KR20120041162A - Hc-scr system for lean burn engines - Google Patents

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Abstract

배기가스 스트림에서 NOx 배출물을 저감하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 이탈 스트림에서 부분 산화 촉매 상에서 탄화수소가 변환되며 탄화수소 선택성 촉매환원 촉매를 포함하는 시스템이 기술된다. 상기 배출물 처리 시스템은 디젤 엔진, 희박 연소 가솔린 엔진 및 기관차 엔진을 포함한 희박 연소 엔진으로부터의 배기가스 스트림의 처리에 유리하게 사용된다.Systems and methods are provided for reducing NOx emissions in an exhaust stream. A system is described in which a hydrocarbon is converted over a partial oxidation catalyst in an exit stream and comprises a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst. The emission treatment system is advantageously used for the treatment of exhaust streams from lean combustion engines, including diesel engines, lean burn gasoline engines and locomotive engines.

Description

희박 연소 엔진용 HC-SCR 시스템{HC-SCR SYSTEM FOR LEAN BURN ENGINES}HC-SC system for lean burn engine {HC-SCR SYSTEM FOR LEAN BURN ENGINES}

[관련 출원의 상호-참조][Cross-Reference to Related Applications]

본 출원은 35 USC §119(e) 하에 2009년 4월 2일자 출원된 미국 가출원 제61/166,047호, 2009년 4월 2일자로 출원된 미국 가출원 제61/166,603호 및 2009년 4월 16일자로 출원된 미국 가출원 제61/169,932호에 대하여 우선권의 혜택을 주장하는 바이며, 이들은 본원에 참고로 포함된다.This application claims U.S. Provisional Application No. 61 / 166,047, filed April 2, 2009, under 35 USC §119 (e), U.S. Provisional Application No. 61 / 166,603, filed April 2, 2009 and April 16, 2009. It claims the benefit of priority to US Provisional Application No. 61 / 169,932, which is incorporated by reference, which is incorporated herein by reference.

[기술 분야][Technical Field]

본 발명은 배기가스 스트림의 오염물을 환원시키는데 유용한 배출물 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시양태는 NOx를 환원시키기 위한 배출물 처리 시스템, 및 사용 방법에 관한 것이며, 상기 시스템은 부분 산화 촉매 상에서 탄화수소를 변환시켜 수소 및 배기가스 스트림 분류를 생성시키는 것을 포함한다.The present invention relates to emissions treatment systems and methods useful for reducing contaminants in an exhaust stream. In particular, embodiments of the present invention relate to an emission treatment system for reducing NOx, and a method of use, wherein the system includes converting hydrocarbons on a partial oxidation catalyst to produce hydrogen and exhaust stream fractionation.

희박 연소 엔진, 예를 들면 디젤 엔진, 희박 연소 가솔린 엔진 및 기관차 엔진의 작동은, 연료 희박 조건 하에서의 그의 높은 공기/연료 비에서의 작동으로 인하여, 뛰어난 연료 경제성을 제공하며, 매우 적은 기상 탄화수소 및 일산화탄소의 배출을 나타낸다. 특히 디젤 엔진은 그의 내구성, 및 저속에서 높은 토크를 발생시키는 그의 능력 면에서 가솔린 엔진에 비해 상당한 이점을 부여하기도 한다. 희박 연소 엔진에서의 NOx의 효과적인 저감은 달성하기가 어려운데, 연료 희박 조건 하에서는 NOx 변환율이 매우 낮기 때문이다. 따라서, 연료 희박 조건 하에서의 작동에 있어서, 배출 스트림 중 NOx 성분의 무해 성분으로의 변환은 일반적으로 특화된 NOx 저감 전략을 필요로 한다.The operation of lean burn engines, such as diesel engines, lean burn gasoline engines and locomotive engines, provides excellent fuel economy due to their high air / fuel ratio operation under fuel lean conditions, resulting in very low gaseous hydrocarbons and carbon monoxide. Indicates the emission of. Diesel engines in particular also offer significant advantages over gasoline engines in terms of their durability and their ability to generate high torque at low speeds. Effective reduction of NOx in lean combustion engines is difficult to achieve because the NOx conversion rate is very low under fuel lean conditions. Thus, in operation under fuel lean conditions, the conversion of NOx components into harmless components in the exhaust stream generally requires specialized NOx abatement strategies.

희박 연소 엔진으로부터의 배출 스트림에서의 NOx의 저감을 위한 그와 같은 전략 중 하나는 "희박 NOx 트랩 (LNT)"으로도 업계에 잘 알려져 있는 NOx 흡장 환원 (NSR) 촉매를 사용한다. LNT 촉매는 희박 조건 하에서 질소의 산화물을 흡착 또는 "포획"할 수 있는 NOx 흡착제 물질, 및 촉매에 산화 및 환원 기능을 제공하는 백금족 금속 성분을 함유한다. 작동시, 상기 LNT 촉매는 하기 반응식 1-5에 기술되어 있는 일련의 기본적인 단계들을 촉진한다. 산화 환경에서는, NO가 NO2로 산화되는데 (반응식 1), 이는 NOx 흡장의 중요한 단계이다. 저온에서, 이와 같은 반응은 전형적으로 백금족 금속 성분, 예컨대 백금 성분에 의해 촉매된다. 산화 과정은 여기에서 중지되지 않는다. 원자 산소의 도입에 의한 NO2의 질산염으로의 추가적인 산화 역시 촉매 반응 (반응식 2)이다. 백금족 금속 성분의 부재 하에서는, NO2가 NOx 공급원으로서 사용되는 경우라 할지라도 질산염이 거의 형성되지 않는다. 상기 백금족 금속 성분은 산화와 환원의 이중적인 기능을 가지고 있다. 그의 환원 역할에 있어서, 백금족 금속 성분은 먼저 배기가스에 환원제, 예컨대 CO (일산화탄소), H2 (수소) 또는 HC (탄화수소)의 도입시 NOx의 방출을 촉매한다 (반응식 3). 이와 같은 단계는 일부 NOx 흡장 부위를 복구할 수 있으나, NOx 종의 제한된 환원의 원인이 된다. 방출된 NOx는 이후 풍부 환경에서 기체 N2로 추가 환원된다 (반응식 4 및 5). NOx 방출은 순 산화 환경에서도 연료 분사에 의해 유도될 수 있다. 그러나, H2, CO 또는 HC에 의한 방출된 NOx의 효율적인 환원은 전체적인 순 풍부 조건을 필요로 한다. 금속 질산염은 고온에서 덜 안정하기 때문에, 온도 급상승 역시 NOx 방출을 유발할 수 있다. NOx 트랩 촉매작용은 순환 작동이다. 희박/풍부 작동 동안, 금속 화합물은 주 경로로서 탄산염/질산염 변환을 겪는 것으로 여겨진다.One such strategy for the reduction of NOx in exhaust streams from lean combustion engines uses NOx storage reduction (NSR) catalysts, also well known in the art as "lean NOx traps (LNT)". LNT catalysts contain NOx adsorbent materials that can adsorb or "capture" oxides of nitrogen under lean conditions, and platinum group metal components that provide oxidation and reduction functions to the catalyst. In operation, the LNT catalyst promotes a series of basic steps described in Schemes 1-5 below. In an oxidizing environment, NO is oxidized to NO 2 (Scheme 1), which is an important step in NOx occlusion. At low temperatures, such reactions are typically catalyzed by platinum group metal components, such as platinum components. The oxidation process is not stopped here. Further oxidation of NO 2 to nitrate by introduction of atomic oxygen is also a catalytic reaction (Scheme 2). In the absence of the platinum group metal component, little nitrate is formed even if NO 2 is used as the NOx source. The platinum group metal component has a dual function of oxidation and reduction. In its reducing role, the platinum group metal component first catalyzes the release of NOx upon introduction of a reducing agent such as CO (carbon monoxide), H 2 (hydrogen) or HC (hydrocarbon) into the exhaust gas (Scheme 3). This step can restore some NOx occlusion sites, but causes limited reduction of the NOx species. The released NOx is then further reduced to gas N 2 in a rich environment (Scheme 4 and 5). NOx emissions can be induced by fuel injection even in pure oxidizing environments. However, efficient reduction of the released NO x by H 2 , CO or HC requires global net enrichment conditions. Since metal nitrate is less stable at high temperatures, temperature spikes can also cause NOx emissions. NOx trap catalysis is a cyclic operation. During lean / rich operation, metal compounds are believed to undergo carbonate / nitrate conversion as the main route.

NO의 NO2로의 산화Oxidation of NO to NO 2

Figure pct00001
(1)
Figure pct00001
(One)

질산염으로서의 NOx 흡장NOx occlusion as nitrate

Figure pct00002
(2)
Figure pct00002
(2)

NOx 방출NOx emission

Figure pct00003
(3)
Figure pct00003
(3)

N2로의 NOx 환원NOx reduction to N 2

Figure pct00004
(4)
Figure pct00004
(4)

Figure pct00005
(5)
Figure pct00005
(5)

반응식 2 및 3에서, M은 2가의 금속 양이온을 나타낸다. M은 1가 또는 3가의 금속 화합물일 수도 있는데, 이 경우 상기 반응식은 재조정되어야 한다.In Schemes 2 and 3, M represents a divalent metal cation. M may be a monovalent or trivalent metal compound, in which case the reaction scheme must be readjusted.

풍부 기간에 NSR 촉매의 존재 하에 NO 및 NO2의 N2로의 환원이 일어나는 동안, NSR 촉매의 풍부 펄스 재생 (rich pulse regeneration)의 부산물로서 암모니아 (NH3)가 형성될 수도 있다는 것이 관찰된 바 있다. 예를 들면, NO의 환원은 반응식 6 및 7에 따라 진행될 수 있다.It has been observed that ammonia (NH 3 ) may form as a by-product of rich pulse regeneration of NSR catalysts, while the reduction of NO and NO 2 to N 2 takes place in the presence of the NSR catalyst in the enrichment period. . For example, the reduction of NO can proceed according to Schemes 6 and 7.

NO의 NH3로의 환원Reduction of NO to NH 3

Figure pct00006
(6)
Figure pct00006
(6)

Figure pct00007
(7)
Figure pct00007
(7)

NSR 촉매의 이와 같은 특성은 그 자체가 유해 성분인 NH3도 이제는 배기가스가 대기로 배출되기 전에 무해한 종으로 변환되어야 할 것을 요구한다.This property of NSR catalysts requires that NH 3 , which itself is a hazardous component, is now converted to a harmless species before exhaust gases are released to the atmosphere.

자동차 적용분야의 발전에 따른 대안적인 NOx 저감 전략 (희박 연소 엔진의 배기가스를 처리하는 것 포함)은 선택성 촉매환원 (SCR) 촉매 기술을 사용한다. 상기 전략은 정체된 재료에 적용할 때, 예를 들면 연도 가스의 처리에 효과적인 것으로 입증되었다. 이와 같은 전략에서는, 전형적으로 비금속 (base metal)으로 이루어진 SCR 촉매 상에서 NOx가 환원제, 예컨대 NH3에 의해 질소 (N2)로 환원된다. 이와 같은 기술은 90 %를 초과하는 NOx 환원을 할 수 있으며, 그에 따라 공격적인 NOx 환원 목표를 달성하기 위한 최상의 접근법 중 하나를 나타낸다.Alternative NOx abatement strategies, including the treatment of lean combustion engine exhaust gases, with the development of automotive applications use selective catalytic reduction (SCR) catalyst technology. The strategy has proven to be effective when applied to stagnant materials, for example in the treatment of flue gases. In this strategy, NOx is reduced to nitrogen (N 2 ) by a reducing agent such as NH 3 , typically on an SCR catalyst consisting of a base metal. Such techniques can achieve NOx reduction in excess of 90%, thus representing one of the best approaches to achieving aggressive NOx reduction targets.

암모니아는 SCR 기술을 사용하는 희박 조건에서 가장 효과적인 NOx의 환원제 중 하나이다. 디젤 엔진 (대부분 대형 디젤 차량)에서 NOx를 저감하기 위하여 조사되는 접근법들 중 하나는 환원제로서 요소를 사용한다. 가수분해시 암모니아를 생성시키는 요소는 SCR 촉매의 앞에서 200-600℃의 온도 범위로 배기가스에 분사된다. 이와 같은 기술의 주요 단점들 중 하나는 차량 내에 요소를 수용하기 위한 별도의 대규모 용기를 필요로 한다는 것이다. 또 다른 심각한 우려는 필요할 때 상기 용기에 요소를 보충해야 하는 해당 차량 운전자의 의무, 및 운전자에게 요소를 공급하기 위한 기반시설에 대한 요구이다. 따라서, 배기가스의 NOx 처리를 위한 환원제로서 차량 내 연료를 활용하는 덜 부담이 되는 대안적인 기술이 바람직하다.Ammonia is one of the most effective NOx reducing agents in lean conditions using SCR technology. One of the approaches investigated to reduce NOx in diesel engines (most large diesel vehicles) uses urea as a reducing agent. The elements that produce ammonia upon hydrolysis are injected into the exhaust gas in the temperature range of 200-600 ° C. in front of the SCR catalyst. One of the major drawbacks of this technique is the need for a separate large container for accommodating the elements in the vehicle. Another serious concern is the duty of the vehicle driver to replenish the container when needed, and the need for infrastructure to supply the driver to the driver. Thus, a less burdensome alternative technique is to utilize fuel in the vehicle as a reducing agent for NOx treatment of exhaust gas.

산소-풍부 조건 하에서의 NOx의 제거를 위한 잠재적이고 대안적인 방법으로서, 탄화수소를 사용한 NOx의 선택적 촉매환원 (HC-SCR)이 광범위하게 연구되어 왔다. 이온-교환 비금속 제올라이트 촉매 (예컨대 Cu-ZSM5)는 전형적으로 전형적인 차량 작동 조건 하에서 충분히 활성이지 않았으며, 이산화황 및 물 노출에 의해 열화되기 쉽다. 백금-족 금속을 사용하는 촉매 (예컨대, Pt/Al2O3)는 180℃ 내지 220℃ 사이의 좁은 온도 범위에서 효과적으로 작동하며, N2O 생성에 대하여 고도로 선택성이다.As a potential and alternative method for the removal of NOx under oxygen-rich conditions, selective catalytic reduction of NOx with hydrocarbons (HC-SCR) has been extensively studied. Ion-exchange base metal zeolite catalysts (such as Cu-ZSM5) are typically not sufficiently active under typical vehicle operating conditions and are susceptible to degradation by sulfur dioxide and water exposure. Catalysts using platinum-group metals (eg, Pt / Al 2 O 3 ) operate effectively in a narrow temperature range between 180 ° C. and 220 ° C. and are highly selective for N 2 O production.

알루미나-지지 은 (Ag/Al2O3)을 사용하는 촉매 장치는 매우 다양한 탄화수소 종들을 사용하여 희박 배기가스 조건 하에서 NOx를 선택적으로 환원시키는 그의 능력으로 인하여 주목을 받았다. Ag/Al2O3 상에서의 탄화수소 및 알콜, 알데히드 및 관능화 유기 화합물의 사용은 450℃ 미만 온도에서의 NOx의 환원을 가능케 한다. 상기에 열거한 분자들 이외에도, 디젤 연료 역시 환원제로서 사용될 수 있다. 디젤 연료는 디젤-추진 차량의 경우 추가적인 탱크를 필요로 하지 않는다. 디젤 연료는 엔진 관리를 변경하거나, 또는 배기가스 트레인에 추가적인 디젤 연료 분사기를 공급하는 것에 의해 배출 시스템에 공급될 수 있다. 그러나, 현행 HC-SCR 촉매 시스템들은 불충분한 내구성을 나타낸다. 연료 분해 및 촉매에의 침착에 의해 야기되는 촉매 코크스화, 및 연료 및 오일로부터 유래하는 황 피독은 비교적 짧은 기간의 작동 시간 내에 촉매 성능 악화를 야기한다. 바람직한 성능을 유지하기 위하여, 촉매는 빈번하고도 비용이 드는 재생을 겪어야 한다.Catalytic apparatus using alumina-supported silver (Ag / Al 2 O 3 ) has attracted attention because of its ability to selectively reduce NOx under lean exhaust gas conditions using a wide variety of hydrocarbon species. The use of hydrocarbons and alcohols, aldehydes and functionalized organic compounds on Ag / Al 2 O 3 allows the reduction of NOx at temperatures below 450 ° C. In addition to the molecules listed above, diesel fuel may also be used as the reducing agent. Diesel fuel does not require additional tanks for diesel-propelled vehicles. Diesel fuel can be supplied to the exhaust system by changing engine management or by supplying additional diesel fuel injectors to the exhaust train. However, current HC-SCR catalyst systems exhibit insufficient durability. Catalytic coking, caused by fuel cracking and deposition on the catalyst, and sulfur poisoning from fuels and oils causes catalyst performance deterioration within a relatively short period of time of operation. In order to maintain the desired performance, the catalyst must undergo frequent and costly regeneration.

이러한 다양한 대안들에도 불구하고, 디젤 연료를 환원제로서 사용하는 상업적으로 이용가능한 실용적인 탄화수소 SCR 촉매는 존재하지 않는다. 따라서, HC-SCR 기술을 사용하여 지속적인 NOx 환원 활성을 제공하기 위한 시스템 및 방법에 대한 필요성이 업계에 존재한다.Despite these various alternatives, there are no commercially available practical hydrocarbon SCR catalysts using diesel fuel as reducing agent. Thus, there is a need in the art for systems and methods for providing sustained NOx reducing activity using HC-SCR technology.

[발명의 개요]SUMMARY OF THE INVENTION [

본 발명의 하나 이상의 실시양태는 희박 연소 엔진으로부터의 배기가스 스트림에서의 NOx 저감을 위한 배출물 처리 시스템에 관한 것이다. 시스템의 일 실시양태는 엔진 배기가스 스트림과 연통하는 주 배기가스 도관, 및 주 배기가스 도관과 연통하는 탄화수소 선택성 촉매환원 촉매 (HC-SCR)를 포함한다. 이탈 배기가스 스트림 (slip exhaust stream) 도관이 주 배기가스 도관으로부터 분지되고, 배기가스 스트림의 일부를 주 배기가스 도관으로부터 이탈 배기가스 스트림 도관으로 우회시킴으로써 이탈 배기가스 스트림이 이탈 배기가스 스트림 도관과 연통하는 촉매 부분 산화 (CPO) 촉매로 유통되도록 하는 제1 연결부에 의해 주 배기가스 도관으로 연결된다. 탄화수소 분사기는 이탈 스트림에서 CPO 촉매의 상류에 위치되어 있다. 제1 연결부 하류의 제2 연결부는 이탈 배기가스 스트림을 HC-SCR의 상류에서 주 배기가스 도관으로 재도입시킨다. 상기 CPO는 탄화수소의 일부를 일산화탄소 및 수소로 변환시키는데 효과적이다.One or more embodiments of the invention relate to an emission treatment system for NOx reduction in an exhaust stream from a lean combustion engine. One embodiment of the system includes a main exhaust conduit in communication with the engine exhaust stream, and a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) in communication with the main exhaust conduit. A slip exhaust stream conduit is branched from the main exhaust conduit and the escape exhaust stream communicates with the escape exhaust stream conduit by diverting a portion of the exhaust stream from the main exhaust conduit to the escape exhaust stream conduit. To a main exhaust conduit by means of a first connection which is circulated to the catalytic partial oxidation (CPO) catalyst. The hydrocarbon injector is located upstream of the CPO catalyst in the exit stream. A second connection downstream of the first connection reintroduces the exiting exhaust stream into the main exhaust conduit upstream of the HC-SCR. The CPO is effective to convert some of the hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen.

하나 이상의 실시양태에서, 상기 CPO는 하류의 HC-SCR 촉매에 충분한 수소 및 적량의 탄화수소를 제공하도록 설계된다. 하나 이상의 실시양태에서, 상기 탄화수소 분사기 장치는 이탈 배기가스 스트림 도관으로 분사되는 탄화수소의 양을 제어하는데 알맞는 계량 장치를 포함한다. 상기 탄화수소는 하나 이상의 실시양태에 따른 연료이다.In one or more embodiments, the CPO is designed to provide sufficient hydrogen and an appropriate amount of hydrocarbons for the downstream HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the hydrocarbon injector device comprises a metering device suitable for controlling the amount of hydrocarbon injected into the exit exhaust stream conduit. The hydrocarbon is a fuel according to one or more embodiments.

하나 이상의 실시양태에서, 이탈 배기가스 스트림 도관으로 우회되는 배기가스의 비율은 총 배기가스 유량의 약 10 % 이하이다. 하나 이상의 실시양태는 이탈 배기가스 스트림 도관의 제1 연결부에 이탈 배기가스 스트림 도관으로 우회되는 배기가스의 백분율을 조절하기 위한 계량 장치를 추가적으로 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, CPO 촉매는 백금족 금속을 함유한다. CPO 촉매의 백금족 금속의 예에는 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물이 포함된다.In one or more embodiments, the proportion of exhaust gas bypassed to the exit exhaust stream conduit is no greater than about 10% of the total exhaust gas flow rate. One or more embodiments further comprise a metering device for adjusting the percentage of exhaust gas diverted to the escape exhaust stream conduit at the first connection of the escape exhaust stream conduit. In one or more embodiments, the CPO catalyst contains a platinum group metal. Examples of platinum group metals of CPO catalysts include platinum, palladium, rhodium and mixtures thereof.

하나 이상의 실시양태에서, CPO 촉매와 HC-SCR 중 하나 또는 둘다는 관통형 단일체 (flow through monolith) 상에 배치된다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 HC-SCR 촉매의 하류에 디젤 미립자 필터 (DPF)를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 HC-SCR 촉매의 상류에 디젤 미립자 필터 (DPF)를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 상기 디젤 미립자 필터 (DPF)는 주 배기가스 도관과 연통하는 제1 연결부와 제2 연결부 사이에 위치된다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 DPF 및 HC-SCR 촉매의 상류에 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 DPF 및 HC-SCR 촉매의 상류에 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 DPF 및 HC-SCR 촉매의 상류에 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함하며, 그것은 주 배기가스 도관과 연통하는 제1 연결부의 하류에 위치된다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함하며, 그것은 주 배기가스 도관과 연통하는 제1 연결부의 하류에 위치된다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함하며, 그것은 주 배기가스 도관과 연통하는 제1 연결부의 하류에 위치된다.In one or more embodiments, one or both of the CPO catalyst and HC-SCR are disposed on a flow through monolith. In one or more embodiments, the system comprises a diesel particulate filter (DPF) downstream of the HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system comprises a diesel particulate filter (DPF) upstream of the HC-SCR catalyst. In at least one embodiment, the diesel particulate filter (DPF) is located between the first connection and the second connection in communication with the main exhaust conduit. In one or more embodiments, the system comprises a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system comprises a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system comprises a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system comprises a diesel oxidation catalyst (DOC), which is located downstream of the first connection in communication with the main exhaust conduit. In one or more embodiments, the system comprises a diesel oxidation catalyst (DOC), which is located downstream of the first connection in communication with the main exhaust conduit. In one or more embodiments, the system comprises a diesel oxidation catalyst (DOC), which is located downstream of the first connection in communication with the main exhaust conduit.

하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 디젤 산화 촉매 (DOC)를 포함하며, 그것은 제1 연결부의 하류, DPF의 상류에 주 배기가스 도관과 연통하여 위치된다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 DOC 및 DPF를 포함하며, 이들은 단일 구성요소로서 통합된다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 HC-SCR 촉매의 하류에 NH3-SCR 촉매를 포함한다. 하나 이상의 실시양태에서, 시스템은 HC-SCR 촉매의 하류에 산화 촉매를 포함한다.In one or more embodiments, the system comprises a diesel oxidation catalyst (DOC), which is located in communication with the main exhaust conduit downstream of the first connection, upstream of the DPF. In one or more embodiments, the system comprises a DOC and a DPF, which are integrated as a single component. In one or more embodiments, the system comprises an NH 3 -SCR catalyst downstream of the HC-SCR catalyst. In one or more embodiments, the system comprises an oxidation catalyst downstream of the HC-SCR catalyst.

본 발명의 또 다른 측면은 배기가스 스트림의 처리 방법에 관한 것이다. 일 방법 실시양태에서, 배기가스 스트림은 주 배기가스 도관으로 통과되며, 배기가스 스트림의 일부가 이탈 배기가스 스트림 도관으로 통과된다. 주 배기가스 도관은 탄화수소 선택성 촉매환원 촉매 (HC-SCR)를 포함하며, 이탈 배기가스 스트림 도관은 이탈 스트림 도관과 연통하는 촉매 부분 산화 (CPO) 촉매, 및 CPO 상류의 탄화수소 분사기를 포함한다. 이탈 배기가스 스트림 도관은 제1 연결부에서 주 배기가스 도관으로부터 분지되며, CPO와 연통한다. 이탈 배기가스 스트림 도관은 HC-SCR 상류의 제2 연결부에서 주 배기가스 도관과 재결합된다. CPO는 이탈 배기가스 스트림 도관에서 탄화수소의 일부를 일산화탄소 및 수소로 변환시키는데 알맞다.Another aspect of the invention is directed to a method of treating an exhaust stream. In one method embodiment, the exhaust stream is passed to the main exhaust conduit and a portion of the exhaust stream is passed to the evacuation exhaust stream conduit. The main exhaust conduit comprises a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR), the escape exhaust stream conduit comprises a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst in communication with the escape stream conduit, and a hydrocarbon injector upstream of the CPO. The exiting exhaust stream conduit is branched from the main exhaust conduit at the first connection and in communication with the CPO. The exiting exhaust stream conduit is recombined with the main exhaust conduit at the second connection upstream of the HC-SCR. CPO is suitable for converting some of the hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen in the off-gas stream conduit.

하나 이상의 방법 실시양태에서, 이탈 배기가스 스트림 도관으로 들어가는 탄화수소 분사기의 양은 계량 장치에 의해 제어된다. 하나 이상의 실시양태에서, 상기 탄화수소는 차량 내 연료이다. 하나 이상의 실시양태에서는, 제1 백분율의 배기가스 스트림이 주 배기가스 도관으로 통과되며, 제2 백분율의 배기가스 스트림이 이탈 배기가스 스트림 도관으로 통과되는데, 여기서 상기 제1 백분율은 상기 제2 백분율보다 더 크다. 하나 이상의 실시양태에서, 배기가스 스트림의 제2 백분율은 제1 연결부 부근의 이탈 배기가스 스트림 도관 내에 위치되는 계량 장치에 의해 제어된다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 HC-SCR 촉매의 상류에 위치된 디젤 미립자 필터로 통과시키는 것을 추가적으로 포함한다.In one or more method embodiments, the amount of hydrocarbon injector entering the exit exhaust stream conduit is controlled by the metering device. In one or more embodiments, the hydrocarbon is in-vehicle fuel. In one or more embodiments, a first percentage of the exhaust stream is passed through the main exhaust conduit and a second percentage of the exhaust stream is passed through the exit exhaust stream conduit, wherein the first percentage is greater than the second percentage. Is bigger. In one or more embodiments, the second percentage of the exhaust stream is controlled by a metering device located in the exit exhaust stream conduit near the first connection. One or more method embodiments further comprise passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel particulate filter located upstream of the HC-SCR catalyst.

하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 HC-SCR 촉매의 하류에 위치된 디젤 미립자 필터로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 제1 연결부의 하류, 제2 연결부의 상류에 위치된 디젤 미립자 필터로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 디젤 미립자 필터의 상류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 디젤 미립자 필터의 상류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 디젤 미립자 필터의 상류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 제1 연결부 하류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 제1 연결부 하류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다.One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel particulate filter located downstream of the HC-SCR catalyst. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel particulate filter located downstream of the first connection and upstream of the second connection. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located upstream of the diesel particulate filter. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located upstream of the diesel particulate filter. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located upstream of the diesel particulate filter. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located downstream of the first connection. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located downstream of the first connection.

하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 제1 연결부 하류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 제1 연결부의 하류, 디젤 미립자 필터의 상류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 제1 연결부의 하류, 디젤 미립자 필터의 상류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 제1 연결부의 하류, 디젤 미립자 필터의 상류에 위치된 디젤 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다.One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located downstream of the first connection. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located downstream of the first connection, upstream of the diesel particulate filter. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located downstream of the first connection, upstream of the diesel particulate filter. One or more method embodiments may include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to a diesel oxidation catalyst located downstream of the first connection, upstream of the diesel particulate filter.

하나 이상의 방법 실시양태에서, 디젤 산화 촉매와 디젤 미립자 필터는 통합된다. 하나 이상의 방법 실시양태에서, 디젤 산화 촉매와 디젤 미립자 필터는 통합된다. 하나 이상의 실시양태에 있어서, 상기 방법은 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 HC-SCR 촉매의 하류에 위치된 NH3-SCR 촉매로 통과시키는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 방법 실시양태는 주 배기가스 도관 내 배기가스 스트림을 HC-SCR 촉매의 하류에 위치된 산화 촉매로 통과시키는 것을 포함한다.In one or more method embodiments, the diesel oxidation catalyst and diesel particulate filter are integrated. In one or more method embodiments, the diesel oxidation catalyst and diesel particulate filter are integrated. In one or more embodiments, the method may comprise passing the exhaust stream in the main exhaust conduit to an NH 3 -SCR catalyst located downstream of the HC-SCR catalyst. One or more method embodiments include passing an exhaust stream in the main exhaust conduit to an oxidation catalyst located downstream of the HC-SCR catalyst.

본 발명의 다양한 실시양태들은 비제한적으로 디젤 산화 촉매, 촉매 매연 필터 (soot filter), HC-선택성 촉매환원 촉매, NH3-선택성 촉매환원 촉매 및 산화 촉매를 포함한 다양한 구성요소들을 다수의 구성으로 포함할 수 있다. 배기가스는 이러한 임의의 구성요소들을 다양한 순서로 통과할 수 있다.Various embodiments of the present invention include, in a number of configurations, various components including, but not limited to, diesel oxidation catalysts, catalytic soot filters, HC-selective catalytic reduction catalysts, NH 3 -selective catalytic reduction catalysts, and oxidation catalysts. can do. The exhaust gas may pass through any of these components in various orders.

도 1은 상세 실시양태에 따른 엔진 배출물 처리 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 또 다른 실시양태에 따른 엔진 배출물 처리 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 일 실시양태에 따른 통합된 엔진 배출물 처리 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 9는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 11은 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 12는 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 대안적인 배출물 처리 시스템이다.
도 13은 벽 유동형 필터 기재의 사시도이다.
도 14는 벽 유동형 필터 기재의 일부의 단면도이다.
도 15는 다양한 작동 조건하의 HC-SCR에 있어서의 촉매 유입구 온도의 함수로서의 NOx 변환율 %의 그래프를 나타낸다.
1 is a schematic diagram illustrating an engine emissions treatment system in accordance with a detailed embodiment.
2 is a schematic diagram illustrating an engine emissions treatment system according to another embodiment.
3 is a schematic diagram illustrating an integrated engine emissions treatment system according to one embodiment.
4 is an alternative emission treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
5 is an alternative emission treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
6 is an alternative emission treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
7 is an alternative emission treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
8 is an alternative emission treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
9 is an alternative emission treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
10 is an alternative emissions treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
11 is an alternative emissions treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
12 is an alternative emission treatment system in accordance with one or more embodiments of the present invention.
13 is a perspective view of a wall flow filter substrate.
14 is a cross-sectional view of a portion of a wall flow filter substrate.
15 shows a graph of% NOx conversion as a function of catalyst inlet temperature for HC-SCR under various operating conditions.

희박 연소 엔진으로부터의 배기가스를 처리하는 데에 사용될 수 있는 배출물 처리 시스템, 및 엔진 배기가스를 처리하기 위한 이러한 시스템의 사용 방법을 제공한다. 희박 연소 엔진에는 디젤 엔진, 희박 연소 가솔린 엔진 및 기관차 엔진이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.Emission treatment systems that can be used to treat exhaust gases from lean combustion engines, and methods of using such systems for treating engine exhaust gases. Lean combustion engines include, but are not limited to, diesel engines, lean burn gasoline engines, and locomotive engines.

희박 배기가스에 존재하는 소량의 수소 (전형적으로 < 2000 ppm)는 HC-SCR 촉매의 성능을 상당히 향상시키고, 정상 작동을 통하여 촉매에 가해진 손상을 되돌릴 수 있다. 본 발명의 실시양태는 연료 환원제 및 수소를 HC-SCR 촉매에 제공할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 순 환원 조건에서 차량 내 연료 및 촉매 부분 산화 촉매 (CPO)를 사용하여 수소를 생성시키기 위한 주 배기가스로부터의 이탈 스트림을 포함한다. 비변환 연료 종 및 수소를 함유하는 이탈 스트림은 주 배기가스와 합쳐져 바람직한 HC-SCR 반응 조건을 제공한다. 수소는 탄화수소 공급물로부터 공급물의 일부가 연료 풍부 조건 하에 이탈 스트림의 산소와 반응하는 부분 산화 과정에 의해 생성될 수 있다.The small amount of hydrogen present in lean exhaust gas (typically <2000 ppm) significantly improves the performance of the HC-SCR catalyst and can reverse the damage done to the catalyst through normal operation. Embodiments of the present invention relate to systems and methods capable of providing fuel reducing agents and hydrogen to HC-SCR catalysts. The system includes an escape stream from the main exhaust for producing hydrogen using in-vehicle fuel and catalytic partial oxidation catalyst (CPO) at net reduction conditions. The escape stream containing unconverted fuel species and hydrogen is combined with the main exhaust to provide the desired HC-SCR reaction conditions. Hydrogen may be produced from a hydrocarbon feed by a partial oxidation process in which a portion of the feed reacts with oxygen in the leaving stream under fuel rich conditions.

도 1은 본 발명의 일 측면의 도식적인 기술을 보여주며, 하기에 매우 상세하게 기술되어 있다. 간단하게 말하자면, 엔진의 하류에 위치되는 HC-SCR 촉매의 상류에서, 이탈 스트림 (전형적으로 엔진에서 배출되는 총 배기가스 유량의 1-10%)이 우회된다. 이탈 스트림으로는, 연료 풍부 조건을 생성시키기 위하여, 충분량의 연료가 도입된다. 이탈 스트림의 연료 도입점 하류에는, 하기에 추가 기술되는 바와 같은 촉매 부분 산화 촉매가 위치된다. 비변환 연료 종 및 수소를 함유하는 이탈 스트림은 주 배기가스와 합쳐져, HC-SCR 촉매로 도입된다. 본 발명의 일 실시양태에서, HC-SCR은 디젤 산화 촉매와 디젤 미립자 필터 장치의 하류에 위치될 수 있으며, 그에 따라 HC-SCR이 DOC 및 DPF 장치의 재생과 동시에 재생될 수 있다. 상기 시스템은 임의로 시스템의 연료상 손실을 최소화하기 위해 우회 유량 조절 밸브 및 연료 제어 전달 장치에 의해 최적화될 수 있다.1 shows a schematic description of one aspect of the invention, which is described in greater detail below. In short, upstream of the HC-SCR catalyst located downstream of the engine, the escape stream (typically 1-10% of the total exhaust gas flow rate exiting the engine) is bypassed. As the leaving stream, a sufficient amount of fuel is introduced to create fuel rich conditions. Downstream of the fuel introduction point of the breakaway stream is a catalytic partial oxidation catalyst as further described below. The escape stream containing unconverted fuel species and hydrogen is combined with the main exhaust gas and introduced into the HC-SCR catalyst. In one embodiment of the present invention, the HC-SCR can be located downstream of the diesel oxidation catalyst and diesel particulate filter device, such that the HC-SCR can be regenerated simultaneously with the regeneration of DOC and DPF devices. The system can optionally be optimized by a bypass flow control valve and a fuel control delivery device to minimize fuel phase losses of the system.

본 출원의 목적상, 하기의 용어들은 하기에 개시된 각각의 의미를 가지게 될 것이다.For the purposes of the present application, the following terms will have the respective meanings disclosed below.

"희박 NOx 촉매", "LNC", "탄화수소 선택성 촉매환원 촉매" 및 "HC-SCR"은 본 명세서 내에서 호환가능하게 사용될 수 있다. 이들은 NOx 흡장 및 방출 기능을 가지고 있는 희박 NOx 트랩 (LNT)과는 다르다."Rare NOx catalyst", "LNC", "hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst" and "HC-SCR" may be used interchangeably within this specification. These are different from lean NOx traps (LNTs), which have NOx occlusion and release capabilities.

희박 배기가스 스트림을 포함하여 "희박 기체 스트림"은 λ > 1.0인 기체 스트림을 의미한다.By "lean gas stream" it is meant a gas stream with λ> 1.0.

"희박 기간"은 배기가스 조성이 희박한, 즉 λ > 1.0인 배기가스 처리 기간을 지칭한다.The "lean period" refers to an exhaust gas treatment period in which the exhaust gas composition is sparse, that is, λ> 1.0.

"백금족 금속 성분"은 백금족 금속 또는 그의 산화물들 중 하나를 지칭한다."Platinum group metal component" refers to a platinum group metal or one of its oxides.

"희토류 금속 성분"은 란탄, 세륨, 프라세오디뮴 및 네오디뮴을 포함하여 원소 주기율표에 정의되어 있는 란탄 계열의 1종 이상의 산화물을 지칭한다."Rare earth metal component" refers to one or more oxides of the lanthanide series, as defined in the periodic table of the elements, including lanthanum, cerium, praseodymium, and neodymium.

풍부 배기가스 스트림을 포함하여 "풍부 가스 스트림"은 λ < 1.0인 기체 스트림을 의미한다.By "enriched gas stream" is meant a gas stream with λ <1.0.

"풍부 기간"은 배기가스 조성이 풍부한, 즉 λ < 1.0인 배기가스 처리 기간을 지칭한다."Rich period" refers to an exhaust gas treatment period rich in exhaust gas composition, that is, λ <1.0.

"워시코트 (Washcoat)"는 그를 통한 처리될 기체 스트림의 통과를 허용하기에 충분히 다공성인 벌집 관통형 단일체 기재 또는 필터 기재와 같은 내화성 기재에 도포된 촉매 또는 기타 물질의 얇고 접착성인 코팅이라는 업계에서의 그의 일반적인 의미를 가진다."Washcoat" is known in the industry as a thin, adhesive coating of a catalyst or other material applied to a refractory substrate such as a honeycomb penetrating monolithic substrate or a filter substrate that is porous enough to allow passage of a gas stream to be treated therethrough. Has his general meaning.

"연통"은 배기가스 또는 기타 유체가 구성요소 및/또는 도관들 사이에 흐를 수 있도록 구성요소 및/또는 도관들이 연결되는 것을 의미한다."Communication" means that the components and / or conduits are connected such that exhaust gas or other fluid can flow between the components and / or conduits.

"하류"는 선행 구성요소에 비해 엔진으로부터 경로상 더 먼, 배기가스 스트림에서의 구성요소의 위치를 지칭한다. 예를 들어, 디젤 미립자 필터가 디젤 산화 촉매로부터 하류인 것으로 언급되는 경우, 배기가스 도관 내의 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 디젤 미립자 필터로 유통되기 전에 디젤 산화 촉매로 유통된다. 따라서, "상류"는 또 다른 구성요소와 관련하여 엔진에 더 가깝게 위치되는 구성요소를 지칭한다."Downstream" refers to the position of a component in the exhaust stream further away from the engine than the preceding component. For example, if the diesel particulate filter is referred to downstream from the diesel oxidation catalyst, the exhaust gas from the engine in the exhaust gas conduit is distributed to the diesel oxidation catalyst before being distributed to the diesel particulate filter. Thus, "upstream" refers to a component located closer to the engine with respect to another component.

"암모니아-생성 구성요소"에 대한 언급은 엔진-유출 배출물, 및 엔진 관리 또는 배기가스에의 분사를 통한 환원제 (H2, CO 및/또는 HC)의 투입에 의해 구동되는 그의 설계 및 구성의 결과로써 암모니아 (NH3)를 공급하는, 배출 시스템의 일부를 의미한다. 그와 같은 구성요소에서 NH3의 기체 투여 또는 기타 외부적으로 공급되는 공급원은 배제된다. 암모니아-생성 구성요소의 예에는 NOx 흡장 환원 (NSR) 촉매 및 희박 NOx 트랩 (LNT)이 포함된다.References to "ammonia-generating components" are the result of their design and configuration driven by the engine-emission emissions and the input of reducing agents (H 2 , CO and / or HC) via engine management or injection into the exhaust gas. As part of an exhaust system, which supplies ammonia (NH 3 ). In such components gaseous administration of NH 3 or other externally supplied sources are excluded. Examples of ammonia-generating components include NOx storage reduction (NSR) catalysts and lean NOx traps (LNT).

도 1은 일 실시양태에 따라 희박 연소 엔진 (4)으로부터의 배기가스 스트림에서 NOx를 저감하기 위한 배출물 처리 시스템 (2)을 나타낸다. 기상 오염물 (예컨대, 미연소 탄화수소, 일산화탄소, 질소 산화물) 및 미립자 물질을 함유하는 배기가스 스트림은 희박 연소 엔진 (4)과 연통하는 주 배기가스 도관 (6)을 통하여 이송된다. 주 배기가스 도관 (6)의 배기가스 스트림은 도관 (6)과 연통하는 탄화수소 선택성 촉매환원 촉매 (HC-SCR) (8)로 통과된다. 주 배기가스 도관 (6)으로부터 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)이 분지된다. 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)은 제1 연결부 (12)에 의해 주 배기가스 도관 (6)에 연결되어, 배기가스 스트림의 일부를 주 배기가스 도관 (6)으로부터 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 우회시킴으로써, 이탈 배기가스 스트림을 제공한다. 이탈 배기가스 스트림은 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)과 연통하는 촉매 부분 산화 (CPO) 촉매 (14)로 유통된다. 제1 연결부 (12) 하류의 제2 연결부 (16)는 HC-SCR (8)의 상류에서 이탈 배기가스 스트림을 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로부터 주 배기가스 도관 (6)으로 재도입한다. 라인 (20)은 후부 배기관 및 시스템 밖으로 이어진다.1 shows an emission treatment system 2 for reducing NOx in an exhaust stream from a lean combustion engine 4 according to one embodiment. An exhaust stream containing gaseous contaminants (eg unburned hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides) and particulate matter is conveyed through the main exhaust conduit 6 in communication with the lean combustion engine 4. The exhaust stream of the main exhaust conduit 6 is passed to a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) 8 in communication with the conduit 6. A departure exhaust stream conduit 10 branches from the main exhaust conduit 6. The escape exhaust stream conduit 10 is connected to the main exhaust conduit 6 by a first connection 12, so that a portion of the exhaust gas stream exits the main exhaust conduit 6. Bypassing to provide a leaving exhaust stream. The escape exhaust stream is circulated to a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst 14 in communication with the escape exhaust stream conduit 10. The second connection 16 downstream of the first connection 12 reintroduces the escape exhaust stream from the escape exhaust stream conduit 10 to the main exhaust conduit 6 upstream of the HC-SCR 8. Line 20 runs out of the rear exhaust pipe and the system.

탄화수소 공급물은 도관 (18)을 통하여 CPO 촉매 (14)의 상류의 이탈 스트림에 도입될 수 있다. CPO (14)는 탄화수소의 일부를 일산화탄소 및 수소로 변환시키는데 효과적이다. 하나 이상의 실시양태에 따른 CPO (14)는 HC-SCR (8)의 성능을 향상시키기에 충분한 수소를 제공하도록 설계된다.The hydrocarbon feed may be introduced into the escape stream upstream of the CPO catalyst 14 via conduit 18. CPO 14 is effective to convert some of the hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen. CPO 14 according to one or more embodiments is designed to provide sufficient hydrogen to enhance the performance of HC-SCR 8.

일부 실시양태에서, 주 배기가스 도관 (6)은 제1 연결부 (12)의 하류에 임의의 추가적인 배기가스 시스템 구성요소 (22)를 포함한다. 상기 추가적인 배기가스 시스템 구성요소 (22)는 예를 들면 주 배기가스 도관과 연통하는 디젤 산화 촉매, 디젤 미립자 필터, 환원제 분사기 및 공기 분사기 중 1종 이상일 수 있다. 일 특정 실시양태에서, 임의의 추가적인 배기가스 시스템 구성요소 (22), 예를 들면 디젤 산화 촉매 및 디젤 미립자 필터 중 1종 이상은 주 배기가스 도관 (6)의 제1 연결부 (12) 상류에 위치될 수 있다.In some embodiments, the main exhaust gas conduit 6 includes any additional exhaust system component 22 downstream of the first connection 12. The additional exhaust system component 22 may be, for example, one or more of a diesel oxidation catalyst, a diesel particulate filter, a reducing agent injector and an air injector in communication with the main exhaust conduit. In one particular embodiment, any additional exhaust system component 22, such as at least one of a diesel oxidation catalyst and a diesel particulate filter, is located upstream of the first connection 12 of the main exhaust conduit 6. Can be.

도 2의 실시양태에 나타낸 바와 같이, 탄화수소 분사기 (18)는 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 분사되는 탄화수소의 양을 제어하기에 알맞은 계량 장치 (24)를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 분사되는 탄화수소는 차량 내 연료이다.As shown in the embodiment of FIG. 2, the hydrocarbon injector 18 may include a metering device 24 suitable for controlling the amount of hydrocarbon injected into the exit exhaust stream conduit 10. In certain embodiments, the hydrocarbon injected is fuel in the vehicle.

본 발명의 상세한 실시양태는 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)의 제1 연결부 (12)에 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 우회되는 배기가스의 백분율을 조절하기 위한 계량 장치 (26)를 포함한다. 본 발명의 일부 실시양태에서, 주 배기가스 도관 (6)으로부터 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 우회되는 배기가스의 비율은 총 배기가스 유량의 약 10 % 이하이다. 다른 상세 실시양태에서, 주 배기가스 도관 (6)으로부터 우회되는 배기가스의 비율은 약 0.5 % 내지 약 15 %의 범위, 또는 약 1 % 내지 약 10 %의 범위이다. 다른 상세 실시양태에서, 주 배기가스 도관 (6)으로부터 우회되는 배기가스의 비율은 총 배기가스 유량의 약 15 %, 14 %, 13 %, 12 %, 11 %, 10 %, 9 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 4 %, 3 % 또는 2 % 이하이다.Detailed embodiments of the present invention include a metering device 26 for adjusting the percentage of exhaust gas diverted to the escape exhaust stream conduit 10 at the first connection 12 of the escape exhaust stream conduit 10. . In some embodiments of the invention, the proportion of exhaust gas diverted from the main exhaust conduit 6 to the escape exhaust stream conduit 10 is no greater than about 10% of the total exhaust flow rate. In another detailed embodiment, the proportion of exhaust gas bypassed from the main exhaust conduit 6 ranges from about 0.5% to about 15%, or from about 1% to about 10%. In another detailed embodiment, the proportion of exhaust gas bypassed from the main exhaust conduit 6 is about 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8% of the total exhaust gas flow rate. , 7%, 6%, 5%, 4%, 3% or 2% or less.

특정 실시양태에서, CPO 촉매 및 HC-SCR 중 1종 이상은 관통형 단일체 상에 배치된다.In certain embodiments, at least one of the CPO catalyst and HC-SCR is disposed on a flow-through monolith.

도 2에 나타낸 바와 같이, 다양한 실시양태의 배출물 처리 시스템은 주 배기가스 도관 (6)과 연통하는 제1 연결부 (12)와 제2 연결부 (16)의 사이에 위치된 디젤 미립자 필터 (DPF) (28)를 추가적으로 포함한다. 다른 실시양태에서는, 디젤 산화 촉매 (DOC) (30)가 제1 연결부 (12)의 하류, DPF (28)의 상류에 주 배기가스 도관 (6)과 연통하여 위치된다.As shown in FIG. 2, the emission treatment system of various embodiments includes a diesel particulate filter (DPF) located between a first connection 12 and a second connection 16 in communication with the main exhaust conduit 6. 28) additionally. In another embodiment, a diesel oxidation catalyst (DOC) 30 is located in communication with the main exhaust conduit 6 downstream of the first connection 12, upstream of the DPF 28.

도 3 및 4에 나타낸 대안적인 실시양태에서는, DOC (30)와 DPF (28)가 단일의 구성요소 또는 기재 (32)로 통합된다. 예를 들면, DOC (30)와 DPF (28)는 DOC (30)가 기재 (32)의 상류 부분에 배치되고 CSF (28)가 기재 (32)의 하류 부분에 배치되는, 하나의 기재 (32)의 별도의 구역으로 배치될 수 있다.In alternative embodiments shown in FIGS. 3 and 4, DOC 30 and DPF 28 are integrated into a single component or substrate 32. For example, DOC 30 and DPF 28 are formed of one substrate 32 in which DOC 30 is disposed upstream of substrate 32 and CSF 28 is disposed downstream of substrate 32. May be arranged in a separate zone.

본 발명의 추가적인 실시양태는 희박 연소 엔진으로부터의 배기가스 스트림의 처리 방법에 관한 것이다. 도 1, 2 및 4를 참조하면, 배기가스 스트림은 주 배기가스 도관 (6)으로 통과되며, 배기가스 스트림 중 일부가 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 통과된다. 주 배기가스 도관 (6)은 탄화수소 선택성 촉매환원 촉매 (HC-SCR) (8)를 포함한다. 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)은 촉매 부분 산화 (CPO) 촉매 (14)를 포함하며, CPO (14)의 상류에서 탄화수소 분사기 (18)를 사용하여 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 탄화수소가 분사될 수 있다. 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)은 제1 연결부 (12)에서 주 배기가스 도관 (6)으로부터 분지되며, CPO (14)와 연통하여 있다. 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)은 제2 연결부 (16)에서 주 배기가스 도관 (6)에 재결합된다. 제2 연결부 (16)는 HC-SCR (8)의 상류에 위치된다. CPO (14)는 이탈 배기가스 스트림 도관 (10) 내의 탄화수소를 일산화탄소 및 수소로 변환시키는데 알맞다.A further embodiment of the present invention is directed to a method of treating an exhaust stream from a lean combustion engine. 1, 2 and 4, the exhaust stream is passed through the main exhaust conduit 6, with some of the exhaust stream passing through the exit exhaust stream conduit 10. The main exhaust conduit 6 comprises a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) 8. The escape exhaust stream conduit 10 comprises a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst 14, wherein hydrocarbons are injected into the escape exhaust stream conduit 10 using a hydrocarbon injector 18 upstream of the CPO 14. Can be. Breakaway exhaust stream conduit 10 is branched from main exhaust conduit 6 at first connection 12 and in communication with CPO 14. The exiting exhaust stream conduit 10 is recombined to the main exhaust conduit 6 at the second connection 16. The second connector 16 is located upstream of the HC-SCR 8. CPO 14 is suitable for converting hydrocarbons in the off-gas stream conduit 10 to carbon monoxide and hydrogen.

이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 분사되는 탄화수소의 양은 계량 장치 (24)에 의해 제어될 수 있다. 상세 실시양태에서, 상기 탄화수소는 차량 내 연료이다.The amount of hydrocarbon injected into the exit exhaust stream conduit 10 can be controlled by the metering device 24. In a specific embodiment, the hydrocarbon is in-vehicle fuel.

본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 제1 백분율의 배기가스 스트림이 주 배기가스 도관 (6)으로 통과되며, 제2 백분율의 배기가스 스트림이 이탈 배기가스 스트림 도관 (10)으로 통과되는데, 여기서 상기 제1 백분율은 상기 제2 백분율보다 더 크다. 일부 실시양태에서, 배기가스 스트림의 상기 제2 백분율은 제1 연결부 (12) 부근의 이탈 배기가스 스트림 도관 (10) 내에 위치되는 계량 장치 (26)에 의해 제어된다.According to one or more embodiments of the present invention, a first percentage of the exhaust stream is passed through the main exhaust conduit (6), and a second percentage of the exhaust stream is passed through the exiting exhaust stream conduit (10), where The first percentage is greater than the second percentage. In some embodiments, said second percentage of exhaust stream is controlled by a metering device 26 located in the exit exhaust stream conduit 10 near the first connection 12.

추가로 본 발명의 다양한 실시양태들은 주 배기가스 도관 (6) 내 배기가스 스트림을 제1 연결부 (12)의 하류, 제2 연결부 (16)의 상류에 위치된 디젤 미립자 필터 (28)로 통과시키는 것을 포함한다. 다른 실시양태에서, 주 배기가스 도관 (6) 내의 배기가스 스트림은 제1 연결부 (12)의 하류, 디젤 미립자 필터 (28)의 상류에 위치된 디젤 산화 촉매 (30)로 통과된다. 상세 실시양태에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 디젤 산화 촉매 (30)와 디젤 미립자 필터 (28)가 단일 구성요소 (32)로 통합된다.In addition, various embodiments of the present invention allow the exhaust gas stream in the main exhaust conduit 6 to pass through a diesel particulate filter 28 located downstream of the first connection 12 and upstream of the second connection 16. It includes. In another embodiment, the exhaust stream in the main exhaust conduit 6 is passed to a diesel oxidation catalyst 30 located downstream of the first connection 12, upstream of the diesel particulate filter 28. In a detailed embodiment, as shown in FIG. 4, the diesel oxidation catalyst 30 and the diesel particulate filter 28 are integrated into a single component 32.

CPO (14), DOC (30), DPF (28)는 물론 임의의 구성요소 (22)는 업계에 잘 알려져 있는 조성물로 제조될 수 있으며, 촉매제로서 비금속 (예컨대, 세리아) 및/또는 백금족 금속을 포함할 수 있다. 상류 위치에서, DOC 및/또는 미립자 필터는 몇 가지 유리한 기능을 제공한다. 상기 촉매는 연소되지 않은 기상 및 비-휘발성 탄화수소 (즉, 디젤 미립자 물질 중 가용성 유기 분획)와 일산화탄소를 이산화탄소 및 물로 산화시키는 역할을 한다. SOF의 실질적인 부분의 제거는, 특히 HC-SCR (8) 상에서의 미립자 물질의 너무 많은 침착을 방지하는 것을 돕는다. 특정 실시양태에서, 상기 백금족 금속은 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택된다.The CPO 14, DOC 30, DPF 28 as well as any component 22 can be made from a composition well known in the art and can be used as a catalyst for non-metal (eg ceria) and / or platinum group metals. It may include. In the upstream position, the DOC and / or particulate filter provide several advantageous functions. The catalyst serves to oxidize unburned gaseous and non-volatile hydrocarbons (ie, soluble organic fractions in diesel particulate material) and carbon monoxide to carbon dioxide and water. Removal of a substantial portion of the SOF helps to prevent too much deposition of particulate material, especially on HC-SCR 8. In certain embodiments, the platinum group metal is selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and combinations thereof.

본 발명의 특정 실시양태에서, DOC (30), DPF (28) 및 임의의 구성요소 (22) 중 1종 이상은 매연 필터, 예를 들면 벽 유동형 필터 상에 코팅되어, 배기가스 스트림 내 미립자 물질, 특히 미립자 물질 중 매연 분획 (또는 탄소질 분획)의 제거를 돕는다. DOC는, 상기 언급된 다른 산화 기능 이외에, 그을음 분획이 CO2 및 H2O로 산화되는 온도를 낮춘다. 그을음은 필터 상에 축적되므로, 촉매 코팅은 필터의 재생을 돕는다. 도 5에 나타낸 바와 같이, DPF (28)는 CO 및 비변환 연료 종을 변환시키기 위하여 HC-SCR (8)의 하류에 위치될 수 있다. 도 6은 미립자 물질에 의한 하류 HC-SCR의 퇴적을 최소화 또는 방지하기 위하여 DPF (28)가 제1 연결부 (12)의 상류에 위치된 또 다른 대안적인 실시양태를 나타낸다. 도 7은 DOC (30)가 제1 연결부 (12)의 상류에 위치되고, HC-SCR (8) 및 DPF (28)가 제2 연결부의 하류에 위치된 대안적인 실시양태를 나타낸다. 도 8은 DOC (30) 및 DPF (28)가 제1 연결부의 상류에 위치된 대안적인 실시양태를 나타낸다. 또 다른 대안적인 실시양태에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 시스템이 HC-SCR의 하류에 시스템에서 생성되는 임의의 NH3 배출물을 변환시키기 위한 NH3-SCR 촉매를 추가로 포함한다. 도 10에 나타낸 또 다른 특정 실시양태에서는, 시스템이 HC-SCR의 하류에 CO 및 임의의 비변환 연료 종을 산화시키기 위한 산화 촉매를 추가로 포함한다. 도 11은 HC-SCR (8) 촉매의 하류에 위치된 암모니아 산화 (AMOX) 촉매 (36)를 포함하는 배출물 처리 시스템의 대안적인 실시양태를 나타낸다. 상기 암모니아 산화 촉매 (36)는 시스템을 통한 이탈 암모니아로도 지칭될 수 있는 잔류 암모니아를 제거 또는 저감하는 데에 유용할 수 있다.In certain embodiments of the present invention, at least one of DOC 30, DPF 28, and optional component 22 is coated on a soot filter, such as a wall flow filter, to provide particulate material in the exhaust stream. , In particular, helps to remove soot fractions (or carbonaceous fractions) in particulate matter. DOC lowers the temperature at which the soot fraction is oxidized to CO 2 and H 2 O, in addition to the other oxidation functions mentioned above. Since soot accumulates on the filter, the catalyst coating assists in the regeneration of the filter. As shown in FIG. 5, DPF 28 may be located downstream of HC-SCR 8 to convert CO and unconverted fuel species. 6 shows another alternative embodiment in which the DPF 28 is located upstream of the first connection 12 to minimize or prevent the deposition of downstream HC-SCR by particulate matter. 7 shows an alternative embodiment where DOC 30 is located upstream of first connection 12 and HC-SCR 8 and DPF 28 are located downstream of second connection. 8 shows an alternative embodiment where DOC 30 and DPF 28 are located upstream of the first connection. In another alternative embodiment, as shown in FIG. 9, the system further comprises an NH 3 -SCR catalyst for converting any NH 3 emissions produced in the system downstream of the HC-SCR. In another particular embodiment shown in FIG. 10, the system further includes an oxidation catalyst for oxidizing CO and any unconverted fuel species downstream of the HC-SCR. 11 shows an alternative embodiment of an emission treatment system comprising an ammonia oxidation (AMOX) catalyst 36 located downstream of the HC-SCR 8 catalyst. The ammonia oxidation catalyst 36 may be useful for removing or reducing residual ammonia, which may also be referred to as leaving ammonia through the system.

도 12는 수소 공급원 (38)이 CPO 촉매가 아닌 다른 라인외 공급원 또는 구성요소인 대안적인 실시양태를 나타낸다. 본원에서 나타내는 바와 같은 수소 공급원 (38)은 주 배기가스 도관 (6)으로 분사되는 수소의 양을 제어할 수 있는 계량 장치 (40)를 포함할 수 있다. 상기 라인외 H2 공급원 (및 HC 환원제)은 전술한 바와 같은 CPO 반응 (산소에 의한 연료의 부분 산화)의 생성물을 포함할 수 있다.FIG. 12 shows an alternative embodiment where the hydrogen source 38 is an out-of-line source or component other than a CPO catalyst. The hydrogen source 38 as shown herein can include a metering device 40 capable of controlling the amount of hydrogen injected into the main exhaust conduit 6. The out-of-line H 2 source (and HC reducing agent) may comprise the product of the CPO reaction (partial oxidation of the fuel with oxygen) as described above.

다양한 임의의 구성요소 (22)가 배기가스 도관 (6)에 포함될 수 있다. 이러한 임의의 구성요소 (22)는 수소 분사기 (38)의 상류, 수소 분사기 (38)의 하류, 또는 HC-SCR 촉매 (8)의 하류에 위치될 수 있다. 주 배기가스 도관 (6)과의 연결부 이전에 수소 분사기 (38) 내에 임의의 구성요소가 위치되는 것도 고려될 수 있다. 나타낸 대안적인 실시양태는 단순히 본 발명이 실행될 수 있는 다양한 방식들을 나타내는 것이며, 제한하는 것으로 받아들여져서는 아니된다. 상기 구성요소들은 본 발명의 범위 내에 속하면서도 다른 구성으로 배열될 수 있다.Various optional components 22 can be included in the exhaust conduit 6. This optional component 22 can be located upstream of the hydrogen injector 38, downstream of the hydrogen injector 38, or downstream of the HC-SCR catalyst 8. It is also contemplated that any component is located in the hydrogen injector 38 prior to the connection with the main exhaust conduit 6. The alternative embodiments shown are merely representative of various ways in which the invention may be practiced and should not be taken as limiting. The components may be arranged in other configurations while falling within the scope of the present invention.

업계 숙련자라면 알고 있겠지만, 다양한 계량 장치들이 또한 제어장치 (controller)에 연결될 수 있다. 상기 제어장치는 여러 구성요소들 중에서도 특히 센서 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 기체성 조성물의 성분을 측정하는 데에 적합할 수 있으며, 배기가스 도관 내의 다양한 위치에 위치될 수 있다. 상기 프로세서는 센서로부터의 데이터를 평가하고 계량 장치들을 조정하여 다양한 촉매 성분들의 기능을 최적화할 수 있다.As will be appreciated by those skilled in the art, a variety of metering devices can also be connected to the controller. The control device may include, among other components, a sensor and a processor in particular. The sensor may be suitable for measuring the components of the gaseous composition and may be located at various locations within the exhaust conduit. The processor can evaluate the data from the sensors and adjust the metering devices to optimize the function of the various catalyst components.

본 발명의 다양한 실시양태와 함께 사용하기 위한 임의의 구성요소 (22)는 예를 들면 주 배기가스 도관과 연통하는 디젤 산화 촉매, 디젤 미립자 필터, 환원제 분사기, 공기 분사기, 암모니아 산화 촉매, 암모니아 선택성 촉매환원 촉매 중 1종 이상일 수 있다. 또한, 임의의 구성요소 (22)는 비제한적으로 도 3에 나타낸 것들을 포함하여, 통합된 구성요소들의 조합일 수 있다.Optional components 22 for use with the various embodiments of the present invention are, for example, diesel oxidation catalysts, diesel particulate filters, reducing agent injectors, air injectors, ammonia oxidation catalysts, ammonia selective catalysts in communication with the main exhaust conduit. It may be at least one of the reduction catalysts. In addition, any component 22 may be a combination of integrated components, including but not limited to those shown in FIG. 3.

기재 (Equipment ( substrate)substrate)

상세 실시양태에서, HC-SCR (8), CPO (14), 및 DOC (30)를 포함한 촉매들 중 어느 것 또는 모두는 기재 상에 배치된다. 상기 기재는 촉매를 제조하는 데에 전형적으로 사용되는 임의의 재료일 수 있으며, 전형적으로 세라믹 또는 금속 벌집형 구조, 예를 들면 관통형 단일체를 포함하게 된다. 통로가 그를 통한 유체 흐름에 대하여 개방되도록, 기재의 유입구 또는 유출구 측으로부터 그를 통하여 연장되는 미세하고 평행한 기류 통로들을 가지는 유형의 단일체형 기재 (벌집 유통형 기재로 지칭됨)와 같은 임의의 적합한 기재가 사용될 수 있다. 해당 유체 유입구로부터 해당 유체 유출구까지의 본질적으로 직선 경로인 상기 통로는 통로로 유통되는 기체가 촉매 물질과 접촉되도록 촉매 물질이 워시코트로 코팅되어 있는 벽에 의해 한정된다. 단일체형 기재의 흐름 통로는 얇은 벽의 (thin-walled) 채널이며, 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인곡선형, 육각형, 타원형, 원형 등과 같은 임의의 적합한 단면 형상 및 크기를 가지는 것일 수 있다. 그와 같은 구조는 단면 제곱 인치 당 약 60 내지 약 600개 또는 그 이상의 기체 유입구 구멍 (즉, 셀)을 포함할 수 있다.In a detailed embodiment, any or all of the catalysts, including HC-SCR (8), CPO (14), and DOC (30), are disposed on a substrate. The substrate can be any material typically used to make catalysts and will typically include ceramic or metal honeycomb structures, for example through-hole monoliths. Any suitable substrate, such as a monolithic substrate (referred to as a honeycomb flowable substrate) of the type having fine parallel parallel airflow passages extending therethrough from the inlet or outlet side of the substrate such that the passage is open to fluid flow therethrough. Can be used. The passageway, which is an essentially straight path from the fluid inlet to the fluid outlet, is defined by a wall coated with the catalyst material with the washcoat so that the gas flowing into the passage is in contact with the catalyst material. The flow passage of the monolithic substrate is a thin-walled channel and may be of any suitable cross-sectional shape and size, such as trapezoidal, rectangular, square, sinusoidal, hexagonal, elliptical, circular, and the like. Such structures may include from about 60 to about 600 or more gas inlet holes (ie, cells) per square inch of cross section.

도 13 및 14는 다수의 교호 차단된 채널 (52)을 가지며 미립자 필터로서 기능할 수 있는 벽 유동형 필터 기재 (50)를 도시한다. 통로들은 필터 기재의 내벽 (53)에 의해 튜브형으로 둘러싸여 있다. 상기 기재는 유입구 단부 (54) 및 유출구 단부 (56)를 가진다. 교호 통로들은 유입구 단부 (54)에서 유입구 마개 (58)로, 유출구 단부 (56)에서 유출구 마개로 막힘으로써, 유입구 (54) 및 유출구 (56)에서 대향하는 바둑판 패턴을 형성한다. 기체 스트림은 막히지 않은 채널 유입구 (60)를 통하여 진입하여, 유출구 마개에 의해 중지됨으로써, 채널 벽 (53) (다공성임)을 통하여 유출구 측으로 확산된다. 유입구 마개 (58)로 인하여, 기체가 벽의 유입구 측으로 거꾸로 통과될 수는 없다. 그와 같은 기재가 이용될 경우, 그러한 시스템은 기상 오염물과 함께 미립자 물질을 제거할 수 있게 된다.13 and 14 illustrate a wall flow filter substrate 50 having a number of alternating blocked channels 52 and capable of functioning as a particulate filter. The passages are tubularly surrounded by the inner wall 53 of the filter substrate. The substrate has an inlet end 54 and an outlet end 56. The alternating passageways are blocked by inlet plugs 58 at the inlet end 54 and outlet plugs at the outlet end 56 to form opposing checkerboard patterns at the inlet 54 and the outlet 56. The gas stream enters through the unobstructed channel inlet 60 and is stopped by the outlet plug, thereby diffusing to the outlet side through the channel wall 53 (porous). Due to the inlet plug 58, gas cannot pass back to the inlet side of the wall. If such a substrate is used, such a system will be able to remove particulate matter along with gaseous contaminants.

벽 유동형 필터 기재는 근청석, α-알루미나, 탄화규소, 티탄산알루미늄, 질화규소, 지르코니아, 멀라이트, 스포듀민, 알루미나-실리카-마그네시아 또는 규산지르코늄과 같은 세라믹-유형의 재료, 또는 다공성의 내화 금속으로 이루어질 수 있다. 벽 유동형 기재는 세라믹 섬유 복합 재료로 형성될 수도 있다. 특정 벽 유동형 기재는 근청석, 탄화규소, 및 티탄산알루미늄으로 형성된다. 그와 같은 재료들은 배기가스 스트림의 처리에서 만나게 되는 환경, 특히 고온을 견뎌낼 수 있다.Wall-flow filter substrates are ceramic-type materials such as cordierite, α-alumina, silicon carbide, aluminum titanate, silicon nitride, zirconia, mullite, spodumene, alumina-silica-magnesia or zirconium silicate, or porous refractory metals. Can be done. The wall flow substrate may be formed of a ceramic fiber composite material. Certain wall flow substrates are formed from cordierite, silicon carbide, and aluminum titanate. Such materials can withstand the environments encountered, particularly high temperatures, in the treatment of exhaust streams.

본 발명의 시스템에 사용하기 위한 벽 유동형 기재는 배압 또는 물체를 가로지르는 압력의 너무 큰 증가를 야기하지 않으면서 유체 스트림이 통과되는 얇은 다공성 벽의 벌집형 (단일체)을 포함할 수 있다. 시스템에 사용되는 세라믹 벽 유동형 기재는 40 % 이상 (예컨대 40 내지 75 %)의 다공도를 가지며 10 마이크로미터 이상 (예컨대 10 내지 30 마이크로미터)의 평균 세공 크기를 가지는 재료로 형성될 수 있다.Wall flow substrates for use in the systems of the present invention may include a honeycomb (mono) of thin porous walls through which a fluid stream passes without causing back pressure or too large an increase in pressure across the object. The ceramic wall flow substrate used in the system may be formed of a material having a porosity of at least 40% (such as 40 to 75%) and an average pore size of at least 10 micrometers (such as 10 to 30 micrometers).

추가적인 기능성이 필터 (DOC (30), DPF (28) 및 임의의 구성요소 (22))에 적용되는 특정 실시양태에서는, 기재가 59 % 이상의 다공도를 가질 수 있으며, 10 내지 20 마이크로미터 사이의 평균 세공 크기를 가질 수 있다. 이러한 다공도 및 이러한 평균 세공 크기를 가지는 기재가 하기의 기술을 사용하여 코팅될 때에는, 적절한 수준의 원하는 촉매 조성물이 기재 상에 담지될 수 있다. 촉매 담지에도 불구하고, 이러한 기재는 적절한 배기가스 유동 특성, 즉 허용가능한 배압을 계속 유지할 수 있다. 적합한 벽 유동형 기재의 개시와 관련하여, 미국 특허 제4,329,162호가 본원에 참고로 포함된다.In certain embodiments where additional functionality is applied to the filters (DOC 30, DPF 28, and any component 22), the substrate may have a porosity of at least 59%, with an average between 10 and 20 micrometers. It may have a pore size. When a substrate having such porosity and this average pore size is coated using the following technique, an appropriate level of the desired catalyst composition may be supported on the substrate. In spite of the catalyst loading, such substrates can maintain proper exhaust gas flow characteristics, i.e., acceptable back pressure. With regard to the disclosure of suitable wall flow substrates, US Pat. No. 4,329,162 is incorporated herein by reference.

상업적으로 이용가능한 통상적인 벽 유동형 필터는 전형적으로 예컨대 약 42 % 내지 50 %의 낮은 벽 다공도로 형성된다. 일반적으로, 상업용 벽 유동형 필터의 세공 크기 분포는 전형적으로 25 마이크로미터 미만의 평균 세공 크기에서 매우 광범위하다.Conventional wall flow filters commercially available are typically formed with low wall porosities, such as from about 42% to 50%. In general, the pore size distribution of commercial wall flow filters is typically very wide at average pore sizes of less than 25 micrometers.

다공성 벽 유동형 필터는 구성요소의 벽이 1종 이상의 촉매 물질을 그 위에 가지고 있거나, 그 안에 함유한다는 점에서 촉매화될 수 있다. 촉매 물질은 구성요소 벽의 유입구 측에만, 유출구측에만, 유입구 및 유출구 측 모두에 존재할 수 있거나, 또는 벽 자체가 전체적으로, 또는 부분적으로 촉매 물질로 구성될 수 있다. 본 발명은 촉매 물질의 1종 이상의 워시코트, 및 촉매 물질의 1종 이상의 워시코트의 조합을 구성요소의 유입구 및/또는 유출구 벽 상에 사용하는 것을 포함한다. 필터는 업계에 잘 알려져 있는 다양한 수단들 중 어느 것에 의해 코팅될 수 있다.Porous wall flow filters may be catalyzed in that the walls of the component have or contain therein one or more catalytic materials. The catalytic material may be present only at the inlet side, only at the outlet side, at both the inlet and outlet sides of the component walls, or the wall itself may be composed entirely or partly of the catalytic material. The present invention includes the use of a combination of one or more washcoats of catalyst material and one or more washcoats of catalyst material on the inlet and / or outlet walls of the components. The filter may be coated by any of a variety of means well known in the art.

본 발명의 촉매에 유용한 기재는 사실상 금속성일 수도 있으며, 1종 이상의 금속 또는 금속 합금으로 이루어질 수 있다. 금속성 기재는 주름진 시트 또는 단일체 형태와 같은 다양한 형상으로 사용될 수 있다. 적합한 금속성 지지체에는 내열성 금속 및 금속 합금, 예컨대 티타늄 및 스테인리스강은 물론, 철이 실질적이거나 주요한 성분인 기타 합금들이 포함된다. 그와 같은 합금은 니켈, 크롬 및/또는 알루미늄 중 1종 이상을 함유할 수 있으며, 이러한 금속들의 총량은 유리하게는 10-25 중량%의 크롬, 3-8 중량%의 알루미늄 및 20 중량% 이하의 니켈과 같이, 합금의 15 중량% 이상을 차지할 수 있다. 합금은 또한 망간, 구리, 바나듐, 티타늄 등과 같은 1종 이상의 다른 금속을 소량 또는 미량으로 함유할 수 있다. 기재 표면 상에 산화 층을 형성시키는 것에 의해 합금의 부식에 대한 내성을 향상시키기 위하여, 상기 표면 또는 금속 기재는 고온, 예컨대 1000℃ 이상에서 산화될 수 있다. 그와 같은 고온-유도 산화는 기재에 대한 내화 금속 산화물 지지체 및 촉매 촉진 금속 성분의 접착성을 강화할 수 있다.Substrates useful in the catalysts of the invention may be metallic in nature and may consist of one or more metals or metal alloys. The metallic substrate can be used in various shapes such as corrugated sheet or monolithic form. Suitable metallic supports include heat resistant metals and metal alloys such as titanium and stainless steel, as well as other alloys in which iron is a substantial or major component. Such alloys may contain one or more of nickel, chromium and / or aluminum and the total amount of these metals is advantageously 10-25% by weight of chromium, 3-8% by weight of aluminum and up to 20% by weight. Like nickel, it may account for at least 15% by weight of the alloy. The alloy may also contain small or minor amounts of one or more other metals such as manganese, copper, vanadium, titanium, and the like. In order to improve the resistance of the alloy to corrosion by forming an oxide layer on the substrate surface, the surface or metal substrate may be oxidized at high temperatures, such as at least 1000 ° C. Such hot-induced oxidation can enhance the adhesion of the refractory metal oxide support and the catalyst promoting metal component to the substrate.

대안적인 실시양태에서, HC-SCR (8), CPO (14), DOC (30), DPF (28) 및 임의의 구성요소 (22) 중 1종 또는 모두는 연속 기포형 발포체 기재 상에 침착될 수 있다. 그와 같은 기재에 대해서는 업계에 잘 알려져 있으며, 전형적으로 내화 세라믹 또는 금속 재료로 형성된다.In alternative embodiments, one or all of the HC-SCR (8), CPO (14), DOC (30), DPF (28) and any component (22) may be deposited on a continuous foamed foam substrate. Can be. Such substrates are well known in the art and are typically formed of refractory ceramic or metal materials.

CPOCPO 촉매 catalyst

CPO 촉매의 원리는 하기 반응식 8에 따라 연료가 산소와 반응하여 일산화탄소 및 수소를 산출하는 것이다.The principle of the CPO catalyst is that the fuel reacts with oxygen to yield carbon monoxide and hydrogen according to Scheme 8 below.

Figure pct00008
(8)
Figure pct00008
(8)

상기 촉매 부분 산화 반응은 충분한 고온, 및 반응성 기체의 촉매와의 제한된 접촉 시간 (높은 공간 속도)가 제공되는 경우에 우세하다. 상세 실시양태에서, CPO (14) 촉매는 백금 및 팔라듐을 함유한다. 특정 실시양태에서, 백금족 금속 담지량은 약 20 g/ft3 내지 약 200 g/ft3의 범위이다. 다른 특정 실시양태에서, CPO에서의 백금 대 팔라듐 금속 비는 약 1:9 내지 약 9:1의 범위이다. 하나 이상의 실시양태에서, CPO는 100,000 시간-1을 초과하는 공간 속도 (때로는 > 250,000 시간-1)에서 600℃ 내지 700℃ 사이로 운용된다. 상세 실시양태의 백금 대 팔라듐 금속 비는 약 1:5 내지 약 5:1, 또는 약 1:4 내지 약 4:1, 또는 약 1:3 내지 약 3:1, 또는 약 1:2 내지 약 2:1, 또는 약 1:1의 범위일 수 있다.The catalytic partial oxidation reaction prevails when sufficient high temperature and limited contact time (high space velocity) of the reactive gas with the catalyst are provided. In a specific embodiment, the CPO 14 catalyst contains platinum and palladium. In certain embodiments, the platinum group metal loading is in the range of about 20 g / ft 3 to about 200 g / ft 3 . In another particular embodiment, the platinum to palladium metal ratio in the CPO ranges from about 1: 9 to about 9: 1. In one or more embodiments, the CPO is operated between 600 ° C. and 700 ° C. at a space velocity greater than 100,000 hours −1 (sometimes> 250,000 hours −1 ). The platinum to palladium metal ratio of the specific embodiments can be from about 1: 5 to about 5: 1, or from about 1: 4 to about 4: 1, or from about 1: 3 to about 3: 1, or from about 1: 2 to about 2 : 1, or about 1: 1.

특정 실시양태에서, CPO 는 적합한 고표면적의 내화성 금속 산화물 지지체 층을 포함하며, 그것은 상기한 바와 같은 기재 상에 침착되어, 미세하게 분산된 촉매 금속이 확산될 수 있는 지지체로서 기능한다. 특정 실시양태에서는, "감마 알루미나" 또는 "활성 알루미나"로도 지칭되는 알루미나 지지체 재료와 같은 고표면적의 내화성 금속 산화물 지지체가 이용될 수 있으며, 전형적으로 그램 당 60 제곱 미터 ("m2/g") 초과, 종종 약 200 m2/g 이상까지의 BET 표면적을 나타낸다. 그와 같은 활성 알루미나는 보통 알루미나의 감마 및 델타 상의 혼합물이나, 실질량의 에타, 카파 및 세타 알루미나 상을 함유할 수도 있다. 활성 알루미나가 아닌 다른 내화 금속 산화물이 주어진 촉매의 촉매 성분의 적어도 일부를 위한 지지체로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 벌크 세리아, 지르코니아, 알파 알루미나, 및 기타 재료들이 그와 같은 용도로 공지되어 있다. 이러한 재료들 중 다수가 활성 알루미나에 비해 상당히 더 낮은 BET 표면적을 가진다는 단점을 가지고 있기는 하지만, 그와 같은 단점은 생성되는 촉매의 더 큰 내구성 또는 성능 향상에 의해 상쇄되는 경향이 있다. "BET 표면적"은 N2 흡착에 의해 표면적을 측정하기 위한 브루나우어 (Brunauer), 에메트 (Emmett), 텔러 (Teller)의 방법으로 지칭되는 그의 일반적인 의미를 가진다. 세공 직경 및 세공 부피가 BET-유형의 N2 흡착 또는 탈착 실험을 사용하여 측정될 수도 있다.In certain embodiments, the CPO comprises a suitable high surface area refractory metal oxide support layer, which is deposited on a substrate as described above to serve as a support onto which finely dispersed catalytic metals can diffuse. In certain embodiments, high surface area refractory metal oxide supports, such as alumina support materials, also referred to as "gamma alumina" or "active alumina," may be used, typically 60 square meters per gram ("m 2 / g"). Excess, often up to about 200 m 2 / g or more. Such activated aluminas are usually a mixture of gamma and delta phases of alumina, but may also contain net, eta, kappa and theta alumina phases. Refractory metal oxides other than activated alumina may be used as a support for at least some of the catalyst components of a given catalyst. For example, bulk ceria, zirconia, alpha alumina, and other materials are known for such use. Although many of these materials have the disadvantage of having a significantly lower BET surface area compared to activated alumina, such disadvantages tend to be counteracted by greater durability or improved performance of the resulting catalyst. "BET surface area" has its general meaning, referred to as Brunauer, Emmett, Teller's method for measuring surface area by N 2 adsorption. Pore diameters and pore volumes may be measured using BET-type N 2 adsorption or desorption experiments.

구체적인 지지체 코팅은 알루미나, 예를 들면 안정화된 고표면적의 전이 알루미나이다. 본원 및 청구항에서 사용될 때, "전이 알루미나"에는 감마, 카이, 에타, 카파, 세타 및 델타 형태, 그리고 이들의 혼합물이 포함된다. 예컨대 1종 이상의 희토류 금속 산화물 및/또는 알칼리 토금속 산화물과 같은 특정 첨가제가 전이 알루미나에 (보통 2 내지 10 중량%의 안정화된 코팅을 포함하는 양으로) 포함됨으로써, 그것을 알파 알루미나 (상대적으로 저표면적임)로의 일반적으로 바람직하지 않은 고온 상 전이로부터 안정화시킬 수 있다고 알려져 있다. 예를 들면, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 칼슘, 바륨, 스트론튬 및 마그네슘 중 1종 이상의 산화물이 안정화제로서 사용될 수 있다.Specific support coatings are alumina, for example stabilized high surface area transition alumina. As used herein and in the claims, “transition alumina” includes gamma, chi, eta, kappa, theta and delta forms, and mixtures thereof. Certain additives such as, for example, one or more rare earth metal oxides and / or alkaline earth metal oxides are included in the transition alumina (usually in an amount comprising from 2 to 10% by weight of a stabilized coating), thereby making it an alpha alumina (relatively low surface area). It is known to be able to stabilize from undesirable high temperature phase transitions to). For example, one or more oxides of lanthanum, cerium, praseodymium, calcium, barium, strontium and magnesium can be used as stabilizers.

촉매 부분 산화 촉매의 백금족 금속 촉매 성분은 팔라듐 및 백금, 그리고 임의로 1종 이상의 다른 백금족 금속을 포함한다. 본원 및 청구항에서 사용될 때, "백금족 금속"은 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 오스뮴 및 루테늄을 의미한다. 적합한 백금족 금속 성분은 팔라듐 및 백금, 그리고 임의로 로듐이다. 부분 산화를 위한 바람직한 촉매는 하기의 특성들 중 하나 이상을 가져야 한다. 이들은 유입구에서의 산화로부터 유출구에서의 환원까지 변화하는 조건 하에서 효과적으로 작동할 수 있어야 하며; 약 427℃ 내지 1315℃의 온도 범위에 걸쳐 상당한 온도 열화 없이 효과적으로 작동해야 하고; 일산화탄소, 올레핀 및 황 화합물의 존재 하에 효과적으로 작동해야 하며; 예컨대 주로 일산화탄소와 수소를 형성시키는 탄소의 H2O와의 반응을 촉매하는 것에 의해 낮은 수준의 코크스화를 제공함으로써, 촉매 표면에 낮은 수준의 탄소만을 허용해야 하고; 황 및 할로겐 화합물과 같은 통상의 촉매독에 의한 피독에 내성이어야 한다. 예를 들어, 다른 적합한 일부 촉매에서는, 일산화탄소가 저온에서 촉매 금속에 의해 유지됨으로써, 그의 활성을 감소 또는 변형시킬 수 있다. 백금과 팔라듐의 조합이 본 발명의 목적상 매우 효율적인 산화 촉매이다. 일반적으로, 백금-팔라듐 조합 촉매의 촉매 활성은 그들 각각의 촉매 활성의 단순 산술 조합이 아니며; 개시된 백금과 팔라듐의 비율 범위가 고온 운전 및 촉매 피독에 대한 우수한 내성으로 상당히 광범위한 탄화수소 공급물을 처리함에 있어서의 효율적이고 효과적인 촉매 활성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.The platinum group metal catalyst component of the catalytic partial oxidation catalyst comprises palladium and platinum, and optionally one or more other platinum group metals. As used herein and in the claims, “platinum group metal” means platinum, palladium, rhodium, iridium, osmium and ruthenium. Suitable platinum group metal components are palladium and platinum, and optionally rhodium. Preferred catalysts for partial oxidation should have one or more of the following properties. They must be able to operate effectively under varying conditions from oxidation at the inlet to reduction at the outlet; Must operate effectively without significant temperature degradation over a temperature range of about 427 ° C to 1315 ° C; Must work effectively in the presence of carbon monoxide, olefins and sulfur compounds; Only low levels of carbon should be allowed on the catalyst surface by providing low levels of coking, for example by catalyzing the reaction of carbon monoxide with H 2 O to form hydrogen; It must be resistant to poisoning by common catalytic poisons such as sulfur and halogen compounds. For example, in some other suitable catalysts, carbon monoxide may be retained by the catalytic metal at low temperatures, thereby reducing or modifying its activity. The combination of platinum and palladium is a very efficient oxidation catalyst for the purposes of the present invention. In general, the catalytic activity of platinum-palladium combination catalysts is not a simple arithmetic combination of their respective catalytic activity; The ratio ranges of the disclosed platinum to palladium have been found to provide efficient and effective catalytic activity in treating a fairly wide range of hydrocarbon feeds with high temperature operation and good resistance to catalyst poisoning.

백금 및 팔라듐과 함께 로듐이 임의로 포함될 수 있다. 특정 조건 하에서, 로듐은 특히 경질 올레핀을 위한, 효과적인 산화 촉매이면서 수증기 개질 촉매이다. 조합된 백금족 금속 촉매는 아주 낮은 H2O 대 탄소 (공급물 중 탄소 원자) 및 산소 대 탄소의 비율에서 촉매에 대한 상당한 탄소 침착 없이도 자열 반응을 촉매할 수 있다. 이와 같은 특징은 처리될 유입구 스트림에서의 H2O 대 C 및 O2 대 C 비를 선택함에 있어서의 유연성을 제공한다.Rhodium may optionally be included with platinum and palladium. Under certain conditions, rhodium is an effective oxidation catalyst and steam reforming catalyst, especially for light olefins. The combined platinum group metal catalysts can catalyze the autothermal reaction without significant carbon deposition on the catalyst at very low H 2 O to carbon (carbon atoms in the feed) and oxygen to carbon ratios. This feature provides flexibility in selecting the H 2 O to C and O 2 to C ratios in the inlet stream to be treated.

본 발명의 실시양태의 촉매에서 사용되는 백금족 금속은 임의의 적합한 형태로, 예컨대 원소 금속으로서, 다른 백금족 금속 또는 주어진 금속과의 합금 또는 금속간 화합물로서, 또는 백금족 금속의 산화물과 같은 화합물로서 촉매 조성물 중에 존재할 수 있다. 청구항에서 사용될 때, 팔라듐, 백금 및/또는 로듐 "촉매 성분" 또는 "촉매 성분들"이라는 용어는 모든 적합한 형태로 존재하는 백금족 금속 또는 금속을 포괄하고자 하는 것이다. 일반적으로, 백금족 금속 또는 금속 촉매 성분 또는 성분들에 대한 청구항 및 본원에서의 언급은 모든 적합한 촉매 형태의 1종 이상의 백금족 금속을 포괄한다. 적합한 CPO 촉매에 대해서는 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,522,894호에 기술되어 있다.The platinum group metals used in the catalysts of embodiments of the present invention are in any suitable form, for example as elemental metals, as other platinum group metals or as alloys or intermetallic compounds with a given metal, or as compounds such as oxides of platinum group metals. May be present. As used in the claims, the terms palladium, platinum and / or rhodium "catalyst component" or "catalyst components" are intended to encompass platinum group metals or metals present in all suitable forms. In general, the claims and platinum references to platinum group metals or metal catalyst components or components encompass one or more platinum group metals in all suitable catalyst forms. Suitable CPO catalysts are described in US Pat. No. 4,522,894, which is incorporated herein by reference in its entirety.

HCHC -- SCRSCR 촉매 catalyst

알루미나 지지체 상에 은을 포함하는 HC-SCR 촉매는 일반적으로 본 발명의 배출물 처리 시스템에 유용하다. 상세 실시양태에서, 상기 촉매는 알루미나의 표면 상에 "잘 분산된" 은 종을 함유한다. 특정 실시양태에서, 촉매에는 은 금속 및/또는 알루민산은이 실질적으로 없다.HC-SCR catalysts comprising silver on an alumina support are generally useful for the emission treatment system of the present invention. In a specific embodiment, the catalyst contains silver species "well dispersed" on the surface of the alumina. In certain embodiments, the catalyst is substantially free of silver metal and / or silver aluminic acid.

촉매는 이온 은을 사용한 알루미나 지지체의 함침에 의해 제조될 수 있다. 상기 알루미나 지지체는 비제한적으로 보에마이트, 슈도보에마이트, 디아스포어, 노르스트란다이트, 바이어라이트, 깁사이트, 히드록실화 알루미나, 소성 알루미나, 및 이들의 혼합물을 포함한 임의의 적합한 알루미나일 수 있다. 예시적인 은-알루미나 촉매는 알루미나 상에 지지된 Ag2O를 기준으로 하여 약 3 내지 4 중량% (wt%)의 은을 포함한다. 일 실시양태에서, 촉매는 고도로 히드록실화된 알루미나 상에 이온 은을 침착시킴으로써 제조된다. 본원에서 사용될 때, "히드록실화"라는 용어는 입수된 대로의 알루미나, 예를 들면 보에마이트, 슈도보에마이트 또는 젤라틴성 보에마이트, 디아스포어, 노르드스트란다이트, 바이어라이트, 깁사이트, 표면에 부가된 히드록실 기를 가지는 알루미나, 및 이들의 혼합물에서 알루미나의 표면이 고농도의 표면 히드록실 기를 가진다는 것을 의미한다. 슈도보에마이트 및 젤라틴성 보에마이트는 일반적으로 비-결정질 또는 젤라틴성 재료로 분류되는 반면, 디아스포어, 노르드스트란다이트, 바이어라이트, 깁사이트, 및 보에마이트는 일반적으로 결정질로 분류된다. 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 있어서, 히드록실화 알루미나는 화학식 Al(OH)xOy (식 중, x = 3-2y이며, y = 0 내지 1 또는 해당 분수임)로 표시된다. 그의 제조시, 상기 알루미나에 표면 히드록실 기의 다수 또는 대부분을 몰아내게 될 고온 소성은 하지 않는다. 대안적인 실시양태에서는, 알루미나가 감마, 델타, 세타 및 알파-알루미나 및 이들의 조합을 제공하기 위해 고온 소성되는 유형의 것일 수 있다.The catalyst can be prepared by impregnation of the alumina support with ionic silver. The alumina support can be any suitable alumina number, including but not limited to boehmite, pseudoboehmite, diaspore, norstrandite, vialite, gibbsite, hydroxylated alumina, calcined alumina, and mixtures thereof. have. Exemplary silver-alumina catalysts comprise about 3 to 4 weight percent (wt%) of silver based on Ag 2 O supported on alumina. In one embodiment, the catalyst is prepared by depositing ionic silver on highly hydroxylated alumina. As used herein, the term "hydroxylation" refers to alumina as obtained, for example boehmite, pseudoboehmite or gelatinous boehmite, diaspore, nordstrandite, vialite, gib By the site, alumina having hydroxyl groups added to the surface, and mixtures thereof, it is meant that the surface of the alumina has a high concentration of surface hydroxyl groups. Pseudoboehmite and gelatinous boehmite are generally classified as non-crystalline or gelatinous materials, while diaspore, nordstrandite, viarite, gibbsite, and boehmite are generally classified as crystalline do. In one or more embodiments of the invention, the hydroxylated alumina is represented by the formula Al (OH) x O y , wherein x = 3-2y and y = 0 to 1 or the corresponding fraction. In its manufacture, no high temperature firing will drive the majority or most of the surface hydroxyl groups into the alumina. In alternative embodiments, the alumina may be of the type that is hot calcined to provide gamma, delta, theta and alpha-alumina and combinations thereof.

수용성인 이온 형태의 은, 예컨대 아세트산은, 질산은 등을 사용하여 알루미나를 함침한 다음, 은을 고정시키고 음이온을 붕괴 (가능할 경우)시키기에 충분히 낮은 온도에서 이온 은-함침된 알루미나를 건조 및 소성한다. 전형적으로 질산염의 경우, 이는 직경이 약 20 nm를 초과하는 은 입자를 실질적으로 가지지 않는 알루미나를 제공하기 위하여, 약 450-550℃가 된다. 특정 실시양태에서, 은의 직경은 10 nm 미만이며, 다른 실시양태에서는 은의 직경이 약 2 nm 미만이다. 하나 이상의 실시양태에서는, 은이 실질적으로 이온 형태로 존재하고 UV 분광법으로 측정하였을 때 은 금속이 실질적으로 존재하지 않도록 처리가 수행된다. 하나 이상의 실시양태에서는, 실질적으로 알루민산은이 존재하지 않는다. 은 금속 및 알루민산은의 부재는 x-선 회절 분석에 의해 확인될 수 있다. 소량의 수소 및 적당한 탄화수소 연료 종의 존재 하에서는, 촉매가 탄소질 및 황 종에 의해 침착되었을 때에도, 여전히 잘 기능할 수 있다.Silver in water-soluble ionic form, such as acetic acid, is impregnated with alumina using silver nitrate and the like, and then dried and calcined ionic silver-impregnated alumina at a temperature low enough to fix the silver and collapse the anions (when possible). . Typically for nitrates this will be about 450-550 ° C. to provide alumina that is substantially free of silver particles having a diameter greater than about 20 nm. In certain embodiments, the diameter of silver is less than 10 nm and in other embodiments the diameter of silver is less than about 2 nm. In one or more embodiments, the treatment is performed such that the silver is substantially in ionic form and substantially free of silver metal as measured by UV spectroscopy. In one or more embodiments, substantially no aluminic acid is present. The absence of silver metal and silver aluminate can be confirmed by x-ray diffraction analysis. In the presence of small amounts of hydrogen and suitable hydrocarbon fuel species, it can still function well even when the catalyst is deposited by carbonaceous and sulfur species.

DOCDOC 촉매 catalyst

산화 촉매는 미연소 기체성 및 비-휘발성 탄화수소 (즉, VOF) 및 일산화탄소의 효과적인 연소를 제공하는 임의의 조성물로부터 형성될 수 있다. 또한, 산화 촉매는 NOx 성분 중 실질적인 비율의 NO를 NO2로 변환시키는데 효과적이어야 한다. 본원에서 사용될 때, "NOx 성분 중 NO의 NO2로의 실질적인 변환"이라는 용어는 20 % 이상, 구체적으로는 30 내지 60 % 사이를 의미한다. 이러한 특성을 가지는 촉매 조성물에 대해서는 업계에 알려져 있으며, 여기에는 백금족 금속- 및 비금속-기재의 조성물이 포함된다. 상기 촉매 조성물은 내화성의 금속 또는 세라믹 (예컨대 근청석) 재료로 형성되는 벌집 관통형 단일체 기재 상에 코팅될 수 있다. 별법으로, 산화 촉매는 업계에 잘 알려져 있는 금속 또는 세라믹 발포체 기재 상에 형성될 수 있다. 이러한 산화 촉매는 그것이 코팅되어 있는 기재 (예컨대, 연속 기포형 세라믹 발포체)로 인하여, 및/또는 그의 본질적인 산화 촉매 활성으로 인하여, 소정 수준의 미립자 제거를 제공한다. 상기 산화 촉매는 벽 유동형 필터의 상류에서 배기가스 스트림으로부터 일부 미립자 물질을 제거할 수도 있으며, 이는 필터 상의 미립자 물질의 감소가 강제 재생까지의 시간을 잠재적으로 연장하기 때문이다.The oxidation catalyst can be formed from any composition that provides effective combustion of unburned gaseous and non-volatile hydrocarbons (ie, VOF) and carbon monoxide. In addition, the oxidation catalyst must be effective to convert a substantial proportion of NO in the NO x component into NO 2 . As used herein, the term "substantial conversion of NO to NO 2 in the NO x component" means at least 20%, specifically between 30 and 60%. Catalyst compositions having such properties are known in the art and include platinum group metal- and nonmetal-based compositions. The catalyst composition may be coated on a honeycomb penetrating monolithic substrate formed from a refractory metal or ceramic (eg cordierite) material. Alternatively, the oxidation catalyst can be formed on metal or ceramic foam substrates well known in the art. Such oxidation catalysts provide some level of particulate removal due to the substrate on which it is coated (eg, continuous bubble ceramic foam) and / or due to its intrinsic oxidation catalyst activity. The oxidation catalyst may remove some particulate matter from the exhaust stream upstream of the wall flow filter because the reduction of particulate matter on the filter potentially prolongs the time to forced regeneration.

배출물 처리 시스템에 사용될 수 있는 일 특정 산화 촉매 조성물은 제올라이트 성분 (예컨대 베타 제올라이트)과 조합된 고표면적의 내화성 산화물 지지체 (예컨대 γ-알루미나) 상에 분산된 백금족 성분 (예컨대 백금, 팔라듐 또는 로듐 성분)을 함유한다. 구체적인 백금족 금속 성분에는 백금 및 팔라듐이 포함된다. 상기 조성물이 내화성 산화물 기재, 예컨대 유통형 벌집 기재 상에 배치될 때, 백금족 금속의 농도는 전형적으로 약 10 내지 150 g/ft3이다. 특정 실시양태에서, 백금족 금속은 전형적으로 약 20 g/ft3 내지 약 130 g/ft3, 또는 약 30 g/ft3 내지 약 120 g/ft3, 또는 약 40 g/ft3 내지 약 110 g/ft3, 또는 약 50 g/ft3 내지 약 100 g/ft3의 범위이다. 다른 상세 실시양태에서, 백금족 금속은 약 10 g/ft3, 약 20 g/ft3, 약 30 g/ft3, 약 40 g/ft3, 약 50 g/ft3, 약 60 g/ft3, 약 70 g/ft3, 약 80 g/ft3, 약 90 g/ft3, 약 100 g/ft3, 약 110 g/ft3 또는 약 120 g/ft3을 초과하는 농도로 존재한다. 또 다른 상세 실시양태에서, 백금족 금속은 약 120 g/ft3, 약 110 g/ft3, 약 100 g/ft3, 약 90 g/ft3, 약 80 g/ft3, 약 70 g/ft3, 약 60 g/ft3, 약 50 g/ft3, 약 40 g/ft3, 또는 약 30 g/ft3 미만의 농도로 존재한다. 추가적인 상세 실시양태에서, 백금족 금속 농도의 범위는 상기 열거된 최소 및 최대 농도의 임의의 조합 사이이다.One particular oxidation catalyst composition that can be used in an emission treatment system is a platinum group component (such as platinum, palladium or rhodium component) dispersed on a high surface area refractory oxide support (such as γ-alumina) in combination with a zeolite component (such as beta zeolite). It contains. Specific platinum group metal components include platinum and palladium. When the composition is disposed on a refractory oxide substrate, such as a flowable honeycomb substrate, the concentration of platinum group metal is typically about 10 to 150 g / ft 3 . In certain embodiments, the platinum group metal is typically from about 20 g / ft 3 to about 130 g / ft 3 , or from about 30 g / ft 3 to about 120 g / ft 3 , or from about 40 g / ft 3 to about 110 g / ft 3 , or from about 50 g / ft 3 to about 100 g / ft 3 . In other detailed embodiments, the platinum group metal is about 10 g / ft 3 , about 20 g / ft 3 , about 30 g / ft 3 , about 40 g / ft 3 , about 50 g / ft 3 , about 60 g / ft 3 , About 70 g / ft 3 , about 80 g / ft 3 , about 90 g / ft 3 , about 100 g / ft 3 , about 110 g / ft 3 or about 120 g / ft 3 . In another detailed embodiment, the platinum group metal is about 120 g / ft 3 , about 110 g / ft 3 , about 100 g / ft 3 , about 90 g / ft 3 , about 80 g / ft 3 , about 70 g / ft 3 , about 60 g / ft 3 , about 50 g / ft 3 , about 40 g / ft 3 , or about 30 g / ft 3 . In further detailed embodiments, the range of platinum group metal concentrations is between any combination of the minimum and maximum concentrations listed above.

산화 촉매를 형성시키는데 사용하기에 적합한 백금족 금속-기재 조성물은 본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,100,632호 ('632 특허)에도 기술되어 있다. 상기 '632 특허는 약 1:250 내지 약 1:1, 특히 약 1:60 내지 약 1:6인 백금족 금속과 알칼리 토금속 사이의 원자비로 백금, 팔라듐, 로듐, 및 루테늄, 그리고 알칼리토 금속 산화물 예컨대, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스트론튬, 또는 산화바륨의 혼합물을 갖는 조성물에 대해 기술하고 있다.Platinum group metal-based compositions suitable for use in forming oxidation catalysts are also described in US Pat. No. 5,100,632 (the '632 patent), which is incorporated herein by reference. The '632 patent discloses platinum, palladium, rhodium, and ruthenium, and alkaline earth metal oxides in an atomic ratio between the platinum group metal and the alkaline earth metal that is about 1: 250 to about 1: 1, in particular about 1:60 to about 1: 6. For example, compositions having a mixture of magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, or barium oxide are described.

산화 촉매에 적합한 촉매 조성물은 촉매 제제로서 비금속을 사용하여 형성될 수도 있다. 예를 들면 미국 특허 제5,491,120호 (그 개시내용이 본원에 참고로 포함됨)는 약 10 m2/g 이상의 BET 표면적을 가지며 본질적으로 티타니아, 지르코니아, 세리아-지르코니아, 실리카, 알루미나-실리카, 및 α-알루미나 중 1종 이상일 수 있는 벌크 2차 금속 산화물로 구성되는 촉매 물질을 포함하는 산화 촉매 조성물에 대해 개시하고 있다.Catalyst compositions suitable for oxidation catalysts may be formed using base metals as catalyst formulations. For example, US Pat. No. 5,491,120, the disclosure of which is incorporated herein by reference, has a BET surface area of at least about 10 m 2 / g and consists essentially of titania, zirconia, ceria-zirconia, silica, alumina-silica, and α- An oxidation catalyst composition comprising a catalyst material composed of a bulk secondary metal oxide, which may be at least one of alumina, is disclosed.

역시 유용한 것은 미국 특허 제5,462,907호 ('907 특허, 그 개시내용이 본원에 참고로 포함됨)에 개시되어 있는 촉매 조성물이다. 상기 '907호 특허는 각각 약 10 m2/g 이상의 표면적을 가지는 세리아 및 알루미나, 예를 들면 약 1.5:1 내지 1:1.5의 중량비로 세리아와 활성 알루미나를 함유하는 촉매 물질을 포함하는 조성물에 대해 교시하고 있다. 임의로, CO 및 미연소 탄화수소의 기상 산화를 촉진하는 데에 효과적이나 SO2의 SO3로의 과도한 산화는 배제하도록 제한되는 양으로, 백금이 상기 '907호 특허에 기술되어 있는 조성물에 포함될 수 있다. 별법으로, 임의의 원하는 양으로 팔라듐이 촉매 물질에 포함될 수도 있다.Also useful are catalyst compositions disclosed in US Pat. No. 5,462,907 (the '907 patent, the disclosure of which is incorporated herein by reference). The '907 patent discloses a composition comprising a catalyst material containing ceria and active alumina in a weight ratio of ceria and alumina, each having a surface area of at least about 10 m 2 / g, for example about 1.5: 1 to 1: 1.5. Teaching Optionally, platinum may be included in the compositions described in the '907 patent above in amounts that are effective at promoting gas phase oxidation of CO and unburned hydrocarbons, but are limited to exclude excessive oxidation of SO 2 to SO 3 . Alternatively, palladium may be included in the catalytic material in any desired amount.

NHNH 33 -- SCRSCR 촉매 catalyst

본 발명의 일 특정 실시양태에서, 시스템은 HC-SCR 촉매의 하류에 NH3-SCR 촉매를 추가로 포함할 수 있다. NH3-SCR 촉매는 시스템에서 생성되는 임의의 NH3가 환경으로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 적합한 NH3-SCR 촉매는 요소-SCR 적용분야에 유용한 공지의 SCR 촉매들 중 어느 것일 수 있다. CHA X-선 결정 구조 (예컨대 Cu-CHA, Cu-SAPO)를 가지는 분자체를 포함하는 NH3-SCR 촉매가 사용되는 것이 유리하다. 뛰어난 수열 안정성 및 내구성을 나타내는 CHA 구조를 가지는 이러한 분자 체는 본 발명에 특히 유용하다.In one particular embodiment of the present invention, the system may further comprise an NH 3 -SCR catalyst downstream of the HC-SCR catalyst. The NH 3 -SCR catalyst can prevent any NH 3 produced in the system from being released into the environment. Suitable NH 3 -SCR catalysts can be any of the known SCR catalysts useful for urea-SCR applications. It is advantageous to use NH 3 -SCR catalysts comprising molecular sieves having a CHA X-ray crystal structure (eg Cu-CHA, Cu-SAPO). Such molecular sieves having a CHA structure exhibiting excellent hydrothermal stability and durability are particularly useful in the present invention.

가솔린 희박 연소 엔진Gasoline lean combustion engine

상기한 실시양태들이 디젤 엔진의 하류에 DOC 및 DPF를 가지는 디젤 엔진과 관련된 것이기는 하지만, 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 시스템이 가솔린 희박 연소 엔진에서 사용될 수 있다는 것을 이해될 것이다. 따라서, 그 예시적인 시스템에는, 희박 연소 엔진으로부터의 배기가스는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키기에 적합한 촉매일 수 있는 구성요소 (22)와 연통하는, 도 1에 나타낸 유형의 시스템이 포함될 것이다. 가솔린 엔진에 적합한 촉매의 예는 삼원 촉매 (TWC)이다. 우수한 활성 및 긴 수명을 나타내는 TWC 촉매는 고표면적의 내화성 산화물 지지체, 예컨대 고표면적의 알루미나 코팅 상에 위치된 1종 이상의 백금족 금속 (예컨대 백금 또는 팔라듐, 로듐, 루테늄 및 이리듐)을 포함한다.Although the above embodiments relate to diesel engines having DOC and DPF downstream of a diesel engine, it will be understood that systems according to one or more embodiments of the present invention can be used in gasoline lean combustion engines. Thus, the exemplary system would include a system of the type shown in FIG. 1 in which exhaust gas from the lean combustion engine is in communication with component 22, which may be a catalyst suitable for oxidizing carbon monoxide and hydrocarbons. An example of a suitable catalyst for a gasoline engine is a three way catalyst (TWC). TWC catalysts that exhibit good activity and long life include one or more platinum group metals (such as platinum or palladium, rhodium, ruthenium and iridium) located on high surface area refractory oxide supports, such as high surface area alumina coatings.

수소 공급원Hydrogen source

일부 대안적인 실시양태에서, 수소는 외부 공급원 또는 수소 발생기에 의해 생성될 수 있다. 적합한 수소 공급원에는 전해장치, 플라즈마 개질기, 열분해 장치, 수증기 개질기, 압축 가스 용기 및 액화 가스 용기가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.In some alternative embodiments, hydrogen may be generated by an external source or hydrogen generator. Suitable hydrogen sources include, but are not limited to, electrolyzers, plasma reformers, pyrolysis devices, steam reformers, compressed gas vessels, and liquefied gas vessels.

전해장치, 예컨대 양성자 교환막 (PEM)은 차량 내에서 수소를 생성시키는데 사용될 수 있다. PEM은 물을 수소 및 산소 분자로 분해하고, 이들은 이후 압축되어 배기가스로 분사될 수 있다. PEM 시스템은 시스템에서 유지되는 소량의 물만을 필요로 한다.Electrolyzers, such as proton exchange membranes (PEMs), can be used to generate hydrogen in vehicles. PEM decomposes water into molecules of hydrogen and oxygen, which can then be compressed and injected into the exhaust gas. PEM systems only require a small amount of water to be maintained in the system.

플라즈마 개질기는 가솔린, 디젤 연료, 메탄, 에탄 등과 같은 기상 탄화수소를 수소로 변환시킨다. 반응실에 충분한 연료 및 공기가 충전되고, 플라즈마가 점화된다. 플라즈마에 기초한 반응은 수소 발생을 초래한다. 수소 발생은 촉매 성분에 의해 최적화될 수 있다.Plasma reformers convert gaseous hydrocarbons such as gasoline, diesel fuel, methane, ethane and the like into hydrogen. Sufficient fuel and air are charged to the reaction chamber, and the plasma is ignited. The reaction based on the plasma results in hydrogen evolution. Hydrogen generation can be optimized by the catalyst component.

열분해 장치는 연료를 크래킹 또는 열분해하여, 수소 및 탄소 산화물 종들을 산출할 수 있다. 열분해는 일반적으로 효율적인 변환에 고온을 필요로 한다.The pyrolysis device may crack or pyrolyze the fuel to yield hydrogen and carbon oxide species. Pyrolysis generally requires high temperatures for efficient conversion.

수증기 개질기는 연료를 물과 반응시킴으로써 수소를 생성시킬 수 있다. 반응은 발열성이어서, 증가된 반응 속도로 이어진다. 전해장치와 마찬가지로, 이와 같은 유형의 수소 분사기에는 소형의 차량내 물 공급원이 요구된다.Steam reformers can produce hydrogen by reacting fuel with water. The reaction is exothermic, leading to increased reaction rates. As with electrolyzers, this type of hydrogen injector requires a small in-vehicle water supply.

[실시예][Example]

배기가스에 존재하는 수소의 효과를 예시하기 위하여, 실험실 반응기에서 엔진 열화된 HC-SCR 촉매 샘플을 사용하여 별도의 실험을 수행하였다. 450 ppm의 탄소 C1 (디젤로서), 150 ppm의 NO, 5 % CO2, 5 % H20, 10 % O2, 나머지 N2를 함유하는 모사 디젤 배기가스를 30,000 시간-1로 엔진 열화된 HC-SCR 촉매 샘플의 유입구 부분에서 채취한 코어 샘플에 도입하였다. 500℃ 내지 260℃의 촉매 유입구 온도의 하향 경사를 사용하여 평가를 수행하였다. HC-SCR 촉매 샘플은 은 함유 단일체 촉매이었다. 탈이온수를 사용하여 질산은의 1 M 용액을 제조하였다. 생성 용액을 광원으로부터 격리하여 암병 (dark bottle)에 보관하였다. 초기 침윤이 달성될 때까지 혼합하면서 물을 사용하여 노출된 지지체를 적정함으로써, 다양한 지지체들의 가용 세공 부피를 측정하였다. 이를 지지체 그램 당 액체 부피로 나타내었다. 최종 목표 Ag2O 수준 및 지지체 그램 당 가용 부피를 사용하여, 요구되는 1 M AgNO3 용액의 양을 계산하였다. 필요에 따라 탈이온수를 은 용액에 첨가함으로써, 액체의 총 부피를 초기 침윤까지 지지체 샘플을 함침하는 데에 요구되는 양과 동일하게 하였다. 요구되는 AgNO3 용액의 양이 지지체의 세공 부피를 초과하는 경우에는, 다수의 함침을 수행하였다.In order to illustrate the effect of hydrogen present in the exhaust gas, separate experiments were carried out using a sample of engine deteriorated HC-SCR catalyst in a laboratory reactor. Engine degradation of 450 ppm carbon C1 (as diesel), 150 ppm NO, 5% CO 2 , 5% H 2 0, 10% O 2 , remaining N 2 to engine deterioration to 30,000 hours −1 It was introduced into the core sample taken from the inlet portion of the HC-SCR catalyst sample. The evaluation was performed using a downward slope of catalyst inlet temperature of 500 ° C to 260 ° C. The HC-SCR catalyst sample was a silver containing monolithic catalyst. Deionized water was used to prepare a 1 M solution of silver nitrate. The resulting solution was isolated from the light source and stored in a dark bottle. The available pore volume of the various supports was determined by titrating the exposed support with water while mixing until initial infiltration was achieved. This is expressed as the liquid volume per gram of support. Using the final target Ag 2 O level and available volume per gram of support, the amount of 1 M AgNO 3 solution required was calculated. By adding deionized water to the silver solution as needed, the total volume of liquid was made equal to the amount required to impregnate the support sample up to initial infiltration. If the amount of AgNO 3 solution required exceeds the pore volume of the support, a number of impregnations were performed.

적절한 AgNO3 용액을 혼합하면서 지지체에 천천히 첨가하였다. 초기 침윤이 달성된 후, 생성되는 고체를 90℃에서 16시간 동안 건조한 다음, 540℃에서 2시간 동안 소성하였다. 촉매를 또한 650℃에서 전형적으로 약 16시간 이상 동안 공기 중 약 10 % 수증기의 유동 스트림에 임의 적용하였다.The appropriate AgNO 3 solution was slowly added to the support while mixing. After initial infiltration was achieved, the resulting solid was dried at 90 ° C. for 16 hours and then calcined at 540 ° C. for 2 hours. The catalyst was also optionally applied to a flow stream of about 10% water vapor in air, typically at 650 ° C. for at least about 16 hours.

상업적으로 이용가능한 슈도보에마이트 (Catapal.RTM. C1, 270 m2/g, 0.41 cc/g의 세공 부피, 6,1 nm의 평균 세공 직경, 북아메리카 소재 사솔(Sasol) 사 제조) 및 보에마이트 (P200 (사솔 사), 100 m2/g, 0.47 cc/g의 세공 부피, 17.9 nm의 평균 세공 직경) 알루미나 지지체를 사용하여, 상기한 바와 같이 촉매를 제조하였다. 최종 촉매의 은 함량이 Ag2O를 기준으로 하여 약 3 중량%가 될 때까지 각각의 알루미나를 처리하였다. 제곱 인치 당 약 300 기포를 가지는 단일체를 알루미나로 워시코팅함으로써, 약 2 g/in3의 담지량을 생성시켰다. 엔진 배기가스 시스템의 구성에서, HC-SCR 촉매를 DOC/DPF의 앞에 위치시키고, 엔진에서 50시간 동안 열화시켰다. 열화 동안, DOC/DPF의 재생을 모사하기 위해 수많은 연료 연소 주기가 사용되었다.Commercially available pseudoboehmite (Catapal.RTM. C1, 270 m 2 / g, pore volume of 0.41 cc / g, average pore diameter of 6,1 nm, manufactured by Sasol, North America) and Boe The catalyst was prepared as described above using a mite (P200 (Sasol), 100 m 2 / g, pore volume of 0.47 cc / g, average pore diameter of 17.9 nm) alumina support. Each alumina was treated until the silver content of the final catalyst was about 3% by weight based on Ag 2 O. A wash amount of about 2 g / in 3 was produced by washcoating a monolith having about 300 bubbles per square inch with alumina. In the configuration of the engine exhaust system, the HC-SCR catalyst was placed in front of the DOC / DPF and degraded for 50 hours in the engine. During degradation, numerous fuel combustion cycles have been used to simulate the regeneration of DOC / DPF.

NOx 변환 결과를 도 13에 나타내었다. 아무런 처리 없는 입수된 그대로의 엔진 열화된 샘플은 평가된 전체 온도 범위에서 약 20 %의 NOx 변환율을 나타내었다. 촉매는, 1000 ppm의 H2가 모사 배기가스에 도입되는 경우, 500℃에서 10 % 더 우수한 NOx 변환율을, 400℃에서 20 % 더 우수한 NOx 변환율을, 그리고 300℃에서 50 % 더 우수한 NOx 변환율을 나타내었다. 배기가스 중 수소의 존재는 상당히 실활된 촉매의 NOx 성능을 급격하게 향상시켰다.The NOx conversion result is shown in FIG. 13. The engine degraded sample as received without any treatment showed a NOx conversion of about 20% over the entire temperature range evaluated. The catalyst has 10% better NOx conversion rate at 500 ° C, 20% better NOx conversion rate at 400 ° C, and 50% better NOx conversion rate at 300 ° C when 1000 ppm H 2 is introduced into the simulated exhaust gas. Indicated. The presence of hydrogen in the exhaust gas dramatically improved the NOx performance of the highly deactivated catalyst.

바람직한 실시양태 위주로 본 발명을 기술하였지만, 업계 일반의 숙련자라면, 바람직한 장치 및 방법들의 변형이 사용될 수 있으며, 본 발명이 본원에서 구체적으로 기술된 것과 다르게 실시될 수 있는 것으로 의도되었다는 것이 분명할 것이다. 따라서, 본 발명은 하기의 청구항에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포괄되는 모든 변형들을 포함한다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, it will be apparent to one skilled in the art that modifications of the preferred apparatus and methods may be used and that the present invention is intended to be practiced otherwise than as specifically described herein. Accordingly, the present invention includes all modifications encompassed within the spirit and scope of the invention as defined by the following claims.

Claims (14)

엔진 배기가스 스트림과 연통하는 주 배기가스 도관, 및 주 배기가스 도관과 연통하는 탄화수소 선택성 촉매환원 촉매 (HC-SCR);
주 배기가스 도관으로부터 분지되며, 배기가스 스트림의 일부를 주 배기가스 도관으로부터 이탈 배기가스 스트림 도관으로 우회시킴으로써, 이탈 배기가스 스트림 도관과 연통하는 촉매 부분 산화 (CPO) 촉매로 유통되는 이탈 배기가스 스트림을 제공하는 제1 연결부, 및 이탈 배기가스 스트림을 HC-SCR 상류의 주 배기가스 도관으로 재도입하는 제1 연결부 하류의 제2 연결부에 의해 주 배기가스 도관에 연결되는 이탈 배기가스 스트림 도관; 및
CPO 상류의 탄화수소 분사기 (상기 CPO는 탄화수소의 일부를 일산화탄소 및 수소로 변환시키는데 효과적임)
를 포함하는, 희박 연소 엔진으로부터의 배기가스 스트림 중 NOx의 저감을 위한 배출물 처리 시스템.
A main exhaust conduit in communication with the engine exhaust stream, and a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR) in communication with the main exhaust conduit;
Exit exhaust stream branched from the main exhaust conduit and circulated as a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst in communication with the exit exhaust stream conduit by diverting a portion of the exhaust stream from the main exhaust conduit to the exit exhaust stream conduit A departure exhaust stream conduit connected to the main exhaust conduit by a first connection providing a first connection, and a second connection downstream of the first connection reintroducing the escape exhaust stream into the main exhaust conduit upstream of the HC-SCR; And
Hydrocarbon injectors upstream of CPO (The CPOs are effective at converting some of the hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen)
An emission treatment system for reducing NOx in an exhaust stream from a lean combustion engine comprising a.
제1항에 있어서, CPO가 하류의 HC-SCR 촉매에 충분한 수소와 적량의 탄화수소를 제공하도록 설계되어 있는 배출물 처리 시스템.The emission treatment system of claim 1, wherein the CPO is designed to provide sufficient hydrogen and an appropriate amount of hydrocarbons to the downstream HC-SCR catalyst. 제1항에 있어서, 탄화수소 분사기 장치가 이탈 배기가스 스트림 도관으로 분사되는 탄화수소의 양을 제어하는데 알맞은 계량 장치를 포함하는 배출물 처리 시스템.The emission treatment system of claim 1, wherein the hydrocarbon injector device comprises a metering device suitable for controlling the amount of hydrocarbon injected into the exit exhaust stream conduit. 제1항에 있어서, 이탈 배기가스 스트림 도관의 제1 연결부에, 이탈 배기가스 스트림 도관으로 우회하는 배기가스의 백분율을 조절하기 위한 계량 장치를 추가로 포함하는 배출물 처리 시스템.The emission treatment system of claim 1, further comprising a metering device at the first connection of the escape exhaust stream conduit for adjusting the percentage of exhaust gas bypassing the escape exhaust stream conduit. 제1항에 있어서, CPO 촉매가 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 혼합물에서 선택되는 백금족 금속을 함유하는 배출물 처리 시스템.The emission treatment system of claim 1, wherein the CPO catalyst comprises a platinum group metal selected from platinum, palladium, rhodium, and mixtures thereof. 제1항에 있어서, HC-SCR 촉매의 상류 또는 하류에 디젤 미립자 필터 (DPF)를 추가로 포함하는 배출물 처리 시스템.The emission treatment system of claim 1, further comprising a diesel particulate filter (DPF) upstream or downstream of the HC-SCR catalyst. 제6항에 있어서, 디젤 미립자 필터 (DPF)가 제1 연결부와 제2 연결부의 사이에 주 배기가스 도관과 연통하여 위치되는 배출물 처리 시스템.7. The emission treatment system of claim 6, wherein a diesel particulate filter (DPF) is positioned in communication with the main exhaust conduit between the first and second connections. 제6항 또는 제7항에 있어서, DPF 및 HC-SCR 촉매의 상류에 디젤 산화 촉매 (DOC)를 추가로 포함하는 배출물 처리 시스템.8. The emission treatment system of claim 6 or 7, further comprising a diesel oxidation catalyst (DOC) upstream of the DPF and HC-SCR catalysts. 제8항에 있어서, 디젤 산화 촉매 (DOC)가 제1 연결부의 하류에 주 배기가스 도관과 연통하여 위치되는 배출물 처리 시스템.9. An emission treatment system according to claim 8, wherein a diesel oxidation catalyst (DOC) is located in communication with the main exhaust conduit downstream of the first connection. 제9항에 있어서, DOC와 DPF가 단일 구성요소로 통합되는 배출물 처리 시스템.10. The emission treatment system of claim 9, wherein the DOC and the DPF are integrated into a single component. 제1항에 있어서, HC-SCR 촉매의 하류에 NH3-SCR 촉매를 추가로 포함하는 배출물 처리 시스템.The emission treatment system of claim 1 further comprising an NH 3 -SCR catalyst downstream of the HC-SCR catalyst. 제1항에 있어서, HC-SCR 촉매의 하류에 산화 촉매를 추가로 포함하는 배출물 처리 시스템.The emission treatment system of claim 1, further comprising an oxidation catalyst downstream of the HC-SCR catalyst. 배기가스 스트림을 주 배기가스 도관으로 통과시키고, 배기가스 스트림의 일부를 이탈 배기가스 스트림 도관으로 통과시키는 것을 포함하며, 주 배기가스 도관은 탄화수소 선택성 촉매환원 촉매 (HC-SCR)를 포함하고, 이탈 배기가스 스트림 도관은 촉매 부분 산화 (CPO) 촉매 및 CPO 상류의 탄화수소 분사기 (CPO는 탄화수소의 일부를 일산화탄소 및 수소로 변환시키는데 알맞음)를 포함하며, 이탈 배기가스 스트림 도관은 제1 연결부에서 주 배기가스 도관으로부터 분지되고 CPO와 연통하며, 이탈 배기가스 스트림 도관은 HC-SCR의 상류의 제2 연결부에서 주 배기가스 도관에 재결합되는, 배기가스 스트림의 처리 방법.Passing the exhaust stream through the main exhaust conduit and passing a portion of the exhaust stream through the evacuation exhaust stream conduit, wherein the main exhaust conduit comprises a hydrocarbon selective catalytic reduction catalyst (HC-SCR); The exhaust stream conduit comprises a catalytic partial oxidation (CPO) catalyst and a hydrocarbon injector upstream of the CPO (CPO is suitable for converting some of the hydrocarbons to carbon monoxide and hydrogen), and the exit exhaust stream conduit is the main exhaust at the first connection. And exiting the gas conduit and in communication with the CPO, wherein the exiting exhaust stream conduit is recombined to the main exhaust conduit at a second connection upstream of the HC-SCR. 배기가스 스트림을 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 시스템으로 통과시키는 것을 포함하는, 배기가스 스트림의 처리 방법.A method of treating an exhaust stream, comprising passing the exhaust stream to the system according to claim 2.
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