[go: up one dir, main page]

KR101299970B1 - Apparatus for reducing nitrogen oxide and for antiknock in dimethylether fueled vehicles - Google Patents

Apparatus for reducing nitrogen oxide and for antiknock in dimethylether fueled vehicles Download PDF

Info

Publication number
KR101299970B1
KR101299970B1 KR1020110082285A KR20110082285A KR101299970B1 KR 101299970 B1 KR101299970 B1 KR 101299970B1 KR 1020110082285 A KR1020110082285 A KR 1020110082285A KR 20110082285 A KR20110082285 A KR 20110082285A KR 101299970 B1 KR101299970 B1 KR 101299970B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
lnt
dme
reducing agent
nitrogen oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020110082285A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20130020856A (en
Inventor
최병철
박성용
Original Assignee
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to KR1020110082285A priority Critical patent/KR101299970B1/en
Publication of KR20130020856A publication Critical patent/KR20130020856A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101299970B1 publication Critical patent/KR101299970B1/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/002Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/04Adding substances to exhaust gases the substance being hydrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

본 발명은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 SR 촉매 반응을 통해 생성된 환원제를 질소산화물을 저감시키는 동시에 엔진 성능 향상에 이용할 수 있는 질소산화물저감 및 노킹방지장치 및 상기 장치를 구비한 DME 자동차에 관한 것이다. The present invention relates to an automobile using dimethyl ether as a fuel, and more particularly, a reducing agent generated through an SR catalytic reaction in an automobile using dimethyl ether as a fuel can be used to reduce nitrogen oxide and improve engine performance. The present invention relates to a nitrogen oxide reduction and anti-knocking device and a DME vehicle having the device.

Figure R1020110082285
Figure R1020110082285

Description

디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차의 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치 및 이를 구비한 DME 자동차{APPARATUS FOR REDUCING NITROGEN OXIDE AND FOR ANTIKNOCK IN DIMETHYLETHER FUELED VEHICLES}Nitrogen oxide reduction and anti-knocking device for automobiles using dimethyl ether as fuel, and DEM vehicles equipped with the same

본 발명은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 SR 촉매 반응을 통해 생성된 환원제를 질소산화물을 저감시키는 동시에 엔진 성능 향상에 이용할 수 있는 질소산화물저감 및 노킹방지장치 및 상기 장치를 구비한 DME 자동차에 관한 것이다. The present invention relates to an automobile using dimethyl ether as a fuel, and more particularly, a reducing agent generated through an SR catalytic reaction in an automobile using dimethyl ether as a fuel can be used to reduce nitrogen oxide and improve engine performance. The present invention relates to a nitrogen oxide reduction and anti-knocking device and a DME vehicle having the device.

클린에너지인 수소 (H2)는 저장과 취급이 어렵지만 높은 열량과 청정성 때문에 미래에너지로써 관심이 증가하고 있다. 특히 DME(dimethyl ether)는 미래의 H2 공급을 위한 저장매체(hydrogen carrier)로써 뿐만 아니라, 디젤연료를 대처할 수 있는 연료로써도 많은 연구가 현재 진행되고 있다. 현재 DME에서 생성된 H2를 엔진에 노킹 방지제로 사용하여 착화시기를 제어하는 연구가 오래 전부터 이루어지고 있다. 그러나 지금까지 보고된 수많은 논문들은 DME에서 H2를 생성시켜, H2의 근원으로써 사용하는 컨셉을 보여주었지만, 실제 실험은 DME에서 생성된 H2를 사용하지 못하고 별도의 H2를 공급하여 실험하였다. Clean energy, hydrogen (H 2 ) is difficult to store and handle, but due to its high calorie and cleanliness, there is increasing interest as a future energy. In particular, DME (dimethyl ether) is currently being studied not only as a hydrogen carrier for future H 2 supply but also as a fuel that can cope with diesel fuel. At present, the research on controlling the ignition time by using H 2 produced in DME as an anti-knock agent in the engine has been conducted for a long time. However, numerous papers reported up to now show the concept of generating H 2 from DME and using it as a source of H 2 , but the actual experiment did not use H 2 generated from DME and supplied a separate H 2 . It was.

보다 구체적으로 살펴보면 DME에서 H2를 생성하는 방법은 촉매를 이용한 Steam reforming(SR), Partial oxidation(PO), 그리고 Auto thermal reforming(ATR) 방법 등이 있다. SR반응은 외부 열원이 필요한 흡열반응이며, 이론적으로 H2를 최대 75%을 생성할 수 있다. PO반응은 발열반응이며, H2 생성율이 최대 44% 이다. 그리고 SR과 반응을 조합한 ATR 반응으로 생성할 수 있다. DME SR 촉매로는 Cu-based/r-Al2O3를 많이 사용하고 있으며, 저온에서 H2 생성율을 높이기 위해서 산촉매로써 강한 산점 가진 제올라이트의 사용에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 강한 산점을 가진 제올라이트는 저온에서 r-Al2O3보다 DME가 빨리 변환되지만, 부반응 발생 및 카본이 침적되어 오히려 H2 생성율이 낮아지는 문제점 등이 발생하는데, 아직까지 뚜렷한 해결책은 보고되지 않고 있다. More specifically, the method for generating H 2 in DME includes a catalyst using steam reforming (SR), partial oxidation (PO), and auto thermal reforming (ATR). The SR reaction is an endothermic reaction that requires an external heat source and can theoretically produce up to 75% of H 2 . PO reaction is exothermic and H 2 production rate is up to 44%. And it can be generated by the ATR reaction combining the SR and the reaction. Cu-based / r-Al 2 O 3 is widely used as the DME SR catalyst, and research on the use of zeolite having a strong acid point as an acid catalyst has been conducted to increase the H 2 production rate at low temperatures. However, zeolites with strong acidity are lower than r-Al 2 O 3 at low temperatures. Although DME is rapidly converted, there are problems such as occurrence of side reactions and deposition of carbon, which results in lower H 2 production rate. However, no clear solution has been reported.

또한, 최근에는 DME에서 생성한 H2를 배출가스 후처리 방법 중 하나인 LNT(Lean NOx Trap)에 직접 공급하여 DME 엔진에서 배출되는 NOx를 효과적으로 저감시키는 연구가 진행되고 있다. 현재 NOx 저감 촉매로는 LNT(lean NOx trap), urea-SCR(selective catalytic reduction), HC-SCR 등이 매우 잘 알려져 있다. urea-SCR 촉매는 대형 자동차 위주로 상용화 되었으나, 큰 부피를 차지하는 urea-SCR 시스템과 우레아(urea) 수용액 공급을 위한 인프라의 미비는 새로운 후처리 시스템의 대안을 필요로 한다. 반면에, 소형 자동차 위주로 발전한 LNT 촉매는 희박 운전조건에서 NOx를 흡장하였다가 별도의 장치 없이 연료의 후분사를 통해서 얻을 수 있는 환원제(H2, CO, HC)를 이용하여 LNT 촉매에 흡착된 NOx를 효과적으로 제거할 수 있다. 그러나, LNT 역시 환원제로 연료를 사용하기 때문에 연비가 나빠진다. In addition, recently, a research has been conducted to effectively reduce NOx emitted from a DME engine by directly supplying H 2 generated in the DME to LNT (Lean NOx Trap), which is one of exhaust gas post-treatment methods. Currently, as the NOx reduction catalyst, lean NOx trap (LNT), urea-SCR (selective catalytic reduction), HC-SCR and the like are very well known. Although urea-SCR catalysts have been commercialized mainly for large vehicles, the lack of infrastructure for supplying large volume urea-SCR systems and aqueous urea solutions requires an alternative to new aftertreatment systems. On the other hand, LNT catalysts developed mainly for small vehicles occupy NOx under lean operation conditions, and NOx adsorbed on the LNT catalyst by using reducing agents (H 2 , CO, HC) obtained through post injection of fuel without a separate device. Can be effectively removed. However, LNT also uses fuel as a reducing agent, resulting in poor fuel economy.

따라서, 현재까지 알려진 DME SR 촉매 및/또는 LNT촉매가 가진 문제점이 해결된 새로운 기술 개발의 필요성이 존재하였다. Therefore, there is a need for developing a new technology that solves the problems of the DME SR catalyst and / or the LNT catalyst known to date.

본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과 DME 자동차에서 SR 촉매와 LNT 촉매를 병행하여 사용하는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have completed the present invention by developing a technology that uses the SR catalyst and LNT catalyst in parallel in the DME automobile as a result of research efforts to solve this problem.

따라서, 본 발명의 목적은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 DME SR 촉매 반응으로 생성된 환원제를 LNT의 환원제로 사용하여 질소생성물을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, DME 엔진에 공급하여 엔진 성능 향상 시킬 수 있는 노킹 방지제로 사용될 수 있는 구성의 질소산화물 저감 및 노킹방지장치 및 상기 장치를 구비한 DME 자동차를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the nitrogen product by using the reducing agent produced by the DME SR catalytic reaction as a reducing agent of the LNT in an automobile using dimethyl ether as a fuel, and to supply the DME engine to improve the engine performance. It is to provide a nitrogen oxide reduction and anti-knocking device of the configuration that can be used as an anti-knocking agent and a DME vehicle having the device.

본 발명의 다른 목적은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 배기가스 내에 존재하는 열원 및 수분을 이용함으로써 별도의 열원 공급장치가 필요하지 않기 때문에 배기가스의 손실 에너지를 줄이고, 비용 절감 및 공정의 단순화를 달성할 수 있는 구성의 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치를 구비한 DME 자동차를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to use a heat source and water present in the exhaust gas in a vehicle using dimethyl ether as a fuel, because it does not require a separate heat source supply device to reduce the energy loss of the exhaust gas, cost savings and simplify the process It is to provide a DME vehicle having a nitrogen oxide reduction and anti-knocking device configured to achieve the.

본 발명의 또 다른 목적은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 황을 포함하지 않은 디메틸에테르를 사용하기 때문에 황피독으로 인한 LNT 촉매의 활성 저하를 방지할 수 있는 구성의 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치를 구비한 DME 자동차를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to reduce the NOx and anti-knocking device configured to prevent the degradation of the LNT catalyst due to sulfur poisoning because it uses dimethyl ether that does not contain sulfur in automobiles using dimethyl ether as a fuel It is to provide a DME car having.

본 발명의 또 다른 목적은 저온 영역에서 H2 생성의 향상을 위해 제올라이트를 포함하는 SR 촉매를 사용하여도 배출가스에 포함된 과잉의 산소(O2)가 희박한 운전조건에서 SR 촉매에 침적된 카본과 산화반응을 하기 때문에 SR촉매에 카본 침적이 발생되지 않는 구성의 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치를 구비한 DME 자동차를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to deposit carbon in the SR catalyst under operating conditions in which excess oxygen (O 2 ) contained in the exhaust gas is used even in the SR catalyst including zeolite to improve H 2 production in the low temperature region. The present invention provides a DME vehicle having a nitrogen oxide reduction and anti-knocking device having a structure in which carbon deposition does not occur in the SR catalyst because of the super-oxidation reaction.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저, 본 발명은 디메틸에테르와 반응하는 SR 촉매를 포함하여 환원제를 발생시키는 제1촉매부; 및 상기 제1촉매부 후단에 위치하고, 제1촉매부에서 공급된 환원제와 반응하는 LNT 촉매를 포함하는 제2촉매부; 를 포함하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치를 제공한다.In order to achieve the object of the present invention described above, first, the present invention comprises a first catalyst for generating a reducing agent including an SR catalyst to react with dimethyl ether; And a second catalyst part disposed at a rear end of the first catalyst part and including an LNT catalyst reacting with a reducing agent supplied from the first catalyst part. It provides a nitrogen oxide reduction and knocking prevention device comprising a.

바람직한 실시예에 있어서, 제2촉매부의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함한다. In a preferred embodiment, further comprises a temperature sensor for sensing the temperature of the second catalyst portion.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 온도센서에 의해 감지된 제2촉매부의 온도가 350℃ 이상이면, 상기 제1촉매부에서 발생된 환원제가 DME 자동차 엔진으로 공급된다. In a preferred embodiment, when the temperature of the second catalyst portion detected by the temperature sensor is 350 ℃ or more, the reducing agent generated in the first catalyst portion is supplied to the DME vehicle engine.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 환원제는 H2 및 CO 중 어느 하나 이상이다.In a preferred embodiment, the reducing agent is at least one of H 2 and CO.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매부로 DME 자동차의 엔진부로부터 배출되는 배기가스 및 인젝터로부터 주입되는 디메틸에테르가 공급된다. In a preferred embodiment, the first catalyst portion is supplied with exhaust gas discharged from the engine portion of the DME vehicle and dimethyl ether injected from the injector.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매부에 공급되는 디메틸에테르는 전체 공급가스 유량의 5%이하이다.In a preferred embodiment, the dimethyl ether supplied to the first catalyst portion is 5% or less of the total feed gas flow rate.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 SR 촉매는 Cu-based/r-Al2O3 이고, 셀밀도가 100 cpsi ~ 1200 cpsi인 담체에 담지되어 SR 촉매체를 형성한다. In a preferred embodiment, the SR catalyst is Cu-based / r-Al 2 O 3 , is supported on a carrier having a cell density of 100 cpsi ~ 1200 cpsi to form an SR catalyst body.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 SR 촉매의 구리 함량은 SR 촉매 전체 중량에 대해 5 중량% ~ 40 중량%이다.In a preferred embodiment, the copper content of the SR catalyst is 5% to 40% by weight relative to the total weight of the SR catalyst.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 SR 촉매는 SR 촉매 전체 중량에 대해 제올라이트를 30중량% 이하로 더 포함한다.In a preferred embodiment, the SR catalyst further comprises up to 30% by weight zeolite relative to the total weight of the SR catalyst.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 SR 촉매는 구리 함량이 10중량%인 Cu-based/r-Al2O3에 Modenite가 10중량% 포함된 것이다.In a preferred embodiment, the SR catalyst is 10% by weight of Cu-based / r-Al 2 O 3 with 10% by weight of copper containing Modenite.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매부와 상기 제2 촉매부 사이의 온도는 300℃ 내지 350℃이다.In a preferred embodiment, the temperature between the first catalyst portion and the second catalyst portion is 300 ℃ to 350 ℃.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매부의 전단에 위치하고, 상기 제1 촉매부로 공급되는 배기가스 중 탄화수소 또는 일산화탄소와 산화반응을 하는 디젤산화촉매를 포함하는 제3 촉매부를 더 포함한다.In a preferred embodiment, it further comprises a third catalyst portion located in front of the first catalyst portion, including a diesel oxidation catalyst for oxidizing the hydrocarbon or carbon monoxide in the exhaust gas supplied to the first catalyst portion.

본 발명은 또한 상술된 어느 한 항의 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 DME 자동차를 제공한다.The present invention also provides a DME motor vehicle comprising the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device of any one of the above-mentioned.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.The present invention has the following excellent effects.

먼저, 본 발명은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 DME SR 촉매 반응으로 생성된 환원제를 LNT의 환원제로 사용하여 질소생성물을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, DME 엔진에 공급하여 엔진 성능 향상 시킬 수 있는 노킹 방지제로 사용될 수 있다. First, the present invention can not only reduce the nitrogen product by using the reducing agent produced by the DME SR catalytic reaction as a reducing agent of the LNT in a vehicle using dimethyl ether as a fuel, but also improve the engine performance by supplying the DME engine. Can be used as an anti knocking agent.

또한, 본 발명은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 배기가스 내에 존재하는 열원 및 수분을 이용함으로써 별도의 열원 공급장치가 필요하지 않기 때문에 배기가스의 손실 에너지를 줄이고, 비용 절감 및 공정의 단순화를 달성할 수 있다. In addition, the present invention uses a heat source and moisture present in the exhaust gas in a vehicle using dimethyl ether as a fuel, so a separate heat source supply device is not required, thereby reducing the energy loss of the exhaust gas, reducing costs and simplifying the process. Can be achieved.

또한, 본 발명은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 자동차에서 황을 포함하지 않은 디메틸에테르를 사용하기 때문에 황 피독으로 인한 LNT 촉매의 활성 저하를 방지할 수 있다. In addition, since the present invention uses dimethyl ether which does not contain sulfur in an automobile using dimethyl ether as a fuel, it is possible to prevent a decrease in activity of the LNT catalyst due to sulfur poisoning.

또한, 본 발명은 저온 영역에서 H2 생성의 향상을 위해 제올라이트를 포함하는 SR 촉매를 사용하여도 배출가스에 포함된 과잉의 산소(O2)가 희박한 운전조건에서 SR 촉매에 침적된 카본과 산화반응을 하기 때문에 SR촉매에 카본 침적이 발생되지 않는다. In addition, the present invention is an oxidation and carbon deposited on the SR catalyst under the operating conditions in which excess oxygen (O 2 ) contained in the exhaust gas is used even in the SR catalyst containing a zeolite to improve the H 2 production in the low temperature region Because of the reaction, carbon deposition does not occur in the SR catalyst.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치의 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR촉매1 및 2의 TME 이미지이고, 도3b는 SR촉매1, 4 내지 6의 SEM 이미지이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR촉매1 내지 3의 DME 변환율 및 H2 생성율을 나타낸 그래프이고, 도 4b는 SR촉매4-1 내지 4-3의 DME 변환율 및 H2 생성율을 나타낸 그래프이며, 도 4c는 SR촉매5-1 내지 5-3의 DME 변환율 및 H2 생성율을 나타낸 그래프이고, 도 4d는 SR촉매6-1 내지 6-3의 DME 변환율 및 H2 생성율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR 촉매1 또는 SR 촉매 4-2에 CO2 및/또는 O2 공존시 수소 생성율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR 촉매1 또는 SR 촉매 4-2에 NO 및/또는 NO2 공존시 수소 생성율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR 촉매1 또는 SR 촉매 4-2에 NO 및/또는 O2가 공존시 수소 생성율에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR 촉매의 후단에 LNT를 설치한 SR+LNT 촉매 를 포함하여 도1에 도시된 질소산화물저감 및 노킹방지 장치의 구성을 갖는 경우 측정된 NOx 정화율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR 촉매의 후단에 LNT를 설치한 SR+LNT 촉매 를 포함하여 도2에 도시된 질소산화물저감 및 노킹방지 장치의 구성을 갖도록 NO 250ppm+NO2 250ppm을 공급한 조건에서 측정된 NOx 정화율을 나타낸 그래프이다.
도 10에서 도10(a)는 도 9와 같은 조건에서 O2가 완전히 산화되지 못하고 O2 1%가 존재할 때를 상정하여 측정된 NOx 정화율을 나타낸 그래프이고, 도10(b)는 LNT와 SR+LNT 촉매에 환원제로써 DME가 공급될 때 엔진의 공연비(λ)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 얻어진 SR 촉매 및 SR+LNT촉매의 TPO 실험결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of a nitrogen oxide reduction and anti-knocking device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a nitrogen oxide reduction and anti-knocking apparatus according to another embodiment of the present invention.
3A is a TME image of SR catalysts 1 and 2 obtained in an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an SEM image of SR catalysts 1 and 4 to 6. FIG.
Figure 4a is a graph showing an SR catalyst 1-3 of DME conversion factor and H 2 production rate obtained by the embodiment of the invention, Figure 4b is a graph showing a conversion factor DME and H 2 production rate in the SR catalyst 4-1 to 4-3 , Figure 4c is a graph showing a conversion factor DME and H 2 production rate in the SR catalyst 5-1 to 5-3, Figure 4d is a graph showing an SR catalyst 6-1 to 6-3 of the DME conversion factor and H 2 production rate.
5 is a graph showing the effect on the hydrogen production rate when the CO 2 and / or O 2 coexist in the SR catalyst 1 or SR catalyst 4-2 obtained in the embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the effect on the hydrogen production rate when the NO and / or NO 2 coexist in the SR catalyst 1 or SR catalyst 4-2 obtained in the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the effect of NO and / or O 2 on the hydrogen production rate when the SR catalyst 1 or the SR catalyst 4-2 obtained in the embodiment of the present invention coexists.
FIG. 8 shows the NOx purification rate measured when the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device shown in FIG. 1 including the SR + LNT catalyst having LNT installed at the rear end of the SR catalyst obtained in the embodiment of the present invention. It is a graph.
FIG. 9 is a 250 ppm NO 250ppm + NO 2 supply of NOx reduction and an anti-knocking device shown in FIG. 2 including an SR + LNT catalyst having LNT installed at a rear end of an SR catalyst obtained in an embodiment of the present invention. It is a graph showing the NOx purification rate measured under one condition.
FIG 10 (a) is a graph showing the NOx purification rate measured by assuming the presence of O 2 1% is O 2 under the same conditions as in Fig. 9 does not completely oxidized in 10, and Figure 10 (b) is LNT It is a graph which measured the air-fuel ratio ((lambda)) of an engine, when DME is supplied to SR + LNT catalyst as a reducing agent.
10 is a graph showing the TPO test results of the SR catalyst and SR + LNT catalyst obtained in the embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

본 발명을 설명하기 위해 사용되는 몇 가지 용어에 대해 다음과 같이 정의하기로 한다.Some terms used to describe the present invention will be defined as follows.

먼저, 설정온도 또는 기준온도로서 SR 촉매의 전단의 온도는 T1, SR 촉매의 후단 또는 LNT 촉매의 전단의 온도는 T2, LNT 촉매의 후단의 온도는 T3를 의미한다.First, as the set temperature or the reference temperature, the temperature of the front end of the SR catalyst means T1, the temperature of the front end of the SR catalyst or the front end of the LNT catalyst means T2, and the temperature of the rear end of the LNT catalyst means T3.

SR 촉매는 디메틸에테르를 개질하는 데에 사용되는 촉매를 의미하며 LNT 촉매는 NOx를 환원시키는 촉매를 의미하고, 촉매체는 촉매가 지지체로 작용하는 담체에 코팅 등 공지된 담지기술에 의해 담지되어 형성된 것을 의미한다. SR catalyst means a catalyst used for reforming dimethyl ether, LNT catalyst means a catalyst for reducing NOx, the catalyst body is formed by being supported by a known supporting technique, such as coating on a carrier on which the catalyst acts as a support Means that.

SR+LNT 촉매는 본 발명의 실시예들에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지장치 내에 포함되어 있는 것으로서, SR 촉매를 포함하는 제1촉매부의 후단에 LNT 촉매가 포함된 제2촉매부가 배치되어 형성된 구조를 의미한다.SR + LNT catalyst is included in the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device according to the embodiments of the present invention, a structure formed by arranging the second catalyst portion including the LNT catalyst at the rear end of the first catalyst portion including the SR catalyst Means.

정상상태 조건(steady condition)은 특정의 온도에서 실험을 수행한 것을 의미하며, 과도상태 조건(transient condition)은 온도를 연속적으로 높이면서 실험을 수행한 것을 의미한다.Steady-state condition means that the experiment was performed at a specific temperature, and transient condition means that the experiment was performed while continuously increasing the temperature.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.

본 발명의 기술적 특징은 DME SR 촉매 반응으로 생성된 환원제( 특히 H2)를 DME 자동차에 두 가지 용도로 사용할 수 있는 기술적 구성에 있다. The technical feature of the present invention lies in a technical configuration in which the reducing agent (particularly H 2 ) produced by the DME SR catalytic reaction can be used for two purposes in a DME vehicle.

즉, 본 발명에 의하면 생성된 환원제를 LNT의 환원제로 사용하여 de-NOx성능을 향상시켜 강화된 배출가스의 규제에 대응하는 동시에, DME 엔진에 노킹방지제로 사용하여 엔진성능을 향상시킬 수 있기 때문이다. That is, according to the present invention, the generated reducing agent can be used as a reducing agent for LNT to improve the de-NOx performance to cope with the restriction of the enhanced exhaust gas and to improve the engine performance by using it as an anti-knock agent in the DME engine. to be.

따라서, 본 발명의 질소산화물 저감 및 노킹 방지장치는 제1촉매부와 제1촉매부 후단에 위치하는 제2촉매부를 포함하는데, 제1촉매부는 디메틸에테르와 반응하여 환원제를 발생시키는 SR 촉매를 포함하고, 제2촉매부는 제1촉매부에서 공급된 환원제와 반응하는 LNT 촉매를 포함한다. 경우에 따라서는 제1 촉매부의 전단에 위치하고, 제1 촉매부로 공급되는 배기가스 중 탄화수소 또는 일산화탄소와 산화반응을 하는 디젤산화촉매를 포함하는 제3 촉매부를 더 포함할 수 있다. 제3촉매부가 더 포함되면 제2촉매부의 LNT 촉매 활성이 보다 향상될 수 있기 때문이다. 여기서 제1촉매부 내지 제3촉매부에 포함되는 각각의 촉매는 담체에 촉매가 담지되어 형성된 촉매체인 것이 보다 바람직하다.Therefore, the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device of the present invention includes a first catalyst portion and a second catalyst portion located at the rear end of the first catalyst portion, wherein the first catalyst portion includes an SR catalyst which reacts with dimethyl ether to generate a reducing agent. The second catalyst part includes an LNT catalyst that reacts with a reducing agent supplied from the first catalyst part. In some cases, the third catalyst unit may further include a third catalyst unit positioned at a front end of the first catalyst unit and including a diesel oxidation catalyst that oxidizes hydrocarbons or carbon monoxide in the exhaust gas supplied to the first catalyst unit. This is because the LNT catalyst activity of the second catalyst portion may be further improved when the third catalyst portion is further included. Here, each of the catalysts included in the first to third catalysts is more preferably a catalyst body formed by supporting a catalyst on a carrier.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 저감 및 노킹 방지장치는 LNT 촉매가 포함된 제2촉매부의 앞단에 SR 촉매가 포함된 제1촉매부를 배치하고, 제2촉매부의 온도 즉 LNT 촉매의 전단의 온도(T2)를 감지하는 온도센서를 더 포함함으로써, 온도센서가 감지하는 일정온도를 기준으로 DME SR 촉매 반응으로 생성된 환원제 특히 H2를 다른 용도로 사용하도록 용이하게 제어할 수 있다. In the nitrogen oxide reduction and knock prevention apparatus according to an embodiment of the present invention having such a configuration, the first catalyst part including the SR catalyst is disposed in front of the second catalyst part including the LNT catalyst, and the temperature of the second catalyst part, By further including a temperature sensor for detecting the temperature (T2) of the front end of the LNT catalyst, it is possible to easily control the reducing agent produced by the DME SR catalytic reaction, especially H 2 based on the constant temperature detected by the temperature sensor for other uses. Can be.

즉, 디메틸에테르와 SR 촉매의 개질 반응으로 생성되는 환원제를 LNT촉매가 반응하여 질소산화물저감효과가 발생하는 온도 즉 350℃ 이하에서는 제2촉매부에 공급하여 LNT 촉매와의 반응에 이용함으로써 배출되는 질소산화물을 감소시킬 수 있고, LNT촉매에 의한 질소산화물저감효과가 발생하지 않는 350℃이상의 온도에서는 SR 촉매 반응에 의해 생성된 환원제를 DME 엔진부로 공급하여 노킹방지제로 사용할 수 있도록 제어할 수 있기 때문이다. That is, when the LNT catalyst reacts with the reducing agent produced by the reforming reaction between the dimethyl ether and the SR catalyst, that is, the nitrogen oxide reduction effect occurs at the temperature of 350 ° C. or lower, the second catalyst is supplied to the second catalyst to be discharged by the reaction with the LNT catalyst. It is possible to reduce the nitrogen oxides, and at a temperature above 350 ° C. where the effect of reducing nitrogen oxides by the LNT catalyst does not occur, the reducing agent generated by the SR catalytic reaction can be supplied to the DME engine to control the use of the anti-knocking agent. to be.

제 1 촉매부에서 디메틸에테르가 SR 촉매와 개질 반응을 하여 발생시키는 환원제는 H2, CO 등을 포함하는데, SR 촉매 반응에 의해 생성되는 환원제는 수소가 다량으로 포함되는 것이 바람직하다. H2가 LNT 촉매의 환원제로써 낮은 온도에서도 활성이 가장 우수하기 때문이다.The reducing agent generated by the dimethyl ether reforming reaction with the SR catalyst in the first catalyst portion includes H 2 , CO, etc., the reducing agent produced by the SR catalytic reaction preferably contains a large amount of hydrogen. This is because H 2 has the best activity even at low temperature as a reducing agent of the LNT catalyst.

따라서 디메틸에테르와 SR 촉매의 개질 반응은 H2의 선택도가 높도록 수행될 수 있는데, H2의 선택도를 높이기 위해 디메틸에테르의 공급량 및 SR 촉매의 온도를 변경하거나, SR 촉매에서 구리의 함량을 변경할 수 있다.Therefore, the content of copper in dimethyl reforming of ether and the SR catalyst may be performed so that the selectivity for H 2 is high, to increase the selectivity of H 2 to change the supply amount and the temperature of the SR catalyst of dimethyl ether or, SR catalyst Can be changed.

제1촉매부에 포함된 SR 촉매는 함침법으로 제조된 Cu-based/r-Al2O3로서, 구리 함량은 H2의 선택도를 높이기 위해 촉매 전체의 중량 중 5 중량% ~ 40 중량%인 것이 바람직하다. 여기서, SR 촉매는 SR 촉매 전체의 중량에 대해 제올라이트를 30중량% 이하로 더 포함할 수 있다. 이 때, 구리 함량 및 제올라이트의 함량은 생성되는 환원제 중 H2의 선택도를 가장 높일 수 있는 실험적으로 결정된 최적치 이다. The SR catalyst included in the first catalyst part is Cu-based / r-Al 2 O 3 prepared by impregnation, and the copper content is 5 wt% to 40 wt% of the total weight of the catalyst to increase the selectivity of H 2 . Is preferably. Here, the SR catalyst may further include a zeolite of 30% by weight or less based on the total weight of the SR catalyst. At this time, the copper content and the zeolite content are experimentally determined optimum values that can increase the selectivity of H 2 most among the reducing agents produced.

또한 SR 촉매는 셀밀도가 100 cpsi ~ 1200 cpsi인 담체 즉 지지체에 담지되어 형성된 SR 촉매체의 형태로 사용되는 것이 공급가스와의 접촉면적을 넓히기 위해 바람직하다. 여기서, SR 촉매체를 형성하는데 사용되는 담체의 셀밀도는 200 cpsi ~ 600 cpsi인 것이 보다 바람직할 수 있다. In addition, the SR catalyst is preferably used in the form of an SR catalyst body formed by being supported on a carrier having a cell density of 100 cpsi to 1200 cpsi, that is, a support, in order to increase the contact area with the feed gas. Here, the cell density of the carrier used to form the SR catalyst body may be more preferably 200 cpsi ~ 600 cpsi.

제1 촉매부에는 디메틸에테르뿐만 아니라 배기가스가 공급될 수 있는데, 배기가스는 DME 자동차의 엔진부로부터 배출되는 것이고, 디메틸에테르는 DME 자동차에 내장된 디메틸에테르 저장부로부터 인젝터를 통해 주입되는 것이다. 이 때 제1 촉매부에 공급되는 디메틸에테르는 전체 공급가스 유량의 5%이하인데, 디메틸에테르의 공급량은 공급가스의 총 유량에 대해 0.5% ~ 2.0%인 것이 바람직하다. The first catalyst part may be supplied with exhaust gas as well as dimethyl ether. The exhaust gas is discharged from an engine part of a DME vehicle, and dimethyl ether is injected through an injector from a dimethyl ether storage part built in the DME vehicle. At this time, the dimethyl ether supplied to the first catalyst part is 5% or less of the total supply gas flow rate, and the supply amount of dimethyl ether is preferably 0.5% to 2.0% relative to the total flow rate of the feed gas.

디메틸에테르와 SR 촉매의 개질 반응은 흡열반응이므로 외부로부터의 열원 및 수분이 필요하나, 이러한 구성에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지장치는 배기가스 내에 존재하는 열원 및 수분을 이용함으로써 별도의 열원 공급 장치가 필요하지 않게 되기 때문에 배기가스의 손실 에너지를 줄이고, 비용 절감 및 공정의 단순화를 달성할 수 있다. 더욱이, 황을 포함하지 않은 디메틸에테르를 사용하기 때문에 황피독으로 인한 LNT 촉매의 활성 저하를 방지할 수 있다.Since the reforming reaction of dimethyl ether and SR catalyst is an endothermic reaction, heat source and moisture from the outside are required, but the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device according to an embodiment of the present invention has heat source and moisture present in the exhaust gas. By eliminating the need for a separate heat source supply device it is possible to reduce the energy loss of the exhaust gas, to reduce the cost and to simplify the process. Moreover, since dimethyl ether containing no sulfur is used, it is possible to prevent the deactivation of the LNT catalyst due to sulfur poisoning.

제1 촉매부와 상기 제2 촉매부 사이의 온도는 300℃ 내지 350℃인 것이 바람직한데, 이와 같이 제1 촉매부와 제2 촉매부 사이의 온도를 유지함으로써 LNT 촉매를 포함하는 제2 촉매부 후단에서 질소산화물이 효과적으로 감소될 수 있다. 즉 제1 촉매부와 제2 촉매부 사이의 온도에 따라 촉매의 활성 온도가 달라질 수 있으며, 촉매의 활성은 질소산화물의 저감과 직접적으로 연관될 수 있기 때문이다.Preferably, the temperature between the first catalyst portion and the second catalyst portion is 300 ° C to 350 ° C. As such, the second catalyst portion including the LNT catalyst is maintained by maintaining the temperature between the first catalyst portion and the second catalyst portion. Nitrogen oxides can be effectively reduced at the latter stage. That is, the active temperature of the catalyst may vary depending on the temperature between the first catalyst part and the second catalyst part, and the activity of the catalyst may be directly related to the reduction of nitrogen oxides.

또한, LNT 촉매를 포함하는 제2 촉매부에서의 환원 반응으로 질소산화물을 저감시키기 위해, 제1 촉매부와 제2 촉매부는 5 mm ~ 10 mm 범위로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 촉매부에 포함되는 SR 촉매체와 제2 촉매부에 포함되는 LNT 촉매체의 크기는 SR:LNT가 1.0:1 ~ 4.0:1일 수 있다. 제1 촉매부에 포함되는 SR 촉매체와 제2 촉매부에 포함되는 LNT 촉매체의 크기는 SR:LNT가 1.0:1 ~ 2.5:1인 것이 바람직할 수 있는데, SR 촉매체와 LNT 촉매체의 크기 비율은 제1 촉매부와 제2 촉매부 사이의 온도에 따라 적절하게 선택될 수 있다.In addition, in order to reduce the nitrogen oxides by a reduction reaction in the second catalyst part including the LNT catalyst, the first catalyst part and the second catalyst part may be spaced apart in a range of 5 mm to 10 mm. The SR catalyst body included in the first catalyst part and the LNT catalyst body included in the second catalyst part may have an SR: LNT of 1.0: 1 to 4.0: 1. The size of the SR catalyst body included in the first catalyst part and the LNT catalyst body included in the second catalyst part may be preferably SR: LNT of 1.0: 1 to 2.5: 1. The size ratio may be appropriately selected depending on the temperature between the first catalyst portion and the second catalyst portion.

특히 후술하는 바와 같이 제1 촉매부에 포함되는 SR 촉매가 구리 함량이 10중량%인 Cu-based/r-Al2O3에 Modenite가 10중량% 포함된 것이고, 셀밀도가 200 cpsi ~ 600 cpsi인 담체에 상기 조성의 SR 촉매를 담지시켜 형성된 SR 촉매체로서 사용될 때, 350℃ 이상에서 가장 높은 H2 생성율을 보여주는 것을 알 수 있다. In particular, as described below, the SR catalyst included in the first catalyst part includes 10 wt% of Modenite in Cu-based / r-Al 2 O 3 having a copper content of 10 wt%, and a cell density of 200 cpsi to 600 cpsi. It can be seen that when used as the SR catalyst body formed by supporting the SR catalyst of the composition on the phosphorus carrier, it shows the highest H 2 production rate at 350 ℃ or more.

본 발명의 일 실시예에 따른 장치에서 제1촉매부 후단에 배치되는 제2촉매부 및 제1촉매부 전단에 배치되는 제3촉매부는 공지된 구성을 그대로 사용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
In the apparatus according to an embodiment of the present invention, since the second catalyst part disposed at the rear end of the first catalyst part and the third catalyst part disposed at the front end of the first catalyst part may use a known configuration, a detailed description thereof will be omitted. Shall be.

실시예 1Example 1

(1)SR 촉매의 제조(1) Preparation of SR Catalyst

SR 촉매는 impregnation 방법으로 다음과 같이 제조하였다. SR catalyst was prepared as follows by the impregnation method.

H2O 50℃, 800ml에 r-Al2O3 (Alfa Aesar)을 넣고 30분 동안 stirring 하였다. 그 후 구리 함량이 10중량%가 되도록 구리전구체인 Cu([Cu(NO3)2ㅇ2.5H2O], Sigma Aldrich)를 넣고 2시간 stirring 후 수분을 4시간 감압 증발법으로 증발시켰다. 증발시킨 후 12시간 건조하고 건조된 것을 4℃/ min로500℃로 상승시킨 후 2시간 공기로 소성하여 Cu의 함량이 각각 10중량%인 Cu10/r-Al2O3 을 제조하였다. H 2 O 50 ℃, r-Al 2 O 3 (Alfa Aesar) was added to 800ml and stirred for 30 minutes. After that, Cu ([Cu (NO 3 ) 2 ˜2.5H 2 O], Sigma Aldrich), a copper precursor, was added so that the copper content was 10% by weight, followed by stirring for 2 hours, followed by evaporation of water for 4 hours under reduced pressure. After evaporation, the dried product was dried for 12 hours, the dried product was heated to 500 ° C. at 4 ° C./min, and calcined with air for 2 hours to prepare Cu 10 / r-Al 2 O 3 having a Cu content of 10% by weight.

(2)SR 촉매체의 제조(2) Preparation of SR Catalyst

소성 한 Cu10/r-Al2O3 powder를 담체에 코팅하기 위해서 H2O에 넣고 2시간 stirring한 후, 담체[cordierite honeycomb type, 400cpsi(cell per square inch): 코디어라이트(cordierite) 재료의 허니컴 타입으로 셀 밀도가 400 cpsi인 것임] 에 담지 하였다. dip한 후 꺼내어 200℃의 온도에서 3L/min 공기 분위기로 30분 동안 건조하였다. Powder를 담지한 촉매체를 500℃에서 2시간 calcination 한 후 H2 로 환원처리 하여 Cu10/r-Al2O3 촉매체(SR 촉매1)를 제조하였다. In order to coat the calcined Cu10 / r-Al 2 O 3 powder in H 2 O and stir for 2 hours, the carrier [cordierite honeycomb type, 400 cpsi (cell per square inch): made of cordierite material Honeycomb type cell density of 400 cpsi]. After the dip was taken out and dried for 30 minutes in a 3L / min air atmosphere at a temperature of 200 ℃. The catalyst supporting the powder was calcinated at 500 ° C. for 2 hours and then reduced with H 2 to prepare a Cu 10 / r-Al 2 O 3 catalyst (SR catalyst 1).

담체에 동일한 양의 powder를 담지하기 위해서 dip 하기 전 과 후의 촉매의 무게를 측정할 수 있다. To support the same amount of powder on the carrier, the weight of the catalyst before and after dip can be measured.

실시예 2Example 2

구리 함량을 20중량%로 한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu20/r-Al2O3 촉매체(SR 촉매2)를 제조하였다.
A Cu 20 / r-Al 2 O 3 catalyst body (SR catalyst 2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copper content was 20% by weight.

실시예 3 Example 3

구리 함량을 30중량%로 한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 Cu30/r-Al2O3 촉매체(SR 촉매3)를 제조하였다.
A Cu30 / r-Al 2 O 3 catalyst body (SR catalyst 3) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copper content was 30% by weight.

실시예 4Example 4

실시예1에서 H2O 50℃, 800ml에 r-Al2O3 (Alfa Aesar)을 넣고 30분 동안 stirring 한 후, 구리를 넣기 전에 Modenite(MD)를 촉매 전체 중량의 5중량%, 10중량% 또는 20중량%가 되도록 넣고 2시간 동안 stirring 한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 각각 Cu10/r-Al2O3 + Md 5%(SR 촉매4-1), Cu10/r-Al2O3 + Md 10%(SR 촉매4-2), Cu10/r-Al2O3 + Md 20%(SR 촉매4-3)를 제조하였다.
In Example 1, r-Al 2 O 3 (Alfa Aesar) was added to 800 ml of H 2 O 50 ° C., stirred for 30 minutes, and Modenite (MD) was added to 5 wt% and 10 wt% of the total weight of the catalyst before adding copper. % Or 20% by weight, except for stirring for 2 hours, the same method as in Example 1 was carried out Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md 5% (SR catalyst 4-1), Cu10 / r- Al 2 O 3 + Md 10% (SR catalyst 4-2) and Cu 10 / r-Al 2 O 3 + Md 20% (SR catalyst 4-3) were prepared.

실시예 5Example 5

실시예1에서 H2O 50℃, 800ml에 r-Al2O3 (Alfa Aesar)을 넣고 30분 동안 stirring 한 후, 구리를 넣기 전에 Zeoliteβ(ZB)를 촉매 전체 중량의 5중량%, 10중량% 또는 20중량%가 되도록 넣고 2시간 동안 stirring 한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 각각 Cu10/r-Al2O3 + ZB 5%(SR 촉매5-1), Cu10/r-Al2O3 + ZB 10%(SR 촉매5-2), Cu10/r-Al2O3 + ZB 20%(SR 촉매5-3)을 제조하였다.
In Example 1, after adding r-Al 2 O 3 (Alfa Aesar) to 800 ml of H 2 O 50 ° C. and stirring for 30 minutes, Zeolite β (ZB) was added to 5 wt% and 10 wt% of the total weight of the catalyst before adding copper. % Or 20% by weight, except that the mixture was stirred for 2 hours, the same method as in Example 1 was carried out Cu10 / r-Al 2 O 3 + ZB 5% (SR catalyst 5-1), Cu10 / r- Al 2 O 3 + ZB 10% (SR catalyst 5-2) and Cu 10 / r-Al 2 O 3 + ZB 20% (SR catalyst 5-3) were prepared.

실시예 6Example 6

실시예1에서 H2O 50℃, 800ml에 r-Al2O3 (Alfa Aesar)을 넣고 30분 동안 stirring 한 후, 구리를 넣기 전에 ZSM5을 촉매 전체 중량의 5중량%, 10중량% 또는 20중량%가 되도록 넣고 2시간 동안 stirring 한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 각각 Cu10/r-Al2O3 + ZM 5%(SR 촉매6-1), Cu10/r-Al2O3 + ZM 10%(SR 촉매6-2), Cu10/r-Al2O3 + ZM 20% (SR 촉매6-3)를 제조하였다.
In Example 1, after adding r-Al 2 O 3 (Alfa Aesar) to 800 ml of H 2 O 50 ° C. and stirring for 30 minutes, ZSM 5 was added to 5 wt%, 10 wt%, or 20 wt% of the total weight of the catalyst before adding copper. Except for stirring to 2% by weight to give the same method as in Example 1 Cu10 / r-Al 2 O 3 + ZM 5% (SR catalyst 6-1), Cu10 / r-Al 2 O 3 + ZM 10% (SR catalyst 6-2) and Cu10 / r-Al 2 O 3 + ZM 20% (SR catalyst 6-3) were prepared.

도 1를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지장치(100)의 구체적인 구성을 살펴보면, 본 발명의 장치(100)는 제1촉매부(110)와 제1촉매부(110) 후단에 배치된 제2촉매부(120)를 포함하는데, 제1촉매부(110)와 제2촉매부(120)는 기체가 공급될 수 있는 형태로 서로 연결되는 구성을 갖는다. 도시하지는 않지만 제2촉매부(120)의 온도를 측정할 수 있는 온도센서를 포함하는 것이 바람직하다. Looking at the specific configuration of the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device 100 according to an embodiment of the present invention with reference to Figure 1, the device 100 of the present invention is a first catalyst 110 and a first catalyst ( 110, the second catalyst portion 120 disposed at the rear end, the first catalyst portion 110 and the second catalyst portion 120 has a configuration that is connected to each other in a form that can be supplied with gas. Although not shown, it is preferable to include a temperature sensor capable of measuring the temperature of the second catalyst unit 120.

제1촉매부(110)는 SR 촉매를 포함하는데, 일 실시예에서 SR 촉매는 실시예1 내지 8에서 제조된 촉매체일 수 있다.The first catalyst unit 110 includes an SR catalyst. In one embodiment, the SR catalyst may be a catalyst body prepared in Examples 1 to 8.

제1촉매부(110)는 DME엔진부(200)로부터 배기가스를 공급받을 수 있는 배기가스 주공급관(130)이 연결되는데 배기가스 주공급관(130)과 제1촉매부(110)의 연결부에는 스위칭 밸브(140)가 형성되어 배기가스 주공급관(130)을 통해 공급되는 배기가스를 제1촉매부(110)로 모두 전달하거나 일정 조건에서는 일부만 전달하고 나머지 배기가스는 스위칭 밸브(140)와 연결되면서 제2촉매부(120)의 전단으로 연결되도록 형성된 배기가스 부공급관(150)을 통해 제1촉매부(110)를 거치지 않고 제2촉매부(120)로 전달할 수 있도록 구성된다.The first catalyst unit 110 is connected to an exhaust gas main supply pipe 130 that can receive the exhaust gas from the DME engine unit 200, and is connected to the exhaust gas main supply pipe 130 and the first catalyst unit 110. A switching valve 140 is formed to transfer all of the exhaust gas supplied through the exhaust gas main supply pipe 130 to the first catalyst unit 110 or only a portion of the exhaust gas under a predetermined condition, and the remaining exhaust gas is connected to the switching valve 140. While passing through the exhaust gas sub-supply pipe 150 formed to be connected to the front end of the second catalyst unit 120 is configured to be delivered to the second catalyst unit 120 without passing through the first catalyst unit 110.

또한, 제1촉매부(110)에는 디메틸에테르 저장부와 연결된 인젝터 노즐(180)이 형성되어, 디메틸에테르의 유량이 제1촉매부(110)에 공급되는 전체공급가스의 5%이하가 되도록 제어되어 공급되도록 한다.In addition, an injector nozzle 180 connected to the dimethyl ether storage unit is formed in the first catalyst unit 110 to control the flow rate of dimethyl ether to be 5% or less of the total supply gas supplied to the first catalyst unit 110. To be supplied.

배기가스 주공급관(130) 및/또는 인젝터 노즐(180)에 의해 제1촉매부(110)로 배기가스 및/또는 디메틸에테르가 공급되면, 상술된 바와 같이 SR 촉매체에 의해 SR 촉매 개질 반응이 일어나 환원제가 발생된다.When the exhaust gas and / or dimethyl ether are supplied to the first catalyst unit 110 by the exhaust gas main supply pipe 130 and / or the injector nozzle 180, the SR catalyst reforming reaction is performed by the SR catalyst as described above. Rise and a reducing agent is generated.

제1촉매부(110)에서 발생된 환원제는 일정 조건에 따라 제2촉매부(120)로 공급되거나 DME 엔진부(200)로 공급되어야 하므로, 제1촉매부(110)에서 DME 엔진부(200)로 환원제를 공급하는 제1 환원제 공급관(160)과 제2촉매부(120)로 환원제를 공급하는 제2환원제 공급관(170)이 밸브에 의해 연결되어 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 환원제가 제2촉매부(120)로 공급되는 조건에서는 제1환원제 공급관(160)의 밸브가 잠기면서 제2환원제 공급관(170)의 밸브가 열리고, 환원제가 DME 엔진부(200)로 공급되는 조건에서는 제1환원제 공급관(160)의 밸브가 열리고 제2환원제 공급관(170)의 밸브가 잠기도록 용이하게 제어할 수 있기 때문이다. 또한, 환원제가 DME 엔진부(200)로 공급되는 조건에서는 스위칭 밸브(140)가 제2촉매부(120)의 전단 즉 제2환원제 공급관(170)으로 연결되도록 형성된 배기가스 부공급관(150)으로 연결되어 대부분의 배기가스가 제1촉매부(110)를 거치지 않고 제2촉매부(120)로 전달된다. Since the reducing agent generated in the first catalyst unit 110 must be supplied to the second catalyst unit 120 or the DME engine unit 200 according to a predetermined condition, the DME engine unit 200 in the first catalyst unit 110. It is preferable that the first reducing agent supply pipe 160 for supplying the reducing agent to the second) and the second reducing agent supply pipe 170 for supplying the reducing agent to the second catalyst unit 120 are connected by a valve. That is, under the condition that the reducing agent is supplied to the second catalyst unit 120, the valve of the second reducing agent supply pipe 170 is opened while the valve of the first reducing agent supply pipe 160 is closed, and the reducing agent is supplied to the DME engine unit 200. This is because the valve of the first reducing agent supply pipe 160 can be opened and the valve of the second reducing agent supply pipe 170 can be easily locked under the condition. In addition, under the condition that the reducing agent is supplied to the DME engine unit 200, the switching valve 140 is connected to the front end of the second catalyst unit 120, that is, to the exhaust gas sub-supply pipe 150 formed to be connected to the second reducing agent supply pipe 170. Most of the exhaust gas is connected to the second catalyst unit 120 without passing through the first catalyst unit 110.

경우에 따라서는 도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지장치(100)와 같이, 제1촉매부(110)의 전단에 제3촉매부(190)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. In some cases, such as nitrogen oxide reduction and anti-knocking device 100 according to another embodiment of the present invention shown in Figure 2, further includes a third catalyst 190 in front of the first catalyst unit 110 It can be configured to.

제3촉매부(190)는 공지된 구성의 디젤산화촉매장치(DOC=Diesel Oxidation Catalyst)로서, 제2촉매부(110)의 촉매반응을 촉진시킬 수 있는 효과가 있다. The third catalyst unit 190 is a diesel oxidation catalyst device (DOC = Diesel Oxidation Catalyst) having a known configuration, and has an effect of promoting the catalytic reaction of the second catalyst unit 110.

본 발명의 실시예들에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지장치에서 제1촉매부(110) 후단에 배치되는 제2촉매부(120) 및 제1촉매부(110) 전단에 배치되는 제3촉매부(190)는 공지된 구성을 그대로 사용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.In the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device according to the embodiments of the present invention, the second catalyst part 120 and the third catalyst part disposed at the front end of the first catalyst part 110 are disposed at the rear end of the first catalyst part 110. Since the known configuration 190 may be used as it is, a detailed description thereof will be omitted.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예들에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지 장치(100)는 온도센서(미도시)에서 감지된 제2촉매부(120)의 온도에 따라 제1촉매부(110)에서 생성된 환원제를 DME 엔진부(200) 또는 제2촉매부(120)로 공급되도록 각 공급관에 형성된 밸브가 자동조절 되도록 제어될 수 있다.
Nitrogen oxide reduction and anti-knock device 100 according to embodiments of the present invention having such a configuration is the first catalyst unit 110 according to the temperature of the second catalyst unit 120 sensed by a temperature sensor (not shown) In order to supply the reducing agent generated in the DME engine unit 200 or the second catalyst unit 120 may be controlled to automatically adjust the valve formed in each supply pipe.

실험예 1Experimental Example 1

실시예 1 및 2에서 함침법으로 제조한 Cu10/r-Al2O3 및 Cu20/r-Al2O3 powder의 TEM 이미지(x100k)로 Cu 입자의 크기 및 분산도를 관찰하고 그 결과를 도 3의 (a)에 도시하였다.The TEM images (x100k) of Cu10 / r-Al 2 O 3 and Cu20 / r-Al 2 O 3 powders prepared by the impregnation method in Examples 1 and 2 were used to observe the size and dispersion of Cu particles and to show the results. It is shown in 3 (a).

도 3의 (a)는 Cu 입자 형태와 크기는 Cu 함량에 따라서 다른 것을 보여주는데, Cu 함유량이 증가 할수록 Cu 입자의 크기는 성장하며 응집됨을 보여주고 있다. 따라서 Cu를 10중량% 함유한 SR 촉매가 20중량%, 30중량%를 함유한 촉매보다 분산성이 더욱 높고 표면적 커지는 것을 알 수 있었다.
3 (a) shows that the shape and size of the Cu particles are different depending on the Cu content. As the Cu content increases, the size of the Cu particles grows and aggregates. Therefore, it was found that the SR catalyst containing 10% by weight of Cu had a higher dispersibility and a larger surface area than the catalyst containing 20% by weight and 30% by weight.

실험예2Experimental Example 2

실시예4 내지 6에서 제조된 Cu10/r-Al2O3 + modnite(20%), Cu10/r-Al2O3 + ZSM5(20%), Cu10/r-Al2O3 + Zeoliteβ(20%) 입자의 표면형태를 SEM 이미지로 관찰하고 그 결과를 도 3의 (b)에 도시하였다. 도 3의 (b)는 ZSM5 와 Modenite의 입자 형태는 Cu10/r-Al2O3 와 상당히 다르지만 Zeolite β는 매우 유사함을 보여주고 있다. ZSM5와 Modenite의 입자 하나의 크기가 상당히 크지만 그 속에 상당히 작은 미세 세공을 가지고 있어 비표면적이 상당히 넓지만 SEM 이미지로는 관찰되지 않았다.
Cu 10 / r-Al 2 O 3 + modnite (20%), Cu 10 / r-Al 2 O 3 + ZSM 5 (20%), Cu 10 / r-Al 2 O 3 + Zeolite β (20 prepared in Examples 4 to 6 %) The surface morphology of the particles was observed by SEM image and the results are shown in (b) of FIG. 3 (b) shows that the particle shape of ZSM5 and Modenite is significantly different from that of Cu10 / r-Al 2 O 3 , but Zeolite β is very similar. One particle of ZSM5 and Modenite is quite large but has very small micropores, so the specific surface area is quite large, but it is not observed in the SEM image.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지 장치의 작용효과를 입증하기 위해 실험예3 내지 13에서는 다음과 같은 실험장치 및 실험방법을 이용하였다.
In addition, Experimental Examples 3 to 13 used the following experimental apparatus and test method in order to demonstrate the effect of reducing the nitrogen oxide and anti-knocking device according to the embodiments of the present invention.

실험 장치 및 실험방법Experiment apparatus and method

본 발명의 질소산화물저감 및 노킹방지 장치에 사용된 각각의 촉매에 대한 평가는 실험실 규모의 상압고정층 모델가스 촉매반응 장치를 이용하여 수행하였다. 실험에 사용한 SR촉매(지름18mm, 길이30mm, 400cell per square inch (cpsi), honeycomb type, cordierite)는 LNT와 비교해서 2:1 크기의 비(SR:LNT)를 갖는다. SR촉매와 LNT의 열원은 전기로를 이용하여 공급하였다. SR촉매의 온도를 실제 자동차와 비슷하게 하기 위해서 DME 개질 촉매의 후단(T2)을 기준으로 하여 관찰하였다. GC (Gas-Chromatograph, HP 6890)를 이용하여 DME와 메탄올은 FID (Flame Ionized Detector)로 측정하였고, H2 .CH4, CO, O2는 TCD (Thermal Conductivity Detector)로 측정하였다. 컬럼은 PLOT U (Aglient)와 Molecular sieve 5A (Alglient)를 사용하였다. 그리고 CO2는 NDIR(Non-Dispersive Infrared, HORIBA 554JK) 분석기로 측정하였다. Evaluation of each catalyst used in the nitrogen oxide reduction and anti-knocking apparatus of the present invention was performed using a laboratory scale atmospheric fixed bed model gas catalysis apparatus. The SR catalyst (18mm diameter, 30mm length, 400cell per square inch (cpsi), honeycomb type, cordierite) used in the experiment has a ratio of 2: 1 compared to LNT (SR: LNT). The heat source of the SR catalyst and LNT was supplied using an electric furnace. In order to make the temperature of the SR catalyst similar to the actual vehicle, it was observed based on the rear end (T2) of the DME reforming catalyst. Using GC (Gas-Chromatograph, HP 6890), DME and methanol were measured by Flame Ionized Detector (FID) and H 2. CH 4 , CO, O 2 was measured by TCD (Thermal Conductivity Detector). Columns were PLOT U (Aglient) and Molecular sieve 5A (Alglient). And CO 2 was measured by NDIR (Non-Dispersive Infrared, HORIBA 554JK) analyzer.

DME 변환율은 촉매 반응부의 입구와 출구의 가스 농도로부터DME conversion(%) = (([DMEin] - [DMEout]) / [DMEin]) ㅧ 100의 식으로 구하였다. 반응물의 yield ratio는 측정하기 전에 표준값을 구했으며, CO2는 (생성된 CO2 ?? 공급된 CO2 5%)으로 나타내었다. Production(%) = ((react gases yield ratio / ((H2+CO+CH4+CO2) yield ratio) ㅧ DME conversion ratio(%))로 구했다. 그리고 각각의 혼합물의 각각의 합은 DME conversion 이다. SR 촉매의 온도는 200℃부터 450℃까지 steady condition에서 실험을 수행하였다. The DME conversion rate was calculated from the gas concentration at the inlet and outlet of the catalytic reaction part by the formula DME conversion (%) = (([DME in ]-[DME out ]) / [DME in ]) ㅧ 100. The yield ratio of the reactants was determined by standard values before measurement, and CO 2 was expressed as (generated CO 2 ?? 5% supplied CO 2 ). Production (%) = ((react gases yield ratio / ((H 2 + CO + CH 4 + CO 2 ) yield ratio) ㅧ DME conversion ratio (%))), and the sum of each mixture of DME conversion The temperature of SR catalyst was carried out under steady conditions from 200 ° C to 450 ° C.

NOx 정화율 평가는 상용화된 LNT (지름18mm, 길이15mm, 400cpsi, cordierite, Umicore)를 사용하였다. SR+LNT 촉매에서 배출가스의 열전도로 인한 온도의 감소 때문에, 전단의 SR촉매와 후단의 LNT의 온도는 약 50℃ 차이가 난다. NOx 정화율은 FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, I2000, MIDAC)으로 측정하였다. 온도는 LNT를 기준으로 나타내었으며, 200℃부터 450℃까지 transient condition에서 실험을 수행하였다. The NOx purification rate was evaluated using commercialized LNT (18 mm diameter, 15 mm length, 400 cpsi, cordierite, Umicore). Due to the decrease in temperature due to the heat conduction of the exhaust gas in the SR + LNT catalyst, the temperature of the SR catalyst in the front and the LNT in the rear is different by about 50 ° C. NOx purification rate was measured by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (I2000, MIDAC). Temperature was expressed based on LNT, and the experiment was performed under transient conditions from 200 ° C to 450 ° C.

그리고 SR 촉매 전단에 switching 밸브를 설치하여 DME를 SR+LNT 복합장치 또는 LNT 에 공급하였다. NOx conversion(%) = (([NOxin] - [NOxout]) / [NOxin]) ㅧ 100의 식으로 구하였다. 상세한 실험조건에 대한 사항은 하기 표 1에 나타내었다.A switching valve was installed in front of the SR catalyst to supply the DME to the SR + LNT composite device or LNT. NOx conversion (%) = (([NOx in ]-[NOx out ]) / [NOx in ]) ㅧ 100 was obtained. Details of the experimental conditions are shown in Table 1 below.

Figure 112011063994502-pat00001
Figure 112011063994502-pat00001

실험예3Experimental Example 3

실시예1 내지 실시예3에서 제조된 SR촉매1 내지 3을 이용하여 상술된 실험장치 및 방법으로 DME SR 촉매반응을 수행한 후 DME 변환율 및 H2 생성율을 측정하여 도 4a에 도시하였다.
After performing the DME SR catalysis using the experimental apparatus and method described above using the SR catalysts 1 to 3 prepared in Examples 1 to 3, the DME conversion rate and the H 2 production rate were measured and are shown in FIG. 4A.

실험예4Experimental Example 4

SR 촉매로 실시예4에서 제조된 SR 촉매 4-1 내지 4-3을 사용한 것을 제외하면 실험예3과 동일한 방법으로 DME 변환율 및 H2 생성율을 측정하여 도 4b에 도시하였다.
Except for using the SR catalyst 4-1 to 4-3 prepared in Example 4 as the SR catalyst was measured in DME conversion and H 2 production in the same manner as in Experimental Example 3 shown in Figure 4b.

실험예5Experimental Example 5

SR 촉매로 실시예5에서 제조된 SR 촉매 5-1 내지 5-3을 사용한 것을 제외하면 실험예3과 동일한 방법으로 DME 변환율 및 H2 생성율을 측정하여 도 4c에 도시하였다.
Except for using the SR catalyst 5-1 to 5-3 prepared in Example 5 as the SR catalyst was measured in DME conversion and H 2 production in the same manner as in Experimental Example 3 shown in Figure 4c.

실험예6Experimental Example 6

SR 촉매로 실시예6에서 제조된 SR 촉매 6-1 내지 6-3을 사용한 것을 제외하면 실험예3과 동일한 방법으로 DME 변환율 및 H2 생성율을 측정하여 도 4d에 도시하였다.
Except for using the SR catalysts 6-1 to 6-3 prepared in Example 6 as the SR catalyst was measured in DME conversion and H 2 production in the same manner as in Experimental Example 3 shown in Figure 4d.

실험예3 내지 6의 결과가 도시된 도4a 내지 도4d를 참조하여 SR 촉매에서 H2 생성율에 영향을 미치는 요인을 살펴보면 다음과 같다.Referring to Figures 4a to 4d shown the results of Experimental Example 3 to 6 will be described the factors influencing the H 2 production rate in the SR catalyst.

먼저 도 4a로부터 SR 촉매에서 H2 생성율은 Cu 함량에 영향을 받는 것을 알 수 있다. 즉 r-Al2O3에 Cu 를 10%, 20%, 그리고 30% 혼합한 SR 촉매1 내지 3 중에서 SR 촉매 1(Cu10/r-Al2O3)이 350℃에서 56%을 나타내었으며, 가장 높은 H2 생성율을 보여주었음을 알 수 있기 때문이다. 따라서 Cu의 함유량은 10%, 20% 및 30% 중에서 10%가 최적임을 알 수 있어 실험예4 내지 6에서는 r-Al2O3에 Cu를 10% 혼합한 SR 촉매1에 3종의 제올라이트를 다른 함량으로 포함하도록 제조된 SR촉매 4-1 내지 SR 촉매 6-3을 사용하였다. First, it can be seen from FIG. 4A that the H 2 generation rate in the SR catalyst is affected by the Cu content. I.e., which it showed 56% at the 350 ℃ r-Al 2 O 3 in the Cu 10%, 20%, and 30% a mixture of SR catalyst 1-3 in SR catalyst 1 (Cu10 / r-Al 2 O 3), This is because it showed the highest H 2 production rate. Therefore, the Cu content was found to be optimal among 10%, 20%, and 30%. In Experimental Examples 4 to 6, three zeolites were added to SR catalyst 1 in which 10% Cu was mixed with r-Al 2 O 3 . SR catalysts 4-1 to SR catalyst 6-3, prepared to include in different amounts, were used.

실험예 4 내지 실험예6의 결과가 도시된 도4b 내지 도4d로부터 제올라이트를 혼합한 SR 촉매 중에서, 특히 SR 촉매 4-2(Modenite 10%), SR 촉매 5-3(Zeolite β 20%) SR 촉매 6-1(ZSM5 5%)이 높은 H2 생성율을 보였음을 알 수 있다. 제올라이트의 함유랑에 따른 H2 생성율의 차이는 각각의 제올라이트의 특성에 따른 것이며, 특히 Modenite 10% 를 혼합한 SR 촉매가 300℃에서 58%, 350℃에서 73%를 나타내어 실험한 촉매 중에서 가장 높은 H2 생성율을 보였다. 이것은 기존의 Cu10/r-Al2O3 촉매가 300℃에서 보여준 약 10%의 H2 생성율보다 48%의 개선효과를 보이는 것인데 대해, Mordenite가 SR 반응시 메탄올이 생성되기 때문에 다른 제올라이트 보다 H2 생성에 더욱 유리한 것으로 예측된다. 따라서, r-Al2O3 에 제올라이트의 적절한 혼합은 DME 가수분해를 향상시켜 저온에서 H2 생성에 유리함을 알 수 있다. Among SR catalysts mixed with zeolites from FIGS. 4B to 4D in which the results of Experimental Examples 4 to 6 are shown, in particular, SR catalyst 4-2 (Modenite 10%), SR catalyst 5-3 (Zeolite β 20%) SR It can be seen that Catalyst 6-1 (ZSM5 5%) showed a high H 2 production rate. The difference in the H 2 production rate according to the content of zeolite depends on the characteristics of each zeolite. In particular, the SR catalyst mixed with Modenite 10% showed 58% at 300 ° C and 73% at 350 ° C. H 2 production rate was shown. This is for geotinde showing a 48% improvement than about 10% of the H 2 generation rate, the existing Cu10 / r-Al 2 O 3 catalyst claimed at 300 ℃, because Mordenite has become a methanol when SR reaction product than other zeolites H 2 It is expected to be more advantageous for production. Therefore, it can be seen that proper mixing of zeolite with r-Al 2 O 3 improves DME hydrolysis and is advantageous for H 2 generation at low temperatures.

한편 도시하지는 않았지만 500℃에서 역수성가스 반응으로 인해서 모든 촉매에서 수소 생성율 감소와 더불어 CO 생성율은 증가하였으며, DME decomposition으로 CH4가 생성되었다.On the other hand, although not shown, due to the reverse water gas reaction at 500 ℃, the CO production rate increased with the decrease of hydrogen production rate in all catalysts, CH 4 was produced by DME decomposition.

상술된 실험예 3의 결과와 비교하면 실험예4 내지 실험예6의 결과들은 Cu10/r-Al2O3와 제올라이트가 적절히 혼합된 촉매의 경우 제올라이트가 DME SR 반응을 촉진시키기 때문에 기존의 Cu10/r-Al2O3보다 H2 와 CO2 생성율 향상에 상당히 유리함을 보여주므로, 이 후 실험은 H2 생성율이 가장 좋은 SR 촉매 4-2[Cu10/ r-Al2O3+ MD10%] 촉매를 이용하여 실험하였다.
Compared with the results of Experimental Example 3 described above, the results of Experimental Examples 4 to 6 show that Cu 10 / r-Al 2 O 3 and zeolite promote the DME SR reaction because the zeolite promotes the DME SR reaction. Since R-Al 2 O 3 shows a significant advantage in improving H 2 and CO 2 production rates, subsequent experiments show that SR catalyst 4-2 [Cu10 / r-Al 2 O 3 + MD10%] catalyst has the best H 2 production rate. It was experimented using.

실험예 7Experimental Example 7

일반적으로 희박한 운전범위(λ=1.5)에서 운전하는 자동차의 배출가스에는 CO2와 O2가 약 5%와 10% 존재한다. LNT를 후처리 장치로 사용하려면 주기적인 농후한 운전영역으로 O2농도를 감소시켜 주어야한다. 따라서 SR 촉매로 SR 촉매1 또는 SR 촉매 4-2를 사용하고, CO2 및/또는 O2가 존재하도록 한 것을 제외하면 실험예3과 동일한 방법으로 H2 생성율과 O2 변환율을 측정하여 도5에 도시하였다. In general, about 5% and 10% of CO 2 and O 2 are present in the exhaust gas of vehicles driving in the lean driving range (λ = 1.5). In order to use LNT as a post-treatment device, it is necessary to reduce the concentration of O 2 to a periodically rich operating range. Therefore, SR catalyst 1 or SR catalyst 4-2 was used as the SR catalyst, and H 2 production rate and O 2 conversion rate were measured in the same manner as in Experimental Example 3 except that CO 2 and / or O 2 were present. Shown in

보다 구체적으로 살펴보면, 도5(a)는 SR 촉매 1을 사용하고 CO2가 5% 존재하는 조건에서 SR반응을 수행하고 H2 생성율과 O2 변환율을 측정한 결과이고, 도5(b) 내지 도5(d)는 SR 촉매 4-2를 사용하고, CO2 5%, CO2 5% + O2 0.5%, CO2 5% + O2 1% 조건에서 얻어진 결과이다. In more detail, Figure 5 (a) is a result of performing the SR reaction using SR catalyst 1 and the presence of 5% CO 2 and measuring the H 2 production rate and O 2 conversion rate, Figure 5 (b) to Figure 5 (d) shows the result using the SR catalyst 4-2, and resulting in CO 2 5%, CO 2 5 % + O 2 0.5%, CO 2 5% + O 2 1% conditions.

CO2가 존재하지 않은 조건에서 SR 반응이 수행된 실험예3 내지 6의 결과와 비교하면, H2 생성율은 각각 최대 15% 감소하였음을 알 수 있다. 특히, CO2가 5% 존재할 때[도 5(a),(b)], 350℃ 영역에서 SR 촉매 4-2(Cu10/r-Al2O3+Md10)가 SR 촉매1 (Cu10/r-Al2O3)보다 H2 생성율이 최대 25% 더 높은데, 이는 물리적으로 혼합된 Mordenite의 효과이다. SR 반응에서 CO2 존재로 인한 다른 부반응은 발생하지 않았다. 그리고 O2가 존재할 때[도 5(c), (d)], 부분산화반응이 SR 반응보다 먼저 발생하며, O2가 존재하지 않을 때 보다[도 5(b)] H2 생성율은 감소, CO2 생성율은 증가하고 있음을 알 수 있다. 그리고 부분산화 반응이 끝난 350℃ 이상부터 H2 생성율은 증가하기 시작한다[도 5(c)]. O2의 농도가 1%일 때 이 같은 경향은 더욱 명확하다[도 6(d)] . O2가 존재할 때, DME SR 반응을 좀 더 세밀히 살펴보면, DME가 SR 촉매에서 하이드로카본 종 (HCHO, HCOOH, HCOO 등)으로 일시 변했다가 다시 H2와 CO2로 환원되는 과정을 거치지만, O2의 존재로 인해서 이러한 중간생성물들이 O2와 산화반응을 하여 H2가 생성되지 못해 결국 H2 생성율은 감소하였으며, CO2는 증가한 것으로 예측된다.
Compared with the results of Experimental Examples 3 to 6 in which the SR reaction was performed under the absence of CO 2 , it can be seen that the H 2 production rates decreased by up to 15%, respectively. In particular, when 5% CO 2 is present (FIG. 5 (a), (b)), SR catalyst 4-2 (Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10) is SR catalyst 1 (Cu10 / r -Al 2 O 3 ) is up to 25% higher H 2 production rate, which is the effect of physically mixed Mordenite. No other side reactions occurred due to the presence of CO 2 in the SR reaction. And when O 2 is present [Fig. 5 (c), (d)], the partial oxidation reaction occurs before the SR reaction, and the H 2 production rate is lower than when O 2 is not present [Fig. 5 (b)]. It can be seen that the CO 2 production rate is increasing. And H 2 generation rate starts to increase from 350 degreeC or more after the partial oxidation reaction (FIG. 5 (c)). This tendency is more evident when the concentration of O 2 is 1% (Fig. 6 (d)). In the presence of O 2 , a closer look at the DME SR reaction shows that the DME is temporarily changed from SR catalyst to a hydrocarbon species (HCHO, HCOOH, HCOO, etc.) and then reduced back to H 2 and CO 2 . Due to the presence of 2 , these intermediates do not oxidize with O 2 to produce H 2 , resulting in a decrease in H 2 production and an increase in CO 2 .

실험예8Experimental Example 8

희박한 운전조건의 DME 자동차 배출가스 중에는 NO와 NO2가 존재한다. 따라서 SR 촉매로 SR 촉매1 또는 SR 촉매 4-2를 사용하고, NO 및/또는 NO2가 존재하도록 한 것을 제외하면 실험예3과 동일한 방법으로 H2 생성율과 NO와 NO2 변환율을 측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다. NO and NO 2 are present in DME vehicle emissions under lean driving conditions. Therefore, SR catalyst 1 or SR catalyst 4-2 was used as the SR catalyst, except that NO and / or NO 2 were present, and the H 2 production rate and the NO and NO 2 conversion rate were measured in the same manner as in Experimental Example 3 The results are shown in FIG.

도6으로부터 NO 500ppm과 NO2 250ppm 이 존재할 때, H2 생성율은 감소하고 있음을 알 수 있다. It can be seen from FIG. 6 that when 500 ppm NO and 250 ppm NO 2 are present, the H 2 production rate is decreasing.

특히 도6(a)에 도시된 바와 같이 SR 촉매1(Cu10/r-Al2O3)은 NO 500ppm 이 존재할 때, 350℃에서 H2 생성율은 20% 이며, 도6(6)에 도시된 바와 같이 SR 촉매4-2(Cu10/r-Al2O3+Md10)는 350℃에서 H2 생성율이 38%이다. H2 생성율은 NO와 NO2가 모두 존재하지 않는 상태에서 SR 반응이 수행된 실험예3 내지 6의 결과와 비교하면, 350℃에서 각각 약 40% 감소하였다. In particular, as shown in FIG. 6 (a), SR catalyst 1 (Cu10 / r-Al 2 O 3 ) has a H 2 generation rate of 20% at 350 ° C. when 500 ppm of NO is present, and is shown in FIG. 6 (6). As described above, the SR catalyst 4-2 (Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10) has a H 2 generation rate of 38% at 350 ° C. Compared with the results of Experiments 3 to 6 where the SR reaction was performed in the absence of both NO and NO 2 , H 2 production rate was reduced by about 40% at 350 ° C., respectively.

그리고 NO의 존재는 두 촉매 모두 450℃에서 CH4가 일부 생성되며, 도시하지는 않았지만 반응온도가 상승할수록 DME decomposition에 의한 CH4 생성율 역시 증가하였다. 그러나 도6(c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 NO2가 250ppm 존재할 때 CH4는 생성되지 않았다. DME SR 반응에서 지금까지 보고된 CH4 생성경로는 2가지이다. DME decomposition, 그리고 CO methanation이다. CH4는 DME decompsition에 의해 형성된 CH3 화학종의 수소화 를 통하여 발생될 수 있으나, NO2 250ppm이 존재할 때 촉매 표면에 흡착된 CH3는 NO2가 환원될 때 생성된 O2 화학종에(O*) 의해서 CO2로 부분 산화 되기 때문에 CO2 생성율은 증가하며, CH4는 생성되지 않은 것으로 예측된다. In the presence of NO, both catalysts produced CH 4 at 450 ° C., although not shown, as the reaction temperature increased, CH 4 production rate also increased by DME decomposition. However, CH 4 was not produced when 250 ppm of NO 2 was present as shown in Figs. 6 (c) and (d). There have been two reported CH 4 production pathways in the DME SR reaction. DME decomposition, and CO methanation. CH 4 can be generated through hydrogenation of the CH 3 species formed by DME decompsition, but CH 3 adsorbed on the catalyst surface when 250 ppm of NO 2 is present in the O 2 species produced when NO 2 is reduced. *) increase because the partial oxidation of to CO 2 is CO 2 generation rate and by, CH 4 is predicted to be not generated.

NO2 250ppm 공존은 도6(c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 H2 생성율이 약 45%까지 감소하였다. NO2 의 존재는 SR 촉매 표면에 일부 흡착하여 SR반응에 blocking 을 발생시키며, NO2가 N2로 환원될 때 생성된 O2화학종의 산화반응 때문에 NO 500ppm이 존재할 때보다[도6(b)] H2 생성율은 더욱 감소하며, CO2 생성율은 증가하는 결과를 나타내고 있다. 400℃ 이상부터는 역수성가스 반응으로 CO2생성율은 감소하며 CO생성율은 증가하고 있다고 보여지는데, 일부 연구자는 DME의 가수분해에 의해서 생성된 메탄올의 decomposition 때문에 생성된 CO라고 주장하기도 한다. Coexistence of 250 ppm NO 2 reduced the H 2 production rate by about 45% as shown in FIGS. 6 (c) and (d). The presence of NO 2 causes partial adsorption on the surface of the SR catalyst, causing blocking of the SR reaction, and due to the oxidation reaction of the O 2 species generated when NO 2 is reduced to N 2 [Fig. 6 (b) )] H 2 production rate is further reduced, CO 2 production rate is increasing results. From more than 400 ℃ station aqueous reaction gas to CO 2 production rate decreases and makin assumed CO production rate increases, some researchers are also claimed to be generated because CO decomposition of the methanol generated by the hydrolysis of DME.

지금까지의 연구에 따르면 DME SR 촉매에 관한 연구는 연료전지에 공급하기 위해서 H2를 생성하기 위한 연구가 주류를 이루고 있다. 그런데 DME SR 반응으로부터 생성된 CO는 연료전지의 성능 저하를 일으키기 원인이 되기 때문에, 연료전지용 SR촉매에 관한 연구는CO 발생을 최소화 시켜 CO2 선택성을 향상시키려는 연구가 진행되고 있다. 그러나 본 발명에서는 SR 촉매에서 생성된 환원제 즉 H2와 CO를 LNT의 환원제와 DME엔진의 성능 향상에 이용하려고 하므로, CO 역시 우수한 LNT의 환원제와 노킹 방지제인 이상 CO 생성은 전혀 문제되지 않는다. Until now, research on DME SR catalysts has been mainly focused on generating H 2 to supply fuel cells. However, since the CO generated from the DME SR reaction causes the deterioration of the fuel cell, research on the fuel cell SR catalyst has been conducted to improve CO 2 selectivity by minimizing CO generation. However, in the present invention, since the reducing agent generated from the SR catalyst, that is, H 2 and CO, is used to improve the performance of the reducing agent of the LNT and the DME engine, the CO generation is not a problem as long as CO is also an excellent reducing agent of the LNT and an anti-knocking agent.

Cu10/r-Al2O3+Md10촉매에 NO2 250ppm 공존[도6(c)] 조건에서는 250℃에서 90% 이상이NO로 환원되었다. 이는 SR 반응을 할 때 생성되는 중간생성물인 CH3O와 반응하여 다시 NO로 환원된 것으로 예측된다. 도 6 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 NO 정화율은 300℃에서 70%와 90% 이상 N2 로 환원되었으며, Cu10/r-Al2O3촉매보다 더 높은 정화율을 나타내고 있음을 알 수 있다.In the presence of 250 ppm of NO 2 in the Cu 10 / r-Al 2 O 3 + Md 10 catalyst (FIG. 6 (c)), at least 90% was reduced to NO at 250 ° C. This is expected to be reduced to NO again by reacting with CH 3 O, an intermediate product produced during the SR reaction. As shown in Figure 6 (b) and (c) the NO purification rate was reduced to more than 70% and 90% N 2 at 300 ℃, showing a higher purification rate than the Cu 10 / r-Al 2 O 3 catalyst It can be seen.

일반적으로 Cu-based/r-Al2O3촉매는 NOx를 환원 시킬 수 있는 HC-SCR 촉매로도 널리 알려져 있는데, NO와 NO2가 존재할 때 DME SR 반응의 순서는 NO와 NO2 가 SR촉매에서 먼저 환원 반응을 하며, 그 후에 SR 반응으로부터 H2가 생성되었음을 알 수 있다.
In general, Cu-based / r-Al 2 O 3 catalysts are also widely known as HC-SCR catalysts capable of reducing NOx. In the presence of NO and NO 2 , the sequence of DME SR reaction is that NO and NO 2 are SR catalysts. It can be seen that the reduction reaction is performed first at, and then H 2 is generated from the SR reaction.

실험예9Experimental Example 9

SR 촉매로 SR 촉매 4-2를 사용하고, NO 및/또는 O2가 존재하도록 한 것을 제외하면 실험예3과 동일한 방법으로 H2 생성율과 NO와 O2 변환율을 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. SR catalyst 4-2 was used as the SR catalyst, except that NO and / or O 2 were present, the H 2 production rate and the NO and O 2 conversion rate were measured in the same manner as in Experimental Example 3, and the results are shown in FIG. 7. Indicated.

SR 반응 중에 NO 및 O2의 공존은 H2 생성율을 많이 감소시킨다. NO 500ppm과 O2 1%의 공존은 도 7(b)에 도시된 바와 같이 O2가 존재하지 않을 때 보다[도7(a)] H2 생성율이 더욱 감소하며, O2는 400℃에서 80% 산화된 반면에 NO는 38% 환원되고 있다. 반응순서는 O2가 먼저 산화된 다음에 NO가 환원되며, O2의 산화반응 및 NO의 환원 반응이 끝난 450℃에서 H2 생성율이 45%를 나타낸다. The coexistence of NO and O 2 during the SR reaction greatly reduces the H 2 production rate. When NO 500ppm and O 2 1% coexistence does not exist, the O 2 as shown in Fig. 7 (b) than the Fig. 7 (a)] H 2 generation rate is, and further reduced, O 2 at 400 ℃ 80 % Is oxidized while NO is 38% reduced. In the reaction sequence, O 2 is first oxidized and then NO is reduced, and the H 2 generation rate is 45% at 450 ° C. after the oxidation of O 2 and the reduction of NO are completed.

또한 O2 5% 공존 [도7(c)]은 촉매에서 O2와 산화반응으로 대부분 CO2가 생성되었으며, H2는 거의 생성되지 않았다. 그리고 NO 역시 환원되지 못했으며, 부산물로 CH4는 생성되지 않았다. In addition, O 2 5% coexistence [FIG. 7 (c)] showed that most of CO 2 was produced by oxidation reaction with O 2 in the catalyst, and almost no H 2 was produced. NO was also not reduced, and CH 4 was not produced as a byproduct.

따라서, 실험예9의 결과로부터 DME 자동차의 배출가스를 이용하여 SR 촉매에서 DME를 H2로 개질하여 LNT의 환원제로 이용하려는 본 발명에서는 DME 자동차의 NOx 정화율을 향상시키기 위해 환원제로 공급되는 H2 생성율이 높을수록 유리하기 때문에 O2를 저감하는 것이 중요한 것을 알 수 있다.
Therefore, from the results of Experiment 9, in the present invention to use the exhaust gas of the DME vehicle to modify the DME to H 2 in the SR catalyst to be used as a reducing agent of the LNT, H is supplied as a reducing agent to improve the NOx purification rate of the DME vehicle. 2 It is understood that it is important to reduce O 2 because the higher the production rate, the better.

실험예10Experimental Example 10

LNT 전단에 SR 촉매를 설치한 SR + LNT 촉매를 포함하는 상술된 실험장치 및 실험방법을 이용하여 SR 반응으로 생성된 H2 와 CO와 같은 환원제를 LNT에 공급하여 de-NOx 성능을 향상시킬 수 있는지를 알기 위해 NOx 정화율을 측정하여 그 결과 도8에 도시하였다.(Total flow : 2L/min, DME 0.7%, H2O 5%, NO 500ppm, N2 balance, lean/rich time=55/5, lean: O2 10%, rich:O2 0%) 이 때 SR + LNT 촉매는 각각 SR촉매1+LNT [SR(Al)+LNT], SR촉매4-2+LNT [SR(MD10)+LNT], SR촉매5-3+LNT [SR(ZB20)+LNT], SR촉매6-1+LNT[SR(ZM5)+ LNT]을 사용하였다.By using the above-described experimental apparatus and method including the SR + LNT catalyst in which the SR catalyst is installed in the front of the LNT, reducing agents such as H 2 and CO generated by the SR reaction can be supplied to the LNT to improve de-NOx performance. In order to know whether the NOx purification rate was measured and the results are shown in Figure 8. (Total flow: 2L / min, DME 0.7%, H 2 O 5%, NO 500ppm, N 2 balance, lean / rich time = 55 / 5, lean: O 2 10%, rich: O 2 0%) SR + LNT catalyst is SR catalyst 1 + LNT [SR (Al) + LNT], SR catalyst 4-2 + LNT [SR (MD10) + LNT], SR catalyst 5-3 + LNT [SR (ZB20) + LNT], SR catalyst 6-1 + LNT [SR (ZM5) + LNT].

도 8로부터, SR 촉매 중에서 H2 생성율이 가장 높았던 SR촉매4-2[Cu10/r-Al2O3+Md10]를 사용한 SR(MD10)+LNT 촉매에서 NOx 정화율은 LNT보다 350℃에서 약 15% 향상되었다. 반면에 SR촉매5-3(Cu10/r-Al2O3+ZB20)을 사용한 SR(ZB20)+LNT 촉매의 NOx 정화율은 가장 낮았다. 이것은 SR촉매5-3가 DME 자동차의 배기조건을 이용한 SR 반응으로부터 생성되는 H2 생성율이 가장 낮기 때문인 것으로 예측된다. 결과적으로 SR 촉매에서 H2 생성율이 높을수록 SR+LNT 촉매에서 NOx 정화율은 향상되었다. 그러나 400℃ 이상의 온도에서 NOx 정화율은 감소하고 있다. 이는 고온에서 LNT의 NO 흡착량이 적어지기 때문에 흡착된 NO가 H2 와 반응하는 양이 적어지기 때문인 것으로 보인다.
From Fig. 8, the NOx purification rate of SR (MD10) + LNT catalyst using SR catalyst 4-2 [Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10], which had the highest H 2 generation rate among SR catalysts, was about 350 ° C. than LNT. 15% improvement. On the other hand, the NOx purification rate of SR (ZB20) + LNT catalyst using SR catalyst 5-3 (Cu10 / r-Al 2 O 3 + ZB20) was the lowest. This is presumably because SR catalyst 5-3 has the lowest H 2 generation rate generated from the SR reaction using the exhaust conditions of the DME vehicle. As a result, the higher the H 2 generation rate in the SR catalyst, the higher the NOx purification rate in the SR + LNT catalyst. However, at temperatures above 400 ° C, the NOx purification rate is decreasing. This is because the amount of NO adsorption of LNT at high temperature decreases because the amount of NO adsorbed with H 2 decreases.

실험예11Experimental Example 11

일반적으로 LNT를 후처리 시스템으로 사용하는 자동차에서는, NO2가 NO 보다 쉽게 환원되기 때문에 전단에 위치해 있는 Oxidation Catalyst(OC)에서 NO→NO2로 산화시켜 NOx 정화율을 향상시킨다.In general, in an automobile using LNT as a post-treatment system, since NO 2 is reduced more easily than NO, oxidation of NO → NO 2 in an oxidation catalyst (OC) located at the front end improves the NOx purification rate.

LNT 전단에 SR 촉매를 설치한 SR + LNT 촉매를 포함하는 상술된 실험장치 및 실험방법을 이용하여 도 2에 도시된 본 발명의 질소산화물저감 및 노킹방지 장치와 동일한 기능을 할 수 있도록 즉 제3촉매부가 SR 촉매 설치된 것과 동일한 효과를 갖도록 NO250ppm+NO2 250ppm을 공급한 후, SR 반응으로 생성된 H2 와 CO와 같은 환원제를 LNT에 공급하여 de-NOx 성능을 향상시킬 수 있는지를 알기 위해 NOx 정화율을 측정하여 그 결과 도9에 도시하였다.(Total flow : 2L/min, DME 0.7%, H2O 5%, NO 500ppm or NO250ppm+NO2 250ppm, N2 balance, lean/rich time=55/5sec, lean: O2 10%, rich:O2 0%,

Figure 112011063994502-pat00002
: from 200℃ to 350℃:SR+LNT, : over 350℃:LNT )By using the above-described experimental apparatus and experimental method including the SR + LNT catalyst provided with the SR catalyst in front of the LNT, it is possible to perform the same function as the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device of the present invention shown in FIG. After supplying 250ppm NO250ppm + NO 2 so that the catalyst part has the same effect as the SR catalyst installed, it is possible to supply a reducing agent such as H 2 and CO generated by the SR reaction to the LNT to improve the de-NOx performance. The purification rate was measured and the results are shown in FIG. 9. (Total flow: 2L / min, DME 0.7%, H 2 O 5%, NO 500ppm or NO250ppm + NO 2 250ppm, N 2 balance, lean / rich time = 55 / 5sec, lean: O 2 10%, rich: O 2 0%,
Figure 112011063994502-pat00002
: from 200 ℃ to 350 ℃: SR + LNT, : over 350 ℃: LNT)

그러나, Oxidation Catalyst(OC)에서 산화된 NO2가 SR 촉매에서 H2 생성율을 오히려 감소시키기 때문에 SR+LNT 촉매에서도 NOx 정화율은 감소하였음을 알 수 있다. 반면 LNT의 NOx 정화율은 NO 250ppm+NO2 250ppm 공급 시 NO 500ppm을 공급할 때 보다 350℃에서 12%, 400℃에서 15% 높아졌다. 그리고 400℃ 이상의 온도에서 SR+LNT 촉매의 NOx 정화율은 LNT 보다 더욱 큰 차이를 보이고 있다. 따라서 NO를 NO2로 산화시키는 능력이 우수한 Oxidation Catalyst(OC)를 사용했을 때, LNT의 NOx 정화율은 향상되지만, SR+LNT 촉매의 NOx 정화율은 오히려 감소된다. 그러므로, SR+LNT 촉매의 전단에 위치하는 OC는 DME 엔진이 배출하는 HCS 와 CO의 산화력은 높고, NO 산화력은 낮은 촉매를 사용하는 것이 더 유리할 것으로 판단된다. 또한, SR+LNT 촉매는 350℃ 이상의 온도에서 LNT와 거의 비슷한 NOx 정화율을 나타내기 때문에 SR 촉매로부터 생성된 H2를 유효하게 이용한다고 볼 수 없다. However, since NO 2 oxidized in the Oxidation Catalyst (OC) reduces the H 2 generation rate in the SR catalyst, it can be seen that the NO x purification rate also decreased in the SR + LNT catalyst. While NOx conversion efficiency of the LNT is increased 15% in 12%, 400 ℃ at 350 ℃ than to supply NO 500ppm 250ppm + NO 2 250ppm NO during supply. In addition, the NOx purification rate of SR + LNT catalyst at a temperature of 400 ° C. or more shows a greater difference than that of LNT. Therefore, the use of Oxidation Catalyst (OC) with excellent ability to oxidize NO to NO 2 improves the NOx purification rate of LNT, but rather reduces the NOx purification rate of SR + LNT catalyst. Therefore, OC located in the front of SR + LNT catalyst is more advantageous to use a catalyst with high oxidation power of HC S and CO and low NO oxidation power emitted by DME engine. In addition, since SR + LNT catalyst exhibits a NOx purification rate almost similar to LNT at a temperature of 350 ° C. or higher, H 2 produced from SR catalyst cannot be used effectively.

따라서 SR 촉매로부터 생성된 H2를 350℃까지는 LNT에 공급하고 350℃ 이상에서는 switching 밸브를 이용하여 DME를 LNT에 직접 공급하여 NOx 정화율을 다시 평가하였다[SR+LNT(

Figure 112011063994502-pat00004
)→LNT(
Figure 112011063994502-pat00005
)]. 그 결과, NOx 정화율은 350℃까지는 SR+LNT 촉매와 비슷한 경향을 나타내었으며, 350℃ 이상부터는 LNT와 비슷한 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. Therefore, H 2 produced from SR catalyst was supplied to LNT up to 350 ° C and DME was directly supplied to LNT using a switching valve at 350 ° C or higher to evaluate NOx purification rate again [SR + LNT (
Figure 112011063994502-pat00004
) → LNT (
Figure 112011063994502-pat00005
)]. As a result, the NOx purification rate showed a tendency similar to SR + LNT catalyst up to 350 ° C, and similar to LNT above 350 ° C.

그 결과, 도1 및 도2에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 질소산화물저감 및 노킹방지 장치와 같이 SR+LNT 촉매를 포함하도록 후처리장치를 구성하는 경우, DME 자동차에서 배출가스 및 그 열을 이용하는 SR 촉매에서 생성된 H2는 LNT의 최고 활성온도인 350℃를 기준으로 기준온도보다 낮을 경우는 배기후처리 장치 LNT의 환원제로 이용하고, 기준온도 이상의 온도에서는 DME 자동차의 엔진부에 공급하여 엔진성능 향상제로 이용할 수 있는 구성이 극히 효율적임을 알 수 있다.
As a result, when the after-treatment apparatus is configured to include the SR + LNT catalyst, such as nitrogen oxide reduction and anti-knocking apparatus according to the embodiments of the present invention shown in Figures 1 and 2, the exhaust gas and the H 2 produced from the SR catalyst using heat is used as a reducing agent for the exhaust aftertreatment device LNT when the temperature is lower than the reference temperature at 350 ° C, which is the highest active temperature of the LNT. It can be seen that the configuration that can be supplied as an engine performance improver is extremely efficient.

실험예12Experimental Example 12

DME를 공급하는 rich 조건(5sec) 중 OC 촉매에서 O2가 완전히 산화되지 못하고 O2 1%가 존재할 때, LNT와 SR촉매4-2+LNT[Cu-10/r-Al2O3+Md10+LNT]에서 NOx 정화율을 측정하여 그 결과를 도10(a)에 나타내었다. (Total flow : 2L/min, H2O 5%, NO 500ppm, CO25%, lean/rich time=55/5sec, lean: O2 10%, rich:O2 1%(a)

Figure 112011063994502-pat00006
: LNT, DME 0.7%,
Figure 112011063994502-pat00007
:LNT, DME 1%,
Figure 112011063994502-pat00008
: LNT , DME 1.5%,
Figure 112011063994502-pat00009
:LNT, DME 1.8%,
Figure 112011063994502-pat00010
: Cu10/r-Al2O3+Md10+LNT : DME 0.7%,
Figure 112011063994502-pat00011
:Cu10/r-Al2O3+Md10+LNT : DME 1.5% ,
Figure 112011063994502-pat00012
: Cu10/r-Al2O3+LNT : DME 1.5%, (b) LNT : DME 1.8% , Cu10/r-Al2O3+Md10+LNT : DME 1.5% ) 또한, LNT와 SR+LNT 촉매에 환원제로써 DME가 공급될 때 엔진의 공연비(λ)를 측정하여 도10(b)에 나타내었다. When O 2 is not fully oxidized and 1% of O 2 is present in the OC catalyst during rich condition (5sec) of supplying DME, LNT and SR catalyst 4-2 + LNT [Cu-10 / r-Al 2 O 3 + Md 10 + LNT] in the NOx purification rate was measured and the results are shown in Figure 10 (a). (Total flow: 2L / min, H 2 O 5%, NO 500ppm, CO 2 5%, lean / rich time = 55 / 5sec, lean: O 2 10%, rich: O 2 1% (a)
Figure 112011063994502-pat00006
: LNT, DME 0.7%,
Figure 112011063994502-pat00007
: LNT, DME 1%,
Figure 112011063994502-pat00008
: LNT, DME 1.5%,
Figure 112011063994502-pat00009
LNT, DME 1.8%,
Figure 112011063994502-pat00010
: Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10 + LNT: DME 0.7%,
Figure 112011063994502-pat00011
: Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10 + LNT: DME 1.5%,
Figure 112011063994502-pat00012
: Cu10 / r-Al 2 O 3 + LNT: DME 1.5%, (b) LNT: DME 1.8%, Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10 + LNT: DME 1.5%) Also, LNT and SR + LNT catalysts The air-fuel ratio (λ) of the engine when the DME was supplied as a reducing agent was measured and shown in FIG. 10 (b).

일반적으로 LNT는 희박한 운점범위(lean condition)에서 NOx를 흡착하고, 농후한 운전범위(rich condition)에서 흡착된 NOx가 탈리되어 N2로 환원되지만, O2가 1% 존재할 때, SR촉매로부터 H2는 생성되지만 LNT에서 환원 분위기를 만들지 못하기 때문에 LNT와 SR+LNT 촉매 모두 NOx 정화율은 낮다.In general, LNT adsorbs NOx in a lean condition and NOx adsorbed in a rich lean condition is reduced to N 2 , but when 1% of O 2 is present, H is released from the SR catalyst. 2 is produced but LNT and SR + LNT catalysts have low NOx purification rates because they do not produce a reducing atmosphere in the LNT.

따라서 LNT의 NOx 정화율을 향상시키기 위해서 DME 공급량을 0.7%에서 1.0%, 1.5%, 그리고 1.8%로 증가시켰다. DME를 1.5% 공급할 때 LNT의 NOx 정화율은 350℃에서 60%로 향상되고, SR촉매4-2+LNT 촉매의 NOx 정화율은 LNT보다 약 15% 높다. 그리고 NOx 정화율은 LNT에 DME를 1.8 % 공급할 때보다도 350℃에서 약 5% 높다. 이는 NOx 환원제로써 DME 보다 H2를 사용하는 것이 NOx 정화율에 유리할 뿐만 아니라, DME의 1회 분사량을 1.8%에서 1.5%로 줄여 3000ppm의 연료 penalty 절감효과가 있음을 보여준다. 결국 DME를 공급하는 리치 기간 중 O2의 존재는 DME 공급량을 증가시키므로 O2 저감이 중요한데, 이러한 저감기능는 SR+LNT 촉매의 전단에 있는 OC 즉 제3촉매부가 해주어야 할 역할이다. Therefore, the DME supply was increased from 0.7% to 1.0%, 1.5% and 1.8% to improve the NOx purification rate of LNT. When 1.5% of DME is supplied, the NOx purification rate of LNT is improved to 60% at 350 ° C., and the NOx purification rate of SR catalyst 4-2 + LNT catalyst is about 15% higher than that of LNT. The NOx purification rate is about 5% higher at 350 ° C than when 1.8% DME is fed to the LNT. This suggests that the use of H 2 as a NOx reducing agent is advantageous for the NOx purification rate, and it reduces the fuel penalty of 3000 ppm by reducing the single injection amount of DME from 1.8% to 1.5%. As a result, the presence of O 2 during the rich period of supplying DME increases the amount of DME supplied. Therefore, the reduction of O 2 is important. This reduction function is a role that should be played by the OC in the front of the SR + LNT catalyst.

그리고 제올라이트가 혼합된 SR촉매4-2+LNT 촉매의 NOx 정화율이 SR촉매1+LNT 촉매보다 높았다. The NOx purification rate of the SR catalyst 4-2 + LNT catalyst mixed with zeolite was higher than that of the SR catalyst 1 + LNT catalyst.

도10(b)를 참조하면, LNT에 DME를 1.8% 공급했을 때는 λ=0.7 이며, SR+LNT 촉매에 DME를 1.5% 공급했을 때는 λ=0.82 이다. DME 엔진에서 LNT만을 후처리장치로 사용하면 SR+LNT 촉매보다 더욱 농후한 운전영역 (λ=0.7)을 갖기 때문에 연료penalty가 증가하는 결과를 가져오는 것을 알 수 있다. 이러한 실험결과는 SR+LNT 촉매를 포함하는 본 발명의 질소산화물저감 및 노킹방지장치의 유용성 및 필요성을 잘 보여준다.
Referring to FIG. 10 (b), when 1.8% of DME is supplied to LNT, λ = 0.7, and λ = 0.82 when 1.5% of DME is supplied to SR + LNT catalyst. Using only LNT as a post-treatment device in the DME engine has a much richer operating range (λ = 0.7) than the SR + LNT catalyst, resulting in increased fuel penalty. These experimental results show the usefulness and necessity of the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device of the present invention including the SR + LNT catalyst.

실험예13Experimental Example 13

SR 반응 실험 후 SR촉매1(Cu10/r-Al2O3), SR촉매4-2(Cu10/r-Al2O3+Md10) 촉매, SR+LNT 촉매에서 NOx 정화율을 평가한 SR촉매4-2(Cu10/r-Al2O3+Md10)의 TPO 실험 결과를 도11에 나타내었다. SR catalyst evaluating the NOx purification rate in SR catalyst 1 (Cu10 / r-Al 2 O 3 ), SR catalyst 4-2 (Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10) catalyst and SR + LNT catalyst after SR reaction experiment The TPO test results of 4-2 (Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10) are shown in FIG. 11.

카본의 침적은 Brㆈ nsted acid site 에서 발생하며, 제올라이트를 사용하는 SR 촉매에서 발생되는 비활성의 주요 원인이지만 아직까지 뚜렷한 해결책을 찾지 못하고 있다. 보통 카본이 침적된 SR 촉매는 SR 촉매의 활성 감소로 인해서 H2 생성율을 감소시킨다.Deposition of carbon occurs at the Br ㆈ nsted acid site and is a major cause of inactivation in SR catalysts using zeolites, but no clear solution has been found. SR catalysts usually deposited with carbon reduce the H 2 production rate due to the decrease in the activity of the SR catalyst.

도 11을 참조하면, r-Al2O3는 약한 산점으로 이루어져 있기 때문에, SR촉매1(Cu10/r-Al2O3)에 NO 500ppm이 존재할 때 카본 침적은 발생하지 않지만, SR촉매4-2(Cu10/r-Al2O3+Md10)촉매는 Mordenite의 강한 산점 때문에 NO 500ppm 또는 NO2 250ppm이 공존할 때는 카본 침적이 모두 발생하였음을 알 수 있는데, NO2 250ppm 공존은 NO 500ppm 공존 시보다 카본 침적이 적었다. NO2가 N2로 환원되면서 발생한 O2가 침적된 카본과 산화반응을 하기 때문이다. Referring to FIG. 11, since r-Al 2 O 3 is composed of a weak acid point, carbon deposition does not occur when 500 ppm of NO is present in SR catalyst 1 (Cu10 / r-Al 2 O 3 ), but SR catalyst 4- 2 (Cu10 / r-Al 2 O 3 + Md10) catalyst, there can be seen that they have all of the carbon deposition occurs when the NO 500ppm or NO 2 250ppm coexist because of the strong acidic sites of Mordenite, NO 2 250ppm coexistence NO 500ppm coexistence time signal The carbon deposition was low. This is because O 2 generated as NO 2 is reduced to N 2 is oxidized with the deposited carbon.

그러나 도 11에 도시된 바와 같이 SR+LNT 촉매에서는 제올라이트를 혼합한 SR 촉매의 카본 침적을 억제할 수 있음을 알 수 있다. 즉 SR+LNT 촉매에서는 희박 기간(lean condition) 중에 O2가 고농도(약 10%)로 존재하므로, 리치 기간 중에 침적된 카본과 O2가 산화반응을 하기 때문에, SR 촉매에 카본 침적이 발생하지 않고 그 결과 H2 생성율은 감소되지 않는다. However, as shown in FIG. 11, it can be seen that in the SR + LNT catalyst, carbon deposition of the SR catalyst mixed with zeolite can be suppressed. In other words, in the SR + LNT catalyst, O 2 is present at a high concentration (about 10%) during the lean condition, and thus carbon deposition does not occur in the SR catalyst because the O 2 is oxidized with carbon deposited during the rich period. And as a result, the H 2 production rate is not reduced.

이상의 실험결과는 종래 공지된 제올라이트를 이용하는 SR 촉매가 가진 카본의 침적의 문제점을 본 발명의 SR+LNT 촉매를 포함하는 질소산화물저감 및 노킹방지장치에서 유효하게 해결하였음을 보여 준다. 즉 본 발명의 질소산화물저감 및 노킹방지장치에서는 SR 촉매에 침적된 카본이 배출가스에 포함된 O2와 린 기간 동안에 산화반응을 하여 SR 촉매에 카본 침적이 발생하지 않기 때문이다.
The above experimental results show that the problem of deposition of carbon possessed by the SR catalyst using the conventionally known zeolite is effectively solved in the nitrogen oxide reduction and anti-knocking apparatus including the SR + LNT catalyst of the present invention. That is, in the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device of the present invention, carbon deposited on the SR catalyst is oxidized during O 2 and lean period included in the exhaust gas, so that carbon deposition does not occur on the SR catalyst.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.

100 : 질소산화물저감 및 노킹방지장치 110 : 제1촉매부
120 : 제2촉매부 130 : 배기가스 주공급관
140 : 스위칭밸브 150 : 배기가스 부공급관
160 : 제1 환원제 공급관 170 : 제2 환원제 공급관
180 : 인젝터 노즐 190 : 제3촉매부
100: nitrogen oxide reduction and anti-knocking device 110: first catalyst
120: second catalyst 130: exhaust gas main supply pipe
140: switching valve 150: exhaust gas supply pipe
160: first reducing agent supply pipe 170: second reducing agent supply pipe
180: injector nozzle 190: third catalyst portion

Claims (14)

디메틸에테르와 반응하는 SR 촉매를 포함하여 환원제를 발생시키는 제1촉매부와;
상기 제1촉매부 후단에 위치하고, 상기 제1촉매부에서 공급된 환원제와 반응하는 LNT 촉매를 포함하는 제2촉매부와;
DME자동차 엔진으로 공급하여 상기 DME 자동차 엔진의 노킹 방지제로 이용되도록 상기 제1촉매부에 의하여 발생된 환원제를 상기 DME자동차 엔진으로 공급하는 제1환원제 공급관과;
상기 제1촉매부에 의하여 발생된 환원제를 상기 LNT 촉매의 환원제로 이용되도록 상기 제2촉매부로 공급하는 제2환원제 공급관과;
제2촉매부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고,
상기 온도센서에 의해 감지된 제2촉매부의 온도가 350℃ 이상이면, 상기 제1촉매부에서 발생된 환원제가 상기 제1환원제 공급관을 통하여 상기 DME 자동차 엔진으로 공급되고,
상기 온도센서에 의해 감지된 제2촉매부의 온도가 350℃ 미만이면, 제1촉매부에서 발생된 환원제가 상기 제2환원제 공급관을 통하여 상기 제2촉매부로 공급되는 것인 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
A first catalyst part including a SR catalyst reacting with dimethyl ether to generate a reducing agent;
A second catalyst part located after the first catalyst part and including an LNT catalyst reacting with a reducing agent supplied from the first catalyst part;
A first reducing agent supply pipe for supplying a reducing agent generated by the first catalyst part to the DME vehicle engine to be supplied to a DME vehicle engine and used as an anti-knocking agent of the DME vehicle engine;
A second reducing agent supply pipe for supplying a reducing agent generated by the first catalyst portion to the second catalyst portion to be used as a reducing agent of the LNT catalyst;
It includes a temperature sensor for sensing the temperature of the second catalyst,
If the temperature of the second catalyst portion detected by the temperature sensor is 350 ℃ or more, the reducing agent generated in the first catalyst portion is supplied to the DME vehicle engine through the first reducing agent supply pipe,
When the temperature of the second catalyst portion detected by the temperature sensor is less than 350 ℃, reducing agent generated in the first catalyst portion is supplied to the second catalyst portion through the second reducing agent supply pipe to the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device .
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 환원제는 H2 및 CO 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 1,
The reducing agent is nitrogen oxide reduction and knocking prevention device, characterized in that any one or more of H 2 and CO.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 촉매부로 DME 자동차의 엔진부로부터 배출되는 배기가스 및 인젝터로부터 주입되는 디메틸에테르가 공급되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 1,
Nitrogen oxide reduction and anti-knock apparatus, characterized in that the first catalyst is supplied to the exhaust gas discharged from the engine of the DME vehicle and dimethyl ether injected from the injector.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 촉매부에 공급되는 디메틸에테르는 전체 공급가스 유량의 5%이하인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 5, wherein
Dimethyl ether supplied to the first catalyst portion is nitrogen oxide reduction and knock prevention device, characterized in that less than 5% of the total supply gas flow rate.
제 1 항에 있어서,
상기 SR 촉매는 Cu-based/r-Al2O3 이고, 셀밀도가 100 cpsi ~ 1200 cpsi인 담체에 담지되어 SR 촉매체를 형성하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 1,
The SR catalyst is Cu-based / r-Al 2 O 3 , nitrogen oxide reduction and anti-knocking apparatus characterized in that the cell density is supported on a carrier of 100 cpsi ~ 1200 cpsi to form the SR catalyst body.
제 7 항에 있어서,
상기 SR 촉매의 구리 함량은 SR 촉매 전체 중량에 대해 5 중량% ~ 40 중량%인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 7, wherein
Copper content of the SR catalyst is nitrogen oxide reduction and anti-knock apparatus, characterized in that 5% to 40% by weight relative to the total weight of the SR catalyst.
제 7 항에 있어서,
상기 SR 촉매는 SR 촉매 전체 중량에 대해 제올라이트를 30중량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 7, wherein
The SR catalyst is nitrogen oxide reduction and anti-knocking apparatus further comprises a zeolite 30% by weight or less based on the total weight of the SR catalyst.
제 9 항에 있어서,
상기 SR 촉매는 구리 함량이 10중량%인 Cu-based/r-Al2O3에 Modenite가 10중량% 포함된 것인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 9,
The SR catalyst is a nitrogen oxide reduction and anti-knocking apparatus, characterized in that 10% by weight of Modenite in Cu-based / r-Al 2 O 3 having a copper content of 10% by weight.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 촉매부와 상기 제2 촉매부 사이의 온도는 300℃ 내지 350℃인 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method of claim 1,
Nitrogen oxide reduction and anti-knock apparatus, characterized in that the temperature between the first catalyst portion and the second catalyst portion is 300 ℃ to 350 ℃.
제 1 항 및 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 촉매부의 전단에 위치하고, 상기 제1 촉매부로 공급되는 배기가스 중 탄화수소 또는 일산화탄소와 산화반응을 하는 디젤산화촉매를 포함하는 제3 촉매부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 저감 및 노킹방지 장치.
The method according to any one of claims 1 and 4 to 11,
Nitrogen oxide reduction and anti-knock prevention, further comprising a third catalyst portion located in front of the first catalyst portion and including a diesel oxidation catalyst for oxidizing the hydrocarbon or carbon monoxide in the exhaust gas supplied to the first catalyst portion. Device.
제 1 항 및 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 질소산화물 저감 및 노킹방지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 DME 자동차.
12. A DME motor vehicle comprising the nitrogen oxide reduction and anti-knocking device according to any one of claims 1 and 4.
제 12 항의 질소산화물 저감 및 노킹방지장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 DME 자동차.DME vehicle comprising a nitrogen oxide reduction and anti-knock device of claim 12.
KR1020110082285A 2011-08-18 2011-08-18 Apparatus for reducing nitrogen oxide and for antiknock in dimethylether fueled vehicles Expired - Fee Related KR101299970B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110082285A KR101299970B1 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Apparatus for reducing nitrogen oxide and for antiknock in dimethylether fueled vehicles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110082285A KR101299970B1 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Apparatus for reducing nitrogen oxide and for antiknock in dimethylether fueled vehicles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130020856A KR20130020856A (en) 2013-03-04
KR101299970B1 true KR101299970B1 (en) 2013-08-27

Family

ID=48173991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110082285A Expired - Fee Related KR101299970B1 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Apparatus for reducing nitrogen oxide and for antiknock in dimethylether fueled vehicles

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101299970B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102413070B1 (en) * 2015-11-05 2022-06-24 현대두산인프라코어 주식회사 Cooling device for reducing agent dosing module and engine cooling system having the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100725265B1 (en) * 2005-11-21 2007-06-04 한국에너지기술연구원 Internal combustion engine exhaust gas heater with oxidant regulator
KR20090061202A (en) * 2007-12-11 2009-06-16 현대자동차주식회사 Rust reduction device of diesel engine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100725265B1 (en) * 2005-11-21 2007-06-04 한국에너지기술연구원 Internal combustion engine exhaust gas heater with oxidant regulator
KR20090061202A (en) * 2007-12-11 2009-06-16 현대자동차주식회사 Rust reduction device of diesel engine

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문(2011.3) *
논문(2011.5) *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130020856A (en) 2013-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101572824B1 (en) Method for treating nox in exhaust gas and system therefore
EP2222388B1 (en) Denox of diesel engine exhaust gases using a temperature-controlled precatalyst for providing no2 in accordance with the requirements
US8099951B2 (en) Dual bed catalyst system for NOx reduction in lean-burn engine exhaust
US20070151232A1 (en) Devices and methods for reduction of NOx emissions from lean burn engines
Sitshebo et al. Promoting hydrocarbon-SCR of NOx in diesel engine exhaust by hydrogen and fuel reforming
MXPA04005311A (en) System and methods for improved emission control of internal combustion engines.
EP2102462B1 (en) Reduction of nitrogen oxides using multiple split streams
CN101915146A (en) The NO that is used for the hydrocarbon fuels power source XEmission control systems
WO2002016014A1 (en) Process and apparatus for removing nox from engine exhaust gases
Park et al. A combined system of dimethyl ether (DME) steam reforming and lean NOx trap catalysts to improve NOx reduction in DME engines
RU2592791C2 (en) METHOD OF PROCESSING NOx OF EXHAUST GASES USING THREE CONSECUTIVE ZONES OF SCR CATALYSTS
Gunnarsson et al. Combining HC-SCR over Ag/Al2O3 and hydrogen generation over Rh/CeO2-ZrO2 using biofuels: An integrated system approach for real applications
Park et al. Hydrogen production from dimethyl ether over Cu/γ-Al2O3 catalyst with zeolites and its effects in the lean NOx trap performance
AU5579600A (en) Method for removing nitrogen oxides from an oxygen-containing gas stream
Pereda-Ayo et al. Tuning operational conditions for efficient NOx storage and reduction over a Pt–Ba/Al2O3 monolith catalyst
Park et al. Hydrogen production by steam reforming (SR) of DME over Cu catalysts and de-NOx performance of a combined system of SR+ LNT
KR101299970B1 (en) Apparatus for reducing nitrogen oxide and for antiknock in dimethylether fueled vehicles
Zhang et al. In situ mercaptosilane-assisted confinement of Pd nanoparticles in Beta for high-efficient methane oxidation
Park et al. Effective parameters for DME steam reforming catalysts for the formation of H2 and CO
Sandhu et al. Catalytic NOx aftertreatment—Towards ultra-low NOx mobility
Erkfeldt et al. Alumina-supported In2O3, Ga2O3 and B2O3 catalysts for lean NOx reduction with dimethyl ether
KR100590308B1 (en) Method for producing catalyst for exhaust gas purification for diesel vehicles and catalyst prepared therefrom
KR101266397B1 (en) After―treatment system for reducing nitrogen oxide in dimethylether fueled vehicles
Maunula et al. Catalytic Aftertreatment Systems for Combustion Exhaust Gases from Future Hydrogen, Ammonia and e-HC Engines
Raj Kinetics and Mechanistic Studies of Hydrocarbon Oxidation and Selective Catalytic Reduction of NOx in Monolith Reactors

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20110818

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20130122

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20130812

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20130820

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20130821

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160722

Year of fee payment: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20160722

Start annual number: 4

End annual number: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190723

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190723

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200729

Start annual number: 8

End annual number: 8

PC1903 Unpaid annual fee

Termination category: Default of registration fee

Termination date: 20220531