KR20180016638A - 통합된 ｓｃｒ 및 ａｍｏｘ 촉매 시스템 - Google Patents

통합된 ｓｃｒ 및 ａｍｏｘ 촉매 시스템 Download PDF

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매튜 티. 코들
마르틴 디테를레
사나트 브이. 쿠마르
케네드 이. 보스
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Abstract

배기 기체 스트림을 처리하기 위한 촉매 및 촉매 물품이 기술되어 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 촉매 시스템은 선택적 촉매 환원을 통해 질소 산화물을 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역을 포함한다. 배기 기체 스트림을 처리하기 위한 방법 및 시스템도 제공된다. 이러한 촉매 및 촉매 물품의 제조 방법 및 사용 방법도 기술되어 있다.

Description

통합된 ＳＣＲ 및 ＡＭＯＸ 촉매 시스템{INTEGRATED SCR AND AMOX CATALYST SYSTEMS}
본 발명은 촉매, 그의 제조 방법, 및 배기 스트림 내 배출물의 처리 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진 배기물은 미립자 배출물, 예컨대 매연, 및 기체상 배출물, 예컨대 일산화탄소, 미연소 또는 부분 연소된 탄화수소, 및 질소 산화물(통틀어서 NOx라고 지칭됨) 뿐만 아니라, 소위 입자 또는 미립자 물질을 구성하는 응축상 물질(액체 및 고체)을 함유하는 불균질한 혼합물이다. 종종, 하나 이상의 모노리식 기재 상에 위치하는 촉매 조성물은, 특정한 또는 모든 이러한 배기 성분을 무해한 화합물로 전환시키기 위해서 엔진 배기 시스템 내에 제공된다. 예를 들어, 디젤 배기 시스템은 디젤 산화 촉매, 매연 필터 및 NOx를 환원시키기 위한 촉매 중 하나 이상을 함유할 수 있다.
백금족 금속, 비금속 및 그의 조합을 함유하는 산화 촉매는, HC와 CO 기체상 오염물 및 약간의 미립자 물질을, 이러한 오염물의 산화를 통해, 이산화탄소 및 물로 전환시키는 것을 촉진함으로써, 디젤 엔진 배기물의 처리를 용이하게 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 촉매는 일반적으로, 디젤 엔진의 배기물이 대기 중에 배출되기 전에 배출물을 처리하도록 배기물 내에 위치하는, 디젤 산화 촉매("DOC")라고 불리는 장치에 함유된다. 이러한 촉매는, 미립자 물질을 포집함과 동시에 HC, CO 및 입자를 산화시키는, 촉매 매연 필터라고 불리는 장치 내에도 함유된다. 백금족 금속(전형적으로 내화성 산화물 지지체 상에 분산되어 있음)을 함유하는 산화 촉매는, 기체상 HC, CO 및 미립자 물질의 전환 외에도, 일산화질소(NO)의 NO2로의 산화를 촉진한다.
암모니아 선택적 촉매 환원(SCR)은 디젤 및 희박-연소 엔진에서의 엄격한 NOx 배출 목표를 충족시키는데 사용되는 NOx 저감 기술이다. 암모니아 SCR 공정에서, NOx(통상적으로 NO + NO2로 이루어짐)는, 전형적으로 비금속으로 이루어진 촉매 상에서, 암모니아(또는 우레아와 같은 암모니아 전구체)와 반응하여 질소(N2)를 형성한다. 이러한 기술은 전형적인 디젤 주행 사이클 동안에 90% 초과의 NOx 전환율을 달성할 수 있고, 따라서 이것은 공격적인 NOx 저감 목표를 달성하기 위한 가장 좋은 접근법 중 하나를 대표한다.
몇몇 암모니아 SCR 촉매 물질의 특징적인 양태는 전형적인 주행 사이클의 저온 부분 동안에 촉매 표면 상의 루이스 및 브뢴스테드 산성 부위 상에 상당량의 암모니아를 보유하는 성향이다. 후속적으로 배기 온도의 증가로 인해 암모니아가 암모니아 SCR 촉매 표면으로부터 탈착되어 차량의 배기 파이프를 빠져나갈 수 있다. NOx 전환율을 증가시키기 위해서 암모니아를 과량으로 도입시키는 것은, 암모니아가 암모니아 SCR 촉매로부터 빠져나갈 수 있는 또 다른 잠재적인 시나리오이다.
암모니아 SCR 촉매로부터의 암모니아의 방출(ammonia slip)은 수많은 문제를 일으킨다. NH3의 냄새 최소감지농도는 공기 중 20 ppm이다. 100 ppm 초과에서는 눈 및 목 자극이 현저하고, 400 ppm 초과에서는 피부 자극이 일어나고, IDLH는 공기 중 500 ppm이다. NH3는 특히 수성 형태일 때 부식성이다. 배기 촉매의 배기 라인 다운스트림의 보다 차가운 영역에서의 NH3 및 물의 응축으로 인해 부식성 혼합물이 제공될 것이다.
따라서, 암모니아가 테일파이프에 들어갈 수 있기 전에 암모니아를 제거하는 것이 바람직하다. 선택적 암모니아 산화(AMOx) 촉매는, 이러한 목적을 위해, 과량의 암모니아를 N2로 전환시키는 목표를 갖고서, 사용된다. 차량 주행 사이클에서 암모니아 방출이 일어나는 넓은 온도 범위에서 암모니아를 전환시킬 수 있고 질소 산화물 부산물을 최소로 생성할 수 있는, 선택적 암모니아 산화를 위한 촉매를 제공하는 것이 바람직하다. AMOx 촉매는 잠재적인 온실가스인 N2O를 최소로 생성해야 한다.
<발명의 개요>
본 발명의 측면은 배기 기체 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품, 촉매 시스템 및 방법, 및 이러한 기체의 처리를 위한 촉매 물품의 제조 방법을 포함한다. 첫 번째 측면은 미립자 물질, 탄화수소, CO 및 암모니아를 함유하는 배기 기체 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품에 관한 것이다. 제1 실시양태에서, 물품은 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 포함하는 기재, 기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 백금족 금속을 포함하는 제1 촉매 코팅, 및 기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅의 일부와 중첩되며, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 포함하는 제2 촉매 코팅을 포함한다. 제2 실시양태에서, 기재는 통로를 경계짓고 한정하는 종방향으로 연장된 벽에 의해 형성된 다수의 종방향으로 연장된 통로를 갖는 유동-관통형(flow-through) 기재이다. 제3 실시양태에서, 기재는 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽-유동형 필터이고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있다.
제4 실시양태에서, 제1 내지 제3 실시양태는, 백금족 금속의 적어도 일부가 미립자 내화성 금속 산화물 지지체 상에 존재하도록 변형될 수 있다. 제5 실시양태에서, 제1 내지 제4 실시양태는, 백금속 금속이 백금이도록 변형될 수 있다. 제6 실시양태에서, 제1 내지 제5 실시양태는, 제1 촉매 코팅 및 제2 촉매 코팅이 중첩되어, 선택적 촉매 환원을 통해 NOx를 제거하는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역인 세 개의 대역을 형성하도록 변형될 수 있다. 제7 실시양태에서, 제1 내지 제6 실시양태는, 세 개의 대역 각각이 개별적으로 기재의 축 길이의 약 10 내지 약 80%의 범위를 점유하도록 변형될 수 있다. 제8 실시양태에서, 제1 내지 제7 실시양태는 백금족 금속이 기재 벽 상에 직접 지지되도록 변형될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 배출물 처리 시스템에 관한 것이다. 제9 실시양태에서, 시스템은 미립자 물질, NOx 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진, 및 제1 내지 제8 실시양태에 따른 촉매 물품을 포함한다. 예를 들어, 촉매 물품은, 디젤 엔진의 다운스트림에 위치하고 디젤 엔진과 유체 소통하는, 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 제1 기재, 기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장된, 백금족 금속을 포함하는 제1 촉매 코팅, 및 기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 포함하는 제2 촉매 코팅을 포함할 수 있다. 시스템의 하나 이상의 실시양태에서, 제1 기재는 벽-유동형 기재 및 유동-관통형 기재로 이루어진 군으로부터 선택된다.
제10 실시양태에서, 제9 실시양태는, 배기 스트림과 유체 소통하고 디젤 엔진과 제1 기재 사이에 위치하며, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매로써 코팅된 업스트림 기재가 존재하도록 변형될 수 있다. 제11 실시양태에서, 제10 실시양태는, 업스트림 기재가 벌집형 유동-관통형 기재를 포함하도록 변형될 수 있다. 제12 실시양태에서, 제10 실시양태는, 업스트림 기재가, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재를 포함하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있도록 변형된다.
제13 실시양태에서, 제10 실시양태는, 배기 스트림과 유체 소통하고 디젤 엔진과 다공성 기재 사이에 위치하며, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재가 존재하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있고, 탄화수소 또는 CO 산화 촉매로써 코팅되어 있도록 변형된다.
본 발명의 또 다른 측면은 촉매 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 제14 실시양태에서, 제1의 실질적으로 지지되지 않은 백금족 금속을 벌집형 기재의 다공성 벽 상에 직접 코팅하고; 코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1의 실질적으로 지지되지 않은 백금족 금속을 기재 상에 고정시키고; 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 워시코트층(washcoat layer)을 다공성 벽의 일부에 슬러리 코팅하고; 코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시킴을 포함하는 방법에 따라, 제1 내지 제8 실시양태에 따른 촉매 물품을 제조한다.
제15 실시양태에서, NOx를 함유하는 배기 스트림의 처리를 위한, 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 촉매 물품의 제조 방법이 제공된다. 제15 실시양태에서, 유출 단부에 인접하게 벌집형 기재의 다공성 벽 상에 백금족 금속을 함유하는 제1 워시코트층을 슬러리 코팅하고; 유입 단부로부터 연장되고 제1 워시코트층과 적어도 부분적으로 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 제2 워시코트층을 다공성 벽에 슬러리 코팅하고; 코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시켜, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역을 제공함을 포함하는 방법을 사용하는 방법에 따라, 제1 내지 제8 실시양태에 따른 촉매 물품을 제조한다.
제16 실시양태에서, NOx를 함유하는 배기 스트림의 처리를 위한, 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 촉매 물품의 제조 방법이 제공된다. 제15 실시양태에서, 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되는, 배기 스트림 내의 일산화탄소의 산화를 촉매하기에 효과적인 백금족 금속을 함유하는 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분에 코팅하고; 코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분 상에 고정시키고; 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되는, 배기 스트림 내의 NOx를 환원시키기에 효과적인 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분에 코팅하고; 코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분 상에 고정시킴을 포함하는 방법에 따라, 제1 내지 제8 실시양태에 따른 촉매 물품을 제조한다.
하기 도면은 본 발명의 실시양태를 도시한다. 도면은 축척에 맞도록 의도된 것은 아니며 모노리스 채널와 같은 특정한 양태는 본 발명의 실시양태에 따른 양태를 보여주기 위해 확대될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1은 제1 촉매와 제2 촉매 둘 다로써 코팅된 후의 촉매 모노리스 및 개별적인 모노리스 채널 내의 워시코트층 기하구조의 개요도를 보여준다.
도2는 하나 이상의 실시양태에 따른 촉매 시스템에서의 NH3의 N2로의 전환, 및 CO, HC의 CO2로의 전환을 도시하는 개요도이다.
도 3은 도 1로부터의 전체 기재를 코팅한 후의 촉매 모노리스 및 개별적인 모노리스 채널 내의 워시코트층 기하구조의 개요도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 한 실시양태에 따른, 엔진 배출물 처리 시스템의 개요도이다.
<상세한 설명>
본 발명의 여러 예시적인 실시양태를 기술하기 전에, 본 발명은 하기 설명에서 제공된 구성 또는 공정 단계의 세부사항으로만 제한되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 기타 실시양태일 수 있고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된 바와 같은, 단수 표현은 문맥에서 달리 명백하게 지시되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "촉매"라는 언급에는 둘 이상의 촉매들의 혼합물 등도 포함된다. 본원에서 사용된 바와 같은, "저감하다"라는 용어는 양을 감소시킴을 의미하고, "저감"은 임의의 수단에 의해 초래된 양의 감소를 의미한다. "배기 스트림" 및 "엔진 배기 스트림"이라는 용어가 본원에서 출현하는 경우, 이것은 엔진에서 나온 유출물 뿐만 아니라 디젤 산화 촉매 및/또는 매연 필터를 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아닌 하나 이상의 기타 촉매 시스템 성분의 유출 다운스트림을 지칭하는 것이다.
본 발명의 한 측면은 촉매에 관한 것이다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 촉매는 워시코트층으로서 모노리식 기재 상에 위치할 수 있다. 본원에서 사용되고 문헌 [Heck, Ronald and Robert Farrauto, Catalytic Air Pollution Control, New York: Wiley-Interscience, 2002, pp. 18-19]에서 기술된 바와 같이, 워시코트층은 모노리식 기재의 표면 또는 그 아래에 있는 워시코트층 상에 위치한 조성적으로 상이한 물질층을 포함한다. 촉매는 하나 이상의 워시코트층을 함유할 수 있고, 각각의 워시코트층은 독특한 화학적 촉매 작용을 가질 수 있다.
하나 이상의 실시양태에서, 이관능성 촉매가 제공된다. 본 발명의 한 측면에 따르면, SCR 작용 및 NH3 산화 작용을 위한 물리적으로 상이한 조성물을 갖는 모듈형 촉매 시스템을 포함하는 이관능성 촉매가 제공된다. 하나 이상의 실시양태에 따르면, 이러한 모듈형 촉매 시스템은 두 가지의 작용의 동력학을 독립적으로 조정하는 보다 우수한 융통성을 허용한다. 그렇게 함으로써, 촉매의 물리적 구조를 사용하여 화학적 촉매작용적 사건의 순서를 제어할 수 있고, NOx와 NH3의 전환율을 증가시킬 수 있고, N2에 대한 선택도를 증가시킬 수 있다. SCR 작용을 위한 촉매 조성물과 NH3 산화 작용을 위한 촉매 조성물은 기재 상의 개별적인 워시코트층 내에 존재할 수 있거나, 또 다르게는, SCR 작용을 위한 조성물과 NH3 산화 작용을 위한 조성물은 기재 상의 개별적인 종방향 대역 내에 존재할 수 있다.
"SCR 작용"이라는 용어는 본원에서는 화학양론적 식 1에 의해 기술되는 화학 과정을 지칭하는데 사용될 것이다.
Figure pat00001
식 1
더욱 일반적으로는 이것은 NOx와 NH3가 화합하여 바람직하게는 N2를 생성하는 임의의 화학 과정을 지칭할 것이다. "SCR 조성물"이라는 용어는 SCR 작용을 촉진하는데 효과적인 물질 조성물을 지칭한다. "NH3 산화 작용"이라는 용어는 본원에서는 식 2에 의해 기술되는 화학 과정을 지칭하는데 사용될 것이다.
Figure pat00002
식 2
더욱 일반적으로는, 이것은 NH3가 산소와 반응하여 NO, NO2, N2O, 또는 바람직하게는 N2를 생성하는 과정을 지칭할 것이다. "NH3 산화 조성물"이라는 용어는 NH3 산화 작용을 촉진하는데 효과적인 물질 조성물을 지칭한다.
도 1에서, 본 발명의 하나 이상의 실시양태는 미립자 물질, 탄화수소, CO 및 암모니아를 함유하는 배기 기체 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품 (10)에 관한 것이다. 촉매 물품은 종종 운반체 또는 운반체 기재라고 지칭되는 기재 (12)를 포함한다. 기재 (12)는 축 길이 L을 한정하는 유입 단부 (22) 및 유출 단부 (24)를 갖는다. 기재 (12)는 일반적으로 다수의 채널 (14)를 갖고, 명확히 하기 위해 그 중 하나만이 도시되어 있다. 기재 상의 제1 촉매 코팅 (16)은 백금족 금속을 포함한다. 제1 촉매 코팅 (16)은 기재 (12)의 전체 축 길이 L보다 작은 길이에 걸쳐 기재 (12)의 유출 단부 (24)로부터 유입 단부 (22) 쪽으로 연장된다. 제2 촉매 코팅 (18)은 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 포함한다. 제2 촉매 코팅 (18)은 기재 (12)의 전체 축 길이 L보다 작은 길이에 걸쳐 기재 (12)의 유입 단부 (22)로부터 유출 단부 (24) 쪽으로 연장된다. 제2 촉매 코팅 (18)은 제1 촉매 코팅 (16)의 일부 (20)와 중첩된다.
몇몇 실시양태의 백금족 금속은 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 오스뮴 및 이리듐 중 하나 이상이다. 상세한 실시양태에서, 백금족 금속은 팔라듐, 백금 및 그의 조합 중에서 하나 이상이다. 특정한 실시양태에서, 백금족 금속은 백금을 단독으로 또는 기타 백금족 금속과의 조합으로서 포함한다.
상세한 실시양태에 따르면, 백금족 금속의 적어도 일부는 미립자 내화성 산화물 지지체 상에 지지된다. 몇몇 특정한 실시양태에서, 백금족 금속은 기재 벽 상에 직접 지지된다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된 바와 같은, "기재 벽 상에 직접 지지된"이라는 용어는, 금속이 예컨대 용액 함침에 의해 미립자 지지체 상에 지지되지 않음을 의미한다. 또한, "실질적으로 지지되지 않은"이란 용어는 금속이 기재 벽 상에 직접 지지됨을 의미한다. 예를 들어, 금속이, 중간에 개입된 미립자 내화성 산화물 지지체 없이 기재 상에 코팅된다.
상세한 실시양태에서, 제1 촉매 코팅 및 제2 촉매 코팅은 중첩되어 세 개의 대역 (16), (18) 및 (20)을 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 대역 (18)은 선택적 촉매 환원에 의해 NOx를 제거한다. 제2 대역 (20)은 암모니아를 산화시키고 제3 대역 (16)은 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시킨다. CO 및 HC의 산화를 허용하기 위해, 제3 대역은 라이트오프(lightoff) 및 산화를 허용하도록 CO 및 HC에게 접근가능해야 한다.
상세한 실시양태에서, 세 개의 대역들은 각각 개별적으로 기재의 축 길이의 약 10 내지 약 80%의 범위를 점유한다. 특정한 실시양태에서, 세 개의 대역들은 각각 기재의 축 길이의 1/3을 점유한다.
기재
하나 이상의 실시양태에 따르면, 촉매를 위한 기재는 전형적으로 자동차 촉매를 제조하는데 사용되는 임의의 물질일 수 있고 전형적으로 금속 또는 세라믹 벌집형 구조를 포함할 것이다. 임의의 적합한 기재, 예컨대 통로가 유체 유동물에 대해 개방되도록 기재의 유입면으로부터 유출면까지 연장되는 다수의 미세한, 평행한 기체 유동 통로를 갖는 모노리식 유동-관통형 기재가 사용될 수 있다. 유체 유입부로부터 유체 유출부까지 본질적으로 직선형 경로인 통로는, 통로를 통해 흐르는 기체가 촉매작용 물질과 접촉하도록 촉매작용 물질이 "워시코트층"으로서 코팅된 벽에 의해 한정된다. 모노리식 기재의 유동 통로는, 임의의 적합한 횡단면 형상, 예컨대 사다리꼴, 직사각형, 정사각형, 사인꼴, 육각형, 타원형, 원형 등을 가질 수 있는 박막 채널이다. 이러한 구조는 약 60 내지 약 1200개 이상의, 횡단면 제곱인치 당 기체 유입 개구(즉, "셀")(cpsi)를 함유할 수 있다. 대표적인 상업적으로 입수가능한 유동-관통형 기재는, 근청석으로부터 제조되고 400 cpsi를 갖고 6 mil의 벽 두께를 갖는 코닝(Corning) 400/6 근청석 물질이다. 그러나, 본 발명은 특정한 기재 유형, 물질, 또는 기하구조로만 제한되는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다.
세라믹 기재는 임의의 적합한 내화성 물질, 예를 들어 근청석, 근청석-α 알루미나, 질화규소, 지르콘 뮬라이트, 유휘석, 알루미나-실리카 마그네시아, 지르콘 규산염, 규선석, 규산마그네슘, 지르콘, 페탈라이트, α 알루미나, 알루미노실리케이트 등으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 촉매에 유용한 기재는 본질적으로 금속성일 수도 있고 하나 이상의 금속 또는 금속 합금으로 이루어질 수 있다. 예시적인 금속성 지지체는 내열성 금속 및 금속 합금, 예컨대 티타늄 및 스테인레스강 뿐만 아니라, 철이 실질적인 또는 주요한 성분인 기타 합금을 포함한다. 이러한 합금은 니켈, 크로뮴 및/또는 알루미늄 중 하나 이상을 함유할 수 있고, 이러한 금속의 총량에는 15 중량% 이상의 합금, 예를 들어 10 내지 25 중량%의 크로뮴, 3 내지 8 중량%의 알루미늄 및 20 중량% 이하의 니켈이 포함될 수 있다. 합금은 소량 또는 미량의 하나 이상의 기타 금속, 예컨대 망간, 구리, 바나듐, 티타늄 등을 함유할 수도 있다. 금속성 기재는 다양한 형상, 예컨대 주름진 시트 또는 모노리스 형태로 사용될 수 있다. 대표적인 상업적으로 입수가능한 금속 기재는 에미텍(Emitec)에 의해 제조된다. 그러나, 본 발명은 특정한 기재 유형, 물질, 또는 기하구조로만 제한되는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 금속 기재의 표면을 고온, 예를 들어 1000°이상에서 산화시켜, 기재의 표면 상에 산화물 층을 형성하여 합금의 내식성을 개선할 수 있다. 이러한 고온-유도된 산화는 기재에 대한 내화성 금속 산화물 지지체 및 촉매작용적-촉진 금속 성분의 부착을 향상시킬 수도 있다.
본 발명의 실시양태에 따른 SCR 촉매 조성물을 지지하는데 유용한 벽 유동형 기재는, 기재의 종방향 축을 따라 연장되는, 다수의 미세한, 실질적으로 평행한 기체 유동 통로를 갖는다. 전형적으로, 각각의 통로는 기재의 한쪽 단부가 막혀있고, 교대되는 통로들은 반대쪽 단부에서 막혀있다. 이러한 모노리식 운반체는, 비록 더 적은 개수의 유동 채널을 함유할 수도 있지만, 약 700개 이상의, 횡단면 제곱인치당 유동 통로(또는 "셀")를 함유할 수 있다. 예를 들어, 운반체는 약 7 내지 600개, 더욱 통상적으로는 약 100 내지 400개의, 제곱인치 당 셀("cpsi")을 가질 수 있다. 셀은 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 육각형, 또는 기타 다각형 형상인 횡단면을 가질 수 있다. 벽 유동형 기재는 전형적으로 0.002 내지 0.1 인치의 벽 두께를 갖는다. 적합한 벽 유동형 기재는 0.002 내지 0.015 인치의 벽 두께를 갖는다.
적합한 벽 유동형 필터 기재는 세라믹-유사 물질, 예컨대 근청석, 알파-알루미나, 탄화규소, 질화규소, 지르코니아, 뮬라이트, 유휘석, 알루미나-실리카-마그네시아 또는 지르콘 규산염, 또는 다공성 내화성 금속으로 이루어진다. 벽 유동형 기재는 세라믹 섬유 복합 물질로써 형성될 수도 있다. 적합한 벽 유동형 기재는 근청석 및 탄화규소로부터 형성된다. 이러한 물질은 배기 스트림의 처리에서 직면되는 환경, 특히 고온을 견딜 수 있다. 벽 유동형 필터는 대역 코팅된 구조에서 필터의 전체 축 길이 또는 전체 축 길이의 일부에 걸쳐 SCR 촉매로써 코팅될 수 있다.
본 발명의 시스템에서 사용되기에 적합한 벽 유동형 기재는, 물품 전체를 가로지르는 배압 또는 압력을 너무 많이 증가시키지 않고서도 유체 스트림이 통과하는 얇은 다공성 벽을 갖는 벌집(모노리스)을 포함한다. 통상적으로, 깨끗한 벽 유동형 물품의 존재는 배압을 1 물기둥 인치 내지 10 psig로 생성할 것이다. 한 실시양태에서, 시스템에서 사용되는 세라믹 벽 유동형 기재는 5 마이크로미터 이상(예를 들어, 5 내지 30 마이크로미터)의 평균 기공 크기를 갖는 적어도 40% 또는 45%(예를 들어, 40% 내지 80%)의 다공도를 갖는 물질로써 형성된다. 특정한 실시양태에서, 이러한 물질은 50% 이상(예를 들어, 50% 내지 80%)의 다공도를 갖는다. 벽을 형성하는 물질의 다공도는 물질의 이론적 밀도에 대한 벽의 밀도에 의해 한정될 수 있다. 특정한 실시양태에서, 기재는 55% 이상의 다공도를 갖고 10 마이크로미터 이상의 평균 기공 크기를 갖는다. 이러한 다공도 및 이러한 평균 기공 크기를 갖는 기재를 하기에서 기술된 기술을 사용하여 코팅하는 경우, 적당한 수준의 SCR 촉매 조성물을 기재 상에 담지시켜 탁월한 NOx 전환 효율을 달성할 수 있다. 이러한 기재는 SCR 촉매 담지에도 불구하고 여전히 적당한 배기물 유동 특성, 즉 허용되는 배압을 보유할 수 있다. 미국 특허 4,329,162는 적합한 벽 유동형 기재의 개시 내용에 대해 본원에 참고로 포함된다. 기재 (12)는 기체 스트림 내의 미립자 물질의 약 70% 이상을 제거하는 고 효율 필터일 수도 있다.
상업적으로 사용되는 전형적인 벽 유동형 필터는 전형적으로, 본 발명에서 사용되는 벽 유동형 필터보다 더 낮은 벽 다공도, 예를 들어 약 35 내지 50%의 벽 다공도를 갖도록 형성된다. 일반적으로, 상업적인 벽 유동형 필터는 기공 크기 분포가 전형적으로 매우 넓고 평균 기공 크기는 17 마이크로미터 미만이다.
SCR 조성물
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, SCR 작용을 촉진하기에 효과적인 성분(본원에서는 "SCR 성분"이라고 지칭됨)이 NOx 저감 촉매 조성물의 일부로서 워시코트층에서 사용된다. 전형적으로, SCR 성분은 워시코트층 내에 기타 성분을 포함하는 조성물의 일부이다. 그러나, 하나 이상의 실시양태에서, NOx 저감 촉매 조성물은 SCR 성분만을 포함할 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 본 발명에서는, 미공질 무기 골격체(framework) 또는 분자체를 포함하고, 원소주기율표의 VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB 또는 IIB 족 중 하나로부터 유래된 금속이 분자체의 외부 표면 상의 골격체 외의 부위에 또는 채널, 공동, 또는 케이지 내에 침착된, SCR 성분이 사용된다. 금속은 영가 금속 원자 또는 클러스터, 단리된 양이온, 단핵성 또는 다핵성 옥시양이온, 또는 확장된(extended) 금속 산화물을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아닌 여러 형태들 중 하나를 가질 수 있다. 특정한 실시양태에서, 금속은 철, 구리, 및 이것들의 혼합물 또는 조합을 포함한다.
특정한 실시양태에서, SCR 성분은 약 0.10 중량% 내지 약 10 중량%의 범위의, 분자체의 외부 표면 상의 골격체 외의 부위 또는 채널, 공동 또는 케이지 내에 위치한 VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB 또는 IIB 족 금속을 함유한다. 바람직한 실시양태에서, 골격체 외의 금속은 약 0.2 중량% 내지 약 5 중량%의 범위의 양으로 존재한다.
미공질 무기 골격체는 인터내셔널 제올라이트 어소시에이션(International Zeolite Association(IZA))에 의해 출판된 문헌 [Database of Zeolite Structures]에 열거된 골격체 구조 중 임의의 하나를 갖는 미공질 알루미노실리케이트 또는 제올라이트로 이루어질 수 있다. 골격체 구조는 CHA, FAU, BEA, MFI, MOR 유형의 것을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 이러한 구조를 갖는 제올라이트의 비-제한적 예는 카바자이트, 파우자사이트, 제올라이트 Y, 초안정(ultrastable) 제올라이트 Y, 베타 제올라이트, 모르데나이트, 실리칼라이트, 제올라이트 X, 및 ZSM-5를 포함한다. 몇몇 실시양태에서는 약 5 이상, 바람직하게는 약 20 이상의, 약 10 내지 200의 유용한 범위의 실리카/알루미나 몰비(SiO2/Al2O3로서 정의되고 SAR로서 축약됨)를 갖는 알루미노실리케이트 제올라이트가 사용된다.
특정한 실시양태에서, SCR 성분은, CHA 결정 골격체 유형, 약 15 초과의 SAR, 및 약 0.2 중량%를 초과하는 구리 함량을 갖는 알루미노실리케이트 분자체를 포함한다. 보다 특정한 실시양태에서, SAR은 약 10 이상이고, 구리 함량은 약 0.2 중량% 내지 약 5 중량%이다. CHA 구조를 갖는 제올라이트는 천연 카바자이트, SSZ-13, LZ-218, 린데(Linde) D, 린데 R, 파이(Phi), ZK-14, 및 ZYT-6을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 기타 적합한 제올라이트는, 그 전문이 본원이 참고로 포함된, 발명의 명칭이 "구리 CHA 제올라이트 촉매(Copper CHA Zeolite Catalysts)"인, 미국 특허 7,601,662에도 기술되어 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, 비-제올라이트 분자체를 포함하는 SCR 조성물이 제공된다. 본원에서 사용된 바와 같은, "비-제올라이트 분자체"라는 용어는, 사면체 자리의 적어도 일부가 규소 또는 알루미늄 외의 원소에 의해 점유된, 모서리를 공유하는 사면체 골격체를 지칭한다. 이러한 분자체의 비-제한적 예는 알루미노포스페이트 및 금속-알루미노포스페이트를 포함하고, 여기서 금속은 규소, 구리, 아연 또는 기타 적합한 금속을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태는 CHA, FAU, MFI, MOR, 및 BEA로부터 선택된 결정 골격체 유형을 갖는 비-제올라이트 분자체를 포함할 수 있다.
비-제올라이트 조성물은 본 발명의 실시양태에 따른 SCR 성분에서 사용될 수 있다. 특정한 비-제한적 예는 실리코알루미노포스페이트 SAPO-34, SAPO-37, SAPO-44를 포함한다. SAPO-34의 합성 형태의 합성은 본원에 참고로 포함된 미국 특허 7,264,789에 기술되어 있다. 카바자이트 구조를 갖는 또 다른 합성 비-제올라이트 분자체인 SAPO-44의 제조 방법은, 본원에 참고로 포함된 미국 특허 6,162,415에 기술되어 있다.
알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 세리아 및 그의 조합과 같은 내화성 금속 산화물 상에 지지된 바나듐으로 이루어진 SCR 조성물은 잘 공지되어 있고 자동차 응용분야에서 상업적으로 널리 사용되고 있다. 전형적인 조성물은 그 전문이 본원에 참고로 포함된 미국 특허 4,010,238 및 4,085,193에 기술되어 있다. 특히 자동차 응용분야에서 상업적으로 사용되는 조성물은 WO3 및 V2O5가 각각 5 내지 20 중량% 및 0.5 내지 6 중량%의 범위의 농도로 분산되어 있는 TIO2를 포함한다. 이러한 촉매는 결합제 및 촉진제로서 작용하는 SiO2 및 ZrO2와 같은 기타 무기 물질을 함유할 수 있다.
NH3 산화 조성물
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따르면, NH3 산화 작용을 촉진하기에 효과적인 조성물(본원에서는 "NH3 산화 성분"이라고 지칭됨)이 NOx 저감 촉매에서 사용된다. 배기 기체 스트림 내에 함유된 암모니아는 NH3 산화 성분 상에서 산소와 반응하여 식 1에 따라 N2를 형성한다.
하나 이상의 실시양태에 따르면, NH3 산화 성분은 배기 기체 스트림으로부터 암모니아를 제거하기에 효과적인 지지된 귀금속 성분일 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 귀금속 성분은 루테늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 백금, 은 또는 금을 포함한다. 특정한 실시양태에서, 귀금속 성분은 루테늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 백금, 은 및 금의 물리적 혼합물, 화학적 조합 및 원자적-도핑된 조합을 포함한다. 보다 특정한 실시양태에서, 귀금속 성분은 백금을 포함한다. 더욱 더 특정한 실시양태에서, 백금은 Pt 지지체 담지율을 기준으로 약 0.008 중량% 내지 약 2 중량%(금속)의 범위의 양으로 존재한다.
하나 이상의 실시양태에 따라, 귀금속 성분은 고 표면적 내화성 금속 산화물 지지체 상에 침착된다. 적합한 고 표면적 내화성 금속 산화물의 예는 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 및 지르코니아 뿐만 아니라 그의 물리적 혼합물, 화학적 조합 및/또는 원자적-도핑된 조합을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 특정한 실시양태에서, 내화성 금속 산화물은 혼합된 산화물, 예컨대 실리카-알루미나, 무정형 또는 결정질 알루미노실리케이트, 알루미나-지르코니아, 알루미나-란타나, 알루미나-크로미아, 알루미나-바리아, 알루미나-세리아 등을 함유할 수 있다. 예시적인 내화성 금속 산화물은 약 50 내지 약 300 ㎡/g의 비표면적을 갖는 고 표면적 γ-알루미나를 포함한다.
달리 본원에서 언급된 바와 같이, NH3 산화 성분은 제올라이트 또는 비-제올라이트 분자체를 포함할 수 있고, 이것은 인터내셔널 제올라이트 어소시에이션(IZA)에 의해 출판된 문헌 [Database of Zeolite Structures]에 열거된 골격체 구조 중 임의의 하나를 가질 수 있다. 골격체 구조는 CHA, FAU, BEA, MFI, 및 MOR 유형의 것을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 한 실시양태에서, 분자체 성분은 산화물-지지된 백금 성분과 물리적으로 혼합될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 백금은 분자체의 외부 표면 상에 또는 채널, 공동, 또는 케이지 내에 분포될 수 있다.
NH3 산화 조성물은 암모니아 SCR 작용에 활성적인 성분을 함유할 수 있다. SCR 성분은 이전의 단락에서 기술된 SCR 성분 중 임의의 하나로 이루어질 수 있다. 한 실시양태에서, NH3 산화 성분은 산화물-지지된 백금 성분과 SCR 성분의 물리적 혼합물을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 백금은 SCR 성분의 외부 표면 상에 또는 채널, 공동, 또는 케이지 내에 분포될 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 촉매 물품은, 백금족 금속 성분, 예를 들어, Pt를 포함하는 제1층, 및 분자체, 예를 들어, 제올라이트를 포함하는 제2층인, NH3 산화를 위한 두 개의 층을 포함한다.
워시코트층
하나 이상의 실시양태에 따르면, SCR 성분 및 NH3 산화 성분은, 기재에 코팅되고 부착된 워시코트층에 적용될 수 있다.
예를 들어, NH3 산화 성분을 함유하는 조성물의 워시코트층을, 적합한 용매, 예를 들어, 물에서, 백금 전구체의 혼합물 또는 용액을 제조함으로써, 제조할 수 있다. 일반적으로, 경제적 및 환경적 측면의 관점에서 볼 때, 백금의 용해성 화합물 또는 착물의 수용액이 바람직하다. 전형적으로, 백금 전구체는 지지체 상에서의 백금 전구체의 분산을 달성하도록 화합물 또는 착물의 형태로서 사용된다. 본 발명의 목적을 위해, "백금 전구체"라는 용어는, 하소 또는 사용 개시 때에, 촉매 활성 형태가 되도록 분해 또는 달리 전환되는 임의의 화합물, 착물 등을 의미한다. 적합한 백금 착물 또는 화합물은 백금 염화물(예를 들어, [PtCl4]2-,[PtCl6]2-의 염), 백금 수산화물(예를 들어, [Pt(OH)6]2-), 백금 아민(예를 들어, [Pt(NH3)4]2+, [Pt(NH3)4]4+의 염,), 백금 수화물(예를 들어, [Pt(OH2)4]2+의 염), 플레티늄 비스(아세틸아세토네이트), 및 혼합된 화합물 또는 착물(예를 들어, [Pt(NH3)2(Cl)2]을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 대표적인 상업적으로 입수가능한 백금 공급원은, 미량의 기타 귀금속을 함유할 수 있는, 스트렘 케미칼즈 인코포레이티드(Strem Chemicals, Inc.)로부터의 99% 암모늄 헥사클로로플래티네이트이다. 그러나, 본 발명은 특정한 유형, 조성, 또는 순도의 백금 전구체로만 제한되는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 백금 전구체의 혼합물 또는 용액을 여러 화학적 수단 중 하나를 통해 지지체에 첨가한다. 이것은 백금 전구체의 용액을 지지체 상에 함침시킴을 포함하고, 이어서 산성 성분(예를 들어, 아세트산) 또는 염기성 성분(예를 들어, 수산화암모늄)을 도입시키는 고정 단계를 수행함을 포함할 수 있다. 이러한 습윤한 고체를 화학적으로 환원시키거나 하소시키거나 그대로 사용할 수 있다. 또 다르게는, 지지체를 적합한 비히클(예를 들어, 물)에 현탁시키고 용액에서 백금 전구체와 반응시킬 수 있다. 이러한 후자의 방법은, 지지체가 제올라이트인 경우에, 보다 전형적이며, 백금 지지체를 제올라이트 골격체 내의 이온-교환 부위에 고정시키는 것이 바람직하다. 추가의 가공 단계는 산성 성분(예를 들어, 아세트산) 또는 염기성 성분(예를 들어, 수산화암모늄), 화학적 환원, 또는 하소를 통해 고정시킴을 포함할 수 있다.
SCR 조성물의 워시코트층을 사용하는 하나 이상의 실시양태에서, 층은 원소주기율표의 VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, 또는 IIB 족 중 하나로부터의 금속이 분포된 제올라이트 또는 비-제올라이트 분자체를 함유할 수 있다. 이러한 계열의 예시적인 금속은 구리이다. 예시적인 분자체는 하기 결정 구조 CHA, BEA, FAU, MOR, 및 MFI 중 하나를 갖는 제올라이트를 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 제올라이트 상에 금속을 분포시키기에 적합한 방법은 우선 적합한 용매, 예를 들어, 물에서 금속 전구체의 혼합물 또는 용액을 제조하는 것이다. 일반적으로, 경제적 및 환경적 측면의 관점에서 볼 때, 금속의 용해성 화합물 또는 착물의 수용액이 바람직하다. 본 발명의 목적을 위해, "금속 전구체"라는 용어는, 제올라이트 지지체 상에 분산되어 촉매 활성 금속 성분을 제공할 수 있는 임의의 화합물, 착물 등을 의미한다. 예시적인 IB족 금속 구리의 경우, 적합한 착물 또는 화합물은 무수 및 수화된 황산구리, 질산구리, 아세트산구리, 쿠퍼 아세틸아세토네이트, 산화구리, 수산화구리, 및 구리 아민(예를 들어, [Cu(NH3)4]2+)의 염을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 대표적인 상업적으로 입수가능한 구리 공급원은 미량의 기타 금속, 특히 철 및 니켈을 함유할 수 있는, 스트렘 케미칼즈 인코포레이티드로부터의 97% 아세트산구리이다. 그러나, 본 발명이 특정한 유형, 조성, 또는 순도의 금속 전구체로만 제한되는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 분자체를 금속 성분의 용액에 첨가하여 현탁액을 형성할 수 있다. 이러한 현탁액을, 구리 성분이 제올라이트 상에 분포되게 반응하도록 허용할 수 있다. 그 결과 구리가 기공 채널 뿐만 아니라 분자체의 외부 표면 상에 분포될 수 있다. 구리는 구리(II) 이온, 구리(I) 이온, 또는 산화구리로서 분포될 수 있다. 구리가 분자체 상에 분포된 후에, 고체를 현탁액의 액체상으로부터 분리하고, 세척하고, 건조시킬 수 있다. 그 결과의 구리-함유 분자체를 하소시켜 구리를 고정시킬 수도 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 워시코트층을 적용하기 위해, SCR 성분, NH3 산화 성분, 또는 그의 혼합물로 이루어진, 미세하게 분쇄된 촉매 입자를 적당한 비히클, 예를 들어 물에 현탁시킴으로써, 슬러리를 형성한다. 기타 촉진제 및/또는 안정화제 및/또는 계면활성제를 물 또는 수-혼화성 비히클 중의 혼합물 또는 용액으로서 슬러리에 첨가할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 실질적으로 모든 고체가, 평균직경에 있어서, 약 10 마이크로미터 미만, 즉 약 0.1 내지 8 마이크로미터의 범위의 입자 크기를 갖도록 슬러리를 분쇄한다. 분쇄를 볼밀, 연속식 이거(Eiger) 밀, 또는 기타 유사한 설비에서 수행할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 현탁액 또는 슬러리는 약 2 내지 약 7 미만의 pH를 갖는다. 슬러리의 pH를, 필요하다면 적당한 양의 무기 또는 유기 산을 슬러리에 첨가함으로써, 조절할 수 있다. 슬러리의 고체 함량은, 예를 들어, 약 20 내지 60 중량%, 더욱 특히는 약 35 내지 45 중량%일 수 있다. 이어서, 원하는 담지율의 촉매층이 기재 상에 침착되도록, 기재를 슬러리 내에 침지시킬 수 있거나, 슬러리를 달리 기재 상에 코팅할 수 있다. 이어서, 코팅된 기재를 약 100℃에서 건조시키고, 예를 들어, 300 내지 650℃에서 약 1 내지 약 3 시간 동안 가열함으로써 하소시킨다. 건조 및 하소를 전형적으로 공기 중에서 수행한다. 필요하다면, 지지체 상에 최종적인 원하는 중량의 촉매 워시코트층을 달성하도록, 코팅, 건조, 및 하소 공정을 반복할 수 있다. 몇몇 경우에는, 촉매가 사용되고 작업 동안에 직면되는 고온에 적용되기 전까지는 액체 및 기타 휘발성 성분의 완전한 제거가 일어나지 않을 수 있다.
하소 후, 코팅된 기재의 중량과 코팅되지 않은 기재의 중량의 차를 계산함으로써, 촉매 워시코트층 담지율을 결정할 수 있다. 당업자들이 명백하게 알게 될 바와 같이, 코팅 슬러리의 고체 함량 및 슬러리 점도를 변경시킴으로써, 촉매 담지율을 변경시킬 수 있다. 또 다르게는, 기재를 코팅 슬러리 내에 침지시키는 것을 반복한 후에 상기에서 기술된 바와 같이 과량의 슬러리를 제거할 수 있다.
촉매의 제조 방법
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 따른 촉매 또는 촉매 물품을 2-단계 공정에서 제조할 수 있다. 첫 번째 단계에서는, 특정한 실시양태에서는, 약 100개 채널/in2 내지 1000개 채널/in2의 범위의 치수의 채널 (14)를 함유하는, 다공성 벽을 갖는 벌집형 기재인 운반체 기재 (12)를 백금족 금속으로써 직접 코팅한다. 도시를 쉽게 하기 위해, 단일 채널 (14) 만이 도시되어 있다. 상세한 실시양태에서, 백금족 금속은, 중간에 개입된 미립자 내화성 산화물 지지체 없이 코팅된다. 도시를 쉽게 하기 위해, 이것은 제1 촉매 코팅 (16)으로서 도시되어 있다. 코팅된 기재 (12)를 건조시키고 하소시켜 실질적으로 지지되지 않은 백금족 금속을 기재 (12) 상에 고정시킨다. 이어서 기재 (12)의 다공성 벽의 일부를 질소 산화물의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅 (18) 워시코트층으로써 슬러리 코팅한다. 기재 (12)를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅 (18) 워시코트층을 기재 (12) 상에 고정시킨다.
상세한 실시양태에서, 제2 촉매 코팅 (18)을, 기재 (12)의 유입 단부 (22)와 유출 단부 (24) 사이의 한 대역 상에 형성하여, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소를 산화시키는 제3 대역인 세 개의 대역을 제공한다. 특정한 실시양태에서, 기재 (12)는 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터를 포함하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있다.
본 발명의 추가의 실시양태는 NOx를 함유하는 배기 스트림의 처리를 위한, 유입 단부 (22) 및 유출 단부 (24)를 갖는 촉매 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 제1 워시코트층 (16)을 기재 (12)의 유출 단부 (24)에 인접하게 벌집형 기재 (12)의 벽 상에 슬러리 코팅한다. 상세한 실시양태에서, 제1 워시코트층 (16)은 백금족 금속을 포함한다. 이어서 기재 (12)의 다공성 벽을 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 제2 워시코트층 (18)으로써 슬러리 코팅한다. 제2 워시코트층 (18)은 유입 단부 (22)로부터 연장되어 제1 워시코트층 (16)과 적어도 부분적으로 중첩된다. 코팅된 기재 (12)를 건조시키고 하소시켜 워시코트층 (16), (18)을 기재 (12) 상에 고정시킨다. 이렇게 하여, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역이 제공된다. 상세한 실시양태에서, 기재 (12)는 유동-관통형 기재를 포함한다.
하나 이상의 특정한 실시양태에서, 기재 (12)는 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 기재 필터를 포함하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있다.
본 발명의 추가의 실시양태는 미립자 물질, NOx 및 일산화탄소를 함유하는 배기 스트림의 처리를 위한 촉매의 제조 방법에 관한 것이다. 기재 (12)는 축 길이 L을 한정하는 유입 단부 (22) 및 유출 단부 (24)를 포함한다. 기재 (12)의 유출 부분을, 배기 스트림 내의 일산화탄소의 산화를 촉매하기에 효과적인 백금족 금속을 함유하는 제1 촉매 코팅 (16)으로써 코팅한다. 제1 촉매 코팅층 (16)은 전체 축 길이 L보다 작은 길이에 걸쳐 기재 (12)의 유출 단부 (24)로부터 유입 단부 (22) 쪽으로 연장된다. 코팅된 기재 (12)를 건조시키고 하소시켜 제1 촉매 코팅 (16)을 기재 (12)의 유출 부분 상에 고정시킨다. 기재 (12)의 유입 부분을, 배기 스트림 내의 NOx를 환원시키기에 효과적인 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅 (18)로써 코팅한다. 제2 촉매 코팅 (18)은 전체 축 길이 L보다 작은 길이에 걸쳐 기재 (12)의 유입 단부 (22)로부터 유출 단부 (24) 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층 (16)의 일부와 중첩된다. 코팅된 기재 (12)를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅 (18)을 기재 (12)의 유입 부분 상에 고정시킨다.
배출물의 처리 방법
본 발명의 또 다른 측면은 엔진의 배기 기체 스트림 내에 생성된 배출물의 처리 방법을 포함한다. 배기 기체 스트림은 NOx, CO, 탄화수소, 및 암모니아 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 방법은 암모니아 또는 암모니아 전구체를 배기 기체 스트림 내에 주입하고 이어서 배기 기체 스트림을 우선 본원에서 기술된 업스트림 SCR 대역을 통해 통과시켜 SCR 작용을 통해 NOx를 제거함을 포함한다. 이러한 실시양태에서, 이어서 배기 기체 스트림을 미드스트림(midstream) AMOx 대역을 통해 통과시켜 NH3 산화 작용을 통해 암모니아를 제거한다. 또한 미드스트림 촉매 대역 후에는 CO와 탄화수소 중 하나 이상을 산화시키는 다운스트림 대역이 존재한다.
한 실시양태에서, 업스트림 SCR 대역, 미드스트림 AMOx 대역 및 다운스트림 DOC 대역은 단일 촉매 기재 상에 위치한다. SCR 대역은 기재 길이의 약 50% 내지 약 90%의 범위 또는 기재 길이의 약 20% 내지 약 90%의 범위로 존재할 수 있고, SCR 성분으로만 이루어진다. AMOx 대역은 기재 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위를 구성하고, NH3 산화 성분을 함유하는 언더코트층 및 SCR 성분을 함유하는 오버코트층을 포함한다. 다운스트림 DOC 대역은 기재 길이의 약 5% 내지 약 50%의 범위를 구성하고, 산화 성분을 포함한다.
본 발명의 대안적인 실시양태에서, 업스트림 SCR 대역은 하나의 운반체 기재 상에 위치하고, 다운스트림 AMOx 대역은 개별적인 운반체 기재 상에 위치한다. 이러한 실시양태에서, AMOx 대역은 상기에서 기술된 바와 같이 독립형 AMOx로서 제조된다. 다운스트림 독립형 AMOx 촉매의 부피는 업스트림 SCR 촉매의 부피의 약 10% 내지 약 100%의 범위이고, NH3 산화 성분을 함유하는 언더코트층 및 SCR 성분을 함유하는 오버코트층으로 이루어진다.
상기 두 실시양태 모두에서, AMOx 대역은 두 개의 조성적으로 및 작용적으로 상이한 층들을 포함한다. 언더코트층은 지지된 귀금속 성분을 포함하고 식 2에 따라 암모니아를 산화시킨다. 암모니아 분자가 NOx 분자에 의해 빠르게 소비될 수 없는 조건(예를 들어, 열 탈착 사건)에서 SCR 촉매로부터 탈착된 암모니아 분자는 채널 (14)로 내려가면서, SCR 촉매를 포함하는, 업스트림 대역 내의 워시코트층 (18)과 충돌한다. 분자는 워시코트층 (18) 내로 및 워시코트층 (18) 밖으로 확산할 수 있지만, 이것은 다운스트림 대역에 들어가서 NH3 산화 성분을 포함하는 조성물을 함유하는 언더코트층 (16)과 접촉하기 전까지는 촉매에 의해 달리 전환되지 않는다. 언더코트층 (16)에서, 암모니아는 초기에는 NO로 전환되고, 이것은 후속적으로 오버코트층 (18)에 확산될 수 있다. SCR 촉매 조성물을 함유하는 오버코트층에서, NO는 NH3와 반응하여 N2를 형성할 수 있고, 그럼으로써 N2에 대한 순 선택도를 증가시킬 수 있다.
오버코트층 내의 SCR 성분 아래의 저부 워시코트층 내에 지지된 귀금속을 도입시키면 NO가 언더코트층에서만 발생하게 된다. 이는 촉매 워시코트층 내에서의 NO의 평균 체류 시간을 증가시키는 효과가 있다. NO의 체류 시간이 증가함에 따라, NO는 SCR 워시코트층 내의 암모니아 분자와 충돌하여, 궁극적으로 촉매로부터 방출되는 N2를 형성할 가능성이 더 높아진다.
사용 시, 촉매의 업스트림 SCR 대역 (18)은 암모니아 선택적 촉매 환원 반응에 의해 배기물로부터 나온 NOx 배출물을 제거하는데 있어서 주요한 책임이 있다. 다운스트림 AMOx 대역은 암모니아 산화 작용에 있어서 주요한 책임이 있다. 본원에서 달리 논의된 바와 같이, SCR 조성물의 오버층을 갖는 다운스트림 대역 (20)은 SCR 활성을 가질 것이며 또한 NOx 저감 작용을 할 것이다. 이렇게 하여, AMOx 대역은 순 NOx 제거에 기여할 수 있다. 또한, 승온에서, 몇몇 SCR 조성물, 특히 구리-기재의 SCR 촉매는, 심지어는 귀금속 성분의 부재 하에서도, 상당한 암모니아 산화 활성을 가질 수도 있다. 또한, 구리-기재의 SCR 촉매 조성물은 350℃ 초과의 온도에서 높은 선택도를 갖고서 NH3를 N2로 전환시킬 수 있다. 하나 이상의 실시양태에서, 이렇게 하여 SCR 대역은 과량의 암모니아의 저감에 기여할 수 있다.
배출물 처리 시스템
본 발명의 한 측면은 디젤 엔진에 의해 배출된 배기 기체를 처리하기 위한 배출물 처리 시스템에 관한 것이다. 도 4는 미립자 물질, NOx, 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진 (41)을 포함하는 배출물 처리 시스템 (40)의 하나 이상의 예시적인 실시양태를 보여준다. 제1 기재 (45)는 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 갖는다. 제1 기재 (45)는 디젤 엔진 (41)의 다운스트림에 위치하고 디젤 엔진 (41)과 유체 소통한다. 제1 기재 (45)는, 기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 백금족 금속을 포함하는 제1 촉매 코팅, 및 기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 포함하는 제2 촉매 코팅을 갖는다. 상세한 실시양태에서, 제1 기재 (45)는 벽-유동형 기재 및 유동-관통형 기재로 이루어진 군으로부터 선택된다. 특정한 실시양태에서, 백금족 금속의 적어도 일부는 내화성 금속 산화물 지지체 상에 존재한다. 추가의 특정한 실시양태에서, 백금족 금속은 백금이다.
하나 이상의 실시양태에서, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매로써 코팅된 업스트림 기재 (43)가 존재한다. 업스트림 기재 (43)는 디젤 엔진 (41)으로부터 나온 배기 스트림과 유체 소통하고 디젤 엔진 (41)과 제1 기재 (45) 사이에 위치한다. 상세한 실시양태에서, 업스트림 기재 (43)는 벌집형 유동-관통형 기재를 포함한다. 특정한 실시양태에서, 업스트림 기재 (43)는 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재를 포함하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있다.
몇몇 특정한 실시양태에서, 제1 촉매와 제2 촉매는 중첩되어 세 개의 대역을 형성한다. 제1 대역은 선택적 촉매 환원을 통해 질소 산화물을 저감시키고, 제2 대역은 암모니아를 산화시키고 제3 대역은 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고, 제1 대역 및 제3 대역에서 백금족 금속은 기재 벽 상에 직접 지지되어 있다.
하나 이상의 상세한 실시양태에 따르면, 제1 기재는 벌집형 유동 관통형 기재를 포함하고, 제1 촉매와 제2 촉매는 중첩되어 세 개의 대역을 형성한다. 제1 대역은 선택적 촉매 환원을 통해 질소 산화물을 저감시키고, 제2 대역은 암모니아를 산화시키고 제3 대역은 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시킨다. 백금족 금속의 적어도 일부는 미립자 내화성 산화물 지지체 상에 존재한다.
몇몇 특정한 실시양태에서, 제1 기재는 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재를 포함한다. 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있다.
하나 이상의 실시양태에서, 디젤 엔진 (41)과 유체 소통하고 디젤 엔진 (41)과 제1 기재 (45) 사이에 존재하며, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재가 존재한다. 벽 유동형 필터 기재 (43)의 채널들은 각각 그의 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있고, 탄화수소 또는 CO 산화 촉매로써 코팅되어 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 있는 "하나의 실시양태", "특정한 실시양태", "하나 이상의 실시양태" 또는 "한 실시양태"라는 언급은, 실시양태와 관련하여 기술된 특정한 양태, 구조, 물질, 또는 특징이 본 발명의 하나 이상의 실시양태에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에 있는 "하나 이상의 실시양태에서", "특정한 실시양태에서", "하나의 실시양태에서" 또는 "한 실시양태에서"라는 문구는 반드시 본 발명의 동일한 실시양태를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 양태, 구조, 물질, 또는 특징은 하나 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
비록 본 발명은 본원에서 특정 실시양태와 관련하여 기술되었지만, 이러한 실시양태는 본 발명의 원리 및 응용을 단지 예시하는 것이라는 것을 이해해야 한다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범주에서 벗어나지 않게 본 발명의 방법 및 장치를 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것을 명백하게 알 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 그의 동등물의 범주 내에 있는 변형양태 및 변경양태를 포함한다.

Claims (37)

  1. 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 기재;
    기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 백금족 금속을 포함하는 제1 촉매 코팅; 및
    기재의 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅의 일부와 중첩되며, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 포함하는 제2 촉매 코팅
    을 포함하는, 미립자 물질, 탄화수소, CO 및 암모니아를 함유하는 배기 기체 스트림을 처리하기 위한 촉매 물품으로서,
    제1 촉매 코팅 및 제2 촉매 코팅이 중첩되어, 선택적 촉매 환원에 의해 NOx를 제거하는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역인 세 개의 대역을 형성하고,
    상기 제2 대역에서, 상기 제2 촉매 코팅은 상기 제1 촉매 코팅 위에 배치되는 것인 촉매 물품.
  2. 제1항에 있어서, 기재가, 통로를 경계짓고 한정하는 종방향으로 연장된 벽에 의해 형성된 다수의 종방향으로 연장된 통로를 갖는 유동-관통형(flow-through) 기재인 촉매 물품.
  3. 제1항에 있어서, 기재가, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽-유동형(wall-flow) 필터이고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있는 것인 촉매 물품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 백금족 금속의 적어도 일부가 미립자 내화성 금속 산화물 지지체 상에 존재하는 것인 촉매 물품.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 백금족 금속이 백금인 촉매 물품.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 백금족 금속이 기재 벽 상에 직접 지지된 것인 촉매 물품.
  7. 제1항에 있어서, 세 개 대역의 각각이 개별적으로 기재의 축 길이의 10 내지 80%의 범위를 점유하는 것인 촉매 물품.
  8. 미립자 물질, NOx 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진; 및
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 촉매 물품
    을 포함하는 배출물 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 배기 스트림과 유체 소통하고 디젤 엔진과 제1 기재 사이에 위치하며, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원을 위한 촉매로써 코팅된 업스트림 기재가 존재하는 것인 배출물 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 업스트림 기재가 벌집형 유동-관통형 기재를 포함하는 것인 배출물 처리 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 업스트림 기재가, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재를 포함하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있는 것인 배출물 처리 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 배기 스트림과 유체 소통하고 디젤 엔진과 제1 기재 사이에 위치하며, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재가 존재하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있으며, 탄화수소 또는 CO 산화 촉매로써 코팅되어 있는 것인 배출물 처리 시스템.
  13. 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재의 다공성 벽 상에 직접 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재 상에 고정시키고;
    질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 워시코트층을 다공성 벽의 일부에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  14. 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되도록, 기재의 다공성 벽 상에 백금족 금속을 함유하는 제1 워시코트층을 슬러리 코팅하고;
    유입 단부로부터 연장되고 제1 워시코트층과 적어도 부분적으로 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 제2 워시코트층을, 다공성 벽에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시켜, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역을 제공하는 것
    을 포함하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 촉매 물품의 제조 방법.
  15. 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 배기 스트림 내의 일산화탄소의 산화를 촉매하기에 효과적인 백금족 금속을 함유하는 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분 상에 고정시키고;
    전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되며, 배기 스트림 내의 NOx를 환원시키기에 효과적인 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 포함하는 기재를 갖는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  16. 제4항에 있어서, 백금족 금속이 백금인 촉매 물품.
  17. 제4항에 있어서, 백금족 금속이 기재 벽 상에 직접 지지된 것인 촉매 물품.
  18. 제5항에 있어서, 백금족 금속이 기재 벽 상에 직접 지지된 것인 촉매 물품.
  19. 제6항에 있어서, 세 개 대역의 각각이 개별적으로 기재의 축 길이의 10 내지 80%의 범위를 점유하는 것인 촉매 물품.
  20. 미립자 물질, NOx 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진; 및
    제4항에 따른 촉매 물품
    을 포함하는 배출물 처리 시스템.
  21. 미립자 물질, NOx 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진; 및
    제5항에 따른 촉매 물품
    을 포함하는 배출물 처리 시스템.
  22. 미립자 물질, NOx 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진; 및
    제6항에 따른 촉매 물품
    을 포함하는 배출물 처리 시스템.
  23. 미립자 물질, NOx 및 일산화탄소를 포함하는 배기 스트림을 배출하는 디젤 엔진; 및
    제7항에 따른 촉매 물품
    을 포함하는 배출물 처리 시스템.
  24. 제9항에 있어서, 배기 스트림과 유체 소통하고 디젤 엔진과 제1 기재 사이에 위치하며, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재가 존재하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있으며, 탄화수소 또는 CO 산화 촉매로써 코팅되어 있는 것인 배출물 처리 시스템.
  25. 제10항에 있어서, 배기 스트림과 유체 소통하고 디젤 엔진과 제1 기재 사이에 위치하며, 다수의 축방향으로 연장된 채널을 형성하는 기체 투과성 벽을 갖는 벽 유동형 필터 기재가 존재하고, 각 채널은 한쪽 단부가 막혀있고, 그와 쌍을 이루는 임의의 인접 채널은 그의 반대쪽 단부가 막혀있으며, 탄화수소 또는 CO 산화 촉매로써 코팅되어 있는 것인 배출물 처리 시스템.
  26. 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재의 다공성 벽 상에 직접 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재 상에 고정시키고;
    질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 워시코트층을 다공성 벽의 일부에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 제4항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  27. 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재의 다공성 벽 상에 직접 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재 상에 고정시키고;
    질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 워시코트층을 다공성 벽의 일부에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 제5항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  28. 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재의 다공성 벽 상에 직접 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재 상에 고정시키고;
    질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 워시코트층을 다공성 벽의 일부에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 제6항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  29. 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재의 다공성 벽 상에 직접 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1의 지지되지 않은 백금족 금속을 기재 상에 고정시키고;
    질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 워시코트층을 다공성 벽의 일부에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 제7항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  30. 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되도록, 기재의 다공성 벽 상에 백금족 금속을 함유하는 제1 워시코트층을 슬러리 코팅하고;
    유입 단부로부터 연장되고 제1 워시코트층과 적어도 부분적으로 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 제2 워시코트층을, 다공성 벽에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시켜, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역을 제공하는 것
    을 포함하는, 제4항에 따른 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 촉매 물품의 제조 방법.
  31. 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되도록, 기재의 다공성 벽 상에 백금족 금속을 함유하는 제1 워시코트층을 슬러리 코팅하고;
    유입 단부로부터 연장되고 제1 워시코트층과 적어도 부분적으로 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 제2 워시코트층을, 다공성 벽에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시켜, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역을 제공하는 것
    을 포함하는, 제5항에 따른 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 촉매 물품의 제조 방법.
  32. 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되도록, 기재의 다공성 벽 상에 백금족 금속을 함유하는 제1 워시코트층을 슬러리 코팅하고;
    유입 단부로부터 연장되고 제1 워시코트층과 적어도 부분적으로 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 제2 워시코트층을, 다공성 벽에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시켜, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역을 제공하는 것
    을 포함하는, 제6항에 따른 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 촉매 물품의 제조 방법.
  33. 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되도록, 기재의 다공성 벽 상에 백금족 금속을 함유하는 제1 워시코트층을 슬러리 코팅하고;
    유입 단부로부터 연장되고 제1 워시코트층과 적어도 부분적으로 중첩되는, 질소 산화물의 선택적 촉매 환원(SCR)을 위한 촉매를 함유하는 제2 워시코트층을, 다공성 벽에 슬러리 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 워시코트층을 기재 상에 고정시켜, 선택적 촉매 환원을 통해 암모니아를 저감시키는 제1 대역, 암모니아를 산화시키는 제2 대역, 및 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키는 제3 대역을 제공하는 것
    을 포함하는, 제7항에 따른 유입 단부 및 유출 단부를 갖는 촉매 물품의 제조 방법.
  34. 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 배기 스트림 내의 일산화탄소의 산화를 촉매하기에 효과적인 백금족 금속을 함유하는 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분 상에 고정시키고;
    전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되며, 배기 스트림 내의 NOx를 환원시키기에 효과적인 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 포함하는 기재를 갖는, 제4항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  35. 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 배기 스트림 내의 일산화탄소의 산화를 촉매하기에 효과적인 백금족 금속을 함유하는 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분 상에 고정시키고;
    전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되며, 배기 스트림 내의 NOx를 환원시키기에 효과적인 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 포함하는 기재를 갖는, 제5항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  36. 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 배기 스트림 내의 일산화탄소의 산화를 촉매하기에 효과적인 백금족 금속을 함유하는 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분 상에 고정시키고;
    전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되며, 배기 스트림 내의 NOx를 환원시키기에 효과적인 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 포함하는 기재를 갖는, 제6항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
  37. 전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유출 단부로부터 유입 단부 쪽으로 연장되고, 배기 스트림 내의 일산화탄소의 산화를 촉매하기에 효과적인 백금족 금속을 함유하는 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제1 촉매 코팅을 기재의 유출 부분 상에 고정시키고;
    전체 축 길이보다 작은 길이에 걸쳐 기재의 유입 단부로부터 유출 단부 쪽으로 연장되고 제1 촉매 코팅층의 일부와 중첩되며, 배기 스트림 내의 NOx를 환원시키기에 효과적인 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 함유하는 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분에 코팅하고;
    코팅된 기재를 건조시키고 하소시켜 제2 촉매 코팅을 기재의 유입 부분 상에 고정시키는 것
    을 포함하는, 축 길이를 한정하는 유입 단부 및 유출 단부를 포함하는 기재를 갖는, 제7항에 따른 촉매 물품의 제조 방법.
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