KR20240090650A - 천연 가스 엔진에서 생성되는 배기 가스 처리용 촉매 물질 - Google Patents

천연 가스 엔진에서 생성되는 배기 가스 처리용 촉매 물질 Download PDF

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조셉 페데이코
제이콥 길모어
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니콜라스 맥나마라
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존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니
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Abstract

본 발명은 천연 가스 엔진에 의해 생성되는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물질에 관한 것으로, 촉매 물질은 분자체와 상기 분자체에 담지된 백금족 금속(PGM)을 포함하고, 분자체는 규소, 산소, 티타늄 및 선택적으로 게르마늄을 포함하는 골격을 갖고, 비티타늄 헤테로원자 T-원자의 함량이 ≤ 약 0.20 mol%이고, 티타늄은 1 내지 3 mol%의 양으로 존재한다. 본 발명은 또한 촉매 물품 및 압축 천연 가스 연소 및 배기 시스템에 관한 것이다.

Description

천연 가스 엔진에서 생성되는 배기 가스 처리용 촉매 물질
본 발명은 천연 가스 엔진에서 생성되는 배기 가스 처리용 촉매 물질에 관한 것으로, 특히 메탄 산화 활성 및 열수 내구성(hydrothermal durability)이 향상된 촉매 물질에 관한 것이다.
천연 가스는 전통적으로 휘발유와 디젤 연료를 사용했던 차량과 고정식 엔진의 대체 연료로서 관심이 높아지고 있다. 천연 가스는 주로 메탄(일반적으로 70 내지 90%)과 에탄, 프로판, 부탄(일부 매장지에서는 최대 20%)과 같은 기타 탄화수소와 기타 가스의 다양한 비율로 구성된다. 이는 석유나 천연 가스 필드로부터 상업적으로 생산될 수 있으며 발전, 산업 열병합 발전, 가정용 난방용의 연소 에너지원으로 널리 사용된다. 이는 차량 연료로도 사용될 수 있다.
천연 가스는 압축 천연 가스(CNG)와 액화 천연 가스(LNG) 형태로 운송 연료로 사용될 수 있다. CNG는 3600psi(~248bar)로 가압된 탱크에 운반되며 단위 체적당 휘발유의 약 35%에 달하는 에너지 밀도를 갖는다. LNG는 CNG에 비해 에너지 밀도가 2.5배 높아 주로 대형차에 사용된다. 이는 -162℃에서 액체 형태로 냉각되며 그 결과 체적이 600배 줄어들어 LNG가 CNG보다 운반하기가 더 쉽다. 바이오-LNG는 매립 폐기물이나 거름과 같은 유기물을 혐기성 소화하여 얻은 바이오가스에서 생산되는 천연(화석) 가스의 대안이 될 수 있다.
천연 가스는 여러 가지 환경적 이점을 가지고 있다: 이는 일반적으로 불순물이 거의 포함되지 않은 보다 깨끗한 연소 연료이고, 기존 탄화수소 연료보다 탄소당 더 높은 에너지(Bti)를 함유하여 이산화탄소 배출량이 적고(온실가스 배출량이 25% 적음), 디젤이나 휘발유에 비해 PM과 NOx 배출량이 적다. 바이오가스는 이러한 배출량을 더욱 줄일 수 있다.
천연 가스 채택의 또 다른 동인으로는 다른 화석 연료에 비해 풍부하고 비용이 저렴하다는 점을 들 수 있다.
천연 가스 엔진은 대형 및 소형 디젤 엔진에 비해 매우 낮은 PM 및 NOx (각각 최대 95% 및 70% 적음)를 배출한다. 그러나 NG 엔진에서 생성되는 배기 가스에는 상당한 양의 메탄(소위 "메탄 슬립")이 포함되어 있는 경우가 많다. 이러한 엔진의 배출량을 제한하는 규정은 현재 Euro VI 및 미국 환경 보호국(EPA) 온실 가스 법안을 포함한다. 이는 메탄, 질소산화물(NOx) 및 입자상 물질(PM)에 대한 배출 제한을 부과한다.
메탄 연료 엔진에 사용되는 두 가지 주요 동작 모드는 화학양론적 조건(λ = 1)과 희박 연소 조건(λ ≥ 1.3)이다. 팔라듐 기반 촉매는 두 조건 모두에서 메탄 산화에 가장 활성이 높은 유형의 촉매로 잘 알려져 있다. 화학양론적 및 희박 연소 압축 천연 가스 엔진 모두에 대한 규제된 배출량 제한은 각각 팔라듐-로듐 삼원 촉매(TWC) 또는 백금-팔라듐 산화 촉매를 적용하여 충족될 수 있다.
이 Pd 기반 촉매 기술의 성장은 황, 물 및 열 노화(thermal ageing)로 인한 비용 및 촉매 비활성화 측면의 과제를 극복하는 데 달려 있다.
메탄은 반응성이 가장 낮은 탄화수소이며 1차 C-H 결합을 깨기 위해서는 높은 에너지가 필요하다. 알칸의 발화 온도는 일반적으로 연료 대 공기 비율이 증가하고 C-H 결합 강도와 상관관계가 있는 탄화수소 사슬 길이가 증가함에 따라 감소한다. Pd 기반 촉매의 경우 메탄 전환을 위한 라이트오프(light-off) 온도가 다른 탄화수소보다 높은 것으로 알려져 있다(여기서 "라이트오프 온도"는 전환이 50%에 도달하는 온도를 의미한다).
화학양론적 조건(λ = 1)에서 동작할 때, TWC는 메탄을 연소하는 효과적이고 비용 효율적인 후처리(after-treatment) 시스템으로 사용된다. 수명이 다한 총 탄화수소(THC) 규정을 충족하기 위해 높은 수준의 메탄 전환을 위해서는 탄화수소의 반응성이 매우 낮고 열 및 화학적 효과를 통해 촉매가 비활성화되기 때문에 >200gft-3의 높은 총 백금족 금속(pgm) 함량을 갖는 대부분 바이메탈 Pd-Rh 촉매가 필요하다. 높은 pgm 로딩을 사용하면 화학양론적 CNG 엔진의 전체 HC 전환이 향상된다. 그러나 엔진 교정에 기초하여, 즉, 화학양론에 가깝거나 화학양론이 풍부하도록 동작하도록 공기 대 연료 비율을 제어하여 상대적으로 낮은 pgm으로 높은 메탄 전환을 달성할 수 있으며; pgm 로딩은 메탄 및 비메탄 전환과 관련된 지역 법률 요구 사항에 따라 달라질 수도 있다.
NOx의 환원과 메탄의 산화 역시 매우 산화적인(oxidising) 조건에서는 더욱 어렵다. 희박 연소 CNG 애플리케이션의 경우, 낮은 온도에서 메탄 연소를 위해서는 높은 총 pgm 로딩(>200gft-3)의 Pd-Pt가 필요하다. 화학양론적 엔진과 달리, 과잉 산소가 있는 경우 NOx를 환원시킬 수 있도록 환원제가 배기 스트림에 주입되어야 한다. 이는 일반적으로 암모니아(NH3) 형태이므로 희박 연소 애플리케이션에는 화학양론적 애플리케이션과 완전히 다른 촉매 시스템이 필요하며, 여기서 약간 농후하거나 화학양론적인 조건에서 CO 또는 HC를 사용하여 효율적인 NOx 환원이 달성될 수 있다.
낮은 온도에서 메탄의 반응성이 없는(또는 반응성이 낮은) 특성으로 인해, 냉간 시동(cold start) 및 유휴 상태에서 메탄 배출량이 증가하며 주로 배기 온도가 화학량론보다 낮은 희박 연소의 경우 그러하다. 낮은 온도에서 메탄의 반응성을 향상시키기 위한 옵션 중 하나는 높은 PGM 로딩을 사용하는 것인데, 이는 비용을 증가시킨다.
천연 가스 촉매, 특히 Pd-기반 촉매는 특히 희박 조건에서 물(5 내지 12%) 및 황(윤활유의 <0.5ppm SO2)에 의해 중독될 수 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 촉매의 전환 레이트가 급격히 감소하는 결과를 초래한다. 촉매 표면에 수산기, 탄산염, 포름산염 및 기타 중간체가 형성되기 때문에 물로 인한 비활성화가 중요하다. 활성은 가역적이며 물을 제거하면 완전히 복원될 수 있다. 그러나, 메탄의 H 함량이 높기 때문에 메탄 연소 공급물에는 항상 높은 수준의 물이 포함되어 있으므로 이는 비실용적이다.
H2O는 공연비(air-to-fuel ratio), 즉 람다(lambda)에 따라 억제제 또는 촉진제가 될 수 있다. 람다 >1인 화학양론적 및 환원 조건 하에서, H2O는 CNG 엔진과 가솔린 엔진 모두에서 증기 개질 반응을 통해 탄화수소의 산화에 대한 촉진제 역할을 할 수 있다. 그러나 람다 >1에서 동작하는 희박 연소 CNG의 경우, H2O는 메탄 산화에 대한 억제제 역할을 한다. 물 억제 효과를 이해하고 H2O 존재에 더 잘 견디는 촉매를 설계하는 것이 중요하다. 이는 희박 연소 CNG로 인한 메탄 배출량을 제어하려고 할 때 개선을 가능하게 할 것이다.
엔진 배기 가스의 황 수준은 매우 낮지만, Pd-기반 촉매는 안정적인 황산염 형성으로 인해 황 노출 시 크게 비활성화된다. 황 중독 후 활성을 복원하기 위해 촉매를 재생하는 것은 어려운 일이며 일반적으로 고온, 풍부한 동작 또는 두 가지 모두가 필요하다. 이는 화학양론적 동작에서는 쉽게 달성 가능하지만 희박 연소에서는 더 어렵다. 희박 연소 차량은 화학양론적 차량보다 훨씬 더 높은 공연비로 동작하며 농후 동작으로 스위칭하려면 훨씬 더 높은 농도의 환원제를 주입해야 한다. 열악한 엔진 과도 제어 및 점화 시스템으로 인해 발생하는 높은 수준의 실화(misfire event)로 인한 열적 비활성화는 촉매를 파괴하고 그에 따라 높은 수준의 배기 가스 배출을 초래한다.
팔라듐-함유 촉매는 희박 조건과 화학양론적 조건 모두에서 비활성화되지만, 황 중독은 희박 동작에서 열적 시효보다 더 극적인 영향을 미친다. Pd 촉매에 소량의 Pt를 첨가하면 황 중독이 개선될 수 있다. 이는 황산팔라듐의 형성으로 인한 황 억제가 Pt 첨가 시 크게 감소될 수 있기 때문이다. 그러나 Pt를 첨가하면 비용이 더욱 증가한다.
US2016/0236147은 천연 가스 엔진에 의해 생성된 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물질에 관한 것으로, 이 촉매 물질은 ≤ 0.20 mol%의 헤테로원자 T-원자의 함량을 갖는 규산질 제올라이트를 포함하고, 여기서 헤테로원자는 선택적으로 티타늄을 포함할 수 있다. 이 문서의 내용은 참조로 본 명세서에 포함된다.
따라서, 촉매 비용을 증가시키지 않으면서 황, 물 및 열적 시효와 같은 촉매 비활성화를 처리함으로써 메탄 배출량을 감소시키기 위한 개선된 천연 가스 연소 및 배기 가스 처리 시스템을 제공하려는 요구가 있다. 본 발명의 목적은 이러한 문제를 해결하고, 선행 기술과 관련된 단점을 해결하거나, 적어도 그에 대한 상업적으로 유용한 대안을 제공하는 것이다.
제1 양태에 따르면 다음이 제공된다:
천연 가스 엔진에 의해 생성되는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물질로서, 촉매 물질은 분자체와 상기 분자체에 담지된 백금족 금속(PGM)을 포함하고,
분자체는 규소, 산소, 티타늄 및 선택적으로 게르마늄을 포함하는 골격을 갖고, 비티타늄 헤테로원자 T-원자의 함량이 ≤ 약 0.20 mol%이고,
티타늄은 1 내지 3 mol%의 양으로 존재한다.
발명자는 뜻밖에도 1 내지 3 mol%의 티타늄 함량을 사용하는 이 촉매 물질이 특히 메탄이 과량의 산소를 함유하는 배기 가스의 일부인 경우 메탄에 대한 유리한 산화 활성을 갖는다는 점을 발견하였다. 촉매 물질은 기존 산화 촉매에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 높은 메탄 전환 효율을 얻을 수 있다. 촉매 물질은 가스 혼합물과 수증기가 있을 때 우수한 열적 안정성과 흐름 안정성(on-stream stability)을 갖는다.
본 발명의 촉매 물질은 메탄에 대해 놀랍게도 우수한 산화 활성을 나타낸다. 이는 또한 메탄 라이트오프 온도가 낮을 수도 있다. 만족스러운 메탄 전환 활성을 달성하기 위해, 촉매 물질을 고온으로 가열할 필요가 없을 수도 있다.
본 발명의 촉매 물질의 또 다른 장점은 특히 열수 조건(즉, 수증기 존재 하)에서 우수한 열적 안정성을 갖는다는 점이다. 촉매 물질이 비교적 높은 온도에서 사용되는 경우, 메탄에 대한 촉매 물질의 산화 활성은 크게 저하되지 않는다.
본 발명의 촉매 물질이 제공하는 추가 이점은 상대적으로 낮은 온도(예를 들어 < 500℃)에서 수증기 존재 하의 흐름 활성이 알루미나 담지 촉매에서 관찰되는 것처럼 감소하지 않는다는 점이다.
다음 단락에서는 다양한 양태/실시예가 더 자세히 정의된다. 이렇게 정의된 각각의 양태/실시예는 달리 명확하게 표시되지 않는 한 임의의 다른 양태/실시예 또는 양태들/실시예들과 조합될 수 있다. 특히, 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 피쳐는 바람직하거나 유리한 것으로 표시된 임의의 다른 피쳐 또는 피쳐들과 조합될 수 있다.
본 발명은 천연 가스 엔진에 의해 생성되는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물질에 관한 것이다. 즉, 촉매 물질은 배출 규정을 충족시키기 위해 가스가 대기로 배출되기 전에 가스의 컴포넌트를 전환하거나 변형시키기 위해 천연 가스 연소 엔진에서 나오는 배기 가스의 촉매 처리용이다. 천연 가스가 연소되면 이산화탄소와 물이 모두 생성되지만, 배기 가스는 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 촉매적으로 제거되어야 하는 추가 메탄(및 기타 단쇄 탄화수소)의 양도 포함한다. 또한 배기 가스는 일반적으로 촉매를 형성하고 비활성화할 수 있는 상당한 양의 물과 황을 포함하고 있다.
이동식(mobile) 애플리케이션에서 천연 가스 연소는 희박 또는 화학양론적 구성으로 운영되도록 구성될 수 있다. "이동식 애플리케이션"에 의해, 이는 시스템이 일반적으로 자동차 또는 기타 차량(예를 들어, 오프로드 차량)에 사용하기에 적합할 수 있음을 의미하며-이러한 시스템에서, 가속과 같은 운전자 요구 사항에 따라 동작 중에 연료 공급 및 수요가 변경될 수 있다. 이동식 애플리케이션에서는 일반적으로 리치 모드에서 시스템을 일시적으로 실행하는 것이 가능하며, 이는 촉매를 중독시키는 황을 태워 없애고 축적된 물을 제거하는 데 도움이 되는 온도의 상당한 증가와 관련이 있다.
고정식 시스템에서, 천연 가스 연소는 희박 또는 화학양론적 조건에서 동작하도록 구성될 수도 있다. 고정식 시스템의 예는 가스 터빈 및 발전 시스템을 포함하고-이러한 시스템에서 연소 조건과 연료 조성이 일반적으로 오랜 동작 시간 동안 일정하게 유지된다. 이는 이동식 애플리케이션에 비해 황 및 수분 오염물질을 제거하기 위한 재생 단계를 가질 기회가 적다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 이점은 고정식 애플리케이션에 특히 유익할 수 있다. 즉, 촉매 재생 기회가 제한된 경우 황 및 수분 내성(tolerance)이 높은 촉매를 제공하는 것이 특히 바람직하다.
위의 "희박(lean)" 및 "화학양론적(stoichiometric)" 시스템이 "모바일" 및 "고정식"으로 설명되어 있지만, 두 시스템 유형 모두 다양한 애플리케이션에 걸쳐 사용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
촉매 물질은 분자체와 분자체에 담지된 백금족 금속(PGM)을 포함한다. PGM이 팔라듐(Pd)을 포함하는 경우 우수한 산화 활성이 얻어질 수 있다. 바람직하게는, 백금족 금속(PGM)은 팔라듐(Pd), 및 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 팔라듐의 전체 함량은 0.1 내지 20 wt%, 바람직하게는 0.2 내지 15 wt%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10 wt%일 수 있다.
백금족 금속(PGM)이 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)의 조합인 경우, Pt와 Pd의 조합은 별도로 담지된 Pt와 Pd, Pt와 Pd의 혼합물, Pt와 Pd의 합금, 및 Pt와 Pd의 혼합물과 합금 모두로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. PGM이 별도로 담지된 Pt와 Pd인 경우, Pt와 Pd의 입자는 분자체의 별도 위치에 담지된다. Pt와 Pd의 혼합물 또는 합금은 바람직하게는 바이메탈이다.
바람직하게는, 분자체는 유일한 전이 금속, 바람직하게는 유일한 백금족 금속으로서(즉, 명시적으로 언급된 것 외에 다른 백금족 금속은 존재할 수 없다) 백금족 금속(즉, 상기 정의된 바와 같음)을 포함한다.
촉매 물질은 바람직하게는 본질적으로 (i) 백금족 금속(PGM) 및/또는 이의 산화물; 및 (ii) 본 명세서에 정의된 바와 같은 분자체로 구성되며; 백금족 금속(PGM)은 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
PGM은 분자체에서 담지된다. 이 문맥에서 "담지된"이라는 용어는 분자체와 연관된 PGM을 의미한다. 전형적으로, PGM은 분자체의 실라놀기와 회합된다(associated)(예를 들어, 이온 회합 또는 공유 회합으로서). 이론에 얽매이지 않고, 활성 PGM 부위는 분자체의 외부 표면 및/또는 공동 내에 존재할 수 있는 실라놀 네스트 부위 및/또는 말단 Si-OH(또는 Si-O-) 기와 같은 실라놀기과 회합되어 있다고 믿어진다.
PGM 중 일부는 분자체의 기공 내부에 위치할 수 있다. 촉매 물질은 분자체의 기공 내부에 위치하는 PGM의 적어도 1 wt%(즉, 촉매 물질의 PGM의 양), 바람직하게는 적어도 5 wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 10 wt%를 가질 수 있다. 분자체 기공 내부의 PGM 양은 기존 기술을 사용하거나 SAE 2013-01-0531에 설명된 방법을 사용하여 측정될 수 있다.
촉매 물질은 분자체의 기공 내부에 위치하는 PGM의 ≤ 75 wt%(즉, 촉매 물질의 PGM의 양), 바람직하게는 ≤ 50 wt%일 수 있다.
분자체는 규소, 산소 및 티타늄을 포함하는 골격을 가지며, 헤테로원자 T-원자의 함량이 ≤ 약 0.20 mol%이다.
당업계에 알려진 바와 같이, "T-원자"라는 용어는 분자체의 골격에 존재하는 "사면체 배위 원자"의 약어이다.
본 명세서에서 "T-원자"와 관련하여 사용된 용어 "헤테로원자"는 실리콘, 산소 및 티타늄이 아닌 원자(즉, 비실리콘, 비티타늄, 비산소 헤테로원자), 바람직하게는 실리콘, 게르마늄, 티타늄, 산소가 아닌 원자(즉, 비실리콘, 비게르마늄, 비티타늄 및 비산소 헤테로원자)를 의미한다. 분자체는 하나 이상의 헤테로원자 T-원자를 포함하는 골격을 가질 수 있다. 헤테로원자는 예를 들어, 알루미늄(Al, 붕소(B), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 철(Fe), 바나듐(V) 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 헤테로원자는 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 철(Fe) 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
분자체는 본질적으로 규소, 산소, 티타늄, 게르마늄 및 헤테로원자 T-원자로 구성된 골격을 가질 수 있다. 바람직하게는, 분자체는 본질적으로 규소, 산소, 티타늄 및 헤테로원자 T-원자로 구성된 골격을 갖는다. 보다 바람직하게는, 분자체는 본질적으로 규소, 산소 및 티타늄(예를 들어, 골격의 구성 원자로서)으로 구성된 골격을 가질 수 있으며, 여기서 티타늄의 양은 본 명세서에 정의된 바와 같다(예를 들어, 헤테로원자 T-원자의 함량은 0.00 mol%이다).
분자체는 바람직하게는 < 약 0.17 mol%, 더 바람직하게는 ≤ 약 0.15 mol%, 예를 들어 < 약 0.15 mol% 및 보다 더 바람직하게는 ≤ 약 0.12 mol%(예를 들어 < 약 0.12 mol%)의 헤테로원자 T-원자의 함량을 가질 수 있다.
선택적으로, 분자체는 ≥ 약 0.001 mol%, 바람직하게는 ≥ 약 0.010 mol%, 보다 바람직하게는 ≥ 약 0.020 mol%의 헤테로원자 T-원자의 함량을 가질 수 있다.
일부 경우에, 분자체는 헤테로원자 T-원자의 함량을 갖지 않을 수 있다(즉, 분자체는 헤테로원자 T-원자를 포함하지 않는다).
분자체가 게르마늄을 포함하는 골격을 갖는 경우, 게르마늄(예를 들어, 게르마늄 T-원자)의 양은 ≤ 약 20 mol%, 선택적으로 ≤ 10 mol%일 수 있다.
티타늄은 1 내지 3 mol%, 바람직하게는 2 mol%의 양으로 분자체에 존재한다.
분자체는 미세다공성(microporous) 또는 메조다공성(mesoporous)일 수 있다. "미세다공성" 및 "메조다공성"의 IUPAC 정의에 따라(Pure & Appl. Chem., 66(8), (1994), 1739-1758 참조), 미세다공성 분자체는 직경이 2nm 미만인 기공을 갖고, 메조다공성 분자체는 직경이 2nm 내지 50nm인 기공을 갖는다.
분자체는 메조다공성일 수 있다. 분자체가 메조다공성 분자체인 경우, 전형적으로 메조다공성 분자체는 MCM-41, MCM-48, MCM-50, FSM-16, AMS, SBA-1, SBA-2, SBA-3, SBA-15, HMS, MSU, SBA-15 및 KIT-1로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
전형적으로, 분자체는, 특히 분자체가 미세다공성인 경우, AEI, AFI, AFX, ANA, AST, ASV, ATS, BCT, BEA, BEC, BOF, BOG, BRE, CAN, CDO, CFI, CGS, CHA, -CHI, CON, DAC, DDR, DOH, DON, EAB, EDI, EEI, EMT, EON, EPI, ERI, ESV, ETR, EUO, FAR, FAU, FER, GON, HEU, IFR, IFW, IFY, IHW, IMF, IRN, IRR, -IRY, ISV, ITE, ITG, ITH, ITN, ITR, ITT, ITV, ITW, IWR, IWS, IWV, IWW, JOZ, KFI, LEV, LOV, LTA, LTF, MAZ, MEI, MEL, MEP, MER, MFI, MFS, MOR, MOZ, MRE, MSE, MSO, MTF, MTN, MTT, MTW, MVY, MWW, NAB, NES, NON, NSI, OBW, OFF, OKO, PAU, PCR, PHI, POS, RHO, -RON, RRO, RSN, RTE, RTH, RUT, RWR, RWY, SEW, SFE, SFF, SFG, SFH, SFN, SFS, SFV, SFW, SGT, SOD, SOF, SSF, -SSO, SSY, STF, STI, STO, STT, STW, -SVR, SVV, SZR, TON, TUN, UFI, UOS, UOV, UTL, UWY, VET, VNI 및 VSV로 이루어진 그룹으로부터 선택된 골격 유형을 갖는다. 앞서 언급한 세 문자 코드 각각은 "IUPAC 제올라이트 명명법 위원회" 및/또는 "국제 제올라이트 협회 구조 위원회"에 따른 골격 유형을 나타낸다.
분자체는 제올라이트인 것이 바람직하다. 제올라이트는 규산질 제올라이트와 같은 실리카 함유 제올라이트로 지칭될 수 있다. 제올라이트는 티타노실리케이트 제올라이트일 수 있다. 따라서, 제올라이트는, 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 티타늄(Ti) 및 선택적으로 또한 아연(Zn), 철(Fe)과 같은, 헤테로원자 T-원자의 함량이 낮은 규산질(즉, 실리카 함량이 높은) 제올라이트일 수 있다.
규산질 제올라이트 또는 순수 실리카 제올라이트는 아래 표에서 선택된 제올라이트일 수 있다.
당업계에 공지된 바와 같이, 규산질 제올라이트는 SiO4 사면체를 포함하는 골격을 갖는다.
일반적으로 분자체는, 특히 분자체가 제올라이트인 경우, AEI, ANA, ATS, BEA, CDO, CFI, CHA, CON, DDR, ERI, FAU, FER, GON, IFR, IFW, IFY, IHW, IMF, IRN, -IRY, ISV, ITE, ITG, ITN, ITR, ITW, IWR, IWS, IWV, IWW, JOZ, LTA, LTF, MEL, MEP, MFI, MRE, MSE, MTF, MTN, MTT, MTW, MVY, MWW, NON, NSI, RRO, RSN, RTE, RTH, RUT, RWR, SEW, SFE, SFF, SFG, SFH, SFN, SFS, SFV, SGT, SOD, SSF, -SSO, SSY, STF, STO, STT, -SVR, SVV, TON, TUN, UOS, UOV, UTL, UWY, VET, VNI로 이루어진 그룹으로부터 선택된 골격 유형을 갖는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 분자체 또는 제올라이트는 BEA, CDO, CON, MEL, MWW, MFI 및 FAU로 이루어진 군으로부터 선택된 골격 유형을 갖고, 훨씬 더 바람직하게는 골격 유형은 BEA 및 MFI로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는 제올라이트는 MFI 골격을 갖는다.
제올라이트는 작은 기공의 제올라이트(즉, 8개의 사면체 원자의 최대 고리 크기를 갖는 제올라이트), 중간 기공 제올라이트(즉, 10개의 사면체 원자의 최대 고리 크기를 갖는 제올라이트) 및 큰 기공의 제올라이트(즉, 12개의 사면체 원자의 최대 고리 크기를 갖는 제올라이트)로부터 선택될 수 있다.
높은 실리카 함량(예를 들어, 높은 SAR), 특정 골격 유형 및 기공 직경을 갖는 분자체, 특히 제올라이트를 제조하기 위한 다양한 방법이 당업계에 공지되어 있다. 제올라이트에 담지된 백금족 금속과 같은 전이 금속을 제조하는 방법도 많이 알려져 있다. 예를 들어 WO 2012/166868을 참조한다.
분자체 또는 제올라이트는 작은 기공 분자체 또는 제올라이트일 수 있다. 작은 기공 분자체 또는 제올라이트는 바람직하게는 AEI, AFX, ANA, CDO, CHA, DDR, EAB, EDI, EPI, ERI, IHW, ITE, ITW, KFI, LEV, MER, NSI, PAU, PHI, RHO, RTH, UFI 및 VNI로 이루어진 그룹으로부터 선택된 골격 유형을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 작은 기공 분자체 또는 제올라이트는 CHA, CDO 또는 DDR인 골격 유형을 갖는다.
분자체 또는 제올라이트는 중간 기공 분자체 또는 제올라이트일 수 있다. 중간 기공 분자체 또는 제올라이트는 바람직하게는 MFI, MEL, MWW 및 EUO로 이루어진 그룹으로부터 선택된 골격 유형을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 중간 기공 분자체 또는 제올라이트는 MFI, MEL 및 MWW, 예를 들어 MFI로 이루어진 그룹으로부터 선택된 골격 유형을 갖는다.
분자체 또는 제올라이트는 큰 기공의 분자체 또는 제올라이트일 수 있다. 큰 기공 분자체 또는 제올라이트는 바람직하게는 AFI, CON, BEA, FAU, MOR 및 EMT로 이루어진 그룹으로부터 선택된 골격 유형을 갖는다. 더욱 바람직하게는, 큰 기공 분자체 또는 제올라이트는 AFI, BEA, CON 및 FAU, 예를 들어 BEA로 이루어진 그룹으로부터 선택된 골격 유형을 갖는다.
바람직하게는, 분자체 또는 제올라이트는 고체이다. 더욱 바람직하게는, 분자체 또는 제올라이트는 미립자 형태이다.
분자체 또는 제올라이트가 미립자 형태인 경우, 일반적으로 분자체 또는 제올라이트는 0.1 내지 20 마이크론(예를 들어 5 내지 15 마이크론), 예를 들어 0.2 내지 15 마이크론(예를 들어, 0.2 내지 10 마이크론 또는 7.5 내지 12.5 마이크론)의 D50을 갖는다. D50은 0.5 내지 10 마이크론인 것이 바람직하다. 의심의 여지를 없애기 위해 D50(즉, 중간 입자 크기) 측정은 예를 들어 Malvern Mastersizer 2000을 사용하는 레이저 회절 입자 크기 분석으로 얻을 수 있다. 측정은 체적 기반 기술(즉, D50은 DV50(또는 D(v,0.50))이라고도 함)이며 수학적 Mie 이론 모델을 적용하여 입자 크기 분포를 결정한다.
분자체 또는 제올라이트가 작은 입자 크기 분포(즉, 더 낮은 D50)를 가질 때, 촉매 물질은 더 큰 입자 크기 분포를 갖는 분자체 또는 제올라이트를 포함하는 촉매 물질보다 더 높은 활성과 열수 내구성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이론에 얽매이지 않고, 분자체 또는 제올라이트의 실라놀기 부위는 분자체 또는 제올라이트의 입자 크기가 감소함에 따라 백금족 금속에 더 쉽게 접근할 수 있는 것으로 여겨진다. 그러나 촉매 물질은 분자체나 제올라이트의 입자 크기 분포가 클수록 더 나은 내구성을 나타낼 수 있다.
바람직하게는, 분자체는 ≥ 1200의 SAR을 갖는다. SAR이 ≥ 1300, 예를 들어 ≥ 1500(예를 들어, ≥ 1700)인 것이 바람직할 수 있고, 더욱 바람직하게는 ≥ 2000, 예를 들어 ≥ 2200이다. 특히, 헤테로원자 T-원자가 알루미늄인 경우, 분자체 또는 제올라이트는 ≥ 1200의 SAR을 가질 수 있다. SAR은 ≥ 1300, 예를 들어 ≥ 1500(예를 들어, ≥ 1700)인 것이 바람직할 수 있으며, 보다 바람직하게는 ≥ 2000, 예를 들어 ≥ 2200일 수 있다.
본 발명의 촉매 물질은 제올라이트가 풍부한 실라놀기를 가질 때 특히 유리하다. 바람직하게는, 분자체는 적어도 0.010 mmol/g의 실라놀기를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 분자체는 적어도 0.020 mmol/g의 실라놀기(예를 들어, 0.030 mmol/g의 실라놀기)를 포함한다. 실라놀기의 양은 예시에 기술된 K-흡수 방법과 같은 K-흡수 방법을 사용하여 측정될 수 있다. 분자체, 특히 제올라이트가 상당한 수의 실라놀기를 함유하는 경우 유리한 산화 활성이 얻어질 수 있는 것으로 밝혀졌다. 분자체 또는 제올라이트는 실라놀기를 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 실라놀기는 분해 개시 온도(on-set decomposition temperature) ≥ 500℃를 갖는다. 분해 개시 온도는 시차 주사 열량계(differential scanning calorimetry)로 측정될 수 있다.
분자체 또는 제올라이트 합성시 유기 주형(organic template)을 제거하여 또는 합성 후 처리에 의해 분자체 또는 제올라이트로부터 헤테로-원자(예를 들어, Al, B, Ga, Zn 등)를 제거함으로써 실라놀기를 갖는 분자체 또는 제올라이트를 얻을 수 있다. 일부 경우에, 실라놀기가 분자체 또는 제올라이트 골격의 고유한 부분일 수 있다.
실라놀기의 존재는 FTIR 분광학을 사용하여 측정될 수 있다.
추가 양태에 따르면, 기재 내에 또는 기재 상에 본 명세서에 기재된 촉매 물질을 포함하는 촉매 물품이 제공된다.
촉매 물품은 배기 가스 시스템에 사용하기에 적합한 컴포넌트다. 일반적으로 이러한 물품은 "벽돌"이라고도 불리는 벌집형 단일체(honeycomb monoliths)이다. 이는 처리할 가스를 촉매 물질과 접촉시켜 배기 가스의 컴포넌트의 변환 또는 전환을 일으키기에 적합한 높은 표면 영역 구성을 갖는다. 다른 형태의 촉매 물품이 알려져 있으며 플레이트 구성뿐만 아니라 래핑된 금속 촉매 기재도 포함한다. 본 명세서에 기술된 촉매 물품은 이들 공지된 모든 형태로 사용하기에 적합하지만, 벌집형 단일체의 형태를 취하는 것이 비용과 제조 단순성의 좋은 균형을 제공하기 때문에 특히 바람직하다.
촉매 물품은 천연 가스 연소 엔진의 배기 가스 처리용이다. 즉, 촉매 물품은 배기 가스 규정을 충족시키기 위해 대기로 방출되기 전에 가스의 컴포넌트를 전환하거나 변환시키기 위해 천연 가스 연소 엔진에서 나오는 배기 가스의 촉매 처리용이다. 천연 가스를 연소시키면 이산화탄소와 물이 모두 생성되지만, 배기 가스는 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 촉매적으로 제거되어야 하는 추가 메탄(및 기타 단쇄 탄화수소)도 포함하고 있다. 또한 배기 가스는 일반적으로 촉매를 형성하고 비활성화할 수 있는 상당한 양의 물과 황을 포함하고 있다.
촉매 물품은 기재 표면에 워시코트를 적용하고 및/또는 압출에 의해 제조될 수 있다. 촉매 물품은 워시코트를 제조하고 이를 당업계에 공지된 방법을 사용하여 기재에 적용함으로써 제조될 수 있다(예를 들어 우리의 WO 99/47260, WO 2011/080525 및 WO 2014/195685 참조). 압출에 의한 촉매 물품의 방법도 알려져 있다(예를 들어, 우리의 WO 2011/092519 참조).
촉매 물질은 기재 상에 배치되거나 담지될 수 있다(예를 들어, 촉매 물질은 워시코트에서 기재의 표면에 적용된다). 촉매 물질은 기재 상에 직접 배치될 수 있다(즉, 촉매 물질은 기재의 표면과 접촉되어 있다). 추가적으로 또는 대안적으로, 촉매 물질은 기재에 분산될 수 있다(예를 들어, 촉매 물질은 기재를 형성하는 데 사용되는 압출물의 일부임). 따라서, 기재는 촉매 물질을 포함하는 압출된 고체 본체이다.
촉매 물질이 기재에 분산된 경우(예를 들어, 산화 촉매는 압출된 제품임) 생성된 산화 촉매는 동일한 촉매 물질이 기재 상에 워시코팅된 산화 촉매보다 성능이 더 뛰어날 수 있다는 것이 가능하다. 촉매 물질이 기재에 분산되면(예를 들어, 산화 촉매는 압출된 제품임) 산화 촉매를 신속하게 탈황시키는 것이 가능할 수 있으며 이는 촉매 물질을 기재에 워시코팅하여 제조된 산화 촉매와 비교하여 우수한 흐름 안정성(예를 들어, 우수한 물 및 산소 내성)을 가질 수 있다.
압출된 고체 본체는 (i) 5 내지 95 wt%의 촉매 물질 및 (ii) 5 내지 95%의 결합제/매트릭스 컴포넌트, 무기 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 컴포넌트를 포함하거나 본질적으로 이로 구성될 수 있다.
결합제/매트릭스 컴포넌트는 코디어라이트, 질화물, 탄화물, 붕화물, 스피넬, 내화성 금속 산화물, 리튬 알루미노실리케이트, 지르콘 및 이들 중 임의의 2개 이상의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
내화성 금속 산화물은 임의로 도핑된 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 이들 중 임의의 2개 이상의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 클레이와 같은 적합한 실리카 소스는 US 2014/0065042 A1에 기재되어 있다.
무기섬유는 탄소 섬유, 유리 섬유, 금속 섬유, 붕소 섬유, 알루미나 섬유, 실리카 섬유, 실리카-알루미나 섬유, 탄화규소 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 붕산알루미늄 섬유 및 세라믹 섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
촉매 물질이 기재에 분산되는 경우(예를 들어, 기재는 촉매 물질을 포함하는 압출된 고체 본체임), 일반적으로 기재는 35 내지 75%의 다공도를 갖는다. 기재의 다공도는 수은 다공도 측정법과 같은 당업계에 공지된 통상적인 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
촉매 물품은 0.3 내지 5.0 g in-3, 바람직하게는 0.4 내지 3.8 g in-3, 더욱 더 바람직하게는 0.5 내지 3.0 g in-3(예를 들어 1 내지 2.75 g in-3 또는 0.75 내지 1.5 g in-3), 및 훨씬 더 바람직하게는 0.6 내지 2.5 g in-3(예를 들어 0.75 내지 2.3 g in-3)의 촉매 물질의 총 로딩을 포함할 수 있다.
기재는 관통형 기재 또는 여과 기재일 수 있다. 기재가 모노리스인 경우, 기재는 관통형 모노리스 또는 여과 모노리스일 수 있다. 기재는 벌집형 단일체일 수 있다.
관통형 기재는 그것을 통해 연장되는 복수의 채널을 갖는 벌집형 기재(예를 들어, 금속 또는 세라믹 벌집형 기재)을 포함하며, 채널은 양쪽 단부에서 개방되어 있다.
여과 기재는 일반적으로 복수의 입구 채널과 복수의 출구 채널을 포함하며, 입구 채널은 상류 단부(즉, 배기 가스 입구 측)에서 개방되고 하류 단부(즉, 배기 가스 출구 측)에서 막히거나 밀봉되고, 출구 채널은 상류 단부에서 막히거나 밀봉되고 하류 단부에서는 개방되고, 각각의 입구 채널은 다공성 구조에 의해 출구 채널과 분리된다.
기재가 여과 기재인 경우, 여과 기재는 벽유동형(wall-flow) 필터인 것이 바람직하다. 벽유동형 필터에서, 각각의 입구 채널은 다공성 구조의 벽에 의해 출구 채널과 교대로 분리되며 그 반대도 마찬가지이다. 입구 채널과 출구 채널은 벌집형 배열로 배열되는 것이 바람직하다. 벌집형 배열일 때, 입구 채널에 수직 및 측방향으로 인접한 채널은 상류 단부에서 막히고 그 반대의 경우도 바람직하다(즉, 출구 채널에 수직 및 측방향으로 인접한 채널은 하류 단부에서 막혀 있다). 양쪽 단부에서 볼 때, 채널의 교대로 막힌 단부와 개방된 단부가 체스판처럼 보인다.
원칙적으로 기재는 임의의 형상이나 크기도 가능하다. 그러나 기재의 형상과 크기는 일반적으로 촉매 물질이 배기 가스에 노출되는 것을 최적화하도록 선택된다.
기재는 예를 들어 관형, 섬유상 또는 미립자 형태를 가질 수 있다. 적합한 지지 기재의 예에는 모놀리식 벌집 근청석 유형의 기재, 모놀리식 벌집형 SiC 유형의 기재, 적층 섬유 또는 편직물 유형의 기재, 폼 유형의 기재, 크로스플로우형 기재, 금속 와이어 메쉬 유형의 기재, 금속 다공체 형태의 기재 및 세라믹 입자 형태의 기재를 포함한다.
추가 양태에 따르면, 압축 천연 가스 연소 및 배기 시스템이 제공되며, 이는:
(i) 천연 가스 연소 엔진; 및
(ii) 연소 엔진으로부터 배기 가스를 수용하기 위한 흡입구 및 배기 가스를 수용하고 처리하도록 배열된 본 명세서에 기술된 촉매 물품을 포함하는 배기 처리 시스템을 포함한다.
천연 가스 연소 엔진은 천연 가스를 연소시키는 데 사용되는 엔진이다. 바람직하게는 천연 가스 연소 엔진은 고정식 엔진, 바람직하게는 가스 터빈 또는 발전 시스템이다. 고정식 애플리케이션에서, 천연 가스 연소는 희박 또는 화학양론적 조건에서 지속적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 시스템에서는 연소 조건과 연료 구성이 일반적으로 오랜 동작 시간 동안 일정하게 유지된다. 이는 이동식 애플리케이션에 비해 수분 오염물을 제거하기 위한 재생 단계를 가질 기회가 적다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 이점은 고정식 애플리케이션에 특히 유익할 수 있다. 즉, 촉매를 재생시킬 기회가 제한된 경우 높은 수분 내성을 갖는 촉매를 제공하는 것이 특히 바람직한다. 희박 시스템 유형과 화학양론적 시스템 유형 모두 다양한 애플리케이션에 걸쳐 사용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
배기 처리 시스템은 연소 엔진에서 나오는 배기 가스를 처리하는 데 적합한 시스템이다. 배기 처리 시스템은 연소 엔진으로부터 배기 가스를 수용하기 위한 흡입구와 배기 가스를 수용하고 처리하도록 배열된 촉매 물품을 포함한다.
본 발명은 다음의 비제한적인 도면과 관련하여 추가로 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명에 의해 달성된 열수 내구성(hydrothermal durability)의 향상을 보여준다.
예시
이제 본 발명은 분말 촉매 샘플이 제조된 다음의 비제한적 실시예와 관련하여 추가로 설명될 것이다.
예시 1
예시 1의 촉매는 0.1 mol%의 알루미늄을 함유하는 팔라듐-함유 MFI 제올라이트를 갖는다. 라듐 함량은 3 wt%이다.
예시 1의 촉매는 0.1 mol% 알루미늄을 갖는 규산질 MFI 제올라이트의 분말 샘플을 통상적인 초기 습식 기술을 사용하여 질산팔라듐 용액으로 함침시켜 제조되었다. 함침 후, 샘플이 80℃에서 5시간 동안 건조되고 공기 중에서 500℃의 정적 오븐에서 2시간 동안 하소되었다.
예시 2
예시 2의 촉매는 17 mol% 게르마늄을 함유하는 팔라듐-함유 MFI 제올라이트를 갖는다. 팔라듐 함량은 3 wt%이다.
예시 2의 촉매는 17 mol% 게르마늄을 갖는 규산질 MFI 제올라이트의 분말 샘플을 통상적인 초기 습식 기술을 사용하여 질산팔라듐 용액으로 함침시켜 제조되었다. 함침 후, 샘플이 80℃에서 5시간 동안 건조되고 공기 중에서 500℃의 정적 오븐에서 2시간 동안 하소되었다.
예시 3
예시 3의 촉매는 2 mol%의 티타늄을 함유하는 팔라듐-함유 MFI 제올라이트를 갖는다. 팔라듐 함량은 3 wt%이다.
예시 3의 촉매는 2 mol% 티타늄을 갖는 규산질 MFI 제올라이트의 분말 샘플을 통상적인 초기 습식 기술을 사용하여 질산팔라듐 용액으로 함침시켜 제조되었다. 함침 후, 샘플이 80℃에서 5시간 동안 건조되고 공기 중에서 500℃의 정적 오븐에서 2시간 동안 하소되었다.
예시 4
예시 4의 촉매는 5 mol%의 알루미늄을 함유하는 팔라듐 함유 MFI 제올라이트를 갖는다. 팔라듐 함량은 3 wt%이다.
예시 4의 촉매는 5 mol% 알루미늄을 갖는 규산질 MFI 제올라이트의 분말 샘플을 통상적인 초기 습식 기술을 사용하여 질산팔라듐 용액으로 함침시켜 제조되었다. 함침 후, 샘플이 80℃에서 5시간 동안 건조되고 공기 중에서 500℃의 정적 오븐에서 2시간 동안 하소되었다.
예시 5
예시 5의 촉매는 알루미나에 담지된(supported) 팔라듐을 갖는다. 팔라듐 함량은 3 wt%이다.
예시 5의 촉매는 통상적인 초기 습윤 기술을 사용하여 질산팔라듐 용액으로 알루미나 분말 샘플을 함침시켜 제조되었다. 함침 후, 샘플이 80℃에서 5시간 동안 건조되고 공기 중에서 500℃의 정적 오븐에서 2시간 동안 하소되었다.
예시 1 내지 5의 촉매의 신선한 분말 샘플과 시효된 분말 샘플의 메탄 전환 활성이 다양한 온도(분당 5℃의 램프 레이트로 250에서 450℃까지 램프된)에서 촉매 위에 100,000h-1의 공간 속도로 1120ppm CH4, 65ppm C2H6, 800ppm CO, 9% O2, 10% H2O, 6% CO2, 나머지 N2를 포함하는 가스 혼합물을 흘려 합성 촉매 활성 테스트(SCAT)로 테스트되었다. 시효된 촉매는 700℃의 온도에서 40시간 동안 공기 중 10% H2O에서 함으로써 얻어졌다.
도 1에 도시된 바와 같이, 팔라듐이 함유된 MFI 제올라이트에 알루미나나 티타니아를 사용하거나 알루미나 지지 물질을 사용하는 것보다 티타늄을 2 mol% 사용하는 것이 더 좋은 메탄 전환율을 보인다. 또한, 이러한 티타늄 함유 촉매의 신선 활성과 시효 활성은 매우 유사하여 분자체 내 티타늄의 2 mol% 존재가 팔라듐 함유 제올라이트의 열수 내구성을 향상시킨다는 것을 입증한다. 팔라듐 함유 제올라이트의 열수 내구성을 향상시키는 것은 팔라듐 함유 제올라이트가 천연 가스 엔진의 배기 가스 처리에 사용되는 경우 수분 함량이 높기 때문에 특히 유리하다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수형("a", "an" 및 "the")은 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 복수형을 포함한다. "포함하는(comprising)"이라는 용어의 사용은 이러한 피쳐를 포함하지만 다른 피쳐를 배제하지 않는 것으로 해석되도록 의도되었으며, 또한 설명된 피쳐로 필연적으로 제한되는 피쳐의 옵션도 포함하려는 의도이다. 즉, 이 용어는, 문맥상 명백히 달리 명시되지 않는 한, "로 본질적으로 구성되는(consisting essentially of)"(설명된 피쳐의 필수 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 한 특정 추가 컴포넌트가 존재할 수 있음을 의미함) 및 "로 구성된(consisting of)"(컴포넌트를 해당 비율에 따라 백분율로 표시하면 피할 수 없는 불순물을 고려하여 합산하면 100%가 되도록 다른 피쳐가 포함될 수 없음을 의미함)의 제한도 포함한다.
비록 "제1", "제2" 등의 용어가 본 명세서에서 다양한 요소, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 요소, 층 및/또는 부분은 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 이러한 용어는 하나의 요소, 층 또는 부분을 다른 요소, 층 또는 부분과 구별하기 위해서만 사용된다. "상에"라는 용어는 다른 물질 "상에" 있다고 말하는 한 물질 사이에 개재 층이 없도록 "바로 위에"를 의미하는 것으로 이해될 것이다. "아래", "밑", "밑에", "하부", "위에", "위의", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 하나의 요소 또는 피쳐와 다른 요소(들) 또는 피쳐(들)의 관계를 설명하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 동작 중인 디바이스의 다양한 배향을 포괄하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 디바이스가 뒤집힌 경우, 다른 요소 또는 피쳐 "아래" 또는 "밑"으로 설명된 요소는 다른 요소 또는 피쳐 "위의" 또는 "상부"에 배향될 것이다. 따라서 예시 용어 "아래"는 위 방향과 아래 배향을 모두 포함할 수 있다. 디바이스는 다르게 배향될 수 있으며, 본 명세서에 사용된 공간적으로 관련된 설명은 그에 따라 해석될 수 있다.
전술한 상세한 설명은 설명 및 예시의 방식으로 제공되었으며, 첨부된 청구범위의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 본 명세서에 예시된 본원의 바람직한 실시예의 많은 변형은 당업자에게 명백할 것이며, 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 유지된다.

Claims (15)

  1. 천연 가스 엔진에 의해 생성되는 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 물질(catalytic material)에 있어서, 상기 촉매 물질은 분자체(molecular sieve)와 상기 분자체에 담지된(supported) 백금족 금속(PGM)을 포함하고,
    상기 분자체는 규소, 산소, 티타늄 및 선택적으로 게르마늄을 포함하는 골격(framework)을 갖고, 비티타늄 헤테로원자 T-원자의 함량이 ≤ 약 0.20 mol%이고,
    상기 티타늄은 1 내지 3 mol%의 양으로 존재하는, 촉매 물질.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤테로원자 T-원자는 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 철(Fe), 바나듐(V) 및 이들 중 임의의 2개 이상의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 촉매 물질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 골격은 본질적으로 규소, 산소, 티타늄 및 헤테로원자 T-원자로 구성되는, 촉매 물질.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자체는 제올라이트, 바람직하게는 MFI 제올라이트인, 촉매 물질.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백금족 금속(PGM)의 총 양이 0.01 내지 30 wt%인, 촉매 물질.
  6. 제5항에 있어서, 상기 백금족 금속(PGM)은 팔라듐(Pd), 및 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 촉매 물질.
  7. 제6항에 있어서, 팔라듐의 총 양이 0.1 내지 20 wt%인, 촉매 물질.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자체는 ≥ 1200의 SAR을 갖는, 촉매 물질.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자체는 적어도 0.010 mmol/g의 실란올기를 포함하는, 촉매 물질.
  10. 기재(substrate) 상에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 촉매 물질을 포함하는, 촉매 물품.
  11. 제10항에 있어서, 상기 촉매 물질이 상기 기재 상에 워시코트(washcoat)로서 제공되는, 촉매 물품.
  12. 제11항에 있어서, 상기 워시코트 로딩이 1 내지 50 g/ft3인, 촉매 물품.
  13. 기재에 분산된 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 상기 촉매 물질을 포함하는, 촉매 물품.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재가 관통형(flow-through) 기재 또는 여과(filtering) 기재인, 촉매 물품.
  15. 압축 천연 가스 연소 및 배기 시스템에 있어서,
    (i) 천연 가스 연소 엔진; 및
    (ii) 상기 연소 엔진으로부터 배기 가스를 수용하기 위한 흡입구(intake) 및 상기 배기 가스를 수용하고 처리하도록 배열된 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 촉매 물품을 포함하는 배기 처리 시스템을 포함하는, 압축 천연 가스 연소 및 배기 시스템.
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