KR20030034139A - 디젤엔진으로부터 질소 산화물 및 미립자의 감소를향상시키기 위한 배기 시스템 - Google Patents

디젤엔진으로부터 질소 산화물 및 미립자의 감소를향상시키기 위한 배기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 디젤엔진 후처리 배기 시스템은 연소 시스템 (13)내의 디젤엔진상에서 미립자 물질 감소를 위한 촉매화된 슈트 필터 (12) 및 NOx 환원을 위한 우레아 SCR 촉매 (14)를 사용하여 동시에 미립자 물질 및 NOx를 저하시킨다. 이러한 집적 방출조절 시스템에 의해서 디젤엔진은 초저 방출기준에 부합될 수 있다.

Description

디젤엔진으로부터 질소 산화물 및 미립자의 감소를 향상시키기 위한 배기 시스템{EXHAUST SYSTEM FOR ENHANCED REDUCTION OF NITROGEN OXIDES AND PARTICULATES FROM DIESEL ENGINES}
포함된 참고문헌
이하의 미합중국 특허가 본 명세서에 참고로 포함되어 있으며 본 발명의 일부분을 구성한다. 구체적으로, 이하의 특허에 기술된 촉매의 조성물 및 조성물이 어떻게 제조되는지 및/또는 기술된 필터 또는 SCR 촉매에 어떻게 적용되는지에 대하여는 본 발명에 포함되어 있기 때문에, 이러한 자료는 본 발명의 상세한 설명에서 다시 상세하게 반복하거나 설명할 필요가 없다:
미합중국 특허 제 4,833,113 호 (Imanari et al., 1989년 5월 23일 특허됨, 발명의 명칭 "Denitration Catalyst for Reducing Nitrogen Oxides in Exhaust Gas");
미합중국 특허 제 4,961,917 호 (Byrne, 1990년 10월 9일 특허됨, 발명의 명칭 "Method for Reduction of Nitrogen Oxides with Ammonia Using Promoted Zeolite Catalysts");
미합중국 특허 제 5,100,632 호 (Dettling et al., 1992년 3월 31일 특허됨, 발명의 명칭 "Catalyzed Diesel Exhaust Particulate Filter"); 및
미합중국 특허 제 5,804,155 호 (Farrauto et al., 1998년 9월 8일 특허됨, 발명의 명칭 "Basic Zeolites as Hydrocarbon Traps for Diesel Oxidation Catalysts").
본 명세서에 참고로 포함된 특허에 기술된 촉매가 본 발명에 사용될 수 있지만, 이들은 그 자체로 또는 그들 자체를 포함하여 본 발명을 형성하지는 않는다.
선행기술
압축 점화 디젤엔진은 그들 고유의 높은 열효율 (즉, 우수한 연료 경제성)및 저속에서의 높은 토르크 (torque)로 인하여 운송수단 (vehicle)의 동력장치로서 우수한 유용성 및 잇점을 갖는다. 디젤엔진은 매우 연료가 희박한 조건하에서 높은 A/F (공기 대 연료) 비에서 구동한다. 이러한 이유로 이들은 매우 낮은 가스상 탄화수소 및 일산화탄소를 방출한다. 그러나, 디젤 배기물은 질소 산화물 (NOx) 및 미립자의 비교적 높은 방출이 일어나는 것을 특징으로 한다. 52 EC에서 응축된 물질로서 측정되는 미립자 방출물은 고체 (불용성) 탄소슈트 (carbon soot) 입자, 윤활유 및 비연소 연료 형태의 액체 탄화수소, 소위 가용성 유기분획 (SOF), 및 소위 SO3+ H2O = H2SO4형태의 "설페이트"로 이루어진 다상이다.
NOx 및 미립자 둘다는 전환시키기 어려운 디젤 배기성분이며, 적어도 50％ 까지, 거의 대체로는 70-90％ 까지 이들 방출물 두가지 모두의 감소가 필요한 것으로 예상되는 중하중 (heavy duty) 및 저하중 (light duty) 디젤동력 운송수단 둘다에 대한 미래의 방출기준이 최근에 미국 및 유럽에서 채택되었다.
정지상 공급원에 대한 희박 배기조건하에서 NOx를 감소시키는데 매우 성공적인 것으로 입증된 한가지 상업적 후처리 기술은 선택적 촉매환원방법 (Selective Catalytic Reduction; SCR)이다. 이 방법에서, NOx는 촉매 (예를들어, 제올라이드, V/Ti)상에서 NH3에 의해 N2로 환원된다. 이 기술은 90％ 이상 NOx를 감소시킬 수 있으며, 따라서 이것은 공격적인 NOx 감소 목표를 충족시키기 위한 최상의 대책중의 하나이다. SCR은 현재 NH3의 공급원으로서 우레아 (예를들어, 수용액)를 사용하는 운송수단 분야인 이동성 공급원에 대해서 개발중이다. SCR은 배기온도가 촉매의 활성 온도범위 (예를들어, > 300 EC)내에 있는 한은 NOx 환원에 매우 효율적이다. 불행하게도, 디젤 배기온도는 우수한 촉매효율에 필요한 온도보다 수배 훨씬 더 낮다 (즉, "라이트-오프 (light-off)" 이하). 이것은 특히 대체로 경부하 (light load)에서 작동하여 매우 낮은 배기온도 (150-250 EC)를 야기하는 디젤 자동차와 같은 경하중 (light duty; LD) 디젤 적용분야의 경우에 사실이다. 디젤 트럭 조차도 SCR 촉매에 대한 최적온도 이하의 배기온도를 야기하는 조건하에서 작동한다. 불행하게도, 제올라이트 타입 (예를들어, 본 출원인 Engelhard Corporation의 ZNX 촉매, Fe-베타 제올라이트)인 최상의 가장 안정한 SCR 촉매중의 하나는 또한 최고의 최적 작동온도를 갖는다. 결과적으로, 그의 유효성은 대상이 되는 디젤 배기온도에서 현저하게 감소된다.
매우 높은 수준으로 미립자를 감소시키기 위해서 개발중인 한가지 핵심 후처리 기술은 디젤 미립자 필터이다. 여기에는 허니컴 벽면-유동 (honeycomb wall-flow) 필터, 권취되거나 충진된 섬유 필터, 개방-셀 포움 (open-cell foams), 소결된 금속 필터 등을 포함하여, 디젤 배기물로부터 미립자를 제거하는데 사용될 수 있는 다수의 공지된 필터 구조물이 있다. 그러나, 세라믹 벽면-유동 필터가 가장 큰 관심을 받고 있다. 이들 필터는 디젤 배기물로부터 미립자 물질의 90％ 이상을 제거할 수 있으며, 따라서 이러한 방출 감소목표에 부합할 수 있다. 필터는 배기물로부터 입자들을 제거하기 위한 물리적 구조물이며, 축적되는 입자가 엔진상의 필터로부터의 역압을 증가시킬 수 있다. 따라서, 축적되는 입자 (슈트 + 탄화수소)는 연속적으로 또는 주기적으로 필터로부터 연소시켜서 허용가능한 역압 수준을유지시켜야 한다. 불행하게도, 탄소슈트 입자는 산소 풍부 (희박) 배기조건하에서 연소되도록 500-550 EC 이상의 온도가 필요하다. 이것은 대표적인 디젤 배기온도 보다 더 높은 것이다. 필터의 "수동적" 재생이 제공되도록 슈트 연소온도를 저하시키는 수단이 제공되어야 한다. 이것을 성취하기 위한 한가지 우수한 방법은 필터에 적용되는 적합하게 제제화된 촉매를 제공하는 것이다. 촉매의 존재는 슈트 연소를 제공하고, 이렇게 함으로써 실제적인 하중 사이클 (duty cycle)하에 디젤엔진의 배기물내에서 얻을 수 있는 온도에서 필터의 재생을 제공하는 것으로 확인되었다. 이러한 방법에서는, 촉매화된 슈트 필터 (Catalyzed Soot Filter; CSF) 또는 촉매화된 디젤 미립자 필터 (Catalyzed Diesel Particulate Filter; CDPF)가 축적되는 슈트의 수동적 연소 및 이에 따른 필터 재생과 함께 > 90％ 미립자 감소를 제공하는 효과적인 방법이 될 수 있다.
정지상 적용분야에서, 다수의 배열은 통상적으로 필터와 SCR 촉매 사이에 주입된 암모니아 환원제와 함께 SCR 촉매의 상류에서 필터를 사용한다. 몇가지 배열은 문헌 (Nitrogen Oxides Control Technology Fact Book, 1992, Noyes Data Corporation, pages 84-105)에 기술되어 있다. 그러나, SCR에 대한 온도는 모두 높고, 일반적으로 언급된 필터는 전기집진기와 같은 분진 미립자 타입이다.
휴그 엔지니어링 아크티엔게젤샤프트 (Hug Engineering AG)는 문헌 (SAE paper 930363, "Off-Highway Exhaust Gas After-Treatment Combining Urea-SCR, Oxidation Catalysis and Traps")에 기술된 가스정제 정지상 시스템을 개발하였다.이 시스템에서, NH3는 SCR 촉매에 이어서 산화촉매를 함유하는 촉매상의 상류에 주입된다. 이후의 휴그의 브로셔 (brochure) (1996)에서는, 슈트 필터상 (임의 요소)이 필터, SCR 및 산화촉매를 순서대로 통과하는 폐기내로 주입된 우레아 및 산화촉매의 상류에서 그에 인접한 SCR 반응기의 상류에서 그에 인접한 케이싱 (casing)내에 제공된다. 슈트 필터는 발암효과를 갖는 배기 스트림으로부터 미세한 슈트 입자를 여과하는 섬유상 번들 (fibrous bundle)로서 기술되어 있다. 기술된 휴그 시스템은 대부분 정류속도 및 본 발명의 운송수단 적용분야에서 보다 더 높은 온도에서 작동하는 페리 (ferry) 및 그밖의 다른 대형 디젤엔진 적용분야에 적용된다. 정지상 가스 정제 시스템에 대한 휴그 브로셔는 슈트 필터가 그들 사이에 주입된 NH3를 갖는 SCR 및 산화촉매로부터 분리된 휴그의 "스타루 (Staru)" 시스템을 기술하고 있다. 슈트 필터는 미세한 슈트 입자를 트래핑하는 기능을 지속할 수 있도록 섬유상인 것으로 기술되어 있지만, 450 EC에서 슈트를 재생시키거나 연소시키도록 촉매적으로 피복된다. 일반적으로, 휴그 시스템은 SCR-산화촉매의 상류에 NH3를 주입하고 미세한 슈트 입자를 트래핑하기 위해 하류에서 섬유상 재생필터를 사용함으로써 경하중 디젤엔진 보다 더 높은 온도에서 일반적으로 정류상에서 작동하는 대형 디젤엔진으로부터 NOx 배기물 방출을 감소시키는 능력을 나타낸다.
특허문헌은 주기적으로 재생되는 NOx 흡수제를 사용하는 미합중국 특허 제 5,746,989 호 (Murachi et al., 1998년 5월 5일에 특허 허여됨) 및 PCT 출원 제 PCT/GB99/03281 호 (2000년 4월 20일에 WO 00/21647로 공개됨)을 기술하고 있다.NOx 흡수제의 하류는 산화촉매이고, 흡수제와 산화촉매 사이에는 미립자 필터가 존재한다. '989 호 특허에서, 흡수제는 A/F 비를 변화시킴으로써 재생되며, PCT 출원에서는 NOx 반응물이 흡수제의 상류에 주입된다.
미합중국 특허 제 4,912,776 호 (Alcorn, 1990년 3월 27일에 특허 허여됨)는 산화촉매, 산화촉매의 하류에서 그에 인접한 SCR 촉매, 및 산화촉매와 SCR 촉매 사이에서 배기물에 도입되는 환원제 공급원을 기술하였다. 본 발명의 이론중의 적어도 하나와 일치하는 것으로 알콘 (Alcorn)의 개념은 개선된 NOx 환원을 제공하는 것으로 믿어진다. 알콘의 변형은 PCT 출원 제 PCT/GB99/00292 호 (1999년 8월 12일에 WO 99/39809로 공개됨)에 기술되어 있는데, 여기에서는 알콘의 산화촉매의 상류에 미립자 필터가 배치되고, 환원제의 공급원은 SCR 촉매의 하류 및 미립자 필터의 상류에 위치한다. 미립자 필터는 NO2의 존재하에 비교적 저온에서 "연소 (combustion)"을 야기시키는데 효과적인 벽면-유동 필터로 기술되어 있으며, 이것은 PCT 출원에 기술된 배열에서 특히 유익한 것으로 믿어지지 않는다. 미합중국 특허 제 4,902,487 호 (Cooper et al., 1990년 2월 20일에 특허 허여됨)에서는 또한, 백금 기본 촉매 상류의 미립자 필터에 대한 그의 기술내용을 주목하여야 하며, 이 배열은 배기가스로부터 NO2를 생성시킨다고 한다.
USA §119하에서의 특허출원에 대한 교차 참고문헌
본 출원은 발명의 명칭을 "디젤엔진으로부터 질소 산화물 및 미립자의 감소를 향상시키기 위한 배기 시스템"으로하여 2000년 8월 15일에 출원된 미합중국 가출원 제 60/225,478 호의 잇점을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 디젤 배기 후처리 시스템에 관한 것이며, 더욱 특히는 희박 (lean) 엔진 작동조건하에서 질소 산화물 (NOx) 및 미립자 방출을 동시에 높은 수준으로 감소시키기 위한 디젤 배기 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 특정한 부분에서, 및 본 발명의 일부분을 형성하는 후술하는 첨부된 도면과 함께 조합하여 채택된 특정한 부분의 배열에서 구체화될 수 있다:
도 1은 7.2 리터 중하중 300 HP 디젤엔진 배기 시스템 및 특히, 본 발명의 촉매화된 슈트 필터 및 우레아 SCR 촉매를 시험하기 위해서 설정된 엔진 벤치 (engine bench)를 도시한 개략적 배열이다;
도 2는 SCR 촉매를 단독으로 사용한 배기 시스템과 CSF 및 SCR 촉매를 사용한 배기 시스템의 NOx 전환성능을, 51.33 k hr-1의 공간속도로 780 ppm의 엔진 배출 NOx를 생성하는 1800 rpm에서 100％ 부하로 작동된 도 1의 엔진에 대하여 470 EC 유입온도에서 NSR의 함수로서 비교한 엔진 시험결과의 그래프의 플롯이다;
도 3은 CSF 및 SCR 촉매를 갖는 배기 시스템과 SCR 촉매 만을 갖는 배기 시스템에 대한 최대 NH3돌파점 (break through)을, 도 2에 기술된 동일한 엔진 조건하에서의 NSR의 함수로서 비교한 엔진 시험결과의 그래프의 플롯이다;
도 4는 SCR 촉매 만을 갖는 배기 시스템과 CSF 및 SCR 촉매를 갖는 배기 시스템의 NOx 전환성능을, 46.94 k hr-1의 공간속도로 400 ppm의 엔진 배출 NOx를 생성하는 1800 rpm에서 60％ 부하로 작동된 도 1의 엔진에 대하여 345 EC SCR 유입온도에서 NSR의 함수로서 비교한 엔진 시험결과를 나타낸 도 2와 유사한 그래프의 플롯이다;
도 5는 SCR 촉매를 단독으로 갖는 배기 시스템과 CSF 및 SCR 촉매를 갖는 배기 시스템에 대한 평균 및 최대 NH3돌파점을, 도 4에 규정된 조건하에서의 NSR의 함수로서 비교한 엔진 시험결과를 나타내는 그래프의 플롯이다;
도 6은 SCR 촉매 만을 갖는 배기 시스템과 CSF 및 SCR 촉매를 갖는 배기 시스템의 NOx 전환성능을, 28.33 k hr-1의 공간속도로 200 ppm의 엔진 배출 NOx를 생성하는 1800 rpm에서 14％ 부하로 작동된 도 1의 엔진에 대하여 200 EC SCR 유입온도에서 NSR의 함수로서 나타낸 도 2 및 4와 유사한 그래프의 플롯이다;
도 7은 CSF 및 SCR 촉매를 갖는 배기 시스템과 SCR 촉매를 단독으로 갖는 배기 시스템에 대한 최대 NH3돌파점을, 도 6에 규정된 엔진 조건하에서의 NSR의 함수로서 나타낸 도 3 및 5에 나타낸 것과 유사한 그래프의 플롯이다;
도 8은 다양한 부하하에 2200 rpm에서 작동되는 도 1의 엔진에 의해서 생성되는 다양한 배기온도에서 NSR (표준화된 화학량론적 비)의 함수로서 NOx 전환을 나타내는 CSF 및 SCR 촉매가 배치된 배기 시스템에 대한 시험결과의 그래프의 플롯이다;
도 9는 CSF 및 SCR 촉매를 사용한 방출 시스템과 SCR 촉매를 단독으로 사용한 방출 시스템의 NOx 전환성능을 높은 범위의 NSR 값 (0.61 내지 0.78)에 대한 유입온도의 함수로서 비교한 엔진 시험결과의 그래프의 플롯이다;
도 10은 표준 300 HP 엔진 등급으로 기준화된 SCR 촉매 만을 사용한 방출 시스템에 대한 ESC (13 모드 OICA 사이클) 시험결과의 커브의 플롯이다;
도 11은 표준 300 HP 엔진 등급으로 기준화된 CSF 및 SCR 촉매 구성을 갖는 방출 시스템을 사용하는 ESC 시험에 대한 도 10과 유사한 커브의 플롯이다;
도 12는 표준 180 HP 엔진 등급으로 기준화된 SCR 촉매 만을 사용하는 방출 시스템에 관한 ESC 시험에 대한 도 10과 유사한 커브의 플롯이다;
도 13은 표준 180 HP 엔진 등급으로 기준화된 CSF 및 SCR 촉매 구성을 사용하는 방출 시스템에 관한 ESC 시험에 대한 도 10과 유사한 커브의 플롯이다;
도 14A는 본 발명의 바람직한 구체예의 개략도이다;
도 14B 및 14C는 본 발명의 시스템의 존재가능한 대체 구성의 개략도이다;
도 15 및 16은 각각 본 발명에서 사용된 촉매화된 벽면 유동 필터의 개략적인 말단도 및 단면도이다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 바람직한 구체예를 설명할 목적이지만 이것을 제한할 목적으로 나타낸 것은 아닌 도면을 참고로하여, 도 1에는 벤치시험 유니트 10이 도시되어 있으며, 이것은 본 발명의 상업적 구체예를 그의 바람직한 구체예로 나타낸 것은 아니다. (바람직한 구체예는 도 14A에서 개략적으로 예시되어 있다.) 도 1에 개략적으로 도시된 엔진-동력계 시험셀에서의 엔진시험을 통해서 상류 CSF 12와 SCR 촉매 14 사이에서 예기치 못한 상승작용이 발견되었기 때문에 시험 유니트 10이 도 1에 도시되어 있다.
엔진 15는 2200 RPM에서 300 HP로 등급화된 모델 연도 1998 캐터필러 (Caterpillar) 3126 (7.2 리터) 직접 주입 터보-하전/중간냉각 엔진 (Direct Injected, Turbo-Charged/Intercooled engine)이었다. 시험을 목적으로하여, 엔진은 미합중국 중하중 일시적 시험 사이클 (U.S. Heavy Duty Transient Test Cycle)상에서 4 g/bhp-hr NOx 방출을 생성하도록 조정되었다.
시험을 위한 연료는 필립스 페트롤륨 (Phillips Petroleum)에 의해서 제공된 초저유황 (ULS) 디젤연료였다. 이 연료는 3 ppm의 공칭 유황 함량을 가졌다.
시험을 위해서 사용된 슈트 필터 기질 (substrate)은 코닝사 (Corning Inc.)로부터 구입한 EX-80 근청석 (cordierite) 벽면-유동 필터였다. 기질은 직경이 10.5"이고 길이가 12.0"였다. 이 필터는 17.03 리터 (1039 in3), 또는 엔진의 스위프 치환 (swept displacement)의 2.4배의 총용적을 갖는다. 이것은 17 mil의 벽면 두께와 100 cpsi의 허니컴 셀간격을 갖는다. 시험에서 사용된 슈트 필터 촉매는 MEX 003으로 지정된 본 출원인 엥겔하르트사 (Engelhard Corporation)의 필터 촉매였다. 이 촉매는 지르코늄 아세테이트 용액으로서 용액 함침에 의해 슈트 필터 기질에 적용된 다음에 건조된 250 g/ft3ZrO2, 세륨 (III) 니트레이트/시트르산 용액 (Ce:시트레이트 몰비 = 1:1)으로서 용액 함침에 의해 그 다음에 적용된 다음에 건조되고 450 EC에서 하소된 500 g/ft3의 CeO2, 및 아민-가용화된 Pt (II) 하이드록사이드 (즉, Pt "A" 염)로서 용액 함침에 의해 적용된 다음에 건조되고 450 EC에서 하소된 75 g/ft3의 백금으로 이루어진다. 이것은 바람직한 구체예의 촉매화된 슈트 필터 또는 CSF 12를 포함하였다.
시험에서 사용된 SCR 촉매 14A, 14B는 본 출원인 (Engelhard Corporation)의 ZNX 촉매였다. 도 1은 대조용 촉매성능을 변형된 촉매와 비교할 수 있도록 상이한 촉매를 시험할 수 있는 벤치 유니트 (bench unit)이기 때문에 "Y" 스플릿으로 배열된 두개의 SCR 유니트 14A, 14B가 도시되었다. 본 발명에 있어서, SCR 촉매 14A, 14B는 둘다 동일하다. SCR 촉매 14A, 14B는 각각 4 wt％ ZrO2결합제와 함께 약 (계산된) 2 g/in3철-교환된 베타 제올라이트로 이루어졌다. 이 촉매는 직경이 10.5"이고 길이가 6.0"이며 300 cpsi의 셀 간격을 갖는 관통형 모노리스 기질 (flow-thru monolith substrate)상에 피복되었다. 각각의 기질은 17.02 리터 또는 1040 in3의 총 촉매용적에 대하여 8.51 리터 (520 in3)의 용적을 가졌다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 미립자 및 NOx를 함유하는 엔진 15로부터의 배기물은 CSF 12의 유입구 16으로 이송된다. CSF 12를 통과하면, 슈트 및 SOF (가용성 유기분획)를 포함하는 미립자는 대부분 제거된다 (> 90％). 또한, 가스상 HC 및 일산화탄소는 슈트 필터상에서 촉매에 의해 배기물로부터 제거된다. 생성된 정화된 (cleaned) 배기물은 주로 주제어 방출물로서 NOx를 함유한다.
CSF의 하류에서는 물중의 우레아의 용액을 배기물에 주입하는데, 이 경우에는 일반적으로 참조번호 18로 지정되는 공기 보조된 노즐 (air assisted nozzle)을 통해서 이루어진다. 용액중의 우레아의 농도는 32.5 wt％였으며, 이것은 펌프를 통해서 주입 노즐에 송달되었다. 우레아 용액의 주입율은 배기물내의 NOx에 주입된 우레아의 비율이 조절되고 알려질 수 있도록 펌프 속도에 의해서 제어되었다. 잘 알려진 바와 같이, 우레아 (H4N2CO) 분자는 배기물내에서 가수분해에 의해서 분해되어 활성 NOx 환원제인 암모니아 (NH3)를 생성시킬 수 있다. 각각의 우레아 분자는 두개의 NH3분자를 수득한다. 이러한 2:1 수율로 인하여 시험 및 결과를 기술할 목적으로 우레아-대-NOx 비는 표준화된 화학량론적 비 (NRS)로 언급된다. 이것은 단순히, NSR이 1인 경우에 배기물내의 NH3: NOx 몰비가 1:1인 것을 의미한다. NOx에 대한 NH3의 1:1 몰비는 NOx가 N2로 100％ 전환이 이루어지는 이론적 비이다.
목적하는 NSR에서 주입된 우레아 및/또는 암모니아 생성물을 함유하는 배기물 스트림은 다음에 ZNX SCR 촉매 14A, 14B로 이송되었다. 상기 언급한 바와 같이, 시험을 위해서 배기물 흐름은 Y-커넥터 (connector) 19를 이용하여 분할되어, 도시된 바와 같이 평행으로 장착된 두개의 ZNX 촉매 또는 브릭 (bricks) 14A, 14B로 이송되었다. 이 배열은 17.03 리터, 또는 엔진의 스위프 치환의 2.4배인 SCR 촉매의 총용적을 제공하였다. ZNX SCR 촉매 14A, 14B의 하류에서 배기물 스트림은 Y-커넥터 20을 통해서 함께 다시 모아져서, 미립자 및 NOx가 모두 정화된 배기가스는 시험셀의 외부로 이송되었다.
배기물 분석을 위한 샘플링 포인트는 도 1에서 참조번호 22A, 22B, 22C 및 22D로 지정된 라인으로 도시되어 있다. NOx, HC 및 CO를 분석하기 위해서는 표준 배기물 방출벤치가 사용되었다. NOx는 화학발광기술에 의해서 결정되었다. 또한, 푸리에 변환 적외선분광법 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy; FTIR)을 사용하여 샘플링 포인트에서 질소-종에 대하여 분석하였다. FTIR에 의해 배기물내에서 NO, NO2, N2O 및 NH3의 정확한 결정이 가능하였다. 배기물 온도는 또한 샘플링 포인트 22A, 22B, 22C 및 22D에서 열전기쌍 (thermocouple)을 통해서 측정되었다.
대조시험은 ZNX SCR 촉매 14A, 14B 단독인 경우와 비교하여 수행하였다. 이 경우에, CSF 12는 배기 시스템으로부터 제거되고 직류 파이프 (straight pipe) (도시되지 않음)로 대체되었다. 동일한 엔진-배출 NOx 레밸을 유지시키기 위해서 CSF가 존재하는 경우에서와 같이 SCR 촉매 하류의 밸브 (도시되지 않음)를 사용하여 엔진상에서 동일한 역압을 제공하였다. 밸브는 후술하는 스텝 부하시험 (step load test)을 위한 조정가능한 역압을 제공한다.
정류상 시험은 엔진상에서 1800 RPM에서 수행하였다. 엔진 부하는 다양한 배기온도가 획득되도록 변화되었다. 정류상 시험조건 및 이하에서 거론되는 해당하는 도면은 이하의 표 1에 요약하였다:
1800 rpm의 정류상 속도
부하 SCR 촉매 유입온도T 배기물 흐름(SCFM) SCR 촉매 GHSV(1000 Hr-1) NOx(ppm) 도면
14％ 200 EC 285 28.3 214 6, 7
60％ 345 EC 471 46.9 420 4, 5
100％ 468 EC 515 51.3 770 2, 3
이들 정류상 조건 각각에서, 우레아 용액을 다양한 비율로 배기물에 주입하여 NSR 레벨을 변화시켰다. 방출물은 각각의 NSR 레벨에 대하여 측정하였으며, NOx 전환 및 NH3슬립 (돌파점)을 결정하였다. 이것은 CSF 및 ZNX SCR 촉매 구성 및 ZNX SCR 촉매 단독 구성의 경우에 대하여 수행하였다. 결과는 이하에 기술하였다. FTIR 측정을 기준으로하는 결과를 나타내었으며, 이들은 화학발광 결과와 잘 일치하였다.
도 2는 NOx 전환레벨을 100％ 부하/486 EC SCR 유입조건에서, 참조번호 30으로 지정된 원을 통과하는 트레이스 (trace)로 표시되는 CSF 및 ZNX SCR 구성 및 참조번호 31로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 표시되는 ZNX SCR 촉매 구성 단독의 경우에 대한 NSR의 함수로서 나타낸 것이다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, CSF 및 ZNX 촉매 구성에 대하여 약간의 잇점이 있는 것으로 보이지만, 두가지 시스템의 NOx 전환성능은 매우 유사하다. NOx 전환레벨은 필수적으로 계산된 NSR 레벨에 대한 이론치이거나, 이론치 보다 약간 위이며, 따라서 우레아 환원제의 매우 높은 수준의 이용성 및 이로 인한 매우 높은 NOx 전환을 나타낸다. 표 1로부터, 486 EC의 배기물 유입온도는 적절하게는 최적 촉매활성을 위한 ZNX SCR 촉매 온도창의 범위내에 있는 것을 알 수 있다. CSF 촉매 12의 첨가는 예상될 수 있는 NO2전환효율을 실질적으로 변화시키지 않는다. 즉, SCR 촉매는 그의 작동온도창 내에서 작용을 수행하는 것으로 예상할 수 있으며, 상류 촉매의 첨가에 의한 개선된 결과는 나타나지 않는다.
도 3은 100％ 부하/468 EC SCR 유입조건에서의 동일한 수행에 대한 NSR의 함수로서 최대 NH3돌파점 레벨을 나타낸 것이다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, ZNX SCR 촉매 단독 구성에 대한 NH3돌파점은 적어도 약 0.7의 NSR 레벨 까지 매우 낮다. 그러나, 약 0.96의 NSR에서 참조번호 34로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 나타낸 ZNX 단독 구성은 40 ppm에 가까운 최대 NH3돌파점을 나타낸다. 목표는 NH3슬립을 언제나 약 20 ppm 이하로, 바람직하게는 10 ppm 이하로 유지시켜야 하는 것이다. 한편, 참조번호 35로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 나타낸 CSF 및 ZNX 구성은 모든 NSR 레벨에서 NH3돌파점을 나타내지 않았다 (0 ppm). 이것은 두가지 시스템 (SCR 단독, 및 CSF 및 SCR) 모두가 유사한 NOx 전환 범위를 나타내기 때문에 다소 놀라운 것이며, 암모니아 슬립을 방지하기 위해서 SCR 촉매 14의 상류에서 CSF 촉매 12가 연속되는데 대한 명백한 잇점을 나타낸다.
도 4는 참조번호 36으로 지정된 원을 통과하는 트레이스로서 나타낸 CSF 12 및 SCR 14 촉매 배열에 대한 NSR의 함수로서 NOx 전환을 나타낸다. 방출 시스템이 단지 SCR 14 만인 경우에, NOx 전환은 참조번호 37로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로서 나타낸다. 트레이스 36, 37은 60％ 부하/345 EC SCR 유입조건에서 엔진 15에 의해서 발생되었다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, 낮은 NSR 비에서 CSF 및 ZNX SCR 트레이스 36은 ZNX 단독인 경우의 트레이스 37에 비해서 NOx 전환에 있어서 단지 약간의 잇점 만을 나타낸다. 그러나, NSR 비가 증가하여 더 높은 NOx 전환이 수득됨에 따라서, CSF 및 ZNX SCR 구성의 성능상 잇점도 또한 증가한다. 평가된 최고의 NSR 레벨 (> 0.9)에서, ZNX SCR 단독 구성의 NOx 전환은 약 60％에서 안정하게 되는 것으로 보인다. 도 4에서 도시된 정류상 조건에 대한 온도는 ZNX 촉매 단독인 경우의 최적 전환활성에 대한 온도창의 낮은 경계치에 해당한다는 점에 주목하여야 한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, CSF 및 ZNX SCR 촉매 구성에 대한 NOx 전환은 거의 100％이다. 이것은 ZNX SCR 촉매 14의 상류에 CSF 촉매 12가 존재함으로써 SCR 반응에서 명백한 개선을 나타낸다. 또한, 이것은 CSF및 ZNX 구성에 대하여 우레아로부터 유도된 NH3의 탁월한 이용성을 나타낸다. 60％ 부하/345 EC SCR 유입온도 조건에서 엔진에 의해서 생성된 도 5에서, 최대 NH3돌파점은 참조번호 40으로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스에 의해서 표시되며, 평균 NH3돌파점은 ZNX SCR 촉매 단독 구성에 대한 NH3돌파점인 참조번호 41로 지정된 다이아몬드를 또한 통과하는 트레이스로 표시된다. 또한, 참조번호 42로 지정된 원을 통과하는 트레이스에 의해서 표시되는 바와 같이 CSF 및 ZNX SCR 촉매 구성에 대한 최대 NH3돌파점도 도시되어 있다. 이 온도 및 조건에서, ZNX SCR 촉매 단독 구성은 특히 약 0.55 이상의 NSR 레벨에서 훨씬 증가된 NH3돌파점을 나타낸다. 이것은 우레아로부터 유래하는 NH3의 더 열등한 이용의 결과로 더 높은 NSR 비에서 NOx 전환성능의 안정화를 나타내는 도 4를 연구함으로써 예상될 수 있는 것과 일치한다. 현저하게 대비되는 것으로, CSF 및 SCR 구성에 대한 최대 NH3돌파점은 트레이스 41로 나타낸 바와 같이 시험된 각각의 NSR 레벨에서 0이었다. 이것은 또한, 더 높은 NSR 비에 대하여 높은 NOx 전환 및 이에 따라 우레아로부터 유래하는 NH3의 완전한 이용을 나타내는 도 4와 일치한다.
도 6은 14％ 부하/200 EC SCR 유입조건에서 엔진 15을 사용하여, NOx 전환을 CSF 및 SCR 촉매의 경우에는 참조번호 44로 지정된 원을 통과하는 트레이스로 하고, SCR 촉매 단독 구성의 경우에는 참조번호 45로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 하여 NSR의 함수로서 나타낸다. 이 조건에서, ZNX SCR 촉매 단독 구성에 의한 NOx 전환은 오히려 낮으며 (10-15％), NSR 레벨의 변화에 대해서 필수적으로 비반응성이다. 배기온도 (200 EC)는 ZNX SCR 촉매활성에 대해서 통상적으로 관찰된 온도창 보다 꽤 낮다. 그러나, ZNX SCR 촉매 14의 상류에서 CSF 12에 의해서 우수한 NOx 전환이 관찰되었다. NOx 전환은 약 0.63 이상의 NSR에 대하여 약 70％에서 안정화할 때 까지 NSR의 레벨이 증가함에 따라서 증가하였다. 구체적으로, 도 6은 SCR 촉매 14가 적어도 50％의 NOx 방출물이 SCR 촉매에 의해서 N2로 환원된다는 점에서 200 EC의 저온을 발생시키는 경 엔진 부하에서 촉매적으로 활성임을 나타낸다. 트레이스 45에 의해서 명백하게 표시되는 바와 같이, ZNX SCR 촉매 14는 측정되는 공간속도에서는 이 온도에서 통상적으로는 촉매적으로 활성이 없다. 본 발명에서는 LD 디젤자동차 또는 SUV의 경우에 일어나는 것과 같은 저부하 디젤 구동조건에 대해서 CSF 및 SCR 촉매 구성을 사용할 수 있다.
도 7은 14％ 부하/200 EC SCR 유입조건에서, 참조번호 48로 지정된 원을 통과하는 트레이스로 나타낸 CSF 및 ZNX SCR 촉매 구성 및 참조번호 49로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 나타낸 ZNX SCR 촉매 단독 구성에 대한 NSR의 함수로서 최대 NH3돌파점을 나타낸 것이다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, ZNX SCR 단독 구성인 트레이스 49는 약 0.62의 NSR 레벨 이상에서 NH3돌파점을 나타내며, NH3돌파점은 0.9 이상의 NSR 레벨에서 매우 높게 된다. 본 발명의 CSF 및 ZNX 구성인 트레이스 48은 평가된 NSR의 모든 레벨에 대하여 0의 NH3돌파점을 나타내었다.
도 8은 요약 그래프이며, 상기에서 언급한 3가지 정류상 조건 (100％, 60％ 및 14％ 부하) 모두에서 본 발명의 CSF 및 ZNX SCR 촉매 구성에 대한 NSR의 함수로서 NOx 전환을 나타낸다. 이들은 도 2, 4 및 6에 나타내고 동일한 챠트상에 도시된 것과 동일한 결과이며, 트레이스는 전술한 참조번호와 동일한 것을 사용한다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, NSR의 함수로서 NOx 전환은 각각의 시험조건, 즉 470, 345 및 200 EC의 배기온도에서 매우 유사하다. 또한, NOx 전환 레벨은 트레이스 44로 나타낸 200 EC SCR 촉매 유입온도에서 NSR이 약 0.86인 것을 제외하고는 계산된 NSR에 대한 이론치이거나 이론치 이상이다.
도 9는 다양한 투시로부터의 결과에 대한 개념을 나타낸 것이다. 이 도면은 0.61-0.78 사이의 몇가지의 더 높은 NSR 비에 대한 SCR 촉매 유입온도의 함수로서 NOx 전환을 도시한 것이다. 이들 더 높은 비의 경우에, 하류 CSF 12 및 상류 SCR 14로 된 본 발명의 구성의 성능은 참조번호 50으로 지정된 원을 통과하는 트레이스로 나타내는 반면에, SCR 촉매 14 만이 장치된 방출 시스템의 성능은 참조번호 51로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 나타낸다. 트레이스 50, 51은 더 낮은 배기 유입온도에서 SCR 단독 구성에 비해서 CSF 및 SCR 구성의 명백한 성능상의 잇점을 나타낸다. 더 낮은 값의 NSR에서는 유사하지만 극적인 것은 아닌 커브가 도시될 수 있다. 더 낮은 NSR 비는 본 발명을 상업화하는데 사용되지 않을 것이기 때문에, 이들은 나타내지 않았다. 즉, 본 발명 (일반적으로 1 보다 큰 NSR 비를 사용하지 않음)은 환원제가 효율적으로 이용되고 SCR의 사이징 (sizing)이 최소화될 수 있도록 도시된 범위, 즉 0.61 내지 1.0 범위의 NSR 비를 이용한다. 그러나, 몇가지 개선점이 더 낮은 범위에서 나타날 수 있으며, 1.5에 달하는 더 높은 NSR 비에서의 개선이 예상된다.
엔진시험은 또한, OICA 사이클 또는 ESC (European Stationary Cycle)로도 언급되는 더 동적인 유로 (Euro) III 시험 사이클을 사용하여 수행되었다. 이 시험 사이클은 엔진 토르크 커브하에서 3개의 상이한 속도에 대한 25, 50, 75 및 100％ 부하 (총 12개의 시험조건)와 함께 아이들 (idle) (1개의 시험조건)로 이루어진다. ESC 시험으로부터 수득된 핵심 결과의 예는 이하에서 언급한다.
도 10은 표준 300 HP 엔진 등급으로 기준화된 조건을 사용하여 ZNX SCR 촉매 14 단독 구성에 대한 OICA 사이클 결과를 나타낸 것이다. 이 시험의 경우에, 평균 SCR 유입 배기온도는 357 EC였다. 챠트는 모드에 따른 NOx 전환 및 사용된 NSR 레벨을 나타낸다. 더욱 특히, 좌측 y-축으로부터 판독되는 NOx 전환은 참조번호 60으로 지정된 원을 통과하는 트레이스로 나타내며, 우측 y-축으로부터 판독되는 NSR은 참조번호 61로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 나타낸다. 약 0.985의 평균 NSR 레벨의 경우에, 시험 사이클에 걸친 가중된 NOx 전환은 67.3％였다. 사이클에 걸쳐서 관찰된 최대 NH3슬립은 241 ppm이었다.
도 11은 도 10에서와 같은 동일한 OICA 사이클에 대한 것으로 CSF 12 및 ZNX SCR 촉매 14 구성에 대한 결과를 비교하기 위해 나타낸 것이다. 도 11에서, 좌측 y-축으로부터 판독되는 NOx 전환은 참조번호 64로 지정된 원을 통과하는 트레이스로 나타내며, 우측 y-축으로부터 판독되는 NSR 값은 참조번호 65로 지정된 다이아몬드를 통과하는 트레이스로 나타낸다. 367 EC의 동등한 평균 SCR 유입온도 및 0.976의 평균 NSR에 대해서 볼 수 있는 바와 같이, 관찰된 평균 가중된 사이클 NOx 전환은 ZNX SCR 단독 구성의 경우 보다 거의 20％ 더 높은 85.1％였다. 이 시험 사이클에 걸쳐서 NH3돌파점은 관찰되지 않았다.
OICA 사이클 시험을 부하 포인트를 180 HP 엔진 등급으로 상승시켜서 반복하였다. 실제로, 이것은 평균 배기온도를 감소시켰으며, 총 배기물 흐름을 저하시켰다.
도 12는 ZNX SCR 촉매 14 단독 구성에 대한 OICA 사이클 결과를 나타낸 것이다. NSR 트레이스는 참조번호 66으로 지정된 다이아몬드를 통과하며, NOx 트레이스는 참조번호 67로 지정된 원을 통과한다. 288 EC의 평균 SCR 촉매 유입온도 및 0.921의 평균 NSR 레벨에 대해서 볼 수 있는 바와 같이, 시험 사이클에 걸쳐서 58.2％의 가중된 평균 NOx 전환이 수득되었다. 이것은 357 EC의 평균온도를 사용한 300 HP 시험에서 동일한 구성의 경우보다 약 9％ 더 낮았다. 시험 사이클에 걸쳐서 관찰된 최대 NH3슬립은 310 ppm이었다.
도 13은 180 HP 등급에서 CSF 12 및 SCR 14 촉매 구성에 대한 OICA 사이클 결과를 나타낸 것이다. NSR 트레이스는 참조번호 68로 지정된 다이아몬드를 통과하며, NSR 트레이스는 참조번호 69로 지정된 사각형을 통과한다. 296 EC의 평균 SCR 촉매 유입온도 및 0.963의 평균 NSR의 경우에 볼 수 있는 바와 같이, 사이클에걸쳐서 89.9％의 가중된 평균 NOx 전환이 수득되었다. 이것은 ZNX SCR 촉매 활성창에 더 잘 매칭되는 온도인 평균 367 EC에서 300 HP 등급에서의 이 구성의 경우에 비해서 약간 더 우수하였다. 그러나, 180 HP 조건에 대한 더 낮은 배기물 흐름 및 이로 인한 더 낮은 GHSV (SCR을 통한 공간속도)는 더 낮은 온도조건을 상쇄시키는 것일 수 있다. 180 HP 조건의 경우에, CSF 및 ZNX SCR 구성은 ZNX SCR 단독 구성의 경우에 일어난 것에 비해서 30％ 이상 더 큰 가중된 평균 사이클 NOx 전환을 제공하였다. CSF 및 ZNX 구성은 시험 사이클에 걸쳐서 NH3돌파점을 나타내지 않았다.
OICA 사이클 결과는 또한, 최종 HC 방출은 어떤 구성에 의해서도 현저하게 감소되었음을 나타내었다. 그러나, 상류의 CSF에 의해서 SCR 촉매 전에 HC는 제거되었으며, ZNX SCR 촉매 단독 구성에 의해서는 HC 및 NOx가 둘다 SCR 촉매상에서 전환된다. ZNX SCR 촉매 단독 구성은 예상될 수 있는 바와 같이 소량의 CO 전환을 나타내었다. 상류의 CSF 촉매 12에 의해서는 CSF 촉매 12상에서 높은 수준의 CO 전환이 수득되어 SCR 촉매 14에 대해서 낮은 CO 배기물이 제공되었다. 이것은 아마도 SCR 촉매 활성에 대해서 현저한 것은 아니지만, 전반적으로 배기관 (tailpipe) CO는 CSF가 존재함으로써 실질적으로 감소된다.
후술하는 표 2에서는 ESC 시험을 다음과 같이 요약하였다:
ESC 시험 데이타
구성 온도℃ 평균 NSR 평균 NOx 전환 최대 NH3슬립 SCR 방출물g/kW-hr
CSF 유입 SCR 유입 SCR 유출 ％ ppm HC CO NOx
도 10SCR 300 HP 357 368 0.985 67.3％ 241 0.04 0.83 2.07
도 11CSF+SCR300 HP 399 367 376 0.976 85.1％ 0 0.03 0.07 0.92
도 12SCR 180 HP 288 300 0.921 58.2％ 310 0.07 1.09 2.51
도 13CSF+SCR180 HP 321 296 303 0.963 89.9％ 0 0.04 0.1 0.61
OICA 사이클 시험의 결과는 총 NOx 전환 및 NH3돌파점의 조절에 관하여 SCR 촉매 단독 구성에 비해서 CSF 및 SCR 촉매 구성의 개선된 성능을 나타내는 정류상 시험과 일치하였다.
1)일반적으로 요약하여, 정류상 시험은 다음을 나타내었다:
a) 높은 유입온도 (470 EC)에서 NSR의 함수로서 SCR 단독인 경우에 비해서 CSF 및 SCR의 약간의 잇점. 두가지 배열은 모두 NSR = 0.8-0.9에 대해서 약 80-90％ NOx 전환을 달성하였다;
b) 더 낮은 유입온도 (345 EC 및 200 EC)의 경우에, CSF 및 SCR 구성은 모든 NSR 레벨에서, 특히 더 높은 NSR에서 SCR 단독 구성에 비해 실질적으로 더 우수한 NOx 전환을 제공하였다. CSF 및 SCR은 NSR = 0.7-0.9에 대하여 70-90％ NOx 전환을 달성하였다. SCR 단독의 경우에 NOx 전환에 대한 활성은 유입온도가 감소함에 따라서 감소하였지만, CSF 및 SCR은 활성을 유지하였다;
c) CSF 및 SCR 시스템은 NSR 0.7-0.85인 경우에 200 EC에서 70％ NOx 전환을 제공하였으며, SCR 단독 구성은 단지 10％를 제공하였다. 따라서, CSF 및 SCR은 경부하 및 경하중 디젤 적용분야에 대하여 실용적이다;
d) 본 발명에 의한 환원제의 더욱 효과적인 이용은 촉매를 이탈하는 미반응 암모니아가 더 소량이 되도록 한다. 이들 실험에서는 실질적으로 모든 이용가능한 환원제 (암모니아)를 사용하여 NOx를 환원시키며, 따라서 미반응 암모니아는 촉매 배출구에서 전혀 검출될 수 없었다.
2) ESC 사이클 시험은 다음을 나타내었다:
e) 300 HP 등급 모드는 약 360 EC의 평균 배기온도를 나타내었다. SCR 촉매 단독 (두개의 평행 브릭)은 NH3슬립과 함께 NSR 0.98에 대하여 67％의 가중된 사이클 NOx 환원을 제공하였다. CSF 및 SCR (두개의 평행 브릭) 시스템은 NH3슬립이 없이 0.98의 NSR에 대하여 85％ 가중된 사이클 NOx 환원을 제공하였다;
f) 180 HP 등급 모드는 290 EC의 평균 배기온도를 나타내었다. 58％의 가중된 사이클 NOx 환원은 NH3슬립과 함께 NSR = 0.92에서 SCR 단독에 의해서 달성되었다. CSF 및 SCR (평행상태의 두개의 브릭) 시스템은 NH3슬립이 없이 NSR = 0.96에 대하여 90％ 가중된 사이클 NOx 환원을 제공하였다
일반적으로 요약하여, 상기 언급된 시험은 특히 낮은 배기온도 및 더 높은NSR 레벨에서 NOx 전환, NH3이용성 및 NH3돌파점에 관하여 SCR 촉매 단독 구성에 비해 CSF 및 SCR 촉매 구성에 대하여 명백한 성능상의 잇점을 나타내었다. 본 발명자들이 반드시 어떤 특정한 이론으로 얽매이도록 의도하는 것은 아니지만, 여기에는 상술한 예기치 못한 결과의 원인이 될 수 있는 몇가지 반응이 있다.
첫째로, CSF 촉매 12는 배기물이 SCR 촉매에 도달할 수 있기 전에 배기물로부터 미립자 (탄소슈트 및 액체 HC SOF (가용성 유기분획들))를 제거한다. 이 미립자 물질은 SCR 촉매 14상에 침착하여 활성 촉매부위의 오염 또는 점유로 인해서 그의 유효성을 감소시킬 수 있는 가능성이 있다. 따라서, 미립자의 제거는 잇점이 될 수 있다. 또한, CSF는 가스상 탄화수소가 SCR 촉매와 접촉하기 전에 가스상 탄화수소의 높은 전환을 제공한다. 이들 HC는 또한 촉매 활성부위를 점유함으로써 SCR 활성을 저해할 수 있다.
시험을 위해서 사용된 CSF 12는 비교적 높은 Pt 부하레벨 (75 g/ft3)로 제제화되었다. FTIR 배기 방출물 분석은 디젤엔진의 공지된 작동특징과 일치하여 엔진-배출 NOx가 주로 매우 작은 레벨의 NO2를 갖는 NO의 형태였음을 나타내었다. 따라서, NO2/NOx 비는 매우 낮았다. 이것은 CSF 촉매 12에 유입되는 NOx의 성질이었다. 그러나, CSF 촉매 12로부터 나오는 배기가스는 현저하게 더 높은 레벨의 NO2를 나타내었으며, NO2/NOx 비도 또한 엔진-배출물 보다 더 컸다. 즉, ZNX SCR 촉매 14에 도입되는, 즉 22B에서의 NOx의 성질 또는 조성은 엔진 15로부터, 즉 22A에서 방출되는 것 보다 더 높은 농도의 NO2를 가졌다. NO2분자는 일반적으로 NO 분자 보다 더 반응성 종인 것으로 간주된다. 또한, NO2는 NO 보다 더 극성이며, 따라서 촉매 표면상에 더 잘 흡수될 수 있는 가능성이 있다. 따라서, 더 높은 NO2/NOx 비로 NOx 조성을 갖는 배기가스는 SCR 반응에서 증진된 NOx 환원활성을 나타낼 수 있다. 다양한 샘플링 포인트 (도 1에 도시됨)에서 상술한 정류상 시험조건에 대한 NO2/NOx 비는 이하의 표 3에 제시하였다:
NO2/NOx 비
엔진-배출 엔진-배출 CSF-배출 ZNX-배출(NSR > 0.8)
부하 온도 NOx (ppm) NO2/NOx 비22A NO2/NOx 비22B NO2/NOx 비22C, 22D
100％ 468 EC 770 0.3％ 12.7％ 0.0％
60％ 345 EC 420 1.2％ 45.4％ 0.0％
14％ 200 EC 214 4.6％ 28.2％ 0.0％
CSF-배출 NO2의 증진된 레벨은 표 3에서 각각의 정류상 시험조건에 대한 NO2/NOx 비에 있어서의 유의적인 증가로서 볼 수 있다. 또한, NO2는 SCR 촉매-배출 샘플링 위치에서는 발견할 수 없었다. 따라서, NO2의 100％가 SCR 촉매 14상에서 전환되었다.
바람직한 구체예는 배기물내로 주입된 물중의 우레아의 용액을 사용한다. 도 1은 그의 상업적 도구화 개념으로 도 14A에서 개략적으로 재현되었으며, 도 1에서 사용된 참조번호들은 가능한 경우에 도 14A에 적용하였다. 잘 알려진 바와 같이, 라인 70상에 나타낸 수성 우레아와 또 다른 라인 71상의 공기를 혼합구역 72로 나타낸 다양한 노즐 구성에서 혼합시켜 노즐로부터 스프레이로서 배기 스트림내에 주입되는 암모니아의 정확한 양 (NSR 값으로서 언급됨)을 펄스 또는 계량 (밸브 74에 의해서 개략적으로 나타냄)하는 다양한 배열이 사용된다. 밸브 74는 다시 컴퓨터 (도시되지 않음), 대표적으로는 배기가스를 판독하는 센서 (도시되지 않음)를 삽입하여 목적하는 NSR 값과 매칭시키기에 충분한 환원제 흐름을 제공하는 엔진의 ECM (electronic command module)에 의해서 조절되거나 제어된다. 우레아 수용액은 SCR 활성창 온도범위 때문에 바람직하지 않은 배기온도를 저하시키는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 데이타는 본 발명의 배열이 사용되는 경우에 SCR이 촉매적으로 활성인 온도는 (지정된 공간속도에서) 저하된다는 것을 보여준다. 즉, 배기가스 온도를 강하시키는 부작용이 환원시스템이 다른 것인 경우, 즉 CSF 12가 없는 배열인 경우 만큼 환원시스템에 대하여 해로운 것은 아니기 때문에, 본 발명은 바람직한 구체예에서 우레아 수용액을 사용하여 가동될 수 있다. 그러나, 본 발명은 물과 혼합된 우레아로 제한되는 것은 아니며, 본 발명에서도 배기가스 온도를 저하시키는 것은 (다른 이유들 중에서) 바람직하지 않기 때문에 고체 암모니아 환원제의 사용을 예상한다. 따라서, 라인 70상의 우레아 프릴 (prills)은 또 다른 라인 71상의 열 (임의로 캐리어 가스, 즉 배기가스를 이용하여)과 함께 혼합구역 72에 주입되거나 공급될 수 있다. 가스상 형태의 암모니아는 밸브 74와 같은 밸브를 통해서 펄스 계량함으로써 도 14A에서 배기 스트림에 주입된다. 잘 알려진바와 같이, 가스화된 고체 환원제는 배기가스 온도를 저하시키지 않는다. 또한, 어떠한 암모니아 전구체도 바람직한 구체예에서 사용될 수 있다.
본 발명은 질소 함유 환원제를 사용하여서 가동되는 것을 입증하였으며, SCR 촉매는 일반적으로 질소 환원제와 관련된 용어임에 주목하여야 한다. 본 발명자들은 비록 현재까지 그들의 믿음을 입증하기 위하여 본 발명을 시험하지는 않았지만, 질소 환원제 이외의 환원제에 대한 적용성을 가질 수도 있는 것으로 믿는다. 어떤 경우든, 용어 "SCR" 촉매는 본 발명에서는 넓은 의미로 환원제에 의한 질소 산화물의 촉매화된 반응이 일어나서 질소 산화물을 환원시키는 선택적 촉매환원반응을 의미하는 것으로 사용된다. "환원제"는 또한 본 발명에서 상승된 온도에서 NOx를 환원시키는 경향이 있는 화학물질 또는 화합물을 의미하는 것으로 광범하게 사용된다. 바람직한 구체예에서, 환원제는 암모니아, 특히 암모니아 전구체, 즉 우레아이며, SCR은 질소 환원제 SCR이다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 범위에 따르면, 환원제는 연료, 특히 디젤연료 및 그의 분획 및 총체적으로 HC 환원제라고 불리우는 탄화수소 및 산소화된 탄화수소를 포함할 수 있다. 따라서, 도 14A에서 라인 70상의 연료유를 공급하고 또 다른 라인 71 상에서는 임의로 공기를 공급하여 연료/공기 혼합물을 혼합구역 72에서 분해시켜 (환원제를 생성시키고) 밸브 74를 통해서 SCR (광범하게 정의되는 것으로서)에 펄스 계량할 수 있다. 대체방법으로, 환원제 (연료유)는 배기가스내에 액체 형태로 계량될 수 있는데, 즉 스프레이될 수 있다.
정의에도 불구하고, 탄화수소 환원제가 촉매상에서 NOx를 환원시키기 위해서 사용되는 경우에, 촉매는 일반적으로 희박 (lean) NOx 촉매라고 불리우며, 이 희박NOx 촉매는 일반적으로 저온 NOx 촉매 또는 고온 NOx 촉매로서 분류된다. 저온 희박 NOx 촉매는 백금을 기본으로하며 (Pt-기본), 활성이 되도록 하기 위해서 제올라이트가 존재하여야 하는 것은 아니지만, Pt/제올라이트 촉매가 더 우수하고 Pt/알루미나 촉매와 같은 다른 촉매에 비해서 부산물로서 N2O의 형성에 대하여 더 우수한 선택성을 갖는 것으로 보인다. 일반적으로, 저온 희박 NOx 촉매는 약 180 내지 350 EC의 촉매적 활성 온도범위를 가지며, 최고 효율은 약 250 EC의 온도에서 제공된다. 고온 희박 NOx 촉매는 기본 금속/제올라이드 조성물, 예를들어 Cu/ZSM-5를 갖는다. 고온 NOx 촉매는 약 300-350 EC의 더 낮은 온도범위를 가지며, 최고 효율은 대략 400 EC에서 나타난다. 본 발명의 더 넓은 범위에서는 도 14A에서 예를들어 기술한 바와 같이 HC 환원제와 함께 고온 또는 저온 희박 NOx 촉매를 사용한다. NOx를 형성시키는 암모니아의 잠재성으로 인하여, 도 14A에 도시된 중간 위치 (in-between position)에서 배기가스에 암모니아를 도입시키는 것이 바람직한 것으로 간주된다. 그러나, HC 환원제는 동일한 관계를 야기시키지 않기 때문에, HC 환원제는 도 14B에서 도시된 바와 같이 배기가스내로 도입될 수 있다. 또한, 따라서 단일 촉매브릭 13을 조립시키는 것이 가능한데, 이것은 배합된 촉매의 유입부에서 배기가스에 도입된 HC 환원제와 함께 도 14C에 도시된 바와 같이 그의 도입부분에서 촉매화된 슈트 필터 및 그의 유출부분에 걸쳐서 연장되는 희박 NOx 촉매를 갖는다. 촉매는 물론 분리되어 단일 커버 (single cover)내에서 배합될 수도 있다. 또한, 본 발명의 시점에서 희박 NOx 촉매를 사용한 특정한 시험은 수행되지 않았다. 그러나, 암모니아 환원제를 사용하는 바람직한 구체예를 시험하는 중에 관찰된 결과를 기초로 하여, HC 환원제와 함께 희박 NOx 촉매를 사용하여 동등한 결과를 얻을 수 있는 것으로 믿어진다.
CSF 및 질소 환원제 SCR 구체예가 바람직한 이유는 각각 벽면 유동 필터 20의 말단도 및 측면도를 개략적으로 나타내는 도 15 및 16을 참고로하여 설명될 수 있다. 벽면 유동 필터 80의 다공성 또는 가스 투과성 벽면은 채널 (channel)의 일부분을 형성하는 소정의 벽면의 내부 표면 및 인접한 채널의 일부분을 형성하는 동일한 벽면의 외부 표면에 의해서 채널을 형성한다. 벽면 유동 필터에서 채널은 배기물의 유입면 까지 교대성 밀폐 81 및 개방 82 채널을 갖는 (도 16) 통상적인 체커판 패턴 (도 15)을 갖는다. 모든 채널은 설명을 목적으로 상술한 바와 같이 촉매화된다. (채널 81, 82의 부분들을 선택적으로 피복시키는 것이 가능할 수 있음에 주목하여야 한다. 또한, 디젤엔진 15에 의해서 생성된 배기가스내의 대부분의 NOx는 상술한 바와 같이 NO이다. 배기가스의 조성은 연료 선택, 연료 공급, 연소챔버 디자인 등과 같은 다수의 인자에 의해서 변화될 수 있지만, 대표적으로는 NO가 엔진의 연소챔버로부터 방출된 NOx의 적어도 50％를 차지한다.) 산화질소 NO 및 슈트는 개방채널 82에 유입된다. NO는 유입채널 (inlet channel) 82상의 촉매화된 표면과 반응함으로써 산화하여 NO2로 변화하는 것으로 믿어진다. 잘 알려진 바와 같이, 슈트는 화살표 90에 의해서 표시되는 것으로 배기가스가 통과하도록 되어 있는 벽면 유동 필터 벽면에 의해서 트래핑된다. 그러나, 유입채널 82에서 형성된 NO2는 각각의 유입채널 벽면상에 트래핑된 슈트와 반응하고 NO로 환원된다. NO2와 슈트와의 반응은 필터에 유익하고 (더 깨끗한 필터, 더 작은 역압 등을 유지시킨다), 방출과정에 유익하다. (NO2는 탄소상 물질과 높은 반응성이 있다.) 밀폐채널 81에 유입되는 산화질소 NO는 밀폐 채널 81의 벽면 표면상에서 촉매와 반응하고 NO2로 산화된다. NO2는 상술한 바와 같이 질소 환원제 SCR의 증진된 작동을 허용하는 잇점을 제공한다. 이것은 SCR의 상류 또는 미립상 필터 및 SCR의 상류에서 그 자체만으로, DOC (디젤 산화촉매)를 사용하는 상술한 선행기술의 배열에 비해 탁월하다. 이들 배열에서, DOC는 슈트에 노출되어 슈트로부터 클로깅 (clogging)하기 쉬울 수 있다. DOC에서 생성된 NO2는 미립자 필터내에서 슈트와 접촉하여 NO로 환원하기 때문에 약간의 잇점이 있다. 또한, SCR의 상류 및 미립자 필터의 하류의 DOC는 촉매화된 미립자 필터가 적절한 크기를 갖는 경우에는 약간의 잇점을 갖는다. 이러한 방출배열의 비용은 DOC의 필요조건으로 인하여 쓸데없이 증가한다.
바람직한 구체예에서 CSF 12의 조성은 상술하였다. 도 15 및 16에서 개략적으로 나타낸 바와 같이, 촉매물질은 통상적으로 허니컴이라고 불리우는 형태의 캐리어, 또는 복수의 미세하며 실질적으로 평행 가스유동 통로 또는 채널이 그를 통해서 연장되어 있으며 일반적으로 원통형 구성인 단일체 (unitary body)로 이루어지는 모노리스 캐리어상에 침착된다. 채널이 개방-말단형인 경우에, 캐리어는 "관통형 (flow though)" 캐리어라고 불리운다. 각각의 채널이 캐리어 버디 (carrier body)의 하나의 말단에서 차단되고 교호하는 채널은 반대되는 말단면에서 차단되는 경우에, 캐리어는 벽면-유동 캐리어 (또는 필터)라고 불리운다. 벽면-유동 캐리어 및 그위에 침착된 촉매물질은 다공성이어서 배기가스가 캐리어의 벽면을 통해서 (엔진상에 과도한 역압을 발생시키지 않으면서) 유동할 수 있다. 모노리식 캐리어 버디는 바람직하게는 근청석, ％-알루미나, 실리콘 니트라이드, 지르코니아, 멀라이트 (mullite), 스포듀민 (spodumene), 알루미나-실리카-마그네시아 또는 지르코늄 실리케이트와 같은 세라믹-양 물질로 이루어진다. 상기에서 구체적으로 언급된 캐리어상에 피복되거나 침지되거나 분무된 촉매 (조성물이 아님)는 본 출원인의 미합중국 특허 제 5,100,632 호 (Dettling et al., 1992년 3월 31일에 특허 허여됨, 발명의 명칭 "Catalyzed Diesel Exhaust Particulate Filter")에 기술된 것과 같은 조성물로 이루어질 수 있거나, 또는 본 출원인의 미합중국 특허 제 5,804,155 호 (Farrauto et al., 1998년 9월 8일에 특허 허여됨, 발명의 명칭 "Basic Zeolites as Hydrocarbon Traps for Diesel Oxidation Catalysts")에 기술된 제올라이트를 이용하는 촉매조성물로도 이루어질 수 있다. '632 및 '155 호 특허들은 본 발명에서 사용된 CSF의 캐리어에 적용된 촉매조성물에 대한 그들의 기술내용에 관하여 본 발명에 참고로 포함되어 있다. 상기에서 지적한 바와 같이, 디젤 배기물은 일산화탄소 (CO), 비연소된 탄화수소 (HC), 질소 산화물 (NOx) 및 슈트 입자와 같은 오염물질을 함유하는 불균질 물질이다. 슈트 입자는 건조한 고체 탄소상 분획 및 가용성 유기분획 둘다로 구성된다. 가용성 유기분획은 때때로 배기가스의 온도에 따라서 증기로 또는 에어로졸 (액체 응축물의 미세한 소적)로 디젤 배기물내에 존재할 수 있는 휘발성 유기분획 (VOF 또는 SOF)이라고 불리운다. CSF상의 촉매는 VOF를 산화시켜 CSF 차폐 (blockage)를 지연 또는 최소화시키거나, 또는 벽면-유동 필터의 채널의 투과성 감소를 억제한다. 슈트 필터는 또한 HC 및 CO를 산화시켜 이들 오염물질을 "온화한 (benign)" 방출물로 전환시킨다. VOF의 산화로부터 생성된 가스는 일반적으로 비-오염성이며, 실질적으로 SCR 촉매를 저해하거나 그의 활성부위를 차단하지 않는다. 언급한 바와 같이, CSF 촉매는 또한 산화질소 NO를 VOF와 접촉시키면 쉽게 NO로 환원하는 NO2로 산화시키며, 따라서 CSF 촉매의 수명에 대해서 잇점이 된다. 일단, NO가 채널 벽면을 통해서 통과하면, 이것은 다시 촉매와 접촉하여 NO2상태로 산화하며, 이것은 언급된 이유로 SCR 촉매 환원공정에 대한 잇점이 되는 것으로 믿어진다.
상기 언급된 바람직한 구체예에서는, 실험에서 귀금속 코팅 (산화마그네슘과 같은 알칼리토금속 옥사이드와 혼합된 백금족 금속)의 고부하, 즉 75 g/ft3이 사용되었다. 배경기술에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 디젤엔진에 대해 적용성을 가지며, 디젤엔진은 희박 연료조건에서 작동한다. 정의의 관점에서, 희박 연료조건이란 적어도 연료의 화학량론적 연소를 생성시키도록 연료와 혼합된 충분한 산소가 존재하는 것을 의미한다. 과량의 산소가 통상적으로 존재하기 때문에, 일반적으로 디젤엔진으로부터의 HC 및 CO 방출물은 통상적으로 풍부조건과 희박조건 사이에서 순환하며 TWC 촉매 (삼방향 촉매)를 사용하는 가솔린 동력 엔진에 의해서 생산되는것 보다 작다. 디젤엔진에서 HC 및 CO 방출물은 양적으로 감소될 수 있지만, 본 발명이 HC 및 CO 방출물을 "온화한" 방출물로 전환시키는 일차 공급원으로서 CSF를 사용하고 NO2를 NOx를 환원시키는 SCR의 능력에 대해서 현저한 효과를 갖는 레벨 까지 증가시킨다는 것을 고려하면, CSF상에 귀금속 코팅을 바람직하게는 적어도 50 g/ft3및 약 25 g/ft3이상의 범위로 고부하시키는 것이 바람직하다. 환원제 슬립 (암모니아 슬립)을 전환시키는 크기의 SCR의 하류에 DOC를 갖는 적용분야에서, SCR의 개선된 성능은 귀금속 코팅의 더 낮은 농도에 의해서 나타나는 것으로 예상된다. 실제로, SCR의 개선된 성능은 귀금속, 즉 백금 농도가 5 g/ft3정도로 낮은 경우에 나타날 수 있었다. NOx 환원은 촉매 기질상에서 백금의 농도가 증가함에 따라서 개선된다. 그러나, 최적 귀금속 농도는 연료 조성, 엔진 디자인, 엔진 작동, 방출 제어 등을 포함하는 다수의 인자의 함수이다.
본 발명은 SCR 촉매가 이동성 디젤엔진에 의해서 통상적으로 생성되는 공간속도 (SCR 촉매를 통한 배기가스의 유속)에 대해서 촉매적으로 활성인 그의 온도창내에서 나타나는 가스온도에서 NOx 환원에 대하여 상업적 성공을 거둔 본 출원인의 ZNX SCR 촉매를 참고로하여 기술하였다. 본 출원인의 미합중국 특허 제 4,961,917 호 (Byrne, 1990년 10월 9일에 특허 허여됨, 발명의 명칭 "Method for Reduction of Nitrogen Oxides with Ammonia using Promoted Zeolite Catalysts")에 기술된 것과 같은 그밖의 다른 질소 환원제 SCR 촉매조성물, 또는 본 출원인의 미합중국 특허 제 5,516,497 호 (Speronello et al., 1996년 5월 14일에 특허 허여됨, 발명의 명칭 "Staged Metal-Promoted Zeolite Catalysts and Method for Catalytic Reduction of Nitogen Oxides Using the Same")에 기술된 단계적 촉매조성물이 사용될 수도 있다. '917 및 '497 호 특허들은 SCR 조성물에 대한 그들의 기술내용을 참고로 본 발명에 포함시켰다. 일반적으로, 참고자료들은 제올라이트, 철 및 구리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 프로모터, 및 내화결합제 (refractory binder)의 촉매조성물을 제시한다. 이것은 SCR 촉매의 바람직한 조성물이며, 상술한 ZNX SCR 촉매조성물은 그의 일반적 분류내에 포함된다. 그러나, 바나듐-티타늄 촉매도 또한 허용될 수 있으며, 이러한 촉매의 대표적인 조성물에 대한 참고는 본 발명에 역시 참고로 포함된 미합중국 특허 제 4,833,113 호 (1989년 5월 23일에 특허 허여됨, Imanari et al., 발명의 명칭 "Denitration Catalyst for Reducing Nitrogen Oxides in Exhaust Gas")에서 볼 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 경 디젤엔진은 중하중 디젤엔진 보다 더 낮은 배기가스 작동온도범위를 갖는다. 특성 또는 특징에 관한 문제로 일반적으로 말해서, 235-500 EC의 범위일 수 있는 트럭과 같은 운송수단에서의 중하중 디젤엔진의 더 낮은 표준 작동온도범위에 대비해서, 경하중 디젤엔진 (즉, 자동차, SUVs, 픽업 트럭 (pick-up trucks)에 대한 디젤엔진)의 더 낮은 표준 작동온도범위는 150-250 EC의 온도범위에서 배기가스를 생성시킨다. 피크 온도는 상당히 더 높다. 동일한 공간속도에 대해서 제시된 바와 같이, 상류에 CSF 촉매를 갖는 ZNX SCR 촉매는 엔진 15의 연소챔버내에서 생성된 연소가스 (즉, 배기가스)에 직접 노출되는 경우에 ZNX SCR 촉매가 촉매적으로 활성이 되는 온도보다 더 저온에서 촉매적으로 활성이된다. 질소 환원제를 사용하는 어떠한 SCR 촉매라도 본 발명의 배열에서 사용되는 경우에 (동일한 공간속도에서) 더 낮은 촉매적 활성온도를 가질 수 있다. 또한, 시험은 ZNX 촉매의 촉매적 활성온도에 있어서의 감소가 ZNX SCR 촉매의 효율에 있어서의 현저한 감소를 수반하지는 않음을 보여준다. 따라서, 본 발명은 경하중 디젤엔진 적용분야에 대해 특이적인 적용성을 갖는다.
본 발명은 바람직한 구체예를 참고로하여 기술되어 있다. 명백하게, 본 발명의 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 다른 것에 대한 변형 및 변화가 일어날 수도 있다. 이러한 변형은 이들이 본 발명의 범주에 속하는 한은 모두 본 발명에 포함되는 것이다.
발명의 요약
따라서, 본 발명의 주된 목적중의 하나는 특히 환원제의 더 높은 NSR (표준화된 화학량론적 비) 레벨에 대해 더 낮은 배기온도에서 제올라이트 SCR 촉매 단독인 경우보다 실질적으로 더 우수한 NOx 전환성능을 제공하도록 제올라이트 (예를들어, ZNX) SCR 촉매의 상류에 촉매화된 슈트 필터 (Pt/ZrO2-CeO2)가 구성된 후처리 시스템을 제공하는 것이다.
특히, CSF 및 ZNX 구성 (configuration)은 하중 사이클이 낮은 배기온도를 특징으로하는 경우인 LD 디젤 (린번) 적용분야에 대해 SCR을 더 실행가능하게 만든다. CSF 및 ZNX SCR 구성은 또한 ZNX SCR 촉매 단독 구성의 경우 보다 주입된 우레아 용액으로부터 유도된 NH3(바람직한 구체예) 환원제가 더 우수한 이용성을 나타내며, 모든 조건하에서 제로 또는 매우 낮은 NH3슬립 (slip)을 나타낸다. CSF 및 ZNX SCR 촉매 구성은 디젤엔진을 위한 TPM 및 NOx 둘다를 동시에 높은 수준으로 (예를들어, > 80％) 감소시키기 위한 실용적인 후처리 시스템이다.
본 발명의 한가지 관점은 미립자 여과를 SCR과 조합시켜 디젤 배기물로부터 필요한 높은 수준 (> 90％)의 NOx 및 미립자 제거를 동시에 획득함으로써 목적에 부합하며 방출과 관련된 문제를 극복하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 구성은 SCR 촉매 상류의 배기물내에 촉매화된 슈트 필터를 조합시킨다. 어떠한 형태의 CSF라도 본 발명에서 사용될 수 있지만, 바람직한 형태는 비교적 높은 백금 (Pt) 부하를 갖는 것이다. 이것은 우수한 슈트 연소 (즉, 필터 재생) 특징과 함께 그밖의 다른 예견하지 못한 잇점 (상승작용, 이하 참조)을 제공한다. 제올라이트 SCR촉매의 어떤 V/Ti라도 사용될 수 있지만, ZNX와 같은 제올라이트 촉매가 그의 탁월한 열수 안정성 때문에 바람직하다.
본 발명의 중요한 인자는 SCR 촉매의 상류에 CSF가 존재하는 것이 SCR 촉매의 NOx 환원성능을 현저하게 증진시켰다는 점에서 CSF와 SCR 촉매 사이에 중요한 상승작용이 있다는 것의 발견이다. 이 구성에서, ZNX SCR 촉매는 모든 온도에서 SCR 촉매를 단독인 경우에 비해서 더 높은 NOx 전환을 나타냈으며, 또한 이것은 ZNX SCR 촉매의 효과적인 NOx 전환범위를 ZNX 촉매 단독인 경우의 효과적인 온도범위 보다 훨씬 낮은 온도인 적어도 200 EC 정도의 낮은 온도 까지 확대시켰다.
따라서, 본 발명의 목적은 디젤엔진으로부터의 NOx 방출물의 개선된 전환을 위한, 또는 또 다른 개념에서는 비교적 높은 NOx 방출을 생성시키는 린번 형태의 내연엔진의 어떠한 형태에 대해서도 개선된 NOx 방출 전환을 위한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 디젤엔진 배기가스로부터 미립자를 제거하고 NOx를 환원시키는 개선된 배기 처리 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 본 발명의 목적은 시스템에서 사용된 SCR 촉매가 NOx 방출물을 환원시키는데 효과적인 더 낮은 온도범위를 확대시키는 디젤엔진에 대한 개선된 배기 처리 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 본 발명의 목적은 NOx의 환원시에 외부 환원제 또는 환원제를 더 잘 이용함으로써 환원제 슬립을 생성시키는 시스템의 경향을 최소화시키는 능력을 갖는 디젤엔진에 대한 개선된 배기 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 CO 및 HC를 산화시키고, 미립자 방출물을 감소시키고 NOx 방출물을 N2로 환원시키는데 충분한 간단한 2 부분 (필터 및 SCR) 방출 시스템을 제공하는 것이다. 즉, 산화촉매 (SCR 촉매의 하류)는 엄밀하게 말하면 방출 제어를 충족시키는데 필요한 것은 아니다. 그러나, 산화촉매는 일시적인 방출조건하에서 잠재적으로 일어날 수 있는 암모니아 슬립을 방지하도록 제공될 수 있다. 이러한 산화촉매가 사용되는 경우에, 이 촉매는 통상적인 암모니아 환원제 시스템에서 일어나는 암모니아 슬립을 산화시키기 위해서 통상적으로 사용된 것보다 더 작은 수용량 (capacity)을 가질 수 있다.
본 발명의 이들 및 그밖의 다른 목적, 특징 및 잇점은 후술하는 도면과 함께 이하에 기술하는 발명의 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게 명백하게 될 것이다.

Claims (20)

  1. a) 디젤엔진의 하류에 위치하며, 디젤엔진으로부터 유래하는 배기가스가 통과하는 촉매화된 슈트 필터;
    b) 촉매화된 슈트 필터의 하류에 위치하고, 디젤엔진으로부터 유래하는 배기가스가 촉매화된 슈트 필터를 통과한 후에 통과하게 되는 SCR 촉매; 및
    c) SCR 촉매를 통과할 때 배기가스내의 상승된 온도에서 NOx를 환원시키는 경향이 있는 환원제를 계량하는 계량밸브를 포함하는, 디젤엔진에서 사용하기 위한 배기 후처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 환원제가 암모니아이고, 계량밸브는 촉매화된 슈트 필터와 SCR 촉매 사이의 위치에서 암모니아를 계량하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 우레아와 같은 암모니아 전구체로부터 가스 또는 액체 형태의 암모니아를 생성시키기 위한 혼합구역을 계량밸브의 상류에 추가로 포함하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, SCR 촉매가 고온 또는 저온 타입의 희박 NOx 촉매이고, 환원제는 탄화수소인 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 계량밸브가 촉매화된 슈트 필터의 상류에 위치하는 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 촉매화된 슈트 필터 및 희박 NOx 촉매가 단일 브릭으로 형성되는데, 브릭은 슈트 필터로 작용하는 상류의 촉매화된 부분 및 희박 NOx 촉매로 작용하는 하류의 촉매화된 부분을 갖는 시스템.
  7. a) 각각의 채널이 하나의 차단된 말단을 가지며 인접한 쌍의 채널에서 반대의 말단에서 차단된, 축방향으로 연장된 복수의 채널로 형성된 가스 투과성 벽면을 갖는 벽면-유동형의 엔진에 인접한 촉매화된 슈트 필터 (여기에서, 배기가스는 가스가 슈트 필터의 유입구로부터 유출구까지 이동함에 따라서 채널 벽면을 통해서 통과한다);
    b) 질소 환원제와, 및 슈트 필터로부터 유출된 후의 배기가스와 유체 연결상태로 슈트 필터의 유출구의 하류에 위치하는 밸브;
    c) 배기가스에 도입되는 질소 환원제의 양을 조절하기 위한 밸브 제어 수단; 및
    d) 배기가스가 슈트 필터를 통과한 후에 설정량의 환원제와 함께 설정된 공간속도로 SCR 촉매를 통과하는 경우에 SCR 촉매가 촉매적으로 활성이 되는 온도보다 더 높은 온도로서, 배기가스가 엔진으로부터 유출된 직후에 설정량의 환원제를 갖는 SCR 촉매를 통과하는 경우에 SCR 촉매가 설정된 공간속도에 대해서 촉매적으로 활성이 되는 설정온도를 갖는, 밸브 및 슈트 필터의 하류에 위치하는 질소 환원제 SCR 촉매를 포함하는, 디젤엔진을 동력으로하는 운송수단에 의해서 생성된 배기가스를 처리하기 위한 방출물 정제 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 슈트 필터가 적어도 25 g/ft3의 귀금속 코팅을 함유하는 촉매화된 표면을 갖는 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, SCR 촉매가 제올라이트, 철 및 구리로 구성된 그룹으로부터 선택된 프로모터, 및 내화 결합제의 촉매 조성을 갖는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 질소 환원제가 암모니아이고, 배기가스에 대해서 계량하여 첨가된 환원제의 양이 1.5의 표준화된 화학량론적 비를 초과하지 않는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 슈트 필터의 하류에 위치하는 SCR 촉매의 촉매적 활성온도가 약 200 EC 미만인 시스템.
  12. a) 각각의 채널이 하나의 말단에서는 차단되고 그의 반대 말단에서는 개방되며, 인접한 채널의 쌍은 반대 채널 말단에서 차단된, 축방향으로 연장된 채널로 형성되며 그의 양면상에 촉매화된 가스 다공성 벽면을 포함하는 촉매화된 슈트 필터를 엔진의 하류에 제공하고
    b) 개방말단 채널을 한정하는 것으로 엔진과 직면하고 있는 개방말단을 갖는 채널내로 배기가스를 유동시키고, NO를 개방말단 채널의 촉매화된 벽표면과 접촉시킴으로써 산화시켜 NO2를 생성시키고, 생성된 NO2를 개방말단 채널내에서 VOF와 반응시켜 NO2를 NO로 환원시키고;
    c) 생성된 NO를 밀폐말단 채널을 한정하는 것으로 엔진과 직면하고 있는 차단말단을 갖는 채널내로 벽면을 통해서 유동시키고, NO를 밀폐말단 채널상의 촉매화된 벽표면과 접촉시킴으로써 산화시켜 NO2를 생성시키고 (여기에서, 배기가스는 슈트 필터에 도입할 때 보다 슈트 필터에서 배출될 때 더 높은 NO2농도를 갖는다);
    d) 슈트 필터의 하류에서 배기 스트림에 설정량의 질소 환원제를 주입하고;
    e) 모노리스상에 SCR 촉매를 제공하고;
    f) 환원제가 주입된 가스를 SCR 촉매상에 그와 접촉하도록 통과시켜 NOx를 환원시키는 단계를 포함하는, 경하중 디젤엔진을 포함하는 디젤엔진을 동력으로하는 운송수단에 의해서 생성되는 것으로 질소 산화물 NOx를 포함하며 이 NOx의 조성의 적어도 50％는 산화질소 (NO)로 이루어지는 배기가스 방출물을 처리하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 슈트 필터가 적어도 25 g/ft3의 백금 금속족을 함유하는 촉매화된 표면을 갖는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, SCR 촉매가 제올라이트, 철 및 구리로 구성된 그룹으로부터 선택된 프로모터, 및 내화 결합제의 촉매 조성을 갖는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 질소 환원제가 암모니아이고, 배기가스에 대해서 계량하여 첨가된 환원제의 양이 1.5의 표준화된 화학량론적 비를 초과하지 않는 방법.
  16. a) NOx 배기가스를 촉매 슈트 필터에 즉시 통과시킴으로써 엔진에 의해서 일차적으로 생성된 NOx 가스내에 존재하는 NO2농도를 증가시키고;
    b) 배기가스가 촉매화된 슈트 필터로부터 유출된 후에 배기가스내에 암모니아 환원제를 계량하여 도입시키고;
    c) 배기가스를 NOx를 환원시키기 위한 SCR 촉매를 통해서 환원제와 함께 통과시키는 단계를 포함하는, 약 200 EC 정도로 낮은 배기가스 작동온도를 갖는 경하중 디젤엔진 및 유사한 엔진을 동력으로하는 운송수단에 의해서 생성된 NOx 방출물을 환원시키는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 슈트 필터가 적어도 25 g/ft3의 백금 금속족을 함유하는 촉매화된 표면을 갖는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, SCR 촉매가 제올라이트, 철 및 구리로 구성된 그룹으로부터 선택된 프로모터, 및 내화 결합제의 촉매 조성을 갖는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 질소 환원제가 암모니아이고, 배기가스에 대해서 계량하여 첨가된 환원제의 양이 1.5의 표준화된 화학량론적 비를 초과하지 않는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 배기가스를 그 안에 함유된 방출물을 더 처리하지 않고, SCR 촉매로부터 유출된 후에 즉시 대기에 통과시키는 방법.
KR1020037002136A 2000-08-15 2001-08-03 디젤엔진으로부터 질소 산화물 및 미립자의 감소를향상시키기 위한 배기 시스템 KR100805544B1 (ko)

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US (2) US6826906B2 (ko)
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DE (1) DE60134473D1 (ko)
WO (1) WO2002014657A1 (ko)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009135062A2 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for nox signal correction in feedback controls of an scr system
KR101011760B1 (ko) * 2008-08-05 2011-02-07 희성촉매 주식회사 ＮＯｘ 전환율이 개선된 ＳＣＲ 촉매조성물 및 이를 이용한 디젤엔진 배기가스 배출장치
US8074445B2 (en) 2008-04-30 2011-12-13 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for reducing NOx emissions on an SCR catalyst
US8109079B2 (en) 2008-04-30 2012-02-07 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for controlling ammonia slip from an SCR catalyst
US8141340B2 (en) 2008-04-30 2012-03-27 Cummins Ip, Inc Apparatus, system, and method for determining the degradation of an SCR catalyst
US8201394B2 (en) 2008-04-30 2012-06-19 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for NOx signal correction in feedback controls of an SCR system
US8225595B2 (en) 2008-12-05 2012-07-24 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for estimating an NOx conversion efficiency of a selective catalytic reduction catalyst
US8281572B2 (en) 2008-04-30 2012-10-09 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for reducing NOx emissions from an engine system
US8402754B2 (en) 2008-03-31 2013-03-26 Hyundai Motor Company Apparatus for purifying exhaust gas
US9475006B2 (en) 2010-04-26 2016-10-25 Cummins Filtration Ip, Inc. SCR catalyst ammonia surface coverage estimation and control
US11867111B2 (en) 2019-05-09 2024-01-09 Cummins Emission Solutions Inc. Valve arrangement for split-flow close-coupled catalyst

Families Citing this family (157)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9802504D0 (en) * 1998-02-06 1998-04-01 Johnson Matthey Plc Improvements in emission control
US8833062B1 (en) 2013-03-15 2014-09-16 Daimier Ag Catalytic reduction of NOx
US6826906B2 (en) * 2000-08-15 2004-12-07 Engelhard Corporation Exhaust system for enhanced reduction of nitrogen oxides and particulates from diesel engines
US20030101718A1 (en) * 2001-10-06 2003-06-05 Marcus Pfeifer Method and device for the catalytic conversion of gaseous pollutants in the exhaust gas of combustion engines
AUPR812401A0 (en) * 2001-10-08 2001-11-01 Orbital Engine Company (Australia) Proprietary Limited An internal combustion engine
US6820417B2 (en) 2001-11-29 2004-11-23 Analytical Engineering, Inc. Exhaust aftertreatment system and method for an internal combustion engine
US7140187B2 (en) * 2002-04-15 2006-11-28 Amendola Steven C Urea based composition and system for same
US7055311B2 (en) 2002-08-31 2006-06-06 Engelhard Corporation Emission control system for vehicles powered by diesel engines
DE10242412A1 (de) * 2002-09-12 2004-03-25 Robert Bosch Gmbh Abgasreinigungsanlage und Verfahren zur Reinigung von Abgasen
DE10243270A1 (de) * 2002-09-18 2004-03-25 Robert Bosch Gmbh Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur Reinigung deren Abgase
US7332135B2 (en) 2002-10-22 2008-02-19 Ford Global Technologies, Llc Catalyst system for the reduction of NOx and NH3 emissions
DE10257113A1 (de) * 2002-12-05 2004-06-24 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Partikelfalle mit beschichteter Faserlage
DE10305057A1 (de) * 2003-02-07 2004-08-19 Daimlerchrysler Ag Abgasnachbehandlungssystem und Nutzfahrzeug mit Abgasnachbehandlungssystem
JP2007505266A (ja) * 2003-06-12 2007-03-08 ドナルドソン カンパニー，インコーポレイティド 排気システムの過渡的な流れ中に燃料を供給する方法
US20040265198A1 (en) * 2003-06-30 2004-12-30 Biswas Subodh Chandra Power generation aftertreatment system
US7229597B2 (en) 2003-08-05 2007-06-12 Basfd Catalysts Llc Catalyzed SCR filter and emission treatment system
US20050047982A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 Berriman Lester P. Engine emissions nox reduction
US20050044844A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 Berriman Lester P. Upgraded emissions reduction system
DE112004002131D2 (de) * 2003-09-02 2006-07-13 Hydraulik Ring Gmbh Pumpe zur Förderung eines Abgasnachbehandlungsmediums, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, für Dieselmotoren
DE602004022346D1 (de) * 2003-09-30 2009-09-10 Nissan Diesel Motor Co Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
KR20060100447A (ko) * 2003-11-24 2006-09-20 다우 글로벌 테크놀로지스 인크. 디젤 입자 필터용 촉매
US7900441B2 (en) * 2004-02-12 2011-03-08 Fleetguard, Inc. Precat-NOx adsorber exhaust aftertreatment system for internal combustion engines
PL1740515T3 (pl) 2004-04-21 2011-07-29 Dow Global Technologies Inc Sposób zwiększania wytrzymałości porowatych ciał ceramicznych
DE102004028276B4 (de) * 2004-06-11 2008-08-21 Universität Karlsruhe Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine
BRPI0513605A (pt) * 2004-07-26 2008-05-13 Dow Global Technologies Inc filtro para fuligem catalisado e método para formar um filtro para fuligem catalisado
JP4745968B2 (ja) * 2004-07-29 2011-08-10 エヌ・イーケムキャット株式会社 低温特性に優れる脱硝触媒
US20060101810A1 (en) * 2004-11-15 2006-05-18 Angelo Theodore G System for dispensing fuel into an exhaust system of a diesel engine
DE112005002682B4 (de) * 2004-11-25 2018-05-30 Avl List Gmbh Verfahren zum Ermitteln der Partikelemissionen im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine
US7225613B2 (en) * 2005-01-26 2007-06-05 Ford Global Technologies, Llc Diesel engine after treatment device for conversion of nitrogen oxide and particulate matter
US7062904B1 (en) 2005-02-16 2006-06-20 Eaton Corporation Integrated NOx and PM reduction devices for the treatment of emissions from internal combustion engines
DE102005009686A1 (de) * 2005-03-03 2006-09-07 Volkswagen Ag Verfahren zur Abgasnachbehandlung bei Dieselmotoren oder dergleichen, und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
US7533524B2 (en) * 2005-05-18 2009-05-19 Cummins Inc. Method and apparatus for soot filter catalyst temperature control with oxygen flow constraint
US20060277897A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Ralph Slone NOx reduction system and method
JP4698359B2 (ja) * 2005-09-22 2011-06-08 Ｕｄトラックス株式会社 排気浄化装置
JP4657074B2 (ja) * 2005-10-12 2011-03-23 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法
FR2892766A1 (fr) * 2005-10-27 2007-05-04 Renault Sas Dispositif de traitement d'oxydes d'azote pour gaz d'echappement de vehicule automobile
DE102005058858A1 (de) * 2005-12-09 2007-06-14 Volkswagen Ag Verfahren zur Abgasnachbehandlung bei Verbrennungsmotoren, und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
US7861518B2 (en) * 2006-01-19 2011-01-04 Cummins Inc. System and method for NOx reduction optimization
US9103248B2 (en) 2006-01-19 2015-08-11 Cummins Inc. Method and system for optimizing fuel and reductant consumption
JP2009524758A (ja) * 2006-01-24 2009-07-02 ボルボ ラストバグナー アーベー 排気ガス後処理システム
US20070178025A1 (en) * 2006-01-31 2007-08-02 Opris Cornelius N Exhaust treatment system
US7343736B2 (en) 2006-02-27 2008-03-18 Detroit Diesel Corporation Flexible exhaust emission aftertreatment system for compression cycle diesel engines
GB0603898D0 (en) * 2006-02-28 2006-04-05 Johnson Matthey Plc Exhaust system comprising catalysed soot filter
JP4432917B2 (ja) * 2006-03-06 2010-03-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US7762060B2 (en) * 2006-04-28 2010-07-27 Caterpillar Inc. Exhaust treatment system
US7576031B2 (en) * 2006-06-09 2009-08-18 Basf Catalysts Llc Pt-Pd diesel oxidation catalyst with CO/HC light-off and HC storage function
US9765661B2 (en) 2006-06-15 2017-09-19 Dinex Ecocat Oy Coating for particulate filters
FR2903729B1 (fr) * 2006-07-11 2008-09-26 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de determination de quantite d'ammoniac pour systeme de traitement d'oxydes d'azote
US20080020922A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Li Cheng G Zone catalyzed soot filter
US20080022657A1 (en) * 2006-07-28 2008-01-31 Caterpillar Inc. Power source thermal management and emissions reduction system
US20080078170A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Gehrke Christopher R Managing temperature in an exhaust treatment system
US8800268B2 (en) * 2006-12-01 2014-08-12 Basf Corporation Zone coated filter, emission treatment systems and methods
US20080127638A1 (en) * 2006-12-01 2008-06-05 Marius Vaarkamp Emission Treatment Systems and Methods
CN101600857B (zh) * 2006-12-01 2012-08-29 巴斯福催化剂公司 分区涂布的过滤器、排放物处理系统和方法
US7946109B2 (en) * 2006-12-14 2011-05-24 GM Global Technology Operations LLC Emissions conformance for an exhaust after-treatment system having a dosing agent supply
JP2010513025A (ja) * 2006-12-21 2010-04-30 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド 改善されたすすフィルター
US7676318B2 (en) * 2006-12-22 2010-03-09 Detroit Diesel Corporation Real-time, table-based estimation of diesel engine emissions
US20080155972A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-03 James Joshua Driscoll Exhaust treatment system
US20080202101A1 (en) * 2007-02-23 2008-08-28 Driscoll James J Exhaust treatment system
US7998423B2 (en) 2007-02-27 2011-08-16 Basf Corporation SCR on low thermal mass filter substrates
WO2008112211A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-18 Mack Trucks, Inc. Aftertreatment injector anti-fouling device
US7701231B2 (en) * 2007-03-20 2010-04-20 Cummins Filtration Ip, Inc Apparatus, system, and method for detecting cracking within an aftertreatment device
US7640896B2 (en) * 2007-03-28 2010-01-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Ammonia storage for on-vehicle engine
JP4706659B2 (ja) * 2007-04-05 2011-06-22 トヨタ自動車株式会社 アンモニア酸化触媒におけるｎ２ｏ生成量推定方法および内燃機関の排気浄化システム
US7614231B2 (en) * 2007-04-09 2009-11-10 Detroit Diesel Corporation Method and system to operate diesel engine using real time six dimensional empirical diesel exhaust pressure model
EP2142771A1 (en) * 2007-05-02 2010-01-13 Perkins Engines Company Limited Exhaust treatment system implementing selective doc bypass
US8011179B2 (en) * 2007-05-31 2011-09-06 Caterpillar Inc. Method and system for maintaining aftertreatment efficiency
US8166751B2 (en) * 2007-07-31 2012-05-01 Caterpillar Inc. Particulate filter
US7799289B2 (en) * 2007-07-31 2010-09-21 Caterpillar Inc Exhaust treatment system with NO2 control
US8209956B2 (en) * 2007-07-31 2012-07-03 Caterpillar Inc. SCR emissions control system
US20090035194A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Caterpillar Inc. Exhaust treatment system with an oxidation device for NO2 control
US8001769B2 (en) * 2007-08-20 2011-08-23 Caterpillar Inc. Control of SCR system having a filtering device
US7992380B2 (en) * 2007-08-23 2011-08-09 Caterpillar Inc. Emission control system implementing reduction agent injection
BRPI0816627A2 (pt) * 2007-10-12 2015-03-10 Dow Global Technologies Inc Filtro alveolar cerâmico e método para filtrar fuligem de diesel
US9993771B2 (en) * 2007-12-12 2018-06-12 Basf Corporation Emission treatment catalysts, systems and methods
US9863297B2 (en) * 2007-12-12 2018-01-09 Basf Corporation Emission treatment system
KR100999616B1 (ko) * 2007-12-14 2010-12-08 기아자동차주식회사 배기 가스 내의 질소산화물 저감 장치
JP5501978B2 (ja) * 2007-12-21 2014-05-28 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー 改良型触媒化スートフィルター及びこれらを製造する方法
FR2925689B1 (fr) * 2007-12-21 2010-08-13 Saint Gobain Ct Recherches Dispositif de detection de fissures radiales dans un filtre a particules
US20090173063A1 (en) * 2008-01-07 2009-07-09 Boorse R Samuel Mitigation of Particulates and NOx in Engine Exhaust
US8635853B2 (en) * 2008-01-25 2014-01-28 Caterpillar Inc. Exhaust reduction system having oxygen and temperature control
US20090196812A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Basf Catalysts Llc Catalysts, Systems and Methods Utilizing Non-Zeolitic Metal-Containing Molecular Sieves Having the CHA Crystal Structure
US8151558B2 (en) * 2008-01-31 2012-04-10 Caterpillar Inc. Exhaust system implementing SCR and EGR
US8038954B2 (en) * 2008-02-14 2011-10-18 Basf Corporation CSF with low platinum/palladium ratios
CN101680331B (zh) 2008-03-04 2012-06-27 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置
WO2009123633A1 (en) * 2008-04-02 2009-10-08 Mack Trucks, Inc. System and method for treating diesel exhaust gases
US8623301B1 (en) 2008-04-09 2014-01-07 C3 International, Llc Solid oxide fuel cells, electrolyzers, and sensors, and methods of making and using the same
US8776498B2 (en) * 2008-04-16 2014-07-15 Ford Global Technologies, Llc Air-injection system to improve effectiveness of selective catalytic reduction catalyst for gasoline engines
EP2112341B1 (en) * 2008-04-22 2018-07-11 Umicore AG & Co. KG Method for purification of an exhaust gas from a diesel engine
US8506893B2 (en) * 2008-04-23 2013-08-13 Ford Global Technologies, Llc Selective catalytic reduction catalyst system with expanded temperature window
EP2112339A1 (de) 2008-04-24 2009-10-28 Umicore AG & Co. KG Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors
US8141351B2 (en) * 2008-04-25 2012-03-27 Cummins Filtration Ip, Inc. Pre-catalyst for preventing face-plugging on an inlet face of an aftertreatment device and method of the same
US8181450B2 (en) * 2008-04-30 2012-05-22 Cummins IP. Inc. Apparatus, system, and method for reducing NOx emissions on an SCR catalyst using ammonia storage and slip control
US8505278B2 (en) * 2009-04-30 2013-08-13 Cummins Ip, Inc. Engine system properties controller
US8161730B2 (en) * 2008-04-30 2012-04-24 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for reducing NOx emissions on an SCR catalyst
US8256208B2 (en) * 2008-04-30 2012-09-04 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for reducing NOx emissions on an SCR catalyst
US20090282813A1 (en) * 2008-05-17 2009-11-19 The Itb Group Ltd. Thermal Stability for Exhaust Emissions Treatment Materials
US8276371B2 (en) * 2008-06-06 2012-10-02 Caterpillar Inc. Exhaust system having exhaust system segment with improved catalyst distribution and method
GB2460825A (en) 2008-06-06 2009-12-16 Delphi Tech Inc Reagent dosing system
US8071037B2 (en) 2008-06-25 2011-12-06 Cummins Filtration Ip, Inc. Catalytic devices for converting urea to ammonia
EP2321506B1 (en) * 2008-07-07 2013-01-02 Emitec Denmark A/S Dosing system for use in an exhaust system of a combustion engine
US8524185B2 (en) * 2008-11-03 2013-09-03 Basf Corporation Integrated SCR and AMOx catalyst systems
US10583424B2 (en) 2008-11-06 2020-03-10 Basf Corporation Chabazite zeolite catalysts having low silica to alumina ratios
US8459012B2 (en) * 2008-11-19 2013-06-11 Caterpillar Inc. Method for purging a dosing system
US8356471B2 (en) * 2008-12-05 2013-01-22 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for controlling reductant dosing in an SCR catalyst system
DE102009000804B4 (de) * 2009-02-12 2013-07-04 Ford Global Technologies, Llc Abgasreinigungsanlage
US8281571B2 (en) * 2009-03-06 2012-10-09 Detroit Diesel Corporation Method for three zone diesel oxidation catalyst light off control system
US8246923B2 (en) 2009-05-18 2012-08-21 Umicore Ag & Co. Kg High Pd content diesel oxidation catalysts with improved hydrothermal durability
US8240194B2 (en) 2009-07-30 2012-08-14 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for diagnostics of an emission system with more than one SCR region
US8516798B2 (en) * 2009-07-30 2013-08-27 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for control of an emission system with more than one SCR region
DE102010033688A1 (de) 2009-08-28 2011-03-03 Umicore Ag & Co. Kg Abgasnachbehandlungssystem mit katalytisch aktivem Wall-Flow-Filter mit Speicherfunktion vor Katalysator mit gleicher Speicherfunktion
DE102010033689A1 (de) 2009-08-28 2011-03-03 Umicore Ag & Co. Kg Abgasnachbehandlungssystem mit katalytisch aktivem Wall-Flow-Filter mit NOx-Speicherfunktion vor Katalysator mit gleicher Speicherfunktion
RU2542159C2 (ru) 2009-08-28 2015-02-20 Умикоре Аг & Ко. Кг Система нейтрализации отработавших газов, содержащая каталитический активный фильтр с проточной стенкой, имеющий функцию накопления и расположенный перед каталитическим нейтрализатором с такой же функйией накопления
US8491845B2 (en) * 2009-09-10 2013-07-23 Cummins Ip, Inc. Low temperature selective catalytic reduction catalyst and associated systems and methods
US20110064633A1 (en) * 2009-09-14 2011-03-17 Ford Global Technologies, Llc Multi-Functional Catalyst Block and Method of Using the Same
US8555625B2 (en) * 2009-11-13 2013-10-15 Pierce Manufacturing Company Exhaust system for firefighting vehicle
US9266709B2 (en) * 2009-11-20 2016-02-23 Jack R. BRAMMELL Systems and methods for on-site mixing and dispensing of a reducing agent solution for use with a diesel catalytic converter
US8460610B2 (en) 2009-12-22 2013-06-11 Caterpillar Inc. Canister aftertreatment module
CA2899575C (en) 2010-02-10 2020-03-10 Ut-Battelle, Llc Low temperature electrolytes for solid oxide cells having high ionic conductivity
US8893475B2 (en) * 2010-03-11 2014-11-25 Cummins Inc. Control system for doser compensation in an SCR system
DE102010014468B4 (de) 2010-04-09 2013-10-31 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Verminderung von Lachgas bei der Abgasnachbehandlung von Magermotoren
US20110165040A1 (en) * 2010-11-03 2011-07-07 Ford Global Technologies, Llc Device for remediating emissions and method of manufacture
DE102011014718B4 (de) 2011-03-23 2012-11-22 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zum Betrieb von Dieselmotoren zur Vermeidung von Weißrauchbildung während der DPF-Regeneration
DE102011101079B4 (de) 2011-05-10 2020-08-20 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Regeneration von NOx-Speicherkatalysatoren von Dieselmotoren mit Niederdruck-AGR
DE102011107692B3 (de) 2011-07-13 2013-01-03 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Reaktivierung von Abgasreinigungsanlagen von Dieselmotoren mit Niederdruck-AGR
KR101535088B1 (ko) * 2012-06-12 2015-07-08 희성촉매 주식회사 고성능 ｓｃｒ 촉매 시스템
DE102012018141B4 (de) * 2012-09-14 2016-10-20 Mtu Friedrichshafen Gmbh SCR-Modul
GB201219600D0 (en) * 2012-10-31 2012-12-12 Johnson Matthey Plc Catalysed soot filter
DE102013003112B4 (de) * 2013-02-25 2017-06-14 Umicore Ag & Co. Kg SCR-Katalysator mit verbessertem NOx-Umsatz
US8850802B1 (en) 2013-03-15 2014-10-07 Daimler Ag Catalytic reduction of NOx
JP2014231748A (ja) * 2013-05-28 2014-12-11 三菱ふそうトラック・バス株式会社 排ガス浄化装置
US9905871B2 (en) 2013-07-15 2018-02-27 Fcet, Inc. Low temperature solid oxide cells
US9021862B2 (en) * 2013-10-07 2015-05-05 International Engine Intellectual Property Company, Llc. NH3 storage setpoint temperature algorithm
DE102014206455A1 (de) 2014-04-03 2015-10-08 Umicore Ag & Co. Kg Regenerationsverfahren für Abgasnachbehandlungssysteme
DE112014007102T5 (de) 2014-10-27 2017-08-03 Cummins Emission Solutions, Inc. Höchst selektiver nox sensor bei vorhandensein von nh3
FR3029966B1 (fr) * 2014-12-11 2018-01-26 Psa Automobiles Sa. Dispositif de reduction d’oxydes d’azote nox pour une ligne d’echappement de moteur thermique
JP6790056B2 (ja) 2015-07-09 2020-11-25 ユミコア アクチェンゲゼルシャフト ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト エンジン排気ガスからの粒状物質および有害化合物の除去のためのシステム
US9764287B2 (en) * 2015-11-06 2017-09-19 Paccar Inc Binary catalyst based selective catalytic reduction filter
US10188986B2 (en) 2015-11-06 2019-01-29 Paccar Inc Electrochemical reductant generation while dosing DEF
US9757691B2 (en) 2015-11-06 2017-09-12 Paccar Inc High efficiency and durability selective catalytic reduction catalyst
US10058819B2 (en) 2015-11-06 2018-08-28 Paccar Inc Thermally integrated compact aftertreatment system
US9810125B2 (en) * 2015-12-08 2017-11-07 Jumbomaw Technology Co., Ltd. Catalytic converter
DE102017100518A1 (de) 2016-02-04 2017-08-10 Umicore Ag & Co. Kg System und Verfahren zur Abgasreinigung unter Vermeidung von Lachgas
US20170234182A1 (en) * 2016-02-17 2017-08-17 Wen-Lo Chen High-end processing device for purification of exhaust of diesel engine
US10675586B2 (en) 2017-06-02 2020-06-09 Paccar Inc Hybrid binary catalysts, methods and uses thereof
US10835866B2 (en) 2017-06-02 2020-11-17 Paccar Inc 4-way hybrid binary catalysts, methods and uses thereof
DE102017115138A1 (de) 2017-07-06 2019-01-10 Umicore Ag & Co. Kg Kontaktlose Nivellierung einer Washcoatsuspension
DE102018121503A1 (de) 2017-09-05 2019-03-07 Umicore Ag & Co. Kg Abgasreinigung mit NO-Oxidationskatalysator und SCR-aktivem Partikelfilter
DK201700681A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-20 HANS JENSEN GREENTECH ApS A Selective Catalytic Reduction System and a Method for NOx Reduction
DE102018100834A1 (de) 2018-01-16 2019-07-18 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines SCR-Katalysators
DE102018100833A1 (de) 2018-01-16 2019-07-18 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines SCR-Katalysators
DE102019100107A1 (de) 2019-01-04 2020-07-09 Umicore Ag & Co. Kg Katalytisch aktives Filtersubstrat und Verfahren zur Herstellung sowie deren Verwendung
US10906031B2 (en) 2019-04-05 2021-02-02 Paccar Inc Intra-crystalline binary catalysts and uses thereof
US11007514B2 (en) 2019-04-05 2021-05-18 Paccar Inc Ammonia facilitated cation loading of zeolite catalysts
US10934918B1 (en) 2019-10-14 2021-03-02 Paccar Inc Combined urea hydrolysis and selective catalytic reduction for emissions control
CN112814770B (zh) * 2020-12-31 2022-04-05 潍柴动力股份有限公司 并联式scr系统的均匀性评价方法及装置
CN114856764B (zh) * 2022-04-02 2023-04-18 武汉理工大学 氨燃料发动机的尾气处理系统、发动机和船舶

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5100632A (en) * 1984-04-23 1992-03-31 Engelhard Corporation Catalyzed diesel exhaust particulate filter
JPH0817939B2 (ja) * 1986-11-19 1996-02-28 三菱化学株式会社 排煙脱硝触媒
US4912776A (en) * 1987-03-23 1990-03-27 W. R. Grace & Co.-Conn. Process for removal of NOx from fluid streams
US4902487A (en) * 1988-05-13 1990-02-20 Johnson Matthey, Inc. Treatment of diesel exhaust gases
US6051040A (en) * 1988-12-28 2000-04-18 Clean Diesel Technologies, Inc. Method for reducing emissions of NOx and particulates from a diesel engine
US5024981A (en) * 1989-04-20 1991-06-18 Engelhard Corporation Staged metal-promoted zeolite catalysts and method for catalytic reduction of nitrogen oxides using the same
US4961917A (en) * 1989-04-20 1990-10-09 Engelhard Corporation Method for reduction of nitrogen oxides with ammonia using promoted zeolite catalysts
US5201802A (en) 1991-02-04 1993-04-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for an internal combustion engine
US5804155A (en) * 1992-11-19 1998-09-08 Engelhard Corporation Basic zeolites as hydrocarbon traps for diesel oxidation catalysts
JP3899534B2 (ja) * 1995-08-14 2007-03-28 トヨタ自動車株式会社 ディーゼル機関の排気浄化方法
DE19618397A1 (de) 1996-05-08 1997-11-13 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zur Abgasreinigung bei Dieselmotoren
US5809774A (en) * 1996-11-19 1998-09-22 Clean Diesel Technologies, Inc. System for fueling and feeding chemicals to internal combustion engines for NOx reduction
JP3645704B2 (ja) * 1997-03-04 2005-05-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6199374B1 (en) * 1997-10-22 2001-03-13 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifying device for engine
GB9802504D0 (en) 1998-02-06 1998-04-01 Johnson Matthey Plc Improvements in emission control
JP3228232B2 (ja) * 1998-07-28 2001-11-12 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE69916312T2 (de) 1998-10-12 2005-03-17 Johnson Matthey Public Ltd., Co. Verfahren und vorrichtung zur behandlung von verbrennungsabgasen
EP1165946B1 (en) 1998-11-13 2005-10-12 Engelhard Corporation Catalyst and method for reducing exhaust gas emissions
US6293096B1 (en) * 1999-06-23 2001-09-25 Southwest Research Institute Multiple stage aftertreatment system
US6615580B1 (en) * 1999-06-23 2003-09-09 Southwest Research Institute Integrated system for controlling diesel engine emissions
US6253543B1 (en) * 1999-08-24 2001-07-03 Ford Global Technologies, Inc. Lean catalyst and particulate filter control
US6199375B1 (en) * 1999-08-24 2001-03-13 Ford Global Technologies, Inc. Lean catalyst and particulate filter control system and method
US6314722B1 (en) * 1999-10-06 2001-11-13 Matros Technologies, Inc. Method and apparatus for emission control
US6311484B1 (en) 2000-02-22 2001-11-06 Engelhard Corporation System for reducing NOx transient emission
US6826906B2 (en) * 2000-08-15 2004-12-07 Engelhard Corporation Exhaust system for enhanced reduction of nitrogen oxides and particulates from diesel engines
US6813882B2 (en) * 2001-12-18 2004-11-09 Ford Global Technologies, Llc System and method for removing NOx from an emission control device

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8402754B2 (en) 2008-03-31 2013-03-26 Hyundai Motor Company Apparatus for purifying exhaust gas
WO2009135062A2 (en) * 2008-04-30 2009-11-05 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for nox signal correction in feedback controls of an scr system
WO2009135062A3 (en) * 2008-04-30 2010-01-28 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for nox signal correction in feedback controls of an scr system
US8074445B2 (en) 2008-04-30 2011-12-13 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for reducing NOx emissions on an SCR catalyst
US8109079B2 (en) 2008-04-30 2012-02-07 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for controlling ammonia slip from an SCR catalyst
US8141340B2 (en) 2008-04-30 2012-03-27 Cummins Ip, Inc Apparatus, system, and method for determining the degradation of an SCR catalyst
US8201394B2 (en) 2008-04-30 2012-06-19 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for NOx signal correction in feedback controls of an SCR system
US8281572B2 (en) 2008-04-30 2012-10-09 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for reducing NOx emissions from an engine system
KR101011760B1 (ko) * 2008-08-05 2011-02-07 희성촉매 주식회사 ＮＯｘ 전환율이 개선된 ＳＣＲ 촉매조성물 및 이를 이용한 디젤엔진 배기가스 배출장치
US8225595B2 (en) 2008-12-05 2012-07-24 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for estimating an NOx conversion efficiency of a selective catalytic reduction catalyst
US9475006B2 (en) 2010-04-26 2016-10-25 Cummins Filtration Ip, Inc. SCR catalyst ammonia surface coverage estimation and control
US11867111B2 (en) 2019-05-09 2024-01-09 Cummins Emission Solutions Inc. Valve arrangement for split-flow close-coupled catalyst

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