KR20170003680A - 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물품 - Google Patents

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팀 겐쇼
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앤드류 피터 워커
미카엘 라르손
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Abstract

(a) 채널 벽을 가진 관통형 허니콤 기판; (b) 제1 구역에서 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅된 제1 NH3-SCR 촉매 조성물; 및 (c) 제2 구역에서 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅된 제2 NH3-SCR 촉매 조성물을 포함하는 촉매 물품이 제공되며, 단 제1 구역은 제2 구역의 상류이고, 제1 구역과 제2 구역은 인접하거나 적어도 부분적으로 중첩되고; 제1 NH3-SCR 촉매는 약 0.1 내지 0.375의 구리 대 알루미늄 원자 비율을 가진 제1 구리 로딩된 분자체를 포함하고, 제2 구리 로딩된 분자체는 약 0.3 내지 약 0.6의 구리 대 알루미늄 원자 비율을 가진다.

Description

배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물품{CATALYTIC ARTICLE FOR TREATING EXHAUST GAS}
본 발명은 연소 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물품 및 방법에 관한 것이다.
엔진에서 탄화수소계 연료의 연소는 배기 가스를 생성하며, 이것은 거의 대부분 비교적 유해하지 않은 질소(N2), 수증기(H2O) 및 이산화탄소(CO2)를 함유한다. 그러나, 배기 가스는 또한 비교적 적은 부분은 유독성 및/또는 독성 물질, 예컨대 불완전 연소로 인한 일산화탄소(CO), 미연소 연료로 인한 탄화수소(HC), 과잉 연소 온도로 인한 질소 산화물(NOx), 및 미립자 물질(대부분 그을음)을 함유한다. 대기로 방출되는 연도 및 배기 가스의 환경 영향을 완화하기 위해서, 바람직하게는 추후 다른 유독성 또는 독성 물질을 생성하지 않는 과정에 의해, 바람직하지 않은 성분의 양을 제거하거나 감소시키는 것이 바람직하다.
전형적으로, 린번 가스 엔진으로부터의 배기 가스는 탄화수소 연료의 충분한 연소를 보장하기 위해서 제공되는 높은 비율의 산소로 인하여 순 산화 효과를 가진다. 이러한 가스에서, 제거하기에 가장 번거로운 성분 중 하나는 NOx이며, 이것은 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 및 아산화질소(N2O)를 포함한다. NOx의 N2로의 환원은 배기 가스가 환원 대신 산화 반응을 선호하기에 충분한 산소를 함유하기 때문에 특히 문제가 된다. 그럼에도 불구하고 NOx는 선택적 촉매 환원(SCR)이라고 통상 알려진 과정에 의해 환원될 수 있다. SCR 과정은 촉매의 존재하에 암모니아와 같은 환원 제제의 도움하에 NOx의 원소 질소(N2)와 물로의 전환을 수반한다. SCR 과정에서는 암모니아와 같은 가스상 환원제가 배기 가스를 SCR 촉매와 접촉시키기 전에 배기 가스 스트림에 첨가된다. 환원제는 촉매 위에 흡수되고, 촉매화된 기판을 통해 또는 위로 가스가 지나감에 따라 NOx 환원 반응이 발생한다. 암모니아를 사용한 화학량론적 SCR 반응의 화학식은 다음과 같다:
4NO + 4NH3 + 02 --> 4N2 + 6H20
2N02 + 4NH3 + 02 --> 3N2 + 6H20
NO + N02 + 2NH3 --> 2N2 + 3H20
교환된 전이 금속을 가진 제올라이트는 SCR 촉매로서 유용한 것으로 알려져 있다. 구리로 교환된 종래의 소 기공 제올라이트는 저온에서 높은 NOx 전환을 달성하는데 특히 유용하다. 그러나, 교환된 제올라이트의 전이 금속 위에 흡수된 NO와 NH3의 상호작용은 N2O를 생성하는 바람직하지 않은 부반응을 초래할 수 있다. 이런 N2O는 배기 스트림으로부터 제거하는데 특히 문제가 된다. 따라서, N2O를 최소한으로 생성하면서 NOx의 높은 전환을 가져오는 개선된 방법에 대한 필요성이 있다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족한다.
출원인은 각각 구리 로딩된 분자체를 함유하는 적어도 두 촉매 구역을 가진 촉매 기판은, 상류 구역에 위치된 구리 로딩된 분자체 촉매가 하류 구역에 있는 구리 로딩된 분자체와 비교하여 더 낮은 Cu:Al 몰 비를 갖는 한, SCR 반응에서 전체적으로 높은 N2 선택성을 유지하면서 N2O의 바람직하지 않은 생성을 실질적으로 감소시킬 수 있다는 것을 발견했다. 예를 들어, 약 0.1 내지 0.375의 Cu:Al 몰 비율을 가진 구리 로딩된 분자체를 포함하는 상류 NH3-SCR 촉매 구역과 약 0.3 내지 0.6의 Cu:Al 몰 비율을 가진 하류 NH3-SCR 촉매 구역을 가진 기판을 통과하거나 지나가는 배기 가스에 의해 SCR 과정에서 높은 N2 선택성과 낮은 N2O 부산물이 달성될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 상류 분자체는 하류 분자체에 비해서 높은 실리카-대-알루미나(SAR) 비를 가진다. 다른 바람직한 실시형태에서, 상류 분자체 촉매는 하류 분자체 촉매에 비해서 낮은 구리 로딩을 가진다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 상류 분자체 촉매는 하류 분자체 촉매에 비해서 높은 SAR과 낮은 구리 로딩을 가진다.
따라서, 한 양태에서, (a) 입구측, 출구측, 입구측에서부터 출구측까지의 축 길이, 및 입구측에서부터 출구측까지 연장된 채널 벽에 의해서 한정된 복수의 채널을 포함하는 관통형 허니콤 기판; (b) 제1 구역에서 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅된 제1 NH3-SCR 촉매 조성물; 및 (c) 제2 구역에서 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅된 제2 NH3-SCR 촉매 조성물을 포함하는 촉매 물품이 제공되며, 단 제1 구역은 제2 구역의 상류이고, 제1 구역과 제2 구역은 직렬이며, 또한 제1 NH3-SCR 촉매는 약 0.1 내지 0.375의 구리 대 알루미늄 몰 비율을 가진 제1 구리 로딩된 분자체를 포함하고, 제2 NH3-SCR 촉매는 약 0.3 내지 약 0.6의 구리 대 알루미늄 몰 비율을 가진 제2 구리 로딩된 분자체를 포함한다.
다른 양태에서, (a) 입구측, 출구측, 입구측에서부터 출구측까지의 축 길이, 및 입구측에서부터 출구측까지 연장된 채널 벽에 의해서 한정된 복수의 채널을 포함하는 관통형 허니콤 기판; (b) 제1 워시코트로 구성되는 제1 촉매 구역; (c) 제1 워시코트와 제2 워시코트로 구성되는 제2 촉매 구역; (d) 제2 워시코트로 구성되는 제3 촉매 구역; 및 (e) 제3 워시코트 위의 제2 워시코트로 구성되는 제4 촉매 구역을 포함하는 촉매 물품이 제공되며, 여기서 제1 워시코트는 제1 구리 로딩된 분자체를 함유하고, 제2 워시코트는 제2 구리 로딩된 분자체를 함유하며, 제1 및 제2 분자체는 상이한 재료이고, 제3 워시코트는 암모니아 산화 촉매를 함유하고, 제1, 제2, 제3 및 제4 구역은 기판 상에 직렬로 배열되며, 각 구역은 그 다음 구역에 직렬로 인접하고, 제1 구역은 입구측에 가까이 있으며, 제4 구역은 출구측에 가까이 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, (a) 여기 설명된 바에 따른 촉매 물품; 및 (b) DOC, NAC, 외부 NH3 인젝터, 2차 SCR 촉매, ASC, 및 미립자 필터로부터 선택된 하나 이상의 배기 가스 처리 성분을 포함하는 배기 가스를 처리하기 위한 시스템이 제공되며, 여기서 제 1 항에 따른 촉매 물품과 하나 이상의 배기 가스 처리 성분은 유체 연통하고 직렬이다.
본 발명의 다른 양태에서, (a) NOx 및 NH3를 포함하는 배기 가스를 제 1 항에 따른 촉매 물품과 접촉시키는 단계; 및 (b) NOx의 적어도 일부를 N2 및 H2O로 선택적으로 환원하는 단계를 포함하는 배기 가스를 처리하기 위한 방법이 제공된다.
도 1은 구역화된 SCR 촉매의 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 2는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 3은 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 4는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 4a는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 5는 구역화된 SCR 촉매와 암모니아 산화 촉매의 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 6은 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 7은 2개의 기판을 포함하는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 7은 2개의 기판과 ASC 구역을 포함하는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이다.
도 8은 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이며, 여기서 구역 중 하나는 압출 촉매체에 있다.
도 8a는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이며, 여기서 구역 중 하나는 압출 촉매체에 있다.
도 8b는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이며, 여기서 구역들은 압출 촉매체 상에 있다.
도 9는 구역화된 SCR 촉매의 다른 배열을 가진 본 발명의 실시형태를 도시하는 도해이며, 여기서 구역 중 하나는 압출 촉매체에 있다.
도 10은 구역화된 SCR 촉매를 포함하는 관통형 허니콤 기판의 도해이다.
도 10a는 관통형 허니콤 기판의 셀의 도해이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 배기 가스를 처리하기 위한 시스템의 도해이다.
본 발명은 적어도 부분적으로 환경상의 공기 질을 개선하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 파워 플랜트, 가스 터빈, 린번 내연 엔진 등에 의해서 발생된 배기 가스 배출물을 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 배기 가스 배출물은 적어도 부분적으로 광범한 작동 온도 범위에 걸쳐서 NOx 농도를 감소시킴으로써 개선된다. NOx의 전환은 구역들에 배열된 2 이상의 NH3-SCR 촉매를 가진 기판, 바람직하게 허니콤 관통형 모노리스를 배기 가스가 통과하거나 지나도록 함으로써 달성된다.
바람직하게, 제1 NH3-SCR 촉매 조성물이 제1 구역에서 관통형 모노리스의 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅되고, 제2 NH3-SCR 촉매 조성물이 제2 구역에서 관통형 모노리스의 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅되며, 제1 구역의 제2 구역의 상류에 있다. 특정 실시형태에서, 제1 또는 제2 구역은 압출 촉매체의 형태일 수 있고, 나머지 구역은 촉매체 상의 코팅이다. 특정 실시형태에서, 제1 구역과 제2 구역은 동일한 촉매 제제이며, 단 제1 구역은 제2 구역과 비교하여 더 낮은 워시코트 로딩을 가진다. 한 예에서, 제1 구역은 뒤쪽 워시코트 로딩의 85%, 75%, 65%, 또는 50%인 워시코트 로딩을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 동일한 촉매 제제이지만 상이한 워시코트 로딩을 가진 제1 및 제2 구역은 상이한 기판 상에 분리된다. 바람직하게, 이들 두 기판은 서로 인접하다. 특정 실시형태에서, 이들 기판은 다른 SCR 촉매, 바람직하게 다른 배기 가스 처리 촉매가 두 기판 사이에 위치되지 않도록 배기 가스 처리 시스템에 배치된다.
도 1을 보면, 관통형 허니콤 기판(10)이 제1 촉매 구역(20)과 제2 촉매 구역(30)을 갖고, 제1 및 제2 촉매 구역이 연속하며 접촉하는 본 발명의 실시형태가 도시된다. 용어 "제1 구역" 및 "제2 구역"은 기판 상에서 이 구역들의 배향을 나타낸다. 더 구체적으로, 이 구역들은 정상 작동 조건 하에서 처리될 배기 가스가 제1 구역과 접촉한 후 제2 구역과 접촉하도록 직렬로 배향된다. 한 실시형태에서, 제1 및 제2 구역은 연속적으로 배열되며, 이로써 중단 없이 연속된 상태로 하나 다음에 나머지 하나가 뒤따른다(즉, 제1 구역과 제2 구역 사이에 촉매나 필터와 같은 다른 배기 가스 처리 작업이 없다). 따라서, 특정 실시형태에서, 제1 구역은 기판을 통과하거나 지나는 정상 배기 가스 흐름(1)과 관련하여 제2 구역의 상류에 있다.
제1 및 제2 구역의 촉매 재료의 차이는 배기 가스가 기판을 통과하거나 지나갈 때 배기 가스의 상이한 처리를 가져온다. 예를 들어, 제1 구역은 제2 구역에 비해서 낮은 N2O 부산물을 생성하면서 NOx를 선택적으로 환원하고, 제2 구역은 제1 구역에 비해서 높은 선택성으로 NOx를 선택적으로 환원한다. 두 구역의 조합의 상승작용적 효과는 단일 촉매 시스템이나 다른 구역화된 배열과 비교하여 촉매의 전체적인 성능을 개선한다.
도 10에는 기판이, 기판을 통과하는 배기 가스 흐름(1)의 정상 방향에 대해, 입구측(110)과 출구측(120)을 가진 허니콤 관통형 모노리스(100)인 구역화된 촉매 기판(2)이 도시된다. 기판은 입구측(110)에서부터 출구측(120)까지 연장된 축 길이(190)를 가진다. 도 11은 배기 가스가 관통하여 흐를 수 있는 개방 채널(120)을 한정하는 채널 벽(110)을 가진 허니콤 기판의 단일 셀(200)을 도시한다. 채널 벽은 바람직하게 다공질 또는 반-다공질이다. 각 구역의 촉매는 벽의 표면의 코팅, 벽에 부분적으로 또는 완전히 침투한 코팅, 압출체로서 벽에 직접 통합된 코팅, 또는 이들의 어떤 조합일 수 있다.
도 1에서, 제1 구역(20)은 입구측(110)에서부터 축 길이(190)의 약 10 내지 90 퍼센트, 예를 들어 약 80-90 퍼센트, 약 10 내지 25 퍼센트 또는 약 20-30 퍼센트에 위치되는 제1 단부 지점(29)으로 연장된다. 제2 구역(120)은 출구측(120)에서부터 축 길이(190)의 약 20 내지 90 퍼센트, 예를 들어 약 60 내지 80 퍼센트 또는 약 50 내지 약 75 퍼센트 연장된다. 바람직하게, 제2 구역은 적어도 제1 단부 지점으로 연장되며, 이로써 제1 구역과 제2 구역은 접촉한다. 축 길이는 바람직하게 24 인치 미만, 예컨대 약 1 내지 약 24 인치, 약 3 내지 약 12 인치, 또는 약 3 내지 약 6 인치이다.
도 2에서, 제1 촉매 구역(20)은 부분적으로 제2 촉매 구역(30)과 중첩된다. 도 3에서, 제2 촉매 구역(30)은 부분적으로 제1 촉매 구역(20)과 중첩된다. 중첩은 바람직하게 기판의 축 길이의 90 퍼센트 미만, 예를 들어 약 80 내지 약 90 퍼센트, 약 40 퍼센트 미만, 약 40 내지 약 60 퍼센트, 약 10 내지 약 15 퍼센트, 또는 약 10 내지 약 25 퍼센트이다. 제2 촉매 구역이 제1 촉매 구역과 중첩된 실시형태에서, 중첩은 축 길이의 50 퍼센트를 초과할 수 있으며, 예컨대 80-90 퍼센트일 수 있다. 제1 촉매 구역이 제2 촉매 구역과 중첩된 실시형태에서, 중첩은 바람직하게 축 길이의 50 퍼센트 미만, 예를 들어 약 10-20 퍼센트이다.
도 4에서, 제1 촉매 구역(20)은 제2 촉매 구역(30)과 완전히 중첩된다. 바람직하게, 제1 및 제2 구역은 접촉한다(즉, 제1 구역과 제2 구역 사이에 촉매 활성층이 개재되지 않음). 이러한 실시형태에서, 먼저 처리될 배기 가스가 접촉되고, 제1 구역에 의해서 적어도 부분적으로 처리된다. 배기 가스의 적어도 일부는 제1 구역을 통해 침투하고, 거기서 제2 구역과 접촉하고, 이어서 거기서 처리된다. 처리된 배기 가스의 적어도 일부는 제1 구역을 통해 다시 침투하여 개방 채널로 들어가서 기판을 빠져나간다. 도 4는 제1 및 제2 촉매 구역이 기판의 전체 축 길이만큼 연장된 실시형태를 도시한다. 도 4a는 제1 촉매 구역이 제2 구역과 완전히 중첩되고, 제1 촉매 구역이 기판의 전체 축 길이만큼 연장되며, 제2 구역이 출구측에서부터 기판의 전체 축 길이보다 적게 연장된 실시형태를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태를 도시한다. 여기서, 촉매 물품은 기판의 출구측에 근접하고, 바람직하게는 기판의 출구측까지 연장된 제3 촉매를 더 포함한다. 제3 촉매 구역은 산화 촉매, 바람직하게 암모니아를 산화하는데 효과적인 촉매를 포함한다. 특정 실시형태에서, 촉매는 바람직하게 알루미나와 같은 금속 산화물 지지체 상의 하나 이상의 백금족 금속(PGM), 예컨대 Pt, Pd 또는 이들의 조합을 포함한다. 층상 배열에서 제2 구역과 제3 구역의 조합은 암모니아 슬립 촉매로서 작용하며, 여기서 상류 SCR 반응에 의해 소비되지 않은 과량의 암모니아의 적어도 일부는 제2 구역을 통과해서 제3 구역으로 보내지고, 거기서 H2O와 2차적인 NOx로 산화된다. H2O와 2차적인 NOx는 다시 제2 구역을 통과하고, 거기서 2차적인 NOx의 적어도 일부가 SCR-타입 반응을 통해서 N2와 H2O로 환원된다.
본 발명의 다른 실시형태가 도 6에 도시되는데, 여기서 기판은 4개의 분리된 촉매 구역을 지지하고, 각 구역은 별도의 촉매 조성물을 포함한다. 제1, 제2, 및 제3 촉매 구역은 상기 설명된 것들과 조성이 유사하다. 제4 촉매 구역은 제1 구역과 제2 구역 사이에 위치되며, 이로써 제1, 제4, 및 제2 구역이 직렬이 되고, 제1 구역이 제4 구역과 접촉하며, 제4 구역은 제2 구역과 접촉한다. 특정 실시형태에서, 제4 구역은 2 이상의 촉매층을 가질 수 있고, 여기서 각 촉매층은 구리 로딩된 분자체를 포함한다.
제4 구역에서 직선 인치 당 구리의 총량은 제1 구역의 직선 인치 당 구리의 총량을 초과하고 제2 구역의 총량 미만이거나, 또는 개별적으로 제1 구역과 제2 구역의 직선 인치 당 구리의 총량을 초과한다. 특정 실시형태에서, 제4 구역의 분자체는 제1 구역 및/또는 제2 구역의 분자체와 동일하다. 특정 실시형태에서, 제4 구역의 분자체는 2개의 분자체 재료를 포함한다. 예를 들어, 제4 구역은 제1 구역의 분자체와 제2 구역의 분자체를 포함할 수 있으며, 단 제1 구역과 제2 구역은 상이한 분자체를 가진다.
바람직하게, 제1 및 제2 구역은, 제1 구역과 제2 구역이 접촉하도록 단일 기판 상에 연속적으로 배열된다. 특정 실시형태에서, 제1 및 제2 구역은 제1 구역과 제2 구역이 직렬이고 접촉하도록, 배기 가스 처리 시스템에 배열된 별도의 기판들 상에 배열된다. 2개의 기판은 동일하거나 상이한 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 기판은 제2 기판보다 높은 기공도를 가질 수 있고, 제1 기판과 제2 기판은 상이한 조성일 수 있거나 또는 상이한 셀 밀도를 가질 수 있고, 및/또는 제1 기판과 제2 기판은 상이한 길이일 수 있다. 도 7에서, 제1 및 제2 구역은, 제1 구역과 제2 구역이 직렬이고 인접하지만 직접 접촉하지는 않도록, 배기 가스 처리 시스템에 배열된 별도의 기판 상에 배열된다. 제1 기판과 제2 기판 사이의 최대 거리는 바람직하게 2 인치 미만, 더 바람직하게 1 인치 미만이고, 바람직하게 제1 구역과 제2 구역 사이에 및/또는 제1 기판과 제2 기판 사이에 기판, 필터 또는 촉매 재료가 개재되지 않는다. 도 7a에서, 제2 기판은 기판의 출구측에서부터 기판의 총 길이보다 적은 길이까지 연장된 암모니아 산화 촉매 하부층(40)을 더 포함한다. 제2 구역은 산화 촉매를 완전히 덮고, 바람직하게 기판의 길이만큼 연장된다.
특정 실시형태에서, 제1 또는 제2 촉매 구역은 압출 촉매 재료를 포함한다. 도 8에 도시된 실시형태는, 예를 들어 압출 촉매 기판의 일부 상에 및/또는 내부에 코팅의 형태로 제1 촉매 구역(26)을 포함한다. 압출 촉매 기판은 차례로 제2 촉매 구역(16)을 포함한다. 제1 구역은, 배기 가스(1)의 정상 흐름과 관련하여 제1 구역이 제2 구역의 상류에 있도록 기판 상에 배열된다. 구역(16)에서 촉매 활성 기판은 여기 설명된 다른 제2 구역의 것과 유사한 촉매 활성 재료를 포함한다. 도 8에서, 제1 구역은 입구측에서부터 기판의 전 길이보다 적게 연장된다. 도 84에서, 제1 구역(26)은 제2 구역을 포함하는 촉매 활성 기판을 완전히 덮는다.
도 8b에서, 촉매 활성 기판(300), 예를 들어 압출 촉매 재료로 형성된 관통형 허니콤 기판은 상류 구역(310)과 하류 구역(330)로 코팅된다. 상류 구역은 입구측(312)에서부터 축 길이(390)의 약 10 내지 80 퍼센트, 예를 들어 약 50-80 퍼센트, 약 10 내지 25 퍼센트 또는 약 20-30 퍼센트에 위치되는 제1 단부 지점(314)으로 연장된다. 하류 구역은 출구측(344)에서부터 축 길이(390)의 약 20 내지 80 퍼센트, 예를 들어 약 20-40 퍼센트, 약 60 내지 약 80 퍼센트 또는 약 50 내지 약 75 퍼센트에 위치되는 제2 단부 지점(332)으로 연장된다. 상류 구역과 하류 구역은 직접 접촉하지 않으며, 따라서 상규 구역과 하류 구역 사이에 틈(320)이 존재한다. 바람직하게, 이 틈은 촉매층을 함유하지 않는 대신 처리될 배기 가스에 직접 노출된다. 배기 가스는 이 틈에서 촉매체와 접촉하며, 이로써 배기 가스는, 예를 들어 배기 가스 중의 NOx의 일부를 선택적으로 환원하도록 처리된다. 제1 단부 지점(314)과 제2 단부 지점(332)에 의해 한정되는 틈은 바람직하게 축 길이의 75 퍼센트 미만, 예를 들어 축 길이(390)의 약 40 내지 약 60 퍼센트, 약 10 내지 약 15 퍼센트 또는 약 10 내지 약 25 퍼센트이다. 선택적인 NH3 산화 촉매가 출구측(344)에서부터 하류 구역의 길이와 동일한 길이 또는 하류 구역의 길이보다 적은 길이만큼 입구측(312)을 향해 연장된 구역에서 기판(300) 상에 및/또는 내부에 코팅된다. 선택적인 NH3 산화 촉매는 바람직하게 하류 구역을 형성하는 촉매 조성물에 의해 완전히 덮인 하부층이다.
상류 구역, 압출체, 및 하류 구역에서 촉매의 조성은 특별히 제한되지 않지만, 단 상류 구역, 압출체, 및 하류 구역 중 적어도 둘은 여기 설명된 제1 및 제2 구역 요건에 부합하며, 즉 제1 구역에서 구리-로딩된 분자체는 제2 구역에서 구리-로딩된 분자체의 Cu:Al 비보다 적은 Cu:Al 비를 가진다. 한 예에서, 상류 구역은 제1 구역에 상응하고, 하류 구역은 제2 구역에 상응한다. 이러한 실시형태에서, 바람직하게 압출 촉매체는, 바람직하게 TiO2와 같은 금속 산화물 상에 지지되며, 선택적으로 텅스텐과 같은 하나 이상의 추가의 금속을 포함하는 바나늄과 같은 다른 종류의 SCR 촉매를 포함한다. 다른 예에서, 압출 촉매체는 제1 구역에 상응하고, 하류 구역은 제2 구역에 상응한다. 이 예에서, 상류 구역은 다른 종류의 촉매, 바람직하게 철 로딩된 분자체와 같은 SCR 촉매를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 상류 구역은 제1 구역에 상응하고, 압출체는 제2 구역에 상응한다. 이 예에서, 하류 구역은 바람직하게 여기 설명된 것들 중 하나와 같은 다른 종류의 SCR 촉매를 포함할 수 있다.
도 9는 제1 촉매 구역(17)은 압출 촉매체의 일부이고, 제2 촉매 구역(37)은 압출 촉매 기판의 일부 상에 및/또는 내부에 코팅된 또 다른 실시형태를 도시한다. 다시, 제1 구역은 배기 가스(1)의 정상 흐름과 관련하여 제2 구역의 상류에 배열되고, 구역(17)에서 촉매 활성 기판은 여기 설명된 다른 제1 구역의 것과 유사한 촉매 활성 재료를 포함한다.
제1 촉매 구역은 제1 NH3-SCR 촉매 조성물을 포함한다. 제1 NH3-SCR 촉매는 촉매 활성 성분으로서 구리-로딩된 분자체를 포함하지만, 다른 성분들, 특히 바인더와 같은 촉매 비활성 성분을 포함할 수 있다. 여기 사용된 "촉매 활성" 성분은 NOx의 촉매 환원 및/또는 NH3나 다른 질소성 SCR 환원제의 산화에 직접 참여하는 것이다. 당연한 결과로서 "촉매 비활성" 성분은 NOx의 촉매 환원 및/또는 NH3나 다른 질소성 SCR 환원제의 산화에 직접 참여하지 않는 것이다.
유용한 분자체는 결정질 또는 준-결정질 재료이며, 이들은 예를 들어 알루미노실리케이트(제올라이트) 또는 실리코알루미노포스페이트(SAPO)일 수 있다. 이러한 분자체는 반복되는 SiO4, AlO4, 및 선택적으로 함께 결합된, 예를 들어 고리 형태로 함께 결합된 PO4 4면체 단위로 구성되며, 이로써 규칙적인 결정-내 공동과 분자 치수의 채널을 가진 프레임워크가 형성된다. 4면체 단위(고리 구성원)의 특정 배열은 분자체의 프레임워크를 만들며, 관례적으로 각 특유의 프레임워크에는 특유의 3-문자 코드(예를 들어, "CHA")가 국제 제올라이트 협회(IZA)에 의해 배정된다. 유용한 분자체 프레임워크의 예들은 대 기공 프레임워크(즉, 12-구성원의 최소 고리 크기를 갖는), 중간 기공 프레임워크(즉, 10-구성원의 최소 고리 크기를 갖는), 및 소 기공 프레임워크(즉, 8-구성원의 최소 고리 크기를 갖는)를 포함한다. 프레임워크의 예들은 BEA, MFI, CHA, AEI, LEV, KFI, MER, RHO, ERI, OFF, FER, 및 AFX를 포함한다. 분자체는 또한 둘 이상의 프레임워크, 예컨대 AEI와 CHA의 호생체일 수 있다. 특정 실시형태에서, 제1 및/또는 제2 구역은 독립적으로 둘 이상의 분자체의 블렌드를 포함할 수 있다. 바람직한 블렌드는 CHA 프레임워크, 더 바람직하게 다수의 CHA 프레임워크를 가진 적어도 하나의 분자체를 가진다.
특히 유용한 분자체는 소 기공 제올라이트이다. 여기 사용된 용어 "소 기공 제올라이트"는 8개의 4면체 원자의 최대 고리 크기를 가진 제올라이트 프레임워크를 의미한다. 바람직하게, 분자체의 주 결정질 상은 하나 이상의 소 기공 프레임워크로 구성되지만, 다른 분자체 결정질 상도 존재할 수 있다. 바람직하게, 주 결정질 상은 분자체 재료의 총량을 기준으로 적어도 약 90 중량 퍼센트, 더 바람직하게 적어도 약 95 중량 퍼센트, 및 더욱더 바람직하게 적어도 약 98 또는 적어도 약 99 중량 퍼센트의 소 기공 분자체 프레임워크를 포함한다.
일부 예에서, 본 발명에서 사용하기 위한 소 기공 제올라이트는 적어도 하나의 치수가 4.3Å 미만인 기공 크기를 가진다. 한 실시형태에서, 소 기공 제올라이트는 ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG 및 ZON로 구성되는 군으로부터 선택된 프레임워크를 가진다. 바람직한 제올라이트 프레임워크는 AEI, AFT, AFX, CHA, DDR, ERI, LEV, KFI, RHO, 및 UEI로부터 선택된다. 특정 용도에서, 바람직한 제올라이트 프레임워크는 AEI, AFT 및 AFX로부터 선택되며, 특히 AEI이다. 특정 용도에서, 바람직한 제올라이트 프레임워크는 CHA이다. 특정 용도에서, ERI 프레임워크가 바람직하다. 본 발명에 유용한 특정한 제올라이트는 SSZ-39, Mu-10, SSZ-16, SSZ-13, Sigma-1, ZSM-34, NU-3, ZK-5, 및 MU-18을 포함한다. 다른 유용한 분자체는 SAPO-34 및 SAPO-18을 포함한다. 특히 바람직한 실시형태에서, 제1 및 제2 NH3-SCR 촉매는 독립적으로 구리 로딩된 CHA 프레임워크를 가진 알루미노실리케이트를 포함한다(예를 들어, SSZ-13). 다른 특히 바람직한 실시형태에서, 제1 NH3-SCR 촉매는 구리-로딩된 SAPO-34 분자체를 포함하고, 제2 NH3-SCR 촉매는 CHA 프레임워크를 가진 구리-로딩된 알루미노실리케이트를 포함한다.
바람직한 알루미노실리케이트는 약 10 내지 약 50, 예를 들어 약 15 내지 약 30, 약 10 내지 약 15, 15 내지 약 20, 약 20 내지 약 25, 약 15 내지 약 18, 또는 약 20 내지 약 30의 실리카-대-알루미나 비율(SAR)을 가진다. 바람직한 SAPO는 2 미만, 예를 들어 약 0.1 내지 약 1.5 또는 약 0.5 내지 약 1.0의 SAR을 가진다. 분자체의 SAR은 종래의 분석에 의해 결정될 수 있다. 이 비율은 바인더 형태나 채널 내부의 양이온 또는 다른 형태의 규소나 알루미늄을 배제하고 분자체 결정의 견고한 원자 프레임워크에서의 비율을 가능한 근접하게 나타내는 것을 의도한다. 바인더 재료, 특히 알루미나 바인더와 조합된 후 분자체의 SAR을 직접 측정하는 것이 어려울 수 있기 때문에, 여기 설명된 SAR 값은 분자체 자체, 즉 제올라이트와 다른 촉매 성분의 조합 전의 SAR에 대해 표시된다.
특정 용도에서, 제1 구역에서 분자체의 SAR은 제2 구역에서 분자체의 SAR보다 적다. 예를 들어, 제1 구역 분자체는 약 10 내지 약 20의 SAR을 가진 알루미노실리케이트일 수 있고, 제2 구역 분자체는 약 20 내지 약 50의 SAR을 가진 알루미노실리케이트일 수 있다. 다른 예에서, 제1 구역 분자체는 약 15 내지 약 20의 SAR을 가진 알루미노실리케이트일 수 있고, 제2 구역 분자체는 약 25 내지 약 30의 SAR을 가진 알루미노실리케이트일 수 있다. 다른 예에서, 제1 구역 분자체는 SAPO이고, 제2 구역 분자체는 알루미노실리케이트이다. 다른 실시형태에서, 제1 구역 분자체와 제2 구역 분자체는 동일한 SAR을 가지며, 단 제1 구역 분자체 상의 구리 로딩이 제2 구역 분자체 상의 구리 로딩보다 많다.
분자체는 알루미늄 이외의 다른 프레임워크 금속을 포함할 수 있다(즉, 금속-치환된 제올라이트). 분자체와 관련하여 여기 사용된 용어 "금속 치환된"은 하나 이상의 알루미늄 또는 규소 프레임워크 원자가 치환하는 금속으로 교체된 분자체 프레임워크를 의미한다. 반대로, 용어 "금속 교환된"은 제올라이트와 결합된 하나 이상의 이온 종(예를 들어, H+, NH4 +, Na+ 등)이 금속(예를 들어, 금속 이온 또는 자유 금속, 예컨대 금속 산화물)로 교체된 분자체를 의미하며, 여기서 금속은 분자체 프레임워크 원자(예를 들어, T-원자)에 통합되지 않는 대신 분자 기공에 또는 분자체 프레임워크의 외부 표면 상에 통합된다. 교환된 금속은 "프레임워크-외 금속"의 일종으로서, 분자체의 내부에 및/또는 분자체 표면의 적어도 일부 상에, 바람직하게는 이온 종으로서 잔류한 금속이고, 알루미늄을 포함하지 않으며, 분자체의 프레임워크를 구성하는 원자를 포함하지 않는다. 용어 "금속-로딩된 분자체"는 하나 이상의 프레임워크-외 금속을 포함하는 분자체를 의미한다. 여기 사용된 용어 "알루미노실리케이트" 및 "실리코알루미노포스페이트"는 금속-치환된 분자체를 배제한다.
본 발명의 구리-로딩된 분자체는 프레임워크-외 금속으로서 분자체 재료 상에 및/또는 내부에 배치된 구리를 포함한다. 바람직하게, 구리의 존재 및 농도는 N2O의 형성을 억제하면서 NOx 환원, NH3 산화, 및 NOx 저장과 같은 과정을 포함하는 배기 가스, 예컨대 디젤 엔진으로부터의 배기 가스의 처리를 촉진한다.
구리(Cu)는 분자체의 알루미늄(Al), 즉 프레임워크 알루미늄의 양에 상대적인 양으로 존재한다. Cu:Al 비는 분자체의 몰 프레임워크 Al에 대한 구리의 상대적 몰 양에 기초한다. 제1 구역의 구리-로딩된 분자체는 제2 구역의 구리-로딩된 분자체의 Cu:Al 비보다 적은 구리-대-알루미늄 몰 비(Cu:Al 비)를 가진다. 출원인은 놀랍게도 관통형 허니콤 기판의 상류 및 하류 구역 간의 분자체의 Cu:Al 비를 조정하는 것이 부산물로서 동시 생성되는 원치않는 N2O의 양을 실질적으로 감소시키면서 SCR 과정에서 높은 NOx 전환(특히 NO와 NO2)과 N2 선택성을 제공한다는 것을 발견했다. 하류 촉매 구역과 비교하여 상류 촉매 구역에서 Cu:Al 비의 차이는 하류 구역의 분자체에 비해서 적은 구리를 상류 구역의 분자체에 로딩함으로써, 상류 구역의 분자체에 비해서 하류 구역의 분자체의 SAR을 증가시킴으로써, 또는 이들의 조합에 의해서 달성될 수 있다.
달리 명시되지 않는다면, 분자체 위에 로딩된 구리의 양과 촉매의 구리 농도는 상응하는 분자체의 총 중량 당 구리의 항목으로 언급되며, 따라서 기판 상의 촉매 워시코트 로딩의 양이나 촉매 워시코트에서 다른 재료들의 존재와는 무관하다.
특정 용도에서, 제1 구역에서 촉매의 Cu:Al 비율은 약 0.1 내지 약 0.375이고, 제2 구역에서 촉매의 Cu:Al 비율은 약 0.3 내지 약 0.6이며, 단 제1 구역 촉매에서의 Cu:Al 비율은 제2 구역 촉매에서의 Cu:Al 비율보다 적다. 특정 실시형태에서, 제1 구역은 구리 로딩된 SAPO를 포함하며, 약 0.01 내지 약 0.1의 Cu:Al 비율을 가진다. 특정 실시형태에서, 제1 구역은 알루미노실리케이트를 포함하며, 약 0.15 내지 약 0.375의 Cu:Al 비율을 가진다. 특정 실시형태에서, 제1 구역은 SAPO를 포함하고 제2 구역은 알루미노실리케이트 분자체를 포함하며, 여기서 SAPO와 알루미노실리케이트 분자체에는 비슷한 양의 구리가 로딩된다. 다른 실시형태에서, 제1 및 제2 구역의 분자체는 모두 비슷한 SAR을 가진 알루미노실리케이트이며, 단 제1 구역의 분자체가 제2 구역의 분자체에 비해서 더 낮은 농도의 구리로 로딩된다. 다른 실시형태에서, 제1 및 제2 구역의 분자체는 모두 알루미노실리케이트이며, 여기서 제1 구역의 알루미노실리케이트는 제2 구역의 분자체에 비해서 더 낮은 SAR을 가지고, 두 알루미노실리케이트는 동일한 구리 로딩을 갖거나 또는 제1 구역 분자체가 제2 구역 분자체에 비해서 더 낮은 구리 로딩을 가진다.
특정 실시형태에서, 프레임워크-외 구리는 분자체의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 중량 퍼센트(wt%), 예를 들어 약 0.5 wt% 내지 약 5 wt%, 약 0.5 내지 약 1 wt%, 약 1 내지 약 5 wt%, 약 2.5 wt% 내지 약 3.5 wt%, 및 약 3 wt% 내지 약 3.5 wt%의 농도로 제1 구역 또는 제2 구역의 분자체에 존재한다.
구리에 더하여, 분자체는 하나 이상의 추가의 프레임워크-외 금속을 더 포함할 수 있으며, 단 추가의 프레임워크-외 금속은 구리에 비해서 미소량으로 존재한다(즉, < 50 mol. %, 예컨대 약 1 내지 30 mol. %, 약 1 - 10 mol. % 또는 약 1 - 5 mol. %). 추가의 프레임워크-외 금속은 금속-교환 분자체를 형성하기 위해 촉매 산업분야에서 사용되는 인정된 촉매 활성 금속들, 특히 연소 과정으로부터 유래된 배기 가스를 처리하는데 촉매 활성이라고 알려진 금속들 중 임의의 것일 수 있다. 특히 바람직한 것은 NOx 환원 및 저장 과정에서 유용한 금속들이다. 이러한 금속의 예들은 금속 니켈, 아연, 철, 텅스텐, 몰리브데늄, 코발트, 티타늄, 지르코늄, 망간, 크로뮴, 바나듐, 니오븀, 뿐만 아니라 주석, 비스무스 및 안티모니; 백금족 금속, 예컨대 루테늄, 로듐, 팔라듐, 인듐, 백금, 및 금 및 은과 같은 귀금속을 포함한다. 바람직한 전이 금속은 비 금속이고, 바람직한 비 금속은 크로뮴, 망간, 철, 코발트, 니켈, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 것들을 포함한다.
바람직하게, 구리는 바람직하게는 금속 로딩된 분자체의 고온 처리 없이, 분자체 촉매 내부에 고도로 분산된다. 구리를 이용한 실시형태에서, 구리 로딩은 바람직하게 완전한 이온 교환이고 및/또는 바람직하게 분자체 지지체의 교환 부위에 의해 수용될 수 있는 것보다 적다. 바람직하게, 촉매는 벌크 구리 산화물을 갖지 않거나 실질적으로 갖지 않고, 외부 분자체 결정 표면에 구리의 종들을 갖지 않거나 실질적으로 갖지 않고, 및/또는 온도 프로그래밍된 환원(TPR) 분석 및/또는 UV-vis 분석에 의해 측정되었을 때 구리 금속 클러스터를 갖지 않거나 실질적으로 갖지 않는다.
한 예에서, 금속-교환된 분자체는 촉매 활성 금속(들)의 가용성 전구체를 함유하는 용액에 분자체, 예를 들어 H-형태 분자체 또는 NH4-형태 분자체를 혼합함으로써 생성된다. 용액의 pH는 분자체 구조(분자체 프레임워크를 포함하지 않는) 위에 또는 내부에 촉매 활성 금속 양이온의 침전을 유도하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 실시형태에서, 분자체 재료는 이온 교환에 의해 분자체 구조에 촉매 활성 구리 양이온의 통합을 허용하기에 충분한 시간 동안 질산구리 또는 아세트산구리를 함유하는 용액에 침지된다. 미교환 구리 이온은 침전되지 않는다. 용도에 따라서, 미교환 이온의 일부는 자유 구리로서 분자체 재료에 잔류할 수 있다. 다음에, 금속-교환된 분자체는 세척, 건조 및 하소될 수 있다. 하소된 재료는 분자체 표면 상에 또는 분자체 공동 내부에 잔류한 구리 산화물로서 구리의 특정 퍼센트를 포함할 수 있다. 일반적으로, 분자체에서 또는 분자체 상에서 촉매 금속 양이온의 이온 교환은 약 7의 pH에서 약 1 내지 24시간의 기간에 걸쳐서 실온에서 또는 약 80℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 결과의 촉매 분자체 재료는 바람직하게 하룻밤 동안 약 100 내지 120℃에서 건조되고, 적어도 약 500℃의 온도에서 하소된다.
특정 실시형태에서, 촉매 조성물은 구리과 적어도 하나의 알칼리 또는 알칼리 토금속의 조합을 포함하며, 여기서 구리 및 알칼리 또는 알칼리 토금속(들)은 분자체 재료 상에 또는 내부에 배치된다. 알칼리 또는 알칼리 토금속은 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 또는 이들의 일부 조합으로부터 선택될 수 있다. 여기 사용된 문구 "알칼리 또는 알칼리 토금속"은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 교대로 사용된다는 것을 의미하지 않고, 대신 하나 이상의 알칼리 금속이 단독으로 또는 하나 이상의 알칼리 토금속과 조합하여 사용될 수 있다는 것과 하나 이상의 알칼리 토금속이 단독으로 또는 하나 이상의 알칼리 금속과 조합하여 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 특정 실시형태에서, 알칼리 금속이 바람직하다. 특정 실시형태에서, 알칼리 토금속이 바람직하다. 바람직한 알칼리 또는 알칼리 토금속은 칼슘, 칼륨, 및 이들의 조합을 포함한다.
특정 실시형태에서, 촉매 조성물은 본질적으로 마그네슘 및/또는 바륨을 갖지 않는다. 특정 실시형태에서, 촉매는 본질적으로 칼슘과 칼륨을 제외한 임의의 알칼리 또는 알칼리 토금속을 갖지 않는다. 특정 실시형태에서, 촉매는 본질적으로 칼슘을 제외한 임의의 알칼리 또는 알칼리 토금속을 갖지 않는다. 그리고, 다른 특정 실시형태에서, 촉매는 본질적으로 칼륨을 제외한 임의의 알칼리 또는 알칼리 토금속을 갖지 않는다. 여기 사용된 용어 "본질적으로 갖지 않는"은 그 재료가 특정한 금속을 주목할만한 양으로 갖지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 특정한 금속은, 특히 NOx를 선택적으로 환원하거나 저장하는 재료의 용량과 관련하여 재료의 기본적인 물리적 및/또는 화학적 특성에 영향을 미치는 양으로 존재하지 않는다. 특정 실시형태에서, 분자체 재료는 3 중량 퍼센트 미만, 더 바람직하게 1 중량 퍼센트 미만, 및 더욱더 바람직하게 0.1 중량 퍼센트 미만의 알칼리 함량을 가진다.
특정 실시형태에서, 알칼리 및/또는 알칼리 토금속(종합적으로 AM)은 분자체의 구리량에 상대적인 양으로 분자체 재료에 존재한다. 바람직하게, Cu와 AM은 각각 약 15:1 내지 약 1:1, 예를 들어 약 10:1 내지 약 2:1, 약 10:1 내지 약 3:1, 또는 약 6:1 내지 약 4:1의 몰 비로 존재하며, 특히 여기서 AM은 칼슘이다. 칼슘과 같은 알칼리 및/또는 알칼리 토금속을 포함하는 특정 실시형태에서, 존재하는 구리의 양은 분자체의 중량을 기준으로 2.5 중량 퍼센트 미만, 예를 들어 2 중량 퍼센트 미만 또는 1 중량 퍼센트 미만이다. 특정 실시형태에서, 제2 구역의 구리 로딩된 분자체는 알칼리 또는 알칼리 토금속, 특히 칼슘을 함유하고, 제1 구역의 구리 로딩된 분자체는 본질적으로 알칼리 또는 알칼리 토금속을 갖지 않는다. 이러한 실시형태에서, 제2 구역의 분자체 재료에 존재하는 구리 및 알칼리 및/또는 알칼리 토금속(AM)의 상대적 누적량은 분자체의 알루미늄, 즉 프레임워크 알루미늄의 양에 상대적이다. 여기 사용된 (Cu+AM):Al 비는 상응하는 분자체의 몰 프레임워크 Al에 대한 Cu + AM의 상대적 몰 양을 기준으로 한다. 특정 실시형태에서, 제2 구역의 분자체는 약 0.6 이하의 (Cu+AM):Al 비율을 가지며, 특히 AM은 칼슘이다. 특정 실시형태에서, (Cu+AM):Al 비율은 적어도 0.3, 예를 들어 약 0.3 내지 약 0.6이다. 이러한 실시형태에서, 제1 구역에서 촉매의 Cu:Al 비율은 약 0.1 내지 약 0.375이고, 단 제1 구역 촉매에서 Cu:Al 비율은 제2 구역 촉매에서 (Cu+AM):Al 비율보다 적다.
특정 실시형태에서, 구리 및 알칼리 및/또는 알칼리 토금속(AM)의 상대적 누적량은 분자체의 알루미늄, 즉 프레임워크 알루미늄의 양에 상대적인 양으로 제2 구역의 분자체 재료에 존재한다. 여기 사용된 (Cu+AM):Al 비는 상응하는 분자체의 몰 프레임워크 Al에 대한 Cu + AM의 상대적 몰 양을 기준으로 한다. 특정 실시형태에서, 촉매 재료는 약 0.6 이하의 (Cu+AM):Al 비율을 가진다. 특정 실시형태에서, (Cu+AM):Al 비율은 0.5 이하, 예를 들어 약 0.05 내지 약 0.5, 약 0.1 내지 약 0.4, 또는 약 0.1 내지 약 0.2이다.
알칼리/알칼리 토금속은 이온 교환, 함침, 동형 치환 등과 같은 임의의 공지된 기술을 통해서 분자체에 첨가될 수 있다. 구리 및 알칼리 또는 알칼리 토금속은 임의의 순서로 분자체 재료에 첨가될 수 있지만(예를 들어, 금속은 알칼리 또는 알칼리 토금속에 앞서, 이후에, 또는 동시에 교환될 수 있다), 바람직하게 알칼리 또는 알칼리 토금속은 구리에 앞서서 또는 구리와 동시에 첨가된다.
본 발명의 촉매 물품은 이종성 촉매 반응 시스템에 적용될 수 있다(즉, 가스 반응물과 접촉하는 고체 촉매). 접촉 표면적, 기계 안정성 및/또는 유체 흐름 특성을 개선하기 위하여, SCR 촉매는 허니콤 코디어라이트 브릭과 같은 기판 상에 및/또는 내부에 배치된다. 특정 실시형태에서, 촉매 조성물 중 하나 이상은 워시코트(들)로서 기판에 적용된다. 또는 달리, 촉매 조성물 중 하나 이상은 필러, 바인더, 및 강화제와 같은 다른 성분들과 함께 압출가능한 페이스트에 반죽된 다음, 다이를 통해 압출되어 허니콤 브릭이 형성된다.
본 발명의 특정 양태는 촉매 워시코트를 제공한다. 여기 설명된 구리-로딩된 분자체 촉매를 포함하는 워시코트는 바람직하게 용액, 현탁액 또는 슬러리이다. 적합한 코팅은 표면 코팅, 기판의 일부를 투과한 코팅, 기판에 침투한 코팅, 또는 이들의 어떤 조합을 포함한다.
워시코트는 또한 비-촉매 성분, 예컨대 필러, 바인더, 안정제, 유동성 변형제, 및 알루미나, 실리카, 비-분자체 실리카 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 세리아 중 하나 이상을 포함하는 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 촉매 조성물은 그래파이트, 셀룰로오스, 녹말, 폴리아크릴레이트, 및 폴리에틸렌 등과 같은 기공-형성제를 포함할 수 있다. 이들 추가의 성분은 원하는 반응을 반드시 촉매하는 것은 아니며, 대신 예를 들어 작동 온도 범위를 증가시키고, 촉매의 접촉 표면적을 증가시키고, 촉매와 기판의 밀착을 증가시키는 등에 의해서 촉매 재료의 효율을 개선한다. 바람직한 실시형태에서, 워시코트 로딩은 >0.3 g/in3, 예컨대 >1.2 g/in3, >1.5 g/in3, >1.7 g/in3 또는 >2.00 g/in3, 바람직하게 <3.5 g/in3, 예컨대 <2.5 g/in3이다. 특정 실시형태에서, 워시코트는 약 0.8 내지 1.0 g/in3, 1.0 내지 1.5 g/in3, 1.5 내지 2.5 g/in3, 또는 2.5 내지 3.5 g/in3의 로딩으로 기판에 적용된다.
특히 이동형 용도를 위한 바람직한 기판은 일반적으로 기판의 입구면에서부터 출구면까지 연장되어 양쪽 단부가 개방된 다수의 인접한 평행한 채널을 포함하며, 그 결과 표면적 대 부피 비가 높은 소위 말하는 허니콤 기하구조를 가진 관통형 모노리스를 포함한다. 특정 용도에서, 허니콤 관통형 모노리스는 바람직하게, 높은 셀 밀도, 예를 들어 제곱인치당 약 600 내지 800셀, 및/또는 약 0.18-0.35mm, 바람직하게 약 0.20-0.25mm의 평균 내벽 두께를 가진다. 다른 특정 용도에서, 허니콤 관통형 모노리스는 바람직하게 제곱인치당 약 150-600셀, 바람직하게 제곱인치당 약 200-400셀의 낮은 셀 밀도를 가진다. 바람직하게, 허니콤 모노리스는 기공성이다. 코디어라이트, 탄화규소, 질화규소, 세라믹, 및 금속에 더하여, 기판에 사용될 수 있는 다른 재료들은 질화알루미늄, 질화규소, 알루미늄 티타네이트, α-알루미나, 뮬라이트, 예를 들어 바늘상 뮬라이트, 폴루사이트, 서멧, 예컨대 Al2OsZFe, Al203/Ni 또는 B4CZFe, 또는 이들의 어떤 둘 이상의 부분을 포함하는 복합체를 포함한다. 바람직한 재료는 코디어라이트, 탄화규소, 및 알루미나 티타네이트를 포함한다.
특정 실시형태에서, 본 발명은 여기 설명된 방법에 의해서 제조된 촉매 물품이다. 특정 실시형태에서, 촉매 물품은 제2 NH3-SCR 촉매 조성물이 바람직하게 워시코트로서 기판에 적용되기 전에 또는 후에 제1 NH3-SCR 촉매 조성물을 바람직하게 워시코트로서 층으로서 기판에 적용하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
특정 실시형태에서, 제2 NH3-SCR 촉매 조성물은 상부층으로 기판 상에 배치되고, 다른 조성물, 예컨대 산화 촉매, 환원 촉매, 스캐빈징 성분 또는 NOx 저장 성분은 하부층으로 기판 상에 배치된다.
일반적으로, 제1 및 제2 NH3-SCR 촉매 조성물을 함유하는 압출 고형체의 생성은 분자체와 구리(금속-교환된 분자체와 함께 또는 따로), 바인더, 선택적 유기 점도증진 화합물을 균질한 페이스트로 배합하는 것을 수반하며, 이것은 이어서 바인더/매트릭스 성분 또는 그것의 전구체와 선택적으로 안정화된 세리아, 및 무기 섬유 중 하나 이상에 첨가된다. 블렌드는 혼합 또는 반죽 장치나 압출기에서 압착된다. 혼합물은 습윤을 증진시키고 따라서 균일한 배치를 제조하기 위해서 가공 조제로서 바인더, 기공 형성제, 가소제, 계면활성제, 윤활제, 분산제와 같은 유기 첨가제를 가진다. 다음에, 결과의 플라스틱 재료는, 특히 압출 프레스 또는 압출 다이를 포함하는 압출기를 사용하여 몰딩되고, 결과의 몰딩이 건조되고 하소된다. 유기 첨가제는 압출된 고형체의 하소 동안 "번아웃"된다. 또한, 금속-촉진된 제올라이트 촉매가 워시코트되거나, 또는 다르게는 하나 이상의 하위-층으로 압출된 고형체에 적용되며, 이것은 표면에 잔류하거나 압출된 고형체에 완전히 또는 부분적으로 침투된다. 또는 달리, 금속-촉진된 제올라이트는 압출 전 페이스트에 첨가될 수 있다. 바람직하게, 구리-로딩된 분자체는 전체 압출 촉매체에 전체적으로, 바람직하게 전체적으로 균일하게 분산된다.
본 발명에 따른 금속-촉진된 제올라이트를 함유하는 압출된 고형체는 일반적으로 그것의 제1 단부에서 제2 단부까지 연장된 균일한 크기의 평행한 채널들을 가진 허니콤 형태의 단일 구조를 포함한다. 채널을 한정하는 채널 벽은 기공성이다. 전형적으로, 외부 "스킨"이 압출된 고형체의 복수의 채널을 둘러싼다. 압출된 고형체는 어떤 원하는 단면으로, 예컨대 원형, 정사각형 또는 타원형으로 형성될 수 있다. 복수의 채널에서 개별 채널은 정사각형, 삼각형, 육각형, 원형 등일 수 있다.
여기 설명된 촉매 물품은 원소 질소(N2)와 물(H2O)을 선택적으로 형성하기 위한 질소 산화물과 질소성 환원제, 바람직하게 암모니아의 반응을 촉진할 수 있다. 이러한 질소성 환원제의 예들은 암모니아 및 암모니아 하이드라진 또는 임의의 적합한 암모니아 전구체, 예컨대 요소((NH2)2CO), 탄산암모늄, 암모늄 카바메이트, 탄산수소암모늄 또는 암모늄 포메이트를 포함한다. 본 방법의 SCR 과정은 광범한 온도 범위(예를 들어, 약 150-700℃, 약 200-350℃, 약 350-550℃, 또는 약 450-550℃)에 걸쳐서 적어도 75%, 바람직하게 적어도 80%, 및 더 바람직하게 적어도 90%의 NOx(NO 및/또는 NO2) 전환을 가져올 수 있다.
중요한 점은 본 발명에 따른 구역화된 촉매의 사용이 종래의 SCR 촉매와 비교하여 낮은 양의 N2O 부산물을 생성한다는 것이다. 즉, 본 방법의 SCR 과정은 SCR 입구에서 NO 및/또는 NO2에 기초한 낮은 N2O 생성을 가져올 수 있다. 예를 들어, SCR 촉매 후 출구 N2O 농도와 비교하여 SCR 촉매에서 입구 NO 농도의 상대적 비율이 광범한 온도 범위(예를 들어, 약 150-700℃, 약 200-350℃, 약 350-550℃, 또는 약 450-550℃)에 걸쳐서 약 25 초과, 약 30 초과(예를 들어, 약 30 내지 약 40), 약 50 초과, 약 80 초과, 또는 약 100 초과이다. 다른 예에서, SCR 촉매 후 출구 N2O 농도와 비교하여 SCR 촉매에서 입구 NO2 농도의 상대적 비율은 광범한 온도 범위(예를 들어, 약 150-700℃, 약 200-350℃, 약 350-550℃, 또는 약 450-550℃)에 걸쳐서 약 50 초과, 약 80 초과, 또는 약 100 초과이다.
산화 촉매와 결합된 여기 설명된 구리-로딩된 분자체 촉매는 또한 암모니아의 산화를 촉진할 수 있고, 산화 과정에 의한 NOx의 바람직하지 않은 형성을 제한할 수 있다(즉, 암모니아 슬립 촉매(ASC)). 특정 실시형태에서, 본 발명의 촉매 물품은 기판의 출구 단부에서 ASC 구역을 함유한다. 다른 실시형태에서, 암모니아는 구역화된 SCR 촉매의 하류에서 별도의 브릭 상에 배치된 촉매를 빠져나간다. 이들 별도의 브릭은 서로 인접하고 접촉할 수 있거나, 또는 특정한 거리만큼 분리될 수 있으며, 단 이들은 서로 유체 연통하고, SCR 촉매 브릭이 암모니아 슬립 촉매 브릭의 상류에 배치된다.
특정 실시형태에서, SCR 및/또는 ASC 과정은 적어도 100℃의 온도에서 수행된다. 다른 실시형태에서, 이 과정(들)은 약 150℃ 내지 약 750℃의 온도에서 일어난다. 특정 실시형태에서, 온도 범위는 약 175 내지 약 550℃이다. 다른 실시형태에서, 온도 범위는 175 내지 400℃이다. 또 다른 실시형태에서, 온도 범위는 450 내지 900℃, 바람직하게 500 내지 750℃, 500 내지 650℃, 450 내지 550℃, 또는 650 내지 850℃이다.
본 발명의 다른 양태에 따라서, 가스의 NOx 화합물의 환원 및/또는 NH3의 산화를 위한 방법이 제공되며, 이것은 가스의 NOx 화합물의 수준을 감소시키기에 충분한 시간 동안 여기 설명된 촉매와 가스를 접촉시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 다음 단계 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (a) 필터의 입구와 접촉하는 그을음을 축적 및/또는 연소시키는 단계; (b) 바람직하게 NOx의 처리 및 환원제를 수반하는 촉매 단계의 개입 없이, SCR 촉매와 접촉시키기 전에 배기 가스 스트림에 질소성 환원 제제를 도입하는 단계; (c) NOx 흡착제 촉매 또는 희박 NOx 트랩 위에서 NH3를 생성하며, 바람직하게 이러한 NH3를 하류 SCR 반응에 환원제로서 사용하는 단계; (d) 배기 가스 스트림을 DOC와 접촉시켜 탄화수소계 가용성 유기 분획(SOF) 및/또는 일산화탄소를 CO2로 산화시키고, 및/또는 NO를 NO2로 산화시키며, 계속해서 이것을 사용하여 미립자 필터에서 미립자 물질을 산화시키고; 및/또는 배기 가스의 미립자 물질(PM)을 감소시키는 단계; (e) 배기 가스에서 NOx 농도를 감소시키기 위해 환원제의 존재하에 하나 이상의 하류 SCR 촉매 장치(들)(필터 또는 관통형 기판)와 배기 가스를 접촉시키는 단계; 및 (f) 배기 가스를 대기로 방출시키기 전에, 또는 배기 가스가 엔진으로 진입/재진입하기 전 재순환 루프로 배기 가스를 통과시키기 전에 암모니아의 전부는 아니지만 대부분을 산화시키기 위해 배기 가스를, 바람직하게 SCR 촉매의 하류에서 암모니아 슬립 촉매와 접촉시키는 단계.
바람직한 실시형태에서, SCR 과정에서 소비되는 질소계 환원제, 특히 NH3의 전부 또는 적어도 일부는 SCR 촉매의 상류에 배치된 NOx 흡착제 촉매(NAC), 희박 NOx 트랩(LNT), 또는 NOx 저장/환원 촉매(NSRC)(종합적으로 NAC)에 의해 공급될 수 있다. 특정 실시형태에서, NAC는 구역화된 SCR 촉매와 동일한 관통형 기판 상에 코팅된다. 이러한 실시형태에서, NAC와 SCR 촉매는 SCR 구역의 상류인 NAC와 직렬로 코팅된다.
본 발명에서 유용한 NAC 성분은 염기성 물질(예컨대 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 토금속의 산화물, 및 이들의 조합을 포함하는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 희토류 금속), 및 귀금속(예컨대 백금), 및 선택적으로 환원 촉매 성분, 예컨대 로듐의 촉매 조합을 포함한다. NAC에서 유용한 염기성 물질의 구체적인 종류는 산화세슘, 산화칼륨, 산화마그네슘, 산화나트륨, 산화칼슘, 산화스트론튬, 산화바륨 및 이들의 조합을 포함한다. 귀금속은 바람직하게 약 10 내지 약 200 g/ft3, 예컨대 20 내지 60 g/ft3로 존재한다. 또는 달리, 촉매의 귀금속은 약 40 내지 약 100 g/ft3일 수 있는 평균 농도를 특징으로 한다.
특정 조건에서는 주기적 부화 재생 사건 동안 NH3가 NOx 흡착제 촉매 위에서 생성될 수 있다. NOx 흡착제 촉매 하류의 SCR 촉매는 전체 시스템의 NOx 환원 효율을 개선할 수 있다. 조합된 시스템에서, SCR 촉매는 부화 재생 사건 동안 NAC 촉매로부터 방출된 NH3를 저장할 수 있고, 정상 희박 작동 조건 동안 NAC 촉매를 통해서 빠져나간 NOx의 일부 또는 전부를 선택적으로 환원시키기 위해 저장된 NH3를 이용한다.
특정 양태에서, 본 발명은 연소 과정에 의해서 생성된, 예컨대 내연 엔진(이동형 또는 정지형), 가스 터빈, 석탄 또는 오일 점화 파워 플랜트 등으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 시스템이다. 이러한 시스템은 여기 설명된 구역화된 SCR 촉매 물품과 배기 가스를 처리하기 위한 적어도 하나의 추가의 성분을 포함하며, 여기서 구역화된 SCR 촉매 물품과 적어도 하나의 추가의 성분은 일체형 유닛으로서 기능하도록 설계된다. 구역화된 SCR 촉매 물품과 적어도 하나의 추가의 성분은, 선택적으로 시스템을 통해 배기 가스를 수송하기 위한 도관의 하나 이상의 구획에 의해서 유체 연통된다.
배기 가스 처리 시스템은 배기 가스의 일산화질소를 이산화질소로 산화시키기 위한 산화 촉매(예를 들어, 디젤 산화 촉매(DOC))를 포함하며, 이것은 질소성 환원제를 배기 가스에 계량해 넣는 지점의 상류에 위치될 수 있다. 한 실시형태에서, 산화 촉매는, 예를 들어 250℃ 내지 450℃의 산화 촉매 입구의 배기 가스 온도에서 부피 기준으로 약 4:1 내지 약 1:3의 NO 대 NO2의 비를 가진 SCR 제올라이트 촉매로 들어가는 가스 스트림을 얻을 수 있도록 개조된다. 산화 촉매는 관통형 모노리스 기판에 코팅된, 적어도 하나의 백금족 금속(또는 이들의 어떤 조합), 예컨대 백금, 팔라듐, 또는 로듐을 포함할 수 있다. 한 실시형태에서, 적어도 하나의 백금족 금속은 백금, 팔라듐 또는 백금과 팔라듐의 조합이다. 백금족 금속은 고 표면적 워시코트 성분, 예컨대 알루미나, 제올라이트, 예컨대 알루미노실리케이트 제올라이트, 실리카, 비-제올라이트 실리카 알루미나, 세리아, 지르코니아, 티타니아 또는 세리아와 지르코니아를 모두 함유하는 혼합 또는 복합 산화물 상에 지지될 수 있다.
배기 가스 처리 시스템은 제2 관통형 모노리스 또는 벽유동형 필터 상의 추가의 SCR 촉매를 포함할 수 있으며, 여기서 추가의 SCR을 함유하는 제2 관통형 모노리스 또는 벽유동형 필터는 여기 설명된 구역화된 SCR 촉매 물품의 상류 또는 하류에 그것과 유체 연통하여 위치된다. 추가의 SCR 촉매는 바람직하게 금속-교환된 제올라이트, 예컨대 Cu-Beta, Cu-ZSM5, Cu-CHA, Cu-ZSM-34, 또는 Cu-AEI이다.
배기 가스 처리 시스템은 촉매 물품의 상류에 배치된 NAC 및/또는 질소성 환원제의 외부 공급원(예를 들어, 암모니아 또는 요소 인젝터)을 포함할 수 있다. 이 시스템은 SCR 촉매 구역이 원하는 효율이나 그 이상에서, 예컨대 100℃ 이상, 150℃ 이상 또는 175℃ 이상에서 NOx 환원을 촉매할 수 있다고 결정된 경우에만 유동하는 배기 가스에 외부 질소성 환원제를 계량하기 위한 컨트롤러를 포함할 수 있다. 질소성 환원제의 계량은 이론적 암모니아의 60% 내지 200%가 1:1 NH3/NO 및 4:3 NH3/NO2에서 계산된 SCR 촉매로 들어가는 배기 가스에 존재하도록 배열될 수 있다.
배기 가스 처리 시스템은 적합한 미립자 필터, 예컨대 벽유동형 필터를 포함할 수 있다. 적합한 필터는 배기 가스 스트림으로부터 그을음을 제거하는데 유용한 것들을 포함한다. 필터는 베어 필터이며 수동적으로 재생될 수 있거나, 또는 그을음 연소 촉매나 가수분해 촉매를 함유할 수 있다. 필터는 또한 필터 벽의 입구측, 필터 벽의 출구측 상에 로딩된 SCR 촉매를 포함할 수 있거나, 필터 벽을 부분적으로 또는 완전히 침투할 수 있거나, 또는 이들의 어떤 조합일 수 있다. 특정 실시형태에서, 필터는 여기 설명된 제1 또는 제2 촉매 구역을 위한 기판이며, 단 교대로 구역이 관통형 기판 상에 배치된다. 예를 들어, 벽유동형 필터는 제1 구역을 위한 기판으로 사용될 수 있고, 관통형 허니콤은 제2 구역을 위한 기판으로 사용될 수 있다. 다른 예에서, 관통형 허니콤은 제1 구역을 위한 기판으로 사용될 수 있고, 벽유동형 필터는 제2 구역을 위한 기판으로 사용될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 벽유동형 기판은 ASC 구역을 형성하기 위해 NH3 산화 촉매를 더 포함할 수 있다.
필터는 구역화된 SCR 촉매의 상류 또는 하류에서 배기 가스 처리 시스템에 위치될 수 있다. 바람직하게, 필터는 DOC가 존재한다면 DOC의 하류에 위치된다. 베어 필터(즉, 촉매 코팅을 갖지 않는)와 구역화된 SCR 촉매의 상류에 암모니아 인젝터를 포함하는 실시형태에서, 인젝터는 그것이 구역화된 SCR 촉매의 상류에 위치되는 것을 조건으로 필터의 상류나 하류에 위치될 수 있다. 가수분해 촉매를 함유하며 구역화된 SCR 촉매의 하류에 있는 필터를 가진 실시형태에서, 암모니아 인젝터는 바람직하게 필터의 상류에 위치된다.
도 11을 보면, 내연 엔진(501), 배기 가스 처리 시스템(502), 시스템을 통과하는 배기 가스 흐름의 방향(1), 선택적인 DOC(510) 및/또는 선택적인 NAC(520), 선택적인 미립자 필터(570), 암모니아의 선택적인 외부 공급원 및 인젝터(530), 구역화된 SCR 촉매(540), 선택적인 추가의 SCR 촉매(550) 및 선택적인 ASC(560)을 포함하는 배기 가스 처리 시스템이 도시된다.
본원에 설명된 배기 가스를 처리하는 방법은 연소 과정으로부터, 예컨대 내연 엔진(이동형 또는 정지형), 가스 터빈, 및 석탄 또는 오일 직화 파워 플랜트로부터 유래된 배기 가스에 대해 수행될 수 있다. 본 방법은 또한 제련과 같은 산업 과정, 제련소 히터 및 보일러, 퍼니스, 화학 가공 산업, 코크스 오븐, 도시 폐수 플랜트 및 소각로 등으로부터의 가스를 처리하기 위해서 사용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 본 방법은 디젤 엔진, 린번 가솔린 엔진 또는 액화석유가스 또는 천연가스에 의해서 구동되는 엔진과 같은 차량의 린번 내연 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하기 위해서 사용된다.

Claims (20)

  1. a. 입구측, 출구측, 입구측에서부터 출구측까지의 축 길이, 및 입구측에서부터 출구측까지 연장된 채널 벽에 의해 한정된 복수의 채널을 가진 관통형 허니콤 기판;
    b. 제1 구역에서 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅된 제1 NH3-SCR 촉매 조성물; 및
    c. 제2 구역에서 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅된 제2 NH3-SCR 촉매 조성물
    을 포함하는 촉매 물품으로서, 단 제1 구역은 제2 구역의 상류이고, 제1 구역과 제2 구역은 인접하거나 또는 적어도 부분적으로 중첩되며;
    제1 NH3-SCR 촉매는 약 0.1 내지 0.375의 구리 대 알루미늄 원자 비율을 가진 제1 구리 로딩된 분자체를 포함하고, 제2 NH3-SCR 촉매는 약 0.3 내지 약 0.6의 구리 대 알루미늄 원자 비율을 가진 제2 구리 로딩된 분자체를 포함하는 촉매 물품.
  2. 제 1 항에 있어서, 제1 구역은 제2 구역에 인접하는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  3. 제 1 항에 있어서, 제1 구역은 제2 구역과 완전히 중첩되는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  4. 제 1 항에 있어서, 제1 구역은 입구측에서부터 축 길이의 약 10 내지 40 퍼센트에 위치된 제1 단부 지점으로 연장되고, 제2 구역은 축 길이의 약 20 내지 90 퍼센트이며, 단 제1 구역과 제2 구역은 인접하거나 또는 축 길이의 90 퍼센트 미만까지 중첩되는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  5. 제 4 항에 있어서, 제1 구역은 제2 구역과 중첩되는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  6. 제 4 항에 있어서, 제2 구역은 제1 구역과 중첩되는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  7. 제 1 항에 있어서, 제1 구리 로딩된 분자체는 제2 구리 로딩된 분자체에 비해서 더 낮은 구리 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  8. 제 2 항에 있어서, 제1 구리 로딩된 분자체는 제2 구리 로딩된 분자체의 약 50 내지 90 퍼센트의 구리 로딩을 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  9. 제 1 항에 있어서, 제1 구리 로딩된 분자체는 제1 SAR을 갖고, 제2 구리 로딩된 분자체는 제1 SAR보다 큰 제2 SAR을 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  10. 제 9 항에 있어서, 제 1 분자체는 약 10 내지 약 20의 SAR을 가진 알루미노실리케이트이고, 제2 분자체는 약 20 내지 약 50의 SAR을 가진 알루미노실리케이트인 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  11. 제 9 항에 있어서, 제1 및 제2 분자체는 소 기공 프레임워크를 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  12. 제 9 항에 있어서, 제1 및 제2 분자체는 CHA 프레임워크를 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  13. 제 9 항에 있어서, 제1 분자체는 실리코알루미노포스페이트이고, 제2 분자체는 약 15 내지 약 50의 SAR을 가진 알루미노실리케이트인 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  14. 제 4 항에 있어서, 제1 구역과 제2 구역이 중첩되어 제3 촉매 구역이 생성되며, 제3 구역은 제1 및 제2 구역과 개별적으로 비교하여 더 많은 양의 구리를 가진 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  15. 제 1 항에 있어서, 채널 벽 상에 및/또는 내부에 코팅된 암모니아 산화 촉매를 가진 ASC 구역을 더 포함하며, ASC 구역은 출구측에서부터 축 길이의 약 10 내지 50 퍼센트인 거리만큼 연장되고, 제1 구역과 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  16. 제 15 항에 있어서, 제2 NH3-SCR 촉매 조성물은 산화 촉매와 완전히 중첩되는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  17. 제 16 항에 있어서, 산화 촉매는 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 물품.
  18. a. 입구측, 출구측, 입구측에서부터 출구측까지의 축 길이, 및 입구측에서부터 출구측까지 연장된 채널 벽에 의해 한정된 복수의 채널을 가진 관통형 허니콤 기판;
    b. 제1 워시코트로 구성되는 제1 촉매 구역;
    c. 제1 워시코트와 제2 워시코트로 구성되는 제2 촉매 구역;
    d. 제2 워시코트로 구성되는 제3 촉매 구역; 및
    e. 제3 워시코트 위의 제2 워시코트로 구성되는 제4 촉매 구역
    을 포함하는 촉매 물품으로서, 제1 워시코트는 제1 구리 로딩된 분자체를 함유하고, 제2 워시코트는 제2 구리 로딩된 분자체를 함유하며, 제1 및 제2 분자체는 상이한 재료이고, 제3 워시코트는 암모니아 산화 촉매를 함유하고,
    제1, 제2, 제3 및 제4 구역은 기판 상에 직렬로 배열되고, 각 구역은 그 다음 구역과 직렬로 인접하며, 제1 구역인 입구측에 가까이 있고, 제4 구역은 출구측에 가까이 있는 촉매 물품.
  19. a. 제 1 항에 따른 촉매 물품; 및
    b. DOC, NAC, 외부 NH3 인젝터, 2차 SCR 촉매, ASC 및 미립자 필터로부터 선택된 하나 이상의 배기 가스 처리 성분
    을 포함하는 배기 가스를 처리 시스템으로서,
    제 1 항에 따른 촉매 물품과 하나 이상의 배기 가스 처리 성분이 유체 연통하며 직렬로 있는 배기 가스 처리 시스템.
  20. NOx 및 NH3를 포함하는 배기 가스를 제 1 항에 따른 촉매 물품과 접촉시키는 단계; NOx의 적어도 일부를 N2 및 H2O로 선택적으로 환원시키는 단계를 포함하는 배기 가스 처리 방법.
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