KR20220016466A - 초저 NOx 및 콜드 스타트용 배기 가스 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로, 상기 배기 가스 처리 시스템은, (i) 코팅 및 제1 기재를 포함을 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하는, 제1 촉매; (ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기; (iii) 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 코팅은 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매를 포함한다.
Description
본 발명은, 제1 바나듐 함유 촉매, 탄화수소 주입기 및 제2 촉매를 포함하는 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템, 상기 제1 바나듐 함유 촉매의 제조 방법, 및 상기 배기 가스 처리 시스템을 사용하여 내연 기관을 나가는 배기 가스를 처리하는 방법에 관한 것이다.
예컨대, ccSCR(close-coupled SCR)을 포함하는 시스템은 초저 NOx 및 N2O 배출물(예: CARB)을 충족하도록 설계된 것으로 알려져 있다. US 2018/0258811 A1은, 배기 처리 시스템의 제1 활성 성분이며 구리로 활성화된 제올라이트를 포함하는 코팅을 포함하는 제1 환원 촉매 장치, 및 바나듐을 포함하는 제2 환원 촉매 장치를 포함하는 배기 처리 시스템을 개시한다. US 2017/0152780 A1은, 제1 환원 촉매 장치, 수트(soot) 입자를 포착하고 질소 산화물 중 하나 또는 여러 개를 산화시키기 위해 제1 환원 촉매 장치의 하류에 촉매적 산화 코팅을 적어도 부분적으로 포함하는 미립자 필터, 및 필터의 하류에서 NOx를 환원시키기 위한 제2 환원 촉매 장치를 포함하는 배기 처리 시스템을 개시한다.
ccSCR(Cu-제올라이트 SCR을 기반으로 하는 경우)은, 상류 산화 촉매가 없더라도, 즉 엔진으로부터 및 SCR 상에서 내부적으로 생성되는 SO3로 인해 시간이 지남에 따라 황산화될 수 있다. 따라서, 시간이 지남에 따라 ccSCR은 초저 배출물을 충족하기에 충분한 DeNOx를 제공할 수 없다. WO 2018/224651 A2는, 산화물 물질 상에 지지된 팔라듐 및 SCR 성분을 포함하는 제1 촉매(상기 제1 촉매는 시스템의 제1 활성 성분임), 및 하류의, 구리와 철 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 및 바나듐 산화물 중 하나 이상, 및 백금 족 금속을 포함하는 제2 촉매를 포함하는 배기 가스 처리 시스템을 개시한다. 그러나, 황산화를 방지하고 환경 요건을 충족하면서 비용 효율적이도록 개선된 DeNOx를 나타내는 배기 가스 처리 시스템을 제공할 필요성이 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 비용 효율적이면서도, 특히 과도(transient) 조건에서 빠른 DeNOx 응답을 가짐으로써, 황산화를 방지하고, 화학적 오염(fouling) 및 피독에 대한 일반적 견고성(robustness)을 개선하고, 환경 요건을 충족하도록 개선된 DeNOx를 나타내는 배기 가스 처리 시스템을 제공하는 것이다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 비용 효율적이면서도 특히 과도 조건에서 빠른 DeNOx 응답을 가짐으로써, 황산화를 방지하고, 화학적 오염 및 피독에 대한 일반적 견고성을 개선하고, 환경 요건을 충족하도록 개선된 DeNOx를 나타내는 것으로 밝혀졌다.
그러므로, 본 발명은, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기;
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열된다.
(i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부가 (iii)에 따른 제2 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부와 (iii)에 따른 제2 촉매의 입구 단부 사이에, 제1 촉매를 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는 것이 바람직하다.
제1 촉매가 질소 산화물(NOx) 환원 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
제1 촉매에 포함된 바나듐 산화물이 바나듐(V) 산화물, 바나듐(IV) 산화물 및 바나듐(III) 산화물 중 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 제1 촉매의 코팅과 관련하여, 상기 코팅이 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 8.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6.0 중량%의 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하는 것이 바람직하다.
티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1 산화물 지지체는 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 다르게는, 제1 산화물 지지체는 안티몬 및 규소를 추가로 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
도 1은, 200℃ 및 250℃의 두 가지 상이한 온도에서 참고예 4의 V-SCR 촉매의 NOx 전환율을 도시한다. NOx 전환율은 50,000/hr의 공간 속도, NO 500 ppm 및 NH3 500 ppm에서 측정되었다. 이 도면에서, V-SCR 촉매의 효율이 더 높은 온도에서 증가한다는 것이 분명했으며, 특히 DeNOx는 200℃에서 약 78%이고, 250℃에서 95% 초과로 증가했다.
도 2는, 참고예 4의 촉매(V-SCR 촉매)와 참고예 6의 촉매(Cu-SCR 촉매)의 반응성을 도시한다. DeNOx는 210℃ 및 50,000/hr의 공간 속도에서 측정되었다.
도 3은, 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템이 뒤따르는 엔진의 개략도를 도시한다. 특히, 배기 가스 처리 시스템은 SCR 촉매, 즉 V-SCR 촉매, V-SCR 촉매의 하류에 위치하는 Pd-DOC를 포함한다. 또한, V-SCR 촉매의 출구 단부와 Pd-DOC의 입구 단부 사이에 HC 주입기가 위치하고, V-SCR 촉매의 입구 단부 상류에 제1 요소 주입기를 배치한다. 또한, 상기 시스템은, Pd-DOC의 하류에 위치하는, 제1 암모니아 산화 촉매, SCR 촉매 및 혼합 DOC/SCR 중 하나를 포함한다. 상기 시스템은, 제2 암모니아 산화(AMOX) 촉매, 및 임의적으로 그의 출구 단부에서의 DOC를 추가로 포함한다. 상기 시스템은, 제2 AMOX 촉매의 하류 및 SCR 촉매의 상류에 촉매화된 수트 필터(CSF)를 추가로 포함한다. 또한 제2 요소 주입기가 CSF와 SCR 촉매 사이에 위치한다. 마지막으로, 상기 시스템은 SCR 촉매 또는 AMOX 촉매를 추가로 포함한다.
도 4는, 시간에 대한, 비교예 1의 시스템에서 V-SCR 촉매의 입구 및 출구 단부 온도와 비교예 1의 시스템에서 Pd-DOC의 출구 단부 온도를 도시한다.
도 5는, 탄화수소 주입 이벤트 동안 시간에 대한, 실시예 1의 시스템에서 Pd-DOC의 입구 및 출구 단부의 온도를 도시한다. 또한, 상류 V-SCR의 온도가 도시된다.
도 6은, NOx 전환이 시스템 1 및 2의 출구에서 정상 상태 조건에서 215℃에서 측정되었음을 도시한다.
도 7은, 290℃(정상 상태)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에서의 NOx 전환율을 도시한다.
도 8은, 290℃(정상 상태)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에 형성된 아산화질소를 도시한다.
도 9는, WHTC(과도)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에서 NOx 전환율을 도시한다.
도 10은, WHTC(과도)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에 형성된 아산화질소를 도시한다.
도 2는, 참고예 4의 촉매(V-SCR 촉매)와 참고예 6의 촉매(Cu-SCR 촉매)의 반응성을 도시한다. DeNOx는 210℃ 및 50,000/hr의 공간 속도에서 측정되었다.
도 3은, 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템이 뒤따르는 엔진의 개략도를 도시한다. 특히, 배기 가스 처리 시스템은 SCR 촉매, 즉 V-SCR 촉매, V-SCR 촉매의 하류에 위치하는 Pd-DOC를 포함한다. 또한, V-SCR 촉매의 출구 단부와 Pd-DOC의 입구 단부 사이에 HC 주입기가 위치하고, V-SCR 촉매의 입구 단부 상류에 제1 요소 주입기를 배치한다. 또한, 상기 시스템은, Pd-DOC의 하류에 위치하는, 제1 암모니아 산화 촉매, SCR 촉매 및 혼합 DOC/SCR 중 하나를 포함한다. 상기 시스템은, 제2 암모니아 산화(AMOX) 촉매, 및 임의적으로 그의 출구 단부에서의 DOC를 추가로 포함한다. 상기 시스템은, 제2 AMOX 촉매의 하류 및 SCR 촉매의 상류에 촉매화된 수트 필터(CSF)를 추가로 포함한다. 또한 제2 요소 주입기가 CSF와 SCR 촉매 사이에 위치한다. 마지막으로, 상기 시스템은 SCR 촉매 또는 AMOX 촉매를 추가로 포함한다.
도 4는, 시간에 대한, 비교예 1의 시스템에서 V-SCR 촉매의 입구 및 출구 단부 온도와 비교예 1의 시스템에서 Pd-DOC의 출구 단부 온도를 도시한다.
도 5는, 탄화수소 주입 이벤트 동안 시간에 대한, 실시예 1의 시스템에서 Pd-DOC의 입구 및 출구 단부의 온도를 도시한다. 또한, 상류 V-SCR의 온도가 도시된다.
도 6은, NOx 전환이 시스템 1 및 2의 출구에서 정상 상태 조건에서 215℃에서 측정되었음을 도시한다.
도 7은, 290℃(정상 상태)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에서의 NOx 전환율을 도시한다.
도 8은, 290℃(정상 상태)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에 형성된 아산화질소를 도시한다.
도 9는, WHTC(과도)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에서 NOx 전환율을 도시한다.
도 10은, WHTC(과도)에서 시스템 A, B 및 C를 형성하는 상이한 촉매의 출구 단부에 형성된 아산화질소를 도시한다.
그러므로, 본 발명은 바람직하게는, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하고,
상기 코팅은, 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 8.0 중량% 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하고, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기;
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열된다.
본 발명의 맥락에서, 상기 제1 산화물 지지체의 80 내지 98 중량%, 더욱 바람직하게는 85 내지 95 중량%는 티타니아로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제1 산화물 지지체의 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%는 WO3와 SiO2로서 계산된 텅스텐과 규소로 구성되는 것이 더욱 바람직하다. 다르게는, 상기 제1 산화물 지지체의 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%는 Sb2O3와 SiO2로서 계산된 안티몬과 규소로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 촉매의 코팅이 1 내지 10 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 2 내지 7 g/in3 범위, 더 바람직하게는 3 내지 5.5 g/in3 범위의 로딩으로 제1 산화물 지지체를 포함하는 것이 바람직하다.
제1 촉매의 코팅이 산화물 결합제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 산화물 결합제는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 실리카 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 실리카인 것이 더욱 바람직하다.
상기 제1 촉매의 코팅은, 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화제 결합제, 더욱 바람직하게는 상기 개시된 산화물 결합제를 포함하는 것이 바람직하다.
제1 촉매와 관련하여, 이의 코팅은 티타늄, 더욱 바람직하게는 티타니아를 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 제1 산화물 지지체는 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하고, 상기 코팅은 더욱 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제를 추가로 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 제1 촉매의 코팅의 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 티타늄, 더욱 바람직하게는 티타니아를 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물, 및 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 산화물 지지체는 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
제1 촉매의 코팅의 0.001 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.00001 중량%가 팔라듐, 바람직하게는 팔라듐 및 로듐, 보다 바람직하게는 팔라듐, 백금 및 로듐, 더욱 바람직하게는 백금 족 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 촉매의 코팅의 0.1 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.1 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%가 제올라이트 물질, 더욱 바람직하게는 분자체로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 기재가 코디어라이트, 티탄산알루미늄 및 탄화규소 중 하나 이상, 바람직하게는 코디어라이트 및 탄화규소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 코디어라이트를 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 기재는 바람직하게는, 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 코디어라이트 유동-관통 기재인 것이 바람직하다.
다르게는, 제1 기재는 금속 물질을 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되고, 상기 금속 물질은 더욱 바람직하게는 산소, 및 철, 크롬 및 알루미늄 중 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되는 것이 바람직하다. 제1 기재는 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 금속 유동-관통 기재인 것이 더욱 바람직하다.
제1 촉매가 1.5 내지 12 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 8 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 6 g/in3 범위의 로딩으로 코팅을 포함하는 것이 바람직하다.
제1 촉매의 코팅은 제1 기재 축 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다.
(i)에 따른 제1 촉매가 코팅 및 제1 기재로 구성되는 것이 바람직하다.
(iii)에 따른 제2 촉매와 관련하여, 제2 촉매의 코팅에 포함된 제2 산화물 지지체가 지르코늄 및 알루미늄 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 알루미늄 및 임의적으로 지르코늄을 포함하는 것이 바람직하다.
제2 촉매의 코팅의 제2 산화물 지지체의 보다 바람직하게는 90 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 95 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%는 알루미늄, 산소 및 임의적으로 지르코늄으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 산화물 지지체의 보다 바람직하게는 60 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 75 내지 85 중량%는 알루미나로 구성되고, 상기 제2 산화물 지지체의 5 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량%는 지르코니아로 구성되는 것이 바람직하다.
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 제2 산화물 지지체를 0.25 내지 5 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 0.75 내지 4 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 2 g/in3 범위의 로딩으로 포함하는 것이 바람직하다.
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 팔라듐을 5 내지 90 g/ft3 범위, 더욱 바람직하게는 10 내지 70 g/ft3 범위, 더 바람직하게는 30 내지 60g/ft3 범위의 양으로 포함하는 것이 바람직하다.
팔라듐이 (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅에 존재하는 유일한 백금 족 금속인 것이 바람직하다.
제2 기재는 코디어라이트, 티탄산알루미늄 및 탄화규소 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 코디어라이트 및 탄화규소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 코디어라이트를 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되는 것이 바람직하다.
제2 기재는 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 코디어라이트 유동-관통 기재인 것이 바람직하다.
다르게는, 제2 기재는 금속 물질을 포함하거나, 더욱 바람직하게는 금속 물질로 구성되고, 상기 금속 물질은 더욱 바람직하게는 산소, 및 철, 크롬 및 알루미늄 중 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되는 것이 바람직하다. 제2 기재는 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 금속 유동-관통 기재인 것이 더욱 바람직하다.
(iii)에 따른 제2 촉매가 코팅 및 제2 기재로 구성되는 것이 바람직하다.
제2 촉매의 코팅의 0.1 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.1 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%가 바나듐 산화물로 구성되는 것이 바람직하다.
(iii)에 따른 제2 촉매와 관련하여, 이의 코팅은 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 알루미늄 및 지르코늄을 포함하는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐을 포함된 것이 바람직하다.
상기 제2 촉매의 코팅의 98 내지 100 중량%, 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 알루미늄 및 지르코늄을 포함하는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐으로 구성되는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명은 바람직하게는, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하고,
상기 코팅은, 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 8.0 중량% 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하고, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기;
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 알루미늄 및 지르코늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하고, 제2 촉매의 코팅의 98 내지 100 중량%는 알루미늄 및 지르코늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐으로 구성되는, 제2 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열된다.
제2 촉매의 코팅의 0.1 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.1 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%는 제올라이트 물질, 더욱 바람직하게는 분자체로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 대안에 따르면, (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 제올라이트 물질을 추가로 포함하고, 상기 제올라이트 물질이 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 골격 유형 AEI, GME, CHA, MFI, BEA, FAU, MOR 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 더욱 바람직하게는 골격 유형 AEI, CHA, BEA 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA 또는 AEI, 더 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는 것이 바람직하다.
제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 구리를 포함하고, 여기서 제올라이트 물질에 포함된 구리의 양은, CuO로서 계산시, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 7 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6 중량% 범위인 것이 바람직하다. 제올라이트 물질 중 철의 양은, Fe2O3로 계산시, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량% 범위인 것이 더욱 바람직하다.
제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질의 골격 구조의 95 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는, 더욱 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 보다 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 더욱 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 범위 15:1 내지 35:1 범위인 것이 바람직하다.
제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 철을 포함하고, Fe2O3으로 계산된 제올라이트 물질에 포함된 철의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 보다 바람직하게는 0.1 내지 10.0 중량% 범위, 보다 바람직하게는 1.0 내지 7.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 5.5 중량% 범위인 것이 바람직하다. 상기 제올라이트 물질의 골격 구조의 바람직하게는 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는 보다 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 15:1 내지 35:1 범위인 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이, 주사 전자 현미경을 통해 측정시 0.1 마이크로미터 이상, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3.0 마이크로미터 범위, 보다 바람직하게는 0.3 내지 1.5 마이크로미터 범위, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 1.0 마이크로미터 범위의 평균 결정자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
제2 촉매의 코팅이 0.2 내지 8 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 0.5 내지 6 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 4 g/in3 범위의 로딩으로 제올라이트 물질을 포함하고, (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅은 0.3 내지 0.75 g/in3 범위, 더 바람직하게는 0.4 내지 0.6g/in3 범위의 로딩으로 제2 산화물 지지체를 포함하는 것이 바람직하다.
제올라이트 물질을 포함하는 제2 촉매의 코팅과 관련하여, 상기 코팅은 산화물 결합제(oxidic binder)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 산화물 결합제가 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 지르코니아인 것이 더욱 바람직하다. 상기 제2 촉매의 코팅은, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량% 범위, 보다 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
제2 촉매 코팅의 95 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상 팔라듐, Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 더욱 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 제2 촉매가 0.3 내지 5 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 4 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 4.6 g/in3 범위의 로딩으로 코팅을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2 촉매의 코팅은 바람직하게는 제2 기재 축 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 연장되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명은,
(iv) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제3 기재를 포함하는 제3 촉매로서, 이때 상기 제3 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제3 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제3 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 바나듐 산화물, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상을 포함하는, 제3 촉매
를 추가로 포함하고;
배기 가스 처리 시스템에서, (iv)에 따른 제3 촉매는 (iii)에 따른 제2 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제3 촉매의 입구 단부는 제3 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되는 것이 더욱 바람직하다.
그러므로, 본 발명은 바람직하게는, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기;
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매;
(iv) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제3 기재를 포함하는 제3 촉매로서, 이때 상기 제3 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제3 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제3 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 바나듐 산화물, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상을 포함하는, 제3 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
배기 가스 처리 시스템에서, (iv)에 따른 제3 촉매는 (iii)에 따른 제2 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제3 촉매의 입구 단부는 제3 촉매의 출구 단부의 상류에 배열된다.
본 발명의 맥락에서, (iii)에 따른 제2 촉매의 출구 단부가 (iv)에 따른 제3 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, (iii)에 따른 제2 촉매의 출구 단부와 (iv)에 따른 제3 촉매의 입구 단부 사이에, 제2 촉매를 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는 것이 바람직하다.
(iv)에 따른 제3 촉매와 관련하여, 제1 측면에 따르면, (iv)에 따른 제3 촉매의 코팅이 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질은 골격 유형 AEI, GME, CHA, MFI, BEA, FAU, MOR 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 바람직하게는 골격 유형 AEI, CHA, BEA 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA 또는 AEI를 갖는 것이 바람직하다. 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질은 골격 유형 CHA를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 구리를 포함하고, 여기서 CuO로서 계산된 제올라이트 물질에 포함된 구리의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 8 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 7 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위인 것이 바람직하다. Fe2O3로 계산된 제올라이트 물질 중 철의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량% 범위인 것이 더욱 바람직하다.
제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질의 골격 구조의 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는, 보다 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 보다 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 더욱 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 범위 15:1 내지 35:1 범위인 것이 바람직하다.
제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 철을 포함하고, Fe2O3으로 계산된 제올라이트 물질에 포함된 철의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 보다 바람직하게는 0.1 내지 10.0 중량% 범위, 보다 바람직하게는 1.0 내지 7.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 5.5 중량% 범위인 것이 바람직하다. 상기 제올라이트 물질의 골격 구조의 바람직하게는 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는 보다 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 15:1 내지 35:1 범위인 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이, 주사 전자 현미경을 통해 측정시 0.1 마이크로미터 이상, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3.0 마이크로미터 범위, 보다 바람직하게는 0.3 내지 1.5 마이크로미터 범위, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 1.0 마이크로미터 범위의 평균 결정자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
제3 촉매의 코팅이 0.5 내지 8 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 0.75 내지 5 g/in3 범위, 더 바람직하게는 1 내지 3.5 g/in3 범위의 로딩으로 제올라이트 물질을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
(iv)에 따른 제3 촉매의 코팅이 산화물 결합제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 산화물 결합제가 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 지르코니아인 것이 바람직하다.
상기 제3 촉매의 코팅은, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 범위, 보다 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는 것이 바람직하다.
제1 측면에 따른 (iv)에 따른 제3 촉매와 관련하여, 상기 코팅은 Cu 및 Fe 중하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 제올라이트 물질은 골격 유형 AEI, GME, CHA, MFI, BEA, FAU, MOR 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 AEI, CHA, BEA 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA 또는 AEI, 더 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는다.
제3 촉매의 코팅의 0.001 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 0.00001 중량%가 팔라듐, 백금 및 로듐, 바람직하게는 백금 족 금속으로 구성되는 것이 바람직하다.
제3 촉매 코팅의 0.1 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0 내지 0.1 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%가 바나듐 산화물로 구성되는 것이 바람직하다.
제3 촉매의 코팅 중 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 보다 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 알루미늄 및 임의적으로 지르코늄을 포함하는, 보다 바람직하게는 이로 구성되는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, (iv)에 따른 제3 촉매의 코팅은 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 보다 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제를 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명은 바람직하게는, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하고,
상기 코팅은 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 8.0 중량% 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하고, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기;
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 알루미늄 및 임의적으로 지르코늄을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매;
(iv) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제3 기재를 포함하는 제3 촉매로서, 이때 상기 제3 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제3 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제3 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 보다 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제를 포함하는, 제3 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
배기 가스 처리 시스템에서, (iv)에 따른 제3 촉매는 (iii)에 따른 제2 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제3 촉매의 입구 단부는 제1 측면에 따른 제3 촉매의 출구 단부의 상류에 배열된다.
제2 측면에 따른 (iv)에 따른 제3 코팅과 관련하여, 제3 촉매의 코팅이 바나듐 산화물을 포함하고, 이때 상기 바나듐 산화물은 바나듐(V) 산화물, 바나듐(IV) 산화물 및 바나듐(III) 산화물 중 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 바나듐이 제3 산화물 지지체 상에 지지되는 것이 더욱 바람직하고, 제3 촉매의 코팅이 제3 산화물 지지체의 중량을 기준으로 보다 바람직하게는 1.5 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 2.5 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
제3 산화물 지지체가 티타늄을 포함하고, 상기 제3 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 제3 산화물 지지체가 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하거나, 제3 산화물 지지체가 안티몬 및 규소를 추가로 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
제3 산화물 지지체의 80 내지 98 중량%, 더욱 바람직하게는 85 내지 95 중량%가 티타니아로 구성되는 것이 더욱 바람직하다. 상기 제3 산화물 지지체의 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%가 WO3와 SiO2로서 계산된 텅스텐과 규소로 구성되는 것이 더욱 바람직하다. 다르게는, 상기 제3 산화물 지지체의 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%가 Sb2O3와 SiO2로서 계산된 안티몬과 규소로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
제3 촉매의 코팅이 1 내지 10 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 2 내지 7 g/in3 범위, 더 바람직하게는 3 내지 5.5 g/in3 범위의 로딩으로 제3 산화물 지지체를 포함하는 것이 바람직하다.
바나듐 산화물을 포함하는 제3 촉매의 코팅과 관련하여, 제3 촉매의 코팅이 산화물 결합제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 산화물 결합제는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 실리카 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 실리카인 것이 더욱 바람직하다.
상기 코팅은 제3 산화물 지지체의 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량% 범위, 보다 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는 것이 바람직하다.
제2 측면에 따른 (iv)에 따른 제3 코팅과 관련하여, 제3 촉매의 코팅이 백금 족 금속 성분을 추가로 포함하고, 상기 백금 족 금속 성분은 팔라듐, 백금 및 로듐 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 팔라듐 및 백금 중 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 백금 족 금속 성분이 백금 및 팔라듐이고, 원소 백금 족 금속 Pt:Pd로 계산된 백금 대 팔라듐의 중량비는 더욱 바람직하게는 2:1 내지 18:1 범위, 보다 바람직하게는 5:1 내지 15:1 범위, 더욱 바람직하게는 8:1 내지 12:1 범위인 것이 바람직하다.
제3 촉매의 코팅이 1 내지 30 g/ft3 범위, 보다 바람직하게는 2 내지 15 g/ft3 범위, 보다 바람직하게는 5 내지 12 g/ft3 범위의 로딩으로 백금 족 금속 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 백금 족 금속 성분이 산화물 물질 상에 지지되고, 상기 산화물 물질이 보다 바람직하게는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 티타니아 중 하나 이상이고, 보다 바람직하게는 알루미나, 실리카 및 지르코니아 중 하나 이상이고, 보다 바람직하게는 알루미나 및 실리카 중 하나 이상이고, 상기 산화물 물질은 보다 바람직하게는 지르코니아로 도핑된 알루미나인 것이 바람직하다. 제3 촉매의 코팅이 0.1 내지 4 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 2 g/in3 범위, 더 바람직하게는 0.5 내지 1.5 g/in3 범위의 로딩에서 백금 족 금속 성분을 지지하는 산화물 물질을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
제2 측면에 따른 (iv)에 따른 제3 촉매와 관련하여, 제3 촉매의 코팅의 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 보다 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 물질 상에 지지된, 백금 족 성분, 및 제3 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물, 및 보다 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제로 구성되는 것이 바람직하다.
제2 측면에 따른 (iv)에 따른 제3 촉매와 관련하여, 제3 촉매의 코팅의 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 보다 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 물질 상에 지지된, 백금 족 성분, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제로 구성되는 것이 바람직하다.
(iv)에 다른 제3 촉매와 관련하여, 본 발명의 맥락에서, 제3 기재가 코디어라이트, 티탄산알루미늄 및 탄화규소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 코디어라이트 및 탄화규소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 코디어라이트를 포함하거나, 보다 바람직하게는 이들로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제3 기재는 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 코디어라이트 유동-관통 기재인 것이 바람직하다. 다르게는, 제3 기재는, 상기의 제1 및 제2 기재에 대해 기재된 바와 같이 금속성일 수 있다.
제3 촉매가 0.75 내지 10 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 7 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 1.5 내지 5.5 g/in3 범위의 로딩으로 코팅을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제3 촉매의 코팅은 제3 기재 축 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 연장되는 것이 바람직하다.
제3 촉매의 제3 기재와 관련하여, 이는 2.54 내지 25.4 cm(1 내지 10 인치) 범위, 보다 바람직하게는 3.81 cm 내지 17.78 cm(1.5 내지 7 인치) 범위, 더욱 바람직하게는 5.08 내지 10.16 cm(2 내지 4 인치) 범위의 기재 길이를 갖는 것이 바람직하다.
제3 촉매의 제3 기재가 10.16 내지 43.18 cm(4 내지 17 인치) 범위, 보다 바람직하게는 17.78 내지 38.10 cm(7 내지 15 인치), 보다 바람직하게는 22.86 내지 30.48 cm(9 내지 12 인치) 범위의 기재 폭을 갖는 것이 바람직하다.
(iv)에 따른 제3 촉매가 코팅 및 제3 기재로 구성되는 것이 바람직하다.
제1 촉매의 제1 기재와 관련하여, 이는 2.54 내지 25.4 cm(1 내지 10 인치) 범위, 보다 바람직하게는 5.08 내지 20.32 cm(2 내지 8 인치) 범위, 보다 바람직하게는 7.62 내지 15.24 cm(3 내지 6 인치) 범위의 기재 길이를 갖는 것이 바람직하다.
제1 촉매의 제1 기재가 2.54 내지 50.8 cm(1 내지 20 인치) 범위, 보다 바람직하게는 12.7 내지 43.18 cm(5 내지 17 인치), 보다 바람직하게는 20.32 내지 38.1 cm(8 내지 15 인치) 범위의 기재 폭을 갖는 것이 바람직하다.
제2 촉매의 제2 기재와 관련하여, 이는 2.54 내지 25.4 cm(1 내지 10 인치) 범위, 보다 바람직하게는 3.81cm 내지 17.78 cm(1.5 내지 7 인치) 범위, 보다 바람직하게는 5.08 내지 10.16 cm(2 내지 4 인치) 범위의 기재 길이를 갖는 것이 바람직하다.
제2 촉매의 제2 기재가 10.16 내지 50.8 cm(4 내지 20 인치) 범위, 보다 바람직하게는 17.78 내지 43.18 cm(7 내지 17 인치) 범위, 보다 바람직하게는 22.86 내지 38.1 cm(9 내지 15 인치) 범위의 기재 폭을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 상기 시스템은 제4 촉매를 추가로 포함하되, 상기 제4 촉매는 암모니아 산화 촉매, 촉매화된 수트 필터 및 선택적 접촉 환원 촉매 중 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 제4 촉매가 암모니아 산화 촉매이고, 이때 상기 제4 촉매는 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제4 기재를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제4 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제4 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정된다. 상기 제4 촉매의 코팅은 상기 제4 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 암모니아 산화 성분을 포함한다. 배기 가스 처리 시스템에서, 상기 제4 촉매는 (iv)에 따른 제3 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제4 촉매의 입구 단부는 제4 촉매의 출구 단부의 상류에 배열된다. (iv)에 따른 제3 촉매의 출구 단부는 제4 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 제3 촉매의 출구 단부와 제4 촉매의 입구 단부 사이에, 제3 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는다.
제4 촉매의 코팅의 암모니아 산화 성분이 백금 족 금속 성분, 및 바나듐 산화물과 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 백금 족 금속 성분, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
제4 촉매의 코팅의 암모니아 산화 성분이, 산화물 지지체 상에 지지된 백금 족 금속 성분, 보다 바람직하게는 팔라듐 및 백금 중 하나 이상, 및 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는, Cu를 포함하는 제올라이트 물질을 포함하고, 보다 바람직하게는 이로 구성되는 것이 바람직하다.
그러므로, 본 발명은 바람직하게는, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하고,
상기 코팅은 보다 바람직하게는, 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 8.0 중량% 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하고, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체가, 보다 바람직하게는 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기;
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매;
(iv) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제3 기재를 포함하는 제3 촉매로서, 이때 상기 제3 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제3 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제3 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는, 제3 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
배기 가스 처리 시스템에서, (iv)에 따른 제3 촉매는 (iii)에 따른 제2 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제3 촉매의 입구 단부는 제1 측면에 따른 제3 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 시스템은 제4 촉매를 추가로 포함하고, 상기 제4 촉매는 암모니아 산화 촉매, 촉매화된 수트 필터 및 선택적 접촉 환원 촉매 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 암모니아 산화 촉매이고, 상기 제4 촉매는 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제4 기재를 포함하고;
상기 제4 기재는, 입구 단부, 출구 단부, 및 제4 기재의 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제4 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 암모니아 산화 성분을 포함하고;
배기 가스 처리 시스템에서, 상기 제4 촉매는 (iv)에 따른 제3 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제4 촉매의 입구 단부는 제4 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고, (iv)에 따른 제3 촉매의 출구 단부는 제4 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 제3 촉매의 출구 단부와 제4 촉매의 입구 단부 사이에, 제3 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는다.
본 발명의 맥락에서, 본 발명의 시스템은 제5 촉매를 추가로 포함하고, 이때 상기 제5 촉매는 암모니아 산화 촉매, 디젤 산화 촉매, 촉매화된 수트 필터 및 선택적 접촉 환원 촉매 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 촉매화된 수트 필터인 것이 바람직하다.
제5 촉매가 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 제5 기재, 보다 바람직하게는 벽-유동 필터 기재 상의 코팅을 포함하고, 배기 가스 처리 시스템에서, 제5 촉매가 제4 촉매의 하류에 위치하고, 제5 촉매의 입구 단부가 제5 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고, 제4 촉매의 출구 단부는 제5 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 제4 촉매의 출구 단부와 제5 촉매의 입구 단부 사이에, 제4 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 시스템은 제6 촉매를 추가로 포함하고, 이때 상기 제6 촉매는 암모니아 산화 촉매, 촉매화된 수트 필터 및 선택적 접촉 환원 촉매 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 선택적 접촉 환원 촉매인 것이 바람직하다. 상기 선택적 접촉 환원 촉매는 바나듐 산화물, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
제6 촉매가 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 제6 기재 상의 코팅을 포함하고, 배기 가스 처리 시스템에서, 제6 촉매가 제5 촉매의 하류에 위치하고, 제6 촉매의 입구 단부는 제6 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고, 제5 촉매의 출구 단부는 제6 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 제5 촉매의 출구 단부와 제6 촉매의 입구 단부 사이에, 제5 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는 것이 바람직하다.
상기 시스템은 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림에 유체를 주입하기 위한 주입기를 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 상기 주입기는 제6 촉매의 상류이고 제5 촉매의 하류인 위치에 위치하고; 상기 유체가 보다 바람직하게는 수성 요소 용액이다.
다르게는, 제5 촉매는 보다 바람직하게는 디젤 산화 촉매이고, 상기 제6 촉매는 보다 바람직하게는 촉매화된 수트 필터이다.
제5 촉매는 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 제5 기재, 보다 바람직하게는 벽-유동 필터 기재 상의 코팅을 포함하고, 배기 가스 처리 시스템에서, 제5 촉매는 제4 촉매의 하류에 위치되고, 제5 촉매의 입구 단부는 제5 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고, 제4 촉매의 출구 단부는 제5 촉매의 입구 단부와 유체 연통되고, 제4 촉매의 출구 단부와 제5 촉매의 입구 단부 사이에, 제4 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는 것이 더욱 바람직하다.
제6 촉매는 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 제6 기재 상의 코팅을 포함하고, 배기 가스 처리 시스템에서, 제6 촉매는 제5 촉매의 하류에 위치되고, 제6 촉매의 입구 단부는 제6 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고, 제5 촉매의 출구 단부는 제6 촉매의 입구 단부와 유체 연통되고, 제5 촉매의 출구 단부와 제6 촉매의 입구 단부 사이에, 제5 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 시스템은 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림에 유체를 주입하기 위한 주입기를 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 상기 주입기는 제1 촉매의 상류이고 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류인 위치에 위치하고; 상기 유체가 바람직하게는 수성 요소 용액이다.
본 발명의 시스템은 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림에 유체를 주입하기 위한 주입기 또는 주입기들을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 상기 주입기(들)은 선택적 접촉 환원 촉매의 상류에 위치하고, 상기 유체가 바람직하게는 수성 요소 용액이다.
(i)에 따른 제1 촉매의 상류이고 상기 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류인 위치에는 탄화수소 주입기가 위치하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 시스템은 (i)에 따른 제1 촉매, (ii)에 따른 탄화수소 주입기, (iii)에 따른 제2 촉매, 및 보다 바람직하게는 상기에 정의된 (iv)에 따른 제3 촉매, 및 보다 바람직하게는 상기에 정의된 제4 내지 제6 촉매 중 하나 이상으로 구성된 것이 바람직하다.
본 발명은, 본 발명의 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은
(a) 물, 바나듐 산화물의 용액, 및 티타늄을 포함하는 제1 산화물 물질을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;
(b) (a)에서 수득된 혼합물을 제1 기재의 내벽의 표면 상에 배치하여 슬러리-처리된 기재를 수득하는 단계로서, 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되는, 단계;
(c) 임의적으로, (b)에서 수득된 슬러리-처리된 기재를 건조시켜 그 위에 배치된 코팅을 갖는 기재를 수득하는 단계;
(d) (b)에서 수득된 슬러리-처리된 기재, 바람직하게는 (c)에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재를 하소하여 코팅된 기재를 수득하는 단계;
및 임의적으로
(b') (a)에서 수득된 혼합물을 (d)에서 수득된 기재 상에 배치된 코팅의 표면에 배치하는 단계;
(c') 임의적으로, (b')에서 수득된 슬러리-처리된 기재를 건조시키는 단계;
(d') (b')에서 수득된 슬러리-처리된 기재 또는 (c')에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재를 하소하는 단계
를 포함하고,
이때 (d) 또는 (d')로부터, 제1 촉매가 수득된다.
(a)와 관련하여, 이는,
(a.1) 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 및 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계로서, 이때 상기 제1 산화물 지지체는 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 단계;
(a.2) 바나듐 산화물의 용액, 보다 바람직하게는 바나듐 옥살레이트, 암모늄 바나데이트 및 바나듐 산화물 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 바나듐 옥살레이트의 용액을 (a.1)에서 수득된 혼합물에 첨가하는 단계;
(a.3) 보다 바람직하게는, 산화물 결합제의 공급원을 첨가하는 단계로서, 이때 상기 산화물 결합제의 공급원은 콜로이드성 실리카, 알루미나 및 지르코니아 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 콜로이드성 실리카인, 단계
를 포함하는 것이 바람직하다.
(b)가, 기재 축 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 혼합물을 배치하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
(b)에 따른 혼합물을 배치하는 것이, 상기 혼합물을 기재 상에 분무함으로써 또는 기재를 상기 혼합물에 침지시킴으로써, 보다 바람직하게는 기재를 상기 혼합물에 침지시킴으로써 수행되는 것이 바람직하다.
(c)에 따라 건조시키는 것이 90 내지 200℃ 범위, 보다 바람직하게는 120 내지 160℃ 범위의 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
(c)에 따라 건조시키는 것이 5 내지 300분 범위, 보다 바람직하게는 20 내지 60분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
(c)에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재가 0 내지 30% 범위, 보다 바람직하게는 5 내지 25% 범위, 보다 바람직하게는 15 내지 20% 범위의 수분 함량을 갖는 것이 바람직하다.
상기 가스 분위기가 공기, 희박 공기, 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 보다 바람직하게는 이들인, 방법.
(d)에 따른 하소가 300 내지 600℃ 범위, 보다 바람직하게는 400 내지 550℃ 범위의 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
(d)에 따른 하소가 5 내지 120분 범위, 보다 바람직하게는 20 내지 40분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 가스 분위기가 공기, 희박 공기, 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 보다 바람직하게는 이들인 것이 바람직하다.
(b')가, 혼합물을 기재 축방향 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 배치하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
(b')에 따른 혼합물을 배치하는 단계가, 혼합물을 기재 상에 분무함으로써 또는 기재를 혼합물에 침지시킴으로써, 보다 바람직하게는 기재를 혼합물에 침지시킴으로써 수행되는 것이 바람직하다.
(c')에 따라 건조시키는 것이 90 내지 200℃ 범위, 보다 바람직하게는 120 내지 160℃ 범위인 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
(c')에 따른 건조가 5 내지 300분 범위, 더욱 바람직하게는 20 내지 60분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
(c')에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재가 0 내지 30% 범위, 바람직하게는 5 내지 25% 범위, 보다 바람직하게는 15 내지 20% 범위의 수분 함량을 갖는 것이 바람직하다.
가스 분위기가 공기, 희박 공기 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 보다 바람직하게는 이들인 것이 바람직하다.
(d')에 따라 하소하는 것이 300 내지 600℃ 범위, 보다 바람직하게는 400 내지 550℃ 범위의 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
(d')에 따라 하소하는 것이 5 내지 120분 범위, 보다 바람직하게는 20 내지 120분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 가스 분위기가 공기, 희박 공기 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 바람직하게는 이들인 것이 바람직하다.
상기 방법이 (a), (b), (c), (d) 및 임의적으로 (b'), (c') 및 (d')로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 수득되거나 수득가능한, 촉매, 바람직하게는 본 발명의 배기 가스 처리 시스템에서 (i)에 따른 제1 촉매에 관한 것이다.
본 발명은 또한, NOx의 선택적 접촉 환원을 위한 본 발명의 촉매의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 내연 기관을 나가는, 바람직하게는 디젤 엔진을 나가는 배기 가스 스트림의 처리를 위한, 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법에 관한 것으로서,
(1) NOx, 암모니아, 일산화질소 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는, 내연 기관, 바람직하게는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 스트림을 제공하는 단계;
(2) (1)에서 제공된 배기 가스 스트림을 본 발명에 따른 배기 가스 시스템에 통과시키는 단계
를 포함한다.
본 발명은 다음의 실시양태 세트 및 기재된 바와 같은 종속 및 역-참조로부터 발생하는 실시양태들의 조합에 의해 예시된다. 특히, 예를 들어 "실시양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, ~ 시스템"과 같은 용어와 관련하여, 다양한 실시양태가 언급된 각각의 경우, 이는, 이 범위의 모든 실시양태가 당업자에게 명시적으로 개시되는 것을 의미한다. 즉, 이 용어의 표현은 "실시양태 1, 2, 3 및 4 중 어느 하나에 있어서, ~ 시스템"과 동의어인 것으로 당업자는 이해하여야 한다. 또한, 하기 실시양태 세트는 보호 범위를 결정하는 청구 범위 세트가 아니라, 본 발명의 일반적이고 바람직한 측면에 관한 기재의 적절하게 구조화된 부분을 나타낸다는 것을 명백히 주목해야 한다.
1. 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기;
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되는, 배기 가스 처리 시스템.
2. 실시양태 1에 있어서, (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부가 (iii)에 따른 제2 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부와 (iii)에 따른 제2 촉매의 입구 단부 사이에, 제1 촉매를 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는, 시스템.
3. 실시양태 1 또는 2에 있어서, 제1 촉매가 질소 산화물(NOx) 환원 성분을 포함하는, 시스템.
4. 실시양태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매에 포함된 바나듐 산화물이 바나듐(V) 산화물, 바나듐(IV) 산화물 및 바나듐(III) 산화물 중 하나 이상인, 시스템.
5. 실시양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 촉매의 코팅이 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 2.0 내지 8.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6.0 중량%의 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하는, 시스템.
6. 실시양태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하고;
상기 제1 산화물 지지체는 바람직하게는 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하거나 제1 산화물 지지체는 바람직하게는 안티몬 및 규소를 추가로 포함하는, 시스템.
7. 실시양태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서,
상기 제1 산화물 지지체의 80 내지 98 중량%, 바람직하게는 85 내지 95 중량%는 티타니아로 구성되고, 상기 제1 산화물 지지체의 바람직하게는 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%는 각각 WO3와 SiO2로서 계산된 텅스텐과 규소로 구성되거나 또는 각각 Sb2O3와 SiO2로서 계산된 안티몬과 규소로 구성되는, 시스템.
8. 실시양태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매의 코팅이 1 내지 10 g/in3 범위, 바람직하게는 2 내지 7 g/in3 범위, 더 바람직하게는 3 내지 5.5 g/in3 범위의 로딩으로 제1 산화물 지지체를 포함하는, 시스템.
9. 실시양태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매의 코팅이 산화물 결합제를 추가로 포함하고, 여기서 산화물 결합제는 바람직하게는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 실리카 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 실리카이고;
상기 제1 촉매의 코팅은 바람직하게는, 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는, 시스템.
10. 실시양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매의 코팅의 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 티타늄, 바람직하게는 티타니아를 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물로 구성되고, 더욱 바람직하게는 제1 산화물 지지체는 텅스텐 및 규소, 및 바람직하게는, 실시양태 9에 정의된 산화물 결합제를 추가로 포함하는, 시스템.
11. 실시양태 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매의 코팅의 0.001 중량% 이하, 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.00001 중량%가 팔라듐, 바람직하게는 팔라듐 및 로듐, 보다 바람직하게는 팔라듐, 백금 및 로듐, 더욱 바람직하게는 백금 족 금속으로 구성되는, 시스템.
12. 실시양태 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매의 코팅의 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0 내지 0.1 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%가 제올라이트 물질, 바람직하게는 분자체로 구성되는, 시스템.
13. 실시양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 제1 기재가 코디어라이트, 티탄산알루미늄 및 탄화규소 중 하나 이상, 바람직하게는 코디어라이트 및 탄화규소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 코디어라이트를 포함하고, 바람직하게는 이로 구성되고;
제1 기재는 바람직하게는, 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 코디어라이트 유동-관통 기재이고; 또는
제1 기재는 금속 물질을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성되고, 상기 금속 물질은 바람직하게는 산소, 및 철, 크롬 및 알루미늄 중 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되고;
제1 기재는 바람직하게는, 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 금속 유동-관통 기재인, 시스템.
14. 실시양태 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매가 1.5 내지 12 g/in3 범위, 바람직하게는 2.5 내지 8 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 3.5 내지 6 g/in3 범위의 로딩으로 코팅을 포함하고;
제1 촉매의 코팅은 바람직하게는 제1 기재 축 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 연장되는, 시스템.
15. 실시양태 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, (i)에 따른 제1 촉매가 코팅 및 제1 기재로 구성되는, 시스템.
16. 실시양태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서,
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅에 포함된 제2 산화물 지지체가 지르코늄 및 알루미늄 중 하나 이상, 바람직하게는 알루미늄 및 임의적으로 지르코늄을 포함하고;
상기 제2 산화물 지지체의 보다 바람직하게는 90 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 95 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%는 알루미늄, 산소 및 임의적으로 지르코늄으로 구성되고;
상기 제2 산화물 지지체의 보다 바람직하게는 60 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 75 내지 85 중량%는 알루미나로 구성되고, 상기 제2 산화물 지지체의 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량%는 지르코니아로 구성되는, 시스템.
17. 실시양태 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 제2 산화물 지지체를 0.25 내지 5 g/in3 범위, 바람직하게는 0.5 내지 5 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 0.75 내지 4 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 2 g/in3 범위의 로딩으로 포함하는, 시스템.
18. 실시양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 팔라듐을 5 내지 90 g/ft3 범위, 바람직하게는 10 내지 70 g/ft3 범위, 더 바람직하게는 30 내지 60g/ft3 범위의 양으로 포함하는, 시스템.
19. 실시양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 팔라듐이 (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅에 존재하는 유일한 백금 족 금속인, 시스템.
20. 실시양태 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 제2 기재가 코디어라이트, 티탄산알루미늄 및 탄화규소 중 하나 이상, 바람직하게는 코디어라이트 및 탄화규소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 코디어라이트를 포함하고, 바람직하게는 이로 구성되고;
제2 기재는 바람직하게는 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 코디어라이트 유동-관통 기재이고; 또는
제2 기재는 금속 물질을 포함하거나, 바람직하게는 금속 물질로 구성되고, 상기 금속 물질은 바람직하게는 산소, 및 철, 크롬 및 알루미늄 중 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 이로 구성되고;
제2 기재는 바람직하게는 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 금속 유동-관통 기재인, 시스템.
21. 실시양태 1 내지 20 중 어느 하나에 있어서, (iii)에 따른 제2 촉매가 코팅 및 제2 기재로 구성되는, 시스템.
22. 실시양태 1 내지 21 중 어느 하나에 있어서, 제2 촉매의 코팅의 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0 내지 0.1 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%가 바나듐 산화물로 구성되는, 시스템.
23. 실시양태 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 촉매의 코팅의 98 내지 100 중량%, 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 바람직하게는 알루미늄 및 지르코늄을 포함하는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐으로 구성되는, 시스템.
24. 실시양태 1 내지 22 중 어느 하나에 있어서, (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 제올라이트 물질을 추가로 포함하고, 상기 제올라이트 물질이 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
25. 실시양태 24에 있어서, 상기 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 골격 유형 AEI, GME, CHA, MFI, BEA, FAU, MOR 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 바람직하게는 골격 유형 AEI, CHA, BEA 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA 또는 AEI, 더 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는, 시스템.
26. 실시양태 24 또는 25에 있어서, 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 구리를 포함하고, 여기서 제올라이트 물질에 포함된 구리의 양은, CuO로서 계산시, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 범위, 보다 바람직하게는 1 내지 7 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6 중량% 범위이고;
제올라이트 물질 중 철의 양은, Fe2O3로 계산시, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 보다 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량% 범위인, 시스템.
27. 실시양태 24 내지 26 중 어느 하나에 있어서, 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질의 골격 구조의 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는, 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 보다 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 더욱 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 범위 15:1 내지 35:1 범위인, 시스템.
28. 실시양태 24 또는 25에 있어서, 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 철을 포함하고, Fe2O3으로 계산된 제올라이트 물질에 포함된 철의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.1 내지 10.0 중량% 범위, 보다 바람직하게는 1.0 내지 7.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 5.5 중량% 범위이고, 상기 제올라이트 물질의 골격 구조의 바람직하게는 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 15:1 내지 35:1 범위인, 시스템.
29. 실시양태 24 내지 28 중 어느 하나에 있어서, 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이, 주사 전자 현미경을 통해 측정시 0.1 마이크로미터 이상, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 마이크로미터 범위, 보다 바람직하게는 0.3 내지 1.5 마이크로미터 범위, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 1.0 마이크로미터 범위의 평균 결정자 크기(crystallite size)를 갖는, 시스템.
30. 실시양태 24 내지 29 중 어느 하나에 있어서, 제2 촉매의 코팅이 0.2 내지 8 g/in3 범위, 바람직하게는 0.5 내지 6 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 1 내지 4 g/in3 범위의 로딩으로 제올라이트 물질을 포함하고,
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅은 바람직하게는 0.3 내지 0.75 g/in3 범위, 더 바람직하게는 0.4 내지 0.6g/in3 범위의 로딩으로 제2 산화물 지지체를 포함하는, 시스템.
31. 실시양태 24 내지 30 중 어느 하나에 있어서,
(iv)에 따른 제2 촉매의 코팅이 산화물 결합제(oxidic binder)를 추가로 포함하고, 상기 산화물 결합제가 바람직하게는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 지르코니아이고;
상기 제2 촉매의 코팅은, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는, 시스템.
32. 실시양태 24 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 제2 촉매 코팅의 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상 팔라듐, Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 바람직하게는 실시양태 31에 정의된 산화물 결합제로 구성되는, 시스템.
33. 실시양태 1 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 제2 촉매가 0.3 내지 5 g/in3 범위, 바람직하게는 1 내지 4 g/in3 범위, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 4.6 g/in3 범위의 로딩으로 코팅을 포함하고;
상기 제2 촉매의 코팅은 바람직하게는 제2 기재 축 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 연장되는, 시스템.
34. 실시양태 1 내지 33 중 어느 하나에 있어서,
(iv) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제3 기재를 포함하는 제3 촉매로서, 이때 상기 제3 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제3 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제3 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 바나듐 산화물, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상을 포함하는, 제3 촉매
를 추가로 포함하고;
배기 가스 처리 시스템에서, (iv)에 따른 제3 촉매는 (iii)에 따른 제2 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제3 촉매의 입구 단부는 제3 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되는, 시스템.
35. 실시양태 34에 있어서, (iii)에 따른 제2 촉매의 출구 단부가 (iv)에 따른 제3 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, (iii)에 따른 제2 촉매의 출구 단부와 (iv)에 따른 제3 촉매의 입구 단부 사이에, 제2 촉매를 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는, 시스템.
36. 실시양태 34 또는 35에 있어서, (iv)에 따른 제3 촉매의 코팅이 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는 시스템.
37. 실시양태 36에 있어서, 상기 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질은 골격 유형 AEI, GME, CHA, MFI, BEA, FAU, MOR 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 바람직하게는 골격 유형 AEI, CHA, BEA 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA 또는 AEI, 더 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는, 시스템.
38. 실시양태 36 또는 37에 있어서, 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 구리를 포함하고, 여기서 CuO로서 계산된 제올라이트 물질에 포함된 구리의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 8 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 7 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위이고;
Fe2O3로 계산된 제올라이트 물질 중 철의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 보다 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량% 범위인, 시스템.
39. 실시양태 36 내지 38 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질의 골격 구조의 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는, 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 보다 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 더욱 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 범위 15:1 내지 35:1 범위인, 시스템.
40. 실시양태 36 또는 37에 있어서, 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이 철을 포함하고, Fe2O3으로 계산된 제올라이트 물질에 포함된 철의 양은 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.1 내지 10.0 중량% 범위, 보다 바람직하게는 1.0 내지 7.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 5.5 중량% 범위이고, 상기 제올라이트 물질의 골격 구조의 바람직하게는 95 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Si, Al, O 및 H로 구성되고, 이때 상기 골격 구조에서, SiO2: Al2O3 몰로서 계산된 Si 대 Al의 몰비는 바람직하게는 2:1 내지 50:1 범위, 더욱 바람직하게는 4:1 내지 45:1 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 40:1 범위, 더욱 바람직하게는 15:1 내지 35:1 범위인, 시스템.
41. 실시양태 36 내지 40 중 어느 하나에 있어서, 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질이, 주사 전자 현미경을 통해 측정시 0.1 마이크로미터 이상, 바람직하게는 0.1 내지 3.0 마이크로미터 범위, 보다 바람직하게는 0.3 내지 1.5 마이크로미터 범위, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 1.0 마이크로미터 범위의 평균 결정자 크기를 갖는, 시스템.
42. 실시양태 36 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅이 0.5 내지 8 g/in3 범위, 바람직하게는 0.75 내지 5 g/in3 범위, 더 바람직하게는 1 내지 3.5 g/in3 범위의 로딩으로 제올라이트 물질을 포함하는, 시스템.
43. 실시양태 36 내지 42 중 어느 하나에 있어서, (iv)에 따른 제3 촉매의 코팅이 산화물 결합제를 추가로 포함하고, 상기 산화물 결합제가 바람직하게는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 지르코니아인, 시스템.
44. 실시양태 42에 있어서, 상기 제3 촉매의 코팅은, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는, 시스템.
45. 실시양태 36 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅의 0.001 중량% 이하, 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 0.0001 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 0.00001 중량%가 팔라듐, 백금 및 로듐, 바람직하게는 백금 족 금속으로 구성되는, 시스템.
46. 실시양태 36 내지 45 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매 코팅의 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0 내지 0.1 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 0.01 중량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 0.001 중량%가 바나듐 산화물로 구성되는, 시스템.
47. 실시양태 36 내지 46 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅 중 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 보다 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 바람직하게는 실시양태 43 또는 44에서와 같은 산화물 결합제로 구성되는, 시스템.
48. 실시양태 36 내지 47 중 어느 하나에 있어서, (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 바람직하게는 알루미늄 및 임의적으로 지르코늄을 포함하는, 바람직하게는 이로 구성되는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐을 포함하고, (iv)에 따른 제3 촉매의 코팅은 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 바람직하게는 상기에 정의된 산화물 결합제를 포함하고, 바람직하게는 이로 구성되는, 시스템.
49. 실시양태 34 또는 35에 있어서, 제3 촉매의 코팅이 바나듐 산화물을 포함하고, 이때 상기 바나듐 산화물은 바나듐(V) 산화물, 바나듐(IV) 산화물 및 바나듐(III) 산화물 중 하나 이상인, 시스템.
50. 실시양태 49에 있어서, 상기 바나듐이 제3 산화물 지지체 상에 지지되고, 제3 촉매의 코팅이 제3 산화물 지지체의 중량을 기준으로 바람직하게는 1.5 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 2.5 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하는, 시스템.
51. 실시양태 49 또는 50에 있어서, 제3 산화물 지지체가 티타늄을 포함하고, 상기 제3 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 시스템.
52. 실시양태 51에 있어서, 제3 산화물 지지체가 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하거나, 제3 산화물 지지체가 안티몬 및 규소를 추가로 포함하는, 시스템.
53. 실시양태 50 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 제3 산화물 지지체의 80 내지 98 중량%, 더욱 바람직하게는 85 내지 95 중량%가 티타니아로 구성되고, 상기 제3 산화물 지지체의 바람직하게는 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%가 각각 WO3와 SiO2로서 계산된 텅스텐과 규소로 구성되거나 또는 각각 Sb2O3와 SiO2로서 계산된 안티몬과 규소로 구성되는, 시스템.
54. 실시양태 50 내지 53 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅이 1 내지 10 g/in3 범위, 바람직하게는 2 내지 7 g/in3 범위, 더 바람직하게는 3 내지 5.5 g/in3 범위의 로딩으로 제3 산화물 지지체를 포함하는, 시스템.
55. 실시양태 50 내지 54 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅이 산화물 결합제를 추가로 포함하고, 상기 산화물 결합제는 바람직하게는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 실리카 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 실리카이고;
상기 코팅은 제3 산화물 지지체의 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는, 시스템.
56. 실시양태 36 내지 44 및 49 내지 55 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅이 백금 족 금속 성분을 추가로 포함하고, 상기 백금 족 금속 성분은 팔라듐, 백금 및 로듐 중 하나 이상, 바람직하게는 팔라듐 및 백금 중 하나 이상인, 시스템.
57. 실시양태 56에 있어서, 백금 족 금속 성분이 백금 및 팔라듐이고, 원소 백금 족 금속 Pt:Pd로 계산된 백금 대 팔라듐의 중량비는 바람직하게는 2:1 내지 18:1 범위, 보다 바람직하게는 5:1 내지 15:1 범위, 더욱 바람직하게는 8:1 내지 12:1 범위인, 시스템.
58. 실시양태 56 또는 57에 있어서, 제3 촉매의 코팅이 1 내지 30 g/ft3 범위, 바람직하게는 2 내지 15 g/ft3 범위, 보다 바람직하게는 5 내지 12 g/ft3 범위의 로딩으로 백금 족 금속 성분을 포함하는, 시스템.
59. 실시양태 56 내지 58 중 어느 하나에 있어서, 백금 족 금속 성분이 산화물 물질 상에 지지되고, 상기 산화물 물질이 바람직하게는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 티타니아 중 하나 이상이고, 보다 바람직하게는 알루미나, 실리카 및 지르코니아 중 하나 이상이고, 보다 바람직하게는 알루미나 및 실리카 중 하나 이상이고, 상기 산화물 물질은 보다 바람직하게는 지르코니아로 도핑된 알루미나인, 시스템.
60. 실시양태 59에 있어서, 제3 촉매의 코팅이 0.1 내지 4 g/in3 범위, 바람직하게는 0.2 내지 2 g/in3 범위, 더 바람직하게는 0.5 내지 1.5 g/in3 범위의 로딩에서 백금 족 금속 성분을 지지하는 산화물 물질을 포함하는, 시스템.
61. 실시양태 56 내지 60 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅의 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 바람직하게는 실시양태 59 또는 60에 정의된 산화물 물질 상에 지지된, 백금 족 성분, 및 제3 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물, 및 바람직하게는 실시양태 55에 정의된 산화물 결합제로 구성되는, 시스템.
62. 실시양태 56 내지 60 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 코팅의 95 내지 100 중량%, 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가, 바람직하게는 실시양태 59 또는 60에 정의된 산화물 물질 상에 지지된, 백금 족 성분, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 바람직하게는 실시양태 43 또는 44에 정의된 산화물 결합제로 구성되는, 시스템.
63. 실시양태 34 내지 62 중 어느 하나에 있어서, 제3 기재가 코디어라이트, 티탄산알루미늄 및 탄화규소 중 하나 이상, 바람직하게는 코디어라이트 및 탄화규소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 코디어라이트를 포함하거나, 바람직하게는 이들로 구성되고;
상기 제3 기재는 바람직하게는 벽-유동 필터 기재 또는 유동-관통 기재, 보다 바람직하게는 유동-관통 기재, 더욱 바람직하게는 코디어라이트 유동-관통 기재인, 시스템.
64. 실시양태 34 내지 63 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매가 0.75 내지 10 g/in3 범위, 바람직하게는 1 내지 7 g/in3 범위, 보다 바람직하게는 1.5 내지 5.5 g/in3 범위의 로딩으로 코팅을 포함하고;
상기 제3 촉매의 코팅은 바람직하게는 제3 기재 축 길이의 95 내지 100%, 보다 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 연장되는, 시스템.
65. 실시양태 34 내지 64 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 제3 기재가 2.54 내지 25.4 cm(1 내지 10 인치) 범위, 바람직하게는 3.81 cm 내지 17.78 cm(1.5 내지 7 인치) 범위, 더욱 바람직하게는 5.08 내지 10.16 cm(2 내지 4 인치) 범위의 기재 길이를 갖는, 시스템.
66. 실시양태 34 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 제3 촉매의 제3 기재가 10.16 내지 43.18 cm(4 내지 17 인치) 범위, 바람직하게는 17.78 내지 38.10 cm(7 내지 15 인치), 보다 바람직하게는 22.86 내지 30.48 cm(9 내지 12 인치) 범위의 기재 폭을 갖는, 시스템.
67. 실시양태 34 내지 66 중 어느 하나에 있어서, (iv)에 따른 제3 촉매가 코팅 및 제3 기재로 구성되는, 시스템.
68. 실시양태 1 내지 67 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매의 제1 기재가 2.54 내지 25.4 cm(1 내지 10 인치) 범위, 바람직하게는 5.08 내지 20.32 cm(2 내지 8 인치) 범위, 보다 바람직하게는 7.62 내지 15.24 cm(3 내지 6 인치) 범위의 기재 길이를 갖는, 시스템.
69. 실시양태 1 내지 68 중 어느 하나에 있어서, 제1 촉매의 제1 기재가 2.54 내지 50.8 cm(1 내지 20 인치) 범위, 바람직하게는 12.7 내지 12.7 cm 범위의 기재 폭을 갖는 것인 시스템. 43.18 cm(5 내지 17 인치), 보다 바람직하게는 20.32 내지 38.1 cm(8 내지 15 인치) 범위이다.
70. 실시양태 34 내지 64 중 어느 하나에 있어서, 제2 촉매의 제2 기재가 2.54 내지 25.4 cm(1 내지 10 인치) 범위, 바람직하게는 3.81cm 내지 17.78 cm(1.5 내지 7 인치) 범위, 보다 바람직하게는 5.08 내지 10.16 cm(2 내지 4 인치) 범위의 기재 길이를 갖는, 시스템.
71. 실시양태 34 내지 65 중 어느 하나에 있어서, 제2 촉매의 제2 기재가 10.16 내지 50.8 cm(4 내지 20 인치) 범위, 바람직하게는 17.78 내지 43.18 cm(7 내지 17 인치) 범위, 보다 바람직하게는 22.86 내지 38.1 cm(9 내지 15 인치) 범위의 기재 폭을 갖는, 시스템.
72. 실시양태 34 내지 71 중 어느 하나에 있어서, 제4 촉매를 추가로 포함하되, 상기 제4 촉매는 암모니아 산화 촉매, 촉매화된 수트 필터 및 선택적 접촉 환원 촉매 중 하나 이상인, 시스템.
73. 실시양태 72에 있어서, 상기 제4 촉매가 암모니아 산화 촉매이고, 이때 상기 제4 촉매는 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제4 기재를 포함하고, 상기 제4 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제4 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제4 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 암모니아 산화 성분을 포함하고,
배기 가스 처리 시스템에서, 상기 제4 촉매는 (iv)에 따른 제3 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제4 촉매의 입구 단부는 제4 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
(iv)에 따른 제3 촉매의 출구 단부는 제4 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 제3 촉매의 출구 단부와 제4 촉매의 입구 단부 사이에, 제3 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는, 시스템.
74. 실시양태 73에 있어서, 제4 촉매의 코팅의 암모니아 산화 성분이 백금 족 금속 성분, 및 바나듐 산화물과 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상, 바람직하게는 백금 족 금속 성분, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는, 시스템.
75. 실시양태 74에 있어서, 제4 촉매의 코팅의 암모니아 산화 성분이, 산화물 지지체 상에 지지된 백금 족 금속 성분, 바람직하게는 팔라듐 및 백금 중 하나 이상, 및 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는, Cu를 포함하는 제올라이트 물질을 포함하고, 바람직하게는 이로 구성되는, 시스템.
76. 실시양태 72 내지 75 중 어느 하나에 있어서, 제5 촉매를 추가로 포함하고, 이때 상기 제5 촉매는 암모니아 산화 촉매, 디젤 산화 촉매, 촉매화된 수트 필터 및 선택적 접촉 환원 촉매 중 하나 이상, 바람직하게는 촉매화된 수트 필터인, 시스템.
77. 실시양태 76에 있어서, 제5 촉매가 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 제5 기재, 바람직하게는 벽-유동 필터 기재 상의 코팅을 포함하고,
배기 가스 처리 시스템에서, 제5 촉매가 제4 촉매의 하류에 위치하고, 제5 촉매의 입구 단부가 제5 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고,
제4 촉매의 출구 단부는 제5 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 제4 촉매의 출구 단부와 제5 촉매의 입구 단부 사이에, 제4 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는, 시스템.
78. 실시양태 76 또는 77에 있어서, 제6 촉매를 추가로 포함하고, 이때 상기 제6 촉매는 암모니아 산화 촉매, 촉매화된 수트 필터 및 선택적 접촉 환원 촉매 중 하나 이상, 바람직하게는 선택적 접촉 환원 촉매이고;
상기 선택적 접촉 환원 촉매는 바람직하게는 바나듐 산화물, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상을 포함하고, 더욱 바람직하게는 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하는, 시스템.
79. 실시양태 78에 있어서, 제6 촉매가 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 제6 기재 상의 코팅을 포함하고, 배기 가스 처리 시스템에서, 제6 촉매가 제5 촉매의 하류에 위치하고, 제6 촉매의 입구 단부는 제6 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고,
제5 촉매의 출구 단부는 제6 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 제5 촉매의 출구 단부와 제6 촉매의 입구 단부 사이에, 제5 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는, 시스템.
80. 실시양태 78 또는 79에 있어서, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림에 유체를 주입하기 위한 주입기를 추가로 포함하되, 상기 주입기는 제6 촉매의 상류이고 제5 촉매의 하류인 위치에 위치하고;
상기 유체가 바람직하게는 수성 요소 용액인, 시스템.
81. 실시양태 1 내지 80 중 어느 하나에 있어서, 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림에 유체를 주입하기 위한 주입기를 추가로 포함하되, 상기 주입기는 제1 촉매의 상류이고 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류인 위치에 위치하고;
상기 유체가 바람직하게는 수성 요소 용액이고,
상기 제1 촉매의 상류이고 상기 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류인 위치에는 탄화수소 주입기가 위치하지 않는, 시스템.
82. 실시양태 1 내지 81 중 어느 하나에 있어서, (i)에 따른 제1 촉매, (ii)에 따른 탄화수소 주입기, (iii)에 따른 제2 촉매, 및 바람직하게는 실시양태 34 내지 67 중 어느 하나에 정의된 (iv)에 따른 제3 촉매, 및 보다 바람직하게는 실시양태 72 내지 79 중 어느 하나에 정의된 제4 내지 제6 촉매 중 하나 이상, 및 더욱 바람직하게는 실시양태 80 또는 81에 정의된 주입기 또는 주입기들로 구성된, 시스템.
83. 실시양태 1 내지 82 중 어느 하나의 실시양태에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
(a) 물, 바나듐 산화물의 용액, 및 티타늄을 포함하는 제1 산화물 물질을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;
(b) (a)에서 수득된 혼합물을 제1 기재의 내벽의 표면 상에 배치하여 슬러리-처리된 기재를 수득하는 단계로서, 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되는, 단계;
(c) 임의적으로, (b)에서 수득된 슬러리-처리된 기재를 건조시켜 그 위에 배치된 코팅을 갖는 기재를 수득하는 단계;
(d) (b)에서 수득된 슬러리-처리된 기재, 바람직하게는 (c)에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재를 하소하여 코팅된 기재를 수득하는 단계;
및 임의적으로
(b') (a)에서 수득된 혼합물을 (d)에서 수득된 기재 상에 배치된 코팅의 표면에 배치하는 단계;
(c') 임의적으로, (b')에서 수득된 슬러리-처리된 기재를 건조시키는 단계;
(d') (b')에서 수득된 슬러리-처리된 기재 또는 (c')에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재를 하소하는 단계
를 포함하고,
이때 (d) 또는 (d')로부터, 제1 촉매가 수득되는, 방법.
84. 실시양태 83에 있어서, (a)가
(a.1) 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 및 물을 포함하는 혼합물을 제조하는 단계로서, 이때 상기 제1 산화물 지지체는 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 단계;
(a.2) 바나듐 산화물의 용액, 바람직하게는 바나듐 옥살레이트, 암모늄 바나데이트 및 바나듐 산화물 중 하나 이상, 더욱 바람직하게는 바나듐 옥살레이트의 용액을 (a.1)에서 수득된 혼합물에 첨가하는 단계;
(a.3) 바람직하게는, 산화물 결합제의 공급원을 첨가하는 단계로서, 이때 상기 산화물 결합제의 공급원은 콜로이드성 실리카, 알루미나 및 지르코니아 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 콜로이드성 실리카인, 단계
를 포함하는, 방법.
85. 실시양태 83 또는 84에 있어서, (b)가, 기재 축 길이의 95 내지 100%, 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 혼합물을 배치하는 것을 포함하는, 방법.
86. 실시양태 83 내지 85 중 어느 하나에 있어서, (b)에 따른 혼합물을 배치하는 것이, 상기 혼합물을 기재 상에 분무함으로써 또는 기재를 상기 혼합물에 침지시킴으로써, 바람직하게는 기재를 상기 혼합물에 침지시킴으로써 수행되는, 방법.
87. 실시양태 83 내지 86 중 어느 하나에 있어서, (c)에 따라 건조시키는 것이 90 내지 200℃ 범위, 바람직하게는 120 내지 160℃ 범위의 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는, 방법.
88. 실시양태 83 내지 87 중 어느 하나에 있어서, (c)에 따라 건조시키는 것이 5 내지 300분 범위, 바람직하게는 20 내지 60분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는, 방법.
89. 실시양태 83 내지 88 중 어느 하나에 있어서, (c)에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재가 0 내지 30% 범위, 바람직하게는 5 내지 25% 범위, 보다 바람직하게는 15 내지 20% 범위의 수분 함량을 갖는, 방법.
90. 실시양태 87 내지 89 중 어느 하나에 있어서, 상기 가스 분위기가 공기, 희박 공기, 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 바람직하게는 이들인, 방법.
91. 실시양태 83 내지 90 중 어느 하나에 있어서, (d)에 따른 하소가 300 내지 600℃ 범위, 바람직하게는 400 내지 550℃ 범위의 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는 것인, 방법.
92. 실시양태 83 내지 91 중 어느 하나에 있어서, (d)에 따른 하소가 5 내지 120분 범위, 바람직하게는 20 내지 40분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는, 방법.
93. 실시양태 91 또는 92에 있어서, 상기 가스 분위기가 공기, 희박 공기, 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 바람직하게는 이들인, 방법.
94. 실시양태 83 내지 93 중 어느 하나에 있어서, (b')가, 혼합물을 기재 축방향 길이의 95 내지 100%, 바람직하게는 98 내지 100%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100%에 걸쳐 배치하는 것을 포함하는, 방법.
95. 실시양태 83 내지 94 중 어느 하나에 있어서, (b')에 따른 혼합물을 배치하는 단계가, 혼합물을 기재 상에 분무함으로써 또는 기재를 혼합물에 침지시킴으로써, 바람직하게는 기재를 혼합물에 침지시킴으로써 수행되는, 방법.
96. 실시양태 83 내지 95 중 어느 하나에 있어서, (c')에 따라 건조시키는 것이 90 내지 200℃ 범위, 바람직하게는 120 내지 160℃ 범위인 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는, 방법.
97. 실시양태 83 내지 96 중 어느 하나에 있어서, (c')에 따른 건조가 5 내지 300분 범위, 바람직하게는 20 내지 60분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는, 방법.
98. 실시양태 83 내지 97 중 어느 하나에 있어서, (c')에서 수득된 건조된 슬러리-처리된 기재가 0 내지 30% 범위, 바람직하게는 5 내지 25% 범위, 보다 바람직하게는 15 내지 20% 범위의 수분 함량을 갖는, 방법.
99. 실시양태 96 또는 97에 있어서, 가스 분위기가 공기, 희박 공기 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 바람직하게는 이들인, 방법.
100. 실시양태 83 내지 99 중 어느 하나에 있어서, (d')에 따라 하소하는 것이 300 내지 600℃ 범위, 바람직하게는 400 내지 550℃ 범위의 온도를 갖는 가스 분위기에서 수행되는, 방법.
101. 실시양태 83 내지 100 중 어느 하나에 있어서, (d')에 따라 하소하는 것이 5 내지 120분 범위, 바람직하게는 20 내지 120분 범위의 지속시간 동안 가스 분위기에서 수행되는, 방법.
102. 실시양태 100 또는 101에 있어서, 상기 가스 분위기가 공기, 희박 공기 및 산소 중 하나 이상, 보다 바람직하게는 공기를 포함하고, 바람직하게는 이들인, 방법.
103. 실시양태 83 내지 102 중 어느 하나에 있어서, (a), (b), (c), (d) 및 임의적으로 (b'), (c') 및 (d')로 구성된, 방법.
104. 실시양태 83 내지 103 중 어느 하나에 따른 방법에 의해 수득되거나 수득가능한, 촉매, 바람직하게는 실시양태 1 내지 82 중 어느 하나의 배기 가스 처리 시스템에서 (i)에 따른 제1 촉매.
105. NOx의 선택적 접촉 환원을 위한 실시양태 104의 촉매의 용도.
106. 내연 기관을 나가는, 바람직하게는 디젤 엔진을 나가는 배기 가스 스트림의 처리를 위한, 실시양태 1 내지 82 중 어느 하나에 따른 배기 가스 처리 시스템의 용도.
107. 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법으로서,
(1) NOx, 암모니아, 일산화질소 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는, 내연 기관, 바람직하게는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 스트림을 제공하는 단계;
(2) (1)에서 제공된 배기 가스 스트림을 실시양태 1 내지 82 중 어느 하나에 따른 배기 가스 시스템에 통과시키는 단계
를 포함하는 방법.
본 발명의 맥락에서, 용어 "내부 벽의 표면"은, 벽의 "맨(naked)" 또는 "베어(bare)" 또는 "블랭크" 표면, 즉 표면을 오염시킬 수 있는 불가피한 불순물을 제외하고는 벽의 재료로만 구성된 미처리 상태의 벽 표면으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 맥락에서, 용어 "X는 A, B 및 C 중 하나 이상"(이때, X는 주어진 특징이고, A, B 및 C 각각은 상기 특징의 구체적 실현을 의미함)은, X가 A, 또는 B, 또는 C, 또는 A와 B, 또는 A와 C, 또는 B와 C, 또는 A 및 B 및 C임을 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 당업자는 상기 추상적 용어를 구체적인 예(예컨대, X는 화학 원소이고 A, B 및 C는 Li, Na 및 K와 같은 구체적 원소이거나, 또는 X는 온도이고 A, B 및 C는 10℃, 20℃ 및 30℃와 같은 구체적 온도이다)로 전달할 수 있다는 것을 주목한다. 이와 관련하여, 당업자는 상기 용어를 상기 특징의 덜 구체적인 실현(예를 들어 "X는 A와 B 중 하나 이상이다"는, X가 A, 또는 B, 또는 A와 B인 것을 개시한다), 또는 상기 특징의 보다 구체적인 실현(예를 들어 "X는 A, B, C 및 D 중 하나 이상이다"는, X가 A, 또는 B, 또는 C, 또는 D, 또는 A와 B, A와 C, A와 D, 또는 B와 C, 또는 B와 D, 또는 C와 D, 또는 A와 B와 C, 또는 A와 B와 D, 또는 B와 C와 D, 또는 A와 B와 C와 D를 개시한다)으로 확장할 수 있음을 또한 주목한다.
본 발명의 맥락에서, "제X 촉매의 출구 단부의 하류에 촉매가 위치하지 않는"이라는 문구는, 상기 제X 촉매의 출구 단부의 하류에 촉매 또는 촉매 성분이 위치하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이것은, 본 발명의 실시양태에 의해 예시된 하나 이상의 주입기의 존재를 배제하지 않는다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "기재 폭"은, 기재가 원통형 형상을 가져야 하는 기재 직경으로 이해되어야 한다.
본 발명의 맥락에서, 하나 이상의 성분의 중량%와 관련하여 "~로 구성된"이라는 용어는, 해당 개체의 100 중량%를 기준으로 한 상기 성분(들)의 중량% 양을 나타낸다. 예를 들어, "이때 제1 촉매의 코팅의 0 내지 0.001 중량%가 팔라듐으로 구성된다"라는 문구는, 상기 코팅을 구성하는 성분의 100 중량% 중에서 0 내지 0.001 중량%가 팔라듐인 것을 나타낸다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "근접 커플링된(close coupled)" 촉매는, 엔진에서 나오는 배기 가스 스트림을 수용하는 제1 촉매인 촉매를 정의하기 위해 본원에서 사용된다(상기 촉매는 그 사이에 임의의 다른 촉매 성분 없이 엔진에 근접하여(바로 인접하여) 설치됨).
본 발명의 맥락에서, 용어 "내연 기관"은 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진, 바람직하게는 디젤 엔진을 지칭한다.
본 발명은 하기 참고예, 비교예 및 실시예에 의해 추가로 예시된다.
실시예
참고예 1: 입자 크기 분포 측정(Dv90)
입자 크기 분포는, Sympatec HELOS 장비를 사용하는 정적 광산란 방법에 의해 결정되었으며, 여기서 샘플의 광학 농도는 5 내지 10% 범위였다.
참고예 2: CuCHA 제올라이트의 제조
Cu를 포함하고 본원의 실시예에서 사용된 골격 구조 유형 CHA를 갖는 제올라이트 물질은 US 8 293 199 B2의 교시에 따라 제조되었다. US 8 293 199 B2, 컬럼 15, 라인 26 내지 52의 본 발명 실시예 2를 특히 참조한다.
참고예 3: BET 비표면적 측정
알루미나의 BET 비표면적은 액체 질소를 사용하여 DIN 66131 또는 DI-NISO 9277에 따라 결정되었다.
참고예 4: 바나듐을 포함하는 SCR 촉매의 제조(이하 "V-SCR 촉매")
하소 후 촉매에서 티타니아 + 텅스텐 산화물 + 실리카의 중량을 기준으로 5 중량%의 V2O5 및 하소 후 촉매에서 2 중량%의 실리카(콜로이드 실리카로부터)를 얻기 위해, 도핑된 티타니아 분말(TiO2 87 중량%, WO3 8 중량% 및 SiO2 5 중량%; 85 m2/g의 BET 비표면적, 2.5 마이크로미터의 Dv90)의 수성 혼합물에 바나듐 옥살레이트 및 콜로이달 실리카를 첨가하였다. 최종 슬러리의 일부를 당업계에 공지된 임의의 방법에 따라 코팅되지 않은 벌집형 유동-관통 코디어라이트 모놀리스 기재(직경: 26.67 cm(10.5 인치) × 길이: 15.24 cm(6 인치)이며 제곱센티미터 당 400/(2.54)2 셀 및 0.14 밀리미터(5.5 밀) 벽 두께를 갖는 원통형 기재)의 전체 길이에 걸쳐 배치했다. 코팅된 기재를 건조 및 하소한 후, 최종 슬러리의 나머지 부분을 코팅된 기재의 전체 길이에 걸쳐 배치한 후, 건조 및 하소시켜 약 4.5 g/in3의 촉매 중의 코팅의 최종 로딩(loading)을 수득하였다.
수득된 촉매의 촉매 활성(NOx 전환율)을 측정하여 도 1에 나타내었다.
참고예 5: 팔라듐(이하 "Pd-DOC")을 포함하는 디젤 산화 촉매의 제조
Zr-도핑된 알루미나 분말(20 중량% ZrO2, 200 m2/g의 BET, 125 마이크론의 Dv90 및 0.425 ml/g의 총 기공 부피)에 질산팔라듐 용액을 첨가하였다. 590℃에서 하소한 후, 최종 Pd/Zr-알루미나는, Zr-알루미나의 중량을 기준으로 1.5 중량%의 Pd 함량을 가졌다. 이 물질을 물에 첨가하고, 생성된 슬러리를, 참고예 1에 기재된 바와 같이, 생성된 Dv90이 10 마이크론이 될 때까지 밀링하였다. 이어서, 최종 슬러리를, 당업계에 공지된 임의의 방법에 따라 코팅되지 않은 벌집형 유동-관통 코디어라이트 모노리스 기재(직경: 26.67 cm(10.5 인치) × 길이: 7.62 cm(3 인치)이며 제곱센티미터 당 400/(2.54)2 셀 및 0.1 밀리미터(4 밀) 벽 두께를 갖는 원통형 기재)의 전체 길이에 걸쳐 배치하였다. 그 후, 기재를 건조시키고, 하소시켰다. 촉매 중의 하소 후 코팅의 로딩은 약 91 g/l(1.5 g/in3) 및 40 g/ft3의 Pd였다.
참고예 6: 구리를 포함하는 SCR 촉매의 제조(이하 "Cu-SCR")
Cu-CHA의 수성 슬러리(CuO로 계산된 Cu 5.1 중량% 및 SiO2:Al2O3 몰 비율 18)에 지르코닐-아세테이트 용액을 첨가하여, 하소 후 촉매 중의 Cu-CHA의 중량을 기준으로 5 중량%의 ZrO2를 달성하였다. 이어서, 최종 슬러리를 당업계에 공지된 임의의 방법에 따라 코팅되지 않은 벌집형 유동-관통 코디어라이트 모놀리스 기재(직경: 26.67 cm(10.5 인치) × 길이: 15.24 cm(6 인치)이며 제곱센티미터 당 400/(2.54)2 셀 및 0.1 밀리미터(4 밀) 벽 두께를 갖는 원통형 기재)의 전체 길이에 걸쳐 배치하였다. 그 후, 기재를 건조 및 하소시켰다. 하소 후 로딩은 128.15 g/l(2.1 g/in3)이었다.
참고예 8.1: 참고예 4의 V-SCR 촉매와 참고예 6의 Cu-SCR 촉매의 시험
참고예 4 및 6의 촉매의 DeNOx를 210℃, 공간속도 50,000/h에서 측정하여 상기 참고예 4의 촉매(V-SCR 촉매)와 참고예 6(Cu-SCR 촉매)의 촉매의 반응성을 조사하였다. V-SCR 촉매와 Cu-SCR 촉매 모두는, 약 550 ppm NOx의 엔진 아웃(engine out) 수준으로 시험 셀의 엔진에 대해 정상 상태 조건에서 시험되었다. 도 2에서 알 수 있듯이, V-SCR 촉매는 약 600 초 후에 최대 NOx 전환율을 보였다. 이 도면은 참고예 4의 V-SCR 촉매가 참고예 6의 Cu-SCR 촉매에 비해 반응성이 더 높음을 보여준다. 임의의 특정 이론에 구속됨이 없이, V-SCR 촉매가 낮은 암모니아 저장 수준에서 더 빠른 반응성을 갖고, Cu-SCR 촉매보다 적은 암모니아 저장량을 갖는다.
따라서, 참고예 8.1은 V-SCR 촉매(참고예 4)가, 빠른 반응이 요구될 때 Cu-SCR 촉매(참고예 6)보다 더 우수한 근접-커플링된 후보임을 입증하였다.
비교예 1: 본 발명에 따르지 않은 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따르지 않은 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매")와 참고예 5의 촉매("Pd-DOC")를 조합하여 제조되었으며, 여기서 참고예 5는 참고예 4의 하류에 위치하고 탄화수소(HC) 주입기는 참고예 4의 촉매의 상류에 위치하였다.
실시예 1: 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매")와 참고예 5의 촉매("Pd-DOC")를 조합하여 제조되었으며, 여기서 촉매는 참고예 5의 촉매는 참고예 4의 하류에 위치하고 탄화수소(HC) 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류 및 참고예 5의 촉매의 상류에 위치하였다.
실시예 2: 실시예 1 및 비교예 1의 배기 가스 처리 시스템의 사용 - 시스템의 발열 제어
두 시스템의 V-SCR 촉매의 입구 및 출구 단부 및 두 시스템의 Pd-DOC의 입구 및 출구 단부에서 온도를 측정했다. 배기 가스 처리 시스템은 근접-커플링된 위치에서 엔진의 바로 하류에 있었다. HC는, HC 주입기를 통해 주입되었으며, 주입 시간은 도 4 및 5에 도시되어 있다.
도 4는, 비교예 1의 배기 가스 처리 시스템의 V-SCR 촉매의 입구 및 출구 온도와 Pd-DOC의 출구 온도를, HC 주입기가 V-SCR의 전면에 위치하는 경우에 시간의 함수로서 나타낸 것이다. 낮은 온도, 즉 300℃ 미만에서는, V-SCR에서 작은 발열만 있고, 발열의 대부분은 Pd-DOC에서 발생한다. 약 58분 후, HC 주입이 제거되고 V-SCR의 입구 단부 온도가 증가한다. 특정 이론에 구속됨이 없이, 저온 및 온도 증가 시에 V-SCR에 흡착된 HC의 분획에서, V-SCR 촉매에서 산화된 흡착된 HC가 600℃ 초과의 온도의 비제어가능한 발열을 생성하는 것으로 나타났다. 따라서, V-SCR은, 작동 창 외부에 있는 온도에 노출된다. 이는, 지지체 소결 및 표면적 손실 및 결과적으로 활성 손실을 초래할 수 있다. 또한, 600℃ 노출은 Vanadia 승화의 잠재성도 생성한다.
도 5는, HC 주입기가 본 발명에 따른 시스템에서 V-SCR 촉매의 하류와 Pd-DOC의 상류에 위치하는 경우 시간의 함수로서 V-SCR 및 Pd-DOC의 입구 온도와 Pd-DOC의 출구 온도를 보여준다. HC 주입을 끄고 입구 온도를 높였을 때, 과도한 발열이 생성되지 않았으며, 이는 HC가 Pd-DOC에 대한 산화 없이는 흡착하지 않음을 의미한다. V-SCR 후 HC 주입기의 위치에 따라, 고농도의 HC가 V-SCR 위로 통과되지 않으므로, 활성 재생 이벤트 동안 V-SCR이 HC를 흡착하지 않도록 한다. 따라서, 실시예 2는, 근접-커플링된(cc) V-SCR을 포함하는 배기 가스 처리 시스템을 제공하는 것 외에, HC 주입기가 상기 cc-V-SCR의 하류에 있는 것이 중요한 것임을 입증하며, 이는 배기 가스 처리 시스템의 효율성과 내구성을 유지하게 할 것이다.
참고예 7: AMOX 촉매의 제조
Zr-도핑된 알루미나 분말(20 중량% ZrO2, 200 m2/g의 BET, 125 마이크론의 Dv90 및 0.425 ml/g의 총 기공 부피)에 백금 암민 용액을 첨가한다. 590℃에서 하소한 후, 최종 Pt/Zr-알루미나는 Zr-알루미나의 중량을 기준으로 1.85 중량%의 Pt 함량을 가졌다. 이 물질을 물에 첨가하고 생성된 슬러리를 참고예 1에 기재된 바와 같이 생성된 Dv90이 10 마이크론이 될 때까지 밀링하였다. Cu-CHA의 수성 슬러리(CuO로 계산된 Cu 5.1 중량% 및 SiO2:Al2O3 몰 비율 18)에 지르코닐-아세테이트 용액을 첨가하여, 하소 후 촉매 중의 Cu-CHA의 중량을 기준으로 5 중량%의 ZrO2를 달성하였다. 밀링된 Pt/Zr-알루미나 슬러리를 Zr/Cu-CHA 슬러리에 첨가하고 혼합하였다. 이어서, 최종 슬러리를 코팅되지 않은 벌집형 유동-관통 코디어라이트 모놀리스 기재(직경: 26.67 cm(10.5 인치) × 길이: 7.62 cm(3 인치)이며 제곱센티미터 당 400/(2.54)2 셀 및 0.1 밀리미터(4 밀) 벽 두께를 갖는 원통형 기재)의 전체 길이에 걸쳐 배치하였다. 그 후, 기재를 건조 및 하소시켰다. 촉매 중 하소 후 코팅의 로딩은 약 3.0 g/in3이었고; 15.26 g/l (0.25 g/in3) Zr-알루미나 상 0.28 g/l (8 g/ft3) Pt, 및 158.66 g/l (2.6 g/in3) Cu-CHA + 7.93 g/l (0.13 g/in3) ZrO2의 로딩을 포함한다.
참고예 8.2: cc-V-SCR 촉매 또는 cc-Cu-SCR 촉매를 포함하는 배기 가스 처리 시스템의 시험 - 황산화 내성(sulfation resistance)
제1 배기 가스 처리 시스템(시스템 1)은 참고예 4의 촉매(V-SCR 촉매)와 참고예 7의 촉매를 조합하여 제조되었으며, 이때 참고예 7의 촉매는 V-SCR 촉매의 하류에 위치하였다. 제2 배기 가스 처리 시스템(시스템 2)은 참고예 6의 촉매(Cu-SCR 촉매)와 참고예 7의 촉매를 조합하여 제조되었으며, 이때 참고예 7의 촉매는 Cu-SCR 촉매의 하류에 위치하였다. NOx 전환율은, 시뮬레이션된 저 로드(load) 구동 동안 200 시간에 걸쳐 정상 상태 조건(엔진 출력 NOx = 250 ppm; ANR(Ammonia to NOx Ratio) 0.85에서 SV = 40k/h)에서 215℃에서 측정되었다. 결과는 도 6에 도시되어 있다.
도 6은, cc-Cu-SCR 촉매를 갖는 제2 시스템은, 초기 NOx 전환율이 거의 60%이고 200 시간의 저온 작동 후 전환율이 약 40%로 감소하는 것을 보여준다. cc-V-SCR 촉매를 포함하는 제1 시스템은 약 73%의 초기 NOx 전환율을 가지며, 이는 66% 내지 68%의 NOx 전환율에서 200시간 초과에 걸쳐 안정하다. 따라서, 이 예는, AMOX를 포함하는 Cu-CHA와 함께 cc-V-SCR을 포함하는 하이브리드 시스템이 하류 촉매로서 AMOX를 포함하는 Cu-CHA와 함께 cc-Cu-CHA를 포함하는 시스템보다 더 안정적임을 입증했다. 임의의 특정 이론에 얽매이지 않고, cc-V-SCR 촉매는, 배기 가스 처리 시스템에서 황산화 및 탄화수소 오염(fouling)의 영향을 감소시키는 것으로 여겨진다.
실시예 3: 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매"), 탄화수소(HC) 주입기, 참고예 5의 촉매("Pd- DOC") 및 참고예 6의 촉매("Cu-SCR 촉매)를 직렬로 조합하여 제조하였고, 여기서 참고예 5의 촉매는 참고예 4의 촉매의 하류에 위치하고, 참고예 6의 촉매는 참고예 5의 촉매의 하류에 위치하고, HC 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류이고 참고예 5의 촉매의 상류인 위치에 배치되었다.
참고예 9: 팔라듐을 포함하는 SCR 촉매("Pd/ZrO
2
-Cu-SCR 촉매")의 제조
산화지르코늄(공극 부피 0.420 ml/g)에 질산팔라듐 용액을 첨가한다. 590℃에서 하소한 후, 최종 Pd/지르코니아는, Zr-알루미나의 중량을 기준으로 3.5 중량%의 Pd 함량을 가졌다. 이 물질을 물에 첨가하고, 생성된 슬러리를 참고예 1에 기재된 바와 같이 생성된 Dv90이 10 마이크론이 될 때까지 밀링하였다. 참고예 2에 따라 제조된 Cu-CHA의 수성 슬러리(CuO로 계산된 약 3 중량%의 Cu 및 SiO2:Al2O3 몰 비율 약 32)에 지르코닐-아세테이트 용액을 첨가하여, 하소 후 5 중량%의 ZrO2를 달성하였다. 이 혼합물을 분무-건조하고, 참고예 1에 기재된 바와 같이 생성된 Dv90이 5 마이크론이 될 때까지 밀링하였다. 밀링된 Pd/ZrO2 슬러리를 Zr/Cu-CHA 슬러리에 첨가하고 혼합하였다. 이어서, 최종 슬러리를 코팅되지 않은 벌집형 유동-관통 코디어라이트 모놀리스 기재(직경: 26.67 cm(10.5 인치) × 길이: 7.62 cm(3 인치)이며 제곱센티미터 당 400/(2.54)2 셀 및 0.1 밀리미터(4 밀) 벽 두께를 갖는 원통형 기재)의 전체 길이에 걸쳐 배치하였다. 그 후, 기재를 건조 및 하소시켰다. 촉매 중 하소 후 코팅의 로딩은 약 3.0 g/in3이었고; 30.51 g/l (0.5 g/in3) ZrO2 상 1.06 g/l (30 g/ft3) Pd, 및 144.02 g/l (2.36 g/in3) Cu-CHA + 7.32 g/l (0.12 g/in3) ZrO2의 로딩을 포함한다.
참고예 10: Pt:Pd의 중량비가 10:1인 AMOX 촉매의 제조
Zr-도핑된 알루미나 분말(20 중량% ZrO2, 200 m2/g의 BET, 125 마이크론의 Dv90 및 0.425 ml/g의 총 기공 부피)에 백금 암민 용액 및 질산팔라듐 용액을 10:1의 Pt:Pd 중량비로 첨가하였다. 590℃에서 하소한 후, 최종 Pd/Zr-알루미나는, 10:1의 Pt:Pd 중량비로 Zr-알루미나의 중량을 기준으로 1.85 중량%의 Pd 및 Pt 함량을 가졌다. 이 물질을 물에 첨가하고 생성된 슬러리를 참고예 1에 기재된 바와 같이 생성된 Dv90이 10 마이크론이 될 때까지 밀링하였다. 참고예 2에 따라 제조된 Cu-CHA의 수성 슬러리(CuO로 계산된 Cu 약 3 중량% 및 SiO2:Al2O3 몰 비율 약 32)에 지르코닐-아세테이트 용액을 첨가하여, 하소 후 촉매 중의 Cu-CHA의 중량을 기준으로 5 중량%의 ZrO2를 달성하였다. 이 혼합물은 참조예 1에 기술된 바와 같이 생성된 Dv90이 5 마이크론이 될 때까지 분무-건조되고 밀링되었다. 밀링된 Pd/Zr-알루미나 슬러리를 Zr/Cu-CHA 슬러리에 첨가하고 혼합하였다. 이어서, 최종 슬러리를 코팅되지 않은 벌집형 유동-관통 코디어라이트 모놀리스 기재(직경: 26.67 cm(10.5 인치) × 길이: 7.62 cm(3 인치)이며 제곱센티미터 당 400/(2.54)2 셀 및 0.1 밀리미터(4 밀) 벽 두께를 갖는 원통형 기재)의 전체 길이에 걸쳐 배치하였다. 그 후, 기재를 건조 및 하소시켰다. 촉매 중 하소 후 코팅의 로딩은, 2.75 g/in3의 Cu-CHA, 0.13 g/in3의 ZrO2, 0.25 g/in3의 Zr-알루미나, 및 8 g/ft3의 Pt + Pd를 포함하여 약 3 g/in3이었다.
실시예 4: 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매"), 탄화수소(HC) 주입기, 참고예 9의 촉매("Pd/ZrO2-Cu-SCR 촉매") 및 참고예 10의 촉매("AMOX 촉매")를 직렬로 조합하여 제조하였고, 여기서 참고예 9의 촉매는 참고예 4의 촉매의 하류에 위치하고, 참고예 10의 촉매는 참고예 9의 촉매의 하류에 있고, HC 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류이고 참고예 9의 촉매의 상류의 위치에 위치된다.
실시예 5: 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매"), 탄화수소(HC) 주입기, 참고예 5의 촉매("Pd-DOC"), 참고예 6의 촉매("Cu-SCR 촉매") 및 참고예 7의 촉매("AMOX 촉매")를 직렬로 조합하여 제조하였고, 여기서 참고예 5의 촉매는 참고예 4의 촉매의 하류에 위치하고, 참고예 6의 촉매는 참고예 5의 촉매의 하류에 있고, 참고예 7의 촉매는 참고예 6의 촉매의 하류에 위치하고, HC 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류이고 참고예 5의 촉매의 상류의 위치에 위치된다.
실시예 6: 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매"), 탄화수소(HC) 주입기, 참고예 5의 촉매("Pd-DOC"), 참고예 9의 촉매("Pd/ZrO2-Cu-SCR 촉매") 및 참고예 10의 촉매("AMOX 촉매")를 직렬로 조합하여 제조하였고, 여기서 참고예 5의 촉매는 참고예 4의 촉매의 하류에 위치하고, 참고예 9의 촉매는 참고예 5의 촉매의 하류에 있고, 참고예 10의 촉매는 참고예 9의 촉매의 하류에 위치하고, HC 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류이고 참고예 5의 촉매의 상류의 위치에 위치된다.
참고예 11: 팔라듐(이하 "Pd-DOC2")을 포함하는 디젤 산화 촉매의 제조
참고예 11의 Pd-DOC는, 더 적은 양의 팔라듐을 사용한 것을 제외하고는 참고예 5의 Pd-DOC와 같이 제조하였다. 촉매 중 하소 후 코팅의 로딩은 약 91 g/l(1.5 g/in3) 및 30 g/ft3의 Pd였다.
실시예 7: 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매" - Cat. 1), 탄화수소(HC) 주입기, 참고예 11의 촉매("Pd-DOC2" - Cat. 2) 및 참고예 10의 촉매("Cu-SCR 촉매" - Cat. 3)를 직렬로 조합하여 제조하였고, 여기서 참고예 11의 촉매는 참고예 4의 촉매의 하류에 위치하고, 참고예 6의 촉매는 참고예 11의 촉매의 하류에 있고, HC 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류이고 참고예 11의 촉매의 상류의 위치에 위치된다.
실시예 8: 본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따른 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매" - Cat. 1), 탄화수소(HC) 주입기, 참고예 9의 촉매("Pd/ZrO2-Cu-SCR 촉매" - Cat. 2) 및 참고예 10의 촉매("Cu-SCR 촉매" - Cat. 3)를 직렬로 조합하여 제조하였고, 여기서 참고예 9의 촉매는 참고예 4의 촉매의 하류에 위치하고, 참고예 6의 촉매는 참고예 9의 촉매의 하류에 있고, HC 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류이고 참고예 9의 촉매의 상류의 위치에 위치된다.
참고예 12: 백금을 포함하는 디젤 산화 촉매의 제조(이하 "Pt-DOC")
티타니아 분말(TiO2 100 중량%, BET 비표면적 200 m2/g, Dv90 20 마이크로미터)을 백금 암민 용액으로 습식 함침시켰다. 하소 후 촉매 중 티타니아의 로딩이 0.75 g/in3이 되도록 티타니아의 양을 계산하였다. 590℃에서 하소 후, 최종 Pt/TiO2는 티타니아의 중량을 기준으로 약 1.7 중량%의 Pt 함량을 가졌다. 이 물질을 아세트산 및 물에 첨가하여 Pt/티타니아 슬러리를 형성하였다. 동시에, 희석된 질산(HNO3) 용액과 혼합된 알루미나(100 중량%, BET 비표면적 약 200 m2/g)로 결합제 슬러리를 제조하고, 하소 후 촉매 중 알루미나 로딩은 0.2 g/in3이 되도록 알루미나의 양을 계산하였다. 이 알루미나 슬러리에, 지르코늄 아세테이트 용액(아세트산과 수산화지르코늄의 혼합물)을 첨가하고, 하소 후 촉매 중 알루미나 로딩은 0.25 g/in3이 되도록 알루미나의 양을 계산하였다. 수득된 혼합물을, 참고예 1에 기재된 바와 같이 측정시, 생성된 Dv90이 10 마이크론이 될 때까지 밀링하였다. 마지막으로, Al/Zr 혼합물 및 Pt/TiO2 슬러리를 옥탄올과 혼합하여 pH가 약 4.5인 최종 슬러리를 형성하였다.
이어서, 당업계에 공지된 임의의 방법에 따라, 최종 슬러리를 코팅되지 않은 벌집형 유동-관통 코디어라이트 모놀리스 기재(직경: 26.67 cm(10.5 인치) × 길이: 7.62 cm(3 인치)이며 제곱센티미터 당 400/(2.54)2 셀 및 0.1 밀리미터(4 밀) 벽 두께를 갖는 원통형 기재)의 전체 길이에 걸쳐 배치하였다. 그 후, 기재를 건조 및 하소시켰다. 촉매 중 하소 후 코팅의 로딩은, 약 62 g/l(약 1 g/in3) 및 약 22g/ft3의 Pt였다.
비교예 2: 본 발명에 따르지 않은 배기 가스 처리 시스템의 제조
본 발명에 따르지 않은 배기 가스 처리 시스템은, 참고예 4의 촉매("V-SCR 촉매" - Cat. 1), 탄화수소(HC) 주입기, 참고예 12의 촉매("Pd-DOC" - Cat. 2) 및 참고예 10의 촉매("Cu-SCR 촉매" - Cat. 3)를 직렬로 조합하여 제조하였고, 여기서 참고예 12의 촉매는 참고예 4의 촉매의 하류에 위치하고, 참고예 6의 촉매는 참고예 12의 촉매의 하류에 있고, HC 주입기는 참고예 4의 촉매의 하류이고 참고예 12의 촉매의 상류의 위치에 위치된다.
실시예 9: 실시예 7, 8 및 비교예 2의 배기 가스 처리 시스템의 사용 - DeNOx 및 N
2
O 형성
실시예 7의 배기 가스 처리 시스템(시스템 A), 실시예 8의 배기 가스 처리 시스템(시스템 B) 및 비교예 2의 배기 가스 처리 시스템(시스템 C)을, 235℃ - Tmax = 330℃의 사이클에 걸친 평균 온도; Tmin = 170℃ - ANR(암모니아 대 NOx 비율)= 1.05)를 이용하여 정상 상태(로드 포인트: 290℃, 공간 속도: 1100 kg/h - E.O. NOx = 670 ppm) 및 과도(E.O.(Engine Out) NOx가 약 300 g(cum.)인 WHTC 시험 사이클)에서 시험하였다. 결과는 도 7-10에 도시된다.
도 7과 8은, 배기 가스 처리 시스템의 제2 촉매(Cat. 2)로 Pt/TiO2(Pt-DOC)를 사용하는 것은 Cat. 2의 출구 단부에서 측정된 NOx 전환율을 상당히 감소시키지 않지만, 배기 가스 처리 시스템 C(본 발명에 따르지 않음)의 출구 단부에서 적어도 10%의 더 낮은 NOx 전환율을 생성함을 보여준다. 또한, 제2 및 제3 촉매(Cat. 2 및 3)의 출구 단부에서 Pt/TiO2(Pt-DOC)를 제2 촉매(Cat. 2)로 사용하는 경우 아산화질소 형성이 상당히 증가한다. 비교 결과는 도 9 및 10에서 볼 수 있다. 따라서, 특정 이론에 얽매이지 않고, Pt/TiO2를 포함하는 제2 촉매가, 제1 촉매에서 빠져나온 환원제(암모니아)를 아산화질소로 산화시키고, 이는 시스템의 출구 단부에서 NOx 전환율의 감소를 초래하는 것으로 여겨진다. 따라서, 실시예 9는, 배기 가스 처리 시스템에서 제2 촉매로서 Pd-DOC 또는 Pd/ZrO2-Cu-SCR을 사용하는 것이 백금 또는 티타니아를 포함하는 제2 촉매에 비해 아질산 형성(nitrous formation)을 대폭 감소시키면서 NOx 환원을 개선할 수 있음을 보여준다.
인용 문헌
- US 2017/152780 A1
- US 2018/258811 A1
- WO 2018/224651 A2
Claims (15)
- 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 배기 가스 처리 시스템으로서, 상기 배기 가스 처리 시스템은 상기 배기 가스 스트림을 상기 배기 가스 처리 시스템으로 도입하기 위한 상류 단부를 갖고, 이때 상기 배기 가스 처리 시스템은
(i) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제1 기재(substrate)를 포함하는 제1 촉매로서, 이때 상기 제1 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제1 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제1 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체 상에 지지된 바나듐 산화물을 포함하는, 제1 촉매;
(ii) (i)에 따른 제1 촉매의 출구 단부를 나가는 배기 가스 스트림에 탄화수소를 포함하는 유체를 주입하기 위한 탄화수소 주입기(injector);
(iii) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제2 기재를 포함하는 제2 촉매로서, 이때 상기 제2 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제2 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제2 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상을 포함하는 제2 산화물 지지체 상의 팔라듐을 포함하는, 제2 촉매
를 포함하고,
(i)에 따른 제1 촉매는, 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류에 위치된 배기 가스 처리 시스템의 제1 촉매이고, 상기 제1 촉매의 입구 단부는 제1 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
상기 배기 가스 처리 시스템에서, (iii)에 따른 제2 촉매는, (i)에 따른 제1 촉매의 하류 및 (ii)에 따른 탄화수소 주입기의 하류에 위치하고, 상기 제2 촉매의 입구 단부는 제2 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되는, 배기 가스 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 제1 촉매의 코팅이 제1 산화물 지지체의 중량을 기준으로 1.0 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 2.0 내지 8.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 6.0 중량%의 범위의 양으로 바나듐 산화물을 포함하는, 시스템. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
티타늄을 포함하는 제1 산화물 지지체가 텅스텐, 규소, 지르코늄 및 안티몬 중 하나 이상, 바람직하게는 텅스텐, 규소 및 안티몬 중 하나 이상을 추가로 포함하고;
상기 제1 산화물 지지체는 바람직하게는 텅스텐 및 규소를 추가로 포함하거나 제1 산화물 지지체는 바람직하게는 안티몬 및 규소를 추가로 포함하고;
상기 제1 산화물 지지체의 바람직하게는 80 내지 98 중량%, 더욱 바람직하게는 85 내지 95 중량%는 티타니아로 구성되고, 상기 제1 산화물 지지체의 더욱 바람직하게는 2 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%는 각각 WO3와 SiO2로서 계산된 텅스텐과 규소로 구성되거나 또는 각각 Sb2O3와 SiO2로서 계산된 안티몬과 규소로 구성되는, 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅에 포함된 제2 산화물 지지체가 지르코늄 및 알루미늄 중 하나 이상, 바람직하게는 알루미늄 및 임의적으로 지르코늄을 포함하고;
상기 제2 산화물 지지체의 보다 바람직하게는 90 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 95 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99 내지 100 중량%는 알루미늄, 산소 및 임의적으로 지르코늄으로 구성되고;
상기 제2 산화물 지지체의 보다 바람직하게는 60 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 75 내지 85 중량%는 알루미나로 구성되고, 상기 제2 산화물 지지체의 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 중량%는 지르코니아로 구성되는, 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 팔라듐을 5 내지 90 g/ft3 범위, 바람직하게는 10 내지 70 g/ft3 범위, 더 바람직하게는 30 내지 60g/ft3 범위의 양으로 포함하는, 시스템. - 제5항에 있어서,
팔라듐이 (iii)에 따른 제2 촉매의 코팅에 존재하는 유일한 백금 족 금속인, 시스템. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 촉매의 코팅의 98 내지 100 중량%, 바람직하게는 99 내지 100 중량%, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 100 중량%가 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 바람직하게는 알루미늄 및 지르코늄을 포함하는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐으로 구성되는, 시스템. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이 제올라이트 물질을 추가로 포함하고, 상기 제올라이트 물질이 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하고;
상기 제2 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질은 바람직하게는 골격 유형 AEI, GME, CHA, MFI, BEA, FAU, MOR 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 AEI, CHA, BEA 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA 또는 AEI, 더 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는, 시스템. - 제8항에 있어서,
(iv)에 따른 제2 촉매의 코팅이 산화물 결합제(oxidic binder)를 추가로 포함하고, 상기 산화물 결합제가 바람직하게는 알루미나, 실리카, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 알루미나, 지르코니아 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 보다 바람직하게는 지르코니아이고;
상기 제2 촉매의 코팅은, 제올라이트 물질의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.5 내지 10 중량% 범위, 바람직하게는 2 내지 8 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 3 내지 6 중량% 범위의 양으로 산화물 결합제를 포함하는, 시스템. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
(iv) 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제3 기재를 포함하는 제3 촉매로서, 이때 상기 제3 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제3 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제3 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은, 바나듐 산화물, 및 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질 중 하나 이상을 포함하는, 제3 촉매
를 추가로 포함하고;
배기 가스 처리 시스템에서, (iv)에 따른 제3 촉매는 (iii)에 따른 제2 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제3 촉매의 입구 단부는 제3 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
(iii)에 따른 제2 촉매의 출구 단부는 바람직하게는 (iv)에 따른 제3 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 바람직하게는 (iii)에 따른 제2 촉매의 출구 단부와 (iv)에 따른 제3 촉매의 입구 단부 사이에, 제2 촉매를 나가는 배기 가스 스트림을 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는, 시스템. - 제10항에 있어서,
(iv)에 따른 제3 촉매의 코팅이 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질을 포함하고,
상기 제3 촉매의 코팅에 포함된 제올라이트 물질은 바람직하게는 골격 유형 AEI, GME, CHA, MFI, BEA, FAU, MOR 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 바람직하게는 골격 유형 AEI, CHA, BEA 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물, 보다 바람직하게는 골격 유형 CHA 또는 AEI, 더 바람직하게는 골격 유형 CHA를 갖는, 시스템. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
(iii)에 따른 제2 촉매의 코팅이, 지르코늄, 규소, 알루미늄 및 티타늄 중 하나 이상, 바람직하게는 알루미늄 및 임의적으로 지르코늄을 포함하는 제2 산화물 지지체 상에 지지된 팔라듐을 포함하고,
(iv)에 따른 제3 촉매의 코팅이 Cu 및 Fe 중 하나 이상을 포함하는 제올라이트 물질, 및 바람직하게는 산화물 결합제를 포함하는, 시스템. - 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
제4 촉매를 추가로 포함하되, 상기 제4 촉매는 암모니아 산화 촉매, 촉매화된 수트(catalyzed soot) 필터 및 선택적 접촉 환원(catalytic reduction) 촉매 중 하나 이상이고;
상기 제4 촉매는 바람직하게는 암모니아 산화 촉매이고, 이때 상기 제4 촉매는 입구 단부 및 출구 단부를 갖고 코팅 및 제4 기재를 포함하고, 상기 제4 기재는, 입구 단부, 출구 단부 및 제4 기재의 상기 입구 단부로부터 상기 출구 단부까지 연장되는 기재 축 길이를 가지며 내부 벽에 의해 한정된 복수의 통로를 포함하고, 상기 통로와 상기 내부 벽 사이의 계면은 상기 내부 벽의 표면에 의해 한정되고, 상기 코팅은 상기 제4 기재의 내부 벽의 표면 상에 배치되고, 상기 코팅은 암모니아 산화 성분을 포함하고,
배기 가스 처리 시스템에서, 상기 제4 촉매는 (iv)에 따른 제3 촉매의 하류에 위치하고, 상기 제4 촉매의 입구 단부는 제4 촉매의 출구 단부의 상류에 배열되고;
(iv)에 따른 제3 촉매의 출구 단부는 바람직하게는 제4 촉매의 입구 단부와 유체 연통하고, 바람직하게는 제3 촉매의 출구 단부와 제4 촉매의 입구 단부 사이에, 제3 촉매를 나가는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매가 배기 가스 처리 시스템에 위치하지 않는, 시스템. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림에 유체를 주입하기 위한 주입기를 추가로 포함하되, 상기 주입기는 제1 촉매의 상류이고 상기 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류인 위치에 위치하고;
상기 유체는 바람직하게는 수성 요소(urea) 용액이고;
상기 제1 촉매의 상류이고 상기 배기 가스 처리 시스템의 상류 단부의 하류인 위치에는 탄화수소 주입기가 위치하지 않는, 시스템. - 내연 기관을 나가는 배기 가스 스트림을 처리하는 방법으로서,
(1) NOx, 암모니아, 일산화질소 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는, 내연 기관, 바람직하게는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 스트림을 제공하는 단계;
(2) (1)에서 제공된 배기 가스 스트림을 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배기 가스 시스템에 통과시키는 단계
를 포함하는 방법.
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