KR102072063B1 - 배출물 제어를 위한 다-성분 필터 - Google Patents

배출물 제어를 위한 다-성분 필터 Download PDF

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Abstract

배기 가스 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품, 시스템 및 방법이 기재된다. 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터, 가수분해 촉매, 임의적인 매연 산화 촉매, 벽에 침투해 있는 선택적 촉매성 환원 촉매, 암모니아 산화 촉매 및 CO와 탄화수소를 산화시키기 위한 산화 촉매를 포함하는 촉매 물품이 기재된다. 매연, 우레아와 같은 암모니아 전구체, 암모니아, NOx, CO 및 탄화수소를 포함하는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법이 또한 제공된다.

Description

배출물 제어를 위한 다-성분 필터 {MULTI-COMPONENT FILTERS FOR EMISSIONS CONTROL}
본 발명은 촉매 물품, 촉매 물품을 포함하는 배출물 처리 시스템, 및 배기 가스 스트림에서 오염물을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 다-성분 필터, 시스템, 및 그들을 디젤 엔진 및 희박 연소 가솔린 엔진을 포함하는 희박 연소 엔진과 함께 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.
희박 연소 엔진, 예를 들어 디젤 엔진 및 희박 연소 가솔린 엔진의 작동은 사용자에게 우수한 연료 경제성을 제공하며, 연료 저소비 조건 하에 높은 공기/연료 비에서 작동함으로 인해 매우 낮은 기체 상 탄화수소 및 일산화 탄소 배출을 갖는다. 특히, 디젤 엔진은 또한 그들의 내구성, 및 낮은 속도에서 높은 토크를 생성하는 그들의 능력 면에서 가솔린 엔진에 비해 상당한 장점을 제공한다.
디젤 엔진 배기가스는 매연과 같은 미립자 배출물 및 일산화, 미연소 또는 부분적으로 연소된 탄화수소 및 질소 산화물 (NOx라 통칭함)과 같은 기체상 배출물, 뿐만 아니라 소위 미립자 또는 미립자 물질을 구성하는 응축된 상의 물질 (액체 및 고체)을 함유하는 불균질 혼합물이다. 하나 이상의 모노리식 기재 상에 종종 배치된 촉매 조성물은 이들 배기 성분의 일부 또는 전부를 무해한 화합물로 전환시키기 위한 엔진 배기 시스템에 위치한다. 예를 들어, 디젤 배기 시스템은 1종 이상의 디젤 산화 촉매, 매연 필터 및 NOx의 환원을 위한 촉매를 함유할 수 있다. 이러한 성분들은 고가이고 차량에서 상당한 공간을 차지한다.
그러므로, 상기 시스템의 크기 및 복잡함을 더하지 않고 배기 처리 시스템의 효율을 개선할 계속적인 필요가 있다.
개요
본 발명의 실시양태는 매연, 암모니아, 암모니아 전구체, NOx, CO 및 탄화수소를 함유하는 기체 스트림으로부터 배출물을 제거하기 위한 촉매 물품에 관한 것이다. 상기 촉매 물품은 기체 스트림에서 매연을 포획하기 위한 벽 유동형 필터를 포함한다. 필터는 전체 길이를 한정하는 입구 말단 및 출구 말단을 갖는다. 필터는 축방향으로 연장된 복수의 입구 채널 및 출구 채널을 형성하는 일정 두께를 갖는 기체 투과성 벽을 갖는다. 각각의 입구 채널은 입구 벽, 개방 입구 말단 및 플러깅된 출구 말단을 가지며, 각각의 출구 채널은 출구 벽, 플러깅된 입구 말단 및 개방 출구 말단을 갖는다. 각각의 입구 채널은 인접한 출구 채널을 갖는다. 상기 물품은 암모니아 전구체의 가수분해를 촉진하는 임의적인 가수분해 촉매를 포함한다. 가수분해 촉매는 입구 말단으로부터 연장된 입구 채널의 입구 벽의 일부 상에 코팅된다. 선택적 촉매성 환원 촉매가 기체 투과성 벽에 침투해 있어, 과량의 산소의 존재 하에 기체 스트림 중 NOx의 N2로의 전환을 촉진한다. 암모니아 산화 촉매는 출구 채널의 출구 벽의 길이를 코팅하여 기체 스트림 중 암모니아의 N2로의 선택적 산화를 촉진한다. 산화 촉매는 출구 말단으로부터 입구 말단를 향해 연장된 출구 채널의 출구 벽의 일부 상에 코팅되어 CO 및 탄화수소의 CO2로의 산화를 촉진한다. 하나 이상의 실시양태에서, 벽 유동형 필터는 높은 효율의 필터이다.
일부 실시양태에서는, 가수분해 촉매가 존재하고, 입구 말단으로부터 벽 유동형 필터 길이의 약 50%까지 연장되어, 기체 스트림이 먼저 가수분해 촉매와 만나도록 배치된다. 일부 실시양태에서는, 가수분해 촉매가 존재하고 입구 말단으로부터 약 1/4 인치 내지 벽 유동형 필터 길이의 약 10% 범위의 길이까지 연장되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 가수분해 촉매가 존재하고 티타니아를 포함한다.
하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매성 환원 촉매는 벽 유동형 필터의 전체 길이를 따라서 연장되어 있다. 일부 실시양태에서, 선택적 촉매성 환원 촉매 담지량은 약 0.25 g/in3 내지 약 2.5 g/in3 범위이다. 하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매성 환원 촉매는 금속 촉진된 분자체를 포함한다.
촉매 물품의 일부 실시양태는 SCR 촉매에 앞서 매연 산화 촉매를 또한 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 매연 산화 촉매가 기체 투과성 벽에 침투해 있다. 일부 실시양태에서, 상기 매연 산화 촉매는 기체 투과성 벽의 입구 측에 침투해 있는 층을 구성한다. 일부 실시양태에 따르면, 상기 층은 기체 투과성 벽을 벽 두께의 약 50% 이하의 깊이까지 침투한다. 명백한 실시양태에서, 매연 산화 촉매는 입구 벽 상의 층을 구성한다. 하나 이상의 실시양태의 매연 산화 촉매는 지르코니아 안정화된 산화 세륨을 포함한다.
일부 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매는 촉매 물품의 전체 길이의 약 50% 이하로 연장되어 있다. 일부 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매는 산화 촉매로부터 촉매 물품의 전체 길이의 약 50% 이하로 연장되어 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 출구 채널의 출구 말단으로부터 약 2 인치 이하의 길이로 연장되어 있다. 일부 실시양태에서, 산화 촉매는 암모니아 산화 촉매의 일부와 중첩된다. 하나 이상의 실시양태에서는, 산화 촉매가 암모니아 산화 촉매와 실질적으로 중첩되지 않는다. 일부 실시양태의 산화 촉매는 고표면적 지지체 상의 백금족 금속을 포함한다.
본 발명의 추가 실시양태는 매연, 우레아, 암모니아, NOx, CO 및 탄화수소를 포함하는 배기 가스 스트림의 처리 방법에 관한 것이다. 촉매 물품의 입구 채널의 입구 말단에 위치한 가수분해 촉매는 우레아의 가수분해를 촉진한다. 가수분해 촉매 후 기체 스트림을 촉매 물품 내 기체 투과성 벽을 통해 통과시켜 입구 채널의 벽 상에 필터 케이크를 형성시킴으로써 기체 스트림으로부터 매연을 여과한다. 촉매 물품의 기체 투과성 벽에 침투해 있는 선택적 촉매성 환원 촉매로 촉진되어, 암모니아와 NOx는 반응하여 N2를 형성한다. 암모니아는 촉매 물품의 출구 벽 상에 코팅된 암모니아 산화 촉매의 촉진에 의해 촉매 물품의 기체 투과성 벽을 빠져나오는 기체 스트림에서 산화된다. 촉매 물품의 출구 말단에서 출구 벽 상에 코팅된 산화 촉매의 촉진에 의해 CO 및 탄화수소가 산화되어 이산화 탄소와 물을 형성한다.
일부 실시양태에서, 매연은 선택적 촉매성 환원 촉매 이전 매연 산화 촉매의 촉진에 의해 산화된다. 하나 이상의 실시양태에서, 매연은 필터 케이크의 형성 후 산화된다.
본 발명의 추가 실시양태는 엔진, 및 상기 엔진의 하류에 위치하고 엔진과 연통하는 본원에 기재된 촉매 물품을 포함하는 배출물 처리 시스템에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 배출물 처리 시스템은 또한 엔진의 하류 및 촉매 물품의 상류에 위치하고, 그 둘 다와 연통하는 디젤 산화 촉매를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 상기 배출물 처리 시스템은 또한 촉매 물품의 상류에 위치한 환원제 주입기를 포함한다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 촉매 물품의 사시도를 나타내고;
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 벽 유동형 모노리스의 개략적 단면도를 나타내며;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 촉매 물품의 개략적 단면도를 나타내고;
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 촉매 물품의 개략적 단면도를 나타내며;
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 배기 처리 시스템의 개략도를 나타내고;
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 배기 처리 시스템의 개략도를 나타내며;
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 배기 처리 시스템의 개략도를 나타내고;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 배기 처리 시스템의 개략도를 나타낸다.
본 발명의 몇 가지 예시적 실시양태를 기재하기 앞서, 본 발명은 이하의 설명에 기재된 구조 또는 공정 단계의 세부사항에 국한되지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시양태가 가능하며 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다.
이하의 용어는 본 출원의 목적을 위해, 이하에 기재된 각각의 의미를 갖는다.
"백금족 금속 성분"은 백금족 금속 또는 그들의 산화물의 1종을 의미한다. 백금족 금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐을 포함한다.
"워시코트"는 당업계에서, 처리되는 기체 스트림이 그를 통해 통과할 수 있도록 충분히 다공성인, 벌집형 관통 모노리스 기재 또는 필터 기재와 같은 내화성 기재에 적용된 촉매성 또는 기타 물질의 얇은 접착성 코팅의 일반적인 의미를 갖는다.
"워시코트"라는 용어는 기재 상의 분말화된 물질로 이루어진 촉매 코팅을 의미하며, 상기 분말화된 물질은 액체 매질, 전형적으로 수성 매질 중 불용성 산화물 또는 염의 건조된 슬러리로부터 수득된다. 워시코트는 예컨대 용액 함침에 의해 기재에 적용된 용해성 전구체의 용액으로된 촉매성 물질의 함침으로부터 구별된다. 워시코트는 또한 산화물 성장 공정 또는 졸-겔 공정에 의한 박막 성장의 공정으로부터 구별된다.
본원에서 나타나는 용어 "배기 스트림" 및 "엔진 배기 스트림"은 엔진 배출물 뿐만 아니라 디젤 산화 촉매 및/또는 매연 필터를 비제한적으로 포함하는 하나 이상의 다른 촉매계 성분의 하류에 있는 배출물을 의미한다.
"연통"은 부품 및/또는 도관이 배기 가스 또는 다른 유체가 그 부품 및/또는 도관 사이에서 흐를 수 있도록 결부되어 있음을 의미한다.
"하류"는 선행하는 요소보다 엔진으로부터 더 먼 경로에 있는 배기 가스 스트림에 있는 요소의 위치를 의미한다. 예를 들어, 디젤 미립자 필터가 디젤 산화 촉매로부터 하류인 것으로 언급될 경우, 배기관에서 엔진으로부터 나오는 배기 가스는 디젤 미립자 필터를 통해 흐르기 전에 디젤 산화 촉매를 통해 흐른다. 즉, "상류"는 또다른 요소에 비하여 엔진에 더 가까이 위치한 요소를 의미한다.
"감소하다"라는 용어는 양이 적어지는 것을 의미하고, "감소"는 어떤 이유에 의해 양이 적어진 것을 의미한다.
"선택적 촉매성 환원 촉매" 또는 "SCR 촉매"는 과량의 산소의 존재 하에 기체 스트림 중 NOx가 질소로 전환되는 것을 촉진하는 데 효과적인 촉매를 의미한다. "SCR 기능" 또는 "SCR 반응"이라는 용어는 본원에서 화학량론적 반응식 1로 표현된 화학적 공정을 의미한다. SCR 촉매는 희박 연소 엔진의 작동 온도 범위, 예를 들어 150℃ 내지 약 500℃ 또는 약 200℃ 내지 약 450℃에 걸쳐 반응을 촉진하는 데 효과적이다. 따라서, 백금족 금속은 "SCR 촉매"에서 제외되는데, 그 이유는 약 200-250℃를 초과하는 온도에서 상기 물질은 SCR 반응을 촉진하지 않기 때문이다.
당업자에게 잘 이해되고 있듯이, 촉매는 화학 반응의 속도에 영향을 주는 물질이다. 촉매가 화학종을 전환시킨다 또는 화학종과 반응한다는 등으로 언급될 경우, 촉매는 반응을 촉진 (예, 촉매)하지만 반응에서 소모되지는 않는다. 예를 들어, SCR 촉매는 과량의 산소의 존재 하에 NOx를 질소로 전환시킨다고 할 수 있다. 당업자에게 이는 SCR 촉매는 과량의 산소의 존재 하에 NOx의 질소로의 전환을 촉진하는 것을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 실시양태는 배출물 제어를 위한 여러가지 기능을 갖는 하나의 필터 기재에 관한 것이다. 배출물 제어의 여러가지 기능을 수득하기 위해, 기체 흐름이 만나게 되는 촉매의 순서가 기재된다. 하나의 실시양태에서, 기체는 기재의 입구 말단에서 입구 채널 벽 상에 코팅된 가수분해 촉매와 접촉한다. 즉, 필터의 플러그 영역에서 입구 벽 상에 가수분해 촉매의 영역이 있고, 어쩌면 벽 유동 영역 내로 짧은 정도 연장된다. SCR 촉매는 입구 플러그와 출구 플러그 사이의 벽에 배치된다. 암모니아 산화 촉매는 플러그 영역의 상류에 있는 출구 채널 벽 상에 배치되고, CO/탄화수소 산화 촉매는 플러그 영역 내 출구 채널 벽 상의 영역으로 코팅된다. 매연, 우레아, 암모니아, 이소시안산 (암모니아 전구체라고도 함), 물, NOx, CO 및 탄화수소를 함유하는 배기 스트림은 먼저 가수분해 촉매를 만나 거기에서 우레아 (및 암모니아 전구체)의 분해가 완료되고, 그 후 필터 벽을 만나 거기에서 매연이 스트림으로부터 여과된 다음, SCR 촉매를 만나 거기에서 암모니아와 NOx가 반응하여 N2를 형성한 후, 암모니아 산화 촉매를 만나 거기에서 과량의 또는 잔류하는 암모니아가 제거되며, 마지막으로 CO/탄화수소 산화 촉매를 만나 거기에서 임의의 잔류 CO 또는 탄화수소가 이산화 탄소와 물로 산화된다. 활성 재생 도중, 필터 상의 매연의 부분 산화로부터 생성된 CO는 CO/탄화수소 산화 촉매 상에서도 반응한다. 상기 변법의 실시양태를 6-방식 촉매라 할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 순서는 입구 채널 벽 상에 또는 입구 채널에 직접 인접한 벽에 배치된 매연 산화 촉매의 첨가와 동일하다. 매연 산화 촉매는 정상 작동 도중 매연의 소극적인 재생에 도움이 될 것이며, 매연 산화 촉매는 일반적으로 그 아래의 SCR 촉매와 반응할 부수적인 암모니아와 반응하지 않아야 한다. 그렇지 않으면, 매연 산화 촉매 및 SCR 촉매는 혼가물로 존재하거나 벽을 통해 함께 혼합되고 펴발라져, 매연의 산화와 NOx의 선택적 환원을 동시에 가능하게 할 수 있다. 이러한 변법의 실시양태를 7-방식 촉매라 할 수 있다.
본 발명의 하나의 측면은 촉매에 관한 것이다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 촉매는 워시코트 층으로 모노리식 기재 상에 배치될 수 있다. 본원에서 사용되고 문헌 [Heck, Ronald and Robert Farrauto, Catalytic Air Pollution Control, New York: Wiley-Interscience, 2002, pp. 18-19]에 기재된 바, 워시코트 층은 모노리식 기재 또는 아래에 놓인 워시코트 층의 표면 상에 배치된 물질의 조성으로 구별되는 물질 층을 포함한다. 촉매는 하나 이상의 워시코트 층을 포함할 수 있고, 각각의 워시코트 층은 독특한 화학적 촉매 기능을 가질 수 있다.
여러가지 배출물 제어 기능을 갖는 하나의 필터 기재를 제공하기 위해, 기체 흐름이 만나게 되는 촉매의 순서를 조절하는 것이 바람직하다. 본 발명의 하나 이상의 실시양태는 매연 암모니아, 암모니아 전구체, NOx, CO 및 탄화수소를 함유하는 기체 스트림으로부터 배출물을 제거하기 위한 촉매 물품(100)에 관한 것이다. 도 1-3을 참고하면, 촉매 물품(100)은, 종종 담체 또는 담체 기재라고 하는 기재(50)을 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 기재(50)는 벽 유동형 필터이다. 기재(50)는 전체 길이(L)를 한정하는 입구 말단 (54) 및 출구 말단(56)을 갖는다. 기재(50)는 또한 축방향으로 연장된 복수의 입구 채널 (64) 및 출구 채널(66)을 형성하는, 두께(T)를 갖는 기체 투과성 벽(53)을 갖는다. 각각의 입구 채널(64)은 입구 벽 (65), 개방 입구 말단 (54) 및 출구 플러그(60)를 갖는 출구 말단(56)을 갖는다. 각각의 출구 채널(66)은 출구 벽(67), 입구 플러그(58)를 갖는 입구 말단 (54) 및 개방 출구 말단(56)을 갖는다. 각각의 입구 채널(64)은, 도 2에 나타낸 것과 같이 상기 입구 말단(54) 및 출구 말단(56)에서 반대의 체커판 무늬를 형성하는 인접한 출구 채널(66)을 갖는다. 입구 채널(64)의 플러깅되지 않은 입구 말단(54)를 통해 진입하는 기체 스트림은 출구 플러그(60)에 의해 중지되고 기체 투과성 벽(53)을 통해 출구 채널(66) 내로 확산된다. 기체는 벽(53)을 가로지르는 압력 강하 때문에 입구 채널(64)로 다시 돌아올 수 없다. 일반적으로 입구 플러그(58)는 기체가 출구 채널(66)을 직접 진입하는 것을 방지하며, 출구로부터 입구로 벽을 가로질러 흐르는 것을 방지하는 데 도움을 줄 수 있다. 기재(50)는 기체 스트림으로부터 미립자 물질의 적어도 일부를 제거하는 데 효과적이다.
도 3 및 4를 참고하면, 본 발명의 일부 실시양태는 암모니아 전구체의 가수분해를 촉진하는 임의적인 가수분해 촉매(110)를 포함한다. 가수분해 촉매는 암모니아 전구체를 가수분해한다고 할 수 있지만, 당업자에게는 상기 가수분해 촉매가 실제로 암모니아 전구체를 가수분해하는 것이 아니라, 암모니아 전구체의 가수분해 반응을 촉진한다는 것으로 이해될 것이다. 가수분해 촉매(110)는 종종 우레아 가수분해 촉매라고도 한다. 그러나, 임의의 특정 작동 이론에 구애되지 않고, 당업자에게는, 우레아 가수분해 촉매가 우레아의 열분해 생성물인 이소시안산의 가수분해를 촉매하는 것으로 이해된다. 가수분해 촉매(110)는 기재(50)의 입구 말단(54)으로부터 연장된 입구 벽(65)의 일부 상에 코팅된다. 하나 이상의 실시양태에서, 가수분해 촉매(110)는 기체 스트림이 가수분해 촉매(110)와 처음에 (즉, 다른 촉매와 만나기 전에) 만나도록 배열 (배치)된다.
가수분해 촉매(110)가 기재(50)의 길이(L)를 따라서 연장된 길이는 수득되는 촉매 물품(100)의 요건에 따라 변할 수 있다. 일부 실시양태에서, 가수분해 촉매(110)는 입구 말단(54)으로부터 기재(50)의 길이의 약 50%까지 연장되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 가수분해 촉매(110)는 인접한 기체 채널의 입구 플러그(58)와 같은 길이로 연장되어 있다. 다양한 실시양태에서, 가수분해 촉매(110)는 입구 말단(54)으로부터 기재(50)의 길이의 약 5% 내지 약 50% 범위, 또는 약 1/4 인치 내지 기재(50) 길이의 약 50%의 범위, 또는 기재(50) 길이의 약 5% 내지 약 10%의 범위의 길이, 또는 약 1/4 인치의 길이, 또는 약 1/4 인치를 초과하는 길이, 또는 기재(50) 길이의 약 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% 또는 45%를 초과하는 길이, 또는 기재(50) 길이의 약 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20% 또는 10% 미만의 길이까지 연장되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 가수분해 촉매(110)는 기재(50)의 입구 말단(54)으로부터 약 1/4 인치 내지 기재 길이(L)의 약 10% 범위의 길이까지 연장되어 있다.
가수분해 촉매(110)는 실질적으로 모든 가수분해 촉매(110)가 입구 벽(65)의 표면 상에 남아있는 것을 보장하기에 효과적인 입자 크기를 갖는다. 본 명세서 및 첨부된 청구항에 사용되는 "실질적으로 모든 가수분해 촉매가 표면 상에 남아있다"는 용어는 가수분해 촉매(110)의 약 20% 미만이 기재(50)의 다공성 벽(53)을 침투하는 것을 의미한다.
가수분해 촉매는 당업자에게 공지된 임의의 적합한 가수분해 촉매일 수 있다. 일부 실시양태에서, 가수분해 촉매는 1종 이상의 티타니아, 감마-알루미나 및 전이 금속 산화물을 포함한다. 이들 물질 각각은 안정화되거나 안정화되지 않은 것일 수 있다. 안정화제는 세리아, 지르코니아, 란타나, 티타니아, 텅스텐 및 실리카를 비제한적으로 포함하는 임의의 적합한 안정화제일 수 있다.
기재(50)는 기체 투과성 벽(53)에 침투해 있는 선택적 촉매성 환원 촉매(120)(SCR 촉매)를 포함한다. SCR 촉매(120)는 과량의 산소의 존재 하에 기체 스트림 중 NOx의 질소로의 전환을 촉진하는 데 효과적이다. "SCR 기능" 또는 "SCR 반응"이라는 용어는 본원에서 하기 화학량론적 반응식 1에 의해 표현되는 화학적 공정을 의미하도록 사용될 것이다.
<반응식 1>
4NOx + 4 NH3 + (3-2x)O2 → 4 N2 + 6 H2O
보다 일반적으로, 이는 NOx 및 NH3 또는 다른 환원제가 조합되어 바람직하게는 N2를 생성하는 임의의 화학적 공정을 의미할 것이다. "SCR 조성물"이라는 용어는 SCR 기능을 촉매하는 데 효과적이거나 NOx의 전환을 촉진하는 데 효과적인 물질 조성물을 의미한다. 본원에서 사용되는, 기재 상에 촉매의 분산을 표현하기 위해 사용될 경우 "침투해 있다"는 용어는 촉매 조성물이 기재의 벽을 통해 분산되어 있는 것을 의미한다. 벽을 침투하는 조성물은, 벽의 외부를 코팅하고 기재의 벽을 통해 기공 내에 머물지 않는 조성물과 구별된다. 일부 실시양태에서, SCR 조성물은 매연 산화 기능을 갖는다.
SCR 촉매(120)를 통해 전체 배기 가스 스트림이 통과되는 것을 보장하기 위해 (즉, 촉매를 우회하는 것을 방지하도록), SCR 촉매는 벽 유동형 필터의 실질적으로 전체 길이를 따라 연장되어 있다. 본원에서 사용되는 "실질적으로 전체 길이"라는 용어는 SCR 촉매(120)가 전체 길이의 적어도 약 95%에 연장되어 있으며, SCR 촉매(120)를 포함하지 않는 어떤 부분(들)이 기재(50)의 길이를 따라 어떤 장소에 위치하는 것을 의미한다.
일부 실시양태에서, SCR 성분은 금속 촉진된 분자체를 포함한다. 즉, 주기율표의 VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB 또는 IIB족 중 하나에서 선택된 금속이 분자체의 외부 표면 상에 또는 그의 채널, 공동 또는 케이지 내의 골격 외 부위 (extra-framework site) 상에 침착되어 있는 분자체이다. 금속은 0가의 금속 원자 또는 클러스터, 단리된 양이온, 단핵 또는 다핵 옥시양이온, 또는 연장된 금속 산화물을 비제한적으로 포함하는 여러 가지 형태 중 하나일 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 금속은 철, 구리, 및 이들의 혼합물 또는 조합을 포함한다.
분자체는 국제 제올라이트 협회(International Zeolite Association, IZA)가 발행한 제올라이트 구조의 데이터베이스(Database of Zeolite Structures)에 나열된 골격 구조 중 임의의 하나를 갖는 미세다공성 알루미노실리케이트 제올라이트일 수 있다. 상기 골격 구조는 CHA, FAU, BEA, MFI, MOR 유형의 것들을 비제한적으로 포함한다. 이러한 구조를 갖는 알루미노실리케이트 제올라이트의 비제한적 예는 방비석 (charbazite), 포자사이트, 제올라이트 Y, 초안정성 제올라이트 Y, 베타 제올라이트, 모데나이트, 실리칼라이트, 제올라이트 X 및 ZSM-5를 포함한다.
하나 이상의 실시양태에서, SCR 성분은 CHA 결정 골격 유형, 약 15보다 큰 SAR, 및 약 0.2 중량%를 초과하는 구리 함량을 갖는 알루미노실리케이트 분자체를 포함한다. 보다 구체적인 실시양태에서, SAR은 적어도 약 10이고 구리 함량은 약 0.2 중량% 내지 약 5 중량%이다. CHA 구조를 갖는 제올라이트는 천연 방비석, SSZ-13, LZ-218, 린데 (Linde) D, 린데 R, 파이 (Phi), ZK-14 및 ZYT-6을 비제한적으로 포함한다. 다른 적합한 제올라이트는 또한 발명의 명칭이 "구리 CHA 제올라이트 촉매"인 미국 특허 7,601,662에 기재되어 있으며, 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함된다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 조성물은 구리 방비석을 포함한다.
제올라이트 골격 구조를 갖지만, 그 골격 구조 내에 예를 들어 인과 같은 기타 성분을 함유하는 분자체 조성물이 본 발명의 실시양태에 따라 SCR 성분에 사용될 수 있다. SCR 성분으로 적합한 기타 분자체 조성물의 비제한적 예는 실리코알루미노포스페이트 SAPO-34, SAPO-37, SAPO-44를 포함한다. SAPO-34의 합성 형태의 합성은 미국 특허 7,264,789에 기재되어 있으며, 이는 본원에 참고로 포함된다.
선택적 촉매성 환원 촉매(120)는 시스템 배압에 실질적으로 나쁜 영향을 초래하지 않으면서 기체 스트림으로부터 NOx의 제거를 효과적으로 촉진하는 데 적합한 임의의 담지량으로 존재할 수 있다. 다양한 실시양태에서, SCR 촉매(120) 담지량은 약 0.25 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.38 g/in3 내지 약 2.0 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 1.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.63 g/in3 내지 약 1.25 g/in3 범위이다.
다시 도 3 및 4를 참고하면, 촉매 물품(100)은 출구 채널(66)의 출구 벽(67) 상에 암모니아 산화 촉매(130)를 포함한다. 암모니아 산화 조성물이라고도 하는 암모니아 산화 촉매(130)는 기체 스트림 중 암모니아의 산화를 촉진하는 데 효과적이다. "NH3 산화 기능"이라는 용어는 본원에서 하기 반응식 2로 표현되는 화학적 공정을 의미하도록 사용될 것이다.
<반응식 2>
4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O
보다 바람직하게는, 이는 NH3가 산소와 반응하여 NO, NO2, N2O 또는 바람직하게는 N2를 생성하는 공정을 의미할 것이다. "NH3 산화 조성물" 또는 "암모니아 산화 촉매"라는 용어는 NH3 산화 기능을 촉매하는 데 효과적인 물질 조성물을 의미한다.
암모니아 산화 촉매(130)는 출구 벽(67)의 전체 길이 또는 길이의 일부를 코팅한다. 기체 스트림 중 암모니아의 산화를 효과적으로 촉진하기 위해 출구 벽(67)의 전체 길이를 코팅하는 암모니아 산화 촉매(130) 코팅을 가질 필요는 없다. 출구 벽(67)의 전체 길이를 코팅할 경우, 시스템 내 배압은 원치 않는 수준까지 증가할 수 있다. 일부 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매(130)는 촉매 물품의 전체 길이의 약 50% 이하로 연장되어 있다. 암모니아 산화 촉매(130)는 일부 실시양태에서, 산화 촉매(140)(후술함)로부터 촉매 물품의 전체 길이의 약 50% 이하로 연장되어 있다. 다양한 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매(130)는 기재(50)의 전체 길이의 약 5% 내지 약 75%, 또는 약 10% 내지 약 65%, 또는 약 15% 내지 약 60%, 또는 약 20% 내지 약 55% 범위, 또는 약 25% 내지 약 50% 범위의 길이로 연장되어 있다. 다양한 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매(130)는 기재(50)의 길이의 약 1/12 내지 약 1/4의 범위로 연장되어 있다.
암모니아 산화 촉매(130)는 당업자에게 공지된 임의의 적합한 촉매일 수 있다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 암모니아 산화 촉매(130)는 제올라이트 또는 비-제올라이트 분자체를 포함하고, 이는 국제 제올라이트 협회(IZA)가 발행한 제올라이트 구조의 데이터베이스(Database of Zeolite Structures)에 나열된 골격 구조 중 임의의 하나를 가질 수 있다. 상기 골격 구조는 CHA, FAU, BEA, MFI 및 MOR 유형의 것들을 비제한적으로 포함한다. 일부 실시양태에서, 분자체는 분자체의 외부 표면 상에, 또는 채널, 공동 또는 케이지 내에 분포된 금속 성분으로 교환될 수 있다.
암모니아 산화 촉매는 2가지 성분을 갖는다; SCR 촉매 성분 및 산화 촉매 성분. 상기 두 성분은 일반적으로, SCR 촉매 성분인 상단 코팅 (즉, 기체 스트림이 만나는 첫 번째 층) 및 산화 촉매 성분을 갖는 바닥 층 (즉, 기체 스트림이 만나는 두 번째 층)을 갖는 두 층으로 존재한다. 그러나, SCR 촉매 성분과 산화 촉매 성분의 혼합물을 포함하는 단일 층 암모니아 산화 촉매를 제공하는 것도 가능하다. 일부 실시양태에서, 산화 성분 층은 기재 바로 위에, 알루미나 또는 다른 지지체 상에 백금족 금속을 함유한다. 일부 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매는 SCR 촉매와 백금족 금속 함유 촉매 둘 다를 포함하며, 실질적으로 어느 하나도 부재할 수 없다. 본 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용되는 바, 암모니아 산화 촉매를 언급할 때 "실질적으로 부재할 수 없다"는 용어는 문제의 성분이 조성물에 의도적으로 존재함을 의미한다. 예를 들어, 조성물이 백금족 금속을 갖는 것으로 알려진 경우, 상기 조성물은 의도적으로 첨가되건 고유하게 존재하건 관계없이 백금족 금속이 실질적으로 부재하지 않는다.
백금족 금속만을 사용하는 것은 암모니아 산화 활성을 갖는 조성물을 초래할 수 있다. 그러나, 이러한 종류의 조성물은 분자 질소의 생성에 대하여 선택적이지 않으며 바람직하지 않은 생성물을 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매는 300℃에서 약 70%를 초과하는 N2에 대한 선택성을 갖는다. 다양한 실시양태에서, 암모니아 산화 촉매는 300℃에서 측정할 때 약 50%, 55%, 60%, 65%, 75%, 80%, 85% 또는 90%를 초과하는 N2에 대한 선택성을 갖는다.
도 3 및 4를 다시 참고하면, 촉매 물품(100)은 기재(50)의 출구 채널(66)의 출구 벽(67)의 일부 상에 코팅된 산화 촉매(140)를 포함한다. 산화 촉매(140)는 기재(50)의 출구 말단(56)으로부터 입구 말단을 향해 연장된 기재의 일부 상에 코팅된다. 일부 실시양태의 산화 촉매(140)는 기체 스트림 중 일산화 탄소 및 탄화수소의 산화를 촉진하는 데 효과적이다.
산화 촉매(140)의 길이는 촉매 물품(100)의 필요에 따라 변할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매(140)는 출구 채널(67)의 출구 말단(56)으로부터 약 3인치, 또는 약 2 인치, 또는 약 1 인치, 또는 약 1/2 인치, 또는 약 1/4 인치 길이 이하로 연장되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매(140)는 기재(50)의 길이가 대략 출구 플러그(60)가 연장된 길이와 같도록 연장되어 있다. 이는 다공성 벽(53)을 통하여 확산하는 기체 스트림이 산화 촉매 (140) 이전에 암모니아 산화 촉매(130)와 접촉하는 것을 보장한다.
일부 실시양태에서는, 산화 촉매(140)가 암모니아 산화 촉매 (130)와 실질적으로 중첩되지 않는다. 본 명세서 및 첨부된 청구항에 사용되는 바, 산화 촉매(140)를 언급할 때 "실질적으로 중첩되지 않는다"는 용어는 산화 촉매(140)의 약 10%, 또는 약 5% 미만이 암모니아 산화 촉매(130)와 중첩되는 것을 의미한다. 하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매(140)는 암모니아 산화 촉매(130)의 일부와 중첩된다.
산화 촉매(140)는 당업자에게 알려진 임의의 적합한 산화 촉매일 수 있다. 일부 실시양태에서, 산화 촉매(140)는 고표면적 지지체 (예, 내화성 금속 산화물) 상에 지지된 백금족 금속을 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 고표면적 내화성 금속 산화물은 알루미나 또는 안정화된 알루미나이다. 산화 촉매(140)는 단일 영역 또는 기재의 상이한 길이를 차지하는 각각의 영역을 갖는 다중 영역일 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 입구 영역 및 출구 영역인, 2개의 영역을 포함한다.
도 4를 참고하면, 일부 실시양태에서 촉매 물품(100)은 SCR 촉매(120) 전에 매연 산화 촉매(150)를 포함할 수 있다. 매연 산화 촉매(150)는 그 이름이 의미하듯이, 배기 가스 스트림이 촉매 물품(100)을 통과할 때 입구 채널(64)의 입구 벽(65) 상에 형성되는 매연 층, 또는 매연 케이크의 산화를 촉진하는 데 효과적이다.
매연 산화 촉매(150)는 입구 채널(64)의 입구 벽(65) 상에 코팅될 수 있거나 기재(53)의 벽(53)의 입구 채널(64) 측에 침투할 수 있다. 일부 실시양태에서, 매연 산화 촉매(150)는 입구 채널(64)의 입구 벽(65) 상에 코팅된다. 입구 벽 (65) 상에 코팅될 경우, 매연 산화 촉매(150)는 기재의 전체 길이 또는 기재의 부분적 길이로 연장되어 있을 수 있다. 매연 산화 촉매(150)가 기재의 전체 길이로 연장되어 있을 경우, 이는 가수분해 촉매(110) 아래에 층을 형성한다. 매연 산화 촉매(150)는 기재의 부분적 길이로 연장되어 있고, 이는 가수분해 촉매(110)의 대략 말단으로부터 출구 플러그(60)까지, 또는 그 사이의 임의 부분에 연장되어 있을 수 있다.
일부 실시양태에서, 다공성 벽(53)을 침투하는 층을 형성하는 매연 산화 촉매(150)는 SCR 촉매(120)와 상이한 조성을 갖는다. 매연 산화 촉매(150)가 기재(50)의 벽(53)을 침투할 경우, 이는 벽(53)의 입구 측 상에 층을 형성할 수 있거나, SCR 촉매(120)와 긴밀하게 혼합될 수 있거나, SCR 촉매(120)와 동일한 조성일 수 있다. 일부 실시양태에서, 매연 산화 촉매 (150) 층은 기체 투과성 벽(53)의 입구 측을 벽 두께(T)의 약 50% 미만의 깊이까지 침투한다. 다양한 실시양태에서, 매연 산화 촉매 (150) 층은 벽(53)의 입구 측을 벽 두께(T)의 약 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10% 또는 5% 미만의 깊이까지 침투한다. 다양한 실시양태에서, 매연 산화 촉매 (150) 층은 벽 두께(T)의 약 10% 내지 약 40%의 범위, 또는 약 20% 내지 약 30%의 범위의 깊이로 연장되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 매연 산화 촉매 (150) 층은 벽 두께(T)의 약 25%의 깊이로 연장되어 있다.
매연 산화 촉매(150)는 임의의 적합한 매연 산화 촉매 조성물일 수 있다. 일반적으로, 매연 산화 촉매(150)는 매우 선택적인 물질이다. 백금족 금속은 매연을 산화시킬 수 있지만, 이들 물질은 또한 암모니아를 산화시킬 수 있으므로 바람직하지 못하다. 그러므로, 일부 실시양태에서, 매연 산화 촉매(150)는 약 40% 미만의 백금족 금속, 또는 약 30% 미만의 백금족 금속, 또는 약 20% 미만의 백금족 금속, 또는 약 10% 미만의 백금족 금속을 포함한다.
하나 이상의 실시양태에서, 매연 산화 촉매(150)는 지르코니아 안정화된 산화 세륨이다. 매연 산화 촉매는 일부 매연 산화 성질을 갖는 SCR 촉매, 예컨대 바나디아일 수 있다. 일부 실시양태에서, 매연 산화 촉매(150)는 티타니아 상에 지지된 바나디아 또는 안정화된 티타니아 또는 세륨/지르코늄 혼합물 또는 인산 세륨 또는 첨정석이다.
기재
본 발명의 실시양태와 함께 사용하기 적합한 기재는 벽 유동형 필터를 포함한다. 이들 필터는 도 1 및 2에서 나타나고 전술한 바와 같이, 기재의 세로축을 따라서 연장된 복수의 미세한, 실질적으로 평행인 기체 유동 경로를 일반적으로 갖는다. 전형적으로, 각각의 경로는 기재 본체의 하나의 말단에서 차단되고, 또 다른 경로는 반대 말단-면에서 차단되어 있다. 상기 경로는 직사각형, 정사각형, 원형, 난형, 삼각형, 육각형, 또는 다른 다각형 모양을 비제한적으로 포함하는 임의의 모양을 가질 수 있다. 벽의 두께는 수득되는 촉매 물품의 원하는 성질에 따라 변할 수 있다. 일반적으로, 기공 크기가 유사할 경우, 더 큰 벽 두께는 시스템 배압에 더 큰 영향을 초래할 것이다. 벽 두께는 전형적으로 약 0.002 내지 약 0.1 인치의 범위이다.
적합한 벽 유동형 필터 기재는 근청석, 알파-알루미나, 탄화 규소, 질화 규소, 지르코니아, 멀라이트, 리티아 휘석, 알루미나-실리카-마그네시아 또는 규산 지르코늄과 같은 세라믹-같은 물질, 또는 다공성, 내화성 금속으로 이루어져 있다. 벽 유동형 기재는 세라믹 필터 복합 재료로 형성될 수도 있다. 적합한 벽 유동형 기재는 근청석 및 탄화 규소로부터 형성된다. 상기 물질은 환경, 특히 배기 스트림의 처리에서 처하게 되는 고온을 견딜 수 있다.
본 발명의 실시양태와 함께 사용하기 위한 벽 유동형 필터는 다양한 다공도 및 평균 기공 크기를 가질 수 있다. 다양한 실시양태에서, 벽 유동형 필터는 적어도 약 40%, 또는 약 40% 내지 약 80% 범위 내의 다공도를 갖는다. 일부 실시양태의 벽 유동형 필터는 적어도 5 마이크로미터, 또는 약 5 마이크로미터 내지 약 30 마이크로미터 범위 내의 평균 기공 크기를 갖는다. 하나 이상의 실시양태에서, 기재는 높은 높은 여과 효율의 필터이다. 높은 여과 효율의 필터는 질량 기준으로 매연 입자의 85% 이상을 제거한다.
배출물 처리 시스템
본 발명의 하나의 측면은 배기 가스를 처리하기 위한 배출물 처리 시스템에 관한 것이다. 도 5는 전술한 촉매 물품(100)이 엔진(10)의 하류에 위치하고 엔진과 연통하는 본 발명의 실시양태를 나타낸다. 본 발명의 하나 이상의 실시양태에서, 배출물 처리 시스템은 엔진 (10), 및 엔진(10)의 하류에 위치하고 그와 연통하는 전술한 촉매 물품(100)으로 주로 이루어진다. 본 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용되는 바, "주로 이루어진다"는 용어는 다른 촉매를 가하지 않는 한, 추가의 성분이 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 도 6은 엔진(10)과 전술한 바와 같은 하류의 촉매 물품(100)으로 주로 이루어진 배출물 처리 시스템을 나타낸다. 환원제 주입기 (11) 시스템이 그 사이에 위치하고, 엔진(10)과 촉매 물품 (100) 사이 배기 스트림과 연통한다. 환원제 주입기(11)의 함유물은 단지 반응물 외에 시스템에 다른 촉매를 가하지 않는다.
도 7은 디젤 산화 촉매(12)가 엔진(10)의 하류에 위치하며 그와 연통하는 본 발명의 또 다른 실시양태를 나타낸다. 디젤 산화 촉매(12)는 촉매 물품(100)의 상류에 위치하고 그와 연통한다. 엔진(10)을 빠져나오는 배기 가스는 디젤 산화 촉매(12)를 통과하여 전술한 촉매 물품(100)에 이른다. 하나 이상의 실시양태에서, 배출물 처리 시스템은 본원에 기재된 바와 같이 엔진의 하류 및 촉매 물품의 상류에서 그 둘 다와 연통하는 디젤 산화 촉매로 주로 이루어진다.
도 8은 본 발명의 실시양태를 나타낸다. 엔진(10)으로부터 배기 가스는, 엔진(10)의 하류에 위치하고 그와 연통하는 디젤 산화 촉매(12)를 통과한다. 디젤 산화 촉매(12)를 빠져나오는 배기 가스는 디젤 산화 촉매(12)의 하류 및 본원에 기재된 촉매 물품(100)의 상류에 위치한 환원제 주입기(11)로부터의 환원제와 합쳐진다. 상기 배출물은 배기 시스템으로부터 배출되기 전에 촉매 물품(100)을 통과한다. 환원제 주입기(11)는 예를 들어 탄화수소, 실려있는 (on-board) 연료, 환원제, 공기, 우레아 또는 암모니아를 주입하도록 구성될 수 있다. 히터, 버너 또는 점화원도 상기 환원제 주입기(11)에 포함될 수 있다. 일부 실시양태에서, 환원제 주입기(11)는 촉매 물품(100)의 상류에서 배기 가스 스트림 내로 주입되는 물질의 양을 조절하도록 구성된 계량 장치(13)를 포함한다.
배기 스트림의 처리
본 발명의 추가 실시양태는 매연, 우레아, 암모니아, NOx, CO 및 탄화수소를 포함하는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법에 관한 것이다. 도 3 및 4를 다시 참고하면, 우레아의 가수분해는 촉매 물품(100)의 입구 채널(64)의 입구 말단(54)에 위치한 가수분해 촉매(110)로 촉진된다. 매연은 가수분해 촉매(110) 후 기체 스트림을 기체 투과성 벽(53)으로 통과시킴으로써 기체 스트림으로부터 여과된다. 기체 스트림의 여과는 입구 채널(64)의 입구 벽(65) 상에 필터 케이크의 형성을 초래한다. 암모니아와 NOx는 반응하여, 촉매 물품(100)의 기체 투과성 벽(53)에 침투해 있는 선택적 촉매성 환원 촉매(120)의 존재 하에 및 그에 의해 촉진되어, N2를 형성한다. 기체 투과성 벽(53)을 빠져나오는 기체 스트림 중 암모니아는 출구 벽 (67) 상에 코팅된 암모니아 산화 촉매(130)의 존재 하에 그에 의해 촉진되어 산화된다. CO 및 탄화수소는 촉매 물품의 출구 말단(56)에서 출구 벽(67) 상에 코팅된 산화 촉매(140)의 존재 하에 그에 의해 촉진되어 산화되어 이산화 탄소 및 물을 형성한다. 일부 실시양태에서, 도 4를 참고하면, 매연의 일부는 선택적 촉매성 환원 촉매 (120) 이전 매연 산화 촉매(150)의 존재 하에 그에 의해 촉진되어 산화된다. 일부 실시양태에서, 매연은 필터 케이크의 형성 후에 산화된다.
본 발명을 바람직한 실시양태에 중점을 두고 기재하였지만, 바람직한 장치 및 방법의 변형이 사용될 수 있음이 당업자에게 분명할 것이며, 본 발명은 본원에 구체적으로 기재된 것 외에 실시될 수 있도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 하기 청구항에 정의된 것과 같은 본 발명의 취지 및 범위 내에 포함되는 모든 수정을 포함한다.

Claims (26)

  1. 전체 길이를 한정하는 입구 말단과 출구 말단, 및 축방향으로 연장된 복수의 입구 채널 및 출구 채널을 형성하는 일정 두께를 갖는 기체 투과성 벽을 가지며, 여기서 각각의 입구 채널은 입구 벽, 개방 입구 말단 및 플러깅된 출구 말단을 갖고, 각각의 출구 채널은 출구 벽, 플러깅된 입구 말단 및 개방 출구 말단을 가지며, 이때 각각의 입구 채널은 인접한 출구 채널을 갖는 것인, 기체 스트림에서 매연을 포획하기 위한 벽 유동형 필터;
    입구 말단으로부터 연장된 입구 채널의 입구 벽의 일부 상에 코팅된, 암모니아 전구체의 가수분해를 촉진하는 임의적인 가수분해 촉매;
    과량의 산소의 존재 하에 기체 스트림 중 NOx의 N2로의 전환을 촉진하는, 기체 투과성 벽에 침투해 있는 선택적 촉매성 환원 촉매;
    기체 스트림 중 암모니아의 N2로의 선택적 산화를 촉진하는, 출구 채널의 출구 벽의 길이를 코팅하는 암모니아 산화 촉매; 및
    CO 및 탄화수소의 CO2로의 산화를 촉진하는, 출구 말단으로부터 입구 말단을 향하여 연장된 출구 채널의 출구 벽의 일부 상에 코팅된 산화 촉매
    를 포함하고,
    상기 선택적 촉매성 환원 촉매가 벽 유동형 필터의 전체 길이를 따라 연장되며,
    상기 산화 촉매가 적어도 출구 채널 상에 및 기재의 출구 말단으로부터 입구 말단을 향하여 연장된 일부 상에 코팅되고,
    출구 채널 내 산화 촉매의 범위가 출구 말단에서의 플러그의 길이 범위의 적어도 일부를 포함하며,
    암모니아 산화 촉매가 출구 벽 상의 상기 산화 촉매보다 입구 측에 코팅된 것인,
    매연, 암모니아, 암모니아 전구체, NOx, CO 및 탄화수소를 함유하는 기체 스트림으로부터 배출물을 제거하기 위한 촉매 물품.
  2. 제1항에 있어서, 가수분해 촉매가 존재하고 입구 말단으로부터 벽 유동형 필터 길이의 50%까지 연장되며, 기체 스트림이 가수분해 촉매를 처음에 만나도록 배열되어 있는 것인 촉매 물품.
  3. 제1항에 있어서, 가수분해 촉매가 존재하고 입구 말단으로부터 1/4 인치의 길이까지 또는 벽 유동형 필터 길이의 10% 이하의 길이까지 연장된 것인 촉매 물품.
  4. 제1항에 있어서, 가수분해 촉매가 존재하고 티타니아를 포함하는 것인 촉매 물품.
  5. 제1항에 있어서, 선택적 촉매성 환원 촉매 담지량이 0.25 g/in3 내지 2.5 g/in3 범위인 촉매 물품.
  6. 제1항에 있어서, 선택적 촉매성 환원 촉매가 금속 촉진된 분자체를 포함하는 것인 촉매 물품.
  7. 제1항에 있어서, SCR 촉매 이전에 매연 산화 촉매를 추가로 포함하는 촉매 물품.
  8. 제7항에 있어서, 매연 산화 촉매가 기체 투과성 벽에 침투해 있는 것인 촉매 물품.
  9. 제8항에 있어서, 매연 산화 촉매가 기체 투과성 벽의 입구 측에 침투해 있는 층을 구성하는 것인 촉매 물품.
  10. 제9항에 있어서, 상기 층이 기체 투과성 벽에, 벽 두께의 50% 이하의 깊이까지 침투해 있는 것인 촉매 물품.
  11. 제7항에 있어서, 매연 산화 촉매가 입구 벽 상에서 층을 구성하는 것인 촉매 물품.
  12. 제7항에 있어서, 매연 산화 촉매가 지르코니아 안정화된 산화 세륨을 포함하는 것인 촉매 물품.
  13. 제1항에 있어서, 암모니아 산화 촉매가 촉매 물품의 전체 길이의 50% 이하로 연장된 것인 촉매 물품.
  14. 제1항에 있어서, 암모니아 산화 촉매가 산화 촉매로부터 촉매 물품의 전체 길이의 50% 이하로 연장된 것인 촉매 물품.
  15. 제1항에 있어서, 산화 촉매가 출구 채널의 출구 말단으로부터 2 인치의 길이 이하로 연장된 것인 촉매 물품.
  16. 제1항에 있어서, 산화 촉매가 암모니아 산화 촉매의 일부와 중첩된 것인 촉매 물품.
  17. 제1항에 있어서, 산화 촉매의 길이의 10% 미만 또는 5% 미만이 암모니아 산화 촉매와 중첩된 것인 촉매 물품.
  18. 제1항에 있어서, 산화 촉매가 고표면적 지지체 상의 백금족 금속을 포함하는 것인 촉매 물품.
  19. 제1항에 있어서, 벽 유동형 필터가 질량 기준으로 매연 입자의 85% 이상을 제거하는 필터인 촉매 물품.
  20. 촉매 물품의 입구 채널의 입구 말단에 위치한 가수분해 촉매를 이용하여 우레아의 가수분해를 촉진하고;
    가수분해 촉매 후 기체 스트림을 촉매 물품의 기체 투과성 벽에 통과시켜 입구 채널의 벽 상에 필터 케이크를 형성시킴으로써 기체 스트림으로부터 매연을 여과하고;
    촉매 물품의 기체 투과성 벽에 침투해 있는 선택적 촉매성 환원 촉매를 이용하여 암모니아와 NOx의 N2 형성 반응을 촉진하고;
    촉매 물품의 출구 벽 상에 코팅된 암모니아 산화 촉매를 이용하여 촉매 물품의 기체 투과성 벽을 빠져나오는 기체 스트림에서 암모니아의 산화를 촉진하고;
    촉매 물품의 출구 말단에서 출구 벽 상에 코팅된 산화 촉매를 이용하여 CO와 탄화수소의, 이산화탄소와 물 형성 산화를 촉진하는 것
    을 포함하는,
    제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 촉매 물품을 사용하는 것에 의한, 매연, 우레아, 암모니아, NOx, CO 및 탄화수소를 포함하는 배기 가스 스트림의 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서, 선택적 촉매성 환원 촉매 이전에 매연 산화 촉매를 이용하여 매연의 산화를 촉진하는 것을 추가로 포함하는 배기 가스 스트림의 처리 방법.
  22. 제20항에 있어서, 필터 케이크의 형성 후에 매연이 산화되는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
  23. 엔진, 및 엔진의 하류에 위치하고 엔진과 연통하는 제1항의 촉매 물품을 포함하는 배출물 처리 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 엔진의 하류 및 촉매 물품의 상류에 위치하며 그 둘 다와 연통하는 디젤 산화 촉매를 추가로 포함하는 배출물 처리 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 촉매 물품의 상류에 환원제 주입기를 추가로 포함하는 배출물 처리 시스템.
  26. 삭제
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