KR20190116481A

KR20190116481A - 린번 메탄 소스 연료 공급 혼합 연소 시스템에서 사용되는 촉매의 탈황산화를 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190116481A
Application number: KR1020197027567A
Authority: KR
Inventors: 슈 한; 존 지. 누한
Original assignee: 우미코레 아게 운트 코 카게
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-10-14
Also published as: US20180238216A1; EP3585989A1; US10184374B2; US20190383185A1; WO2018153619A1; CN110192012A

Abstract

엔진에서와 같이 린번 메탄 소스(천연 가스에서와 같이) 공급 연소 디바이스의 배기 가스에서 작동하는 황 피독 산화 촉매를 활성화시키기 위한 장치가 개시된다. 회복은 제어 유닛과 통신하는 CO 보충 장치의 사용을 통해 피독 촉매의 탈황을 포함하며, CO 보충 장치는 촉매에서 전체적인 농후 배기 가스 분위기를 방지하면서 촉매에 도달하는 배기 가스에서 CO 함유량을 보충하는데 적합하다. 예는 연소실들 중 일부에 NG(예를 들어, CNG)의 ECU 제어 여분의 공급에 의한 것과 같은 하나 이상, 바람직하게 전부보다 적은 린번 엔진의 연소실들에 탄화수소의 추가 공급을 포함한다. 또한, 전체적인 희박 상태를 유지하면서 촉매에 도달하는 배기 가스에 잉여 CO를 공급하는 것에 의해 린번 CNG 엔진의 산화 촉매의 탈황을 위한 방법, 및 제어 유닛과 CO 보충 장치를 조립하는 것에 의해 황 탈활성화 린번 NG 엔진 촉매를 재활성화시키기 위한 장치를 조립하는 방법을 특징으로 한다.

Description

린번 메탄 소스 연료 공급 혼합 연소 시스템에서 사용되는 촉매의 탈황산화를 위한 장치 및 방법

본 발명은 메탄 소스 연료 공급 디바이스(methane source fuled device)인 린번 연소 디바이스(lean burn combustion device)로부터의 배출물을 촉매적으로 변환시키는 기술에 관한 것이다. 린번 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스의 예는 천연 가스 공급 발전소에서 사용되는 것과 같은 고정 연소 유닛 및 천연 가스 연료 공급 엔진과 같은 메탄 소스 연료 공급 엔진을 포함한다. 천연 가스 연료 공급 엔진의 예는 압축 천연 가스(CNG) 연료 엔진을 포함하며, 본 발명은 이러한 연소 디바이스의 배기 가스에서 보여지는 메탄과 같은 포화 탄화수소를 함유하는 배기 가스의 촉매 변환을 위한 장치 및 방법을 포함한다. 본 발명은 CO의 제어된 공급을 통해 린번 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스(예를 들어, CNG 엔진과 같은 엔진)의 배출물 제어에서 사용되는 촉매의 황 열화 또는 불활성화를 방지하는 한편, 희박 상태에서 촉매에서의 배기 가스를 유지하는 것에 관한 장치 및 방법을 더 포함한다.

린번 천연 가스(NG) 엔진과 같은 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스(예를 들어, 엔진)는 고정 발전 및 승용차, 버스 및 경량 및 대형 트럭을 포함하는 이동성 응용 분야를 위해 전 세계적으로 사용된다. 연료 소스로서의 NG(예를 들어, CNG)에 대한 증가된 고려는 가스 추출 기술을 파괴하는 것을 통한 증가된 이용성과 같은 이유 및 환경 측면(및 현재 및 예상되는 배기 가스 배출량 규정을 충족시키는 것에 관련된 지원)에서의 잠재적 이익의 인식에 의해 추진되었다.

예를 들어, 디젤 및 가솔린 엔진 경쟁물에 비해, NG 연료 공급 연소 디바이스는 오존, NO_x 및 입자 물질(PM)에 비해 보다 적은 오염 물질을 발생시킨다. 또한 NG의 H/C 비율이 가솔린 및 디젤 연료의 약 2배이기 때문에 CO₂ 배출물이 감소된다.

본 출원과 관련하여, 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스에 대한 기준은 예를 들어 고정 발전소에서 사용되는 천연 가스(NG) 공급 연소실 및 NG 연료 엔진(예를 들어, CNG)과 같은 메탄 소스 연료 공급 엔진을 포함한다. 메탄 소스는 석유 탐사, 석탄 광산 및 메탄 하이드레이트의 해양 침전물을 통해 얻은 것들을 포함한다.

린번 메탄 소스 연료 공급 엔진의 또 다른 예는 차량 엔진을 위한 유일한 연료 소스로서 NG뿐만 아니라, 플렉스 연료(flex-fuel) 또는 이중 연료 차량(예를 들어, 디젤 및 NG, 또는 가솔린 및 NG 연료 소스)의 구성 요소로서 NG(예를 들어, CNG)를 사용하는 것과 같은 연소 디바이스에 대한 혼합 연료 소스 공급 시스템의 연료 구성 요소로서 메탄 소스 연료(예를 들어, NG 연료)를 포함하는 NG 구동 린번 모바일 차량 엔진을 포함한다. 차량에서 사용된 NG는 연료 공급 방법에 따라서 CNG 및 액화 천연 가스(LNG)로 분류될 수 있다. CNG는 약 200 기압으로 압축된 가스이며, 고압 용기에 보관된 상태로 사용된다. LNG는 대기압에 있는 동안 -162℃(-260℉)의 온도로 천연 가스의 냉각을 통해 천연 가스를 응축하는 것에 의해 생성되는 극저온 액체 연료이다.

CNG는 넓은 의미에서 땅에서 생산된 천연 가스와 관련이 있지만, 전형적으로 미량 레벨의 부탄 및 펜탄과 함께 메탄, 에탄 및 프로판과 같은 주성분으로서 작은 포화 탄화수소를 함유하는 가연성 가스를 지칭한다. CNG는 크게 석유 분야에서 생산된 유전 가스, 석탄 분야에서 생산된 석탄 가스, 및 석유 또는 석탄의 발생과 무관하게 물에 용해되고 존재하는 수용성 가스로 분류된다. 석탄 가스 및 수용성 가스의 각각은 주성분으로서 메탄, 및 이산화탄소, 산소, 질소 등을 함유하며, 가스가 실온에서의 가압에 의해 액화되지 않기 때문에 때때로 건식 가스로 지칭된다. 유전 가스는 메탄 외에 에탄, 프로판, 부탄 등을 함유하며, 가스가 실온에서의 가압에 의해 액화되기 때문에 때때로 습식 가스로서 지칭된다.

CNG 엔진과 같은 천연 가스 엔진은 주로 메탄인 연료 소스를 가진 엔진을 대표하여서, 이러한 엔진은 주로 미연소 메탄(CH₄)(예를 들어, 85%)뿐만 아니라 때때로 다른 단사슬 알칸종(short-chain alkane species)(예를 들어, 에탄(C₂H₆) 및 프로판(C₃H₈))을 포함하는 배출물을 생성한다. 그러므로, 배기 가스 스트림 내에서의 산화에 의한, 메탄을 포함하는 포화 탄화수소의 고효율 제거를 위한 촉매의 개발은 전략적으로 중요하다.

촉매 보조물을 이용하더라도, 배기 스트림으로부터 메탄의 제거는 C-H 결합이 파열되어야만 하기 때문에 비교적 어렵다. 초기 C-H 결합 분열을 어렵게 만드는 메탄의 추가의 특징은 모든 C-H 결합이 금속 또는 금속 산화물 표면에서 매우 낮은 메탄의 점착 계수를 초래하는 약 109°에서의 중앙 탄소에 대해 대칭으로 분포되는, 메탄의 고도로 대칭인 형상이다. 고급 알칸의 산화에서, 산화는 일반적으로 C-C 결합의 분열에 의해 보다 용이하게 달성된다. C-H 결합이 강하기 때문에, 메탄은 산화하기가 더욱 어렵다. 메탄이 이산화탄소의 온실 잠재력의 약 20배에 달하는 강력한 온실 가스로 알려져 있기 때문에, C-H 결합의 분열에 의한 메탄의 산화를 활성화시키기 위한 촉매로서 귀금속 및 비금속의 사용이 연구되어 왔다. 알루미나, 실리카, 산화토륨 및 티타니아(titania) 지지 백금 및 팔라듐 촉매가 1983년과 1985년 평가되었다(C. F. Cullis and B. M. Willatt, Journal of Catalysis, Vol. 83, p. 267, 1983; and V. A. Drozdov, P. G. Tsyrulnikov, V. V. Popovskii, N. N. Bulgakov, E. M. Moroz, and T. G. Galeev, Reaction Kinetic Catalysis Letters, Vol. 27, p. 425, 1985 참조). 이러한 연구들은 기술된 조건 하에서, 알루미나 지지 팔라듐 촉매가 가장 활성적이고, 알루미나 지지 백금 촉매가 뒤따른다는 것을 제시하였다.

메탄의 처리에 더하여, 이러한 많은 연소 디바이스(예를 들어, 엔진)의 배기 가스로부터의 비-메탄 탄화수소(NMHC)의 감소가 또한 고려되고 있으며, 문제를 제기하고 있다. 디젤 엔진이 매우 낮은 농도의 저분자량 알칸(예를 들어, 에탄, 프로판 등)을 배출하지만, 이러한 종들은 린번 천연 가스 엔진에서 배출되는 NMHC의 대부분과 이중 연료 엔진에 대한 천연 가스 대체율에 상응하는 분율을 차지한다. 이러한 관점에서, 보다 최근의 연구는 어려운 규제 요건을 충족시키기 위해 미연소 알칸의 촉매 산화를 특별히 목표로 삼았다. 예를 들어, 의무적인 고속도로 압축 및 스파크 점화 엔진 및 비도로(non-road) 압축 점화 엔진에 대한 미국 환경 보호국(U.S. Environmental Protection Agency, EPA)의 NMHC 요건은 0.14g NMHC/bhp-hr(0.19g NMHC/kW-hr)이다. 또한, 적어도 60%의 메탄 변환이 THC 한도 값에 대한 엄격한 유럽 규정을 충족시키도록 요구된다(Tier Euro IV, effective from October 2005).

따라서, NG 엔진과 같은 메탄 소스 연료 공급 엔진은 전술한 이점(예를 들어, 보다 낮은 NO_x 및 입자 물질(PM) 생성)을 가지며; 이러한 것들은 또한 미연소 메탄과 많은 예에서 비-메탄 탄화수소(NMHC)의 배출물의 단점을 또한 가진다.

NG 작동 엔진과 같은 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스의 배출물 처리에서 문제를 제기하는 추가 요인으로는 이러한 디바이스의 비교적 낮은 작동 온도(예를 들어, 400 내지 450℃), 및 예를 들어 엔진 배기 가스(예를 들어, NG의 소스에 존재하거나 엔진 오일로부터의 배기 스트림으로 도입되는 또는 둘 모두의 S0₂)에서의 이산화황(예를 들어, 1 ppm 이상)과 같은 오염물을 포함한다.

언급된 바와 같이, 팔라듐을 함유하는 산화 촉매가 전술한 조건 하에서, 메탄을 변환시키는 백금계 촉매와 비교하여 보다 효율적인 것으로 보고되었다. 그러나, 팔라듐계 촉매가 이러한 연구와 비교하여 메탄 및 NMHC 저감에 가장 활성인 것으로 종래 기술에서 보고되었지만, 이러한 것들은 심각한 제한을 가지는 것으로 당업계에서 또한 공지되어 있다. 예를 들어, 이들 팔라듐계 촉매는 황 피독(sulfur poisoning)에 매우 민감하며, CH₄ 산화에 대한 그 활성도는 SO₂ 또는 SO₃의 존재시에 매우 빠르게 열화되며, H₂S와 접촉할 때 더욱 빠르게 열화된다. 많은 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스(NG 린번 엔진에서와 같이 이동성 차량 또는 고정 엔진과 같은)가 NG 자체 내에 및/또는 많은 엔진에서 사용되는 윤활유로부터 비롯된 SO₂(예를 들어, 1 내지 5 ppm)를 함유하기 있기 때문에, 배기 가스 스트림에서의 메탄 및 NMHC 저감에 있어서의 그 효율성이 보다 우수함에도 불구하고 팔라듐계 촉매를 사용하는 한계를 당업계에서 인식하였다. 또한, 수증기는 메탄(및 NMHC) 산화의 촉매 활성에 대한 강력한 억제제로 공지되어 있으며, 그러므로 또한 고려해야만 된다.

그러므로, 린번 NG 엔진 및 이중 또는 다중-연료(예를 들어, 디젤 및 천연 가스) 엔진 등에서와 엔진과 같은 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스로부터의 미연소 탄화수소 배출물의 감소가 방출된 현저한 단사슬 알칸종(예를 들어, 메탄, 에탄, 및 프로판)의 안정성으로 인하여 특히 문제가 있다는 것이 이해된다. 지지된 Pd계 산화 촉매는 일반적으로 린번 NG 배기 가스의 전형적인 온도에서 저 분자량 알칸의 완전한 산화를 위한 가장 활성인 물질로 고려된다. 그러나, 이러한 촉매는 높은 수증기 농도 및 미량의 황을 가지는 현실적인 배기 조건 하에서 빠르게 저하된다.

희박 연속 NG 엔진의 배기에 사용되는 Pd계 촉매의 황 피독 및 재생과 관련된 메커니즘이 종래 기술에서 연구되었다. 이와 관련한 연구의 예는 Leprince 등의 "메탄 경감을 위한 팔라듐계 촉매의 재생; Paper no.: 210 CIMAC Congress Kyoto 2004"; Hu 등의 "천연 가스 엔진의 시뮬레이션된 배출물 조건에 따른 Pd 촉매의 황 피독 및 재생, 2007-01-4037 SAE International"; 및 Ottinger 등의 "린번 천연 가스 및 이중 연료 적용을 위한 Pd-계 산화 촉매의 탈황, 2015-01-0991 SAE International"에서 찾을 수 있다.

상기 문헌에서 기술된 바와 같이, 린번 NG 엔진 환경에서 피독된 Pd계 촉매를 재활성화시키는 것과 관련하여 2가지 주요 탈황 전략이 조사되었다: a) 열 탈황; 및 b) 환원성 탈황.

Pd계 산화 촉매의 열 회수는 Pd-황 종(Pd-sulfur species)의 열 안정성 및 적절한(비 손상적인) 온도 범위 내에서 관련된 최소의 황 방출로 인해 문제가 있는 것으로 밝혀졌다.

환원성 탈황은 열 탈황 단독보다 종래의 기술에서 더욱 양호한 선택인 것으로 밝혀졌다. 상기 문헌은 전체적인 희박 공연비(λ > 1 희박 상태)로부터 전체적인 농후 상태(λ < 1 농후 상태)에 있는 것으로 촉매 전체에 걸쳐서 촉매 배기 환경을 반복하여 변환하도록 설계된 주기적인 환원 이벤트로 NG 엔진에서의 린번 상태의 변환을 설명한다. 희박 조건 하에서 구동되도록 설계된 엔진을 위한 농후 배기 가스 혼합물의 발생은 특히 어려우며, 차량의 주행성 및 안정적인 작동에 큰 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 다시 말하면, 상기 언급된 물품은 모두 촉매를 재활성화시키도록 전체적으로 농후한 분위기를 사용한다. 열화된 촉매 활성도를 회복시키는 노력에서 린번 CNG 엔진 배기 가스를 희박으로부터 농후로 변환시키는 동일한 접근은 PCT 공개 공보 WO2015167318에서 보여진다. 농후 조건 하에서 Pd계 촉매를 구동하는 단점은, Pd가 농후 대 희박 배기 조건 하에서 보다 신속하게 소결되어서, 고온에서의 재생이 시간 경과에 따라 촉매의 전반적인 안정성에 해로울 수 있다는 것이다. 더욱이, 전체적인 농후 구동 상태는 예를 들어 이산화황 및 다른 황화물과 비교하여, Pd에 비해 보다 독성이 강한 황화수소(H₂S)의 증가된 방출의 가능성을 나타낸다. 전체적인 희박 구동 엔진은 독성이 강한 황화수소를 덜 발생시키는 경향을 가진다.

또한, 종래 기술에서, 원소 S가 Pd의 벌크 내로 뿐만 아니라 표면 상에 통합될 수 있다는 점에서, Pd가 귀금속(Pt, Pd 및 Rh에서와 같이) 중에서 고유하기 때문에 농후 재생 조건이 요구되는 것으로 고려된다. 벌크 S를 제거하도록, 반복된 농후-희박 사이클링은 고온(Ts > 700-800℃)에서 요구되는 것으로 고려된다. 농후 조건 하에서, 원소 S는 Pd/PdO 미소결정(crystallite)의 표면에 도달하고, 그런 다음 희박 조건 하에서 저온에서 용이하게 제거되는 S0₂로 용이하게 산화된다.

농후(λ < 1) 분위기로의 주기적인 시프트를 통해 CNG 엔진 시스템에 제공된 Pd계 삼원 촉매("TWC")의 불활성화를 상쇄하도록 시도하는 종래 기술의 추가의 예가 US 2016/0108833에서 보여진다. US '833에서, 촉매가 열화된 상태에서 있는 것으로 감지될 때 1.0(화학양론적)으로부터 0.99(농후)로 공기/연료 비율에서의 엔진 제어 조정을 포함하는 (일반적인) CNG 엔진 촉매 열화 회피에 관한 기술이 기술되어 있다.

그러나, 위에서 언급한 바와 같이, 정상적으로 구동하는 린번 엔진을 취급할 때, CNG 촉매 재활성화의 목적을 위해 희박 상태로부터 농후 상태로의 시프트는 인위적이며 예를 들어 엔진 제어에 의해 인위적으로 달성되는 것이 어렵거나, 또는 추가의 복잡성을 요구하고 및/또는 연료 효율을 낮춘다. 또한, 전술한 바와 같이, 농후 구동 상태는 희박 구동 상태에 비해 더욱 독성인 황화수소를 발생시키는 성향이 더욱 큰 것으로 고려된다.

그러므로, 600℃ 이상의 고온 활성화 또는 환원 분위기 처리 또는 둘의 조합을 통해 촉매를 탈황하는 종래 기술의 일반적인 접근은 부족한 것으로 판명되었다. 예를 들어, 열화된 CNG 린번 촉매를 재생하는데 요구되는 온도는 희박 CNG 촉매를 위한 작동 온도 범위를 벗어나는 것으로 밝혀졌으며, 환원 분위기(예를 들어, 엔진 제어에 의한)는 달성하기 어렵다. 따라서, 본 발명은 종래 기술에 있어서의 이러한 문제를 해결하기 위한 것이다(예를 들어, 본 발명은 스트림에서 촉매와 접촉하는 메탄을 야기하도록 메탄 소스 연료 공급되는 전술한 다양한 린번 연소 디바이스와 관련된 전술한 문제를 방지하거나 또는 적어도 완화시키는 것에 관한 것이다).

본 발명은 종래 기술에서 전술한 문제들 및 제한들 중 적어도 하나 이상을 해결하거나 또는 적어도 어느 정도 완화시키고, 전술한 열 및/또는 농후 촉매 분위기 재생의 표준 재생 카테고리와 다른 접근법을 취하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따르면, NG 엔진 배출물 촉매와 같은 린번 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스(예를 들어, 엔진) 배출 촉매의 황 피독을 반전시키는데 이용되는 다른 접근법은 엔진 제어를 이용하여. 촉매 장치와 접촉하는 린번 엔진 배기 가스에서 전체적인 농후 λ 분위기를 생성하지 않고 NG 엔진 촉매와 접촉하는 분위기로 보다 많은 CO를 도입하는 것에 의해 황 피독을 반전시키는 한편, 배출물에서 전체적인 희박 상태를 유지하는 것을 포함한다.

언급한 바와 같이, 본 발명은 CO와 비교하여 메탄이 연소되기 어렵다는 것을 고려한다. 예를 들어, 촉매 제제 및 테스트 조건에 의존하여, CO 활성 온도(light-off temperatures)는 메탄보다 200℃ 낮을 수 있다. 본 발명에 따른 배기 가스에 더욱 많은 CO를 도입하는 것에 의해, CO 산화에 의해 발생된 발열은 그 촉매의 황 피독에서의 반전을 촉진하도록 황 열화된 린번 메탄 소소 연료 공급(예를 들어, NG) 연소 디바이스(예를 들어, 차량 엔진) 촉매에 대한 국부적인 열처리 효과를 보다 쉽게 달성할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 기술은 CO 산화로부터의 열을 사용하여 현장 탈황/재생을 효과적으로 제공하는 기술이다. 예를 들어 Pd CNG 촉매 전체에 걸쳐서 CO의 높고 매우 빠른 산화의 제2 특징은 Pd 미소결정에서 "국부적인" 온도가 매우 높게 되는 동시에, "국부적인 가스 조성"이 이러한 국부화된 영역들에서 산소의 매우 빠른 소모로 인하여 화학량론에 근접하거나 또는 약간 농후하게 되어, Pd 미소결정으로의 산소의 확산 속도에서의 제한과 결합될 수 있다는 것이다. 그러므로, 매우 높은 연소율과 결합된 CO의 존재는 EMS 조정에 의해 전체 배기 가스를 농후하게 하는 것과 동일한 효과를 본질적으로 달성할 수 있으며, 이는 매우 바람직하지 않다. 환언하면, 본 발명에 따른 국부적인 환경 산소의 관련된 신속한 제거와 함께, 높은 레벨의 CO의 존재는 촉매 작용이 일어나는 국부적인 환경의 관점으로, 즉 Pd/PdO 미소결정에서 본질적으로 전체 배기 가스를 농후하게 하는 것과 동일한 효과를 달성할 수 있다. 본 발명은 촉매에 비해 그 전체적으로 희박한 환경에 의해, 종래 기술의 농후-희박 토글링에서 주기적으로 발생되는 것과 같은 전체적인 농후 분위기 하에서 발생할 수 있는 황화수소 발생의 정도를 또한 회피한다. 본 발명은 또한 메탄과 비교하여 CO 변환이 수증기의 존재에 의해 덜 억제된다는 점에서 배기 가스에서의 수증기의 영향을 감소시키기 위해 배기 가스에서 첨가된 CO가 제공되는 시스템을 특징으로 한다.

아래에 제공된 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 접근법에 따르면, 황 피독 촉매의 메탄 활성 온도는 공급 가스 스트림에서 CO를 증가시키는 것에 의해 상당히 개선될 수 있고, 또한 재생 후에 촉매의 강한 회복이 달성된다(예를 들어, 피독 전에 촉매의 초기 활성과 거의 동일하거나 바람직하게 적어도 10-20℃ 이내의 최종 회복). 본 발명에 따른 이러한 개선은 전체적인 희박 분위기가 유지되는 시뮬레이션된 희박 배기 가스 혼합물을 포함하는 다음에 설명된 테스트에서 알 수 있다. 활성 온도는 본 발명의 접근법에 따라서 피독 상태로부터 상당히 낮아진다(예를 들어, 300℃까지). 또한, 본 발명에 따르면, 보충된 양의 CO가 존재할 때 촉매가 잘 수행될뿐만 아니라, CO 함유량이 후속하는 활성 테스트/구동에서 감소된 후에, 촉매는 예비 황 피독 레벨까지(또는 거의) 그 활성도를 회복할 수 있다. 본 발명에 따른 예에 의해 더욱 알 수 있는 바와 같이, 배기 가스 혼합물이 메탄만을 함유할 때 및 메탄 외에 NMHC와 같은 다른 배기 성분을 함유할 때(예를 들어, 배기 가스가 메탄뿐만 아니라 NMHC의 에탄 및 프로판을 함유할 때) 모두 개선이 보여진다.

본 발명에서의 고려에 따른 린번 연소 디바이스(예를 들어, 린번 엔진과 같은)가 충분한 CO를 발생시키도록 정상 구동 작동 동안 본 발명에 따라 특징화된 의도된 상태를 충족시키도록 배기 가스에서의 충분한 양의 CO를 적절히 발생시킬 수 없기 때문에, 본 발명에 따라서 CO 보충 장치를 사용하는 것에 의한 CO 증가 작동을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 CO 증가 작동의 예로서, NG(예를 들어, CNG) 연료 공급 엔진과 같은 린번 메탄 소스 연료 공급 엔진의 하나 이상의 실린더(때때로 바람직하게 전부보다 적은)가 엔진 농후 모드 또는 더욱 농후 모드로 주기적으로 작동된다. 하나 이상의 엔진 실린더에서의 이러한 농후 모드 또는 더욱 농후 모드는 촉매와 접촉하는 전체 배기 가스 분위기를 농후 상태 또는 λ < 1로 두도록 설계되지 않고, 촉매에서 CO에 대해 발열 반응을 개시하도록 그 배기 가스 분위기에 추가된 양의 CO를 발생시키도록 의도된다. 국부적인 발열 반응은 촉매 상의 이러한 위치들에서 촉매 피독 황의 현장 제거를 제공하도록 촉매 상의 관련 위치에서 분위기에서의 온도의 현장 증가로 이어진다. 그러므로, 황 피독 촉매는 보다 높은 CO 배기 가스 함유량 및 관련 발열성을 통해 재활성화될 것이다. 농후 또는 더욱 농후한 실린더내 연소 조건의 결과로서, 더욱 많은 수소가 또한 발생될 것이다. 증가된 수소는 또한 황 피독으로부터의 CNG 촉매의 국부적인 재활성화를 돕는 한편, 촉매에서 여전히 전체적인 희박 상태가 유지된다.

본 발명의 방법은 다른 비-메탄 탄화수소(들)의 존재 또는 부재시의 작업을 포함한다. 또한, 본 발명에 의해 달성된 탈황 효과는 CO 농도 의존적이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예 및 사용된 테스트 조건 하에서, 1.6% 이하의 CO 농도가 3.2% 이상의 CO 농도가 이용될 때와 비교하여 효과적이지 못하다고 제안된다. 배기 가스에서의 CO의 정확한 농도 및 예를 들어 엔진 작동에서 요구되는 조정은 전체 배출물에 대한 엔진 작동의 상세, 촉매에서의 온도, 촉매의 부피에 대한 배기 가스 유속(즉, GHSV), 및 엔진 매니폴드에 대한 촉매의 위치에 의존할 것이다. 그러므로, 상이한 배기 가스 구성을 가지는 엔진에서와 같이, 상이한 린번 연소 디바이스는 완전 재생을 위해 배기 가스에서 상이한 레벨의 CO 농도를 요구할 것이다. 즉, 추가된 과잉의 CO는 고효율 독성 제거를 제공하는 한편, 황화수소를 열화시키는 고 촉매 발생에서의 증가와 같은 바람직하지 못한 결과로 이어질 수 있음에 따라서 전체적인 농후 상태로의 토글링을 방지하도록 설계된 양으로 추가된다.

또한, 본 발명의 실시예는 Pd 단독 촉매와 같은 Pd계 촉매 또는 하나 이상의 추가된 PGM(루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금 또는 그 임의의 조합을 포함하는 백금 그룹 금속)을 구비하는 Pd계 촉매를 이용하는 배기 가스 처리를 포함한다. 예들은 Pd/Rh 또는 Pd/Pt 또는 Pd/Pt/Rh 촉매와 같은 Pd와의 조합(뿐만 아니라, 이러한 것의 가능한 모든 조합뿐만 아니라, Pd와의 가변 상대 비율, 바람직하게 다른 PGM 중에서도 가장 높은 비율)을 포함한다. 아울러, 본 발명의 Pd계 촉매는 Cu, Ni, Fe, Zr의 다른 비금속과 같은 Pd와의 다른 비-PGM 금속 조합 또는 몇 가지 예로서 이러한 것의 임의의 조합을 또한 포함할 수 있다. Pd 단독 또는 상기된 PGM 조합 중 임의의 것에 대해 전술한 바와 같은 비금속을 포함할 수 있다.

본 발명의 산화 촉매의 조성은 전술한 촉매 금속들 이외에, 바람직하게 적절한 지지체를 포함하며, 지지체는 금속이 그 위에 고도로 분산될 수 있고, γ-Al₂0₃ δ-Al₂0₃ θ-Al₂0₃ 헤테로원자(heteroatom) 도핑된 전이 알루미나, 실리카, 산화세륨, 지르코니아, 산화세륨-지르코니아게 고용체, 란탄 산화물, 마그네시아, 스트론티아, 티타니아, 산화 텅스텐 및 그 혼합물로 이루어진 그룹으로 선택되는 것들과 같은 내화성 산화물 및 그 혼합물과 같은 물질을 포함한다. 배경 기술에서 기술한 바와 같이, 활성 알루미나 지지체(예를 들어, 금속 촉매가 지지되는 입자)는 예를 들어 CNG 촉매 처리에서와 같은 촉매 처리에서 많은 경우에 바람직하다.

본 발명의 실시예는 또한 내화성 산화물 상에 이미 지지되는 분산 Pd 금속과 같은 Pd계 산화 촉매 물질이 지지될 수 있는 기재 지지체를 포함한다. 예를 들어, 기재 지지체에 도포된 Pd계 산화 촉매 물질은 워시코트 슬러리(washcoat slurry)의 형태일 수 있다. 적합한 기재는 플로우 스루(flow through) 또는 월-플로우 허니콤 바디(wall-flow honeycomb body)를 포함하거나, 또는 예를 들어 하나 이상의 주름진 시트; 덩어리의 섬유 또는 오픈 셀 발포체(open-cell foam); 대량의 다공성 입자 몸체; 및 다른 필터형 구조를 포함하는 다수의 상이한 형태를 취할 수 있다. 또한, 허니콤 바디가 이용되면, 허니콤 바디는 금속 및/또는 세라믹 물질과 같은 적절한 내열성 물질로 만들어질 수 있다. 바람직하게, 허니콤 바디는 근척성, 근청석-알루미나, 질화규소, 뮬라이트(mullite), 지르콘 뮬라이트, 라티아 휘석(spodumene), 알루미나-실리카 마그네시아, 규산염, 규선석(sillimanite), 규산 마그네슘, 지르콘, 페탈라이트(petalite), 알파 알루미나, 알루미노 규산염, 탄화 규소(SiC), 알루미늄 티타네이트 등, 및 그 조합으로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 바람직하게 본 촉매의 필요한 작용을 수행하는데 충분한 PGM(예를 들어, Pd 로딩)이 제공된다. 이러한 PGM 물질의 적절한 로딩은 Pt가 있든 없든지 20 내지 500 g/ft³ 또는 40 내지 400 g/ft³ 또는 50 내지 250 g/ft³ 범위에 있는 Pd를 포함한다. Pt는 Pd가 포함되면 바람직하게 10 내지 100 g/ft³의 범위로 제공되며, Pd/Pt의 비율은 3:1 내지 10:1, 또는 4:1 내지 7:1 또는 5:1의 비율이 바람직하다. 아래에 기술된 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 황 열화(sulfur degradation)를 방지하는 능력, 그러므로 이러한 피독을 보상하는 종래의 요건(증가된 촉매 물질 로딩에 의한)은 본 발명에서 주어진 시스템에 대해 보다 낮은 촉매 로딩 요건의 일점을 제공한다. 즉, 본 발명에 의해 제공되는 이점은 이용된 촉매에서 PGM 함유량(특히 Pd)의 감소 가능성이다. 즉, 현장 황 제거를 통한 활성 온도의 하강 및 황 피독의 회피에 의해, 사전 결정된 결과에 부합하도록 요구된 PGM 촉매의 양이 낮추어진다.

본 발명의 장치는 희박 상태에서 작동하는 엔진(예를 들어, CNG와 같은 NG) 연료 공급 엔진(예를 들어, 승용차, 경차 또는 대형 트럭, 버스 등과 같은 이동성 차량 엔진)에서와 같이 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스의 배기 가스를 변환시키는 촉매 시스템을 특징으로 한다. 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스는, 예를 들어, 린번 엔진에서 유일한 연료 소스로서 또는 다중 연료 소스 엔진(예를 들어, 플렉스 연료 또는 이중 연료)이 성분으로서 NG(예를 들어, CNG)에서와 같은 유일한 연료 소스로서의 메탄 소스 연료로서 작동될 수 있다.

CNG 린번 엔진에서와 같이, 엔진과 같은 린번 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스와 함께 사용하는데 적합한 촉매의 예는 Zr을 포함하는 전이 금속 및 Mg, Ca, Sr 및 Ba와 같은 알칼리 토금속과 같이 존재하는 선택적으로 다른 안정화제 및 촉진제와 함께 희토류 안정화된 고 표면 알루미나 상에 지지되는 Pd를 특징으로 한다. 적절한 희토류 알루미나 안정화제는 몇몇 예로서 La, Pr, Nd 및 Y를 포함하며, 상기 나열된 안정화제 소스는 개별적으로 또는 상기 리스트와 관련된 임의의 가능한 조합으로 사용될 수 있다.

본 발명은 린번 메탄 소스 연료 공급(예를 들어, CNG 연료 공급에서와 같은 NG) 연소 디바이스(예를 들어, 엔진)의 배기 가스의 촉매 처리를 위한 촉매 처리 장치를 포함하며, 촉매 처리 장치는, 연소 디바이스의 배기 가스 라인; 배기 가스 라인에 있는 촉매; 제어 유닛; 및 상기 제어 유닛과 통신하고, 촉매를 탈황시키도록 전체적인 농후 배기 가스를 방지하면서 촉매에 도달하는 배기 가스에서 CO 함유량을 보충하는데(예를 들어, 프로그래밍된, 그러므로 사전 결정된 CO 함유량 레벨을 달성하는데) 적합한 CO 보충 장치를 포함한다.

본 발명의 장치는 Pd 단독 산화 촉매, 또는 Pd 및 적어도 Pt와 같은 제2 촉매 금속을 포함하는 산화 촉매와 같은 희토류 안정화된 고 표면적 알루미나 상에 지지된 팔라듐을 포함하는 촉매를 특징으로 한다.

본 발명의 장치는 사전 결정된 레벨까지 CO 배기 가스 함유량을 보충하는 CO 보충 장치를 가지는 동시에 촉매에서 전체적인 린번 상태(λ> 1.0)를 유지하는 것을 포함한다.

예를 들어, 촉매 처리 장치의 모드는 보충적 CO 함유량이 CO 보충 장치에 의해 공급되는 동안 촉매에 도달하는 배기 가스의 희박 상태를 유지하여서, 배기 가스의 전체 상태가 λ > 1.0(예를 들어, > 1.0 내지 20.0); 또는 λ ≥ 1.1 내지 ≤ 10.0, 보다 바람직하게 λ ≥ 1.2 내지 5.0, 더욱 바람직하게 λ≥ 1.5 내지 ≤ 2.5에서와 같인 화학양론적인 것보다 크게 유지되는 모드이며, λ=2.1이 본 발명에 따른 일부 예에 적합하다. 상기의 보다 넓은 범위에 대하여, 이러한 범위의 상한은 구동되는 연소 디바이스 시스템이라는 것을 유의하여야 한다(공급된 연료에 대해 필요한 연소 효과의 목적을 위해 적절한 연소 공기 레벨이 이용되는 동시에, 본 발명에 따른 필요한 촉매 구동 탈황 배출물 결과를 달성한다).

추가로, 본 발명의 실시예는 전술한 바와 같이 촉매를 재생/탈황할 수 있는 배기 가스 중의 CO 함유량의 비율을 특징으로 한다. 필요한 CO의 정확한 농도는 희박 작동 엔진으로부터의 배기 가스 조성, 촉매 온도, 및 배기 가스 구성과 같은 특성에 의존할 것이다. 공급되는 CO 농도는 재활성화를 위해 충분한 레벨 및 지속 기간이지만, 촉매에 도달하는 배기 가스에서 전체적인 희박 상태를 유지한다. 예를 들어, CO 보충 장치는 바람직하게 1.0% 내지 6%, 또는 본 발명 하에서 특징으로 하는 많은 상황을 위하여 보다 바람직하게 1.6% 내지 4.0%, 보다 바람직하게 3.2 체적% 내지 3.6 체적%에서와 같은 3 체적% 내지 4 체적%와 같이, 촉매에서 배기 가스의 약 1.0 체적% 내지 < 7.5 체적%인 배기 가스에서의 CO 함유량을 제공한다(배기 가스가 촉매에서 전체적인 희박 상태로 유지되는 동안). 1.0 내지 < 7.5의 범위의 상한은, 본 발명에 따른 일부 시스템에 대해 초과되면, 전체적인 농후 상태(독성 황화수소 발생에 대한 증가된 경향 및 보다 높은 촉매 소결 가능성을 포함하는, 전술한 바와 같은 바람직하지 않은 특성을 가지는)에서 있는 것에 대해 여전히 전체적인 희박 상태로부터 불필요한 시프트로 이어질 수 있는, 시스템에서 전체 CO 존재에 대한 상한값(capped end)의 예이다.

본 발명의 예는 CO 보충 장치를 추가로 포함하며, 그 예는 제어 유닛과 통신하고 연소 엔진과 같은 린번 연소 디바이스의 하나 이상의 연소실에 연료를 추가하는데 적합한 연료 분사기와 같은 연료 분사기 디바이스를 포함한다. 연료 분사기는 연소 엔진과 같은 CNG 작동 연소 디바이스에서 CNG와 같은 소스 연료를 분사하도록 또한 사용되지만, 본 발명에 따라서, 적시에 필요한 시점에 배기 가스 스트림에 추가된 CO를 제공하도록 표준 작동 절차에서 사용되는 것과 다른 방식으로 제어된다. 이러한 것은 배기 출력에서 CO 함유량을 필요한 사전 결정된 레벨의 증가를 달성하도록 추가 연료의 제어된 고 빈도의 주기적 입력을 포함할 수 있다.그러므로, 실시예는 촉매에 도달하는 배기 가스에서 전체적인 희박 상태를 유지하면서 제어된 CO 보충의 목적을 위하여, 연소 엔진과 같은 단일 CNG 연료 구동 연소 디바이스 또는 연소 엔진과 같은 다중 연료 구동 NG 연소 디바이스의 구성 요소 연료 중 하나의 CNG 연료에서와 같이 공통 연료를 공급하는 연료 분사 장치를 특징으로 한다.

보충 기간(연료가 제어된 CO 보충을 위해 공급되는) 동안 촉매에서 전체적인 희박 상태를 유지하는 본 발명에 따른 하나의 기술은 린번 엔진의 연소실의 총수보다 적은 CO 보충 장치 공급 연료의 연료 분사 디바이스를 가지는 것이다.

본 발명의 촉매 처리 장치의 배열은, 제어 유닛과 통신하고 예를 들어 촉매의 황화 불활성화의 레벨을 나타내는 정보를 제어 유닛에 전달하는 촉매 황화 불활성화 상태 센서를 더 포함하며, 황화 불활성화의 임계값이 발생하였다고 제어 유닛이 결정할 때, 탈황 효과를 달성하기 위해 CO가 첨가된 배기 가스 유동을 보충하도록 CO 보충 장치를 개시한다(또한, 적용 가능한 조건 하에서, CO 보충이 수중 피독 효과가 촉매 활성도에 미친 비판적인 영향을 반전시키는 것으로 고려된다).

본 발명의 다른 배열은 CO 보충 장치와 통신하는 제어 유닛의 작동에 기초하여 하나 이상의 연료 공급 밸브의 개방을 통해 이용 가능한 연료의 추가 공급을 제공하는 것에 의해 CO 함유량을 증가시키는 CO 보충 장치를 포함한다. 다시, 이러한 보충 장치는 촉매에 도달하는 배기 가스의 사전 결정된 레벨의 추가된 CO 함유량에 도달하는데 충분한 연료를 제공하지만, 촉매에 도달하는 배기 가스에서 전체적으로 농후 상태로 이어지지 못하도록 설계된다.

본 발명은 또한 CO 보충 동안 촉매에 도달하는 배기 가스에서 린번 상태를 유지하면서 촉매를 회복(예를 들어 황 열화 촉매를 재활성화)시키도록 린번(메탄 연료 공급된) 연소 디바이스(예를 들어, 엔진) 배기 가스의 CO 함유량을 보충하는 단계를 포함하는, 린번(메탄 연료 공급된) 연소 디바이스(예를 들어, 엔진) 배기 가스 통로에서 작동하는 촉매의 성능을 향상시키는 방법을 포함한다.

본 발명은 또한 촉매를 재활성화(예를 들어, 그 촉매에 황 축적의 제거에 의해 촉매를 재활성화)하면서 CO 보충 동안 촉매에 도달하는 배기 가스에서 전체적인 희박 λ 상태를 유지하도록 린번 엔진 배기 가스의 CO 함유량을 보충하는 단계를 포함하는, 린번(메탄 연료 공급된) 연소 디바이스(예를 들어, 엔진) 배기 가스 통로에서의 촉매 성능을 향상시키는 방법을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에서, 활성 PGM 물질로서 또는 그 중 하나로서 Pd를 가지는 린번 연소 디바이스(예를 들어, 엔진) 산화 촉매를 특징으로 하며, 촉매는 (예를 들어, CNG) 린번 연소 디바이스(예를 들어, 엔진)의 배기 가스 통로에서 작동하며, 제어된 형태로 배기 가스의 CO 함유량을 추가하는 것에 의해 재활성화되고, 이는 그 촉매의 탈황을 촉진한다.

방법은 또한 Pd 및 제2 PGM 금속과 같은 제2 촉매 금속(바람직하게 "Pd계 촉매"를 구성하도록 Pd 금속에 대한 부착적인 역할로) 모두를 가지는 촉매에 도달하는 CO 추가 배기 가스를 야기하는 상기된 CO 보충 단계(CO 함유량을 증가시키기 위한)를 포함한다. 2차 PGM 물질의 예는 Pt 및/또는 Rh를 포함한다.

본 발명의 실시예는 아래에 설명된 테스트에서 사용되고 본 발명이 보충하는, 비보충 CO 함유량의 기준양을 나타내는 4300 PPM을 가지는 린번 엔진의 비보충 또는 정상 구동을 위해 사용되는 전형적인 CO 양(예를 들어, 정상 구동 희박 CNG 엔진에서 비보충적 CO 함유량의 0.1 내지 0.5% 또는 1,000 내지 5,000 PPM의 CO 함유량)을 보충하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 방법은 본 발명의 많은 실시예에 대해 1.0 체적% 내지 6.0 체적%, 보다 바람직하게 1.6% 내지 4.0%에서와 같이 1.0 체적% 내지 < 7.5 체저%의 CO 비율을 가지도록 촉매에 도달하는 CO 함유량을 보충하는 단계를 포함하는, 메탄 소스 연료 공급(예를 들어, NG) 린번 연소 디바이스(예를 들어, 엔진) 산화 촉매에서 사용되는 산화 촉매의 회복을 포함하며, 2.0 체적% 이상, 보다 바람직하게 2.5 체적%, 여전히 더욱 바람직하게 3.2 체적% 이상이 본 발명의 예시적인 설정에 따라서 바람직하고, 이러한 범위의 상한은 촉매에 대한 보충 CO 또는 탈황의 양호한 소스를 제공하면서 농후한 상태로의, 촉매에 도달하는 배기 가스에서의 전체적인 희박 상태의 변환을 배제하도록 설계된다. 예를 들어, 본 발명의 배열은 Pd계 촉매(몇몇 예로서 Pd 단독 또는 Pd/Pt 조합)와 같은 촉매에 도달하는 3.5%에서와 같이 3 내지 4%의 CO 함유량을 포함한다.

본 발명의 방법은 또한, 촉매가 Pd계 산화 촉매이고, 회복은 CO 보충에 의한 Pd계 촉매의 탈황을 포함하며, CO 보충은 메탄 소스 연료 공급 린번 연소 디바이스(예를 들어, 연소 엔진)의 하나 이상의 연소실에 추가의 연료를 공급하는 것에 의해 수행되는 공정을 또한 포함한다. CO 발생 연료는 연소 디바이스(예를 들어, 연소 기관) 성능을 위해 사용되는 연료 공급 장치 중 하나, 또는 별도의 독립(전용) 연료 공급 장치이고 주 연소 디바이스(예를 들어, 연소 엔진의) 연료 장치로부터 공급되지 않는 연료 공급 장치 중 하나, 또는 각각의 조합과 조합될 수 있다. 보충 장치가 변형된 제어 유닛 또는 CO 함유량을 향상시키기 위해 시스템의 정상 작동 방식을 변경하는 다른 수단과 함께 기존의 장비의 이점을 취할 수 있는 이동 애플리케이션과 같은 많은 애플리케이션에서는 바람직하지 않지만, 대안적인 실시예는 촉매에 도달하는 필요한 추가 레벨을 제공하도록 출력 반응물 등으로서 CO를 포함하는 압축 탱크 또는 화학 반응 디바이스에서와 같은 CO 소스 공급 유닛을 포함한다. CO 보충 기술의 예는 배기 가스 유동 상류 또는 촉매 설정시에 제어 유닛 트리거 CO 펄스 추가를 포함한다.

본 발명은 린번 NG 또는 메탄 포함 연료 공급 연소 디바이스(예를 들어, 연소 엔진)에 대한 촉매 배출물 시스템에 수용된 촉매에서 높은 활성도를 유지하는 기술을 특징으로 한다(촉매 배출물 시스템의 초기 제조와 관련하여 또는 기존의 촉매 배출물 시스템의 변환에 기초하여). 상기 기술은, Pd를 함유하지만 메탄 및 다른 저 분자량 알칸의 촉매 처리에 매우 효과적인 촉매가 S0₃ 또는 SO₂와 같은 배기 가스에서의 H₂S 및 다른 황 함유 가스에 특히 민감한 것으로 나타났기 때문에, 특히 메탄의 활성을 위해 설계된 Pd 함유 산화 촉매(단독으로 또는 이러한 연소 디바이스예를 들어, 연소 엔진)에 의해 발생된 다른 NMHC와 함께)의 황 피독에 대한 황화 불활성화의 문제를 상쇄시키도록 작용하는 CO 보충 단계를 포함한다.

본 발명의 방법의 실시예는, 예를 들어, 이미 공급된 연료의 지속 기간을 연장하거나, 정상 작동과 관련된 상대 유량 체적을 증가시키거나, 또는 정상 구동 모드 하의 그 시간에 연료 공급을 위해 의도되지 않은 하나 이상의 연소실에 연료를 새롭게 추가하는 것, 또는 이러한 추가된 연료 공급 기술 중 2개 이상의 조합에 의한 것과 같이 공급(예를 들어, 정상 구동 공급에 추가)하는 것에 의한 CO 보충을 포함한다. 정상 구동 모드(예를 들어, 피크 성능 정상 구동 모드)를 위해 공급될 연료에 대한 추가 연료 공급을 수반하는 희박 유지 보충 모드(lean retention supplementation mode)의 예로서, 보충 연료는 메탄 소스 연료 공급 린번 엔진의 모든 이용 가능한 연소실보다 적게 공급된다. 예를 들어, 린번 CNG 엔진의 CNG 연료의 일부는, 정상 구동 모드가 이러한 연소실들에 대해 전용되지 못하는 시간에서 엔진의 연소실 중 하나 이상으로의 추가 연료 공급(ECU 제어 밸브 개폐에 의한 것과 같은)의 목적을 위해 또는 정상 구동 모드 동안 연소실(들)에 공급될 연료와 비교하여 추가된 양으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 연소실의 수 및/또는 연소실로의 추가된 연료의 양은 적어도 촉매와 배기 가스의 초기 접촉시에 1.0% 내지 < 7.5%의 CO 탈황 함유량을 달성하면서 전체적인 λ 희박 상태를 유지하도록 ECU 제어 유닛에 의해 제어될 수 있다. 더욱 바람직하게, 보충 CO는 2.5% 내지 4.0%, 더욱 바람직하게 3.0 내지 4.0%의, 촉매에 도달하는 배기 가스 중의 CO 함유량을 제공하는 동시에, 희박 λ 상태는 화학량론비보다 큰 비율값, 바람직하게 적어도 1.1로 유지된다. 대안적인 실시예는 촉매의 전방에서 배기 가스 내로 직접적인 CO 분사에 의한 것과 같은 대안적인 CO 보충 수단을 사용하는 것에 의한 CO 보충을 통해 CO의 제어되거나 사전 설정된 추가를 특징으로 하며, 이러한 것은 NG 연료 공급 발전소에 특히 적합하다.

본 발명은 또한 본 발명의 촉매 처리 장치를 조립하는 방법 또는 CO 보충 장치(예를 들어, 기존의 엔진 제어 유닛 또는 바람직하게 기존의 엔진 제어 유닛과 통신하여 작업하는 추가의 독립적인 CO 보충 제어 유닛의 대체/보충과 같은 적절한 제어 유닛 변형을 구비하는, 완전히 별개의 조립체 또는 연소실 등을 공급하는 연료 흡입 밸브 조립체와 같은 기존의 연소 시스템 구성 요소를 사용하는 것에서와 같이 촉매에 도달하는 CO의 레벨을 보충하기 위한 CO 보충 장치 또는 수단)를 추가하는 것에 의해 기존의 시스템을 개조하는 방법을 포함한다. CO 보충 장치는 촉매에 도달하는 배기 가스의 λ 희박 상태를 유지하면서 촉매로의 CO 공급을 증가시키도록 설계된다. 예를 들어, 촉매 배출물 처리 시스템의 초기 제조 또는 기존 시스템의 개조 하에서, 추가 CO를 발생시키면서 불활성된 촉매(SO₂에 의한 이전의 피독으로부터 탈황시키는 것과 같이)에 도달하는 배기 가스에서의 전체적인 린번 상태를 유지하도록 연소실 중 하나 이상 내에서 정상 구동 절차에서 이용되는 것 이상 및 이를 넘어서 보충 연료 공급을 위한 추가 또는 기존의 연료 분사 시스템과 통신하는 제어 유닛의 설정이 수행된다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적인 것이며 청구된 본 발명의 추가 설명을 제공하기 위한 것이다. 아래에 참조된 첨부 도면은 본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며; 이러한 명세서에 통합되어명세서의 일부를 구성하며; 본 발명의 실시예를 도시하며; 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 내연 기관의 형태를 하는 연소 디바이스의 일반적인 구성을 나타내는 도면.
도 2a 및 도 2b는 희박 CNG 촉매 탈황의 목적을 위하여 배기 가스 유동에서 주어진 시간 기간 또는 주기들 동안 CO 함유량에서의 증가를 달성하기 위해 함께 작업하는 CO 보충 장치를 가지는 전용 ECU의 사용을 포함하는 상이한 접근을 도시한 도면.
도 3은 본 명세서에 기술된 비교예 및 본 발명 테스트와 같은 테스트를 수행하기 위해 설정된 CNG 테스트 벤치 장비(CNG test bench equipment)의 개략도.
도 4는 SO₂의 부재시에, 제1 활성 테스트 후에 추가의 불활성이 나타나지 않고, 성능이 제2 활성시에 안정화된다는 것을 도시한 도면.
도 5는 SO₂의 도입이 활성 활성도(light off activity)의 신속하고 극적인 손실로 이어지고, 그 활성이 초기 무S 활성 활성도 후에 회복되지 않는다는 것을 도시한 도면.
도 6은 SO₂ 첨가(5 PPM에서) 여부에 관계없이 표준 희박 4% O₂ 가스 혼합물을 이용하는 것에 의한 SO₂ 영향이 조사된 CNG 린번 엔진 테스트를 위한 테스트 프로토콜 정보를 도시한 도면.
도 7은 SO₂가 공급되지 않는 초기 구동, SO₂가 공급된 구동 및 SO₂가 다시 공급되지 않는 후속 활성을 포함하는 다수의 구동의 예를 가지는 공칭(또는 비보충) CO 공급을 포함하는 메탄 활성을 위한 변환 대 온도 비교를 도시하며; 도 7은 또한 SO₂의 도입이 활성 활성도의 신속하고 극적인 손실로 이어지고, 또한 희박한 고온 전처리가 촉매의 초기 무S 활성 활성도를 회복시키지 못한다는 것을 도시한 도면.
도 8은 SO₂가 공급되지 않는 초기 구동, 5 ppm으로 SO₂가 공급된 구동, 3.2%의 CO 보충에 의한 탈황 구동, 및 다시 SO₂ 공급 또는 CO 보충이 없는 후속의 활성을 포함하는 다수의 구동에 의한 보충 CO 공급을 특징으로 하는 본 발명의 변환 대 온도 메탄 활성 그래프.
도 9는 SO₂가 공급되지 않는 초기 구동, 5 ppm으로 SO₂가 공급된 구동, 3.2%의 CO 보충에 의한 탈황 구동, 및 다시 SO₂ 공급 또는 CO 보충이 없는 후속의 활성을 포함하는 다수의 구동에 의한 보충 CO 공급을 특징으로 하는 본 발명의 변환 대 온도 95:4:1 (메탄/에탄/프로판) 혼합 활성 그래프.
도 10은 O₂가 공급되지 않는 초기 구동, 5 ppm으로 SO₂가 공급된 구동, 1.6%의 CO 보충에 의한 탈황 구동, 및 다시 SO₂ 공급 또는 CO 보충이 없는 후속의 활성을 포함하는 다수의 구동에 의한 보충 CO 공급을 특징으로 하는, 보다 낮은 CO 보충에서의 본 발명의 변환 대 온도 95:4:1 메탄/에탄/프로판 혼합 활성 그래프.
도 11은 CO 보충 배기 가스 분위기 하에서 작동하는 적어도 제1 또는 상류 촉매를 가지는 다중 촉매 시스템을 특징으로 하는 본 발명의 추가 예를 도시한 도면.
도 12는 NG 고정 발전소인 연소 디바이스를 구비하는 본 발명의 추가 예를 도시한 도면.

도 1은 본 발명의 촉매 시스템 또는 촉매 처리 장치(CTA)가 포함되는 내연 기관의 일반적인 구성을 도시한 도면이다. 도 1의 예는 다중 연료(CNG 및 가솔린과 같은 액체 연료) 내부 연소 디바이스(엔진)(1)을 특징으로 한다. 도 1에 도시된 내연 기관(1)은 복수의 실린더를 가지는 불꽃-점화 내연 기관이다. 도 1에 도시된 내연 기관이 4개의 실린더를 가지지만, 실린더의 수는 3개 이하 또는 5개 이상(예를 들어, 본 발명에서 특징으로 하는 엔진 예로서 1, 2, 4, 6, 8 또는 12개)일 수 있다.

내연 기관(1)은 흡기 통로(3) 및 배기 통로(4)와 연결된다. 흡기 통로(3)는 대기로부터 흡입된 신선한 공기를 내연 기관(1)의 실린더(2)들에 전달하도록 사용되는 통로이다. 흡기 통로(3)에는 에어 클리너(30)가 제공된다. 에어 클리너(30)는 공기 중의 먼지를 포집하는데 적합하다. 흡기 통로(3)에는 에어 클리너(30)의 하류 위치에서 공기 유량계(31)가 제공된다. 공기 유량계(31)는 흡기 통로(3)에서 유동하는 공기의 양(또는 질량)과 상관되는 전기 신호를 출력한다. 흡기 통로(3)에는 공기 유량계(31)의 하류 위치에서 스로틀 밸브(32)가 제공된다. 스로틀 밸브(32)는 흡기 통로(3)의 채널 단면적을 변화시키는 것에 의해 내연 기관(1)에 공급되는 공기의 양을 변화시킨다.

스로틀 밸브(32)의 하류측의 흡기 통로(3)는 각각 실린더(2)들에 연결된 4개의 분기 파이프로 분기된다. 흡기 통로(3)의 각각의 분기 파이프에는 각각 실린더 내로 CNG(메탄 소스 연료의 예)를 분사하기 위한 제1 연료 분사 밸브(5)와, 각각의 실린더 내로 가솔린(액체 연료)을 분사하기 위한 제2 연료 분사 밸브(6)가 부착된다. 단독 연료 소스로서 CNG를 특징으로 하는 실시예에서, 제2 연료 밸브(6)(및 이하에 기술된 액체 연료 공급 및 관련 "연료 밸브(6)" 제어 수단 부분)는 적용 불가능할 것이다.

제1 연료 분사 밸브(5)는 제1 전달 파이프(50)에 연결된다. 제1 전달 파이프(50)는 제1 연료 통로(51)를 통해 제1 연료 탱크(52)에 연결된다. 제1 연료 탱크(52)는 유입 파이프(54)를 통해 차량의 차체에 제공된 충전제 포트(filler port)(53)와 연결된다. 충전제 포트(53)는 CNG 연료 스테이션 등에서의 연료 서비스 노즐의 삽입에 응답하여 유입 파이프(54) 내로의 연료 서비스 노즐을 통해 공급된 CNG의 도입을 허용하도록 개방되는데 적합하다. 충전제 포트(53)를 통해 유입 파이프(54) 내로 도입된 CNG는 제1 연료 탱크(52)에 저장된다.

제1 연료 탱크(52)에 저장된 CNG는 제1 연료 통로(51)를 통해 제1 전달 파이프(50)로 공급되며, 그런 다음 제1 전달 파이프(50)로부터 4개의 제1 연료 분사 밸브(5)로 분배된다. 제1 연료 통로(51)에는 차단 밸브(55)가 제공된다. 차단 밸브(55)는 제1 연료 통로(51)의 연료 분사와 차단 사이의 전환을 제공한다. 차단 밸브(55)는 내연 기관(1)이 구동하지 않는 동안(예를 들어, 점화 스위치가 꺼진 기간) 폐쇄되며, 내연 기관(1)이 구동하는 동안(예를 들어, 점화 스위치가 켜진 기간) 개방된다. 적절한 차단 밸브(55)의 예는 엔진이 구동할 때 개방되고 엔진이 구동하지 않을 때 전기가 발생되어 폐쇄되고 전기 발생량이 감소되는 전자기 밸브이다.

제1 연료 통로(51)에는 차단 밸브(55)의 하류 위치에 조절기(56)가 제공된다. 조절기(56)는 제1 연료 탱크(52)로부터 공급된 CNG의 압력을 사전 결정된 압력(설정 압력)으로 감압한다. 환언하면, 조절기(56)는 컨트롤러(7)의 제어 입력에 기초하여 개방 또는 폐쇄되도록 설정된 제1 연료 분사 밸브(5)들로 공급된 필요한 출력 압력으로 제1 연료 탱크(52)로부터 공급된 보다 높은 입력 압력을 조정하거나 하강시키는 밸브 디바이스이다. 이러한 방식으로, 조절기(56) 하류의 제1 연료 통로(51)에서의 연료 압력 또는 제1 연료 분사 밸브(5)들 및 제1 전달 파이프(50)에서 작용하는 연료 압력(이후에 "연료 분사 압력"으로 지칭된다)은 컨트롤러(7)에 의해 적용 가능하도록 결정된 설정 압력과 동일하게 만들어진다.

제1 연료 통로(51)에는 차단 밸브(55)의 상류 위치에 압력 센서(57)가 제공된다. 압력 센서(57)가 제1 연료 탱크(52)에 가능한 가까운 위치에 배열되는 것이 바람직하다.

제2 연료 분사 밸브(6)들은 제2 전달 파이프(60)에 연결된다. 제2 전달 파이프(60)는 제2 연료 통로(61)를 통해 제2 연료 탱크(62)에 연결된다. 제2 연료 탱크(62)는 가솔린을 저장하는 탱크(또는 디젤과 같은 일부 다른 연료 소스)이다. 제2 연료 통로(61)에는 제2 연료 탱크(62)에 저장된 가솔린을 펌핑하기 위한 연료 펌프(63)가 제공된다. 연료 펌프(63)는 예를 들어 전기 모터에 의해 구동되는 터빈 펌프이다. 연료 펌프(63)에 의해 펌핑된 가솔린은 제2 연료 통로(61)를 통해 제2 전달 파이프(60)에 공급되고, 그런 다음 4개의 제2 연료 분사 밸브(6)로 분배된다.

배기 통로(4)는 실린더(2)로부터 배출된 연소 가스(배기 가스)가 배기 가스 정화 촉매 디바이스(40) 및 소음기 등을 통과한 후에 대기로 방출되도록 사용되는 통로이다. 센서 장치(41)는 배기 통로(4)의 측정 영역의 공연비와 상관되는 전기 신호를 출력하는 공기/연료 당량비 또는 A/F 감지 수단을 포함할 수 있다. A/F 센서는 촉매 디바이스(40)를 가로지르는 현재의 공연비를 결정하기 위한 전기 신호를 출력하고, 관련 전압계를 구비한 산소 센서와 같은 다양한 형태를 취할 수 있다.

공연비(AFR)는 주어진 순간에 연료 혼합물에서의 공기의 질량(M_air)과 연료의 질량(M_fuel)의 비율이다. 즉 : (AFR = M_air/M_fuel). 질량은 가연성 여부와 관계없이 연료와 공기를 구성하는 모든 구성 성분의 질량이다. 예를 들어, 종종 이산화탄소(CO₂), 질소(N₂) 및 다양한 알칸을 포함하는 천연 가스(G)의 질량 계산은 천연 가스의 질량을 계산하는데 있어서 이산화탄소, 질소 및 모든 알칸의 질량을 포함한다. 공기-연료 당량비(λ)는 주어진 혼합물에 대한 실제 AFR 대 화학량론의 비율이다. λ = 1.0은 화학량론이고, 농후 혼합물은 λ < 1.0이고, 희박 혼합물 λ > 1.0이다. 본 발명의 실시예는 희박 혼합물 또는 λ > 1.0(예를 들어, 1.1 내지 20)에서 작동하도록 설정된 엔진(1)을 특징으로 한다.

상기된 구성을 가지는 내연 기관(1)에는 ECU(7)가 장비된다. ECU(7)는 예를 들어 CPU, ROM, RAM, 백업 RAM 등으로 구성된 전자 제어 유닛이다. ECU(7)는 공기 유량계(31)에 더하여 가속기 위치 센서(8) 및 크랭크 위치 센서(9), 결정 센서 장치 또는 수단(41)(센서 장치 또는 수단(41)은 단일 센서 형태 또는 복수 세트의 상이한 센서 기능 디바이스 또는 형태를 포함할 수 있다), 및 상기된 압력 센서(57)와 같은 다양한 센서와 전기적으로 연결된다. 가속기 위치 센서(8)는 가속 페달의 위치(가속기 개도)와 상관되는 전기 신호를 출력하는 센서이다. 크랭크 위치 센서(9)는 내연 기관(1)의 크랭크 샤프트의 회전 위치와 상관되는 전기 신호를 출력하는 센서이다.

ECU(7)는 제1 연료 분사 밸브(5)들, 제2 연료 분사 밸브(6)들, 차단 밸브(55), 및 연료 펌프(63)와 같은 다양한 구성 요소와 전기적으로 연결된다. ECU(7)는 상기된 다향한 센서로부터의 신호 출력에 기초하여 상기된 다양한 구성 요소를 제어한다. 본 발명의 ECU(7)는 제1 연료 분사 밸브(5)들의 상대적인 온 오프 상태를 제어할 수 있어서, 어느 분사기(5)가 실린더 내로 CNG를 공급하고 어느 분사기(들)(5)이 그렇게 하지 않는 것에 대해 독립적인 제어를 제공한다.

도 1에 도시된 다중 연료 엔진을 위한 ECU(7)는 또한 각각의 다중 연료 소스 탱크(52 및 62)에서 상대적인 연료 레벨과 같은 감지된 현재 설정에 기초하여 이용되는 연료를 전환한다.

도 1에 도시된 촉매 디바이스(40) 상에서 황 축적을 방지하고 및/또는 황의 축적을 탈황하기 위한 목적을 위하여 CTA의 보충 장치(S)를 통해 추가된 CO를 도입하는 본 발명의 접근 하에서, CO 도입은 사전 설정된 시간 스케쥴 또는 센서 장치(42)에 불활성화 모니터링 센서 기능을 제공하는 것과 같은 촉매 성능의 모니터링에 기초하여 이행될 수 있으며, 이러한 것은 촉매(40)(예를 들어, 메탄 바이패스 센서)의 불활성화의 상태의 전용 측정일 수 있거나 또는 다기능일 수 있지만, 어떠한 경우에도 촉매(40)의 불활성화의 현재 상태에 대한 정보 지시를 제공한다. 바람직한 실시예에서, CO 보충은 촉매(40)의 활성도로 연결된다(예를 들어, 황산화 피독으로 인한 낮은 레벨의 활성도는 메탄이 얼마나 많이 탈출하거나 또는 촉매를 바이패스 하는지에 의해 감지될 수 있다). 이러한 조건이 ECU에 의해 수신되면, 적절한 CO 보충 활성도는 ECU에 의해 활성화될 수 있고 보충 장치(S)에 의해 제공될 수 있다.

대안적으로, 예방 모드가 필요하면, ECU(7)는 촉매에서의 배기 가스 라인에서 필요한 반복된 CO 보충 구동을 달성하도록 사전 설정된 보충 연료 스케줄을 이행할 수 있다. 이러한 모드에서, ECU(7)(또는 전술한 ECU(7)와 유사한 속성을 가지는 독립적인 전용 보충 연료 이행 제어 유닛)는 사전 설정된 시간 기반 및 시간 지속 기간(예를 들어, CO 보충의 주기적인 기간 내에서 탈황의 레벨을 달성하는데 충분한 시간 기간 동안 1.5 체적% 내지 4 체적% 농도의 범위에서 CO의 증가에서와 같이 배기 가스에서의 CO 레벨을 상승시키는데 충분한 시간 기간 동안 CO 보충의 주기적인 개시)에 배기 가스 유동에 존재하는 CO의 사전 설정된 증가를 개시하도록 설정될 수 있다. 그러나, 본 발명의 많은 실시예에서, CO 보충은 인지되거나 또는 모니터링된 레벨의 황 축적 후에 수행되고 촉매 상에서의 황 축적을 모니터링함이 없이 보충 CO를 제공하는 고정 스케줄에서 수행되지 않는다.

CO에서의 증가의 이행은 본 발명의 실시예에 따라 연소 디바이스(예를 들어, 다중 연료 공급 엔진에서의 다른 연료 소스로서 CNG 소스 또는 대안적인 소스, 또는 일반적인 연소 디바이스 성능을 위해 이용되지 않는 독립적인 대안적인 연료 공급 장치)로의 증가된 연료 공급에 의해 수행된다. 도 1을 참조하면, 이러한 것은 ECU 제어(7) 및 CO 보충 장치(S)를 통해 실린더(C1 내지 C4) 중 하나 이상에 공급된 CNG 연료의 양을 추가 또는 보충하는 것에 의해 CO 보충 단계로 수행될 수 있다. 예를 들어, 필요한 탈황 결과에 적합한 기간 동안 CO 보충 연료 공급 밸브(5)의 ECU 트리거/제어 조작이 수행될 수 있다. 예를 들어, CNG 연료 공급을 실린더(들)에 공급하는 밸브(들)의 정상적인 구동 시간 기간에 비교하여, 예를 들어 정상적인 작동 기간 동안 폐쇄 상태로 정상적으로 유지되는 하나 이상의 밸브를 개방하거나, 또는 개방 상태로 밸브들 중 하나 이상을 보다 긴 시간 동안 유지하는 밸브 조작이 이용될 수 있다.

대안적으로, 정상 구동을 위해 사용되는 이 속도 이상으로 실린더들 중 하나 이상에서 공통 시간 기간 내에서 증가된 유량은 CO 보충을 위해 이용될 수 있다. 즉, 일부 또는 모든 실린더는 본 발명에 따라서 전체적인 농후 작동 상태로 발생되거나 또는 보내지는 것으로 전체적인 희박 엔진 작동을 변경하는 것을 방지하도록 주의를 기울일지라도 현재 엔진 작동 조건 하에서 표준 또는 전형적인 유동 조건에 대해 이행되는 것 이상의 보충 CO 공급량을 가질 수 있다. 예를 들어, 센서 장치(41) 및/또는 센서 장치(42)와 λ값의 ECU 모니터링 사이의 상호 작용에 의한 것과 같은 엔진 작동을 위한 감지된 λ값이 이용될 수 있어서, 캡 방출값(cap voidance value)(현재의 단계들이 취해지지 않으면 그 경향이 추후에 전체적인 농후 조건으로의 잠재적인 진입을 제안하면 초기 트리거링)은 예를 들어 전체적인 희박 조건을 유지하도록, 그러나 배기 가스 스트림에 대한 CO의 추가량과 함께 희박측(예를 들어, 1.05)에서 화학량론이거나 또는 화학량론에 근접하여 설정된다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 촉매 디바이스(40)의 작동시에 황 피독의 정보를 제공하는 임의의 표시의 감지에 의해 산화 촉매와 관련된 활성도 레벨이 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 이러한 모니터링은 센서 장치(42) 또는 센서 장치(41)와 센서 장치(42)의 조합에 의한 것일 수 있으며, 센서 장치(41) 및 센서 장치(42) 중 하나 또는 둘다는 잠재적으로 다중 감지 기능을 포함한다. 예를 들어, 하나의 바람직한 직접적인 접근법은 촉매 디바이스(40)의 하류의 센서 장치(42)와 같은 메탄 센서로 촉매 디바이스(40)를 통과한 메탄 돌파(methane breakthrough)를 모니터링하는 것이다. 촉매 디바이스(40)의 하류에서의 메탄 돌파의 감지된 레벨은 센서 장치(42)에 제공된 메탄 레벨 센서 기능으로 결정될 수 있으며, 트리거 CO 보충 필요 레벨은 보충 CO의 트리거링(및 바람직하게 또한 H₂ 생성을 수반하는) 전에 낮추어진 성능 허용치의 사전 설정된 범위에 기초할 수 있다. 바람직하게, 규제 설정 레벨을 위반하는 일정량의 메탄(및 존재하면 NMHC)의 방출을 방지하기 위해 규정된 레벨 이상으로 촉매 작동을 유지시키는 촉매 열화에 대한 트리거 레벨이 설정된다. 이러한 방식으로, 감지 변동(sensing fluctuation) 등으로 인해 CO 보충의 과도한 이행이 방지되는 동시에, 촉매 성능이 고려중인 규제 표준을 위반하는 것을 방지한다.

당업자는 본 발명의 이점을 이용하여 배기 가스 정화 시스템를 위한 본 발명에 따른 CO 보충 전략을 수행할 수 있기 위하여 여기에 사용될 수 있는 엔진 컨트롤러를 제공할 수 있다(Electronic Engine Controls, 2008, ISBN 번호:978-0-7680-2001-4). 다시, 본 발명의 이점을 이용하여, 상기 당업자는 CO 보충 기준(예를 들어, NO_x 임계값, 메탄 레벨, 및 λ값)을 측정하기 위해 고려될 수 있는 센서와 마찬가지로 친숙할 것이다(예를 들어, Christian Hageluken, Autoabgaskatalysoren, Grundlagen-Herstellung-Entwicklung-Recycling-Oekologie[자동차 배기 가스 촉매 컨버터, 기초-생산-개발-재활용 생태계], Expert Verlag, 2nd Edition, 188 페이지 이하, 특히 206 페이지 이후 참조).

상기 언급된 NO_x 통과 레벨과 같은 다양한 감지 파라미터가 촉매에서 황 열화의 레벨의 지표로서 사용될 수 있을지라도, 직접 메탄 탈출 레벨 모니터링은 레벨 판독치에 영향을 미칠 수 있는 다른(비 황 열화) 인과 관계를 보다 양호하게 배제하도록 이용될 수 있다. 그러므로, 센서 장치(42)는 촉매 디바이스(40)를 나가는 배기 가스 유동에서의 메탄 레벨을 결정할 수 있는 직접 메탄 검출기를 포함할 수 있고, 황 열화 촉매가 존재한다는 것을 나타내는 메탄 변환 성능에서의 열화 레벨이 있었는지를 결정할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 두 센서 장치(41, 42)는 각각의 가스 유동 영역[예를 들어, 촉매(40)의 중간으로 이어지는 상류 영역 및 촉매(40)의 중간에서 출발하는 하류 영역(촉매 디바이스(40)로 대표되는 촉매 캐니스터의 하류의 배기 가스 방출 지점에서 감지에서와 같이]에서의 메탄 레벨을 모니터링하도록 기능하다. 이러한 방식으로, 촉매에 의해 수용된 메탄의 양 및 촉매에 의해 제거되지 않은 메탄의 양은 열화된 촉매가 결정될 수 있도록 상류 및 하류 모니터링 위치 사이에서의 메탄 양의 차이에 의해 결정될 수 있다.

CO 보충 모드가 유용할 것이라는 것을 탈황 레벨이 제안할 때를 모니터링할 수 있는 다양한 접근법에 대한 추가적인 예는 린번 엔진 촉매(40)의 하류와 같은 센서의 부착을 생략하는 것을 포함한다. 오히려, 엔진 특성의 데이터(유사한 조건 하에서 작동하는 엔진의 이력 데이터 또는 엔진의 형태)에 기초하여 컴퓨터 계산에 의해 얻어진 각각의 CO 보충 기준(황 열화 촉매 성능 기준)에 의지한다. 예를 들어, 환경의 주어진 세트에 대한 보다 빈약한 엔진 성능은 모니터링되어, 황 피독 촉매 열화에 기인하는 촉매의 지표로서 사용될 수 있다. 그러나, 메탄 바이패스 레벨 또는 특성의 직접 측정은 고온/소결 열화된 촉매와 같은 촉매에 대한 다른 형태의 열화 영향을 보다 잘 배제할 수 있음에 따라서 본 발명의 많은 예 하에서 보다 잘 적합하다.

전술한 바와 같이 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 센서 장치(41 및/또는 42)는 바람직하게 NG(예를 들어, CNG) 엔진의 배기 가스 유동에서의 성분의 산화에 대한 촉매 디바이스(40)의 산화 성능을 모니터링하는 기능 및 메탄 바이패스의 직접 측정 중 어느 하나 또는 양쪽을 포함하도록 설계된다. 예를 들어, 센서 장치(41 및/또는 42)는 촉매를 통과하는 메탄을 모니터링하는 것에 의해 및/또는 전술한 다른 기술 중 어느 하나에 의해(또는 촉매를 위한 성능 레벨을 단독으로 또는 메탄 바이패스 센서의 경우와 같이 보다 직접적이고 확증적인 감지와 조합하여 나타내는 사전 저장된 데이터에 기초한 상기 언급된 센서리스(sensor-less), 엔진 성능 및 컴퓨터 계산을 통해) 촉매의 활성도의 레벨을 감지하도록 설계된다. 그러므로, 이러한 열화 모니터링 감지는 바로 위에서 설명된 것과 같은 감지 수단에 의해 수행된다.

도 2a는 증가된 CO의 발생을 위해(정상적으로 사용되는 것으로부터 CO 함유량의 추가된 레벨, 필요한 엔진 성능을 위해 정상적으로 제공될 것에 대해 공급의 연장된 지속 시간, 또는 정상적인 것으로부터 공급의 추가된 레벨 및 추가된 지속 시간의 조합에 의해) ECU(7)(또는 ECU(7)와 통신하는 추가의 전용 제어 유닛)를 포함하는 본 발명 하에서 수행될 수 있는 일련의 단계들을 도시한다. 이러한 보충은 예를 들어 희박 CNG 촉매 탈황의 목적을 위해 배기 가스 유동에서의 CO 보충을 통해 달성될 수 있다(예를 들어, 촉매 처리 장치는 밸브들에서 전자 개방 및 폐쇄 밸브 트리거링 및 모드 위치 확인 수단(도시되지 않음)과 같은 보충 장치(S)의 수신 및 출력 수단을 통해, ECU(또는 일부 다른 제어 수단)의 관련 CO 보충 프로그래밍된 부분과 함께 작업하는 CO 보충 장치 또는 CO 보충 수단(S)을 특징으로 한다). 본 발명의 한 실시예는, 연료 소스과 연료 공급 통신하고 연료 통로 및 제어 가능한 밸브 구조를 가지는 CO 보충 장치(S)를 특징으로 하며(제어 유닛 신호 수신 및 밸브 구조물의 수신 및 출력 수단과의 전송 조정에 의한 것과 같이), 이러한 밸브 구조물은 촉매 디바이스(40)로부터 상류의 하나 이상의 연소 영역으로의 보충 연료의 인-피드(in-feed)에 적합하다.

도 2a는 희박 CNG 촉매 탈황의 목적을 위해 배기 가스 유동에서 증가된 CO의 발생을 위한, ECU 및 보충 장치(S)를 포함하는 일련의 단계들을 도시한다. 보충과 함께 탈황 모니터링(필요하다면) 프로그램의 개시에서 알 수 있듯이, 플래그는 0으로 설정되고, 촉매 열화의 감지된 레벨(예를 들어, 촉매 열화를 나타내는 촉매에서 감지된 낮은 활성도 레벨)은 예를 들어, 일부 예에 대해 바람직한 메탄 바이패스 감지 수단을 이용한 전술한 감지 방법 중 임의의 것을 사용하여 개시된다. 그런 다음, CO 보충 프로그램에 대한 사전 결정된 트리거링 임계값에 대한 감지된 레벨("X1")에 대한 비교가 만들어진다. 예를 들어, "X"를 가지는 감지된 값("X1")은 촉매의 열화(촉매의 감지된 온도에 대한 메탄 변환율과 같은: 이는 사전 결정된 레벨 아래이면, 본 발명의 CO 보충 프로세스를 통해 재생을 요구하도록 위치된 S0₂인 촉매인 것으로 간주된다)의 레벨을 나타내는 임의의 정보이다. 감지된 값(X1)이 트리거링 임계 레벨 또는 그 아래로 떨어지는 것으로 간주되면, CO 보충은 도 2a에 도시된 바와 같이 수행된다. 그러나, 감지된 값(X1)이 트리거 값(Tr) 이하가 아니라고 결정되면, 프로그램은 제어 유닛(예를 들어, ECU(7))에 의해 제어되는 주기적인 감지 루틴으로 복귀한다. 도시되지는 않았을지라도, 역전 트리거링 관계 결정은 Tr이 예를 들어, 슬립 임계 레벨이 CO 보충을 초과할 때 CO 보충을 트리거링하는 메탄 이탈 레벨(감소되거나 변환된 양 대신에)에 기초할 때로서 본 발명의 예 하에서 만들어질 수 있다(X1는 Tr보다 클 때(CO 활성화없이 방출될 수 있는 최소값으로서) CO 보충을 시작하는 감지된 메탄 슬립 양과 동일하다).

도 2a에 추가로 도시된 바와 같이, 촉매를 가로지르는 X1 감소 레벨이 트리거 값("Tr")이하인 것으로 밝혀지면, CO 보충은 모니터링된 촉매 디바이스(40)에 도달하는 그 배기 가스에서의 전체적인 희박 구동 상태를 여전히 유지하면서 촉매 디바이스(40)에 도달하는 배기 가스에서의 보다 큰 CO 함유량을 제공하도록 연소실(C1 내지 C4) 중 하나 이상에 추가된 CNG를 공급하는 것과 같이 ECU의 제어 하에서 CO 보충 수단에 의해 개시된다. 대안적으로 또는 이에 추가하여, 엔진으로의 정상적인 연료 공급의 시간 기간이 연장될 수 있으며, 연료 공급을 위한 지속적인 시간 기간은 정상 구동 동안 통상적으로 의지되는 것을 넘어서 연장되거나 또는 정상적인 작동 하에서 사용되는 것보다 높은 압력, 유량일 수 있다. 즉, 이러한 경우에 보충은 재생되는 촉매와 필요한 보다 높은 CO 접촉을 달성하기 위해 통상적으로 사용되는 것과 같은 공통의 기간 동안 더욱 많은 시간 지속 공급 또는 더욱 큰 질량 유량이 제공된다. 본 발명의 실시예에서의 보충은 촉매에서의 필요한 레벨의 탈황을 달성하도록 사전 설정되는 이러한 과공급의 시간 기간에 의해 촉매에 도달하는 배기 가스에서의 3.0% 내지 4.0%(예를 들어, 3.5%)의 촉매에서의 CO의 함유량을 제공한다.

보충(언급된 하나 이상의 연소실에 대해 사전 결정된 유량으로 프로그램된 추가 CNG 연료 보충 기간에서와 같이) 후에, 촉매 디바이스(40)는 다시 활성도의 레벨(역으로, 뿐만 아니라 열화의 레벨을 나타내며)에 대해 감지되며, 현재 감지된 값("X2")은 다시 마지막 재활성화 또는 재생 처리가 작업되었는지를 알도록 임계값(Tr)과 비교된다. 탈황 프로세스가 작업되었다는 것을 확인시에, 촉매가 본 발명 하에서 CO 보충 활성도를 요구하는 황산염 피독 상태로 다시 이동하는지를 알도록 프로그램은 스케줄된 ECU 모니터링된(시간 반복) 감지 모드로 복귀된다. CO 보충에도 불구하고, 다시 감지된 값(X2)이 트리거 임계값 이하로 유지되면, 반복된 CO 보충이 수행된다(이전에 수행된 것과 동일한 형태로 또는 이전의 공급 레벨에서 추가된 시간 연장을 포함하는 승상된 처리 또는 예를 들어 필요한 시간 기간 동안 정상적인 구동 공칭양으로부터 3% 내지 4%까지 CO 함유량에서의 범프업(bump up)에서와 같이 전체적인 공급에서의 증가를 통해). CO 보충 시도의 반복된 시도의 횟수는 모니터링되며(F = F + 1), 현재 값(F)이 임계값("Y")에 도달하면, 적어도 촉매 디바이스(40)가 적어도 현재 시간에 회복 가능하지 않은 상황으로 간주되며, "알람" 신호는 ECU가 촉매 디바이스(40)의 성능 또는 현재 상태와 병행하여 유지될 수 있도록 전송된다.

그러므로, 열화된 린번 CNG 엔진 산화 촉매 디바이스(40)의 재활성화 방법의 예로서, 감지 수단(예를 들어, 42 및/또는 41 및 42)은 ECU(7)(또는 ECU(7)와 통신하는 것과 같은 보다 특정한 전용 제어 유닛)에 의해 해석되며, ECU(또는 상기된 더욱 전용의 제어 유닛)는 촉매에서의 황 열화의 사전 설정된 값이 도달되었는지의 여부를 결정한다. 해당 레벨이 충족되지 않은 것으로 간주되면(즉, 복원이 현재 시간에 요구되지 않은 것으로 간주되도록, 촉매가 황에 의해 충분히 열화되지 않은 것으로 간주되면), 프로그램은 사전 감지 상태(예를 들어, 상태의 정기적인 점검)로 복귀한다.

그러므로, 본 발명의 방법 하에서, 촉매의 황 열화의 레벨이 트리거링 임계값을 충족시키는 것으로 간주되면, CO 보충 수단(S)은 적용 가능한 제어 유닛(예를 들어, ECU(7))에 의해 활성화되어서, CO의 추가된 공급이 촉매 디바이스(40)의 촉매 물질 위에서 지나가는 배기 가스에 제공되는 반면, 촉매 디바이스(40)의 그 촉매 물질에 걸쳐서 전체적인 또는 일반적인 희박 배기 가스 분위기가 여전히 유지된다. 본 발명 하에서의 보충의 하나의 모드에서, CO 보충 프로세스는 바람직하게 CNG 공급 밸브의 총수보다 적은(바람직하게 전체 연소실(C1, C2, C3, C4)에 대해 연소실(C1 및 C4)만) 밸브의 개방을 트리거링하는 제어 유닛을 포함하여서, 제한된 수의 연소실들에는 여분의 연료가 공급된다(표준 엔진 구동 성능에 적합하거나 적용된 것보다 많은 CO의 공급을 유발한다). 이러한 방식으로, 필요한 양의 보충 CO가 촉매에 제공된다. 이러한 연소실로의 연료 공급의 사용을 줄이거나 제한하는 것은, 예를 들어 4개의 연소실 모두에 라인(50) 및 각각의 연료 공급 밸브(들)(5)를 통하여 CNG 연료와 같은 여부의 연료가 제공되었으면 발생할 수 있는 전체적인 농후 상태로 전체적인 배기 가스 출력을 이동시키는 것은 배제하는 노력으로 만들어진다. 예를 들어, 표준 구동 프로그래밍(예를 들어, 4300 PPM, 또는 1.0% 미만(1%=10,000PPM))에서 특징되는 CO 존재의 "공칭"양이 보충되어서, 배기 가스에서의 1.0% 내지 < 7.5%, 보다 바람직하게 2.0% 내지 6.0%의 보다 많은 양의 CO, 더욱 바람직하게 촉매를 통과하는 배기 가스에서의 2.5 to 4.0 체적%의 CO, 여전히 더욱 바람직하게 본 발명의 많은 사용에서 3.5%(35,000PPM)에서와 같이 3.0% 내지 4.0%의 레벨에서와 같이 그 공칭양보다 크다. 7.5%를 초과하는 영역에 있는 CO 보충의 범위는 전체적인 희박 상태로부터 전체적인 농후 상태로의 토글링을 유발할 수 있으며, 후자의 상황은 본 발명에서 바람직하지 않다(예를 들어, 더욱 유해한 황화수소 발생에서의 증가한다). 전술한 3% 내지 4% 레벨 범위는 많은 본 발명의 연소 디바이스 시스템을 위한 다양한 배열 하에서 촉매에서의 전체적인 희박한 상태를 안전하게 유지하면서, 많은 본 발명의 환경에서 신속한 탈황/재활성화를 제공한다.

도 2b는 촉매(예를 들어 희박 CNG 배기 촉매) 탈황의 목적을 위해 배기 가스 유동에서 증가된 CO를 발생시키기 위하여 ECU를 포함하는 단계들의 순서에서의 변화를 도시한다. 도 2b에서, 값(X1)의 결정에 대해 도 2a에 도시된 것과 유사한 단계들이 수행된다. 값(X1)의 감지 후에, X1가 보다 높은 임계 트리거 값(TH) 이하인지가 초기에 결정되고, X1가 TH 이하가 아니면, ECU에 의해 제어되는 감지 사이클은, 촉매(40)의 열화 레벨이 아직 문제가 없고 CO 보충없이 유지될 수 있다고 결정한다. 감지된 값(X1)이 TH 이하라고 간주되면, X1가 보다 낮은(또는 보다 빈양한 성능의) 임계값(TL 및 TH) 사이의 범위 내에 놓이는지에 대한 추가적인 결정이 만들어진다. X1가 예시된 TL 내지 TH 범위 내에 놓이는 것으로 간주되면, CO 보충 프로세스는 레벨 1(예를 들어, 검토 시점에서 주어진 연소 디바이스 정상 구동 모드에 대한 공급량에서의 감소를 제안하는 정상 구동 모드에도 불구하고, 연소 디바이스의 하나 이상의 연소실로의 추가된 연료 공급 및/또는 추가된 양의 주어진 시간 동안 이전에 설정된 연료 레벨 공급의 유지)에서 ECU에 의해 개시된다. 대신 값(X1)이 상기된 범위 내에 놓이지 않으면(그러므로, TL 아래), 레벨 2에서 CO 보충 프로세스가 개시된다. 레벨 1 프로세스는 예를 들어 실린더(들) 내로의 CNG의 보다 짧은 시간 프레임 입력, 사전 결정된 실린더(들)로의 보다 적은 CNG 입력 유량; 및/또는 아래에 기술된 레벨 2 CO 보충 프로세스(또는 레벨 1에 대한 3가지 언급된 접근법의 임의의 조합)에서 특징으로 되는 것보다 적은 수의 연소실의 포함에 의한 것으로서 보다 적은 양의 CO 보충 발생을 수반할 수 있다. 예를 들어, 레벨 1 CO 보충은 촉매에 도달하는 배기 가스에서의 1.6 체적%의 CO 함유량을 수반할 수 있는 반면에, 레벨 2 CO 보충은 촉매에 도달하는 배기 가스에서의 3.2 체적%의 CO 함유량을 수반할 수 있다. 그러므로, 고려중인 모든 규제 표준 내에서 효율적인 엔진 구동 성능을 목표로 하는 더욱 높은 임계값과, 적절하게 다루지 않으면 열화의 레벨이 아래의 규제 레벨을 유발할 수 있다는 것이 감지될 때 보다 적극적인 접근 방법이 이용될 수 있다.

그러므로, 레벨 2가 이행되면, ECU는 (레벨 1과 비교하여) 더욱 열화된(SO₂ 피독된) 촉매(40)로 고려되는 것을 재생하는 노력에서 더욱 많은 CO 보충을 트리거링할 수 있다. 강화된 CO 보충은 예를 들어(그리고 레벨 1과 비교하여), i) 실린더(들) 내로의 CNG의 더욱 큰 시간 프레임 입력, ⅱ) 사전 결정된 실린더(들)로의 더욱 큰 CNG 입력 유량, ⅲ) 포함된 더욱 많은 수의 연소실, 또는 ⅳ) 정상적인 엔진 제어가 상기된 레벨 1 CO 보충 프로세스에서 특징으로 되는 것과 비교(또는 레벨 2에 대한 상기된 i) 내지 iv)의 임의의 비교)하여 정상 구동을 위한 공급량으로 있는 시간 기간 동안 모든 실린더로의 미리 존재하는 정상적인 공급량의 추가된 시간 기간 연장을 포함할 수 있다. 레벨 2 작동 하에서 결과적인 결과는 레벨 1 이행과 비교하여 촉매(40)에 대한 보충 CO의 전체 공급 및/또는 지속 시간이다. 이러한 접근법 하에서, CO의 보충을 위해 사용된 CNG(또는 다른 보충 CO 연료)의 양은 상태를 더욱 잘 맞추고 여전히 전체적인 희박한 상태를 유지하면서 CNG(또는 이용된 다른 보충 CO 연료)의 과다 사용을 방지하도록 더욱 세밀하게 제어될 수 있다. 다시 말하면, 2 스테이지 애플리케이션은 전체적인 희박 대 농후 전환을 방지하는 것을 돕도록 배기 가스에서 CO 함유량이 너무 많이 나가는 것을 방지하는 것을 돕는 보다 미묘한 접근법을 제공할 수 있으며, 필요할 때 최대화된 또는 더욱 높은 레벨의 황 제거를 여전히 제공한다.

그러므로, 본 발명의 방법에 따르면, 하나 이상의 연소실에 추가의 CNG(또는 고정 연료 옵션 또는 CO 보충을 제공하도록 할당된 독립적인 것에서와 같이 대안적인 엔진 연료 소스로부터 유도되는 것과 같은 대안적인 여분의 CO 외부 소스)를 추가할 때, 촉매 디바이스(40)에 도달하는 배기 가스 스트림에서 추가된 CO가 발생된다(HC 연료 소스가 이용되면, 또한 H₂가 추가된다). CO의 보다 낮은 활성 온도는 촉매를 열화시키는 황이 제거됨에 따라서 촉매의 제어된 국부적인 재생을 제공하는 산화 촉매 이상의 발열성 온도 증가를 제공한다.

예들

본 발명의 CO 보충 장치의 사용 및 배기 가스 오염된 촉매의 탈황의 목적을 위해 사용되는 방법을 통한 본 발명의 개선된 성능을 설명하기 위해, 몇몇 예 및 비교가 다음에 설명된다.

테스트 장비 설정

도 3은 본 발명을 대표하는 샘플 및 비교 예를 분석하는데 사용하기에 적합한 테스트 장비의 개략도이다. 즉, 도 3은 비교 및 본 발명 분석을 위해 설정된 CNG 엔진 시뮬레이션 테스트 장비의 개략도를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 질량 유량 컨트롤러 또는 MFC를 통해 유량 제어된 다양한 가스 소스가 제공된다. MFC는 테스트 시스템을 통해 진행하는 필요한 유동 체적 비율을 얻기 위해 가스 블렌딩을 제공하고, 임의의 유동을 차단하도록 사용될 수 있으며, 이러한 것은 아래에 설명된 가스 혼합 비교를 용이하게 한다.

도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 도시된 증기 발생기 또는 기화기 장비(VE)를 통한 H₂O 증기 전달의 옵션이 테스트 장비에 제공된다. 전술한 바와 같이, 수증기는 또한 촉매 작동의 성능을 열화시킬 수 있으며, 그러므로, 본 발명의 사용의 일부 예상되는 환경을 추가로 제시하기 위해 테스트를 요인으로 포함된다.

도 3은 또한 테스트되는 촉매 샘플에 대해 필요한 환경 상태를 얻도록 샘플 및 이들 샘플로 유도되는 배기 가스를 가열하도록 사용되는 전기 오븐 또는 가열 챔버를 도시한다.

아래에 기술된 예를 생성하기 위해 사용되는 테스트 장비의 분석 구성 요소는 가열된 FID-전체 탄화수소 분석기를 포함한다. 즉, 현재 테스트 장비는 FID의 탄소 계수(carbon count)를 통해 전체 HC를 측정하는 FID 분석기를 특징으로 한다. CO 및 CO₂ 농도 레벨을 모니터링하기 위해, 분석 테스트 장비는 NDIR(Non-Dispersive Infra-Red) 검출기들을 추가로 포함한다. 즉, 샘플의 각각 구성 성분 가스는 특정 주파수에서 일부 적외선을 흡수할 것이다. 샘플 셀(CO 또는 CO₂를 함유하는)을 통해 적외선 광선을 비추고, 필요한 파장에서 샘플에 의해 흡수된 적외선의 양을 측정하는 것에 의해, NDIR 검출기는 샘플에서의 CO 또는 CO₂의 체적 농도를 측정할 수 있다.

도 3의 테스트 장비의 분석 테스트 구성 요소를 이용하여 O₂ 농도 레벨을 모니터링하는 것은 상자성 방법(paramagnetic method)을 사용하였다. 상자성 기술은 중앙에 배치된 거울과 함께 회전 서스펜션 상에, 자기장 내에 장착된 2개의 질소 충전 유리 구체를 특징으로 한다. 빛은 거울에 비치고, 한 쌍의 광전지 상으로 반사된다. 산소가 자기장 내로 끌어당겨짐에 따라서, 유리 구체를 옮겨서, 광전지에 의해 검출된 서스펜션 회전을 유발한다. 이러한 것은 서스펜션에 장착된 와이어를 통해 전류를 통과시키는 피드백 시스템에 대한 신호를 발생시켜, 모터 효과를 생성한다. 이러한 전류는 가스 혼합물 내에서의 산소 농도에 정비례한다.

본 발명의 분석 장비는 또한 산화 질소(NO)와 오존(O₃)의 반응에 기초하여 이산화질소(NO₂) 및 질소 산화물(NO_x)을 측정하는 화학 발광 기준 분석기를 특징으로 한다: NO 분자는 여기된 NO₂ 분자를 형성하도록 O₃와 반응한다. 샘플 가스 및 잉여 오존의 양이 신중하게 제어되면, 반응 챔버에서의 빛 레벨은 가스 샘플에서의 NO₂ 농도에 비례한다.

도 3은 또한 전환 계산을 위해 가스 혼합물을 분석하는데 이용된 바이패스 배관 작업을 도시한다. 촉매에 도달하는 가스의 혼합물에 대한 더욱 큰 유연성을 제공하는 것에 더하여, 다양한 MFC 제어 가스 소스가 있으며, 그 중 일부 또는 전부가 테스트에서 이용될 수 있다(예를 들어, 일부 NG 구동 엔진 배기 가스 혼합물을 나타내는 메탄(CH₄)만 또는 메탄과 아래에 기술된 바와 같은 다른 HC 소스의 메탄 혼합물, 메탄(CH₄)(95%)/에탄(C₂H₆)(4%)/프로판(C₃H₈)(1%), HC 가스 혼합물).

테스트된 가스 혼합물

본 발명의 예의 테스트에서 기초적인 토대로서 이용되는 베이스 가스 혼합물 성분, 유량, 및 농도는 샘플 촉매 전체에 걸쳐서 기재 치수 및 혼합 가스 유량(가스 시간당 공간 속도 또는 GHSV)과 함께 아래의 표 1에서 참조된다. 본 발명에 따른 표 1에 나타낸 기본적인 양에서의 변화는 다음의 논의에서 참조된다.

표 1
	농도
NO	1000 ppm
CO	4300 ppm
CH₄	1000 ppm
O₂	4%
CO₂	13%
H₂O	10%
H₂	1433 ppm
SO₂	0 ppm
GHSV	30.000 h^-1
드릴코어	1"x 3"

표 1은 제어된 변형을 가지는 기본적인 기준 가스 유동을 예시한다. 예를 들어, 표 1의 파라미터는 아래에서 파라미터 변동(예를 들어, 메탄대신에, 메탄, 에탄 및 프로판의 혼합으로의 메탄만의 변환)이 언급된 경우를 제외하고 적용 가능하다.

이용된 촉매

각각의 예의 테스트 및 비교 테스트에 대하여, 공통 촉매 코어 크기, 치수 및 셀 밀도가 이용되었다. 즉, 본 발명의 예 및 비교 예를 운영하기 위해 사용된 촉매는 400 셀/평방 인치(62 셀/㎠)의 셀 밀도 및 6.5 mil(0.17 mm)의 셀 벽 두께를 가지는 1"×3" 길이(2.54× 7.62cm)의 근청석 코어로 이루어졌다.

코어는 감마 알루미나계 지지체("ABS") 상에 지지된 PGM 물질로 워시코팅되었다. 상세한 슬러리 제조 및 워시코팅 절차는 배경 설명 목적만을 위해 참조에 의해 본원에 포함된 미국 특허 제7,041,622 B2호에서 찾을 수 있다.

그러므로, 본 발명의 예를 위해 수행된 테스트 절차 하에서, 평가된 산화 촉매들은 모두, 활성 물질(즉, 이 테스트 시리즈에서 Pd만)이 152g/L(2.5 g/in³)의 WC 로딩으로 근청석 기재 상에 코팅된 고 표면적 알루미나("ABS") 상에 분산된 Pd계 촉매이었다. 코어들은 이후에 제거되었으며, 상기된 바와 같이 테스트를 위해 사용되었다. 촉매 코어는 지름 1"(2.54 cm), 길이 3"(7.62 cm)이었다.

테스트 설정 예

전술한 촉매 코어들은 도 3에 개략적으로 도시된 테스트 설정으로 배치되었다. 테스트하기 전에, 모든 샘플은 초기에 2.0±O.lL/min의 유량으로 90% 공기와 10% 증기의 유동으로 16시간 동안 800℃에서 에이징되었다. 공기 유량은 2.0±0.1 L/min의 전체 유량에 대해 각각 1.8L/min 및 0.2L/min으로 2개의 질량 유량 컨트롤러에 의해 제어되었다. 질량 유량 컨트롤러는 Fisher Scientific의 Model 650 Digital Flowmeter로 교정되었으며, 유량은 각각의 에이징 전후에 검사되었다. 수증기 함유량은 46.1±1.5℃로 유지되는 포화기를 통해 공기를 유동시키는 것에 의해 제어되었다.

5℃/min의 오븐 온도 상승이 사용되었다. 램프는 845℃까지 올라가고, 오븐과 레토르트(retort) 온도차를 보상하기 위해 18시간 동안, 그리고 레토르트 노화 챔버에서 필요한 온도에 도달하는데 시간 지연을 위해 각각 유지되었다. 레토르트 온도는 4개의 열전쌍에 의해 모니터링되었으며, 2개의 열전쌍은 챔버 도어에 더욱 근접하고 다른 2개는 더욱 챔버 내로 근접하다. 내부 및 외부 열전쌍 사이의 20 내지 40℃의 온도차 및 각 쌍 사이의 5 내지 15℃의 온도차가 전형적으로 관찰되었다.

에이징 사이의 편차를 최소화하기 위해, "건식"(샘플이 없는) 구동은 각각의 에이징 전에 설정 파라미터 및 오븐 조건을 검증하도록 수행되었다.

비교 테스트 구동 - 예 C1

도 4는 S0₂의 부재시에 평가된 기준 Pd CNG 촉매에 대한 반복적인 활성 테스트(light-off test)를 도시한다. 2번째 활성 후에, 촉매가 S0₂의 부재시에 완전히 안정하다는 것을 보여주는 활성 성능에서 본질적으로 변화가 보이지 않는다. 첫 번째 소등시 나타나는 쇠퇴(drop-off)는 예를 들어 오염물의 소각 및 추가된 열처리 이점 등과 관련된 종래의 조정으로서 간주된다.

도 4에 도시된 C1의 비교 테스트 구동은 촉매가 황 피독에 의해 열화되지 않았을 때 배기 가스 유동에서의 CO=4300 ppm "공칭" 함유량에 대한 기준 프레임을 제공한다.

도 5는 S0₂의 부재시에 제1 및 제2 활성 후에 세번째 활성으로 시작하는 5 ppm의 SO₂을 추가하는 효과를 나타내는 비교 테스트 구동 C2를 도시한다. CO=4300 ppm 공칭 CO 가스 유동 하에서 작동하는 이러한 테스트 구동에서, 5차 활성 후의 성능이 매우 불활성화된 상태에서 안정화될 때까지 점진적이고 매우 큰 촉매 불활성이 즉시 보여진다. 그러므로, 황 피독에 의해 열화될 때, 촉매는 고도로 불활성화된 상태를 유지한다.

도 6은 SO₂ 영향을 조사하기 위해 사용된 CNG 테스트 절차 및 존재하면, 황 피독 후에 연장된 열처리 적용이 영향을 미치는 것을 결정하기 위한 검토를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 상이한 형태의 가스 혼합물(표준 희박 4% O₂(SL) 및 표준 희박 4% O₂를 가지지만 5 ppm으로 SO₂를 표준 희박 4% O₂ 유동(SLS) 내로 첨가한 다른 것)에 대해 시간 경과에 따른 온도 변동이 모니터링되었다. 온도 플로팅은 6시간 동안 연장된 온도가 적용된 테스트 구동 7에 대해서, 각각의 주행 동안의 보다 짧은 지속 시간 스파이크의 상승 및 하강을 도시한다. 도 6의 온도와 가스 혼합 변형 예시는 그래프에 도시된 짧은 600℃ 구간으로 SL 가스 혼합물을 사용하여 다음의 연속적인 2개의 활성(LO)에 대하여 수행되었다. 2개의 희박 LO는 SLS 가스 혼합물 하에서 3개의 LO를 사용하여 테스트 절차 하에서 추적되었으며, 보다 짧은 600℃의 온도 스파이크를 보인다. 가스 혼합물은 그런 다음 SL로 반송되고, 연장된 열처리(600℃에서 4시간)를 포함하는 일련의 LO가 수행되었다. 연장된 열처리는 마지막 2개의 LO 동안 다시 제거되어, 짧은 지속 시간 600℃ 피크 온도 사이클을 보였다.

도 7은 도 6에 도시된 9회의 구동 테스트(run test) 시퀀스 프로토콜에 따라서 수행된 9회의 구동 테스트 시퀀스(테스트 구동 C3과 비교하여)에 대한 변환 성능을 제공한다(그러므로, 테스트 구동 7은 4시간 동안 600℃의 연장된 열처리 모드 하에서 수행된다). 즉, 도 7은 본 발명의 CO 보충의 이점없이 연장된 지속 시간 열처리가 이어지는 S0₂ 도입을 분석하기 위한 비교 기초를 제공하고; 통상적인 4300ppm "공칭" CO 함유량이 존재하는 일련의 9 구동 테스트 장비를 특징으로 한다. 9회의 구동은 모두 전술한 Pd 테스트 촉매에 대해 린번 상태 하에서 수행되었다.

도 7에 도시된 9회의 희박 구동은 SO₂가 없는 2개의 활성, 그 후 3개의 SO₂ 피독 활성(5ppm SO2), 그 후에 SO₂가 없는 4개의 활성을 포함한다. 그러므로, 비교 예는 보충 CO를 특징으로 하지 않고, 비 CO 보충 린번 CNG 엔진 시뮬레이션 구동 조건에서 CO 함유량을 설명하는 것으로 고려되는 일관적인 "공칭" CO 양만을 특징으로 한다. 알 수 있는 바와 같이, 피독 촉매를 탈황/활성화시키는 노력으로 4시간 동안 600℃에서의 열처리의 추가로도, 촉매는 촉매의 그 초기의 무황 활성 활성도를 회복할 수 없다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 400℃ 작동 온도에서, 피독되고 후속적으로 열처리된 촉매는 메탄의 약 45% 변환의 활성화의 "희박 2" 예비-피독 레벨으로부터 약 23%의 희박 9에서의 최대 후-열처리 상태로 강하되었으며, 500℃에 대해, 약 92%의 희박 2 상태로부터 약 72%의 희박 9 상태로 강하되었으며; 여전히 또한 600℃에서, 약 97%의 희박 2 상태로부터 약 92%의 희박 9 상태로 강하된다.

그러므로, 도 7로부터, SO₂의 부재시에, 이러한 불활성된 촉매(4시간 동안 600℃에서)의 고온 및 연장된 시간의 열처리로도, SO₂의 부재시에 초기에 보였던 성능 레벨로의 회복이 여전히 보이지 않는다. 환언하면, 열처리만을 기초로 한 재활성화 노력은 특히 전형적인 작동 온도에서 적절하게 재활성화된 상태로 촉매를 회복시키는데 불충분한 것으로 간주된다.

본 발명의 예

본 발명의 유익한 특징을 예시하도록, 샘플들은 본 발명의 강화 CO 보충 기술을 사용하여 테스트되었으며, 결과가 도 8 내지 도 10에 보여진다. 예를 들어, 도 8에서, CO 보충 이전(및 CO 보충 중단 후에) 촉매 샘플에서 약 9.2의 전체적인 희박 λ값을 가지는 9회의 "희박 구동 활성 시리즈"가 보여진다.

도 8에 도시된 바와 같이, SO₂가 없는 2개의 활성(희박 1, 희박 2) 후에, 5ppm 피독에서 3개의 SO₂가 뒤따른다(희박 3, 희박 4, 희박 5). 그런 다음, 3.2% CO의 존재시의 2개의 활성(희박 6, 희박 7)이 수행되었다. 그 후, CO 보충은 중단되었으며, 공칭 CO 공급이 수행되었으며(4300 ppm, (희박 8, 희박 9)), 변환율이 결정되었다. 도 8에 의해 알 수 있는 바와 같이, 구동 3, 4 및 5에서 5ppm SO₂에서의 초기 황 피독 후에 일어난 구동 6 및 7에서의 3.2% CO 레벨의 CO 보충은 활성 온도에서의 급격한 개선을 유발하였으며, 최종 회복은 제1 활성 희박 1의 회복에 접근한다. 다시, 전체적인 λ값은 테스트된 촉매 샘플 환경에 대해 희박 상태로 유지되었다. 예를 들어, 3.2%의 CO 보충 동안, 전체적인 희박 상태는 약 2.2 λ로 유지되었으며, 이러한 것은 보충 이전에 약 9.2 λ 구동 상태의 초기로부터 강하하지만, 일반적인 희박 구동 상태 내에 잘 놓인다.

도 8은 또한 각각의 CO 보충 구동(희박 6, 희박 7)에 따른 활성도에서의 연속적인 단계적 증가를 도시하며, 희박 6은 훨씬 낮은 온도에서의 활성, 및 500℃에서 50%보다 큰 변환 성능(예를 들어, 대략 65%)을 보인다. 희박 7의 CO 보충이 완료시에, 500℃에서 약 85%의 변환 %과 함께, 3 내지 5의 황 구동과 비교하여 낮은 온도에서 상당한 회복이 보여질 수 있다. CO 보충후 구동, 희박 8 및 희박 9는 또한 500℃에서 약 80% 유지될 정도로 열화되지 않는 것으로 보여졌다. 또한, 400℃에서, 희박 구동에서 도시된 CO 보충 완료 후에, 변환 레벨은 희박 2(예를 들어, 5% 이내)의 변환 레벨과 거의 동일하고, 최종 희박 9는 더욱 가깝다(예를 들어, 5% 미만의 차이). 따라서, 이러한 것은 3.2% CO의 존재가 활성 온도를 극적으로 감소시키고 최종 회복이 제1 활성과 거의 동일한 것을 도시하는 도 8로부터 알 수 있다.

도7의 결과와 도 8의 결과의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 배기 가스에서의 높은 CO 농도의 사용은 상기 비교 테스트에서 시도된 것과 같은 간단한 열처리인 촉매 회복/재생에 보다 효율적이다. 추가된 CO는 전체적인 열 또는 열적 적용 처리만으로는 볼 수 없는 특별하고 고유한 재활성화 기능을 가진다.

도 9는 초기의 활성 온도의 감소뿐만 아니라 9회의 "희박 구동(lean run)"을 플로팅하는 것에 의해 전체적인 변환 성능 모두에서의 상당한 이점을 도시한다. 도 9에서의 활성 구동은, 100% 메탄이 95-4-1 혼합물(95% 메탄, 4% 에탄, 및 1% 프로판)로 대체된 것 외에는 이전의 도 8과 동일하였다. 이전과 마찬가지로, 3.2% CO의 존재는 메탄만 공급하는 것보다도 활성 온도를 급격하게 감소시키며; 최종 회복은 제1 활성에 근접한다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 425℃에서 CO 보충후 희박 8 구동에 대하여, 희박 5에 대해 약 17%의 황 열화 구동 위인 약 55%의 변환이 있다. 또한, 400℃에서, 희박 9가 희박 1의 약 7% 이내, 그리고 최대 희박 2의 15% 이내이지만, 희박 구동 5는 400℃의 온도에서 13% 변환으로 강하한다는 것을 알 수 있다. 초기 CO 보충(희박 6)에서 300℃의 낮은 온도에서 약 43%의 변환이 달성되고(희박 7)에 대해 200℃에서 40% 이상의 변환이 달성된다. 또한, 희박 구동 7은 300℃에서 약 85%의 변환 및 500℃에서 약 97%의 변환을 달성하였다.

다시, 3.2%에서 6 및 7의 CO 보충 구동의 중단 후에도, CO 보충이 없는 희박 8 및 9의 구동은 희박 구동 4 및 5에 비해 여전히 양호한 성능을 유지하였다. 예를 들어, 희박 구동 8 및 9는 약 425℃에서 60%의 변환 성능과 500℃에서 약 90%의 변환 성능을 유지하였다.

도 10은 CO 농도가 활성/희박 구동 6 및 7에 대해 1.6%로 감소된 것 외에는 전술한 희박 λ 조건 하에서 및 이전의 도 9에서와 동일한 테스트 조건을 갖는 추가의 9회의 활성 구동을 도시한다. 1.6% CO의 존재는 탈황 효과를 제공하였지만, 3.2% CO에 비해 낮은 정도였다. 또한, 1.6% CO의 λ값은 본 발명 하에서 필요한 전체적힌 희박 상태 내에 있는 약 3.9이다. 1.6% CO를 구비한 희박 6 및 7의 활성 온도는 열적으로 열화된 희박 4 및 5에 비해 개선을 보이지만, 3.2% 구동과 비교하여 온도 라인에서 우측으로 시프트한다. 또한, 500℃에서, 1.6% CO를 가지는 희박 구동 7은 여전히 약 85% 변환을 가지며, 후속의 희박 구동 8 및 9는 CO 보충이 중단된 후 변환 성능을 유지한다(500℃에서 약 80% 초과하여).

또한, 도 8 내지 도 10에 도시된 본 발명의 CO 보충 프로세스에서 도시된 테스트는 물(공급된 수증기에 의해 제공되는 바와 같은)이 메탄 산화의 촉매 활성도에서의 강한 억제제일지라도, 배기 가스에서의 추가의 CO가 10% 물의 존재에도 불구하고 촉매 성능을 여전히 개선할 수 있다는 것을 보인다(상기 표 1 참조).

도 11은 실린더(200)(4개 중 일부 또는 전부의 CO 보충으로 도시된)뿐만 아니라 배기 가스 방출물을 추가로 정화시키기 위한 하나 이상의 하류측 배기 가스 촉매 디바이스와 함께 도 1에서 도시된 형태의 상류 산화 촉매(400)로 이어지는 매니폴드(386)를 가지는 린번 CNG 연료 공급 엔진(100)과 같은 린번 엔진의 배기 가스 통로에 적합한 촉매 시스템(250)의 예를 도시한다. 예를 들어, 대표적인 하류측 촉매(500)는 질소 저장 촉매(NSC) 또는 SCR 촉매(600) 또는 2개의 SCR 촉매, 2개의 질소 저장 촉매, 또는 역순 SCR(500) 및 NSC(600) 또는 대안적으로 상류 또는 하류 입자 필터(가스(작은 입자) 또는 디젤(큰 입자) 구동 엔진에서 입자 필터를 다루는데 사용되는 것과 같은 비촉매화되거나 또는 촉매화된 입자 필터) 및 대응하는 NSC 또는 SCR과 같은 NO_x 제거 촉매를 포함한다. 또한, 촉매(400)는 그 상류 또는 하류의 촉매(500 및/또는 600)가 있든 없든 더욱 하류로 이동될 수 있다(촉매(400)에 대한 밀접 결합된 고온의 설정을 선호하는 많은 상황에서). 센서(110, 120, 130, 140 및 160)에 의해 대표되는 바와 같은, 전술한 것과 같은 적절한 상류 및/또는 하류 모니터링 센서들이 제공된다(도면 부호 170은 SCR 촉매를 위한 요소 공급기에서와 같이, SCR 600이 예를 들어 NO_x 환원에서 요소를 이용하는 SCR 촉매인 상황에서 특히 유용한 암모니아 또는 암모니아 전구체 공급기를 나타낸다). 다양한 다른 촉매 및 필터 조합은 보충 수단(S)과 관련된 촉매에서 피독 축적을 제거하기 위한 보충 수단(S)을 가지는 본 발명의 전술한 촉매 처리 장치를 이용하여 구동하는 시스템에 대하여 본 발명에 따라서 특징으로 한다.

전술한 예에서 연소 엔진의 하나 이상의 실린더에 대해 참조하였지만, 본 발명의 촉매 처리 장치(CTA)는, 열을 발생시키기 위해 사용되고 천연 가스(잠재적인 촉매 피독 황 함유량을 가지는)와 같은 메탄 소스 연료가 공급되는 발전소(증기 터빈 구동을 위하여)의 연소실에서와 같이 다른 연소 디바이스에서 사용하는데 적합하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상기된 촉매 처리 장치(CTA)와 상기 촉매 처리 장치를 사용하는 시스템의 하나의 예인 상기 CNG 엔진, 및 본 발명의 촉매 처리 장치를 사용하는 시스템의 추가 예를 제공하는 NG 고정 발전소를 포함한다.

예를 들어, 도 12는 본 발명의 또 다른 예를 나타내는 발전소 조립체(300)를 도시한다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 메탄 소스 연료 공급 장치(306)(유동 제어 공급에 의한 천연 가스 공급과 같은)가 제공되는 연소실(304)을 가지는 전력 보일러(302)를 포함하는 발전소 조립체(300)가 있다. 공기 공급은 또한 공기 흡입구(308)를 통해 공급되고, 조합물은 연소실(304)에서 연소되며, 발생된 배기 가스는 배기 가스 통로(311)를 통해 배출된다. 연소열은 물/고압 증기 라인(310)에서 이동하는 물을 가열하는데 사용되며, 물은 펌프(312)를 경유하여 순환된다. 연소실로부터 출구측 상에서 발생된 고압 증기는 발전기(316)에 전력을 공급하는 증기 터빈(314)에 공급된다. 터빈을 나가는 증기 유동은 응축기(318)로 공급되며, 냉수원(320)(예를 들어, 호수 또는 해양)은 순환 증기가 물로 변환되어 연소실로 다시 공급되도록 열교환 형태로 응축기에 공급된다.

도 12는 도 1의 실시예에서의 촉매 디바이스(40)에 대해 전술한 것과 같은 촉매 품질을 가지는 Pd계 산화 촉매 디바이스(324)의 상류측 배기 가스 스트림 공급을 위해 위치되는 CO 소스 공급기(322)를 특징으로 하는 그 보충 장치(S)를 구비한 촉매 처리 장치(CTA)의 버젼을 추가로 도시한다(비록 촉매 디바이스(40)가 전형적으로 보다 작은 스케일로 있음에도 불구하고). 다른(표준 및 그러므로 도시되지 않은) 감지 수단이 전형적으로 도 12에 도시된 것과 같은 시스템 발전소에 제공되지만, 본 발명에 따른 발전소 시스템(300)를 위한 CTA는 도 1 참조된 센서(42)(예를 들어, 촉매(324)를 통과한 메탄 바이패스의 범위를 결정할 수 있는 직접 메탄 레벨 센서)와 유사한 센서(326)를 특징으로 한다. 또한, 도시된 CTA 하에서, 센서(326)뿐만 아니라 메탄 소스 공급 장치(306) 및 CO 소스 공급기(322)와 관련된 유량 컨트롤러(330)와 통신하는 제어 유닛(328)을 또한 특징으로 한다. 이전의 실시예에서와 같이, 본 실시예의 보충 장치(S)는 정상적인 구동 작업을 위해 이용되는 동시에 변형(예를 들어, CO 보충을 위한 정상 구동 연료 소스에 의지하기 보다는 독립형 CO 소스의 추가, 밸브로의 수신기 및 송신 유닛의 추가, 및/또는 기존의 제어 유닛에 대해 만들어진 변형 및 보충 또는 CTA 전용의 독립형 제어 유닛 디바이스의 추가)을 또한 포함하는 구성 요소를 사용한다. CO 보충 장치 또는 수단(S)은 촉매(324)에 도달하는 배기 가스에서서 CO 보충 효과를 제공하도록 설계된다.

전술한 장치와 마찬가지로, CTA에 도시된 제어 유닛(328)은 주어진 시간 또는 기간에서 적절한 연소 조건을 위한 공칭량인 보충적 CO 함유량 이상을 제공하도록 설계된다. 이러한 추가된 CO 함유량은 위에서 언급한 방식으로 전체적인 희박 구동 상태 하에서 구동하면서 추가된 CO 함유량에 의해 제공된 국부화된 발열 영역들에 의해 황 피독 촉매(예를 들어, 1 내지 5ppm의 천연 가스 공급에서 전형적인 황 함유량으로 인한 촉매에서의 황 축적)를 재활성화시키도록 기능한다. CO 보충의 전술한 범위에 이르는 상기된 상대적 공급량이 적용 가능하다(Pd 계 촉매(324)로 이어지는 3.0 내지 4.0% CO 함유량에서와 같이). 제어 유닛은 촉매(324)가 황 축적에 의해 열화된 때를 감지하는 센서(326)의 판독치에 기초하여 CO 함유량을 보충하고, 이 실시예에서 연료 소스(322)와 통신하고 또한 제어 유닛과 통신하는 밸브를 포함하는 보충 장치(S)를 통하여 배기 가스 스트림에서의 정상적인 CO 공급보다 더욱 큰 CO 공급을 제공하도록 기능한다. 그러므로, 보충 장치(S)에 의해, 배기 가스 유동에서의 CO 함유량은 메탄 슬립의 레벨이 사전 결정된 레벨(탈황을 트리거링하는 것에 관하여)로 증가되었다는 것을 센서(326)가 나타낼 때 피독된 촉매에서의 필요한 레벨의 재활성화를 달성하도록 중분한 시간 동안 보충된다.

본 발명이 특정의 바람직한 실시예 및 예와 관련하여 개시되었을지라도, 본 발명이 구체적으로 개시된 실시예를 넘어서 본 발명의 다른 대안적인 실시예 및/또는 본 발명의 용도 및 그 명백한 변형 및 그 등가물로 연장된다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 다수의 변형예가 도시되고 상세히 기술되었지만, 본 발명의 범위 내에 있는 다른 변형은 본 발명에 기초하여 당업자에게 용이하게 자명해질 것이다. 또한, 특정 특징 및 실시예의 양태의 다양한 조합 또는 서브 조합이 만들어질 수 있고 여전히 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 고려된다. 따라서, 개시된 실시예의 다양한 특징 및 양태가 개시된 발명의 다양한 모드를 형성하기 위해 서로 조합되거나 대체될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 전술한 한 실시예에 제시된 특징들은 제1 실시예에서 이용되는 도 12의 실시예에서의 독립형 CO 공급기의 특징의 사용에서와 같이 또는 그 역으로, 적절한 경우에 본 발명에 따른 다른 개시된 실시예로 이어질 수 있다(도 1의 실시예에서와 대체로 유사한 형태로 일정 기간 동안 배기 가스 유동에서 더욱 큰 CO 함유량을 발생키시도록 정상 구동 모드를 위해 이용되는 것 이상의 도 12의 실시예에서 NG 증가). 그러므로, 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위는 전술한 특정의 실시예에 의해 한정되어서는 안되며, 단지 청구 범위의 공정한 판독에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims

린번 메탄 소스 연료 연소 디바이스로부터의 배기 가스의 촉매 처리를 위한 장치로서,
상기 연소 디바이스로부터의 배기 가스를 수용하는데 적합한 배기 가스 라인;
상기 배기 가스 라인에서 이동하는 배기 가스와 접촉하기 위해 위치된 촉매;
제어 유닛; 및
상기 제어 유닛과 통신하고, 상기 촉매를 탈황시키도록 상기 촉매에서 전체적인 농후 배기 가스 분위기를 방지하면서 상기 촉매에 도달하는 배기 가스에서 CO 함유량을 보충하는데 적합한 CO 보충 장치를 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 촉매는 Pd계 촉매인, 장치.
제2항에 있어서, 상기 촉매는 Pd와 적어도 제2 금속을 포함하는, 장치.
제3항에 있어서, 상기 제2 금속은 Pt인, 장치.
제1항에 있어서, 상기 CO 보충 장치는 CO 보충 동안 상기 촉매에서 전체적인 린번 상태를 유지하면서 상기 CO 보충 장치에 연료를 추가하는 것에 의해 CO 배기가스 함유량을 보충하는, 장치.
제5항에 있어서, 상기 CO 보충 장치는 보충 동안 상기 촉매에 도달하는 배기 가스의 희박 상태가 λ 1.1 이상으로 유지되도록 작동하는, 장치.
제6항에 있어서, 상기 CO 보충 장치는 배기 가스에서의 CO 함유량의 비율이 보충 동안 약 1.0% 내지 < 7.5%이도록 작동하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 CO 보충 장치는 보충 동안 및 상기 배기 가스가 상기 촉매에서 희박 상태로 있는 동안 약 2.0% 내지 6.0% CO인 배기 가스에서의 CO 함유량의 비율을 제공하는, 장치.
제8항에 있어서, 상기 CO 보충 장치는 보충 동안 및 상기 배기 가스가 상기 촉매에서 희박 상태로 있는 동안 약 2.5 내지 4.0 체적%의 CO인 배기 가스에서의 CO 함유량을 제공하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 CO 보충 장치는 연료 분사기 디바이스를 포함하는, 장치.
제10항에 있어서, 상기 연료 분사기는 상기 제어 유닛과 통신하며, 상기 린번 엔진의 하나 이상의 연소실에 연료를 추가하는데 적합한, 장치.
제11항에 있어서, 상기 연료 분사기 디바이스는 상기 린번 엔진 작동 연료들 중 하나와 공동으로 연료를 공급하는, 장치.
제10항에 있어서, 상기 CO 보충 장치의 상기 연료 분사기 디바이스에는 상기 린번 엔진의 전체 수의 연소실보다 적은 추가 연료가 공급되는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 유닛과 통신하는 촉매 황 불활성 센서를 더 포함하는, 장치.
제14항에 있어서, 상기 불활성 센서는 상기 촉매의 황 불활성의 레벨을 나타내는 정보를 상기 제어 유닛에 전달하고, 발생된 황 불활성의 임계값을 상기 제어 유닛이 결정할 때 상기 CO 보충 장치는 추가된 CO로 배기 가스 유동을 보충하기 시작하는, 장치.
제14항에 있어서, 상기 CO 보충 장치의 시작은 상기 제어 유닛에 의해 개방된 하나 이상의 밸브를 통한 메탄 소스 연료의 추가 공급의 트리거링을 포함하는, 장치.
촉매를 회복시키기 위한 시스템으로서,
메탄 소스로서 천연 가스 연료 소스, 연소 디바이스 및 제1항에 따른 장치를 포함하며, 상기 연소 디바이스로부터의 배기 가스는 상기 배기 가스 라인에 수용되는, 시스템.
제17항에 있어서, 상기 천연 가스 연료 소스는 CNG 연료 소스이며, 상기 연소 디바이스는 이동성 차량의 엔진인, 시스템.
제17항에 있어서, 상기 연소 디바이스는 고정 발전소 보일러인, 시스템.
린번, 메탄 소스 연료 연소 디바이스로부터의 배기 가스의 촉매 처리를 위한 장치로서,
상기 메탄 소스 연료 연소 디바이스로부터의 배기 가스의 수용에 적합한 배기 가스 라인;
상기 배기 가스 라인에서 이동하는 배기 가스와 접촉하기 위해 위치되는 촉매;
제어 유닛;
상기 제어 유닛과 통신하고, 상기 촉매를 탈황시키도록 상기 촉매에서 전체적인 농후 배기 가스 분위기를 방지하면서 상기 촉매에 도달하는 배기 가스에서 CO 함유량을 보충하기 위한 CO 보충 수단을 포함하는, 장치.
린번, 메탄 소스 연료 공급 연소 디바이스에서 촉매 성능을 향상시키기 위한 방법으로서,
CO 보충 동안 촉매에 도달하는 배기 가스에서 전체적인 린번 상태를 유지하면서 상기 촉매를 회복시키도록 제어 유닛의 사용을 통하여 린번 연소 디바이스 배기 가스의 CO 함유량을 사전 결정된 레벨까지 보충하는 단계를 포함하는, 방법.
제21항에 있어서, 상기 촉매는 Pd를 포함하는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 회복은 CO 보충 동안 상기 촉매에서의 전체적인 희박 상태에서 배기 가스를 유지하면서, 보충 동안 2.0% 내지 6.0 체적%의 CO까지의 CO 비율을 가지도록 상기 촉매에 도달하는 CO 함유량을 보충하는 단계를 포함하는, 방법.
제22항에 있어서, 상기 CO 비율은, CO 보충 동안 상기 촉매에서의 전체적인 희박 상태에서 배기 가스를 유지하면서, 보충 동안 2.5% 내지 4.0 체적%인, 방법.
제22항에 있어서, 상기 회복은 CO 보충에 의해 Pd를 포함하는 촉매의 탈황을 포함하는, 방법.
제21항에 있어서, 상기 CO 보충은 이동성 차량의 엔진의 형태를 하는 연소 디바이스의 하나 이상의 연소실에 추가의 연료를 공급하는 것에 의해 수행되는, 방법.
제26항에 있어서, 상기 CO 보충은 상기 린번 엔진의 모든 이용 가능한 연소실보다 적도록 정상적인 엔진 구동을 위한 연료 소스로서 또한 사용되는 연료 소스를 공급하는 것에 의해 수행되는, 방법.
제27항에 있어서, 상기 메탄 소스 연료는 CNG인, 방법.
제1항의 촉매 처리 장치를 조립하는 방법으로서,
상기 린번 연소 디바이스의 배기 가스와 접촉하기 위해 위치되도록 상기 배기 가스 라인에 상기 촉매를 제공하는 단계, 및 상기 CO 보충 장치와의 통신을 제어하기 위한 제어 유닛을 설정하는 단계를 포함하는, 방법.