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KR20110024599A - 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치 - Google Patents

디젤 엔진 배기가스 후처리 장치 Download PDF

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KR20110024599A
KR20110024599A KR1020090082666A KR20090082666A KR20110024599A KR 20110024599 A KR20110024599 A KR 20110024599A KR 1020090082666 A KR1020090082666 A KR 1020090082666A KR 20090082666 A KR20090082666 A KR 20090082666A KR 20110024599 A KR20110024599 A KR 20110024599A
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exhaust gas
catalyst
nitrogen
particulate filter
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KR1020090082666A
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정진우
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치는 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프를 기준으로 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF), 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 및 제올라이트로 이루어진 암모니아 SCR(Selective catalyst Reduction) 촉매가 순서대로 배치되고, 디젤 산화 촉매가 루테늄(Ru)으로 구성된 단독 활성물질이 담지된 담체 또는 백금과 루테늄으로 구성되고 백금 : 루테늄의 중량비가 2 이하인 복합활성 물질이 담지된 담체로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 일산화질소를 이산화질소로 전환시키는 능력이 뛰어난 디젤 산화 촉매를 구성요소로 포함하고 있어서, 엔진에서 발생하는 배기가스의 유해물질인 탄화수소, 일산화탄소를 효율적으로 제거하고, 동시에 암모니아 SCR 촉매에 유입되는 배기가스의 질소산화물 중 이산화질소의 양을 증가시켜 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력을 극대화할 수 있다.
디젤 엔진, 배기가스, 암모니아 SCR 촉매, 디젤 산화 촉매, 루테늄, 자연재생, 이산화질소, 질소산화물, NOx

Description

디젤 엔진 배기가스 후처리 장치{Apparatus for after-treatment of exhaust from diesel engine}
본 발명은 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 루테늄(Ru)으로 구성된 단독 활성물질이 담지된 담체 또는 특정 중량비의 백금과 루테늄으로 구성된 복합활성 물질이 담지된 담체로 이루어진 디젤 산화 촉매를 포함하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치에 관한 것이다.
연소 공정의 배기 흐름에 포함된 화합 중에서 NOx로 불리우는 질소산화물은 주변 환경으로 배출시 공기의 질을 저하시키기 때문에 정부의 배출 규정을 충족하거나 초과하는 것을 막도록 제어되어야만 한다. NOx를 생산하는 다양한 연소 공정들로는 석탄 또는 오일 연소로(furnaces), 왕복 내연 엔진(가솔린 및 디젤 엔진) 및 가스 터빈 등이 있다.
유해물질(예를 들면, 질소산화물, 일산화탄소 및 탄화수소 등)을 엔진 배기 흐름으로부터 제거하기 위하여, 삼원촉매 변환기(Three-way catalytic converter)들이 가솔린 엔진 차량에 장착되어 있는데, 이 경우 차량 엔진들은 주로 화학양론적 모드(stoichiometric mode)에서 작동한다(즉, 연료와 공기의 화학양론적 량이 엔진으로 공급된다). 가솔린 엔진의 연소 후에 배출되는 배기가스 흐름 중 유해물질은 주로 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물이며, 삼원촉매(Three-way catalyst)는 질소산화물을 환원시켜 질소와 산소로 변환시키고, 상기 산소 및 배기가스 내 산소를 환원제로 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로, 탄화수소를 이산화탄소와 물로 산화시키는 반응에 의해 유해 물질의 약 95%이상을 제거한다.
한편, 희박-연소 엔진들은 주로 연료-희박 모드에서 작동하므로(즉, 화학량론적 양보다 많은 양의 공기가 연료와 함께 엔진 실린더의 내부로 공급되므로), 화학량론적인 엔진과 비교하여 보면, 희박-연소 엔진들은 월등한 연료 절감능력을 제공한다. 희박-연소 엔진의 전형적인 일례는 디젤 엔진이다. 그러나, 연료가 희박한 희박 연소(Lean-burn) 조건으로 작동하는 희박-연소 엔진으로부터 배출되는 배기가스에는 질소산화물 및 산소량이 너무 많아 삼원촉매 변환기(Three-way catalytic converter)로는 질소산화물을 환원시켜 질소로 변환시키고 질소산화물 배출량을 적절한 수준으로 저감시킬수 없다. 따라서, 희박-연소 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키기 위해서는 화학양론적 모드(stoichiometric mode)에서 작동하는 엔진의 경우와 다른 배기가스 정화 시스템이 필요하다.
구체적으로 일 예의 희박-연소 디젤 엔진의 배기가스 정화 시스템은 일반적으로 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프 상에서 맨 상류 측에 배치되고 입자상 물질(Particulate Matters,PM)을 포집하는 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF); 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)의 하류측에 배치되고 배기가스에 포함된 유해물질 중 탄화수소, 일산화탄소, 및 입자상 물질(Particulate Matters, PM) 중의 용해성 유기물질(SOF)을 산화시켜 이산화탄소와 물로 변환시키는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC); 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)의 하류 측에 배치되고 암모니아를 환원제로 사용하여 질소산화물을 질소로 환원시키는 선택적 환원(Selective catalyst Reduction, SCR) 촉매로 구성된다. 이 중 SCR 촉매는 V2O5/TiO2나 Pt/Al2O3 또는 Zeolite로 이루어지고, 분사되는 암모니아 또는 분사되는 우레아(Urea) 수용액의 분해로 산출되는 암모니아와의 화학적 반응에 의해 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시킨다.
상기의 디젤 엔진의 배기가스 정화 시스템을 통한 배기가스 처리 양상을 구체적으로 살펴보면, 먼저 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스는 다량의 산소와 질소산화물을 포함하고, 질소산화물은 주로 이산화질소(NO2)와 일산화질소(NO)는 구성되고 질소산화물 중에서 이산화질소의 함량은 질소산화물 부피 기준으로 약 30 부피% 이상이다. 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스는 먼저 DPF를 거치게 되고, 이 과정에서 배기가스의 입자상 물질(주로 숯으로 이루어진 매연)은 DPF에 흡착하게 된다. DPF를 거친 배기가스는 산화알루미늄(Al2O3) 담체에 담지된 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd) 성분이 허니컴 형상의 세라믹 기재에 코팅된 형태로 구성되는 DOC를 거치게 되는데, DOC에서는 주로 일산화탄소, 탄화수소의 산화반응이 일어난다. 이때 산화반응은 환원제로서 배기가스에 자연적으로 존재하는 산소를 직접적으로 이용할 뿐만 아니라, 경쟁적으로 이산화질소가 일산화질소로 환원되는 과정에서 발생하는 산 소를 간접적으로 이용하기 때문에 DOC를 거친 배가가스의 질소산화물 중에서 이산화질소의 함량은 질소산화물 중량 기준으로 약 20 부피% 미만이고, 상대적으로 일산화질소의 함량이 증가하게 된다. DOC를 거친 배기가스는 제올라이트로 이루어진 암모니아 SCR 촉매를 거치게 되는데, 암모니아 SCR 촉매에서는 환원제를 암모니아로 이용하여 이산화질소 및 일산화질소를 무해한 질소 가스로 전환하는 반응이 경쟁적으로 일어나는데, 일반적으로 이산화질소를 환원시키는 반응이 더 유리하고, 특히 이산화질소와 일산화질소의 부피비(즉, 몰비)가 약 1 근방인 경우 시너지 효과가 발생하여 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력을 극대화할 수 있는 것으로 알려져 있다.
그러나, 일반적인 디젤 엔진의 배기가스 정화 시스템은 암모니아 SCR 촉매에 유입되는 배기가스의 질소산화물에서 이산화질소의 부피량이 일산화질소에 비해 상대적으로 작아 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력의 저하가 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진에서 발생하는 배기가스의 유해물질인 탄화수소, 일산화탄소를 효율적으로 제거하고, 디젤 입자상물질 필터의 입자상 물질을 연소시켜 디젤 입자상물질 필터를 자연재생 시키며, 동시에 암모니아 SCR 촉매에 유입되는 배기가스의 질소산화물 중 이산화질소의 양을 증가시켜 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력을 극대화할 수 있는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치를 제공하는데에 있다.
본 발명의 목적은 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프 상에서 맨 상류 측에 배치되는 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF), 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)의 하류측에 배치되는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 및 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)의 하류 측에 배치되고 제올라이트로 이루어진 암모니아 SCR(Selective catalyst Reduction) 촉매를 포함하고, 상기 디젤 산화 촉매는 루테늄(Ru)으로 구성된 단독 활성물질이 담지된 담체 또는 백금과 루테늄으로 구성되고 백금 : 루테늄의 중량비가 2 이하인 복합활성 물질이 담지된 담체로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
디젤 입자상물질 필터는 백금과 팔라듐으로 구성되고 백금 : 팔라듐의 중량비가 2~6인 산화 촉매가 디젤 입자상물질 필터의 전면에 코팅된 것을 특징으로 하 는데, 이 경우 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내의 탄화수소와 일산화질소를 산화시켜 하류 측에 배치되는 디젤 산화 촉매의 부담을 덜 수 있고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시켜 디젤 입자상물질 필터의 자연재생 효과를 향상시킬 수 있다.
암모니아 SCR 촉매는 철 또는 구리 중 하나 이상의 전이금속으로 이온 교환된 제올라이트인 것이 바람직한데, 철 또는 구리의 전이금속으로 이온 교환된 제올라이트는 질소산화물의 제거 능력이 뛰어나고, 부수적으로 탄화수소 또는 일산화탄소를 산화시키거나 흡착시켜 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치는 루테늄(Ru)으로 구성된 단독 활성물질이 담지된 담체 또는 특정 중량비의 백금과 루테늄으로 구성된 복합활성 물질이 담지된 담체로 이루어진 디젤 산화 촉매를 구성요소로 포함하고 있어서, 엔진에서 발생하는 배기가스의 유해물질인 탄화수소, 일산화탄소를 효율적으로 제거하고, 동시에 암모니아 SCR 촉매에 유입되는 배기가스의 질소산화물 중 이산화질소의 양을 증가시켜 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력을 극대화할 수 있다. 또한, 디젤 입자상물질 필터가 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프 상에서 맨 상류 측 및 엔진 배기 매니폴드에 가깝게 설치되어 있어서 엔지으로 배출되는 배기가스의 이산화질소를 통해 자연재생 시킬 수 있고, 디젤 입자상물질 필터 전면에 코팅된 산화 촉매가 일산화질소를 이산화질소로 산화시키는 경우 향상된 자연재생이 이루어진다.
본 발명은 엔진에서 발생하는 배기가스의 유해물질인 탄화수소, 일산화탄소를 효율적으로 제거하고, 디젤 입자상물질 필터의 입자상 물질을 연소시켜 디젤 입자상물질 필터를 자연재생 시키며, 동시에 암모니아 SCR 촉매에 유입되는 배기가스의 질소산화물 중 이산화질소의 양을 증가시켜 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력을 극대화할 수 있는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치는 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프 상에서 맨 상류 측에 배치되고 엔진 배기 매니폴드에 가깝게 설치되는 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF), 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)의 하류측에 배치되는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 및 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)의 하류 측에 배치되고 제올라이트로 이루어진 암모니아 SCR(Selective catalyst Reduction) 촉매를 포함한다.
이하, 본 발명의 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치를 각 구성요소별로 나누어 설명한다.
디젤 엔진
디젤 엔진은 통상적으로 연료가 희박하고 상대적으로 공기가 많은 연료-희박 모드에서 작동하는데, 이때 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에는 이론 공연비로 연소되는 경우의 배기가스보다 많은 양의 산소 및 질소산화물이 존재하게 되고, 이산화질소의 함량은 질소산화물 부피 기준으로 약 30 부피% 이상이다.
디젤 입자상물질 필터
디젤 입자상물질 필터는 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프 상에서 맨 상류 측에 배치되고 엔진 배기 매니폴드에 가깝게 설치된다. 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 필터를 이용하여 물리적으로 포집하는 기능을 하므로 디젤 엔진의 매연을 획기적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 디젤 입자상물질 필터는 일반적으로 일정거리 주행 후 후처리 분사를 통해 배기가스 온도를 입자상 물질(PM)의 발화온도 이상으로 상승시켜 포집된 입자상 물질(PM)을 연소시킴으로써 재생된다. 이때 입자상 물질의 연소는 산소를 직접적으로 이용하는 경우 약 550℃의 온도를 필요로 한다. 한편, 본 발명에 따른 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치에서 디젤 입자상물질 필터는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내의 이산화질소에 의해서도 자연재생될 수 있다. 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에서 이산화질소는 질소산화물 부피 기준으로 30 부피% 이상으로 존재하고, 이산화질소는 약 300℃의 온도에서 숯(입자상 물질의 주성분)을 연소시키고, 일산화질소로 전환된다. 특히, 디젤 입자상물질 필터는 엔진 배기 매니폴드에 가깝게 설치되는 것이 바람직한데, 이 경우 배기가스의 배열을 효과적으로 이용할 수 있기 때문에 일산화질소에 의한 자연재생이 쉽게 이루어질 수 있다.
또한, 디젤 입자상물질 필터는 전면이 산화 촉매로 코팅된 것이 바람직한데, 산화 촉매는 배기가스 내의 일산화탄소, 탄화수소를 산화시켜 디젤 입자상물질 필터의 하류측에 배치되는 디젤 산화 촉매의 부담을 덜어주고, 산화 반응에 의해 배 기가스의 온도가 상승되므로 디젤 입자상물질 필터의 자연재생 효율이 향상될 수 있다. 디젤 입자상물질 필터의 전면에 코팅된 산화 촉매는 백금과 팔라듐으로 구성되고 백금 : 팔라듐의 중량비가 2~6인 것을 특징으로 하는데, 이 경우 산화 촉매는 추가적으로 배기가스 내의 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있고, 이산화질소에 의한 디젤 입자상물질 필터의 자연재생 효과를 극대화할 수 있다.
디젤 산화 촉매
디젤 산화 촉매는 디젤 입자상물질 필터의 하류측에 배치되고, 루테늄(Ru)으로 구성된 단독 활성물질이 담지된 담체 또는 백금과 루테늄으로 구성되고 백금 : 루테늄의 중량비가 2 이하인 복합활성 물질이 담지된 담체로 이루어진다.
일반적인 디젤 산화 촉매는 산화알루미늄(Al2O3) 담체에 담지된 백금(Pt)이나 팔라듐(Pd) 성분이 허니컴 형상의 세라믹 기재에 코팅된 형태로 구성되는데, 이 경우 디젤 산화 촉매에서는 주로 일산화탄소, 탄화수소의 산화반응이 일어난다. 이때 산화반응은 환원제로서 배기가스에 자연적으로 존재하는 산소를 직접적으로 이용할 뿐만 아니라, 경쟁적으로 이산화질소가 일산화질소로 환원되는 과정에서 발생하는 산소를 간접적으로 이용하기 때문에 디젤 산화 촉매를 거친 배가가스의 질소산화물 중에서 이산화질소의 함량은 질소산화물 중량 기준으로 약 20 부피% 미만이고, 상대적으로 일산화질소의 함량이 증가하게 되어 이후 공정인 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 효율을 떨어뜨리는 결과를 초래한다.
본 발명에 따른 디젤 산화 촉매의 활성물질은 루테늄(Ru) 단독으로 구성되거나 백금 : 루테늄의 중량비가 2 이하인 백금과 루테늄으로 구성되고, 일산화탄소, 탄화수소의 산화 반응을 억제하고 상대적으로 일산화질소를 이산화질소로 산화하는 반응을 촉진하여 이산화질소의 발생량을 증가시킨다. 디젤 산화 촉매의 담체로 사용될 수 있는 물질은 다공성 고 표면적을 가지는 물질이라면 크게 제한되지 않으며, 일 예로 산화알루미늄(Al2O3)이 있다. 또한, 활성물질은 디젤 산화 촉매 전체 중량 기준으로 0.5~5 중량%인 것이 바람직한데, 0.5 중량% 미만이면 디젤 산화 촉매의 산화 효율이 미비할 수 있고, 5 중량%를 초과하면 제조과정에서 활성 성분의 손실이 발생할 수 있고 초과에 따른 산화 효율의 증가가 크지 않기 때문이다.
도 1은 백금과 루테늄의 조성비에 따른 디젤 산화 촉매의 일산화탄소 산화 반응 효율과 활성화 온도를 나타낸 그래프이고, 도 2는 백금과 루테늄의 조성비 및 반응 온도에 따른 디젤 산화 촉매의 일산화질소 산화 반응 효율을 나타낸 그래프이다. 또한, 아래의 표 1에 백금과 루테늄의 조성비에 따른 디젤 산화 촉매의 일산화탄소 산화 반응 활성화 온도, 일산화질소의 이산화질소로의 최대 전환 효율 및 최대 전환 효율 반응 온도를 나타내었다. 도 1 및 표 1에서 보이는 바와 같이 루테늄 함량이 증가할수록 디젤 산화 촉매의 일산화탄소 산화 반응 활성화 온도(Light-off Temperature, LOT)는 고온으로 이동하고 루테늄만 존재하는 경우 가장 높은 활성화 온도를 보인다. 또한, 도 2 및 표 1에서 보이는 바와 같이 루테늄 함량이 증가할수록 일산화질소의 이산화질소로의 최대 전환 효율은 증가하고, 최대 전환 효율을 나 타내는 반응 온도는 감소하고, 루테늄만 존재하는 경우 가장 낮은 반응 온도에서 가장 많은 이산화질소가 생성된다. 따라서, 본 발명에 따른 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치는 질소산화물 부피(또는 몰) 기준으로 보다 높은 부피%(또는 몰%)의 이산화실소를 포함하는 배기가스를 암모니아 SCR 촉매에 공급할 수 있다.
백금과 루테늄의 중량 조성비 일산화탄소 산화 반응 활성화 온도(LOT, ℃) 일산화질소의 이산화질소로의 최대 전환 효율(부피%) 일산화질소의 이산화질소로의 최대 전환 효율 반응 온도(℃)
Pt/Al2O3 142 30 430
2Pt1Ru/Al2O3 148 71 330
1Pt1Ru/Al2O3 158 75 320
1Pt2Ru/Al2O3 178 80 310
Ru/Al2O3 294 85 290
한편, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내의 일산화탄소, 탄화수소는 디젤 엔진이 연료-희박 모드로 작동하는 경우 이론 공연비로 작동하는 경우보다 배기가스 내에서의 함량이 상대적으로 작기 때문에 본 발명에 따른 디젤 산화 촉매의 일산화탄소, 탄화수소 산화 반응이 일반적인 디젤 산화 촉매에 비해 억제되더라도 디젤 입자상물질 필터의 전면에 코팅된 산화 촉매에서의 산화 반응 및 후술하는 암모니아 SCR 촉매에서의 산화 반응과 흡착 반응에 의해 적절한 수준으로 제거될 수 있다.
암모니아 SCR 촉매
암모니아 SCR(Selective catalyst Reduction) 촉매는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)의 하류 측에 배치되고 제올라이트로 이루어진다. 암모니아 SCR 촉매는 암모니아를 환원제로 사용하여 디젤 엔진의 배기가스 내에 존재하는 질소산화물을 질소로 환원시키는 역할을 하는 촉매를 말한다. 이때 암모니아는 가스 자체로 직접 공급되는 암모니아는 물론 분사되는 우레아(Urea) 수용액이 분해되어 산출되는 암모니아를 포함한다.
암모니아 SCR 촉매에서는 환원제를 암모니아로 이용하여 이산화질소 및 일산화질소를 무해한 질소 가스로 전환하는 반응이 경쟁적으로 일어나는데, 일반적으로 이산화질소를 환원시키는 반응이 더 유리하고, 특히 이산화질소와 일산화질소의 부피비(즉, 몰비)가 약 1 근방인 경우 시너지 효과가 발생하여 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력을 극대화할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따른 본 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치는 이산화질소의 부피 함량 : 일산화 질소 부피 함량의 비가 일반적인 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치보다 상대적으로 1에 더 가까운 상태인 배기가스를 암모니아 SCR 촉매에 공급할 수 있으므로 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 효율을 극대화시킨다.
암모니아 SCR 촉매인 구성성분인 제올라이트(Zeolite)는 고온에 강하고 이산화황(SO2) 산화에 의한 손상이 적다는 장점을 가지며, 구체적으로 모데나이트(Mordenite, M), MFI형 제올라이트(예컨데, ZSM5), 베타형 제올라이트(BEA), Y형 제올라이트(Y) 등이 있다. 제올라이트형 암모니아 SCR 촉매는 특히 전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트로 이루어진 것이 바람직한데, 전이금속의 종류로는 철, 니켈, 코발트, 구리 등이 있고, 전이금속으로 이온 교환된 제올라이트는 질소산화물의 제거 능력이 뛰어나고, 부수적으로 탄화수소 또는 일산화탄소를 산화시키거나 흡착시켜 제거할 수 있다. 전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트 중 철 또는 구리 중 하나 이상의 전이금속으로 이온 교환된 제올라이트는 다른 전이금속에 비해 암모니아 SCR 촉매의 질소산화물 제거 능력을 최대로 하고, 질소산화물 제거 활성 온도 영역을 넓게 해 줄 수 있다. 또한, 암모니아 SCR 촉매의 전이 금속의 함량은 제올라이트 전체 중량 기준으로 1~4 중량%인 것이 바람직한데, 전이 금속 함량이 1 중량% 미만인 경우 전이 금속으로 이온 교환된 효과가 미비할 수 있고, 4 중량%를 초과하는 경우 이온 교환 과정에서 전이 금속의 손실이 발생할 수 있고 초과에 따른 질소산화물 제거 능력의 증가가 크지 않기 때문이다.
도 1은 백금과 루테늄의 조성비에 따른 디젤 산화 촉매의 일산화탄소 산화 반응 효율과 활성화 온도를 나타낸 그래프이고, 도 2는 백금과 루테늄의 조성비 및 반응 온도에 따른 디젤 산화 촉매의 일산화질소 산화 반응 효율을 나타낸 그래프이다.

Claims (9)

  1. 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프 상에서 맨 상류 측에 배치되는 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF), 디젤 입자상물질 필터(Diesel Particulate Filter, DPF)의 하류측에 배치되는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 및 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC)의 하류 측에 배치되고 제올라이트로 이루어진 암모니아 SCR(Selective catalyst Reduction) 촉매를 포함하고,
    상기 디젤 산화 촉매는 루테늄(Ru)으로 구성된 단독 활성물질이 담지된 담체 또는 백금과 루테늄으로 구성되고 백금 : 루테늄의 중량비가 2 이하인 복합활성 물질이 담지된 담체로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 디젤 입자상물질 필터는 엔진 배기 매니폴드에 가깝게 설치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 디젤 입자상물질 필터는 전면이 산화 촉매로 코팅된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 디젤 입자상물질 필터의 전면에 코팅된 산화 촉매는 백금과 팔라듐으로 구성되고 백금 : 팔라듐의 중량비가 2~6인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 암모니아 SCR 촉매는 전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전이 금속으로 이온 교환된 제올라이트는 철 또는 구리 중 하나 이상의 전이금속으로 이온 교환된 제올라이트인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디젤 산화 촉매의 담체는 산화알루미늄(Al2O3)이고, 활성물질은 디젤 산화 촉매 전체 중량 기준으로 0.5~5 중량%인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 암모니아 SCR 촉매의 전이 금속의 함량은 제올라이트 전체 중량 기준으로 1~4 중량%인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
  9. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 내의 이산화질소 함량은 질소산화물 전체 부피 기준으로 30 부피% 이상인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치.
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