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KR101699923B1 - 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법 - Google Patents

디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법 Download PDF

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KR101699923B1
KR101699923B1 KR1020117018700A KR20117018700A KR101699923B1 KR 101699923 B1 KR101699923 B1 KR 101699923B1 KR 1020117018700 A KR1020117018700 A KR 1020117018700A KR 20117018700 A KR20117018700 A KR 20117018700A KR 101699923 B1 KR101699923 B1 KR 101699923B1
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oxide
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selective catalytic
filter
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이오안니스 게카스
켈드 요한센
Original Assignee
할도르 토프쉐 에이/에스
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Publication date
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Abstract

본 발명은 선택적 촉매 환원을 위한 장치와 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 하류에 설치된 바람직하게는 촉매 층에 의해 적어도 부분적으로 덮힌 디젤 입자상 물질 필터를 포함하는 시스템에서, 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법을 제공한다. 촉매 산화를 위한 장치는 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 상류에 및/또는 선택적 촉매 환원을 위한 장치와 디젤 입자상 물질 필터 사이에 설치된다. 제어된 양의 환원제의 분사를 위한 장치는 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 입구에 설치되고, 제어된 양의 탄화수소의 분사 장치는 촉매 산화의 입구에 설치된다.

Description

디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법{METHOD FOR PURIFICATION OF EXHAUST GAS FROM A DIESEL ENGINE}
본 발명은 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법에 관한 것이다. 입자들, 불완전하게 연소된 탄화수소, 탄소 산화물, CO, 및 질소 산화물, NOx가 배기 가스로부터 제거된다.
본 발명은 구체적으로 필터 재생을 위한 효율적이고 간단한 방법을 포함하는 정화방법에 관한 것이다.
배기 가스 정제 방법은 이미 공지되어 있다. US 6,863,874에는, 배기 가스 중의 불순물이 산화에 이어서 필터에 의해 제거되는데, 이때 매연(soot)이 이산화질소 및 산소에 의해 산화된다. 더 하류에서, 환원제는 NOx 흡수장치 입구로 분사되고 이어서 3원 촉매 또는 선택적 환원을 위한 촉매가 설치된다.
또 다른 방법은 US 6,696,031에 개시되어 있는데, 여기서 불순물은 산화, 여과, 및 선택적 촉매 환원(SCR)에 의해 제거된다. 암모니아는 산화 또는 SCR의 상류에서 분사되고, 이것의 더 상류에서, 예비 산화 촉매가 설치되고, 여기에 탄화수소가 도입된다. 컴퓨터가 두 암모니아 스트림을 제어해야 한다.
배기 가스로부터의 불순물은 US 6,871,489의 방법에 의해 가스를, 산화 촉매, 측관과 함께 장치된 냉각기, 우레아 분사를 포함하는 SCR 섹션을 통해, 히터를 통해, 그리고 마지막으로 디젤 입자상 물질 필터를 통해 통과시킴으로써 제거된다. 이런 식으로, 필터는 히터로부터의 열 산출량을 증가시킴으로써 필터의 온도를 높임으로써 재생되어야 한다.
이들 공정은 복잡하거나, 아니면 에너지를 요구하거나 아니면 저온 엔진의 시동 시에 NOx의 느린 촉매 환원과 동시에 느린 우레아 분해를 갖는다.
본 발명의 일반적인 목적은 배기 가스로부터 입자들, 불완전하게 연소된 탄화수소, 탄소 산화물, CO, 및 질소 산화물, NOx을 효과적으로 제거하고 동시에 매우 간단한 정화방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 선택적 촉매 환원을 위한 장치와 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 하류에 설치된 바람직하게는 촉매 층에 의해 적어도 부분적으로 덮힌 디젤 입자상 물질 필터를 포함하는 시스템에서, 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법을 제공한다. 촉매 산화를 위한 장치는 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 상류에 및/또는 선택적 촉매 환원을 위한 장치와 촉매작용된 디젤 입자상 물질 필터 사이에 설치된다. 제어된 양의 환원제의 분사를 위한 장치는 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 입구에 설치되고, 제어된 양의 탄화수소의 분사 장치는 촉매 산화의 입구에 설치된다.
본 발명은 촉매작용된 디젤 입자상 물질 필터가 환원제의 분사를 폐쇄시킴으로써 수동적으로 재생되고 촉매작용된 디젤 입자상 물질 필터는 촉매 산화를 위한 적어도 하나의 장치의 입구로 탄화수소의 분사를 개방시키고 선택적으로 환원제의 분사를 폐쇄시킴으로써 능동적으로 재생된다는 것을 제공한다. 필터는 500℃ 이하의 온도에서 NO2에 의해 수동적으로 재생되고 500℃ 내지 700℃의 온도에서 능동적으로 재생된다.
환원제는 암모니아, 암모니아의 수용액, 우레아, 우레아의 수용액, 시아누르산이다. 다른 잠재적인 질소계 시약은 아멜라이드, 아멜린지, 암모늄 시아누레이트, 뷰렛, 암모늄 카바메이트, 탄산암모늄, 포름산암모늄, 멜라민 및 트리시아노우레아를 포함한다. 암모니아, 암모니아의 수용액, 우레아, 우레아의 수용액, 시아누르산이 바람직하다.
탄화수소는 연료, 바람직하게는 디젤 엔진에 대한 연료이다. 선택적 촉매 환원은 바나듐계 촉매, 또는 제올라이트계 촉매, 또는 기능화된 산성 베이스 금속 산화물 혼합물의 존재하에서 일어난다. 바나듐계 촉매는 티타늄 산화물 상의 바나듐 산화물이고 텅스텐 또는 몰리브덴 산화물의 첨가가 가능하다. 제올라이트계 촉매는 구리 및/또는 철 변형된 베타 제올라이트, ZSM-5 또는 차바사이트를 포함하고 기능화된 산성 베이스 금속 산화물 혼합물은 산성 세륨-지르코늄 산화물 혼합물과 지르코늄-티타늄 산화물 혼합물을 포함한다. 바나듐계 촉매는 150℃ 내지 550℃에서 사용되고 제올라이트계 촉매 또는 산성 베이스 금속 혼합물 촉매는 150℃ 내지 800℃의 온도에서 사용된다.
제 1 산화 촉매가 선택적 촉매 환원 장치의 상류에서 설치되고 제 2 산화 촉매가 선택적 촉매 환원 장치와 디젤 입자상 물질 필터 사이에 설치될 때, 암모니아는 제 1 산화 촉매의 입구에서 분사될 수 있다. 제 1 산화 촉매는 란탄 산화물 조촉매를 갖는 알루미늄 산화물 상의 백금 및 팔라듐, 또는 규소 산화물 조촉매를 갖는 티타늄 산화물 상의 백금 및 팔라듐, 또는 지르코늄 산화물 조촉매를 갖는 세륨 산화물 상의 백금 및 팔라듐을 포함한다. 제 2 산화 촉매는 란탄 산화물 조촉매를 갖는 알루미늄 산화물 상의 팔라듐, 또는 규소 조촉매를 갖는 티타늄 산화물 상의 팔라듐 산화물, 또는 지르코늄 산화물 조촉매를 갖는 세륨 산화물 상의 팔라듐, 또는 구리와 망간 산화물의 혼합물 또는 구리와 망간 산화물의 혼합물 상의 팔라듐을 포함한다.
디젤 입자상 물질 필터 상의 촉매 층은 팔라듐 및 백금과 같은 귀금속들과 가능한 조합으로 베이스 금속 산화물의 혼합물을 포함한다. 세륨 산화물 지르코늄 산화물 혼합물로 한 특별한 유리한 예가 EP 1 916 029에 기술되어 있다.
필터를 가로지르는 압력강하를 측정하고 조장된 신호가 환원제의 첨가 및 첨가 연료를 제어하기 위해 사용된다.
본 발명은 또한 상기 언급한 방법을 수행하기 위한 시스템을 더 포함한다.
이 시스템은 선택적 환원 촉매의 신속한 저온 시동을 보장하고 매우 높은 NOx 변환이 얻어진다. 환원제 및 탄화수소 분사의 능동적인 온/오프 취급에 의해 촉매작용된 필터의 수동적이고 능동적인 재생은 둘다 보장된다.
본 발명은 자동차 차량, 전형적으로 승용차, 밴, 트럭, 및 또한 배에 설치되는 디젤 엔진으로부터 배기 가스를 청정화하는데 매우 유용하다. 또한 디젤 엔진에 의해 구동되는 파워 플랜트에서 배기 가스는 본 발명의 방법에 의해 유리하게 청정화될 수 있다.
도 1은 공지된 기술에 따르는 배기 가스의 정화방법의 개략적 도면이다.
도 2는 본 발명의 방법의 한가지 바람직한 구체예에 따르는 배기 가스의 정화방법의 개략적 도면이다.
도 3은 본 발명의 방법의 또 다른 바람직한 구체예에 따르는 배기 가스의 정화방법의 개략적 도면이다.
도 4는 본 발명의 방법의 여전히 또 다른 바람직한 구체예에 따르는 배기 가스의 정화방법의 개략적 도면이다.
도 5는 본 발명 실시예에서, WHTC 사이클에 대한 cDPF에 대한 압력 강하의 측정을 나타내는 그래프이다.
도 6은 참고 실시예에서, WHTC 사이클에 대한 cDPF에 대한 압력 강하의 측정을 나타내는 그래프이다.
디젤 엔진은 과량의 공기로 작동하고 그것들의 배기 가스는 질소 산화물, NOx, 일산화탄소, CO, 입자상 물질 및 불완전 연소된 탄화수소를 포함하는데, 이것들은 모두 건강상의 위험을 제공한다.
본 발명은 기본적으로 배기 가스의 정상적인 정화 동안에 다음 3개의 공정들을 포함한다:
촉매 산화, 이때 CO, NO 및 HC가 O2와 반응하여 CO2, NO2 및 H2O 및 열을 형성한다.
선택적 촉매 환원, 이때 NO 및 NO2는 전형적으로 NH3에 의해 환원되어 N2 및 H2O를 형성한다.
촉매학적으로 코팅된 필터에서 입자들의 포획, 이때 CO, C, HC, 및 NH3의 가능한 슬립은 N2, CO2 및 H2O로 산화된다.
C는 여기서 디젤 입자상 물질 필터에 부착된 입자상 물질 또는 매연을 말한다.
그러나 입자들이 필터에 축적될 때, 필터는 이산화질소로 산화시키거나, 필터 코팅의 베이스 금속 산화물로 산화시킴으로써, 또는 배기 가스 중의 산소와 함께 고온에서 재생될 수 있다:
C 및 HC는 NO, NO2 및/또는 O2에 의해 산화되어 N2 , CO2 및 H2O를 형성한다.
현재 사용된 디젤 배기 시스템 기술(공지 기술)은 도 1에 나타낸 것과 같이 촉매작용된 필터의 하류에 SCR 촉매를 갖는 것을 특징으로 한다.
배기 가스(1)는 엔진으로부터 산화 촉매(2)로 흐른다. 산화된 배기 가스(3)는 다음에 디젤 입자상 물질 필터(4)로 통과된다. 이 환원제(5)가 배기 가스로 분사된 후에, 혼합된 배기 가스(6)는 다음에 선택적 촉매 환원, SCR을 위한 촉매(7)로 도입되고, 이곳로부터 배기 가스(8)는 촉매를 깨끗하게 남긴다. 증가된 온도를 필요로 할 때, 탄화수소(9)는 엔진에서 후분사되거나 또는 엔진과 산화 촉매(2) 사이의 배기 가스(1)로 분사된다. 이것은 또한 이하의 공정(1)으로 기술된다.
(1) 엔진 → DOC→cDPF →우레아분사 →zSCR
DOC는 NO2 형성을 위해 Pt를 함유하는 디젤 산화 촉매이고, cDPF는 NO2 형성을 위해 Pt를 또한 함유할 수 있는 촉매작용된 매연 필터이다 .
우레아분사에는 환원제, 전형적으로 우레아의 수용액이 분사되고, zSCR은 제올라이트계 SCR 촉매 또는 기능화된 산성 베이스 금속 산화물 혼합물이다.
필터 입구 온도 약 600℃로 필터의 강제된 재생의 동안에 시스템은 이하와 같을 것이다:
(2) 엔진 → HC분사→ DOC→cDPF →zSCR
여기서 HC분사는 탄화수소인데, 이것은 DOC의 상류의 엔진으로부터의 배기 가스로 분사된다.
매연의 NO2로의 수동적 재생은 공정 (1)에 나타낸 것과 같은 구성에서 일어난다.
이 시스템은 몇가지 단점을 갖는다. 저온 시동으로부터의 SCR 반응의 가열 및 시동은 느리고, 시험 사이클에서 또한 측정된 전체 NOx 배출은 높게 될 것이다. 시동은 또한 우레아의 분사가 최저 200℃를 요하기 때문에 느리다. 또한, zSCR 촉매는 적어도 750℃의 필터 재생 온도를 견딜 수 있을 것이며, 또한 입자상 물질이 또한 필터에서 NO2와 반응하기 때문에 zSCR로 하는 작동은 보통 cDPF에 의해 분포된 관리된 NO2/NO 비를 요한다. 마지막으로, 시스템은 매우 고가이다.
본 발명의 바람직한 구체예는 도 2에 나타낸다. 엔진으로부터의 배기 가스(1)는 산화 촉매(2), 선택적 촉매 환원을 위한 촉매(7) 및 마지막 단계로서 디젤 입자상 물질 필터(4)를 통해 통과한다. 환원제(5)는 산화 촉매(2)와 SCR 촉매(7)의 사이에 분사된다. 탄화수소(9)는 산화 촉매(2)의 상류에 분사될 수 있다.
역 구성, 즉 cDPF에 선행하여 SCR를 갖는 새로운 디젤 배기 시스템을 이하의 공정(3)에 또한 기술한다. 그것은 또한 새로운 특별한 관리를 포함한다.
(3) 엔진 → DOC→우레아분사 →zSCR→ cDPF
여기서 zSCR은 제올라이트계 SCR 촉매 또는 최저 750℃를 견디는 기능화된 산성 베이스 금속 산화물 혼합물 촉매이다.
cDPF는 바람직하게는 촉매 코팅된 디젤 입자상 물질 필터이다. 이 구체예에서, 특허 출원 EP 1 916 029에 기술된 상업적으로 이용가능한 Haldor Topsøe A/S로부터의 BMC-211 촉매와 같은 팔라듐 베이스 금속 산화물 코팅을 사용하는 것이 특히 유리하다. 이 촉매는 가능한 NO2 배출을 제한하고 온도 범위 300 - 600℃에서 매연 연소를 용이하게 한다.
DOC는 다른 조성들을 가질 수 있는 디젤 산화 촉매이다. 이 촉매는 코디어라이트, 규소 탄화물 뮬라이트 또는 Fecralloy와 같은 모노리스 골격 기판에 전형적으로 도포되는, 조촉매를 갖는 금속 산화물 캐리어 상의 귀금속이다. 그것은 전형적으로 백금을 함유한다. 그것은 란탄 산화물 조촉매를 갖는 알루미늄 산화물 상의 백금 및 팔라듐, 또는 규소 산화물 조촉매를 갖는 티타늄 산화물 상의 백금 및 팔라듐, 또는 지르코늄 산화물 조촉매를 갖는 세륨 산화물 상의 백금 및 팔라듐을 포함한다.
본 발명은 디젤 배기 시스템에서 수동적 및 능동적 조건 둘다에 효과적으로 필터 매연 재생을 보장할 것이며, 여기서 SCR 촉매는 cDPF의 상류에 놓인다. 그것은 또한 저온 시동에서 높은 NOx 변환을 보장한다. 배기 가스에서 O2로 매연을 연소하는 것은 능동적 재생의 동안에 575℃보다 위의 온도 범위에서 일어난다. NO2를 사용하는 매연 연소인 수동적 NO2 재생은 250 내지 약 450℃의 온도 범위에서 일어날 수 있다. 마지막으로, 수동적 촉매 매연 연소는 또한 촉매작용된 필터에서 일어날 수 있다. 300 내지 약 600℃의 온도 간격에서 베이스 금속 촉매 BMC-211는 매연 연소를 용이하게 할 수 있다.
시스템(3)에서 능동적 재생은 이하 공정(4)에 나타낸 바와 같이 우레아 분사를 동시에 중지시킴으로써 엔진에서 디젤 후분사로 약 620℃ 필터 입구 온도에서 일어난다. 이 시스템에서, SCR 촉매, 예를 들면 제올라이트계 SCR 촉매는 그 온도를 견딜 수 있을 것을 요한다.
(4) 엔진→ HC분사→ DOC→zSCR→cDPF Tfilterin = 620℃에서 10분 동안
공정(3)은 본 기술과 비교하여 많은 이점을 가지나, 이산화질소에 의한 수동적 필터 재생의 동안에 한가지 결점을 갖는 것 같다. 본 발명은 공지의 기술 공정(1)에서 나타낸 바와 같이 촉매작용된 필터의 하류의 SCR 촉매를 갖는 시스템과 비교하여 SCR 하류의 매우 낮은 NO2 농도의 시스템(3)의 이 가능한 결점을 해결한다. 본 발명은 NO2로 매연 필터의 수동적 재생을 보장한다.
본 발명은 또한 시스템(3) 또는 (4)의 능동적 관리를 수반한다. 본 발명은 NO2 농도가 우레아 분사를 중지시킴으로써 짧은 시간 간격으로 일시적으로 증가되고, 따라서 NO2가 수동적 재생을 위해 형성되고 디젤 연료가 절약될 수 있다. 이 일시적인 NO2 증가는 촉매작용된 필터를 가로지르는 압력 강하가 사전설정 값으로 증가하고 필터 입구 온도가 적어도 250℃이어야 하는 사전설정값에 도달했을 때 시작된다. 다음에 시스템(3)은 시스템 공정(5)에 나타낸 것과 같이 기능할 것이다.
(5) 엔진 → DOC→zSCR→cDPF
온도 범위 약 300 내지 400℃에서, NO2/NO는 높은 NO2 함량을 위해 최적일 것이다. 우레아 분사가 (5)에 나타낸 바와 같이 중지됨과 동시에 NO2 농도와 수동적 매연 연소의 효과는 (6)에 의해 이하에 나타낸 바와 같이 엔진 배기 가스 재순환(EGR)을 위한 일시적인 폐쇄에 의해 또한 증가될 수 있다.
(6) 엔진 (EGR 없음) → DOC→zSCR→cDPF
시스템(3)의 더 이상의 개선은 물 증발 및 우레아 분해 둘다에 대해서 열을 요하는 우레아의 대신에 암모니아(NH3)의 분사에 의해 달성될 수 있다. 다음에 SCR 반응은 약 150℃로부터 개시될 수 있고 SCR 촉매는 NH3 혼합이 몇 센티미터 배기 파이프 길이 f. ex 5 cm 내에서 일어날 수 있기 때문에 디젤 산화 촉매 DOC에 훨씬 더 가깝게 놓일 수 있다.
배기 시스템에서 나온 낮은 NOx는 도로에서 정부 표준 시험 사이클에 의해 시험했을 때 달성된다.
중지된 NH3 분사에 의해 향상된 수동적 재생을 갖는 시스템을 공정(5) 및 (6)에 의해 나타낸다. 시스템(5)의 더 이상의 가능한 개선은 DOC의 상류에 암모니아(NH3)를 분사하는 것이다. 이것을 함으로써 여분의 NO2가 DOC에서 형성되고 수동적 재생을 위해 사용된다. 동시에, 시스템에서의 온도는 증가된다. 이것은 배기 가스 회수가 있는 것과 없는 것에 대해 이하에 나타낸다.
(7) 엔진→ NH3분사→ DOC→zSCR→cDPF
(8) 엔진 (EGR 없음)→ NH3분사→ DOC→zSCR-→cDPF
시스템(3)은 디젤 후분사 옵션을 갖는 승용차에 대해 특별한 관심을 갖는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구체예를 도 3에 나타내는데, 여기서 엔진으로부터의 배기 가스(1)는 연속해서 제 1 산화 촉매(2), 선택적 환원 촉매(7), 제 2 산화 촉매(10) 및 마지막으로 디젤 입자상 물질 필터(4)를 통과함을 나타낸다. 탄화수소(9 및 11)는 제 1 산화 촉매(2) 및 제 2 산화 촉매(10)의 상류에서 배기 가스 스트림에 첨가될 수 있는 한편, 환원제(5)는 선택적 환원 촉매(7) 입구로 분사된다. 필터(4)에서 나와서 정화된 배기 가스 스트림(8)이 흐른다.
환원제(5)의 양은 밸브(12)에 의해 제어된다. 이것은 필터(4)를 가로지르는 압력 차이 측정 f. inst. 로부터의 신호를 받을 것이며 밸브(12)는 수동적 재생을 개시하기 위해 폐쇄될 것이다. 마찬가지로, 산화 촉매(2, 10) 중 하나의 안 또는 밖으로 온도를 증가시키는 것이 필요할 때, , 밸브(16 및/또는 14)가 개방될 것이다. 선택적으로 암모니아는 여기서 첨가될 수 있다. 이 구체예는 이하에서 더 기술된다. 정상적인 조작은 다음과 같이 기술된다.
(9) 엔진 - DOC (1) →우레아분사 →SCR→ HC분사→ DOC (2)→ cDPF.
이것은 중요한 예이고 Haldor Topsøe 역 표준 시스템 Euro VI 시스템이라 불린다. SCR은 바나듐계 SCR이나 아니면 제올라이트계 SCR이거나 아니면 기능화된 산성 베이스 금속 산화물 혼합물이 될 수 있다. 능동적 재생의 동안에 공정은 다음과 같다.
(10) 엔진→ DOC (1)→NH3분사 →zSCR→ HC분사→ DOC (2)→ cDPF
그리고 저온 시동에서 동시적인 능동적 재생으로 다음과 같다.
(11) 엔진→ NH3분사 → DOC (1)→NH3분사 →zSCR→ HC분사→ DOC (2)→ cDPF.
제 1 상류 DOC (1)로 NH3 분사에 의해 저온 시동 성능은 재생된 열에 의해 개선될 수 있고, NO2/NO 비율은 zSCR 상의 SCR 반응에 대해서 또한 더 최적일 것이다.
DOC (1)은 시스템(3)에 대해 기술된 DOC이다.
DOC (2) 촉매는 코디어라이트, 규소 탄화물 뮬라이트 또는 Fecralloy와 같은 모노리스 골격 기판에 전형적으로 도포되는, 조촉매를 갖는 금속 산화물 담체 상의 귀금속이다. 이 촉매는 또한 코디어라이트, 규소 탄화물 뮬라이트 또는 Fecralloy와 같은 모노리스 골격 기판에 전형적으로 도포되는, 귀금속이 있거나 없는 베이스 금속 산화물의 혼합물이 될 수 있다. 그것은 전형적으로 백금을 함유하지 않는다. 그것은 란탄 산화물 조촉매를 갖는 알루미늄 산화물 상의 팔라듐, 또는 규소 조촉매를 갖는 티타늄 산화물 상의 팔라듐 산화물, 또는 지르코늄 산화물 조촉매를 갖는 세륨 산화물 상의 팔라듐, 또는 구리와 망간 산화물의 혼합물 또는 구리와 망간 산화물의 혼합물 상의 팔라듐을 포함한다.
시스템(9)는 트럭과 승용차 용도 둘다에 유리하다. 세번째 바람직한 구체예를 도 4에 나타낸다. 여기서 엔진으로부터의 배기 가스(1)는 선택적 촉매 환원(7), 촉매 산화(10)를 통해서 및 마지막으로 필터(4)를 통해서 통과한다. 환원제(5)는 배기 가스(1)에 첨가되고 탄화수소(11)는 선택적 촉매 환원(7)과 촉매 산화(10) 사이에 첨가될 수 있다.
이 배기 시스템의 이점은 SCR 촉매에 대한 최대 입구 온도가 대략 550℃인 엔진 출구 온도와 같을 수 있다는 것이다. 이 시스템은 표준 바나듐계 SCR 촉매 (V-SCR)가 선택될 수 있음을 용이하게 할 것이다. V-SCR의 사용에 의해 공정은 다음과 같을 것이다
(12) 엔진→ 우레아분사 →V-SCR→ HC분사→ DOC→ cDPF
구리계 제올라이트 SCR 촉매, Cu-zSCR는 그것이 NO2/NO 비율에 덜 의존적이기 때문에 선택된 SCR 촉매로서 사용될 수 있으나, 그것은 엔진으로부터 HC 배출을 허용하는 Cu-zSCR 유형을 요한다.
SCR 반응에 대한 우레아의 대신에 NH3 분사를 가지고 동시적인 능동적 재생을 갖는 시스템은 다음과 같을 것이다.
(13) 엔진→ NH3분사 →V-SCR→ HC분사→ DOC→ cDPF
시스템(13)에서 엔진 다기관으로부터 V-SCR 촉매까지의 거리는 10의 인수 만큼, 50cm에서 5cm로 감소될 수 있다. 따라서 저온 시동에서 엔진 열은 여분의 파이프 길이를 가열하기 위해 사용되지 않으며 화학 반응의 개시를 위해 사용된다. 시스템(13)은 관리된 수동 재생의 동안에, NH3 분사가 중지되는 경우, 일시적으로
(14) 엔진 →V-SCR→ DOC→ cDPF
일 것이고 EGR 없는 이하와 균등할 것이다
(15) 엔진 (EGR 없음) →V-SCR→ DOC→ cDPF
시스템(12)은 트럭 용도에 특별한 관심을 갖는다.
실시예 1.
SCR+DOC+cDPF 시스템을 갖는 Scania 12 리터 엔진에 대한 엔진 시험 벤치 실험은 간헐적 우레아 분출(dosing) 및 일시적 고 NO2 함량과 함께 7회 월드 하모나이즈드 테스트 사이클 후에 변하지 않는 매연 부하 압력 강하를 제공한다.
1회 및 7회째 반복된 월드 하모나이즈드 테스트 사이클(world harmonized test cycles: WHTC)에 대한 cDPF에 대한 압력 강하의 측정은 하루에 측정하였고 이때 시스템은 우레아의 낮은 분출량 및 높은 분출량 둘다로 관리하였다.
도 5에서 두개의 곡선은 동일하고, 결과적으로 그것들은 서로의 위에 그려져 있다. 이것은 추가의 매연 부하로부터 압력 강하 증가가 나타나지 않았다는 것을 의미한다. 이 결과는 이하의 참고 실시예와 비교될 것이다.
이 참고 실시예에서 우레아 분출은 연속적이고 높은 SCR 반응에 대해 높다. 이것은 낮은 NO2를 제공하고 NOx (대략 1-2 g NOx/kWh)는 SCR 촉매를 나간다 - cDPF 입구로). 도 6에서, 상기 도 5와는 반대로, 압력 강하는 제 1 WHTC로부터 제 7 사이클로 증가한다는 것을 알 수 있다. 이것은 매연이 필터에 축적되고 있음을 의미한다.

Claims (14)

  1. 선택적 촉매 환원을 위한 장치;
    선택적 촉매 환원을 위한 장치의 하류에 설치된 촉매 층에 의해 적어도 부분적으로 덮힌 디젤 입자상 물질 필터;
    선택적 촉매 환원을 위한 장치의 상류에, 또는 선택적 촉매 환원을 위한 장치와 디젤 입자상 물질 필터 사이에, 또는 선택적 촉매 환원을 위한 장치의 상류 및 선택적 촉매 환원을 위한 장치와 디젤 입자상 물질 필터 사이 모두에 설치된 촉매 산화를 위한 장치;
    선택적 촉매 환원을 위한 장치의 입구에 설치된 제어된 양의 환원제의 분사를 위한 장치; 그리고
    촉매 산화를 위한 장치의 입구에 설치된 제어된 양의 탄화수소의 분사 장치를 포함하는 시스템에서, 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법에 있어서,
    디젤 입자상 물질 필터가 환원제의 분사를 폐쇄시킴으로써 수동적으로 재생되고; 디젤 입자상 물질 필터는 촉매 산화를 위한 적어도 하나의 장치의 입구로 탄화수소의 분사를 개방시키고 선택적으로 환원제의 분사를 폐쇄시킴으로써 능동적으로 재생되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 필터는 500℃ 이하의 온도에서 NO2에 의해 수동적으로 재생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 필터는 500℃ 내지 700℃의 온도에서 능동적으로 재생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 환원제는 암모니아, 암모니아의 수용액, 우레아, 우레아의 수용액, 시아누르산, 아멜라이드, 아멜린지, 암모늄 시아누레이트, 뷰렛, 암모늄 카바메이트, 탄산 암모늄, 포름산 암모늄, 멜라민 또는 트리시아노우레아인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 환원제는 암모니아, 암모니아의 수용액, 우레아, 우레아의 수용액 또는 시아누르산인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 탄화수소는 디젤 연료인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 선택적 촉매 환원은 바나듐계 촉매, 또는 제올라이트계 촉매, 또는 기능화된 산성 베이스 금속 혼합 산화물 촉매의 존재하에서 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 바나듐계 촉매는 텅스텐 또는 몰리브덴 산화물의 첨가가 가능한 티타늄 산화물 상의 바나듐 산화물이고, 제올라이트계 촉매는 구리 또는 철 변형된 베타 제올라이트, ZSM-5 또는 차바사이트이고, 기능화된 산성 베이스 금속 혼합 산화물 촉매는 산성 세륨-지르코늄 산화물 혼합물과 지르코늄-티타늄 산화물 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 바나듐계 촉매는 150℃ 내지 550℃의 온도에서 사용되고 제올라이트계 촉매는 150℃ 내지 800℃의 온도에서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 디젤 입자상 물질 필터 상의 촉매 층은 선택적으로 귀금속들과 조합하여 베이스 금속 산화물의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 제 1 산화 촉매는 선택적 촉매 환원 장치의 상류에 설치되고 제 2 산화 촉매는 선택적 촉매 환원 장치와 디젤 입자상 물질 필터 사이에 설치되고 암모니아는 제 1 산화 촉매의 입구에서 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 선택적 촉매 환원 장치의 상류에 설치된 촉매 산화를 위한 장치는 란탄 산화물 조촉매를 갖는 알루미늄 산화물 상의 백금 및 팔라듐, 또는 규소 산화물 조촉매를 갖는 티타늄 산화물 상의 백금 및 팔라듐, 또는 지르코늄 산화물 조촉매를 갖는 세륨 산화물 상의 백금 및 팔라듐을 포함하는 촉매를 포함하고; 선택적 촉매 환원 장치의 하류에 설치된 촉매 산화를 위한 장치는 란탄 산화물 조촉매를 갖는 알루미늄 산화물 상의 팔라듐, 또는 규소 산화물 조촉매를 갖는 티타늄 산화물 상의 팔라듐, 또는 지르코늄 산화물 조촉매를 갖는 세륨 산화물 상의 팔라듐, 또는 구리와 망간 산화물의 혼합물 또는 구리와 망간 산화물의 혼합물 상의 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 필터를 가로지르는 압력강하를 측정하고 조장된 신호가 환원제의 첨가 및 탄화수소의 첨가를 제어하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따르는 방법의 사용을 위한 시스템.




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