KR20070045080A - 신규 촉매 담지 구조체 및 그것을 이용한 디젤 미립자제거장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질소 산화물 (NOx)를 제거하면서 비교적 저온에서 미립자상 물질(PM)을 효과적으로 분해할 수 있는 단위 체적당 표면적이 큰 촉매 담지 구조체를 제공한다. 또한, 본 발명은 이 촉매 담지 구조체를 이용함으로써 미립자상 물질의 제거율이 높고, 필터의 망 눈 막힘 등에 의한 압력손실이 발생하지않는 디젤 미립자 제거 장치를 제공한다.
적어도 한 장의 금속망을 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체이고, 이 금속망에 디젤 배출 가스 중의 미립자를 제거하는 촉매가 담지되어 있는 촉매 담지 구조체, 이 촉매 담지 구조체를 구비한 디젤 미립자 제거 장치, 또는 이 디젤 미립자 제거 장치로 처리하는 것을 특징으로 하는 디젤 배출 가스의 처리방법에 관한 것이다.
배기가스, 입자상 물질, 디젤, 금속망, 담체, 촉매
Description
본 발명은 디젤 엔진 탑재 차의 배출 가스 정화장치에 관한 것이고, 특히 디젤 배출 가스 내의 입자상 물질의 제거효과가 우수한 배기 가스 정화장치에 관한 것이다.
종래, 자동차 배기가스의 규제에 대한 주목은 발암성 물질로 되는 이산화질소를 중심으로 하는 질소산화물(NOx) 등으로 향하고 있다. 그러나, 디젤 차의 배출 가스 내에는 다량의 탄소 미립자(말하자면, 흑연)가 존재하고, 이 탄소 미립자는 인간이 들이마심으로써 인체 내로 들어와, 암이나 호흡기계통의 질환을 일으키는 것이 최근 끊임없이 보고되고 있다. 따라서, 질소산화물(NOx)에 한정하지않고, 디젤 차에서의 입자상 물질(Particulate Matter:PM)의 배출규제가 중요한 문제가 되고 있다.
이 때문에, 현재까지 많은 종류의 디젤·파티큘레이트·필터(DPF) 장치가 개발 또는 보고되어 있으나, 이러한 장치는 고가이면서 대형인 것, 필터의 교환을 필요로 하는 것, 엔진의 제어를 포함하는 복잡한 시스템, 히터 등의 부가적인 장치를 포함하는 것 등, 현재 사용 과정에 있는 차에 장착하는 것은 비용면 등에서 곤란하다는 것 외에 필터 자체에 PM가 쌓여 정기적으로 이것을 연소시켜줄 것을 필요로 하는 시스템이 많고, 장치의 복잡성이 문제가 되고 있다.
그 중에서, 스테인레스 등으로 작성한 금속 필터와, 촉매를 병용한 DPF 장치에 대해서는, 히터 등의 부가장치나 이것에 사용하는 전원, 또는 엔진 등의 특별한 제어를 필요로 하지않는다는 것 외에, 촉매작용에 의해 DPF 장치 내부에서 연소한 뒤, 외부로 배출되기 위해 특별한 유지보수가 필요없고, 게다가 용이하게 사용과정 중인 차에 나중에 장착할 수 있기 때문에, 그 유용성이 주목되고 있다.
그러나, 이에 관련한 금속필터를 사용한 DPF장치는 구성이 간편한 반면, PM포집 및 제거 성능에 대해서는 다른 DPF 장치와 비교하여 충분하다고 할 수 없다.
최근, 촉매 담지체로서, 띠 형태 금속판(또는 금속 박(箔))을 파판(波板)상으로 가공하고, 이것을 감아 올려 구성되는 것이 보고되어 있다(예를 들면, 특허문헌1). 이에 따르면, 배기 가스는 그 감아 올리는 축 방향으로 흐르고, 촉매가 담지되어 있는 판 표면에 접촉해 분해된다. 그리고, 촉매와의 접촉 면적을 크게 하고 배기 저항을 작게 하기 위해서, 복수의 관통공이나 돌기를 규칙적으로 설치하는 수법이 채용되고 있다.
그렇지만, 이에 관련한 촉매 담지체라 하더라도, 충분한 단위 체적당 표면적이 충분히 확보되지않기 때문에 PM제거율이 낮고, 게다가 배기 저항이 크기때문에, 압력 손실이 큰 것도 문제로 되고 있다.
또한, 종래의 촉매 담지체는 미립자가 연소하는 작동 온도가 높기 때문에, 내열성이 높은 띠 형태의 금속판(또는 금속 박)을 채용하는 것이 주류로 되어 있기 때문에, 배기 가스와의 접촉 면적은 크나, 내열성이 염려되는 금속망 등의 재료를 채용할 수 없는 실상이다.
특허문헌 1 : 특개2003-232214호 공보
(발명이 해결하고자 하는 과제)
본 발명은 상기한 종래의 DPF장치의 문제점을 해결하고, 질소산화물(NOx)을 제거하면서 비교적 저온에서 미립자상 물질(PM)을 효과적으로 분해할 수 있는, 단위 면적당 표면적이 큰 촉매 담지 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 이 촉매 담지 구조체를 이용함으로써, 미립자상 물질의 제거율이 높고, 필터의 막힘 등으로 인한 압력 손실이 발생하지 않는 디젤 미립자 제거 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명자는 상기의 과제를 감안하여, 예의 연구를 한 결과, 적어도 1장의 디젤 배출 가스 중의 미립자를 제거하는 고활성의 촉매가 담지되어 있는 금속망을 이용하고, 이 금속을 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체가 단위 면적당 표면적이 크고, 비교적 저온에서 미립자상 물질을 분해할 수 있는 촉매 담지 구조체로서 유효하다는 것을 찾아내었다. 또한, 이 촉매 담지 구조체를 구비한 디젤 미립자 제거장치가, 종래보다도 미립자상 물질의 제거율이 높고, 필터의 망 눈 막힘에 의한 압력 손실이 발생하지 않는 것을 찾아내었다.
본 발명자는 상기의 지견을 기초로 계속해서 연구를 반복하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 다음의 촉매 담지 구조체, 디젤 미립자 제거장치 및 디젤 배출 가스의 처리방법을 제공한다.
항 1. 적어도 한 장의 금속망을 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체이고, 이 금속망에 디젤 배출 가스 중의 미립자를 제거하는 촉매가 담지되어 있는 촉매 담지 구조체.
항 2. 상기 금속망의 적어도 한 장이 엠보싱 가공되어 있는 금속망인 항 1에 기재된 촉매 담지 구조체.
항 3. 상기 금속망을 두 장 겹쳐서 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체이고, 이 금속망의 한쪽 또는 양쪽이 엠보싱 가공되어 있는 항 1 또는 2에 기재된 촉매 담지 구조체.
항 4. 상기 금속망과 다수의 미세공을 갖는 금속 박막을 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체이며, 이 금속망 및 이 금속 박막의 한쪽 또는 양쪽이 엠보싱 가공되어 있는 항 1 또는 2에 기재된 촉매 담지 구조체.
항 5. 상기 촉매가 귀금속 초미립자를 금속 산화물에 담지한 촉배인 항 1-4중 어느 한 항에 기재된 촉매 담지 구조체.
항 6. 상기 금속망이 평직 금속망, 능직 금속망, 평첩직 금속망, 능첩직 금속망, 크림프직 금속망, 락 크림프직 금속망, 플랫 금속망, 톤 캡 금속망, 타이로드직 금속망 및 능형 금속망으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종류인 항 1-5의 어느 한 항에 기재된 촉매 담지 구조체.
항 7. 디젤 배출 가스의 유입구와 유출구를 갖는 통 형태의 섀시내에 항 1-6의 어느 한 항에 기재된 디젤 미립자 제거 장치.
항 8. 항 1-6의 어느 한 항에 기재된 촉매 담지 구조체가 통형 섀시내에 2단 이상 겹쳐져 설치된 구조를 갖는 청구항 7에 기재된 디젤 미립자 제거 장치.
항 9. 디젤 배출 가스의 처리방법에 있어서, 이 디젤 배출 가스의 항 7 또는 8에 기재된 디젤 미립자 제거 장치를 처리하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
(발명의 효과)
본 발명의 촉매 담지 구조체는 디젤 배출 가스 중의 미립자를 제거하는 고활성인 촉매가 담지된 금속망으로 이루어지고, 적어도 한 장의 이 금속망을 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체이다. 이 촉매 담지 구조체는 금속망을 구성요소로 하기 때문에 단위 체적당 표면적이 크고, 게다가 고활성인 촉매를 담지하기 때문에 NOx를 적절하게 제거하면서 비교적 저온에서 미립자상 물질을 효율적으로 분해할 수 있다.
또한, 본 발명의 디젤 미립자 제거 장치는 이 촉매 담지 구조체를 이용하고 있기 때문에, 미립자상 물질의 제거율이 우수하고, 필터의 막힘 등에 의한 압력 손실이 발생하지 않는다. 게다가, 미립자상 물질의 분해제거 효율이 높기 때문에, 장치를 소형화할 수 있다는 메리트도 있다.
도 1은 평첩직 금속망을 나타내고, 6A는 평면도, 6B는 도 6A에 있어서의 A-A 선 단면도, 6C는 도 6A에 있어서의 B-B선 단면도이다.
도 2는 엠보싱 가공된 미세공을 갖는 금속 박판의 도면이다.
도 3은 다수의 돌기부를 갖는 파형태(波狀)의 금속 박판의 일례이다.
도 4는 다수의 절기편을 갖는 금속 박판의 일례이다.
도 5는 다수의 절기편을 갖는 금속 박판의 다른 예이다.
도 6은 다수의 절기편을 갖는 금속 박판의 다른 예이다.
도 7은 평첩직 금속망을 소결하여 이루어지는 금속망 적층체와 엠보싱 가공된 평첩직 금속망으로 이루어지는 적층체의 단면도이다.
도 8은 엠보싱 금속망과 절기편(切起片)(한쪽만)에 붙은 금속 박판과의 조합 단면도이다.
도 9는 엠보싱 금속망과 절기편(한쪽만)에 붙은 금속 박판을 조합한 롤 형태 단면도이다.
도 10은 엠보싱 금속망과 미세공을 갖는 금속망과의 조합 단면도이다.
도 11은 1 통형의 디젤 미립자 제거 장치의 개략 구성을 나타낸 모식 단면도이다.
도 12는 2 통형의 디젤 미립자 제거 장치의 개략 구성을 나타낸 모식 단면도이다.
(부호의 설명)
4 금속 박판
4a 미세공
4b 절기편
5 평직 금속망
6 엠보싱 가공한 평직 금속망
7 평첩직 금속망
8 금속망 적층체
9 금속망 박판
9a 미세공
이하, 발명에 대해 상세하게 설명한다.
I. 촉매 담지 구조체
금속망
본 발명의 촉매 담지 구조체에 이용되는 금속망의 소재는 내열성, 가공성, 경제성 등의 관점에서 스테인레스강선(예를 들면, SUS 310, SUS 316등) 등이 적당하고, 그 선의 직경은 0.01-1.5mm정도(보다 적당하게는, 0.1-0.5mm정도, 특히 0.18mm정도)가 적당하다. 또한, 그 금속망의 형상은 본 발명의 목적을 달성하여 얻는 것이면 특별한 한정 없이, 예를 들면, 평직 금속망, 능직 금속망, 평첩직 금속망, 능첩직 금속망, 크림프직 금속망, 락 크림프직 금속망, 플랫 톱 금속망, 톤 캡 직 금속망, 타이로드직 금속망, 능형 금속망 등이 이용된다. 특히, 평직 금속망, 평첩직 금속망 등이 적합하다. 이 금속망은 엠보싱 가공을 실시한 것이 바람직 하고, 이에 따라 금속망을 롤 형태로 감은 경우에 금속간격이 너무 조밀하게 되지 않게 배기 가스의 유로가 확보되어 망 눈의 막힘이 억제됨과 동시에 금속망에 담지된 촉매와의 접촉 면적이 크게 된다.
여기에서 말하는 엠보싱 가공이란, 단순히 같은 프레스 가공된 단면 형상의 (이차원의) 근선(筋線)이 일정 피치로 나열된 파(波) 형상은 아니고, 삼차원으로 규칙성을 갖고 퍼지는 돌기이며, 또한 두 장 이상의 금속망을 겹쳐서 롤 형태로 감은 경우에, 금속망끼리 겹쳐져 사이 틈이 좁아지지 않도록 근상(筋狀)의 돌기를 각각 교차하는 방향으로 설치한 것이다.
예를 들면, 평직 금속망의 경우, 스테인레스 강선 등으로 이루어진 종선과 횡선이 일정한 간격을 유지하여 한 개씩 서로 교차시켜 이루어지고, 금속망의 선 직경이 0.1-0.3mm (특히 0.15-0.2mm)정도이고, 엠보싱(h)가 1-2mm (특히 1.2-1.7mm) 정도, x 피치가 1-10mm(특히, 3-7mm), y 피치가 1-15mm (특히, 5-10mm) 정도이다. 또는, 메쉬(25.4mm 평방에 포함되는 망의 눈 수; JISZ 8801)은 10-100 정도이다. 이에 관련된 금속망을 채용함으로써, 배출 가스와의 접촉면적을 증대시킬 수 있다. 구체적인 예로써 평첩직 금속망의 모식도를 도 1에 나타낸다.
금속
박판
본 발명의 촉매 담지 구조체에는 상기의 금속망에 더해 다수의 미세공을 갖는 금속박판을 금속망과 겹쳐서 롤 형태로 감아서 이루어지는 것도 포함된다. 이 금속 박판의 소재는 내열성, 가공성, 경제성 등의 관점에서 SUS, 특히 R-20-5USR, 고열 부재용 스테인레스 강 (가와사키 제철제) 등이 적합하다. 또한, 금속 박판의 판 두께는 10-500㎛정도, 미세공의 개공률은 30-80% 정도, 미세공 4a 의 공경은 20-100㎛정도이다. 또한, 금속 박판은 길이방향 파형(波形)의 형상을 갖추고 있어도 좋으며, 또 미세공으로는 돌기부, 절기편 등을 갖추어도 좋다.
구체적으로는 도 3에 나타낸 Wa, Wb 등의 돌기부를 갖는 파형의 금속 박판 17이나 도 7에 나타낸 Ca, ha 등의 다수의 절기편을 갖는 금속 박판, 도 5에 나타낸 Ya, hb등의 다수의 절기편을 갖는 금속 박판, 또는 도 6에 나타낸 Sa, hc 등의 다수 절기편을 갖는 금속 박판 등이 예시된다. 또는 도 3-도 6의 금속 박판에 있어서, 돌기부나 절기편을 갖지않는 미세공만을 갖는 것이어도 무방하다. 다수의 미세공을 갖는 금속 박막을 엠보싱 가공한 것을 도 2에 나타낸다.
촉매
본 발명의 촉매 담지 구조체에 담지된 촉매로서는 금속 산화물 담체에 귀금속 등을 담지한 것을 들 수 있다. 특히, 이 귀금속은 촉매활성의 점에서 평균 입경은 1-5nm정도, 특히 2-3nm 정도의 귀금속 초미립자로 하는 것이 적합하다. 그 입도 분포도 평균입경에 대한 표준 편차가 30%이내, 특히 10% 이내가 되도록 갖추어져 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 귀금속 초미립자는 귀금속 염, 수용성 고분자 및 계면 활성제를 포함하는 알코올 수용액을 상압 하에서 가열 교반 또는 초음파 조사함으로써 제조할 수 있다.
상기 귀금속 염으로는 Ru, Pt, Rh, Pd, Au, Cu, Ag 등의 무기염 또는 착염 등을 들 수 있고, 계면 활성제의 공존하에서 수용성인 것을 들 수 있다. 구체적으로는 H2RuCl6, H2PtCl6, NaAuCl4, PdCl2, AgNO3 등이 예시된다. 이들로부터 선택된 1 종 또는 2종 이상의 혼합물을 이용할 수도 있다. 2종 이상의 혼합물을 이용한 경우는 귀금속 합금의 초미립자 제조도 가능하게 된다.
상기 수용성 고분자는 초미립자의 표면에 이 고분자 피막을 형성하고, 초미립자의 응집이나 불활성화를 억제하는 안정화제로서의 역할을 하고 있다. 수용성 고분자로서는 금속과 상호작용하는 치환기를 갖는 부위, 예를 들면 카르보닐기, 카르복실기, 수산기, 암모늄기, 아미노기, 술포닐기, 티올기 및 설파이드기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 치환기를 포함하고, 폴리머 골격을 형성하는 탄소 사슬 부위로 이루어진 폴리머이다.
이 폴리머는 비닐기를 갖는 모노머의 중합체인 것이 바람직하고, 게다가 이 모노머가 상기 치환기를 적어도 하나 갖는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 폴리머의 분자량은 10000-500000 정도, 특히 10000-100000이 바람직하다. 이와 같은 유기 폴리머로서, 폴리비닐에테르, 폴리아크릴레이트, 폴리(멜캅토메틸렌스릴렌-N-비닐-2-피로리돈), 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있지만, 폴리비닐알코올이나 폴리(N-비닐-2-피로리돈)(PVP)가 바람직하게 이용되고 있다.
상기 계면 활성제는 알코올 용액 중의 초미립자 분산 안정성에 기여하는 것이다. 계면 활성제로서는 도데실황산나트륨(SDS) 등의 음이온계 계면활성제를 들 수 있다. 특히, SDS를 이용하는 것이 바람직하고, 특히 초음파법으로 구형의 초미립자를 얻어지게 되므로 적합하다.
상기 알코올 수용액은 알코올을 함유하는 수용액이고, 용매로서 또한 귀금속 이온을 금속으로 환원하는 환원제로서 작용한다. 물은 초순수(超純水)를 사용하는 것이 바람직하다. 알코올은 반응온도를 고려하면, 탄소수 2이상의 알코올이 바람직하다. 예를 들면, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, tert-부탄올, n-팬탄올 등의 탄소수 2-6의 1가 알코올, 에틸렌글리콜, 1,3-프로판올, 글리세롤, 헥실렌글리콜 등의 탄소수 2-6의 다가(多價) 알코올 등이 예시된다.
귀금속 초미립자는 귀금속 염, 수용성 고분자 및 계면 활성제를 포함하는 알코올 수용액을, 상압 하에서 가열 교반 또는 초음파 조사함으로써 제조된다.
알코올 수용액의 알코올은 상기의 것이 이용되고, 알코올과 물의 체적비는 1/9-9/1, 바람직하게는 1/3-3/1이다. 알코올로서는 에틸렌글리콜이 바람직하다. 에틸렌클리콜을 이용함으로써 환류할 것 없이 가열만으로 원하는 귀금속 초미립자를 연속제조할 수 있기 때문에 상당히 효율적이다.
귀금속 염은 알코올 용액 중, 0.1-10mM정도, 바람직하게는 0.5-4mM정도가 되도록 조정된다. 이 범위라면 원하는 미립자분포를 갖춘 나노오더의 미립자를 얻을 수 있기 때문이다. 귀금속 염은 H2PtCl6, Na2PtCl6가 바람직하게 채용된다.
수용성 고분자는 알코올 용액 중, 1-30mM정도, 바람직하게는 3-24mM정도가 되도록 조제된다. 이 범위라면 단결정의 초미립자로 되기 때문에 바람직하다. 수용 성 고분자 중 특히, PVP가 적합하다.
또한, 계면 활성제는 알코올 용액 중, 5-10mM, 바람직하게는 7-9mM정도로 되도록 조제된다. 특히, SDS가 바람직하다.
가열 교반법에 의하면, 상기 알코올 수용액은, 상압하 10.08-0.12MPa 정도, 80-120℃ 정도(바람직하게는 95-100℃ 정도)로 가열처리 함으로써, 귀금속 초미립자가 제조된다. 가열처리에서는 적절히 교반하는 것이 바람직하다.
초음파법에 의하면 상기 알코올 수용액을 상압하 (0.08-0.12MPa정도), 상온하(10-30℃정도)로 초음파 처리(100-200kHz정도)함으로써, 귀금속 초미립자가 제조된다.
또한, 상기의 알코올 수용액에 귀금속 초미립자의 담체로 될 수 있는 활성탄, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아 등을 첨가해 두면, 그 표면에 귀금속 미립자를 담지시킬 수도 있다. 예를 들면, 상기의 알코올 수용액 1L에 대해, 담체 1-100g 정도를 첨가함으로써 담체에 담지된 귀금속 초미립자를 제조할 수 있다.
상기 제조 방법에 의하면, 입경이 갖춰진 고활성인 귀금속 초미립자를 제조할 수 있다. 얻어진 귀금속 초미립자 또는 담체에 담지된 미립자는 높은 촉매활성을 가지며, 본 발명의 촉매 담지 구조체로 채용함으로써 디젤 배출 가스 중의 입자상 물질을 효율적으로 제거할 수 있게 된다.
촉매 담지 구조체
본 발명의 촉매 담지 구조체는 적어도 한 장의 금속망을 롤 형태로 말아서 이루어지고, 그 금속망에 디젤 배출 가스 중의 미립자를 제거하는 촉매가 담지되어 있다. 상기 금속망의 적어도 한 장이 엠보싱 가공되어 있는 금속망이다. 또한, 본 발명의 촉매 담지 구조체는 복수의 금속망을 겹쳐서 또는 금속망과 미세공을 갖는 금속 박판을 겹쳐서 중심부까지 롤 형태로 감아 만들어 형성된 것이다.
구체적으로는, 상기 금속망을 2장 이상(특히, 2장) 겹쳐서 롤 형태로 감아서 이루어지고, 이 금속망의 한쪽 또는 양쪽이 엠보싱 가공되어 있는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 평첩직 금속망을 소결하여 이루어지는 금속망 적층제 8 (평첩직 금속망 7 과 평첩직 금속망 7) 로 엠보싱 가공된 평첩직 금속망 6을 겹친 단면도를 도 7에 나타낸다.
또는, 상기 금속망과 다수의 미세공을 갖는 금속 박막을 롤 형태로 감아서 이루어지고, 그 금속망 및 그 금속 박판의 한쪽 또는 양쪽이 엠보싱 가공되어 있는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 엠보싱 금속망과 절기편(切起片)(한쪽만)에 붙은 금속 박판과의 조합으로서 도 8 및 도 9로 나타낸 형태를 들 수 있다. 또한, 예를 들면 엠보싱 금속망과 미세공을 갖는 금속망과의 조합으로서 도 10에 나타낸 형태를 들 수 있다.
본 발명의 촉매 담지 구조체는 차에 탑재된 디젤 미립자 제거장치에 장착되기 때문에, 롤 형태의 축 방향 길이가 30-150mm정도, 롤 직경이 150-500mm정도이면 무방하다.
본 발명의 촉매 담지 구조체는 상기의 금속망 및 필요에 따라서 금속 박판을 겹쳐서 롤 형태로 감아 올린 구조체에 상기 촉매를 담지하고 있다. 담지된 촉매는 상기한 금속 산화물 담체에 귀금속 등을 담지한 촉매를 적합하게 이용할 수 있다.
촉매 담지 방법은 예를 들면, 그 구조체를 금속 산화물(예를 들면, 티타니아, 알루미나, 지르코니아)로 피복하고 소성(400-1000℃정도)하여 표면 처리한 후, 귀금속 초미립자를 함유하는 액체(예를 들면, 물, 알코올)로 침적하여 해당 구조체 상에 귀금속 초미립자를 담지시킬 수 있다. 또한, 얻어진 촉매 담지 구조체는 100-200℃정도로 가열처리하여도 좋다. 구조체 상에 담지된 촉매의 함유량은, 촉매 담지 구조체 중 2-10중량% 정도이면 좋다. 또한, 담지된 촉매 중의 금속 산화물과 귀금속 미립자의 중량비는 예를 들면, 99:1-90:10 정도이면 무방하다.
상기 촉매를 구조체에 약 10-100㎛ 두께가 되도록, 분무, 워시 코트, 전착(電着), 침적 등으로 코팅해도 좋다.
PM분해제거법의 촉매 활성의 점에서 알루미나, 실리카, 티타니아(산화 티탄), α-알루미나 등의 담체에 니켈, 백금 등의 귀금속 초미립자를 담지한 촉매가 적합하다. 특히, α-알루미나 담체에 백금을 담지한 촉매가 바람직하다.
또한, 본 발명의 촉매 담지 구조체는 상기와 같이 미처리의 롤 형태로 감아 올린 구조체에 촉매를 담지시키는 예를 나타내었으나, 롤 형태로 감아 올리기 전의 금속망이나 금속 박막에 촉매를 담지시킨 후, 그것을 롤 형태로 감아 올려 형성할 수 있다.
이렇게 하여, 금속망의 망 눈, 금속망 사이의 틈, 금속망과 금속 박판 사이의 틈, 또는 금속 박판의 미세공에 의해 수 ㎛ - 수백 ㎛ 지름, 바람직하게는 500㎛ 이하, 보다 바람직하게는 100-300㎛ 정도의 미세유로가 형성된다. 이에 따라, 단위 체적당 표면적이 증대하고, 배기 가스와 구조체 표면에 담지된 촉매와의 접촉 효율이 각별히 향상한다. 이로 인해, 종래에 없는 높은 촉매 활성을 발휘할 수 있게 되고, 망 눈 막힘이 없이 압력손실 문제도 해소된다.
Ⅱ. 디젤 미립자 제거 장치
본 발명의 디젤 미립자 제거 장치는 기본적으로는 디젤 배출 가스의 유입구와 유출구를 갖는 통 형태의 섀시 내에, 본 발명의 촉매 담지 구조체를 갖춘 구조를 갖고 있다. 구체적인 예를 도 11 및 12에 나타낸다.
도 11은 1 통형의 디젤 미립자 제거 장치(이하, 1 통형 장치라고도 한다) 개략 구성을 나타내는 모식 단면도이다. 이 예의 1 통형 장치는 디젤 차에 탑재되어 사용되는 것으로, 도 11에 나타낸 것과 같이, 디젤 배출 가스의 하나의 유입구 a1과 하나의 유출구 a2를 갖는 중공 분기부 A와, 디젤 배출 가스의 한 개의 유입구 c1과 하나의 유출구 c2를 갖는 중공 합류부 C와, 중공 분기부 A의 유출구 a2와 중공 합류부 C의 유입구 c1에 연통상태로 협지(挾持)된 장치 본체부(이하, 단순히 통이라고도 한다) B로 개략 구성되어 있다.
또한, 중공 분기부 A의 내부에는 유입구 a1에서 고속으로 도입된 디젤 배출 가스를 감속시키면서, 유출구 a2에 균등하게 분산시키기 위해서, 충돌판 SI가 설치되어 있다.
중공 합류부 C의 내부에는 유입구 c1에서 고속으로 도입되는 디젤 배출 가스를 감속시키면서 유출구 c2로 균등하게 분산시키기 위해서 충돌판 S2가 설치되어 있다.
각 장치 본체부 B는 디젤 배출 가스의 도입측에서 4개의 감아 올린 형태의 촉매 담지 구조체 T1, 스페이서 SP 및 4개의 감아 올린 형태의 촉매 담지 구조체 T2의 순으로 배설된 구조로 이루어지고, 이것은 통 형태 CA내에 수납되어 있다. 또한, 촉매 담지 구조체의 수는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적어도 2단 이상 적층하는 것이 바람직하다.
도 12는 2통형의 디젤 미립자 제거 장치(이하, 2통형 장치라고도 한다)의 개략 구성을 나타낸 모식 단면도이다. 이 예의 2통형 장치는 디젤 차에 탑재되어 사용되는 것으로, 도 12에 도시한 것과 같이, 디젤 배출 가스의 하나의 유입구 a1, 두 개의 유출구 a2, a2'를 갖는 중공 합류부 A와, 디젤 배출 가스의 2개의 유입구 c1, c1'과 하나의 유출구 c2를 갖는 중공 합류부 C에 연통상태로 협지(挾持)된 서로 동일 구성의 2개의 장치 본체부(이하, 단순히 통이라고도 한다) B, B'로 개략 구성되어 있다.
또한, 중공 분기부 A의 내부에는 유입구 a1에서 고속으로 도입되는 디젤 배출 가스를 저감시키면서 유출구 a2, a2'로 균등하게 분산시키기 위해서 충돌판 S1이 설치되어 있다. 중공 합류부 C의 내부로는 유입구 c1, c1'에서 고속으로 도입된 디젤 배출 가스를 감속시키면서 유출구 c2로 균등하게 분산시키기 위해 충돌판 S2가 설치되어 있다.
각 장치 본체부 B, B'는 공통으로 디젤 배출 가스의 도입 측으로부터 4개의 감아 올린 형태의 촉매 담지 구조체 T1, T1', 스페이서 SP 및 4개의 감아 올린 형태의 촉매 담지 구조체 T2, T2'의 순서로 배치된 구조로 이루어지고, 이들은 통 형태 용기 B, B'내에 수납되어 있다. 또한, 촉매 담지 구조체의 수는 특별히 한정되 지 않지만, 적어도 2단 이상 적층하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 1통형 장치 및 2통형 장치에서 이용되는 촉매 담지 구조체의 수는, 물론 상기한 것에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서 적절히 그 수를 선택할 수 있다. 또한, 1 또는 2 통형 장치만이 아니라, 3 통형 이상의 장치도 가능하다.
촉매 담지 구조체의 촉매로서는 상술한 것을 들 수 있지만, 그 중 알루미나에 백금 미립자를 담지한 것, 티타니아에 백금 미립자를 담지한 것이 적합하다.
상기의 1 통형 장치 및 2 통형 장치에서 사용되는 스페이서는 전단 촉매 담지 구조체를 층류 상태로 통과한 디젤 배출 가스가 다시 합류, 확산하고, 디젤 배가스 중의 미반응 성분 농도가 균일한 상태에서 후단 촉매 담지 구조체로 흐르도록 하기 위해 사용되지만, 임의적인 것이다. 이 스페이서는 예를 들어, 상술한 촉매가 담지되어 있지 않은 롤 형태의 구조체가 이용된다.
본 발명의 디젤 미립자 제거 장치로는 디젤 배출 가스 온도 (예를 들면, 180-500℃에서 적합하게 작동할 수 있다. 이로 인해, 이 장치내에 촉매를 활성화시키는 히터 등의 부가 장치를 필요로 하지 않고, 제조 코스트나 러닝 코스트가 저감된다.
예를 들면, 전기 도 12의 2 통형 장치에 있어서, 배가스 유입구 측의 4단으로서 알루미나에 백금미립자를 담지한 구조체 T1 및 T1' 를 이용하고, 배가스 유출구 측의 4단으로서 티타니아에 백금 미립자를 담지한 구조체 T2 및 T2'를 이용하고, 디젤 미립자 제거 장치를 구성하고, 이것을 4t트럭의 배기 계통에 설치한 경 우, 디젤 배출 가스의 NOx의 제거율은 30-70%정도, 스모크 제거율은 60-90% 정도, PM제거율은 50-80% 정도로 어느 쪽도 높은 제거율을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 디젤 미립자 제거 장치는 NOx는 물론, 우수한 PM제거능력을 갖고 있다. 게다가, 장시간 작동한 경우라도 망 눈의 막힘은 발생하지 않아, 압력 손실이 발생하지 않는다는 특징도 갖고 있다.
Claims (9)
- 적어도 한 장의 금속망을 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체이며, 이 금속망에 디젤 배출가스 중의 미립자를 제거하는 촉매가 담지되어 있는 촉매 담지 구조체.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속망 중 적어도 한 장이 엠보싱 가공되어 있는 금속망인 것을 특징으로 하는 촉매 담지 구조체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속망을 두 장 겹쳐서 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조이며, 이 금속망의 한쪽 또는 양쪽이 엠보싱 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매 담지 구조체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속망과 다수의 미세공을 갖는 금속 박판(薄板)을 롤 형태로 감아서 이루어지는 촉매 담지 구조체이며, 이 금속망 및 이 금속 박판의 한쪽 또는 양쪽이 엠보싱 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 촉매 담지 구조체.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매가 귀금속 초미립자를 금속 산화물에 담지한 촉매인 것을 특징으로 하는 촉매 담지 구조체.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속망이 평직(平織) 금속망, 능직(綾織) 금속망, 평첩직(平疊織) 금속망, 능첩직(綾疊織) 금속망, 크림프직 금속망, 락 크림프직 금속망, 플랫 톱 금속망, 톤 캡직 금속망, 타이로드직 금속망 및 능형(菱形) 금속망으로 이루어진 군(群)으로부터 선택되는 적어도 한 종인 것을 특징으로 하는 촉매 담지 구조체.
- 디젤 배출 가스의 유입구와 유출구를 갖는 통 형태의 섀시 내에, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 촉매 담지 구조체를 갖춘 디젤 미립자 제거장치.
- 제 7 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 촉매 담지 구조체가 통형 섀시 내에 2단 이상 겹쳐져 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 디젤 미립자 제거장치.
- 디젤 배출 가스의 처리방법에 있어서, 이 디젤 배출 가스를 제 7 항 또는 제 8 항에 기재된 디젤 미립자 제거장치로 처리하는 것을 특징으로 하는 처리방법.
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