BR102015030226A2

BR102015030226A2 - sistema catalisador

Info

Publication number: BR102015030226A2
Application number: BR102015030226A
Authority: BR
Inventors: Carolyn Parks Hubbard; Giovanni Cavataio; Hungwen Jen; Michael Daniel Shane
Original assignee: Ford Global Tech Llc
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-06-14
Also published as: RU2015150900A; RU2015150900A3; US9764286B2; US20160158699A1; CN105673157A; RU2678582C2; DE102015120904B4; DE102015120904A1

Abstract

sistema catalisador. a presente invenção refere-se, geralmente, a um sistema catalisador que facilita a redução de óxidos de nitrogênio em gases de escape de veículo e, mais particularmente, a um sistema catalisador que reduz emissões de óxido nitroso (n2o) de gases de escape de veículo. o sistema de catalisador (50) para reduzir emissões de n2o no sistema de escape de um veículo compreende uma sustentação (52) em comunicação com a corrente de gás de escape, em que a dita sustentação (52) inclui uma entrada (54) de gás de escape e uma saída (56) de gás de escape e tem pelo menos uma passagem (55) de gás de escape através da mesma, em que a dita sustentação (52) compreende uma primeira zona (58) catalítica e uma segunda zona (60) catalítica posicionada a jusante da dita primeira zona (58), em que a dita primeira zona (58) catalítica inclui um catalisador de pgm - platinum group metals que compreende 50 a 100% em peso de ródio (62), sendo que o restante compreende paládio e/ou platina em qualquer razão de peso e a dita segunda zona (60) inclui um catalisador de pgm que compreende 50 a 100% em peso de paládio (64), sendo que o restante compreende ródio e/ou platina em qualquer razão de peso.

Description

“SISTEMA CATALISADOR” Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se, geralmente, a um sistema catalisador que facilita a redução de óxidos de nitrogênio em gases de escape de veículo e, mais particularmente, a um sistema catalisador que reduz emissões de óxido nitroso (N20) de gases de escape de veículo.

Antecedentes da Invenção [002] As regulamentações ambientais relativas à redução de emissões de motores veiculares estão se tornando cada vez mais rigorosas, o que exige novos projetos para abordar os desafios de produzir veículos mais limpos. Os catalisadores são usados há muito tempo nos sistemas de escape de veículos automotores para converter poluentes de monóxido de carbono, hidrocarbonetos e óxido de nitrogênio (NOx) para gases mais benignos para o ambiente, como dióxido de carbono, vapor de água e nitrogênio. Sabe-se há muito tempo que os chamados catalisadores de três vias (Three-Way Catalysts - TWC) podem ser usados simultaneamente para converter monóxido de carbono, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio em gases mais benignos para o ambiente. Geralmente, tais TWCs incluem uma pluralidade ou múltiplos metais preciosos, como metais do grupo platina (Platinum Group Metals -PGMs). Por exemplo, os catalisadores compreendidos de combinações de ródio (Rh) e platina (Pt) ou paládio (Pd) foram usados em sistemas de TWC. Em geral, acredita-se que Pd seja mais eficaz para converter CO e HC, ao passo que Rh é mais eficaz para reduzir compostos de NOx.

[003] Os óxidos de nitrogênio são de uma preocupação ambiental crescente. Por exemplo, o Conselho Nacional de Pesquisa (Estados Unidos), em um estudo de 2010, estimou que moléculas de N20 liberadas na atmosfera permanecem intactas por uma média de 120 anos, e o impacto ambiental de 0,454 quilogramas (uma libra) de N20 no aquecimento atmosférico é de mais de 300 vezes de 0,454 quilogramas (uma libra) de dióxido de carbono. Os padrões de economia de combustível cada vez mais rígidos exacerbam a produção de NOx em veículos.

[004] Desse modo, é preferencial operar motores de veículo sob condições escassas, isto é, condições em que a razão ar/combustível seja maior que a razão estequiométrica, para melhorar a eficácia de combustível e diminuir as emissões de C02. Entretanto, ao passo que a operação escassa melhora a economia de combustível, tal operação aumenta a dificuldade de tratamento e de remoção de gases NOx dos sistemas de escape de veículo. Isso resultou em fabricantes de veículo que desenvolveram os chamados dispositivos de captura de NOx escasso que adicionam à complexidade e custo de sistemas de escape em uma tentativa de criar e reduzir o máximo de NOx possível.

[005] Outras condições encontradas durante a operação normal de veículos automotores também resultam na produção de excesso de gases NOx. Por exemplo, durante partida a frio de motores, a eficácia e eficiência dos catalisadores são reduzidas até que os catalisadores alcancem sua temperatura de arranque. Durante a aceleração do veículo, o fluxo aumentado de gases de escape que contém NOx e CO resulta em redução incompleta de compostos de NOx a N2 e geram N20 adicional no conversor catalítico.

[006] Consequentemente, uma necessidade permanece nessa técnica para fornecer sistemas catalisadores mais eficientes, que possam abordar e controlar emissões de gases poluentes sobre uma faixa ampla de condições de operação.

Descrição da Invenção [007] Essas necessidades são abordadas por realizações da presente invenção que fornecem um sistema catalisador que facilita a redução de óxidos de nitrogênio em gases de escape de veículo e, mais particularmente, a um sistema catalisador que reduz emissões de óxido nitroso (N20) de gases de escape de veículo.

[008] De acordo com uma realização da presente invenção, um sistema catalisador para reduzir emissões de N20 no sistema de escape de um veículo é fornecido, e compreende uma sustentação em comunicação com a corrente de gás de escape, sendo que a sustentação inclui uma entrada de gás de escape e uma saída de gás de escape. A sustentação tem pelo menos uma passagem de gás de escape através da mesma. A sustentação, que pode estar na forma de uma construção de colmeia monolítica de múltiplas células, compreende uma primeira zona catalítica e uma segunda zona catalítica, posicionada a jusante da primeira zona. A primeira zona catalítica inclui um catalisador de metal do grupo platina (PGM) que compreende cerca de 50 a cerca de 100% em peso de ródio, com o restante compreendendo platina e/ou paládio em qualquer razão de peso. A segunda zona catalítica inclui um catalisador de PGM que compreende cerca de 50 a cerca de 100% em peso de paládio, com o restante compreendendo platina e/ou ródio em qualquer razão de peso. A expressão “catalisador de PGM” significa ródio, platina ou paládio e misturas dos mesmos. De preferência, a sustentação compreende óxido de cério, óxido de zircônio, óxido de alumínio e misturas dos mesmos em qualquer razão de peso.

[009] Em algumas realizações, a segunda zona catalítica inclui um catalisador de níquel e cobre que auxilia na redução adicional de qualquer N20 ainda presente no sistema de escape. Em algumas realizações, o catalisador de níquel e cobre compreende cerca de 50% em peso de níquel e cerca de 50% em peso de cobre.

[010] Em outra realização, o sistema catalisador inclui uma terceira zona catalítica a jusante da segunda zona catalítica, com o catalisador de níquel e cobre localizado na terceira zona catalítica. Em realizações que incluem três zonas catalíticas, o sistema pode ser configurado de modo que a primeira zona catalítica na passagem de gás de escape compreenda um canal de entrada que tem uma primeira e uma segunda extremidades, com a primeira extremidade do canal de entrada em comunicação com a entrada de gás de escape. A segunda zona catalítica compreende um canal de saída que tem uma primeira e uma segunda extremidades, com a segunda extremidade do canal de saída em comunicação com a saída de gás de escape. A terceira zona catalítica compreende um canal intermediário que tem uma primeira e uma segunda extremidades, com a primeira extremidade do dito canal intermediário em comunicação com a segunda extremidade do canal de entrada e a segunda extremidade do canal intermediário em comunicação com a primeira extremidade do canal de saída. O canal intermediário é orientado de modo que o fluxo de gás de escape através da pelo menos uma passagem de gás de escape seja invertido da direção de fluxo nos canais de entrada e saída.

[011 j Consequentemente, é um recurso da presente invenção reduzir óxidos de nitrogênio em gases de escape de veículo e, mais particularmente, um sistema catalisador que reduz emissões de óxido nitroso (N20) de gases de escape de veículo. Outros recursos e vantagens da presente invenção serão verificados a partir da descrição detalhada a seguir, dos desenhos em anexo e das reivindicações anexas.

Breve Descrição dos Desenhos [012] A descrição detalhada de realizações específicas da presente invenção a seguir pode ser entendida melhor quando lida em conjunto com os desenhos a seguir, onde estruturas similares são indicadas com numerais de referência similares e nos quais: - A Figura 1 é uma vista em perspectiva parcialmente recortada de um catalisador de dois componentes do estado da técnica para um sistema de escape de veículo; - A Figura 2 é uma vista tomada ao longo da linha 2—2 na Figura 2 que retrata as camadas envernizadas de catalisador nas paredes da sustentação; - A Figura 3 é uma vista em perspectiva parcialmente recortada de uma realização do sistema catalítico de duas zonas da presente invenção; a Figura 3A é uma vista lateral ampliada tomada ao longo da linha 3—3 na Figura 3; - A Figura 4 é uma vista lateral esquemática de uma realização de fluxo inverso da invenção que utiliza uma terceira zona catalítica; - A Figura 5 é um gráfico de conversão de NOx versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Pd sob teor de CO variável em um gás de escape; - A Figura 6 é um gráfico de formação de N20 versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Pd sob teor de CO variável em um gás de escape; - A Figura 7 é um gráfico de conversão de CO versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Pd sob teor de CO variável em um gás de escape; - A Figura 8 é um gráfico de formação de NH3 versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Pd sob teor de CO variável em um gás de escape; - A Figura 9 é um gráfico de conversão de NOx versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Rh sob teor de CO variável em um gás de escape; - A Figura 10 é um gráfico de formação de N20 versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Rh sob teor de CO variável em um gás de escape; - A Figura 11 é um gráfico de conversão de CO versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Rh sob teor de CO variável em um gás de escape; e - A Figura 12 é um gráfico de formação de NH3 versus temperatura de gás de entrada para um catalisador somente de Rh sob teor de CO variável em um gás de escape.

Descrição de Realizações da Invenção [013] Os gases encontrados na maioria de exaustores de veículo automotores contêm apenas quantidades muito pequenas de óxido nitroso (N20) gerado durante a combustão de combustível no motor. Ao invés disso, um problema é que o N20 é formado pelos catalisadores no sistema de escape de veículo durante modos de operação diferentes. O óxido nitroso é formado quando um veículo é operado sob condições escassas, isto é, o combustível de hidrocarboneto é queimado em um excesso de oxigênio/ar. Embora condições de operação escassas forneçam vantagens como eficácia de combustível melhorada e menores emissões de C02, tal operação aumenta a formação de óxidos de nitrogênio (NOx). Tipicamente, os fabricantes usaram dispositivos de captura de NOx escasso que contêm catalisadores para absorver compostos de NOx seguidos pela redução de NOx quando o motor é operado sob condições ricas (isto é, excesso de combustível para ar/oxigênio). Alternativamente, a redução de NOx é cumprida pela injeção de um redutor, como amônia, na corrente de gás de escape.

[014] Foi determinado que a operação, tanto sob condições escassas quanto ricas, contribui para a formação de N20 por catalisadores de três vias convencionais tipicamente usados em sistemas de escape de veículo. Os compostos de NOx que são tratados quando o motor é operado sob condições escassas são apenas reduzidos parcialmente pelos catalisadores quando condições ricas ou um redutor são impostos. Devido ao fato de que as condições no sistema de escape de veículo podem variar, a progressão de redução de NOx é afetada pelas quantidades relativas e tipos de redutor (H2 e CO), pelo tempo de residência de reação (velocidade espacial do gás de escape, definida como taxa de fluxo de gás de escape dividida pelo volume do catalisador), e temperatura do gás de escape. Quando o veículo não é aquecido completamente, ou quando o veículo acelera e a velocidade espacial de gás de escape aumenta, N20, ao invés de N2, é formado, devido ao fato de que os catalisadores podem apenas reduzir parcialmente os gases NOx.

[015] Quando um veículo acelera, as condições no sistema de escape mudam. Essas mudanças incluem uma taxa de fluxo de escape maior, uma massa maior de NO e níveis de CO maiores. Durante tais eventos desafiadores, formulações de catalisador de três vias típico (TWC) atualmente em uso são sobrecarregadas. O resultado é que TWC pode apenas reduzir parcialmente NO, o que gera mais N20 ao invés de reduzir completamente NO para N2.

[016] A velocidade espacial aumentada do gás de escape durante a aceleração do veículo também contribui para o problema da formação de N20 pela diminuição da temperatura do catalisador para abaixo de seu estado ativo otimizado. É durante esse estado ativo diminuído do catalisador de três vias que a maioria de N20 é gerada. As formulações de TWC presentes são, principalmente, compreendidas por Pd. Entretanto, o CO na corrente de gás de escape pode contaminar Pd e resultar na temperatura de arranque do catalisador (definida como a temperatura na qual o catalisador converte pelo menos 50% de emissões de hidrocarboneto não queimados) desenvolvida. Isso estende adicionalmente o tempo durante o qual o TWC está em um estado ativo diminuído e resulta na geração de N20 sob uma faixa de temperatura ampla junto com acumulação significativa de N20 nos gases de escape que deixam o sistema.

[017] Em referência, inicialmente, às Figuras 1 e 2, uma configuração do catalisador de dois componentes típico do estado da técnica é mostrada para o sistema de escape de veículo 10 localizado a jusante de um motor (não mostrado). O termo “componente” se refere a um substrato de sustentação de colmeia monolítico que foi envernizado com o catalisador nas superfícies interiores do mesmo. O sistema 10 inclui o alojamento 12 que circunda e contém as sustentações de catalisador 14 e 16. O sistema também inclui a entrada 18 para gases de escape quentes provenientes do motor e uma saída 20 por onde os gases tratados saem. Conforme melhor mostrado na Figura 2, o catalisador de três vias 20 na primeira sustentação 14 é projetado para oxidar simultaneamente CO e quaisquer hidrocarbonetos não queimados, assim como para reduzir compostos de NOx. Tipicamente, os compostos de metal do grupo platina (PGM), como platina, paládio e ródio, são usados e envernizados nas superfícies interiores da estrutura de colmeia da sustentação.

[018] A primeira sustentação 14, tipicamente, tem uma carga de metal precioso alta, como, por exemplo, 2,4 kg/m3 (68 g/ft3) de Pd e 0,07 kg/m3 (2 g/ft3) de Rh, para uma carga de metal precioso total de 2,47 kg/m3 (70 g/ft3). Conforme é mostrado na Figura 2, tipicamente, uma primeira base do catalisador que contém Pd 20 é envernizada nas paredes da sustentação 14. O catalisador que contém Rh 22 é, então, revestido no revestimento de Pd para formar um verniz de duas camadas. Acredita-se que Pd seja melhor para oxidar CO e hidrocarbonetos não queimados na corrente de gás de escape, ao passo que Rh é melhor para redução de NOx. Tipicamente, o substrato monolítico tem entre cerca de 400 a 1.200 e, mais preferencialmente, cerca de 900 células por 645,2 mm2 (polegada quadrada) para aumentar a área de superfície geométrica do verniz.

[019] A segunda sustentação 16 é localizada a jusante da primeira sustentação 14 e está presente para auxiliar no controle de emissões durante situações de fluxo de massa alto durante aceleração e condução do tipo rodovia. A segunda sustentação 24 é projetada para fornecer conversão de NOx adicional. Tipicamente, as cargas de metal precioso da segunda sustentação são geralmente muito menores, por exemplo, 0,35 kg/m3 (10 g/ft3) de Pd e 0,07 kg/m3 (2 g/ft3) de Rh.

[020] Com tal configuração de sustentação de catalisador típico e composição, foi determinado que durante a aceleração do veículo, o catalisador, na primeira sustentação, gera N20 devido à redução incompleta de compostos de NOx pelo catalisador de três vias e a presença de níveis maiores de monóxido de carbono que inibem a atividade do catalisador de três vias. O catalisador na segunda sustentação não é eficaz para reduzir de modo significante o teor de N20 do exaustor.

[021] Para abordar as deficiências dos sistemas de escape catalíticos atuais, as realizações da presente invenção utilizam um sistema catalisador dividido em zonas que inclui uma primeira zona que compreende ródio ou um catalisador enriquecido com ródio e uma segunda zona, posicionada a jusante da primeira zona, que compreende paládio ou um catalisador enriquecido com paládio. As zonas catalisadoras podem ser localizadas em estruturas de sustentação de catalisador separado posicionadas em sequência. Alternatívamente, as zonas catalisadoras podem ser posicionadas sequencialmente em uma sustentação de catalisador única.

[022] A sustentação de catalisador ou sustentações são posicionadas, de preferência, próximas ao coletor de gás de escape do motor para receber os gases de escape quentes a partir do mesmo. Essa configuração é denominada na técnica como catalisador com “acoplamento curto” e é projetada para fornecer um arranque de catalisador mais rápido (por exemplo, o catalisador é aquecido e alcança sua temperatura de arranque mais rapidamente) após uma partida a frio do veículo. Opcionalmente, a segunda zona catalítica pode incluir um catalisador de níquel e cobre. Alternativamente, o catalisador de níquel e cobre pode ser posicionado em uma terceira zona catalítica localizada a jusante da segunda zona catalítica.

[023] Conforme mostrado nas Figuras 3 e 3A, em uma realização, o sistema catalisador 50 inclui a sustentação de catalisador 52 no alojamento 53. A sustentação 52 é ilustrada na forma de uma colmeia monolítica que tem múltiplas passagens de gás de escape através da mesma. De preferência, a sustentação é formada de óxido de cério, óxido de zircônio, óxido de alumínio e misturas dos mesmos. O sistema inclui a entrada de gás de escape 54 e a saída de gás de escape 56. A sustentação 52 inclui a primeira zona catalítica 58 e a segunda zona catalítica 60 posicionadas imediatamente a jusante da primeira zona. A primeira zona 58 tem um catalisador de metal do grupo platina (PGM) que compreende ródio ou catalisador enriquecido com ródio 62 revestido nas paredes da sustentação 52, ao passo que a segunda zona 60 tem um catalisador de PGM que compreende paládio ou catalisador enriquecido com paládio 64 revestido nas paredes da sustentação. A expressão “catalisador de PGM”, significa ródio, platina ou paládio.

[024] Geralmente, a primeira zona catalisadora compreende cerca de 5 até 35% do comprimento da sustentação. Em uma realização preferencial, a primeira zona catalisadora compreende cerca de 8 até 30% do comprimento. Se as duas zonas catalisadoras são posicionadas em sustentações separadas, os comprimentos relativos estarão na mesma razão. O catalisador na primeira zona compreende cerca de 50 a cerca de 100% em peso de ródio, com o restante compreendendo paládio e/ou platina em qualquer razão de peso. Desse modo, a quantidade de paládio na primeira zona catalítica pode variar de 0 a cerca de 50% em peso e a quantidade de platina na primeira zona catalítica pode variar de 0 a cerca de 50% em peso. A carga de catalisador para a primeira zona é entre cerca de 0,017 até cerca de 10,59 kg/m3 (cerca de 0,5 até cerca de 300 gm/ft3).

[025] O catalisador na segunda zona compreende cerca de 50 a cerca de 100% em peso de paládio, com o restante compreendendo platina e/ou ródio em qualquer razão de peso. Desse modo, a quantidade de ródio na segunda zona catalítica pode variar de 0 a cerca de 50% em peso e a quantidade de platina na segunda zona catalítica pode variar de 0 a cerca de 50% em peso. A carga de catalisador na segunda zona compreende cerca de 0,017 e cerca de 10,59 kg/m3 (cerca de 0,5 até cerca de 300 gm/ft3).

[026] Ao localizar ródio ou catalisador enriquecido com ródio de modo que gases de escape do motor encontrem primeiro, a conversão de NOx é enriquecia ao passo que a formação de N20 é minimizada. Embora não se deseje ser limitado por qualquer teoria particular, os eventos de aceleração do veículo são definidos por taxas de fluxo de gás de escape maiores, com os gases de escape que contêm quantidades relativamente maiores de NOx e CO. Sob baixa temperatura e condições de reação ricas de CO, o ródio tem uma temperatura de arranque menor que a do paládio, com 50% de redução de NOx que ocorre em cerca de 300 °C para ródio versus cerca de 400 °C para paládio.

[027] O ródio tem a vantagem adicional em que é um bom catalisador de reação de troca de gás de água, que converte o CO presente no gás de escape para C02 e H2. A atividade catalítica de ródio não é afetada adversamente por CO, mais CO é convertido e menos CO é presente no gás de escape a jusante que evita afetar adversamente a atividade catalítica da zona catalisadora de paládio. Além disso, o H2 produzido na zona catalítica de ródio é utilizado pelo paládio a jusante ou catalisador enriquecido com paládio para enriquecer a conversão de qualquer N20 restante na corrente de escape.

[028] Em outra realização, a segunda zona catalítica 60 inclui um intensificador de catalisador de níquel e cobre que enriquece a conversão hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono, NOx, N20 e NH3. A carga de catalisador para o catalisador de níquel e cobre é de cerca de 0,017 até 70,62 kg/m3 (cerca de 0,5 até 2.000 gm/ft3) de níquel e cobre totais. A razão de peso de níquel para cobre pode variar amplamente de cerca de 1:99 até 99:1. De preferência, a razão de peso de níquel para cobre (Ni/Cu) é >1.

[029] Alternativamente, o catalisador de níquel e cobre pode ser posicionado em uma terceira zona catalisadora a jusante da segunda zona. Em uma realização de três zonas simplificadas ilustrada na Figura 4, a sustentação de catalisador é configurada para criar uma disposição de fluxo inverso. Conforme mostrado, o gás de escape (retratado por setas) do motor (não mostrado) entra pela sustentação 52 através da entrada de gás 54 e flui através da passagem de gás 55. O gás de escape é exposto inicialmente a ródio ou à primeira zona catalítica enriquecida com ródio 58, mostrada como um verniz nas paredes da sustentação 52. À medida que o gás de escape continua ao longo da passagem de gás 55, é, então, exposto ao paládio ou à segunda zona catalítica enriquecida com paládio 60, mostrada como um verniz nas paredes da sustentação 52. À medida que o gás de escape continua através da passagem 55, é, então, exposto à terceira zona catalítica enriquecida com níquel 68 antes de sair pela saída 56. Um técnico no assunto reconhecerá que através do uso de coletores, uma sustentação de colmeia de múltiplas passagens pode ser configurada para essa realização de fluxo inverso. Por exemplo, através do uso apropriado de coletores, o gás de escape pode ser direcionado para o núcleo interior de uma sustentação de colmeia e fluir através das passagens no núcleo interior. Mediante a saída pela sustentação, os coletores direcionam o fluxo de gás de escape em uma direção de fluxo inverso através de uma zona intermediária em torno do núcleo interior. Finalmente, mediante a saída pela zona intermediária, os coletores direcionam o gás de escape através de uma zona adjacente à superfície externa da sustentação catalítica, A realização mostrada na Figura 4 obtém as mesmas vantagens das realizações anteriores, a saber, que a conversão de NOx é enriquecida ao passo que a formação de N20 formação é minimizada.

[030] Na ordem de que as realizações da invenção possam ser melhor entendidas, a referência é feita aos exemplos a seguir, que destinam-se a ilustrar as várias realizações da invenção e não destinam-se a limitar o escopo da mesma.

Exemplo [031] Testes de laboratório foram executados para estimular a aceleração das condições de veículo para um exaustor que tem níveis ricos de CO, isto é, níveis de CO maiores que níveis estequiométricos para a reação 2NO + CO —► N2 + C02. Dois catalisadores diferentes foram comparados. O primeiro catalisador compreendeu ródio em um nível de 26 g/ft3. O segundo catalisador compreendeu Pd em um nível de 26 g/ft3. Em cada caso, os catalisadores foram envernizados nas paredes de uma sustentação de colmeia de céria/zircônia em 2,54 cm (1 polegada) em diâmetro e 1,27 cm (0,5 polegadas) em comprimento que tem 400 células por 645,2 mm2 (polegada quadrada) e uma espessura de parede de 0,0102 cm (0,004 polegadas). Os parâmetros de avaliação foram simulados com gás de escape em uma velocidade espacial de 60.000/h e uma taxa de fluxo total de reator de 6,44 litros/min. Ambos catalisadores foram envelhecidos durante 16 horas a 900 °C sob condições hidrotermais.

[032] Três níveis diferentes de CO foram usados, um nível estequiométrico de CO (2.000 ppm tanto de NO quanto de CO, um Nível Rico 1 de CO (2.000 ppm de NO e 3.000 de ppm CO) e um Nível Rico 2 de CO (2.000 ppm de NO e 5.000 ppm de CO). Os testes compararam a conversão de NOx, a formação de N20, conversão de CO e a formação de NH3 com o uso dos dois catalisadores diferentes em temperaturas de entrada de gás crescentes.

Conforme mostrado nas Figuras 5 a 8, para o catalisador de Pd, os níveis ricos de CO que são tipicamente presentes em um motor de queima escassa inibem a conversão de NOx (Figura 5), levam à formação de N20 sobre uma faixa de temperatura ampla (Figura 6), inibem a conversão de CO (Figura 7) e geram somente níveis baixos de NH3 (Figura 8). Em comparação, conforme é mostrado nas Figuras 9 a 12, o catalisador de Rh obteve substancialmente 100% de conversão de NOx a 220 °C para todos os níveis de CO (Figura 9), não formou N20 em uma temperatura de catalisador sobre 350 °C (Figura 10), resultou em conversão maior de CO em temperaturas menores (Figura 11), e gerou quantidades relativamente maiores de NH3 (Figura 12).

[033] Os resultados do teste mostram que o catalisador de Rh converteu 50% de compostos de NOx em temperaturas menores (220 °C versus 270 °C para Pd), e não foi afetado por níveis ricos de CO, ao passo que o catalisador de Pd foi inibido por 130 °C (comparar Figuras 5 e 9). Além disso, condições de CO ricas resultaram na formação de N20 para o catalisador de Pd sobre uma faixa de temperatura larga, ao passo que o catalisador de Rh não resultou na formação de N20 sobre 350 °C (comparar Figuras 6 e 10). A conversão de CO sob condições ricas trocou 330 °C para o catalisador de Pd, ao passo que foram trocados somente 15 °C para o catalisador de Rh (comparar Figuras 7 e 11). Os níveis de CO ricos não afetaram a temperatura de arranque para o catalisador de Rh, ao passo que o catalisador de Pd foi inibido por 130°C. Finalmente, o catalisador de Rh gerou quantidades maiores para NH3 através da formação de H2 a partir da reação de troca de gás de água (comparar Figuras 8 e 12). Tais níveis de NH3 aumentados auxiliaram o paládio a jusante ou catalisador enriquecido com paládio para enriquecer a conversão de qualquer N20 restante na corrente de escape.

[034] É notado que termos como “de preferência”, “comumente” e “tipicamente” não são usados no presente documento para limitar o escopo da invenção reivindicada ou para implicar que certos recursos são críticos, essenciais ou até mesmo importantes para a estrutura ou função da invenção reivindicada. Ao invés disso, esses termos são meramente destinados a destacar recursos alternativos ou adicionais que podem ou não ser utilizados em uma realização particular da presente invenção.

[035] A menos que o significado seja claramente o contrário, todas as faixas estabelecidas no presente documento são consideradas como inclusivas de todos os valores dentro da faixa referida, assim como os pontos finais.

[036] Para os propósitos de descrição e definição da presente invenção, é notado que o termo “substancialmente” é utilizado no presente documento para representar o grau inerente de incerteza que pode ser atribuído a qualquer comparação quantitativa, valor, medição ou outra representação. O termo “substancialmente” também é utilizado no presente documento para representar o grau pelo qual uma representação quantitativa pode variar a partir de uma referência verificada sem resultar em uma mudança na função básica da matéria em questão.

[037] Ao descrever a invenção em detalhes e a título de referência às realizações específicas da mesma, será verificado que as modificações e variações são possíveis sem se afastar do escopo da invenção definido nas reivindicações anexas. Mas especificamente, embora alguns aspectos da presente invenção tenham sido identificados no presente documento como preferenciais ou particularmente vantajosos, é contemplado que a presente invenção não é necessariamente limitada a esses aspectos preferenciais da invenção.

Claims

1. SISTEMA CATALISADOR (50), para reduzir emissões de N20 no sistema de escape de um veículo, caracterizado por compreender uma sustentação (52) em comunicação com a corrente de gás de escape, em que a dita sustentação (52) inclui uma entrada (54) de gás de escape e uma saída (56) de gás de escape e tem pelo menos uma passagem (55) de gás de escape através da mesma, em que a dita sustentação (52) compreende uma primeira zona (58) catalítica e uma segunda zona (60) catalítica posicionada a jusante da dita primeira zona (58), em que a dita primeira zona (58) catalítica inclui um catalisador de PGM - Metais do Grupo Platina que compreende 50 a 100% em peso de ródio (62), sendo que o restante compreende paládio e/ou platina em qualquer razão de peso e a dita segunda zona (60) inclui um catalisador de PGM que compreende 50 a 100% em peso de paládio (64), sendo que o restante compreende ródio e/ou platina em qualquer razão de peso.

2. SISTEMA CATALISADOR (50), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita sustentação (52) compreende óxido de cério, óxido de zircônio, óxido de alumínio e misturas dos mesmos.

3. SISTEMA CATALISADOR (50), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito catalisador de PGM -Metais do Grupo Platina na dita primeira zona (58) catalítica tem uma carga de catalisador de 0,017 até 10,59 kg/m3 (0,5 até 300 gm/ft3).

4. SISTEMA CATALISADOR (50), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito catalisador de PGM -Metais do Grupo Platina na dita segunda zona (60) catalítica tem uma carga de catalisador de 0,017 até 10,59 kg/m3 (0,5 até 300 gm/ft3).

5. SISTEMA CATALISADOR (50), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita segunda zona (60) catalítica inclui um catalisador de níquel e cobre.

6. SISTEMA CATALISADOR (50), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito catalisador de níquel e cobre tem uma carga de catalisador de 0,017 até 70,62 kg/m3 (0,5 até 2000 gm/ft3).

7. SISTEMA CATALISADOR (50), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito catalisador de níquel e cobre tem uma razão de níquel para cobre de >1.

8. SISTEMA CATALISADOR (50), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente uma terceira zona (68) catalítica a jusante da dita segunda zona (60) catalítica que inclui um catalisador que compreende níquel e cobre.

9. SISTEMA CATALISADOR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita primeira zona (58) catalítica na dita passagem (55) de gás de escape compreende um canal de entrada que tem uma primeira e uma segunda extremidades, em que a dita primeira extremidade do dito canal de entrada está em comunicação com a dita entrada (54) de gás de escape, a dita segunda zona (60) catalítica compreende um canal de saída que tem uma primeira e uma segunda extremidades, a dita segunda extremidade do dito canal de saída está em comunicação com a dita saída (56) de gás de escape, e a dita terceira zona catalítica compreende um canal intermediário que tem uma primeira e uma segunda extremidades, em que a dita primeira extremidade do dito canal intermediário está em comunicação com a dita segunda extremidade do dito canal de entrada e a dita segunda extremidade do dito canal intermediário está em comunicação com a dita primeira extremidade do dito canal de saída, em que o dito canal intermediário é orientado de modo que o fluxo de gás de escape através da dita pelo menos uma passagem (55) de gás de escape é invertido da direção de fluxo nos ditos canais de entrada e saída.