KR101637259B1 - 산화촉매 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 산화촉매는, 배기라인의 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡착하고 제거하는 질소산화물정화촉매, 상기 배기라인의 다른 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 여과하는 매연여과필터, 및 상기 배기라인의 또 다른 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 산화시키는 산화촉매를 포함하고, 상기 산화촉매는, Pt(백금), Pd(팔라듐), 및 M으로 구성된 촉매성분을 포함하고, 상기 M은 Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, W 중 선택된 하나이다.
따라서, 촉매성분에 포함된 철성분은 황성분과 산화반응하여 다른 촉매성분(Pt, Pd)가 황에 오염되는 것을 방지하고, 알루미나와 반응하여 알루미늄설페이트가 생성되는 것을 방지하고, 내구성을 향상시킨다.
따라서, 촉매성분에 포함된 철성분은 황성분과 산화반응하여 다른 촉매성분(Pt, Pd)가 황에 오염되는 것을 방지하고, 알루미나와 반응하여 알루미늄설페이트가 생성되는 것을 방지하고, 내구성을 향상시킨다.
Description
본 발명은 산화촉매에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키는 산화촉매에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 도중에 형성된 정화촉매(Catalytic converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 방출된다.
한편, 정화촉매에는 촉매성분이 포함되고, 상기 촉매성분이 배기가스에 포함된 유해물질을 정화하는 기능을 하는데, 연료에 포함된 황성분에 의해서 그 기능이 저하(열화)되거나 상실되어, 주기적으로 온도를 상승시켜 황을 제거하는 탈황재생을 실시한다.
그러나, 탈황재생을 실시하면, 그 높은 온도에 의해서 촉매유닛의 내구성이 저하되고, 연료소모가 늘어나는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 황성분에 의한 오염이 적어서, 정화성능이 좋고 내구성이 향상되며, 연료소모를 줄여주는 산화촉매를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 산화촉매는, 배기라인의 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡착하고 제거하는 질소산화물정화촉매, 상기 배기라인의 다른 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 여과하는 매연여과필터, 및 상기 배기라인의 또 다른 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 산화시키는 산화촉매를 포함하고, 상기 산화촉매는, Pt(백금), Pd(팔라듐), 및 M으로 구성된 촉매성분을 포함하고, 상기 M은 Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, W 중 선택된 하나이다.
상기 Pt(백금), Pd(팔라듐), 및 M은 x:y:z의 질량비율을 갖고, x는 0내지1의 범위이고, y는 0.01내지1의 범위이며, z는 0.01내지1의 범위이다.
촉매성분은 Pt, Pd, 및 Fe로 구성되고, 각 성분의 질량비는 4(Pt):1(Pd):10(Fe)이다.
상기 촉매성분은 알루미나(Al2O3)에 담지되고, 섭씨 700도 내지 900도의 범위에서 소성되어 형성된다.
상기 촉매성분 중 Pt와 Pd는 전체촉매에 대한 질량비율이 1%이고, 상기 Fe는 전체촉매에 대한 질량비율이 2%이다.
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 산화촉매에서, 촉매성분에 포함된 철성분은 황성분과 산화반응하여 다른 촉매성분(Pt, Pd)가 황에 오염되는 것을 방지하고, 알루미나와 반응하여 알루미늄설페이트가 생성되는 것을 방지하고, 내구성을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 구비되는 산화촉매의 제조 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산화촉매의 촉매성분에 조합에 따른 정화성능을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산화촉매의 특정 촉매성분에 따른 정화성능을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 구비되는 산화촉매의 제조 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산화촉매의 촉매성분에 조합에 따른 정화성능을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산화촉매의 특정 촉매성분에 따른 정화성능을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템은 엔진(100), 산화촉매(110), 매연필터(120), 및 질소산화물정화촉매(130)를 포함한다.
상기 산화촉매(110)는 상기 엔진(100)에서 배출된 배기가스에 포함된 탄화수소와 일산화탄소를 산화/환원시켜 제거하고, 상기 매연필터(120)는 배기가스에 포함된 입자상물질을 여과하고 제거한다.
상기 질소산화물정화촉매(130)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 산소가 농후한 조건에서 흡착하고, 산소가 적은 조건에서 탈착 환원하여 제거한다.
한편, 상기 산화촉매(110)는 배기가스에 포함된 황성분에 의해서 오염되고, 이 오염됨 황성분에 의해서 성능이 저하된다. 아울러, 부착된 황성분을 제거하기 위해서 추가적으로 연료를 분사해서 탈황작업을 실시하여 연료의 소모가 증가한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 산화촉매(110)가 황성분에 의해서 오염되는 것을 방지하기 위해서, 팔라듐(Pd), 플래티넘(Pt), 및 철(Fe)로 구성한다.
상기 산화촉매(110)는 알루미나, 세리아, 지르코니아, 제올라이트 중 선택된 하나 이상의 성분으로 구성되는 담지체에, 촉매성분을 담지한 것으로, 상기 촉매성분은, 귀금속으로써 팔라듐과 플래티넘을 포함하고, 전이금속으로써 코발트(Co), 크롬(Cr), 구리(Cu), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 및 텅스텐(W)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 구비되는 산화촉매의 제조 순서도이다.
도 2를 참조하면, 상기 산화촉매(110)를 제조하는 방법은 촉매원료를 준비하는 단계(S300), 원료를 용해하는 단계(S310), 담체를 준비하는 단계(S320), 촉매성분을 담지하는 단계(S330), 촉매를 건조하는 단계(S340), 및 촉매를 소성(가열)하는 단계(S350)를 포함한다.
상기 산화촉매(110)의 원료는 백금, 팔라듐, 및 철의 전구체로서 헥사클로로플래티네이트(H2PtCl6), 팔라듐클로라이드(PdCl2), 및 질산철(Fe(NO3)3)을 사용하여, 백금, 팔라듐, 및 철의 합금을 형성하고, 이를 증류수에 용해/혼합시킨다.
설정된 시간(약 1시간) 동안 교반한 후, 알루미나 담체 위에 초기 함침법으로 고르게 담지시킨다.
백금과 팔라듐은 전체촉매(워시코트)의 질량비율로 1%를 차지하고 있고, 백금과 팔라듐은 질량비로써, 0대1, 4대1, 1대4, 및 1대0 등으로 다양하게 변형되어 제조될 수 있다. 본 실시예에서, 백금과 팔라듐의 질량비는 4대1을 갖는 것이 바람직하다.
촉매가 담지된 상기 산화촉매(110)를 섭씨 100도 분위기에서 24시간 건조시키고, 다시 5 oC/min의 속도로 섭씨 500도까지 승온시킨 후, 3시간 동안 공기분위기에서 열처리한 다음 천천히 냉각시킨다.
이렇게 제조된 상기 산화촉매(110)를 실험조건(차량 배기가스 온도)에 맞게 5 oC/min의 속도로 섭씨 300도까지 승온시킨 후, 3시간 동안 수소분위기에서 열처리하여 환원시킨다.
아울러, 상기 산화촉매(110)를 가혹한 조건에서 열화시키기 위해 섭씨 750 공기분위기에서 24시간 동안 열처리한 후, 황성분에 노출시키기 위해서, 섭씨 350의 공기분위기에서 SO2 1000 ppm을 흘려주며 24시간 동안 열을 가한다.
본 발명의 실시예에서, 백금, 팔라듐, 철을 포함하는 산화촉매를 제조하였으나, 상기 산화촉매는, Pt(백금), Pd(팔라듐), 및 M으로 구성된 촉매성분을 포함하고, 상기 M은 Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, W 중 선택된 하나이며, 상기 Pt(백금), Pd(팔라듐), 및 M은 x:y:z의 질량비율을 갖고, x는 0내지1의 범위이고, y는 0.01내지1의 범위이며, z는 0.01내지1의 범위에 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산화촉매의 촉매성분에 조합에 따른 정화성능을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 온도를 나타내고, 세로축은 일산화탄소의 정화율을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 상기 산화촉매에 백금(Pt)만 적용되었을 경우에 섭씨 150도 부근에서 정화율이 급격하게 상승한다.
상기 산화촉매에 백금과 팔라듐(Pd)이 더 적용되었을 경우에 섭씨 130도 부근에서 정화율이 상승하다가, 섭씨 150도 부근에서 그 정화율이 주춤하고, 다시 섭씨 200도에서 다시 재상승한다.
상기 산화촉매에 백금, 팔라듐, 및 철성분이 더 적용되었을 경우에, 섭씨 130도 부근에서 정화율이 상승하고, 전체적으로 가장 안정된 정화율을 나타낸다.
본 실시예에서, 상기 산화촉매에 백금만 적용되었을 때, 담체인 알루미나와 이산화황(SO2) 성분이 반응하여 알루미늄설페이트(Al2(SO4)3)를 생성하여 촉매의 성능이 약화된다. 아울러, 촉매에 팔라듐만 적용되었을 때, 초기 반응성은 높고 알루미늄설페이트를 생성하지 않지만 이산화황 성분이 팔라듐과 반응하여 부착됨으로써 급속하게 촉매의 성능이 약화된다.
따라서, 상기 산화촉매에 백금과 팔라듐을 적절하게 적용하였을 때, 알루미늄설페이트의 생성이 줄어들고, 초기반응성과 고온에서의 반응성이 향상된다.
그러나, 촉매에 백금과 팔라듐을 적용하더라도, 이산화황 성분에 의해서, 알루미늄설페이트과 생성되는 것을 완벽하게 차단할 수 없고, 촉매성분이 황성분으로 오염되는 것을 완벽하게 차단할 수 없다.
본 실시예에서는, 촉매성분에 철(Fe) 성분을 추가하여, 그 철성분이 황성분과 산화반응함으로써, 실질적으로 황성분이 촉매와 반응하거나 알루미나와 반응하는 것을 근본적으로 최소화한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산화촉매의 특정 촉매성분에 따른 정화성능을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 온도를 나타내고, 세로축은 이산화황(SO2)의 함량을 나타낸다.
도 4는 상기 촉매성분에서 철의 양을 결정짓는 것으로, 결론적으로 철성분은 전체촉매의 2%의 비율을 갖는 것이 바람직하다.
즉, 전체촉매를 구성하는 백금(4Pt), 팔라듐(1Pd)의 질량비율이 1%인 조건에서, 도시한 바와 같이, 0.5Fe의 의미는 전체촉매에 대한 철의 질량비가 0.1%라는 것이다.
아울러, 1Fe는 팔라듐(Pd)과 같이 전체촉매에 대한 철의 질량비가 0.2%라는 것이고, 10Fe의 의미는 전체촉매에 대한 철의 질량비가 2%라는 것이고, 20Fe는 전체촉매에 대한 철의 질량비가 4%라는 것이고, 30Fe는 전체촉매에 대한 철의 질량비가 6%라는 것이다.
도시한 바와 같이, 10Fe 상태에서 이산화황에 대한 함유량이 낮아지는 것을 알 수 있다. 한편, 20Fe 및 30Fe와 같이, 철의 함유량이 과도하게 높아지면, 이산화황에 대한 반응성이 떨어지는 것을 알 수 있다. 그 이유는, 철 입자끼리 뭉쳐서 그 반응성이 오히려 떨어지기 때문이다.
전술한 바와 같이, 상기 산화촉매(110)에 사용되는 촉매성분은 4Pt1Pd10Fe의 구조를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 4, 1, 및 10은 질량비를 나타내는 것으로, 4Pt1Pd가 전체 촉매성분의 1%를 차지하고 있으므로, 따라서, 10Fe는 전체촉매성분의 2%를 차지하게 된다.
본 실시예에서, 상기 산화촉매의 촉매성분에 함유되는 철 성분은 알루미나와 반응하여, FeAlO3 형태를 갖는데, 섭씨 700도씨 이하에서는 이 FeAlO3가 거의 생성되지 않는다. 또한, 섭씨 900도가 넘으면 FeAlO3는 다량 생성되나, 감마알루미나가 알파알루미나로 상변형이 일어나 비표면적(specific surface area)이 급격하게 줄어들어 담체기능이 급격하게 떨어진다.
따라서, 촉매성분을 담체에 담지하고, 소성할 때, 그 온도범위를 섭씨 700도 내지 900도 범위 내에서 유지하는 것이 바람직하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진
110: 산화촉매
120: 매연필터
130: 질소산화물정화촉매
110: 산화촉매
120: 매연필터
130: 질소산화물정화촉매
Claims (10)
- 배기라인의 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡착하고 제거하는 질소산화물정화촉매;
상기 배기라인의 다른 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 입자상물질을 여과하는 매연여과필터; 및
상기 배기라인의 또 다른 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 산화시키는 산화촉매를 포함하고,
상기 산화촉매는, Pt(백금), Pd(팔라듐), 및 M으로 구성된 촉매성분을 포함하고, 상기 M은 Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, W 중 선택된 하나이고,
상기 촉매성분은 Pt, Pd, 및 Fe로 구성되고, 각 성분의 질량비는 4(Pt):1(Pd):10(Fe)인 것을 특징으로 하는 산화촉매. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 촉매성분은 알루미나(Al2O3)에 담지되고, 섭씨 700도 내지 900도의 범위에서 소성되어 형성되는 것을 특징으로 하는 산화촉매. - 제1항에서,
상기 촉매성분 중 Pt와 Pd는 전체촉매에 대한 질량비율이 1%이고, 상기 Fe는 전체촉매에 대한 질량비율이 2%인 것을 특징으로 하는 산화촉매. - 배기라인의 또 다른 한쪽에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 촉매유닛을 포함하고,
상기 촉매유닛은, Pt(플레티넘), Pd(팔라듐), 및 M으로 구성된 촉매성분을 포함하고, 상기 M은 Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Ni, W 중 선택된 하나이고,
촉매성분은 Pt, Pd, 및 Fe로 구성되고, 각 성분의 질량비는 4(Pt):1(Pd):10(Fe)인 것을 특징으로 하는 산화촉매. - 삭제
- 삭제
- 제6항에서,
상기 촉매성분은 알루미나(Al2O3)에 담지되고, 섭씨 700도 내지 900도의 범위에서 소성되어 형성되는 것을 특징으로 하는 산화촉매. - 제6항에서,
상기 촉매성분 중 Pt와 Pd는 전체촉매에 대한 질량비율이 1%이고, 상기 Fe는 전체촉매에 대한 질량비율이 2%인 것을 특징으로 하는 산화촉매.
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| KR1020100065016A KR101637259B1 (ko) | 2010-07-06 | 2010-07-06 | 산화촉매 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020100065016A KR101637259B1 (ko) | 2010-07-06 | 2010-07-06 | 산화촉매 |
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| KR1020100065016A KR101637259B1 (ko) | 2010-07-06 | 2010-07-06 | 산화촉매 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100387862B1 (ko) * | 2001-01-16 | 2003-06-18 | 현대자동차주식회사 | 고효율 디젤 산화촉매 |
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- 2010-07-06 KR KR1020100065016A patent/KR101637259B1/ko active IP Right Grant
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| KR20120004253A (ko) | 2012-01-12 |
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