BR102015031970B1 - catalisador do tipo favo de mel inserido - Google Patents
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Abstract
CATALISADOR DO TIPO FAVO DE MEL INSERIDO Catalisador do tipo favo de mel com uma pluralidade de fluxo através de canais, compreendendo um substrato composto de uma camada aplicada (washcoat) produzida de material fibroso de não tecido e um revestimento plano, com o substrato sendo enrolado em um corpo cilíndrico contendo um catalisador, com o catalisador sendo inserido em uma estrutura metálica com uma placa interposta, onde o catalisador do tipo favo de mel apresenta um módulo de Young igual ou maior a cerca de 10 MPa, mas menor ou igual a cerca de 1000 MPa, e o substrato apresentando uma densidade de carga entre 250 e 700 g/L.
Description
[001] A presente invenção está relacionada a um catalisador do tipo favo de mel inserido em uma estrutura metálica.
[002] Em particular, a invenção oferece um catalisador do tipo favo de mel melhorado e preparado pelo enrolamento de um papel cerâmico ondulado em um corpo cilíndrico e revestido com uma camada (washcoat) para produzir uma densidade ótima da carga do catalisador apresentando uma alta força de compressão radial e elasticidade no processo de inserção e força de suporte melhorada dentro de uma estrutura metálica durante a operação do catalisador.
[003] Catalisadores cilíndricos do tipo favo de mel conhecidos na área são preparados através do enrolamento de lâminas metálicas onduladas para oferecer uma estrutura estável para utilização na exaustão de gases ou gases de escape. Ver por exemplo, US2010254864, US7101602, EP0988892, EP0919280 e US6689328.
[004] A produção de catalisadores cilíndricos do tipo favo de mel a partir de material fibroso de não tecido, por exemplo, papel cerâmico, é também conhecida. Neste caso, uma lâmina de material fibroso é pré-revestida com um ligante e a estrutura do material fibroso é preenchida com uma pasta cerâmica ondulada e geralmente revestida com uma lâmina plana. A lâmina ondulada juntamente com a plana é finalizada em um corpo cilíndrico na forma de favo com camada de pasta cerâmica e impregnada com o material cataliticamente ativo.
[005] Catalisadores do tipo favo de mel são frequentemente empregados na eliminação de gases de escape de automóveis. Nestas aplicações os catalisadores são inseridos em uma estrutura metálica e colocados no sistema de gás de exaustão.
[006] Para manter o catalisador no local durante a operação e evitar quebra, o corpo em forma de favo de mel é geralmente envolvido em uma placa composta de fibras cerâmicas. A placa atua também como isolante térmico e selante para evitar o desvio do gás de escape do catalisador. As prevenções acima requerem certas propriedades da placa incluindo condutividade térmica, selagem do gás e coeficientes de fricção.
[007] O catalisador do tipo favo de mel envolvido pode ser inserido na estrutura metálica por métodos diferentes. Um método frequentemente utilizado é o enchimento.
[008] No método de enchimento, o catalisador do tipo favo de mel é pressionado em uma estrutura cilindrica metálica. Um cone de enchimento é utilizado para facilitar a inserção do monólito.
[009] Para garantir uma fricção suficiente entre a placa e o corpo na forma de favo de mel e entre a placa e a estrutura, o diâmetro do corpo pode ser levemente maior do que o diâmetro interno da estrutura.
[010] A pressão de montagem da placa e do corpo na forma de favo de mel aumenta durante o enchimento e pode causar uma grave quebra do catalisador se sua elasticidade for muito baixa. Por outro lado, se a elasticidade do corpo for muito alta, a força de suporte, isto é, a fricção é insuficiente para manter o corpo no local na estrutura metálica durante a operação.
[011] Com a utilização exclusiva de material fibroso não tecido, por exemplo, lâminas onduladas produzidas de fibras de vido, como substrato para um catalisador na forma de favo de mel, a elasticidade do substrato será muito alta resultando em uma força de suporte muito baixa dentro da estrutura metálica, porque normalmente a força exercida pelo substrato elástico através da placa é muito baixa.
[012] Neste caso, o catalisador do tipo favo de mel irá experimentar vibrações intensas durante a operação e se separar, resultando em mau funcionamento.
[013] É, portanto, necessário reduzir a elasticidade do substrato para certo nivel. A elasticidade do substrato pode ser reduzida pelo revestimento com uma camada (washcoat) e calcinação. Entretanto, a quantidade desta camada precisa ser equilibrada dentro de certos limites de densidade da carga. O revestimento do substrato em papel com grandes quantidades da camada (washcoat) ocasionando uma densidade da carga muito alta irá causar uma alta queda de pressão indesejável sobre o catalisador do tipo favo de mel quando utilizado nos processos de eliminação de gás, e também no descarte do material usado no catalisador.
[014] Foi descoberto que um catalisador cilíndrico do tipo favo de mel estável inserido em uma estrutura metálica pode ser feito de papel cerâmico opcionalmente pré- revestido com uma pasta cerâmica, placa cerâmica ou papel cerâmico reforçado com fibras de vidro-E como material inicial e revestimento do papel ondulado com uma camada (washcoat) cerâmica para obter uma densidade de carga entre 250 e 700 g/L e calcinação do substrato revestido para obter uma elasticidade determinada como valor E do módulo de Young entre 10 e 1000 MPa.
[015] Logo, esta invenção oferece um catalisador do tipo favo de mel com uma pluralidade de fluxo através dos canais, compreendendo um substrato composto de uma camada (washcoat) produzida de material fibroso de não tecido e um revestimento plano. 0 substrato é laminado em um corpo cilíndrico e contém um catalisador inserido em uma estrutura metálica com uma placa interposta, onde a estrutura na forma de favo de mel apresenta um módulo de Young E igual ou maior do que cerca de 10 MPa, porém, menor ou igual a cerca de 1000 MPa, e o substrato apresenta uma densidade de carga entre 250 e 700 g/L.
[016] A elasticidade é calculada de acordo com o módulo de Young, E, dividindo a força de tensão pela deformação extensional.
onde Eé o módulo de Young (módulo de elasticidade) Fé a força exercida em um objeto sob tensão; Aoé a área de seção cruzada original através da qual a força é aplicada; ΔL é a quantidade na qual o comprimento do objeto é alterado; Lo é o comprimento original do objeto.
[017] De preferência, a lâmina ondulada com aplicação de camada (washcoat) apresenta uma espessura de parede entre 0,28 e 0,38 milimetros e este revestimento apresenta uma espessura de parede entre 0,37 e 0,47 milimetros, comprimento de onda da lâmina cerâmica entre 2,40 e 3,40 milímetros e o tamanho da ondulação entre 0,65 e 2,05 milímetros; e um diâmetro hidráulico dos canais está entre 0,6 e 1,5 milímetros.
[018] O catalisador na forma de favo de mel inserido é utilizado na eliminação de gases de escape, incluindo remoção de combustível não queimado e monóxido de carbono por oxidação catalítica ou redução catalítica seletiva (SCR) de óxidos de nitrogênio.
[019] Nestas aplicações, a camada aplicada (washcoat) compreende titânia, que é impregnado com um óxido de vanádio e opcionalmente um óxido de tungsténio como o material catalítico ativo na reação de SCR ou platino e/ou paládio, quando utilizados como catalisadores da oxidação.
[020] O catalisador do tipo favo de mel de acordo com a invenção pode também ser revestido por zonas ou em um substrato com múltiplas camadas, onde o substrato apresenta uma zona a jusante ou uma camada inferior com um catalisador de liberação de amónia.
[021] A formação de uma camada (washcoat) aplicada a um substrato monolítico ou monolítico na forma de favo de mel é geralmente realizada retirando a pasta no substrato, colocando-a nos canais do substrato monolítico ou por imersão do substrato em um lado na pasta e opcionalmente aplicando vácuo no lado oposto.
[022] Após ter sido revestido com a camada aplicada (washcoat), o substrato é seco e calcinado antes da impregnação desta camada com uma solução de impregnação aquosa contendo precursores solúveis dos óxidos metálicos cataliticamente ativos.
[023] Os procedimentos de impregnação compreendem a imersão do substrato com camada (washcoat) em um tanque de imersão contendo a solução de impregnação aquosa ou pulverizando o substrato com camada (washcoat) com uma solução de impregnação.
[024] No lugar da impregnação da camada (washcoat), o material catalítico pode ser adicionado antes do revestimento.
Claims (8)
1. Catalisador do tipo favo de mel com uma pluralidade de fluxo através dos canais, CARACTERIZADO pelo fato de compreender um substrato composto de uma lâmina de camada aplicada (washcoat) produzida de material fibroso não tecido e um revestimento plano, com o substrato sendo enrolado em um corpo cilíndrico contendo um catalisador, com o catalisador inserido em uma estrutura metálica com uma placa interposta, onde a estrutura na forma de favo de mel apresenta um módulo de Young E igual ou maior do que cerca de 10 MPa, porém, menor ou igual a cerca de 1000 MPa, e o substrato apresenta uma densidade da carga entre 250 e 700 g/L.
2. Catalisador do tipo favo de mel, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da lâmina ondulada com camada aplicada (washcoat) apresentar uma espessura de parede entre 0,28 e 0,38 milimetros e o revestimento apresentar uma espessura da parede entre 0,37 e 0,47 milimetros, o comprimento de onda da lâmina está entre 2,40 e 3,40 milimetros e o tamanho da ondulação está entre 0,65 e 2,05 milimetros; e um diâmetro hidráulico dos canais está entre 0,6 e 1,5 milímetros.
3. Catalisador do tipo favo de mel, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato da placa compreender fibras inorgânicas.
4. Catalisador do tipo favo de mel, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, CARACTERIZADO pelo fato da placa compreender fibras biossolúveis.
5. Catalisador do tipo favo de mel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato do acabamento compreender titânia e o catalisador compreender óxido de vanádio e óxido de tungsténio.
6. Catalisador do tipo favo de mel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato do acabamento compreender titânia e/ou alumina, e o catalisador compreender platina e/ou paládio.
7. Catalisador do tipo favo de mel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato do acabamento ser revestido em zonas ou camadas no substrato com uma ou múltiplas camadas.
8. Catalisador do tipo favo de mel, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato do substrato apresentar uma zona a jusante ou uma camada inferior com um catalisador de liberação de amónia.
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