KR102360435B1 - Apparatus for exhaust gas purification and exhaust gas purification method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤엔진과 연결된 배기가스 배출관의 전단부에 위치하고, 상기 배기가스에 혼합환원제를 분사하는 제1처리부; 및 상기 배출관의 후단부에 위치하고, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 구비한 제2처리부; 를 포함하는 배기가스 정화 장치 및 이를 이용한 배기가스 정화방법에 관한 것이다. 이를 통해, 본 발명은 넓은 온도범위에서 질소산화물 및 입자상 물질 제거 효율이 우수하고, 외부 열원을 생략하면서도 그을음을 제거할 수 있어, 설비가 간단한 동시에 정화 효율 및 경제성이 우수한 배기가스 정화 장치 및 배기가스 정화 방법을 제공할 수 있다.The present invention is located at the front end of the exhaust gas exhaust pipe connected to the diesel engine, the first processing unit for injecting a mixed reducing agent to the exhaust gas; and a second processing unit located at the rear end of the discharge pipe and having a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate; It relates to an exhaust gas purification apparatus comprising a, and an exhaust gas purification method using the same. Through this, the present invention has excellent nitrogen oxide and particulate matter removal efficiency in a wide temperature range, and can remove soot while omitting an external heat source. A purification method may be provided.

Description

배기가스 정화 장치 및 배기가스 정화 방법{APPARATUS FOR EXHAUST GAS PURIFICATION AND EXHAUST GAS PURIFICATION METHOD}Exhaust gas purification device and exhaust gas purification method

본 발명은 배기가스 정화 장치 및 배기가스 정화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method.

디젤발전은 디젤기관을 통해 발생하는 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 방식이다. 디젤기관은 내연기관의 일종으로서 실린더 안의 공기를 압축하여 고온 및 고압의 상태로 만든 뒤, 액체연료를 분사하여 발생하는 열팽창에너지를 기계적 운동으로 변화시키는 역할을 수행한다. 이러한 과정은 고온 및 고압에서 연소반응에 의해 이루어지기 때문에, 디젤기관은 질소산화물(NOx) 및 입자상 물질(particulate matter; PM) 등의 유해물질을 생성하게 된다.Diesel power generation is a method of generating electricity using energy generated by a diesel engine. A diesel engine is a type of internal combustion engine that compresses air in a cylinder to a high temperature and high pressure state, and then converts thermal expansion energy generated by injecting liquid fuel into mechanical motion. Since this process is performed by a combustion reaction at high temperature and high pressure, the diesel engine generates harmful substances such as nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM).

질소산화물은 일산화질소, 이산화질소 및 기타의 산화질소를 포함하는 것으로, 대기 중에서 수분과 반응할 경우 산성비의 주요 원인이 되며, 질산의 형태로 구름입자가 될 경우 오존층을 파괴하는 요인이 될 수 있다. 또한, 질소산화물은 그 자체가 인체에 작용하여 폐기종, 기관지염 등의 호흡기 질환을 유발하는 원인이 될 수 있다.Nitrogen oxides include nitrogen monoxide, nitrogen dioxide and other nitrogen oxides, and when they react with moisture in the atmosphere, they cause acid rain. In addition, nitrogen oxide itself may act on the human body and cause respiratory diseases such as emphysema and bronchitis.

이와 같은 질소산화물을 처리하기 위해 선택적 비촉매 환원(Selective Non-Catalytic Reduction; SNCR)용 환원제를 사용하는 SNCR 방식 또는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR)용 촉매를 사용하는 SCR 방식을 사용하는 배기가스 정화 장치가 이용되고 있다. 이러한 SNCR 방식 또는 SCR 방식의 배기가스 정화 장치는 디젤엔진과 연결된 배출관에 설치되어 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 역할을 수행한다.Exhaust using the SNCR method using a reducing agent for Selective Non-Catalytic Reduction (SNCR) or the SCR method using a catalyst for Selective Catalytic Reduction (SCR) to treat such nitrogen oxides A gas purifier is used. The SNCR type or SCR type exhaust gas purification device is installed in an exhaust pipe connected to a diesel engine to reduce nitrogen oxides in exhaust gas.

상기 SNCR 방식은 환원제의 종류에 따라서 처리 효율이 달라지는 특성이 있다. 환원제는 주로 암모니아와 요소가 사용되며, 일반적으로 암모니아가 요소보다 높은 효율을 보이지만, 저장 및 취급 관리가 용이한 요소가 많이 이용된다. 그러나 종래의 SNCR 방식은 탈질효율이 낮아 환원제를 과량으로 투입하게 된다. 이러한 경우, 환원제 소요량이 높아 운영비 상승의 원인이 되며, 과량으로 투입되는 환원제로 인하여 대량의 암모니아가 보일러 튜브를 손상시키고 공기예열기에서 황산암모늄을 생성시켜 열소자 부식과 막힘 현상이 빈번히 발생할 수 있다.The SNCR method has a characteristic that the treatment efficiency varies depending on the type of reducing agent. As a reducing agent, ammonia and urea are mainly used. In general, ammonia shows higher efficiency than urea, but urea, which is easy to store and handle, is often used. However, the conventional SNCR method has a low denitrification efficiency, so that an excessive amount of reducing agent is added. In this case, the required amount of reducing agent is high, which causes an increase in operating costs, and due to the excessive amount of reducing agent, a large amount of ammonia damages the boiler tube and generates ammonium sulfate in the air preheater, which can cause frequent corrosion and clogging of the thermal element.

상기 SCR 방식은 질소산화물에 특이적인 촉매를 사용함으로써 질소산화물 저감 효율이 우수하나, 배기가스의 온도를 적정 수준으로 유지하여야 하는 어려움이 있다. 예를 들면, 촉매활성온도 미만에서 운전 시 암모니아와 배기가스 중의 황산화물(SOx)이 황산암모늄을 형성하여 촉매를 피독시키거나 촉매 또는 공기예열기의 막힘현상 등을 유발할 수 있으며, 촉매활성온도 이상에서 운전 시 질소산화물 제거 활성이 저감되고 수열안정성이 낮아질 수 있다.The SCR method is excellent in nitrogen oxide reduction efficiency by using a catalyst specific to nitrogen oxide, but there is a difficulty in maintaining the temperature of the exhaust gas at an appropriate level. For example, when operating below the catalyst activation temperature, ammonia and sulfur oxides (SOx) in the exhaust gas form ammonium sulfate, which may poison the catalyst or cause clogging of the catalyst or air preheater. During operation, nitrogen oxide removal activity may be reduced and hydrothermal stability may be lowered.

본 발명의 하나의 목적은 질소산화물 및 입자상 물질 제거 효율이 우수하고, 활성온도 범위가 넓으며, 외부 열원을 생략하면서도 그을음을 제거할 수 있어, 설비가 간단한 동시에 정화 효율 및 경제성이 우수한 배기가스 정화 장치 및 배기가스 정화 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to purify exhaust gas with excellent nitrogen oxide and particulate matter removal efficiency, a wide activation temperature range, and soot removal while omitting an external heat source, so that the facility is simple and the purification efficiency and economical efficiency are excellent It is to provide an apparatus and an exhaust gas purification method.

본 발명의 일 구현예는 디젤엔진과 연결된 배기가스 배출관의 전단부에 위치하고, 상기 배기가스에 혼합환원제를 분사하는 저감하는 제1처리부; 및 상기 배출관의 후단부에 위치하고, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 구비하는 제2처리부; 를 포함하는 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.One embodiment of the present invention is located at the front end of the exhaust gas exhaust pipe connected to the diesel engine, the first processing unit to reduce the injection of a mixed reducing agent to the exhaust gas; and a second processing unit located at the rear end of the discharge pipe and having a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate; It relates to an exhaust gas purification device comprising a.

상기 혼합환원제는 요소용액 70 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%을 포함할 수 있다.The mixed reducing agent may include 70% to 85% by weight of a urea solution, 10% to 20% by weight of alcohol, 2.5% to 5% by weight of polyethylene glycol, and 2.5% to 5% by weight of alkylbenzenesulfonic acid.

상기 배출관의 전단부는 배기가스의 온도가 600℃ 내지 850℃인 고온영역이고, 상기 고온영역의 질소산화물:요소의 몰비는 1:1 내지 1:1.2일 수 있다.The front end of the exhaust pipe may be a high temperature region in which the temperature of the exhaust gas is 600° C. to 850° C., and a molar ratio of nitrogen oxide to urea in the high temperature region may be 1:1 to 1:1.2.

상기 배출관의 후단부는 배기가스의 온도가 200℃ 내지 550℃인 중저온영역이고, 상기 중저온영역의 질소산화물:요소의 몰비는 1:0.7 내지 1:0.9 일 수 있다.The rear end of the exhaust pipe may be a mid-low temperature region in which the temperature of the exhaust gas is 200° C. to 550° C., and a molar ratio of nitrogen oxide to urea in the mid-low temperature region may be 1:0.7 to 1:0.9.

상기 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 코르디어라이트(cordierite), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 애씨큘러멀라이트(acicular mullite), 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate) 및 알로이 폼(alloy foam) 중 하나 이상을 포함하는 것이고, 평균 기공 크기가 10㎛ 내지 30㎛ 이며, 하니컴 구조를 갖는 것일 수 있다.The base material of the diesel particulate filter is one or more of cordierite, silicon carbide, acicular mullite, aluminum titanate and alloy foam. It includes, and may have an average pore size of 10 μm to 30 μm, and a honeycomb structure.

상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)이 담체 표면에 이온 교환된 것이고, 상기 담체는 모더나이트(mordenite), 베타-제올라이트 및 ZSM-5 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The catalyst for the selective catalytic reduction is one in which copper (Cu) or iron (Fe) is ion-exchanged on the surface of a support, and the support may include at least one of mordenite, beta-zeolite, and ZSM-5.

상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%로 포함할 수 있다.The catalyst for selective catalytic reduction may include copper (Cu) or iron (Fe) in an amount of 15 wt% to 35 wt%.

상기 배기가스 정화 장치는 디젤엔진에 설치되고, 디젤엔진에 연료를 직접 분사하여 순간 연소시킴으로써, 배기가스의 온도를 순간적으로 높여 상기 디젤 파티큘레이트 필터를 재생시키는 재생 장치를 추가로 포함할 수 있다.The exhaust gas purification device may further include a regeneration device that is installed in a diesel engine, and instantaneously increases the temperature of the exhaust gas by directly injecting fuel into the diesel engine to instantly burn the diesel engine to regenerate the diesel particulate filter. .

본 발명의 다른 구현예는 디젤엔진과 연결된 배기가스 배출관의 전단부에서, 상기 배기가스에 혼합환원제를 분사하여 질소산화물을 저감하는 제1처리 단계; 및 상기 배출관의 후단부에서, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 저감하는 제2처리 단계; 를 포함하는 배기가스 정화 방법에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention includes a first treatment step of reducing nitrogen oxides by injecting a mixed reducing agent into the exhaust gas at the front end of an exhaust gas exhaust pipe connected to a diesel engine; and a second treatment step of reducing nitrogen oxides and particulate matter by using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate at the rear end of the discharge pipe; It relates to an exhaust gas purification method comprising a.

상기 배기가스 정화 방법은 상기 혼합환원제가 요소용액 70 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%를 포함하도록 혼합하는 것을 포함할 수 있다.In the exhaust gas purification method, the mixed reducing agent is 70 wt% to 85 wt% of a urea solution, 10 wt% to 20 wt% alcohol, 2.5 wt% to 5 wt% polyethylene glycol, and 2.5 wt% to 5 wt% alkylbencenesulfonic acid It may include mixing to include.

상기 제1처리 단계는 배기가스의 온도가 600℃ 내지 850℃인 고온영역에서, 질소산화물:요소의 몰비를 1:1 내지 1:1.2로 제어하는 것을 포함할 수 있다.The first treatment step may include controlling the molar ratio of nitrogen oxides:urea to 1:1 to 1:1.2 in a high temperature region where the temperature of the exhaust gas is 600°C to 850°C.

상기 제2처리 단계는 배기가스의 온도가 200℃ 내지 550℃인 중저온영역에서, 질소산화물:요소의 몰비를 1:0.7 내지 1:0.9로 제어하는 것을 포함할 수 있다.The second treatment step may include controlling the molar ratio of nitrogen oxide to urea to be 1:0.7 to 1:0.9 in a mid-low temperature region where the temperature of the exhaust gas is 200°C to 550°C.

상기 배기가스 정화 방법에서 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 코르디어라이트(cordierite), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 애씨큘러멀라이트(acicular mullite), 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate) 및 알로이 폼(alloy foam) 중 하나 이상을 포함하는 것이고, 평균 기공 크기가 10㎛ 내지 30㎛ 이며, 하니컴 구조를 갖는 것일 수 있다.In the exhaust gas purification method, the base material of the diesel particulate filter is cordierite, silicon carbide, acicular mullite, aluminum titanate, and alloy foam. ), has an average pore size of 10 μm to 30 μm, and may have a honeycomb structure.

상기 배기가스 정화 방법에서 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)이 담체 표면에 이온 교환된 것이고, 상기 담체는 모더나이트(mordenite), 베타-제올라이트 및 ZSM-5 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In the exhaust gas purification method, the catalyst for selective catalytic reduction is one in which copper (Cu) or iron (Fe) is ion-exchanged on the surface of a carrier, and the carrier is one or more of mordenite, beta-zeolite and ZSM-5. may include

상기 배기가스 정화 방법에서 상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%로 포함할 수 있다.In the exhaust gas purification method, the catalyst for selective catalytic reduction may include copper (Cu) or iron (Fe) in an amount of 15 wt% to 35 wt%.

상기 배기가스 정화 방법은 디젤엔진에 액체연료를 직접 분사하여 순간 연소시킴으로써, 배기가스의 온도를 순간적으로 높여 상기 디젤 파티큘레이트 필터를 재생시키는 제3처리 단계를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas purification method may further include a third treatment step of regenerating the diesel particulate filter by instantaneously increasing the temperature of the exhaust gas by directly injecting liquid fuel into the diesel engine to instantaneously burn it.

상기 제3처리 단계는 순간 연소를 통해, 배출관의 후단부의 배기가스 온도를 순간적으로 600℃ 내지 650℃로 상승시켜 상기 디젤 파티큘레이트 필터의 그을음(soot)를 연소하는 것일 수 있다.The third treatment step may be to burn soot of the diesel particulate filter by instantaneously increasing the exhaust gas temperature at the rear end of the discharge pipe to 600° C. to 650° C. through instantaneous combustion.

본 발명은 넓은 온도범위에서 질소산화물 및 입자상 물질 제거 효율이 우수하고, 활성온도 범위가 넓으며, 외부 열원을 생략하면서도 그을음을 제거할 수 있어, 설비가 간단한 동시에 정화 효율 및 경제성이 우수한 배기가스 정화 장치 및 배기가스 정화 방법을 제공할 수 있다.The present invention has excellent removal efficiency of nitrogen oxides and particulate matter in a wide temperature range, a wide active temperature range, and can remove soot while omitting an external heat source. A device and an exhaust gas purification method may be provided.

도 1은 본 발명 일 실시예의 배기가스 정화 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 구현예는 디젤엔진과 연결된 배기가스 배출관의 전단부에 위치하고, 상기 배기가스에 혼합환원제를 분사하는 제1처리부; 및 상기 배출관의 후단부에 위치하고, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 이용하는 제2처리부; 를 포함하는 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.One embodiment of the present invention is located at the front end of the exhaust gas exhaust pipe connected to the diesel engine, the first processing unit for injecting a mixed reducing agent to the exhaust gas; and a second processing unit located at the rear end of the discharge pipe and using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate; It relates to an exhaust gas purification device comprising a.

이러한 일 구현예의 배기가스 정화 장치는 질소산화물 및 입자상 물질 제거 효율이 우수하고, 질소산화물 및 입자상 물질의 제거 활성도가 우수한 온도범위가 넓으며, 외부 열원을 생략하면서도 그을음을 제거할 수 있어, 설비가 간단한 동시에 정화 효율 및 경제성이 우수하다.The exhaust gas purification apparatus of this embodiment has excellent nitrogen oxide and particulate matter removal efficiency, has a wide temperature range with excellent nitrogen oxide and particulate matter removal activity, and can remove soot while omitting an external heat source, so that the facility It is simple, and at the same time, it has excellent purification efficiency and economical efficiency.

이하, 본 발명 일 실시예의 배기가스 정화 장치를 나타내는 도 1을 참조하여, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 1 showing an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.

일 실시예의 배기가스 정화 장치는 디젤엔진(100)과 연결되어 디젤엔진(100)에서 발생하는 배기가스를 배출하는 배출관(200)에 설치되어 질소산화물 및 입자상 물질을 제거한다. 디젤엔진(100)에서는 외부의 공기를 유입하여 연료와 함께 연소한 후, 상기 연소에 의해 발생하는 질소산화물 및 입자상 물질을 포함하는 배기가스를 배출관(200)을 통해 배출한다. 배기가스는 상기 배출관(200)을 지나는 과정에서 제1처리부(21) 및 제2처리부(22)를 포함하는 일 실시예의 배기가스 정화 장치를 거침으로써, 질소산화물 및 입자상 물질이 저감된 상태로 배출된다. The exhaust gas purification device of an embodiment is connected to the diesel engine 100 and installed in the exhaust pipe 200 for discharging exhaust gas generated from the diesel engine 100 to remove nitrogen oxides and particulate matter. In the diesel engine 100 , external air is introduced and combusted together with fuel, and exhaust gas including nitrogen oxides and particulate matter generated by the combustion is discharged through the exhaust pipe 200 . Exhaust gas passes through the exhaust gas purification apparatus of an embodiment including the first processing unit 21 and the second processing unit 22 in the process of passing through the discharge pipe 200, and is discharged in a reduced state of nitrogen oxides and particulate matter do.

구체적으로, 상기 배출관(200)은 디젤엔진과 연결된 배출관의 전단부에 위치하고, 배기가스에 혼합환원제를 분사하여 질소산화물을 저감하는 제1처리부(21); 및 상기 배출관의 후단부에 위치하고, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 저감하는 제2처리부(22);를 포함한다. Specifically, the discharge pipe 200 is located at the front end of the exhaust pipe connected to the diesel engine, the first processing unit 21 for reducing nitrogen oxide by injecting a mixed reducing agent to the exhaust gas; and a second processing unit 22 located at the rear end of the discharge pipe and reducing nitrogen oxides and particulate matter by using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate.

상기 제1처리부(21)는 배기가스에 혼합환원제를 직접 분사하여 질소산화물을 화학적 환원시키는 동시에, 일부 비산입자를 포착하는 역할을 한다. The first processing unit 21 serves to chemically reduce nitrogen oxides by directly injecting a mixed reducing agent into the exhaust gas, and to capture some scattered particles.

상기 혼합환원제는 요소용액 70 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제1처리부의 배기가스 온도에서 질소산화물 저감 효과가 더욱 우수할 수 있다. 또한, 상기 배합의 혼합환원제는 저장 및 취급 관리가 용이하면서도, 질소산화물 저감효율이 높아 환원제의 소모량을 저감할 수 있으므로, 과량의 환원제로 인한 장치의 손상을 방지할 수 있다.The mixed reducing agent may include 70% to 85% by weight of a urea solution, 10% to 20% by weight of alcohol, 2.5% to 5% by weight of polyethylene glycol, and 2.5% to 5% by weight of alkylbenzenesulfonic acid. In this case, the nitrogen oxide reduction effect at the exhaust gas temperature of the first processing unit may be more excellent. In addition, the mixed reducing agent of the above formulation is easy to store, handle and manage, and it is possible to reduce the consumption of the reducing agent due to the high nitrogen oxide reduction efficiency, thereby preventing damage to the device due to the excessive amount of the reducing agent.

일 구체예에서, 상기 혼합환원제는 요소용액 80 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 15 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 초기 배기가스 중 질소산화물을 70 중량% 이상 저감할 수 있어, 질소산화물 저감효율이 매우 우수하다. In one embodiment, the mixed reducing agent comprises 80% to 85% by weight of urea solution, 10% to 15% by weight of alcohol, 2.5% to 5% by weight of polyethylene glycol, and 2.5% to 5% by weight of alkylbenzenesulfonic acid. may include In this case, nitrogen oxide in the initial exhaust gas can be reduced by 70 wt% or more, and the nitrogen oxide reduction efficiency is very good.

상기 배출관(200)의 전단부는 배기가스의 온도가 600℃ 내지 850℃인 고온영역일 수 있다. 이러한 경우, 혼합환원제가 제1처리부에서 배기가스를 환원시키는 효율이 더욱 우수할 수 있다. 또한, 전술한 배합의 혼합환원제를 사용하는 경우, 보다 넓은 고온영역(600℃ 내지 850℃)에서 고효율로 질소산화물을 제거할 수 있다.The front end of the discharge pipe 200 may be a high temperature region in which the temperature of the exhaust gas is 600°C to 850°C. In this case, the efficiency of reducing the exhaust gas in the first processing unit of the mixed reducing agent may be more excellent. In addition, when the mixed reducing agent of the above-mentioned formulation is used, nitrogen oxides can be removed with high efficiency in a wider high temperature range (600°C to 850°C).

일 구체예에서, 상기 배출관(200)의 전단부는 배기가스의 온도가 700℃ 내지 800℃일 수 있다. 상기 범위 내에서, 전술한 혼합환원제를 사용하였을 때 제1처리부에서의 질소산화물 저감효과를 더욱 향상시킬 수 있다.In one embodiment, the temperature of the exhaust gas at the front end of the discharge pipe 200 may be 700°C to 800°C. Within the above range, when the aforementioned mixed reducing agent is used, the effect of reducing nitrogen oxides in the first processing unit can be further improved.

상기 제2처리부(22)는 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 이용하여 질소산화물을 선택적 촉매 환원 방식으로 제거하는 동시에 입자상 물질을 여과하여 제거한다. 이를 통해, 질소산화물 저감 효과를 90% 이상으로 향상시키는 동시에 입자상 미립자를 제거할 수 있다.The second processing unit 22 removes nitrogen oxides in a selective catalytic reduction method using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate, and at the same time filters and removes particulate matter. Through this, it is possible to improve the nitrogen oxide reduction effect to 90% or more, and at the same time to remove the particulate matter.

상기 배출관의 후단부(200)는 배기가스의 온도가 200℃ 내지 550℃인 중저온영역일 수 있다. 상기 범위 내에서, 선택적 촉매 환원용 촉매를 포함하는 제2처리부에 의한 질소산화물 저감 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.The rear end 200 of the discharge pipe may be a low-mid temperature region in which the temperature of the exhaust gas is 200°C to 550°C. Within the above range, the effect of reducing nitrogen oxides by the second processing unit including the catalyst for selective catalytic reduction may be further improved.

상기 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터는 선택적 촉매 환원용 촉매를 이용하여 질소산화물의 화학적 제거를 수행하고, 동시에 파티큘레이트 필터를 이용하여 입자상 물질 및 그을음 등의 물리적 제거를 수행한다.The diesel particulate filter in which the catalyst for selective catalytic reduction is coated on a substrate performs chemical removal of nitrogen oxides using a catalyst for selective catalytic reduction, and at the same time physically removes particulate matter and soot using a particulate filter carry out

상기 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 코르디어라이트(cordierite, Cd, 2MgO·2Al2O3·5SiO2), 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC), 애씨큘러멀라이트(acicular mullite, ACM, Al2SiO5), 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate, AT, Al2TiO5) 및 알로이 폼(alloy foam) 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 이러한 경우, 디젤 파티큘레이트 필터는 입자상 미립자를 제거하는 효과가 우수할 뿐 아니라, 수열안정성이 우수할 수 있다. 또한, 순간적인 고온에서 우수한 내열성을 구현하여, 후술하는 경우와 같이 배기가스의 온도를 순간적으로 높이는 방법에 의해 손상되지 않으며, 재생이 가능하다.The base material of the diesel particulate filter is cordierite (cordierite, Cd, 2MgO·2Al 2 O 3 ·5SiO 2 ), silicon carbide (SiC), acicular mullite (acicular mullite, ACM, Al 2 SiO 5 ), aluminum titanate (Aluminum titanate, AT, Al 2 TiO 5 ), and alloy foam (alloy foam) may be included. In this case, the diesel particulate filter may be excellent in the effect of removing particulate matter, as well as excellent in hydrothermal stability. In addition, by implementing excellent heat resistance at an instantaneous high temperature, it is not damaged by a method of instantaneously raising the temperature of the exhaust gas as described later, and regeneration is possible.

상기 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 평균 기공 크기가 10㎛ 내지 30㎛ 이며, 하니컴 구조를 갖는 것일 수 있다. 이러한 경우, 입자상 물질의 제거효과가 더욱 우수할 뿐 아니라, 선택적 촉매 환원용 촉매와 배기가스의 접촉영역을 증대하여 정화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 범위의 평균 기공 크기를 갖는 경우, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재 표면에 코팅되는 경우에도 배기가스 정화 장치 내에 압력강하가 발생하지 않아 배기 효율이 더욱 우수할 수 있다.The base material of the diesel particulate filter may have an average pore size of 10 μm to 30 μm and have a honeycomb structure. In this case, not only the removal effect of particulate matter is more excellent, but also the purification efficiency can be further improved by increasing the contact area between the catalyst for selective catalytic reduction and the exhaust gas. In addition, when the average pore size is within the above range, even when the catalyst for selective catalytic reduction is coated on the surface of the substrate, the pressure drop does not occur in the exhaust gas purification device, so that the exhaust efficiency may be more excellent.

상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)이 담체 표면에 이온 교환된 것이고, 상기 담체는 모더나이트(mordenite), 베타-제올라이트 및 ZSM-5 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서, 촉매의 수열안정성이 우수할 뿐 아니라 질소산화물에 대한 제거효율이 더욱 향상될 수 있다. 특히, 순간적인 고온에서 우수한 내열성을 구현하여, 후술하는 경우와 같이 배기가스의 온도를 순간적으로 높이는 방법에 의해 디젤 파티큘레이터 필터를 재생하는 경우에도 우수한 촉매 활성을 유지할 수 있다.The catalyst for selective catalytic reduction is one in which copper (Cu) or iron (Fe) is ion-exchanged on the surface of a support, and the support may include at least one of mordenite, beta-zeolite, and ZSM-5. Within the above range, not only the hydrothermal stability of the catalyst is excellent, but also the removal efficiency for nitrogen oxides can be further improved. In particular, excellent catalytic activity can be maintained even when the diesel particulate filter is regenerated by a method of instantaneously increasing the temperature of the exhaust gas as described later by implementing excellent heat resistance at an instantaneous high temperature.

상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 질소산화물에 대한 제거효율이 더욱 향상될 수 있다. 예를 들면, 상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%, 20 중량% 내지 35 중량%, 20 중량% 내지 30 중량% eh는 25 중량% 내지 35 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 질소산화물에 대한 제거효율이 더욱 향상될 수 있으며, 압력강하 발생률이 낮아 배기 효율이 더욱 향상될 수 있다.The catalyst for selective catalytic reduction may include copper (Cu) or iron (Fe) in an amount of 15 wt% to 35 wt%. Within the above range, the removal efficiency for nitrogen oxides may be further improved. For example, the catalyst for the selective catalytic reduction is 15 wt% to 35 wt%, 20 wt% to 35 wt%, 20 wt% to 30 wt% eh of copper (Cu) or iron (Fe) 25 wt% to It may be included in 35% by weight. In the above range, the removal efficiency for nitrogen oxides can be further improved, and the pressure drop occurrence rate is low, so that the exhaust efficiency can be further improved.

일 구체예에서, 상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 예를 들면, 전술한 담체를 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 포함하는 이온교환용액에 투입한 뒤, 상온(예를 들면, 20℃) 이상의 온도에서 교반하여 제조된 것 일 수 있다. 이온교환이 완료된 선택적 촉매 환원용 촉매는 진공여과기를 이용하여 탈이온수로 세정을 하고, 디젤 파티큘레이트 필터의 기재에 코팅할 수 있다. 상기와 같이 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 건조기에서 110℃ 내지 120℃의 온도로 20 내지 24 시간 동안 건조 된 후, 약 400℃ 내지 약 600℃에서 소성된 후 사용할 수 있다.In one embodiment, the catalyst for selective catalytic reduction is, for example, after the above-described carrier is added to an ion exchange solution containing copper (Cu) or iron (Fe), room temperature (eg, 20 ° C.) or higher It may be prepared by stirring at a temperature. The catalyst for selective catalytic reduction on which the ion exchange has been completed may be washed with deionized water using a vacuum filter and coated on the base material of the diesel particulate filter. The substrate of the diesel particulate filter coated with the catalyst for selective catalytic reduction as described above is dried at a temperature of 110°C to 120°C in a dryer for 20 to 24 hours, and then calcined at about 400°C to about 600°C. can

상기 배기가스 정화 장치는 도면에 도시하지는 않았으나 디젤엔진에 설치되어, 디젤엔진에 연료를 직접 분사하여 순간 연소시킴으로써, 배기가스의 온도를 순간적으로 높여 상기 디젤 파티큘레이트 필터를 재생시키는 재생 장치를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 재생 장치는 디젤엔진의 연료분사장치를 이용하여 동력 스트로크 후의 실린더에 연료를 직접 분사할 수 있다. 이러한 경우, 제2처리부의 배기가스 온도를 순간적으로 600℃ 내지 650℃로 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 디젤 파티큘레이트 필터에 쌓인 그을음(soot)를 연소시켜 디젤 파티큘레이트 필터를 쉽게 재생할 수 있다. 이러한 배기가스 정화 장치는 종래의 디젤 파티큘레이트 필터를 연소하여 재생하기 위해 사용하던 버너와 같은 외부 열원 장치를 생략할 수 있어 설비면에서 경제성이 있을 뿐 아니라, 재생을 위한 연소 시 발생하는 질소산화물 및 연소입자 등을 미연에 방지할 수 있어 더욱 효율성이 우수하다.Although not shown in the drawing, the exhaust gas purification device is installed in a diesel engine, and by directly injecting fuel into the diesel engine to instantaneously burn it, a regeneration device for regenerating the diesel particulate filter by increasing the temperature of the exhaust gas instantaneously is added. can be included as Such a regeneration device may directly inject fuel into a cylinder after a power stroke by using a fuel injection device of a diesel engine. In this case, the temperature of the exhaust gas of the second processing unit may be instantaneously increased to 600°C to 650°C. Through this, it is possible to easily regenerate the diesel particulate filter by burning soot accumulated in the diesel particulate filter. Such an exhaust gas purification device can omit an external heat source device such as a burner used to burn and regenerate a conventional diesel particulate filter, so it is economical in terms of facilities and nitrogen oxides generated during combustion for regeneration. and combustion particles, etc., can be prevented in advance, so the efficiency is excellent.

상기 배기가스 정화 장치는 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 사용하는 제2처리부 및 디젤엔진에 연료를 직접 분사하는 방식으로 필터를 재생하는 재생 장치의 복합적인 작용을 통해 종래의 디젤 파티큘레이트 필터의 전단부에 설치하던 DOC 장치를 생략할 수 있는 장점이 있다. 이러한 경우, 배기가스 정화 장치 내의 압력강하 발생률을 더욱 낮추어 배기효율을 향상시키고, 설비를 더욱 단순하게 저감하면서도 효율성을 높일 수 있다.The exhaust gas purification device is a conventional filter through the complex action of a second processing unit using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction and a regeneration device that regenerates the filter by directly injecting fuel into the diesel engine. There is an advantage in that the DOC device installed at the front end of the diesel particulate filter can be omitted. In this case, it is possible to further reduce the occurrence rate of pressure drop in the exhaust gas purification device to improve the exhaust efficiency, and to increase the efficiency while reducing the equipment more simply.

또한, 상기 배기가스 정화 장치는 전술한 제1처리부 및 제2처리부; 또는 제1처리부, 제2처리부 및 제3처리부의 복합적인 작용을 통해, 배출관 전단부에서 질소산화물을 70 중량% 이상 제거할 수 있고, 최종적으로 질소산화물을 90중량% 이상 저감할 수 있으며, 동시에 입자상 물질을 90 중량% 이상 또는 100% 제거할 수 있다.In addition, the exhaust gas purification apparatus includes the first and second processing units described above; Alternatively, through the combined action of the first processing unit, the second processing unit, and the third processing unit, 70% by weight or more of nitrogen oxides can be removed from the front end of the discharge pipe, and 90% by weight or more of nitrogen oxides can be finally reduced, and at the same time At least 90% by weight or 100% of particulate matter can be removed.

본 발명의 다른 구현예는 디젤엔진과 연결된 배기가스 배출관의 전단부에서, 상기 배기가스에 혼합환원제를 분사하여 질소산화물을 저감하는 제1처리 단계; 및 상기 배출관의 후단부에서, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 저감하는 제2처리 단계; 를 포함하는 배기가스 정화 방법에 관한 것이다.Another embodiment of the present invention includes a first treatment step of reducing nitrogen oxides by injecting a mixed reducing agent into the exhaust gas at the front end of an exhaust gas exhaust pipe connected to a diesel engine; and a second treatment step of reducing nitrogen oxides and particulate matter by using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate at the rear end of the discharge pipe; It relates to an exhaust gas purification method comprising a.

이러한 배기가스 정화 방법은 전술한 일 구현예의 배기가스 정화 장치를 통해 수행될 수 있다. This exhaust gas purification method may be performed through the exhaust gas purification apparatus of the above-described embodiment.

상기 제1처리 단계는 전술한 제1처리부(21)에서 수행될 수 있다. 제1처리 단계는 제1처리부를 지나는 배기가스에 혼합환원제를 직접 분사하여 질소산화물을 화학적 환원시키는 동시에, 일부 비산입자를 포착한다. The first processing step may be performed in the above-described first processing unit 21 . In the first treatment step, a mixed reducing agent is directly injected into the exhaust gas passing through the first treatment unit to chemically reduce nitrogen oxides, and at the same time capture some scattered particles.

상기 배기가스 정화 방법의 제1처리 단계는 상기 혼합환원제가 요소용액 70 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%를 포함하도록 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 제1처리부의 배기가스 온도에서 질소산화물 저감 효과가 더욱 우수할 수 있다. 또한, 상기 배합의 혼합환원제는 저장 및 취급 관리가 용이하면서도, 질소산화물 저감효율이 높아 환원제의 소모량을 저감할 수 있으므로, 과량의 환원제로 인한 장치의 손상을 방지할 수 있다.In the first treatment step of the exhaust gas purification method, the mixed reducing agent is 70 wt% to 85 wt% of a urea solution, 10 wt% to 20 wt% alcohol, 2.5 wt% to 5 wt% polyethylene glycol, and 2.5 wt% alkylbenzenesulfonic acid % to 5% by weight may include mixing. In this case, the nitrogen oxide reduction effect at the exhaust gas temperature of the first processing unit may be more excellent. In addition, the mixed reducing agent of the above formulation is easy to store, handle and manage, and it is possible to reduce the consumption of the reducing agent due to the high nitrogen oxide reduction efficiency, thereby preventing damage to the device due to the excessive amount of the reducing agent.

일 구체예에서, 상기 제1처리 단계는 요소용액 80 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 15 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%을 혼합하여 제조된 혼합환원제를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 초기 배기가스 중 질소산화물을 70 중량% 이상 저감할 수 있어, 질소산화물 저감효율이 매우 우수하다. In one embodiment, the first treatment step is 80% to 85% by weight of urea solution, 10% to 15% by weight of alcohol, 2.5% to 5% by weight of polyethylene glycol, and 2.5% to 5% by weight of alkylbenzenesulfonic acid % may include using a mixed reducing agent prepared by mixing. In this case, nitrogen oxide in the initial exhaust gas can be reduced by 70 wt% or more, and the nitrogen oxide reduction efficiency is very good.

상기 제2처리 단계는 전술한 제2처리부(22)에서 수행될 수 있다. 제2처리 단계는 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 이용하여 질소산화물을 선택적 촉매 환원 방식으로 제거하는 동시에 입자상 물질을 여과하여 제거한다. 이를 통해, 질소산화물 저감 효과를 90% 이상으로 향상시키는 동시에 입자상 미립자를 제거할 수 있다.The second processing step may be performed in the above-described second processing unit 22 . In the second treatment step, nitrogen oxides are removed by selective catalytic reduction using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate, and particulate matter is removed by filtration. Through this, it is possible to improve the nitrogen oxide reduction effect to 90% or more, and at the same time to remove the particulate matter.

상기 배기가스 정화 방법에서 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 코르디어라이트(cordierite), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 애씨큘러멀라이트(acicular mullite), 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate) 및 알로이 폼(alloy foam) 중 하나 이상을 포함하는 것이고, 평균 기공 크기가 10㎛ 내지 30㎛ 이며, 하니컴 구조를 갖는 것일 수 있다. 이러한 경우, 디젤 파티큘레이트 필터는 입자상 미립자를 제거하는 효과가 우수할 뿐 아니라, 수열안정성이 우수할 수 있다. 또한, 순간적인 고온에서 우수한 내열성을 구현하여, 후술하는 경우와 같이 배기가스의 온도를 순간적으로 높이는 방법에 의해 손상되지 않으며, 재생이 가능하다.In the exhaust gas purification method, the base material of the diesel particulate filter is cordierite, silicon carbide, acicular mullite, aluminum titanate, and alloy foam. ), an average pore size of 10 μm to 30 μm, and may have a honeycomb structure. In this case, the diesel particulate filter may be excellent in the effect of removing particulate matter, as well as excellent in hydrothermal stability. In addition, by implementing excellent heat resistance at an instantaneous high temperature, it is not damaged by a method of instantaneously raising the temperature of the exhaust gas as described later, and regeneration is possible.

상기 배기가스 정화 방법에서 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)이 담체 표면에 이온 교환된 것이고, 상기 담체는 모더나이트(mordenite), 베타-제올라이트 및 ZSM-5 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 촉매의 수열안정성이 우수할 뿐 아니라 질소산화물에 대한 제거효율이 더욱 향상될 수 있다. 특히, 순간적인 고온에서 우수한 내열성을 구현하여, 후술하는 경우와 같이 배기가스의 온도를 순간적으로 높이는 방법에 의해 디젤 파티큘레이터 필터를 재생하는 경우에도 우수한 촉매 활성을 유지할 수 있다.In the exhaust gas purification method, the catalyst for selective catalytic reduction is one in which copper (Cu) or iron (Fe) is ion-exchanged on the surface of a carrier, and the carrier is one or more of mordenite, beta-zeolite and ZSM-5. may include In this case, not only the hydrothermal stability of the catalyst is excellent, but also the removal efficiency for nitrogen oxides can be further improved. In particular, excellent catalytic activity can be maintained even when the diesel particulate filter is regenerated by a method of instantaneously increasing the temperature of the exhaust gas as described later by implementing excellent heat resistance at an instantaneous high temperature.

상기 배기가스 정화 방법에서 상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 질소산화물에 대한 제거효율이 더욱 향상될 수 있다. 예를 들면, 상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%, 20 중량% 내지 35 중량%, 20 중량% 내지 30 중량% 또는 25 중량% 내지 35 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 질소산화물에 대한 제거효율이 더욱 향상될 수 있으며, 압력강하 발생률이 낮아 배기 효율이 더욱 향상될 수 있다.In the exhaust gas purification method, the catalyst for selective catalytic reduction may include copper (Cu) or iron (Fe) in an amount of 15 wt% to 35 wt%. Within the above range, the removal efficiency for nitrogen oxides may be further improved. For example, the catalyst for the selective catalytic reduction is 15 wt% to 35 wt%, 20 wt% to 35 wt%, 20 wt% to 30 wt%, or 25 wt% to 35 wt% of copper (Cu) or iron (Fe) It may be included in weight %. In the above range, the removal efficiency for nitrogen oxides can be further improved, and the pressure drop occurrence rate is low, so that the exhaust efficiency can be further improved.

상기 배기가스 정화 방법은 디젤엔진에 액체연료를 직접 분사하여 순간 연소시킴으로써, 배기가스의 온도를 순간적으로 높여 상기 디젤 파티큘레이트 필터를 재생시키는 제3처리 단계를 더 포함할 수 있다.The exhaust gas purification method may further include a third treatment step of regenerating the diesel particulate filter by instantaneously increasing the temperature of the exhaust gas by directly injecting liquid fuel into the diesel engine to instantaneously burn it.

상기 제3처리 단계는 순간 연소를 통해, 배출관의 후단부의 배기가스 온도를 순간적으로 600℃ 내지 650℃로 상승시켜 상기 디젤 파티큘레이트 필터의 그을음(soot)를 연소하는 것일 수 있다.The third treatment step may be to burn soot of the diesel particulate filter by instantaneously increasing the exhaust gas temperature at the rear end of the discharge pipe to 600° C. to 650° C. through instantaneous combustion.

이러한 제3처리 단계는 디젤엔진에 설치된 재생장치를 통해 수행될 수 있으며, 상기 재생장치는 연료분사장치를 이용하여 동력 스트로크 후의 실린더에 연료를 직접 분사할 수 있다. 이러한 경우, 제2처리부의 배기가스 온도를 순간적으로 600℃ 내지 650℃로 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 디젤 파티큘레이트 필터에 쌓인 그을음(soot)를 연소시켜 디젤파티큘레이트 필터를 쉽게 재생할 수 있다. 이러한 방법은 종래의 디젤 파티큘레이트 필터를 연소하여 재생하기 위해 사용하던 버너와 같은 외부 열원 장치를 생략할 수 있어 설비면에서 경제성이 있을 뿐 아니라, 재생을 위한 연소 시 발생하는 질소산화물 및 연소입자 등을 미연에 방지할 수 있어 더욱 효율성이 우수하다.This third processing step may be performed through a regeneration device installed in the diesel engine, and the regeneration device may directly inject fuel into the cylinder after the power stroke by using the fuel injection device. In this case, the temperature of the exhaust gas of the second processing unit may be instantaneously increased to 600°C to 650°C. Through this, it is possible to easily regenerate the diesel particulate filter by burning soot accumulated in the diesel particulate filter. This method can omit an external heat source device such as a burner used to burn and regenerate the conventional diesel particulate filter, so it is economical in terms of facilities, and nitrogen oxides and combustion particles generated during combustion for regeneration. It can be prevented in advance, so it is more efficient.

상기 배기가스 정화 방법은 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 사용하는 제2처리 단계 및 디젤엔진에 연료를 직접 분사하는 방식으로 필터를 재생하는 제3처리 단계의 복합적 작용을 통해, 종래의 디젤 파티큘레이트 필터의 전단부에 설치하던 DOC 장치를 생략할 수 있는 장점이 있다. 이러한 경우, 배기가스 정화 장치 내의 압력강하 발생률을 더욱 낮추어 배기효율을 향상시키고, 설비를 더욱 단순하게 저감하면서도 효율성을 높일 수 있다.The exhaust gas purification method is through the combined action of a second treatment step of using a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction and a third treatment step of regenerating the filter by directly injecting fuel into the diesel engine. , there is an advantage that the DOC device installed at the front end of the conventional diesel particulate filter can be omitted. In this case, it is possible to further reduce the occurrence rate of pressure drop in the exhaust gas purification device to improve the exhaust efficiency, and to increase the efficiency while reducing the equipment more simply.

또한, 상기 배기가스 정화 방법은 전술한 제1처리 단계 및 제2처리 단계; 또는 제1처리 단계, 제2처리 단계 및 제3처리 단계의 복합적인 작용을 통해, 배출관 전단부에서 질소산화물을 70 중량% 이상 제거할 수 있고, 최종적으로 질소산화물을 90중량% 이상 저감할 수 있으며, 동시에 입자상 물질을 90 중량% 이상 또는 100% 제거할 수 있다. In addition, the exhaust gas purification method includes the first and second treatment steps described above; Alternatively, through the combined action of the first treatment step, the second treatment step, and the third treatment step, it is possible to remove at least 70% by weight of nitrogen oxides from the front end of the discharge pipe, and finally, it is possible to reduce nitrogen oxides by more than 90% by weight and at the same time, it is possible to remove 90% by weight or more or 100% of particulate matter.

실시예Example

이하에서는, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들은 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로 제공되는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through Examples and Comparative Examples. However, these are provided only to explain the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예production example 1 내지 5 : 혼합환원제의 제조 1 to 5: Preparation of mixed reducing agent

하기 표 1에 기재된 조성비에 따라 요소, 알코올, 폴리에틸렌글리콜 및 알킬 벤젠설폰산을 혼합하여 혼합환원제를 제조하였다. (이때, 요소는 30% 농축된 것을 사용하였다)A mixed reducing agent was prepared by mixing urea, alcohol, polyethylene glycol and alkyl benzenesulfonic acid according to the composition ratio shown in Table 1 below. (At this time, 30% concentrated urea was used)

제조예production example 요소
(중량%)
Element
(weight%)
알코올
(중량%)
Alcohol
(weight%)
폴리에틸렌글리콜
(중량%)
polyethylene glycol
(weight%)
알킬벤젠설폰산
(중량%)
Alkylbenzenesulfonic acid
(weight%)
제조예 1Preparation Example 1 7070 2020 55 55 제조예 2Preparation 2 7575 2020 2.52.5 2.52.5 제조예 3Preparation 3 8080 1515 2.52.5 2.52.5 제조예 4Preparation 4 8585 1010 2.52.5 2.52.5 제조예 5Preparation 5 100100 00 00 00

실시예Example 1 내지 4 1 to 4

선택적 촉매 환원용 촉매를 제조하기 위하여, ZSM-5를 Cu(NO3)2에 투입한 후, 상온 이상의 온도에서 교반하면서 이온교환하였다. 이온교환이 완료된 촉매를 필터가 부착된 감압여과 장치에서 탈이온수(Deionized Water)를 공급해 세정을 하고, CordieriteDPF에 코팅을 하였다. 이후, 촉매가 코팅된 CordieriteDPF를 건조기에 넣고 110℃ 내지 120℃의 온도에서 24 시간 건조하였다. 건조 후 완료된 샘플은 약 500℃에서 수 시간 동안 소성하여 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 제조하였다. 이때, 촉매의 구리 담지량은 하기 표 2에 표시된 담지량으로 제어하였다. In order to prepare a catalyst for selective catalytic reduction, ZSM-5 was added to Cu(NO 3 ) 2 , followed by ion exchange while stirring at a temperature above room temperature. After the ion exchange was completed, the catalyst was cleaned by supplying deionized water from a reduced pressure filtration device with a filter, and coated on Cordierite DPF. Then, the catalyst-coated Cordierite DPF was put in a dryer and dried at a temperature of 110° C. to 120° C. for 24 hours. After drying, the completed sample was calcined at about 500° C. for several hours to prepare a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction. At this time, the amount of copper supported on the catalyst was controlled as shown in Table 2 below.

도서지역에서 운영중인 디젤발전기에 혼합환원제 주입설비와 상기에서 제조한 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터 및 제어설비를 장착하여 배기가스 정화 장치를 구비하였다.The diesel generator operating in the island area was equipped with an exhaust gas purification device by installing a mixed reducing agent injection facility, a diesel particulate filter coated with the catalyst for selective catalytic reduction prepared above, and a control facility.

상기 배기가스 정화 장치에, 반응온도 600℃ 내지 850℃, 약 4,000Nm3/h에서 질소산화물:요소 몰비 1:2.4인 배기가스(질소산화물 1000ppm, PM 5mg/m3, 산소 13.0%, 수분 11%, 일산화탄소 100ppm등)를 주입하고, 배출관의 전단부에서 표 2와 같이 제조예 1 내지 4의 혼합환원제를 분사하여 제1단계 처리하였다. 이후, 상기 제1단계 처리된 배기가스(500℃)를 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터가 설치된 배출관의 후단부를 통과시켜 제2단계 처리하는 방식으로 약 1,000시간 동안 운영시험을 하였다. In the exhaust gas purification device, the exhaust gas (nitrogen oxide 1000ppm, PM 5mg/ m 3 , oxygen 13.0%, moisture 11 %, carbon monoxide, etc.) was injected, and the mixed reducing agent of Preparation Examples 1 to 4 was sprayed as shown in Table 2 from the front end of the discharge pipe to perform the first step treatment. After that, the exhaust gas (500 ℃) treated in the first step is passed through the rear end of the exhaust pipe installed with a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction to be treated in the second step, and an operation test for about 1,000 hours is performed. did

선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤파티큘레이트 필터의 사용 여부Whether a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction is used 혼합환원제mixed reducing agent Cu
(중량%)
Cu
(weight%)
실시예 1Example 1 제조예 1Preparation Example 1 1515 실시예 2Example 2 제조예 2Preparation 2 2020 실시예 3Example 3 제조예 3Preparation 3 2525 실시예 4Example 4 제조예 4Preparation 4 3030

비교예comparative example 1 One

도서지역에서 운영중인 디젤발전기에 단일환원제 주입설비와 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅되지 않은 일반 디젤 파티큘레이트 필터 및 제어설비를 장착하여 배기가스 정화 장치를 구비하였다.A single reducing agent injection facility and a general diesel particulate filter that is not coated with a catalyst for selective catalytic reduction and a control facility were installed in the diesel generator operating in the island area to provide an exhaust gas purification device.

상기 배기가스 정화 장치에, 반응온도 600℃ 내지 850℃, 약 4,000Nm3/h에서 질소산화물:요소 몰비 1:2.4인 배기가스(질소산화물 1000ppm, PM 5mg/m3, 산소 13.0%, 수분 11%, 일산화탄소 100ppm등)를 주입하고, 표 3과 같이 제조예 5의 혼합환원제를 분사하여 제1단계 처리하였다. 이후, 상기 제1단계 처리된 배기가스(500℃)를 선택적 촉매 환원 장치 및 디젤 파티큘레이트 필터가 별도로 설치된 배출관 후단부를 통과시켜 약 1,000시간 동안 운영시험을 하였다. In the exhaust gas purification device, the exhaust gas (nitrogen oxide 1000ppm, PM 5mg/ m 3 , oxygen 13.0%, moisture 11 %, carbon monoxide 100ppm, etc.) was injected, and the mixed reducing agent of Preparation Example 5 was sprayed as shown in Table 3 to perform the first step treatment. Thereafter, the exhaust gas (500° C.) treated in the first step was passed through the rear end of the exhaust pipe separately installed with a selective catalytic reduction device and a diesel particulate filter, and an operation test was performed for about 1,000 hours.

선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤파티큘레이트 필터의 사용 여부Whether a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction is used 혼합환원제mixed reducing agent Cu
(중량%)
Cu
(weight%)
비교예 1Comparative Example 1 ×× 제조예 5Preparation 5 1515

<초기 질소산화물 제거율 평가><Evaluation of initial nitrogen oxide removal rate>

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 사용된 혼합환원제 각각의 질소산화물 제거율을 평가하여 표 4에 나타내었다.The nitrogen oxide removal rates of each of the mixed reducing agents used in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were evaluated and shown in Table 4.

환원제 분사 장치가 설치된 배기가스 정화 장치에서, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 사용된 혼합환원제를 반응온도 500℃, 600℃, 700℃ 및 800℃로 조절하여 분사하였다. 이때 배기가스는 반응온도를 600℃ 내지 850℃에서 약 4,000Nm3/h에서 질소산화물:요소 몰비 1:2.4이었다(질소산화물 1000ppm, PM 5mg/m3, 산소 13.0%, 수분 11%, 일산화탄소 100ppm등).In an exhaust gas purification device equipped with a reducing agent injection device, the mixed reducing agent used in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was sprayed at reaction temperatures of 500°C, 600°C, 700°C and 800°C. At this time, the exhaust gas had a reaction temperature of about 4,000 Nm 3 /h at 600° C. to 850° C., and a nitrogen oxide:urea molar ratio of 1:2.4 (nitrogen oxide 1000 ppm, PM 5 mg/m 3 , oxygen 13.0%, moisture 11%, carbon monoxide 100 ppm etc).

상기 질소산화물의 농도는 비분산적외선법을 사용하는 계측기를 사용하여 측정하였다. The concentration of the nitrogen oxide was measured using a measuring instrument using a non-dispersive infrared method.

질소산화물 제거율(%)Nitrogen oxide removal rate (%) 혼합환원제mixed reducing agent 500℃500℃ 600℃600℃ 700℃700℃ 800℃800℃ 실시예 1Example 1 제조예 1Preparation Example 1 4040 5555 7575 8080 실시예 2Example 2 제조예 2Preparation 2 5555 6868 7777 7979 실시예 3Example 3 제조예 3Preparation 3 5555 6868 7878 8080 실시예 4Example 4 제조예 4Preparation 4 4040 6565 7575 8585 비교예 1Comparative Example 1 제조예 5Preparation 5 2020 3030 4040 4747

<최종 질소산화물 제거율 및 입자상 미립자 제거율 평가><Evaluation of final nitrogen oxide removal rate and particulate matter removal rate>

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 실시한 배기가스 정화 방법에 대하여, 최종으로 배출된 배기가스의 질소산화물 농도 및 입자상 미립자 농도를 측정하여, 질소산화물 제거율 및 입자상 미립자 제거율을 평가하였다. 결과는 표 5에 나타내었다.With respect to the exhaust gas purification methods carried out in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the nitrogen oxide concentration and particulate particle concentration of the exhaust gas finally discharged were measured to evaluate the nitrogen oxide removal rate and particulate particulate removal rate. The results are shown in Table 5.

실시예 Example 환원제reducing agent 선택적 촉매 환원용 촉매가 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터의 사용 여부Whether a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction is used 질소산화물
제거율(%)
nitrogen oxide
Removal rate (%)
입자상 미립자
제거율(%)
particulate matter
Removal rate (%)
실시예 1Example 1 제조예 1Preparation Example 1 9090 100100 실시예 2Example 2 제조예 2Preparation 2 9393 100100 실시예 3Example 3 제조예 3Preparation 3 9797 100100 실시예 4Example 4 제조예 4Preparation 4 9797 100100 비교예 1Comparative Example 1 제조예 5Preparation 5 ×× 8080 8080

100: 디젤엔진
200: 배출관
21: 제1처리부
22: 제2처리부
100: diesel engine
200: discharge pipe
21: first processing unit
22: second processing unit

Claims (17)

디젤엔진과 연결된 배기가스 배출관의 전단부에 위치하고, 상기 배기가스에 혼합환원제를 분사하는 제1처리부; 및
상기 배출관의 후단부에 위치하고, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터가 구비된 제2처리부;를 포함하고,
상기 혼합환원제는 요소용액 70 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 장치.
a first processing unit located at the front end of the exhaust gas exhaust pipe connected to the diesel engine and injecting a mixed reducing agent into the exhaust gas; and
A second processing unit located at the rear end of the discharge pipe and provided with a diesel particulate filter coated with a catalyst for selective catalytic reduction on a substrate;
The mixed reducing agent comprises 70% to 85% by weight of urea solution, 10% to 20% by weight of alcohol, 2.5% to 5% by weight of polyethylene glycol, and 2.5% to 5% by weight of alkylbenzenesulfonic acid exhaust gas purification device.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 코르디어라이트(cordierite), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 애씨큘러멀라이트(acicular mullite), 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate) 및 알로이 폼(alloy foam) 중 하나 이상을 포함하는 것이고,
평균 기공 크기가 10㎛ 내지 30㎛ 이며, 하니컴 구조를 갖는 것인 배기가스 정화 장치.
According to claim 1,
The base material of the diesel particulate filter is cordierite (cordierite), silicon carbide (silicon carbide), acicular mullite (acicular mullite), aluminum titanate (aluminum titanate) and at least one of alloy foam (alloy foam) that includes,
An exhaust gas purification device having an average pore size of 10 μm to 30 μm and a honeycomb structure.
제1항에 있어서,
상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)이 담체 표면에 이온 교환된 것이고,
상기 담체는 모더나이트(mordenite), 베타-제올라이트 및 ZSM-5 중 하나 이상을 포함하는 것인 배기가스 정화 장치.
According to claim 1,
The catalyst for the selective catalytic reduction is copper (Cu) or iron (Fe) ion-exchanged on the surface of the carrier,
The carrier is an exhaust gas purification device comprising at least one of mordenite, beta-zeolite, and ZSM-5.
제6항에 있어서,
상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%로 포함하는 것인 배기가스 정화 장치.
7. The method of claim 6,
The catalyst for the selective catalytic reduction is an exhaust gas purification device comprising copper (Cu) or iron (Fe) in an amount of 15 wt% to 35 wt%.
제1항에 있어서,
상기 배기가스 정화 장치는 디젤엔진에 설치되고, 디젤엔진에 연료를 직접 분사하여 순간 연소시킴으로써, 배기가스의 온도를 순간적으로 높여 상기 디젤 파티큘레이트 필터를 재생시키는 재생 장치를 추가로 포함하는 것인 배기가스 정화 장치.
According to claim 1,
The exhaust gas purification device is installed in the diesel engine, and by directly injecting fuel to the diesel engine and instantaneous combustion, to increase the temperature of the exhaust gas instantaneously to further include a regeneration device for regenerating the diesel particulate filter exhaust gas purification system.
디젤엔진과 연결된 배기가스 배출관의 전단부에서, 상기 배기가스에 혼합환원제를 분사하여 질소산화물을 저감하는 제1처리 단계; 및
상기 배출관의 후단부에서, 선택적 촉매 환원용 촉매가 기재에 코팅된 디젤 파티큘레이트 필터를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 저감하는 제2처리 단계;를 포함하고,
상기 혼합환원제는 요소용액 70 중량% 내지 85 중량%, 알코올 10 중량% 내지 20 중량%, 폴리에틸렌글리콜 2.5 중량% 내지 5 중량% 및 알킬벤센설폰산 2.5 중량% 내지 5 중량%의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 방법.
a first processing step of reducing nitrogen oxides by injecting a mixed reducing agent into the exhaust gas at the front end of the exhaust gas exhaust pipe connected to the diesel engine; and
A second treatment step of reducing nitrogen oxides and particulate matter by using a diesel particulate filter in which a catalyst for selective catalytic reduction is coated on a substrate at the rear end of the discharge pipe;
The mixed reducing agent is a mixture of 70% to 85% by weight of urea solution, 10% to 20% by weight of alcohol, 2.5% to 5% by weight of polyethylene glycol, and 2.5% to 5% by weight of alkylbenzenesulfonic acid How to purify exhaust gas.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 디젤 파티큘레이트 필터의 기재는 코르디어라이트(cordierite), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 애씨큘러멀라이트(acicular mullite), 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate) 및 알로이 폼(alloy foam) 중 하나 이상을 포함하는 것이고,
평균 기공 크기가 10㎛ 내지 30㎛ 이며, 하니컴 구조를 갖는 것인 배기가스 정화 방법.
10. The method of claim 9,
The base material of the diesel particulate filter is cordierite (cordierite), silicon carbide (silicon carbide), acicular mullite (acicular mullite), aluminum titanate (aluminum titanate) and at least one of alloy foam (alloy foam) that includes,
An exhaust gas purification method having an average pore size of 10 μm to 30 μm and a honeycomb structure.
제9항에 있어서,
상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)이 담체 표면에 이온 교환된 것이고,
상기 담체는 모더나이트(mordenite), 베타-제올라이트 및 ZSM-5 중 하나 이상을 포함하는 것인 배기가스 정화 방법.
10. The method of claim 9,
The catalyst for the selective catalytic reduction is copper (Cu) or iron (Fe) ion-exchanged on the surface of the carrier,
The carrier is an exhaust gas purification method comprising at least one of mordenite, beta-zeolite, and ZSM-5.
제14항에 있어서,
상기 선택적 촉매 환원용 촉매는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 15 중량% 내지 35 중량%로 포함하는 것인 배기가스 정화 방법.
15. The method of claim 14,
The catalyst for selective catalytic reduction is an exhaust gas purification method comprising copper (Cu) or iron (Fe) in an amount of 15 wt% to 35 wt%.
제9항에 있어서,
상기 배기가스 정화 방법은 디젤엔진에 액체연료를 직접 분사하여 순간 연소시킴으로써, 배기가스의 온도를 순간적으로 높여 상기 디젤 파티큘레이트 필터를 재생시키는 제3처리 단계를 더 포함하는 것인 배기가스 정화 방법.
10. The method of claim 9,
The exhaust gas purification method further comprises a third processing step of regenerating the diesel particulate filter by instantaneously increasing the temperature of the exhaust gas by directly injecting liquid fuel into the diesel engine and instantaneous combustion, thereby regenerating the diesel particulate filter. .
제16항에 있어서,
상기 제3처리 단계는 순간 연소를 통해, 배출관의 후단부의 배기가스 온도를 순간적으로 600℃ 내지 650℃로 상승시켜 상기 디젤 파티큘레이트 필터의 그을음(soot)를 연소하는 것인 배기가스 정화 방법.
17. The method of claim 16,
The third treatment step is to burn the soot of the diesel particulate filter by instantaneously raising the exhaust gas temperature at the rear end of the exhaust pipe to 600° C. to 650° C. through instantaneous combustion.
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