BR112016029021B1

BR112016029021B1 - Sistema para tratamento de uma corrente de gases de escape

Info

Publication number: BR112016029021B1
Application number: BR112016029021-6A
Authority: BR
Inventors: Martin Kalwei; Edgard V. Huennekes
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2022-11-01
Also published as: CN116422141A; ZA201608449B; WO2015189680A1; BR112016029021A2; MX2016016409A; CN106573200A; BR112016029021A8; RU2017100312A; KR102345897B1; JP6702891B2; JP2017518877A; US20150360178A1; EP3154665A1; US9616384B2; KR20170020427A; CA2951364A1

Abstract

CATALISADOR DE METAL BÁSICO. São descritos catalisadores de metal básico que compreendem um material básico metálico em uma quantidade efetiva para gerar uma exoterma em um intervalo de temperatura de 300 °C a 650 °C e para oxidar fuligem coletada por um filtro de material particulado a jusante. Os catalisadores de metal básico são substancialmente livres de metais do grupo platina. Sistemas de tratamento de emissão e métodos de reparar óxidos de nitrogênio (NOx), material particulado, e hidrocarbonetos gasosos usando catalisador de metal básico são também descritos.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere aos catalisadores de metais básicos, sistemas de tratamento de emissão e métodos. Mais especificamente, as modalidades são dirigidas a catalisadores, sistemas e métodos tendo um catalisador metálico básico posicionado a montante de um filtro de partículas e um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Em sistemas em que os hidrocarbonetos (por exemplo, combustíveis) são periodicamente injetados a montante do catalisador de metal básico, o catalisador de metal básico gera uma exotermia ao longo de um intervalo de temperatura de 300 °C a 650 °C, para regenerar o filtro de partículas a jusante, que coletou fuligem.

FUNDAMENTOS

[002] O gás escape do diesel é uma mistura heterogênea que contém não só as emissões gasosas, tais como monóxido de carbono ("CO"), hidrocarbonetos não queimados ("HC") e óxidos de nitrogênio ("NOx"), mas também materiais de fase condensada, ou seja, líquidos e sólidos, que constituem as chamadas partículas ou material particulado. Frequentemente, composições de catalisador e substratos em que as composições são dispostas são normalmente providos em sistemas de escape de motor a diesel para converter alguns ou todos esses componentes de escape em componentes inócuos. Por exemplo, os sistemas de escape dos motores a diesel podem conter um ou mais dentre um catalisador de oxidação de diesel, um filtro de partículas, e um catalisador para a redução de NOX.

[003] Os catalisadores de oxidação que contêm metais do grupo da platina são conhecidos para facilitar o tratamento dos gases de escape dos motores diesel, promovem tanto a conversão de poluentes de HC e CO e alguma proporção de material particulado por meio da oxidação destes poluentes em dióxido de carbono e água. Tais catalisadores têm sido geralmente contidos em unidades chamadas catalisadores de oxidação de diesel (DOCs), que são colocados no escape de motores a diesel para tratar os gases de escape antes de sua ventilação para a atmosfera. Além das conversões de HC e CO gasosos e do material particulado, catalisadores de oxidação que contêm metais do grupo da platina (que são tipicamente dispersos sobre um suporte de óxido refratário) também promovem a oxidação do óxido nítrico (NO) em NO2.

[004] As emissões de material particulado totais de escape de diesel contêm três componentes principais. Um componente é a fração sólida e seca de carbonatos sólidos ou de fuligem. Esta fração de carbonatos seca contribui para as emissões de fuligem visível comumente associadas com escape de diesel. Um segundo componente do material particulado é a fração orgânica solúvel ("SOF"). A fração orgânica solúvel é muitas vezes referida como a fração orgânica volátil ("VOF"), que será terminologia aqui utilizada. A VOF pode existir também no escape de motores a diesel como um vapor ou como um aerossol (gotículas finas de condensado líquido) dependendo da temperatura do escape de diesel. Geralmente está presente como líquidos condensados na temperatura padrão de coleta de partículas de 52 °C no gás de escape diluído, conforme prescrito por um teste padrão de medição, tal como o Procedimento de Teste Federal Transitório para Serviço Pesado dos EUA (U.S. Heavy Duty Transient Federal Test Procedure). Estes líquidos são provenientes de duas fontes: (1) óleo de lubrificação arrastado das paredes de cilindro do motor cada vez que os pistões vão para acima e para baixo; e (2) combustível de diesel não queimado ou parcialmente queimado.

[005] O terceiro componente do material particulado é a fração conhecida como sulfato. A fração de sulfato é formada a partir de pequenas quantidades de compostos de enxofre presentes no diesel e óleo combustíveis. Pequenas proporções de SO3 são formadas durante a combustão do diesel combustível, que por sua vez, se combina rapidamente com água nos gases de escape para formar o ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico coleta como uma fase condensada às partículas como um aerossol, ou está adsorvido sobre as partículas de outros componentes, e, assim, contribuem para a massa de TPM.

[006] Uma tecnologia principal de pós-tratamento em uso para a redução da matéria particulada alta é o filtro de partículas de diesel. Há muitas estruturas de filtro conhecidas que são eficazes na remoção de partículas de escape de motores a diesel, tal como filtros de fluxo de parede em estrutura de favo-de-mel, filtros de fibras enroladas ou envolvidas, espumas de células abertas, filtros de metal sinterizado, etc. No entanto, filtros de fluxo em parede cerâmica, descritos abaixo, recebem mais atenção. Estes filtros são capazes de remover mais de 90% do material em partículas do escape do diesel. O filtro é uma estrutura física para a remoção de partículas de escape, e as partículas em acúmulo irão aumentar a pressão de retorno do filtro no motor. Assim, as partículas em acumulação terão que ser continuamente ou periodicamente queimadas para fora do filtro para manter uma pressão de retorno aceitável. Infelizmente, as partículas de fuligem de carbono requerem temperaturas excessivas de 500 °C para queimar sob condições de escape ricas (pobres) em oxigênio quando o oxigênio é utilizado para a oxidação do carbono. Esta temperatura é superior a que está tipicamente presente nos gases de escape do diesel. No entanto, um outro mecanismo para a oxidação de fuligem é a sua reação com o NO2, o que ocorre com uma taxa suficiente de reação no intervalo de temperatura entre 250 e 500 °C. A razão para o limite superior da temperatura é o equilíbrio termodinâmico entre NO e NO2 na presença de oxigênio, o que resulta em concentrações baixas de NO2 pelo aumento da temperatura.

[007] Os processos de regeneração ativos são normalmente iniciados através da alteração da gestão do motor para elevar a temperatura na frente do filtro até 500 a 630 °C durante uma oxidação fuligem a base de oxigênio de 300 a 500 °C durante uma oxidação de fuligem à base de NO2. Dependendo do modo de condução, alta exotermia pode ocorrer dentro do filtro quando o resfriamento durante a regeneração não for suficiente (velocidade baixa / baixa carga ou modo de condução ocioso). Tais exotermias podem ser superiores a 800 °C ou mais no interior do filtro. Uma maneira comum que tem sido desenvolvida para realizar a regeneração ativa é a introdução de um material combustível (por exemplo, diesel combustível) para suo escape e queima por meio de um catalisador de oxidação de diesel por escoamento (DOC), montado a montante do filtro. A exotermia desta combustão auxiliar fornece o calor sensível (por exemplo, cerca de 300-700 °C) necessária para queimar a fuligem do filtro num período de tempo aceitável (por exemplo, cerca de 2-120 minutos).

[008] As provisões são geralmente introduzidas para reduzir a temperatura de queima da fuligem a fim de proporcionar a regeneração passiva do filtro. A presença de um catalisador promove a combustão da fuligem, regenerando assim os filtros às temperaturas acessíveis dentro de escape do motor a diesel sob ciclos de funcionamento realistas. Desta forma, um filtro de fuligem catalisada (CSF) ou filtro de partículas de diesel catalisadas (CDPF) é eficaz no fornecimento para a redução de partículas > 80%, juntamente com a queima passiva da fuligem em acúmulo, e promovendo assim a regeneração do filtro.

[009] Padrões de emissões adotados no futuro em todo o mundo também irão abordar reduções de NOX do gás de escape do diesel. Uma tecnologia de redução de NOx comprovada aplicada às fontes estacionárias com as condições de escape pobres é a Redução Catalítica Seletiva (SCR). Neste processo, o NOx é reduzido com amônia (NH3) a nitrogênio (N2) em um catalisador, tipicamente composto por metais básicos. A tecnologia é capaz de uma redução de NOx superior a 90%, e, portanto, representa uma das melhores abordagens para se atingir metas de redução de NOx agressivas. SCR está em desenvolvimento para aplicações móveis, com ureia (tipicamente presente numa solução aquosa) como a fonte de amônia. SCR proporciona conversões de NOx eficientes na medida em que a temperatura de descarga se encontra dentro do intervalo de temperatura ativa do catalisador, na janela de funcionamento.

[010] Novos regulamentos para emissões de motores a diesel em todo o mundo estão a forçar o uso de sistemas de controle de emissões mais avançadas. Esses sistemas terão de reduzir tanto material particulado total como NOx em cerca de 95 por cento. Os fabricantes de motores têm várias opções do sistema de emissões para cumprir os novos regulamentos, mas uma opção é a combinação de um sistema de filtro ativo para a redução de partículas e um sistema de redução catalítica seletiva.

[011] Uma configuração de sistema que foi proposta na literatura envolve um catalisador de oxidação de diesel (DOC) posicionado a jusante do motor, um filtro de fuligem catalisada (CSF) posicionado a jusante da DOC, um posicionamento de sistema de injeção a jusante do CSF, uma redução catalítica seletiva (SCR) catalisador posicionado a jusante do sistema de injeção de redutor, e um catalisador opcional de oxidação de amônia (AMOX) posicionado a jusante do catalisador SCR. O sistema também inclui, tipicamente, um sistema de injeção de hidrocarbonetos situado a jusante do motor e a montante do DOC.

[012] Esta configuração do sistema oferece várias vantagens para a funcionalidade total do sistema. O DOC na primeira posição permite que ele seja colocado o mais próximo possível do motor, assegurando aquecimento rápido para partida a frio e as emissões de HC e CO e a temperatura máxima de entrada de DOC para a regeneração do filtro ativo. O CSF estando em frente do SCR evitará que material particulado, cinzas óleo e outros materiais indesejáveis sejam depositados sobre o catalisador SCR melhorando assim a sua durabilidade e o desempenho. Colocar catalisadores de oxidação de metal do grupo da platina em frente ao SCR permite um aumento no NO2 para NO (ou proporção de NO2 para NOx a entrar no SCR que é conhecido por aumentar a velocidade de reação de redução de NOX que ocorre no SCR se devidamente controlada. Um exemplo de um tal sistema é descrito na Patente dos Estados Unidos Número 7.264.785.

[013] Esta configuração do sistema, no entanto, também é problemática, porque o DOC compreende muitas vezes metais do grupo da platina (PGM) dispersos sobre um suporte de óxido metálico refratário. Devido às grandes quantidades de PGM utilizadas, estes catalisadores são relativamente caros. Além disso, nos combustíveis com elevado teor de enxofre, tal como o combustível em desenvolvimento e emergentes, o enxofre reage para formar SO3, que age como um veneno para o DOC. A atividade do DOC é, deste modo, um impacto negativo, e a regeneração do filtro não pode ser sustentada em formas suficientes.

[014] Por conseguinte, existe uma necessidade contínua para investigar e proporcionar estratégias alternativas do sistema para melhorar o tratamento de correntes de gás de escape contendo NOX e partículas, especialmente para combustíveis que contêm altas concentrações de enxofre.

RESUMO

[015] Um primeiro aspecto da invenção diz respeito a um catalisador de metal básico. Numa primeira modalidade, um catalisador de metal básico para a redução das emissões de gases de escape de um motor de mistura pobre compreende um material básico de metal numa quantidade eficaz para gerar uma reação exotérmica ao longo de um intervalo de temperatura de 300 °C a 650 °C e para oxidar fuligem recolhidas por um filtro de partículas a jusante, em que o catalisador metálico básico é substancialmente livre de metais do grupo da platina.

[016] Numa segunda modalidade, o catalisador metálico básico da primeira modalidade é modificado, em que as emissões de gases de escape compreendem enxofre.

[017] Numa terceira modalidade, o catalisador metálico básico da primeira e segunda modalidades é modificado, em que o material de metal básico é selecionado a partir de V, W, Ti, Cu, Fe, Co, Ni, Cr, Mn, Nd, Ba, Ce, La, Pr, Mg, Ca, Zn, Nb, Zr, Mo, Sn, Ta, Ce, e Sr, e suas combinações.

[018] Numa quarta modalidade, o catalisador metálico básico da primeira até a terceira modalidade é modificado, em que o material de metal básico compreende um ou mais dentre V, W, Fe, Ce, Cu e Ti.

[019] Em uma quinta modalidade, o catalisador metálico básico da primeira à quarta modalidade é modificado, que compreende ainda um material de crivo molecular.

[020] Numa sexta modalidade, o catalisador de metal básico da quinta modalidade é modificado, em que o material de crivo molecular tem uma estrutura de átomos de silício, alumínio e / ou fósforo.

[021] Numa sétima modalidade, o catalisador metálico básico das quinta e sexta modalidades é modificado, em que o material de crivo molecular compreende tamanhos de anel não superiores a 12.

[022] Numa oitava modalidade, o catalisador de metal básico da quinta à sétima modalidades é modificado, em que o material de crivo molecular compreende uma unidade de d6r.

[023] Numa nona modalidade, o catalisador de metal básico da quinta até a oitava modalidade é modificado, em que o material de crivo molecular é selecionado a partir de AEI, AFT, AFX, CHA, EAB, EMT, ERI, FAU, GME, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, WEN, e suas combinações.

[024] Numa décima modalidade, o catalisador de metal básico da quinta a nona modalidade é modificado, em que o material de crivo molecular é selecionado a partir de AEI, CHA, AFX, ERI, KFI, LEV, e suas combinações.

[025] Numa décima primeira modalidade, o catalisador de metal básico da quinta até a décima modalidades é modificado, em que o material de crivo molecular é selecionado a partir de AEI, CHA e AFX.

[026] Numa décima segunda modalidade, o catalisador de metal básico da quinta modalidades até a décima primeira modalidades é modificado, em que o material de crivo molecular compreende uma unidade de d6r, e o material de metal básico é selecionado dentre Cu, Fe, e suas combinações.

[027] Numa décima terceira modalidade, o catalisador de metal básico da quinta até a décima primeira modalidades é modificado, em que o material de crivo molecular compreende CHA e o material de metal básico é selecionado a partir de Cu, Fe, e suas combinações.

[028] Numa décima quarta modalidade, o catalisador de metal básico da primeira até a décima terceira modalidades é modificado, em que o catalisador metálico básico é disperso sobre um suporte de óxido metálico refratário.

[029] Numa décima quinta modalidade, o catalisador de metal básico da décima quarta modalidade é modificado, em que o catalisador de metal básico está numa configuração selecionada dentre uniforme, por zonas, ou em camadas.

[030] Um segundo aspecto da presente invenção é dirigido a um sistema para o tratamento de uma corrente de gás de escape de motor de queima pobre. Numa décima sexta modalidade, um sistema para tratamento de uma corrente de gás de escape do motor de queima pobre incluindo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e outros componentes de escape, o sistema compreende um conduíte de escape em comunicação fluida com o motor de mistura pobre através de um coletor de escape; o catalisador metálico básico da primeira até a décima quinta modalidades dispostos sobre um substrato de suporte; e um filtro de partículas e um primeiro catalisador SCR localizado a jusante do catalisador de metal básico.

[031] Numa décima sétima modalidade, o sistema da décima sexta modalidade é modificado, em que um segundo catalisador SCR é revestido sobre o filtro de partículas e localizado a jusante do catalisador de metal básico.

[032] Numa décima oitava modalidade, o sistema da décima sexta e décima sétima modalidades é modificado, em que o sistema compreende ainda um catalisador de oxidação do metal do grupo da platina a jusante do catalisador de metal básico e a montante do filtro de partículas.

[033] Numa décima nona modalidade, o sistema da décima sexta até a décima oitava modalidade é modificado, em que o catalisador de metal básico e o catalisador de oxidação do metal do grupo da platina estão localizados num único substrato.

[034] Numa vigésima modalidade, o sistema da décima sexta até a décima nona modalidades é modificado, em que o catalisador de metal básico e o catalisador de oxidação do metal do grupo da platina estão localizados em substratos separados.

[035] Numa vigésima primeira modalidade, o sistema da décima sexta até a vigésima modalidades é modificado, em que o catalisador de metal básico e o metal do grupo da platina sendo disposto em camadas sobre o substrato.

[036] Numa vigésima segunda modalidade, o sistema da décima sexta até a vigésima primeira modalidades é modificado, em que o catalisador de metal básico e o metal do grupo da platina são zoneados axialmente sobre o substrato.

[037] Numa vigésima terceira modalidade, o sistema da décima sexta até a vigésima segunda modalidades é modificado em que o catalisador de oxidação metal do grupo da platina (PGM) compreende um catalisador de oxidação de amônia, e em que o sistema adicionalmente compreende um injetor redutor a jusante do motor e a montante do catalisador de metal básico.

[038] Em uma vigésima quarta modalidade, o sistema da décima sétima até a vigésima terceira modalidades é modificado, compreendendo ainda um injetor redutor a jusante do filtro de partículas.

[039] Numa vigésima quinta modalidade, o sistema da décima sexta até a vigésima quarta modalidades é modificado, em que o combustível é injetado a montante do catalisador de metal básico e o combustível compreende enxofre.

[040] Em uma vigésima sexta modalidade, o sistema da vigésima quinta modalidade é modificado, no qual o combustível é composto por menos de 10 ppm de enxofre.

[041] Em uma vigésima sétima modalidade, o sistema da vigésima quinta modalidade é modificado, no qual o combustível é composto por mais de 10 ppm de enxofre.

[042] Uma modalidade do vigésimo oitavo, o sistema do da décima sexta até a décima sétima modalidades é modificado, em que não há nenhum catalisador de oxidação de metal do grupo da platina a montante do catalisador de metal básico ou a montante de catalisador SCR.

[043] Em uma décima nona modalidade, o sistema da décima sexta até a décima oitava modalidades é modificado, ainda mais compreendendo um catalisador de oxidação de amônia a jusante do filtro de partículas e o primeiro catalisador SCR.

[044] Um terceiro aspecto da presente invenção é direcionado para um método de tratamento de um fluxo de escape. Em uma trigésima modalidade, um método de tratamento de um fluxo de escape de um motor diesel, compreendendo NOx e partículas em suspensão, compreende fluidez da corrente de escape através do catalisador da primeira até a décima quinta modalidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[045] A FIG. 1 mostra uma vista em perspectiva de um fluxo através substrato de favo de mel; A FIG. 2 mostra uma vista em corte transversal tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1; A FIG. 3 mostra uma vista parcial em corte transversal do artigo catalítico de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 4 mostra uma vista parcial em corte transversal do artigo catalítico de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 5 mostra uma vista parcial em corte transversal do artigo catalítico de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 6 mostra uma visão transversal parcial do artigo catalítico de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 7 mostra uma vista parcial em corte transversal do artigo catalítico de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 8 é um diagrama esquemático de um sistema de tratamento de motor de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 9 é um diagrama esquemático de um sistema de tratamento de motor de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 10 é um diagrama esquemático de um sistema de tratamento de motor de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 11 é um diagrama esquemático de um sistema de tratamento de motor de acordo com uma ou mais modalidades; A FIG. 12 é um gráfico de barras do comportamento de queima de combustível para um catalisador de acordo com os Exemplos; e A FIG. 13 é um gráfico de barras do comportamento para um catalisador de acordo com os Exemplos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[046] Antes de descrever diversas modalidades exemplares da invenção, deve ser entendido que estas modalidades são meramente ilustrativas dos princípios e aplicações do presente invento. Deve, por conseguinte, ser entendido que numerosas modificações podem ser feitas às modalidades ilustrativas e que outras disposições podem ser concebidas sem se afastar do espírito e escopo do presente invento tal como divulgado.

[047] Para atender às normas de emissões futuras de todo o mundo, será necessário utilizar sistemas de redução de partículas e de controle de emissão de redução de NOX. Uma abordagem é a utilização de um sistema de filtro de partículas ativo mais um sistema de redução catalítica seletiva. Uma abordagem é a utilização de um sistema de filtro de partículas ativo além de um sistema de redução catalítica seletiva. Este sistema pode ser configurado de várias maneiras, mas uma configuração na seguinte ordem - Catalisador de Oxidação de Metal do Grupo da platina de Diesel (DOC) - Filtro Catalisador de Partículas (CSF) - Injeção de Ureia - Catalisador de Redução Catalítico Seletivo (SCR) - com ou sem um Catalisador de Oxidação de Amônia (AMOX) parece oferecer benefícios de design atraente. No entanto, em situações em que o combustível tem um alto teor de enxofre, o enxofre pode envenenar DOCs tradicionais e regeneração do CSF não pode ser sustentada de forma suficiente. Por conseguinte, um catalisador é desejado, o qual não seja envenenado, mesmo quando se opera com combustível contendo concentrações elevadas de enxofre.

[048] Modalidades da invenção são dirigidas para um catalisador de metal básico que é substancialmente isento de metal do grupo da platina, que pode ser utilizado a montante de um filtro de partículas e catalisador SCR para oxidar hidrocarbonetos, mesmo em combustível que tenha um elevado teor de enxofre. O catalisador de metal básico de uma ou mais modalidades é projetado para queimar combustível para a regeneração ativa do filtro de injeção de combustível, quer em cilindros na injeção do motor ou pós nos gases de escape com pouca ou nenhuma produção de NO2 através do catalisador de metal básico, tal que o NO2 eliminado tem efeito negligenciável ou nenhum efeito sobre a oxidação de partículas no filtro de partículas. Em outras palavras, o catalisador de metal básico de uma ou mais modalidades está concebido para queimar a fuligem recolhida por um filtro de partículas a jusante, sem nenhuma atividade de oxidação de NO apreciável do catalisador de metal básico. O filtro de partículas a jusante pode ser concebido para otimizar a proporção de NO/NO2 para fora do filtro para facilitar a redução ideal de NOX em todo o sistema SCR e fornecer NO2 necessário para a oxidação de fuligem no interior do filtro.

[049] No que diz respeito aos termos utilizados nesta divulgação, as seguintes definições são providas.

[050] Como usado neste documento, o termo "catalisador" ou "composição de catalisador" ou "material catalisador" refere-se a um material que promove uma reação.

[051] Como usado aqui, o termo "redução catalítica seletiva" (SCR) diz respeito ao processo catalítico de redução de óxidos de nitrogênio para dinitrogênio (N2) usando um redutor nitrogenado.

[052] Tal como aqui utilizado, o termo "alumina ativada" tem o seu significado habitual de uma alumina de elevada área superficial BET, que compreende um ou mais dentre gama-, delta- e teta- aluminas.

[053] Tal como aqui utilizado, o termo "área de superfície BET" tem o seu significado habitual para se referir ao método de Brunauer, Emmett Teller para determinar a área de superfície por absorção de N2. A menos que especificamente indicado de outra forma, todas as referências aqui feitas a área de superfície dos componentes de suporte de catalisador ou outros componentes de catalisador significa a área da superfície BET.

[054] Tal como aqui utilizado, o termo "a granel", quando utilizado para descrever a forma física de um material (por exemplo, óxido de cério), significa que o material esteja presente na forma de partículas discretas que podem ser tão pequenas como 1 a 15 mícrons de diâmetro ou menores, ao contrário de terem sido disperso em solução sobre um outro material tal como a alumina gama. A título de exemplo, em algumas modalidades da invenção, as partículas de óxido de cério são misturadas com partículas de alumina faixa de modo a que a céria está presente na forma a granel, em oposição a, por exemplo, impregnação de partículas de alumina com soluções aquosas de precursores de céria, que mediante a calcinação são convertidos em óxido de cério dispostos sobre as partículas de alumina.

[055] Quando presentes em um catalisador, "componente cérico" significa um ou mais óxidos de cério (por exemplo, CeO2).

[056] Tal como aqui utilizados, os termos "a jusante" e "a montante", quando utilizado para descrever um artigo, o substrato catalisador ou zona, se referem às posições relativas do sistema de escape como o detectado na direção do fluxo da corrente de gás de escape. Quando uma zona de catalisador ou catalisador é "a jusante" ou "a montante" de um outro catalisador ou zona, pode estar em um substrato ou tijolo ou em uma região diferente do mesmo substrato ou tijolo.

[057] Tal como aqui utilizado, o termo "suporte da área de superfície alta" se refere aos materiais de suporte com uma área superficial BET que é aproximadamente maior do que 10 m2/ g, por exemplo, maior do que 150 m2/ g.

[058] Tal como aqui utilizados, os termos "metal do grupo da platina" ou "PGM" se referem aos metais do grupo da platina ou óxidos dos mesmos. Metais do grupo da platina incluem platina, paládio, ródio, ósmio, rutênio e irídio.

[059] Tal como aqui utilizado, o termo "catalisador de oxidação" se refere a um catalisador de promover os processos de oxidação no escape dos motores a diesel, para reduzir as emissões da fração orgânica de partículas de motores diesel, os hidrocarbonetos em fase gasosa, e / ou monóxido de carbono.

[060] Tal como aqui utilizado, o termo "teor de enxofre" refere-se à quantidade de enxofre presente no combustível. Diesel de baixo enxofre é um padrão para a definição de combustível diesel com teores de enxofre substancialmente reduzidos. A partir de 2006, a quase totalidade do combustível diesel derivado do petróleo disponível no Reino Unido, na Europa e América do Norte é de um tipo diesel com baixo enxofre. Tal como aqui utilizado, o termo "teor de enxofre" se refere ao combustível que contém menos de 10 ppm de enxofre, incluindo menos do que 9, menos do que 8, menos de 7, menos do que a 6, menos do que 5, menos do que 4, a menos do que 3, a menos do que 2, e menos do que 1 ppm de enxofre. Em uma ou mais modalidades, o combustível com baixo teor de enxofre contém 0 ppm, o que pode incluir combustíveis sintéticos. Em outras partes do mundo, particularmente em países em desenvolvimento, o combustível contém quantidades significativamente maiores de enxofre. Além disso, combustíveis navais contém quantidades muito elevadas de enxofre. Em alguns casos, o teor de enxofre do combustível no oceano aberto pode ser tão elevado quanto 35.000 ppm. No entanto, em regulamentos marinhos, há emissão especial áreas controladas (zonas ECA) em águas costeiras, onde a concentração máxima permitida para o combustível é de 10.000 ppm e, de acordo com os novos regulamentos, será reduzida até 1000 ppm. Navios funcionam com diferentes combustíveis no oceano aberto e nas zonas ECA. Tal como aqui utilizado, o termo "combustível de alto teor de enxofre" se refere ao combustível que contém mais do que 10 ppm de enxofre, incluindo mais do que 50, mais do que 100, mais do que 150, mais do que 200, mais do que 250, mais do que 300, mais do que 350, mais do que 500, mais do que 1000, mais do que 1500, mais do que 2000, mais do que 2500, mais do que 3000 ppm, mais do que 5000, mais do que 10000, mais do que 20000, mais do que 30000, e mais do que 35.000 ppm de enxofre.

[061] Tal como aqui utilizado, o termo "regeneração ativa" se refere à introdução de um material combustível (por exemplo, diesel combustível) para o escape e queimá-lo através de um catalisador para gerar uma reação exotérmica que fornece calor (por exemplo, cerca de 300-700 °C) necessária para queimar as partículas de fuligem, tais como a partir do filtro. Processos de regeneração ativos são geralmente necessários para limpar o material particulado acumulado, e restaurar contrapressões aceitáveis dentro do filtro de partículas. A fração de fuligem do material particulado geralmente requer temperaturas que excedem 500 °C para queima sob condições ricas (pobres) em oxigênio quando o oxigênio é utilizado para a oxidação de carbono. Esta temperatura é superior a que está tipicamente presente nos gases de escape do diesel. No entanto, um outro mecanismo para a oxidação de fuligem é a sua reação com o NO2, o que ocorre com uma taxa suficiente de reação no intervalo de temperatura entre 250 e 500 °C. A razão para o limite superior da temperatura é o equilíbrio termodinâmico entre NO e NO2 na presença de oxigênio, o que resulta em concentrações baixas de NO2 pelo aumento da temperatura.

[062] Tal como aqui utilizado, os termos "catalisador de destruição de amônia" ou "catalisador de oxidação de amônia (AMOX)" se referem a um catalisador que promove a oxidação de NH3.

[063] Tal como aqui utilizado, os termos "filtro de partículas" ou "filtros de fuligem" se referem a um filtro concebido para remover partículas de uma corrente de gás de escape tais como fuligem. Os filtros de partículas incluem, mas não estão limitados a filtros de fluxo de parede em de estrutura de favo de mel, filtro de filtração parcial, um filtro de malha de arame, filtros de fibra enroladas, filtros de metal sinterizado; e filtros de espuma.

[064] Tal como aqui utilizado, o termo "janela de funcionamento" se refere aos valores de temperatura e velocidade espaciais encontrados por um componente catalítico durante o funcionamento do motor. A temperatura da janela de funcionamento pode variar entre 0 °C e 800 °C, e a velocidade espacial pode variar entre 0 e 1.000.000 / hora.

[065] Como aqui usado, os termos "suporte de óxido de metal refratário" e "suporte" diz respeito ao material de superfície de alta superfície adjacente sobre a qual são transportados elementos químicos adicionais ou elementos. As partículas de suporte têm poros maiores do que 20 A e uma distribuição de poros ampla. Como definido neste documento, tais suportes de óxido de metal excluem crivos moleculares, especificamente, zeólitos. Suportes de óxido de metal refratário de alta área de superfície, por exemplo, podem ser utilizados, materiais de suporte de alumina, também referidos como "alumina gama" ou "alumina ativada", que tipicamente exibem uma área de superfície de BET em excesso de 60 metros quadrados por grama ("m2/g"), muitas vezes até cerca de 200 m2/g ou superior. Tal alumina ativada é geralmente uma mistura das fases gama e delta de alumina, mas também pode conter quantidades substanciais das fases da alumina eta, kappa e teta. Óxidos de metal refratário em vez de alumina ativada podem ser usados como um suporte para pelo menos alguns dos componentes catalíticos em um determinado catalisador. Por exemplo, céria, zircônia, alumina alfa, sílica, titânia, e outros materiais são conhecidos para tal uso. Uma ou mais modalidades da presente invenção incluem um suporte de óxido de metal refratário compreendendo um composto ativado selecionado a partir do grupo que consiste em alumina, zircônia, sílica, óxido de titânio, óxido de cério, sílica-alumina, zircônia-alumina, titânia, alumina, óxido de lantânio-alumina, óxido de lantânio-zircônia-alumina, alumina-baria, baria-lantânio-alumina, óxido de lantânio-baria-neodímia-alumina, zircônia- sílica, titânia-sílica, ou zircônia titânia, ou suas combinações. Embora muitos destes materiais sofram com a desvantagem de ter uma área de superfície de BET consideravelmente menor do que a alumina ativada, essa desvantagem tende a ser compensada por uma maior durabilidade ou potencialização do desempenho do catalisador resultante.

[066] Tal como aqui utilizado, o termo "metal básico" refere-se geralmente a um metal que se oxida ou corrói de forma relativamente fácil quando exposto ao ar e à umidade. Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico compreende um material de metal básico, numa quantidade eficaz para gerar uma reação exotérmica ao longo de um intervalo de temperatura de 300 °C a 550 °C. Em uma ou mais modalidades, o material de base metálico pode compreender um ou mais óxidos de metais selecionados dentre vanádio (V), tungstênio (W), titânio (Ti), cobre (Cu), ferro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), crômio (Cr), manganês (Mn), neodímio (Nd), bário (Ba), cério (Ce), lantânio (La), praseodímio (Pr), magnésio (Mg), cálcio (Ca), zinco (Zn), nióbio (Nb), zircônio (Zr), molibdénio (Mo), estanho (Sn), tântalo (Ta), cério (Ce), e estrôncio (Sr), ou combinações dos mesmos. Numa modalidade específica, o material de metal básico compreende um ou mais dentre vanádio (V), ferro (Fe), cério (Ce), cobre (Cu), tungstênio (W), alumínio (Al) e titânio (Ti).

[067] Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico é substancialmente isento de metal do grupo da platina. Tal como aqui utilizado, o termo "substancialmente livre do metal do grupo da platina" significa que não existe qualquer metal do grupo da platina intencionalmente adicionado ao catalisador de metal básico, e que não é inferior a cerca de 5 g / pé3 (0,1765 g/L) de metal do grupo da platina, em peso, no catalisador de metal básico. Em modalidades específicas, há menos do que cerca de 5 g / pé3 (0,1765 g/L) em peso de metal do grupo da platina, incluindo menos do que cerca de 4, 3, 2, e 1 g / pé3 (0,1412, 0,1059, 0,0706 e 0,0353 g/L) em peso de metal do grupo da platina no catalisador de metal básico. Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico não contém metais do grupo da platina e o catalisador adicionado é livre de metais do grupo da platina. Em uma ou mais modalidades, não há catalisadores de oxidação do metal do grupo da platina a montante do catalisador de metal básico. Em uma ou mais modalidades, um catalisador de oxidação do metal do grupo da platina está localizado a jusante do catalisador de metal básico. Em outras modalidades, não há catalisadores de oxidação de metal do grupo da platina a montante do catalisador SCR e / ou a jusante do catalisador de metal básico. Sem pretender ser limitado pela teoria, considera-se que o catalisador de oxidação do metal do grupo da platina facilita uma ou mais dentre a oxidação de NO, CO, NH3 e HC. Opcionalmente, e dependendo da migração HC para fora do catalisador metálico básico, a oxidação de HC pode acontecer mesmo em concentrações relativamente elevadas de HC para gerar uma reação exotérmica adicional no catalisador de oxidação de metal do grupo da platina (aumento de temperatura entre 5 °C até 450 °C).

[068] Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico compreende, ainda, um material de crivo molecular. Tal como aqui utilizado, o termo “crivo molecular”, tal como zeólitos e outros materiais zeolíticos de estrutura, se referem a materiais em forma de partículas de suporte que podem formar metais do grupo dos preciosos catalíticos. Materiais de crivo molecular são materiais à base de uma extensa rede tridimensional de íons de oxigênio contendo locais do tipo geralmente tetraédricos e com uma distribuição de poros substancialmente uniforme, com o tamanho médio dos poros não sendo maior do que 20 Â. Os tamanhos dos poros são definidos pelo tamanho do anel. Tal como aqui utilizado, o termo “zeólito” se refere a um exemplo específico de um crivo molecular, que inclui ainda átomos de silício e de alumínio.

[069] Geralmente, os zeólitos são definidos como aluminossilicatos com estruturas de enquadramento em 3 dimensões abertas compostas de vértices compartilhados de tetraedros TO4, onde T é Al ou Si. Cátions que equilibram a carga do quadro aniônico são fracamente associados às estruturas com oxigênios, e o volume de poro restante é preenchido com moléculas de água. Os cátions não estruturais geralmente são passíveis de troca e as moléculas de água removíveis.

[070] De acordo com uma ou mais modalidades, a classificação do zeólito pode se basear na topologia de estrutura pela qual são identificadas as estruturas. Normalmente, qualquer tipo de estrutura dos zeólitos / aluminossilicatos podem ser utilizados, tais como tipos de estrutura de ABW, ACO, AEI, AEL, AEN, AET, AFG, AFI, AFN, AFO, AFR, AFS, AFT, AFX, AFY, AHT, ANA, APC, APD, AST, ASV, ATN, ATO, ATS, ATT, ATV, AWO, AWW, BCT, BEA, BEC, BIK, BOG, BPH, BRE, CAN, CAS, SCO, CFI, SGF, CGS, CHA, CHI, CLO, das, CZP, DAC, DDR, DFO, DFT, DOH, DON, EAB, EDI, EMT, EON, EPI, ERI, ESV, ETR, EUO, FAU, FER, FRA, GIS, GIU, GME, GON, GOO, HEU, IFR, IHW, ISV, ITE, ITH, ITW, IWR, IWW, JBW, KFI, LAU, LEV, LIO, LIT, LOS, LOV, LTA, LTL, LTN, MAdasMAZ, MEI, MEL, MEP, MER, MFI, MFS, MON, MOR, MOZ, MSO, MTF, MTN, MTT, MTW, MWW, NAB, NAT, NES, NON, NPO, NSI, OBW, OFF, OSI, OSO, OWE, PAR, PAU, PHI, PON, RHO, RON, RRO, RSN, RTE, RTH, RUT, RWR,dasY, SAO, SAS, SAT, SAV, SBE, SBS, SBT, SFE, SFF, SFG, SFH, SFN, SFO, SGT, SOD, SOS, SSY, STF, STI, STT, TER, THO, TON, TSC, UEI, UFI, UOZ, USI, UTL, VET, VFI, VNI, VSV, WIE, WEN, YUG, ZON, ou suas combinações.

[071] Em algumas modalidades o zeólito pode ser um zeólito natural ou sintético, tais como faujasita, chabazita, a clinoptilolita, mordenita, silicalita, zeólito X, zeólito Y, zeólito Y ultra-estável, ZSM-5, ZSM-12, SSZ-3, SAPO 5, ofretita, ou um zeólito beta.

[072] Zeólitos são compreendidos por unidades de construção secundária (SBU) e unidades construção de compostos (CBU), e aparecem em muitas estruturas de quadro diferentes. Unidades de construção secundárias contêm até 16 átomos tetraédricos e são não-quirais. Unidades de construção de compostos não são demandadas a serem aquirais e podem não necessariamente ser usadas para construir o quadro inteiro. Por exemplo, um grupo de zeólitos possuem uma única unidade de construção de composto com anel de 4 membros (s4r) em sua estrutura de enquadramento. No anel quádruplo, o "quádruplo" indica as posições dos átomos tetraédricos de silício e alumínio, e os átomos de oxigênio estão localizados entre os átomos tetraédricos. Outras unidades de construção de composto incluem, por exemplo, uma unidade de anel simples de 6 membros (s6r) e uma unidade de anel duplo de 6 membros. A unidade d4r é criada por meio da união de duas unidades s4r. A unidade d6r é criada por meio da união de duas unidades s6r. Em uma unidade d6r, existem doze átomos tetraédricos. Tipos de estrutura de zeólito que têm uma unidade de construção d6r secundária incluem AEI, AFT, AFX, CHA, EAB, EMT, ERI, FAU, GME, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, e WEN.

[073] Em uma ou mais modalidades, o material de crivo molecular compreende um zeólito constituído por uma unidade d6r. Em modalidades específicas, o crivo molecular é um zeólito com um tipo de estrutura selecionada dentre AEI, AFT, AFX, CHA, EAB, EMT, ERI, FAU, GME, JSR, KFI, LEV, LTL, LTN, MOZ, MSO, MWW, OFF, SAS, SAT, SAV, SBS, SBT, SFW, SSF, SZR, TSC, WEN, e suas combinações.

[074] Em outras modalidades específicas, a crivo molecular é um zeólito tendo uma estrutura tipo selecionado de entre o grupo que consiste em CHA, AEI, AFX, ERI, KFI, LEV, e suas combinações. Em modalidades muito específicas, o zeólito tem um tipo de estrutura selecionada dentre CHA, AEI e AFX. Em modalidades ainda mais específicas, o zeólito tem o tipo de estrutura CHA.

[075] A proporção de sílica para alumina de um componente de peneiro molecular de aluminosilicato pode variar dentro de uma vasta gama. Em uma ou mais modalidades, o componente de crivo molecular tem uma proporção de sílica para alumina molar (SAR) na faixa de 2 a 300, incluindo 5 a 250; 5 a 200; 5 a 100; e 5 a 50. Em uma ou mais modalidades específicas, o componente de crivo molecular tem uma proporção de sílica para alumina molar (SAR) na faixa de 10 a 200, 10 a 100, 10 a 75, 10 a 60, e 10 a 50; 15 a 100, 15 a 75, 15 a 60, e 15 a 50; 20 a 100, 20 a 75, 20 a 60, e 20 a 50.

[076] Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico é um material cristalino que compreende um material de metal básico e de um crivo molecular. A síntese de um crivo molecular varia de acordo com o tipo de estrutura, mas geralmente, crivos moleculares, tais como os zeólitos são sintetizados usando um agente de estrutura de direcionamento (SDA), por vezes referido como um molde (ou modelo orgânico), juntamente com fontes de sílica e alumina. O agente de direcionamento de estrutura pode estar na forma de um orgânico, por exemplo hidróxido de tetraetilamônio (TEAOH), ou cátion inorgânico, por exemplo, Na+ ou K+. Durante a cristalização, as unidades tetraédricas se organizam ao redor do SDA para formar o quadro desejado e o SDA é frequentemente incorporado dentro da estrutura de poros dos cristais de zeólito. Em uma ou mais modalidades, a cristalização do zeólito pode ser obtida por meio da adição de agentes / modelos, nuceli-cristal de direcionamento da estrutura ou elementos.

[077] Como usado nesse documento, "promovido" diz respeito à um componente que é adicionado intencionalmente ao crivo molecular, ao contrário de impurezas inerentes ao crivo molecular. Assim, um promotor é adicionado intencionalmente para aumentar a atividade de um catalisador em comparação a um catalisador que não promotor adicionado intencionalmente. Em uma ou mais modalidades, o material de metal básico é trocado pelo zeólito como um promotor. De acordo com uma ou mais modalidades o material de metal básico é selecionado a partir de Cu, Fe, Co, Ni, La, Ce, Mn, e as suas combinações, e o material de metal básico é trocado para o zeólito como um promotor. Em modalidades específicas, o material de metal básico é selecionado a partir de Cu, Fe, e suas combinações.

[078] O teor de metal básico do catalisador de metal básico, calculado como o óxido, é, em uma ou mais modalidades, pelo menos cerca de 0,1% em peso apresentou um relatório sobre uma base volátil livre, com base no revestimento lavável (washcoat) global aplicado ao substrato. Em uma ou mais modalidades específicas, o material de metal básico compreende um ou mais dentre V, W, Ti, Cu, Fe, e suas combinações. Quando o material de metal básico compreende V (V2O5), O metal básico está presente numa quantidade na faixa de cerca de 0,1% em peso a 10% em peso. % em peso com base no revestimento lavável global aplicado ao substrato, incluindo 0,5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, e 10 em peso. Quando o material de metal básico compreende W (WO3), o metal básico está presente numa quantidade na faixa de cerca de 1% em peso a 20% em peso. Com base no revestimento lavável global aplicado ao substrato, incluindo 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 e 20 % em peso. Em uma ou mais modalidades, Ti está presente na forma de óxido, TiO2, em um montante de até 99,9 % em peso, com base no revestimento lavável global aplicado ao substrato. Em outras modalidades o metal básico compreende Cu, e o teor de Cu calculado como CuO está na faixa de até cerca de 10% em peso, incluindo 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, e 1% em peso em cada caso com base no peso total do catalisador calcinado reportado em uma base livre volátil. Em modalidades muito específicas, o teor de Cu, calculado como CuO, está na faixa de cerca de 2 a cerca de 5 % em peso. Em uma ou mais modalidades, o material de metal básico compreende Fe, e o teor de Fe, calculado como Fe2O3 está na faixa de até cerca de 10% em peso, incluindo 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, e 1% em peso em cada caso com base no peso total do catalisador calcinado reportado em uma base livre volátil. Em uma ou mais modalidades, o material de metal básico compreende FeVO4, e o teor de FeVO4 calculado como FeVO4 está na faixa de até cerca de 16% em peso, incluindo 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, e 1% em peso em cada caso com base no peso total do catalisador calcinado reportado em uma base livre volátil.

[079] Em uma ou mais modalidades, o catalisador metálico básico é disposto sobre um substrato por meio de fluxo. As FIGS. 1 e 2 ilustram um fluxo de favo de mel por meio do substrato que pode ser utilizado de acordo com modalidades da invenção. Os catalisadores de metal básico compreendem um substrato 10 que tem uma superfície exterior 12, e uma extremidade de entrada 14 e uma extremidade de saída 14'. Elementos de parede 18 definem uma pluralidade de passagens paralelas 16. Cada passagem 16 tem uma entrada e saída correspondente. Um catalisador metálico básico é associado com os elementos de parede 18, de modo que os gases que fluem através das passagens 16 contatam o catalisador metálico básico. De acordo com uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico pode estar presente em qualquer forma, incluindo, mas não se limitando a, como um revestimento lavável e como um extrudado. De acordo com uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico é lavado sobre o substrato 10. O catalisador metálico básico pode ser uma única camada lavada sobre o substrato, ou podem existir múltiplas camadas de catalisador metálico básico. Em outras modalidades, o catalisador de metal básico pode ser combinado com um segundo catalisador metálico básico. Em modalidades em que existem dois catalisadores de metal base, o primeiro catalisador de base de metal é revestido sobre o substrato e o segundo catalisador de base de metal é revestido, o qual se sobrepõe ao primeiro catalisador metálico básico. Em outras modalidades, o primeiro e segundo catalisadores de metal básico são dispostos numa configuração por zona. Em uma ou mais modalidades, o primeiro e segundo catalisadores de metal base são dispostos numa configuração zoneado axialmente, formando com o primeiro catalisador de metal básico a montante do segundo catalisador metálico básico. Tal como aqui utilizado, o termo "zoneado axialmente" refere-se à localização da primeira e segunda base de catalisadores de metal em relação a um outro. Axialmente significa lado a lado, tal que o primeiro e o segundo catalisadores de metal básico estão localizados um ao lado do outro. Como usado aqui, os termos "a montante" e "a jusante" dizem respeito às direções relativas de acordo com o fluxo de um fluxo de gás de escape do motor a partir de um motor em direção a um tubo de escape, com o motor em uma localização a montante e o tubo de escape e quaisquer artigos de redução de poluição, tais como filtros e catalisadores, estando a jusante a partir do motor. De acordo com uma ou mais modalidades, o primeiro e segundo catalisadores de metal base podem ser dispostos zoneados axialmente no mesmo ou num substrato comum ou sobre diferentes substratos separados um do outro.

[080] De acordo com umas ou mais modalidades, não há catalisadores de oxidação do metal do grupo da platina a montante do catalisador de metal básico. Em outras modalidades, o catalisador de metal básico pode ser combinado com um catalisador de oxidação do metal do grupo da platina. Em modalidades em que há tanto um catalisador de metal básico e um catalisador de oxidação do metal do grupo da platina, o catalisador de metal básico e do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina podem estar no mesmo ou num substrato comum, ou podem estar em diferentes substratos separados um do outro. Como ilustrado na Fig. 3, quando um artigo em camadas 30, um substrato 32 é lavado com o catalisador de oxidação do metal do grupo da platina para formar uma primeira camada (ou um revestimento inferior) 34, e o catalisador metálico básico é lavado no topo da primeira camada para formar uma segunda camada (ou revestimento superior) 36. Será apreciado por um versado na técnica que o revestimento superior/ segunda camada esteja a montante do revestimento inferior/ primeira camada, de tal modo que o revestimento superior/ segunda camada esteja na zona a montante e o revestimento inferior/primeira camada está na zona a jusante.

[081] Referindo-se à FIG. 4, uma modalidade exemplar de um sistema zoneado axialmente é mostrado. O artigo catalítico 40 é mostrado numa disposição zoneada axialmente em que o catalisador de metal básico 38 está localizado a montante do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 46 num substrato comum 42. O substrato 42 tem uma extremidade de entrada 48 e uma extremidade de saída 47 que define um comprimento axial L. Numa ou mais modalidades, o substrato 42 é geralmente constituído por uma pluralidade de canais 44 de um substrato de favo de mel, dos quais apenas um canal é mostrado na seção transversal para maior clareza. O catalisador de metal básico 38 se estende a partir da extremidade de entrada 48 do substrato 42 até menos do que todo o comprimento axial L da carcaça 42. O comprimento do catalisador de base de metal 38 é denotado coma primeira zona 38a na FIG. 4. O catalisador de oxidação do metal do grupo da platina 38 se estende a partir da extremidade de saída 47 do substrato 42 até menos do que todo o comprimento axial L do substrato 42. O comprimento do catalisador de oxidação do metal do grupo da platina é denotado como a segunda zona 46a na FIG. 4.

[082] Em uma ou mais modalidades, tal como ilustrado na FIG. 4, a zona a montante 38 que compreende o catalisador de metal básico é adjacente diretamente a jusante da zona 46 que compreende o catalisador de metal do grupo da platina. Em outras modalidades, a zona a montante 38 que compreende o catalisador de metal básico é separada por um intervalo (não mostrado) a partir da zona de 46 a jusante do grupo da platina compreendendo catalisador de oxidação de metal.

[083] Será apreciado que o comprimento da zona a montante 38 e a jusante da zona 46 possa ser variado. Em uma ou mais modalidades, a zona a montante 38 e a jusante da zona 46 podem ser iguais em comprimento. Em outras modalidades, a zona a montante 38 pode ter 20%, 25%, 35% ou 40%, 60%, 65%, 75% ou 80% do comprimento L do substrato 42, com a zona a jusante 46 que cobre, respectivamente, o restante do comprimento L do substrato, como representado na FIG. 4. Em outras modalidades, a zona a montante 38 pode ser 20%, 25%, 35% ou 40%, 60%, 65%, 75% ou 80% do comprimento L do substrato 42, com a zona a jusante 46 que cobre, respectivamente, o restante do comprimento L do substrato, com uma lacuna (não mostrada).

[084] Também será apreciado por um versado na técnica que a zona a montante e a zona a jusante possam ser pelo menos parcialmente sobrepostas. Em uma ou mais modalidades da zona a montante que compreende o catalisador de metal básico é pelo menos parcialmente sobreposta à zona a jusante que compreende o catalisador de oxidação do metal do grupo da platina. Referindo-se à FIG. 5, uma modalidade exemplar de um sistema zoneado axialmente é mostrado. O artigo catalítico 50 é mostrado numa disposição zoneada axialmente em que o catalisador de metal básico 49 está localizado a montante do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 58 num substrato comum 52. O substrato 52 tem uma extremidade de entrada 56 e uma extremidade de saída 54 que definem um comprimento axial L1. Em uma ou mais modalidades, o substrato 52 é geralmente constituído por uma pluralidade de canais 60 de um substrato de favo de mel, dos quais apenas um canal é mostrado em seção transversal, para maior clareza. O catalisador de metal básico 49 se estende a partir da extremidade de entrada 56 do substrato 52 através de menos do que todo o comprimento axial L1 do substrato 52 e, pelo menos, parcialmente sobrepondo-se à zona a jusante compreendendo o catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 58. O comprimento do catalisador de metal básico 58 é denotado coma primeira zona 49a na FIG. 5. O catalisador de oxidação do metal do grupo da platina 58 se estende a partir da extremidade de saída 54 do substrato 52 até menos do que todo o comprimento axial L1 do substrato 52. O comprimento do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina é denotado como a segunda zona 58a na FIG. 5. O comprimento da sobreposição, pelo menos parcial é denotado como L2 na FIG. 5. Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico 49 se sobreponha completamente ao do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 58.

[085] Em outras modalidades, a zona a jusante, compreendendo o catalisador de oxidação de metal do grupo da platina é, pelo menos, parcialmente sobreposto à zona a montante compreendendo o catalisador metálico básico. Referindo-se à FIG. 6, uma modalidade exemplar de um sistema zoneado axialmente é mostrado. O artigo catalítico 70 é mostrado numa disposição zoneada axialmente em que o catalisador de metal básico 78 está localizado a montante do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 80 num substrato comum 72. O substrato 72 tem uma extremidade de entrada 82 e uma extremidade de saída 84 que definem um comprimento axial L3. Em uma ou mais modalidades, o substrato 72 é geralmente compreende uma pluralidade de canais 74 de um substrato de favo de mel, dos quais apenas um canal é mostrado em seção transversal, para maior clareza. O catalisador de metal básico 78 se estende a partir da extremidade de entrada 82 do substrato 72 até menos do que todo o comprimento axial L3 do substrato 72. O comprimento do catalisador de metal básico 78 é denotado como a primeira zona 78a na FIG. 6. O catalisador de oxidação do metal do grupo da platina 80 se estende a partir da extremidade de saída 84 do substrato 72 até menos do que todo o comprimento axial L3 do substrato 72, e que se sobrepõem parcialmente a zona a montante que compreende o catalisador de metal básico 78. O comprimento do catalisador de metal do grupo da platina é denotado como a segunda zona 80a na FIG. 6. O comprimento da sobreposição, pelo menos parcial é denotado como L4 na FIG. 6. Em uma ou mais modalidades, o catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 80 se sobreponha completamente ao catalisador de metal básico 78.

[086] Referindo-se à FIG. 7, outra modalidade de um artigo catalítico zoneado axialmente 110 é mostrado. O artigo catalítico 110 mostrado está em um arranjo zoneado axialmente em que o catalisador de metal básico 118 está localizado a montante do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 120 sobre suportes separados, um primeiro substrato 112 e um segundo substrato 113. O catalisador de metal básico 118 está disposto sobre um primeiro substrato 112, e o catalisador de oxidação do metal do grupo da platina está disposto sobre um segundo substrato 113 separado. O primeiro e segundo substratos 112 e 113 podem ser constituídos pelo mesmo material ou um material diferente. O primeiro substrato 112 tem uma extremidade de entrada 122a e 124a de uma extremidade de saída definindo um comprimento axial L5. O segundo substrato 113 tem uma extremidade de entrada 122b e uma extremidade de saída 124b definindo um comprimento axial L6. Em uma ou mais modalidades, o primeiro e segundo substratos 112 e 113 compreendem, geralmente, uma pluralidade de canais 114 de um substrato de favo de mel, dos quais apenas um canal é mostrado em seção transversal, para maior clareza. O crivo molecular primeiramente promovido por ferro 118 se estende desde a extremidade de entrada 122a do primeiro substrato 112 por todo o comprimento axial L1 do primeiro substrato 112 para a extremidade de saída 124a. O comprimento do catalisador de metal básico 118 é denotado como a primeira zona 118a na FIG. 7. O catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 120 estende-se a partir da extremidade 124b de saída do segundo substrato 113 por todo o comprimento L6 axial do segundo substrato 113 com a extremidade de entrada 122b. O catalisador de oxidação do metal do grupo da platina 120 define uma segunda zona 120a. O comprimento do catalisador de oxidação do metal do grupo da platina é denotado como a segunda zona 20b na FIG. 7. O comprimento das zonas 118a e 120 a pode ser variado como descrito em relação à FIG. 2. 4.

[087] Em uma ou mais modalidades, o catalisador metálico básico é disposto sobre um substrato de fluxo como aquele representado nas FIGS. 1 e 2. Em outras modalidades, o catalisador de metal básico é integrado com componentes adicionais, tais como um filtro de partículas.

[088] Outros aspectos são dirigidos a um método de preparação de catalisador de metal básico. A pasta é preparada compreendendo um material de metal básico. Um substrato é lavado com a pasta para resultar numa carga. Em uma ou mais modalidades, a carga está na faixa de 0,5 a 10 g/pol3, incluindo 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 g /pol3.

O SUBSTRATO:

[089] Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico pode ser aplicado a um substrato como um revestimento lavável. Tal como aqui utilizado, o termo "substrato" se refere ao material monolítico ao qual o catalisador de metal básico é colocado, tipicamente sob a forma de um revestimento lavável. Um revestimento lavável é formado pela preparação de uma pasta que contém um teor de sólidos especificado (por exemplo, 30-90% em peso) de catalisador de metal básico em um veículo líquido, a qual é depois revestida sobre um substrato e seca para proporcionar uma camada de revestimento lavável.

[090] Como usado neste documento, o termo "revestimento lavável" tem seu significado usual na técnica de um revestimento fino e aderente de um material catalítico ou outro material aplicado a um material de substrato, tal como um membro transportador tipo favo de mel, o qual é suficientemente poroso para permitir a passagem do fluxo de gás a ser tratado.

[091] Em uma ou mais modalidades, o substrato é uma cerâmica ou metal possuindo uma estrutura de favo de mel. Qualquer substrato adequado pode ser empregado, tal como um substrato monolítico do tipo que tem passagens finas de fluxo de gás em paralelo se estendendo através das mesmas a partir de uma face de entrada ou uma de saída do substrato, de modo que essas passagens são abertas para o fluxo de fluido através das mesmas. As passagens, que são essencialmente caminhos diretos a partir da sua entrada de fluido para sua saída de fluido, são definidas por paredes em que o material catalítico é revestido como um washcoat de modo que os gases fluindo através das passagens entrem em contato com o material catalítico. As passagens de fluxo do substrato monolítico são canais de paredes finas, que podem ser de qualquer formato e tamanho de seção transversal adequado, tal como trapezoidal, retangular, quadrado, sinusoidal, sextavado, oval, circular, etc. Tais estruturas podem conter de cerca de 60 a cerca de 900 ou mais aberturas de entrada de gás (isto é, células) por polegada quadrada de seção transversal.

[092] O transportador cerâmico pode ser feito de qualquer material refratário adequado, por exemplo, cordierita, cordierita-α-alumina, nitreto de silício, mulita zircônio, espodúmena, magnésia alumina-sílica, silicato de zircônio, silimanita, um silicato de magnésio, zircônio, petalita, α-alumina, um silicato de alumínio e semelhantes.

[093] Os substratos úteis para o catalisador metálico básico de modalidades da presente invenção podem também ser metálicos na natureza e ser composto por um ou mais metais ou ligas metálicas. Os substratos metálicos podem ser empregados em diversos formatos tais como chapa ondulada ou forma monolítica. Exemplos específicos de substratos metálicos incluem o resistente ao calor, ligar à base de metal, especialmente aquelas na qual o ferro é um componente substancial ou principal. Tais ligas podem conter um ou mais de níquel, cromo e alumínio, e a quantidade total destes metais podem vantajosamente compreender pelo menos cerca de 15 % da liga, por exemplo, cerca de 10 a 25 % de cromo, cerca de 1 a 8 % em peso de alumínio e cerca de 0 a 20 % de níquel.

[094] Os substratos que também são úteis com o catalisador de metal básico e o componente opcional de escape descrito são filtros de espuma de células abertas e filtros de fluxo de parede. Um substrato de espuma de célula aberta contém uma pluralidade de poros. A espuma é uma espuma de células abertas e o revestimento de catalisador é depositado nas paredes das células. A estrutura de células abertas da espuma fornece ao substrato revestido uma elevada área superficial do catalisador por unidade de volume. Uma corrente de escape passando o substrato a partir da extremidade de entrada para a extremidade de saída do substrato flui através da pluralidade de células definidas pelas paredes da espuma para contactar a camada de catalisador depositado sobre as paredes das células.

[095] O substrato de espuma pode ser composto de materiais metálicos ou cerâmicos. Exemplos de espumas cerâmicas são divulgadas na Patente dos Estados Unidos No. 6.077.600, que é incorporada neste documento por referência na sua totalidade. Transportadores de espuma de cerâmica têm paredes formadas a partir de fibras revestidas com materiais cerâmicos. Substratos sob a forma de espumas de metal são bem conhecidas no estado da técnica, por exemplo, vide Patente dos Estados Unidos No. 3.111.396, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade.

[096] Outros substratos de fluxo de parede alternativos são substratos úteis para suportar as composições catalíticas têm uma pluralidade de passagens de fluxo de gás finas, substancialmente paralelas que se estendem ao longo do eixo longitudinal do substrato. Normalmente, cada passagem é bloqueada em uma extremidade do corpo de substrato, com passagens alternativas bloqueadas em faces de extremidade opostas. Tais transportadores monolíticos podem conter até cerca de 700 ou mais passagens de fluxo (ou "células") por polegada quadrada da seção transversal, apesar de muitos menos poderem ser usados. Por exemplo, o transportador pode ter desde cerca de 7 a 600, mais usualmente de cerca de 100 a 400, células por polegada quadrada ("cpsi"). As células podem ter seções transversais que são retangulares, ovais, circulares, quadradas, triangulares, hexagonais, ou são de outros formatos poligonais. Substratos de fluxo de parede tipicamente têm uma espessura de parede entre 0,002 e 0,1 polegadas. Um exemplo de um substrato adequado de fluxo de parede tem uma espessura de parede de entre cerca de 0,002 e 0,015 polegadas.

[097] Substratos de filtro de fluxo de parede adequados são compostos de materiais cerâmicos do tipo, tais como cordierite, α-alumina, carboneto de silício, nitreto de silício, dióxido de zircônio, mulita, spodumena, alumina-sílica-magnésia, titanato de alumínio ou silicato de zircônio, ou de qualquer outro metal poroso refratário. Substratos de fluxo de parede podem também ser formados de materiais compósitos de fibra de cerâmica. Substratos de fluxo de parede adequados são formados a partir de carboneto de silício e de cordierita. Tais materiais são capazes de suportar temperaturas ambiente particularmente altas, encontradas ao tratar as correntes de escape.

[098] Substratos de fluxo de parede adequada para utilização no sistema do invento incluem os favos de mel com paredes porosas finas (monólitos) através do qual a corrente de fluido passa sem causar muito grande um aumento na pressão de retorno ou de pressão através do artigo. Normalmente, a presença de um artigo de fluxo de parede limpo cria a contrapressão de 1 polegada de coluna de água a 10 psig. Substratos de fluxo de parede cerâmico usado no sistema pode ser formado de um material que tem uma porosidade de pelo menos 50% (por exemplo, de 50 a 75%) tendo um tamanho médio de poro de pelo menos 5 mícrons (por exemplo, de 5 a 30 mícrons). Quando os substratos com estas porosidades e estas dimensões médias dos poros são revestidos com as técnicas descritas a seguir, os níveis adequados de composições de catalisador SCR pode ser carregado sobre os substratos para obter uma excelente eficiência de conversão de NOX. Estes substratos são ainda capazes reter as características do fluxo de escape adequadas, ou seja, as pressões aceitáveis posteriores, apesar da carga do catalisador SCR. A Patente dos EUA N° 4.329.162 é incorporada neste documento por referência no que diz respeito à divulgação de substratos de fluxo de parede adequados.

[099] Filtros de fluxo de parede adequados podem ser formados com porosidades da parede inferior, por exemplo, desde cerca de 35% a 50%, do que os filtros de fluxo de parede utilizados na invenção. Em geral, a distribuição do tamanho dos poros de um filtro de fluxo de parede comercial adequado é muito ampla, com um tamanho de poro médio menor do que 17 mícrons.

[0100] O filtro de fluxo de parede porosa utilizado de acordo com modalidades desta invenção é catalisado pela parede do dito elemento tem nela ou nele contida um ou mais materiais catalíticos. Materiais catalíticos podem estar presentes apenas no lado de entrada da parede do elemento, apenas do lado de saída, de ambos os lados de entrada e saída ou a própria parede pode consistir em todo ou em parte, de material catalítico. Essa invenção inclui o uso de uma ou mais camadas de materiais catalíticos e combinações de uma ou mais camadas de materiais catalíticos nas paredes de entrada e/ou saída do elemento.

[0101] Para revestir os substratos de fluxo de parede com uma composição de catalisador, os substratos são mergulhados verticalmente em uma porção da lama de catalisador de tal modo que a parte superior do substrato se situa apenas acima da superfície da pasta. Desta forma, a pasta entra em contato com a face de entrada de cada parede de favo de mel, mas é impedido de entrar em contato com a face de saída de cada parede. A amostra é deixada na pasta por cerca de 30 segundos. O substrato é removido a partir da pasta e a pasta em excesso é removida a partir do substrato de fluxo de parede primeiramente, permitindo que seja drenada a partir dos canais, e então soprando com ar comprimido (contra a direção de penetração da pasta) e então pela retirada à vácuo a partir da direção de penetração da pasta. Ao usar esta técnica, a lama de catalisador tipicamente permeia as paredes do substrato, no entanto, os poros não são ocluídos na medida em que a pressão de retorno indevidas vai se acumular no substrato acabado. Como usado aqui o termo "permeia" quando usado para descrever a dispersão da pasta catalisadora no substrato, significa que a composição catalisadora é dispersa por toda a parede do substrato.

[0102] Os substratos revestidos são secos normalmente a cerca de 100 °C e calcinados a uma temperatura mais elevada (por exemplo, de 300 a 600 °C). Após calcinação, a carga de catalisador pode ser determinada através do cálculo dos pesos de substrato revestido e não revestido. Como será evidente para aqueles versados na técnica, o carregamento do catalisador pode ser modificado por meio da alteração do conteúdo de sólidos da pasta de revestimento. Alternativamente, imersões repetidas do substrato na pasta de revestimento podem ser conduzidas, seguido de remoção da pasta em excesso, como descrito acima.

SISTEMA DE TRATAMENTO DE GÁS DE ESCAPE

[0103] Um outro aspecto da invenção se refere a um sistema de tratamento das emissões, que proporciona efetivamente o tratamento simultâneo do material particulado, o NOx e outros componentes gasosos de escape do motor a diesel. Em uma ou mais modalidades, o motor a diesel pode ser operado com combustíveis do estado da técnica ou ricos em enxofre. Devido à escolha de implementar composições catalíticas no sistema, redução de poluentes eficaz dos fluxos de escape de diferentes temperaturas. Este recurso é vantajoso para a condução de veículos a diesel sob diferentes cargas e velocidades de veículos que impactam significativamente as temperaturas de escape emitidas pelos motores dos referidos veículos.

[0104] Uma modalidade do sistema de tratamento de emissão inventivo 200 encontra-se esquematicamente representado na Figura 8. Como pode ser visto na Figura 8, os gases de escape contendo poluentes gasosos (incluindo os hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono e de NOX) e matéria em partículas é transmitida a partir do motor 205 através do conduíte 210 para o conduíte de gás de escape 210 para o catalisador metálico básico 215. No catalisador de metal básico 215, os hidrocarbonetos gasosos e não voláteis (isto é, não queimados, o VOF) e monóxido de carbono são amplamente queimados para formar dióxido de carbono e água. Hidrocarbonetos adicionais para criar um aumento de temperatura necessário e desejado no catalisador de metal básico 215 podem ser introduzidos quer através de pós-injeção para dentro do cilindro do motor ou por meio de um injetor de combustível em frente ao catalisador de metal básico 215. A remoção de parte substancial do VOF utilizando o catalisador de metal básico, em particular, ajuda a prevenir uma deposição excessiva de partículas de fuligem no filtro 225 (isto é, o entupimento), que é posicionado a jusante no sistema. Além disso, praticamente nenhum NO2 é gerado no catalisador de metal básico. Por exemplo, a quantidade de NO2 inserindo no catalisador metálico básico é substancialmente o mesmo ou menor do que a quantidade que sai do catalisador metálico básico. Quando o catalisador metálico básico é concebido para ter atividade de redução catalítica seletiva (SCR), uma introdução opcional de um agente redutor (por exemplo, amônia através da solução de injeção de ureia) conduziria a uma redução das emissões de NOX no catalisador de metal básico 215.

[0105] Consequentemente, uma ou mais modalidades são dirigidas a um sistema para o tratamento de uma rajada de escape compreendendo NOx de um motor. O sistema compreende um catalisador metálico básico, tal como anteriormente descrito, disposto a jusante do motor. Como apreciado por um versado na técnica, a composição exata do catalisador e o carregamento dado que regulam a quantidade de NOx que sai do catalisador de metal básico irá depender da aplicação e de fatores tais como se o motor é um motor a diesel de serviço pesado, um motor a diesel de serviço leve, da temperatura operacional, da velocidade espacial, do teor de enxofre do combustível, e de outros fatores. Os catalisadores de metal básico podem ser revestidos sobre substratos de monólito de fluxo de passagem de estrutura de favo de mel formados de metal refratário ou substratos de cerâmica de espuma que são conhecidos no estado da técnica. O catalisador de metal básico, em virtude do substrato sobre o qual elas são revestidas (por exemplo, espuma cerâmica de células abertas), e / ou por virtude da sua atividade catalítica intrínseca fornecendo algum nível de remoção de partículas. O catalisador de metal básico pode remover alguma matéria em partículas da corrente de escape a montante do filtro, desde a redução na massa de partículas no filtro aumente potencialmente o tempo antes de regenerações forçadas.

[0106] Em uma ou mais modalidades, o catalisador de metal básico que pode ser utilizado no sistema de tratamento de emissão compreende um material de metal básico selecionado a partir de V, Ti, W, Fe, Cu, e suas combinações dispersas sobre um suporte de óxido refratário de elevada área superficial (por exemplo, titânia). Em outras modalidades, o catalisador de metal básico compreende um material base de metal selecionado a partir de V, Ti, W, Fe, Cu, e suas combinações disperso sobre um suporte de óxido refratário de elevada área superficial que é combinado com um componente de zeólito (por exemplo, chabazita). Em ainda outras modalidades, o catalisador de metal básico pode compreender catalisador de óxido de metal, tal como ferro, vanadatos de óxido de cério, óxido de ferro, ou as suas combinações.

[0107] Referindo-se à FIG. 8, em uma ou mais modalidades, o sistema de tratamento 200 compreende a emissão de um filtro de fuligem catalisada 225 disposto a jusante do catalisador de metal básico 215. Gases de escape fluem do catalisador metálico básico 215 para o filtro de fuligem catalisada 225 através de uma conduta de gás de escape 220. Em modalidades específicas, o filtro de fuligem catalisada 225 pode ter uma pluralidade de que se prolongam longitudinalmente passadas delimitada por paredes que se estendem longitudinalmente. A pluralidade de passagens compreende passagens de entrada, tendo uma extremidade de entrada aberta e uma extremidade de saída fechada e passagens de saída tendo uma extremidade de entrada fechada e uma extremidade de saída aberta. O filtro de fuligem catalisada 225 compreende uma composição de catalisador nas paredes e é eficaz para otimizar a proporção de NO para NO2 que sai do filtro.

[0108] A corrente de gases de escape é transportada para o filtro de fuligem 225, que pode ser revestido ou não revestido. Ao passar através do filtro de fuligem 225, material particulado é filtrado e o gás contém uma certa proporção de NO e NO2. O material particulado incluindo a fração fuligem e o VOF também são removidos pela maior parte (mais de 80%) pelo filtro de fuligem 225. A substância em partículas depositada sobre o filtro de fuligem 225 é queimada por meio da regeneração do filtro, a temperatura à qual a fração de fuligem da matéria em partículas entra em combustão pode ser reduzido pela presença da composição de catalisador disposta sobre o filtro de fuligem.

[0109] Tal como ilustrado na FIG. 8, um redutor opcional, por exemplo, amônia, é injetada na forma de um spray através de um injetor 232 e um bico (não mostrado) para dentro da corrente de escape a jusante do filtro de fuligem 225 e para dentro do conduíte de gás de escape 230. Ureia aquosa pode servir como o precursor de amônia que pode ser misturado com ar numa estação de mistura 245. As válvulas 240 podem ser usadas para medir quantidades precisas de ureia aquosa que são convertidas na rajada de escape de amônia. Em uma ou mais modalidades, a jusante do filtro de fuligem 225 está um catalisador de redução catalítica seletiva 235. O gás de escape contendo NO e NO2 é reduzido a N2 no SCR 235.

[0110] O sistema de tratamento de emissão da FIG. 8 tem várias vantagens. Em primeiro lugar, ter o catalisador de metal básico 215 localizado imediatamente a jusante do motor 205 permite que seja colocado tão perto quanto possível do motor 205 assegurando rápido aquecimento para emissões de CO e HC de partida a frio e a temperatura máxima de entrada para a regeneração do filtro ativo. Em segundo lugar, o CSF 225, que pode ser revestido ou não revestido, localizado a montante do SCR 235 irá impedir que partículas, cinza de óleo, e outros materiais indesejáveis sejam depositados sobre o catalisador SCR e assim melhore a sua durabilidade e desempenho.

[0111] Outra modalidade do sistema de tratamento de emissão inventivo 300 encontra-se esquematicamente representado na Figura 9. Como pode ser visto na Figura 9, os gases de escape contendo poluentes gasosos (incluindo os hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono e de NOX) e matéria em partículas é transmitida a partir do motor 305 através do conduíte 310 para o conduíte de gás de escape 310 para o catalisador metálico básico 315. No catalisador de metal básico 315, os hidrocarbonetos gasosos e não voláteis (isto é, não queimados, o VOF) e monóxido de carbono são amplamente queimados para formar dióxido de carbono e água. A remoção de parte substancial do VOF utilizando o catalisador de metal básico, em particular, ajuda a prevenir uma deposição excessiva de partículas de fuligem no filtro 325 (isto é, o entupimento), que é posicionado a jusante no sistema. Além disso, praticamente nenhum NO2 é gerado no catalisador de metal básico. Por exemplo, a quantidade de NO2 adentrando o catalisador metálico básico é substancialmente o mesmo ou menor do que a quantidade que sai do catalisador metálico básico.

[0112] Em uma ou mais modalidades, o sistema de tratamento de emissão 300 compreende um filtro de fuligem 325 revestidas com um material de eficaz na redução catalítica seletiva de NOX (aqui, SCR num filtro) por um agente redutor, por exemplo, amônia disposto a jusante do catalisador de metal básico 315. Gases de escape fluem do catalisador metálico básico 315 para o filtro de fuligem catalisada 325 através de uma conduta de gás de escape 320. Em modalidades específicas, o SCR em um filtro 325 tem uma pluralidade de passagens que se estende longitudinalmente formada por paredes que se estendem longitudinalmente paredes delimitadoras que definem as referidas passagens. As passagens incluem passagens de entrada, tendo uma extremidade de entrada aberta e uma extremidade de saída fechada e passagens de saída tendo uma extremidade de entrada fechada e uma extremidade de saída aberta. O monólito fluxo parede contém uma composição de catalisador SCR que permeia as paredes, a uma concentração de pelo menos 1,3 g / pol3 (e mais especificamente 1,6 - 2,4 g /pol3). O monólito fluxo de parede tem uma parede de porosidade de pelo menos 50% com um tamanho médio de poro de pelo menos 5 mícrons. Em uma ou mais modalidade, uma composição de catalisador SCR permeia as paredes do monólito de fluxo de parede, de modo que as paredes têm uma porosidade de parede de 50 a 75% com um tamanho médio de poro de 5 a 30 mícrons. Em algumas modalidades, o catalisador SCR que é revestido sobre o filtro compreende um metal do grupo da platina. Em outras modalidades, o catalisador SCR que é revestido sobre o filtro é substancialmente isento de metal do grupo da platina.

[0113] A corrente de gases de escape é transportada para o SCR em um filtro 325. Ao passar através do SCR num filtro 325, o componente NOX é convertido por meio da redução catalítica seletiva de NOX com amônia em nitrogênio.

[0114] Dependendo do nível desejado de remoção de NOX, o catalisador SCR adicional 64 pode ser disposto a jusante do SCR em um filtro 325. Por exemplo, o catalisador SCR adicional pode ser disposta sobre um substrato de passagem de fluxo monolítico ou de espuma cerâmica a jusante do SCR em um filtro 325. Mesmo nestas modalidades, a utilização do filtro de fuligem revestido SCR ainda consegue uma redução no volume total de catalisador necessário para satisfazer as metas de redução de NOX.

[0115] O material particulado incluindo a fração fuligem e o VOF também são removidos em maior parte (mais de 80%) pelo filtro de fuligem 325. A substância em partículas depositada sobre o SCR num filtro 325 é queimada através da regeneração do filtro, processo esse que também é auxiliado pela presença da composição de catalisador SCR. A temperatura à qual a fração de fuligem do material particulado em combustão é reduzida pela presença da composição de catalisador disposta sobre o filtro de fuligem.

[0116] Tal como ilustrado na FIG. 9, um redutor opcional, por exemplo, amônia, é injetada na forma de um spray através de um injetor 332 e um bico (não mostrado) para dentro do conduíte de gás de escape 330 a jusante do SCR em um filtro 325. Ureia aquosa pode servir como o precursor de amônia que pode ser misturado com ar numa estação de mistura 335. As válvulas 340 podem ser usadas para medir quantidades precisas de ureia aquosa que são convertidas na rajada de escape de amônia. Em uma ou mais modalidades, a jusante do filtro de fuligem 325 está um catalisador de redução catalítica seletiva 345. O gás de escape contendo NO e NO2 é reduzido a N2 no SCR 235.

[0117] Outra modalidade do sistema de tratamento de emissão inventivo 400 se encontra esquematicamente representado na Figura 10. Como pode ser visto na Figura 10, os gases de escape contendo poluentes gasosos (incluindo os hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono e de NOX) e matéria em partículas é transmitida a partir do motor 405 através do conduíte 410 para o conduíte de gás de escape 410 para o catalisador metálico básico 415. No catalisador de metal básico 415, os hidrocarbonetos gasosos e não voláteis (isto é, não queimados, o VOF) e monóxido de carbono são amplamente queimados para formar dióxido de carbono e água. A remoção de parte substancial do VOF utilizando o catalisador de metal básico, em particular, ajuda a prevenir uma deposição excessiva de partículas de fuligem no filtro 430 (isto é, o entupimento), que é posicionado a jusante no sistema. Combustível é injetado em grandes quantidades e é queimado sobre o catalisador de metal básico para gerar calor; que vai trabalhar com o combustível de alto teor de enxofre também. Esta é uma descoberta muito importante e surpreendente, levando a um forte foco na queima de combustível. Hidrocarbonetos adicionais para criar um aumento de temperatura necessário e desejado no catalisador de metal básico 215 podem ser introduzidos quer através de pós-injeção para dentro do cilindro do motor ou por meio de um injetor de combustível em frente ao catalisador de metal básico 215. Um catalisador de oxidação metal do grupo da platina (PGM) (isto é, AMOX, DOC, HC catalisador de oxidação, etc.) 425 posicionado a jusante do catalisador de metal básico 415 e a montante do filtro de partículas 430 pode oxidar os óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, hidrocarbonetos, e NH3 bem como, especialmente nos casos em que a ureia é injetada em frente do catalisador de metal básico 415. Opcionalmente, um injetor de ureia (não mostrado) pode ser incluído entre o motor 405 e o catalisador de metal básico 415. O catalisador de metal básico 415 é colocado na frente do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 425 para queimar combustível em ambiente rico ou baixo em enxofre. Em uma ou mais modalidades, o catalisador de oxidação utiliza a platina, no entanto, apenas uma pequena quantidade de platina é utilizada, a fim de reduzir os custos associados com a produção do catalisador de oxidação do metal do grupo da platina e para minimizar oxidação SO2 no caso de um ambiente rico em enxofre. Em uma ou mais modalidades, a quantidade de platina utilizada na faixa de 0,5 a 20 g / pé3 (0,0176 a 0,0706 g/L), incluindo na faixa de 1 a 20 g / pé3 (0,0353 a 0,7063 g/L), 1 a 15 g / pé3(0,0353 a 0,5297g/L), 1 a 10 g / pé3(0,0353 a 0,3531 g/L), 2-20 g / pé3 (0,0706 - 0,7063 g/L), 2-15 g / pé3 (0,0706 - 0,5297g/L), 2-10 g / pé3 (0,0706 - 0,3531 g/L), 3-20 g / pé3 (0,1059 - 0,7063 g/), 3-15 g / pé3 (0,1059-0,5297g/L), 3-10 g / pé3 (0,1059 - 0,3531 g/L), 4-20 g / pé3 (0,1412 - 0,7063 g/L), 4-15 g / pé3 (0,1412 - 0,5297 g/L), 4 a 10 g / pé3 (0,1412 a 0,3531 g/L), 5 a 20 g / pé3 (0,1765 a 0,7063 g/L), 5 a 15 g / pé3 (0,1765 a 0,5297g/L) e 5 a 10 g / pé3 (0,1765 a 0,3531 g/L). Além disso, praticamente nenhum NO2 é gerado no catalisador de metal básico. Por exemplo, a quantidade de NO2 adentrando o catalisador metálico básico é substancialmente o mesmo ou menor do que a quantidade que sai do catalisador metálico básico.

[0118] Em uma ou mais modalidades, o sistema de tratamento 400 de emissão compreende um filtro de fuligem catalisada (CSF) 430 disposto a jusante do catalisador de metal básico 415. Os gases de escape fluem a partir do catalisador de metal básico 415 para o catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 425 através da conduta de gás de escape 420, e do catalisador de oxidação PGM 425 para o filtro de partículas a jusante através da conduta 430 de gases de escape 427. Em modalidades específicas, o filtro de fuligem catalisada 430 pode ter uma pluralidade de que se prolongam longitudinalmente passadas delimitada por paredes que se estendem longitudinalmente. As passagens incluem passagens de entrada, tendo uma extremidade de entrada aberta e uma extremidade de saída fechada e passagens de saída tendo uma extremidade de entrada fechada e uma extremidade de saída aberta. O filtro de fuligem catalisada 430 compreende uma composição de catalisador nas paredes e é eficaz para otimizar a proporção de NO para NO2 que sai do filtro.

[0119] A corrente de gases de escape é transportada para o filtro de fuligem catalisada 430, que pode ser revestido ou não revestido. Ao passar através do filtro de fuligem 430, material particulado é filtrado e o gás contém uma certa proporção de NO e NO2. O material particulado incluindo a fração fuligem e o VOF também são removidos pela maior parte (mais de 80%) pelo filtro de fuligem 430. A substância em partículas depositada sobre o filtro de fuligem 430 é oxidada por meio da regeneração do filtro, a temperatura à qual a fração de fuligem da matéria em partículas entra oxidada pode ser reduzida pela presença da composição de catalisador disposta sobre o filtro de fuligem.

[0120] Tal como ilustrado na FIG. 10, um redutor opcional, por exemplo, amônia, é injetado na forma de um spray através de um injetor 437 e um bico (não mostrado) para dentro do conduíte 435 a jusante do filtro de fuligem 430. Ureia aquosa pode servir como o precursor de amônia que pode ser misturado com ar numa estação de mistura 440. As válvulas 445 podem ser usadas para medir quantidades precisas de ureia aquosa que são convertidas na rajada de escape de amônia. Em uma ou mais modalidades, a jusante do filtro de fuligem 430 está um catalisador de redução catalítica seletiva 450. O gás de escape contendo NO e NO2 é reduzido a N2 no SCR 235.

[0121] O sistema de tratamento de emissão da FIG. 10 tem várias vantagens. Em primeiro lugar, ter o catalisador metálico básico 415 localizado imediatamente a jusante do motor 405 permite que seja colocado tão perto quanto possível do motor 405 assegurando rápido aquecimento para as emissões de HC e CO arranque a frio e a temperatura máxima de entrada para ativa (O2 com base) e / ou passiva (NO2 base) de regeneração do filtro. O catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 425 também promove a conversão de ambas os poluentes gasosos HC e CO, mas devido à presença do catalisador de base metálica 415, é possível fornecer um catalisador de oxidação com uma quantidade reduzida de metal do grupo da platina em relação ao convencional / catalisadores de oxidação convencionais. Em uma ou mais modalidades, a quantidade de metal do grupo da platina utilizada na faixa de 0,5 a 20 g / pé3 (0,0176 a 0,7063 g/L), incluindo na faixa de 1 a 20 g / pé3 (0,0353 a 0,7063 g/L), 1 a 15 g / pé3 (0,0353 a 0,5297g/L), 1 a 10 g / pé3(0,0353 a 0,3531 g/L), 2-20 g / pé3 (0,0706 - 0,7063 g/L), 2-15 g / pé3 (0,0706 - 0,5297g/L), 2-10 g / pé3 (0,0706 - 0,3531 g/L), 3-20 g / pé3 (0,1059 - 0,7063 g/), 3-15 g / pé3 (0,1059- 0,5297g/L), 3-10 g / pé3 (0,1059 - 0,3531 g/L), 4-20 g / pé3 (0,1412 - 0,7063 g/L), 4-15 g / pé3 (0,1412 - 0,5297 g/L), 4 a 10 g / pé3 (0,1412 a 0,3531 g/L), 5 a 20 g / pé3 (0,1765 a 0,7063 g/L), 5 a 15 g / pé3 (0,1765 a 0,5297g/L) e 5 a 10 g / pé3 (0,1765 a 0,3531 g/L). A colocação do catalisador metálico básico 415 localizado a montante do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 425 também permite que o catalisador de oxidação funcione eficientemente num ambiente de alto teor de enxofre, o que significa que, por exemplo, o calor gerado pelo catalisador de metal básico irá dessulfatar o catalisador de metal do grupo da platina a jusante

[0122] Outra modalidade do sistema de tratamento de emissão inventivo 500 se encontra esquematicamente representado na Figura 11. Como pode ser visto na Figura 11, os gases de escape contendo poluentes gasosos (incluindo os hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono e de NOX) E matéria em partículas é transmitida a partir do motor através do conduíte 505 para o conduíte de gás de escape 510 para o catalisador metálico básico 515. No catalisador de metal básico 515, os hidrocarbonetos gasosos e não voláteis (isto é, não queimados, o VOF) e monóxido de carbono são amplamente queimados para formar dióxido de carbono e água. A remoção de proporções substanciais do VOF utilizando o catalisador de metal básico 515 e um catalisador de oxidação de diesel 525 ajuda a evitar uma deposição demasiada grande de partículas no filtro de fuligem 525 (isto é, entupimento), que está posicionado a jusante no sistema. Além disso, substancialmente nenhum NO2 é gerado no catalisador de metal básico. Por exemplo, a quantidade de NO2 adentrando o catalisador de metal básico 505 é substancialmente o mesmo ou menor do que a quantidade que sai do catalisador de metal básico 505.

[0123] Em uma ou mais modalidades, o sistema de tratamento 500 compreende a emissão de um filtro de fuligem 530 revestidas com um material de eficaz na redução catalítica seletiva de NOX por um redutor (aqui, SCR num filtro), por exemplo, amônia, disposto a jusante do catalisador de metal básico 515 e o catalisador de oxidação de diesel 525. Um catalisador de oxidação metal do grupo da platina (PGM) (isto é, AMOX, DOC, HC catalisador de oxidação, etc.) 525 posicionado a jusante do catalisador de metal básico 515 e a montante do filtro de partículas 530 pode oxidar os óxidos de azoto, monóxido de carbono, hidrocarbonetos, e NH3 bem como, especialmente nos casos em que a ureia é injetada em frente do catalisador de metal básico 515. Os gases de escape fluem a partir do catalisador de metal básico 515 para o catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 525 através da conduta de gás de escape 520, e do catalisador de oxidação PGM 525 para o filtro de partículas a jusante através da conduta 530 de gases de escape 527. O catalisador de metal básico 515 é colocado na frente do catalisador de oxidação de metal do grupo da platina 525 para queimar combustível em ambiente rico ou baixo em enxofre. Em uma ou mais modalidades, o catalisador de oxidação utiliza a platina, no entanto, apenas uma pequena quantidade de platina é utilizada, a fim de reduzir os custos associados com a produção do catalisador de oxidação PGM. Em uma ou mais modalidades, a quantidade de platina utilizada na faixa de 0,5 a 20 g / pé3 (0,0176 a 0,7063 g/L), incluindo na faixa de1 a 20 g / pé3 (0,0353 a 0,7063 g/L), 1 a 15 g / pé3(0,0353 a 0,5297g/L), 1 a 10 g / pé3(0,0353 a 0,3531 g/L), 2-20 g / pé3 (0,0706 - 0,7063 g/L), 2-15 g / pé3 (0,0706 - 0,5297g/L), 2-10 g / pé3 (0,0706 - 0,3531 g/L), 3-20 g / pé3 (0,1059 - 0,7063 g/), 3-15 g / pé3 (0,1059-0,5297g/L), 3-10 g / pé3 (0,1059 - 0,3531 g/L), 4-20 g / pé3 (0,1412 - 0,7063 g/L), 4-15 g / pé3 (0,1412 - 0,5297 g/L), 4 a 10 g / pé3 (0,1412 a 0,3531 g/L), 5 a 20 g / pé3 (0,1765 a 0,7063 g/L), 5 a 15 g / pé3 (0,1765 a 0,5297g/L) e 5 a 10 g / pé3 (0,1765 a 0,3531 g/L).. Além disso, praticamente nenhum NO2 é gerado no catalisador de metal básico. Por exemplo, a quantidade de NO2 adentrando o catalisador metálico básico é substancialmente o mesmo ou menor do que a quantidade que sai do catalisador metálico básico.

[0124] Em modalidades específicas, o SCR em um filtro 530 tem uma pluralidade de passagens que se estende longitudinalmente formada por paredes que se estendem longitudinalmente paredes delimitadoras que definem as referidas passagens. As passagens incluem passagens de entrada que tem uma extremidade de entrada aberta e uma extremidade de saída aberta. O monólito fluxo parede contém uma composição de catalisador SCR que permeia as paredes, a uma concentração de pelo menos 1,3 g / pol3 (e mais especificamente 1,6 - 2,4 g /pol3). O monólito fluxo de parede tem uma parede de porosidade de pelo menos 50% com um tamanho médio de poro de pelo menos 5 mícrons. Em uma ou mais modalidade, uma composição de catalisador SCR permeia as paredes do monólito de fluxo de parede, de modo que as paredes têm uma porosidade de parede de 50 a 70% com um tamanho médio de poro de 5 a 30 mícrons. Em algumas modalidades, o catalisador SCR que é revestido sobre o filtro compreende um metal do grupo da platina. Em outras modalidades, o catalisador SCR que é revestido sobre o filtro é substancialmente isento de metal do grupo da platina.

[0125] A corrente de gases de escape é transportada para o SCR em um filtro 530. Ao passar através do SCR num filtro 325, o componente NOX é convertido por meio da redução catalítica seletiva de NOx com amônia em nitrogênio.

[0126] Dependendo do nível desejado de remoção de NOX, o catalisador SCR adicional 550 pode ser disposto a jusante do SCR em um filtro 530. Por exemplo, o catalisador SCR 550 adicional pode ser disposta sobre um substrato de passagem de fluxo monolítico ou de espuma cerâmica a jusante do SCR em um filtro de 530. Mesmo nestas modalidades, a utilização do filtro de fuligem revestido SCR ainda consegue uma redução no volume total de catalisador necessário para satisfazer as metas de redução de NOX.

[0127] O material particulado incluindo a fração fuligem e o VOF também são removidos em maior parte (mais de 80%) pelo filtro de fuligem 530. A substância em partículas depositada sobre o SCR num filtro 530 é queimada através da regeneração do filtro, processo esse que também é auxiliado pela presença da composição de catalisador SCR. A temperatura à qual a fração de fuligem do material particulado em combustão é reduzido pela presença da composição de catalisador disposta sobre o filtro de fuligem.

[0128] Tal como ilustrado na FIG. 11, um redutor opcional, por exemplo, amônia, é injetado na forma de um spray através de um injetor 537 e um bico (não mostrado) para dentro do conduíte de gás de escape 535 a jusante do SCR em um filtro de 530. Ureia aquosa pode servir como o precursor de amônia que pode ser misturado com ar numa estação de mistura 545. As válvulas 540 podem ser usadas para medir quantidades precisas de ureia aquosa que são convertidas na rajada de escape de amônia.

[0129] Para os sistemas das FIGS. 8 a 11, em uma ou mais modalidades, um catalisador de oxidação de migração opcional pode ser incluído a jusante do filtro de partículas e o catalisador SCR. Em uma ou mais modalidades, o catalisador de oxidação de migração é um catalisador de oxidação de amônia fornecida a jusante do filtro de partículas e o catalisador SCR para remover qualquer amônia que migre a partir do sistema. Em modalidades específicas o catalisador AMOX pode compreender um metal do grupo da platina, tais como platina, paládio, ródio e suas combinações.

[0130] Tais catalisadores AMOX são úteis em sistemas de tratamento de gás de escape, incluindo um catalisador SCR. Como discutido na comumente atribuída Patente dos Estados Unidos N° 5.516.497, todo o conteúdo do qual é incorporado neste documento por referência, um fluxo gasoso contendo oxigênio, óxidos de nitrogênio e amônia pode ser passado sequencialmente através do primeiro e segundo catalisadores, o primeiro catalisador favorecendo a redução de óxidos de nitrogênio e o segundo catalisador favorecendo a oxidação ou outras decomposições de excesso de amônia. Conforme descrito na Patente dos EUA N° 5.516.497, os primeiros catalisadores podem ser um catalisador SCR compreendendo um zeólito e o segundo catalisador pode ser um catalisador AMOX compreendendo um zeólito.

[0131] Composição(ões) de catalisador AMOX e / ou SCR pode(m) ser revestida(s) no filtro de passagem ou de fluxo por parede. Se um substrato de fluxo de parede é utilizado, o sistema resultante será capaz de remover matéria em particulado juntamente com poluentes gasosos. O substrato parede de fluxo pode ser feita a partir de materiais vulgarmente conhecidos na técnica, tais como cordierite, titanato de alumínio ou carboneto de silício. Deve ser compreendido que um carregamento de composição catalítica em um substrato de fluxo de parede dependerá das propriedades do substrato, tais como porosidade e espessura de parede, e tipicamente será menor do que o carregamento em um substrato de fluxo.

CATALISADORES DE REDUÇÃO CATALÍTICA SELETIVA

[0132] Composições apropriadas de catalisador SCR para utilização no sistema é capaz de catalisar de modo eficaz a redução do componente NOX, de modo que níveis adequados de NOx possa ser tratado, mesmo sob condições de baixa carga, que são tipicamente associados com temperaturas de escape inferiores. Em uma ou mais modalidades, o artigo catalisador é capaz de converter pelo menos 50% do componente NOX de N2, dependendo da quantidade de agente redutor adicionado ao sistema. Além disso as composições de catalisador SCR para utilização no sistema também são idealmente capazes de auxiliar na regeneração do filtro através da redução da temperatura à qual a fração de fuligem do material particulado é queimado. Outro atributo desejável para a composição é que possui a capacidade de catalisar a reação de O2 com qualquer excesso de NH3 para N2 e H2O de modo que NH3 não seja emitido para a atmosfera.

[0133] Composições de catalisador SCR deve resistir à degradação por exposição a compostos de enxofre, que são muitas vezes presentes em composições de gases de escape de diesel e devem ter uma estabilidade hidrotérmica aceitável de acordo com as temperaturas de regeneração requeridas.

[0134] Composições de catalisador SCR adequadas são descritas, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos No. 5.300.472 de (a patente '472), 4961917 (a "patente 917) e 5.516.497 (a patente' 497), que são aqui incorporadas por referência na sua totalidade. As composições divulgadas na patente '472 incluem, em adição ao dióxido de titânio, pelo menos, um óxido de tungstênio, de silício, boro, alumínio, fósforo, de zircônio, de bário, de ítrio, lantânio ou cério, e pelo menos um óxido de vanádio, nióbio, molibdênio, ferro ou cobre. As composições divulgadas na patente '917 incluem um ou ambos dentre um promotor de ferro ou cobre presentes no zeólito numa quantidade de desde cerca de 0,1 a 30 por cento em peso, um exemplo específico é de cerca de 1 a 5 por cento, em peso, do peso total do promotor mais o zeólito. Além da sua capacidade para catalisar a redução de NOx com NH3 para N2, as composições reveladas podem também promover a oxidação de excesso de NH3 com O2, especialmente para as composições tendo concentrações mais elevadas do promotor.

INJETOR REDUTOR

[0135] Um sistema de dosagem de redutor é opcionalmente proporcionado a jusante do filtro de fuligem e a montante do catalisador SCR para injetar um NOX redutor na corrente de escape. Conforme divulgado na Patente dos Estados Unidos No. 4.963.332, NOX a montante e a jusante do conversor catalítico pode ser detectada, e uma válvula de dosagem pulsada pode ser controlada pelos sinais a montante e a jusante. Em configurações alternativas, os sistemas divulgados na Patente dos Estados Unidos No. 5.522.218, em que a largura de pulso do Injetor redutor é controlada a partir de mapas de condições de temperatura dos gases de escape e de funcionamento do motor, tais como a rotação do motor, engrenagem de transmissão e a velocidade do motor. Também é feita referência à discussão de sistemas de medição de impulsos redutores na Patente dos Estados Unidos No. 6.415.602, cuja discussão é aqui incorporada por referência.

[0136] Aspectos adicionais são dirigidas a métodos de tratamento de uma corrente de escape de um motor diesel, compreendendo NOX e de partículas. Em uma ou mais modalidades, o método compreende fazer fluir a corrente de escape por meio do catalisador do metal básico de uma ou mais modalidades.

[0137] Agora, a invenção é descrita tendo como referência os exemplos a seguir. Antes de descrever diversas modalidades exemplares da invenção, deve ser entendido que a invenção não é limitada aos detalhes de construção ou etapas do processo estabelecidas na seguinte descrição. A invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou realizada de diversas maneiras.

EXEMPLOS EXEMPLO 1 — COMPARATIVO

[0138] Um catalisador de oxidação diesel padrão foi preparado utilizando um 12" x 6" substrato de forma cilíndrica com 400 células por polegada quadrada e espessura de parede de 4 mil. O substrato foi revestido com um revestimento lavável com 20 g Pt / pé3 (0,7063 g Pt/L). O volume de catalisador foi de 11,1 litros.

EXEMPLO 2

[0139] Um catalisador metálico básico foi preparado por um substrato de forma cilíndrica 2 x 10,5" x 4,5" com 300 células por polegada quadrada e espessura de parede de 5 mil. O substrato foi revestido com um revestimento lavável possuindo 0 g de Pt / pé3 e uma carga total de revestimento lavável de 3 g / pol3. O revestimento lavável compreende vanádio (V2O5, 2,5 % em peso) em óxidos de tungstênio (WO3, 9-10% em peso) / titânia. O volume de catalisador foi de 12,77 litros.

[0140] Os resultados de queima de combustível são apresentados nas FIGS. 7 e 8, e na Tabela 1. A FIG. 7 mostra um gráfico de barras com os resultados de uma experiência de queima de combustível para o catalisador comparativo do Exemplo 1. Combustível foi injetado em diferentes temperaturas de entrada do catalisador e os fluxos de massa de escape diferentes sob condições realistas. O fluxo de combustível foi ajustado de uma forma que 450 °C de temperatura de saída foi atingido. A quantidade de combustível não totalmente oxidado foi medida a jusante do catalisador. Na FIG. 12, a primeira coluna para cada velocidade espacial corresponde à temperatura antes do catalisador, a segunda coluna corresponde à temperatura média-catalisador, a terceira coluna corresponde à temperatura de pós-catalisador, e na frente (quarta) coluna corresponde ao total de migração de hidrocarbonetos (HC).

[0141] A FIG. 13 mostra um gráfico de barras do experimento de queima de combustível para o catalisador do Exemplo 2. Combustível foi injetado em diferentes temperaturas de entrada do catalisador e os fluxos de massa de escape diferentes sob condições realistas. O fluxo de combustível foi ajustado de uma forma que 450°C de temperatura de saída foi atingido. A quantidade de combustível não totalmente oxidado foi medida a jusante do catalisador. Na FIG. 13, a primeira coluna para cada velocidade espacial corresponde à temperatura antes do catalisador, a segunda coluna corresponde à temperatura média- catalisador, a terceira coluna corresponde à temperatura de pós-catalisador, e na frente (quarta) coluna corresponde ao total de migração de hidrocarbonetos (HC).

[0142] Quando se comparam os gráficos das FIGS. 12 e 13, é evidente que o catalisador metálico básico do Exemplo 2 gera uma exotermia pela queima de combustível sobre o catalisador, produzindo, assim, uma temperatura favorável para a regeneração de um filtro de partículas. Em comparação com o catalisador do Exemplo 1, o desempenho está num nível semelhante. A temperatura alvo de 450 °C nesta experiência foi alcançada, e a quantidade de combustível não totalmente oxidado foi apenas ligeiramente superior. A temperatura de luz apagada é aceitável também. O desempenho observado é adequado para utilizar as propriedades de queima do combustível do catalisador Exemplo 2 para a conversão de fuligem. TABELA 1: EXPERIMENTOS DE QUEIMA DE COMBUSTÍVEL

[0143] Todas as referências, incluindo publicações, pedidos de patentes e patentes, citadas neste documento são incorporadas por meio deste por referência para todos os efeitos, na mesma medida como se cada referência fosse individualmente e especificamente indicada para ser incorporada por referência e fosse estabelecida em sua totalidade neste documento.

[0144] O uso dos termos "um" e "uma" e "os" e similares referentes no contexto de descrever os materiais e métodos discutidos neste documento (especialmente no contexto das reivindicações seguintes) devem ser interpretados no sentido de abranger tanto o singular e o plural, a menos que indicado o contrário neste documento ou claramente contrariado pelo contexto. Recitação dos intervalos de valores neste documento destinam-se apenas a servir como um método abreviado de referir-se individualmente a cada valor separado caindo dentro do intervalo, salvo indicação do contrário neste documento e cada valor separado é incorporado na especificação como se fosse individualmente recitado neste documento. Todos os métodos descritos neste documento podem ser executados em qualquer ordem apropriada a menos que indicado o contrário neste documento ou caso contrário claramente contrariado pelo contexto. O uso de qualquer e todos os exemplos, ou linguagem exemplar (por exemplo, "tal como") aqui apresentado, destina-se apenas a iluminar melhor os materiais e métodos e não representa uma limitação do escopo a menos que reivindicado do contrário. Nenhuma linguagem na especificação deve ser interpretada como indicando qualquer elemento não-reivindicado como essencial para a prática dos métodos e materiais divulgados.

[0145] Referência ao longo deste relatório descritivo para "uma modalidade", "determinadas modalidades", "uma ou mais modalidades" ou "uma modalidade" significa que um determinado recurso, estrutura, material ou característica descrita em conexão com a modalidade é incluída pelo menos uma modalidade da invenção. Assim, as aparições das frases tais como "em uma ou mais modalidades", "em determinadas modalidades", "em uma modalidade" ou "em uma modalidade" em diversos lugares ao longo deste relatório descritivo não estão necessariamente se referindo à mesma modalidade da invenção. Ademais, os recursos, estruturas, materiais ou características particulares podem ser combinadas de qualquer maneira adequada em uma ou mais modalidades.

[0146] Embora a invenção aqui foi descrita com referência a modalidades particulares, deve-se entender que estas modalidades são meramente ilustrativas dos princípios e aplicações da presente invenção. Será evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas ao método e o aparelho da presente invenção sem se afastar do espírito e o escopo da invenção. Assim, pretende-se que a presente invenção inclua modificações e variações que estão dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

Claims

1. SISTEMA PARA TRATAMENTO DE UMA CORRENTE DE GASES DE ESCAPE de um motor de combustão pobre, incluindo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e outros componentes do escape, caracterizado pelo sistema compreender: um duto de escape em comunicação fluida com o motor de queima pobre por meio de uma manivela de exaustão; um catalisador de metal básico, disposto sobre um substrato transportador; e um filtro de partículas e um primeiro catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) localizado a jusante do catalisador de metal básico; em que o catalisador de metal básico compreende um material de metal básico em uma quantidade eficaz para gerar uma exotermia em um intervalo de temperatura de 300 °C a 650 °C e para oxidar fuligem coletada pelo filtro de partículas a jusante, em que não há metal do grupo da platina (PGM) intencionalmente adicionado ao catalisador de metal básico e em que há menos do que 5 g/pé3 (0,1765 g/L) do metal do grupo da platina em peso no catalisador de metal básico, em que o material de metal básico compreende V em uma quantidade no intervalo de 0,1% em peso a 10% em peso, calculado como V2O5 com base no revestimento lavável (washcoat) global aplicado ao substrato, em que o material de metal básico compreende W em uma quantidade na faixa de 1% em peso a 20% em peso calculado como WO3 com base no revestimento lavável global aplicado ao substrato, em que o catalisador de metal básico é disperso sobre um suporte de óxido metálico refratário de titânia.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo segundo catalisador SCR ser revestido sobre o filtro de partículas localizado a jusante do catalisador de metal básico.

3. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo catalisador de metal básico e o catalisador de oxidação de metal do grupo da platina (PGM) estarem localizados sobre um único substrato, ou pelo catalisador de metal básico e o catalisador de oxidação de metal do grupo da platina (PGM) estarem localizados sobre substratos separados.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo catalisador de metal básico e o metal do grupo platina estarem em camadas sobre um substrato, ou pelo catalisador de metal básico e o metal do grupo platina estarem zoneados axialmente sobre o substrato.

5. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 4, caracterizado pelo catalisador de oxidação de metal do grupo platina (PGM) compreender um catalisador de oxidação de amônia, e em que o sistema adicionalmente compreende um injetor redutor a jusante do motor e a montante do catalisador de metal básico.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um injetor redutor a jusante do filtro de partículas.

7. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo combustível ser injetado a montante do catalisador de metal básico e o combustível compreender mais de 10 ppm de enxofre.

8. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo combustível ser injetado a montante do catalisador de metal básico e o combustível compreender menos de 10 ppm de enxofre.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por não haver catalisador de oxidação de metal do grupo platina a montante do catalisador de metal básico ou a montante do catalisador SCR.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um catalisador de oxidação de amônia a jusante do filtro de partículas e do primeiro catalisador SCR.