KR102611833B1 - 디젤 배출물 제어를 위한 다기능 필터 - Google Patents

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Abstract

다중-구역 촉매 물품, 다중-구역 촉매 물품을 제조하는 방법, 다중-구역 촉매 물품을 사용하여 디젤 엔진 배기 스트림에서 배출물을 제어하는 방법이 제공되며, 여기서 다양한 실시양태의 배출물 처리 시스템은 단일 다중-구역 촉매 물품을 사용하여 디젤 엔진 배기물을 효과적으로 처리한다.

Description

디젤 배출물 제어를 위한 다기능 필터
본 발명은 촉매 물품, 배출물 처리 시스템 및 배기 가스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 다중-구역 촉매 물품, 다중-구역 촉매 물품을 제조하는 방법 및 다중-구역 촉매 물품을 사용하여 디젤 엔진 배기 스트림에서 배출물을 제어하는 방법이 제공되며, 여기서 다양한 실시양태의 배출물 처리 시스템은 단일 다중-구역 촉매 물품을 사용하여 디젤 엔진 배기물을 효과적으로 처리한다.
엔진 배기물, 특히 디젤 엔진 배기물은 기체상 배출물, 예컨대 일산화탄소 ("CO"), 미연소 탄화수소 ("HC") 및 질소 산화물 ("NOx") 뿐만 아니라 통상적으로 미립자 또는 미립자 물질 (PM)로서 지칭되는 응축상 물질 (액체 및 고체)을 함유하는 불균질 혼합물이다. 규제되는 배기 배출물의 종은 CO, HC, NOx 및 PM을 포함한다.
종종, 촉매 조성물 및 조성물이 표면 상에 배치된 기재가 디젤 엔진 배기 시스템에 제공되어 이들 배기물 성분들의 일부 또는 전부를 무해 성분으로 전환시킨다. 예를 들어, 디젤 배기 시스템은 디젤 산화 촉매, 그을음 필터 및 NOx의 환원을 위한 촉매 중 하나 이상을 함유할 수 있다.
백금족 금속, 비귀금속 및 그의 조합을 함유하는 산화 촉매는, HC 및 CO 기체상 오염물을 둘 다 이산화탄소 및 물로 산화시키는 것을 통해 이들 오염물 및 일부 비율의 미립자 물질의 전환을 촉진함으로써 디젤 엔진 배기물의 처리를 용이하게 하는 것으로 공지되어 있다. 이러한 촉매는 일반적으로 배기물을 대기 중으로 내보내기 전에 처리하기 위해 디젤 엔진의 배기물 내에 위치하며, 디젤 산화 촉매 (DOC)라고 불리는 단위체에 함유되어 왔다. 기체상 HC, CO 및 미립자 물질의 전환에 더하여, 백금족 금속 (전형적으로 내화성 산화물 지지체 상에 분산됨)을 함유하는 산화 촉매는 또한 산화질소 (NO)의 NO2로의 산화를 촉진한다.
디젤 배기물의 총 미립자 물질 (TPM) 배출물은 세 가지 주요 성분으로 구성된다. 하나의 성분은 건조하고 고체인 탄소질 분획 또는 그을음 분획이다. 이 건조 탄소질 물질은 디젤 배기물과 통상적으로 연관되는 가시적 그을음 배출물의 원인이 된다. 미립자 물질의 제2 성분은 가용성 유기 분획 ("SOF")이다. 가용성 유기 분획은 때때로 휘발성 유기 분획 ("VOF")으로서 지칭되기도 하며, 이 용어를 본원에 사용할 것이다. VOF는 디젤 배기물의 온도에 따라 디젤 배기물 중에 증기로서 또는 에어로졸 (액체 응축물의 미세한 액적)로서 존재할 수 있다. 이는 일반적으로 표준 측정 시험, 예컨대 미국 대형차 과도운전 연방 시험 절차(U.S. Heavy Duty Transient Federal Test Procedure)에 의해 규정된 바와 같이 52℃의 표준 미립자 수집 온도에서 희석된 배기물 중에 응축된 액체로서 존재한다. 이들 액체는 두 가지 공급원: (1) 피스톤이 아래 위로 움직일 때마다 엔진의 실린더 벽으로부터 소산되는 윤활 오일; 및 (2) 미연소 또는 부분적으로 연소된 디젤 연료로부터 발생한다. 미립자 물질의 제3 성분은 소위 술페이트 분획이다. 술페이트 분획은 디젤 연료 및 윤활 오일에 존재하는 소량의 황 성분으로부터 형성된다. 연소하는 동안 디젤 연료 및 오일의 황 성분은 기체상의 SO2 및 SO3을 형성한다. 배기물이 냉각됨에 따라 SO3은 물과 급속하게 결합하여 황산, H2SO4를 형성한다. 황산은 에어로졸을 형성하여 탄소 미립자와 응축상으로 수집되거나 또는 다른 미립자 성분에 흡착되어 TPM의 집합체에 추가된다.
높은 미립자 물질 감소를 위해 사용되는 하나의 핵심 후처리 기술은 디젤 미립자 필터 (DPF)이다. 디젤 배기물로부터 미립자 물질을 제거하는데 효과적인 것으로 공지된 다수의 필터 구조물, 예컨대 벌집 벽 유동 필터, 권취 또는 패킹된 섬유 필터, 연속 기포 발포체, 소결 금속 필터 등이 존재한다. 그러나, 하기 기재된 세라믹 벽 유동 필터가 가장 많은 주목을 받고 있다. 이들 필터는 디젤 배기물로부터 90%가 넘는 고체 탄소질 미립자 물질을 제거할 수 있다. 필터는 배기물로부터 입자를 제거하기 위한 물리적 구조물이며, 축적된 입자는 엔진 상에서 필터로부터 배압을 증가시킬 것이다. 따라서, 축적된 입자는 필터로부터 연속적으로 또는 주기적으로 연소 제거하여 허용가능한 배압을 유지시켜야 한다. 불행하게도, 탄소 그을음 입자는 산소가 풍부한 (희박) 배기 조건 하에서 연소되기 위해 500℃를 초과하는 온도를 필요로 한다. 이 온도는 디젤 배기물에 전형적으로 존재하는 것보다 높다.
일반적으로 필터의 활성 재생을 제공하기 위해 배기 온도를 증가시키는 수단이 도입된다. 촉매의 존재는 필터 내의 CO, HC 및 NO 산화 및 그을음 연소 속도의 증가를 제공한다. 이러한 방식으로 촉매 그을음 필터 (CSF) 또는 촉매 디젤 미립자 필터 (CDPF)는 축적된 그을음의 활성 연소와 함께 > 90% 미립자 물질 감소를 제공하는데 효과적이다.
입자 제거를 위한 또 다른 메카니즘은 산화제로서 배기 스트림 내의 NO2를 사용하는 것이다. 따라서, 미립자는 300℃ 초과의 온도에서 산화제로서 NO2를 사용하는 산화에 의해 제거될 수 있다. 엔진으로부터의 배기물에 이미 존재하는 NO2는 상류의 DOC 산화 촉매의 사용을 통한 (또한 배기물 중의) NO의 산화를 통해 추가적으로 보충될 수 있다. 이 수동 재생 메커니즘은 필터에서 그을음 로드를 더 감소시키고 활성 재생 사이클 수를 감소시킬 수 있다.
전세계적으로 채택된 미래 배출 표준은 또한 디젤 배기물로부터의 NOx 환원을 다룰 것이다. 희박 디젤 배기물 조건으로 2006년부터 유럽에서 및 2010년부터 미국에서 대형 모바일 배출 시스템에 적용된 입증된 NOx 제거 기술은 선택적 촉매 환원 (SCR)이다. 이 방법에서, NOx는 전형적으로 비귀금속으로 구성된 촉매 상에서 암모니아 (NH3)에 의해 질소 (N2)로 환원된다. 기술은 90%가 넘는 NOx 환원을 가능하게 하여, 적극적인 NOx 환원 목적을 달성하기 위한 최고의 접근법 중 하나에 해당한다. 모바일 용도를 위한 SCR은 암모니아의 공급원으로서 우레아 (일반적으로 수용액에 존재함)를 사용한다. SCR은 배기 온도가 촉매의 활성 온도 범위 내에 있는 한 NOx의 효율적인 전환을 제공한다.
배기물의 개별 성분을 다루기 위한 촉매를 각각 함유하는 별개의 기재를 배기 시스템에 제공할 수 있으나, 시스템의 전체 크기를 감소시키고, 시스템의 조립을 용이하게 하고, 시스템의 전체 비용을 감소시키기 위해서는 더 적은 수의 기재를 사용하는 것이 바람직하다. 이 목적을 달성하기 위한 하나의 접근법은 NOx를 무해 성분으로 전환하는데 효과적인 촉매 조성물로 그을음 필터를 코팅하는 것이다 ("SCR-촉매 그을음 필터" 또는 "코팅된 그을음 필터"를 제공함). 이러한 접근법에서, SCR-촉매 그을음 필터는 두 가지 촉매 기능: 배기 스트림의 미립자 성분의 제거 및 배기 스트림의 NOx 성분의 N2로의 전환을 가정한다.
NOx 환원 목표를 달성할 수 있는 코팅된 그을음 필터는 그을음 필터 상에 SCR 촉매 조성물의 충분한 로딩을 필요로 한다. 배기 스트림의 특정 유해 성분에 노출됨으로써 시간 경과에 따라 발생하는 조성물의 촉매 유효성의 점진적인 감소는 SCR 촉매 조성물의 보다 높은 촉매 로딩에 대한 요구를 증가시킨다. 그러나, 촉매 로딩이 보다 높은 코팅된 그을음 필터의 제조는 배기 시스템 내에 허용불가능한 높은 배압을 유도할 수 있다. 따라서, 벽 유동 필터 상에 보다 높은 촉매 로딩을 허용하지만, 여전히 필터가 허용가능한 배압을 달성하는 유동 특징을 유지하도록 하는 코팅 기술이 바람직하다.
벽 유동 필터를 코팅할 때 고려할 추가의 측면은 적절한 SCR 촉매 조성물의 선택이다. 우선, 촉매 조성물은 내구성이 있어서 심지어 필터 재생의 특징적인 보다 높은 온도에의 장기간 노출 후에도 그의 SCR 촉매 활성을 유지할 수 있어야 한다. 예를 들어, 미립자 물질의 그을음 분획의 연소 결과 종종 온도가 700℃를 초과한다. 이러한 온도는 많은, 통상적으로 사용되는 SCR 촉매 조성물, 예컨대 바나듐과 티타늄의 혼합 산화물을 촉매적으로 덜 효과적이게 한다. 둘째, SCR 촉매 조성물은 충분히 넓은 작동 온도 범위를 가짐으로써 차량이 작동하는 다양한 온도 범위를 수용할 수 있는 것이 바람직하다. 300℃ 미만의 온도는, 예를 들어 낮은 로드 조건에서, 또는 엔진 시동에서 전형적으로 나타난다. SCR 촉매 조성물은 바람직하게는 배기물의 NOx 성분의 환원을 촉매화하여, 심지어 더 낮은 배기 온도에서도 NOx 환원 목적을 달성할 수 있다.
관련 기술 분야에는 디젤 엔진으로부터 일산화탄소, 질소 산화물, 탄화수소 및 미립자 물질을 효과적이고 저렴한 방식으로 처리하면서 배기 시스템 내의 요구되는 공간을 최소화하는 촉매 물품, 방법 및 시스템에 대한 요구가 남아있다.
다양한 실시양태가 하기 열거되어 있다. 하기 열거된 실시양태가 하기 열거된 바와 같이 조합될 뿐만 아니라, 본 발명의 범주에 따라 다른 적합한 조합으로도 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 실시양태는 디젤 배기 배출물 제어를 위한 5원 및 심지어 6원 촉매에 관한 것이다. 명칭이 암시하는 바와 같이, 이러한 5원 및 6원 촉매에서 배기물 내의 모든 5/6종의 주요 배출물 (CO, HC, NOx, 그을음, NH3 및 H2S)은 단일 촉매 물품에 의해 제거된다.
직면한 문제는 여러 경쟁 반응의 균형을 이루어 배기 가스 스트림의 오염 성분의 전체적인 감소를 제공하는 방법이다.
본원에 기재된 하나 이상의 실시양태는 유입구 단부로부터 유출구 단부까지 연장되는 복수의 평행 통로를 형성하도록 종방향으로 연장된 복수의 다공성 벽 (여기서 일정량의 통로는 유입구 단부에서 개방되고 유출구 단부에서 폐쇄되는 유입구 통로이고, 일정량의 통로는 유입구 단부에서 폐쇄되고 유출구 단부에서 개방되는 유출구 통로임), 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 적어도 3개의 구역을 생성하는 적어도 세 가지의 코팅 (여기서 제1 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 코팅은 제2 SCR 촉매 코팅, 제3 코팅은 백금족 금속 코팅임)을 포함하는 촉매 미립자 필터에 관한 것이다.
다양한 실시양태에서, 제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제1 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
다양한 실시양태에서, 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
하나 이상의 실시양태는 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역 및 제4 구역을 포함하며, 여기서 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
다양한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 독립적으로 포함하며, 여기서 제1 및 제2 SCR 촉매 코팅의 분자체는 Cu, Fe, Co, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Ce 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진되고, 여기서 백금족 금속은 약 1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위의 로딩으로 제3 및 제4 구역에 존재한다.
다양한 실시양태에서, 제2 구역에서의 백금족 금속 코팅은 다공성 벽의 표면 상에 있고; 제3 구역에서 백금족 금속 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅과 제2 SCR 촉매 코팅 사이에 샌드위치된다.
다양한 실시양태에서, 제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
하나 이상의 실시양태는 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역을 포함하며, 여기서 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
하나 이상의 실시양태는 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역 및 제4 구역을 포함하며, 여기서 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
다양한 실시양태에서, 제3 구역에서의 백금족 금속 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅과 제2 SCR 촉매 코팅 사이에 샌드위치되고; 백금족 금속 코팅은 제4 구역에서 제2 SCR 촉매 코팅과 섞이며, 여기서 제1, 제2, 제3 및 제4 구역에서의 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 독립적으로 포함하고, 여기서 분자체는 Cu, Fe, Co, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Ce 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진된다.
다양한 실시양태에서, 제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하고, 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
다양한 실시양태에서, 제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하고, 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅으로 본질적으로 이루어진다.
다양한 실시양태에서, 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 제2 SCR 촉매 코팅으로 본질적으로 이루어진다.
하나 이상의 실시양태는 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역 및 제4 구역을 포함하며, 여기서 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 제2 SCR 촉매 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 여기서 제1 구역에서의 백금족 금속 코팅은 다공성 벽의 표면 상에 있고, 제2 구역에서의 백금족 금속 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅과 제2 SCR 촉매 코팅 사이에 샌드위치되며, 백금족 금속 코팅은 제3 구역에서 제2 SCR 촉매 코팅과 섞인다.
다양한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 독립적으로 포함하며, 여기서 분자체는 Cu, Fe, Co, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Ce 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진된다.
다양한 실시양태에서, 제올라이트 프레임워크 물질은 구리 또는 철로 촉진된 CHA이다.
하나 이상의 실시양태는 유입구 단부로부터 유출구 단부까지 연장되는 복수의 평행 통로를 형성하도록 종방향으로 연장된 길이를 갖는 복수의 다공성 벽에 관한 것이며, 여기서 일정량의 통로는 유입구 단부에서 개방되고 유출구 단부에서 폐쇄되는 유입구 통로이고, 유입구 통로와 상이한 일정량의 통로는 유입구 단부에서 폐쇄되고 유출구 단부에서 개방되는 유출구 통로이며, 다공성 벽을 투과하고 길이를 따르는 적어도 3개의 촉매 구역은, 유입구 단부로부터 연장되고 제1 선택적 촉매 환원 촉매를 포함하는 제1 구역, 제1 구역의 하류에 있으며 제1 선택적 촉매 환원 촉매 및 백금족 금속 산화 촉매, 또는 제2 선택적 촉매 환원 촉매 및 백금족 금속 산화 촉매를 포함하는 제2 구역, 및 제2 구역의 하류에 있으며 제1 선택적 촉매 환원 촉매 및 백금족 금속 산화 촉매, 또는 제2 선택적 촉매 환원 촉매 및 백금족 금속 산화 촉매, 또는 제1 선택적 촉매 환원 촉매, 제2 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매 및 백금족 금속 산화 촉매를 포함하는 제3 구역을 포함한다.
다양한 실시양태에서, 제1 상류 구역은 유입구 단부로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 50%로 연장되며, 여기서 제1 상류 구역의 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위에 있고; 제2 구역은 제1 상류 구역으로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 50%로 연장되며, 백금족 금속 산화 촉매는 백금 및/또는 팔라듐을 포함하고, 여기서 제2 촉매 구역에서의 백금족 금속 로딩은 약 0.1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위에 있고; 제3 구역은 제2 구역으로부터 벽의 유출구 단부까지 연장되며, 여기서 제3 구역에서의 제2 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매의 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태는 제3 구역의 하류에 있으며, 제1 선택적 촉매 환원 촉매 및 백금족 금속 산화 촉매를 포함하는 제4 구역을 포함하며; 여기서 제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 연장되며, 여기서 제4 구역의 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있다.
다양한 실시양태에서, 다공성 벽의 다공성은 약 40% 내지 약 75%의 범위에 있고; 여기서 다공성 벽의 평균 세공 크기는 약 10 μm 내지 약 30 μm의 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태는 유입구 단부로부터 유출구 단부까지 연장되는 복수의 평행 통로를 형성하도록 종방향으로 연장된 복수의 다공성 벽에 관한 것이며, 여기서 일정량의 통로는 유입구 단부에서 개방되고 유출구 단부에서 폐쇄되는 유입구 통로이고, 일정량의 통로는 유입구 단부에서 폐쇄되고 유출구 단부에서 개방되는 유출구 통로이고, 적어도 세 가지 코팅은 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 적어도 2개의 구역을 생성하고, 여기서 제1 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 코팅은 제2 SCR 촉매 코팅, 제3 코팅은 백금족 금속 코팅이다.
다양한 실시양태에서, 제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅으로 본질적으로 이루어지고, 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다.
다양한 실시양태에서, 백금족 금속 코팅은 제2 구역에서 제2 SCR 촉매 코팅과 섞인다.
다양한 실시양태에서, 다공성 벽의 다공성은 약 40% 내지 약 75%의 범위에 있고; 여기서 다공성 벽의 평균 세공 크기는 약 15 μm 내지 약 25 μm의 범위에 있다.
다양한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 독립적으로 포함하며, 여기서 분자체는 Cu, Fe 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진된다.
하나 이상의 실시양태는 본원에 개시된 촉매 미립자 필터의 임의의 실시양태를 통해 배기 가스를 유동시키는 것을 포함하는, 희박 연소 디젤 엔진으로부터 배기 가스를 감소시키는 방법에 관한 것이며, 여기서 CO, HC, NOx, 그을음, NH3 및 H2S 중 적어도 5종은 촉매 미립자 필터에 의해 배기 가스로부터 적어도 부분적으로 제거된다.
본 발명의 실시양태의 추가 특색, 그 본성 및 다양한 이점들은, 본 출원인에 의해 고려되는 최적 방식을 또한 예시하는 첨부 도면들과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명을 고려할 때 더욱 명백해질 것이다. 유사 참조 문자는 전체적으로 같은 부분을 나타내며, 여기서:
도 1은 유입구 단부 및 유출구 단부를 갖는 벽 유동 필터 기재의 한 실시양태의 외관도를 도시하고;
도 2는 벽 유동 필터 기재의 유입구 단부로부터 유출구 단부까지 종방향으로 연장된 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면도를 도시하고;
도 3은 3개의 구역을 묘사하는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 4는 복수의 코팅에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 5는 복수의 코팅에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 6은 복수의 코팅의 또 다른 배열에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 7은 4개의 구역을 묘사하는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 8은 적어도 세 가지 코팅에 의해 형성된 4개의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 9는 네 가지 코팅에 의해 형성된 4개의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 10은 적어도 세 가지 코팅에 의해 형성된 4개의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 11은 복수의 코팅에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 12는 유출구 플러그의 외부 표면 상에 플러그 코팅을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 13은 복수의 코팅에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하고;
도 14는 배출물 처리 시스템 및 우레아 주입기를 포함하는 엔진 시스템의 예시적인 실시양태를 도시하고;
도 15는 배출물 처리 시스템, 우레아 주입기 및 다른 엔진 구성요소를 포함하는 엔진 시스템의 또 다른 예시적인 실시양태를 도시한다.
본 발명의 여러 예시적 실시양태를 설명하기 전에, 본 발명은 하기 설명에 제시된 구성 또는 공정 단계의 세부사항에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시양태가 가능하며, 다양한 방식으로 실시되거나 수행되는 것이 가능하다.
본 명세서 전반에 걸친 "한 실시양태", "특정 실시양태", "다양한 실시양태", "하나 이상의 실시양태" 또는 "실시양태"에 대한 참조는 실시양태와 관련하여 설명된 특정한 특색, 구조, 물질 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시양태에 포함될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 어구 예컨대 "하나 이상의 실시양태에서", "특정 실시양태에서", "다양한 실시양태에서", "한 실시양태에서" 또는 "실시양태에서"의 출현은 반드시 본 발명의 동일한 실시양태를 의미할 필요는 없다. 게다가, 특정한 특색, 구조, 물질, 또는 특성은 하나 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 합해질 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 다공성 벽으로의 SCR 촉매 및/또는 산화 촉매의 분산을 설명하기 위해 사용되는 용어 "투과물"은 특정한 조성물이 벽 두께 내에서 적어도 대부분의 중공 영역으로 침투하고, 벽의 두께 전체에 걸쳐 내부 표면 상에 침착됨을 의미한다. 이 방식으로 물질은 필터의 벽 전체에 걸쳐 분산된다.
본원에 사용된 바와 같이, 다공성 벽 상에 존재하는 촉매 물질 (예를 들어, PGM, SCR 촉매, 산화 촉매)의 양을 설명하는데 사용되는 용어 "국부 로딩"은 특정 구역 또는 구역들 내의 벽 상에 침착된 촉매 물질의 평균량이며, 이것은 표시된 로딩이 기재의 전체 길이에 대해 평균화되지는 않는다는 것을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, 워시코트 로딩은 단일체 기재의 단위 부피당 모든 워시코트 성분 (즉, PGM, 내화성 금속 산화물 지지체, 제올라이트, 비귀금속, OSC 등)의 총 중량으로서 g/in3으로 정의된다. PGM 로딩은 단일체 기재의 단위 부피 당 촉매 내의 모든 PGM 금속 (예를 들어, Pt + Pd + Rh)의 총 중량으로서 g/ft3으로 정의된다. 따라서, PGM을 사용하는 TWC, DOC, CSF 및 LNT 촉매는 워시코트 로딩 및 PGM 로딩 둘 다로 고유하게 설명될 수 있으며, PGM 성분을 갖지 않는 SCR 촉매는 워시코트 로딩만으로 설명될 수 있다. SCR 및 PGM 둘 다를 갖는 AMOx 촉매는 양쪽 기준 모두에 의해 설명될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, PGM 촉매에 대한 "로딩"은 워시코트가 도포된 후 다공성 벽(들)의 내부 및 외부 표면에 부착된 PGM의 실제 중량이며, 반면에 SCR 촉매에 대한 "로딩"은 워시코트가 도포된 후 다공성 벽(들)의 내부 및 외부 표면에 부착된 금속 촉진제 및 분자체 물질의 합한 실제 중량이다. 또한, 특정 촉매 구역에서 촉매 성분의 중량/부피를 구체적으로 설명하기 위해 국부적인 PGM 또는 워시코트 로딩이 사용될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 및/또는 산화 촉매는 다공성 필터 벽의 본질적으로 표면 상에 잔존할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 다공성 벽 상의 SCR 촉매 및/또는 산화 촉매의 분산을 설명하는데 사용되는 "본질적으로 표면 상에"라는 용어는 적어도 대부분의 특정 조성의 촉매 입자가 벽 두께 내의 영역을 침투하여 벽의 두께 전체에 걸쳐 내부 표면 상에 침착되지는 않는 것을 의미한다. 그 대신, 촉매 물질은 벽의 외부 표면 상에 침착되고, 소수의 촉매 입자가 벽 두께 내의 중공 영역으로 약 50% 이하, 또는 벽 두께 내의 중공 영역으로 약 33% 이하, 또는 벽 두께 내의 중공 영역으로 약 10% 이하로 침투한다.
하나 이상의 실시양태에서, 침투 깊이는 필터 배압 및 개별 워시코트 단계에 도포되는 촉매 성분과의 상호작용을 최적화하도록 달라질 수 있으며, 여기서 침투 깊이는 다공성 벽 두께의 약 5% 내지 약 50%의 범위, 또는 약 10% 내지 약 40%의 범위, 또는 약 5% 내지 약 20%의 범위, 또는 약 20% 내지 약 35%의 범위에 있을 수 있다.
여러 경쟁 반응의 균형을 맞추는 문제는 배기 스트림에서 촉매 물질 및 구성 요소의 현명한 선택 및 배열에 의해 해결될 수 있으며, 여기서 미립자 물질 (PM)은 다공성 벽 미립자 필터의 사용에 의해 감소될 수 있고, 질소 산화물 (NOx)은 환원제 (예를 들어, 우레아, NH3)를 이용하는 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매를 사용하여 감소될 수 있으며, 암모니아 슬립은 암모니아 산화 촉매 (AMOx)에 의해 감소될 수 있다.
본 발명의 원리 및 실시양태는 일반적으로 다중-구역 촉매 필터 물품, 다중-구역 촉매 필터 물품을 제조하는 방법 및 다중-구역 촉매 필터 물품을 사용하여 가솔린 및 디젤 엔진 배기 스트림 내의 배출물을 제어하는 방법에 관한 것이며, 여기서 다양한 실시양태의 배출물 처리 시스템은 단일 다중-구역 촉매 필터 물품을 사용하여 디젤 엔진 배기물을 효과적으로 처리한다.
그을음을 제거하기 위하여, 다중-구역 촉매 필터 물품은 높은 여과 능력을 갖는다. 필터 상의 촉매 코팅을 위해 두 가지 중요한 고려사항은 배압 최소화 및 필터에 배치된 촉매 주위로 배기물이 우회하는 것을 방지하는 것이다. 배압의 최소화는 직접적으로 연료 절감으로 연결되고, 잠재적으로 엔진 수명으로도 연결된다.
NH3에 의해 NOx, 및 O2에 의해 CO 및 HC를 제거하기 위해 별개의 SCR 및 산화 촉매 물질을 사용하는 다중-구역 촉매 필터 물품에 대해, 배기물은 우선 SCR 촉매를 통과한 다음, 산화 촉매를 통과해야 한다. 배기물이 SCR 촉매를 우회하여 산화 기능에 먼저 노출되면, 환원제 (예를 들어, NH3)는 NOx로 산화될 것이고, NH3가 환원제로서 첨가되기 전에 촉매로 들어간 양보다 더 많은 NOx가 빠져나가는 정도까지 NOx 경감 기능은 손상될 것이다.
NOx 환원 및 미립자 물질 (PM) 제거 기능을 단일 촉매 물품으로 통합하는 것은 SCR 촉매 조성물로 코팅된 벽 유동 기재를 사용하여 달성된다.
출원인은 SCR 촉매 조성물을 벽 유동 기재에 도포하여 높은 여과 효율이 요구되는 응용에 사용될 수 있는 기재를 형성하는 방법을 발견하였다. 예를 들어, 이 방법으로 형성된 기재는 본 발명의 실시양태의 배출물 처리 시스템에서 배기물로부터 미립자 물질을 효과적으로 제거하는데 적합하다 (예를 들어, 80%, 또는 90%, 또는 99% 초과). 본원에 개시된 코팅 방법은 배출물 처리 시스템에서 실행되는 경우 코팅된 물품에 과도한 배압을 유발하지 않으면서 실용적인 수준의 SCR 촉매가 벽 유동 기재에 로딩되도록 한다.
하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매는 전체 길이를 따라 필터의 벽 전체에 걸쳐 배치되고 벽의 전체 단면을 투과한다. 이는 SCR 촉매가 모든 필터 세공을 투과하고 최대 필터 부피에 걸쳐 확산되게 함으로써, 배압을 최소화하고 SCR 촉매의 우회가 없게 한다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 적어도 일부의 길이를 따라 필터의 벽 전체에 걸쳐 분산되고 벽의 전체 단면을 투과한다. 이는 산화 촉매가 필터 세공을 투과하고 최대 필터 부피에 걸쳐 확산되게 함으로써, 배압을 최소화하고 산화 촉매의 우회가 없게 한다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 적어도 일부의 길이를 따라 필터의 벽 전체에 걸쳐 분산되며 여기서 산화 촉매는 벽의 전체 단면을 투과하고, 산화 촉매는 적어도 일부의 길이를 따라 필터의 벽의 표면 상에 분산되며 여기서 산화 촉매는 벽의 전체 단면을 투과하지 않는다. 이는 대부분의 산화 촉매가 주로 필터 표면 상에 존재하게 하며, 소수의 촉매 입자는 벽 두께 내로 약 50% 이하로, 또는 벽 두께 내로 약 33% 이하로, 또는 벽 두께 내로 약 10% 이하로 필터 벽 길이의 일부를 따라 침투한다.
다양한 실시양태에서, 다공성 벽의 길이를 따라 축방향으로 관찰하는 경우 상이한 구역은 촉매 코팅의 조성의 변화, 촉매 코팅의 로딩의 변화, 또는 둘 다에 의해 서로 구별될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 필터 기재의 유출구 채널(들)의 벽의 상단 상에 분산된다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매는 벽 전체 걸쳐 분산된 SCR 촉매 상의 벽의 상부에 층을 형성한다. 산화 촉매는 가스가 산화 촉매를 가로 지르기 전에 NOx를 제거하기에 충분한 SCR 촉매가 벽 내에 존재하는 한, 그 바로 밑에 벽을 가로 지르는 일부 가스 통로를 허용한다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태는 유입구 단부와 유출구 단부 사이에서 연장된 축방향 길이 및 통로를 구획하고 한정하는 종방향으로 연장된 다공성 벽에 의해 형성된 복수의 종방향으로 연장된 통로를 포함하는 촉매 미립자 필터에 관한 것이다. 통로는 유입구 단부에서 개방되고 유출구 단부에서 폐쇄되는 유입구 통로를 포함하고, 유입구 단부에서 폐쇄되고 유출구 단부에서 개방되는 유출구 통로를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "유입구 단부" 및 "유출구 단부"는 촉매 물품을 통해 배기 가스의 의도되고 허용되는 경로로 언급되며, 여기서 미처리된 배기 가스는 유입구 단부에서 촉매 물품을 통과하고, 처리된 배기 가스는 촉매 물품의 유출구 단부로부터 배출된다. 다양한 실시양태에서, 촉매 물품의 유출구 단부는 유입구 단부에 대향한다.
다양한 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 벽 유동 필터의 전체 축방향 길이보다 작게 유입구 단부로부터 연장된 유입구 통로의 다공성 벽 내에 및/또는 벽 상에 배치될 수 있고, 여기서 선택적 촉매 환원 촉매는 분자체 및 전이 금속을 포함하며, 백금족 금속 (PGM)을 포함하는 산화 촉매는 벽 유동 필터의 전체 축방향 길이보다 작게 유출구 단부로부터 연장된 유출구 통로의 필터의 벽 전체에 걸쳐 및/또는 벽 상에 배치된다. 하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매의 일부는 필터 벽 내로 투과하고 SCR 촉매와 상호혼합될 수 있다. 일부 실시양태에서 유입구 또는 유출구 채널에 도포된 촉매는 유입구 또는 유출구 채널 내에서 유입구 또는 유출구 플러그 상에 얇은 워시코트 층을 형성할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "백금족 금속" (PGM)은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐, 또는 그의 조합 및 그의 산화물을 지칭한다.
본 발명의 원리 및 실시양태는 또한 다공성 벽을 갖는 기재 및 다공성 벽의 길이를 따라 두 가지 촉매 코팅에 의해 형성된 적어도 3개의 촉매 구역을 포함하는 촉매 미립자 필터에 관한 것이다.
본 발명의 원리 및 실시양태는 다공성 벽을 갖는 기재 및 다공성 벽의 길이를 따라 세 가지 촉매 코팅에 의해 형성된 적어도 2개의 촉매 구역을 포함하는 촉매 미립자 필터에 관한 것이다.
본 발명의 원리 및 실시양태는 또한 일반적으로 디젤 엔진 배기물을 3개 이상의 촉매 구역을 갖는 단일 촉매 물품으로 효과적으로 처리하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 원리 및 실시양태는 또한 일반적으로 미립자 필터의 사용을 필요로 하는 디젤 엔진 배기물을 3개 이상의 촉매 구역을 갖는 단일 촉매 물품으로 효과적으로 처리하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 원리 및 실시양태는 또한 희박 연소 엔진으로부터 배기 가스를 감소시키는 방법에 관한 것이며, 여기서 배기 가스는 본원에 기재된 바와 같은 촉매 미립자 필터의 실시양태를 통해 유동되며, 여기서 CO, HC, NOx, 그을음, NH3 및 H2S 중 적어도 5종 및 바람직하게는 모든 6종의 CO, HC, NOx, 그을음, NH3 및 H2S는 촉매 미립자 필터에 의해 배기 가스로부터 부분적으로 제거된다.
미립자 필터
본 발명의 원리 및 실시양태는 다공성 벽 및 다공성 벽의 길이를 따라 적어도 3개의 촉매 구역을 갖는 기재를 포함하는 촉매 미립자 필터에 관한 것이며, 여기서 각각의 적어도 3개의 촉매 구역은 제1 선택적 촉매 환원 촉매, 백금족 금속 산화 촉매 및 제2 선택적 촉매 환원 촉매를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 미립자 필터는 유입구 단부로부터 유출구 단부까지 연장되는 복수의 평행한 통로를 형성하도록 종방향으로 연장된 길이를 갖는 복수의 다공성 벽을 포함하며, 여기서 일정량의 통로는 유입구 단부에서 개방되고 유출구 단부에서 폐쇄되는 유입구 통로이고, 유입구 통로와 상이한 일정량의 통로는 유입구 단부에서 폐쇄되고 유출구 단부에서 개방되는 유출구 통로이다. 다양한 실시양태에서, 통로는 플러그로 폐쇄되고, 여기서 플러그는 약 ¼"의 길이를 가질 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 미립자 필터는 기체가 유입구 통로로 유입될 수 있는 유입구 단부 및 기체가 유출구 통로로부터 배출될 수 있는 유출구 단부를 가지며, 여기서 기체는 평행한 통로를 형성하고 있는 다공성 벽을 통해 이동함으로써 유입구 통로로부터 유출구 통로를 통과한다.
하나 이상의 실시양태에서, 다공성 벽은 약 40% 내지 약 75%의 범위, 또는 약 40% 내지 약 60%의 범위, 또는 약 50% 내지 약 70%의 범위, 또는 약 50% 내지 약 65%의 범위, 또는 약 60% 내지 약 70%의 범위, 또는 약 55% 내지 약 65%의 범위의 다공성을 갖는다. 다양한 실시양태에서, 다공성 벽은 약 60% 내지 약 65% 범위의 다공성을 갖는다.
하나 이상의 실시양태에서, 다공성 벽의 평균 세공 크기는 약 10 μm내지 약 30 μm, 또는 약 10 μm 내지 약 25 μm, 또는 약 20 μm 내지 약 25 μm 범위에 있다. 다양한 실시양태에서, 다공성 벽의 평균 세공 크기는 약 15 μm 내지 약 25 μm 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 적어도 3개의 촉매 구역은 적어도 일부의 벽 길이에 걸쳐 다공성 벽의 두께로 투과하는 촉매 물질에 의해 벽 길이를 따라 형성된다. 다양한 실시양태에서, 적어도 3개의 촉매 구역은 유입구 단부로부터 연장된 제1 촉매 구역 (제1 구역 또는 제1 상류 구역으로서 또한 지칭됨), 제1 구역의 하류에 있는 제2 촉매 구역 (제2 구역으로서 또한 지칭됨), 제2 구역의 하류에 있는 제3 촉매 구역 (제3 구역으로서 또한 지칭됨)을 포함한다. 다양한 실시양태에서, 각각의 구역은 촉매 물질 조성, 촉매 물질 로딩, 벽(들) 상의 또는 내의 촉매 물질 배치의 변화, 또는 그의 조합에 의해 바로 상류 및/또는 하류에 있는 구역과 구별된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 SCR 코팅은 유입구 단부부터 도포되고 전체 유입구 채널의 전체 또는 임의로 일부에 대해 벽을 임의로 투과할 수 있다. 이 제2 SCR 코팅은 제1 SCR 코팅과 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 유입구 단부 또는 유출구 단부 "로부터 연장되는" 코팅에 대한 언급은 코팅이 벽의 한 쪽 단부에서 시작하여 대향하는 단부를 향해 벽 길이를 따라 진행되는 것을 나타내거나, 또는 예컨대 표면 상에 있는 코팅의 특징부가 실제 유입 개구부로부터 거리를 두고 시작할 수 있는 경우, 유입구 단부 또는 유출구 단부 "로부터 연장되는" 코팅 특징부에 대한 언급은 코팅 특징부가 대향하는 단부를 향해 벽 길이를 따라 진행되는 것을 나타낸다. 예를 들어, 제1과 제3 구역 사이의 제2 구역은 유입구 또는 유출구 단부로부터 벽 길이의 소정 백분율로 연장되나, 유입구 또는 유출구 단부에서 시작하지는 않는 표면 상의 코팅을 포함할 수 있고, 이는 코팅이 연장되는 방향을 나타낼 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "촉매 물질 로딩"은 촉매 물품의 벽 상에 및/또는 내에 침착된 1종 이상의 촉매 활성 성분(들)을 포함하는 물질의 중량을 지칭하고, 여기서 촉매 활성 성분은 백금족 금속 (예를 들어, Pt, Pd, Rh) 및/또는 전이 금속 (예를 들어, Cu, Fe, Co, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Ce, Ag)일 수 있다. 촉매 물질은 촉매 활성 성분(들)이 그것 상에 분산되거나/분산되고 촉매 활성 성분(들)이 그것 내로 함침되는 지지체 물질을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 지지체 물질은 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카, 실리카/알루미나, 또는 그의 조합일 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 상류 구역은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매의 제1 로딩은 약 0.1 g/in3 내지 약 3 g/in3, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역은 제1 로딩에서의 선택적 촉매 환원 촉매 및 제1 로딩에서의 백금족 금속 산화 촉매 또는 제2 로딩에서의 선택적 촉매 환원 촉매를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제3 구역은 백금족 금속 산화 촉매 및 제1 로딩 및 제2 로딩 중 하나에서의 선택적 촉매 환원 촉매를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 촉매 구역은 기재의 유입구 단부로부터 연장된 제1 상류 구역이고, 제2 구역은 제1 상류 구역과 인접하고 그 하류에 있으며, 제3 구역은 제2 구역과 인접하고 그 하류에 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 촉매 미립자 필터는 제3 구역과 인접하고 그 하류로 연장된 제4 구역을 추가로 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 상류 구역은 통로(들)의 유입구 단부로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%로 연장되고; 제2 구역은 제1 상류 구역으로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%로 연장되고, 제3 구역은 제2 구역으로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%로 연장되고; 제4 구역은 제3 구역으로부터 통로(들)의 유출구 단부까지 벽 길이의 나머지만큼 연장된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 상류 구역은 유입구 단부로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 50%로 연장된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역은 제1 상류 구역으로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 50%로 연장된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제3 구역은 제2 구역으로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 97%로 연장된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제4 구역은 제3 구역으로부터 벽 길이의 약 1% 내지 약 50%로 연장된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 코팅이 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유출구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 1% 내지 약 80%, 또는 약 1% 내지 약 70%, 또는 약 10% 내지 약 66%의 범위에 있고, 제2 코팅이 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 50% 내지 약 100%, 또는 약 50% 내지 약 80%, 또는 약 30% 내지 약 70%의 범위에 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 코팅이 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 50% 내지 약 80%의 범위에 있고 제1 코팅이 투과된 다공성 벽의 길이는 약 1% 내지 약 70%의 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 코팅은 미립자 필터의 다공성 벽의 본질적으로 전체 길이에 걸쳐 미립자 필터의 다공성 벽을 투과하고, 제1 코팅은 통로의 유출구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 1% 내지 약 70%에 걸쳐 제2 코팅과 상호혼합된다.
선택적 촉매 환원 촉매
하나 이상의 실시양태에서, 제2 코팅은 분자체 및 금속을 포함하는 선택적 촉매 환원 촉매이다. 하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 분자체를 포함한다. 다양한 실시양태에서, 분자체는 제올라이트 프레임워크를 가질 수 있고, 제올라이트 프레임워크는 12 이하의 고리 크기를 가질 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제올라이트 프레임워크 물질은 이중-6 고리(d6r) 단위를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 제올라이트 프레임워크 물질은 AEI, AFT, AFX, CHA, EAB, EMT, ERI, FAU, GME, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, WEN 및 그의 조합으로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제올라이트 프레임워크 물질은 AEI, CHA, AFX, ERI, KFI, LEV 및 그의 조합으로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제올라이트 프레임워크 물질은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제올라이트 프레임워크 물질은 CHA이다. 하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 비귀금속일 수 있는 금속을 추가로 포함한다 (예를 들어, 여기서 SCR 촉매는 금속으로 촉진된 분자체 형태임).
다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 Cu, Fe, Co, Ni, La, Ce, Mn, V, Ag 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 촉진된다. 다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 Cu, Fe, Ag 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 촉진된다. 다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 Cu 및/또는 Fe로 촉진된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제올라이트 프레임워크 물질은 구리 또는 철로 촉진된 CHA이다.
하나 이상의 실시양태에서, 구리 또는 철 촉진된 CHA 구조 유형 분자체는 복수의 백금족 금속 함침된 알루미나 및/또는 실리카/알루미나 입자와 혼합되어 슬러리를 형성할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 제1 로딩 또는 제2 로딩에 있을 수 있으며, 여기서 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위일 수 있고, 제2 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위일 수 있으며, 여기서 제2 로딩은 제1 로딩과 동일하거나 또는 상이한 것일 수 있다. 다양한 실시양태에서, 중첩된 구역에서의 잠재적 로딩은 약 1.0 g/in3 내지 약 5.0 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 상류 구역 상의 제1 선택적 촉매 환원 촉매의 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역 상의 제1 선택적 촉매 환원 촉매의 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제3 구역 상의 제1 선택적 촉매 환원 촉매의 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제4 구역 상의 제1 선택적 촉매 환원 촉매의 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
선택적 촉매 환원 촉매의 비제한적 예는 약 10 내지 약 100, 보다 구체적으로 약 10 내지 약 75, 보다 더 구체적으로 약 10 내지 약 60의 범위의 실리카 대 알루미나 몰비를 갖는 구리로 촉진된 CHA 제올라이트 프레임워크 물질이다. 다양한 실시양태에서, 적어도 0.5 g/in3의 SCR 조성물, 또는 약 3 g/in3 이하, 특히 약 1.0 g/in3 내지 약 2.0 g/in3의 SCR 조성물은 필터의 다공성 벽 상에 배치될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 촉매 구역에서의 선택적 촉매 환원 촉매의 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
산화 촉매
본 발명의 원리 및 실시양태는 촉매 미립자 필터의 적어도 1개의 구역 상에 배치된 PGM을 포함하는 산화 촉매에 관한 것이다. 하나 이상의 실시양태에서, 제1 코팅은 백금, 팔라듐, 또는 그의 조합을 포함하는 산화 촉매이다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매는 암모니아 산화 촉매이다.
하나 이상의 실시양태에서, PGM은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐, 또는 그의 조합으로부터 선택될 수 있다. 다양한 실시양태에서, PGM은 백금, 팔라듐, 또는 그의 조합으로부터 선택될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 복수의 입자 상에 적어도 1종의 백금족 금속을 포함하고, 산화 촉매의 복수의 입자는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카, 실리카/알루미나, 또는 그의 조합의 조성을 가질 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 백금족 금속은 초기 함침 기법에 이은 약 400℃ 내지 약 600℃의 열처리에 의해 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카 및/또는 실리카/알루미나 입자에 함침될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 슬러리가 투과된 다공성 벽의 길이 상의 백금족 금속의 로딩은 약 0.1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위에 있다.
다양한 실시양태에서, 슬러리가 투과된 다공성 벽의 길이 상의 백금족 금속의 로딩은 약 0.1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위, 또는 약 1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 촉매 구역에서의 백금족 금속 로딩은 약 0.1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위, 또는 약 1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 D90 < 3 마이크로미터, 또는 D90 < 5 마이크로미터, 또는 D90 < 10 마이크로미터, 또는 D90
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5-7 마이크로미터를 갖는 PGM 슬러리이다. 다양한 실시양태에서, 구리 또는 철 촉진된 CHA 구조 유형 분자체는 산화 촉매 슬러리와 혼합될 수 있다.
제조 방법
본 발명의 원리 및 실시양태는 또한 적어도 세 가지 촉매 코팅을 사용하여 형성된 적어도 3개의 촉매 구역을 갖는 촉매 미립자 필터 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화촉매는 유출구 단부에 대향하는 유입구 단부 상의 플러그에 의해 폐쇄된 복수의 다공성 벽에 의해 형성된 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입될 수 있으며, 여기서 산화 촉매의 입자는 다공성 벽을 통해 투과하고, 여기서 산화 촉매가 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유출구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 1% 내지 약 80%의 범위 또는 약 10% 내지 약 70%의 범위, 또는 약 60% 내지 약 70%이다.
하나 이상의 실시양태에서, 복수의 입자를 포함하는 선택적 촉매 환원 촉매는 유입구 단부에 대향하는 유출구 단부 상의 플러그에 의해 폐쇄된 복수의 다공성 벽에 의해 형성된 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입될 수 있으며, 여기서 선택적 촉매 환원 촉매의 입자는 다공성 벽을 통해 투과하고, 여기서 선택적 촉매 환원 촉매가 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 20% 내지 약 100%, 또는 약 50% 내지 약 100%, 또는 약 50% 내지 약 80%, 또는 약 60% 내지 약 70%의 범위에 있다.
다양한 실시양태에서, 산화 촉매는 예를 들어, PGM으로 코팅된/코팅되거나 함침된 무기 지지체 물질의 슬러리로서 복수의 입자를 포함할 수 있으며, 여기서 산화 촉매는 암모니아 산화 촉매일 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 선택적 촉매 환원 촉매가 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입되기 전에 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입된다. 다양한 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매는 산화 촉매가 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입되기 전에 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입된다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매의 입자에는 복수의 다공성 벽 내에서 선택적 촉매 환원 촉매의 입자가 점재되어 있으며, 여기서 선택적 촉매 환원 촉매 및 산화 촉매의 입자는 다공성 벽의 공극 공간 표면 상에 및/또는 내에 점재된다. 다양한 실시양태에서, 다공성 벽의 다공성은 약 60% 내지 약 65%의 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매가 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 50% 내지 약 80%의 범위에 있고, 선택적 촉매 환원 촉매가 투과되지 않고 산화 촉매가 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유출구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 25% 내지 약 55% 범위에 있으며, 선택적 촉매 환원 촉매 및 중첩된 산화 촉매가 투과된 다공성 벽의 길이는 벽 길이의 약 5% 내지 약 35%의 범위에 있다. 다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 다공성 벽의 유입구 단부에서 제1 구역을 형성하고, 산화 촉매는 다공성 벽의 유출구 단부에서 제3 구역을 형성하고, 중첩 촉매 환원 촉매 및 산화 촉매는 제1 구역과 제3 구역 사이에 인접해 있는 제2 구역을 형성한다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매가 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유출구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 25% 내지 약 55%의 범위에 있다. 선택적 촉매 환원 촉매가 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 50% 내지 약 80%의 범위에 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매는 산화 촉매가 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입되기 전에 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입된다.
다양한 실시양태에서, 산화 촉매는 다공성 벽 내에 위치한 선택적 촉매 환원 촉매가 점재되지 않은 다공성 벽의 중첩부의 본질적으로 표면 상에 잔존한다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 선택적 촉매 환원 촉매는 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입될 수 있고, 여기서 제2 선택적 촉매 환원 촉매는, 이전에 제1 선택적 촉매 환원 촉매가 투과되지 않은 미립자 필터의 다공성 벽의 일부를 통해 투과할 수 있고/있거나 사전에 표면이 산화 촉매로 코팅된 다공성 벽의 본질적으로 표면 상에 침착될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매는 산화 촉매가 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입되기 전에 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입되고, 제2 선택적 촉매 환원 촉매는 산화 촉매가 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입된 후에 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입된다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매는 제1 선택적 촉매 환원 촉매가 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입된 후에 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입된다.
하나 이상의 실시양태에서, 산화 촉매는 제1 선택적 촉매 환원 촉매가 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입되기 전에 복수의 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입되며, 여기서 제1 선택적 촉매 환원 촉매는 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 도입되고, 제2 선택적 촉매 환원 촉매는 제1 선택적 촉매 환원 촉매가 복수의 평행 통로의 유입구 단부 내로 도입된 후에 평행 통로의 유출구 단부 내로 도입되고, 여기서 제2 선택적 촉매 환원 촉매는 적어도 일부의 다공성 벽의 길이에 대해 제1 선택적 촉매 환원 촉매와 중첩된다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매는 적어도 일부의 다공성 벽의 길이에 대해 제1 선택적 촉매 환원 촉매와 중첩된다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매의 입자에는 복수의 다공성 벽 내에서 제1 선택적 촉매 환원 촉매의 입자가 점재된다.
하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매의 입자가 투과된 다공성 벽의 길이는 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 95% 내지 약 100%의 범위에 있고, 표면이 산화 촉매의 입자로 코팅된 다공성 벽의 길이는 통로의 유출구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 1% 내지 약 70%의 범위에 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 선택적 촉매 환원 촉매는 벽 길이의 약 10% 내지 약 70%의 범위로 다공성 벽의 표면 상에 코팅될 수 있으며, 여기서 제2 선택적 촉매 환원 촉매로 코팅된 벽의 길이는 통로의 유출구 단부로부터 연장된다.
하나 이상의 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매는 구리 또는 철 촉진된 CHA 구조 유형 분자체를 포함하는 복수의 입자를 포함한다.
하나 이상의 실시양태에서, 백금족 금속은 평행 통로의 유출구 측 상의 플러그의 외부 표면 상에 코팅될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 백금족 금속은 유출구 통로의 유출구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 5%, 또는 5% 이하, 또는 3% 이하, 또는 2% 이하, 또는 1% 이하, 또는 플러그의 길이의 2배가 넘지 않는 범위로 다공성 벽의 표면 상에 코팅될 수 있다.
벽 유동 기재를 SCR 촉매 조성물 및/또는 산화 촉매로 코팅하기 위한 방법의 비제한적 예에서, 기재를 액체 중 고체 입자의 촉매 슬러리 일부에 수직으로 침지시켜 기재의 상부가 슬러리의 표면의 바로 위에 위치하도록 한다. 샘플을 슬러리 중에 약 30초 동안 정치시킨다. 기재를 슬러리로부터 제거하고, 우선 채널을 배액시킨 후, 압축 공기를 (슬러리 침투 방향과 반대로) 불어서 과량의 슬러리를 벽 유동 기재로부터 제거한다. 필터의 세공 크기, SCR 촉매 슬러리의 평균 입자 크기 및 이전 가공 단계에 따라, SCR 촉매 슬러리는 필터의 다공성 벽 상에 침착되고/침착되거나 또는 그 내부로 투과되어 최종 기재에서 과도한 배압이 축적될 정도로 세공이 차단되지 않게 한다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매 슬러리는 필터의 다공성 벽 상에 침착되고/침착되거나 또는 그 내부로 투과될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 SCR 촉매는 유입구 또는 유출구 채널에 도포되어 필터의 다공성 벽 상에 침착되고/침착되거나 또는 그 내부로 투과된다. 다양한 실시양태에서, 제2 산화 촉매는 유입구 및/또는 유출구 채널에 도포되어 필터의 다공성 벽의 표면 상에 침착된다.
다중-구역 촉매 배기 시스템 및 배출물을 감소시키는 방법
본 발명의 원리 및 실시양태는 또한 본원에 기재된 바와 같이 적어도 하나의 촉매 미립자 필터를 포함하는 촉매 배기 시스템에 관한 것이다. 다양한 실시양태에서, 촉매 배기 시스템은 복수의 기체상 오염물 및 미립자 물질의 일부 비율을 감소시키기 위한 촉매 미립자 필터 및 1종 이상의 추가 구성요소를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 환원제 투입 시스템으로서 또한 지칭되는 우레아 주입기는 촉매 미립자 필터의 상류에 제공되어 NOx 환원제를 배기 스트림에 주입시키고 촉매 미립자 필터에 혼입된 SCR 촉매의 작동을 용이하게 할 수 있다. 모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 참조로 포함된 미국 특허 번호 4,963,332에 개시된 바와 같이, 촉매 전환기의 NOx 상류 및 하류는 감지될 수 있고, 펄스형 투입 밸브는 상류 및/또는 하류 신호에 의해 제어될 수 있다.
모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 참조로 포함된 미국 특허 번호 5,522,218에 개시된 시스템에서와 같은 대안적인 구성에서, 환원제 주입기의 펄스 폭은 센서 값 및/또는 배기 가스 온도의 맵 및 엔진 작동 조건, 예컨대 엔진 rpm, 변속기 기어 및 엔진 속도로부터 제어될 수 있다. 환원제 펄스 계량 시스템은 미국 특허 번호 6,415,602에 기재되어 있으며, 그의 논의는 모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
다양한 실시양태에서, 배기 시스템은 배기 매니폴드, 배기 파이프 (또는 다운 파이프 또는 Y-파이프), 머플러 및 테일파이프를 포함할 수 있다. 촉매 배기 시스템은 Y-파이프 및/또는 배기 파이프에서 배기 시스템에 삽입되어 가스가 테일파이프에서 대기 중으로 배출되기 전에 내연 기관으로부터의 배기 가스를 처리할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 촉매 배기 시스템은 길이, 폭, 높이 및 귀금속 로딩을 갖는 단일체 촉매 기재를 포함한다. 다양한 실시양태에서, 단일체 촉매 기재는 단면적 및 길이를 한정하는 직경을 갖는 원통형; 단면적 및 길이를 한정하는 주축 및 부축을 갖는 타원형; 또는 단면적 및 길이를 한정하는 주요축 및 횡단 직경을 갖는 직사각형일 수 있는 모양을 가지며 여기서 단일체 촉매 기재는 의도된 수준의 촉매 활성을 제공하기 위한 귀금속 로딩을 갖는다.
하나 이상의 실시양태에서, 귀금속 로딩은 1종 이상의 백금족 금속, 1종 이상의 비귀금속, 1종 이상의 귀금속 및/또는 비귀금속 산화물 또는 그의 조합을 포함할 수 있다.
다양한 실시양태에서, 촉매 배기 시스템은 2원 촉매, 3원 촉매 (TWC) (주로 화학량론적-연소 가솔린 엔진에 사용됨), 디젤 산화 촉매 (DOC) (주로 희박-연소 디젤 엔진에 사용됨), 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매, 희박 아산화질소 촉매 (LNC), 암모니아 슬립 촉매 (ASC), 암모니아 산화 촉매 (AMOx), NOx 저장/방출 촉매 (NSR)라고 불리는 NOx 흡수제 및 희박 NOx 트랩 (LNT), 디젤 미립자 필터 (DPF), 가솔린 미립자 필터 (GPF), 부분 산화 촉매 (POC) 및 촉매 그을음 필터 (CSF) 뿐만 아니라 그의 조합을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 촉매 배기 시스템은 연관 암모니아 주입기 및 암모니아 산화 촉매 (AMOx)와 함께 디젤 산화 촉매 (DOC), 희박 NOx 트랩 (LNT), 수동 NOx 흡수제 (PNA), 선택적 촉매 환원 (SCR)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
다양한 실시양태에서, 단일체 촉매 기재는 백금족 금속, 비귀금속 및 금속 산화물로부터 선택될 수 있는 1종 이상의 촉매 물질을 함유하는 적어도 하나 워시-코트 층으로 코팅될 수 있고 기재는 쉘 내에 수용된다.
하나 이상의 실시양태에서, 촉매 전환기는 유입구 및 유출구를 갖는 쉘에 둘러싸인 단일체 촉매 기재를 포함할 수 있으며, 여기서 쉘은 내연 기관의 배기 시스템과 작동가능하게 연관되고 유체 연통되게 하우징 내에 수용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 복수의 통로(12)를 갖는 전형적인 벽 유동 필터 기재(10) (벽 유동 필터로서 또한 지칭됨)를 도시한다. 통로는 필터 기재의 내벽(13)에 의해 형성되고 관형으로 둘러싸여있다. 도 1은 유입구 단부(14) 및 유출구 단부(16)를 갖는 벽 유동 필터 기재의 실시양태의 외부도를 도시한다. 교대 통로가 유입구 단부에서 유입구 플러그(18) (흑색으로 나타남)로, 및 유출구 단부에서 유출구 플러그(20)로 막히고, 기재의 유입구(14) 및 유출구(16) 단부에서 반대되는 바둑판 패턴을 형성한다. 유출구 플러그(20)는 통로로 향하는 내부 표면(21) 및 밖으로 향하는 외부 표면(23)을 갖는다.
도 2는 벽 유동 필터 기재의 유입구 단부로부터 유출구 단부까지 종방향으로 연장된 복수의 다공성 벽의 실시양태의 단면도를 도시한다. 유입구 단부(14)로부터 유출구 단부(16)까지 종방향으로 연장되고 복수의 평행한 통로(12)를 형성하는 복수의 다공성 벽(13)의 실시양태의 부분 단면도가 도시되어 있다. 기체 스트림(22) (화살표로 나타남)은, 개방되고 막히지 않은 유입구 통로(24)의 단부를 통해 유입되고, 유출구 플러그(20)에 의해 폐쇄된 단부에서 중단되고, 통로를 형성하는 다공성 벽(13)을 통해 유출구 통로(26)로 확산된다. 기체 스트림(22)은 개방되고 막히지 않은 유출구 통로(26)의 단부를 통해 유동함으로써 필터를 빠져나가고 유입구 플러그(18)에 의해 폐쇄된 단부에서 중단된다. 기체는 유입구 플러그(18)에 의해 유출구 통로로부터 필터의 유입구 단부로 역류하는 것이 방지되고, 유출구 플러그(20)에 의해 유출구 단부로부터 유입구 통로로 재진입하는 것이 방지된다. 이 방식으로, 일정량의 통로는 유입구 단부에서 개방되고 유출구 단부에서 폐쇄되는 유입구 통로이며 일정량의 통로는 유입구 단부에서 폐쇄되고 유출구 단부에서 개방되는 유출구 통로이며, 여기서 유출구 통로는 유입구 통로와 상이한 통로이다.
도 3은 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다. 나타난 촉매 물품은 통로(24, 26)를 구획하고 한정하는, 종방향으로 연장된 다공성 벽(13)에 의해 형성된 복수의 종방향으로 연장된 통로(12)를 갖는 벽 유동 필터(10)를 포함하며, 여기서 벽은 길이 'LF'를 갖는 벽 유동 필터의 유입구 단부(14)와 유출구 단부(16) 사이에서 연장되는 축방향 길이 'LW'를 갖는다. 다양한 실시양태에서, 필터 길이 'LF' ≥ 축방향 벽 길이 'LW'이다. 다양한 실시양태에서, 다공성 벽은 전체적으로 실질적으로 균일한 다공성을 갖는다. 통로(24, 26)는 유입구 단부(14)에서 개방되고 유출구 단부(16)에서 폐쇄되는 유입구 통로(24), 및 유입구 단부 (14)에서 폐쇄되고 유출구 단부(16)에서 개방되는 유출구 통로(26)를 포함한다.
하나 이상의 실시양태에서, 촉매 기재는 적어도 3개의 촉매 구역을 갖도록 구성될 수 있으며, 여기서 촉매 구역은 2개 이상의 촉매 성분의 공간 배열에 의해 서로 구별된다. 다양한 실시양태에서, 촉매 성분은 SCR 촉매 및 AMOx 촉매일 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 적어도 3개의 촉매 구역(30, 32, 34)은 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 적어도 세 가지 촉매 코팅에 의해 형성되며, 여기서 코팅(들)은 다공성 벽(13)의 두께를 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 적어도 세 가지 촉매 코팅은 상이한 공간 배열로 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 배치된다.
다양한 실시양태에서, 다공성 벽의 길이에 따른 상이한 구역은 촉매 코팅의 조성의 변화, 촉매 코팅의 로딩의 변화, 하나 이상의 촉매 코팅의 조합의 변화, 또는 그의 임의의 조합에 의해 서로 구별될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 제1 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅이고, 제2 코팅은 제2 SCR 촉매 코팅이고, 제3 코팅은 백금족 금속 코팅이다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)은 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 축방향으로 연장되고, 제2 구역(32)은 제1 구역(30)으로부터 다공성 벽(13)의 유출구 단부(16)까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장된다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역(30)은 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하거나 또는 이것으로 본질적으로 이루어지고, 제2 구역(32)은 백금족 금속 코팅 및 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하거나 또는 이들로 본질적으로 이루어진다.
하나 이상의 실시양태에서, 제3 구역(34)은 제2 구역(32)으로부터 다공성 벽(들)(13)의 유출구 단부(16)까지 축방향으로 연장된다. 다양한 실시양태에서, 제3 구역(34)은 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하거나 또는 이들로 본질적으로 이루어진다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)은 배기 가스 내의 질소 산화물 (NOx)을 감소시키기 위해 SCR 촉매를 포함할 수 있고, 제2 구역(32)은 SCR 촉매와 함께 사용되는 암모니아 (NH3)가 배기 스트림 내의 촉매 기재로부터 배출되는 것을 방지하기 위해 암모니아 산화 ("AMOx") 촉매를 및/또는 배기 가스 내의 일산화탄소 ("CO") 및 미연소 탄화수소 ("HC") 성분의 양을 감소시키기 위해 디젤 산화 촉매 ("DOC")를 포함할 수 있으며, 제3 구역은 배기 가스 내에 잔존하거나 또는 산화 촉매에 의한 NH3의 산화에 의해 생성된 NOx를 감소시키거나 또는 제거하기 위해 AMOx 및/또는 DOC 촉매 및 제2 SCR 촉매를 포함할 수 있고, 촉매 기재의 다공성 벽은 배기 가스 내의 미립자 물질 (PM)을 감소시키거나 또는 제거한다.
본 출원에서 명시된 코팅으로 본질적으로 이루어지는 구역에 대한 언급은 명시된 구역 내에 명시된 코팅만이 의도적으로 침착되었음을 의미하고, 다른 구성요소가 우연히 구역 내로 침착되거나 또는 이동할 수 있음을 의미하지만, 구역 내의 대부분의 물질은 명시적으로 침착된 물질이다.
도 4는 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다. 도 4는 구역 내 다공성 벽의 두께의 일부를 차지하는 코팅을 묘사할 수 있지만, 이는 단지 대표적인 것이며 다양한 실시양태에서 코팅은 코팅(들)의 점도 및/또는 입자 또는 세공 크기에 따라 다공성 벽의 두께 전체에 걸쳐 투과하거나, 또는 다공성 벽 내로 일정 거리를 침투할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 적어도 3개의 촉매 구역은 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 형성되고, 다공성 벽(13)의 두께를 투과한다. 하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 축방향으로 연장되고, 여기서 제1 구역은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 다공성 벽(13)의 전체 길이보다 적은 거리로 연장된다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역(30)은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매(40)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%에 걸쳐 다공성 벽(들)을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매 제1 로딩(41)은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)의 하류에 있는 제2 구역(32)은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이로 축방향으로 연장되며, 여기서 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽(13)의 길이보다 적은 거리로 다공성 벽(13)의 유출구 단부(16)까지 연장된다. 다양한 실시양태에서, 제2 구역(32)은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45), 또는 제2 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43) 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 선택적 촉매 환원 촉매 제2 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다. 다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매 제2 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 SCR 로딩은 제1 SCR 로딩(42)과 동일하거나 또는 상이한 양일 수 있다. 다양한 실시양태에서, 백금족 금속 산화 촉매 제1 로딩(46)은 약 0.5 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위에 있을 수 있다.
다양한 실시양태에서, 백금족 금속 산화 촉매(45)는 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내로 및/또는 적어도, 벽 유동 필터 벽의 축방향 길이 'LW' 미만으로 유출구 단부(16)로부터 연장된 유출구 통로(26)의 벽(13)의 길이에 배치될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40)는 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43)와 동일하거나 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 SCR 로딩은 제1 SCR 로딩과 동일하거나 또는 상이한 양일 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 포함할 수 있으며, 여기서 제1 SCR 촉매 및 제2 촉매는 Cu, Fe, Co, Ni, La, Ce, Mn, V, Ag 또는 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40)는 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43)와 동일하거나 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 SCR 로딩은 제1 SCR 로딩과 동일하거나 또는 상이한 양일 수 있다. 다양한 실시양태에서, 백금족 금속 산화 촉매 제1 로딩(46)은 약 0.5 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역은 암모니아 산화 촉매 (AMOx)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역(32)의 하류에 있는 제3 구역(34)은 다공성 벽(13)의 길이로 제2 구역(32)부터 다공성 벽(13)의 유출구 단부까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제3 구역(34)은 제1 로딩 중 하나에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및/또는 제2 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43), 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고, 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%에 걸쳐 다공성 벽을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매 제2 로딩(42)은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
다양한 실시양태에서, 산화 촉매(45)는 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13) 내로 및/또는 적어도, 벽 유동 필터 벽의 축방향 길이 'LW' 미만으로 유출구 단부(16)로부터 연장된 유출구 통로(26)의 벽(13)의 표면의 길이에 배치될 수 있다.
그러나, 하나 이상의 실시양태에 따르면, 산화 촉매(45)가 벽을 투과하는 것과 반대로 벽(13) 상에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이며, 산화 촉매(45)의 일부는 벽(들)(13)의 두께보다 적은 깊이로 벽(13) 내로 침투할 수 있으나, 대부분의 산화 촉매(45)는 벽 상에 또는 위에 있으며, 벽 내에 포매되지 않는다.
도 5는 복수의 코팅에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다.
하나 이상의 실시양태에서, 적어도 3개의 촉매 구역은 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 형성되고, 다공성 벽(13)의 두께로 투과한다. 하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 축방향으로 연장될 수 있고, 여기서 제1 구역은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 다공성 벽(13)의 전체 길이보다 적은 거리로 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역(30)은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매(40)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%에 걸쳐 다공성 벽(들)을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)의 하류에 있는 제2 구역(32)은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이로 축방향으로 연장될 수 있으며, 여기서 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽(13)의 길이보다 적은 거리로 다공성 벽(13)의 유출구 단부(16)까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 구역(32)은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 구역(32)은 제2 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43) 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 선택적 촉매 환원 촉매 제2 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다. 다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매 제2 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 SCR 로딩은 제1 SCR 로딩(42)과 동일하거나 또는 상이한 양일 수 있다. 다양한 실시양태에서, 백금족 금속 산화 촉매 제1 로딩(46)은 약 0.5 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위, 또는 약 1.0 g/ft3 내지 약 10 g/ft3의 범위, 또는 약 2.5 g/ft3 내지 약 5 g/ft3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역(32)의 하류에 있는 제3 구역(34)은 다공성 벽(13)의 길이로 제2 구역(32)부터 다공성 벽(13)의 유출구 단부까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제3 구역(34)은 제1 로딩 중 하나에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및 제2 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43), 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고, 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%에 걸쳐 다공성 벽을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 선택적 촉매 환원 촉매 제2 로딩(42)은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
도 6은 복수의 코팅의 또 다른 배열에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다.
하나 이상의 실시양태에서, 적어도 3개의 촉매 구역은 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 형성되고, 다공성 벽(13)의 두께를 투과한다. 하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 축방향으로 연장되고, 여기서 제1 구역은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 다공성 벽(13)의 전체 길이보다 적은 거리로 연장된다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역(30)은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매(40)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%에 걸쳐 다공성 벽(들)을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 1.0 g/in3 내지 약 2.0 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)의 하류에 있는 제2 구역(32)은 제1 구역으로부터 다공성 벽(13)의 길이로 다공성 벽(13)의 유출구 단부(16)까지 다공성 벽(13)의 길이 미만으로 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 구역(32)은 제1 로딩 중 하나에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및 제2 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43), 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%에 걸쳐 다공성 벽을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43)는 약 0.3 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.4 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역(32)의 하류에 있는 제3 구역(34)은 다공성 벽(13)의 길이로 제2 구역(32)부터 다공성 벽(13)의 유출구 단부까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제3 구역(34)은 제2 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43), 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고, 벽 길이의 약 1% 내지 약 98%에 걸쳐 다공성 벽을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43) 제1 로딩은 약 0.3 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위, 또는 약 0.4 g/in3 내지 약 2.5 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 2 g/in3의 범위, 또는 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43) 조성은 동일하거나 또는 상이할 수 있고, 예를 들어 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 조성은 약 2.5 g/in3의 제1 로딩에서의 Cu-CHA일 수 있고, 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43) 조성은 약 2.0 g/in3의 제1 로딩에서의 Fe-ZSM-5일 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매(40) 조성은 약 3.0 g/in3의 제1 로딩에서의 Cu-CHA이고, 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43) 조성은 약 2.0 g/in3의 제1 로딩에서의 Cu-CHA일 수 있다.
도 7은 4개의 구역을 묘사하는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다. 하나 이상의 실시양태에서, 적어도 4개의 촉매 구역은 적어도 세 가지 촉매 코팅에 의해 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 형성된다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)은 다공성 벽(13)의 전체 길이보다 적은 거리로 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 축방향으로 연장되고, 제2 구역(32)은 제1 구역(30)으로부터 다공성 벽(들)(13)의 유출구 단부(16)까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되고, 제3 구역(34)은 제2 구역(32)으로부터 다공성 벽(들)(13)의 유출구 단부(16)까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되고, 제4 구역(36)은 제3 구역(34)으로부터 다공성 벽(들)(13)의 유출구 단부(16)까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장된다. 다양한 실시양태에서, 적어도 세 가지 촉매 코팅은 상이한 공간 배열로 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 배치된다. 다양한 실시양태에서, 네 가지 촉매 코팅은 상이한 공간 배열로 다공성 벽(13)의 길이 'LW'를 따라 배치된다.
다양한 실시양태에서, 제1 구역은 제1 SCR 촉매 코팅으로 본질적으로 이루어지고; 제2 구역은 백금족 금속 코팅 및 제1 또는 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다. 다양한 실시양태에서, 백금족 금속은 제2 구역에서 약 1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위의 로딩으로 존재한다.
다양한 실시양태에서, 제3 구역은 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅으로 본질적으로 이루어지고; 제4 구역은 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함한다. 다양한 실시양태에서, 백금족 금속은 제3 및 제4 구역에서 약 1 g/ft3 내지 약 50 g/ft3의 범위의 로딩으로 존재한다.
다양한 실시양태에서, 제1 구역(30)은 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 연장될 수 있고, 후속 구역의 상류에 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역(30)은 제1 로딩에서의 선택적 촉매 환원 촉매(40)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고, 벽 길이의 일부에 걸쳐 다공성 벽을 통해 투과할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)의 하류에 있는 제2 구역(32)은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이로 제1 구역으로부터 및 벽(13)의 전체 길이 미만으로 복수의 다공성 벽(13)의 유출구 단부(16)까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 구역(32)은 제1 로딩에서의 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45), 또는 제2 로딩(42)에서의 선택적 촉매 환원 촉매(40) 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 로딩은 제1 로딩과 동일하거나 또는 상이한 양일 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제2 구역(32)의 하류에 있는 제3 구역(34)은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이로 제2 구역으로부터, 및 벽(13)의 길이 미만으로 다공성 벽(13)의 유출구 단부(16)까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제3 구역(34)은 제1 로딩 및/또는 제2 로딩(42) 중 하나에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매, 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제3 구역(34)은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 촉매 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45), 또는 제2 로딩(42)에서의 선택적 촉매 환원 촉매 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제2 로딩(42)은 제1 로딩과 동일하거나 또는 상이한 양일 수 있다.
그러나, 하나 이상의 실시양태에 따르면, 산화 촉매(45)가 벽을 투과하는 것과 대조적으로 제3 구역의 벽(13) 상에 있을 수도 있다는 것이 이해될 것이며, 산화 촉매(45)의 일부는 벽(들)(13)의 두께보다 적은 깊이로 벽(들)(13) 내로 투과할 수 있으나, 대부분의 산화 촉매는 벽 상에 또는 위에 있으며, 벽 내에 포매되지 않는다.
하나 이상의 실시양태에서, 제3 구역(34)의 하류에 있는 제4 구역(36)은 다공성 벽(13)의 길이로 제3 구역(34)으로부터 다공성 벽(13)의 유출구 단부까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제4 구역(34)은 제1 로딩 및/또는 제2 로딩(42) 중 하나에서의 선택적 촉매 환원 촉매(40), 및 제1 로딩(46)에서의 백금족 금속 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역(30)은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 축방향으로 연장되고, 여기서 제1 구역은 다공성 벽(13)의 유입구 단부(14)로부터 다공성 벽(13)의 전체 길이보다 적은 거리로 연장된다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역(30)은 제1 로딩에서의 제1 선택적 촉매 환원 (SCR) 촉매(40)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, SCR 촉매 조성물은 적어도 일부의 복수의 다공성 벽(13)의 길이 내에 배치되고 벽 길이의 약 1% 내지 약 97%에 걸쳐 다공성 벽을 통해 투과할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 선택적 촉매 환원 촉매 제1 로딩은 약 0.5 g/in3 내지 약 3 g/in3의 범위에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 적어도 하나의 촉매 코팅은 다공성 벽(13)의 두께를 투과한다. 다양한 실시양태에서, 제1 SCR 촉매 코팅은 다공성 벽(13)의 두께를 투과하며, SCR 촉매 코팅은 적어도 제1 구역을 투과한다. 다양한 실시양태, 제1 SCR 촉매 코팅 및 제1 PGM 촉매 코팅은 다공성 벽(13)의 두께를 투과하며, 여기서 SCR 촉매 코팅 및 PGM 촉매 코팅은 적어도 제2 구역을 투과한다.
도 8은 적어도 세 가지 코팅에 의해 형성된 4개의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다.
하나 이상의 실시양태에서, 제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽(13)의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅(40)으로 본질적으로 이루어지고; 제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅(40) 및 제2 SCR 촉매 코팅(43)을 포함하고; 제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매(40), 제2 SCR 촉매(43), 및 백금족 금속 코팅(45)로 본질적으로 이루어지고; 제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅(45)과 제2 SCR 촉매 코팅(43)의 조합물 또는 혼합물(49)을 포함한다. 다양한 실시양태에서, 조합물(49)은 제2 SCR 촉매 및 산화 촉매 입자를 순차적으로 미립자 필터 채널의 유출구 단부 내로 도입함으로써 형성할 수 있다.
도 9는 1개 이상의 구역에서 벽의 표면 상에 하나 이상의 촉매(들)를 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하며, 여기서 촉매는 샌드위치된 층을 형성할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 촉매 미립자 필터(10)는 3개의 촉매 구역 또는 4개의 촉매 구역을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역은 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위로 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩에서의 제1 SCR 촉매(40) 및 제1 구역에서 벽의 표면을 코팅하는 제1 로딩(48)에서의 산화 촉매(47)를 포함할 수 있다. 제2 구역은 제1 구역으로부터 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위로 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩에서의 제1 SCR 촉매(40) (여기서 제1 구역은 제2 구역이 시작되는 계면에서 끝남) 및 제2 구역의 상류에 있는 제1 구역으로부터 연장된 제2 구역에서 벽의 표면을 코팅하는 제1 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43)를 포함할 수 있다. 제3 구역은 제2 구역으로부터 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위의 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩에서의 제1 SCR 촉매(40) 및 제3 구역에서 벽의 표면을 코팅하는 제1 로딩(46)에서의 산화 촉매(45), 및 산화 촉매(45)를 피복하는 제1 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43)를 포함할 수 있다. 제4 구역은 제3 구역으로부터 유출구 단부까지 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위의 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩(46)에서의 산화 촉매(45) 및 제1 로딩에서의 제2 SCR 촉매(43)을 포함하는 촉매 조성물의 조합물(49) (여기서 제3 구역은 제4 구역이 시작되는 계면에서 끝남)을 포함할 수 있으며, 제1 로딩(46)에서의 산화 촉매는 제3 구역으로부터 유출구까지 연장된 제4 구역에서 벽을 투과하고, 여기서 산화 촉매에는 다공성 벽 내에서 SCR 촉매가 점재된다.
다양한 실시양태에서, 촉매 미립자 필터는 4개의 개별 구역 중 하나 이상의 길이를 감소시킴으로써, 및/또는 필터 유입구로부터 다공성 벽 내 및/또는 벽 표면 상에 도포된 추가의 코팅으로서 추가의 촉매 물질을 혼입함으로써 4개가 넘는 촉매 구역을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 추가의 구역은 제4 구역의 하류에 있을 수 있다.
도 10은 구역에서 적어도 벽의 표면 상에 촉매를 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하며, 여기서 촉매는 샌드위치된 층을 형성할 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 촉매 미립자 필터(10)는 4개의 촉매 구역을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 제1 구역은 통로의 유입구 단부로부터 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위로 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩에서의 제1 SCR 촉매(40)를 포함할 수 있다. 제2 구역은 제1 구역으로부터 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위로 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩에서의 제1 SCR 촉매(40) (여기서 제1 구역은 제2 구역이 시작되는 계면에서 끝남) 및 제2 구역의 상류에 있는 제1 구역으로부터 연장된 제2 구역에서 벽의 표면을 코팅하는 제1 로딩(46)에서의 산화 촉매(45)를 포함할 수 있다. 제3 구역은 제2 구역으로부터 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위로 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩에서의 제1 SCR 촉매(40) 및 제3 구역에서 벽의 표면을 코팅하는 제1 로딩(46)에서의 산화 촉매(45), 및 산화 촉매(45)를 피복하는 제1 로딩에서의 제2 선택적 촉매 환원 촉매(43)를 포함할 수 있으며, 여기서 산화 촉매(45)는 제1 SCR 촉매(40)와 제2 SCR 촉매(43) 사이에 샌드위치된다. 제4 구역은 제3 구역으로부터 유출구 단부까지 연장된 벽 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위로 다공성 벽의 길이를 투과하는 제1 로딩(46)에서의 산화 촉매(45) 및 제1 로딩에서의 제2 SCR 촉매(43)을 포함하는 촉매 조성물의 조합물(49)을 포함할 수 있으며 (여기서 제3 구역은 제4 구역이 시작되는 계면에서 끝남), 제1 로딩(46)에서의 산화 촉매는 제3 구역으로부터 유출구까지 연장된 제4 구역에서 벽을 투과하고, 여기서 산화 촉매에는 다공성 벽 내에서 SCR 촉매가 점재된다. 다양한 실시양태에서, 조합물(49)은 미립자 필터 채널의 유출구 단부 내로 도입된 SCR 및 산화 촉매 입자의 혼합된 슬러리에 의해 형성될 수 있다.
도 11은 전방 구역의 적어도 벽의 표면 상에 촉매를 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다.
하나 이상의 실시양태에서, 배기 가스 스트림(22)은 유입구 통로(24)로 들어가 벽 유동 필터(10)의 유출구 단부(16)를 향해 흐른다. 기체는 유입구 통로(24)로부터, 필터의 유출구 단부(16)를 통해 나갈 수 있는 유출구 통로(26)까지 다공성 벽(13)을 통과(54)하는 것을 비롯한 필터(10)를 통한 다중 경로(54,56,58)를 취할 수 있다. 또 다른 유동 경로(56)에서, 일부 배기 가스(22)는 SCR 촉매(40)를 함유한 다공성 필터 벽(13)을 통해 경로(54)를 따른 다음, 그것이 필터를 빠져나갈 때 산화 촉매(45)와 접촉할 수 있다. 또 다른 대안적인 경로(58)에서, 일부 배기 가스(22)는 SCR 촉매(40)을 함유한 다공성 벽(13) 및 산화 촉매(45)를 통해 확산될 수 있다.
하나 이상의 실시양태는 유입구 통로(24)의 폐쇄된 유출구 단부에서 플러그(20)의 외부 표면(23) 상에 코팅된 플러그를 포함하며, 여기서 플러그 코팅은 백금족 금속을 포함하고, 여기서 플러그 코팅은 다공성 벽의 코너 주위를 감쌀 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 백금족 금속 코팅(51)은 평행 통로의 유출구(16) 근처의 유출구 통로(26)의 내부 표면 상에 코팅될 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 백금족 금속 코팅(51)은 벽 길이의 5% 이하, 또는 벽 길이의 3% 이하, 또는 벽 길이의 1% 이하로 유출구 통로(26)의 유출구 단부까지 연장될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 백금족 금속 코팅(51)은 약 1 mm 내지 약 2.5 mm의 길이 범위로 유출구 통로(26)의 유출구 단부까지 연장될 수 있다.
도 12는 유출구 플러그의 외부 표면 상에 플러그 코팅을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시한다.
하나 이상의 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같이 SCR 촉매(40)를 함유한 다공성 필터 벽(13)은 다공성 필터 벽(13) 내로 함침되고/함침되거나 다공성 필터 벽(13)의 표면 상에 코팅된 하나 이상의 추가의 코팅을 가질 수 있고, 유입구 통로(24)의 폐쇄된 유출구 단부에서 플러그(20)의 외부 표면(23) 상에 플러그 코팅을 추가로 포함할 수 있으며, 여기서 플러그 코팅은 백금족 금속을 포함하고, 여기서 플러그 코팅은 다공성 벽의 코너 주위를 감쌀 수 있다.
도 13은 복수의 코팅에 의해 형성된 복수의 구역을 갖는 벽 유동 필터 기재의 복수의 다공성 벽의 또 다른 예시적인 실시양태의 단면의 확대도를 도시하며, 여기서 적어도 일부의 촉매 코팅은 벽 유동 필터의 다공성 벽의 표면 상에 있을 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 배기 가스 스트림(22)은 유입구 통로(24)로 들어가 벽 유동 필터(10)의 유출구 단부(16)를 향해 흐른다. 기체는 유입구 통로(24)로부터, 필터의 유출구 단부(16)를 통해 나갈 수 있는 유출구 통로(26)까지 다공성 벽(13)을 통과(54)하는 것을 비롯한 필터(10)를 통한 다중 경로(54,56,58)를 취할 수 있다. 특정 유동 경로(54)에서, 배기 가스는 다공성 벽(13)의 유입-측 표면 상의 제2 SCR 촉매(43) 및 다공성 벽(13) 내로 함침된 제1 SCR 촉매(40)를 통해 유동할 수 있다. 또 다른 유동 경로(56)에서, 일부 배기 가스(22)는 SCR 촉매(40)를 함유한 다공성 필터 벽(13)을 통해 경로(54)를 따른 다음, 그것이 필터를 빠져나갈 때 다공성 필터 벽(13)의 유출-측 표면 상의 산화 촉매(45)와 접촉할 수 있다. 또 다른 대안적인 경로(58)에서, 일부 배기 가스(22)는 SCR 촉매(40)을 함유한 다공성 벽(13) 및 산화 촉매(45)를 통해 확산될 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 각각의 촉매 성분은 촉매 기재의 다공성 벽을 투과하고 벽 내에 점재된다. 다양한 실시양태에서, SCR 촉매는 다공성 벽 내에서 PGM 촉매와 상호혼합된다. 다양한 실시양태에서, SCR 촉매는 다공성 벽을 투과하고 대부분의 PGM 촉매는 SCR 함침된 다공성 벽의 표면 상에 존재한다. 다양한 실시양태에서, 대부분의 PGM 촉매는 SCR 함침된 다공성 벽의 표면 상에 존재하고, SCR 촉매 투과된 다공성 벽과 SCR 촉매의 오버레이어 사이에 샌드위치된다.
다양한 실시양태에서, 제2 구역에서 백금족 금속 코팅은 다공성 벽의 표면에 있고; 제3 구역에서 백금족 금속 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅과 제2 SCR 촉매 코팅 사이에 샌드위치된다.
도 14는 배출물 처리 시스템(140) 및 암모니아 전구체 공급 라인을 포함하는 우레아 주입기(148), 공기 공급 라인(149), 및 배출물 처리 시스템과 유체 연통되게 연결된 혼합 스테이션(146)을 포함하는 엔진 시스템의 예시적인 실시양태를 도시한다. 도 14에서 볼 수 있는 바와 같이, 기체상 오염물 (미연소 탄화수소, 일산화탄소 및 NOx 포함) 및 미립자 물질을 함유한 배기물은 본원에 기재된 바와 같이 엔진(141)으로부터 연결기(142)를 통해 촉매 미립자 필터(143)로 전달된다. 촉매 미립자 필터(143) 후에, 배기 가스는 테일파이프(144)를 통해 시스템을 빠져나간다. 엔진(141)의 하류에 있는 환원제, 예를 들어 우레아는 노즐 (나타내지 않음)을 통해 분무로서 배기 스트림 내로 주입될 수 있다. 하나의 라인(148)으로 나타낸 수성 우레아는 혼합 스테이션(146)에서 또 다른 라인(149)의 공기와 혼합될 수 있는 암모니아 전구체의 역할을 할 수 있다. 밸브(145)는 배기 스트림에서 암모니아로 전환되는 수성 우레아의 정확한 양을 계량하는데 사용될 수 있다. 첨가된 암모니아와 함께 배기 스트림은 다기능 촉매 미립자 필터(143)로 전달되며, 여기서 NH3은 SCR 촉매와 상호작용할 수 있다.
촉매 미립자 필터(143) 전에 어떠한 추가 성분도 사용되지 않는 경우 연결기(142)는 필요하지 않을 수 있다. 이들 실시양태에서, 촉매 미립자 필터(143)는 엔진(141)과 직접 결합된다. 엔진과 촉매 사이의 거리는 매우 짧아서 소위 "근접 결합" 촉매 배열을 생성할 수 있다. 대안적으로, 엔진부터 촉매까지의 거리가 보다 길어서 "언더플로어" 배열을 생성할 수 있다.
도 15는 배출물 처리 시스템, 우레아 주입기, 및 다른 엔진 구성요소를 포함하는 엔진 시스템의 또 다른 예시적인 실시양태를 도시한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 처리 시스템의 일부 실시양태는 하나 이상의 개별 구성요소(147)를 포함한다. 이들 임의적인 구성요소(147)는 1종 이상의 디젤 산화 촉매, 희박 NOx 트랩, 부분 NOx 흡착제 또는 3원 촉매를 포함할 수 있다. NOx 제거의 목적 수준에 따라, 추가의 SCR 촉매(150)가 다기능 촉매 미립자 필터(143)의 상류에 배치될 수 있다. 예를 들어, 추가의 SCR 촉매는 그을음 필터의 상류에 있는 단일체 벌집 유동 관통형 기재 또는 세라믹 발포체 기재 상에 배치될 수 있다. NOx 제거의 목적 수준에 따라, 추가의 SCR 촉매(152)는 다기능 촉매 미립자 필터(143)의 하류에 배치될 수 있고, 추가의 AMOx 촉매를 또한 함유할 수 있다. 이들 다양한 실시양태에서도, 다기능 코팅된 SCR 그을음 필터의 사용은 NOx 환원 목적을 충족시키기 위해 요구되는 촉매의 총 부피의 감소를 여전히 달성한다. 탄화수소 제거의 목적 수준에 따라, 추가의 산화 촉매는 배기물 성분의 상류(147) 또는 배기물 성분의 하류(152)에 배치될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 산화 촉매는 주입된 우레아를 NOx로 또한 산화시키기 때문에 구성요소(150)와 함께 제공되지 않는다.
촉매 실시예:
개시된 비제한적 실시예는 촉매 기재 상의 특정 공간 배열 및 촉매 물질(들)의 로딩을 도시한다. 본 발명은 하기 실시예의 설명에 제시된 인용된 순서, 구성의 상세한 설명, 또는 공정 단계에 한정되지 않으며, 본 발명은 다른 실시양태가 가능하고 다양한 방법으로 실행되거나 수행되는 것으로 이해되어야 한다.
비제한 실시예 1 내지 7이 표 1에 요약되어 있다. 블랭크 필터 기재는 63% 다공성 및 23 μm의 평균 세공 크기를 갖는 SiC 필터 절편 (34 mm x 34 mm x 150mm)이다. SCR 촉매는 3.25%의 CuO 로딩 및 30의 SiO2/Al2O3 몰비로 카바자이트 제올라이트와 교환된 구리 (Cu-CHA)이다.
표 1: 실시예 1 내지 7에 대한 촉매 필터 설계
Figure 112017105284484-pct00002
샘플 1 내지 7에 대한 샘플 제조:
제1 SCR 촉매 코팅을 위해, Cu-CHA를 1% Cu 아세테이트 및 5% Zr 아세테이트와 함께 물에 분산시켰다. 슬러리를 입자의 90%가 5 μm 미만의 크기를 가질 때까지 분쇄하고, 슬러리 함량을 23% 고체로 조정하였다. 기재의 유입구 단부가 슬러리 수준의 아래에 있고, 유출구 단부가 슬러리 수준의 바로 위 (약 ¼ 인치)에 있도록 기재를 슬러리 내로 침지시킴으로써 필터 기재 상에 슬러리를 워시코팅하였다. 기재를 슬러리 밖으로 끌어당기고, 워시코트 슬러리가 유입구 측으로부터 나오지 않을 때까지 채널의 유출구 측으로부터 공기 스트림을 송풍시켰다. 이어서, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고, 공기 중에서 450℃에서 1시간 동안 소성하였다.
Pt 코팅을 위해, 사전-분쇄된 SiO2/Al2O3 분말 (여기서 입자의 90%는 5 μm 미만임)을 물에 현탁시켜 약 40% 고체의 슬러리를 수득하였다. (목적 최종 Pt 함량을 달성하기 위해) 계산된 양의 백금 아민 용액을 현탁액에 교반시키면서 적가하였다. 생성된 슬러리를 물로 추가 희석하여 약 5 중량% 고체를 달성하였다. Pt 슬러리를, 코팅 피복률이 사전-결정된 수준에 도달하도록 사전-표시된 위치에서 필터 기재 유출구를 슬러리 내로 침지시킴으로써 유출구 단부부터 코팅하였다. 기재를 슬러리 밖으로 끌어당기고, 워시코트 슬러리가 유출구 측으로부터 나오지 않을 때까지 채널의 유입구 측으로부터 공기 스트림을 송풍시켰다. 이어서, 코팅된 샘플을 110℃에서 2시간 동안 건조시키고, 공기 중에서 450℃에서 1시간 동안 소성하였다.
일부 샘플에 대해, 코팅된 필터를 사전계산된 고체 함량 및 사전결정된 피복률로 유출구 단부부터 보충 Cu-CHA 슬러리로 추가 코팅하였다.
샘플 1 내지 7의 성능:
실시예 1 내지 7의 샘플 1 내지 7에 대해, 분 당 150 리터의 기체를 유동시킬 수 있는 실험실 반응기를 사용하여 평가를 수행하였다. 샘플을 가열된 샘플 홀더의 중심에 수용하였다. CSF 유입구의 목표 온도를 예열기를 통해 예열된 기체로부터 부분적으로 및 가열된 샘플 홀더 자체에 의해 부분적으로 달성하였다. SCR 반응 및 CO 산화를 개별적으로 평가하였다. SCR 공급물은 500 ppm NO, 550 ppm NH3, 10% O2, 5% H2O, 5% CO2 및 잔량의 N2로 이루어졌다. 기체 시간당 공간 속도 (GHSV)는 60,000/h이었다. 온도를 2.5℃/분의 상승률로 200에서 500℃까지 상승시켰다. CO 산화 반응을 600℃에서 500 ppm CO, 10% O2, 5% H2O, 5% CO2 및 잔량의 N2로 이루어진 공급물로 GHSV=60000 h-1로 수행하였다. 성능 평가 전에, 각각의 촉매 필터를 10% O2, 10% H2O 및 80% N2로 이루어진 공급물로 800℃에서 16시간 동안 열적으로 에이징시켰다.
표 2A는 샘플 1 내지 7에 대한 NOx 전환율을 나타낸다. 보다 낮은 온도 (200-300℃)에서, 모든 2-코팅된 및 3-코팅된 샘플은 SCR 참조 (샘플 1)와 비교하여 더 높은 NOx 전환율을 갖는다. 500℃에서, 일부 샘플은 더 높거나 또는 유사한 NOx 전환율을 나타내지만 (샘플 3 및 5), 다른 것들은 더 낮은 NOx 전환율을 나타낸다 (샘플 2, 4, 6, 및 7). 표 2B는 샘플 1 내지 7에 대한 NH3 전환율을 비교한다. 모든 샘플 (샘플 2 내지 7)은 특히 보다 높은 온도에서 참조 (샘플 1)보다 더 높거나 또는 유사한 NH3 전환율을 나타낸다. 표 2C는 샘플 1 내지 7에 대한 SCR 시험 동안의 피크 N2O 형성 및 600℃에서의 CO 전환율을 나타낸다. 참조보다 유의하게 더 높은 N2O 형성을 나타내는 샘플 6을 제외하고, 모든 다른 샘플의 N2O 형성은 참조 (샘플 1)보다 약간 더 높거나 또는 유사하다. 그러나, 샘플 2 내지 7에 대한 600℃에서의 CO 전환율은 참조의 약 2 내지 3배이다.
표 2A: 샘플 1 내지 7에 대한 NOx 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00003
표 2B: 샘플 1 내지 7에 대한 NH3 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00004
표 2C: 샘플 1 내지 7의 피크 N2O 형성 및 600℃에서의 CO 전환율
Figure 112017105284484-pct00005
샘플 8 내지 11에 대한 샘플 제조:
비제한 실시예 8 내지 11이 표 3에 요약되어 있다. 모든 이들 실시예는 동일한 촉매 슬러리로 3-코팅된 실시예이다. 이들 실시예는 실시예 7의 변형으로서 간주될 수 있으며, 여기서 변형은 기재 상의 각각의 촉매 코팅의 개별 코팅 길이에서 유래한다.
표 4는 샘플 7 내지 11의 생성된 구역화의 분석이다. 코팅 피복률을 변화시킴으로써, 3 또는 4 구역화된 촉매 필터는 코팅의 중첩의 변화로 인해 생성될 수 있다. 물질, 슬러리 제조 및 코팅 방법론은 샘플 1 내지 7과 동일하다. 각각의 코팅 후에, 필터를 110℃에서 2시간 동안 건조시킨 다음, 450℃에서 1시간 동안 소성하였다.
표 3: 샘플 8 내지 11에 대한 촉매 필터 설계
Figure 112017105284484-pct00006
표 4: 샘플 7 내지 11에 대한 구역화 분석
Figure 112017105284484-pct00007
샘플 7 내지 11에 대한 성능 평가:
표 5A는 샘플 7 내지 11 및 SCR 참조 (샘플 1)에 대한 NOx 전환율을 요약한다. SCR 참조와 비교하여, 대부분의 3-코트 샘플은 낮은 온도에서 더 높은 NOx 전환율을 나타내지만, 500℃에서 유사하거나 또는 더 낮은 전환율을 나타낸다. 샘플 7과 샘플 8 내지 11 사이에서 NOx 전환율은 명백한 차이가 없다. 표 5B는 시험 동안의 NH3 전환율을 나타낸다. 모든 3-코트 샘플은 전체 온도 범위에 걸쳐 NH3 전환에 대해 SCR 참조 (샘플1)보다 명백하게 더 활성이다. 표 5C는 샘플 7 내지 11에 대한 피크 N2O 형성 및 600℃에서의 CO 전환율을 나타낸다. 샘플 7 내지 9는 시험 동안 약간 더 높은 N2O를 생성하지만, 샘플 10 및 11은 N2O 형성에서 SCR 참조 (샘플 1)와 대체로 동등하다. 모든 3-코트 샘플은 SCR 참조 (샘플 1)와 비교하여 훨씬 더 높은 CO 전환율을 가지며, 샘플 10이 가장 활성이다 (40% vs. 12%).
표 5A: 샘플 7 내지 11에 대한 NOx 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00008
표 5B: 샘플 7 내지 11에 대한 NH3 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00009
표 5C: 샘플 7 내지 11의 피크 N2O 형성 및 600℃에서의 CO 전환율
Figure 112017105284484-pct00010
샘플 12 내지 16에 대한 샘플 제조:
비제한 실시예 12 내지 16이 표 6에 요약되어 있다. 이들은 가변 피복률로 유출구 단부부터 코팅된 Pt와 Cu-CHA의 혼합물인 제1 코트 및 완전 (100%) 피복률로 유입구 단부부터 코팅된 Cu-CHA인 제2 코트를 갖는 2-코트 샘플이다. Pt/지지체 분말을 초기 함침 기술을 사용하여 실리카/알루미나 분말 (5% SiO2)을 백금 아민 용액에 함침시킴으로써 제조하였다. 분말을 110℃에서 밤새 건조시킨 다음, 500℃에서 2시간 동안 소성하였다. 생성된 분말은 2.81 중량%의 Pt 금속 조성을 갖는다. 이어서, 소성된 Pt 분말을 물에 현탁시켜 약 40% 고체 함량을 달성하고, 입자의 90%가 5 μm 미만의 크기를 갖도록 연속 분쇄를 사용하여 분쇄하였다. 이어서, 분쇄된 Pt 슬러리를, 설계 비로 분쇄된 Cu-CHA 슬러리와 혼합하였다. 코팅된 필터의 국부 Pt 로딩은 각각 5 g/ft3 및 2.5 g/ft3 또는 0.1 g/in3 및 0.05 g/in3 Pt/분말이었다. 2개의 참조 샘플 (샘플 15 및 16)을 제1 코트에 대해 Pt 없이 (지지체 + 제올라이트) 제조하였다. 각각 코팅을 도포한 후 건조 (1시간 동안 110℃) 및 소성 (2시간 동안 450℃) 단계를 수행하였다.
표 6: 샘플 12-16에 대한 촉매 필터 설계
Figure 112017105284484-pct00011
샘플 12 내지 16에 대한 성능 평가:
표 7A는 샘플 12 내지 16 및 SCR 참조 (샘플 1)에 대한 NOx 전환율을 나타낸다. 샘플 12 및 13은 온도 범위 전체에 걸쳐 1-코트 SCR 참조보다 약간 더 높지만, 2-코트, Pt-없는 참조와 비교하여 약간 더 낮은 NOx 전환율을 나타낸다. 샘플 14는 500℃에서 1-코트 SCR 참조보다 약간 더 낮은 NOx 전환율을 갖는다. 표 7B는 샘플 12 내지 16에 대한 NH3 전환율을 나타낸다. 모든 2-코트 샘플은 SCR 참조 (샘플 1)보다 NH3 전환에서 더 활성이며, 샘플 12가 가장 활성이다. 표 7C는 샘플 12 내지 16에 대한 피크 N2O 형성 및 600℃에서의 CO 전환율을 나타낸다. 모든 샘플에 대한 피크 N2O 형성은 참조 (샘플 1)와 유사하다. 샘플 14가 가장 높은 CO 전환율 (46%)을 나타내며, 다음은 샘플 12 (28%)이다.
표 7A: 샘플 12 내지 16에 대한 NOx 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00012
표 7B: 샘플 12 내지 16에 대한 NH3 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00013
표 7C: 샘플 12 내지 16의 피크 N2O 형성 및 600℃에서의 CO 전환율
Figure 112017105284484-pct00014
샘플 17 내지 22에 대한 샘플 제조:
비제한적인 실시예 17 내지 22가 표 8에 요약되어 있다. 이 실시예의 매트릭스는 촉매 물질의 "면 페인팅"을 수반한다. 촉매 물질이 필터의 다공성 매체 내로 침투하는 워시코팅과는 달리, 면 페인팅은 촉매 페이스트를 브러시 또는 롤러를 사용하여 페인팅함으로써 오직 필터의 면 (또는 노출된 에지) 상에만 촉매를 도포한다. 따라서, 촉매 물질은 필터 플러그를 넘어 필터를 침투할 것으로 예상되지 않는다. 실시예 18, 20 및 22에 대해, Pd 면 페인팅 슬러리를, Al2O3 지지체를 Pd 니트레이트 용액에 먼저 함침시킴으로써 제조하여 5.5 중량%의 Pd 로딩에 도달하고; 이어서 Pd/Al2O3 분말을 5% 알루미나 결합제 및 2.5% Zr 아세테이트의 첨가와 함께 물에 현탁시켰다. 최종 슬러리는 9%의 고체 함량을 갖는다. 표 8에 나타낸 면 페인팅에 대한 Pd 로딩은 전체 필터 부피를 기준으로 한다. 그러나, 다른 코팅에 대한 촉매 로딩은 도포된 구역 (국부 로딩)을 기준으로 한다. 면 페인팅을 포함한 각각의 코팅 후에 건조 (1시간 동안 110℃)시키고, 소성 (2시간 동안 450℃)하였다.
표 8: 샘플 17 내지 22에 대한 촉매 필터 설계
Figure 112017105284484-pct00015
샘플 17 내지 22에 대한 성능 평가:
실시예 17 내지 22의 샘플 17 내지 22를 500 ppm NO, 550 ppm NH3, 500 ppm CO, 10% O2, 5% H2O, 5% CO2 및 잔량의 N2로 이루어진 상이한 공급물을 사용하여 평가하였다. 공급물이 CO를 함유하고 있기 때문에, 별개의 CO 평가는 수행하지 않았다. 표 9A는 샘플 17 내지 22에 대한 NOx 전환율을 요약한다. 샘플 17은 SCR 참조이고, 샘플 1과 동일한 조성을 갖는다. 샘플 18 및 21은 모든 온도에서 SCR 참조 (샘플 17)와 비교하여 유사하거나 또는 약간 더 높은 NOx 전환율을 나타낸다. 다른 샘플들은 500℃에서 약간 더 낮은 NOx 전환율을 나타낸다. 표 9B는 샘플 17 내지 22의 NH3 전환율을 비교한다. 모든 샘플은 SCR 참조 (샘플 17)와 비교하여 실질적으로 더 높은 NH3 전환율을 나타내며, 샘플 20이 가장 활성이다. 표 9C는 샘플 17 내지 22에 대한 피크 N2O 형성 및 500℃에서의 CO 전환율을 나타낸다. 모든 샘플에 대한 피크 N2O 형성은 SCR 참조 (6-8 ppm)와 유사하다. SCR 참조의 CO 전환율은 500℃에서 거의 0인 반면, 샘플 19, 20 및 22는 CO 전환에 대해 훨씬 더 활성 (49 - 76%)이다.
표 9A: 샘플 17 내지 22에 대한 NOx 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00016
표 9B: 샘플 17 내지 22에 대한 NH3 전환율 (%)
Figure 112017105284484-pct00017
표 9C: 샘플 17 내지 22의 피크 N2O 형성 및 500℃에서의 CO 전환율
Figure 112017105284484-pct00018
본원에서 본 발명이 특정한 실시양태와 관련하여 기재되었지만, 이들 실시양태는 단지 본 발명의 원리 및 적용을 예시하는 것임이 이해되어야 한다. 본 발명의 방법 및 장치에 대한 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 취지 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있는 것은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에 있는 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 유입구 단부로부터 유출구 단부까지 연장되는 복수의 평행 통로를 형성하도록 종방향으로 연장되며, 여기서 일정량의 통로는 유입구 단부에서 개방되고 유출구 단부에서 폐쇄되는 유입구 통로이고, 일정량의 통로는 유입구 단부에서 폐쇄되고 유출구 단부에서 개방되는 유출구 통로인 복수의 다공성 벽;
    복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 적어도 3개의 구역을 생성하는 적어도 세 가지 코팅이며, 여기서 제1 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅이고, 제2 코팅은 제2 SCR 촉매 코팅이고, 제3 코팅은 백금족 금속 코팅인, 적어도 세 가지 코팅
    을 포함하는 촉매 미립자 필터이며, 여기서
    제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하고,
    제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하며,
    제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하고,
    여기서 각각의 구역은 촉매 물질 조성, 촉매 물질 로딩, 벽(들) 상의 또는 내의 촉매 물질 배치의 변화, 또는 그의 조합에 의해 바로 상류 및/또는 하류에 있는 구역과 구별되는 것인
    촉매 미립자 필터.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역 및 제4 구역을 포함하며, 여기서:
    제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하고;
    제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  3. 제2항에 있어서, 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 독립적으로 포함하며, 여기서 제1 및 제2 SCR 촉매 코팅의 분자체는 Cu, Fe, Co, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Ce 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진되고;
    여기서 백금족 금속은 35.3 내지 1765.7 g/m3 (1 g/ft3 내지 50 g/ft3)의 범위의 로딩으로 제3 및 제4 구역에 존재하는 것인 촉매 미립자 필터.
  4. 제3항에 있어서, 제2 구역에서 백금족 금속 코팅은 다공성 벽의 표면 상에 있고; 제3 구역에서 백금족 금속 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅과 제2 SCR 촉매 코팅 사이에 샌드위치되는 것인 촉매 미립자 필터.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 세 가지 코팅이 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 적어도 3개의 구역을 생성하며, 여기서:
    제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하고;
    제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  6. 제5항에 있어서, 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역을 포함하며, 여기서:
    제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  7. 제5항에 있어서, 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역 및 제4 구역을 포함하며, 여기서:
    제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하고;
    제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  8. 제7항에 있어서, 제3 구역에서 백금족 금속 코팅은 제1 SCR 촉매 코팅과 제2 SCR 촉매 코팅 사이에 샌드위치되고; 백금족 금속 코팅은 제4 구역에서 제2 SCR 촉매 코팅과 섞이며, 여기서 제1, 제2, 제3 및 제4 구역에서 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 포함하고, 여기서 분자체는 Cu, Fe, Co, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Ce 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진된 것인 촉매 미립자 필터.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 세 가지 코팅이 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 적어도 3개의 구역을 생성하며, 여기서:
    제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하고;
    제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하고;
    제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  10. 제1항에 있어서, 적어도 세 가지 코팅이 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 적어도 3개의 구역을 생성하며, 여기서:
    제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하고;
    제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  11. 제10항에 있어서,
    제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  12. 제10항에 있어서, 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 제3 구역 및 제4 구역을 포함하며, 여기서:
    제3 구역은 제2 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하고;
    제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 축방향으로 연장되며 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하고,
    여기서 제1 구역에서 백금족 금속 코팅은 다공성 벽의 표면 상에 있고; 제2 구역에서 백금족 금속 코팅이 제1 SCR 촉매 코팅과 제2 SCR 촉매 코팅 사이에 샌드위치되고, 백금족 금속 코팅이 제3 구역에서 제2 SCR 촉매 코팅과 섞이는 것인 촉매 미립자 필터.
  13. 제12항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 구역에서 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 독립적으로 포함하고, 여기서 분자체는 Cu, Fe, Co, Ni, La, V, Mo, W, Mn, Ce 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진된 것인 촉매 미립자 필터.
  14. 제13항에 있어서, 제올라이트 프레임워크 물질이 구리 또는 철로 촉진된 CHA인 촉매 미립자 필터.
  15. 제1항에 있어서,
    적어도 세 가지 코팅이 복수의 다공성 벽을 따라 축방향으로 적어도 3개의 구역을 생성하고, 여기서 적어도 3개의 구역은 다공성 벽을 투과하고
    유입구 단부로부터 연장되고 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하는 제1 구역;
    제1 구역의 하류에 있으며, 제1 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅, 또는 제2 SCR 촉매 및 백금족 금속 코팅을 포함하는 제2 구역; 및
    제2 구역의 하류에 있으며, 제1 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅, 또는 제2 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅, 또는 제1 SCR 촉매 코팅, 제2 SCR 촉매 코팅, 및 백금족 금속 코팅을 포함하는 제3 구역
    을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  16. 제15항에 있어서, 제1 구역은 유입구 단부로부터 벽 길이의 1% 내지 50%로 연장되며, 여기서 제1 구역의 로딩은 0.03 내지 0.183g/cm3 (0.5 g/in3 내지 3 g/in3)의 범위에 있고; 제2 구역은 제1 구역으로부터 벽 길이의 1% 내지 50%로 연장되며, 백금족 금속 코팅은 백금 및/또는 팔라듐을 포함하고, 여기서 제2 구역에서의 백금족 금속 로딩은 3.53 내지 1765.7g/m3 (0.1 g/ft3 내지 50 g/ft3)의 범위에 있고; 제3 구역은 제2 구역으로부터 벽의 유출구 단부까지 연장되며, 여기서 제3 구역에서의 제2 SCR 촉매의 로딩은 0.03 내지 0.183g/cm3 (0.5 g/in3 내지 3 g/in3)의 범위에 있는 것인 촉매 미립자 필터.
  17. 제15항에 있어서, 제3 구역의 하류에 있으며, 제1 SCR 촉매 코팅 및 백금족 금속 코팅을 포함하는 제4 구역을 추가로 포함하고; 여기서 제4 구역은 제3 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지 연장되며, 여기서 제4 구역의 로딩은 0.03 내지 0.122g/cm3 (0.5 g/in3 내지 2 g/in3)의 범위에 있는 것인 촉매 미립자 필터.
  18. 제15항에 있어서, 다공성 벽의 다공성은 40% 내지 75%의 범위에 있고; 여기서 다공성 벽의 평균 세공 크기는 10 μm 내지 30 μm의 범위에 있는 것인 촉매 미립자 필터.
  19. 제1항에 있어서,
    제1 구역은 다공성 벽의 유입구 단부로부터 다공성 벽의 전체 길이보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 제1 SCR 촉매 코팅을 포함하고;
    제2 구역은 제1 구역으로부터 다공성 벽의 유출구 단부까지의 거리보다 적은 거리로 축방향으로 연장되며 백금족 금속 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅을 포함하는 것인 촉매 미립자 필터.
  20. 제19항에 있어서, 백금족 금속 코팅은 제2 구역에서 제2 SCR 촉매 코팅과 섞이는 것인 촉매 미립자 필터.
  21. 제20항에 있어서, 다공성 벽의 다공성은 40% 내지 75%의 범위에 있고; 여기서 다공성 벽의 평균 세공 크기는 15 μm 내지 25 μm의 범위에 있는 것인 촉매 미립자 필터.
  22. 제21항에 있어서, 제1 SCR 촉매 코팅 및 제2 SCR 촉매 코팅은 AEI, CHA 및 AFX로부터 선택된 제올라이트 프레임워크 물질을 갖는 분자체를 각각 독립적으로 포함하며, 여기서 분자체는 Cu, Fe 및 그의 조합으로부터 선택된 금속으로 독립적으로 촉진된 것인 촉매 미립자 필터.
  23. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 촉매 미립자 필터를 통해 배기 가스를 유동시키는 것을 포함하며, CO, HC, NOx, 그을음, NH3 및 H2S 중 적어도 5종은 상기 촉매 미립자 필터에 의해 배기 가스로부터 적어도 부분적으로 제거되는, 희박 연소 디젤 엔진으로부터 배기 가스를 감소시키는 방법.
  24. 삭제
  25. 삭제
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