KR20120095375A - 내연기관으로부터 배기 가스의 정화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 개 이상의 가스 불투과 교차 주름 시트(4) 사이에 배치한 하나 이상의 교차 주름 와이어 메쉬 시트(5)에 하나 이상의 촉매와 배기 가스를 접촉시키는 단계를 포함하는 내연기관으로부터의 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소 및 미립자 물질을 포함하는 배기 가스의 정화를 위한 방법을 제공한다. 배기 가스는 하나 이상의 교차 주름 와이어 메쉬 시트(5) 상의 다른 구역들에서 코팅되는 하나 이상의 촉매와 접촉한다. 배기 가스의 미립자 물질은 다공성이며 산화 촉매로 선택적으로 코팅되는 가스 불투과 시트(4)의 구역에 보유된다. 내연기관으로부터의 배기 가스는 정화한 배기 가스에 의해 가열될 수 있다. 본 발명은 내연기관으로부터 배기 가스의 정화 방법을 위한 장치를 더 포함한다.

Description

내연기관으로부터 배기 가스의 정화 방법 및 장치{PROCESS AND APPARATUS FOR PURIFICATION OF AN EXHAUST GAS FROM AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관으로부터 배기 가스의 정화에 관한 것이다.
본 발명은 구체적으로 촉매 코팅 와이어 메쉬와 다공성 벽에 직접 가스를 통과시킴에 의한, 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소 및 미립자 물질의 제거에 관한 것이다.
본 발명은 특히 디젤 구동 차량으로부터 배기 가스의 정화를 위해 기술적 및 상업적으로 유용하다.
여러 배기 가스 정화 방법과 장치는 이미 공지되어 있다.
US 6,845,612 B2에는, 질소 산화물이 촉매에 의해 덮힌 채널에 가스를 통과시킴으로써 배기 가스로부터 제거되는 장치를 개시한다. 이 채널은 촉매가 코팅된 금속 플레이트를 접음으로써 형성된다.
또 다른 정화 장치가 US 2006/0 096 282에 개시되어 있다. 배기 가스는 하나 이상의 촉매로 부분적으로 채워지거나 코팅된 평면 플레이트 사이의 공간에 흐른다. 입구 가스는 가스가 챔버 안으로 흘러 방향을 바꾸고 다른 공간으로 되돌아 흐르는 장치의 단부에서, 하나 걸러의 공간에서 흐른다. 연료 또는 산소 함유 가스가 챔버 내의 가스에 도입될 수 있고, 따라서 산화 촉매는 출구 공간에 설치할 수 있다. 촉매는 설치가 복잡하고 압력 저하를 일으키거나 촉매는 제한된 표면을 갖는다.
US 6,534,021에는, 가스 불투과 플레이트와 와이어 메쉬 플레이트의 층들이 교대로 놓인 필터를 보여준다. 가스 불투과 플레이트는 평면일 수 있고, 그러면 와이어 메쉬 플레이트는 주름지게 하거나, 또는 가스 불투과 플레이트가 주름지고 와이어 메쉬 플레이트가 평면이다. 가스는 주름져있는 채널에 수직으로 흐른다. 그러나 이것은 약간의 공간을 필요로 한다. 와이어 메쉬와 필터 본체는 모두 촉매로 코팅될 수 있다. 게다가, 단지 하나의 주름진 층이 불투과 플레이트 사이에 설치되어 있다.
특허 출원 WO-A-2007/122283에는, 평평한 와이어 메쉬 시트들 사이에 교대로 놓이는 주름진 시트를 갖는 배기 가스 처리를 위한 기판을 개시한다. 주름진 시트의 움푹한 곳은 평평한 와이어 메쉬 시트의 움푹한 곳과 일치한다. 주름지고 평평한 와이어 메쉬 시트(2)는 투과성이고, 한 방향으로만 주름지고 교대로 놓이는 V-형상 시트(3)가 다른 시트로 떨어지는 것을 피하는 것이 필요하다. 그래서 시트(3)는 주름지나 교차 주름은 아니고, 이러한 시트(3) 중 한 개만 투과 시트(2) 사이에 제공될 수 있다.
본 발명의 일반적인 목적은 배기 가스와 촉매 사이의 양호한 접촉이 얻어지고, 낮은 압력강하를 갖고, 레이아웃이 유연한, 소형 장치에서 배기 가스로부터 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소 및 미립자 물질을 제거하는 방법과 장치를 제공하고, 따라서 열교환을 포함한 본 발명 장치에서 하나 이상의 공정이 수행될 수 있다.
본 발명은 내연기관으로부터 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소 및 미립자 물질을 포함하는 배기 가스의 정화를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 장치에서 일어나는 방법은 두 개 이상의 가스 불투과 교차 주름 시트 사이에 배치되는 하나 이상의 교차 주름 와이어 메쉬 시트 상의 하나 이상의 촉매와 배기 가스를 접촉시키는 단계를 포함한다. 배기 가스는 하나 이상의 교차 주름 와이어 메쉬 시트 상의 다른 구역들에서 코팅되는 하나 이상의 촉매와 접촉된다. 배기 가스의 미립자 물질은 다공성이며 산화 촉매가 선택적으로 코팅되어있는 가스 불투과 시트의 구역에 보유된다. 내연기관으로부터의 배기 가스는 정화된 배기 가스에 의해 가열될 수 있다.
따라서, 배기 가스의 향상된 정화는, 정화 방법의 유연한 선택뿐만 아니라 가스와 촉매 사이의 밀접한 접촉을 제공하여 감소된 공간 요구와 동시에 압력 강하를 낮추는, 가스의 높은 난류로 인한 본 발명에 의해 얻어진다.
교차 주름 때문에, 이제 가스 불투과 교차 주름 시트 사이에 수많은 와이어 메쉬 시트를 쌓을 수 있는 것이 가능하다.
내연기관으로부터의 배기 가스는 독성 불순물을 함유한다. 특히 디젤 배기 가스는 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소, 검댕 및 미립자 물질을 포함한다.
질소 산화물은 유리 질소로 환원되어야 하며, 입자들은 필터로 걸러져야 하며, 걸러진 미립자 물질, 탄화수소 및 일산화탄소는 이산화탄소와 물로 산화되어야 한다. 이러한 공정은 촉매 존재 하에 일어난다.
본 발명은 이러한 불순물의 제거를 위한 방법 및 장치를 제공하고, 추가로 열교환을 포함할 수 있는 소형 다기능 디젤 배기 장치를 포함한다.
정화 장치는 교차 주름 금속 시트로 구성되어 있고, 이 시트의 일부는 가스 불투과 시트이며, 그리고 이러한 불투과 시트 사이에는 수많은 교차 주름 와이어 메쉬 시트가 놓여진다. 불투과 시트의 일부분은 다공성일 수 있다. 주름 패턴은 지그재그 패턴의 일종이며, 본 발명에 따라 시트를 쌓을 때, 모든 시트는 그 사이에 라이너가 없어도 무너짐 없이 유동 채널을 유지한 채 직접 서로서로 쌓을 수 있다.
따라서, 하나뿐만 아니라 여러 개의 교차 주름 와이어 메쉬 시트가 두 개 이상의 가스 불투과 교차 주름 시트 사이에 제공될 수 있다. 이것은 보다 가요성 구조를 가능하게 하고 더 많은 촉매도 코팅할 수 있게 한다.
WO-A-2007/122283에서 제공되는 상부가 평평한 주름 시트와 반대로, 본 발명의 와이어 메쉬 시트는 교차로 주름져 있어 상부가 평평하지 않고 주름져 있다는 것이 이해된다. 지그재그 또는 파도 모양 패턴이 시트의 한 방향에만 존재하지 않는다.
교차 주름 시트의 하나 이상의 구역에 촉매로 코팅될 수 있다. 촉매는 일반적으로 시트 위에 분사함으로써 적용된다.
가공된 와이어 메쉬 시트들은 동일하다. 하나 걸러 시트를 뒤집으면, 기울어진 채널이 비평행 모드로 서로 닿고, 그렇게 함으로써 시트는 서로 거리를 유지하게 된다.
시트는 위에서와 같이 쌓여 지고나서, 하우징에 삽입되어 정화 장치를 형성한다. 가스는 채널 안으로 흐르고, 채널은 주름에 의해 형성되지만, 지그재그 패턴은 가스를 강제하여 어느 정도 방향을 종종 변경하게 된다. 이것은 난류를 만들고, 촉매와 가스 사이의 접촉을 상당히 향상시킨다. 동시에, 와이어 메쉬를 통한 흐름은 과도한 압력 강하를 조장하지 않는다.
가스 불투과 시트는 한 단부에서는 평평하고 다공성이 될 수 있으며, 하나 걸러의 공간에서 테두리는 와이어를 이용하여 함께 밀봉된다. 검댕 연소 촉매는 시트의 이 다공성 부분에 적용될 수 있다. 시트의 이러한 다공성 부분은 정화 장치에서의 검댕 필터를 형성한다. 가스는 하나 걸러의 공간으로부터 플레이트의 한 단부에서의 다른 공간으로 흐른다. 본 구체예에서 불투과 시트의 다공성 부분은 평평할 수 있다.
위에서 설명한 것과 같이, 가스가 불투과 시트 사이 하나 걸러의 공간을 통해 흐를 때, 장치는 가스가 흘러나가고, 흐름 방향을 바꾸고, 다른 공간을 통해 다시 흐르는 챔버를 구비할 수 있다. 또한, 이 구체예에서는, 공급/유출 열 교환 기능이 본 발명의 정화 장치에서 만들어질 수 있다. 이 경우, 장치의 입/출구 단부에서 시트의 구역은 촉매로 코팅되지 않고, 열은 코팅된 시트와 비교해서 훨씬 높은 열 전달 계수를 가진 금속 시트를 통해 이동할 것이다.
가스 불투과 시트는 흐름 방향에서의 측면을 따라 위치한 금속 스레드(threads)를 이용하여 함께 밀봉된다. 스레드의 지름은 가스 불투과 시트 사이의 거리와 거의 동일하다.
본 구체예에서, 챔버에서 가스가 방향을 바꾸는 경우, 입/출구 단부에서 가스 불투과 시트들 사이 하나 걸러의 공간은 또한 밀봉되고, 그리고 대응하는 측면의 짧은 부분은 개방된다. 이 개구부는 가스 출구를 형성한다. 그리고나서, 가스는 한 단부에서 장치로 흘러들어와 같은 단부에서 또는 맞은편에서 장치의 측면에서 나간다.
출구 단부에서, 주름 와이어 메쉬 시트는 가스 불투과 시트보다 약간 짧다.
구체예들에서, 가스가 선회(turning) 챔버에 들어가기 전에 여과되는 경우, 여과되지 않은 가스를 갖는 가스 불투과 쉬트들 사이의 공간도 또한 선회 챔버 단부에서 금속 스레드를 이용하여 밀봉된다.
또 다른 구체예에서, 탄화수소는 정화 장치의 입구에 도입되어 입구 챔버에서 배기 가스와 혼합될 수 있다. 그 다음, 혼합 가스는 산화 촉매로 코팅된 와이어 메쉬의 일부로 흐르고, 일산화탄소와 탄화수소는 발열 산화될 것이다. 이러한 방법으로 하류에서 필요할 때, 예를들어, 필터에서 검댕 연소를 위해서, 또는 엔진의 냉가동에서 온도 상승을 위해서, 온도를 상승시킨다.
위에서 언급한 선회 챔버에서, 우레아 수용액, 암모니아, 암모니아 수용액, 시아누르 산, 아멜라이드, 아멜린, 암모늄 시아네이트, 뷰렛, 암모늄 카바메이트, 탄산암모늄, 포름산암모늄, 멜라민, 그리고 트리시아노우레아와 같은 환원제가 주입될 수 있고, 산화된 가스와 혼합되는데, 여기서 질소 산화물은 SCR 촉매로 코팅된 구역을 통과함으로써, 유리 질소로 선택적으로 촉매 환원될 수 있다. 선택적으로, 잔류 가능한 환원제인 슬립은, 가스가 흘러나가기 전에, 또 다른 촉매화된 구역에서 산화될 수 있다.
이 통합된 디자인으로, 아래의 공정들이 이 소형 장치에서 발생할 수 있다:
HC 주입 - 촉매 디젤 산화 - 촉매 코팅된 필터에 입자 보유 - 우레아 주입 - 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 - 암모니아 슬립의 촉매 산화.
또는:
공급 열교환 - HC 주입 - 촉매 디젤 산화 - 촉매 코팅된 필터에 입자 보유 - 우레아 주입 - 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 - 암모니아 슬립의 촉매 산화 - 유출물 열교환.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 방법은 다음 단계들을 포함한다.
우레아 주입 - 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 - 암모니아 슬립의 촉매 산화 - HC 주입 - 촉매 디젤 산화 - 촉매 코팅된 필터에 입자 보유
또는
공급 열교환 - 우레아 주입 - 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 - 암모니아 슬립의 촉매 산화 - HC 주입 - 촉매 디젤 산화 - 촉매 코팅된 필터에 입자 보유 - 유출물 열교환.
이 경우 가스가 장치에 측면으로부터 들어간다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 방법은 다음 단계들을 포함한다.
우레아 주입 - 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 - 암모니아 슬립의 촉매 산화 - 촉매 코팅된 필터에 입자 보유 - HC 주입 - 촉매 디젤 산화.
또는
공급 열교환 - 우레아 주입 - 질소 산화물의 선택적 촉매 환원 - 암모니아 슬립의 촉매 산화 - 촉매 코팅된 필터에 입자 보유 - HC 주입 - 촉매 디젤 산화 - 유출물 열교환.
교차 주름 와이어 메쉬 시트는 구역들에 적용되는 촉매로 코팅된다.
산화 촉매는 희토류 조촉매된 산화 알루미늄 상의 백금 및/또는 팔라듐, 또는 실리콘 산화물 또는 조촉매된 티타늄 산화물 상의 백금 및/또는 팔라듐을 포함한다. 그것은 또한 지르코늄 산화물 조촉매된 세륨 산화물 또는 구리와 망간 산화물 혼합물 상의 백금 및/또는 팔라듐 또는 구리와 망간 산화물 혼합물 상의 팔라듐을 포함한다.
다공성 필터는 희토류, 알루미늄 및 지르코늄 혼합 산화물로 코팅되고, 선택적으로 팔라듐 및/또는 백금으로 코팅된다.
SCR(선택적 촉매 환원)을 위한 촉매는 텅스텐이나 몰리브덴 산화물의 첨가가 가능한 티타늄 산화물 상의 바나듐 산화물이다. 그것은 또한 변형된 베타 제올라이트, ZSM-5 또는 캐버자이트인 제올라이트 상의 구리 및/또는 철을 포함하는 제올라이트 촉매일 수 있다. 또는 그것은 산성 세륨-지르코늄 산화물 혼합물 및 지르코늄-티타늄 산화물 혼합물을 포함하는 기능화된 산성 비천 금속이 혼합된 산화물 촉매일 수 있다.
잔류 가능한 환원제를 산화시키는 촉매인 '암모니아 슬립 촉매'는, 선택적으로 제올라이트, SCR 제올라이트, 알루미늄 산화물, 희토 산화물 또는 실리콘 산화물 조촉매된 알루미늄 산화물, 세륨 산화물, 지르코늄 산화물 또는 이들의 혼합 산화물 상의 백금 또는 팔라듐과 같이 귀금속이다.
그러나 가장 일반적으로, 산화를 위해 희토류 조촉매된 알루미나 상에 백금 및/또는 팔라듐을 갖는 촉매와, 티타늄 산화물 상의 바나듐 및/또는 텅스텐 산화물 또는 제올라이트 상의 철 및/또는 구리를 갖는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매가 사용된다. 암모니아 슬립 촉매는 제올라이트 상의 백금 및/또는 팔라듐을 사용하고, 필터 촉매는 희토류 및 지르코늄의 혼합 산화물 상의 전형적인 팔라듐 및/또는 백금이다.
대부분의 사용된 제올라이트는 ZSM-5 제올라이트, 베타 제올라이트, 캐버자이트이다.
본 발명 방법에 의해, 탄화수소, 일산화탄소, 질소 산화물 및 미립자 물질의 80-99.9 %의 전환율이 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예의 단면의 개략적 도면이다.
도 2는 두 방향 주름을 보여주는 본 발명의 클리닝 장치에서 층들의 개략적 도면이다.
도 3은 본 발명의 와이어 메쉬 시트의 사진이다.
도 4a, 4b 및 4c는 본 발명의 두 구체예의 단면의 개략적 도면이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 밀봉 와이어와 불투과 시트의 개략적 도면이다.
도 6은 본 발명의 내부의 개략적 도면이다.
도 7은 본 발명의 형태의 개략적 도면이다.
도 1은 본 발명의 한 구체예를 나타내는데, 내연기관으로부터의 배기 가스(1)는 정화 장치의 하우징(3)에 유입되어 깨끗한 배기 가스(2)로 유출된다. 하우징(3) 내에서, 교차 주름 가스 불투과 금속 시트(4)는 서로 평행하게 설치된다. 불투과 시트(4) 사이 각 공간에는 수많은 교차 주름 와이어 메쉬 시트(5)가 배치된다.
시트는 도 2에서 자세히 보여주는데, 와이어 메쉬 플레이트(5)가 불투과 시트(4) 사이 각 공간에 배치된다. 주름 패턴은 채널(6)을 형성한다. 그러나, 각 채널은 두 개 반을 포함하고, 각각은 지그재그 모양을 갖지만, 서로 교차하고, 그래서 서로 지지할 수 있고, 동시에 난류 가스 흐름을 만든다. 점선은 시트 아래의 교차 주름을 보여준다.
도 3은 와이어 메쉬 시트의 그림이며, 화살표는 가스 흐름 방향을 나타낸다. 이것으로부터 교차 주름 시트의 패턴이 병렬 채널을 형성하는 것을 볼 수 있고, 각 채널은 반복되는 형태로 구성된다. 형태는 곧은 제 1 채널이 제 1 채널과 제 1 각도를 형성하는 곧은 제 2 채널로 이어지고, 제 1 채널과 평행한 제 3 채널로 이어지고, 그리고 제 1 각도와 같은 크기이나 반대방향인 제 2 각도를 제 1 채널과 형성하는 제 4 체널로 이어진다. 그래서 교차 주름 시트는 서로 각도를 만들면서 두 방향으로 주름져진다.
본 발명의 한 구체예는 도 4a에 보인다. 엔진으로부터의 배기 가스(1)는 입구 챔버(10)로 흐르고, 그로부터 하우징(3)에서의 불투과 교차 주름 시트(4) 사이의 하나 걸러 공간으로 흐른다. 탄화수소(11)는 입구 챔버(10)로 주입된다. 불투과 시트(4) 사이의 각 공간에서 수 많은 교차 주름 와이어 메쉬 시트(5)가 설치되고, 이곳을 통해 혼합 가스가 흐른다. 와이어 메쉬 구역은 디젤 산화 촉매(21)로 코팅되어있는데, 여기서 탄화수소, 일산화탄소 및 미립자 물질이 산화된다. 시트의 단부(12)는 다공성이며 연소 촉매(22)로 코팅되어 있는데, 이것은 가스를 위한 필터를 형성하고 여기서 보유된 미립자 물질이 촉매학적으로 연소된다. 챔버(14)에서, 환원제(15)가 도입되고, 산화된 여과된 배기 가스와 혼합되고, 그 다음 혼합된 가스는, 질소 산화물의 질소로의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매(23)로 코팅된 와이어 메쉬의 구역을 통과한다. 더 하류에서 와이어 메쉬 시트(5)는 남은 환원제(15)를 산화시키는 슬립 촉매(24)로 코팅될 수 있다. 가스는 장치의 측면을 통해 흘러나가고 정화된 배기 가스(2)로서 그것을 떠난다.
본 발명의 다른 구체예를 도 4b에 나타내며 또 다른 공정을 갖는다. 엔진으로부터의 배기 가스(1)는 환원제(15)와 혼합되고 정화 장치의 측면에서 주입구로 흐르며, 그곳으로부터 그것은 질소 산화물의 질소로의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매(23)로 코팅된 와이어 메쉬의 구역으로 흐른다. 이것은 남은 환원제(15)를 산화시키는 슬립 촉매(24)로 코팅된 와이어 메쉬 시트(5)로 이어진다. 챔버(14)에서 탄화수소(11)가 주입되고 배기가스와 혼합된 후, 탄화수소, 일산화탄소와 잔류 가능성 있는 환원제를 산화시키는 디젤 산화 촉매(21)로 코팅된 주름 와이어 메쉬 구역을 통해 흐른다. 산화 촉매(21)의 하류에서 불투과 시트는 다공성이고 연소 촉매(22)로 코팅되어 있는데, 이것은 가스를 위한 필터를 형성하고 여기서 보유된 미립자 물질이 촉매학적으로 연소된다.
본 발명의 더욱 또 다른 구체예를 4c에 나타내며 또 다른 공정을 갖는다. 엔진으로부터의 배기 가스(1)는 환원제(15)와 혼합되고, 정화 장치의 측면(25)에서 입구로 흐르고, 이곳으로부터 그것은 시트들이 촉매 코팅이 없는 열교환 구역(25)으로 흐른다. 구역(25)에서 공급 가스는 장치를 떠나는 정화된 가스에 의해 가열된다. 그다음 혼합, 가열된 배기 가스는 질소 산화물의 질소로의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매(23)로 코팅된 와이어 메쉬 시트를 지난다. 이것은 남은 환원제(15)를 산화시키는 슬립 촉매(24)로 코팅된 와이어 메쉬 시트(5) 구역으로 이어진다. 슬립 산화 촉매(24) 하류에서 불투과 시트의 구역(12)은 다공성이며 연소 촉매(22)로 코팅되고 가스를 위한 필터를 형성하고 여기서 보유된 미립자 물질이 촉매학적으로 연소된다. 챔버(14)에서 탄화수소(11)가 주입되고 배기 가스와 혼합된 후, 디젤 산화 촉매(21)로 코팅된 주름 와이어 메쉬 구역을 통해 흐르는데, 여기서 탄화수소, 일산화탄소 및 가능한 잔류 환원제를 산화시킨다. 산화반응은 열을 만들고, 가열된 정화된 배기 가스는 열교환 구역(25)에서의 엔진으로부터 배기 가스(1)를 가열한 후 정화된 배기 가스(2)로서 장치를 떠난다.
도 5a는 흐름 방향을 따른 각 테두리에서 밀봉 금속 와이어(7)를 갖는 불투과 시트를 보인다. 두 시트를 밀봉시키면서 그 사이에, 가스가 장치를 통해 바로 흐른다. 반면, 도 5b는 흐름 방향과 한 단부에서의 테두리를 따른 밀봉 와이어(8)와, 흐름 방향에서의 가장 다른 가장자리의 대부분을 따른 밀봉 와이어(9)를 보여주고, 그래서 그 밀봉된 단부에 구멍을 남긴다. 두 불투과 시트를 밀봉시키고 그 사이에, 가스가 한 단부에서 들어가서 다른 단부의 측면에서 흘러 나온다.
또한 도 6은 이러한 밀봉 와이어(7, 8, 9)를 보이지만 수많은 불투과 시트(4) 사이에 있고, 이것은 다시 수많은 교차 주름 와이어 메쉬 시트(5)를 함유한다. 이 투시도는 어떻게 입구 가스(1)가 하나 걸러의 공간 사이로 들어갈 수 있는지와 어떻게 출구 가스(2)가 같은 단부에서, 그러나 장치의 다른 측면에서 다른 경로로 나가는지를 보여준다.
모든 시트는 하우징 내에 설치되고 이를 도 7에서 보여준다. 이 도면은 가스가 같은 단부에서 장치에 들어가고 나가는 장치의 구체예를 보여준다.
본 발명의 특징은 다음과 같다.
1. 내연기관으로부터의 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소 및 미립자 물질을 포함하는 배기 가스의 정화 방법으로서,
두 개 이상의 가스 불투과 교차 주름 시트 사이에 배치되는 하나 이상의 교차 주름 와이어 메쉬 시트 상의 하나 이상의 촉매와 배기가스를 접촉시키는 단계를 포함하는 배기가스의 정화 방법.
2. 특징 1에 있어서, 배기 가스를 하나 이상의 교차 주름 시트 상의 다른 구역들에서 코팅되는 하나 이상의 촉매와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 특징 1 또는 2에 있어서, 배기 가스의 미립자 물질은 다공성이며 산화 촉매로 선택적으로 코팅되는 가스 불투과 시트의 구역에 보유되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 특징 1 내지 3에 있어서, 내연기관으로부터의 배기가스와 정화된 배기 가스는 서로 열교환 관계에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 특징 1 내지 4에 있어서, 내연기관으로부터의 배기 가스는 다음의 연속 단계들:
- 배기 가스에 탄화수소를 주입하는 단계;
- 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는 단계;
- 촉매 코팅된 필터를 통해 배기 가스를 통과시키고, 미립자 물질을 산화시키는 단계;
- 환원제를 주입하는 단계;
- 산화 및 여과된 배기 가스의 질소 산화물을 환원제에 의해 질소로 선택적 촉매 환원하는 단계;
- 잔여 환원제를 촉매 산화시키는 단계; 및
- 정화된 배기 가스 스트림을 회수하는 단계
에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 특징 1 내지 4에 있어서, 내연기관으로부터의 배기 가스는 다음의 연속 단계들:
- 환원제를 주입하는 단계;
- 산화 및 여과된 배기 가스의 질소 산화물을 환원제에 의해 질소로 선택적 촉매 환원하는 단계;
- 잔여 환원제를 촉매 산화시키는 단계;
- 배기 가스에 탄화수소를 주입하는 단계;
- 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는 단계;
- 촉매 코팅된 필터를 통해 배기 가스를 통과시키고 미립자 물질을 산화시키는 단계; 및
- 정화된 배기 가스 스트림을 회수하는 단계
에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 특징 1 내지 4에 있어서, 내연기관으로부터의 배기 가스는 다음의 연속 단계들;
- 환원제를 주입하는 단계;
- 배기 가스의 질소 산화물을 환원제에 의해 질소로 선택적 촉매 환원하는 단계;
- 잔여 환원제를 촉매 산화시키는 단계;
- 촉매 코팅된 필터를 통해 배기 가스를 통과시키고, 미립자 물질을 산화시키는 단계;
- 배기 가스에 탄화수소를 주입하는 단계;
- 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는 단계; 및
- 정화된 배기 가스 스트림을 회수하는 단계
에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 특징 5 내지 7에 있어서, 탄화수소는 엔진의 연료이고, 환원제는 우레아 수용액, 암모니아, 암모니아 수용액인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 특징 5 내지 8에 있어서, 산화는 희토류 조촉매된 알루미나 상의 백금 및/또는 팔라듐인 촉매의 존재하에 일어나며;
필터는 희토류와 지르코늄의 혼합 산화물 상의 팔라듐 및/또는 백금이며;
선택적 촉매 환원은 티타늄 산화물 상의 바나듐 및/또는 텅스텐 산화물이나 제올라이트 상의 철 및/또는 구리인 촉매 존재하에서 일어나며; 및
잔여 환원제는 제올라이트 상의 백금, 제올라이트 상의 팔라듐, 또는 제올라이트 상의 백금 및 팔라듐인 촉매에 의해 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 특징 1 내지 9에 따르는 내연기관으로부터의 배기 가스 정화 장치로서, 장치는 하우징 내에,
- 하우징 내에서 서로 평행하게 간격져 떨어진 두 개 이상의 교차 주름 가스 불투과 금속 시트
- 가스 불투과 금속 시트 사이의 각 공간에 설치된 하나 이상의 교차 주름 촉매 코팅된 와이어 메쉬 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 특징 10에 있어서, 교차 주름 불투과 금속 시트 사이 각 공간은, 서로 쌓아 올려진 다수의 교차 주름 촉매 코팅된 와이어 메쉬 시트를 함유하는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 특징 10 또는 11에 있어서, 교차 주름 불투과 금속 시트가 각지게 주름지는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 특징 10 내지 12에 있어서, 교차 주름 시트의 패턴은 평행한 채널을 형성하고 각 채널은,
곧은 제 1 채널, 이어지는
제 1 채널과 제 1 각도를 형성하는 곧은 제 2 채널, 이어지는
제 1 채널과 평행한 제 3 채널, 이어지는
제 1 각도와 같은 크기이나 반대 방향인 제 2 각도를 제 1 채널과 형성하는 제 4 채널인
반복된 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 특징 10 내지 13에 있어서, 각각의 불투과 금속 시트의 둘 또는 세 개의 테두리는 밀봉 와이어에 의해 흐름 방향으로 테두리를 따라 함께 밀봉되며, 선택적으로 하나 걸러의 공간에서 밀봉 와이어는 흐름 방향의 하나의 테두리 및 인접한 테두리를 따라서 위치되며, 또 다른 밀봉 와이어는 흐름 방향의 다른 측면에 놓이고, 이 와이어와 흐름 방향에 수직인 와이어 사이에 장치에서 공간을 남기는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 특징 10 내지 14에 있어서, 하우징은 입구 챔버와 출구 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 특징 10 내지 14에 있어서, 하우징은 하우징의 한 단부에서 입구 챔버 및 출구 챔버를 포함하고, 하우징의 다른 단부에서 선회 챔버를 포함하며, 가스는 가스 불투과 시트 사이의 하나 걸러의 공간에서 한 방향으로 흐르고, 다른 공간에서는 반대 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 특징 10 내지 16에 있어서, 와이어 메쉬 시트 및 선택적으로 불투과 금속 시트는 구역들에서 촉매로 코팅되고, 각 구역은 다른 촉매를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 특징 10 내지 17에 있어서, 한 단부에서 가스 불투과 시트의 길이는 평평하고 다공성이며, 하나 걸러의 공간에서 밀봉 와이어와 함께 밀봉되어있으며, 선택적으로 시트의 다공성 부분은 미립자 물질의 연소에 활성인 촉매로 코팅되는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 특징 10 내지 18에 있어서, 유닛의 입/출구 단부에서 시트 구역은 촉매로 코팅되지 않고, 열교환 구역을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 특징 18 또는 19에 있어서, 다음의 순서로,
- 탄화수소를 배기 가스에 주입하는 수단;
- 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는데 활성인 제 1 촉매;
- 미립자 물질의 연소에 활성인 제 2 촉매로 코팅된 가스 불투과 시트의 필터 부분;
- 환원제를 선회 챔버에 주입하는 수단;
- 산화 및 여과된 배기 가스를 환원제에 의해 선택적 촉매 환원하는데 활성인 제 3 촉매; 및
- 잔류 환원제를 촉매 산화하는데 활성인 제 4 촉매
를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 특징 18 또는 19에 있어서, 다음의 순서로,
- 탄화수소를 배기 가스에 주입하는 수단;
- 배기 가스를 환원제에 의해 선택적 촉매 환원하는데 활성인 제 1 촉매;
- 잔류 환원제를 촉매 산화하는데 활성인 제 2 촉매;
- 탄화수소를 선회 챔버에 주입하는 수단;
- 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화하는데 활성인 제 3 촉매; 및
- 미립자 물질의 연소에 활성인 제 4 촉매로 코팅된 가스 불투과 시트의 필터 부분
을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 특징 18 또는 19항에 있어서, 다음의 순서로,
- 환원제를 배기 가스에 주입하는 수단;
- 배기 가스를 환원제에 의해 선택적 촉매 환원하는데 활성인 제 1 촉매;
- 잔류 환원제를 촉매 산화하는데 활성인 제 2 촉매;
- 미립자 물질의 연소에 활성인 제 3 촉매로 코팅된 가스 불투과 시트의 필터 부분;
- 탄화수소를 선회 챔버에 주입하는 수단; 및
- 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화하는데 활성인 제 4 촉매
를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
실시예
본 발명의 필터 장치는 아래와 같다:
주름 시트의 두께는 0.1 - 0.2 ㎜이다.
와이어 메쉬의 와이어의 두께는 40 - 60 ㎛이다.
와이어 메쉬 시트는 일반적으로 6.45 ㎠ 당 100 × 100 메쉬 공간이 있다.
주름 시트의 높이는 1.0 - 1.5 ㎜이다.
다공성 구역에 기공의 크기는 5 - 25 ㎛이다.
하우징의 판 두께는 0.7-1.0 ㎜이다.
필터는 승용차에서 2 - 5 l 및 밴에서 5 - 20 l의 크기를 가질 것이다.
하나의 특정 구체예:
교차 주름 가스 불투과 금속 시트와 교차 주름 와이어 메쉬 금속 시트를 제조하였고 와이어 메쉬 시트를 붕괴하지 않는 적재 원리를 증명하였다. 10 cm × 10 cm의 시트를 적재하였고 가스 불투과 시트 사이에 와이어 메쉬 시트들을 가졌다. 와이어 메쉬의 와이어는 56 ㎛ 두께였고, 시트는 6.45 ㎠ 당 100 × 100 메쉬 공간을 가졌다. 주름 패턴에 의해 형성된 파도 높이는 1.1 ㎜였다.

Claims (22)

  1. 내연기관으로부터의 질소 산화물, 일산화탄소, 탄화수소 및 미립자 물질을 포함하는 배기 가스의 정화 방법으로서,
    두 개 이상의 가스 불투과 교차 주름 시트 사이에 배치되는 하나 이상의 교차 주름 와이어 메쉬 시트 상의 하나 이상의 촉매와 배기가스를 접촉시키는 단계를 포함하는 배기가스의 정화 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 배기 가스를 하나 이상의 교차 주름 시트 상의 다른 구역들에서 코팅되는 하나 이상의 촉매와 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 배기 가스의 미립자 물질은 다공성이며 산화 촉매로 선택적으로 코팅되는 가스 불투과 시트의 구역에 보유되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관으로부터의 배기가스와 정화된 배기 가스는 서로 열교환 관계에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관으로부터의 배기 가스는 다음의 연속 단계들:
    - 배기 가스에 탄화수소를 주입하는 단계;
    - 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는 단계;
    - 촉매 코팅된 필터를 통해 배기 가스를 통과시키고, 미립자 물질을 산화시키는 단계;
    - 환원제를 주입하는 단계;
    - 산화 및 여과된 배기 가스의 질소 산화물을 환원제에 의해 질소로 선택적 촉매 환원하는 단계;
    - 잔여 환원제를 촉매 산화시키는 단계; 및
    - 정화된 배기 가스 스트림을 회수하는 단계
    에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관으로부터의 배기 가스는 다음의 연속 단계들:
    - 환원제를 주입하는 단계;
    - 산화 및 여과된 배기 가스의 질소 산화물을 환원제에 의해 질소로 선택적 촉매 환원하는 단계;
    - 잔여 환원제를 촉매 산화시키는 단계;
    - 배기 가스에 탄화수소를 주입하는 단계;
    - 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는 단계;
    - 촉매 코팅된 필터를 통해 배기 가스를 통과시키고 미립자 물질을 산화시키는 단계; 및
    - 정화된 배기 가스 스트림을 회수하는 단계
    에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 내연기관으로부터의 배기 가스는 다음의 연속 단계들;
    - 환원제를 주입하는 단계;
    - 배기 가스의 질소 산화물을 환원제에 의해 질소로 선택적 촉매 환원하는 단계;
    - 잔여 환원제를 촉매 산화시키는 단계;
    - 촉매 코팅된 필터를 통해 배기 가스를 통과시키고, 미립자 물질을 산화시키는 단계;
    - 배기 가스에 탄화수소를 주입하는 단계;
    - 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는 단계; 및
    - 정화된 배기 가스 스트림을 회수하는 단계
    에 의해 정화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 탄화수소는 엔진의 연료이고, 환원제는 우레아 수용액, 암모니아, 암모니아 수용액인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 산화는 희토류 조촉매된 알루미나 상의 백금 및/또는 팔라듐인 촉매의 존재하에 일어나며;
    필터는 희토류와 지르코늄의 혼합 산화물 상의 팔라듐 및/또는 백금이며;
    선택적 촉매 환원은 티타늄 산화물 상의 바나듐 및/또는 텅스텐 산화물이나 제올라이트 상의 철 및/또는 구리인 촉매 존재하에서 일어나며; 및
    잔여 환원제는 제올라이트 상의 백금, 제올라이트 상의 팔라듐, 또는 제올라이트 상의 백금 및 팔라듐인 촉매에 의해 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따르는 내연기관으로부터의 배기 가스 정화 장치로서, 장치는 하우징 내에,
    - 하우징 내에서 서로 평행하게 간격져 떨어진 두 개 이상의 교차 주름 가스 불투과 금속 시트
    - 가스 불투과 금속 시트 사이의 각 공간에 설치된 하나 이상의 교차 주름 촉매 코팅된 와이어 메쉬 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 교차 주름 불투과 금속 시트 사이 각 공간은, 서로 쌓아 올려진 다수의 교차 주름 촉매 코팅된 와이어 메쉬 시트를 함유하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 교차 주름 불투과 금속 시트가 각지게 주름지는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 교차 주름 시트의 패턴은 평행한 채널을 형성하고 각 채널은,
    곧은 제 1 채널, 이어지는
    제 1 채널과 제 1 각도를 형성하는 곧은 제 2 채널, 이어지는
    제 1 채널과 평행한 제 3 채널, 이어지는
    제 1 각도와 같은 크기이나 반대 방향인 제 2 각도를 제 1 채널과 형성하는 제 4 채널인
    반복된 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 불투과 금속 시트의 둘 또는 세 개의 테두리는 밀봉 와이어에 의해 흐름 방향으로 테두리를 따라 함께 밀봉되며, 선택적으로 하나 걸러의 공간에서 밀봉 와이어는 흐름 방향의 하나의 테두리 및 인접한 테두리를 따라서 위치되며, 또 다른 밀봉 와이어는 흐름 방향의 다른 측면에 놓이고, 이 와이어와 흐름 방향에 수직인 와이어 사이에 장치에서 공간을 남기는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징은 입구 챔버와 출구 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 10항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징은 하우징의 한 단부에서 입구 챔버 및 출구 챔버를 포함하고, 하우징의 다른 단부에서 선회 챔버를 포함하며, 가스는 가스 불투과 시트 사이의 하나 걸러의 공간에서 한 방향으로 흐르고, 다른 공간에서는 반대 방향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 10항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 와이어 메쉬 시트 및 선택적으로 불투과 금속 시트는 구역들에서 촉매로 코팅되고, 각 구역은 다른 촉매를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 10항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 한 단부에서 가스 불투과 시트의 길이는 평평하고 다공성이며, 하나 걸러의 공간에서 밀봉 와이어와 함께 밀봉되어있으며, 선택적으로 시트의 다공성 부분은 미립자 물질의 연소에 활성인 촉매로 코팅되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 10항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 유닛의 입/출구 단부에서 시트 구역은 촉매로 코팅되지 않고, 열교환 구역을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 다음의 순서로,
    - 탄화수소를 배기 가스에 주입하는 수단;
    - 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화시키는데 활성인 제 1 촉매;
    - 미립자 물질의 연소에 활성인 제 2 촉매로 코팅된 가스 불투과 시트의 필터 부분;
    - 환원제를 선회 챔버에 주입하는 수단;
    - 산화 및 여과된 배기 가스를 환원제에 의해 선택적 촉매 환원하는데 활성인 제 3 촉매; 및
    - 잔류 환원제를 촉매 산화하는데 활성인 제 4 촉매
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 다음의 순서로,
    - 탄화수소를 배기 가스에 주입하는 수단;
    - 배기 가스를 환원제에 의해 선택적 촉매 환원하는데 활성인 제 1 촉매;
    - 잔류 환원제를 촉매 산화하는데 활성인 제 2 촉매;
    - 탄화수소를 선회 챔버에 주입하는 수단;
    - 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화하는데 활성인 제 3 촉매; 및
    - 미립자 물질의 연소에 활성인 제 4 촉매로 코팅된 가스 불투과 시트의 필터 부분
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 다음의 순서로,
    - 환원제를 배기 가스에 주입하는 수단;
    - 배기 가스를 환원제에 의해 선택적 촉매 환원하는데 활성인 제 1 촉매;
    - 잔류 환원제를 촉매 산화하는데 활성인 제 2 촉매;
    - 미립자 물질의 연소에 활성인 제 3 촉매로 코팅된 가스 불투과 시트의 필터 부분;
    - 탄화수소를 선회 챔버에 주입하는 수단; 및
    - 배기 가스와 탄화수소를 촉매 산화하는데 활성인 제 4 촉매
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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