KR20010092791A - 플라즈마 보조 가스 처리용 반응기 - Google Patents

플라즈마 보조 가스 처리용 반응기 Download PDF

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데이비드 래이본
데이비드 레슬리 세갈
제임스 티모시 사우크로스
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-
액센투스 피엘씨
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Abstract

본 발명은 비열적 플라즈마가 NO를 NO2로의 산화를 거쳐서 미립자 탄화 배출을 촉진하기 위해 사용되고 그 미립자와 연속적으로 반응하는 내연 기관의 배기 가스를 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

플라즈마 보조 가스 처리용 반응기{Reactor for plasma assisted gas processing}
내연 기관의 사용과 개발에 관련된 많은 문제점중 하나는 내연 기관으로부터 유해(noxious) 배기 가스가 배출된다는 것이다. 특히, 디젤 기관에 있어서 가장 유해한 물질중 2가지는 미립자 물질(주로 탄소)과 질소 산화물(NOx)이다. 여러 배출물 제어 규제가 강화되어 감에 따라, 내연 기관과 차랑 제조자들은 특히 내연 기관 배기 가스 배출물로부터 이들 물질을 제거하기 위한 가장 효율적인 방법을 찾을 수밖에 없게 만들고 있다. 불행하게도, 실제로는, 내연 기관 배기 가스 배출물의 상기 성분들중 하나와 관련한 상황을 개선시키는 다수의 기술들은 다른 것과 관련된 상황을 열악하게 만드는 경향을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 또한, 내연 기관 배기 가스로부터 미립자 배출물을 포획하기 위한 각종 시스템, 특히, 이런 미립자 배출물 포획부가 미립자 물질로 포화될 시에 재생할 수 있도록 하는 상기 것에 관련하여 많은 연구가 진행되어 왔다.
이런 디젤 배기 가스 미립자 필터의 실예는 유럽 특허 출원 EP 0 010 384; 미국 특허 제4,505,107호; 제4,484,622호; 제4,427,418호; 제4,276,066호; EP 0 244 061호; EP 0 112 634호 및 EP 0 132 166호에 개시되어 있다.
상술한 모든 공보에서, 일반적으로 세라믹인 다공성 필터체의 간극내에 미립자 물질을 단순한 물리적 포획함으로써 디젤 배기 가스로부터 미립자 물질은 제거된 다음에, 상기 필터체를 포획된 디젤 배기 가스 미립자들이 연소되는 온도로 가열하여 필터체를 재생하게 된다. 비록 EP 0 010 384호에는 세라믹 비드(bead), 와이어 메시(meshes) 또는 금속 스크린 등의 사용을 언급하고 있을지라도, 대부분의 경우에, 필터체는 단일체 형태(monolithic)이다. 미국 특허 제4,427,418호에는 세라믹 코팅 와이어 또는 세라믹 파이버를 사용하는 것을 개시하고 있다.
보다 넓은 개념에서, 하전된 미립자 물질을 정전력(electrostatic force)에 의해 침전시키는 방식도 공지되어 있다. 그러나, 이 경우에, 일반적으로 넓은 평면 전극 또는 금속 스크린상에서 침전이 이루어진다.
영국 특허 제2,274,412호에는 내연 기관 배기 가스로부터 미립자와 다른 오염물을 제거하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있고, 내연 기관내의 배기 가스는 고유전체 상수를 갖는 하전된 펠릿 물질, 적합하게는 강유전체의 베드(bed)를 통과한다. 산화 특히 전기 방전 보조 산화에 의해 미립자를 제거하는 것에 더하여, NOx환원을 촉진시키기 위해 채용된 펠릿의 사용에 의해 NOx가스를 질소로 환원하는 것이 기개되어 있다.
1989년 세이 페이퍼(SAE paper)에 '디젤 미립자 배출물 제어시 NO의 룰(role)'이라는 명칭으로 기재된 페이퍼와 상기 페이퍼에 기재된 작업에 의거하여 미국 특허 명세서 제4,902,487(1990)호에 있어서의 쿠퍼(cooper) 등은 NO2의 환원으로부터 탄소 미립자를 일산화 탄소와 이산화 탄소 및 산화질소(NO)로 산화하기 위해 265℃ 정도의 온도에서 디젤 언진 배기 가스에 존재하는 이산화 질소(NO2)와 미립자 탄소 사이에서의 환원을 기술하고 있다. 산화 질소가 이산화 질소에 의해 탄소의 산화로부터 생성될지라도, 이러한 반응 쿠퍼 등에 의한 미국 특허 명세서 제4,902,487호(1990)에서 강조된 산화질소 뿐만 아니라 질소의 생성을 위한 경로를 또한 갖는다. 특히, 배기 가스에 최초로 존재하는 NO를 NO2로 산화하기 위해 플라티늄계 촉매의 사용을 기술하고 있다. 플라티늄 촉매에 의해 또한 산화되지 않은 미립자 탄소는 슈트(soot) 포획부(trap), 예를 들면 세라믹 벌집형에 수집된다. 그런 다음, NO2는 포획된 미립자로 흡수되어 포획된 미립자 탄소를 산화한다. 산화율은 슈트 포획부의 물질에 흡수된 물의 존재에 의해 향상될 수 있고, 리듐 질산과 같은 알카리 금속염으로부터 도출되는 탄소 연소 촉매의 존재는 이산화 질소의 존재로 탄소의 연소에 요구되는 온도를 저하시킬 수 있는 것이 또한 제시되어 있다. 연소 촉매와 같은 알카리 금속염의 사용은 특허 명세서 GB 2 232 613 B에 또한 기개되어 있다.
그러나, 쿠퍼 등은 플라티늄계 촉매에 의해 촉진되는 NO2/탄소 반응의 사용으로 일어나는 문제가 플라티늄계 촉매가 선택되지 않는 것이라고 기술하고 있다.즉, (연료에 존재하는 유황 성분으로부터 도출된)배기 가스내에 존재하는 어떤 이산화 유황을 유황산 미립자로 또한 산화된다. 이들은 연료에서 500ppm 유황으로부터 도출된 이산화 유황의 전체 전환이 1994년 현재 법률에 의해 허용되는 것 보다 5배 높고, 제안된 법률하에서 조차도 더 많은 전체 미립자 배출물로 초래될 것이다.
최근에, 피에스에이 푸조 시트론(PSA Peugeot Citroen)에는 차량의 후면에서 부가적인 탱크로부터 디젤 탱크로 분사되는 디젤 연료를 위한 세륨 산화계 첨가제인 이올리스(Eolys)의 사용을 기재되어고 있다. 이올리스는 필터상에 포획된 탄소 미립자가 550℃에서 450℃까지 연소되는 온도를 감소시킨다. 이올리스 시약은 200-250℃까지 배기 가스 온도를 상승시키는 후연소 위상(phase) 연료 분사 및 부가적으로 100℃까지 450-500℃사이로 배기 가스 온도를 증가시키는 포획부가 재생성이 이루어지기 전에 산화 촉매와 관련하여 사용된다(1999년 5월 발행 이슈 52의 27페이지, EP 0 488 831, EP 0 661 429, FR 2668203에서 에프티이 자동 환경 분석(FT Automotive Environment Analyst)).
본 발명은 가스성 매체의 플라즈마 보조 처리용 반응기(reactor)에 관한 것이며, 특히 내연 기관의 배기 가스로부터 탄소와 질소 산화물 연소 생성물의 배출물의 감소를 위한 플라즈마 보조 촉매 반응기에 관한 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 하여 예시적으로 설명될 것이다.
도 1은 내연 기관에서 배출되는 배기 가스로부터 질소 산화물과 미립자 탄소 연소 생성물을 제거하기 위해 본 발명을 채용하는 개략적인 시스템을 도시한 종단면도.
본 발명은 배기 가스 스트림내의 유황 성분의 존재에 관대한 내연 기관 배기 가스로부터 미립자 탄소 연소 생성물의 제거를 돕게하기 위해 내연 기관 배기 가스 스트림내의 NO를 NO2로 선택적인 환원을 촉진하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 가스성 매체를 비열적(non-thermal) 플라즈마의 작용에 따른 작동을 포함하는 가스성 매체에 함유된 산화질소로부터 이산화 질소를 생성하기 위한 방법을 제공한다. 이렇게 생성된 이산화 질소는 탄소 산화물로 사용된다. 비열적 플라즈마에서 이산화 질소로 최초에 변환되지 않는 배기 가스에 잔류하는 어떤 질소 산화물과 함께 이러한 반응으로 생성된 어떤 산화질소는 질소로 환원된다. 연료 연소 처리시 생성되고 플라즈마에서 선택적인 산화에 의하지 않는 이산화 질소와 함께 탄소의 반응으로부터 도출된 산화질소는 본 발명에 따라 질소로 환원된다.
비열적 플라즈마는 전기 에너지 입력의 대부분이 효과적인 전자의 생성물로 되는 플라즈마이고, 가스가 주위 온도와 압력에 잔류하는 동안 높은 전자 메인 에너지에 의한 것을 특징으로 하는 플라즈마이다(1994년 9월 19-21일에 미국 화학 협회 6차 유독 산업 폐기물 경영에서 나타나는 기술에서 '비열적 플라즈마 반응기의 전력 소비'의 195페이지, 비엠 침투제(BM Penetrante)).
비열적 플라즈마는 여러 가지 방법으로 생성된다. 예를 들면, GB 2 274 412호의 명세서에 개시된 것과 유사한 포장된 강유전체 베드 반응기, 펄스 코로나 방전 반응기, 무음 전기 방전 반응기(유전체 배리어 반응기로서 또한 공지됨), 가스 투과성 유전체 물질의 베드로 충전된 유전체 배리어 반응기 또는 표면 방전 반응기로서 생성될 수 있다.
배열 플라즈마 반응기는 상당한 기간동안 공지되어 왔다. 예를 들면, 유전체 배리어 반응기는 수백년동안 사용되어 왔고, 오존을 생성하기 위해 더블유 본 지멘스(W von Siemens)에 의해 최초로 개시되어 있다(1857년 볼륨 102, 66-122 페이지의 Annalen der Physik und Chemie). 지멘스 튜브는 두개의 동축 글래스 실린더 사이에 좁은 환형 방전 갭으로 구성되어 있다. '무음 방전(silent discharge)'은 대안적인 고전압을 글래스 벽을 통하여 적용하므로써 달성된다. 방전을 통과하는 공기 또는 산소는 부분적으로 오존으로 변환된다. 유전체 배리어 방전의 광범위한 사용은 오존을 사용하여 대규모 수성 세정 적용이 니이스(Nice(1907))와 페테르스부르그(St Petersburg(1910))를 포함하는 여러 도시에 도입되었을 때인 20세기 초기에 시작되었다. 이 때에 이들 반응기상에서 여러 가지 기본적인 연구는 예를 들어 이 바르부르그(E Warburg)의 1902년판 아날렌 데르 피직(Annalen der Physik)의 볼륨 9, 781면, 이 바르부르그의 1904년판 Annalen der Physik의 볼륨 13, 464면, 및 이 바르부르그의 1905년판 Annalen der Physik의 볼륨 17, 1면에 개시되어 있다. 높은 비에너지 장치(단위 가스 흐름당 증착된 높은 전원)는 곧 개발되었다. 이 바르부르그와 지. 레이타우세르(G. Leithauser)의 1906년판 Annalen der Physik의 볼륨 20의 734-750면; 브이. 에흘리흐(V.Ehrlich)와 에프. 루스(F. Rss)의 1911년판 "Monatshefte fur Chemie und Teihe anderen Wissenschaften".
유전체 배리어 방전 반응기와 같은 비열적 플라즈마 반응기는 플라즈마 화학 작용에서 다른 적용을 위해 또한 사용되어 왔다. 이들은 무기물 및 유기물 성분의 합성물, 자외선 방사를 생성하기 위하여 엑시머의 생성물, 휘발성 유기물 성분과 같은 유해 산업 폐기물의 무독화 및 대형 연소 공정의 연료 가스로부터 질소와 산화 유황의 제거를 포함한다. 현대 오존 생성기는 코젤샤츠(Kogelschatz)에 의해 개시된(1992년 가스 방전과 그 적용에 관한 10차 국제 회의의 진행) 반면에, 휘발성 유기물 성분의 개선을 위한 반응기는 에반스(Evans)에 의해 개시되었다(1993년판 적용되는 물리학의 저널의 볼륨 74의 5378-5378페이지). 유전체 배리어 방전 반응기에서 질소 산화물의 처리는 맥라논(McLarnon)과 페네트란트(Penetrante)에 의해 기재되어 있다(1998년 10월 자동 엔지니어 공보 학회지 98-2434).
본 발명에 따른 하나의 특징은 연소 연료가 공급된 내연 기관의 배기 가스로부터 질소 산화물과 탄소 미립자를 제거하기 위한 방법을 제공하는 것이고, 이 방법은 배기 가스가 반응기 챔버를 통과하는 작동을 포함하고, 상기 배기 가스는 상기 연소 연료로부터 독립적으로 또는 잔류적으로 도출되어 첨가되는 탄화 수소를 함유하여 그 내부에서 비열적 플라즈마를 여기시키며, 배기 가스에 함유된 탄소 미립자를 산화하기 위하여 배기 가스에 함유된 산화질소에 대한 비열적 플라즈마의 작용에 의해 배기 가스에서 생성되는 이산화 질소를 사용하는 것을 특징으로 한다. 적합하게는 플라즈마에서 이산화 질소로 변환되지 않는 배기 가스에 잔류하는 어떤 산화질소와 함께 탄소 미립자의 산화에 의해 생성된 어떤 산화질소를 질소로 환원시키는 단계를 포함한다. 반면에, 비열적 플라즈마에서 이산화 질소를 산화질소로의 산화는 가스 위상(phase)에 탄화 수소의 존재로 향상되고(비.엠. 페네트란트(B.M. Penetrante) 등의 1988년판 페이버 넘버 SAE 982508호, 도 2 참조), 탄화 수소는 연료 연소 공정으로부터 배기 가스에 존재하거나 또는 선택적인 산화 작용을 이산화 질소로 향상시키기 위해 배기 가스에 독립적으로 첨가될 수 있음을 이해해야한다. 탄화 수소는 1999년 3월 18일자로 공개된 WO99/12638호 공보에 기술된 바와 같은 연료 형상일 수 있다.
플라즈마에서 생성되는 NO2는 일산화 탄소, 이산화 탄소, 질소 및 NO를 생성하기 위해 작용하여 미립자 탄소를 흡수한다.
적합하게는, 탄소 미립자의 산화는 미립자 탄소가 포획되는 필터 소자를 통하여 여기된 배기 가스를 통과시키므로써 용이하게된다. 필터 소자는 플라즈마 형성 영역 내부 또는 외측에 함유될 수 있고 세라믹 물질일 수 있거나 또는 대안적으로 플라즈마 형성 영역 외측에 있을시 금속 또는 중합체일 수 있다. 필터 소자는 구형, 펠릿형, 사출 성형형, 파이버형, 시트형, 코일형, 과립형, 홈형 또는 벌집형 단일체 형태일 수 잇다. 상술한 하나 이상의 조합은 배기 가스에 존재할시에 다공성 예를 들면 등급식 다공성과 불균일한 표면 영역을 갖는 필터 구조를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 필터 소자는 이온 교환 또는 도핑과 함께 주입하거나, 또는 이에 의해 일반적으로 처리되거나, 또는 탄소 연소 촉매 예를 들면 산화 세륨 또는 알카리 금속 도핑 란탄 산화-바나듐 5산화물 또는 필터의 재생에 더하여 1999년 8월 5일자 공개된 WO99/38603호 공보에 공개된 바와 같은 퍼로브스키트(perovskite)로 실행될 수 있다. 이로부터 배기 가스가 들어오는 내연 기관에 공급된 연료는 이산화 질소에 의해 탄소 미립자의 연소에 첨가하기 위해 화학 첨가제를 포함할 수 있다. 이 경우에, 첨가제 또는 연료 연소에 형성된 유도체는 플라즈마를 통과할 때 배기 가스에 존재한다. 화학 첨가제는 독립적으로 첨가될 수 있고 연료의 일부가 아닐 수 있다. 연료내에 또는 필터상에 연소 촉매의 존재는 비열적 플라즈마에 의해 배기 가스에서 생성되는 것이 요구되는 이산화 질소의 농도를 감소시킬 수 있고 효율을 촉진한다. 배기 가스의 온도는 필터의 온도를 상승시키고 필터의 재생성을 촉진시켜서 플라즈마의 생성을 위한 전력 요구를 제한하기 위하여 부가적인연료의 연소를 통하여 후연소 위상에서 상승한다. 배기 가스의 온도는 산화 촉매상에서 발열성 반응에 의해 또한 상승한다.
그런 다음 최종 가스 스트림은 탄화 수소 증기 예를 들면 제 2 비열적 플라즈마 반응기를 통과한 다음에 금속 도핑된 제올라이트와 같은 촉매에 걸쳐서 통과하여 탄화 수소 증기 예를 들면 프로펜(C3H6)과 같은 환원제와 혼합될 수 있고, NO를 질소로 환원하기 위해 작용하며, 알루미나와 같은 비제올라이트 촉매가 사용될 수 있다. 촉매는 제 2 반응기의 플라즈마 영역에 존재할 수 있으나 플라즈마 영역의 외측에 또한 존재할 수 있고, 구형, 펠릿형, 사출 성형형, 파이버형, 시트형, 코일형, 과립형, 폼형, 벌집형 단일체 형태일 수 있거나, 또는 폼형 또는 벌집형 단일체 형태로 코팅된 형상일 수 있다. 상기 형상의 하나 이상의 조합은 불균일한 표면과 다공성 예를 들면 등급식 다공성을 갖는 구조를 생성하기 위해 사용될 수 있고, 이때에 다공성은 배기 가스에 존재할 수 있다. 폼형과 단일체 형태는 세라믹, 금속 또는 중합체일 수 있고, 폼형과 단일체 형태의 실예가 포함되나, 폼형을 위한 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 제올라이트 및 벌집형 단일체 형태를 위한 코르디네리트, 알루미나, 제올라이트 및 Fecr 합금에 제한되지 않는다. 제 2 플라즈마는 하기 작용의 조합 또는 하나 이상의 조합으로 작용하고, 그 중요성은 제올라이트, 금속 도핑, 도핑 부하 및 촉매가 금속 교환, 금속 도핑 또는 H-형일 수 있는 제올라이트일 때 상기 다른 요소의 선택에 있다. 즉, (1) 탄화 수소의 '활성'. 상기 활성은 1998년 8월 26일에 출원된 WO99/12638호 공보에 기재되어 있다. 따라서, 탄화 수소의 활성에 의해 우리는 탄화 수소의 활성도가 예를 들어 부분적인 산화, 자유 기본 형성, 이온화 및/또는 에너지 흡수(즉, 진동 또는 회전 모드)에 의해 플라즈마에서 향상되는 플라즈마 활성 탄화 수소를 의미한다. (2) NO를 NO2로의 선택적인 산화 및 (3) 가스 위상 탄화 수소 환원제를 사용하기 위해 미립자 탄소인 '잔류' 슈트의 변환. 플라즈마로 노출되지 않을시에 질화 물질을 산화하기 위한 촉매가 아닌 물질은 플라즈마 예를 들면 0 원자(atom)에 의한 활성으로 노출되지 않을시에 이러한 환원을 위한 촉매 특성을 촉진할 수 있다. 촉매는 효과를 향상시킬 수 있고, 탄화 수소는 촉매와 탄화 수소가 플라즈마 영역에 있을시에 질화 산화물을 이산화 질소로 환원할 수 있다. 플라즈마 영역에서 촉매는 활성 탄소 물질일 수 있다. 탄화 수소와 다른 환원제는 암모니아, 요소(urea), 암모니아 탄소 또는 시얀산과 같은 질소 함유 종(species)을 사용할 수 있다. 질소 함유 종이 산화 질소 환원을 위한 환원제로서 사용될 때, 특히 유용한 촉매는 바나듐 5산화물-티타늄 이산화물이다. 질소 함유 환원제 종을 사용할 시에, 배출물과의 혼합은 배출물이 촉매와 접촉하기 전에 제 2 반응기의 플라즈마 형성 영역을 통과한 후에 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 다른 특징은 질소 산화물과 미립자 탄소 연소 생성물을 내연 기관의 배기 가스 배출물로부터 제거하기 위한 반응기 시스템을 제공하는 것이며, 이 시스템은 탄화 수소 증기 또는 가스가 연료 연소 공정으로부터 배기 가스에 존재하는 어떤 탄화 수소 증기 또는 가스에 부가로 첨가되어 그 내부에서 비열적 플라즈마를 확립하기 위한 수단을 구비하는 제 1 반응기 챔버와, 탄소 미립자를 위한 포획부와, 배출물을 플라즈마 존(zone)의 내부 또는 외측일 수 있는 제 1 반응기챔버로부터 탄소 미립자 포획부를 통과시키기 위한 수단과, 탄소 미립자 포획부로부터의 배출물을 암모니아와 같은 탄화 수소 또는 질소 함유 종인 환원제와 혼합하여 그 내부에서 비열적 플라즈마를 확립하기 위한 수단을 갖는 제 2 반응기 챔버를 통과하는 혼합물을 통과시키는 수단 및, 활성 혼합물을 산화 질소를 질소로 환원하기 위해 채용된 촉매에 걸쳐서 통과시키기 위한 수단을 포함한다. 촉매는 플라즈마 형성 영역의 내부 또는 외측에 있을 수 있고, 환원제는 제 1 반응기 챔버로부터의 배출물과 혼합될 수 있으며, 그 후에 이 배출물은 촉매와 접촉하기 전에 제 2 반응기의 플라즈마 존을 통과한다.
적합하게는, 제 2 반응기 챔버에서 여기된 플라즈마는 또한 비열적 형상이다.
상기 반응기 챔버중 하나, 다른 하나 또는 양자에서 비열적 플라즈마를 확립하기 위한 수단은 가스 투과성 고유전체 및/또는 두 전극사이에 함유된 강자성체 물질의 베드와, 관련된 반응기 챔버에서 펄스 코로나 방전을 확립하기 위한 수단과, 관련된 반응기 챔버에서 무음 전기 방전을 확립하기 위한 수단 및 유전체 물질의 가스 투과성 베드를 갖는 무음 방전을 확립하기 위한 수단 또는 관련된 반응기 챔버에서 표면 전기 방전을 확립하기 위한 수단의 조합을 포함할 수 있다.
산화 질소와 같은 질소 산화물을 질소로 환원하기 위한 적합한 촉매는 알카리 금속 교환 제올라이트(Y) 또는 실버 알루미늄이다. 세륨 또는 란탄, 제올라이트 베타, H-ZSM-5와 같은 수소 교환 제올라이트의 촉매 촉진 양이온을 갖는 또는 갖지 않는 Cu/ZSM-5, Fe/ZSM-5 또는 Co/zsm-5로서 공지된 바와 같은 다른 금속 교환 또는 금속 도핑 제올라이트 물질이 또한 적합한 물질이다. 질소 산화물을 질소로 환원하기 위한 다른 적합한 물질은 알파, 감마, 카이 및 다른 액정 위상을 구비하는 알루미나와, 티타늄, 지르코늄, 레륨 및 바나듐의 산화물과, 퍼로브스키트와, 첨정석 및 이들 물질의 혼합물이다. 코발트 도핑 알루미나와 같은 금속 도핑 이온화 산화물이 또한 적합한 물질이다. 바나듐 5산화물-티타늄 이산화물은 환원제가 질소 함유 종일때 특히 적합한 촉매이다. 그러나 촉매는 포획될 수 있고 플라즈마내에 있지 않을 때에도 포회된 탄소를 활성화할 수 있다.
도면을 참조하면, 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스로부터 질소 산화물과 미립자 탄소 연소 생성물을 제거하기 위한 반응기(reactor) 시스템(100)은 제 1 반응기(101)와 이 제 1 반응기(100)에 직렬로 연결된 제 2 반응기(102)를 포함한다.
제 1 반응기(100)는 입구 스터브(stub;103)를 갖고, 제 2 반응기(102)는 출구 스터브(104)를 가지며, 이에 의해서 반응기(100)는 도면에 도시되지 않은 내연 기관의 연소 시스템에 합체될 수 있다. 반응기(101)에 들어가는 배기 가스내에서플라즈마를 생성하기 위한 수단(106)을 포함하는 챔버(105)와 세라믹 미립자 필터 베드(108)를 함유하는 제 2 챔버(107)가 반응기(101) 내측에 있다. 미립자 필터 베드는 제 2 챔버를 위한 요구를 회피하기 위해 플라즈마 영역에 포함될 수 있다. 부가로, 입구(121)는 불충분한 잔류 탄화 수소가 연소 연료에 존재할 때 부가적인 탄화 수소를 배기 가스에 도입하기 위해 이용가능하다. 플라즈마 생성 수단(106)은 다수 형상을 취하기 때문에 상세하게 도시하지 않는다. 예를 들면, 우리 특허 GB 2 274 412호에 기술된 바와 같은 펠릿(pellet) 베드 장치, 우리 특허 GB 2 282 738호에 기술된 바와 같은 펄스 코로나(corona) 배기 장치, 무음 전기 방전(silent electric discharge) 생성 장치, 유전체 물질의 가스 투과성 베드와 연합된 무음 전기 방전 장치 또는 반응기(100)의 챔버(105)에서 표면 전기 방전을 생성하기 위한 장치일 수 있다. 플라즈마 생성기(106)가 펠릿 베드 또는 유사한 장치라면, 펠릿 베드 또는 유사한 물질이 질소의 높은 산화를 환원하기 위해 작용하는 물질로 만들 수 없다는 단서가 있다. 반응기(101)의 챔버(105, 107) 사이에 유동 평활 배플(109)이 위치 설정되어 있다. 플라즈마 생성기(106)가 챔버(105)를 통과하는 배기 가스에서 플라즈마의 생성을 돕기 위해 유전체 물질의 가스 투과성 베드와 합체되는 형상이라면, 그 다공성은 그 내부에서 미립자 탄소 연소 생성물의 포획(trapping)을 최소화하도록 되어야 한다.
또한, 제 2 반응기(102)는 두 챔버(110, 111)로 분할된다. 챔버(110)는 상술한 플라즈마 생성기의 어떤 형태일 수 있는 플라즈마 생성기(112)를 포함하고, 챔버(111)는 질소 산화물을 질소로 환원하기 위해 채용된 촉매의 투과성 베드(113)를 포함한다. 다시, 유동 평활기(smoother ; 114)가 반응기(102)의 챔버(110, 111) 사이에 구비되어 있다. 적합한 촉매는 알카리 금속 교환 제올라이트(zeolite) Y 또는 실버 알루미늄이다. Cu/ZSM-5, Fe/ZSM-5, CO/ZSM-5로 공지된 바와 같은 다른 금속 교환 또는 금속 도핑된(doped) 제올라이트 물질, 제올라이트 베타와 H-ZSM-5와 같은 수소 교환 제올라이트는 적합한 물질이다. 질소 산화물을 질소로 환원하기 위한 다른 적합한 물질은 알파, 감마, 카이(chi) 및 다른 크리스탈 위상(crystalline phases)을 함유하는 알루미나와, 티타늄, 지르코늄, 세륨과 바나듐의 산화물, 퍼로브스키트(perovskites), 침정석(spinel) 및 이들 물질의 혼합물이다. 코발트 도핑된 알루미나와 같은 금속 도핑된 무기 산화물이 또한 적합한 물질이다. 바나듐 5산화물-티타늄 이산화물은 질소 함유 환원제가 탄화 수소 환원제를 대체하기 위해 사용될 때 특히 적합한 촉매이다. 촉매는 구형(sphere), 펠릿형, 사출 성형형(extrudate), 파이버형(fiber), 시트형(sheet), 코일형, 과립형(granule), 폼형(foam) 또는 벌집형 단일체 형태(honeycomb monolith)의 베드 또는 홈 또는 벌집형의 코팅과 같은 제 2 플라즈마 영역에 존재할 수도 있다. 하나 이상의 상기 물질의 조합은 불균일한 표면 영역과 배기 가스에 노출되는 다공성을 갖는 구조를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 폼형과 단일체 형태는 세라믹, 금속 또는 중합체일 수 있다.
플라즈마 생성기(112)의 상류에 포트(115)가 있고, 이 포트를 통하여 가스성 탄화 수소 또는 질소를 함유하는 환원제가 반응기(101)로부터 배출물에 첨가될 수 있다. 우리는 1998년 7월 13일에 출원된 우리 공보 WO 99/05400호에 전기 전도성인클로우져(enclosure)의 근접성을 기술하였고 이러한 구성은 본 발명을 위해서 특히 적합하다.
상기 시스템은 하기와 같이 작동한다.
질소 산화물과 미립자 탄소 연소 생성물의 혼합물을 함유하는 배기 가스는 플라즈마 생성기(106)를 통과하고, 배기 가스에 함유된 NO는 NO2로 산화되며 이러한 산화는 연소되지 않은 연료로부터 배기 가스내의 탄화 수소 또는 배기 가스에 첨가된 부가적인 탄화 수소의 존재에 의해 향상된다. 그런 다음 NO2는 세라믹 필터 베드(108)에 포획된 탄소 미립자를 CO와 CO2로 산화되고, 이러한 공정에서 NO와 NO2로 스스로 환원된다. 독립적으로 분사된 연료에 또는 필터상에 연소 촉매의 존재는 필터의 재생성과 보조 효율을 위한 질소 산화물의 요구 조건을 감소시킬 수 있다. 플라즈마에서 이산화 질소로 산화되지 않는 배기 가스로부터의 질소 산화물과 탄소와 함께 이산화 질소의 환원으로부터의 산화 질소를 함유하는 반응기(101)의 배출물은 엔진을 작동시키기 위해 사용되는 연료일 수 있는 탄화 수소 또는 프로필렌(C3H6)과 같은 부가적인 탄화 수소와 혼합되고, 그 혼합물은 활성 탄화 수소가 생성되는 제 2 플라즈마 생성기(112)를 통과한다. 활성 탄화 수소는 상기에서 한정되어 있다. 그런 다음 이들은 배기 가스에서 질소 산화물을 N2로 환원하기 위해 베드(113)내에서 제올라이트일 수 있는 촉매상에서 반응한다. 반응기(101)로부터의 배출물은 질소 함유 환원제가 제 2 반응기를 통과한 후와 촉매와 접촉하기 전에 배기 가스와 혼합될 수 있을지라도 탄화 수소 대신에 질소 함유 환원제와 혼합될 수 있다. 촉매는 또한 구형, 펠릿형, 사출 성형형, 파이버형, 시트형, 코일형, 과립형, 폼형, 벌집형 단일체 형태와 같은 제 2 플라즈마 영역에, 또는 폼 또는 벌집형상의 코팅으로서 존재할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 산화 촉매와 달리, 반응기(100)의 챔버(105, 110)에서 생성된 비열적(non-thermal) 플라즈마는 NO를 NO2로 산화하는 것과 어떤 유황 성분을 SO2로 산화하는 것을 실행함 없는 탄화 수소의 활성을 실행하며, 유황 성분은 유황 또는 유황산염을 생성하기 위해 배기 가스에서 물과 혼합된다. 제 1 반응기로부터의 배기 가스가 제 2 반응기에서 처리되게 하기 위한 탄화 수소와 혼합되는 다른 구성은 우리 공보 WO99/12638호의 도 8에 기술되어 있다.

Claims (28)

  1. 질소 산화물과 탄소 미립자를 연소 연료가 공급된 내연 기관의 배기 가스로부터 제거하고, 배기 가스가 반응기 챔버를 통과하는 작동을 포함하고, 상기 배기 가스는 상기 연소 연료로부터 독립적으로 또는 잔류적으로 도출되어 첨가되는 탄화 수소를 함유하여 그 내부에서 비열적 플라즈마를 여기시키는 방법에 있어서,
    상기 배기 가스에 함유된 탄소 미립자를 산화하기 위하여 배기 가스에 함유된 산화 질소에 대한 비열적 플라즈마의 작용에 의해 배기 가스에서 생성되는 이산화 질소를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 배기 가스에서 여기되는 상기 초기 비열적(non-thermal) 플라즈마에 이어서, 상기 배기 가스는 탄소 미립자의 산화를 촉진하기 위하여 탄소 미립자를 포회하기 위해 채용된 필터(108)를 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비열적 플라즈마에서 이산화 질소로 변환되지 않고 상기 배기 가스에 잔류하는 어떤 산화 질소뿐만 아니라 이산화 질소에 의한 탄소 미립자의 산화 결과로 생성된 일산화 질소를 질소 가스로 환원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 필터(108)는 상기 플라즈마 형성 영역내에 또는 외측에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 필터(108)는 세라믹 물질로 만들어지거나, 또는 상기 필터(108)는 플라즈마 형성 영역의 외측에서 세라믹, 금속 또는 중합체 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 탄소 미립자를 포획하기 위해 채용된 상기 필터(108)는 탄소 연소 촉매의 코팅을 함유하거나, 탄소 연소 촉매로 침투되거나 또는 탄소 연소 촉매로 만들어진 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 탄소 연소 촉매는 세륨 산화물 또는 알카리 금속 도핑 란탄 산화 바나듐 5산화물인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 연료는 탄소 연소 촉매를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 이산화 질소를 탄소 미립자로 환원하는 것에 이어서, 상기 배기 가스는 환원제 증기와 혼합되고, 비열적 플라즈마는 상기 혼합물에서 생성되며, 상기 여기된 혼합물은 일산화 질소를 질소로 환원하기 위해 채용된 촉매와 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 환원제는 연료에 있는 탄화 수소 또는 첨가된 탄화 수소인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 환원제는 프로펜을 포함하는 첨가된 탄화 수소인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 환원제는 질소 함유 종(specie)인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 질소 함유 종은 알루미나, 요소(urea), 알루미늄 탄소 또는 시얀산인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항, 제 11 항, 제 12 항 및 제 13 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제 종은 상기 배기 가스가 제 2 비열적 플라즈마와 접촉한 후에 및 촉매와 접촉하기 전에 이산화 질소와 탄소 미립자의 반응으로부터 배기 가스에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 일산화 질소를 환원하기 위한 촉매는 금속 도핑 제올라이트 또는 수소 교환 제올라이트, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 세륨또는 바나듐의 산화물, 또는 퍼로브스키트, 첨정석 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항 및 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 일산화 질소를 환원하기 위한 촉매는 바나듐 5산화물-티타늄 이산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 질소 산화물과 미립자 탄소 연소 생성물을 내연 기관의 배기 가스 배출물로부터 제거하고, 비열적 플라즈마를 내연 기관내에서 확립하기 위한 수단(106)을 구비하는 제 1 반응기 챔버(105)를 포함하는 반응기 시스템에 있어서,
    탄소 미립자용 포획부(108)와, 제 1 반응기 챔버로부터의 상기 배출물을 탄소 미립자 포획부(108)를 통하여 통과시키기 위한 수단과, 상기 탄소 미립자 포획부(108)로부터의 배출물을 탄화 수소 또는 질소 함유 종(specise)과 혼합시켜서 상기 비열적 플라즈마를 그 내부에서 확립하기 위한 수단(112)을 구비하는 제 2 반응기 챔버(110)를 통하여 상기 혼합물을 통과시키기 위한 수단 및, 산화 질소를 질소로 환원하기 위해 채용된 촉매(113)에 걸쳐서 상기 활성 혼합물을 통과시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  18. 질소 산화물과 미립자 탄소 연소 생성물을 내연 기관의 배기 가스 배출물로부터 제거하고 비열적 플라즈마를 내연 기관내에서 확립하기 위한 수단(106)을 구비하는 제 1 반응기 챔버(105)를 포함하는 반응기 시스템에 있어서,
    탄소 미립자용 포획부(108)와, 제 1 반응기 챔버로부터의 상기 배출물을 탄소 미립자 포획부(108)를 통하여 통과시켜서 상기 비열적 플라즈마를 그 내부에서 확립하기 위한 수단(112)을 구비하는 제 2 반응기 챔버(110)를 통하여 상기 혼합물을 통과시키기 위한 수단과, 상기 제 2 반응기 챔버(110)로부터의 배출물을 질소 함유 종과 혼합하기 위한 수단 및, 산화 질소를 질소로 환원하기 위해 채용된 촉매(113)에 걸쳐서 상기 활성 혼합물을 통과시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  19. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 반응기 챔버(105, 110)를 통과하는 내여 기관 배기 가스에서 비열적 플라즈마를 확립하기 위한 수단(106, 112)은 하나가 고전압 입력 전극인 두 전극 사이에 함유된 강자성체 물질의 가스 투과성 베드와, 관련된 반응기 챔버에서 코로나 방전을 확립하기 위한 수단과, 관련된 반응기 챔버에서 무음 전기 방전을 확립하기 위한 수단과, 관련된 반응기 챔버에서 표면 전기 방전을 확립하기 위한 수단 및, 반응기 챔버에서 무음 전기 방전을 확립하기 위한 수단과 강자성체 물질의 가스 투과성 베드의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 탄소 미립자용 포획부(108)는 상기 제 1 반응기 챔버(105)의 플라즈마 형성 영역내에 또는 외측에 위치 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 포획부(108)는 세라믹 물질로 만들어지거나, 또는 상기 포획부(108)는 플라즈마 형성 영역 외측에서 세라믹, 금속 또는 중합체 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  22. 제 17 항에 있어서, 상기 배기 가스가 제 1 반응기 챔버(105)의 플라즈마 형성 영역을 통과하기 전에 탄화 수소 증기 또는 가스를 독립적으로 도입하기 위한 입구(121)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  23. 제 17 항에 있어서, 제 2 반응기 챔버(110)는 두개의 칸막이를 가지며, 그중 상류 칸막이에는 반응기를 통과하는 내연 기관 배기 가스에서 비열적 플라즈마를 확립하기 위한 수단(112)이 포함되고, 제 2 칸막이에는 일산화 질소를 질소로의 환원을 촉진하기 위해 채용된 물질의 가스 투과성 본체(113)가 함유되어 있고 또한 탄화 수소 가스 또는 증기가 상기 혼합물에서 비열적 플라즈마를 생성하기 위한 수단(112)을 함유하는 제 2 반응기 챔버(110)의 제 1 칸막이의 영역을 통과하기 전에 제 1 반응기 챔버(105)로부터의 배출물에 첨가될 수 있는 포트(115)가 포함되는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  24. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 촉매는 금속 도핑된 제올라이트인것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  25. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 촉매는 Cu/ZSM-5 또는 Fe/ZSM-5 또는 Co/zsm-5로 공지된 금속 도핑 제올라이트, 또는 알카리 금속 교환 제올라이트 Y, 제올라이트 베타 또는 실버 알루미늄 또는 수소 교환 제올라이트, 또는 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 세륨 및 바나듐의 산화물, 또는 퍼로브스키트, 침정석 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 촉매는 구형, 펠릿형, 사출 성형형, 파이버형, 시트형, 코일형, 과립형, 폼형 또는 벌집형 단일체 형태이거나, 또는 폼형 또는 벌집형 단일체 형태에 코팅된 형상으로 상기 제 2 반응기 챔버(110)에 존재하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 촉매는 상기 제 2 반응기 챔버(110)의 플라즈마 형성 영역(112)에 존재하는 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 촉매는 상기 플라즈마 형성 영역(112)의 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 반응기 시스템.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9903400D0 (en) 1999-02-16 1999-04-07 Aea Technology Plc Reactor for plasma assisted gas processing
GB9919200D0 (en) * 1999-08-14 1999-10-20 Johnson Matthey Plc Pollution control
GB0015952D0 (en) 2000-06-30 2000-08-23 Aea Technology Plc Plasma assisted reactor
DE10130163B4 (de) 2000-11-21 2012-01-12 Siemens Ag Anordnung zur Verminderung kohlenstoffhaltiger Partikelemissionen von Dieselmotoren
US6887438B2 (en) * 2000-12-21 2005-05-03 Delphi Technologies, Inc. NOx control
JP2002357119A (ja) * 2001-03-02 2002-12-13 Yukio Kinoshita 放電現象などを用いた高効率排気ガス処理システム
GB0107020D0 (en) * 2001-03-21 2001-05-09 Aea Technology Plc A reactor for plasma assisted treatment of gaseous media
JP4672180B2 (ja) * 2001-05-18 2011-04-20 三菱重工業株式会社 エンジン排ガスの処理方法およびその装置
KR100444914B1 (ko) * 2001-07-30 2004-08-18 주식회사 블루플래닛 디젤엔진 배출가스의 질소산화물을 선택적으로 제거하기위한 플라즈마/금촉매 시스템
KR20040029388A (ko) * 2001-08-02 2004-04-06 플라스마솔 코포레이션 비열 방전 플라스마를 이용한 화학 공정
JP4236884B2 (ja) * 2002-08-05 2009-03-11 日本碍子株式会社 排気ガス処理装置
DE10241063A1 (de) * 2002-09-05 2004-03-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Abgasnachbehandlung und Vorrichtung hierzu
JP2005291071A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Honda Motor Co Ltd 排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化方法
JP2006012938A (ja) * 2004-06-23 2006-01-12 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 電気二重層キャパシタ電極用炭素材料およびその製造方法
FR2883199B1 (fr) * 2005-03-18 2007-06-22 Peugeot Citroen Automobiles Sa Filtre a particules pour vehicule automobile et systeme et ligne d'echappement comprenant un tel filtre a particules
JP2009208025A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Univ Of Tokushima ディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ
EP2728133B1 (en) * 2011-06-30 2016-05-18 Imagineering, Inc. Plasma generation device
CN106955585A (zh) * 2017-03-02 2017-07-18 海湾环境科技（北京）股份有限公司 气体处理方法及系统
US11148116B2 (en) * 2017-08-21 2021-10-19 Hychar Energy, Llc Methods and apparatus for synthesizing compounds by a low temperature plasma dual-electric field aided gas phase reaction

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9301433D0 (en) * 1993-01-20 1993-03-17 Atomic Energy Authority Uk Gas purification
US5746984A (en) * 1996-06-28 1998-05-05 Low Emissions Technologies Research And Development Partnership Exhaust system with emissions storage device and plasma reactor
US5711147A (en) * 1996-08-19 1998-01-27 The Regents Of The University Of California Plasma-assisted catalytic reduction system
AU747047B2 (en) * 1997-09-09 2002-05-09 Accentus Plc Treatment of gaseous emissions

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