KR20060008940A - 입자 분석 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

가스 샘플을 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료(52)와 접촉시키는 단계, 입구 가스를 입자에 대해 분석하는 단계, 및 염기성 재료를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계를 포함하는, 고형 입자, 탄화수소 및 산성 종들을 포함하는 가스를 분석하는 방법.
Figure 112005061860741-PCT00001
내연엔진, 배기가스, 염기성 재료, 입상물질, 입자, 탄화수소, 분석

Description

입자 분석 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYSING PARTICULATES}
본 발명은 입자 분석 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 내연엔진의 배기가스와 같은, 탄화수소들 및 산성 종들(예를 들어, 황산 또는 질산)을 또한 포함하는 가스 중의 입자를 분석하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
주변의 입상물질(PM)은 대부분의 저자들에 의하면 하기의 카테고리로 구분되는데, 이것은 그들의 공기역학적 직경에 기초한 것이다(공기역학적 직경은 측정된 입자에 따라 공기 중에서 동일한 침강 속도를 갖는 1g/cm3 밀도 구체의 직경으로 정의된다).
(i) PM-10 - 10㎛ 미만의 공기역학적 직경을 갖는 입자;
(ii) 2.5㎛ 이하의 직경을 갖는 미립자 (PM-2.5);
(iii) 0.1㎛ 또는 100nm 이하의 직경을 갖는 초미립자; 및
(iv) 50nm 미만의 직경을 특징으로 하는 나노입자.
1990년대 중반 이래로, 미립자 및 초미립자의 건강에 대한 악영향의 가능성으로 인해 내연엔진으로부터 배출된 입자의 입경 분포가 점점 주목받고 있다. 미국에서 주변 공기 중의 PM-10 입자의 농도는 법률에 의해 규제된다. 사람의 사망 률과 2.5㎛ 이하의 미립자 농도 사이에 강한 상관성이 있음을 나타낸 건강 연구의 결과로 인해, PM-2.5에 대해서 새로운 추가적 주변 공기 질에 대한 기준이 1997년에 미국에 도입되었다.
이제 관심은 디젤 및 가솔린으로부터의 나노입자를 향해 이동되고 있는데, 이 연구 결과들로부터 2.5-10.0㎛ 범위의 입자로 외삽하여 추정하면, 이들은 더 큰 크기의 입자들보다 사람의 폐에 더욱 깊숙이 침투한다고 이해되고, 결과적으로 더 큰 입자보다 더 해로울 것이라고 여겨지기 때문이다.
디젤 입자의 크기 분포는 입자 핵화 및 응집 메카니즘에 해당하는 잘 확립된 두 가지 시스템적 특징을 가지며, 해당하는 입자 종류는 각각 핵 형태 및 축적 형태라고 한다(도 1 참조). 도 1에서 볼 수 있는 대로, 핵 형태에서, 디젤 PM은 아주 적은 질량을 보유한 수많은 작은 입자들로 이루어진다. 거의 모든 디젤 입자는 1㎛보다 상당히 더 적은 크기를 가지는데, 즉 이들은 1997년 미국 법률하에 분류된, 미립자, 초미립자 및 나노입자의 혼합물을 포함한다.
핵 형태 입자는 휘발성 응축물(탄화수소, 황산, 질산 등)로 대부분 이루어지고, 재 및 탄소와 같은 고형 물질은 거의 함유하지 않는 것으로 여겨진다. 축적 형태 입자는 응축물 및 흡착물(중탄화수소, 황 종들, 산화질소 유도체 등)과 혼합된 고형분(탄소, 금속성 재 등)을 포함하는 것으로 이해된다. 거친 형태 입자는 디젤 연소 과정에서는 발생되지 않는다고 여겨지며, 이들은 엔진 실린더, 배기 시스템, 또는 입자 샘플링 시스템의 벽으로부터의 입자 물질의 침전 후 재-비산과 같은 메카니즘을 통해 형성될 수 있다. 이들 형태들의 관계를 도 1에 나타낸다.
핵화한 입자의 조성은 엔진 작동 조건, 환경 조건(특히 온도 및 습도), 희석 및 샘플링 시스템 조건에 따라 변할 수 있다. 실험실의 연구 및 이론은 핵 형태의 형성 및 성장의 대부분이 낮은 희석비 범위에서 일어났음을 나타냈다. 이 범위에서, 중탄화수소 및 황산과 같은 휘발성 입자 전구체의 가스에서 입자로의 전환은 핵화 및 핵 형태의 성장과 축적 형태로 이미 존재하고 있는 입자 위에의 흡착을 동시에 가져온다. 실험실 시험(예를 들어, SAE 980525 및 2001-01-0201 참조)은 공기 희석 온도를 감소시킴에 따라 핵 형태 형성이 강하게 증가하는 것을 나타냈지만, 이것은 습도가 어떤 영향을 가지는가에 대한 증거와 상충한다.
일반적으로, 저온, 저희석비, 고습도 및 긴 체류시간은 나노입자 형성 및 성장에 유리하다. 연구들은 나노입자가 중탄화수소 및 황산과 같은 휘발성 물질로 주로 구성된다는 것을 나타냈으며, 매우 높은 로드에서만 고형분 부분에 대한 증거가 있었다.
현재의 PM 샘플링 기술로 인해, 디젤 PM은 원소 탄소 및 재와 같은 고형분과 응축 탄화수소, 물 및 질소 산화물이나 황 산화물과 같은 다른 배기가스 성분들로부터 유래된 산성 종들, 예를 들어 질산(질산염)이나 황산과 같은 액체를 모두 포함할 수 있다. 그러나, 사람의 건강에 대해 탄화수소 및 산성 종들과 같은 응축물이 얼마나 위험한지 나타낼 수 있는 이용할 만한 의학적 연구는 없다. 이 문제를 조사하기 위해서는 고형 나노입자와 응축물 나노입자를 구별하는 것이 바람직하다.
배기가스 중의 고형 및 응축물 나노입자를 구별하는데 사용된 선행기술의 한 방법은 "열 디누더"라고 하는 장치에 샘플을 통과시키는 것을 포함한다. 그러한 열 디누더의 전형적인 구조가 도 2에 예시되는데, 이것은 가스 중의 휘발성 부분을 연소시키기 위한 가열 부분과 비-연소 휘발분 및 황산 방울과 같은 다른 응축물들을 포함하는 증발된 물질을 흡수(분자 확산에 의해)하기 위한 챠콜 부분의 두 부분으로 구성된다. 열 디누더의 상류에서 검출된 입자의 총량에서 이 장치의 하류에서 검출된 고형 입자의 양을 뺌으로써 샘플 중의 응축물 입자의 수를 측정하는 것이 가능하다.
열 디누더의 문제는 모든 응축물을 제거할 수 없다는 것이다. 따라서, 샘플이 미지량의 응축물을 포함하기 때문에 하류에서의 고형 입자의 분석은 다양한 결과를 야기할 수 있다. 이것에 대한 이유는 많은데, (i) 비효과적인 흡수, (ii) 챠콜 부분이 탄화수소 응축물로 포화되기 때문에 이것이 비교적 자주 재생되거나 교환되어야 할 필요성이 있다는 것, (iii) 챠콜의 유효 수명이 초과되었을 때를 결정하는 것이 어렵다는 것, 그리고 (iv) 흡수된 응축물이 탈착되어 하류로 지나간다는 것 등이 있다.
열 디누더의 대안은 SAE 982599(이 논문에서는 "촉매 스트리퍼 시스템" 또는 "CSS"라고 한다)에 설명된 가열된 촉매 전환장치를 사용하여, "휘발분 제거된" 스트림과 미처리된 희석 배기가스 스트림에서 검출된 입자의 양을 비교하는 것이다. 그러나, 촉매 전환장치에 대한 세부사항은 제공되지 않으며, 우리는 이 촉매 전환장치가 휘발성 탄화수소 부분의 일부 또는 전부를 제거할 수는 있지만, 이것은, 예를 들어 SO2를 SO3로 산화시킬 수 있고 SO3는 가스 중의 수증기와 조합되어 황산 방 울을 형성하기 때문에, 이 촉매 전환장치가 검출된 산성 입자의 양에 실제로 기여할 수 있다고 생각한다.
현재 우리는 이와 관련된 문제를 피하거나 감소시키는 선행기술 방법에 대한 대안을 개발했다.
제 1 양태에 따라서, 본 발명은 고형 입자, 탄화수소 및 산성 종들을 포함하는 가스를 분석하는 방법을 제공하며, 이 방법은 가스 샘플을 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료와 접촉시키는 단계, 입구 가스를 입자에 대해 분석하는 단계 및 염기성 재료를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계를 포함한다.
The Chambers Dictionary of Science and Technology(W & R Chambers Ltd 1971)는 "흡수"를 어떤 물질의 다른 물체로의 침투로서, 그리고 "흡착"을 한 물질이 다른 물질의 표면에 잡혀있는 것으로서 정의한다. 의심을 피하기 위해서, 우리는 본원에서 흡착과 흡수를 교환하여 사용하며, 흡수하다, 흡착하다 등도 이에 따라 해석되어야 한다.
본 발명은 선행기술을 능가하는 많은 매우 유용한 이점을 제공한다. 본 발명을 사용하면 분석을 위해서 가스의 산성 종들 성분을 신뢰할 만하게 제거하는 것이 가능하다. 이것은 산성 종들이 염기성 재료와의 화학적 반응에 의해 제거되기 때문이며, 그래서 유의한 증기압이 없게 된다. 이것은 상기 논의된 열 디누더, 및, 예를 들어 SO2를 가스 중의 물과 조합되어 황산 방울로서 검출되는 SO3로 산화시킴으로써 입자를 제거하기보다는 오히려 가스 중의 입자 수에 실제로 기여하는 촉매 스트리퍼 시스템과 대비되는 점이다.
다른 이점은 염기성 재료의 용량이 그것의 유효 수명 동안 고갈되지 않는다는 것이다(필요할 경우 공지된 기술, 예를 들어 고온 환원 분위기 기술에 의해 재생될 수도 있지만).
특정한 구체예에서, 본 발명에 따른 방법은 하기 단계들로부터 선택된 적어도 하나의 추가 단계를 포함한다.
i) 가스 샘플을 탄화수소를 산화시키는 촉매와 접촉시키고, 산화 촉매를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계;
ii) 가스 샘플을 팔라듐, 로듐, 금, 및 이들 중 어떤 2가지 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는, SO2를 SO3로 산화시키는 것에 비례하여 탄화수소를 선택적으로 산화시키는 촉매와 접촉시키고, 선택적 산화 촉매를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계;
iii) 가스 샘플을 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매 및 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료와 접촉시키고, 출구 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계; 및
iv) 가스 샘플을 고형 입자를 제거하는 입자 필터와 접촉시키고, 필터를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계.
미처리 가스가 각 구성요소 위를 통과함에 따라 얻어진 결과들을 비교하면, 연구자들이 PM-10, PM-2.5, 초미립자 및 나노입자 중의 어떤 부분이 조합된 상태의 산성 종들, 탄화수소 및 고형 입자(어떤 추가 단계가 사용되는지에 따라)인지를 측정하는 것이 가능하다.
다른 구체예에서, 단계 i)은 입구 가스를 입자에 대해 분석하는 단계와 가스 샘플을 염기성 재료와 접촉시키는 단계 사이에 삽입된다. 즉, 가스 샘플은 산화 촉매의 상류와 하류 모두에서 분석되고, 산화 촉매를 이탈한 가스 샘플은 염기성 재료 위를 통과한 후에 다시 분석된다.
본원에서 정의된 "산성 종들"은 이산화황, 삼산화황, 일산화질소, 이산화질소, 질산 및 황산을 포함하는 산화질소- 및 산화황-유래 입자 또는 입자 전구체를 포함한다.
한 구체예에서, 단계 iii)의 염기성 재료는 산화 촉매와 함께 존재한다. 그러나, 특정한 구체예에서, 산화 촉매의 적어도 일부는 염기성 재료의 상류에 배치된다. 이것은 산화 촉매가 배기가스 중의 이산화황(SO2)을 삼산화황(SO3)으로 산화시킬 수 있기 때문이다. SO3는 가스 중의 H2O와 조합되어 입자로서 검출될 수 있는 황산(H2SO4) 방울을 생성할 수 있다. 따라서, 산성 황산염 흡수재를 산화 촉매의 하류에 위치시켜 산화 촉매 위에서 발생된 어떤 H2SO4를 흡수하는 것이 바람직하며, 이렇게 함으로써, 이 구체예에 따르면, H2SO4는 가스 중에 있는 고형 입자만에 대한 어떤 의도된 검출을 방해하지 않게 된다.
입자 필터는 선택된 등급의 순도에 도달할 때까지 PM을 제거할 수 있는 어떤 필터일 수 있으며, 이에 따라 공극 크기가 선택될 수 있다. 가스 샘플로부터 고형 입자를 선택적으로 제거하고, 하류 분석으로 특정한 등급의 순도(필터의 공극도에 의해 선택된)를 갖는 비-고형 입자 또는 비-고형 입자와 고형 입자를 검출할 수 있도록 하기 위해서, 증기압에서도 중탄화수소가 그대로 있을 만큼 충분히 높은 온도에서, 예를 들어 >300℃에서 필터가 유지되어야 한다는 것이 이해될 것이다. 이것은 필터의 상류에 전열 요소를 제공함으로써, 또는 필터 재료 자체에 이 요소를 통합시킴으로써 달성될 수 있다. 전형적으로, 필터는 세라믹 벽-유동 필터이지만, 금속 필터도 사용될 수 있으며, 물론 금속 필터가 더 쉽게 가열된다.
다양한 방법을 사용하여 각 분석으로부터 얻어진 데이타를 조작할 수 있다. 예를 들어, 한 구체예에서, 미처리 가스 분석으로부터의 입자 분석값이 하류 분석 또는 각 하류 분석으로부터의 상응하는 값과 비교된다(분석된 "값"은 가스 중의 입자 질량, 가스 중의 입자 수 및/또는 가스 중의 입자 표면적과 같은 어떤 원하는 검출가능한 파라미터일 수 있다). 이들 값 중 어느 것이 적합한 기기를 사용하여 입경의 함수(도 1 참조)로서 측정될 수 있다.
다른 구체예에서, 미처리 가스로부터 제거된 성분에 해당하는 분석값에 대한 알짜값이 하류 분석 또는 각 하류 분석으로부터 얻어진 값을 미처리 가스 분석으로부터의 상응하는 값에서 뺌으로써 얻어진다. 예를 들어, 이 방법은 미처리 가스 중에 있는 총 입자를 분석하고, 산성 종 흡수제와 산화 촉매의 조합을 이탈한 가스 중에서 검출된 입자값에 대한 분석값을 빼는 것에 의해서, 산성 종들 및 탄화수소 입자에 대한 값을 제공할 수 있다.
가스 중의 입자를 분석하는 방법은, 예를 들어 대기에 의한 희석을 흉내내기 위해서 가스를 희석하는 단계를 포함할 수 있으며, 이것은 1회 이상의 일련의 희석으로 행해질 수 있다. 본 발명의 방법에서 희석 단계가 이용되는 경우, 한 구체예에서 그것은 염기성 재료와 접촉시키기 전에 희석된다.
한 구체예에서, 가스는 가솔린 또는 디젤 엔진과 같은 내연엔진의 배기가스이다.
특정한 구체예에서, 본 발명에 따른 방법의 분석 단계는 가스 중의 고형 입자, 예를 들어 고형 나노입자를 측정하는 것을 포함한다.
분석수단은 미분형 이동도 분석기(differential mobility analyser), 주사형 이동도 입경 분석장치(scanning mobility particle sizer) 또는 응축 입자 계수기(condensation particle counter)와 같은 어떤 적합한 분석기계, 또는 다른 적합한 기술을 포함할 수 있다.
다른 양태에 따라서, 본 발명은 고형 입자, 탄화수소 및 산성 종들을 포함하는 가스를 분석하는 장치를 제공하며, 이 장치는 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료를 포함하는 제 1 구성요소, 입구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단 및 제 1 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함한다.
전형적으로, 본 발명에서 사용되는 염기성 재료는 질소 산화물 및 황 산화물 및 이들의 유도체와 같은 산성 종들을 흡수한다고 알려진 원소의 화합물이다. 이들은 칼륨 및 세슘과 같은 알칼리 금속 화합물, 바륨, 스트론튬, 칼슘 또는 마그네슘과 같은 알칼리 토금속 화합물, 또는 란타늄 또는 이트륨과 같은 희토류 금속 화합물을 포함한다. 또는 달리, 바륨과 세슘 혼합물 같이, 이들 화합물 중 어떤 2가지 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 일반적으로, 이 화합물들(산성 황- 및 질소-함유 성분의 흡수 전)은 설명된 원소들의 1가지 이상의 산화물이지만, 이들은 또한 수산화물이나 탄산염으로 존재할 수도 있다.
한 구체예에서, 본 발명에서 사용되는 장치는 입구 가스를 분석하는 수단의 하류에 배치된 제 2 구성요소 및 제 2 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 이 제 2 구성요소는 산성 종들(상기 설명된)을 흡수하는 염기성 재료 및 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매를 포함한다.
다른 구체예에서, 본 장치는 입구 가스를 분석하는 수단의 하류에 배치된 제 3 구성요소 및 제 3 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 이 제 3 구성요소는 고형 입자를 제거하는 입자 필터를 포함한다.
추가의 구체예에 따라, 본 장치는 입구 가스를 분석하는 수단의 하류에 배치된 제 4 구성요소 및 제 4 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 이 제 4 구성요소는 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매를 포함한다.
제 2 및 제 4 구성요소와 함께 사용되는 산화 촉매는 전형적으로 백금, 또는 적어도 하나의 전이금속, 예를 들어 망간, 니켈, 철 또는 코발트를 포함한다. 또는, 백금과 망간 혼합물, 철과 코발트 혼합물 또는 백금과 팔라듐 혼합물과 같이, 어떤 2개 이상의 PGM 및/또는 전이금속의 혼합물이 사용될 수 있다. 그러한 산화 촉매는 일반적으로 탄화수소의 이산화탄소 및 물로의 산화를 촉진하지만, 일산화질소(NO)의 이산화질소(NO2)로의 산화 및 이산화황(SO2)의 삼산화황(SO3)로의 산화와 같이 산성 종들의 산화를 촉진할 수도 있다. 그 이유는, 제 2 구성요소의 특별한 구조로 인해서 산화 촉매의 적어도 일부가 염기성 재료의 상류에 배치되고, 이로써 NO2 및 SO3와 같은 산성 종들이 그 위에 흡수될 수 있기 때문이다. 다른 구조에서는 산화 촉매와 염기성 재료가 함께 존재한다.
한 바람직한 구체예에서, 산화 촉매는 알루미나 상에 지지된 백금을 포함한다.
다른 구체예에서, 본 장치는 입구 가스를 분석하는 수단의 하류에 배치된 제 5 구성요소 및 제 5 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 이 제 5 구성요소는 팔라듐, 로듐, 금, 및 이들 중 어떤 2가지 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는, SO2를 SO3로 산화시키는 것에 비례하여 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매를 포함한다. 이 구체예는 숙련된 기술자가 출구 가스 중에서 분석될 입자를 선택할 수 있도록 하는 추가의 도구를 제공한다.
통상적으로, 산화 촉매 및 염기성 재료는 알루미나, 티타니아, 실리카, 지르코니아, 비정질 실리카-알루미나, 및 제올라이트, 그리고 이들 중 어떤 2가지 이상의 혼합물, 혼합 산화물 및 복합 산화물로부터 선택된 적어도 하나의 지지체를 포함한다. 본원에서 "복합 산화물"은 적어도 2가지 원소의 산화물을 포함하는 커다란 비정질 산화물 재료를 의미하며, 이것은 적어도 2가지 원소로 구성된 진짜 혼합 산화물은 아니다.
본 장치의 각 구성요소의 활성을 최적화하기 위해서, 촉매/흡수재 구획의 길이, 채널 치수, 및 특성들(예를 들어, 표면적)을 포함하는 변수들이 조절될 수 있다.
지지체 재료는 촉매나 염기성 재료 각각에 의해 산화하거나, 또는 촉매나 염기성 재료 각각 위에 흡수되도록 의도되지 않은 종들의 흡착을 최소화하도록 선택될 수 있으며, 이로써 하류에서의 분석 정확성이 개선된다. 그러한 선택은, 예를 들어 탄화수소가 염기성 재료에 흡착하는 것을 방지하도록 할 수 있는 저공극도 지지체일 수 있다. 그러한 지지체는 알루미나의 저 표면적 상, 예를 들어 감마 알루미나 대신에 알파, 세타 도는 델타 알루미나를 포함할 수 있다.
일반적으로, 산화 촉매 및/또는 염기성 재료는 금속이나 세라믹 재료와 같은 모노리스 기판 상에 지지된다. 한 구체예에서, 제 2 구성요소의 산화 촉매 및 염기성 재료는 분리된 구역에서 각각 단일 모노리스 기판 상에 지지된다. 또는, 산화 촉매 및 염기성 재료가 함께 존재하는 경우, 이들은 모노리스 기판 위의 상이한 층이나 동일한 지지체 재료 상에 지지될 수 있다.
염기성 재료 및/또는 산화 촉매는 최적 활성을 위해 바람직한 온도로 염기성 재료 및/또는 산화 촉매를 가열하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 적합한 가열 수단은 배터리나 주 변환기를 포함하는 외부 전원을 포함할 수 있거나, 또는 들어오는 가스의 온도가 바람직한 온도로 이 구성요소를 가열하는데 충분할 수 있다. 전기적 가열이 사용되는 경우, 특정한 구체예에서, 모노리스 기판은 적합한 요소 및 접속단자를 포함한다. 추가의 구체예에서, 본 발명의 장치는 지지된 재료의 온도를 검지하여 최적 장치 온도를 확보하기 위해 열전쌍과 같은 수단을 포함한다.
알루미나 상에 지지된 BaO와 같은, 전형적인 산성 종 흡수재에 적합한 작동 온도는 350-500℃, 예를 들어 400-450℃이다. 예를 들어, 75g/ft3 로딩에서 알루미늄 상의 백금 산화 촉매는 약 300℃ 이상에서, 예를 들어 500℃ 이하, 예를 들어 350-450℃에서 휘발성 탄화수소를 산화하는데 있어 활성일 수 있다.
전형적으로, 모노리스 기판 또는 각 모노리스 기판은 적합한 분석 수단에 의해 검출하기 위한 유동 가스 샘플을 수용하는 라인에 있는 삽입용 반응장치 통 또는 하우징에 배치될 것이다.
본 발명을 더 충분히 이해할 수 있도록 이제 첨부된 도면을 참조하여 구체예가 설명될 것이다.
도 1은 입자 직경의 함수로서 나타낸 디젤 배기가스 샘플 중의 정규화된 입자 농도의 플롯이다.
도 2는 선행기술의 열 디누더 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분석 장치의 개략도이다.
도 4는 350ppm 황을 함유하는 연료를 사용하여 120km/h에서, 촉매된 그을음 필터가 장착된 2.5리터 디젤차량에 대한 입자 수 및 크기 에미션에 대한 장치 구성요소들의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4에 나타낸 결과를 수 수집 효능(%) 대 입경으로 나타낸 그래프이 다.
도 6은 350ppm 황을 함유하는 연료를 사용하여 120km/h에서, 도 4의 2.5리터 TDi 디젤차량으로부터의 입자 수 및 크기 에미션에 대한 장치 구성요소들의 효과를 나타낸 그래프이며, 여기서는 CSF가 배기 시스템 내에서 베어 필터 기판으로 교환된다.
도 7은 도 6에 나타낸 결과를 수 수집 효능(%) 대 입경으로 나타낸 그래프이다.
도 8은 촉매된 그을음 필터가 장착된 4ppm 황 연료로 운행되는 1.9리터 TDi 디젤차량에 대한 120km/h에서의 전형적인 입경 분포 및 수 농도 측정치를 나타낸 그래프이다(로그 스케일).
도 9는 도 8에 나타낸 결과를 다르게 나타낸 것이며, 본 발명의 장치를 사용한 결과를 선형 스케일로 도시한 것이다.
도 2에 나타낸 개략도를 보면, 선행기술의 열 디누더(10)는 일렬로 배열된 2개의 반응장치 통(12,14) 내에 배치된 20mm 직경의 스테인레스 스틸 도관(11)을 포함한다. 반응장치 통(12)은 고운모래(18)와 절연재(20)로 둘러싸인 전열 코일(16)을 포함하는 가열구역을 포함한다. 반응장치 통(14)은 스테인레스 스틸 쇠그물을 포함하는 냉각구역을 포함한다. 통(14)의 쇠그물과 내면에 의해 한정된 공간은 활성 챠콜(24)로 채워진다. 각 통(12,14)은 대략 500mm 길이이다.
열 디누더(10)는 입구(26) 및 출구(28)를 통해 가열구역에서 냉각구역의 방 향으로 가스가 흐르도록 배열된다. 가스는 열 디누더(10)의 상류 및 하류에서 적합한 분석기계(나타내지 않음)를 사용하여 샘플링될 수 있거나, 출구(28)의 하류에 하나의 가스 샘플링 포트가 위치되고, 처리된 가스 샘플과 처리되지 않은 가스 샘플을 비교하기 위한 열 디누더 우회로가 설치될 수 있다.
도 3을 보면, 본 발명에 따른 장치(50)의 구체예의 개략도가 나타나 있는데, 여기서 부재번호 52는 가스 중의 산성 종들을 흡수하는 입자 알루미나 상에 지지된 산화바륨(500g/ft3)의 워시코트로 코팅된, 평방인치(cpsi) 당 400셀(62셀/cm2)의 유통식 세라믹 모노리스 기판을 포함하는 반응장치 통이고; 부재번호 54는 입자 알루미나 상의 백금(75g/ft3)을 포함하는 산화 촉매 조성물로 코팅된, 400cpsi(62셀/cm2) 유통식 세라믹 모노리스 기판을 포함하는 반응장치 통이고; 부재번호 56은 산화바륨과 백금을 지지하고 있는 입자 알루미나를 포함하는 워시코트로 코팅된, 즉 조합된 산화 촉매와 산성 종 흡수재로 코팅된, 400cpsi(62셀/cm2) 유통식 세라믹 모노리스 기판을 포함하는 반응장치 통이고; 부재번호 58은 배기가스로부터 직경 >2.5㎛의 입자를 포획하기 위한 400cpsi(62셀/cm2) 세라믹 벽-유동 필터를 포함하는 반응장치 통이다.
각 구성요소(52,54,56,58)는 스테인레스 스틸 배관을 사용하여 가스 공급 입구(60) 및 출구(62)와 연결된다. 가스 공급 입구(60)는 가스 공급, 예를 들어 적합한 가스 취급 수단(나타내지 않음)으로부터 샘플링용 희석 가스를 받아들인다.
각 구성요소(52,54,56,58)를 연결하는 스테인레스 스틸 배관은 가스 기밀 밸브를 포함하며, 이로써 각 구성요소(52,54,56,58)는 가스 공급으로부터 분리될 수 있다.
분석장치(64), 예를 들어 미분형 이동도 분석기 또는 주사형 이동도 입경 분석장치는 샘플 포트(66)를 통해 구성요소(52,54,56,58)의 상류로부터 미처리 가스 샘플을 받아들인다.
장치(50)에서 밸브 구조는 개폐될 수 있으며, 이로써 가스는 원하는 바에 따라 구성요소(52,54,56, 또는 58)을 통해 입구(60)에서 출구(62)로 흐르게 되며, 분석장치(64)로의 수송을 위해 샘플링 포트(68)의 하류에서 가스 샘플이 추출된다. 따라서, 미처리 가스와 구성요소(53,54,56, 또는 58)로 처리된 가스에서 검출된 입자들을 비교할 수 있다.
다른 구조는 하나의 가스 샘플링 포트(68) 및 미처리 가스의 분석을 위해 가스 샘플을 갖는 구성요소(52,54,56,58)를 전부 우회시키는 우회 루프를 사용하며, 이 후 구성요소(52,54,56,58)는 원하는 바에 따라 개폐되어 분석된 우회 샘플과의 비교를 제공할 수 있다.
제 1 내지 제 5 구성요소를 사용하는 본 발명에 따른 장치에서 가능한 것의 예시가 표 1에 제공된다. 각 구성요소의 입구에서 희석된 디젤 배기가스의 샘플은 고형 입자(PM), 탄화수소의 가용성 유기 부분(SOF) 및 이산화황(SO2)을 함유한다.
구성요소 예시된 조성물 출구 가스 중의 예상된 입자 성분
PM SOF SO3
제 1 구성요소 BaO/Al2O3 있음 있음 없음
제 2 구성요소 Pt/BaO/Al2O3 있음 없음 없음
제 3 구성요소 코디에라이트 입자 필터 없음1 있음 있음
제 4 구성요소 Pt/Al2O3 있음 없음 있음
제 5 구성요소 Pd/Al2O3 있음 없음2 없음3
1. 필터의 공극도에 따른다. 2. Pd는 SOF의 산화에 대해 Pt 만큼 활성이 아니며, 그래서 일부 HC 종들은 촉매를 빠져나갈 수 있다. 3. Pd는 약 250℃ 이하의 온도에서 SO2 산화에 비례하여 SOF 산화에 대해 선택적이다. (WO 99/36162 참조)
예를 들어, 제 1, 제 3 및 제 4 구성요소를 포함하는 장치는 가스 샘플 중에 있는 다음의 입자 함량에 대한 세부사항을 얻을 수 있다: 고형 입자(입구 가스 분석과 제 3 구성요소로부터의 출구 가스 샘플 분석의 비교에 의해), SOF(입구 가스를 분석하고 그것을 제 4 성분의 출구 가스 분석과 비교함에 의해) 및 SO2(제 1 구성요소의 출구 가스 샘플의 분석과 조합된 제 3 및 제 4 구성요소로부터의 출구 가스 샘플의 분석의 차이에 의해).
다음의 실시예들은 단지 예시의 방식으로만 제공된다.
소형 디젤차량 스트림 중의 핵 형태 입자의 성질에 대한 연구를 도 3에 예시된 장치를 사용하여 수행했다. 입상물질 분리 시스템(PMSS)라고 하는 이 시스템은 다음의 상업적으로 입수가능한 요소들을 분리된 구성요소로서 포함한다: 디젤 산화 촉매((DOC) 알루미나 상의 Pt)와 황 트랩의 조합; DOC(2가지 다른 제제를 시험했다: 입상 알루미나 상에 지지된 백금 촉매; 및 입상 티타니아 상에 지지된 백금 촉 매); 황 트랩 자체; 및 상업적으로 입수가능한 디젤 입자 필터. 각 촉매 또는 트랩 제제는 개별 유통식 모노리스(34mm OD x 110mm 길이) 상에 코팅되었고, 4개 구성요소는 전부 전열 요소를 구비한 가열 테이프와 함께 금속 통에 삽입되었다. DOC와 황 트랩의 조합의 경우, 이 두 구성요소는 황 트랩 상류에 DOC 구획과 함께 배치되었다. 각 통을 원하는 온도까지 가열하여 휘발성 화합물을 증발시켰다(T > 300℃).
배기가스 샘플을 표준 일정부피 샘플링(CVS) 희석 시스템을 사용하여 먼저 희석한 다음, 샘플을 필요한 온도까지 가열하고, 휘발성 물질을 효과적으로 증발시키고, 촉매 전환을 촉진할 만큼 충분한 체류시간을 허용하는 유속으로 각 PMSS 구성요소를 통해 통과시켰다. 출구 가스 샘플을 구리코일에서 냉각시킨 다음 입자 측정 기계로 통과시켰다. 주사형 이동도 입경 분석장치(SMPS)를 사용하여 입경과 입자 수를 측정했다.
동일한 상업적으로 입수가능한 촉매된 그을음 필터가 장착된 TDi 2.5리터 디젤차량 및 TDi 1.9리터 디젤차량에 대해 차량 시험을 행했다. 높은 황 수준은 핵화에 유리할 수 있기 때문에, 시험은 저황(<4ppm)과 고황(350ppm) 연료를 모두 사용하여 행했다. 두 차량은 모두 황-함유 윤활유를 사용했는데, 이 또한 핵화에 기여할 수 있다. 유로 III 드라이브 사이클(공전, 30, 50, 70, 120km/h)의 대표적인 속도에서의 정류상태 엔진 조건이 선택되었으며, 입자 핵화에 유리하다고 보고되었기 때문에 고속 조건에 대해서는 특별한 주의를 기울였다.
120km/h에서 수행된 시험으로부터 얻어진 결과를 도 4에서 9에 나타내며, 여 기는 SMPS 측정치가 2.5리터 차량(도 4 및 5)과 1.9리터 TDi 차량(도 8 및 9)에 대해 120km/h의 차량 속도에서의 수 입자 농도 대 입경(전기적 이동도 직경)의 항목으로 기록된다. PMSS에서의 분리를 비교하기 위한 추가 시험을 도 6 및 7에 나타내며, 여기서는 2.5리터 차량의 CSF를 베어 필터 기판으로 교환했다. 크기 분포 및 갯수 방출 농도에서 더 많은 흥미로운 차이를 나타내는 도 8을 제외하고, 전부 120km/h 기준으로서 나타낸 미처리 배기가스(PMSS 아님)의 측정치는 로그-스케일로 좌측 축 상에 나타내고, 각 PMSS 구성요소를 사용한 측정치는 선형 스케일로 우측 축 상에 나타낸다. 각 시험 전의 CVS 백그라운드의 측정이 또 기록된다.
PMSS가 10-20nm 크기의 입자에 대해 약 3차수 크기까지, 그리고 30nm 입자에 대해 2차수 크기까지 핵 형태 피크를 감소시키고, 분포도는 더 큰 입자 크기를 향해 이동하며, 약 60nm에서 최고치임을 도 4로부터 볼 수 있다. 특히, 알루미나-기제 DOC가 티타니아-기제 DOC 및 나머지 PMSS 구성요소보다 검출된 입자들을 더 많이 감소시킨 것을 볼 수 있는데, 우리는 이것이 알루미나-기제 DOC가 휘발성 탄화수소에 대한 우수한 산화 촉매이기 때문이라고 생각한다. 알루미나-기제 DOC와 황 트랩의 조합을 사용했을 때는 왜 유사한 감소가 나타나지 않았는지에 관해서 추가의 연구를 행했으며, DOC와 황 트랩의 조합 및 황 트랩 자체는 서로 유사하게 작동하는 것을 볼 수 있었다. 수 수집 효능은 측정된 모든 입경에 대해 98% 이상이며, 10-20nm에 대해서는 거의 100%이다(도 5).
도 6에 나타낸 비교 시험 결과와 관련하여, 미처리 배기가스 입경 분포는 약 80-100nm에서 약 107#/cm3의 최고값을 나타내는 응집 형태를 특징으로 한다. PMSS에 대해서, 입자 수 에미션은 DOC(알루미나 상의 Pt) 및 필터를 사용했을 때 축적 형태에서 2차수 크기까지 감소되며, DOC와 황 트랩 조합 및 황 트랩 자체를 사용했을 때는 심지어 더 많은 감소가 관찰된다. 게다가, PMSS 구성요소를 사용했을 때 나노입자(10-30nm)는 1차수 크기 이상까지 감소된다. 수 수집 효능 대 입경을 도 7에 나타내며, 그 값들은 PMSS의 전 구성요소에 대해 10-15nm에서 약 95%, DOC와 황 트랩의 조합 및 황 트랩 자체를 사용했을 때 50-60nm에서 약 80%, 그리고 DOC 및 필터에 대해 50-60nm에서 70%이다.
도 8 및 9에 나타낸 결과는 PMSS 시스템을 사용했을 때 핵 형태에서도 실질적인 감소가 관찰된 것을 나타내는데, 10nm에서의 수 에미션은 DOC(알루미나 상의 Pt)를 사용했을 때 2차수 크기 이상까지 감소되고, DOC와 황 트랩의 조합을 사용했을 때는 그 이상까지 감소된다. 유의하게도, 감소는 PMSS 구성요소를 사용했을 때 축적 형태(1차수 크기)에서도 보여졌다. 연료의 황 함량의 차이 때문에 두 차량에서 미처리 배기가스에서 관찰된 입경 분포 사이에 어떤 차이가 나타날 것이라고 예상했었지만, 이것은 윤활유의 황이 이 결과들에 기여할 수 있음을 시사한다.
나타낸 결과들은 본 발명에 따른 PMSS 장치가 디젤엔진의 배기가스에서 발견된 배기가스 입자들을 분리할 수 있음을 나타낸다. 특히, 미처리 배기 스트림의 입경 분포에서의 핵화 형태는 두 차량에 대한 모든 시험에서 120km/h에서 일관되게 관찰되었다. 107(#/cm3) 정도의 많은 수의 나노입자가 SMPS를 사용하여 관찰되었 고, 도 4 및 8에 나타낸 대로 입경 분포는 약 10-20nm에서 최고였다. CSF를 베어 기판으로 교환한 시험은 이 범위(80-100nm) 내에서 더 큰 입경을 향한 입경 분포의 이동을 나타냈다(도 6 참조).
PMSS는 각 구성요소를 통해 희석된 배기가스를 통과시켰을 때 나노입자 방출을 감소시키는데 특히 효과적이었다. 특히, 동시에 PMSS의 한 구성요소를 사용했을 때 크기 분포의 모양 및 갯수 농도에 있어서 차이를 관찰하는 것이 가능했다.

Claims (41)

  1. 가스 샘플을 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료와 접촉시키는 단계, 입구 가스를 입자에 대해 분석하는 단계, 및 염기성 재료를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계를 포함하는, 고형 입자, 탄화수소 및 산성 종들을 포함하는 가스를 분석하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    i) 가스 샘플을 탄화수소를 산화시키는 촉매와 접촉시키고, 산화 촉매를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계;
    ii) 가스 샘플을 팔라듐, 로듐, 금, 및 이들 중 어떤 2가지 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는, SO2를 SO3로 산화시키는 것에 비례하여 탄화수소를 선택적으로 산화시키는 촉매와 접촉시키고, 선택적 산화 촉매를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계;
    iii) 가스 샘플을 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매 및 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료와 접촉시키고, 출구 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계; 및
    iv) 가스 샘플을 고형 입자를 제거하는 입자 필터와 접촉시키고, 필터를 이탈한 가스 샘플을 입자에 대해 분석하는 단계
    로부터 선택된 적어도 하나의 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방 법.
  3. 제 2 항에 있어서, 단계 i)은 입구 가스를 입자에 대해 분석하는 단계와 가스 샘플을 염기성 재료와 접촉시키는 단계 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 단계 iii)에서, 염기성 재료와 접촉시키기 전에 미처리 가스 샘플을 산화 촉매와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 단계 iii)에서, 가스 샘플을 산화 촉매 및 염기성 재료와 동시에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플 분석으로부터의 입자의 분석값을 하류 분석 또는 각 하류 분석으로부터의 상응하는 값과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 하류 분석 또는 각 하류 분석에서 얻어진 값을 샘플 분석으로부터의 상응하는 값에서 뺌으로써, 미처리 가스로부터 제거된 성분에 해당하는 분석값에 대한 알짜 값을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 분석 단계는 가스 중에 있는 입자의 질량 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 분석 단계는 가스 중에 있는 입자의 수 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 분석 단계는 가스 중에 있는 입자의 표면적 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항, 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 각 분석 단계는 그 값을 입경의 함수로서 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 분석 단계는 가스 중에 있는 나노입자의 측정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플은 분석될 가스의 희석물인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 가스는 내연엔진의 배기가스인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 배기가스는 디젤엔진인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 산성 종들은 이산화황, 삼산화황, 일산화질소, 이산화질소, 황산 및 질산 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료를 포함하는 제 1 구성요소, 입구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단, 및 제 1 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하는, 고형 입자, 탄화수소 및 산성 종들을 포함하는 가스를 분석하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 입구 가스 분석수단의 하류에 배치된 제 2 구성요소 및 제 2 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 제 2 구성요소는 산성 종들을 흡수하는 염기성 재료와 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 산화 촉매는 염기성 재료의 상류에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 염기성 재료와 산화 촉매가 함께 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 입구 가스 분석수단의 하류에 배치된 제 3 구성요소 및 제 3 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 제 3 구성요소는 고형 입자를 제거하는 입자 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 입구 가스 분석수단의 하류에 배치된 제 4 구성요소 및 제 4 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 제 4 구성요소는 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 제 4 구성요소 출구 가스가 입구 가스 분석수단의 하류에서 제 1 구성요소의 입구로 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 17 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 입구 가스 분석수단의 하류에 배치된 제 5 구성요소 및 제 5 구성요소 출구 가스를 입자에 대해 분석하는 수단을 포함하며, 제 5 구성요소는 팔라듐, 로듐, 금, 및 이들 중 어떤 2가지 이상 의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는, SO2를 SO3로 산화시키는 것에 비례하여 탄화수소를 산화시키는 산화 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 17 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 분석수단 또는 각 분석수단은 가스 중에 있는 입자의 질량 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 분석수단 또는 각 분석수단은 가스 중에 있는 입자의 수 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 17 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 분석수단 또는 각 분석수단은 가스 중에 있는 입자의 표면적 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 17 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 분석수단 또는 각 분석수단은 그 값을 입경의 함수로서 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제 17 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 분석수단 또는 각 분석수단은 가스 중에 있는 나노입자를 측정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 17 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 분석수단 또는 각 분석수 단은 미분형 이동도 분석기, 주사형 이동도 입경 분석장치, 및 응축 입자 계수기로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 17 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 염기성 재료는 알칼리 금속의 화합물, 알칼리 토금속의 화합물, 희토류 금속의 화합물 또는 이들 중 어떤 2가지 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 알칼리 금속은 칼륨 또는 세슘인 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 31 항에 있어서, 알칼리 토금속은 바륨, 스트론튬, 칼슘 또는 마그네슘인 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 31 항에 있어서, 희토류 금속은 란타늄 또는 이트륨인 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 22 항에 있어서, 산화 촉매는 백금 또는 망간, 니켈, 철, 코발트 및 이들 중 어떤 2가지 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제 17 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 염기성 재료와, 존재할 경우 산화 촉매는 알루미나, 티타니아, 실리카, 세리아, 지르코니아, 비정질 실리카-알루미나, 제올라이트, 및 이들 중 어떤 2가지 이상의 혼합물, 혼합 산화물 및 복합 산화물로 구성된 군으로부터 선택된 지지체 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제 17 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서, 염기성 재료 및/또는 산화 촉매는 모노리스 기판 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제 37 항에 있어서, 모노리스 기판은 세라믹 모노리스 기판인 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 모노리스 기판을 원하는 온도로 가열하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 37 항, 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서, 모노리스 기판의 온도를 검지하기 위한 열전쌍과 같은 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제 37 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서, 모노리스 기판 또는 각 모노리스 기판은 반응장치 통 또는 하우징에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
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