KR19990004986A - 디젤 기관용 촉매 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배기 계통에 설치되는 촉매 변환기(catalyst convertor)에 관한 것이며, 배기 파이프에 연결되는 단일 하우징(3)의 상류에는 모노리스에 Al2O3, TiO2또는 SiO2의 단독 또는 혼합물과 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속이 코팅되어 담지된 산화 촉매(7)가 장착되어 있고, 상기 산화 촉매(7)의 하류 하우징(3)에는 제올라이트에 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속이 이온 교환된 물질이 모노리스 위에 코팅된 환원 촉매(9)가 장착되어 있고, 상기 환원 촉매(9)에는 가열 수단(11)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤 기관용 촉매 변환기가 제공되고, 이로써 산화 촉매, 매연 여과 장치, 및 질소 산화물 환원 촉매를 통합하여 복합적인 기능을 가지는 단일의 디젤용 촉매 변환기를 제공하므로써, 배기 가스로부터 유해 가스를 제거하는 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
(기술 분야)
본 발명은 디젤 기관의 배기 계통에 설치되는 촉매 변환기(catalyst convertor)에 관한 것이며, 보다 상세하게는 디젤 엔진 배기계의 배기 파이프에 설치되어 배기 가스 중에 포함된 유해 가스를 무해 가스로 변환시키는 촉매 변환기로서, 산화 촉매, 매연 여과 장치, 및 질소 산화물 환원 촉매가 단일의 하우징 내에 복합적으로 구비되어 있는 디젤 기관용 촉매 변환기에 관한 것이다.
(종래 기술)
탄화수소를 주성분으로 하고 있는 차량의 연료는 엔진에서 연소되어 배기 파이프를 통해 대기 중으로 배출되는 바, 배기 가스의 성분은 그 대부분이 인체에 해가 없는 수증기(H2O), 질소(N2), 탄산가스(CO2)로 이루어지지만, 각종 불완전한 요인에 의해 연료가 완전 연소되지 못하여 배기 가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOX; NO, NO2,N2O) 등의 유해 성분을 포함하고 있다. 따라서, 차량의 배기 가스로 인한 대기 오염을 방지하기 위해, 가능한 한 유해 가스의 배출을 억제하기 위한 여러 가지 대책이 마련되고 있다.
차량의 배기 가스에서 유해 가스를 감소시키기 위한 대책의 하나로서, 배기 계통의 배기 파이프에 상기한 유해 가스를 산화 환원 반응에 의해 무해 가스로 변환시키는 촉매 변환기를 장착하는 방식이 널리 사용되고 있다. 즉, 산화 촉매를 사용하여 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소와 물로 산화시키고, 환원 촉매를 사용하여 질소산화물을 질소와 이산화탄소로 환원시키므로써, 유해 가스를 무해 가스로 변환하고 있다.
특히, 디젤 기관에 있어서는 가솔린 기관과는 달리 일산화탄소와 탄화수소보다는, 입자상 물질과 질소 화합물이 문제로 되고 있으며, 입자상 물질(particulate matter; PM)로는 매연(soot)과 가용성 유기 화합물(SOF)을 들 수 있다.
일반적으로 종래의 디젤 기관에 사용되는 촉매 변환기는, 산화 촉매, 매연 여과 장치, 및 질소 산화물 환원 촉매가 각각 나누어져 설치되어 있는 구성으로 되어 있다.
산화 촉매는 Al2O3을 주성분으로 TiO2와 SiO2등을 포함하는 담체에 백금(Pt), 팔라늄(Pd) 등의 백금족 원소를 0.01-5g/ℓ로 담지시킨 물질을 벌집 형상의 모노리드 위에 코팅한 구성으로 되어 있으며, 디젤 기관의 배기 가스 중에 HC, CO 등의 가스성 성분과, 고상과 액상이 혼합된 입자상 물질(PM) 중 가용성 유기화합물(SOF)을 산화하는 작용을 한다.
매연 여과 장치는 교대로 막혀 있는 형태의 모노리스를 사용하며, 배기 가스가 다공성 모노리스 벽을 통과할 때 고상과 액상으로 된 입자상 물질을 여과시키므로써 제거하고, 모노리스는 전기히터 또는 버너와 같은 가열장치에 의해 온도를 상승시켜 포집된 입자상 물질을 연소하여 재생한다.
그리고 질소산화물 환원 촉매는 디젤이나 가솔린 희박연소 등의 산화성 배기 가스 분위기 하에서 NOX를 선택적으로 흡착하여 HC 등과의 반응에 의해 N2와 O2로 환원시키는 촉매로서, NOX를 선택적으로 흡착할 수 있는 제올라이트 물질에 백금(Pt), 팔라늄(Pd) 등의 금속이나, 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 등의 천이금속 등이 이온 교환된 물질을 모노리스에 코팅한 구조를 사용한다.
그러나 종래의 디젤용 촉매 변환기는 상기 산화 촉매, 매연 여과 장치, 및 질소 산화물 환원 촉매가 각각 나누어져 설치되어 있는 구성으로 되어 있었기 때문에, 디젤 기관의 배기 가스 중에 포함된 유해 성분을 제거하는 데 효율적이지 못하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 디젤용 촉매 변환기가 가지는 문제점을 해소하여, 산화 촉매, 매연 여과 장치, 및 질소 산화물 환원 촉매를 하나의 하우징에 통합하여 복합적인 기능을 가지는 단일의 디젤용 촉매 변환기를 제공하므로써, 배기 가스로부터 유해 가스를 효과적으로 동시에 제거하여 정화 효율을 높이고자 하는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 디젤 기관용 촉매 변환기의 개략도.
도2는 산화 촉매의 개략도.
도3은 환원 촉매의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 디젤 기관용 촉매 변환기 3 : 하우징
5 : 플랜지 7 : 산화 촉매
9 : 환원 촉매 11 : 가열 수단
상기한 본 발명의 목적은, 배기 파이프에 연결되는 단일 하우징의 상류에는 모노리스에 Al2O3, TiO2또는 SiO2의 단독 또는 혼합물과 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속이 코팅되어 담지된 산화 촉매가 장착되어 있고, 상기 산화 촉매의 하류에는 제올라이트에 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속이 이온 교환된 물질이 모노리스 위에 코팅된 환원 촉매가 장착되어 있고, 상기 환원 촉매에는 가열 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤 기관용 촉매 변환기에 의해 달성된다.
구체적으로 본 발명의 목적은, 배기 파이프에 연결되는 단일 하우징의 상류에는 100-600cpsi(cells per square inch)의 모노리스에 Al2O3, TiO2또는 SiO2의 단독 또는 혼합물 50-500g/ℓ와 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속 0.01-5g/ℓ가 코팅되어 담지된 산화 촉매가 장착되어 있고, 상기 산화 촉매의 하류 하우징에는 제올라이트에 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속 0.001-10g/ℓ가 이온 교환된 물질이 50-200cpsi의 모노리스 위에 10-500g/ℓ코팅된 환원 촉매가 장착되어 있고, 상기 환원 촉매에는 가열 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤 기관용 촉매 변환기에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 디젤 촉매 변환기는 NOX가 NO2로 산화되어 매연(soot)과 반응할 경우 매연의 연소 온도가 600℃이상에서 300℃이하로 낮아지는 특성을 이용하여 유해 가스 제거 성능을 향상시키는 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 디젤 기관용 촉매 변환기를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 디젤 기관용 촉매 변환기를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.
도1은 본 발명에 따른 디젤 기관용 촉매 변환기의 개략 단면도, 도2는 산화 촉매의 개략도, 도3은 환원 촉매의 개략도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디젤 기관용 촉매 변환기(1)는, 배기 파이프에 플랜지 연결되는 플랜지(5)가 전후에 구비된 원통형 단일 하우징(3)의 상류에 산화 촉매(7)가 장착되어 있고, 상기 산화 촉매(7)의 하류에 가열 장치(11)가 구비된 환원 촉매(9)가 장착되어 있는 구성으로 이루어져 있다.
상기 상류의 산화 촉매(7)는 모노리스에 Al2O3, TiO2, 또는 SiO2의 단독 또는 혼합물과 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속을 코팅하여 담지시킨 산화 촉매가 사용된다. 모노리스로는 100-600cpsi의 플로우 스루(통류: flow through) 타입의 모로리스가 사용되며(도2 참조), Al2O3, TiO2, SiO2는 단독 또는 혼합물의 형태로 50-500g/ℓ 사용되고, Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속은 0.01-5g/ℓ가 사용된다.
상기한 구성의 산화 촉매(7)는 하우징(3)으로 유입된 배기 가스 중에서 유해한 HC와 CO를 각각 무해한 H2O와 CO2로 산화시키며, 아울러 NOX를 NO2로 산화시킨다.
상기 하우징(3)의 산화 촉매(7)의 하류에 위치하는 환원 촉매(9)는 제올라이트에 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속이 이온 교환된 물질을 모노리스 위에 코팅한 환원 촉매가 사용된다. 모노리스로는 50-200cpsi의 월 플로우(벽류: wall flow) 타입의 모노리스가 사용되고(도3 참조), Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속은 제올라이트에 대해 0.001-10g/ℓ정도로 이온 교환하며, 이온 교환된 제올라이트는 모노리스에 대해 10-500g/ℓ를 코팅한다.
상기 월 플로우 타입의 모노리스는 매연(soot)과 가용성 유기화합물(SOF)을 포집하는 매연 여과 장치로서 작용한다. 그리고, 여기에서 산화 촉매에 의해 NOX로부터 산화된 NO2는 포집된 매연(soot)과 가용성 유기화합물(SOF)과 반응한 후 가열 장치(11)에 의해 연소되어 CO2로 된다. 이 때 NO2가 매연(soot)과 반응한 후 연소됨에 따라 연소 온도가 600℃이상에서 300℃이하로 낮아지게 된다. 그리고 산화 촉매에서 완전히 산화되지 못한 NO 및 매연(soot)과 반응한 후 잔류된 NO2는 상기한 구성의 환원 촉매(9)에 의해 N2와 O2로 분해한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 기관용 촉매 변환기(1)는, 디젤 엔진에서 배출된 배기 가스 중에 포함된 HC, CO, NOX, 매연(soot)과 가용성 유기화합물(SOF)을 상류의 산화 촉매(7)에서 먼저 H2O, CO2, NO2로 산화시키고, 이어서 환원 촉매(9)에서 매연(soot)과 가용성 유기화합물(SOF)을 NO2와 반응시킨 후 연소 장치(11)로 연소하여 H2O, CO2, N2로 환원시켜 배출한다. 이로써, 디젤 엔진의 배기 가스로부터 HC와 CO는 90%이상, NOX는 30% 이상, 매연(soot)은 90%이상, 그리고 가용성 유기화합물(SOF)은 50% 이상 동시에 저감시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 디젤 기관용 촉매 변환기에 의하면, 산화 촉매, 매연 여과 장치, 및 질소 산화물 환원 촉매가 하나의 하우징 내에 통합되어 연속적으로 배치되어 있으므로, 산화 촉매, 매연 여과 장치, 및 질소 산화물 환원 촉매가 복합적으로 상호 작용하게 된다. 이로써 배기 가스로부터 유해 가스를 제거하는 효율을 향상될 뿐만 아니라, 매연의 연소 온도가 600℃이상에서 300℃이하로 낮아져서 가열 장치에 의해 많은 연소 에너지를 제공하지 않고도 매연을 제거할 수 있는 효과가 있다.
Claims (2)
- 배기 파이프에 연결되는 단일 하우징(3)의 상류에는 모노리스에 Al2O3, TiO2또는 SiO2의 단독 또는 혼합물과 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속이 코팅되어 담지된 산화 촉매(7)가 장착되어 있고, 상기 산화 촉매(7)의 하류 하우징(3)에는 제올라이트에 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속이 이온 교환된 물질이 모노리스 위에 코팅된 환원 촉매(9)가 장착되어 있고, 상기 환원 촉매(9)에는 가열 수단(11)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤 기관용 촉매 변환기.
- 제1항에 있어서, 상기 산화 촉매(7)는 100-600cpsi의 모노리스에 Al2O3, TiO2또는 SiO2의 단독 또는 혼합물 50-500g/ℓ와 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속 0.01-5g/ℓ가 담지된 촉매이고, 상기 환원 촉매(9)는 제올라이트에 Pt 또는 Pd를 포함하는 백금족 금속 0.001-10g/ℓ가 이온 교환된 물질이 50-200cpsi의 모노리스 위에 10-500g/ℓ 코팅된 촉매인 것을 특징으로 하는 디젤 기관용 촉매 변환기.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR20200034165A (ko) * | 2018-09-21 | 2020-03-31 | (주) 세라컴 | 열 내구성이 우수한 디젤 산화촉매 및 그의 제조 방법 |
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1997
- 1997-06-30 KR KR1019970029147A patent/KR19990004986A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20200034165A (ko) * | 2018-09-21 | 2020-03-31 | (주) 세라컴 | 열 내구성이 우수한 디젤 산화촉매 및 그의 제조 방법 |
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