BR112014026385B1 - Filtro catalisado, sistema de exaustão para um motor de combustão interna de ignição positiva e, método para converter simultaneamente monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e matéria particulada no gás de exaustão de um motor de combustão interna de ignição positiva - Google Patents
Filtro catalisado, sistema de exaustão para um motor de combustão interna de ignição positiva e, método para converter simultaneamente monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e matéria particulada no gás de exaustão de um motor de combustão interna de ignição positiva Download PDFInfo
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Abstract
filtro catalisado, sistema de exaustão para um motor de combustão interna de ignição positiva, motor de ignição positiva, e, método para converter simultaneamente monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e matéria particulada no gás de exaustão de um motor de combustão interna de ignição positiva. um filtro catalisado para filtrar matéria particulada a partir de gás de exaustão emitido a partir de um motor de combustão interna de ignição positiva compreende um substrato poroso tendo um comprimento de substrato total e tendo superfícies de entrada e superfícies de saída, em que as superfícies de entrada estão separadas das superfícies de saída por uma estrutura porosa contendo poros de um primeiro tamanho de poro médio, em que o substrato poroso é revestido com uma composição de revestimento lavável de catalisador de três vias compreendendo pelo menos um metal precioso selecionado a partir do grupo que consiste de (i) platina e ródio; (ii) paládio e ródio; e (iii) platina, paládio e ródio, suportado em um óxido com grande área de superfície, e um componente dearmazenamento de oxigênio, em que a estrutura porosa do substrato poroso revestido por lavagem contém poros de um segundo tamanho de poro médio, em que o segundo tamanho de poro médio é menor do que o primeiro tamanho de poro médio, revestimento de lavagem de catalisador de três vias o qual é arranjado de maneira axial no substrato poroso entre uma primeira zona compreendendo as superfícies de entrada de um primeiro comprimento de substrato menor do que o comprimento de substrato total e uma segunda zona compreendendo as superfícies de saída de um segundo comprimento de substrato menor do que o comprimento de substrato total, em que a soma do comprimento de substrato na primeira zona e o comprimento de substrato na segunda zona = 100% e em que: (i) um carregamento de revestimento por lavagem na primeira zona maior do que na segunda zona; (ii) um carregamento de metal precioso total na primeira zona maior do que na segunda zona; ou (iii) tanto um carregamento de revestimento por lavagem quanto um carregamento de metal precioso total na primeira zona maior do que na segunda zona.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um filtro catalisado com um catalisador de três vias para filtrar matéria particulada a partir de gás de exaustão emitido a partir de um motor de combustão interna de ignição positiva.
[0002] Motores de ignição positiva causam a combustão de uma mistura de hidrocarboneto e ar usando ignição de centelha. Em contraste, motores de ignição de compressão causam a combustão de um hidrocarboneto através da injeção do hidrocarboneto no ar comprimido. Motores de ignição positiva podem ser abastecidos por combustível de gasolina, combustível de gasolina misturado com oxigenados incluindo metanol e/ou etanol, gás de petróleo líquido ou gás natural comprimido.
[0003] Um catalisador de três vias (TWC) tipicamente contém um ou mais metais do grupo da platina, particularmente aqueles selecionados a partir do grupo que consiste de platina, paládio e ródio.
[0004] TWCs são intencionados para catalisar três reações simultâneas: (i) oxidação de monóxido de carbono para dióxido de carbono, (ii) oxidação de hidrocarbonetos não queimados para dióxido de carbono e água; e (iii) redução de óxidos de nitrogênio para nitrogênio e oxigênio. Estas três reações ocorrem de maneira mais eficiente quando o TWC recebe gás de exaustão a partir de um motor que está correndo no ou perto do ponto estequiométrico. Como é bem conhecido na técnica, a quantidade de monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx) emitida quando o combustível de gasolina é queimado em um motor de combustão interna de ignição positiva (por exemplo, ignição por centelha) é influenciada predominantemente pela razão de ar para combustível no cilindro de combustão. Um gás de exaustão tendo uma composição balanceada estequiometricamente é um do qual as concentrações de gases de oxidação (NOx e O2) e a redução de gases (HC e CO) são substancialmente correspondidas. A razão de ar para combustível que produz esta composição de gás de exaustão estequiometricamente equilibrada tipicamente é dada como 14,7:1.
[0005] Teoricamente, deve ser possível alcançar a conversão completa de O2, NOx, CO e HC na composição de gás de exaustão estequiometricamente equilibrada para CO2, H2O e N2 (e O2 residual) e isto é uma tarefa do TWC. De maneira ideal, portanto, o motor deve ser operado de tal modo que a razão de ar para combustível da mistura de combustão produz a composição de gás de exaustão estequiometricamente equilibrada.
[0006] Um modo de definir o equilíbrio de composição entre gases oxidantes e gases redutores do gás de exaustão é o valor de lambda (X) do gás de exaustão, que pode ser definido de acordo com a equação (1) como: Razão de ar para combustível do motor atual/Razão de ar para combustível do motor estequiométrica (1) em que um valor de lambda de 1 representa uma composição de gás de exaustão estequiometricamente equilibrada (ou estequiométrica), em que um valor de lambda de maior do que 1 representa um excesso de O2 e NOx e a composição é descrita como "pobre" e em que um valor de lambda de menor do que 1 representa um excesso de HC e CO e a composição é descrita como "rica". Também é comum na técnica se referir à razão de ar para combustível em que o motor opera como "estequiométrica", "pobre" ou "rica", dependendo da composição de gás de exaustão que a razão de ar para combustível gera: assim motor de gasolina operado de maneira estequiométrica ou motor de gasolina de queima pobre.
[0007] Deve ser percebido que a redução de NOx para N2 usando o TWC é menos eficiente quando a composição do gás de exaustão é pobre de estequiometria. Igualmente, o TWC é menos capaz de oxidar CO e HC quando a composição do gás de exaustão é rica. O desafio, portanto, é manter a composição do gás de exaustão que escoa para o TWC tão próximo da composição estequiométrica quanto for possível.
[0008] É claro que quando o motor está no estado estacionário é relativamente fácil de garantir que a razão de ar para combustível seja estequiométrica. No entanto, quando o motor é usado para propelir um veículo, a quantidade de combustível necessária muda de maneira transiente dependendo da demanda de carga no motor pelo motorista. Isto faz o controle da razão de ar para combustível de forma que um gás de exaustão estequiométrico é gerado para conversão de três vias particularmente difícil. Na prática, a razão de ar para combustível é controlada por uma unidade de controle de motor, que recebe informação sobre a composição do gás de exaustão de um sensor de gás de exaustão oxigênio (EGO) (ou lambda): um assim chamado de sistema de resposta de ciclo. Uma funcionalidade de tal sistema é que a razão de ar para combustível oscila (ou perturba) entre levemente rica do ponto estequiométrico (ou ponto de controle) e levemente pobre, já que existe um atraso de tempo associado com o ajuste da razão de ar para combustível. A perturbação é caracterizada pela amplitude da razão de ar para combustível e a frequência de resposta (Hz).
[0009] Os componentes ativos em um TWC típico compreendem um ou ambos de platina e paládio em combinação com ródio, ou mesmo paládio apenas (no ródio), suportado em um óxido com grande área de superfície, e um componente de armazenamento de oxigênio.
[00010] Quando a composição do gás de exaustão é levemente rica do ponto de ajuste, existe uma necessidade por uma pequena quantidade de oxigênio para consumir o CO e o HC não reagidos, isto é para tornar a reação mais estequiométrica. Reciprocamente, quando o gás de exaustão vai levemente pobre, o oxigênio em excesso precisa ser consumido. Isto foi alcançado através do desenvolvimento do componente de armazenamento de oxigênio que libera ou absorve oxigênio durante as perturbações. O componente de armazenamento de oxigênio (OSC) mais comumente usado em TWCs modernos é óxido de cério (CeO2) ou um óxido misto contendo cério, por exemplo, um óxido misto de Ce/Zr.
[00011] PM ambiente é dividida pela maioria dos autores para as seguintes categorias com base no seu diâmetro aerodinâmico (o diâmetro aerodinâmico é definido como o diâmetro de uma esfera com densidade de 1 g/cm3 da mesma velocidade de sedimentação no ar como a partícula medida):(i) PM-10 - partículas de um diâmetro aerodinâmico de menos do que 10 μm;(ii) Partículas finas de diâmetros abaixo de 2,5 μm (PM-2,5);(iii) Partículas ultra finas de diâmetros abaixo de 0,1 μm (ou 100 nm); e(iv) Nanopartículas, caracterizadas por diâmetros de menos do que 50 nm.
[00012] Desde os meados nos anos 90, distribuições de tamanho de partícula de particulados exauridos a partir de motores de combustão interna têm recebido atenção aumentada devido aos possíveis efeitos de saúde adversos de partículas finas e ultrafinas. Concentrações de particulados PM- 10 no ar ambiente são regulados por lei nos EUA. Um novo padrão de qualidade de ar ambiente adicional para PM-2,5 foi introduzido nos EUA em 1997 como um resultado dos estudos de saúde que indicaram uma forte correlação entre a mortalidade humana e a concentração de partículas finas abaixo 2,5 μm.
[00013] Interesse agora foi deslocado para nanopartículas geradas pelos motores de diesel e de gasolina já que são entendidos para penetrar mais profundamente para pulmões humanos do que particulados de maior tamanho e consequentemente se acredita que eles são mais perigosos do que partículas maiores, extrapolados a partir das descobertas dos estudos para os particulados na faixa de 2,5 a 10,0 μm.
[00014] Distribuições de tamanho de particulados de diesel possuem um caráter bimodal bem estabelecido que corresponde com os mecanismos de aglomeração e nucleação de partícula, com os tipos de partícula correspondentes referidos como o modo de núcleos e o modo de acúmulo respectivamente (ver a Figura 1). Como pode ser observado a partir da Figura 1, no modo de núcleos, PM de diesel é composto de várias pequenas partículas que retêm muito pouca massa. Quase todos os particulados de diesel possuem tamanhos de significativamente menos do que 1 μm, isto é eles compreendem uma mistura de partículas finas, isto é que estão dentro da lei dos EUA de 1997, ultrafinas e nanopartículas.
[00015] Acredita-se que partículas do modo núcleos são compostas na sua maioria de condensados voláteis (hidrocarbonetos, ácido sulfúrico, ácido nítrico etc.) e contêm pouco material sólido, tal como cinza e carbono. As partículas do modo de acúmulo são entendidas para compreender sólidos (carbono, cinza metálica etc.) intermisturados com condensados e material adsorvido (hidrocarbonetos pesados, espécies com enxofre, derivados de óxido de nitrogênio etc.). Partículas do modo grosseiro não são acreditadas como sendo geradas no processo de combustão de diesel e podem ser formadas através de mecanismos tais como a deposição e o subsequente novo arrastamento do material particulado a partir das paredes de um cilindro de motor, sistema de exaustão, ou o sistema de amostragem de particulado. A relação entre estes modos é mostrada na Figura 1.
[00016] A composição de partículas de nucleação pode mudar com as condições de operação do motor, condição do ambiente (particularmente temperatura e umidade), diluição e condições do sistema de amostragem. A teoria e o trabalho de laboratório mostraram que a maioria das formações do modo de núcleos e o crescimento ocorrem na baixa taxa de diluição. Nesta faixa, a conversão de gás para partícula de precursores de partícula voláteis, como hidrocarbonetos pesados e ácido sulfúrico, leva a nucleação simultânea e ao crescimento do modo de núcleos e a adsorção nas partículas existentes no modo de acúmulo. Os testes de laboratório (ver por exemplo, SAE 980525 e SAE 2001-01-0201) mostraram que a formação do modo de núcleos aumenta bastante com a diminuição da temperatura de diluição do ar mas existe uma evidência conflitante em se a umidade possui uma influência.
[00017] Em geral, baixa temperatura, baixas taxas de diluição, alta umidade e longos tempos de residência favorecem a formação de nanopartículas e o crescimento. Estudos mostraram que as nanopartículas consistem principalmente de material volátil como hidrocarbonetos pesados e ácido sulfúrico com evidência de fração sólida apenas em cargas muito altas.
[00018] Em contraste, distribuições de tamanho fora do motor de particulados de gasolina na operação em estado estacionário mostram uma distribuição unimodal com um pico de cerca de 60 a 80nm (ver por exemplo, a Figura 4 em SAE 1999-01-3530). Através de comparação com a distribuição de tamanho de diesel, PM de gasolina é predominantemente ultrafino com modo de curso e acúmulo negligenciáveis.
[00019] A coleta de particulado de particulados de diesel em um filtro de particulado de diesel está baseada no princípio de separação de particulados aéreos a partir da fase gás usando uma barreira porosa. Filtros de diesel podem ser definidos como filtros de leito imerso e/ou filtros do tipo de superfície. Nos filtros de leito imersos, o tamanho de poro médio dos meios de filtro é maior do que o diâmetro médio de partículas coletadas. As partículas são depositadas no meio através de uma combinação de mecanismo de filtração de profundidade, incluindo a deposição difusional (movimento Browniano), deposição inercial (impactação) e interceptação de linha de fluxo (movimento Browniano ou inércia).
[00020] Nos filtros do tipo de superfície, o diâmetro de poro do meio de filtro é menor do que o diâmetro do PM, então o PM é separado por peneira. A separação é feita por um acúmulo de PM de diesel coletado em si, acúmulo o qual é comumente referido como "bolo de filtração" e o processo como "filtração de bolo".
[00021] É entendido que filtros de particulado de diesel, tais como monólitos de fluxo de parede cerâmicos, podem trabalhar através de uma combinação de profundidade e filtração de superfície: um bolo de filtração se desenvolve em maiores cargas de fuligem quando a capacidade de filtração de profundidade é saturada e uma camada de particulado começa a cobrir a superfície de filtração. A filtração de profundidade é caracterizada por alguma eficiência de filtração inferior e menor queda de pressão do que a filtração do bolo.
[00022] Outras técnicas sugeridas na técnica para separar PM de gasolina a partir da fase gás incluem a recuperação de vértice.
[00023] A legislação de emissão na Europa a partir de 1° de setembro de 2014 (Euro 6) requer o controle do número de partículas emitido tanto por carros de passageiro de diesel quanto de gasolina (de ignição positiva). Para os veículos de carga leve de EU de gasolina os limites permitidos são: 1000 mg/km de monóxido de carbono; 60 mg/km de óxidos de nitrogênio (NOx); 100 mg/km de hidrocarbonetos totais (dos quais menos do que 68 mg/km são hidrocarbonetos diferentes de metano); e 4,5 mg/km de matéria particulada ((PM) para os motores de injeção direta apenas). O padrão Euro 6 de PM estará em vigor por um número de anos com o padrão do início de 2014 sendo definido a 6,0 x 1012 por km (Euro 6) e a definição padrão do início de 2017 sendo 6,0 x 1011 por km (Euro 6+).
[00024] É entendido que os padrões federais dos EUA LEV III foram definidos para o limite de massa de 3 mg/milha (atualmente 10 mg/milha) sobre o ciclo US FTP de 2017 a 2021. O limite então é adicionalmente diminuído para 1 mg/milha a partir de 2025, apesar de a implementação deste menor padrão ser trazida em 2022.
[00025] O novo padrão de emissão Euro 6 (Euro 6 e Euro 6+) apresenta um número de problemas de projeto desafiantes para satisfazer padrões de emissão de gasolina. Em particular, como projetar um filtro, ou um sistema de exaustão incluindo um filtro, para reduzir o número de emissões de PM de gasolina (de ignição positiva), e ainda ao mesmo tempo satisfazer os padrões de emissão para os poluentes sem PM tais como um ou mais de óxidos de nitrogênio (NOx), monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos não queimados (HC), todos em uma pressão de retorno aceitável, por exemplo, como medida por pressão de retorno em ciclo máxima no ciclo de acionamento de EU.
[00026] É visualizado que um mínimo de redução de partícula para um filtro de particulado catalisado de três vias para satisfazer o padrão do número de PM de Euro 6 com relação a um catalisador de fluxo através equivalente é maior do que 50%. Adicionalmente, enquanto algum aumento da pressão de retorno para um filtro de fluxo de parede catalisado por três vias com relação a um catalisador de fluxo através equivalente é inevitável, em nossa experiência a pressão de retorno de pico sobre o ciclo de acionamento de MVEG-B (média por três testes de "fresco") para uma maioria dos veículos de passageiro deve estar limitado para menos do que 200 mbar (20 kPa), tal como menos do que 180 mbar (18 kPa), menos do que 150 mbar (15 kPa) e preferivelmente menos do que 120 mbar (12 kPa) por exemplo, menos do que 100 mbar (10 kPa).
[00027] Têm ocorrido um número de esforços recentes para combinar TWCs com filtros para satisfazer os padrões de emissão de Euro 6.
[00028] US 2009/0193796 divulga um sistema de tratamento de emissão a jusante de um motor de injeção direta de gasolina para o tratamento de um gás de exaustão compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o sistema de tratamento de emissão opcionalmente compreendendo um aprisionador de particulado revestido em zona com um catalisador de oxidação compreendendo metal do grupo platina que consiste de platina e paládio.
[00029] US 2010/0275579 divulga um filtro particulado ativo cataliticamente compreendendo um elemento de filtro e um revestimento ativo cataliticamente composto de duas camadas. A primeira camada está em contato com um gás de exaustão de entrada enquanto a segunda camada está em contato com o gás de exaustão de saída. Ambas as camadas contêm óxido de alumínio. A primeira camada contém paládio, a segunda camada contém um armazenamento de oxigênio misturado com óxido de cério/zircônio em adição a ródio.
[00030] WO 2010/097634 divulga um filtro para filtrar matéria particulada (PM) a partir de gás de exaustão emitido a partir de um motor de ignição positiva, filtro o qual compreende um substrato poroso tendo superfícies de entrada e superfícies de saída, em que as superfícies de entrada estão separadas das superfícies de saída por uma estrutura porosa contendo poros de um primeiro tamanho de poro médio, em que o substrato poroso é revestido com um revestimento por lavagem compreendendo uma pluralidade de partículas sólidas em que a estrutura porosa do substrato poroso revestido por lavagem contém poros de um segundo tamanho de poro médio, e em que o segundo tamanho de poro médio é menor do que o primeiro tamanho de poro médio. Nas modalidades, o revestimento por lavagem é catalisado e em uma modalidade particular o catalisador é um TWC.
[00031] EP 1136115 A1 divulga um catalisador de três vias para purificar um gás de exaustão compreendendo um catalisador lateral a montante e um catalisador lateral a jusante.
[00032] Verificamos que, de maneira muito surpreendente, para um conteúdo de metal precioso global neutro, pressão de retorno pode ser reduzida e a conversão de hidrocarboneto aprimorou ainda a redução do número de particulado mantido com relação a um substrato de filtro revestido por lavagem de maneira homogênea com uma composição de catalisador de três modos rearranjando os componentes do catalisador de três vias entre as zonas a montante e a jusante.
[00033] De acordo com um aspecto, a invenção provê um filtro catalisado para filtrar matéria particulada a partir de gás de exaustão emitido a partir de um motor de combustão interna de ignição positiva, filtro o qual compreende um substrato poroso tendo um comprimento de substrato total e tendo superfícies de entrada e superfícies de saída, em que as superfícies de entrada estão separadas das superfícies de saída por uma estrutura porosa contendo poros de um primeiro tamanho de poro médio, em que o substrato poroso é revestido com uma composição de revestimento lavável de catalisador de três vias compreendendo pelo menos um metal precioso selecionado a partir do grupo que consiste de (i) platina e ródio; (ii) paládio e ródio; e (iii) platina, paládio e ródio, suportado em um óxido com grande área de superfície, e um componente de armazenamento de oxigênio, em que a estrutura porosa do substrato poroso revestido por lavagem contém poros de um segundo tamanho de poro médio, em que o segundo tamanho de poro médio é menor do que o primeiro tamanho de poro médio, revestimento de lavagem de catalisador de três vias o qual é arranjado de maneira axial no substrato poroso entre uma primeira zona compreendendo as superfícies de entrada de um primeiro comprimento de substrato menor do que o comprimento de substrato total e uma segunda zona compreendendo as superfícies de saída de um segundo comprimento de substrato menor do que o comprimento de substrato total, em que a soma do comprimento de substrato na primeira zona e o comprimento de substrato na segunda zona maior do que 100% e em que: (i) um carregamento de revestimento por lavagem na primeira zona maior do que na segunda zona;(ii) um carregamento de metal precioso total na primeira zona maior do que na segunda zona; ou(iii) tanto um carregamento de revestimento por lavagem quanto um carregamento de metal precioso total na primeira zona maior do que na segunda zona.
[00034] Para o carregamento de revestimento por lavagem e carregamento de metal precioso total nas funcionalidades (i) e (ii) mas não foi mencionado de maneira específica na definição da funcionalidade (i) ou (ii), tal funcionalidade é aplicada de maneira homogênea entre as superfícies de entrada e de saída. Por exemplo, então tal funcionalidade (i) define apenas o carregamento de revestimento por lavagem, o carregamento de metal precioso total é substancialmente o mesmo (homogêneo) tanto na primeira zona quanto na segunda zona. De maneira similar, na funcionalidade (ii), o carregamento de metal precioso total é definido. Portanto, o carregamento de revestimento por lavagem é aplicado de maneira homogênea entre a primeira zona e a segunda zona.
[00035] O tamanho de poro médio pode ser determinado por porosimetria de mercúrio.
[00036] O substrato poroso preferivelmente é um substrato de monólito e pode ser um metal, tal como um metal sinterizado, ou um cerâmico, por exemplo, carbeto de silício, cordierita, nitreto de alumínio, nitreto de silício, titanato de alumínio, alumina, mulita, por exemplo, mulita acicular (ver, por exemplo, WO 01/16050), pollucita, um thermet tal como Al2O3/Fe, Al2O3/Ni ou B4C/Fe, ou compósitos compreendendo segmentos de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Em uma modalidade preferida, o filtro é um filtro de fluxo de parede compreendendo um substrato de filtro poroso cerâmico tendo uma pluralidade de canais de entrada e uma pluralidade de canais de saída, em que cada canal de entrada e cada canal de saída é definido em parte por uma parede cerâmica da estrutura porosa, em que cada canal de entrada é separada a partir de um canal de saída por uma parede cerâmica da estrutura porosa. Este arranjo de filtro também é divulgado em SAE 8101 14, e referência pode ser feita a este documento para detalhes adicionais. Alternativamente, o filtro pode ser uma espuma, ou um assim chamado filtro parcial, tal como aquele divulgado em EP 1057519 ou WO 01/080978.
[00037] É uma funcionalidade particular da presente invenção que carregamentos de revestimento por lavagem usados na primeira zona a montante que podem ser maiores do que aqueles maiores carregamentos de revestimento por lavagem considerados anteriormente, por exemplo, aqueles divulgados nos Exemplos em WO 2010/097634. Em uma modalidade particular, o carregamento de revestimento por lavagem na primeira zona é maior do que 1,60 g/in-3, e em modalidades preferidas o carregamento de revestimento por lavagem na primeira zona é maior do que 2,4 g/in-3. Preferivelmente, no entanto, o carregamento de revestimento por lavagem na primeira zona é < 3,0 g/in-3.
[00038] Em uma modalidade preferida de acordo com funcionalidades (i) ou (iii) de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, o carregamento de revestimento por lavagem da segunda zona é zero. Em combinação com carregamentos relativamente altos de metal precioso na primeira zona e/ou carregamentos de revestimento por lavagem relativamente altos de mais do que 1,6 g/in-3 na primeira zona, beneficamente esta modalidade preferida combina boa atividade de catalisador de três vias com baixa pressão de retorno. De acordo com esta modalidade preferida, a composição de revestimento por lavagem do TWC na primeira zona pode compreender um ou ambos de platina e de paládio em combinação com ródio, paládio apenas (sem platina ou ródio) ou ródio apenas (sem platina ou paládio), suportado em um óxido com grande área de superfície, por exemplo, gama alumina, e um componente de armazenamento de oxigênio, por exemplo, compreendendo um óxido misto compreendendo cério.
[00039] No filtro catalisado de acordo com a invenção, a soma do comprimento de substrato na primeira zona e o comprimento de substrato na segunda zona maior do que 100%, isto é não existe lacuna na direção axial, ou existe sobreposição axial, entre a primeira zona na superfície de entrada e a segunda zona da superfície de saída.
[00040] O comprimento da sobreposição axial entre revestimentos de superfície de entrada e de saída podem ser maiores do que 10%, por exemplo, 10 a 30%, isto é a soma do comprimento de substrato na primeira zona e o comprimento de substrato na segunda zona maior do que 110%, por exemplo, 110 a 130%.
[00041] O comprimento de substrato na primeira zona pode ser o mesmo ou diferente daquele da segunda zona. Assim, onde o comprimento da primeira zona é o mesmo que o comprimento da segunda zona do substrato poroso é revestido em uma razão de 1:1 entre a superfície de entrada e a superfície de saída. No entanto, em uma modalidade, o comprimento de substrato na primeira zona menor do que o comprimento de substrato na segunda zona.
[00042] Nas modalidades, o comprimento de substrato na primeira zona menor do que o comprimento de substrato na segunda zona, por exemplo, menor do que 45%. Em modalidades preferidas, o comprimento de zona de substrato na primeira zona é menor do que 40%, por exemplo, menor do que 35% do comprimento de substrato total.
[00043] No filtro catalisado da funcionalidade (ii) ou (iii), o carregamento de metal precioso total na primeira zona maior do que o carregamento de metal precioso total na segunda zona. Em modalidades particularmente preferidas, o carregamento de metal precioso total na primeira zona é maior do que 50 gft-3, mas preferivelmente está entre 60 a 250 gft-3, e tipicamente é de a partir de 70 a 150 gft-3. Carregamentos de metal precioso totais na segunda zona podem ser, por exemplo, menor do que 50 gft-3, por exemplo, menor do que 30 gft-3 tal como menor do que 20gft-3.
[00044] Em modalidades preferidas, a primeira zona e a segunda zona compreendem um revestimento por lavagem de superfície, em que uma camada de revestimento por lavagem cobre substancialmente os poros de superfície da estrutura porosa e os poros do substrato poroso revestido por lavagem são definidos em parte pelos espaços entre as partículas (poros entre as partículas) no revestimento por lavagem. Métodos para fazer substratos de filtro poroso revestido por superfície incluem introduzir um polímero, por exemplo, álcool polivinilíco (PVA), na estrutura porosa, aplicar um revestimento por lavagem para o substrato de filtro poroso incluindo o polímero e secando, calcinando então o substrato revestido para queimar o polímero. Uma representação esquemática da primeira modalidade é mostrada na Figura 2.
[00045] Métodos para revestir os substratos de filtro porosos são conhecidos para o perito e incluem, sem limitação, o método divulgado em WO 99/47260, isto é um método do revestimento de um suporte monolítico, compreendendo as etapas de (a) localizar um meio de contenção no topo de um suporte, (b) dosar uma quantidade predeterminada de um componente líquido para o dito meio de contenção, tanto na ordem (a) então (b) ou (b) então (a), e (c) através da aplicação de pressão ou vácuo, retirando o dito componente líquido para pelo menos uma porção do suporte, e retendo substancialmente toda a dita quantidade dentro do suporte. Tais etapas de processo podem ser repetidas a partir de outras extremidades do suporte monolítico seguindo a secagem do primeiro revestimento com disparo/calcinação opcional.
[00046] Alternativamente, o método divulgado em WO 2011/080525 pode ser usado, isto é compreendendo as etapas de: (i) reter um substrato de monólito de colméia de maneira substancialmente vertical; (ii) introduzir um volume predeterminado do líquido para o substrato através das extremidades abertas dos canais em uma extremidade inferior do substrato; (iii) reter de maneira hermética o líquido introduzido dentro do substrato; (iv) inverter o substrato contendo o líquido retido; e (v) aplicar um vácuo às extremidades abertas dos canais do substrato na extremidade invertida inferior do substrato para retirar o líquido ao longo dos canais do substrato.
[00047] Nesta modalidade preferida, um tamanho de poro interpartícula médio do revestimento por lavagem poroso é de 5,0 nm a 5,0 μm, tal como de 0,1 a 1,0 μm.
[00048] Como foi explicado aqui acima, a composição de TWC para o uso no primeiro aspecto da presente invenção em geral compreende um ou ambos de platina e de paládio em combinação com ródio suportado em um óxido com grande área de superfície, por exemplo, gama alumina, e um componente de armazenamento de oxigênio, por exemplo, compreendendo um óxido misto compreendendo cério. Nas modalidades, o tamanho médio (D50) das partículas de revestimento por lavagem sólidas está na faixa de 1 a 40 μm. Na prática, os componentes de armazenamento de oxigênio podem ter um tamanho de partícula diferente do óxido com alta área de superfície. Então, um OSC pode ter um D50 entre 1 e 10 μm, tal como a partir de 4 e 6 μm; e um óxido com grande área de superfície pode ter um D50 de entre 1 e 10 μm, tal como a partir de 4 e 6 μm.
[00049] Em modalidades adicionais, o D90 das partículas de revestimento por lavagem sólidas está na faixa de a partir de 0,1 a 20 μm. Novamente, o D90 de OSC pode ser diferente daquele do óxido com grande área de superfície. Então, o D90 do OSC pode ser menor do que 18 μm e o D90 do óxido com grande área de superfície pode ser menor do que 20μm.
[00050] Medições de D50 e D90 foram obtidas pela Análise de tamanho de partícula de difração de laser usando um Malvern Mastersizer 2000, que é uma técnica com base em volume (isto é, D50 e D90 também pode ser referido como Dv50 e Dv90 (ou D(v,0,50) e D(v,0,90)) e aplica um modelo teórico matemático Mie para determinar uma distribuição de tamanho de partícula. Amostras de revestimento por lavagem diluídas foram preparadas por sonificação na água destilada sem surfactante por 30 segundos a 35 watts.
[00051] Preferivelmente, o substrato poroso é um substrato de monólito. Em modalidades particularmente preferidas, o substrato poroso para o uso na presente invenção é um filtro de fluxo de parede cerâmica feito a partir de, por exemplo, cordierita, ou carbeto de silício ou qualquer um dos outros materiais descritos aqui acima. No entanto, monólitos de substrato diferentes de monólitos de fluxo através podem ser suados como for desejado, por exemplo, filtros parciais (ver, por exemplo, WO 01/080978 ou EP 1057519), substratos de espuma de metal etc.
[00052] A densidade de célula de filtros de fluxo de parede de diesel no uso prático podem ser diferentes de filtros de fluxo de parede para o uso na presente invenção pelo fato que a densidade de célula dos filtros de fluxo de parede de diesel é em geral 300 células por polegada quadrada (cpsi) ou menos, por exemplo, 100 ou 200 cpsi, de forma que os componentes de PM de diesel relativamente maiores podem entrar em canais de entrada do filtro sem ser impactado na área frontal sólida do filtro de particulado de diesel, desta forma aglutinando e incrustando o acesso para os canais abertos, enquanto que filtros de fluxo de parede para o uso na presente invenção podem ser de até 300 cpsi ou maior, tal como 350 cpsi, 400, cpsi, 600 cpsi, 900 cpsi ou ainda 1200 cpsi.
[00053] Uma vantagem de usar densidades de célula maiores é que o filtro pode ter uma seção transversal reduzida, por exemplo, diâmetro, do que filtros de particulado de diesel, que é uma vantagem prática útil que aumenta as opções de projeto para localizar sistemas de exaustão em um veículo.
[00054] Será entendido que o benefício de filtros para o uso na invenção é substancialmente independente da porosidade do substrato poroso não revestido. A porosidade é uma medida da porcentagem de espaço vazio em um substrato poroso e é liberada para a pressão de retorno em um sistema de exaustão: em geral, quanto menor é a porosidade, maior é a pressão de retorno. No entanto, a porosidade de filtros para o uso na presente invenção tipicamente é maior do que 40% ou é maior do que 50% e as porosidades de 45 a 75% tais como 50 a 65% ou 55 a 60% podem ser usadas com vantagem. O tamanho de poro médio do substrato poroso revestido por lavagem é importante para a filtração. Então, é possível ter um substrato poroso com porosidade relativamente alta que é um filtro ruim já que o tamanho de poro médio também é relativamente alto.
[00055] Nas modalidades, o primeiro tamanho de poro médio, por exemplo, dos poros de superfície da estrutura porosa do substrato de filtro poroso é de a partir de 8 até 45 μm, por exemplo, 8 a 25 μm, 10 a 20 μm ou 10 a 15 μm. Em particular modalidades, o primeiro tamanho de poro médio é maior do que 18 μm tal como a partir de 15 a 45 μm, 20 a 45 μm, por exemplo, 20 a 30 μm, ou 25 a 45 μm.
[00056] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção provê um sistema de exaustão para um motor de combustão interna de ignição positiva compreendendo um filtro catalisado de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, em que a primeira zona está disposta a montante da segunda zona.
[00057] Em uma modalidade preferida, o sistema de exaustão compreende um substrato de monólito de fluxo através compreendendo uma composição de catalisador de três modos disposta a montante do filtro catalisado.
[00058] De acordo com um terceiro aspecto, a invenção provê um motor de ignição positiva compreendendo um sistema de exaustão de acordo com o segundo aspecto da presente invenção.
[00059] Motores de combustão interna de ignição positiva, tais como motores de combustão interna de ignição de centelha, para o uso neste aspecto da invenção podem ser abastecidos pelo combustível de gasolina, combustível de gasolina misturado com oxigenados incluindo metanol e/ou etanol, gás de petróleo líquido ou gás natural comprimido.
[00060] O filtro de acordo com a invenção obviamente pode ser usado em combinação com outros componentes de tratamento posterior de sistema de exaustão para prover um aparelho de sistema de exaustão de tratamento posterior completo, por exemplo, um TWC de massa térmico baixo a montante do filtro e/ou elementos catalíticos a jusante, por exemplo, aprisionador de NOx ou catalisador de SCR, de acordo com requisitos específicos. Então, em aplicações de ignição positiva veicular que produzem temperaturas de gás de exaustão de ciclo em acionamento relativamente frias, nós contemplamos o uso de um TWC de massa térmico baixo disposta a montante do filtro de acordo com a invenção. Para aplicações de ignição positiva de queima pobre veicular, nós visualizamos o uso de um filtro de acordo com a invenção a montante ou a jusante de um aprisionador de NOx. Nos motores de ignição positiva operados de maneira estequiométrica veiculares, se acredita que o filtro de acordo com a presente invenção pode ser usado como um componente de tratamento posterior de sistema de exaustão catalítico remoto. Que é, em certas aplicações o filtro de acordo com a presente invenção está adjacente e em comunicação fluida direta com o motor sem catalisadores de intervenção; e/ou uma saída para a atmosfera a partir de um sistema de tratamento posterior de gás de exaustão está adjacente a e em comunicação fluida direta com o filtro de acordo com a presente invenção sem catalisadores de intervenção entre eles.
[00061] Um requisito adicional de um TWC é uma necessidade de prover uma função de diagnóstico para a sua vida útil, assim chamados "diagnósticos de bordo" ou OBD. Um problema em OBD surge onde existe capacidade de armazenamento de oxigênio insuficiente no TWC, por causa de processos de OBD para o uso de TWCs que restam a capacidade de armazenamento de oxigênio para diagnosticar a função de catalisador remanescente. No entanto, se revestimento por lavagem insuficiente é carregado no filtro tal como nos Exemplos específicos divulgados em US 2009/0193796 e WO 2009/043390, pode não haver OSC presente o suficiente para prover um "delta" OSC preciso para os propósitos de OBD. Como a presente invenção permite carregamentos de revestimento por lavagem que se aproximam dos TWCs do estado da técnica atual, os filtros para o uso na presente invenção podem ser usados com vantagem nos processos de OBD atuais.
[00062] De acordo com um quarto aspecto, a invenção provê um método para converter simultaneamente monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e matéria particulada no gás de exaustão de um motor de combustão interna de ignição positiva, método que compreende a etapa de contatar o gás com um filtro catalisado de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção.
[00063] De maneira que a invenção pode ser mais completamente entendida, referência é feita aos desenhos anexos em que:a Figura 1 é um gráfico que mostra as distribuições de tamanho de PM no gás de exaustão de um motor de diesel. Para a comparação, uma distribuição de tamanho de gasolina é mostrada em Figura 4 de SAE 1999-013530;a Figura 2 é um desenho esquemático de uma modalidade de um substrato de filtro poroso de revestimento por lavagem de acordo com a invenção; ea Figura 3 é um desenho esquemático de uma modalidade de um sistema de exaustão de acordo com a invenção.
[00064] A Figura 2 mostra uma seção transversal através de um substrato de filtro poroso 10 compreendendo um poro de superfície 12. A Figura 2 mostra uma modalidade, com uma camada de revestimento por lavagem de superfície porosa 14 compreendida das partículas de revestimento por lavagem sólidas, os espaços entre os quais partículas definem poros (poros entre as partículas). Pode ser observado que a camada de revestimento por lavagem 14 cobre substancialmente o poro 12 da estrutura porosa e que um tamanho de poro médio dos poros interpartícula 16 é menor do que o tamanho de poro médio 12 do substrato de filtro poroso 10.
[00065] A Figura 3 mostra um aparelho 11 de acordo com a invenção compreendendo um motor de ignição positiva veicular 13 e um sistema de exaustão 15 para o mesmo. O sistema de exaustão 15 compreende um conduto 17 que liga os componentes de tratamento posterior catalíticos, designadamente um TWC com base em Pd-Rh revestido em um substrato de fluxo através de cordierita inerte 18 disposto próximo ao coletor de exaustão do motor (a assim chamada posição acoplada próxima). A jusante do catalisador acoplado próximo 18 por sua vez está um TWC com base em Pd-Rh zoneado revestido em um filtro de fluxo de parede de cordierita 20 tendo um comprimento total e compreendendo canais de entrada revestidos para um comprimento de um terço do comprimento total medido a partir de uma extremidade a montante ou de entrada do filtro de fluxo de parede com um carregamento de revestimento por lavagem de 2,8 g/in- 33 compreendendo um carregamento de metal precioso relativamente alto de 85 gft- 33 (80Pd:5Rh), revestimento o qual define uma primeira zona 22. Os canais de saída são revestidos com um TWC com base em Pd-Rh revestido em dois terços do comprimento total do filtro de fluxo de parede medido a partir da extremidade a jusante ou de saída do filtro de fluxo de parede com um carregamento de revestimento por lavagem de 1,0 g/in-3 compreendendo um carregamento de metal precioso relativamente baixo de 18 gft-3 (16Pd:2Rh), revestimento o qual define uma segunda zona 24.
[00066] De maneira que a invenção pode ser mais completamente entendida pelos seguintes Exemplos são providos por meio de ilustração apenas. Os carregamentos de revestimento por lavagem citados nos Exemplos foram obtidos usando o método divulgado em WO 2011/080525.
[00067] Dois filtros de fluxo de parede de cordierita de dimensões 4,66 x 5,5 polegadas, 300 células por polegada quadrada, espessura de parede de 12 milésimos de uma polegada e tendo um tamanho de poro médio de 20 μm e uma porosidade de 65% foram cada coletado com uma composição de TWC em uma diferente configuração um do outro. Em cada caso, a composição de TWC foi moída para um D90 menor do que 17 μm de forma que o revestimento quando aplicado pode ser esperado preferencialmente para localizar mais em uma superfície de uma parede de filtro de fluxo de parede ("na parede").
[00068] Um primeiro filtro (referido na Tabela 1 como tendo um carregamento de revestimento por lavagem "homogêneo") foi revestido nos canais intencionados para o lado de entrada do filtro com uma zona de revestimento por lavagem de TWC que se estende por um alvo de 33,3% do comprimento total do substrato de filtro medido a partir das extremidades de canal abertas com um revestimento por lavagem compreendendo um carregamento de metal precioso de 85 g/ft3 (80Pd:5Rh) e em um carregamento de revestimento por lavagem de 2,4 g/in3. Os canais de saída foram revestidos para um comprimento de 66,6% do comprimento total do substrato de filtro medido a partir das extremidades de canal abertas com um revestimento por lavagem compreendendo um carregamento de metal precioso de 18 g/ft3 (16Pd:2Rh) em um carregamento de revestimento por lavagem também de 2,4 g/in3. Formação de imagem de raios X foi usada para garantir que uma sobreposição ocorreu no plano longitudinal entre a zona de canal de entrada e a zona de canal de saída. Então, o carregamento de revestimento por lavagem foi homogêneo entre a primeira zona e a segunda zona, mas o carregamento de metal do grupo platina na primeira zona maior do que na segunda zona. Que é, o primeiro filtro está de acordo com a reivindicação 1, funcionalidade (ii).
[00069] Um segundo filtro (referido na Tabela 1 como tendo um carregamento de revestimento por lavagem “zoneado”) foi revestido nos canais de entrada com uma zona de revestimento por lavagem de TWC se estendendo para o alvo de 33,33% do comprimento total do substrato de filtro medido a partir das extremidades de canal abertas com um revestimento por lavagem compreendendo um carregamento de metal precioso de 85 g/ft3 (80Pd:5Rh) e em um carregamento de revestimento por lavagem de 2,8 g/in3. Os canais de saída foram revestidos para um comprimento de 66,66% do comprimento total do substrato de filtro medido a partir das extremidades de canal abertas com um revestimento por lavagem compreendendo um carregamento de metal precioso de 18 g/ft3(16Pd:2Rh) em um carregamento de revestimento por lavagem de 1,0 g/in3. Formação de imagem de raios X foi usada para garantir que uma sobreposição ocorreu no plano longitudinal entre a zona de canal de entrada e a zona de canal de saída.
[00070] Então, tanto o carregamento de revestimento por lavagem quanto o carregamento de metal do grupo platina na primeira zona maior do que na segunda zona. Que é, o segundo filtro está de acordo com a reivindicação 1, funcionalidade (iii).
[00071] O conteúdo de metal precioso total do primeiro filtro e do segundo filtro foi idêntico.
[00072] Cada filtro foi envelhecido no forno hidrotermicamente a 1100°C por 4 horas e instalado em uma posição quase acoplada em um carro de passageiro Euro 5 com um motor de gasolina de injeção direta de 2,0L. Cada filtro foi avaliado por um mínimo de três ciclos de acionamento de MVEG-B, medindo a redução nas emissões de número de partícula com relação a um catalisador de referência. O catalisador de referência foi um TWC revestido de maneira homogênea para um monólito de substrato de fluxo através de cordierita de 600 células por polegada tendo as mesmas dimensões que o primeiro filtro e o segundo filtro e em um carregamento de revestimento por lavagem de 3 g/in-3 e um carregamento de metal precioso de 33 gft-3 (30Pd:3Rh). O diferencial de pressão de retorno foi determinado entre sensores montados a montante e a jusante do filtro (ou catalisador de referência).
[00073] Na Europa, desde o ano 2000 (Padrão de emissão Euro 3) as emissões são testadas durante o novo ciclo de acionamento europeu (NEDC). Isto consiste de quatro repetições do ciclo de acionamento ECE 15 anterior mais um Ciclo de Acionamento Urbano Extra (EUDC) sem 40 segundos de período de aquecimento antes de começar a amostragem de emissão. Este teste de partida a frio modificado também é referido como o ciclo de acionamento "MVEG-B". todas as emissões são expressas em g/km.
[00074] A legislação de implementação de Euro 5/6 introduz um novo método de medição de emissão de massa de PM desenvolvido pelo Programa de Medição de Particulado UN/ECE (PMP) que ajusta os limites de emissão de massa de PM para levar em conta diferenças nos resultados usando métodos velhos e novos. A legislação Euro 5/6 também introduz um limite de número de partícula (método de PMP), em adição aos limites baseados em massa.
[00075] Os resultados dos testes são mostrados na Tabela 1, a partir da qual pode ser observado que o filtro revestido por lavagem na configuração zoneada mostra pressão de retorno aprimorada e possui bons níveis (apesar de moderadamente inferiores) de redução de número de partícula com relação ao filtro de revestido por lavagem de maneira homogênea. Apesar de a redução moderada na redução do número de partícula inferior, o segundo filtro ainda pode satisfazer o limite padrão Euro 6+ (2017) completo.
Tabela 1. Efeito de zoneamento de revestimento por lavagem na redução do número de partícula e na pressão de retorno (BP)
[00076] Dois filtros de fluxo de parede de cordierita de dimensões 4,66 x 4,5 polegadas, 300 células por polegada quadrada, espessura de parede de 12 milésimos de uma polegada, tamanho de poro médio de 20 μm e uma porosidade de 65% foram cada coletado com uma composição de TWC em uma diferente configuração a partir do outro. Em cada caso, a composição de TWC foi moída para um D90 menor do que 17 μm de forma que o revestimento quando aplicado pode ser esperado preferencialmente para localizar mais em uma superfície de uma parede de filtro de fluxo de parede ("na parede").
[00077] Um terceiro filtro (referido na Tabela 2 como tendo um carregamento de metal do grupo platina “homogêneo” (Exemplo Comparativo)) foi revestido nos canais intencionados para o lado de entrada do filtro e o lado de saída do filtro com uma zona de revestimento por lavagem de TWC se estendendo para o alvo de 50% do comprimento total do substrato de filtro medido a partir das extremidades de canal abertas com um revestimento por lavagem compreendendo um carregamento de metal precioso de 60 gft-3 (57Pd:3Rh) e em um carregamento de revestimento por lavagem de 2,4 g/in3.
[00078] Um quarto filtro (referido na Tabela 2 como tendo um carregamento de PGM “zoneado”) foi revestido nos canais intencionados para o lado de entrada do filtro com uma zona de revestimento por lavagem de TWC se estendendo para o alvo de 50% do comprimento total do substrato de filtro medido a partir das extremidades de canal abertas com um revestimento por lavagem compreendendo 100 g/ft-3 de metal precioso (97Pd:3Rh) em um carregamento de revestimento por lavagem de 2,4 g/in3; e os canais de saída foram revestidos com uma zona de revestimento por lavagem de TWC se estendendo para o alvo de 50% do comprimento total do substrato de filtro medido a partir das extremidades de canal abertas com um revestimento por lavagem compreendendo 20 g/ft-3 de metal precioso (17Pd:3Rh), também em um carregamento de revestimento por lavagem de 2,4 g/in3. Que é, o quarto filtro está de acordo com a reivindicação 1, funcionalidade (ii).
[00079] O conteúdo de metal precioso total do terceiro e do quarto filtros foi idêntico.
[00080] Cada filtro foi envelhecido no forno hidrotermicamente a 1100°C por 4 horas e instalado em uma posição quase acoplada em um carro de passageiro Euro 5 com um motor de gasolina de injeção direta de 1,4L. Cada filtro foi avaliado por um mínimo de três ciclos de acionamento de MVEG-B, medindo a redução nas emissões de número de partícula com relação a um catalisador de referência. Pressão de retorno de pico (BP) também foi avaliado do mesmo modo como foi descrito no Exemplo 1.
[00081] A temperatura de extinção do hidrocarboneto (a temperatura em que o catalisador catalisa a conversão de hidrocarbonetos no gás de alimentação com eficiência de 50% ou maior) foi avaliada em um motor separado montado em uma célula de teste de laboratório. Este motor foi um motor de gasolina de injeção direta carregado com turbo de 2,0 litros. A temperatura do gás de exaustão foi regulada cuidadosamente e aumentada de 250 para 450°C por um dado período de tempo através do uso de uma combinação de um dissipador de calor de temperatura e aumentando a posição do bocal, durante tempo o qual a eficiência de conversão do catalisador foi medida e reportada.
[00082] Os resultados do revestimento de zona do metal precioso no substrato de filtro são mostrados na Tabela 2, a partir dos quais pode ser observado que - como pode ser esperado com carregamentos de revestimento por lavagem idênticos entre os dois filtros - a % de redução de número de partícula vs. O fluxo através do catalisador de referência (conteúdo de metal precioso de 60 gft-3 homogêneo (57Pd:3Rh) a 3 g/in-3 de carregamento de revestimento por lavagem homogêneo em um substrato de monólito de cordierita de 600 células por polegada quadrada tendo as mesmas dimensões que o terceiro filtro e o quarto filtro) são idênticos. No entanto, a extinção do hidrocarboneto é maior para a configuração de PGM homogênea com relação a configuração zoneada. Isto pode ser atribuído à maior concentração de PGM no lado de entrada.
Tabela 2. Efeito de zoneamento de PGM na temperatura de extinção
[00083] Dois filtros de fluxo de parede de cordierita de dimensões 4,66 x 5,5 polegadas, 300 células por polegada quadrada, espessura de parede de 12 milésimos de uma polegada e tendo um tamanho de poro médio de 20 μm e uma porosidade de 65% foram cada coletado com uma composição de TWC em uma diferente configuração do outro. Um primeiro filtro de referência foi revestido por zona de maneira homogênea a um comprimento de 50% de comprimento de filtro total a partir da extremidade de entrada e para um comprimento de 50% do comprimento do filtro total da extremidade de saída com os mesmos metais do grupo platina de revestimento por lavagem de catalisador de três vias a 40g/ft3 total e para um carregamento de revestimento por lavagem total de 1,6 g/in3. Um segundo filtro, de acordo com a invenção, foi revestido por zona com um revestimento por lavagem de catalisador de três vias idêntico pra os mesmos que foi usado na referência do Exemplo para um comprimento de 50% do comprimento total do filtro a partir da extremidade de entrada. A zona de extremidade de saída foi deixada nua sem qualquer revestimento. Um carregamento de metal do grupo platina total na primeira zona de entrada foi de 80g/ft-3 em um carregamento de revestimento por lavagem de 2,4 g/in-3, isto é o carregamento de metal do grupo platina foi idêntico entre o Exemplo de referência e o filtro de acordo com a presente invenção.
[00084] Cada um dos filtros revestidos foi envelhecido hidrotermicamente em forno em 10% de água/ar por 5 horas a 950°C. Pressão de retorno de fluxo frio de cada parte foi medida em temperatura ambiente usando um aparelho de teste de laboratório de pressão de retorno SuperFlow® que retira ar em temperatura ambiente e pressão ambiente. Os resultados são definidos na seguinte Tabela, a partir da qual pode ser observado que os resultados para a faixa de taxas de fluxo testadas, a pressão de retorno gerada pelo Exemplo de referência é significativamente maior do que para o filtro de acordo com a invenção para o mesmo carregamento de metal precioso.Tabela 3 - Apresentação de pressão de retorno de fluxo a frio (Bar) vs. Filtro de comparação de dados de fluxo (m3/h) de acordo com a invenção com o Exemplo de Referência
[00085] Para evitar qualquer dúvida, todos os conteúdos dos documentos da técnica anterior citados aqui são incorporados por referência.
Claims (14)
1. Filtro catalisado, para filtrar matéria particulada a partir de gás de exaustão emitido a partir de um motor de combustão interna de ignição positiva (13), caracterizado pelo fato de que compreende um substrato poroso (10), que é um filtro de fluxo de parede (20), tendo um comprimento de substrato total e tendo superfícies de entrada e superfícies de saída, em que as superfícies de entrada estão separadas das superfícies de saída por uma estrutura porosa contendo poros de um primeiro tamanho de poro médio, em que o filtro de fluxo de parede (20) é revestido com uma composição de revestimento lavável de catalisador de três vias compreendendo pelo menos um metal precioso selecionado a partir do grupo que consiste de (i) platina e ródio; (ii) paládio e ródio; e (iii) platina, paládio e ródio, suportado em um óxido com grande área de superfície, e um componente de armazenamento de oxigênio, em que a estrutura porosa do filtro de fluxo de parede (20) revestido por lavagem contém poros de um segundo tamanho de poro médio, em que o segundo tamanho de poro médio é menor do que o primeiro tamanho de poro médio, revestimento de lavagem de catalisador de três vias o qual é arranjado de maneira axial no filtro de fluxo de parede (20) entre uma primeira zona (22) compreendendo as superfícies de entrada de um primeiro comprimento de substrato menor do que o comprimento de substrato total e uma segunda zona (24) compreendendo as superfícies de saída de um segundo comprimento de substrato menor do que o comprimento de substrato total, em que a soma do comprimento de substrato na primeira zona (22) e o comprimento de substrato na segunda zona (24) é maior ou igual do que 110% e em que:(i) um carregamento de revestimento por lavagem na primeira zona (22) é maior do que na segunda zona (24);(ii) um carregamento de metal precioso total na primeira zona (22) é maior do que na segunda zona (24); ou (iii) tanto um carregamento de revestimento por lavagem quanto um carregamento de metal precioso total na primeira zona (22) é maior do que na segunda zona (24).
2. Filtro catalisado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o carregamento de revestimento por lavagem na primeira zona (22) é maior do que 1,60 g/in3 (97,6 g/litro).
3. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um comprimento de substrato na primeira zona (22) é diferente daquele da segunda zona (24).
4. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o comprimento de substrato na primeira zona (22) é menor do que o comprimento de substrato na segunda zona (24).
5. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que com a funcionalidade (ii) ou (iii), o carregamento de metal precioso total na primeira zona (22) é maior do que 50 g/ft3 (1,77 g/litro).
6. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende um revestimento por lavagem de superfície, onde uma camada de revestimento por lavagem cobre os poros de superfície da estrutura porosa (14) e os poros do filtro de fluxo de parede (20) revestido por lavagem são definidos em parte pelos espaços entre as partículas (poros entre as partículas) no revestimento por lavagem.
7. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o tamanho médio das partículas de revestimento por lavagem sólidas está na faixa de 1 a 40 μm.
8. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que um D90 das partículas de revestimento por lavagem sólidas está na faixa de 0,1 a 20 μm.
9. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o filtro de fluxo de parede (20) é um filtro de fluxo de parede (20) cerâmico.
10. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o filtro de fluxo de parede (20) não revestido possui uma porosidade de mais do que 40%.
11. Filtro catalisado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que um primeiro tamanho de poro médio da estrutura porosa do filtro de fluxo de parede (20) é de 8 até 45 μm.
12. Sistema de exaustão (15) para um motor de combustão interna de ignição positiva (13), caracterizado pelo fato de que compreende o filtro catalisado como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em que a primeira zona (22) está disposta a montante da segunda zona (24).
13. Sistema de exaustão (15) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende um substrato de monólito de fluxo através compreendendo uma composição de catalisador de três modos disposta a montante do filtro catalisado.
14. Método para converter simultaneamente monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e matéria particulada no gás de exaustão de um motor de combustão interna de ignição positiva (13), caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de contatar o gás com um filtro catalisado como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.
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