KR20120095995A - 존형 촉매화 매연 필터 - Google Patents
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- F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
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Abstract
본 발명은 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 갖는 벽유동식 기재를 구비하고, 상기 다수의 통로는 개방된 유입부 말단 및 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로, 및 폐쇄된 유입부 말단 및 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 포함하고, 상기 유입부 통로의 내벽은 존형 제1 유입부 코팅을 포함하며, 상기 유출부 통로의 내벽은 존형 제1 유출부 코팅을 포함하고, 상기 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅은 0.5 미만의 코팅 적재비로 벽유동식 기재상에 존재하는 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 존형 촉매화 매연 필터에 관한 것이다. 이 매연 필터는 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 구비한 벽유동식 기재를 포함한다. 상기 다수의 통로는 개방된 유입부 말단 및 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로, 및 폐쇄된 유입부 말단 및 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 포함한다. 유입부 통로의 내벽은 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이를 정의하는 제1 유입부 코팅을 포함하며, 상기 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %로서, 여기서 0 < x < 100이다. 유출부 통로의 내벽은 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이를 정의하는 제1 유출부 코팅을 포함하며, 상기 제1 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이의 100-x %이다. 그에 따라 제1 유입부 코팅 길이는 상류 존을 정의하고, 제1 유출부 코팅 길이는 하류 존을 정의한다. 바람직한 구체예에 따라, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅은 모두 산화 촉매를 포함한다. 본 발명에 따라, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅은 유출부 코팅 적재에 대한 유입부 코팅 적재로서 정의되는 특정 코팅 적재비로 벽유동식 기재상에 존재한다. 특히, 상기 코팅 적재비는 0.5 미만이다.
디젤 엔진과 같은 린번 엔진의 작동은 사용자에게 우수한 열소비율을 제공하고, 연료 희박 조건하에서 고 공연비로 작동하기 때문에 가스상 탄화수소 및 일산화탄소를 매우 적게 배출한다. 디젤 엔진 또한 그의 열소비율, 내구성, 및 저속에서 고 토크 발생능 면에서 가솔린 엔진에 비해 상당한 잇점을 제공한다. 그러나, 디젤 엔진 배기 가스에는 공해를 야기하여 환경에 심각한 영향을 미치는 것으로 알려진 특정 물질이 존재한다. 일산화탄소 ("CO"), 불연소 탄화수소 ("HC") 및 질소 산화물 ("NOx")과 같은 가스 방출 외에도, 디젤 엔진 배기가스는 또한 소위 입자상 물질 ("PM")을 구성하는 응축상 물질, 즉 액체 및 고체도 함유한다. 디젤 배기가스를 구성하는 전체 입자상 물질 배출물은 가용성 유기 분획 ("SOF") 및 소위 황산염 분획, 고체 및 "매연" 분획으로도 알려져 있는 건조한 탄소질 분획을 포함한다. 이 매연은 보통 디젤 배기가스와 연관된 가시적인 매연 배출의 원인이 된다. 가용성 유기 분획은 디젤 배기가스의 온도에 따라 증기 또는 에어로졸, 즉 액체 응축물의 미적으로서 디젤 배기가스 내에 존재할 수 있다. 이것은 일반적으로, 표준측정시험, 예를 들면 미국 대형차랑 일시적 연방시험절차(U.S. Heavy Duty Transient Federal Test Prodedure)에 기술된 바와 같이, 희석된 배기가스 내에서 52℃의 표준 입자 포집 온도에서 응축된 액체로서 존재한다. 이러한 액체는, 두 가지 공급원인, (1) 피스톤이 위와 아래로 움직일 때마다 엔진의 실린더벽으로부터 휩쓸려 온 윤활유, 및 (2) 불연소되거나 부분연소된 디젤 연료로부터 유래된다. 황산염 분획은 디젤 연료 내에 존재하는 소량의 황 성분으로부터 형성되는 것으로 판단된다.
촉매화 필터가, 이러한 배기가스 성분들 중 일부 또는 전부를 무해한 성분으로 전환시키고 입자상 물질의 고 감축, 특히 매연 감소를 이루기 위해, 전형적으로 디젤엔진 배기가스 시스템 내에 제공된다. 디젤 배기가스로부터 입자상 물질을 제거하는 것으로 공지된 필터 구조물은 벌집형 벽유동식 필터, 섬유가 감기거나 충전된 필터, 연속기포형 발포체, 소결된 금속 필터 등을 포함한다. 그러나 후술되는 세라믹 벽유동식 필터가 가장 관심을 끈다. 전형적인 세라믹 벽유동식 필터 기재는 근청석(cordierite) 또는 탄화규소와 같은 내화성 물질로 구성된다. 벽유동식 필터 기재는 특히 디젤 엔진 배기가스로부터 입자상 물질을 여과하는 데에 유용하다. 통상적인 구조는, 벌집형 구조물의 유입부 및 유출부에 교대로 폐쇄된 통로 말단들을 갖는 다중-통로 벌집형 구조물이다. 이런 구조로 양쪽 말단 상에 서양장기판 패턴이 형성된다. 유입부 축 말단 상에서 폐쇄된 통로는 유출부 축 말단 상에서는 개방된다. 이로써, 입자상 물질을 비말동반한 배기가스는, 개방된 유입부 통로에 들어간 후, 다공성 내벽을 통해 유동하고, 개방된 유출부 축 말단을 갖는 통로를 통해 빠져나가게 된다. 이로써, 입자상 물질은 기재의 내벽 상에서 여과된다. 배기가스는, 기체 압력에 의해서, 다공성 벽을 통해, 상류 축 말단에서 폐쇄되고 하류 축 말단에서 개방된 통로로 밀려 들어가게 된다. 축적된 입자들은 엔진 상의 필터로부터의 배압(back pressure)을 증가시킬 것이다. 따라서, 축적된 입자들은 허용가능한 배압을 유지하도록 필터로부터 연속적으로 또는 주기적으로 연소되어야 한다. 벽유동식 기재의 내벽을 따라 침착된 촉매 조성물은 축적된 입자상 물질의 연소를 촉진시킴으로써 필터 기재의 재생을 돕는다. 축적된 입자상 물질의 연소는 배기가스 처리 시스템 내에서 허용가능한 배압을 복구시킨다. 이러한 과정은 수동적 또는 능동적 재생 과정일 수 있다. 두 과정에서는 모두, 입자상 물질을 연소시키는 데에 O2 또는 NO2와 같은 산화제를 사용한다. 수동적 재생 과정에서는, 디젤 배기가스 시스템의 통상적인 작동 범위 내의 온도에서 입자상 물질을 연소시킨다. 이러한 재생 과정에서는 NO2를 산화제로서 사용하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이 경우, O2를 산화제로서 사용하는 경우에 요구되는 온도보다 훨씬 더 낮은 온도에서 매연 분획이 연소되기 때문이다. O2는 대기로부터 쉽게 이용가능하지만, NO2는 배기가스류 내 NO를 산화시키는 상류 산화촉매를 사용함으로써 능동적으로 재생시킬 수 있다.
NO2를 산화제로서 사용하는 촉매 조성물 및 방법이 존재함에도 불구하고, 축적된 입자상 물질을 제거하고 필터 내에 허용가능한 배압을 복구시키는 데에는 능동적 재생 과정이 일반적으로 필요하다. 입자상 물질의 매연 분획은, 산소가 풍부한(희박한) 조건에서, 연소되는 데에 일반적으로 500℃ 초과의 온도를 필요로 하는데, 이러한 온도는 전형적으로 디젤 배기가스 내에 존재하는 온도보다 더 높은 온도이다. 능동적 재생 과정은 통상 필터 전방의 온도가 570 내지 630℃까지 상승되도록 엔진을 조절함으로써 개시된다. 운전 방식에 따라, 재생 과정 동안 냉각이 충분하지 않을 때에는 (예컨대 저속/저부하 또는 공회전 운전 방식), 높은 열이 필터 내에서 발생할 수 있다. 이러한 열은 필터 내에서 800℃ 이상을 초과할 수 있다. 코팅된 벽유동식 필터에서, 재생 과정 동안 이러한 고온 노출은 기재의 길이를 따라 코팅된 촉매 조성물의 유효수명을 단축시킨다. 더욱이, 기재의 축 길이를 따라 존재하는 상이한 세그먼트들은 재생 과정에 의해 불균형하게 영향을 받는다. 입자상 물질의 침착은 벽유동식 필터의 길이를 따라 균일하지 않은데, 보다 높은 비율의 입자상 물질이 필터의 하류 세그먼트에서 축적된다. 따라서, 온도는 기재의 길이에 걸쳐 균일하게 분포되지 않지만, 능동적 재생 과정 동안에는 하류 세그먼트에서 최고 온도를 나타낸다. 따라서, 하류 세그먼트를 따라 존재하는 촉매 조성물의 내구성은 전체 촉매-코팅된 벽유동식 기재의 유효수명을 제한한다.
예를 들면, 백금족 금속-함유 조성물과 같은 특정 산화 촉매와 연관된 물질 비용이 높기 때문에, 능동적 재생 과정으로 인한 촉매 코팅의 열화를 늦추거나 방지할 필요가 커진다. 벽유동식 필터 상에 배치되는 촉매 코팅은 흔히, 디젤 배기가스의 가스상 배출물(예컨대 HC 및/또는 CO)을 무해한 성분(예를 들면 CO2, H2O)으로 허용가능한 수준으로 전환시키는 것을 보장하도록, 활성 촉매 성분으로서 백금족 금속 성분을 함유한다. 일반적으로는, 심지어 촉매 노화 후에라도 촉매 기재가 배출물 규제 기준을 충족하도록, 이러한 성분의 적재량(loading)을 조절한다.
벽유동식 기재를 위한 통상적인 특정 코팅 디자인은 내벽의 전체 축 길이를 따라 촉매 코팅을 균일하게 분포시키는 것이다. 이러한 디자인에서는, 산화 촉매 농도를, 전형적으로 가장 엄격한 조건에서 배출물 규제 기준을 충족시키도록, 조절한다. 가장 흔히 이러한 조건은 촉매가 노화된 후의 촉매의 성능과 관련된다. 요구되는 백금족 금속의 농도와 연관된 비용은 흔히 원하는 것보다 더 높다.
벽유동식 기재를 위한 기타 통상적인 코팅 디자인은 기재의 축 길이를 따라 백금족 금속 성분을 농도 구배로 사용하는 것이다. 이러한 디자인에서는, 특정 촉매 존(예를 들면 상류 존)이 인접한 축방향 존(예를 들면 하류 존)의 백금족 금속의 농도보다 더 높은 농도의 백금족 금속을 갖는다. 전형적으로, 보다 높은 농도의 백금족 금속 성분이 배치된 축방향 존의 내벽은, 보다 높은 담층(washcoat) 적재량으로 인해, 더 낮은 농도의 백금족 금속을 갖는 인접한 존보다 더 낮은 투과도를 가질 것이다. 유입부 통로의 길이를 따라 통과하는 배기가스류는 가장 높은 투과도를 갖는 세그먼트에서 내벽을 통과할 것이다. 따라서, 기체류는 더 낮은 농도의 백금족 금속 성분을 갖는 내벽 세그먼트를 통해 유동하는 경향이 있을 것이다. 이러한 차별적 유동 패턴은 불충분한 오염물질 전환율을 초래할 수 있다. 예를 들면, 특정 가스상 오염물질, 예를 들면 불연소 탄화수소는, 충분한 수준의 연소를 달성하기 위해서, 입자상 성분이 필요로 하는 것보다 더 높은 농도의 백금족 금속 성분과 접촉을 필요로 한다. 이는 배기가스 온도가 보다 낮은 작동 상태, 예를 들면 작동 개시의 경우, 더욱 더 그렇게 된다.
EP 1 870 573 A1호에 다공성 셀벽으로 분할되고 필터의 상류 말단 및 그의 반대 하류 말단에서 플러그에 의해 엇물린 방식으로 폐쇄된 다수의 셀을 포함하며, 제1 산화 촉매 코팅층이 필터의 상류 말단에서 개방된 셀의 셀벽 전 표면상에 형성되고, 제2 산화 촉매 코팅층이 필터의 하류 부분중 필터의 하류 말단에서 개방된 셀의 셀벽 전 표면상에 형성된 디젤 미립자 필터가 개시되었다. 따라서, 상기 문헌은 상류 말단에서 개방된 셀 및 하류 말단에서 개방된 셀을 분할하는 셀벽 영역을 갖고, 제1 산화 촉매 코팅층이 각 셀벽의 전 표면상에 형성되어 있기 때문에 각 셀의 촉매 코팅층이 중복된 필터를 개시한다.
WO 01/12320 A1호에 벌집형 배열로 다수의 채널[채널의 적어도 일부는 상류 말단에서 폐쇄되고, 상류 말단에서 폐쇄되지 않은 채널의 적어도 일부는 하류 말단에서 폐쇄된다]; 하류 말단에서 폐쇄된 채널의 상류 말단에 실질적으로 가스 불투과성인 존 상의 산화 촉매; 및 매연을 포집하기 위한 산화 촉매의 가스 투과성 필터 존 하류를 갖고, 배기 시스템에서 산화 촉매는 NO로부터 포집된 매연을 400℃ 미만의 온도에서 지속적으로 연소시키기에 충분한 N02를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템용 벽유동식 필터가 개시된다. 상기 문헌에 따르면, 주어진 셀벽의 반대면 코팅은 가스 투과성 존을 허용하도록 양 측에 코팅을 갖지 않는 셀벽 영역이 존재하는 방식으로 적용된다.
EP 1 486 248 A1호에 유동을 수용하기 위한 유입부 및 반대 유출부; 내벽 표면 및 외벽 표면을 갖는 디젤 미립자 필터내 기재; 내벽 표면 및 인접 유입부에 적용되는 제1 담층; 및 외벽 표면 및 인접 유출부에 적용되는 제2 담층을 포함하는 디젤 미립자 필터를 구비하고, 기재를 통해 배압을 최소화하도록 유동 분포가 분산되는 다기능성 촉매 시스템이 개시된다. 바람직한 구체예에 따라, 제1 담층은 기재의 제1 길이를 차지하고, 제2 담층은 기재의 제2 길이를 차지하며, 제1 길이와 제2 길이의 합은 기재의 총 길이와 거의 동일하다. 다른 바람직한 구체예에 따라, EP 1 486 248 A1호는 유동을 수용하기 위한 유입부 및 반대 유출부; 디젤 미립자 필터내에 다수의 벌집형 셀[교대 출구 채널은 유입부에서 봉쇄되며, 교대 유입부 채널은 반대 유출부에서 봉쇄된다]; 각 유입부 채널을 위한 기재[각 기재는 내벽 표면 및 외벽 표면을 갖춘다]; 내벽 표면 및 인접 유입부에 적용된 제1 담층; 및 외벽 표면 및 인접 유출부에 적용된 제2 담층을 구비하고, 기재를 통한 유동 분포는 배압을 최소화하도록 분산되는 디젤 미립자 필터를 개시한다. 상기 제2 담층은 제1 담층과 상이한 기능을 갖는 것으로 명시되었다.
WO 2006/031600 A1호에는 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 갖는 벽유동식 기재를 갖는 존형 촉매화 매연 필터가 개시되었다. 다수의 통로는 개방된 유입부 말단 및 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로, 및 폐쇄된 유입부 말단 및 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 갖는다. 유입부 통로의 내벽은 유입부 말단으로부터 제 1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제 1 유입부 코팅 길이를 정의하는 제 1 유입부 코팅을 갖는다. 제 1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이보다 더 짧다. 유출부 통로의 내벽은 유출부 말단으로부터 유출부 코팅 말단까지 연장되어 유출부 코팅 길이를 정의하는 유출부 코팅을 갖는다. 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이보다 더 짧다. 제 1 유입부 코팅 길이와 유출부 코팅 길이의 합은 기재 축 길이과 실질적으로 동일하다. 제1 유입부 코팅 길이는 상류 존을 정의하고, 유출부 코팅 길이는 하류 존을 정의한다. 제1 유입부 코팅은 하나 이상의 제1 유입부 백금족 금속 성분을 함유한다. 백금족 금속 성분의 50% 이상이 상류 존 내에 존재한다. 상기 문헌의 교시에 따르면, 제 1 유입부 코팅의 담층 적재량/유출부 코팅의 담층 적재량비로서 정의되는 담층 적재비가 0.5 내지 1.5이다. 따라서, 상기 문헌은 담층 적재비가 1 초과이거나 1 미만인 구체예간에 차별을 두지 않았다. 또한 담층 적재비에 대한 특정 하한이 한정되었으며, 즉 그 한계는 0.5이다.
일반적으로, 디젤 배기가스 시스템에 사용되는 촉매화 매연 필터의 능동적 재생이 그의 실행중에 정지되는 경우, 예를 들면 엔진이 공회전하면, 매연 연소가 제어되지 못해 촉매화 매연 필터의 후부에서 매우 높은 온도가 발생된다. 필터의 후부내 최고 온도는 필터의 후부에 매연이 적재됨에 따라 감소하는 것으로 여겨진다. 종종 매연 포집 한계("SML")로도 일컬어지는 필터상의 최대 매연 적재량은 이러한 최고 온도로 결정된다. 본 발명의 목적은 매연량 적재 ("SML")를 증가시켜 최고 온도를 감소시키는 촉매화 매연 필터를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 아이들(idle) 재발생으로 진입되는 동안 최고 온도를 낮추고 매연 포집 한계를 높이도록 코팅이 디자인된 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
개요
촉매화 매연 필터가 제공되며, 이 필터는 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 구비한 벽유동식 기재를 포함하고, 상기 다수의 통로는 개방된 유입부 말단 및 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로, 및 폐쇄된 유입부 말단 및 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 가지며, 유입부 통로의 내벽은 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이를 정의하는 제1 유입부 코팅을 포함하고, 상기 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %로서, 여기서 0 < x < 100이며, 유출부 통로의 내벽은 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이를 정의하는 제1 유출부 코팅을 포함하고, 상기 제1 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이의 100-x %이고, 제1 유입부 코팅 길이는 상류 존을 정의하고, 제1 유출부 코팅 길이는 하류 존을 정의하며, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅은 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3))의 비로서 계산되어 0.5 미만의 코팅 적재비로 벽유동식 기재상에 존재한다.
바람직하게는, 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 구비한 벽유동식 기재를 포함하고, 상기 다수의 통로는 개방된 유입부 말단 및 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로, 및 폐쇄된 유입부 말단 및 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 가지며, 유입부 통로의 내벽은 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이를 정의하는 제1 유입부 코팅을 포함하고, 상기 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %로서, 여기서 0 < x < 100이며 상기 제1 유입부 코팅은 산화 촉매를 함유하고, 유출부 통로의 내벽은 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이를 정의하는 제1 유출부 코팅을 포함하고, 상기 제1 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이의 100-x %이고 상기 제1 유출부 코팅은 산화 촉매를 함유하고, 제1 유입부 코팅 길이는 상류 존을 정의하고, 제1 유출부 코팅 길이는 하류 존을 정의하며, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅은 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3))의 비로서 계산되어 0.5 미만의 적재비로 벽유동식 기재상에 존재하는 촉매화 매연 필터가 제공된다.
또한, 상기 촉매화 매연 필터의 제조방법이 제공되며; 이 방법은
(i) DIN 66133에 따른 수은 공극률 측정에 따라 측정한 공극률이 바람직하게는 38 내지 75 범위인 벽유동식 기재를 제공하는 단계로서, 벽유동식 기재가 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 포함하고, 다수의 통로가 개방된 유입부 말단과 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로 및 폐쇄된 유입부 말단과 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 포함하는 것인 단계;
(ii) 제1 유입부 코팅이 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이가 정의되도록 제1 유입부 코팅을 유입부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유입부 코팅 길이가 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량을 바람직하게는 0.1 내지 1 g/inch3 (g/(2.54 cm)3) 범위의 소정 값으로 조절하는 것인 단계;
(iii) 상기 단계 (ii) 전, 또는 (ii)와 동시 또는 (ii) 후에, 제1 유출부 코팅이 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이가 정의되도록 제1 유출부 코팅을 유출부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유출부 코팅 길이가 기재 축 길이의 100-x %이고, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)의 비로서 계산된 코팅 적재비가 0.5 미만, 바람직하게는 0.10 내지 0.45, 더욱 바람직하게는 0.20 내지 0.40, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.35인 값으로 제1 유출부 코팅의 적재량을 조절하는 것인 단계를 포함한다.
바람직하게는,
(i) DIN 66133에 따른 수은 공극률 측정에 따라 측정한 공극률이 38 내지 75 범위인 벽유동식 기재를 제공하는 단계로서, 벽유동식 기재가 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 포함하고, 다수의 통로는 개방된 유입부 말단와 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로 및 폐쇄된 유입부 말단과 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 포함하는 것인 단계;
(ii) 제1 유입부 코팅이 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이가 정의되도록 산화 촉매를 함유하는 제1 유입부 코팅을 유입부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유입부 코팅 길이가 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량을 바람직하게는 0.1 내지 1 g/inch3 (g/(2.54 cm)3) 범위의 소정 값으로 조절하는 것인 단계;
(iii) 상기 단계 (ii) 전, 또는 (ii)와 동시 또는 (ii) 후에, 제1 유출부 코팅이 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이가 정의되도록 산화 촉매를 함유하는 제1 유출부 코팅을 유출부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유출부 코팅 길이가 기재 축 길이의 100-x %이고, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)의 비로서 계산된 코팅 적재비가 0.5 미만, 바람직하게는 0.10 내지 0.45, 더욱 바람직하게는 0.20 내지 0.40, 더욱 더 바람직하게는 0.30 내지 0.35인 값으로 제1 유출부 코팅의 적재량을 조절하는 것인 단계
를 포함하는, 촉매화 매연 필터의 제조방법이 또한 제공된다.
배기 매니폴드를 통해 디젤 엔진과 유체 연통되는 배기 도관; 촉매화 매연 필터; 및 촉매화 매연 필터와 유체 연통되는 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품; 선택적 촉매 환원 (SCR) 물품; NOx 저장 및 환원 (NSR) 촉매 물품중 하나 이상을 포함하는, 디젤 엔진 배기 스트림을 처리하기 위한 시스템이 또한 제공된다.
또한, 임의로, 바람직하게는 기재 또는 벽유동식 기재를 통해 유동을 갖는 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품에 배기 스트림을 통과시킨 후, 배기 스트림을 촉매화 매연 필터와 접촉시키는 단계를 포함하는, 매연 입자를 함유하는 디젤 엔진 배기 스트림의 처리방법이 제공된다.
그밖에, 임의로 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품 및/또는 선택적 촉매 환원 (SCR) 물품 및/또는 NOx 저장 및 환원 (NSR) 촉매 물품과 결합된, 디젤 엔진 배기 스트림을 처리하기 위한 촉매화 매연 필터의 용도가 제공된다.
도 1은 전체 길이에 유입부 코팅 50% 및 전체 길이에 유출부 코팅 50%를 갖는 존형 촉매화 매연 필터 (CSF)의 유출부 존에 담층 적재량이 더 많은 CSF의 개략도이다.
도 1에서,
1은 유입부 코팅을 나타내고,
2는 유입부 코팅보다 담층 적재량이 더 많은 유출부 코팅을 나타내며,
3은 유입부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타내고,
4는 유출부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타낸다.
화살표는 CSF를 통한 유동 방향을 가리킨다.
도 2는 기재 축 길이에 걸쳐 담층이 구배를 이루고 있는 CSF의 유출부 존에 담층 적재량이 더 많은 존형 촉매화 매연 필터의 개략도이다.
도 2에서,
1은 유입부 코팅을 나타내고,
2는 유입부 코팅보다 담층 적재량이 더 많은 유출부 코팅을 나타내며,
3은 유출부 코팅(2) 위의 제2 유출부 코팅을 나타내고,
4는 유입부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타내며,
5는 유출부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타내고,
화살표는 CSF를 통한 유동 방향을 가리킨다.
도 3은 실시예에 따른 아이들 재발생으로 진입시키기 위한 샘플 A 및 B 내 열전쌍 1 내지 4의 배치를 나타낸다. 열전쌍(1)은 CSF의 유입부 말단으로부터 1인치 되는 곳에 배치되고, 열전쌍(2)는 CSF의 유입부 말단으로부터 3인치 되는 곳에 배치되며, 열전쌍(3)은 CSF의 유입부 말단으로부터 4인치 되는 곳에 배치되고, 열전쌍(4)는 CSF의 유입부 말단으로부터 4인치 되는 곳에 배치된다.
화살표는 CSF를 통한 유동 방향을 가리킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 A에 대한 4개 열전쌍의 아이들 진입 시험동안 온도 대 시간 곡선을 나타낸다. 도 4에서, 열전쌍(1)은 1"로 표시되고, 열전쌍(2)는 2"로 표시되며, 열전쌍(3)은 3"로 표시되고, 열전쌍(4)는 4"로 표시된다.
도 5는 비교 실시예에 따른 샘플 B에 대한 4개 열전쌍의 아이들 진입 시험동안 온도 대 시간 곡선을 나타낸다. 도 5에서, 열전쌍(1)은 1"로 표시되고, 열전쌍(2)는 2"로 표시되며, 열전쌍(3)은 3"로 표시되고, 열전쌍(4)는 4"로 표시된다.
도 1에서,
1은 유입부 코팅을 나타내고,
2는 유입부 코팅보다 담층 적재량이 더 많은 유출부 코팅을 나타내며,
3은 유입부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타내고,
4는 유출부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타낸다.
화살표는 CSF를 통한 유동 방향을 가리킨다.
도 2는 기재 축 길이에 걸쳐 담층이 구배를 이루고 있는 CSF의 유출부 존에 담층 적재량이 더 많은 존형 촉매화 매연 필터의 개략도이다.
도 2에서,
1은 유입부 코팅을 나타내고,
2는 유입부 코팅보다 담층 적재량이 더 많은 유출부 코팅을 나타내며,
3은 유출부 코팅(2) 위의 제2 유출부 코팅을 나타내고,
4는 유입부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타내며,
5는 유출부 채널을 닫기 위한 필터 기재의 플러그를 나타내고,
화살표는 CSF를 통한 유동 방향을 가리킨다.
도 3은 실시예에 따른 아이들 재발생으로 진입시키기 위한 샘플 A 및 B 내 열전쌍 1 내지 4의 배치를 나타낸다. 열전쌍(1)은 CSF의 유입부 말단으로부터 1인치 되는 곳에 배치되고, 열전쌍(2)는 CSF의 유입부 말단으로부터 3인치 되는 곳에 배치되며, 열전쌍(3)은 CSF의 유입부 말단으로부터 4인치 되는 곳에 배치되고, 열전쌍(4)는 CSF의 유입부 말단으로부터 4인치 되는 곳에 배치된다.
화살표는 CSF를 통한 유동 방향을 가리킨다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 샘플 A에 대한 4개 열전쌍의 아이들 진입 시험동안 온도 대 시간 곡선을 나타낸다. 도 4에서, 열전쌍(1)은 1"로 표시되고, 열전쌍(2)는 2"로 표시되며, 열전쌍(3)은 3"로 표시되고, 열전쌍(4)는 4"로 표시된다.
도 5는 비교 실시예에 따른 샘플 B에 대한 4개 열전쌍의 아이들 진입 시험동안 온도 대 시간 곡선을 나타낸다. 도 5에서, 열전쌍(1)은 1"로 표시되고, 열전쌍(2)는 2"로 표시되며, 열전쌍(3)은 3"로 표시되고, 열전쌍(4)는 4"로 표시된다.
상세한 설명
본 발명은 촉매화 매연 필터에 관한 것으로, 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 구비한 벽유동식 기재를 포함하고, 상기 다수의 통로는 개방된 유입부 말단 및 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로, 및 폐쇄된 유입부 말단 및 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 가지며, 유입부 통로의 내벽은 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이를 정의하는 제1 유입부 코팅을 포함하고, 상기 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며, 유출부 통로의 내벽은 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이를 정의하는 제1 유출부 코팅을 포함하고, 상기 제1 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이의 100-x %이고, 제1 유입부 코팅 길이는 상류 존을 정의하고, 제1 유출부 코팅 길이는 하류 존을 정의하며, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅은 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3))의 비로서 계산되어 0.5 미만의 적재비로 벽유동식 기재상에 존재한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 상기 제1 유입부 코팅은 산화 촉매를 함유한다. 본 발명의 바람직한 다른 구체예에 따라, 상기 제1 유출부 코팅은 산화 촉매를 함유한다. 더욱 바람직하게는, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅 모두 산화 촉매를 함유한다.
본 발명에 따라, 제1 유입부 코팅의 적재량:제1 유출부 코팅의 적재량의 비로 계산된 담층 적재비는 0.5 미만이다. 놀랍게도, 담층 적재비가 0.5 미만이도록 상기 제1 유입부 코팅 및 상기 제1 유출부 코팅을 적용하게 되면, SML을 증가시킬 수 있고, 아이들 재발생으로 진입하는데 필요한 최고 온도를 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 상기 0.5 미만의 담층 적재비로 운전중에 촉매화 매연 필터의 능동적 재생 빈도를 낮출 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 제1 유입부 코팅의 적재량:제1 유출부 코팅의 적재량의 비로 계산된 담층 적재비는 0.49 미만, 더욱 바람직하게는 0.45 미만이다. 더욱 바람직하게, 상기 담층 적재비는 0.05 내지 0.49 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.45 범위이다. 더욱 더 바람직한 구체예에 있어서 상기 담층 적재비는 0.15 내지 0.45 범위, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 0.40 범위, 더욱 더 바람직하게는 0.20 내지 0.40 범위이다. 담층 적재비가 0.25 내지 0.40 범위, 더욱 바람직하게는 0.25 내지 0.35 범위, 더욱 더 바람직하게는 0.30 내지 0.35 범위, 예를 들면 0.30, 0.3, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35인 것이 특히 바람직하다.
본 발명과 관련하여 주어진 코팅에서 사용된 용어 "담층 적재량"은 각각의 담층 적재를 적용하기 전 및 후에, 후술하는 바와 같이 촉매화 매연 필터를 건조 및 하소시킨 다음 본 발명에 따라 사용된 벽유동식 기재의 중량을 측정하여 결정된 적재량을 가리킨다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 유입부 코팅의 적재량은 0.1 내지 1 g/inch3 (g/(2.54 cm)3) 범위이다. 더욱 더 바람직하게, 상기 적재량은 0.1 내지 0.5 g/inch3 (g/(2.54 cm)3) 범위이다.
본 발명에 따라, 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며, 제1 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이의 100-x %이다. 따라서, 제1 유입부 코팅 길이와 제1 유출부 코팅 길이의 합은 기재 축 길이와 동일할 수 있다. 그러나, 제조 기법에 따라, 제1 유입부 코팅 길이 및 제1 유출부 코팅 길이는 특정 부분에서 중복될 수 있다는 것이 이해될 것이다("중복 영역"). 제1 유입부 코팅 길이와 제1 유출부 코팅 길이의 합이 기재 축 길이보다 약간 작아서 제1 유입부 코팅 말단과 제1 유출부 코팅 말단 사이에 약간의 갭이 있고, 주어진 내벽상에 특정 부분은 제1 유입부 코팅으로도 제1 유출부 코팅으로도 코팅되지 않는 것이 또한 구상된다 ("갭 영역"). 일반적으로, 주어진 내벽에서 이러한 갭 영역 및/또는 중복 영역은 존재하는 경우, 기재 축 길이의 최대 1%, 바람직하게는 기재 축 길이의 최대 0.5%, 더욱 바람직하게는 기재 축 길이의 최대 0.1%이다. 더 더욱 바람직하게, 본 발명의 촉매화 매연 필터는 이러한 갭 영역이 없다.
상기 정의된 바와 같이, 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며, 제1 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이의 100-x %이다. 전형적으로, x는 1 내지 99, 바람직하게는 5 내지 95, 더욱 바람직하게는 10 내지 90, 더욱 더 바람직하게는 15 내지 85, 더 더욱 바람직하게는 20 내지 80 범위이다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 촉매화 매연 필터는 단 하나의 유입부 코팅 및 단 하나의 유출부 코팅만을 함유하며, 즉 촉매화 매연 필터의 코팅은 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅으로 구성되고, x는 바람직하게는 25 내지 75, 더욱 바람직하게는 30 내지 70, 더욱 더 바람직하게는 35 내지 65, 더 더욱 바람직하게는 40 내지 60, 이보다 더 바람직하게는 45 내지 55 범위이다. 특히, 촉매화 매연 필터의 코팅이 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅으로 구성되는 경우, x는 47 내지 53, 예컨대 47, 48, 49, 50, 51, 52, 또는 53, 더욱 바람직하게는 48 내지 52, 더욱 바람직하게는 49 내지 51이다.
본 발명에 따라, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부는 산화 촉매를 포함한다. 이 경우, 본 발명과 관련하여 사용된 용어 "산화 촉매"는 또한 제1 유입부 코팅에 하나 이상의 산화 촉매가 포함되고, 제1 유출부 코팅에 하나 이상의 산화 촉매가 포함되는 구체예와 관련된다. 제1 유입부 코팅에 포함된 하나 이상의 산화 촉매는 제1 유출부 코팅에 포함된 하나 이상의 산화 촉매와 동일하거나 상이한 촉매일 수 있다.
바람직하게, 제1 유입부 코팅에 포함된 산화 촉매는 백금족 금속 ("PGM") 성분이다. 본 발명과 관련하여 사용된 용어 "PGM"은 루테늄 (Ru), 로듐 (Rh), 팔라듐 (Pd), 오스뮴 (Os), 이리듐 (Ir) 및 백금 (Pt)을 가리킨다. 제1 유입부 코팅에 포함된 바람직한 산화 촉매는 PGM이 Pt, Pd, Rh, Ir 및 2 이상의 이들 성분의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 PGM 성분이다. 더욱 바람직하게는, PGM은 Pt, Pd, 및 Pt와 Pd의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다. 더욱 더 바람직하게는, PGM은 Pd와 Pt의 혼합물이다.
제1 유입부 코팅의 PGM이 Pd와 Pt의 혼합물을 함유하고, 바람직하게는 이로 구성되는 경우, Pt:Pd의 중량비에 관한 한 특별한 제한은 없다. 전형적으로, 제1 유입부 코팅에서 중량비는 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 9:1 내지 1:1 초과, 더욱 바람직하게는 8:1 내지 1.1:1, 더욱 더 바람직하게는 7:1 내지 1.2:1, 더 더욱 바람직하게는 6:1 내지 1.3:1, 이보다 더 바람직하게는 5:1 내지 1.4:1, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위이다.
전형적으로, 본 발명의 촉매화 매연 필터의 제1 유입부 코팅은 산화 촉매를 5 내지 100 g/ft3 (g/(30.48 cm)3), 더욱 바람직하게는 7 내지 90 g/ft3, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 80 g/ft3, 더 더욱 바람직하게는 9 내지 70 g/ft3, 이보다 더 바람직하게는 10 내지 60 g/ft3의 양으로 포함한다. 제1 유입부 코팅의 산화 촉매가 하나 이상의 PGM 성분인 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명과 관련하여 사용된 용어 "산화 촉매의 양"은 최종 촉매화 매연 필터, 즉 후술하는 바와 같이 건조 및 하소된 후 촉매화 매연 필터내의 하나 이상의 PGM의 중량을 가리킨다.
바람직하게, 제1 유출부 코팅에 포함된 산화 촉매는 PGM 성분이다. 제1 유출부 코팅에 포함된 바람직한 산화 촉매는 PGM이 Pt, Pd, Rh, Ir 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 PGM 성분이다. 더욱 바람직하게는, PGM은 Pt, Pd, 및 Pt와 Pd의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다. 더욱 더 바람직하게는, PGM은 Pd와 Pt의 혼합물로 구성된다.
제1 유출부 코팅의 PGM이 Pd와 Pt의 혼합물을 함유하고, 바람직하게는 이로 구성되는 경우, Pt:Pd의 중량비에 관한 한 특별한 제한은 없다. 전형적으로, 제1 유출부 코팅에서 중량비는 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 9:1 내지 1:1 초과, 더욱 바람직하게는 8:1 내지 1.1:1, 더욱 더 바람직하게는 7:1 내지 1.2:1, 더 더욱 바람직하게는 6:1 내지 1.3:1, 이보다 더 바람직하게는 5:1 내지 1.4:1, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위이다.
따라서, 본 발명은 또한 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅이 산화 촉매를 포함하고, 상기 산화 촉매는 백금 및 팔라듐으로 구성되고, 제1 유입부 코팅내 백금:팔라듐의 중량비가 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위이고, 제1 유출부 코팅내 백금:팔라듐의 중량비가 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위인 상술된 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
전형적으로, 본 발명의 촉매화 매연 필터의 제1 유출부 코팅은 산화 촉매를 5 내지 100 g/ft3 (g/(30.48 cm)3), 더욱 바람직하게는 7 내지 90 g/ft3, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 80 g/ft3, 더 더욱 바람직하게는 9 내지 70 g/ft3, 이보다 더 바람직하게는 10 내지 60 g/ft3의 양으로 포함한다. 제1 유출부 코팅의 산화 촉매가 하나 이상의 PGM 성분인 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명과 관련하여 사용된 용어 "산화 촉매의 양"은 최종 촉매화 매연 필터, 즉 후술하는 바와 같이 건조 및 하소된 후 촉매화 매연 필터내의 하나 이상의 PGM의 중량을 가리킨다.
본 발명의 바람직한 제1 구체예에 따라, 상류 존의 산화 촉매 함량, 바람직하게는 PGM 함량은 하류 존의 산화 촉매 함량, 바람직하게는 PGM 함량보다 작다. 일반적으로, 제1 유입부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 제1 유출부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 PGM 비는 1 미만, 바람직하게는 1:10 내지 1:2 범위이다. PGM 비는 바람직하게는 1:9 내지 1:2, 더욱 바람직하게는 1:8 내지 1:3, 및 더욱 더 바람직하게는 1:7 내지 1:3 범위이다.
놀랍게도, 제1 유입부 코팅의 PGM 함량이 제1 유출부 코팅의 PGM 함량보다 낮은 본 발명의 담층 적재는 SCR 촉매에 대해, 예를 들면 50%의 N02/NOx 비가 촉매화 매연 필터 배출에 필요한 경우, 예를 들어 pre-SCR 적용으로서 유리한 것으로 입증되었다. 이 경우에는, 하류 존내에 PGM 적재량이 높은데 반해 상류 존내에서는 가스를 활성화시키는 데에 필요한 PGM 적재량이 낮다. 따라서, PGM이 촉매화 매연 필터의 상류 존에서 절약될 수 있다.
본 발명의 바람직한 제2 구체예에 따라, 상류 존의 산화 촉매 함량, 바람직하게는 PGM 함량은 하류 존의 산화 촉매 함량, 바람직하게는 PGM 함량보다 높다. 일반적으로, 제1 유입부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 제1 유출부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 PGM 비는 1 미만, 바람직하게는 2:1 내지 10:2 범위이다. PGM 비는 바람직하게는 2:1 내지 9:1, 더욱 바람직하게는 3:1 내지 8:1, 및 더욱 바람직하게는 3:1 내지 7:1 범위이다.
놀랍게도, 제1 유입부 코팅의 PGM 함량이 제1 유출부 코팅의 PGM 함량보다 높은 본 발명의 담층 적재는 기재 길이에 걸쳐 PGM 분포가 균일한 촉매화 매연 필터에 비해서 HC/CO 가스 전환 활성이 높은 것으로 나타났다. 따라서, 본 구체예는 촉매화 매연 필터가 HC/CO 가스 전환 활성을 필요로 하는 경우, 예를 들어 CSF 단독 적용 및 하류 DOC로 유리한 것으로 입증되었다. 이 경우에는, 상류 존내 PGM 적재가 주로 가스 활성에 기여한다. 따라서, PGM은 CSF 길이에 걸쳐 PGM 분포가 균일한 촉매화 매연 필터에 비해서 촉매화 매연 필터의 하류 존에서 절약될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따라, 상류 존의 산화 촉매 함량, 바람직하게는 PGM 함량은 하류 존의 산화 촉매 함량, 바람직하게는 PGM 함량보다 높다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 제1 유입부 코팅은 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함한다. 특별히 제한은 없으나, 다공성 지지체 재료가 내화성 금속 산화물인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 제1 유입부 코팅의 다공성 지지체 재료는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 티타니아, 희토류 금속 산화물, 예컨대 세륨, 프라세도디뮴, 란타늄, 네오디늄 및 사마륨의 산화물, 실리카-알루미나, 알루미노-실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-크로미아, 알루미나-희토류 금속 산화물, 티타니아-실리카, 티타니아-지르코니아, 티타니아-알루미나, 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다. 더욱 바람직하게는, 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 제1 유출부 코팅은 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함한다. 특별히 제한은 없으나, 다공성 지지체 재료는 내화성 금속 산화물인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 제1 유출부 코팅의 다공성 지지체 재료는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 티타니아, 희토류 금속 산화물, 예컨대 세륨, 프라세도디뮴, 란타늄, 네오디늄 및 사마륨의 산화물, 실리카-알루미나, 알루미노-실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-크로미아, 알루미나-희토류 금속 산화물, 티타니아-실리카, 티타니아-지르코니아, 티타니아-알루미나, 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다. 더욱 바람직하게는, 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다.
따라서, 본 발명은 또한 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅이 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함하고, 제1 유입부 코팅의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되고, 제1 유출부 코팅의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 상술된 바와 같은 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
바람직한 구체예에 따라, 제1 유입부 코팅 및/또는 제1 유출부 코팅의 내화성 금속 산화물은 실질적으로 알루미나, 더욱 바람직하게는 감마 알루미나 또는 활성화 알루미나, 예컨대 감마 또는 에타 알루미나로 구성된다. 바람직하게는, DIN 66131에 따른 BET 표면적 측정에 따라 결정된 활성화 알루미나의 비표면적은 60 내지 300 m2/g, 바람직하게는 90 내지 200 m2/g, 더욱 바람직하게는 100 내지 180 m2/g이다.
본 발명의 촉매화 매연 필터에 유용한 벽유동식 기재는 기재의 종방향 축을 따라 연장되는 다수의 미세한, 실질적으로 평행한 기체 유동 통로를 갖는다. 각 통로는 기재 본체의 한 쪽 말단에서 폐쇄되고 교대되는 통로는 반대 말단면에서 폐쇄된다. 이러한 모노리쓰형 지지체는 횡단면 1 제곱인치 (2.54 cm2) 당 약 400개 이하의 유동 통로(또는 "셀")를 함유할 수 있는데, 이보다 훨씬 더 적은 유동 통로도 사용될 수 있다. 예를 들면, 지지체는 1 제곱인치 당 약 7 내지 400개, 바람직하게는 약 100 내지 400개의 셀("cpsi")을 가질 수 있다. 셀은 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 육각형 또는 기타 다각형의 횡단면을 가질 수 있다.
바람직한 벽유동식 필터 기재는, 근청석, α-알루미나, 탄화규소, 질화규소, 지르코니아, 뮬라이트, 유휘석, 알루미나-실리카-마그네시아 또는 규산지르코늄과 같은 세라믹-유사 물질 또는 스테인레스강과 같은 내화성 금속으로 구성된다. 바람직한 벽유동식 기재는 근청석 및 탄화규소로부터 형성된다. 이러한 물질은 주위 환경, 특히 배기가스류를 처리할 때 겪는 높은 온도를 견딜 수 있다. 세라믹 벽유동식 기재는 전형적으로 약 40 내지 70%의 공극률을 갖는 물질로써 형성된다. 이와 관련하여 사용된 용어 "공극률"은 DIN 66133에 따른 수은 공극률 측정에 따라 측정된 것으로 이해하여야 한다.
본 발명에 따라, 벽유동식 기재의 공극률이 38 내지 75인 것이 바람직하고, 55 내지 70인 것이 더욱 바람직하다.
예를 들어 일부 구조에서는, 공극률이 60이고 평균 기공 직경이 약 15 내지 25 미크론인 벽유동식 기재가 적절한 배기 유동을 제공한다. 다른 특정 구체예는, 예를 들어 17 mil (1 mil은 0.0254 mm에 해당)의 벽 두께 및 100 cpsi를 갖는 벽유동식 기재 및 12 내지 14 mil의 벽 두께 및 300 cpsi를 갖는 벽유동식 기재를 사용하는 구조이다.
일반적으로, 본 발명의 촉매화 매연 필터의 기재 축 길이에는 제한이 없다. 기재 축 길이는 주로 본 발명의 촉매화 매연 필터의 의도하는 용도에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 자동차 분야에서 사용되는 촉매화 매연 필터의 전형적인 기재 축 길이는 4 내지 10, 바람직하게는 6 내지 8 인치 (1 인치 = 2.54 cm)이다.
벽유동식 기재상에 존재하는 본 발명의 각 코팅은 상술한 바와 같은 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 함유하는 각 담층 조성물로부터 형성된다. 바인더 및 안정화제와 같은 다른 첨가제가 담층 조성물에 또한 포함될 수 있다. 상기 안정화제는 후술하는 바와 같이, 제1 유입부 코팅 또는 제1 유출부 코팅 또는 추가의 유출부 코팅에 포함될 수 있다. 미국특허 제4,727,052호에 개시된 바와 같이, 활성화 알루미나와 같은 다공성 지지체 재료를 열안정화시킴으로써, 승온에서 알루미나가 원치않게 감마로부터 알파로 상변이하는 것을 억제할 수 있다. 안정화제는 마그네슘, 바륨, 칼슘 및 스트론튬, 바람직하게는 스트론튬 및 바륨으로 구성된 군중에서 선택된 하나 이상의 알칼리 토금속 성분 중에서 선택될 수 있다. 안정화제 물질이 존재할 때, 이것은 약 0.01 g/in3 (g/(2.54 cm)3) 내지 0.15 g/in3 (g/(2.54 cm)3)으로 코팅에 첨가된다
주어진 코팅은 내벽의 표면상에 배치된다. 주어진 코팅이 내벽의 표면에 적용되는 다른 코팅 또는 또 다른 코팅상에 배치되는 것이 또한 구상될 수 있다. 이하, 2 이상의 코팅, 특히 2 이상의 유출부 코팅을 갖는 본 발명의 구체예가 설명된다. 또한, 주어진 코팅은 다공성 내벽 또는 적용되는 코팅을 부분적으로 투과할 수 있다.
주어진 담층은 구상된 임의의 방법에 따라 코팅으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 담층을 벽유동식 기재의 내벽에 스프레이하여 담층을 적용하는 것이 구상될 수 있다. 본 발명에 따라, 주어진 담층을 딥-코팅에 의해 벽유동식 기재의 내벽에 적용하는 것이 바람직하다.
특히, PGM 성분이 산화 촉매로 사용되는 경우, 벽유동식 기재의 내벽에 적용되는 담층 조성물은 바람직하게는 적절한 PGM 성분 전구체를 적절한 다공성 지지체 재료, 바람직하게는 상술한 바와 같은 적절한 내화성 금속 산화물에 분산시킴으로써 제조된다. 더욱 바람직하게는, 수용성 또는 수분산성 PGM 성분 전구체를 적절한 다공성 지지체 재료, 바람직하게는 적절한 내화성 금속 산화물에 함침시킨 후, 건조 및 고정 단계를 수행한다. 적합한 PGM 성분 전구체는, 예를 들어 염화칼륨백금, 티오시안산암모늄백금, 아민-가용화 수산화백금, 염화백금산, 질산팔라듐, 염화로듐, 질산로듐, 염화헥사민로듐 등을 포함한다. 해당 분야의 숙련자라면, 기타 적합한 PGM 성분 전구체를 명백하게 알 것이다. 함침된 지지체 재료를 바람직하게는 거기에 고정된 PGM 성분과 함께 건조시킨다. 일반적으로, 건조 온도는 60 내지 250℃, 바람직하게는 90 내지 210℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 150℃이다. 건조는 질소 또는 공기를 사용하여 임의 적합한 분위기에서 수행될 수 있다. 건조 후, 마지막으로 적절한 하소 및/또는 아세트산 처리와 같은 기타 적절한 방법을 사용하여 PGM 성분을 지지체 재료 상에 고정시키는 것이 바람직하다. 일반적으로, PGM 성분을 수불용성 형태로 만드는 어떤 방법도 적합하다. 일반적으로, 하소 온도는 250 내지 800℃, 바람직하게는 350 내지 700℃, 더욱 바람직하게는 400 내지 600℃ 범위이다. 하소는 질소 또는 공기를 사용하여 임의 적합한 분위기에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 하소에 의해 촉매적으로 활성인 원소 PGM 또는 그의 산화물이 얻어진다. 최종 촉매화 매연 필터에 존재하는 용어 "PGM 성분"은 본 발명과 관련하여 사용되는 경우, 촉매적으로 활성인 원소 PGM 또는 그의 산화물, 또는 원소 PGM과 그의 산화물의 혼합물 형태의 PGM을 가리키는 것으로 이해하여야 한다.
따라서, 본 발명은 또한
(i) DIN 66133에 따른 수은 공극률 측정에 따라 측정된 공극률이 바람직하게는 38 내지 75 범위인 벽유동식 기재를 제공하는 단계로서, 벽유동식 기재가 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 포함하고, 다수의 통로가 개방된 유입부 말단과 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로 및 폐쇄된 유입부 말단과 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 포함하는 것인 단계;
(ii) 제1 유입부 코팅이 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이가 정의되도록 제1 유입부 코팅을 유입부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유입부 코팅 길이가 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량을 바람직하게는 0.1 내지 1 g/inch3 (g/(2.54 cm)3) 범위의 소정 값으로 조절하는 것인 단계;
(iii) 상기 단계 (ii) 전, 또는 (ii)와 동시 또는 (ii) 후에, 제1 유출부 코팅이 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이가 정의되도록 제1 유출부 코팅을 유출부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유출부 코팅 길이가 기재 축 길이의 100-x %이고, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)의 비로서 계산된 코팅 적재비가 0.5 미만, 바람직하게는 0.10 내지 0.45, 더욱 바람직하게는 0.20 내지 0.40, 더욱 더 바람직하게는 0.30 내지 0.35인 값으로 제1 유출부 코팅의 적재량을 조절하는 것인 단계
를 포함하는, 상술된 바와 같은 촉매화 매연 필터의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 상기 제1 유입부 코팅은 산화 촉매를 함유한다. 본 발명의 바람직한 또 다른 구체예에 따라, 상기 제1 유출부 코팅은 산화 촉매를 함유한다. 더욱 바람직하게는, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅 모두 산화 촉매를 함유한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 촉매화 매연 필터는 제1 유입부 코팅, 제1 유출부 코팅을 가지며, 추가로 하나 이상의 추가 유출부 코팅을 포함한다. 일반적으로, 본 발명의 촉매화 매연 필터는 또한 k개의 추가 유출부 코팅을 함유하며, 여기서 k는 1 이상의 정수이다. 바람직하게는, 본 발명의 촉매화 매연 필터는 9 이하, 더욱 바람직하게는 7 이하, 더욱 더 바람직하게는 5 이하 및 더 더욱 바람직하게는 3 이하의 추가 유출부 코팅, 예컨대 1, 2, 또는 3개의 추가 유출부 코팅을 함유할 수 있다.
가장 바람직하게는, 본 발명의 촉매화 매연 필터의 (j+1) 번째 유출부 코팅은 j 번째 유출부 코팅위에 위치한다. 예로써, 촉매화 매연 필터가 3개의 추가 유출부 코팅을 함유하면, 제2의 유출부 코팅, 즉 첫번째 추가 유출부 코팅 (여기서 j는 1임)은 제1의 유출부 코팅위에 위치하고, 제3의 유출부 코팅, 즉 두번째 추가 유출부 코팅 (여기서 j는 2임)은 제2의 유출부 코팅위에 위치하며, 제4의 유출부, 즉 세번째 추가 유출부 코팅 (여기서 j는 3임)은 제3의 유출부 코팅위에 위치한다.
전형적으로, 주어진 추가 유출부 코팅은 촉매화 매연 필터의 (전체) 유출부 말단으로부터 상기 유출부 코팅의 각 말단까지 연장된다. 즉, 상기 유출부 코팅의 길이가 정의된다. 일반적으로 말해서, 본 발명의 촉매화 매연 필터의 (j+1) 번째 유출부 코팅은 유출부 말단으로부터 (j+1) 번째 유출부 코팅 말단까지 연장되어 (j+1) 번째의 유출부 코팅 길이를 정의한다.
일반적으로, 주어진 유출부 코팅의 유출부 코팅 길이가 상기 주어진 유출부 코팅이 위치한 유출부 코팅의 유출부 코팅 길이보다 작거나 같은 것이 구상될 수 있다. 예로써, 촉매화 매연 필터가 3개의 추가 유출부 코팅을 함유하면, 제2의 유출부 코팅, 즉 첫번째 추가 유출부 코팅 (여기서 j는 1임)은 제2의 유출부 코팅 길이가 제1의 유출부 코팅 길이보다 작거나 같은 제1의 유출부 코팅위에 위치하고, 제3의 유출부 코팅, 즉 두번째 추가 유출부 코팅 (여기서 j는 2임)은 제3의 유출부 코팅 길이가 제2의 유출부 코팅 길이보다 작거나 같은 두번째 제2 유출부 코팅위에 위치하며, 제4의 유출부, 즉 세번째 추가 유출부 코팅 (여기서 j는 3임)은 제4의 유출부 코팅 길이가 제3의 유출부 코팅 길이보다 작거나 같은 제3의 유출부 코팅위에 위치한다. 일반적으로 말해서, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 j 번째 유출부 코팅 길이의 yj +1 %이고 여기서 0 < yj +1 ≤ 100이다.
따라서, 본 발명은 또한 k개의 추가 유출부 코팅을 포함하며, 여기서 (j+1) 번째 유출부 코팅은 j 번째 유출부 코팅 상에 위치하며, 상기 (j+1) 번째 유출부 코팅은 유출부 말단으로부터 (j+1) 번째 유출부 코팅 말단까지 연장되어 (j+1) 번째 유출부 코팅 길이를 정의하며, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 j 번째 유출부 코팅 길이의 yj +1 %이고 여기서 0 < yj +1 ≤ 100이며, k는 1 이상의 정수로서, 바람직하게는 1 내지 4, 더욱 바람직하게는 1 내지 3의 범위이며; j는 1≤j≤ k의 정수인 상술된 바와 같은 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
상술된 바와 같이, 주어진 유출부 코팅의 유출부 코팅 길이는 상기 주어진 유출부 코팅이 위치한 유출부 코팅의 길이보다 작거나 같다. 일반적으로, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 j 번째 유출부 코팅 길이의 yj +1 %이고 여기서 0 < yj +1 ≤ 100이다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 주어진 유출부 코팅의 유출부 코팅 길이는 상기 주어진 유출부 코팅이 위치한 유출부 코팅의 길이보다 작다. 따라서, 바람직하게는, 0 < yj+1 < 100이다. 더욱 더 바람직하게는, 유출부 코팅은 제1 유출부 코팅 길이에 따라 다소 규칙적인 "계단형" 구조를 형성할 것이며, 추가 유출부 코팅의 주어진 길이는 특정 길이를 가진다. 즉, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 제1 유출부 코팅 길이의 100?(1-j/(k+1)) %이다.
일반적으로, 상술된 바와 같이, 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이다. 본 발명의 촉매화 매연 필터가 하나 이상의 추가 유출부 코팅, 즉 총 2개 이상의 유출부 코팅을 함유하는 경우, 제1 유입부 코팅 길이는 또한 유출부 코팅의 계단형 구조와 함께 각 계단의 길이가 실질적으로 동일한 규칙적인 계단형 패턴을 형성하도록 선택될 것이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, x는 100/(k+2)이다.
본 발명의 촉매화 매연 필터가 하나 이상의 추가 유출부 코팅을 함유하는 경우, 주어진 유출부 코팅은 다른 유출부 코팅중 하나 또는 전부와 동일한 화학 조성을 가질 수 있다. 모든 유출부 코팅이 상이한 화학 조성을 갖는 것도 가능하다.
k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각이 산화 촉매를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 추가 유출부 코팅에 포함된 산화 촉매는 하나 이상의 백금족 금속 (PGM)을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 추가 유출부 코팅에 포함된 산화 촉매는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다.
각 유출부 코팅은 동일하거나 상이한 산화 촉매를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각의 산화 촉매는 백금과 팔라듐의 혼합물로 구성된다.
본 발명의 촉매화 매연 필터가 2 이상의 유출부 코팅을 함유하는 경우, 총 유출부 코팅, 즉 k+1개의 총 유출부 코팅이 산화 촉매를 5 내지 100 g/ft3, 더욱 바람직하게는 7 내지 90 g/ft3, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 80 g/ft3, 더 더욱 바람직하게는 9 내지 70 g/ft3, 바람직하게는 10 내지 60 g/ft3 (g/(30.48 cm)3)의 양으로 포함하는 것이 바람직하다. 유출부 코팅의 산화 촉매가 하나 이상의 PGM 성분인 바람직한 구체예에 있어서, 본 발명과 관련하여 사용된 용어 "산화 촉매의 양"은 최종 촉매화 매연 필터, 즉 건조 및 하소된 후 촉매화 매연 필터내의 하나 이상의 PGM의 중량을 가리킨다.
또한, 본 발명의 촉매화 매연 필터가 2 이상의 유출부 코팅을 함유하는 경우, 제1 유입부 코팅에 함유된 PGM의 양 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 k+1개의 유출부 코팅에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 것으로 정의되는 PGM 비가 1:10 내지 1:2 범위인 것이 바람직하다. PGM 비는 바람직하게는 1:9 내지 1:2, 더욱 바람직하게는 1:8 내지 1:3, 및 더욱 더 바람직하게는 1:7 내지 1:3, 바람직하게는 1:7 내지 1:3 범위이다.
다른 구체예에 따라, 본 발명의 촉매화 매연 필터가 2 이상의 유출부 코팅을 함유하는 경우, 제1 유입부 코팅에 함유된 PGM의 양 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 k+1개의 유출부 코팅에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 것으로 정의되는 PGM 비가 2:1 내지 10:1 범위인 것이 바람직하다. PGM 비는 바람직하게는 2:1 내지 9:1, 더욱 바람직하게는 3:1 내지 8:1, 및 더욱 더 바람직하게는 3:1 내지 7:1 범위이다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 촉매화 매연 필터에서 제1 유입부 코팅 및 각 유출부 코팅이 가장 바람직하게는 팔라듐과 백금의 혼합물로 구성된 산화 촉매를 함유하는 것이 바람직하다. 전형적으로, 제1 유출부 코팅내 Pt:Pd의 중량비는 상술한 바와 같이, 10:1 내지 1:10 범위, 바람직하게는 9:1 내지 1:1 초과, 더욱 바람직하게는 8:1 내지 1.1:1, 더욱 더 바람직하게는 7:1 내지 1.2:1, 더 더욱 바람직하게는 6:1 내지 1.3:1, 이보다 더 바람직하게는 5:1 내지 1.4:1, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1이다. 또한, k+1개의 유출부 코팅 내 백금:팔라듐의 중량비가 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 9:1 내지 1:1 초과, 더욱 바람직하게는 8:1 내지 1.1:1, 더욱 더 바람직하게는 7:1 내지 1 .2:1, 더 더욱 바람직하게는 6:1 내지 1.3:1, 이보다 더 바람직하게는 5:1 내지 1.4:1, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 또한 제1 유입부 코팅 및 k+1개의 유출부 코팅이 백금 및 팔라듐으로 구성된 산화 촉매를 포함하고, 제1 유입부 코팅내 백금:팔라듐의 중량비가 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위이며, k+1개의 유출부 코팅 내 백금:팔라듐의 중량비가 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위인 상술된 바와 같은 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
k+1개의 유출부 코팅 내에, 백금 단독 또는 팔라듐 단독이 함유되는 것 또한 가능하다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 하나 이상의 추가 유출부 코팅, 바람직하게는 각각의 추가 유출부 코팅은 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함한다. 주어진 추가 유출부 코팅이 하나 이상의 다공성 재료를 포함하는 경우, 이는 다른 유출부 코팅에 대해서 동일하거나 상이한 다공성 재료를 함유할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 모든 유출부 코팅은 하나 이상의 다공성 재료를 포함한다. 특별히 한정은 없으나, 추가 유출부 코팅에 포함된 다공성 지지체 재료는 내화성 금속 산화물인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 하나 이상의 추가 유출부 코팅, 바람직하게는 각각의 추가 유출부 코팅의 다공성 지지체 재료는 알루미나, 지르코니아, 실리카, 티타니아, 희토류 금속 산화물, 예컨대 세륨, 프라세오디뮴, 란타늄, 네오디늄 및 사마륨의 산화물, 실리카-알루미나, 알루미노-실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-크로미아, 알루미나-희토류 금속 산화물, 티타니아-실리카, 티타니아-지르코니아, 티타니아-알루미나 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다. 더욱 바람직하게는, 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된다.
따라서, 본 발명은 또한 k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각이 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함하며, k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 상술된 바와 같은 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 또한 제1 유입부 코팅 및 유출부 코팅이 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함하고, 제1 유입부 코팅의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되며, 유출부 코팅의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 상술된 바와 같은 촉매화 매연 필터에 관한 것이다.
바람직한 구체예에 따라, 제1 유입부 코팅 및/또는 유출부 코팅의 내화성 금속 산화물은 실질적으로 알루미나, 더욱 바람직하게는 감마 알루미나 또는 활성화 알루미나, 예컨대 감마 또는 에타 알루미나로 구성된다. 바람직하게는, DIN 66131에 따른 BET 표면적 측정에 따라 결정된 활성화 알루미나의 비표면적은 60 내지 300 m2/g, 바람직하게는 90 내지 200 m2/g, 더욱 바람직하게는 100 내지 180 m2/g이다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 구체예에 따라, 각 유출부 코팅은 동일한 화학 조성을 가지며, 즉 본 발명의 촉매화 매연 필터 제조방법에서, k+1개의 유출부 코팅을 갖는 벽유동식 기재의 코팅은 하나의 특정한 담층 조성물을 사용하여 수행된다. 더욱 바람직하게는, 모든 코팅, 즉 제1 유입부 코팅 및 모든 유출부 코팅은 동일한 화학 조성을 가진다.
본 발명의 촉매화 매연 필터가 하나 이상의 추가 유출부 코팅, 즉 2개 이상의 유출부 코팅을 포함하는 경우, 제1 유입부 코팅 및 유출부 코팅은 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)):모든 유출부 코팅의 총 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3))의 비로 계산되어 0.5 미만의 코팅 적재비로 벽유동식 기재상에 존재한다.
2 이상의 유출부 코팅을 포함하는 본 발명의 촉매화 매연 필터의 제조방법과 관련하여서는 제1 유입부 코팅만을 가지는 촉매화 매연 필터에 대해서 상술된 것과 실질적으로 동일한 방법이 수행된다. 그러나, 단계 (iii) 후에, 하나 이상의 추가 유출부 코팅이 제1 유출부 코팅상에 적용된다. 바람직하게는, 제1 유입부 코팅을 적용한 후, 임의로 제1 건조 및/또는 하소 후에, 제2 유출부 코팅이 제1 유출부 코팅상에 적용된다. 제3의 유출부 코팅을 적용하는 경우에는, 임의로 제1 및 제2 유출부 코팅을 함유하는 필터를 건조 및/또는 하소시킨 후, 제2 유출부 코팅상에 제3의 유출부 코팅을 적용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명은 또한 하기 단계 (iv)를 추가로 포함하는, 상술된 바와 같은 방법에 관한 것이다:
(iv) 단계 (iii) 후에, k개의 추가 유출부 코팅을 적용하는데, 여기서는 (j+1) 번째 유출부 코팅이 j 번째 유출부 코팅에 적용되어서 (j+1) 번째 유출부 코팅이 유출부 말단으로부터 (j+1) 번째 유출부 코팅 말단까지 연장되어 (j+1) 번째 유출부 코팅 길이를 정의하고, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 j 번째 유출부 코팅 길이의 yj +1 %이고 여기서 0 < yj +1 ≤ 100이며; k는 1 이상의 정수로서, k는 바람직하게는 1 내지 4, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 범위의 정수이고; j는 1 ≤ j ≤ k의 정수이다.
더욱 바람직하게는, (j+1) 번째 유출부 코팅은 (j+1) 번째 유출부 코팅 길이가 제1 유출부 코팅 길이의 100?(1-j/(k+1)) %가 되도록 j 번재 유출부 코팅상에 적용된다. 더욱 더 바람직하게는, (ii)에서, 제1 유입부 코팅은 x가 100/(k+2)가 되도록 적용된다.
k개의 추가 유출부 코팅을 적용하는 전형적인 방법 및 바람직한 방법과 관련하여서는 제1 유출부 코팅의 적용에 대해 상술된 전형적인 방법 및 바람직한 방법이 언급될 수 있다. 개별 유출부 코팅의 적용 사이 또는 적용 후, 건조 및/또는 하소 단계 동안에 적용되는 전형적인 조건 및 바람직한 조건과 관련하여서는 제1 유출부 코팅의 건조 및/또는 하소에 대해 상술된 전형적인 조건 및 바람직한 조건이 언급될 수 있다.
본 발명의 촉매화 매연 필터는 통합 배출 처리 시스템, 특히 디젤 배기가스 배출을 위한 하나 이상의 추가 성분을 포함하는 배기 도관에 사용될 수 있다. 예를 들어, 가장 바람직하게는 디젤 엔진과 유체 연통되는 이같은 배기 도관은 본 발명에 따른 촉매화 매연 필터 및 추가로 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품 및/또는 선택적 촉매 환원 (SCR) 물품 및/또는 NOx 저장 및 환원 (NSR) 촉매 물품을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, DOC 물품 및/또는 SCR 물품 및/또는 NSR 물품은 촉매화 매연 필터와 유체 연통된다. 디젤 산화 촉매는 촉매화 매연 필터 및/또는 선택적 촉매 환원 성분으로부터 상류 또는 하류에 위치할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 촉매화 매연 필터는 DOC 물품으로부터 하류에 위치한다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 촉매화 매연 필터는 SCR 물품의 상류 또는 하류에 위치한다.
따라서, 본 발명은 또한 배기 매니폴드를 통해 디젤 엔진과 유체 연통되는 배기 도관; 상술된 바와 같은 촉매화 매연 필터; 및 촉매화 매연 필터와 유체 연통되는 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품; 선택적 촉매 환원 (SCR) 물품; NOx 저장 및 환원 (NSR) 촉매 물품 중 하나 이상을 포함하는, 디젤 엔진 배기 스트림을 처리하기 위한 시스템에 관한 것이다
배기 도관에 사용하기에 적절한 SCR 물품은 전형적으로 600℃ 이하의 온도에서 디젤 배기가스에 포함된 NOx 성분을 효율적으로 촉매적 환원시킬 수 있어서, 전형적으로 낮은 배기 온도로 수반되는 저 적재량의 조건하에서도 충분한 수준의 NOx가 처리될 수 있다. 바람직하게는, 적절한 SCR 물품은 시스템에 첨가되는 적합한 환원제의 양에 따라, NOx 성분의 50% 이상을 N2로 환원시킬 수 있다. SCR 물품의 다른 바람직한 속성은 과량의 NH3 없이도 02를 N2 및 H20로 촉매적 환원시킬 수 있는 능력을 가지고 있어서 NH3를 대기로 방출시키지 않는다는 것이다. 배기 도관에 사용되는 유용한 SCR 촉매 조성물은 또한 650℃ 초과 온도에 내열성이어야 한다. 이러한 고온은 상류 촉매화 매연 필터의 재생동안 겪을 수 있다. 적합한 SCR 물품에 대해서는 US 4,961,917호 및 US 5,516,497호에 기술되어 있다. 적합한 SCR 물품은 전형적으로 제올라이트에 존재하는 철 및 구리 촉진제 중 어느 하나 또는 둘 다를 촉진제와 제올라이트의 총 중량에 대해 약 0.1 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 1 내지 5 중량%의 양으로 포함한다. NH3를 사용하여 NOx를 N2로 환원시키는 것을 촉매화하는 것 외에, 개시된 SCR 물품은 또한 특히, 촉진제 농도가 높은 조성물에 대해서 02로 과량의 NH3 산화를 촉진할 수 있다.
본 발명의 배기 가스 처리 시스템은 NOx 저장 (및 임의로 환원) 물품을 추가로 포함할 수 있다. NOx 저장 (및 임의로 환원) 물품은 바람직하게는 촉매화 매연 필터의 하류에 위치한다.
그밖에, 본 발명은 또한 임의로, 바람직하게는 기재 또는 벽유동식 기재를 통해 유동을 갖는 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품에 배기 스트림을 통과시킨 후 배기 스트림을 상술된 촉매화 매연 필터와 접촉시키는 단계를 포함하는, 매연 입자를 함유하는 디젤 엔진 배기 스트림의 처리 방법에 관한 것이다. 이 방법은 임의로, DOC 물품 또는 촉매화 매연 필터에서 발생한 배기 스트림을 선택적 촉매 환원 (SCR) 물품에 통과시키는 단계를 더 포함한다.
이하, 본 발명이 실시예로 추가로 설명된다.
실시예
1. 촉매 제조
1.1 유입부/유출부 코팅의 담층 적재비가 0.3인 존형 촉매화 매연 필터 (샘플 A, 본 발명의 구체예)
유입부 코팅: 0.3 g/in3의 감마-알루미나에 최종 건조 Pd 함량이 10 g/ft3이 되도록 질산팔라듐 수용액을 함침시킨 후, 아민 안정화된 Pt 복합체로서 백금을 갖는 백금 용액을 Pt 건조 함량이 20 g/ft3이 되도록 함침시켰다. 생성된 분말을 물에 분산시켰다. 이어, 생성된 슬러리를 유입부로부터 총 필터 길이의 50% 까지 근청석 필터 기재를 코팅하는데 사용하였다 (SiC, 길이: 6 인치 = 15.24 cm; 직경: 5.66 인치 = 14.38 cm). 110℃ 공기에서 건조시키고 공기중에 450℃에서 하소시킨 후, 필터 기재의 50% 유입부 상에 담층량은 약 0.32 g/in3이었다.
유출부 코팅: 1.0 g/in3의 감마-알루미나에 최종 건조 Pd 함량이 5 g/ft3이 되도록 질산팔라듐 수용액을 함침시킨 후, 아민 안정화된 Pt 복합체로서 백금을 갖는 백금 용액을 Pt 건조 함량이 10 g/ft3이 되도록 함침시켰다. 생성된 분말을 물에 분산시켰다. 이어, 생성된 슬러리를 유출부로부터 총 필터 길이의 50% 까지 근청석 필터 기재를 코팅하는데 사용하였다. 110℃ 공기에서 건조시키고 공기중에 450℃에서 하소시킨 후, 필터 기재의 50% 유출부 상에 담층량은 약 1.01 g/in3이었다.
따라서, 코팅 적재비는 약 0.32이었다.
1.2 유입부/유출부 코팅의 담층 적재비가 균일한 존형 촉매화 매연 필터 (샘플 B, 비교 실시예)
유입부 코팅: 0.3 g/in3의 감마-알루미나에 최종 건조 Pd 함량이 10 g/ft3이 되도록 질산팔라듐 수용액을 함침시킨 후, 아민 안정화된 Pt 복합체로서 백금을 갖는 백금 용액을 Pt 건조 함량이 20 g/ft3이 되도록 함침시켰다. 생성된 분말을 물에 분산시켰다. 이어, 생성된 슬러리를 유입부로부터 총 필터 길이의 50% 까지 필터 기재 (상기 1.1과 동일한 기재)를 코팅하는데 사용하였다. 110℃ 공기에서 건조시키고 공기중에 450℃에서 하소시킨 후, 필터 기재의 50% 유입부 상에 담층량은 약 0.32 g/in3이었다.
유출부 코팅: 0.3 g/in3의 감마-알루미나에 최종 건조 Pd 함량이 5 g/ft3이 되도록 질산팔라듐 수용액을 함침시킨 후, 아민 안정화된 Pt 복합체로서 백금을 갖는 백금 용액을 Pt 건조 함량이 10 g/ft3이 되도록 함침시켰다. 생성된 분말을 물에 분산시켰다. 이어, 생성된 슬러리를 유출부로부터 총 필터 길이의 50% 까지 필터 기재를 코팅하는데 사용하였다. 110℃ 공기에서 건조시키고 공기중에 450℃에서 하소시킨 후, 필터 기재의 50% 유출부 상에 담층량은 약 0.32 g/in3이었다.
따라서, 코팅 적재비는 약 1.0이었다.
2. 최신 기술의 촉매와 본 발명의 기술의 촉매 비교 (아이들 재발생 진입 시험으로 최대 매연 적재량 시험)
2.1 샘플 A (본 발명)
유입부/유출부 코팅의 담층 적재비가 0.32인 존형 촉매화 매연 필터:
- 유입부 코트: 20 g/ft3 Pt, 10 g/ft3 Pd, 0.3 g/in3 감마-알루미나
- 유출부 코트:10 g/ft3 Pt, 5 g/ft3 Pd, 1.0 g/in3 감마-알루미나
2.2 샘플 B (비교용)
유입부/유출부 코팅의 담층 적재비가 대략 1 정도인 존형 촉매화 매연 필터 (균일한 담층 적재):
- 유입부 코트: 20 g/ft3 Pt, 10 g/ft3 Pd, 0.3 g/in3 감마-알루미나
- 유출부 코트: 10 g/ft3 Pt, 5 g/ft3 Pd, 0.3 g/in3 감마-알루미나
3. 시험 방법 (
SML
을 위한 아이들 진입 시험)
샘플 A 및 B를 아이들 재발생 진입 시험으로 최고 온도에 대해 검사하였다. 아이들 재발생 진입동안 최고 온도 및 구배가 낮을수록 필터의 최고 매연 적재가 더 많아진다. 시험전에, 샘플에 저 시티 모드 구동으로 배수량 2 L인 4 기통 경량 디젤 엔진의 배기 스트림내 매연을 5.5 g/l (= 기재 l당 5.5 g)로 적재하였다.
아이들 재발생 진입 시험동안, 각 샘플을 배수량 2 L인 4 기통 경량 디젤 엔진으로부터 배기 라인 하류에 배치하였다. 촉매화 매연 필터 전방의 온도가 620℃ 까지 상승하였다. 매연 재발생으로 촉매화 매연 필터의 제1 열전쌍 온도 (1, 도 3 참조, CSF 유입부로부터 거리: 1 인치 = 2.54 cm)가 650℃에 달하면, 엔진은 아이들 모드로 전환되었다. CSF의 후부에서 최고 온도 및 온도 구배가 일어났다.
아이들 재발생으로 진입시키기 위한 샘플 A 및 B 에서의 열전쌍 1 내지 4의 배치를 도 3에 나타내었다. 샘플 A 및 B의 4개 열전쌍에 대한 아이들 진입 시험동안 온도 대 시간 곡선을 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다. 샘플 A는 샘플 B에 비해 최고 온도가 상당히 낮았다. 온도가 낮을수록, 매연 포집 한계가 높아지기 때문에, 최대 매연 포집 한계는 샘플 A에서 더 높다. 촉매화 매연 필터 샘플 A 및 B에서 열전쌍에 대한 최고 온도를 하기 표 1에 나타내었다. 촉매화 매연 필터 유입부로부터 열전쌍 4"에서 후부의 최고 온도는 유입부/유출부 코팅의 담층 적재비가 0.32인 존형 촉매화 매연 필터에서 약 140℃ 더 낮았다.
| 샘플 |
열전쌍 위치 | |||
| 1 CSF 유입부로부터 1 인치 |
2 CSF 유입부로부터 3 인치 |
3 CSF 유입부로부터 4 인치 |
4 CSF 유입부로부터 5 인치 |
|
| 샘플 A | 650℃ | 665℃ | 693℃ | 722℃ |
| 샘플 B | 650℃ | 680℃ | 744℃ | 860℃ |
Claims (32)
- 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 구비한 벽유동식 기재를 포함하는 촉매화 매연 필터로서;
다수의 통로는 개방된 유입부 말단 및 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로, 및 폐쇄된 유입부 말단 및 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 포함하고;
유입부 통로의 내벽은 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이를 정의하는 제1 유입부 코팅을 포함하고, 제1 유입부 코팅 길이는 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며;
유출부 통로의 내벽은 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이를 정의하는 제1 유출부 코팅을 포함하고, 제1 유출부 코팅 길이는 기재 축 길이의 100-x %이고;
제1 유입부 코팅 길이는 상류 존(zone)을 정의하고, 제1 유출부 코팅 길이는 하류 존을 정의하며;
제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅은 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3))의 비로서 계산되어 0.5 미만의 코팅 적재비로 벽유동식 기재상에 존재하는 것인 촉매화 매연 필터. - 제1항에 있어서, 제1 유입부 코팅이 산화 촉매를 함유하고, 제1 유출부 코팅이 산화 촉매를 함유하는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 코팅 적재비가 0.10 내지 0.45, 바람직하게는 0.20 내지 0.40, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.35 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, x가 25 내지 75, 바람직하게는 35 내지 65, 더욱 바람직하게는 45 내지 55 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅이 바람직하게는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 백금족 금속 (PGM)을 포함하는 산화 촉매를 포함하고, 제1 유입부 코팅의 산화 촉매는 더욱 바람직하게는 백금과 팔라듐의 혼합물로 구성되는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅이 산화 촉매를 5 내지 100 g/ft3 (g/(30.48 cm)3), 바람직하게는 10 내지 60 g/ft3 (g/(30.48 cm)3)의 양으로 포함하는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유출부 코팅이 바람직하게는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 백금족 금속 (PGM)을 포함하는 산화 촉매를 포함하고, 제1 유출부 코팅의 산화 촉매는 더욱 바람직하게는 백금과 팔라듐의 혼합물로 구성되는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유출부 코팅이 산화 촉매를 5 내지 100 g/ft3 (g/(30.48 cm)3), 바람직하게는 10 내지 60 g/ft3 (g/(30.48 cm)3)의 양으로 포함하는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 제1 유출부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 것으로 정의되는 PGM 비가 1:10 내지 1:2, 바람직하게는 1:7 내지 1:3 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 제1 유출부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 것으로 정의되는 PGM 비가 2:1 내지 10:1, 바람직하게는 3:1 내지 7:1 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅이 백금 및 팔라듐으로 구성된 산화 촉매를 포함하고, 제1 유입부 코팅내 백금:팔라듐의 중량비는 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위이고, 제1 유출부 코팅내 백금:팔라듐의 중량비는 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅 및 제1 유출부 코팅이 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함하고, 제1 유입부 코팅의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되고, 제1 유출부 코팅의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, k개의 추가 유출부 코팅을 더 포함하되, 여기에서 (j+1) 번째 유출부 코팅은 j 번째 유출부 코팅 상에 위치하고, 상기 (j+1) 번째 유출부 코팅은 유출부 말단으로부터 (j+1) 번째 유출부 코팅 말단까지 연장되어 (j+1) 번째 유출부 코팅 길이를 정의하고, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 j 번째 유출부 코팅 길이의 yj +1 %이고 여기서 0 < yj +1 ≤ 100이며; k는 1 이상의 정수로서, 바람직하게는 1 내지 4, 더욱 바람직하게는 1 내지 3의 범위이며; j는 1 ≤ j≤ k의 정수인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항에 있어서, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 제1 유출부 코팅 길이의 100?(1-j/(k+1)) %인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, x가 100/(k+2)인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각이 바람직하게는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 하나 이상의 백금족 금속 (PGM)을 포함하는 산화 촉매를 포함하고, k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각의 산화 촉매는 더욱 바람직하게는 백금과 팔라듐의 혼합물로 구성되는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, k+1개의 유출부 코팅이 산화 촉매를 총 5 내지 100 g/ft3 (g/(30.48 cm)3), 바람직하게는 10 내지 60 g/ft3 (g/(30.48 cm)3)의 양으로 포함하는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅내에 함유된 PGM의 양 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 k+1개의 유출부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 것으로 정의되는 PGM 비가 1:10 내지 1:2, 바람직하게는 1:7 내지 1:3 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅내에 함유된 PGM의 양 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))을 k+1개의 유출부 코팅내에 함유된 PGM의 총량 (g/ft3 (g/(30.48 cm)3))으로 나눈 것으로 정의되는 PGM 비가 2:1 내지 10:1, 바람직하게는 3:1 내지 7:1 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅 및 k+1개의 유출부 코팅이 백금 및 팔라듐으로 구성된 산화 촉매를 포함하고, 제1 유입부 코팅내 백금:팔라듐의 중량비는 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위이고, k+1개의 유출부 코팅내 백금:팔라듐의 중량비는 10:1 내지 1:10, 바람직하게는 4:1 내지 1.5:1 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각이 하나 이상의 다공성 지지체 재료를 포함하고, k개의 추가 유출부 코팅 중 하나 이상, 바람직하게는 각각의 하나 이상의 다공성 지지체 재료는 바람직하게는 Al203, Zr02, Ce02, Si02 및 이들의 2 이상의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 벽유동식 기재가 DIN 66133에 따른 수은 공극률 측정에 따라 측정된 공극률이 38 내지 75 범위이고, 벽유동식 기재가 바람직하게는 근청석 기재 또는 탄화규소 기재인 것인 촉매화 매연 필터.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입부 코팅의 적재량이 0.1 내지 1 g/inch3 (g/(2.54 cm)3), 바람직하게는 0.1 내지 0.5 g/inch3 (g/(2.54 cm)3) 범위인 것인 촉매화 매연 필터.
- (i) DIN 66133에 따른 수은 공극률 측정에 따라 측정된 공극률이 바람직하게는 38 내지 75 범위인 벽유동식 기재를 제공하는 단계로서, 상기 벽유동식 기재가 유입부 말단, 유출부 말단, 유입부 말단과 유출부 말단 사이에서 연장되는 기재 축 길이, 및 벽유동식 기재의 내벽에 의해 정의된 다수의 통로를 포함하고, 다수의 통로가 개방된 유입부 말단과 폐쇄된 유출부 말단을 갖는 유입부 통로 및 폐쇄된 유입부 말단과 개방된 유출부 말단을 갖는 유출부 통로를 포함하는 것인 단계;
(ii) 제1 유입부 코팅이 유입부 말단으로부터 제1 유입부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유입부 코팅 길이가 정의되도록 제1 유입부 코팅을 유입부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유입부 코팅 길이가 기재 축 길이의 x %이고 여기서 0 < x < 100이며, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량을 바람직하게는 0.1 내지 1 g/inch3 (g/(2.54 cm)3) 범위의 소정 값으로 조절하는 것인 단계;
(iii) 단계 (ii) 전, 또는 (ii)와 동시 또는 (ii) 후에, 제1 유출부 코팅이 유출부 말단으로부터 제1 유출부 코팅 말단까지 연장되어 제1 유출부 코팅 길이가 정의되도록 제1 유출부 코팅을 유출부 통로의 내벽에 적용하는 단계로서, 제1 유출부 코팅 길이가 기재 축 길이의 100-x %이고, 이에 제1 유입부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3):제1 유출부 코팅의 적재량 (g/inch3 (g/(2.54 cm)3)의 비로서 계산된 코팅 적재비가 0.5 미만, 바람직하게는 0.10 내지 0.45, 더욱 바람직하게는 0.20 내지 0.40, 더욱 바람직하게는 0.30 내지 0.35 범위인 값으로 제1 유출부 코팅의 적재량을 조절하는 것인 단계
를 포함하는, 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 촉매화 매연 필터의 제조 방법. - 제24항에 있어서, 제1 유입부 코팅이 산화 촉매를 함유하고, 제1 유출부 코팅이 산화 촉매를 함유하는 것인 방법.
- 제24항 또는 제25항에 있어서,
(iv) 단계 (iii) 후에, k개의 추가 유출부 코팅을 적용하는 단계를 더 포함하되, 여기서 (j+1) 번째 유출부 코팅은 유출부 말단으로부터 (j+1) 번째 유출부 코팅 말단까지 연장되어 (j+1) 번째 유출부 코팅 길이를 정의하도록 j 번째 유출부 코팅에 적용되고, (j+1) 번째 유출부 코팅 길이는 j 번째 유출부 코팅 길이의 yj+1 %이고 여기서 0 < yj +1 ≤ 100이며; k는 1 이상의 정수, 바람직하게는 1 내지 4, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 범위의 정수이고; j는 1 ≤ j ≤ k의 정수인 것인 방법. - 제26항에 있어서, (j+1) 번째 유출부 코팅은 (j+1) 번째 유출부 코팅 길이가 제1 유출부 코팅 길이의 100?(1-j/(k+1)) %가 되도록 j번째 유출부 코팅 상에 적용되는 것인 방법.
- 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (ii)에서, 제1 유입부 코팅이 x가 100/(k+2)가 되도록 적용되는 것인 방법.
- 배기 매니폴드를 통해 디젤 엔진과 유체 연통되는 배기 도관;
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 촉매화 매연 필터; 및
촉매화 매연 필터와 유체 연통되는, 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품; 선택적 촉매 환원 (SCR) 물품; NOx 저장 및 환원 (NSR) 촉매 물품 중 하나 이상
을 포함하는, 디젤 엔진 배기 스트림을 처리하기 위한 시스템. - 제29항에 있어서, 촉매화 매연 필터가 DOC 물품의 하류 및 SCR 물품의 상류 또는 하류에 배치되는 것인 시스템.
- 매연 입자를 함유하는 디젤 엔진 배기 스트림의 처리 방법으로서, 임의적으로 디젤 산화 촉매 (DOC) 물품에 배기 스트림을 통과시킨 후, 배기 스트림을 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항의 촉매화 매연 필터와 접촉시키는 단계를 포함하고, 상기 DOC 물품은 바람직하게는 기재 또는 벽유동식 기재를 통해 유동을 갖는 것인 방법.
- 제31항에 있어서, DOC 물품 또는 촉매화 매연 필터에서 발생한 배기 스트림을 선택적 촉매 환원 (SCR) 물품에 통과시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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