KR20070100365A - 다성분 금속성 연소 촉매 및 저농도로 촉매화된 디젤 산화촉매를 이용한 감소된 배출 연소 - Google Patents

다성분 금속성 연소 촉매 및 저농도로 촉매화된 디젤 산화촉매를 이용한 감소된 배출 연소 Download PDF

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Abstract

개선된 디젤 작동 시스템은 바람직하게는 연료 중에 백금 함유 연료 내장형 촉매(FBC)를 지닌 저농도 디젤 산화 촉매(DOC)를 사용한다. DOC는 배기가스에서 NO2의 형성을 최소화하기 위해, 입방 피트 당 약 3 내지 15 그램의 금속 적재량을 갖는, 귀금속 촉매, 예를 들어 백금족 금속으로 적어도 부분적으로 저농도로 촉매화된다. 바람직한 연료 내장형 촉매 수준은 예를 들어, 백금에 대해 0.05 내지 0.5 ppm, 및 세륨 및/또는 철에 대해 3 내지 8 ppm으로 낮을 것이며, 이에 따라 과량의 금속 촉매 또는 NO2를 대기에 배출하지 않고 효과적인 엔진 배출물 감소를 제공한다.

Description

다성분 금속성 연소 촉매 및 저농도로 촉매화된 디젤 산화 촉매를 이용한 감소된 배출 연소 {REDUCED-EMISSIONS COMBUSTION UTILIZING MULTIPLE-COMPONENT METALLIC COMBUSTION CATALYST AND LIGHTLY CATALYZED DIESEL OXIDATION CATALYST}
본 발명은 NO2의 생산 증가를 방지하면서, 불완전 연소에 의해 발생된 타입의 오염 물질, 예를 들어 미립자, 불연소된 탄화수소 및 일산화탄소의 배출을 감소시키기 위한 신규한 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진은 오토(Otto) 타입의 엔진에 비해 여러 중요한 장점을 갖는다. 이러한 잇점 중에는 연료 경제성, 용이한 수리 및 긴 수명이 있다. 그러나, 배출의 관점으로부터, 이것들은 이의 스파크-점화 대응물에 비해 더욱 엄격한 문제를 나타낸다. 배출 문제는 미립자 물질(PM), 질소 산화물(NOx), 불연소된 탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO)와 관련이 있다. NOx는 그 중에서도 특히 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는 다양한 화학종의 질소 산화물을 기술하는데 사용되는 용어이다. NO는 일광 및 탄화수소의 존재하에서 일련의 반응을 통해 광-화학적 스모그 형성으로서 공지된 공정을 수행하는 것으로 여겨지고 산성 비에 대한 현저한 기여체로 여겨지기 때문에 중요하다. 다른 한편으로, NO2는 산화제로서 높은 잠 재능력을 지니며, 강한 폐 자극제이다. 미립자(PM)는 또한 호흡기 문제와 연결된다. 엔진 작동 개조가 디젤 엔진 상에서 미립자 및 불연소된 탄화수소를 감소시키기 위해 이루어지기 때문에, NOx 배출은 증가하는 경향이 있다.
후처리장치, 예를 들어 디젤 미립자 필터(DPF) 및 디젤 산화 촉매(DOC)는 디젤 엔진으로부터 미립자 및 가스상 탄화수소 및 일산화탄소의 배출을 감소시키기 위해 제안되었다. 이들 장치는 보다 오래된 엔진에서 매우 큰 응력을 가하게 되고 보다 신규한 엔진에서 효율 개선의 필요시에 존재한다. 모든 경우에서, 이들은 대부분 효과적이도록 요구되는데 사용되는 귀금속의 비용으로 인해 값비싸다. DOC 장치의 비용을 감소시키고/시키거나 이들의 효율을 개선시키는 것이 요망될 것이다.
강산화제인 NO2는 당해 분야에서 디젤 미립자를 연소시키는데 유용한 역할을 하는 것으로 인식되고 있다. 쿠퍼 등(Cooper, et al.)의 미국특허번호 제4,902,487호에서는 비촉매화된 DPF의 업스트림에 고농도로 촉매화된 DOC의 사용을 통해 이러한 반응을 수행한다. 고농도로 촉매화된 DOC는 배기가스에 존재하는 NO를 NO2로 전환시키고, 이는 탄소 미립자를 산화시켜 필터를 재생시키는데 도움을 준다. 상기 특허의 실시예 2에서 제 1 성분으로서, 대략 80 gm/ft3 Pt를 함유하는 통상적인 세라믹 단일체 지지 촉매가 사용되었다. 백금의 통상적인 적재량은 보고에 따르면 30 내지 90 gm/ft3의 DOC 부피이다. 더욱 최근에 이러한 장치의 제작자는 고농도로 촉매화된 DPF를 사용하여 저온 재생에 도움을 주는 시스템을 소개하였다. 귀금속의 총적재량은 현재 보고에 따르면 90 내지 120 gm/ft3이다. 이러한 방법의 결과로 대량의 과량 NO2가 시스템을 빠져나간다. NO2는 강한 폐 자극제이며, 농도는 MSHA에 의해 배기가스 중에 제한되고, CARB에 의해 배기가스 질소 산화물의 20% 이하가 되도록 제안된다. 그러나, 이러한 타입의 시스템에서, 당해 분야에서는 고가의 백금 및 NO2 배출의 관련된 문제점에도 불구하고 만족스러운 재생을 달성하기 위해 높은 백금 적재량을 필수적으로 사용하여야 함을 발견하였다.
다른 통상적인 노력은 쿠퍼 타입의 매연 필터의 재생을 개선하고, 세륨 또는 철 연료 첨가제의 사용을 통해 높은 NO2 배출을 발생하고 DPF 재생을 돕기 위해 이루어졌다. 미국특허번호 제6,767,526호(Blanchard, et al.)에서는 NO를 NO2로 산화시키기에 충분한 불특정된 농도의 고정된 백금 적재량을 지닌 DPF 단독, 또는 DPF와 함께 DOC를 사용하였다. 쿠퍼 시스템과 관련된 고가의 백금 또는 NO2 배출의 역효과는 제시하고 있지 않다.
통상적으로 시험된 다른 시스템은 신규한 와이어 메쉬(wire mesh) 필터의 업스트림에 DOC를 사용하지만 비촉매화된 와이어 메쉬 필터를 재생시키기 위해 배기가스에서 많은 NO2를 형성시키는 고농도로 촉매화된 DOC를 필요로 한다(예를 들어, EP 1 350 933호).
미국특허번호 제6,023,928호에서, 피터-호블린(Peter-Hoblyn) 및 발렌 틴(Valentine)은 DOC 또는 DPF를 지닌 백금 FBC, 및/또는 촉매화되거나 비촉매화된 DPF를 지닌 Pt/Ce를 기술하고 있으나 백금 적재량의 최소화 또는 NO2의 감소는 기술하고 있지 않다. 높은 백금 적재량을 갖는 통상적인 DOC는 황을 술페이트 종으로 전환시킬 수 있으며, 이는 미립자를 증가시키고, 또한 NO2를 증가시킨다. 촉매화된 DOC는 단지 20 내지 25%의 PM 감소를 제공할 수 있을 뿐, 효과적인 것으로 고려되지 않는다.
NO2의 발생 및 누출을 최소화하면서 양호한 PM 감소를 제공하는 시스템이 필요하다.
발명의 간단한 설명
본 발명의 목적은 NO2의 누출을 최소화하면서 촉매적 배기가스 처리를 통해 양호한 PM 감소를 제공하는 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 DOC에서 매연 산화에 대한 보조제로서 NO2의 명확한 이익을 유지하면서 백금 촉매에 대한 요구를 저감시키므로써 시스템 비용을 감소시킬 수 있는 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적은 개선된 디젤 배기가스 처리 시스템을 제공하는 본 발명에 의해 달성된다. 중요한 양태에서, 본 발명은 연료 중 2 내지 15 ppm의 총 금속 농도로 백금 및 세륨 및/또는 철을 포함하는 연료 내장형 촉매(fuel borne catalyst)를 디젤 연료에 첨가하고; 연소에 의해 생산된 배기가스를 귀금속 촉매를 지닌 기판을 구비한 디젤 산화 촉매를 통해 통과시킴을 포함하며, 촉매가 기판 상에 기판 입방 피트 당 15 그램 미만의 양으로 존재하는, 디젤 엔진으로부터 미립자 배출을 감소시키면서 또한 배기가스 총 질소 산화물의 퍼센트로서 NO2의 배출을 제어하기 위한 방법을 제공한다.
발명의 상세한 설명
기술된 바와 같이, 본 발명은 디젤 작동을 위한 개선된 시스템을 제공하고, 바람직하게는 예를 들어, 통상적이거나 대안적인 구조의 저농도로 촉매화된 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함하는 배출 후처리 장치 및 FBC를 사용한다. 용어 FBC는 연료 내장형 촉매를 칭하는 것으로, 통상적으로 디젤 엔진에서 연료의 연소 동안 활성 형태로 연소 챔버로 방출되는 금속 성분을 갖는 연료 가융성 또는 현탁된 조성물이다. 용어 DOC 및 FBC는 모두 하기에서 더욱 상세하게 설명될 것이며, 또한 상기 인용문에 의해 증명된 바와 같이 당업계에 공지되어 있다.
본 발명은 DOC 단독 또는는 DPF와 함께 존재할 수 있는 촉매 기판을 포함하는 배출 후처리 장치 처리를 사용하며, 촉매 기판은 귀금속, 예를 들어 백금족 금속으로 저농도 촉매화된다. 촉매 적재량은 당업계에서 매연 산화제로서 사용하여 NO를 NO2로 전화하는데 필요로 한 것 미만일 것이며, 바람직하게는 15 gm/ft3 미만의 금속 적재량, 예를 들어 1 내지 15 gm/ft3의 백금족 금속 적재량, 요망되게는 10 gm/ft3 미만 및 가장 바람직하게는 3 내지 5 gm/ft3을 갖는다. 이들 낮은 촉매 적재량은 NO2의 과량 배출로 환경 문제를 일으키는 NO2를 너무 많은 발생시키지 않으면서 매연 연소시에 도움이 된다. 이 중 DOC를 촉매화하기 위한 적절한 귀금속은 상기 기술된 구퍼 등(Cooper et al.) 등의 특허에 기술된 것이며, 구체적으로 백금족 금속을 포함한다.
본 발명의 일 구체예에서, 저농도로 촉매화된 DOC는 입방 피트 당 15 그램(gm/ft3) 미만, 예를 들어 1 내지 15 gm/ft3의 백금족 금속 적재량, 요망되게는 10 gm/ft3 미만, 및 바람직하게는 3 내지 5 gm/ft3을 함유하며, 0.015 내지 0.5 ppm Pt 및 0.5 내지 8 ppm Ce 및/또는 철로 백금 및 세륨 FBC와 함께 사용된다. 보다 높고 보다 낮은 수준의 첨가제는 처리 또는 작동 사이클의 일부에 대해 사용될 수 있다. FBC 조성물의 추가 논의는 하기에 제공된다.
본 발명의 개선된 시스템은 예를 들어 초저유황 디젤연료와 함께 사용될 때 바람직한 구체예에서 30 내지 50%로 PM을 현저하게 감소시키고, 베이스라인 초과로 NO2를 증가시키지 않고, 백금족 금속의 사용을 최소화 하면서 전체 질소 산화물 종의 20% 미만으로 낮은 NO2 배출을 유지시킬 수 있는 능력을 나타낸다.
이 중 본 발명에서 사용하기에 적절한 디젤 연료는 통상적으로 화석 연료를 포함하는 것, 예를 들어 증류액 연료를 포함하는 임의의 통상적인 원유-유래 연료이다. 디젤 연료는 상기 종래 특허출원에 기술된 임의의 포뮬레이션일 수 있으며, 이는 전문이 본원에 참고문헌으로 통합된다. 연료는 디젤 연료, 예를 들어, No. 2 디젤 연료, No. 1 디젤 연료, 제트 연료, 예를 들어 Jet A, 또는 No.1 디젤 연료와 비등점 및 점도가 유사한 것, 초저유황 디젤연료(ULSD) 및 생물학적-유래 연료, 예를 들어 "모노-알킬 에스테르-계열 산소첨가된 연료", 예를 들어 지방산 에스테르, 바람직하게는 트리글리세라이드로부터 유래된 지방산의 메틸 에스테르, 예를 들어 대두유, 카놀라유 및/또는 우지를 포함하는 증류액 연료로 구성된 군으로부터 선택된 하나의 연료 또는 연료의 배합물일 수 있다.
Jet A 및 디젤 No. 1은 본 발명의 적용에 대해 균등물로 여겨지지만, 여러 미국재료시험협회(ASTM) 설명서에 의해 적용된다. 디젤 연료는 ASTM D 975, "디젤 연료 오일에 대한 표준 설명서"에 의해 적용된다. 제트 A는 ASTM D 1655, "항공기 터빈 연료에 대한 표준 설명서"의 명칭을 갖는다. 용어 초저유황 디젤연료(ULSD)는 0.0015 중량%(15 ppm) 이하의 황 수준을 갖는 No. 1 또는 No. 2 디젤 연료를 이미하며, 일부 지역은 예를 들어 10 부피% 미만의 낮은 방향족 탄화수소 함량을 요구한다.
본 발명의 방법은 연료-가융성, 다금속 촉매, 예를 들어 바람직하게는 연료-가융성 백금 및 세륨 또는 철 또는 셀륨과 철 모두를 포함하는 FBC를 사용한다. 세륨 및/또는 철은 통상적으로 0.5 내지 20 ppm의 농도로 사용되며, 백금은 0.0005 내지 2 ppm의 농도로 사용되며, 세륨 및/또는 철의 바람직한 수준은 5 내지 10 ppm, 예를 들어 7.5 ppm이며, 백금은 0.0005 내지 0.5 ppm, 예를 들어 0.15 ppm 미만의 수준으로 사용된다. 몇몇 구체예에서, 초기에, 또는 규정된 간격으로, 또는 필요시에 보다 높은 촉매 농도를 사용하는 처리 방법이 요구될 수 있지만, 지금까지 필요로 하였던 전체 처리를 요구하지 않는다. 세륨 및/또는 철은 통상적인 작동동안 2 내지 10 ppm, 예를 들어 3 내지 8 ppm의 세륨 및/또는 철의 수준이 바람직하며, 백금은 0.05 내지 0.5 ppm, 예를 들어 0.1 내지 0.5 ppm, 예를 들어 0.15 ppm의 수준으로 사용된다. 이러한 수준으로 수행된 하기 시험은 저농도로 촉매화된 DOC를 사용하여 배출 측면에서 놀라운 결과를 나타내었다.
세륨 및/또는 철 FBC는 연료 중 1 내지 15 ppm 세륨 및/또는 철 w/v, 예를 들어 4 내지 15 ppm의 농도인 것이 바람직하다. FBC에 대해 세륨 및/또는 철 대 백금의 바람직한 비율은 100:1 내지 3:1이며, 예를 들어 더욱 통상적으로는 75:1 내지 10:1일 것이다. 7.5 ppm 세륨 및/또는 철과 함께 0.15 ppm 백금을 사용하는 포뮬레이션이 대표적이다.
낮은 수준의 촉매(전체 약 3 내지 15 ppm), 바람직하게는 12 ppm 미만 및 더욱 바람직하게는 8 ppm 미만의 촉매의 잇점은 금속 산화물 배출로부터 초래하는 초미세 입자를 감소시킨다는 것이다. 유럽 VERT 프로그램에 공개된 데이타는 20 ppm, 또는 100 ppm 세륨의 높은 FBC 용량 등급(dose rate)에서 초미세 입자의 수가 극적으로 베이스라인 초과로 증가함을 나타낸다. 그러나, 0.5/7.5 또는 0.25/4 ppm으로 사용된 이금속에 대해, 초미세 입자의 수가 현저하게 증가하지 않았다. 낮은 수준의 FBC에서 별도의 초미세 산화물 입자 피크는 존재하지 않으며, 금속 산화물이 전체 입자 크기 분포에 걸쳐 매연에 함유됨을 발견하였다. 본 발명에 의해 규정된 낮은 용량 등급의 추가 잇점은 전체 엔진 배출에 대한 금속 재의 분포 감소이다. 1998 US 배출 표준을 충족하는 엔진에 대해, 미립자 배출은 100,000 ㎍/hp-hr(0.1 그램/hp-hr)로 제한된다. 연료 중 30 ppm으로 사용되는 세륨 FBC는 6000 ㎍/hp-hr 금속의 엔진에 대한 금속 촉매 투입 적재량 또는 대략 6%의 미처리된 엔진 배출물을 나타낸다. 그러므로, 이금속성 또는 삼금속성 FBC로서 8 ppm 미만 및 바람직하게는 4 ppm의 본 발명에서 사용되는 낮은 수준의 촉매는 예를 들어 엔진에 대해 단지 800 내지 1600 ㎍/hp-hr의 촉매 적재량 또는 0.8 내지 1.6%의 베이스라인 매연 배출물에 기여할 것이다. 이는 감소된 금속재 배출의 잇점을 가지며, 전체 미립자 질량 배출에 대해 FBC의 기여 또는 다운스트림 배출 제어 장치에 대한 금속재의 적재량을 감소시킨다.
연료는 세정제(예를 들어, 50 내지 300 ppm), 평활 첨가제(예를 들어, 25 내지 약 500 ppm), 기타 첨가제, 및 적절한 연료-가융성 촉매 금속 조성물, 예를 들어 0.1 내지 2 ppm 연료 가융성 백금족 금속 조성물, 예를 들어 백금 COD 또는 백금 아세틸아세토네이트 및/또는 2 내지 20 ppm 연료 가융성 세륨 및/또는 철 조성물, 예를 들어 가융성 화합물 또는 현탁액으로서의 세륨, 세륨 옥토에이트, 페로센, 철 올레이트, 철 옥토에이트 등을 함유할 수 있다. 규정된 연료는 다른 처리 장치에 대한 특정된 필요 없이 연소되지만, 이들은 특히 디젤 상에서 보다 높은 수준의 제어를 위해 사용될 수 있다.
이 중 특별한 세륨 화합물로는 세륨 III 아세틸아세토네이트, 세륨 III 나프테네이트, 및 세륨 옥토에이트, 세륨 올레이트 및 기타 알칼리 금속염(soap), 예를 들어 스테아레이트, 네오데카노에이트, 및 기타 C6 내지 C24 알칸산 등이 있다. 수많은 세륨 화합물은 화학식 Ce(OOCR)3를 충족하는 3차 화합물이며, 여기서 R은 수소, 바람직하게는 C2 내지 C22이며, 지방족, 지환족, 아릴 및 아알킬아릴을 포함한다. 바람직하게는, 세륨은 세륨 히드록시 올레이트 프로피오네이트 착물(40 중량% 세륨) 또는 세륨 옥토에이트(12 중량% 세륨)로서 공급된다. 바람직한 수준은 이러한 범위의 하한치 쪽이다.
이 중 특별한 철 화합물로는 페로센, 페릭 및 페로스 아세틸아세토네이트, 철 소프(soap) 형태 옥토에이트 및 스테아레이트(대개 Fe(III) 화합물로서 상업적으로 입수가능함), 철 나프테네이트, 철 탈레이트 및 기타 C6 내지 C24 알칸산, 철 펜타 카르보닐 Fe(CO)5 등이 있다.
미국특허번호 제4,891,050호(Bowers, et al.), 미국특허번호 제5,034,020호(Epperly, et al.) 및 미국특허번호 제5,266,083호(Peter-Hoblyn, et al.)에 기술된 임의의 백금족 금속 조성물, 예를 들어 1,5-시클로옥타디엔 백금 디페닐 (백금 COD)은 백금 소스로서 사용될 수 있다. 기타 적절한 백금족 금속 촉매 조성물은 상업적으로 입수가능하거나 백금족 금속 아세틸아세토네이트, 예를 들어 치환되고(예를 들어, 알킬, 아릴, 알키아릴 치환된) 비치환된 아세틸아세토네이트, 백금족 금속 디벤질리덴 아세토네이트, 및 테트라민 백금 금속 착물의 지방산 소프, 예를 들어 테트라민 백금 올레이트로 용이하게 합성한다.
본 발명은 DOC 만을 사용할 수 있거나 DPF를 포함하는 다른 장치와 함께 사용될 수 있으며, 미립자 반응기, 부분 필터 또는 NOx 흡착제가 또한 사용될 수 있고, 본 발명의 감소된 엔진 배출에 유익하다. 하기 실시예를 참조하여, 엔진 배출 결과 및 촉매화된 DOC 장치를 구비한 FBC의 이익은 NO2 및 미립자 배출물을 감소시킨다. 임의의 이론으로 제한하려고 의도되지 않는 한, 후처리 장치와 엔진 배출에 대해 예상치 못한 양호한 결과를 초래하는데, 이는 백금이 과량의 NO2를 생산하기에 충분한 양을 존재하지 않고 또한 낮은 수준의 세륨 및/또는 철의 존재하에 미립자 중 탄소의 산화를 촉진하기에 충분한 일부 NO2를 생산할 수 있기 때문일 수 있다. NO2는 강한 폐 자극제이며, DOC, DPF 또는 조합과 같은 고농도로 촉매화된 후처리 장치의 통상적인 사용에 의해 많은 양으로 발생될 수 있다. 낮은 백금 농도 및 낮지만 충분한 양으로 존재하는 세륨 및/또는 철로 인해 제한된 NO2 생산의 전체 결과는 미립자(및 불완전 산화를 초래하는 기타 종)에 기대되는 감소 보다 큰 감소를 생산하고 동시에 발생되고 배출되는 NO2의 양을 제어한다는 것이다. 종래 기술과는 달리, 본 발명은 높은 NO2 생산율이 필수적이지 않음을 발견하였으며, 게다가 인간에 보다 덜 자극적인 배출물을 제공하는 방법을 발견하였다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 설명하고 기술하기 위한 것으로, 이와 관련하여 제한하는 것으로 수행되지 않는다. 달리 지시하지 않는 한, 모든 부 및 퍼센트는 중량이다.
실시예 1
본 실시예는 엔진 동력계에 대해 반복된 일시적인 가열 시험 사이클에 걸쳐 작동된 1990 인터내셔날(International) DT 466 7.6 리터 디젤 엔진 상에서의 시험을 기술한 것이다. 배출 결과는 세차례 반복 시험의 평균이며, 그램/hp-hr의 단위로 측정되었다. 300 ppm 미만의 황을 지닌 미처리된 No. 2 디젤 연료에 대한 시험은 배기가스 중에 0.253 gr/hp-hr의 베이스라인 미립자 배출물 및 1.1 g/hp-hr 또는 총 질소 산화물 중 18%의 NO2를 생산하였다. 0.15 ppm Pt 및 7.5 ppm Ce의 용량 등급로 No. 2D 연료 중 이금속성 FBC의 사용은 0.215 gr/hp-hr로 15% 정도 PM을 감소시켰으며, NO2를 전체 질소 산화물 배출물의 12%로 감소시켰다.
미처리된 No. 2D 연료 상에서 작동되는 3 그램/cu ft의 귀금속 적재량를 갖는 저농도로 촉매화된 세라믹 DOC의 설비는 0.196 gr/hp-hr 또는 베이스라인으로부터 23% 감소의 PM 배출을 생산하였다. 시험 장치의 불통용으로 인해 NO2는 측정치 못하였다. 저농도로 촉매화된 DOC를 구비한 FBC 처리된 No. 2D의 사용은 30% 감소를 위한 0.178 gr/hp-hr로 PM 배출을 감소시키면서 NO2 배출을 추가로 전체 질소 산화물 배출의 8%로 감소시켰다.
FBC 처리된 ULSD(<15 ppm S) 상에서 작동된 엔진에 동일한 DOC의 사용은 PM을 0.168 gr/hp-hr로 34% 정도 감소시키면서 NO2 배출을 전체 NOx의 8%로 감소시켰 다. 이러한 결과는 No. 2D 연료 상에 저농도로 촉매화된 DOC의 전체 PM 감소 효능을 개선시키는 FBC의 능력을 나타내는 것이며, 여기서 통상적으로 고농도로 촉매화된 장치의 사용은 황 종의 술페이트 미립자 배출물로의 전환을 야기할 수 있으며 NO2 배출을 증가시킬 수 있다.
저농도로 촉매화된 DOC와 함께 사용된 FBC의 다른 예상치 못한 잇점은 베이스라인에 대한 NO2 배출의 감소이다. NO2 배출은 일반적으로 통상적인 고농도로 촉매화된 장치에서 증가되지만, 본 발명에 기술된 FBC/DOC 조합에서 50% 이상으로 감소된다.
1990 인터내셔날 DT 466 7.6 리터 엔진에 대한 배출물 결과(g/hp-hr)
Figure 112007059437188-PCT00001
* 두차례 반복 측정
** 한차례 측정
실시예 2
본 실시예는 NOx 및 PM에 대한 1991 배출 표준을 충족하는지가 증명된 1990 쿰민스(Cummins) 8.3 리터 6 CTA, 275 hp 중상-효율 엔진 상에서 FBC/DOC 조합물에 대한 단일 냉각 및 삼회 가열 FTP 일시적 시험 사이클에 걸친 시험의 결과를 나타 낸 것이다. 엔진을 초기에 설비된 배기가스 후처리 DOC 없이 미처리된 No. 2D 연료(300 ppm 미만의 황)로 수행하였다. 미립자 배출은 평균 복합체로부터 0.190 gr/hp-hr로 측정되었다.
연료를 FBC 처리된 상업적 ULSD(15 ppm 미만)로 교체하고, 탈그린된(degreened) DOC-1을 엔진 배기관에 설치하였다. 엔진을 16 시간 동안 가동시키고, 배출에 대해 시험하였다. 평균 미립자 배출물은 0.089 gr/hp-hr로 53% 이상 감소되었다. 전체 NO2는 또한 0.9 gr/hp-hr 내지 0.4 gr/hp-hr로 50% 초과 감소되었다.
DOC는 코닝 인크(Corning, Inc.)에서 제작된 9.5" 직경 ×6" L 400 cpsi 세라믹 기판이며, 이를 뉴 멕시코의 클린 에어 시스템스, 인크(Clean Air Systems, Inc.)에서 제작된 3 gr/cu ft.의 귀금속으로 촉매화하였다. 이를 통상적인 유입구 및 배출구 콘을 구비한 스테인레스 스틸 캔에 설치하였다. FBC는 0.5 ppm/7.5 ppm의 투여률로 사용된 백금/세륨 이금속이었다.
FBC 처리된 ULSD 상에서 1000 시간 동안 통상적인 필드 서비스(field service)에서 작동된 동일한 필드의 노후된 DOC-2를 또한 FBC 처리된 ULSD를 사용하여 시험하였다. 평균 미립자 배출물은 0.098 gr/hp-hr로 48% 정도 감소되었고, NO2 배출은 전채 질소 산화물의 13%로 유지되었는데, 이는 0.6 gr/hp-hr의 수준을 나타낸다.
다른 시험에서, FBC 처리된 No. 2D 상에서 0.15/7.5 ppm 투여률로 1100 시간 동안 통상적인 서비스로 작동된 동일한 DOC-3을 FBC 처리된 No. 2D 상에서 0.15/7.5 ppm으로 시험하였다. 전체 PM 감소는 0.113 gr/hp-hr의 수준이었으며, 전체 NO2는 0.9 gr/hp-hr 내지 0.5 gr/hp-hr로 감소되었는데, 이는 No. 2D 연료 상에서 베이스라인 NO2 배출에 대한 19%에 대해 전체 질소 산화물 배출물의 10%를 나타낸 것이다.
이들 데이타는 저농도로 촉매화된 DOC를 지닌 낮은 수준의 FBC에 의해 달성된 예상치 못한 높은 수준의 미립자 감소를 뒷받침하며, PM 성능이 FBC 처리된 연료를 사용하는 통상적인 서비스 후에도 높은 수준으로 유지될 수 있음을 증명한다. 이는 또한 FBC 및 DOC의 조합으로부터 NO2의 예상치 못한 감소를 나타내며, 이는 NO2 배출을 증가시키도록 의도되는 고농도로 촉매화된 장치에 비해 유리하다.
1990 (1991 입증된) 쿰민스 8.3 리터 엔진으로부터의 배출물
(평균 복합체 배출물 gr/hp-hr)
Figure 112007059437188-PCT00002
실시예 3
본 실시예는 저농도로 촉매화된 DOC와 조합된 ULSD 중 FBC의 낮은 수준의 잇점을 추가로 확인하는 시험을 나타낸 것이다. 본 실시예에서, 1995 나비스 타(Navistar) DT466, 7.6 리터 엔진 상에서 단일 냉각 및 세차례 가열 시험 사이클에 걸쳐 시험을 수행하였다. 세개의 복합 배출 결과의 평균을 계산하고, 그램/bhp-hr로 나타내었다. 미처리된 No. 2D 연료(300 ppm 미만의 S)에 대한 베이스라인 배출 결과는 0.106 gr/hp-hr의 평균 PM 배출을 나타내었으며, NO2 배출은 1.1 gr/hp-hr로서 이는 전체 NOx 배출물의 23%를 나타낸다.
0.15/7.5 ppm의 이금속성 FBC로 처리된 ULSD(15 ppm 미만의 S)의 사용은 0.073 gr/hp-hr로 31%의 PM을 감소시켰으며, NO2를 0.8 gr/hp-hr 또는 전체 NOx 배출물의 19%로 감소시켰다. HC, CO 및 NOx의 감소는 또한 FBC/ULSD 조합에 대해 관찰되었다.
추가 시험에서, 실시예 2로부터의 탈그린된 저농도로 촉매화된 DOC-1을 배기관에 설치하고, 엔진을 FBC 처리된 ULSD 상에서 가동시켰다. 전체 PM 배출물은 0.058 gr/hp-hr으로 45% 정도 감소되었으며, NO2는 0.6 gr/hp-hr으로 감소되었는데, 이는 전체 NOx 배출물의 14%를 나타낸다. HC, CO 및 NOx의 추가 감소를 또한 나타내었다.
1995 나비스타 DT 466 7.6 리터 엔진(gr/hp-hr)
Figure 112007059437188-PCT00003
상기 명세서는 당업자가 본 발명을 실행할 수 있도록 의도된 것이다. 본 명세서를 읽을 때 당업자에게 자명하게 되는 가능한 모든 변형 및 변이를 상세하게 설명하도록 의도된 것은 아니다. 그러나, 이러한 모든 변형 및 변이가 상기 명세서에 나타내고 그 밖에 하기 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 의도된다. 청구범위는 문장에서 상세하게는 반대로 지시되지 않는 한, 본 발명에 대해 의도된 대상물을 충족하기에 효과적인 임의의 배열 또는 순서의 지시된 성분 및 단계를 포함하는 것을 의미한다.

Claims (4)

  1. 디젤 엔진으로부터 미립자 배출을 감소시키면서 또한 배기가스 총 질소 산화물의 퍼센트로서 NO2의 배출을 제어하기 위한 방법으로서,
    연료 중 2 내지 15 ppm의 총 금속 농도로 백금 및 세륨 및/또는 철을 포함하는 연료 내장형 촉매(fuel borne catalyst)를 디젤 연료에 첨가하고; 연소에 의해 생산된 배기가스를 귀금속 촉매를 지닌 기판을 구비한 디젤 산화 촉매를 통해 통과시킴을 포함하며, 촉매가 기판 상에 기판의 입방 피트(cubic feet) 당 15 그램 미만의 양으로 존재하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 디젤 산화 촉매의 촉매 금속 적재량이 입방 피트 당 약 10 그램 미만인 디젤 배출 제어 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 연료가 연료 중 약 0.05 내지 약 0.5 ppm의 백금을 제공하는 연료 가융성 백금 화합물을 포함하는 디젤 배출 제어 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 디젤 산화 촉매의 촉매 금속 적재량이 입방 피트 당 약 3 내지 5 그램인 디젤 배출 제어 시스템.
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