양태에서, 제10 실시양태는, 제2 SCR 촉매 슬러리가 제1 SCR 촉매 슬러리와 동일하도록 변형될 수 있다. 제12 실시양태에서, 제10 실시양태는, 제2 점도가 제1 점도보다 크도록 변형될 수 있다. 제13 실시양태에서, 제10 실시양태 및 제12 실시양태는, 제2 평균 입자 크기가 제1 평균 입자 크기보다 크도록 변형될 수 있다. 제14 실시양태에서, 제10 실시양태, 제12 실시양태 및 제13 실시양태는, 제2 슬러리 고체 담지량이 제1 슬러리 고체 담지량보다 크도록 변형될 수 있다.
제15 실시양태에서, 제10 실시양태 내지 제14 실시양태에 따른 방법은, 제1 SCR 촉매 슬러리 및 제2 SCR 촉매 슬러리 중 하나 또는 둘 다로써 기재를 코팅한 후에 기재를 하소시킴을 포함하도록 변형될 수 있다.
제16 실시양태에서, 제10 실시양태 내지 제15 실시양태의 방법은, 제1 SCR 촉매 슬러리의 제조 방법이, 슬러리를 분쇄하여 제1 평균 입자 크기 및 제1 입자 크기 분포를 감소시킴을 추가로 포함하고/하거나, 제2 SCR 촉매 슬러리의 제조 방법이, 슬러리를 분쇄하여 제2 평균 입자 크기 및 제2 입자 크기 분포를 감소시킴을 추가로 포함하도록 변형될 수 있다.
제17 실시양태에 따르면, 디젤 엔진으로부터 나온 배기 기체 스트림을 처리하는 방법은 배기 기체를 제1 실시양태 내지 제10 실시양태와 관련하여 상기에서 기술된 임의의 실시양태의 촉매 물품, 또는 제11 실시양태 내지 제16 실시양태의 방법에 따라 제조된 매연 필터를 통해 통과시킴을 포함한다.
제18 실시양태에서, 배기 기체 처리 시스템은 제1 실시양태 내지 제10 실시양태와 관련하여 상기에서 기술된 임의의 실시양태의 촉매 물품, 또는 제11 실시양태 내지 제16 실시양태의 방법에 따라 제조된 매연 필터를 포함한다.
하기 도면은 본 발명의 실시양태를 도시한다. 도면은 축척에 맞도록 의도된 것은 아니며 모노리스 채널과 같은 특정한 양태는 본 발명의 실시양태에 따른 양태를 보여주기 위해 확대될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 제1 촉매 담지량 및 제2 촉매 담지량을 보여주는 벽 유동형 모노리스 다공성 벽의 부분 횡단면도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 벽 유동형 모노리스의 횡단면을 보여준다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 벽 유동형 모노리스의 투시도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 엔진 배출물 처리 시스템의 개요도이다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 엔진 배출물 처리 시스템의 개요도이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 엔진 배출물 처리 시스템의 개요도이다.
<상세한 설명>
본 발명의 여러 예시적인 실시양태를 기술하기 전에, 본 발명은 하기 설명에서 제공된 구성 또는 공정 단계의 세부사항으로만 제한되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 기타 실시양태일 수 있고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 문맥에서 달리 명백하게 지시되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "촉매"라는 언급에는 둘 이상의 촉매들의 혼합물 등도 포함된다. 본원에서 사용된 바와 같은, "저감하다"라는 용어는 양을 감소시킴을 의미하고, "저감"은 임의의 수단에 의해 초래된 양의 감소를 의미한다. "배기 스트림" 및 "엔진 배기 스트림"이라는 용어가 본원에서 출현하는 경우, 이것은 엔진에서 나온 유출물 뿐만 아니라 디젤 산화 촉매 및/또는 매연 필터를 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아닌 하나 이상의 기타 촉매 시스템 성분의 유출 다운스트림을 지칭하는 것이다.
하기 용어는, 본 출원의 목적을 위해, 하기에 제공된 각각의 의미를 가질 것이다.
"백금족 금속 성분"은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 이리듐 및 오스뮴 또는 이것들의 산화물 중 하나를 지칭한다.
"슬러리 고체 담지량"은, 하소 시의 중량 손실분에 의해 측정된 바와 같은, 슬러리 덩어리 내의 고체의 중량%를 지칭한다.
촉매 "담지량"은 기재 또는 기재의 일부 상의 촉매의 중량을 지칭한다. 예를 들어, 기재의 다공성 벽 내의 제1 촉매의 담지량은 제1 촉매 담지량이다.
"유체 소통(flow communication)"은 배기 기체 또는 기타 유체가 성분들 및/또는 도관들 사이에서 유동할 수 있도록 성분들 및/또는 도관들이 인접함을 의미한다.
"다운스트림"은 이전의 성분보다 엔진으로부터 더 먼 경로에 있는 배기 기체 스트림 내의 한 성분의 위치를 지칭한다. 예를 들어, 디젤 입자 필터가 디젤 산화 촉매로부터 다운스트림으로서 지칭될 때, 엔진으로부터 발생한 배기 도관 내의 배기 기체는 디젤 입자 필터를 통해 유동하기 전에 디젤 산화 촉매를 통해 유동한다. 따라서, "업스트림"은 또 다른 성분보다 엔진에 보다 가깝게 위치한 성분을 지칭한다.
"실질적으로 모든"이라는 언급은 약 95 중량% 초과를 지칭한다. 보다 특정한 실시양태에서, "실질적으로 모든"은 약 99 중량% 초과를 지칭한다. 즉, 실질적으로 모든 SCR 촉매가 벽의 유출 부분 내에 존재할 때는, 벽의 유입 부분 내에는 SCR 촉매가 의도적으로 분배되지 않는다.
"횡단면에서 실질적으로 균일한 다공도"라는 언급은 벽의 횡단면 전체에 걸쳐 기공크기 및 분포가 유사한 다공도를 지칭한다. 예를 들어, 횡단면에서 실질적으로 균일한 다공도는 벽 횡단면을 통한 기공크기가 의도적으로 변하는 벽 구조, 예를 들어 유출 표면에 인접한 기공에 비해 유입 표면에 인접한 기공이 더 큰 벽 구조를 포함하지 않는다.
"SCR 작용"이라는 용어는 본원에서는 화학양론적 식 1에 의해 기술되는 화학 과정을 지칭하는데 사용될 것이다.
Figure 112012100363145-pct00001
식 1
더욱 일반적으로는 이것은 NOx와 NH3가 화합하여 바람직하게는 N2를 생성하는 임의의 화학 과정을 지칭할 것이다. "SCR 조성물"이라는 용어는 SCR 작용을 촉진하는데 효과적인 물질 조성물을 지칭한다.
높은 기공부피 및 기공 접근성을 유지하면서, 큰 평균 기공 크기 및 높은 다공도의 필터의 여과 효율을 증가시키는 한 방법은, 필터의 유입 채널 내의 채널 벽 상에 SCR 촉매층을 첨가하는 것이다. 임의의 특정한 작동 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 이러한 첨가된 층은 필터의 매연 담지 동안에 매연 케이크를 보다 빨리 형성하는 것을 도와서, 시험 사이클 동안에 필터의 효율을 증가시킬 것이라고 생각된다. 이러한 추가의 SCR 촉매층은, 이미 많은 SCR 촉매가 필터 벽 내에 담지된 후에, 유입 채널 상에 코팅될 수 있다. 평균 입자 크기 및 입자 크기 분포의 조정을 통해, 추가적인 촉매 코팅이 과도한 배압 증가 없이 여과 효율을 증가시킬 수 있다. 층은 매연 케이크가 형성되기 전에 매연이 벽 내로 들어가는 것을 방지할 수 있기 때문에 매연 담지된 배압을 감소시키는 추가의 이점을 갖는다. 본 발명의 실시양태는 유로 6 규제에 의해 요구되는 입자수-기준 여과 효율을 달성하면서도 SCRF를 위해 유리한 큰 평균 입자 크기와 높은 다공도를 갖는 필터 기재의 사용을 허용한다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 필터, 제1 SCR 촉매 (14) 물질 및 제2 SCR 촉매 (16) 물질을 포함하는 촉매작용적 물품 (30)에 관한 것이다.
도 1은 필터 기재의 다공성 벽 (53)의 부분 횡단면도를 보여준다. 특정한 실시양태에서, 필터는 다공성 벽 (53), 유입 단부 (54) 및 유출 단부 (56)을 갖는 벽 유동형 필터이다. 제1 SCR 촉매 (14) 물질은 다공성 벽 (53) 내에 파묻혀 있다. 제2 SCR 촉매 (16) 물질은 다공성 벽의 표면 (13) 상에 존재한다. 특정한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 (14)와 제2 SCR 촉매 (16) 둘 다는 백금족 금속 성분을 실질적으로 갖지 않는다.
도 1은 기재의 다공성 벽 (53)의 한 면 상에 코팅된 제2 SCR 촉매 (16)을 보여준다. 한 면은, 촉매 물품의 제조 방식에 따라, 다공성 벽 (53)의 유입면 또는 유출면일 수 있다. 특정한 실시양태에서, 배기 기체 스트림이 제1 SCR 촉매 (14)와 직면하기 전에 제2 SCR 촉매 (16)와 직면하도록, 제2 SCR 촉매 (16)은 다공성 벽 (53)의 유입면 상에 코팅된다. 상세한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 (16)은 다공성 벽 (53)의 유입면과 유출면 둘 다 상에 코팅된다. 몇몇 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 (16)은 다공성 벽 (53)의 유출면 상에 코팅된다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된 바와 같은, "백금족 금속 성분을 실질적으로 갖지 않는"이라는 용어는 백금족 금속 성분이 SCR 촉매 물질의 약 5 중량% 초과의 양으로 의도적으로 첨가되지 않음을 의미한다. 보다 특정한 실시양태에서, "백금족 금속 성분을 실질적으로 갖지 않는"이라는 용어는 백금족 금속 성분이 SCR 촉매 물질의 약 1 중량% 미만을 구성함을 의미한다.
상세한 실시양태에서, 벽 유동형 필터는 실질적으로 균일한 평균 기공 크기를 갖는다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된 바와 같은, "실질적으로 균일한 평균 기공 크기"라는 용어는 벽을 가로질러 분포하는 평균 기공 크기가 10배 초과 만큼 변하지 않음을 의미한다. 특정한 실시양태에서, 벽 유동형 필터는 약 3 ㎛ 내지 약 35 ㎛의 범위의 평균 기공 크기를 갖는다. 기타 상세한 실시양태에서, 평균 기공 크기는 약 5 ㎛ 내지 약 30 ㎛의 범위, 또는 약 10 ㎛ 내지 약 25 ㎛의 범위이다. 몇몇 상세한 실시양태에서, 평균 기공 크기는 약 1 ㎛, 2 ㎛, 3 ㎛, 4 ㎛, 5 ㎛, 6 ㎛, 7㎛, 8 ㎛, 9 ㎛, 10 ㎛, 11 ㎛, 12 ㎛, 13 ㎛, 14 ㎛ 또는 15 ㎛ 초과이다. 몇몇 상세한 실시양태에서, 평균 기공 크기는 약 40 ㎛, 39 ㎛, 38 ㎛, 37 ㎛, 36 ㎛, 35 ㎛, 34 ㎛, 33 ㎛, 32 ㎛, 31 ㎛, 30 ㎛, 29 ㎛, 28 ㎛, 27 ㎛, 26 ㎛ 또는 25 ㎛ 미만이다. 특정한 실시양태에서, 평균 기공 크기는 필터 벽의 유입면 상에의 매연의 축적을 허용하기에 효과적이다. 몇몇 특정한 실시양태에서, 평균 기공 크기는 몇몇 매연이 다공성 벽의 유입 표면 상의 기공으로 들어가는 것을 허용하기에 효과적이다.
제2 SCR 촉매 (16)은 유입 통로 및/또는 유출 통로의 벽에 적용될 수 있다. 특정한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 (16)은 유입 통로의 벽에만 코팅된다. 몇몇 물질은 벽을 통해 확산되어 유출 통로의 벽 상에 머무를 수 있지만, 그 양은 무시할만해야 한다.
제1 SCR 촉매 (14) 및 제2 SCR 촉매 (16)은 벽 유동형 필터 (30)의 전체 길이 또는 부분 길이에 적용될 수 있다. 상세한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 (16)은 벽 유동형 필터 (30)의 유입 단부 (54) 상에 존재한다. 특정한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 (16)은 벽 유동형 필터 (30)의 부분 길이를 코팅한다. 부분 길이는 벽 유동형 필터 (30)의 축 길이의 약 5 내지 약 95%의 범위, 또는 길이의 약 25 내지 약 75%의 범위, 또는 길이의 약 50%일 수 있다.
제1 SCR 촉매 (14)와 제2 SCR 촉매 (16) 둘 다는 평균 입자 크기 및 입자 크기 분포를 포함하는 물리적 성질을 갖는다. 제1 SCR 촉매 (14)의 평균 입자 크기는 다공성 벽 (53)의 평균 기공 직경보다 더 작아서, 제1 SCR 촉매 (14)가 다공성 벽 (53)에 들어가는 것이 허용된다. 상세한 실시양태에서 제2 SCR 촉매 (16)의 평균 입자 크기는 제1 SCR 촉매 (14)의 평균 입자 크기보다 더 크다. 특정한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 (16)의 평균 입자 크기는 다공성 벽 (53)의 평균 기공 직경보다 커서, 제2 SCR 촉매 (16)이 다공성 벽에 들어가서 그 표면 상에 머무르는 것이 방지된다. 보다 특정한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 (16)의 평균 입자 크기는 필터의 여과 효율을 증가시키도록 선택된다.
입자 크기 분포는 특정한%의 입자가 존재하는 입자 크기의 범위를 나타낸다. 입자 크기 분포의 형상은 SCR 조성물의 가공에 따라 달라질 수 있다. 입자 크기 분포의 형상은 제한되어 있지 않고, 대칭적 및 비대칭적 분포를 포함하여, 임의의 적합한 형상일 수 있다. 상세한 실시양태에서, 제1 SCR 조성물 입자 크기 D90에 대한 평균 기공 직경의 비는 약 0.5 내지 약 50의 범위이다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된 바와 같은, "D90"이라는 용어는 입자의 90%가 그 값과 동일하거나 보다 작은 입자 크기를 갖도록 하는 입자 크기 분포의 값을 지칭한다. 특정한 실시양태에서, 제1 SCR 조성물 입자 크기 D90에 대한 다공성 벽의 평균 기공 직경의 비는 약 1.5 내지 약 15의 범위이다. 다양한 실시양태에서, 제1 SCR 조성물 입자 크기 D90에 대한 평균 기공 직경의 비는 약 0.5, 1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 7.5, 10, 12.5 또는 15 초과이다.
임의의 적합한 촉매 물질이 사용될 수 있고, 본 발명의 실시양태는 임의의 특정한 촉매 물질로만 제한되는 것은 아니다. 또한, 제1 SCR 촉매 (14) 물질은 제2 SCR 촉매 (16) 물질과 동일할 수 있다. 상세한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 (14) 물질은 제2 SCR 촉매 (16) 물질과 상이하다. 특정한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 (14) 물질과 제2 SCR 촉매 (16) 물질 중 하나 또는 둘 다는 둘 이상의 적합한 촉매들의 혼합물을 포함한다. 제1 SCR 촉매 물질 및 제2 SCR 촉매 물질을 포함하는 혼합물은 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 (14)는 제2 SCR 촉매 (16) 담지량과 대략 동일한 부피 담지량을 갖는다. 상세한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 (14) 담지량과 제2 SCR 촉매 (16) 담지량은 상이하다. 다양한 실시양태에서, 제1 담지량은 제2 SCR 촉매 담지량보다 더 크거나, 동일하거나, 더 작을 수 있다.
기재
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 촉매를 위한 기재는 자동차 촉매를 제조하는데 전형적으로 사용되는 임의의 물질일 수 있고, 전형적으로 금속 또는 세라믹 벽 유동형 필터 구조물을 포함할 것이다. 특정한 실시양태에서, 필터는 벽 유동형 필터("벽 유동형 모노리스"라고도 지칭됨)이다. 도 2 및 도 3은 다수의 종방향으로 연장된 통로 (52)를 갖는 벽 유동형 필터 (30)를 도시한다. 통로들은 필터 기재의 내벽 (53)에 의해 관상으로 둘러싸여져 있다. 기재는 유입 단부 (54)와 유출 단부 (56)를 갖는다. 교대되는 통로들은 유입 단부에서 유입 단부 플러그 (58)로써 막혀있고, 유출 단부에서 유출 단부 플러그 (60)로써 막혀 있어서 유입 단부 (54)와 유출 단부 (56)에서 반대되는 서양장기판 패턴을 형성한다. 기체 스트림 (62)은 막히지 않은 채널 유입 단부 (64)를 통해 들어가서 유출 단부 플러그 (60)에 의해 정지되고 채널 벽 (53)(다공성임)을 통해 유출면 (66)까지 확산된다. 기체는 유입 단부 플러그 (58) 때문에 벽의 유입면으로 되돌아갈 수 없다.
벽 유동형 필터 (30)의 다공성 벽 (53)은 균일하거나 구배를 가질 수 있다. 특정한 실시양태에서, 벽 유동형 필터 (30)는 횡단면에서 실질적으로 균일한 다공도를 갖는다. 몇몇 특정한 실시양태에서, 다공성 벽 (53)의 표면에서의 다공도는 필터 벽 (53) 내에서의 다공도보다 더 낮다. 다공도는 특정 실시양태에서 증가할 수 있는데, 여기서 다공성 벽의 유입면에서의 다공도는 다공성 벽의 유출면에서의 다공도보다 더 낮다. 또한, 기공크기가 다공성 벽의 유입면으로부터 유출면으로 감소하도록 구배가 역전될 수 있다.
세라믹 기재는 임의의 적합한 내화성 물질, 예를 들어 근청석, 근청석-α 알루미나, 질화규소, 지르콘 뮬라이트, 유휘석, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 규산염, 규선석, 규산마그네슘, 지르콘, 페탈라이트, α 알루미나, 알루미노실리케이트 등으로 만들어질 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 모노리스 기재는 세라믹 발포체 또는 금속 발포체의 형태로 존재한다. 발포체 형태의 모노리스 기재는 잘 공지되어 있고, 예를 들어 본원에 참고로 포함된 미국 특허 3,111,396 및 문헌 [SAE Technical Paper 971032, entitled "A New Catalyst Support Structure For Automotive Catalytic Converters"(February 1997)]을 참고하도록 한다.
SCR 조성물
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, SCR 작용을 촉진하기에 효과적인 성분(본원에서는 "SCR 성분"이라고 지칭됨)이 NOx 저감 촉매 조성물의 일부로서 코팅에서 사용된다. 전형적으로, SCR 성분은 코팅 내에 기타 성분을 포함하는 조성물의 일부이다. 그러나, 하나 이상의 실시양태에서, NOx 저감 촉매 조성물은 SCR 성분만을 포함할 수 있다. 특정한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매와 제2 SCR 촉매 둘 다는 백금족 금속 성분을 실질적으로 갖지 않는다. 본원에서 논의된 다양한 SCR 조성물은 제1 SCR 촉매 및/또는 제2 SCR 촉매를 위해 개별적으로 또는 조합으로서 사용될 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 본 발명에서는, 미공질 무기 골격체(framework) 또는 분자체로 이루어지고, 원소주기율표의 VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB 또는 IIB 족 중 하나로부터 유래된 금속이 분자체의 외부 표면 상의 골격체 외의 부위 상에 또는 채널, 공동, 또는 케이지 내에 침착된, SCR 성분이 사용된다. 금속은 영가 금속 원자 또는 클러스터, 단리된 양이온, 단핵성 또는 다핵성 옥시양이온, 또는 확장된(extended) 금속 산화물을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아닌 여러 형태들 중 하나를 가질 수 있다. 특정한 실시양태에서, 금속은 철, 구리, 및 이것들의 혼합물 또는 조합을 포함한다.
특정한 실시양태에서, SCR 성분은 약 0.10 중량% 내지 약 10 중량%의 범위의, 분자체의 외부 표면 상의 골격체 외의 부위 상에 또는 채널, 공동 또는 케이지 내에 위치한 VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB 또는 IIB 족 금속을 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 골격체 외의 금속은 약 0.2 중량% 내지 약 5 중량%의 범위의 양으로 존재한다.
미공질 무기 골격체는 인터내셔널 제올라이트 어소시에이션(International Zeolite Association(IZA))에 의해 출판된 문헌 [Database of Zeolite Structures]에 열거된 골격체 구조 중 임의의 하나를 갖는 미공질 알루미노실리케이트 또는 제올라이트로 이루어질 수 있다. 골격체 구조는 CHA, FAU, BEA, MFI, MOR 유형의 것을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 이러한 구조를 갖는 제올라이트의 비-제한적 예는 카바자이트, 파우자사이트, 제올라이트 Y, 초안정(ultrastable) 제올라이트 Y, 베타 제올라이트, 모르데나이트, 실리칼라이트, 제올라이트 X, 및 ZSM-5를 포함한다. 몇몇 실시양태에서는 약 5 이상, 바람직하게는 약 20 이상의, 약 10 내지 200의 유용한 범위의 실리카/알루미나 몰비(SiO2/Al2O3로서 정의되고 SAR로서 축약됨)를 갖는 알루미노실리케이트 제올라이트가 사용된다.
특정 실시양태에서, SCR 성분은, CHA 결정 골격체 유형, 약 15 초과의 SAR, 및 약 0.2 중량%를 초과하는 구리 함량을 갖는 알루미노실리케이트 분자체를 포함한다. 보다 특정한 실시양태에서, SAR은 약 10 이상이고, 구리 함량은 약 0.2 중량% 내지 약 5 중량%이다. CHA 구조를 갖는 제올라이트는 천연 카바자이트, SSZ-13, LZ-218, 린데(Linde) D, 린데 R, 파이(Phi), ZK-14, 및 ZYT-6을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 기타 적합한 제올라이트는, 그 전문이 본원이 참고로 포함된, PCT 국제공개 제WO2008/106519호로서 공개된, 발명의 명칭이 "구리 CHA 제올라이트 촉매(Copper CHA Zeolite Catalysts)"인, 미국 특허 7601662에도 기술되어 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 비-제올라이트 분자체를 포함하는 SCR 조성물이 제공된다. 본원에서 사용된 바와 같은, "비-제올라이트 분자체"라는 용어는, 사면체 자리의 적어도 일부가 규소 또는 알루미늄 외의 원소에 의해 점유된, 모서리를 공유하는 사면체 골격체를 지칭한다. 이러한 분자체의 비-제한적 예는 알루미노포스페이트 및 금속-알루미노포스페이트를 포함하고, 여기서 금속은 규소, 구리, 아연 또는 기타 적합한 금속을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태는 CHA, FAU, MFI, MOR, 및 BEA로부터 선택된 결정 골격체 유형을 갖는 비-제올라이트 분자체를 포함할 수 있다.
비-제올라이트 조성물은 본 발명의 실시양태에 따른 SCR 성분에서 사용될 수 있다. 특정한 비-제한적 예는 실리코알루미노포스페이트 SAPO-34, SAPO-37, SAPO-44를 포함한다. SAPO-34의 합성 형태의 합성은 본원에 참고로 포함된 미국 특허 7,264,789에 기술되어 있다. 카바자이트 구조를 갖는 또 다른 합성 비-제올라이트 분자체인 SAPO-44의 제조 방법은, 본원에 참고로 포함된 미국 특허 6,162,415에 기술되어 있다.
알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 세리아 및 그의 조합과 같은 내화성 금속 산화물 상에 지지된 바나듐으로 이루어진 SCR 조성물은 잘 공지되어 있고 자동차 응용분야에서 상업적으로 널리 사용되고 있다. 전형적인 조성물은 그 전문이 본원에 참고로 포함된 미국 특허 4,010,238 및 4,085,193에 기술되어 있다. 특히 자동차 응용분야에서 상업적으로 사용되는 조성물은 WO3 및 V2O5가 각각 5 내지 20 중량% 및 0.5 내지 6 중량%의 범위의 농도로 분산되어 있는 TIO2를 포함한다. 이러한 촉매는 결합제 및 촉진제로서 작용하는 SiO2 및 ZrO2와 같은 기타 무기 물질을 함유할 수 있다.
일반적으로, SCR 조성물은 조성물의 노화 전에 우수한 저온 NOx 전환 활성(200℃에서 40% 초과의 NOx 전환율)과 우수한 고온 NOx 전환 활성(450℃에서 40% 초과의 NOx 전환율)을 나타내는 것이 바람직하다. 특정한 실시양태에서, SCR 조성물은 조성물의 노화 전에 우수한 저온 NOx 전환 활성(200℃에서 50% 초과의 NOx 전환율)과 우수한 고온 NOx 전환 활성(450℃에서 50% 초과의 NOx 전환율)을 나타낸다. NOx 활성은, 80,000 h-1의 부피-기준 공간속도에서 500 ppm NO와 500 ppm NH3와 10% O2와 5% H2O와 나머지량의 N2의 기체 혼합물에서 정류 상태에서 측정된다.
촉매의 제조 방법
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 촉매 또는 촉매 물품을 2-단계 공정에서 제조할 수 있다. 첫 번째 단계에서는, 특정한 실시양태에서는, 약 100개 채널/in2 내지 1000개 채널/in2의 범위의 치수의 채널을 함유하는, 다공성 벽을 갖는 벌집형 기재인 운반체 기재를 제1 SCR 촉매로써 코팅한다. 기재를 건조시키고 하소시켜 기재의 다공성 벽 내에 제1 SCR 촉매를 고정시킨다. 이어서 기재를 제2 SCR 촉매로써 코팅한다. 기재를 건조시키고 하소시켜 기재의 벽 상에 제2 SCR 촉매를 고정시킨다.
특정한 실시양태에서, 기재는 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터를 포함하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있다. 상세한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 코팅은 기재의 유입 채널의 벽 상에 형성된다. 상세한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 코팅은 유입 채널 및 유출 채널 둘 다의 벽 상에 형성된다.
본 발명의 추가의 실시양태는 촉매 매연 필터의 제조 방법에 관한 것이다. 제1 슬러리 고체 담지량, 및 슬러리가 기재의 다공성 벽에 침투하는 것을 허용하기에 충분한 평균 입자 크기를 갖는 제1 SCR 촉매 슬러리를 제조한다. 제1 SCR 촉매 슬러리가 기재의 다공성 벽에 침투하도록, 기재를 제1 SCR 촉매 슬러리로써 코팅한다. 제2 슬러리 고체 담지량 및 평균 입자 크기를 갖는 제2 SCR 촉매 슬러리를 제조한다. 이어서 제2 SCR 촉매가 기재의 다공성 벽의 표면에 적용되도록, 기재를 제2 SCR 촉매 슬러리로써 코팅할 수 있다. 상세한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 슬러리 및 제2 SCR 촉매 슬러리 중 하나 또는 둘 다를 코팅한 후에, 기재를 하소시킨다.
특정한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 슬러리는 제1 SCR 촉매 슬러리이다. 이로써 다공성 벽에 침투하고 일단 충분한 물질이 기공에 들어가고 나면 다공성 벽을 코팅하는 SCR 촉매 코팅을 갖는 기재가 제공된다.
다공성 벽 내에 및 벽의 표면 상에 SCR 촉매 코팅을 적용하는 것을, 슬러리의 다양한 물리적 매개변수를 변경시킴으로써, 수행할 수 있다. 이러한 성질은 슬러리 점도, 평균 입자 크기 및 슬러리 고체 담지량을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 상세한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 슬러리의 점도는 제1 SCR 촉매 슬러리의 점도보다 더 크거나 더 작다. 특정한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 슬러리의 평균 입자 크기는 제1 SCR 촉매 슬러리의 평균 입자 크기보다 더 크거나 더 작다. 특정한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 슬러리의 슬러리 고체 담지량은 제1 SCR 촉매 슬러리의 슬러리 고체 담지량보다 더 크거나 더 작다.
특정한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 슬러리를 분쇄하여 평균 입자 크기 및 입자 크기 분포를 감소시킨다. 몇몇 실시양태에서, 제2 SCR 촉매 슬러리를 분쇄하여 제2 평균 입자 크기 및 분포를 감소시킨다. 특정한 실시양태의 슬러리를 분쇄하여, D90에 대한 평균 기공 크기의 비가 약 0.5 내지 약 50의 범위가 되도록 제1 입자 크기 분포를 감소시키고, 여기서 D90은 제1 입자 크기 분포의 약 90%를 포함하는 최대입자 크기로서 정의된다.
배출물 처리 시스템
본 발명의 한 측면은 디젤 엔진에 의해 배출된 배기 기체를 처리하기 위한 배출물 처리 시스템에 관한 것이다. 도 4는 미립자 물질, NOx, 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진 (41)을 포함하는 배출물 처리 시스템 (40)의 예시적인 실시양태를 보여준다. 촉매 매연 필터 (45)는 디젤 엔진 (41)의 다운스트림에 위치하고 디젤 엔진 (41)과 유체 소통한다. 촉매 매연 필터 (45)는 기재의 다공성 벽에 침투하는 제1 SCR 촉매 코팅 및 다공성 벽의 표면 상의 제2 SCR 촉매 코팅을 갖는다. 상세한 실시양태에서, 제1 기재 (45)는 벽 유동형 기재이다. 특정한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 및 제2 SCR 촉매는 백금족 금속을 실질적으로 갖지 않는다.
엔진 처리 시스템의 다양한 실시양태는 기타 임의의 촉매 성분 (47)을 포함할 수 있다. 임의의 성분 (47)은 촉매 매연 필터 (45)의 전 및/또는 후에 놓일 수 있다. 적합한 임의의 성분 (47)의 비-제한적 예는 산화 촉매, 환원 촉매, NOx 저장/포집 성분을 포함한다. 처리 시스템의 몇몇 실시양태는 환원제 또는 공기 주입기 (48) 및 계량 장치 (49)를 포함할 수도 있다. 환원제 또는 공기 주입기 (48)은 촉매 매연 필터 (45)의 업스트림에 있는 것으로 도시되어 있지만, 필터 (45)의 다운스트림에 위치할 수도 있다. 도 5는 배출물 처리 시스템 (50)의 특정한 실시양태를 보여준다. 디젤 산화 촉매(DOC) (52)는 엔진 (51)의 다운스트림에 존재하고 엔진 (51)과 유체 소통한다. 본원에서 기술된 바와 같은 촉매 매연 필터 (55)는 DOC의 다운스트림에 존재하고 DOC와 유체 소통한다. 도 6은 배출물 처리 시스템 (60)의 또 다른 특정한 실시양태를 보여준다. 디젤 산화 촉매 (62)는 엔진 (61)의 다운스트림에 존재하고 엔진 (61)과 유체 소통한다. 희박 NOx 트랩(LNT) (63)은 DOC (62)의 다운스트림에 존재하고 DOC (62)와 유체 소통한다. 본원에서 기술된 바와 같은 촉매 매연 필터 (65)는 LNT (63)의 다운스트림에 존재하고 LNT (63)과 유체 소통한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 있는 "하나의 실시양태", "특정한 실시양태", "하나 이상의 실시양태" 또는 "한 실시양태"라는 언급은, 실시양태와 관련하여 기술된 특정한 양태, 구조, 물질, 또는 특징이 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에 있는 "하나 이상의 실시양태에서", "특정한 실시양태에서", "하나의 실시양태에서" 또는 "한 실시양태에서"라는 문구는 반드시 본 발명의 동일한 실시양태를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 양태, 구조, 물질, 또는 특징은 하나 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
비록 본 발명은 본원에서 특정 실시양태와 관련하여 기술되었지만, 이러한 실시양태는 본 발명의 원리 및 응용을 단지 예시하는 것이라는 것을 이해해야 한다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범주에서 벗어나지 않게 본 발명의 방법 및 장치를 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것을 명백하게 알 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그의 동등물의 범주 내에 있는 변형양태 및 변경양태를 포함한다.

Claims (15)

  1. 유입 단부, 유출 단부, 교대되는 유입 채널과 유출 채널, 및 유출 채널로부터 유입 채널을 분리하는 다공성 벽을 가지며, 상기 유입 채널은 유출 단부에 플러그를 갖고 상기 유출 채널은 유입 단부에 플러그를 가지며 상기 다공성 벽은 평균 기공 직경 및 기공 크기 분포를 갖는 것인 벽 유동형 필터;
    다공성 벽 내에 제1 담지량으로 매립되고, 제1 평균 입자 크기 및 제1 입자 크기 분포를 갖는 제1 암모니아 SCR 촉매 물질; 및
    다공성 벽의 표면 상에 제2 담지량으로 존재하고, 제2 평균 입자 크기 및 제2 입자 크기 분포를 갖는 제2 암모니아 SCR 촉매 물질
    을 포함하고,
    여기서 제1 암모니아 SCR 촉매 물질 및 제2 암모니아 SCR 촉매 물질의 둘 다는 백금족 금속 성분을 함유하지 않거나 백금족 금속 성분을 제1 및 제2 암모니아 SCR 촉매 물질의 5 중량% 이하의 양으로 함유하고, 제2 평균 입자 크기가 제1 평균 입자 크기보다 큰 것인
    촉매 물품.
  2. 제1항에 있어서, 제2 암모니아 SCR 촉매 물질이 벽 유동형 필터의 유입 채널 상에 존재하는 것인 촉매 물품.
  3. 제1항에 있어서, 제1 담지량과 제2 담지량이 상이한 촉매 물품.
  4. 제1항에 있어서, 제1 암모니아 SCR 촉매 물질과 제2 암모니아 SCR 촉매 물질이 상이한 것인 촉매 물품.
  5. 제4항에 있어서, 제1 담지량과 제2 담지량이 상이한 촉매 물품.
  6. 제1항에 있어서, 유입 채널에 인접한 촉매 다공성 벽(catalyzed porous wall)의 표면에서의 다공도가 벽 내의 다공도보다 더 작은 것인 촉매 물품.
  7. 제1항에 있어서, 제1 평균 입자 크기 D90에 대한 평균 기공 직경의 비가 0.5 내지 50의 범위인 촉매 물품.
  8. 제7항에 있어서, 제1 평균 입자 크기 D90에 대한 평균 기공 직경의 비가 1.5 내지 15의 범위인 촉매 물품.
  9. 제1항에 있어서, 제2 평균 입자 크기 D90에 대한 평균 기공 직경의 비가 0.05 내지 5의 범위인 촉매 물품.
  10. 제9항에 있어서, 제2 평균 입자 크기 D90에 대한 평균 기공 직경의 비가 0.2 내지 0.75의 범위인 촉매 물품.
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