KR20180059807A - 수동 NOx 흡착제를 포함하는 배기 시스템 - Google Patents

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Abstract

(i) 기재 상에 배치된 분자체 촉매를 포함하고, 상기 분자체 촉매는 귀금속 및 분자체를 포함하며, 상기 분자체는 귀금속을 함유하는 NOx 흡수제 촉매(PNA 10); (ii) 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 분사 수단(20); 및 (iii) 희박 NOx 트랩(LNT/NSC 30)을 포함하고, 여기서 상기 NOx 흡수제 촉매는 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단 및 희박 NOx 트랩 모두의 상류에 있는, 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 처리하는 배기 시스템에 관한 것이다.

Description

수동 NOx 흡착제를 포함하는 배기 시스템
본 발명은 린번 엔진용 배기 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 처리하기 위하여 배기 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진과 같은 린번 엔진은 일반적으로 전 세계적인 정부간 기구에서 규정한 네 종류 이상의 오염 물질을 함유하는 배기 가스를 생성한다: 일산화탄소(CO), 미연소 탄화수소(HC), 질소 산화물(NOx) 및 입자상 물질(PM).
질소 산화물 (NOx)의 처리를 위한 다양한 배출 제어 기기가 존재한다. 이러한 장치는 예를 들어, 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매, 선택적 촉매 환원 필터(SCRFTM) 촉매, 희박 NOx 촉매[예컨대, 탄화수소(HC) SCR 촉매], 희박 NOx 트랩(LNT)[NOx 저장 촉매(NSC)로 또한 알려짐] 및 수동 NOx 흡착제(PNA)를 포함한다.
SCR 촉매 또는 SCRFTM 촉매는 전형적으로 그들의 효율적인 작동 온도에 도달하면 환원에 의하여 NOx를 처리하는데 높은 효율을 달성한다. 그러나 이들 촉매 또는 장치는 엔진이 저온("저온 시동"기간)에서 시동되거나 연장된 기간 동안 공회전되는 경우와 같이 이들의 유효 작동 온도 미만에서는 상대적으로 비효율적일 수 있다.
NOx의 배출을 감소 또는 방지하기 위한 배출 제어 기기의 또 다른 일반적인 유형은 희박 NOx 트랩(LNT)이다. 정상 운전 중에, 린번 엔진은 "희박한" 조성을 가지는 배기 가스를 생성한다. LNT는 "희박(lean)" 배출 가스에 존재하는 질소 산화물 (NOx)을 저장 또는 포획할 수 있다. LNT는 NOx와 LNT의 NOx 저장 성분 사이의 화학 반응에 의하여 배출 가스에 존재하는 NOx를 저장 또는 포획하여 무기 질산염을 형성한다. LNT에 의하여 저장될 수 있는 NOx의 양은 존재하는 NOx 저장 성분의 양에 의하여 제한된다. 결과적으로, 이상적으로는 하류 SCR 또는 SCRFTM 촉매가 그 유효 작동 온도에 도달할 때, LNT의 NOx 저장 성분으로부터 저장된 NOx를 방출하는 것이 필요할 것이다. LNT로부터 저장된 NOx의 방출은 전형적으로 "농후한(rich)" 조성을 갖는 배출 가스를 생성하기 위하여 농후한 조건 하에서 린번 엔진을 작동시킴으로써 달성된다. 이러한 조건 하에서, NOx를 개질시키기 위하여 NOx 저장 성분의 무기 질산염은 분해된다. 농후한 배기 가스 조건 하에서 LNT로부터 저장된 NOx를 방출하는 단계는 LNT를 퍼징 또는 재생시키는 것으로 알려져 있다. LNT의 단점은 저온에서 열악한 NOx 저장 효율을 보여주는 경향이 있다는 것이다.
NOx를 위한 상대적으로 새로운 유형의 배출 제어 기기는 수동 NOx 흡착제(PNA)이다. PNA는 통상적으로 흡착에 의하여 상대적으로 낮은 배기 가스 온도 (예를 들어, 200 ℃ 미만)에서 NOx를 저장 또는 흡착할 수 있고, 보다 높은 온도에서 NOx를 방출할 수 있다. 저장된 NOx를 방출하기 위해 농후한 퍼지가 필요한 LNT의 메커니즘과는 달리, PNA의 NOx 저장 및 방출 메커니즘은 열적으로 제어된다.
본 발명은 특정 유형의 수동 NOx 흡착제(PNA), 즉 분자체 촉매를 포함하는 수동 NOx 흡착제(PNA)를 포함하는 배기 시스템에 관한 것이다. 이러한 유형의 PNA는 저온, 전형적으로 LNT의 NOx 저장 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 NOx를 저장할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 저온 NOx 저장은 린번 엔진이 저온("저온 시동"기간)에서 시동하거나 장기간 공회전할 때 유리하다. 배기 시스템에 PNA 및 LNT 모두를 포함함으로써, 보다 넓은 온도 범위에서 NOx를 저장할 수 있다.
그러나, 분자체 촉매를 포함하는 PNA의 NOx 저장 활성은 PNA가 농후한 배기 가스 조성에 노출될 때 파괴될 수 있다는 것이 밝혀졌다. LNT에서 NOx를 방출시키는 데 사용되는 농후한 퍼지는 PNA의 NOx 저장 활동을 파괴할 수 있다. 본 발명은 이러한 문제의 인식에 기초하고 이에 대한 해결책을 제공한다.
본 발명은 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 처리하는 배기 시스템을 제공한다. 배기 시스템은:
(i) 기재 상에 배치된 분자체 촉매를 포함하고, 상기 분자체 촉매는 귀금속 및 분자체를 포함하며, 상기 분자체는 귀금속을 함유하는 NOx 흡수제 촉매;
(ii) 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단; 및
(iii) 희박 NOx 트랩을 포함하고,
여기서 상기 NOx 흡수제 촉매는 배기 가스에 탄화수소를 도입하기 위한 수단 및 희박 NOx 트랩 모두의 상류에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 자동차를 더 제공한다. 상기 자동차는 린번 엔진과 본 발명의 배기 시스템을 포함한다.
본 발명은 또한 린번 엔진으로부터의 배기 가스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 전형적으로, 상기 방법은 본 발명에 따른 배기 시스템을 통하여 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 통과시키는 단계를 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 방법은:
(a) 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 기재 상에 배치된 분자체 촉매를 포함하는 NOx 흡수제 촉매와 접촉시키는 단계로서, 상기 분자체 촉매는 귀금속 및 분자체를 포함하고, 여기서 분자체는 귀금속을 함유하는 단계;
(b) NOx 흡수제 촉매로부터의 배기 가스를 희박 NOx 트랩과 접촉시키는 단계; 및
(c) NOx 흡수제 촉매 이후 또는 NOx 흡수제 촉매로부터의 배기 가스에 탄화수소를 도입함으로써 희박 NOx 트랩을 주기적으로 재생시키는 단계를 포함한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 배기 시스템의 일반적인 표현이다. 각 도면에서, 좌측은 기재의 유입 단부를 나타내고 우측은 기재의 유출 단부를 나타낸다.
도 1은 NOx 흡수제 촉매(10), 인젝터(20) 및 희박 NOx 트랩(30)을 포함하는 배기 시스템을 도시한다. 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스(1)는 NOx 흡수제 촉매(10)와 접촉한다. NOx 흡수제 촉매(10)로부터의 배기 가스(2)는 희박 NOx 트랩(30)과 접촉한다. 인젝터(20)는 NOx 흡수제 촉매(10)를 통과한 후의 배기 가스(2)에 탄화수소를 도입할 수 있다.
도 2는 NOx 흡수제 촉매(10), 인젝터(20), 희박 NOx 트랩(30) 및 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매 또는 선택적 촉매 환원 필터(SCRFTM) 촉매 중 하나인 배출 제어 기기(40)를 포함하는 배기 시스템을 도시한다. 제2 인젝터(50)가 선택적으로 존재할 수 있다. 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스(1)는 NOx 흡수제 촉매(10)와 접촉한다. NOx 흡수제 촉매(10)로부터의 배기 가스(2)는 희박 NOx 트랩(30)과 접촉한다. 인젝터(20)는 NOx 흡수제 촉매(10)를 통과한 후의 배기 가스(2)에 탄화수소를 도입할 수 있다. 희박 NOx 트랩(30)으로부터의 배기 가스(3)는 배출 제어 기기(40)와 접촉한다. 인젝터(50)는, 존재하는 경우, 희박 NOx 트랩(30)을 통과한 후의 배기 가스(3)에 질소계 환원제를 도입할 수 있다.
이제 본 발명을 추가로 기술할 것이다. 다음 문단들은 배기 시스템의 다른 부분들과 관련이 있고 각 부분을 보다 상세히 정의한다. 이와 같이 정의된 본 발명의 각 부분 또는 측면은 명확하게 대조적으로 표시되는 경우가 아니라면 임의의 다른 부분 또는 측면과 결합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 특징은 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다.
NO x 흡수제 촉매
본 발명의 배기 시스템에서 NOx 흡수제 촉매는 수동 NOx 흡수제(PNA)로서 사용하기 위한 것이다.
NOx 흡수제 촉매는 귀금속 및 분자체를 포함하는 분자체 촉매; 및 유입 단부 및 유출 단부를 가지는 기재를 포함하거나 필수적으로 이로 구성될 수 있고 여기서 분자체는 귀금속을 함유한다.
분자체 촉매는 귀금속 및 분자체를 포함한다. 분자체 촉매는 수동 NOx 흡수제(PNA) 촉매(즉, PNA 활성을 가짐)이다. 분자체 촉매는 WO 2012/166868에 기술된 방법에 따라 제조될 수 있다.
귀금속은 전형적으로 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 귀금속은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh)으로 구성된 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 귀금속은 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
일반적으로, 귀금속은 팔라듐(Pd) 및 선택적으로 백금(Pt), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 이리듐(Ir) 및 루테늄(Ru)으로 구성된 군으로부터 선택된 제2 금속을 포함하거나 이로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 귀금속은 팔라듐(Pd) 및 선택적으로 백금(Pt) 및 로듐(Rh)으로 구성된 군으로부터 선택된 제2 금속을 포함하거나 이로 구성된다. 보다 더 바람직하게는, 귀금속은 팔라듐(Pd) 및 선택적으로 백금(Pt)을 포함하거나 이로 구성된다. 더욱 바람직하게는, 분자체는 오직 팔라듐만을 귀금속으로서 포함한다.
귀금속이 팔라듐(Pd) 및 제2 금속을 포함하거나 이로 구성되는 경우, 팔라듐(Pd) 대 제2 금속의 질량비는 >1:1이다. 보다 바람직하게는, 팔라듐(Pd) 대 제2 금속의 질량비는 >1:1이고, 팔라듐(Pd) 대 제2 금속의 몰비는 >1:1이다.
분자체 촉매는 비귀금속을 더 포함할 수 있다. 따라서, 분자체 촉매는 귀금속, 분자체 및 선택적으로 비귀금속을 포함하거나 필수적으로 이로 구성될 수 있다. 분자체는 귀금속 및 선택적으로 비귀금속을 함유한다.
비귀금속은 철(Fe), 구리(Cu), 망가니즈(Mn), 크로뮴(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 비귀금속은 철, 구리 및 코발트로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 철 및 구리로 구성된 군에서 선택된다. 보다 더 바람직하게는, 비귀금속은 철이다.
다르게는, 분자체 촉매는 실질적으로 철(Fe), 구리(Cu), 망가니즈(Mn), 크로뮴(Cr), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 주석(Sn) 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것과 같은 비귀금속을 함유하지 않을 수 있다. 따라서 분자체 촉매는 비귀금속을 포함하지 않을 수 있다.
일반적으로, 분자체 촉매는 비귀금속을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
분자체 촉매는 실질적으로 바륨(Ba)을 함유하지 않는 것이 바람직할 수 있고, 더욱 바람직하게는 분자체 촉매는 실질적으로 알칼리 토금속을 함유하지 않는 것일 수 있다. 따라서, 분자체 촉매는 바륨을 포함하지 않을 수 있고, 더욱 바람직하게는 분자체 촉매는 알칼리 토금속을 포함하지 않는다.
분자체는 전형적으로 알루미늄, 규소, 및/또는 인으로 구성된다. 분자체는 일반적으로 산소 원자를 공유함에 의하여 결합되는 SiO4, AlO4, 및/또는 PO4의 3차원 배열(예컨대 골격)을 가진다. 분자체는 음이온 골격을 가질 수 있다. 음이온 골격의 전하는 양이온에 의하여, 예컨대 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 원소(예컨대 Na, K, Mg, Ca, Sr, 및 Ba)의 양이온, 암모늄 양이온 및/또는 양성자에 의하여 균형을 이룰 수 있다.
전형적으로, 분자체는 알루미노실리케이트 골격, 알루미노포스페이트 골격 또는 실리코-알루미노포스페이트 골격을 가진다. 분자체는 알루미노실리케이트 골격 또는 알루미노포스페이트 골격을 가질 수 있다. 분자체는 알루미노실리케이트 골격 또는 실리코-알루미노포스페이트 골격을 가지는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 분자체는 알루미노실리케이트 골격을 가진다.
분자체가 알루미노실리케이트 골격을 가지는 경우, 분자체는 바람직하게는 제올라이트이다.
분자체는 귀금속을 함유한다. 귀금속은 전형적으로 분자체 상에 지지된다. 예를 들어, 귀금속은 이온-교환에 의하는 것과 같은 분자체 상에 로딩되고 지지될 수 있다. 따라서, 분자체 촉매는 귀금속 및 분자체를 포함하거나 필수적으로 이로 구성될 수 있고, 여기서 분자체는 귀금속을 함유하며 여기서 귀금속은 이온 교환에 의하여 분자체 상에 로딩 및/또는 지지된다.
일반적으로, 분자체는 금속-치환 분자체(예컨대, 알루미노실리케이트 또는 알루미노포스페이트 골격을 가지는 금속-치환 분자체)일 수 있다. 금속-치환 분자체의 금속은 귀금속(예컨대, 분자체는 귀금속 치환된 분자체임)일 수 있다. 따라서, 귀금속을 함유하는 분자체는 귀금속 치환된 분자체일 수 있다. 분자체 촉매가 비귀금속을 포함하는 경우, 분자체는 귀금속 및 비귀금속-치환 분자체일 수 있다. 의심의 여지를 없애기 위하여, "금속-치환"이란 용어는 "이온-교환된"이라는 용어를 포함한다.
분자체 촉매는 일반적으로 분자체의 세공 내부에 위치하는 귀금속 1 중량% 이상(즉, 분자체 촉매의 귀금속의 양), 바람직하게는 5 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 10 중량% 이상, 예컨대 25 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 50 중량% 이상을 가진다.
분자체는 소형 세공 분자체(즉, 8개의 사면체 원자들의 최대 고리 크기를 가지는 분자체), 중형 세공 분자체(즉, 10개의 사면체 원자들의 최대 고리 크기를 가지는 분자체) 및 대형 세공 분자체(즉, 12개의 사면체 원자들의 최대 고리 크기를 가지는 분자체)로부터 선택될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 분자체는 소형 세공 분자체 및 중형 세공 분자체로부터 선택된다.
제1 분자체 촉매 실시양태에서는, 분자체는 소형 세공 분자체이다. 소형 세공 분자체는 바람직하게는 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 ZON, 또한 이들의 임의의 둘 이상의 혼합물 또는 연정(intergrowth)으로 구성된 군으로부터 선택된 골격 유형(Framework Type)을 가진다. 연정은 바람직하게는 KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA 및 AEI-SAV로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 소형 세공 분자체는 AEI, CHA 또는 AEI-CHA 연정인 골격 유형을 가진다. 보다 더 바람직하게는, 소형 세공 분자체는 AEI 또는 CHA, 특히 AEI인 골격 유형을 가진다.
바람직하게는, 소형 세공 분자체는 알루미노실리케이트 골격 또는 실리코-알루미노포스페이트 골격을 가진다. 더욱 바람직하게는, 소형 세공 분자체는, 특히 소형 세공 분자체가 AEI, CHA 또는 AEI-CHA 연정, 특히 AEI 또는 CHA의 골격 유형을 가질 때, 알루미노실리케이트 골격(즉, 분자체가 제올라이트임)을 가진다.
제2 분자체 촉매 실시양태에서는, 분자체는 AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON 및 EUO, 또한 이들 중 임의의 둘 이상의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 골격 유형을 가진다.
제3 분자체 촉매 실시양태에서는, 분자체는 중형 세공 분자체이다. 중형 세공 분자체는 바람직하게는 MFI, FER, MWW 및 EUO로 구성된 군에서 선택된, 더욱 바람직하게는 MFI인 골격 유형을 가진다.
제4 분자체 촉매 실시양태에서는, 분자체는 대형 세공 분자체이다. 대형 세공 분자체는 바람직하게는 CON, BEA, FAU, MOR 및 EMT로 구성된 군에서 선택된, 더욱 바람직하게는 BEA인 골격 유형을 가진다.
제1 내지 제4 분자체 촉매 실시양태 각각에서, 분자체는 바람직하게는 알루미노실리케이트 골격(예컨대 분자체가 제올라이트임)을 가진다. 앞서 언급된 각각의 세 글자의 코드들은 "IUPAC 위원회의 제올라이트 명명법(IUPAC Commission on Zeolite Nomenclature)" 및/또는 "국제 제올라이트 협회 구조위원회(Structure Commission of the International Zeolite Association)"에 따라 골격 유형을 나타낸다.
제1 내지 제4 분자체 촉매 실시양태 중 어느 하나에서, 분자체(예컨대 대형 세공, 중형 세공 또는 소형 세공)가 둘 이상의 상이한 골격 유형의 연정이 아닌 골격을 가지는 것이 일반적으로 바람직할 수 있다.
분자체는 전형적으로 10 내지 100, 더욱 바람직하게는 15 내지 80(예컨대 15 내지 30)과 같이 10 내지 200(예컨대 10 내지 40)의 실리카 대 알루미나 몰비(SAR)를 가진다. SAR은 일반적으로 알루미노실리케이트 골격(예컨대 제올라이트) 또는 실리코-알루미노포스페이트 골격, 바람직하게는 알루미노실리케이트 골격(예컨대 제올라이트)을 가지는 분자에 관한 것이다.
특히 분자체가 제올라이트인 경우, 제1, 제3 및 제4 분자체 촉매 실시양태의 분자체 촉매(및 제2 분자체 촉매 실시양태의 일부 골격 유형에 대한 것)는 750 cm-1 내지 1050 cm-1의 범위에서 특징적인 흡수 피크를 가지는 적외선 스펙트럼을 가질 수 있다. 바람직하게는, 특징적인 흡수 피크는 800 cm-1 내지 1000 cm-1의 범위, 더욱 바람직하게는 850 cm-1 내지 975 cm-1의 범위이다.
제1 분자체 촉매 실시양태의 분자체 촉매는 유리한 수동 NOx 흡착제(PNA) 활성을 가지는 것으로 밝혀졌다. 분자체 촉매는 린번 엔진의 시동 직후와 같이 상대적으로 배기 가스의 온도가 차가울 때 NOx를 저장하는 데 사용될 수 있다. 분자체 촉매에 의한 NOx 저장은 저온(예컨대 200 ℃미만)에서 발생한다. 린번 엔진이 워밍업 됨에 따라 배기 가스의 온도는 증가하고 분자체 촉매의 온도도 또한 증가할 것이다. 분자체 촉매는 이러한 보다 높은 온도(예컨대, 200 ℃ 이상)에서 흡착된 NOx를 방출할 것이다.
분자체 촉매, 특히 제2 분자체 촉매 실시양태에서의 분자체 촉매는 저온 시동 촉매 활성을 가지는 것이 또한 예기치 않게 발견되었다. 이러한 활성은 상대적으로 낮은 배기 가스 온도(예컨대, 200 ℃ 미만)에서 NOx 및 탄화수소(HC)를 흡착함으로써 저온 시동 기간 동안 배출을 감소시킬 수 있다. 흡착된 NOx 및/또는 HC는 분자체 촉매의 온도가 NO 및/또는 HC를 산화시키기 위한 다른 촉매 성분 또는 배출 제어 기기의 유효 온도에 근접하거나 이상인 경우 방출될 수 있다.
NOx 흡수제 촉매는 바람직하게는 산소 저장 물질을 포함하지 않는데, 특히 세륨의 산화물(예컨대 CeO2) 및/또는 망가니즈의 산화물(예컨대, MnO, Mn2O3, MnO.Mn2O3[때때로 Mn3O4로 기재됨] 및/또는 MnO2) 또는 망가니즈 알루미네이트(MnAl2O4)를 포함하거나 이로 구성되는 망가니즈 화합물을 포함하거나 또는 필수적으로 이로 구성되는 산소 저장 물질을 포함하지 않는다.
의심의 여지를 없애기 위하여, NOx 흡수제 촉매는 희박 NOx 트랩이 아니다.
전형적으로, NOx 흡수제 촉매는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 희토류 금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물을 포함하거나 필수적으로 이로 구성되는 NOx 저장 성분 및/또는 로듐을 실질적으로 함유하지 않는다. 보다 바람직하게는, NOx 흡수제 촉매는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 희토류 금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물을 포함하거나 필수적으로 이로 구성되는 NOx 저장 성분 및/또는 로듐을 포함하지 않는다.
NOx 흡수제 촉매는 실질적으로 백금을 함유하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는, NOx 흡수제 촉매는 백금을 포함하지 않는다.
NOx 흡수제 촉매는 바람직하게는 SCR 촉매(예컨대 SCR 촉매를 포함하는 영역), 특히 세륨(Ce), 크로뮴(Cr), 코발트(Co), 구리(Cu), 철(Fe), 망가니즈(Mn), 몰리브데넘(Mo), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 바나듐(V) 또는 이들의 임의의 둘 이상의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 SCR 촉매를 포함하지 않는다.
일반적으로, NOx 흡수제 촉매는 ≥ 1 g ft-3, 바람직하게는 > 1 g ft-3, 보다 바람직하게는 > 2 g ft-3인 귀금속(즉, 분자체 촉매, 특히 제1 영역에서)의 총 하중을 포함한다.
NOx 흡수제 촉매, 바람직하게는 NOx 흡수제 촉매의 제1 영역은 전형적으로 1 내지 250 g ft-3, 바람직하게는 5 내지 150 g ft-3, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 g ft-3의 귀금속(즉, 분자체, 특히 제1 영역에서)의 총 하중을 포함한다. 분자체 촉매 내의 귀금속의 양은 NOx 저장 활성에 영향을 미칠 수 있다.
NOx 흡수제 촉매는 일산화탄소(CO) 및/또는 미연소 탄화수소(HC)를 산화시키는 기능과 같은 추가적인 기능을 제공하기 위한 촉매 물질을 함유할 수 있다.
일반적으로, NOx 흡수제 촉매는 분자체 촉매를 포함하는 제1 영역 및 백금족 금속(PGM) 및 지지체 물질을 포함하는 제2 영역을 포함할 수 있다. 지지체 물질은 전형적으로 비-제올라이트 지지체 물질이다.
본 발명의 NOx 흡수제 촉매는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC) 및/또는 일산화질소(NO)를 산화시키기 위한 제2 영역을 포함할 수 있다. 의심의 여지를 없애기 위하여, 제1 영역은 제2 영역과 상이(즉, 상이한 조성)하다.
제2 영역은 백금족 금속(PGM) 및 지지체 물질을 포함하거나 필수적으로 이로 구성된다. 백금족 금속(PGM)은 백금, 팔라듐 및 백금과 팔라듐의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 제2 영역은 유일한 백금족 금속(들)로서 백금 또는 백금 또는 백금과 팔라듐의 조합을 포함한다. 따라서, 제2 영역은 바람직하게는 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 오스뮴(Os) 및/또는 이리듐(Ir)과 같은 하나 이상의 다른 백금족 금속을 포함하지 않는다.
제2 영역이 백금 및 팔라듐을 포함하는 경우, 백금 및 팔라듐은 백금-팔라듐 합금, 바람직하게는 백금-팔라듐 이중금속 합금일 수 있다.
제2 영역은 전형적으로 5 내지 300 g ft-3의 PGM의 총 하중을 가진다. 바람직하게는 제2 영역은 10 내지 250 g ft-3(예컨대 75 내지 175 g ft-3), 더욱 바람직하게는 15 내지 200 g ft-3(예컨대 50 내지 150 g ft-3), 더욱 바람직하게는 20 내지 150 g ft-3의 PGM의 총 하중을 가진다.
제2 영역이 백금 및 팔라듐을 포함하는 경우, 전형적으로 제2 영역은 20:1 내지 1:20(예컨대, 15:1 내지 1:15), 바람직하게는 10:1 내지 1:10(예컨대, 7.5:1 내지 1:7.5), 더욱 바람직하게는 6:1 내지 1:6(예컨대, 3:1 내지 1:3), 보다 더 바람직하게는 2.5:1 내지 1:1의 백금 대 팔라듐의 중량비를 포함할 수 있다.
제2 영역이 백금 및 팔라듐을 포함하는 경우, 제2 영역은 팔라듐의 총 중량보다 크거나 같은 백금의 총 중량을 포함하는 것이 바람직하다(예컨대, Pt:Pd의 중량비가 ≥ 1:1이다).
따라서, 제2 영역은 20:1 내지 1:1(예컨대, 15.1:1 내지 1.1:1), 더욱 바람직하게는 10:1 내지 1.25:1(예컨대, 8:1 내지 1.5:1), 더욱 바람직하게는 6:1 내지 2:1의 백금 대 팔라듐의 중량비를 포함할 수 있다.
제2 영역은 팔라듐의 총 중량보다 큰 백금의 총 중량을 포함하는 것이 바람직하다(예컨대, Pt:Pd의 중량비가 > 1:1이다). 백금 대 팔라듐의 총 중량비는 일반적으로 ≥ 2:1(예컨대, Pt:Pd 1:0 내지 2:1), 보다 바람직하게는 ≥ 4:1(예컨대, Pt:Pd 1:0 내지 4:1)이다. 바람직한 NO 산화 활성은 백금의 총 중량이 제1 영역의 팔라듐의 총 중량보다 크거나 같을 때 얻어질 수 있다.
전형적으로, 백금족 금속(PGM)은 지지체 물질 상에 배치되거나 지지된다. PGM은 지지체 물질 상에 직접 배치되거나 직접 지지될 수 있다(예컨대, PGM과 지지체 물질 사이에 중간 지지체 물질이 존재하지 않는다). 예를 들어, PGM은 지지체 물질 상에 분산될 수 있다.
제2 영역이 백금 및 팔라듐을 포함하는 경우, 백금은 지지체 물질 상에 배치되거나 지지될 수 있고 및/또는 팔라듐은 지지체 물질 상에 배치되거나 지지될 수 있다. 백금 및 팔라듐 모두가 지지체 물질 상에 배치되거나 지지되는 것이 바람직하다(즉, 동일한 지지체 물질이 백금 및 팔라듐 모두를 위하여 사용된다).
제2 영역이 백금 및 팔라듐을 포함하는 경우, 제2 영역은 백금 지지체 물질(예컨대, 백금을 지지하기 위한 지지체 물질) 및 팔라듐 지지체 물질(예컨대, 팔라듐을 지지하기 위한 지지체 물질)을 포함할 수 있다. 백금 지지체 물질은 바람직하게는 비-제올라이트 지지체 물질이다. 팔라듐 지지체 물질은 바람직하게는 비-제올라이트 지지체 물질이다.
따라서, 제2 영역은 백금, 팔라듐, 백금 지지체 물질 및 팔라듐 지지체 물질을 포함하거나 필수적으로 이로 구성될 수 있다. 백금은 백금 지지체 물질 상에 배치되거나 지지될 수 있고 팔라듐은 팔라듐 지지체 물질 상에 배치되거나 지지될 수 있다. 백금 지지체 물질 및 팔라듐 지지체 물질은 바람직하게는 상이하다(예컨대, 상이한 조성).
제2 영역은 팔라듐을 실질적으로 함유하지 않고, 특히 지지체 물질 상에 배치되거나 지지되는 팔라듐(Pd)을 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제2 영역은 팔라듐을, 특히 지지체 물질 상에 배치되거나 지지되는 팔라듐을 포함하지 않는다. 제2 영역에서 특히 다량의 팔라듐의 존재는 NO 산화 활성을 저해할 수 있다.
전형적으로, 지지체 물질은 내화성 산화물을 포함하거나 필수적으로 이로 구성된다. 린번 엔진용 산화 촉매의 촉매 성분으로서 사용하기에 적절한 내화성 산화물은 당 기술분야에 잘 알려져 있다.
내화성 산화물은 전형적으로 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 이들의 혼합 또는 복합 산화물, 예컨대 둘 이상의 이들의 혼합 또는 복합 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 내화성 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 실리카-알루미나, 티타니아-알루미나, 지르코니아-알루미나, 티타니아-실리카, 지르코니아-실리카, 지르코니아-티타니아 및 알루미나-마그네슘 산화물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
지지체 물질, 또는 그의 내화성 산화물은 선택적으로 (예컨대, 도펀트로) 도핑될 수 있다. 도펀트는 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 규소(Si), 이트륨(Y), 란타넘(La), 프라세오디뮴(Pr), 사마륨(Sm), 네오디뮴(Nd) 및 이들의 산화물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
일반적으로, 팔라듐 지지체 물질은 내화성 산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성된다. 팔라듐 지지체 물질, 또는 그의 내화성 산화물은 본원에서 상기 정의된 바와 같은 지지체 물질 또는 내화성 산화물일 수 있다.
전형적으로, 백금 지지체 물질은 내화성 산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성된다. 백금 지지체 물질, 또는 그의 내화성 산화물은 본원에서 상기 정의된 바와 같은 지지체 물질 또는 내화성 산화물일 수 있다. 제2 영역이 백금 지지체 물질을 포함할 때, 백금 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물은 알루미나를 포함하거나 필수적으로 이로 구성되고, 여기서 알루미나는 선택적으로 상기 기술한 바와 같이 도펀트로 도핑되는 것이 바람직하다. 백금 지지체 물질이 도펀트로 도핑된 알루미나를 포함할 때, 도펀트는 바람직하게는 규소, 마그네슘, 세륨, 란타넘 또는 이들의 산화물, 더욱 바람직하게는 규소 또는 그의 산화물을 포함하거나 필수적으로 이로 구성된다.
제2 영역은 0.1 내지 4.5 g　in-3(예컨대, 0.25 내지 4.2 g　in-3), 바람직하게는 0.3 내지 3.8 g　in-3, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3.0 g　in-3(1 내지 2.75 g　in-3 또는 0.75 내지 1.5 g　in-3), 보다 더 바람직하게는 0.6 내지 2.5 g　in-3(예컨대, 0.75 내지 2.3 g　in-3)인 지지체 물질의 양(예컨대, 지지체 물질 및 존재하는 경우, 백금 지지체 물질 및 팔라듐 지지체 물질의 총량)을 포함할 수 있다.
제2 영역은 탄화수소 흡착제 물질을 더 포함할 수 있다.
일반적으로, 탄화수소 흡착제 물질은 제올라이트일 수 있다. 제올라이트는 중형 세공 제올라이트(예컨대, 10개의 사면체 원자들의 최대 고리 크기를 가지는 제올라이트) 또는 대형 세공 제올라이트(예컨대, 12개의 사면체 원자들의 최대 고리 크기를 가지는 제올라이트)인 것이 바람직하다. 제올라이트는 소형 세공 제올라이트(예컨대, 8개의 사면체 원자들의 최대 고리 크기를 가지는 제올라이트)가 아닌 것이 바람직할 수 있다.
적절한 제올라이트 또는 제올라이트의 유형의 예는 포자사이트, 클리놉틸로라이트, 모데나이트, 실리카라이트, 페리어라이트, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 초안정 제올라이트 Y, AEI 제올라이트, ZSM-5 제올라이트, ZSM-12 제올라이트, ZSM-20 제올라이트, ZSM-34 제올라이트, CHA 제올라이트, SSZ-3 제올라이트, SAPO-5 제올라이트, 오프레타이트, 베타 제올라이트 또는 구리 CHA 제올라이트를 포함한다. 제올라이트는 바람직하게는 ZSM-5, 베타 제올라이트 또는 Y 제올라이트이다.
제2 영역이 탄화수소 흡착제를 포함할 때, 탄화수소 흡착제의 총량은 0.05 내지 3.00 g in-3, 특히 0.10 내지 2.00 g in-3, 더욱 특별하게는 0.2 내지 1.0 g in-3이다. 예를 들어, 탄화수소 흡착제의 총량은 0.8 내지 1.75 g in-3, 예컨대 1.0 내지 1.5 g in-3일 수 있다.
일부 적용에서, 제2 영역은 탄화수소 흡착제 물질, 특히 제올라이트를 실질적으로 함유하지 않는 것이 일반적으로 바람직할 수 있다. 따라서, 제2 영역은 탄화수소 흡착제 물질을 포함하지 않을 수 있다.
상기 제2 영역은 본원의 상기 기술한 분자체 촉매와 같은 분자체 촉매를 실질적으로 함유하지 않는 것이 더 바람직할 수 있다. 따라서, 제2 영역은 분자체 촉매를 포함하지 않을 수 있다.
추가적으로 또는 다르게는, 제2 영역은 로듐 및/또는 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속, 특히 지지체 물질 상에 배치되거나 지지되는 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속을 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 따라서, 제2 영역은 로듐 및/또는 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속, 특히 지지체 물질 상에 배치되거나 지지되는 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속을 포함하지 않을 수 있다.
제1 영역 및/또는 제2 영역은 기재 상에 배치되거나 또는 지지될 수 있다.
제1 영역은 기재 상에 직접 배치될 수 있다(즉, 제1 영역은 기재의 표면과 접한다). 제2 영역은:
(a) 제1 영역 상에 배치되거나 지지될 수 있고; 및/또는
(b) 기재 상에 직접 배치될 수 있으며[즉, 제2 영역은 기재의 표면과 접촉한다]; 및/또는
(c) 제1 영역과 접촉할 수 있다[즉, 제2 영역은 제1 영역에 인접하거나 접한다].
제2 영역이 기재 상에 직접 배치될 때, 제2 영역의 부분 또는 일부는 제1 영역과 접촉할 수 있거나, 제1 영역 및 제2 영역은 분리될 수 있다(예컨대, 갭에 의하여).
제2 영역이 제1 영역 상에 배치되거나 지지될 때, 제2 영역의 전부 또는 부분은 바람직하게는 제1 영역 상에 직접 배치된다(즉, 제2 영역은 제1 영역의 표면과 접촉한다). 제2 영역은 제2 층일 수 있고 제1 영역은 제1 층일 수 있다.
제2 영역의 일부 또는 부분만이 제1 영역 상에 배치되거나 지지되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 제2 영역은 제1 영역과 완전히 오버랩 되거나 커버하지 않는다.
추가적으로 또는 다르게는, 제2 영역은 기재 상에 직접 배치될 수 있다(즉, 제2 영역은 기재의 표면과 접촉한다). 제1 영역은:
(i) 제2 영역 상에 배치되거나 지지될 수 있고; 및/또는
(ii) 기재 상에 직접 배치될 수 있으며[즉, 제1 영역은 기재의 표면과 접촉한다]; 및/또는
(iii) 제2 영역과 접촉할 수 있다[즉, 제1 영역은 제2 영역에 인접하거나 접한다].
제1 영역이 기재 상에 직접 배치될 때, 제1 영역의 부분 또는 일부는 제2 영역과 접촉할 수 있거나, 제1 영역 및 제2 영역은 분리될 수 있다(예컨대, 갭에 의하여).
제1 영역이 제2 영역 상에 배치되거나 지지될 때, 제1 영역의 전부 또는 부분은 바람직하게는 제2 영역 상에 직접 배치된다(즉, 제1 영역은 제2 영역의 표면과 접촉한다). 제1 영역은 제1 층일 수 있고 제2 영역은 제2 층일 수 있다.
일반적으로, 제1 영역은 제1 층 또는 제1 구역일 수 있다. 제1 영역이 제1 층인 경우, 제1 층은 기재의 전체 길이(즉, 실질적으로 전체 길이), 특히 기재 모노리스(monolith)의 채널의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다. 제1 영역이 제1 구역인 경우, 전형적으로 제1 구역은 기재 길이의 10 내지 90 %(예컨대, 10 내지 45 %), 바람직하게는 기재 길이의 15 내지 75 %(예컨대, 15 내지 40 %), 더욱 바람직하게는 기재 길이의 20 내지 70 %(예컨대, 30 내지 65 %, 예컨대 25 내지 45 %), 보다 더 바람직하게는 25 내지 65 %(예컨대, 35 내지 50 %)의 길이를 가진다.
제2 영역은 일반적으로 제2 층 또는 제2 구역일 수 있다. 제2 영역이 제2 층인 경우, 제2 층은 기재의 전체 길이(즉, 실질적으로 전체 길이), 특히 기재 모노리스의 채널의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다. 제2 영역이 제2 구역인 경우, 전형적으로 제2 구역은 기재 길이의 10 내지 90 %(예컨대, 10 내지 45 %), 바람직하게는 기재 길이의 15 내지 75 %(예컨대, 15 내지 40 %), 더욱 바람직하게는 기재 길이의 20 내지 70 %(예컨대, 30 내지 65 %, 예컨대 25 내지 45 %), 보다 더 바람직하게는 25 내지 65 %(예컨대, 35 내지 50 %)의 길이를 가진다.
제1 NOx 흡수제 촉매 실시양태에서, 제1 영역은 배기 가스가 제2 영역과 접촉한 후 및 기재의 유출 단부에서 또는 그 부근에서 배기 가스와 접촉하도록 배열된다. 이러한 배열은 제1 영역이 CO 및/또는 HC에 대한 낮은 라이트 오프 온도를 가지고 발열을 생성하는 데 사용될 수 있는 경우에 이점을 가질 수 있다.
기재의 유출 단부에서 배기 가스가 제2 영역과 접촉한 후에 배기 가스의 제1 영역과의 접촉을 용이하게 하는 여러 개의 NOx 흡수제 촉매 배열이 있다. 제1 영역은 제1 내지 제3 NOx 흡수제 촉매 배열 중 임의의 하나를 가질 때 제2 영역과 접촉한 후에 배기와 접촉하도록 배열 또는 배향된다.
전형적으로, 제2 영역은 제1 영역 전에 배기 가스와 접촉하도록 배열 또는 배향된다. 따라서, 제2 영역은 배기 가스가 NOx 흡수제 촉매로 진입할 때 배기 가스와 접촉하도록 배열될 수 있고 제1 영역은 NOx 흡수제 촉매를 떠날 때 배기 가스와 접촉하도록 배열될 수 있다. 제1 NOx 흡수제 촉매 배열의 구역화된 배열은 특히 이러한 점에서 이점이 있다.
제1 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 제2 영역은 제1 구역의 상류에 배치되거나 지지된다. 바람직하게는, 제1 영역은 기재의 유출 단부 또는 그 부근에 배치된 제1 구역이고 제2 영역은 기재의 유입 단부 또는 그 부근에 배치된 제2 구역이다.
제2 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 제2 영역은 제2 층이고 제1 영역은 제1 구역이다. 제1 구역은 기재의 유출 단부 또는 그 부근의 제2 층 상에 배치된다.
제3 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 제2 영역은 제2 층이고 제1 영역은 제1 층이다. 제2 층은 제1 층 상에 배치된다.
제2 NOx 흡수제 촉매 실시양태에서, 제2 영역은 기재의 유출 단부 또는 그 부근에서 배기 가스와 접촉한 이후 제1 영역과 배기 가스가 접촉하도록 배열된다.
제2 산화 촉매 실시양태의 NOx 흡수제 촉매는, 배기 가스가 촉매를 빠져 나오기 직전 및 분자체 촉매를 함유하는 영역과 접촉한 직후에 배기 가스가 백금족 금속, 특히 백금(Pt)을 함유하는 영역과의 접촉을 용이하게 하는 배열을 가질 때 특히 NO에 대한 유리한 산화 활성을 보여줄 수 있다. NOx 흡수제 촉매의 이러한 배열에서, 배기 가스가 촉매에 들어가면 먼저 NOx를 흡착하기 위한 제1 영역과 접촉하게 된다. 이것은 특히 저온 시동 기간 동안과 같은 상대적으로 낮은 배기 가스 온도에서 이점을 가진다. 배기 가스가 제1 영역을 통과한 후, 최종적으로 NOx 흡수제 촉매의 유출 단부를 통과하기 전에, NO를 산화시키기 위하여 제2 영역과 접촉하게 된다. 제2 영역이 NO를 NO2로 산화시키는 유효 온도에 도달한 때, 제1 영역에 의하여 방출된 NO는 제2 영역을 통과하고 NO2로 산화된다.
기재의 유출 단부에서 배기 가스가 제1 영역과 접촉한 이후 배기 가스가 제2 영역과 접촉하는 것을 용이하게 하는 여러 개의 NOx 흡수제 촉매 배열이 있다. 제2 영역은 제4 내지 제6 산화 촉매 배열 중 임의의 하나를 가질 때 제1 영역과 접촉한 후에 배기와 접촉하도록 배열 또는 배향된다.
전형적으로, 제1 영역은 제2 영역 전에 배기 가스와 접촉하도록 배열 또는 배향된다. 따라서, 제1 영역은 배기 가스가 NOx 흡수제 촉매로 진입할 때 배기 가스와 접촉하도록 배열될 수 있고 제2 영역은 NOx 흡수제 촉매를 떠날 때 배기 가스와 접촉하도록 배열될 수 있다. 제4 NOx 흡수제 촉매 배열의 구역화된 배열은 특히 이러한 점에서 이점이 있다.
제4 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 제1 영역은 제2 구역의 상류에 배치되거나 지지된다. 바람직하게는, 제2 영역은 기재의 유출 단부 또는 그 부근에 배치된 제2 구역이고 제1 영역은 기재의 유입 단부 또는 그 부근에 배치된 제1 구역이다. 제2 영역이 망가니즈를 포함할 때, 이러한 배열에서의 산화 촉매는 황에 대하여 우수한 내성을 나타낼 수 있다.
제5 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 제1 영역은 제1 층이고 제2 영역은 제2 구역이다. 제2 구역은 기재의 유출 단부 또는 그 부근의 제1 층 상에 배치된다.
제6 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 제1 영역은 제1 층이고 제2 영역은 제2 층이다. 제2 층은 제1 층 상에 배치된다.
제1 및 제4 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 제1 구역은 제2 구역에 인접할 수 있다. 바람직하게는, 제1 구역은 제2 구역과 접촉한다. 제1 구역이 제2 구역에 인접하거나 제1 구역이 제2 구역과 접촉할 때, 제1 구역 및 제2 구역은 기재 상에서 층으로서(예컨대, 단일 층) 배치되거나 지지될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 구역이 서로 인접 또는 접촉할 때, 층(예컨대, 단일)이 기재 상에 형성될 수 있다. 이러한 배열은 배압 문제를 피할 수 있다.
제1 구역은 제2 구역으로부터 분리될 수 있다. 제1 구역과 제2 구역 사이에 갭(예컨대, 공간)이 있을 수 있다.
제1 구역은 제2 구역과 오버랩 될 수 있다. 따라서, 제1 구역의 단부 또는 부분은 제2 구역 상에 배치되거나 지지될 수 있다. 제1 구역은 완전하게 또는 부분적으로 제2 구역과 오버랩 될 수 있다. 제1 구역이 제2 구역과 오버랩 될 때, 제1 구역은 제2 구역과 부분적으로만 오버랩 되는 것이 바람직하다(즉, 제2 구역의 상부, 최외곽 표면은 제1 구역에 의하여 완전히 커버되지 않는다).
다르게는, 제2 구역은 제1 구역과 오버랩 될 수 있다. 따라서, 제2 구역의 단부 또는 부분은 제1 구역 상에 배치되거나 지지될 수 있다. 제2 구역은 일반적으로 제1 구역과 부분적으로만 오버랩 된다.
제1 구역 및 제2 구역은 실질적으로 오버랩 되지 않는 것이 바람직하다.
제2 및 제5 NOx 흡수제 촉매 배열에서, 구역(즉, 제1 또는 제2 구역)은 전형적으로 층(즉, 제1 또는 제2 층) 상에 배치되거나 지지된다. 바람직하게는 구역은 층 상에 직접 배치된다(즉, 구역은 층의 표면과 접촉한다).
구역(즉, 제1 또는 제2 구역)이 층(즉, 제1 또는 제2 층) 상에 배치되거나 지지될 때, 구역의 전체 길이가 층 상에 배치되거나 지지되는 것이 바람직하다. 구역의 길이는 층의 길이보다 작다.
본원에서 전술한 영역, 구역 및 층은 기재 상에 워시코트를 제조하고 적용하기 위한 당 기술분야의 통상적인 방법을 사용하여 제조될 수 있다(예를 들어, 본 출원인의 WO 99/47260, WO 2007/077462, WO 2011/080525 및 WO 2014/195685 참조).
NOx 흡수제 촉매는 기재를 포함한다. NOx 흡수제 촉매(NAC)의 기재는 본원에서 "NAC 기재"이라는 약어로 언급된다. NAC 기재는 전형적으로 유입 단부 및 유출 단부를 가진다.
NAC 기재는 전형적으로 복수의 채널(예컨대, 배기 가스가 흐르도록 하는)을 가진다. 일반적으로, NAC 기재는 세라믹 물질 또는 금속 물질이다.
NAC 기재는 코디어라이트(SiO2-Al2O3-MgO), 탄화 규소(SiC), Fe-Cr-Al 합금, Ni-Cr-Al 합금, 또는 스테인리스 스틸 합금으로 제조 또는 구성되는 것이 바람직하다.
전형적으로, NAC 기재는 모노리스(본원에서는 기재 모노리스라고도 한다)이다. 이러한 모노리스는 당 기술분야에 잘 알려져 있다. 기재 모노리스는 관통-흐름 모노리스 또는 필터링 모노리스일 수 있다.
관통-흐름 모노리스는 전형적으로 그를 통하여 연장되는 복수의 채널을 가지는 벌집 모노리스(예컨대, 금속 또는 세라믹 벌집 모노리스)를 포함하고, 각 채널은 유입 단부 및 유출 단부에서 개방된다.
필터링 모노리스는 일반적으로 복수의 유입 채널 및 복수의 유출 채널을 포함하는데, 여기서 유입 채널은 상류 단부(즉, 배기 가스 유입쪽)에서 개방되고 하류 단부(즉, 배기 가스 유출쪽)에서 막히거나 밀봉되며, 유출 채널은 상류 단부에서 막히거나 밀봉되고 하류 단부에서 개방되며, 여기서 각 유입 채널은 유출 채널로부터 다공성 구조에 의하여 분리된다.
모노리스가 필터링 모노리스일 때, 필터링 모노리스는 벽-흐름 필터(wall-flow filter)인 것이 바람직하다. 벽-흐름 필터에서, 각 유입 채널은 유출 채널로부터 다공성 구조의 벽에 의하여 교대로 분리되고 그 반대도 마찬가지이다. 유입 채널 및 유출 채널은 벌집 배열로 배열되는 것이 바람직하다. 벌집 배열이 있을 때, 유입 채널에 수직 및 수평 방향으로 인접한 채널은 상류 단부에서 막히는 것이 바람직하고 그 반대도 마찬가지이다(즉, 유출 채널에 수직 및 수평 방향으로 인접한 채널은 하류 단부에서 막힌다). 어느 한쪽 끝에서 보았을 때, 채널의 교대로 막히고 개방된 단부는 체스판의 외관을 가진다.
NAC 기재는 전기적으로 가열 가능한 기재일 수 있다(즉, 전기적으로 가열 가능한 기재는 사용 시 전기적으로 가열되는 기재다). NAC 기재가 전기적으로 가열 가능한 기재일 때, NOx 흡수제 촉매는 전력 연결부, 바람직하게는 두 개 이상의 전력 연결부, 보다 바람직하게는 단지 두 개의 전력 연결부를 포함한다. 각각의 전력 연결부는 전기적으로 가열 가능한 기재 및 전력 소스에 전기적으로 연결될 수 있다. NOx 흡수제 촉매는 주울(Joule) 가열에 의하여 가열될 수 있고, 여기서 저항기를 통한 전류는 전기 에너지를 열 에너지로 변환시킨다.
전기적으로 가열 가능한 기재는 제1 영역으로부터 임의의 저장된 NOx를 방출시키기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 전기적으로 가열 가능한 기재가 켜질 때, NOx 흡수제 촉매는 가열되고 분자체 촉매의 온도는 NOx 방출 온도까지 상승될 수 있다. 적절한 전기적으로 가열 가능한 기재의 예는 US 4,300,956, US 5,146,743 및 US 6,513,324에 기재되어 있다.
일반적으로, 전기적으로 가열 가능한 기재는 금속을 포함한다. 금속은 전력 연결부 또는 전력 연결부들에 전기적으로 연결될 수 있다.
전형적으로, 전기적으로 가열 가능한 기재는 전기적으로 가열 가능한 벌집 기재다. 전기적으로 가열 가능한 기재는 사용 시 전기적으로 가열된 벌집 기재일 수 있다.
전기적으로 가열 가능한 기재는 전기적으로 가열 가능한 기재 모노리스(예컨대, 금속 모노리스)를 포함할 수 있다. 모노리스는 파형 금속 시트 또는 호일을 포함할 수 있다. 파형 금속 시트 또는 호일은 압연되거나, 감겨지거나 적층될 수 있다. 파형 금속 시트가 압연 또는 감겨질 때, 코일, 나선형 또는 동심형으로 압연 또는 감겨질 수 있다.
전기적으로 가열 가능한 기재의 금속, 금속 모노리스 및/또는 파형 금속 시트 또는 호일은 페크랄로이(FecralloyTM)와 같은 알루미늄 페라이트 강을 포함할 수 있다.
배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단
본 발명의 배기 시스템은 (ii) 배기 가스에 탄화수소(HC)를 도입하는 수단을 포함한다. "배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단"이란 용어는 "배기 가스를 위한 탄화수소 도입 수단"이라는 용어와 동의어이다. 두 용어는 본원에서 약어인 "HC 수단"으로 언급된다. "배기 가스에 탄화수소를 도입하는"이란 용어는 배기 가스 내로(즉, 린번 엔진으로부터 존재할 수 있는 임의의 탄화수소에 추가하여) 탄화수소의 추가적인 포함을 의미한다.
일반적으로, HC 수단은 NOx 흡수제 촉매의 하류의 배기 가스에 탄화수소를 도입하도록 구성된다. HC 수단은 NOx 흡수제 촉매의 하류의 배기 가스에 탄화수소 양을 제어 가능하게 도입하도록 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, HC 수단은 희박 NOx 트랩(LNT)을 재생하기 위하여 NOx 흡수제 촉매의 하류의 배기 가스에 탄화수소 양을 제어 가능하게 도입하도록 구성된다. 따라서, NOx 흡수제 촉매는 HC 수단에 의하여 배기 가스에 첨가된 탄화수소에 노출되지 않는다. 원칙적으로, 이러한 기능을 제공하기 위하여 당 기술분야에 알려진 임의의 HC 수단이 사용될 수 있다.
HC 수단은 NOx 흡수제 촉매(즉, NOx 흡수제 촉매는 HC 수단의 상류에 있다(예컨대, 위치한다))의 하류에 있다(예컨대, 위치한다). HC 수단은 바람직하게는 NOx 흡수제 촉매의 바로 하류에 있다(예컨대, 위치한다). 따라서, NOx 흡수제 촉매 및 HC 수단(후술하는 장치[예컨대, 탄화수소 공급 장치] 이외의 것) 사이에 배출 제어 기기 또는 장치가 위치하지 않는다.
전형적으로, NOx 흡수제 촉매는 희박 NOx 트랩의 유입(예컨대, LNT 기재의 유입 단부)에 연결된, 바람직하게는 배기 가스 도관에 의하여 유체 연결된 유출(예컨대, NAC 기재의 유출 단부)을 가진다. HC 수단은 바람직하게는 NOx 흡수제 촉매의 유출 및 희박 NOx 트랩의 유입의 사이에 위치한다.
HC 수단은 탄화수소 또는 연료를 생성하기 위한 인젝터 또는 개질제 촉매일 수 있다. 이러한 개질제 촉매는 당 기술분야에 공지되어 있다. HC 수단은 인젝터, 바람직하게는 연료 또는 탄화수소를 배기 가스에 분사하기 적절한 인젝터인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 인젝터는 배기 가스에 연료 또는 탄화수소의 양을 제어 가능하게 분사하도록 구성된다.
HC 수단이 인젝터일 때, HC 수단은 바람직하게는 NOx 흡수제 촉매의 유출 및 희박 NOx 트랩의 유입 사이의 배기 가스 도관에 연결된다.
본 발명의 배기 시스템 또는 자동차는 탄화수소 공급 장치를 더 포함할 수 있다. 탄화수소 공급 장치는 바람직하게는 인젝터에 연결되거나 결합된다.
탄화수소 공급 장치는 특히 HC 수단이 인젝터일 때, HC 수단에 탄화수소를 공급하기 위한 탄화수소(HC) 도관을 포함할 수 있다. HC 도관은 엔진 또는 연료 탱크(예컨대, 자동차의 엔진 또는 연료 탱크)에 결합, 바람직하게는 유체 결합된다.
HC 수단 및/또는 탄화수소 공급 장치는 특히 HC 수단이 인젝터이고 탄화수소 공급 장치가 엔진 또는 연료 탱크, 바람직하게는 엔진에 결합된 HC 도관을 포함할 때, 엔진 관리 시스템에 전기적으로 결합될 수 있다. 엔진 관리 시스템은 HC 수단을 배기 가스에 탄화수소를 분사하고, 바람직하게는 희박 NOx 트랩(LNT)을 퍼지 또는 재생하게 트리거링하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 배기 시스템은 배기 가스 센서를 더 포함할 수 있다. 배기 가스 센서는 바람직하게는 LNT의 하류에 배치된다(예컨대, LNT의 유출 또는 그 후).
일반적으로, 엔진 관리 시스템은 배기 시스템의 센서에 결합된다. 이러한 센서는 LNT의 하류에, 바람직하게는 LNT의 바로 하류에 배치될 수 있다. 센서는 LNT의 상태를 모니터링 하기 위하여 사용될 수 있다. 센서는 NOx 센서(예컨대, LNT의 유출에서의 배기 가스의 NOx 함량을 모니터링하는)일 수 있거나 또는 센서는 탄화수소(HC) 센서(예컨대, LNT의 유출에서의 배기 가스의 탄화수소(HC) 함량을 모니터링하는)일 수 있다.
엔진 관리 시스템은 NOx 센서 및 HC 센서 모두에 결합될 수 있다. NOx 센서 및 HC 센서 모두가 LNT의 하류, 바람직하게는 바로 하류에 배치되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 탄화수소는 연료, 바람직하게는 디젤 연료이다. 탄화수소가 디젤 연료와 같은 연료일 때, 연료는 바람직하게는 ≤ 50 ppm의 황, 보다 바람직하게는 예컨대 ≤　10 ppm의 황과 같이 ≤ 15 ppm의 황, 보다 더 바람직하게는 ≤ 5 ppm의 황을 포함한다.
HC 수단이 인젝터일 때, 인젝터는 또한 질소계 환원제 공급 장치에 결합될 수 있다. 탄화수소 및 암모니아 전구체와 같은 질소계 환원제를 분사하기 위하여 동일한 인젝터가 사용될 수 있다.
희박 NO x 트랩 (LNT)
본 발명의 배기 시스템은 (iii) 희박 NOx 트랩(LNT)를 포함한다. LNT는 NOx 흡수제 촉매의 하류에 있다(예컨대, 위치한다).
LNT는 전형적으로 HC 수단의 하류, 바람직하게는 바로 하류에(즉, LNT는 HC 수단의 상류에 있다(예컨대, 위치한다)) 있다(예컨대, 위치한다). LNT는 NOx 흡수제 촉매 및 HC 수단 둘 모두의 하류에 있는(예컨대, 위치하는) 것이 바람직하다. 따라서, LNT는 HC 수단에 의하여 배기 가스에 첨가된 탄화수소에 및 NOx 흡수제 촉매로부터의 배기 가스에 노출된다.
HC 수단과 LNT 사이에 배출 제어 기기 또는 장치가 없는 것이 바람직하다. 따라서, LNT는 HC 수단에 의하여 탄화수소가 배기 가스에 첨가된 이후에 배기 가스에 직접 노출된다.
전형적으로, LNT는 NOx 흡수제 촉매의 유출(예컨대, NAC 기재의 유출 단부)에 결합된, 바람직하게는 배기 가스 도관에 의하여 유체 결합된 유입(예컨대, NAC 기재의 유입 단부)을 가진다.
원칙적으로, 희박 NOx 트랩(LNT)는 당 기술분야에 공지된 임의의 희박 NOx 트랩(LNT)일 수 있다.
전형적으로, LNT는 질소 산화물(NOx) 저장 물질 및 기재를 포함하고, 여기서 질소 산화물(NOx) 저장 물질은 질소 산화물(NOx) 저장 성분을 포함한다. LNT는 하나 이상의 백금족 금속(PGM)을 더 포함하는 것이 바람직하다. 하나 이상의 백금족 금속(PGM)은 본원에서 이하에 기술된 NOx 처리 물질에 의하여 제공될 수 있다.
NOx 저장 물질은 지지체 물질 상에 NOx 저장 성분을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성될 수 있다.
NOx 저장 성분은 전형적으로 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및/또는 희토류 금속을 포함한다. NOx 저장 성분은 일반적으로 (i) 알칼리 금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물; (ii) 알칼리 토금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물; 및/또는 (iii) 희토류 금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성된다.
NOx 저장 성분이 알칼리 금속(또는 그의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물)을 포함할 때, 바람직하게는 알칼리 금속은 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs) 및 이들의 둘 이상의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 알칼리 금속은 바람직하게는 칼륨(K), 나트륨(Na) 또는 리튬(Li)이고, 더욱 바람직하게는 알칼리 금속은 칼륨(K) 또는 나트륨(Na)이며, 가장 바람직하게는 알칼리 금속은 칼륨(K)이다.
NOx 저장 성분이 알칼리 토금속(또는 그의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물)을 포함할 때, 바람직하게는 알칼리 토금속은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 및 이들의 둘 이상의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 알칼리 토금속은 바람직하게는 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 또는 바륨(Ba), 더욱 바람직하게는 스트론튬(Sr) 또는 바륨(Ba)이고, 가장 바람직하게는 알칼리 토금속은 바륨(Ba)이다.
NOx 저장 성분이 희토류 금속(또는 그의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물)을 포함할 때, 바람직하게는 희토류 금속은 세륨(Ce), 란타넘(La), 이트륨(Y) 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 희토류 금속은 세륨(Ce)이다.
전형적으로, NOx 저장 성분은 (i) 희토류 금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물 및/또는 (ii) 알칼리 토금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성된다. NOx 저장 성분은 알칼리 토금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성되는 것이 바람직하다.
NOx 저장 성분은 바륨(Ba)(예컨대, 바륨(Ba)의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물)을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, NOx 저장 성분은 바륨(예컨대, 바륨(Ba)의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물) 및 세륨(예컨대, 세륨(Ce)의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물, 바람직하게는 세리아)을 포함한다.
전형적으로, NOx 저장 성분은 지지체 물질 상에 배치되거나 지지된다. NOx 저장 성분은 지지체 물질 상에 직접 배치되거나 이에 의하여 직접 지지될 수 있다(예컨대, NOx 저장 성분 및 지지체 물질 사이에 중간 지지체 물질이 없다).
지지체 물질은 일반적으로 알루미늄의 산화물을 포함한다. 전형적으로, 지지체 물질은 알루미나를 포함한다. 알루미나는 도펀트로 도핑될 수 있거나 도핑되지 않을 수 있다. 본 명세서에서 임의의 "도핑된"이란 용어는 알루미나의 벌크 또는 호스트 격자가 도펀트로 치환 도핑되거나 틈새가 도핑된 물질을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 도펀트로 도핑된 알루미나는 당 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 제조될 수 있다.
알루미나는 규소(Si), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba), 란타넘(La), 세륨(Ce), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 및 이들의 둘 이상의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 도펀트로 도핑될 수 있다. 도펀트는 규소(Si), 마그네슘(Mg), 바륨(Ba) 및 세륨(Ce)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 도펀트는 규소(Si), 마그네슘(Mg) 및 바륨(Ba)으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 보다 더 바람직하게는, 도펀트는 마그네슘(Mg)이다.
알루미나가 도핑될 때, 도펀트의 총량은 알루미나의 0.25 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%(예컨대, 약 1 중량%)이다.
일반적으로, 지지체 물질은 마그네슘 및 알루미늄의 산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성되는 것이 바람직하다. 마그네슘 및 알루미늄의 산화물은 마그네슘 알루미네이트 (MgAl2O4 [예컨대, 스피넬]) 및/또는 마그네슘 산화물(MgO) 및 알루미늄 산화물(Al2O3)의 혼합된 산화물을 포함하거나, 또는 필수적으로 이로 구성될 수 있다. 마그네슘 산화물 및 알루미늄 산화물의 혼합 산화물은 US 6,217,837 또는 DE 19503522 A1에 기재된 방법을 사용하는 것과 같이 당 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 제조할 수 있다.
마그네슘 산화물(MgO) 및 알루미늄 산화물(Al2O3)의 혼합 산화물은 전형적으로 1.0 내지 40.0 중량%의 마그네슘 산화물(혼합 산화물의 총 중량을 기준으로 함), 예컨대 1.0 내지 30.0 중량%, 바람직하게는 5.0 내지 28.0 중량%(예컨대, 5.0 내지 25.0 중량 %), 보다 바람직하게는 10.0 내지 25.0 중량%의 마그네슘 산화물을 포함하거나 필수적으로 이로 구성된다.
마그네슘 산화물(MgO)과 알루미늄 산화물(Al2O3)의 혼합 산화물은 전형적으로 마그네슘 산화물(MgO)과 알루미늄 산화물(Al2O3)의 균일 혼합 산화물이다. 균일 혼합 산화물에서, 마그네슘 이온은 알루미늄 이온의 격자 내의 위치를 점유한다.
일반적으로, 지지체 물질은 마그네슘 산화물(MgO)과 알루미늄 산화물(Al2O3)의 혼합 산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성되는 것이 바람직하다.
NOx 저장 물질은 백금족 금속(PGM)을 더 포함할 수 있다. PGM은 백금, 팔라듐, 로듐 및 이들의 둘 이상의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, PGM은 백금, 팔라듐 및 백금과 팔라듐의 조합으로부터 선택된다.
NOx 저장 물질이 PGM을 포함할 때, 일반적으로 PGM은 지지체 물질 상에 배치되거나 지지된다. PGM은 바람직하게는 지지체 물질 상에 직접 배치되거나 직접 지지체 물질에 의하여 지지된다(예컨대, PGM과 지지체 물질 사이에 중간 지지체 물질이 없다).
전형적으로, LNT는 NOx 처리 물질을 더 포함한다. 의심의 여지를 없애기 위하여, NOx 처리 물질은 NOx 저장 물질과 상이하다(예컨대, 상이한 조성). NOx 처리 물질은 (a) NOx 저장 활성 및/또는 NO 산화 활성[예컨대, 희박 조건 하에서]; 및/또는 (b) NOx 환원 활성[예컨대, 농후한 조건 하에서]을 가질 수 있다.
NOx 처리 물질은 NOx 처리 성분을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성된다.
전형적으로, NOx 처리 성분(NTC)은 지지체 물질을 포함한다. NOx 처리 성분(NTC)의 지지체 물질은 본원에서 NTC 지지체 물질로 언급된다.
NTC 지지체 물질은 세리아, 또는 세리아-지르코니아와 같은 세리아 혼합된 또는 복합 산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성된다.
NTC 지지체 물질이 세리아-지르코니아를 포함하거나 필수적으로 이로 구성될 때, 세리아-지르코니아는 필수적으로 20 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 80 중량%의 지르코니아(예컨대, 50 내지 95 중량%의 세리아 및 5 내지 50 중량%의 지르코니아), 바람직하게는 35 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 65 중량%의 지르코니아(예컨대, 55 내지 80 중량%의 세리아 및 20 내지 45 중량%의 지르코니아), 보다 더 바람직하게는 45 내지 75 중량%의 세리아 및 25 내지 55 중량%의 지르코니아로 구성될 수 있다.
일반적으로, NOx 처리 성분은 백금족 금속(PGM) 및/또는 NOx 저장 성분을 포함할 수 있다.
NOx 처리 성분은 제1 지지체 물질 상에 배치되거나 지지되는(예컨대, 직접 배치되거나 지지되는) 백금족 금속(PGM)을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성될 수 있다. PGM은 백금, 팔라듐, 로듐, 백금과 팔라듐의 조합, 백금과 로듐의 조합, 팔라듐과 로듐의 조합 및 백금, 팔라듐 및 로듐의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. PGM은 팔라듐, 로듐 및 팔라듐과 로듐의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
PGM (즉, NOx 처리 성분의)은 로듐일 수 있다. PGM은 팔라듐일 수 있다. 바람직하게는, PGM은 팔라듐이다.
추가적으로 또는 다르게는, NOx 처리 성분은 NTC 지지체 물질 상에 배치되거나 지지되는(예컨대, 직접 배치되거나 지지되는) NOx 저장 성분을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성될 수 있다. NOx 저장 성분은 일반적으로 (i) 알칼리 금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물; (ii) 알칼리 토금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물; 및/또는 (iii) 희토류 금속, 바람직하게는 세륨(Ce) 이외의 희토류 금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물을 포함하거나 필수적으로 이로 구성된다. NOx 저장 성분은 알칼리 토금속의 산화물, 카보네이트 또는 수산화물을 포함하거나, 필수적으로 이로 구성되는 것이 바람직하다. 알칼리 토금속은 바람직하게는 바륨(Ba)이다.
LNT는 일반적으로 250 내지 1000 g ft-3(예컨대, 300 내지 950 g ft-3), 특히 350 내지 900 g ft-3(예컨대, 400 내지 850 g ft-3), 더욱 특별하게는 450 내지 800 g ft-3의 NOx 저장 성분의 농도(즉, 총 하중)를 가진다.
일반적으로, LNT는 기재 상에 배치된 NOx 저장 물질을 포함하는 것이 바람직하다. LNT가 NOx 처리 물질을 포함할 때, 바람직하게는 NOx 처리 물질이 기재 상에 배치된다.
희박 NOx 트랩(LNT)의 기재는 본원에서 "LNT 기재"라는 약어로 언급된다. LNT 기재는 전형적으로 유입 단부 및 유출 단부를 가진다.
LNT 기재는 전형적으로 복수의 채널(예컨대, 배기 가스가 흐르도록)을 갖는다. 일반적으로, LNT 기재는 세라믹 물질 또는 금속 물질이다.
LNT 기재는 코디어라이트(SiO2-Al2O3-MgO), 탄화 규소(SiC), Fe-Cr-Al 합금, Ni-Cr-Al 합금, 또는 스테인리스 강 합금으로 제조 또는 구성되는 것이 바람직하다.
전형적으로, LNT 기재는 모노리스(본원에서는 기재 모노리스라고도 한다)이다. 기재 모노리스는 관통-흐름 모노리스 또는 필터링 모노리스일 수 있다.
관통-흐름 모노리스는 전형적으로 그를 통하여 연장되는 복수의 채널을 가지는 벌집 모노리스(예컨대, 금속 또는 세라믹 벌집 모노리스)를 포함하고, 각 채널은 유입 단부 및 유출 단부에서 개방된다.
필터링 모노리스는 일반적으로 복수의 유입 채널 및 복수의 유출 채널을 포함하는데, 여기서 유입 채널은 상류 단부(즉, 배기 가스 유입쪽)에서 개방되고 하류 단부(즉, 배기 가스 유출쪽)에서 막히거나 밀봉되며, 유출 채널은 상류 단부에서 막히거나 밀봉되고 하류 단부에서 개방되며, 여기서 각 유입 채널은 유출 채널로부터 다공성 구조에 의하여 분리된다.
모노리스가 필터링 모노리스일 때, 필터링 모노리스는 벽-흐름 필터인 것이 바람직하다. 벽-흐름 필터에서, 각 유입 채널은 유출 채널로부터 다공성 구조의 벽에 의하여 교대로 분리되고 그 반대도 마찬가지이다. 유입 채널 및 유출 채널은 벌집 배열로 배열되는 것이 바람직하다. 벌집 배열이 있을 때, 유입 채널에 수직 및 수평 방향으로 인접한 채널은 상류 단부에서 막히는 것이 바람직하고 그 반대도 마찬가지이다(즉, 유출 채널에 수직 및 수평 방향으로 인접한 채널은 하류 단부에서 막힌다). 어느 한쪽 끝에서 보았을 때, 채널의 교대로 막히고 개방된 단부는 체스판의 외관을 가진다.
배기 시스템
본 발명의 배기 시스템에서, NOx 흡수제 촉매는 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단 및 희박 NOx 트랩 모두의 상류에 있다.
전형적으로, NOx 흡수제 촉매는 린번 엔진의 배기 유출에 결합된다. 따라서, 배기 가스가 접촉되는 제1 배출 제어 기기가 NOx 흡수제 촉매이다.
NOx 흡수제 촉매는 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단("HC 수단")의 상류에 있다(예컨대, 위치한다)(예컨대, HC 수단은 NOx 흡수제 촉매의 유출 후에 위치한다). NOx 흡수제 촉매는 바람직하게는 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단의 바로 상류에 있다(예컨대, 위치한다).
HC 수단은 LNT의 상류에 있다(예컨대, 위치한다)(예컨대, HC 수단은 LNT의 유입 전에 위치한다). HC 수단은 바람직하게는 LNT의 바로 상류에 있다(예컨대, 위치한다).
본 발명의 배기 시스템은 LNT의 하류에 배출 제어 기기를 더 포함할 수 있다. 배출 제어 기기의 예로는 디젤 미립자 필터(DPF), 희박 NOx 트랩(LNT), 희박 NOx 촉매(LNC), 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매, 디젤 산화 촉매(DOC), 촉매화된 그을음 필터(CSF), 선택적 촉매 환원 필터(SCRFTM) 촉매, 암모니아 슬립 촉매(ASC) 및 이들의 둘 이상의 조합을 포함한다. 이러한 배출 제어 기기는 모두 당 기술분야에 공지되어 있다.
본 발명의 제1 배기 시스템 실시양태에서, 배기 시스템은 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 더 포함한다. 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매는 LNT의 하류에 있다(예컨대, 위치한다). 따라서, 예를 들어, LNT의 유출은 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매의 유입에 연결되고, 바람직하게는 직접 연결된다(바람직하게는 중간 배출 제어 기기 없이).
LNT와 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매 사이에 질소계 환원제 공급 장치가 있을 수 있다. 질소계 환원제 공급 장치는 암모니아와 같은 질소계 환원제, 또는 우레아 또는 포름산 암모늄, 바람직하게는 우레아와 같은 암모니아 전구체를 LNT의 하류 및 SCR 촉매의 상류의 배기 가스에 분사하기 위한 인젝터를 포함할 수 있다. 이러한 인젝터는 질소계 환원제 전구체의 소스(예컨대, 탱크)에 유체 연결될 수 있다. 배기 가스로의 전구체의 밸브-제어 도징(dosing)은 적절하게 프로그래밍 된 엔진 관리 수단 및 배기 가스의 조성을 모니터링하는 센서에 의하여 제공되는 폐루프 또는 개루프 피드백에 의하여 조절될 수 있다. 암모니아는 또한 암모늄 카르바메이트(고체)를 가열함으로써 생성될 수 있으며 생성된 암모니아는 배기 가스에 분사될 수 있다.
질소계 환원제를 분사하기 위한 인젝터의 대안으로 또는 이에 추가적으로, 암모니아는 현장에서(예컨대, SCR 촉매의 상류에 배치된 LNT의 농후한 재생 동안) 생성될 수 있다.
본 발명의 제2 배기 시스템 실시양태에서, 배기 시스템은 선택적 촉매 환원 필터(SCRFTM) 촉매를 더 포함한다. 선택적 촉매 환원 필터(SCRFTM) 촉매는 LNT의 하류에 있다(예컨대, 위치한다). 따라서, 예를 들어, LNT의 유출은 선택적 촉매 환원 필터(SCRFTM) 촉매의 유입에 연결되고, 바람직하게는 직접 연결된다(예컨대, 중간 배출 제어 기기 없이).
LNT와 선택적 촉매 환원 필터(SCRFTM) 촉매 사이에 질소계 환원제 공급 장치가 있을 수 있다. 질소계 환원제 공급 장치는 암모니아와 같은 질소계 환원제, 또는 우레아 또는 포름산 암모늄, 바람직하게는 우레아와 같은 암모니아 전구체를 LNT의 하류 및 SCRFTM 촉매의 상류의 배기 가스에 분사하기 위한 인젝터를 포함할 수 있다. 이러한 인젝터는 질소계 환원제 전구체의 소스(예컨대, 탱크)에 유체 연결될 수 있다. 배기 가스로의 전구체의 밸브-제어 도징은 적절하게 프로그래밍된 엔진 관리 수단 및 배기 가스의 조성을 모니터링하는 센서에 의하여 제공되는 폐루프 또는 개루프 피드백에 의하여 조절될 수 있다. 암모니아는 또한 암모늄 카르바메이트(고체)를 가열함으로써 생성될 수 있으며 생성된 암모니아는 배기 가스에 분사될 수 있다.
질소계 환원제를 분사하기 위한 인젝터의 대안으로 또는 이에 추가적으로, 암모니아는 현장에서(예컨대, SCRFTM 촉매의 상류에 배치된 LNT의 농후한 재생 동안) 생성될 수 있다.
제1 또는 제2 배기 시스템 실시양태에서, SCR 촉매 또는 SCRFTM 촉매는 Cu, Hf, La, Au, In, V, 란타넘족 및 Ⅷ족 전이 금속(예컨대, Fe) 중 하나 이상으로 구성된 군으로부터 선택되는 금속을 포함할 수 있고, 여기서 금속은 내화성 산화물 또는 분자체 상에 지지된다. 금속은 바람직하게는 Ce, Fe, Cu 및 이들의 임의의 둘 이상의 조합으로부터 선택되는 것이고, 보다 바람직하게는 금속은 Fe 또는 Cu이다.
SCR 촉매 또는 SCRFTM 촉매를 위한 내화성 산화물은 Al2O3, TiO2, CeO2, SiO2, ZrO2 및 이들의 둘 이상을 함유하는 혼합 산화물로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 비-제올라이트 촉매는 또한 텅스텐 산화물(예컨대, V2O5/WO3/TiO2, WOx/CeZrO2, WOx/ZrO2 또는 Fe/WOx/ZrO2)을 포함할 수 있다.
SCR 촉매, SCRFTM 촉매 또는 이들의 워시코트는, 알루미노 실리케이트 제올라이트 또는 SAPO와 같은 하나 이상의 분자체를 포함하는 경우가 특히 바람직하다. 하나 이상의 분자체는 소형, 중형 또는 대형 세공 분자체일 수 있다. 본원에서 "소형 세공 분자체"는 CHA와 같이 8의 최대 고리 크기를 함유하는 분자체를 의미하고; 본원에서 "중형 세공 분자체"는 ZSM-5와 같이 10의 최대 고리 크기를 함유하는 분자체를 의미하며; 본원에서 "대형 세공 분자체"는 베타와 같은 최대 고리 크기가 12인 분자체를 의미한다. 소형 세공 분자체는 잠재적으로 SCR 촉매에 사용하기에 유리하다.
SCR 촉매 또는 SCRFTM 촉매를 위한 바람직한 분자체는 AEI, ZSM-5, ZSM-20, ZSM-34를 포함한 ERI, 모데나이트, 페리어라이트, 베타, Y, CHA를 포함하는 BEA, Nu-3, MCM-22 및 EU-1을 포함하는 LEV로 구성되는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 AEI 또는 CHA에서 선택되며, 약 10 내지 약 50, 예컨대 약 15 내지 약 40의 실리카 대 알루미나 비를 갖는 합성 알루미노실리케이트 제올라이트 분자체이다.
본원의 상기 제1 및 제2 배기 시스템 각각의 실시양태에서, ASC 촉매는 SCR 촉매 또는 SCRFTM 촉매 (즉, 별도의 기재 모노리스)의 하류에 배치될 수 있고, 또는 보다 바람직하게는 SCR 촉매를 포함하는 기재 모노리스의 하류 또는 후단 단부 상의 구역은 ASC를 위한 지지체로서 사용될 수 있다.
제3 배기 시스템 실시양태에서, LNT 기재는 필터링 모노리스이다. 보다 바람직하게는, NAC 기재는 관통-흐름 모노리스이다.
자동차
본 발명의 다른 측면은 자동차에 관한 것이다. 자동차는 린번 엔진을 포함한다. 린번 엔진은 본 발명의 배기 시스템에 결합된다.
바람직하게는, 린번 엔진은 디젤 엔진이다.
디젤 엔진은 균일 혼합 압축 착화(homogeneous charge compression ignition, HCCI) 엔진, 예혼합 압축 착화 (pre-mixed charge compression ignition, PCCI) 엔진 또는 저온 연소(LTC) 엔진일 수 있다. 디젤 엔진은 종래의 (즉, 전통적인) 디젤 엔진인 것이 바람직하다.
린번 엔진은 연료, 바람직하게는 디젤 연료로 작동하도록 구성되거나 적응되는 것이 바람직하며, ≤ 50 ppm의 황, 보다 바람직하게는 예컨대 ≤　10 ppm의 황과 같이 ≤ 15 ppm의 황, 보다 더 바람직하게는 ≤ 5 ppm의 황을 포함한다.
자동차는 미국 또는 유럽의 법률에 정의된 것과 같은 경량 디젤 차량(LDV) 일 수 있다. 경량 디젤 차량은 전형적으로 < 2840 kg의 중량, 보다 바람직하게는 < 2610 kg의 중량을 가진다.
미국에서, 경량 디젤 차량(LDV)은 총 중량이 ≤ 8,500 파운드(US 파운드)인 디젤 차량을 나타낸다. 유럽에서, 경량 디젤 차량(LDV)이란 (i) 운전석에 추가로 8 개 이하의 좌석을 포함하고 최대 질량이 5 톤을 초과하지 않는 승용차 및 (ii) 최대 질량이 12 톤을 초과하지 아니하는 물품 운송 차량을 의미한다.
다르게는, 자동차는 미국 법률에 정의된 바와 같이 총 중량이 > 8,500 파운드(US 파운드)인 디젤 차량과 같은 대형 디젤 차량(HDV)일 수 있다.
방법
본 발명의 방법의 단계 (a)는 (a) (i) 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 제1 온도 범위에서 NOx를 저장하기 위하여 NOx 흡수제 촉매와 접촉시키는 단계; 및 (ⅱ) 제2 온도 범위에서 NOx 흡수제 촉매로부터 NOx를 방출하는 단계를 포함할 수 있고; 여기서 제2 온도 범위는 제1 온도 범위보다 높다(예컨대, 제2 온도 범위의 중간값은 제1 온도 범위의 중간값보다 높다).
제2 온도 범위는 제1 온도 범위와 오버랩 되지 않는 것이 바람직하다. 제1 온도 범위의 상한과 제2 온도 범위의 하한 사이에 갭이 있을 수 있다.
전형적으로, NOx 흡수제 촉매는 200 ℃ 초과의 온도에서 NOx를 방출한다. 이것은 제2 온도 범위의 하한이다. 바람직하게는, NOx 흡수제 촉매는 220 ℃ 이상, 예컨대 230 ℃ 이상, 240 ℃ 이상, 250 ℃ 이상 또는 260 ℃ 이상의 온도에서 NOx를 방출한다.
NOx 흡수제 촉매는 전형적으로 250 ℃ 이하의 온도에서 NOx를 흡수 또는 저장한다. 이것이 제1 온도 범위의 상한이다. 바람직하게는, NOx 흡수제 촉매는 220 ℃ 이하, 예컨대 200 ℃ 이하, 190 ℃ 이하, 180 ℃ 이하 또는 175 ℃ 이하의 온도에서 NOx를 흡수 또는 저장한다.
NOx 흡수제 촉매는 일산화질소(NO)를 우선적으로 흡수 또는 저장할 수 있다. 따라서, 이 문맥에서 NOx의 흡수, 저장 또는 방출에 대한 임의의 언급은 일산화질소(NO)의 흡수, 저장 또는 방출을 의미할 수 있다. NO의 우선적 흡수 또는 저장은 배기 가스 내의 NO:NO2의 비를 감소시킬 것이다.
정의
본원에서 사용된 용어 "영역"은 워시코트의 건조 및/또는 하소에 의하여 전형적으로 얻어지는 기재 상의 영역을 의미한다. 예를 들어, "영역"은 "층" 또는 "구역"으로서 기재 상에 배치되거나 지지될 수 있다. 기재 상의 면적 또는 배열은 일반적으로 워시코트를 기재에 적용하는 공정 중에 제어된다. "영역"은 전형적으로 뚜렷한 경계 또는 연부를 가진다(즉, 통상적인 분석 기술을 사용하여 하나의 영역을 다른 영역으로부터 구별하는 것이 가능하다).
전형적으로, "영역"은 실질적으로 균등한 길이를 갖는다. 이 문맥에서 "실질적으로 균등한 길이"에 대한 언급은 그것의 평균 값에서 10 %를 초과하는 편차, 바람직하게는 5 %를 초과, 더욱 바람직하게는 1 %를 초과하는 편차가 없는 길이(예컨대, 최대 길이와 최소 길이의 차이)를 말한다.
각각의 "영역"은 실질적으로 균등한 조성을 가지는 것이 바람직하다(즉, 영역의 일부분을 그 영역의 다른 부분과 비교할 때 워시코트의 조성에 실질적인 차이는 없다). 이 문맥에서 실질적으로 균등한 조성은 영역의 일부분을 그 영역의 다른 부분과 비교할 때 조성의 차이가 5 % 이하, 보통 2.5 % 이하, 가장 일반적으로 1 % 이하인 물질(예컨대, 영역)을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "구역"은 기재의 전체 길이보다 작은 길이, 예컨대 기재의 전체 길이의 ≤ 75 %인 영역을 지칭한다. "구역"은 전형적으로 기재의 전체 길이의 적어도 5 %(예컨대, ≥ 5 %인)의 길이(즉, 실질적으로 균일한 길이)를 갖는다.
기재의 전체 길이는 그 유입 단부와 유출 단부(예컨대, 기재의 대향 단부) 사이의 거리이다.
본원에서 사용되는 "기재의 유입 단부에 배치된 구역"에 대한 임의의 언급은 기재 상에 배치되거나 지지되는 구역을 말하며, 여기서 구역은 기재의 유출 단부에 있는 구역보다 기재의 유입 단부에 더 가깝다. 따라서, 구역의 중간값(즉, 길이의 절반)은 기재의 유출 단부에 대한 중간값보다 기재의 유입 단부에 더 가깝다. 유사하게, 본원에서 사용되는 "기재의 유출 단부에 배치된 구역"에 대한 임의의 언급은 기재 상에 배치되거나 지지되는 구역을 지칭하며, 여기서 구역은 기재의 유입 단부에 대한 구역보다 기재의 유출 단부에 더 가깝다. 따라서, 구역의 중간값(즉, 길이의 절반)은 기재의 유입 단부에 대한 중간값보다 기재의 유출 단부에 더 가깝다.
기재가 벽-흐름 필터인 경우, 일반적으로 "기재의 유입 단부에 배치된 구역"에 대한 임의의 언급은 기재 상에 배치되거나 지지되는 구역을 지칭하고:
(a) 유입 채널의 폐쇄 단부(예컨대, 차단되거나 막힌 단부)에 대한 구역보다 기재의 유입 채널의 유입 단부(예컨대, 개방 단부)에 더 가깝고, 및/또는
(b) 유출 채널의 유출 단부(예컨대, 개방 단부)에 대한 구역보다 기재의 유출 채널의 폐쇄 단부(예컨대, 차단되거나 막힌 단부)에 더 가까운 것을 지칭한다.
따라서, 구역의 중간값(즉, 길이의 절반)은 (a) 유입 채널의 폐쇄 단부에 대한 중간값보다 기재의 유입 채널의 유입 단부에 더 가깝고, 및/또는 (b) 유출 채널의 유출 단부에 대한 중간값보다 기재의 유출 채널의 폐쇄 단부에 더 가깝다.
유사하게, 기재가 벽-흐름 필터인 경우 "기재의 유출 단부에 배치된 구역"에 대한 임의의 언급은 기재 상에 배치되거나 지지되는 영역을 지칭하고:
(a) 유출 채널의 폐쇄 단부(예컨대, 차단되거나 막힌 단부)에 대한 구역보다 기재의 유출 채널의 유출 단부(예컨대, 개방 단부)에 더 가깝고, 및/또는
(b) 유입 채널의 유입 단부(예컨대, 개방 단부)에 대한 그것보다 기재의 유입 채널의 폐쇄 단부(예컨대, 차단되거나 막힌 단부)에 더 가까운 것을 지칭한다.
따라서, 구역의 중간값(즉, 길이의 절반)은 (a) 유출 채널의 폐쇄 단부에 대한 중간값보다 기재의 유출 채널의 유출 단부에 더 가깝고, 및/또는 (b) 유입 채널의 유입 단부에 대한 중간값보다 기재의 유입 채널의 폐쇄 단부에 더 가깝다.
구역은 워시코트가 벽-흐름 필터의 벽에 존재할 때(즉, 구역이 벽에 있을 때) (a) 및 (b) 모두를 만족시킬 수 있다.
본원에서 사용되는 "흡착제"라는 용어는, 특히 NOx 흡착제와 관련한 문맥에서, 단지 흡착에만 의한 화학 물질(예컨대, NOx)의 저장 또는 포획에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본원에서 사용된 용어 "흡착제"는 "흡수제"와 동의어이다.
본원에서 사용된 용어 "혼합 산화물"은 일반적으로 당 기술분야에 통상적으로 공지된 바와 같이 단일 상(phase)인 산화물의 혼합물을 지칭한다. 본원에서 사용되는 용어 "복합 산화물"은 일반적으로 당 기술분야에 통상적으로 공지된 바와 같이 하나 초과의 상을 가지는 산화물의 조성을 지칭한다.
본원에서 사용된 "필수적으로 이로 구성된다"라는 표현은 특정 물질 및 예를 들어 작은 불순물과 같이 그 특징의 기본 특성에 물질적으로 영향을 미치지 않는 임의의 다른 물질 또는 단계를 포함하도록 특징의 범위를 제한한다. "필수적으로 이로 구성된다"라는 표현은 "구성된다"라는 표현을 내포한다.
전형적으로 영역, 층 또는 구역의 내용의 문맥에서 물질과 관련하여 본원에서 사용된 "실질적으로 함유하지 않는"이라는 표현은, ≤ 5 중량%, 바람직하게는 ≤ 2 중량%, 보다 바람직하게는 ≤ 1 중량%와 같이 소량의 물질을 의미한다. "실질적으로 함유하지 않는다"라는 표현은 "포함하지 않는다"라는 표현을 내포한다.
본원에서 사용된 바와 같이, a 중량%로 표시된 도펀트의 양, 특히 총량에 관한 임의의 언급은 지지체 물질 또는 그의 내화성 산화물의 중량을 지칭한다.
실시예
이제 본 발명은 다음의 비-제한적인 실시예에 의하여 예시될 것이다.
Pd 질산염을 CHA 구조를 갖는 소형 세공 제올라이트 슬러리에 첨가하고 교반하였다. 알루미나 바인더를 첨가한 다음, 슬러리를 기존 코팅 기술을 사용하여 평방 인치 구조당 400 셀을 갖는 코디어라이트 관통 흐름 모노리스에 적용하였다. 500 ℃에서 코팅을 건조시키고 하소시켰다. Pd-교환 제올라이트를 함유하는 코팅을 얻었다. 이 코팅의 Pd 하중은 80 g ft-3이었다.
실험 결과
실시예 1의 촉매는 1.6 리터 벤치 마운팅된 디젤 엔진에 장착되었다. 이 엔진은 시뮬레이션된 세계 경량급 시험 사이클(World Harmonised Light Duty Test Cycles, WLTC)을 수행하도록 구동되었다. 배출 가스는 촉매 전후에 측정되었다. 촉매의 NOx 흡수 성능은 촉매 후의 NOx 누적 배출량과 비교하여 촉매 전의 NOx 누적 배출량 사이의 차이로서 결정되었다. 촉매 전후의 NOx 누적 배출량의 차이는 촉매에 의하여 흡수된 NOx에 기인한다. 첫 번째 시험은 신선한 촉매 상태로 수행하였다.
실시예 1의 촉매를 엔진에서 30 사이클의 린/리치 사이클링에 노출시켰다. 각각의 사이클은 람다 0.95에서 300 초의 린 운전 다음으로 10 초의 리치 운전이 포함되었다. 촉매 유입에서의 배기 가스 온도는 린 운전 중에 250 ℃로 제어되었다. 촉매는 WLTC 사이클을 가동함으로써 NOx 흡수 성능을 재평가 하였다.
하기 표 1은 신선한 상태 및 린/리치 사이클에 대한 노출 후에 WLTC 시험에 500 초에서 실시예 1의 촉매에 대한 NOx 흡수 성능을 나타낸다.
실시예 번호 500초에서의 NOx 흡수(g)
신선한 조건 린/리치 노출 이후
1 0.38 0.27
실시예 1의 촉매는 (예컨대, LNT를 재생할 때 마주치게되는) 린/리치 사이클링에 노출된 후에 흡수된 NOx의 양을 현저히 감소시킴을 보여준다.
의심의 여지를 없애기 위하여, 본원에서 인용된 임의의 및 모든 문헌의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.

Claims (17)

  1. (i) 기재 상에 배치된 분자체 촉매를 포함하고, 상기 분자체 촉매는 귀금속 및 분자체를 포함하며, 상기 분자체는 귀금속을 함유하는 NOx 흡수제 촉매;
    (ii) 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단; 및
    (iii) 희박 NOx 트랩을 포함하고,
    여기서 상기 NOx 흡수제 촉매는 배기 가스에 탄화수소를 도입하기 위한 수단 및 희박 NOx 트랩 모두의 상류에 있는, 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 처리하는 배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 귀금속은 팔라듐을 포함하는 배기 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분자체는 소형 세공 분자체, 중형 세공 분자체 및 대형 세공 분자체 중에서 선택되는 배기 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자체는 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, ZON 및 이들의 임의의 둘 이상의 혼합물 또는 연정으로 구성되는 군으로부터 선택되는 골격 유형(Framework Type)을 가지는 소형 세공 분자체인 배기 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소형 세공 분자체는 AEI 또는 CHA인 골격 유형을 가지는 배기 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자체는 알루미노실리케이트 골격을 가지고, 알루미나에 대한 실리카의 몰비가 10 내지 200인 배기 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 관통-흐름 모노리스(flow-through monolith) 또는 필터링 모노리스인 배기 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단은 상기 NOx 흡수제 촉매의 하류의 배기 가스에 탄화수소의 양을 제어 가능하게 도입하도록 구성되는 배기 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스에 탄화수소를 도입하는 수단은 인젝터(injector)인 배기 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희박 NOx 트랩은 기재를 포함하고, 상기 기재는 관통-흐름 모노리스 또는 필터링 모노리스인 배기 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 더 포함하고, 상기 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매는 상기 희박 NOx 트랩의 하류에 있는 배기 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 희박 NOx 트랩 및 상기 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매 사이에 질소계 환원제 공급 장치를 더 포함하는 배기 시스템.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 선택적 촉매 환원 필터를 더 포함하고, 상기 선택적 촉매 환원 필터 촉매는 상기 희박 NOx 트랩의 하류에 있는 배기 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 희박 NOx 트랩 및 상기 선택적 촉매 환원 필터 촉매 사이에 질소계 환원제 공급 장치를 더 포함하는 배기 시스템.
  15. 린번 엔진과 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 배기 시스템을 포함하는 자동차.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 배기 시스템을 통하여 린번 엔진에 의하여 생성된 배기 가스를 통과시키는 단계를 포함하는, 린번 엔진으로부터의 배기 가스 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 린번 엔진은 ≤ 50 ppm의 황을 포함하는 디젤 연료로 작동하는 배기 가스 처리 방법.
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