BR112017002298B1 - Sistema e método para tratamento de um gás de escape. - Google Patents

Sistema e método para tratamento de um gás de escape. Download PDF

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Abstract

É provido um sistema para tratamento de um gás de escape que compreende uma primeira zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com ferro de poros largos ou médios tendo uma primeira capacidade de armazenamento de amônia; e uma segunda zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com cobre de poros pequenos tendo uma segunda capacidade de armazenamento de amônia, em que a primeira zona de catalisador de SCR está disposta a montante da segunda zona de catalisador de SCR com relação ao fluxo de gás de escape normal através do sistema e em que a segunda capacidade de armazenamento de amônia é maior do que a primeira capacidade de armazenamento de amônia. Também é provido um método para uso de um sistema para tratar gás de escape.

Description

FUNDAMENTOSCampo da Invenção
[0001] A presente invenção se refere a um sistema de catalisadores em zonas, e métodos para tratar gás de escape de combustão.
Descrição da Técnica Relacionada
[0002] Combustão de combustível à base de hidrocarboneto em motores produz gás de escape que contém, em grande parte, nitrogênio relativamente benigno (N2), vapor d’água (H2O) e dióxido de carbono (CO2). Mas os gases de escape também contêm, em parte relativamente pequena, substâncias nocivas e/ou tóxicas, tais como monóxido de carbono (CO) proveniente da combustão incompleta, hidrocarbonetos (HC) de combustível não queimado, óxidos de nitrogênio (NOx) provenientes de temperaturas de combustão excessivas, e matéria particulada (a maioria fuligem). Para diminuir o impacto ambiental de combustível e gás de escape liberado na atmosfera, é desejável eliminar ou reduzir a quantidade dos componentes indesejáveis, preferivelmente por um processo que, por sua vez, não gera outras substâncias nocivas ou tóxicas.
[0003] Tipicamente, gases de escape de motores de gás de combustão pobre têm um efeito oxidante líquido devido à alta proporção de oxigênio que é provida para garantir combustão adequada do combustível de hidrocarboneto. Em tais gases, um dos componentes mais problemáticos de remover é NOx, que inclui óxido nítrico (NO), dióxido de nitrogênio (NO2) e óxido nitroso (N2O). A redução de NOx a N2 é particularmente problemática, em virtude de o gás de escape conter oxigênio suficiente para favorecer reações oxidativas, em vez de redução. Não obstante, NOx pode ser reduzido por um processo comumente conhecido como Redução Catalítica Seletiva (SCR). Um processo de SCR envolve a conversão de NOx, na presença de um catalisador e com a ajuda de um agente redutor, tal como amônia, em nitrogênio elementar (N2) e água. Em um processo de SCR, um redutor gasoso, tal como amônia, é adicionado a uma corrente de gás de escape antes do contato do gás de escape com o catalisador de SCR. O redutor é absorvido no catalisador e a reação de redução de NOX acontece na medida em que os gases passam através ou sobre o substrato catalisado. A equação química para reações de SCR estequiométricas usando amônia é:
Figure img0001
[0004] Zeólitos tendo um metal de transição trocado são conhecidospor ser úteis como catalisadores de SCR. Zeólitos de poro pequeno convencionais trocados com cobre são particularmente úteis para alcançar alta conversão de NOx a baixas temperaturas. Entretanto, a interação de NH3 com NO absorvido no metal de transição de um zeólito trocado pode levar a uma reação lateral indesejável que produz N2O. Este N2O é particularmente problemático para remover da corrente de escape. Desta maneira, permanece um a necessidade de métodos melhorados, que resultam em uma alta conversão de NOx com mínima produção de N2O. A presente invenção satisfaz esta necessidade, entre outras.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0005] Os requerentes verificaram que a combinação de pelo menos duas zonas catalíticas de SCR, uma das quais contém uma peneira molecular carregada com ferro e a outra contém uma peneira molecular carregada com cobre, pode substancialmente reduzir a produção indesejável de N2O, mantendo ao mesmo tempo a seletividade de N2 geral alta em uma reação de SCR, desde que a peneira molecular carregada com ferro fique a montante da peneira molecular carregada com cobre e tenha uma capacidade de armazenamento de amônia inferior, comparada à peneira molecular carregada com cobre. Por exemplo, alta seletividade de N2 e baixo subproduto de N2O podem ser alcançados quando a peneira molecular carregada com ferro tem uma capacidade de armazenamento de amônia de não mais que cerca de 1,5 mmol NH3/g de catalisador e a peneira molecular carregada com cobre tem uma capacidade de armazenamento de amônia de pelo menos cerca de 1,2 mmol NH3/g de catalisador. Preferivelmente, a zona de catalisador de SCR a montante é livre ou substancialmente livre de cobre e a zona de catalisador de SCR a jusante é livre ou substancialmente livre de ferro.
[0006] Desta maneira, em um aspecto, é provido um sistema para tratar um gás de escape compreendendo (a) uma primeira zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular de poro médio ou grande carregada com ferro tendo uma primeira capacidade de armazenamento de amônia e (b) uma segunda zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular de poro pequeno carregada com cobre tendo uma segunda capacidade de armazenamento de amônia; em que a primeira zona de catalisador de SCR é arranjada a montante da segunda zona de catalisador de SCR com relação ao fluxo de gás de escape normal através do sistema e em que a segunda capacidade de armazenamento de amônia é maior que a primeira capacidade de armazenamento de amônia.
[0007] Em um outro aspecto da invenção, é provido um método para tratar um gás de escape compreendendo a etapa de tratar uma mistura de amônia e um gás de escape derivado de um motor de combustão interna colocando a mistura em contato, em série, com uma primeira zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com ferro tendo uma capacidade de armazenamento de amônia de não mais que cerca de 1,5 mmol NH3/g e uma segunda zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com cobre tendo uma capacidade de armazenamento de amônia de pelo menos cerca de 1,2 mmol NH3/g de catalisador, desde que a peneira molecular carregada com ferro tenha uma capacidade de armazenamento de amônia inferior com relação à peneira molecular carregada com cobre.BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASA Figura 1 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um arranjo de catalisadores de SCR em zonas;a Figura 2 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas;a Figura 3 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas;a Figura 4 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas;a Figura 4A é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas;a Figura 5 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com arranjo de catalisadores de SCR em zonas e um catalisador de oxidação de amônia;a Figura 6 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas compreendendo dois substratos;a Figura 6A é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas compreendendo dois substratos e uma zona ASC;a Figura 7 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas, em que uma das zonas é em um corpo de catalisador extrudado;a Figura 7A é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas, em que uma das zonas é em um corpo de catalisador extrudado; a Figura 7B é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas, em que as zonas estão em um corpo de catalisador extrudado;a Figura 8 é um diagrama mostrando uma modalidade da invenção com um outro arranjo de catalisadores de SCR em zonas, em que uma das zonas é em um corpo de catalisador extrudado;a Figura 9 é um diagrama de um substrato alveolar de fluxo transpassante compreendendo catalisadores de SCR em zonas;a Figura 9A é um diagrama de uma célula de um substrato alveolar de fluxo transpassante;a Figura 10 é um diagrama de um sistema para tratar gás de escape de acordo com uma modalidade da invenção;a Figura 11A é um diagrama de um sistema para tratar gás de escape de acordo com uma modalidade da invenção; ea Figura 11B é um diagrama de um outro sistema para tratar gás de escape de acordo com uma modalidade da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO
[0008] É provido um sistema e método para melhorar a qualidade do ar ambiente e, em particular, para tratar emissões de gás de escape geradas por usinas de energia, turbinas de gás, motores de combustão interna de queima pobre e similares. Emissões de gás de escape são melhoradas, pelo menos em parte, reduzindo concentrações de NOx em uma ampla faixa de temperatura operacional. A conversão de NOx é realizada colocando o gás de escape em contato com dois ou mais catalisadores de NH3-SCR específicos arranjados em zonas.
[0009] Em parte, o sistema compreende duas zonas de catalisador de NH3-SCR: uma primeira zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular de poro médio ou grande carregada com ferro tendo uma primeira capacidade de armazenamento de amônia e uma segunda zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular de poro pequeno carregada com cobre tendo uma segunda capacidade de armazenamento de amônia; em que a primeira zona de catalisador de SCR é arranjada a montante da segunda zona de catalisador de SCR com relação ao fluxo de gás de escape normal através do sistema e em que a segunda capacidade de armazenamento de amônia é maior que a primeira capacidade de armazenamento de amônia. Em um exemplo, a peneira molecular de poro médio ou grande carregada com ferro é revestida sobre e/ou dentro das paredes do canal do monólito transpassante em uma primeira zona e a peneira molecular de poro pequeno carregada com cobre é revestida sobre e/ou dentro das paredes do canal do monólito transpassante em uma segunda zona, a primeira zona sendo a montante da segunda zona. Em certas modalidades, a primeira ou segunda zona pode ser na forma de um corpo de catalisador extrudado e a outra zona é um revestimento no corpo. Em um outro exemplo, a peneira molecular de poro médio ou grande carregada com ferro é revestida sobre e/ou dentro um filtro de fluxo de parede e a peneira molecular de poro pequeno carregada com cobre é revestida sobre e/ou dentro das paredes do canal do monólito transpassante arranjada a jusante do filtro.
[0010] A peneira molecular carregada com ferro pode ter, por exemplo, uma capacidade de armazenamento de amônia de cerca de 1,0 a cerca de 1,5, cerca de 1,0 a cerca de 1,25, cerca de 1,25 a cerca de 1,5 ou cerca de 1,35 a cerca de 1,45 mmol Nlf/g de catalisador.
[0011] A peneira molecular carregada com cobre pode ter, por exemplo, uma capacidade de armazenamento de amônia de cerca de 1,2 a cerca de 2,5, cerca de 1,5 a cerca de 2,5, cerca de 1,6 a cerca de 2,0, ou cerca de 1,7 a cerca de 1,9 mmol Nlf/g de catalisador.
[0012] Aqui, a capacidade de armazenamento de amônia é medida por Análise Gravimétrica Térmica (TGA). Mais particularmente, a capacidade de armazenamento de amônia é medida por meio de TGA, primeiro purgando água do material catalisador a altas temperaturas (por exemplo, 550°C), então saturando o material catalisador com NH3 a 100°C, seguido por purga com gás inerte do NH3 fracamente ligado do material catalisador por cerca de 10 minutos e então aumentando gradualmente a temperatura até pelo menos 550°C a uma taxa de 5°C por minuto. A perda de peso total durante o aumento corresponde à capacidade de armazenamento de amônia do material.
[0013] Voltando à Figura 1, é mostrada uma modalidade da invenção na qual um substrato alveolar de fluxo transpassante (10) tem uma primeira zona do catalisador (20) e uma segunda zona do catalisador (30), em que a primeira e segunda zonas do catalisador são consecutivas e em contato. As expressões “primeira zona” e “segunda zona”, como utilizadas aqui, são indicativas da orientação da zona no substrato. Mais especificamente, as zonas são orientadas em série, de maneira tal que, em condições operacionais normais, o gás de escape a ser tratado entre em contato com a primeira zona antes de entrar em contato com a segunda zona.
[0014] A primeira e segunda zonas de catalisador de SCR podem ser arranjadas consecutivamente, de maneira tal que uma segue a outra em uma sucessão ininterrupta (isto é, não há catalisador ou outra operação de tratamento de gás de escape, tal como um filtro entre a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR). Portanto, em certas modalidades, a primeira zona de catalisador de SCR é a montante da segunda zona de catalisador de SCR com relação ao fluxo de gás de escape normal através ou sobre um substrato ou série de substratos.
[0015] Diferenças nos materiais catalisadores da primeira e segunda zonas de catalisador de SCR resultam em diferentes tratamentos do gás de escape. Por exemplo, a primeira zona de catalisador de SCR reduz NOx com menor seletividade para subprodutos (incluindo N2O a baixa temperatura e NOx a alta temperatura) e a segunda zona de catalisador de SCR eficientemente reduz NOx a uma maior seletividade com relação à primeira zona de catalisador de SCR. O efeito sinergístico da combinação das duas zonas de catalisador de SCR melhora o desempenho geral do catalisador, comparado a sistemas de catalisador único ou outros arranjos em zonas. Preferivelmente, a primeira e segunda zonas estão em contato (isto é, não há camadas cataliticamente ativas intervenientes entre a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR).
[0016] Na Figura 9, um substrato catalítico em zonas (2) é mostrado em que o substrato é um monólito de fluxo transpassante alveolar (100) tendo uma extremidade de entrada (110) e uma extremidade de saída (120), com relação à direção normal do fluxo de gás de escape (1) através do substrato. O substrato tem um comprimento axial (190) que se estende da extremidade de entrada (110) para a extremidade de saída (120). Figura 10 mostra uma célula única (200) de um substrato alveolar tendo paredes do canal (110) que definem open canais (120) através dos quais o gás de escape pode escoar.
[0017] No geral, as paredes do canal são preferivelmente porosas ou semiporosas.
[0018] Tipicamente, o catalisador de cada zona pode ser um revestimento na superfície das paredes, um revestimento que permeia parcial ou completamente nas paredes, incorporado diretamente na parede como um corpo extrudado, ou alguma combinação dos mesmos.
[0019] Na Figura 1, a primeira zona de catalisador de SCR (20) se estende da extremidade de entrada (110) até um primeiro ponto da extremidade (29).
[0020] No geral, o primeiro ponto da extremidade é posicionado cerca de 10 a 90 por cento, por exemplo cerca de 80 a 90 por cento, cerca de 10 a 25 por cento ou cerca de 20 a 30 por cento, do comprimento axial (190).
[0021] A segunda zona de catalisador de SCR (120) tipicamente se estende da extremidade de saída (120) por uma certa distância ao longo do comprimento axial (190), por exemplo, cerca de 20 a 90 por cento, por exemplo, cerca de 60 a cerca de 80 por cento ou cerca de 50 a cerca de 75 por cento, do comprimento axial (190). Preferivelmente, a segunda zona de catalisador de SCR se estende até pelo menos o primeiro ponto da extremidade, de maneira tal que a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR ficam em contato.
[0022] O comprimento axial é preferivelmente menor que 24 polegadas, tais como cerca de 2,54 cm (1”) a cerca de 60,96 centímetros (24 polegadas), cerca de 7,62 cm (3”) a cerca de 30,48 cm (12 polegadas), ou cerca de 7,62 cm (3”) a cerca de 15,24 cm (6 polegadas).
[0023] Na Figura 2, a primeira zona de catalisador de SCR (20) sobrepõe parcialmente à segunda zona de catalisador de SCR (30). Na Figura 3, a segunda zona de catalisador de SCR (30) sobrepõe parcialmente a primeira zona de catalisador de SCR (20).
[0024] A sobreposição é preferivelmente menor que 90 por cento do comprimento axial do substrato, por exemplo, cerca de 80 a cerca de 90 por cento, menor que cerca de 40, cerca de 40 a cerca de 60, cerca de 10 a cerca de 15 por cento, ou cerca de 10 a cerca de 25 por cento. Para modalidades nas quais a segunda zona de catalisador de SCR sobrepõe a primeira zona de catalisador de SCR, a sobreposição pode ser maior que 50 por cento do comprimento axial, tal como 80 a 90 por cento. Para modalidades nas quais a primeira zona de catalisador de SCR sobrepõe a segunda zona de catalisador de SCR, a sobreposição é preferivelmente menor que 50 por cento do comprimento axial, por exemplo, cerca de 10 a 20 por cento.
[0025] Na Figura 4, a primeira zona de catalisador de SCR (20) sobrepõe completamente a segunda zona de catalisador de SCR (30). Para tais modalidades, gás de escape primeiro entra em contato com a primeira zona de catalisador de SCR, e é pelo menos parcialmente tratado por ela. Pelo menos uma porção do gás de escape permeia através da primeira zona de catalisador de SCR, onde ele entra em contato com a segunda zona de catalisador de SCR e é adicionalmente tratada. Pelo menos uma porção do gás de escape tratado permeia de volta através da primeira zona de catalisador de SCR, entra no canal aberto e sai do substrato. Figura 4 mostra uma modalidade na qual tanto a primeira quanto a segunda zonas de catalisador de SCR se estendem por todo o comprimento axial do substrato.
[0026] Figura 4A mostra uma modalidade na qual a segunda zona de catalisador de SCR se estende da extremidade de saída até menos que o comprimento axial total do substrato e a primeira zona de catalisador de SCR se estende por todo o comprimento axial do substrato, assim completamente sobrepondo a segunda zona de catalisador de SCR.
[0027] Figura 5 mostra uma outra modalidade da invenção. Aqui, uma terceira zona do catalisador é proximal, e preferivelmente se estende, da extremidade de saída do substrato.
[0028] A terceira zona do catalisador tipicamente compreende um catalisador de oxidação, preferivelmente um catalisador efetivo para oxidar amônia.
[0029] No geral, o catalisador compreende um ou mais metais do grupo de platina (PGM), tais como Pt, Pd, ou uma combinação dos mesmos, preferivelmente em um suporte de óxido de metal, tal como alumina.
[0030] A combinação da segunda e terceira zonas do catalisador em um arranjo em camadas serve como um catalisador de amônia não reagida, em que pelo menos uma porção do excesso de amônia não consumido pela reação de SCR a montante passa através da segunda zona para a terceira zona do catalisador, onde ele é oxidado em H2O e NOx secundário. A H2O e NOx secundário passam de volta através da segunda zona do catalisador onde pelo menos uma porção do NOx secundário é reduzida a N2 e H2O por meio de uma reação tipo SCR.
[0031 ] Preferivelmente, a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR são arranjadas consecutivamente, de maneira tal que a primeira zona de catalisador de SCR entre em contato com a segunda zona de catalisador de SCR.
[0032] Tipicamente, a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR são revestidas ou de outra forma incorporadas em substratos separados, que são arranjados em um sistema de tratamento de gás de escape, de maneira tal que a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR ficam em série e ficam tanto em contato quanto separadas por uma distância curta sem nenhum catalisador de tratamento de gás de escape interveniente.
[0033] Onde dois substratos são usados, os substratos podem ser os mesmos ou diferentes substratos. Por exemplo, o primeiro substrato pode ser um filtro de fluxo de parede e o segundo substrato pode ser um alvéolo de fluxo transpassante ou o primeiro e segundo substratos podem ser alvéolos de fluxo transpassante.
[0034] Quando dois substratos são usados, preferivelmente quando o primeiro e segundo substratos são alvéolos de fluxo transpassante, o primeiro substrato pode ter uma porosidade maior que o segundo substrato, o primeiro e segundo substratos podem ser diferentes composições ou ter uma diferente densidade celular e/ou o primeiro e segundo substratos podem ter diferentes comprimentos.
[0035] Na Figura 6, a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR são arranjadas em substratos separados, que são arranjados em um sistema de tratamento de gás de escape, de maneira tal que a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR ficam em série e ficam adjacentes, mas não ficam em contato direto.
[0036] A distância máxima entre o primeiro e segundo substratos é preferivelmente menor que 5,08 centímetros (2 polegadas), mais preferivelmente menor que 2,54 centímetros (uma polegada) e preferivelmente não há substratos, filtros ou materiais catalisadores intervenientes entre a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR e/ou entre o primeiro e segundo substratos.
[0037] Na Figura 6A, o segundo substrato compreende adicionalmente uma camada adjacente do catalisador de oxidação de amônia (40) que se estende da extremidade de saída do substrato até um comprimento menor que o comprimento total do substrato. A segunda zona de catalisador de SCR cobre completamente o catalisador oxidativo e, preferivelmente, se estende do comprimento do substrato.
[0038] A primeiro ou segunda zona de catalisador de SCR pode compreender um material catalisador extrudado. A modalidade mostrada na Figura 7, por exemplo, compreende uma primeira zona de catalisador de SCR (26) na forma de um revestimento sobre e/ou dentro de uma porção de um substrato de catalisador extrudado. O substrato de catalisador extrudado, por sua vez, compreende a segunda zona de catalisador de SCR (16). A primeira zona de catalisador de SCR é arranjada no substrato, de maneira tal que ela fica a montante da segunda zona de catalisador de SCR com relação ao fluxo normal de gás de escape (1). O substrato cataliticamente ativo na zona (16) compreende um material cataliticamente ativo semelhante ao das outras segundas zonas de catalisador de SCR aqui descritas.
[0039] Na Figura 7, a primeira zona de catalisador de SCR se estende da extremidade de entrada até menos que o comprimento total do substrato.
[0040] Na Figura 7A, a primeira zona de catalisador de SCR (26) cobre completamente o substrato cataliticamente ativo compreendendo a segunda zona de catalisador de SCR.
[0041] Na Figura 7B, um substrato cataliticamente ativo (300), por exemplo, um substrato alveolar de fluxo transpassante formado de um material catalítico extrudado, é revestido com uma primeira zona de catalisador de SCR (310) e uma segunda zona de catalisador de SCR (330).
[0042] Tipicamente, a primeira zona de catalisador de SCR se estende da extremidade de entrada (312) até um primeiro ponto da extremidade (314) que é posicionado cerca de 10 a 80 por cento, por exemplo, cerca de 50-80 por cento, cerca de 10 a 25 por cento ou cerca de 20 a 30 por cento do comprimento axial (390).
[0043] A segunda zona de catalisador de SCR tipicamente se estende da extremidade de saída (344) até um segundo ponto da extremidade (332) que é posicionado cerca de 20 a 80 por cento, por exemplo, cerca de 20 a 40 por cento, cerca de 60 a cerca de 80 por cento, ou cerca de 50 a cerca de 75 por cento do comprimento axial (390).
[0044] No geral, a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR não estão em contato direto e, assim, existe uma folga (320) entre a zona a montante e a jusante. Preferivelmente, esta folga não contém uma camada de catalisador, mas, em vez disso, é diretamente arranjada para o gás de escape a ser tratado. O gás de escape entra em contato com o corpo catalítico na folga em que o gás de escape é tratado, por exemplo, para seletivamente reduzir uma porção de NOx no gás de escape.
[0045] A folga, que é definida pelo primeiro ponto da extremidade (314) e o segundo ponto da extremidade (332), é preferivelmente menor que 75 por cento do comprimento axial, por exemplo, cerca de 40 a cerca de 60, cerca de 10 a cerca de 15 por cento, ou cerca de 10 a cerca de 25 por cento do comprimento axial (390).
[0046] Um catalisador de oxidação de NH3 opcional pode ser revestido sobre e/ou dentro de o substrato (300) em uma zona que se estende da extremidade de saída (344) até a extremidade de entrada (312) por um comprimento que é igual ou menor que o comprimento da zona a jusante. O catalisador de oxidação de NH3 opcional é preferivelmente uma camada adjacente, que é completamente coberta pela composição do catalisador formando a zona a jusante.
[0047] As composições dos catalisadores na zona a montante, o corpo extrudado e a zona a jusante não são particularmente limitados, desde que pelo menos duas das zonas a montante, o corpo extrudado e a zona a jusante se ajustem à primeira e segunda zonas, da forma aqui definida, ou seja, a peneira molecular carregada com ferro na primeira zona tem uma capacidade de armazenamento de amônia de não mais que cerca de 1,5 mmol NH3/g de catalisador, a peneira molecular carregada com cobre na segunda zona tem uma capacidade de armazenamento de amônia de pelo menos cerca de 1,2 mmol NH3/g de catalisador e a peneira molecular carregada com cobre tem uma capacidade de armazenamento de amônia que é maior que a capacidade de armazenamento de amônia correspondente da peneira molecular carregada com ferro.
[0048] Em um exemplo, a zona a montante corresponde à primeira zona e a zona a jusante corresponde à segunda. O corpo de catalisador extrudado preferivelmente compreende um outro tipo de catalisador de SCR, tal como vanádio, preferivelmente suportado em um óxido de metal, tal como TiOz, e opcionalmente compreendendo um ou mais metais adicionais, tal como tungstênio.
[0049] Em um outro exemplo, o corpo de catalisador extrudado corresponde à primeira zona e a zona a jusante corresponde à segunda zona. Neste exemplo, a zona a montante pode compreender um outro tipo de catalisador. Em um outro exemplo, a zona a montante corresponde à primeira zona e o corpo extrudado corresponde à segunda zona. Neste exemplo, esta zona a jusante pode compreender um outro tipo de catalisador.
[0050] Figura 8 mostra uma outra modalidade em que uma primeira zona catalítica (17) é parte de um corpo catalítico extrudado e a segunda zona de catalisador de SCR (37) é um revestimento sobre e/ou dentro de uma porção do substrato de catalisador extrudado. Novamente, a primeira zona é arranjada a montante da segunda zona com relação ao fluxo normal de gás de escape (1) e o substrato cataliticamente ativo na zona (17) compreende um material cataliticamente ativo semelhante ao das outras primeiras zonas aqui descritas.
[0051] A primeira zona catalítica compreende uma primeira composição de catalisador de NH3-SCR. O primeiro catalisador de NH3-SCR compreende uma peneira molecular carregada com ferro como um componente cataliticamente ativo, mas pode incluir outros componentes, particularmente componentes cataliticamente inativos, tais como aglutinantes.
[0052] Da forma aqui usada, um componente “cataliticamente ativo” é um que diretamente participa na redução catalítica de NOx e/ou oxidação de NH3 ou outros redutores de SCR de base nitrogenosa. Por um corolário, um componente “cataliticamente inativo” é um que não participa diretamente na redução catalítica de NOx e/ou oxidação de NH3 ou outros redutores de SCR de base nitrogenosa.
[0053] Peneiras moleculares úteis são materiais cristalinos ou quase cristalinos que podem ser, por exemplo, aluminossilicatos (zeólitos) ou silicoaluminofosfatos (SAPOs).
[0054] Tais peneiras moleculares são construídas de unidades de repetição tetraédricas de SiO4, AlO4 e, opcionalmente, PO4 ligadas, por exemplo, em anéis, para formar estruturas tendo cavidades intracristalinas regulares e canais de dimensões moleculares. O arranjo específico de unidades tetraédricas (membros de anel) dá origem à estrutura de peneira molecular e, por convenção, cada estrutura única é atribuído um único código de três letras (por exemplo, “CHA”) pela International Zeolite Association (IZA).
[0055] Exemplos de quatros de peneira molecular úteis incluem estruturas de poro grande (isto é, tendo um tamanho de anel mínimo de 12 membros), estruturas de poro médio (isto é, tendo um tamanho de anel mínimo de 10 membros) e estruturas de poro pequeno (isto é, tendo um tamanho de anel mínimo de 8 membros). Exemplos de estruturas incluem BEA, MFI, CHA, AEI, LEV, KFI, MER, RHO, ERI, OFF, FER e AFX. A peneira molecular também pode ser um intercrescimento de duas ou mais estruturas, tais como AEI e CHA. Em certas modalidades, a primeira e/ou segunda zonas independentemente podem compreender uma combinação de duas ou mais peneiras moleculares. Combinações preferidas têm pelo menos uma peneira molecular tendo uma estrutura CHA e, mais preferivelmente, uma maioria da estrutura CHA.
[0056] Peneiras moleculares particularmente úteis são zeólitos de poro pequeno. Da forma aqui usada, o termo “zeólito de poro pequeno” significa uma estrutura de zeólito tendo um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos. Preferivelmente, a fase cristalina primária da peneira molecular é construída de uma ou mais estruturas de poro pequeno, embora outras fases cristalinas da peneira molecular também possam estar presentes. Preferivelmente, a fase cristalina primária compreende pelo menos cerca de 90 por cento em peso, mais preferivelmente pelo menos cerca de 95 por cento em peso e ainda mais preferivelmente pelo menos cerca de 98 ou pelo menos cerca de 99 por cento em peso de estrutura de peneira molecular de poro pequeno, com base na quantidade total de material da peneira molecular.
[0057] Em alguns exemplos, o zeólito de poro pequeno para uso na presente invenção tem um tamanho de poro em pelo menos uma dimensão de menos que 4,3 Â.
[0058] O zeólito de poro pequeno tipicamente tem uma estrutura selecionada do grupo que consiste em: ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG e ZON. Estruturas de zeólito preferidas são selecionadas de AEI, AFT, AFX, CHA, DDR, ERI, LEV, KFI, RHO e UEI.
[0059] Para certas aplicações, estruturas de zeólito preferidas são selecionadas de AEI, AFT e AFX, particularmente AEI.
[0060] Em certa aplicação, uma estrutura de zeólito preferida é CHA. Em certas aplicações, uma estrutura ERI é preferida.
[0061] Zeólitos particulares que são úteis para a presente invenção incluem SSZ-39, Mu-10, SSZ-16, SSZ-13, Sigma-1, ZSM-34, NU-3, ZK-5 e MU-18.
[0062] Outras peneiras moleculares úteis incluem SAPO-34 e SAPO- 18.
[0063] Zeólitos de poro pequeno são particularmente úteis no segundo catalisador de NH3-SCR.
[0064] Em uma modalidade preferida, o segundo catalisador de NH3- SCR compreende um aluminossilicato tendo uma estrutura CHA (por exemplo, SSZ-13) carregada com cobre e o primeiro catalisador de NH3-SCR compreende um zeólito de poro grande carregado com ferro, tal como ferro Beta ou isomorfo Beta.
[0065] Aluminossilicatos preferidos têm uma relação de sílica para alumina (SAR) de cerca de 10 a cerca de 50, por exemplo, cerca de 15 a cerca de 30, cerca de 10 a cerca de 15, 15 a cerca de 20, cerca de 20 a cerca de 25, cerca de 15 a cerca de 18, ou cerca de 20 a cerca de 30. SAPOs preferidos têm uma SAR menor que 2, por exemplo, cerca de 0,1 a cerca de 1,5 ou cerca de 0,5 a cerca de 1,0. A SAR de uma peneira molecular pode ser determinada por análise convencional. Esta relação deve representar, o mais próximo possível, a relação na estrutura atômica rígida do cristal da peneira molecular e excluir silício ou alumínio no aglutinante ou na forma catiônica ou outra forma nos canais. Uma vez que pode ser difícil diretamente medir a SAR da peneira molecular depois que ela foi combinada com um material aglutinante, particularmente um aglutinante alumina, o valor de SAR aqui descrito é expresso em termos da SAR da peneira molecular per se, isto é, antes da combinação do zeólito com os outros componentes do catalisador.
[0066] Em um outro exemplo, a segunda zona peneira molecular é um SAPO tendo uma SAR menor que 1.
[0067] A peneira molecular pode incluir metais da estrutura a não ser alumínio (isto é, zeólitos substituídos por metal). Da forma aqui usada, a expressão “metal substituído” com relação a uma peneira molecular significa uma estrutura de peneira molecular na qual um ou mais átomos da estrutura de alumínio ou silício foram substituídos pelo metal substituinte. Ao contrário, a expressão “metal trocado” significa uma peneira molecular na qual uma ou mais espécies iônicas associadas com o zeólito (por exemplo, H+, NH4+, Na+, etc.) foram substituídas por um metal (por exemplo, um íon de metal ou metal livre, tal como óxido de metal), em que o metal não está incorporado como um átomo da estrutura da peneira molecular (por exemplo, átomo de T), mas, ao contrário, está incorporado nos poros moleculares ou na superfície externa da estrutura da peneira molecular. O metal trocado é um tipo de “metal extraestrutura”, que é um metal que reside na peneira molecular e/ou em pelo menos uma porção da superfície da peneira molecular, preferivelmente como uma espécie iônica, não inclui alumínio e não inclui átomos que constituem a estrutura da peneira molecular. A expressão “peneira molecular carregada com metal” significa uma peneira molecular que inclui um ou mais metais extraestrutura. Da forma aqui usada, os termos “aluminossilicato” e “silicoaluminofosfato” são exclusivos das peneiras moleculares com metal substituído.
[0068] As peneiras moleculares carregadas com ferro ou carregadas com cobre da presente invenção compreendem o metal disposto sobre e/ou dentro do material da peneira molecular como um metal extraestrutura. Preferivelmente, a presença e concentração do ferro ou cobre facilita o tratamento de gases de escape, tais como gás de escape de um motor a diesel, incluindo processos, tais como redução de NOx, oxidação de NH3 e armazenamento de NOx, suprimindo também ao mesmo tempo a formação de N2O.
[0069] A menos que de outra forma especificado, a quantidade de ferro carregado em uma peneira molecular e a concentração de ferro no catalisador são referenciados em termos do ferro por peso total da peneira molecular correspondente e, assim, depende da quantidade de carga de revestimento catalítico do catalisador no substrato ou da presença de outros materiais no revestimento catalítico do catalisador. Da mesma maneira, a quantidade de cobre carregada em uma peneira molecular e a concentração de cobre no catalisador são referenciados em termos do cobre por peso total da peneira molecular correspondente e é assim independe da quantidade de carga de revestimento catalítico do catalisador no substrato ou da presença de outros materiais no revestimento catalítico do catalisador.
[0070] O cobre extraestrutura pode estar presente na peneira molecular da segunda zona a uma concentração de cerca de 0,1 a cerca de 10 por cento em peso (% em peso) com base no peso total da peneira molecular, por exemplo, de cerca de 0,5% em peso a cerca de 5% em peso, de cerca de 0,5 a cerca de 1% em peso, de cerca de 1 a cerca de 5% em peso, cerca de 2,5% em peso a cerca de 3,5% em peso e cerca de 3% em peso a cerca de 3,5% em peso.
[0071] O ferro extraestrutura pode estar presente na peneira molecular da primeira zona a uma concentração de cerca de 0,1 a cerca de 10 por cento em peso (% em peso) com base no peso total da peneira molecular, por exemplo, de cerca de 0,5% em peso a cerca de 5% em peso, de cerca de 1 a cerca de 5% em peso, cerca de 3% em peso a cerca de 4% em peso e cerca de 4% em peso a cerca de 5% em peso.
[0072] Tipicamente, a primeira zona tem uma concentração de carga de metal maior (com base no peso de zeólito) comparada à segunda zona.
[0073] Além do ferro e cobre, a peneira molecular adicionalmente pode compreender um ou mais metais extraestrutura adicionais, desde que o metal extraestrutura adicional está presente em uma quantidade menor (isto é, < 50% em mol, tais como cerca de 1 a 30% em mol, cerca de 1 a 10% em mol ou cerca de 1 a 5% em mol) com relação ao ferro ou cobre.
[0074] O metal extraestrutura adicional pode ser qualquer dos metais cataliticamente ativos reconhecidos que são usados na indústria de catalisador para formar peneiras moleculares trocadas por metal, particularmente os metais que são conhecidos como cataliticamente ativos para tratar gases de escape derivados de um processo de combustão.
[0075] Particularmente preferidos são metais úteis na redução de NOx e processos de armazenamento. Exemplos de tais metais incluem níquel, zinco, ferro, cobre, tungstênio, molibdênio, cobalto, titânio, zircônio, manganês, cromo, vanádio, nióbio metálicos, bem como estanho, bismuto e antimônio; metais do grupo de platina, tais como rutênio, ródio, paládio, índio, platina, e metais preciosos, tais como ouro e prata.
[0076] Metais de transição preferidos são metais de base e metais de base preferidos incluem os selecionados do grupo que consiste em cromo, manganês, ferro, cobre, cobalto, níquel e misturas dos mesmos.
[0077] Em certos exemplos da invenção, as peneiras moleculares carregadas com ferro ou carregadas com cobre são livres de metais do grupo de platina.
[0078] Em certos exemplos da invenção, as peneiras moleculares carregadas com ferro ou carregadas com cobre são livres de metais alcalinos e alcalinos terrosos.
[0079] Em certos exemplos da invenção, a peneira molecular carregada com ferro é livre de metais de transição, exceto ferro, e a peneira molecular carregada com cobre é livre de metais de transição, exceto cobre.
[0080] Preferivelmente, o ferro e cobre são altamente dispersos no cristal das peneiras moleculares, preferivelmente sem um tratamento em alta temperatura da peneira molecular carregada com metal.
[0081] A carga de metal de transição é preferivelmente substituição de íon completamente e/ou é preferivelmente menor que pode ser acomodada pelos sítios de substituição do suporte da peneira molecular.
[0082] Preferivelmente, o catalisador é livre ou substancialmente livre de óxido de ferro massivo ou óxido de cobre massivo, livre ou substancialmente livre de espécies de ferro ou cobre nas superfícies do cristal da peneira molecular externa, e/ou livre ou substancialmente livre de aglomerados metálicos de ferro ou cobre, conforme medido por análise de redução com temperatura programada (TPR) e/ou análise UV-vis.
[0083] Em um exemplo, uma peneira molecular trocada por metal é criada misturando a peneira molecular, por exemplo, uma peneira molecular de forma de H ou uma peneira molecular de NH4, em uma solução contendo precursores solúveis do metal(is) cataliticamente ativo(s). O pH da solução pode ser ajustado para induzir precipitação dos cátions de metal cataliticamente ativos sobre ou dentro da estrutura da peneira molecular (mas não incluindo a estrutura de peneira molecular. Por exemplo, em uma modalidade preferida, um material da peneira molecular é imerso em uma solução contendo um nitrato de metal ou acetato de metal por um tempo suficiente para permitir a incorporação dos cátions de metal cataliticamente ativos na estrutura da peneira molecular por troca iônica. Íons de metal não trocados são precipitados. Dependendo da aplicação, uma porção dos íons não trocados pode permanecer no material da peneira molecular como metais livres. A peneira molecular trocada por metal então pode ser lavada, seca e calcinada. O material calcinado pode incluir uma certa porcentagem de ferro ou cobre como óxido de ferro ou óxido de cobre, respectivamente, residindo na superfície da peneira molecular ou dentro das cavidades da peneira molecular.
[0084] No geral, troca iônica do cátion de metal catalítico na peneira molecular ou sobre ela pode ser realizada a temperatura ambiente ou a uma temperatura até cerca de 80° C durante um período de cerca de 1 a 24 horas a um pH de cerca de 7. O material da peneira molecular catalítica resultante é preferivelmente seco e então calcinado a uma temperatura de pelo menos cerca de 500°C.
[0085] A composição do catalisador pode compreender a combinação de ferro ou cobre e pelo menos um metal alcalino ou alcalino terroso, em que o ferro ou cobre e metal alcalino ou alcalino terroso(s) são dispostos sobre ou dentro do material da peneira molecular. O metal alcalino ou alcalino terroso pode ser selecionado de sódio, potássio, rubídio, césio, magnésio, cálcio, estrôncio, bário ou alguma combinação dos mesmos. Metais alcalinos ou alcalinos terrosos preferidos incluem cálcio, potássio e combinações dos mesmos.
[0086] Alternativamente, a composição do catalisador é essencialmente livre de magnésio e/ou bário. Em certas modalidades, o catalisador é essencialmente livre de qualquer metal alcalino ou alcalino terroso, exceto cálcio e potássio. Em certas modalidades, o catalisador é essencialmente livre de qualquer metal alcalino ou alcalino terroso, exceto cálcio. E, em certas outras modalidades, o catalisador é essencialmente livre de qualquer metal alcalino ou alcalino terroso, exceto potássio.
[0087] Da forma aqui usada, a expressão “essencialmente livre”significa que o material não tem uma quantidade considerável do metal particular. Isto é, o metal particular não está presente em quantidade que afetaria as propriedades físicas e/ou químicas básicas do material, particularmente com relação à capacidade de o material seletivamente reduzir ou armazenar NOx. Em certas modalidades, o material da peneira molecular tem um teor de álcali menor que 3 por cento em peso, mais preferivelmente menor que 1 por cento em peso e ainda mais preferivelmente menor que 0,1 por cento em peso.
[0088] O metal alcalino e/ou alcalino terroso (coletivamente AM) pode estar presente no material da peneira molecular em uma quantidade relativa à quantidade de ferro ou cobre na peneira molecular. Preferivelmente, o Fe ou Cu e AM estão presentes, respectivamente, em uma razão molar de cerca de 15:1 a cerca de 1:1, por exemplo, cerca de 10:1 a cerca de 2:1, cerca de 10:1 a cerca de 3:1, ou cerca de 6:1 a cerca de 4:1, particularmente onde AM é cálcio.
[0089] Em certas modalidades que incluem um metal alcalino e/ou alcalino terroso, tal como cálcio, a quantidade de ferro ou cobre presente é menor que 2,5 por cento em peso, por exemplo, menor que 2 por cento em peso ou menor que 1 por cento em peso, com base no peso da peneira molecular.
[0090] Em certas modalidades, a peneira molecular carregada com cobre da segunda zona contém um metal alcalino ou alcalino terroso, particularmente cálcio, e a peneira molecular carregada com ferro da primeira zona é essencialmente livre de um metal alcalino ou alcalino terroso. Para tais modalidades, a quantidade cumulativa relativa de ferro ou cobre e metal alcalino e/ou alcalino terroso (AM) presente no material da peneira molecular da segunda zona é relativa à quantidade de alumínio na peneira molecular, a saber, o alumínio da estrutura. Da forma aqui usada, a relação (TM+AM): Al é baseada nas quantidades molares relativas de metal de transição (TM), (por exemplo, tanto Cu quanto Fe) + AM para a estrutura molar Al na peneira molecular correspondente. Em certas modalidades, a peneira molecular da segunda zona tem uma relação (TM +AM): Al de não mais que cerca de 0,6, particularmente onde AM é cálcio. Em certas modalidades, a relação (TM +AM): Al é pelo menos 0,3, por exemplo, cerca de 0,3 a cerca de 0,6. Em tais modalidades, a relação TM: Al do catalisador na primeira zona é cerca de 0,1 a cerca de 0,375, desde que a relação TM: Al no catalisador da primeira zona seja menor que a relação (TM +AM): Al no catalisador da segunda zona.
[0091] Em certas modalidades, a quantidade cumulativa relativa de ferro ou cobre e metal alcalino e/ou alcalino terroso (AM) está presente no material da peneira molecular da segunda zona em uma quantidade com relação à quantidade de alumínio na peneira molecular, a saber, o alumínio da estrutura. Da forma aqui usada, a relação (TM +AM): Al é baseada nas quantidades molares relativas de TM + AM para o Al da estrutura na peneira molecular correspondente. Em certas modalidades, o material catalisador tem uma relação (TM +AM): Al de não mais que cerca de 0,6. Em certas modalidades, a relação (TM +AM): Al não é mais que 0,5, por exemplo, cerca de 0,05 a cerca de 0,5, cerca de 0,1 a cerca de 0,4, ou cerca de 0,1 a cerca de 0,2.
[0092] O metal alcalino/alcalino terroso pode ser adicionado à peneira molecular por meio de qualquer técnica conhecida, tais como troca iônica, impregnação, substituição de isomorfo, etc. O ferro ou cobre e o metal alcalino ou alcalino terroso podem ser adicionados ao material da peneira molecular em qualquer ordem (por exemplo, o metal pode ser trocado antes, depois ou simultaneamente pelo metal alcalino ou alcalino terroso), mas preferivelmente o metal alcalino ou alcalino terroso é adicionado antes ou simultaneamente com o ferro ou cobre.
[0093] Os artigos catalíticos da presente invenção são aplicáveis para sistemas de reação catalítica heterogêneos (isto é, catalisador sólido em contato com um reagente gasoso). Para melhorar a área de superfície de contato, estabilidade mecânica e/ou características de fluxo líquido, os catalisadores de SCR são arranjados sobre e/ou dentro de um substrato, tal como tijolo de cordierita alveolar.
[0094] Em geral, uma ou mais das composições de catalisador são aplicadas ao substrato como um(s) revestimento(s) catalítico(s).
[0095] Alternativamente, uma ou mais das composições do catalisador são combinadas junto com outros componentes, tais como cargas, aglutinantes e agentes de reforço, em uma pasta extrudável que é então extrudada através de uma matriz para formar um tijolo alveolar.
[0096] Certos aspectos da invenção fornecem um revestimento catalítico. O revestimento catalítico compreendendo um catalisador de peneira molecular carregada com ferro ou carregada com cobre aqui descrito é preferivelmente uma solução, suspensão ou pasta fluida. Revestimentos adequados incluem revestimentos de superfície, revestimentos que penetram uma porção do substrato, revestimentos que permeiam o substrato, ou alguma combinação dos mesmos.
[0097] Um revestimento catalítico também pode incluir componentes não catalíticos, tais como cargas, aglutinantes, estabilizantes, modificadores da reologia e outros aditivos, incluindo um ou mais de alumina, sílica, sílica alumina, titânia, zircônia e céria de peneira não molecular. Em certas modalidades, a composição do catalisador pode compreender agentes de formação de poro, tais como grafite, celulose, amido, poliacrilato e polietileno e semelhantes. Estes componentes adicionais não necessariamente catalisam a reação desejada, mas, ao contrário, melhoram a efetividade do material catalítico, por exemplo, aumentando sua faixa de temperatura operacional, aumentando a área da superfície de contato do catalisador, aumentando a aderência do catalisador a um substrato, etc. Em modalidades preferidas, a carga do revestimento catalítico é > 0,3 g/in3, tais como > 1,2 g/in3, > 1,5 g/in3, > 1,7 g/in3 ou > 2,00 g/in3 e preferivelmente < 3,5 g/in3, tal como < 2,5 g/in3. Em certas modalidades, o revestimento catalítico é aplicado a um substrato em uma carga de cerca de 0,8 a 1,0 g/in3, 1,0 a 1,5 g/in3, 1,5 a 2,5 g/in3, ou 2,5 a 3,5 g/in3.
[0098] Substratos preferidos, particularmente para aplicações móveis, incluem monólito transpassantes tendo uma geometria então chamada alveolar que compreende múltiplos canais adjacentes, paralelos que são abertos em ambas as extremidades e, no geral, se estendem da face de entrada até a face de saída do substrato e, tipicamente, resultam em uma alta relação área superficial-para-volume.
[0099] Para certas aplicações, o monólito de fluxo transpassante alveolar preferivelmente tem uma alta densidade celular, por exemplo, cerca de 600 a 1.000 células por polegada quadrada e/ou uma espessura da parede interna média de cerca de 0,18 a 0,35 mm, preferivelmente cerca de 0,20 a 0,25 mm. Para certas outras aplicações, o monólito de fluxo transpassante alveolar tem uma baixa densidade celular de cerca de 150 a 600 células por polegada quadrada, tais como cerca de 200 a 400 células por polegada quadrada.
[00100] Preferivelmente, os monólitos alveolares são porosos. Além de cordierita, carbeto de silício, nitreto de silício, cerâmica e metal, outros materiais que podem ser usados para o substrato incluem nitreto de alumínio, nitreto de silício, titanato de alumínio, α-alumina, mulita, por exemplo, mulita acicular, polucita, um thermet, tais como AhOsZFe, AhOs/Ni ou B4CZFe, ou compósitos compreendendo segmentos de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Materiais preferidos incluem cordierita, carbeto de silício e titanato de alumina.
[00101] Substratos de filtro preferidos incluem filtros particulados de diesel e filtros particulados de diesel preferidos para uso em aplicações móveis incluem filtro de fluxo de paredes, tais como monólitos de cerâmica de fluxo de parede. Outros substratos de filtro incluem filtros transpassantes de fluxo, tais como espuma de metal ou cerâmica ou filtros fibrosos.
[00102] Além de cordierita, carbeto de silício e cerâmica, outros materiais que podem ser usados para o substrato poroso incluem, mas sem se limitar a, sílica de alumina, nitreto de alumínio, nitreto de silício, titanato de alumínio, α-alumina, mulita, polucita, zircônio, zircônia, espinélio, boretos, feldspato, titânia, sílica fundida, boretos, compósitos de fibra de cerâmica, misturas de quaisquer dos mesmos, ou compósitos compreendendo segmentos de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Substrato particularmente preferido inclui cordierita, carbeto de silício e titanato de alumínio (AT), em que AT é a fase cristalina predominante.
[00103] As paredes porosas de um filtro de fluxo de parede têm um lado de entrada e um lado de saída com relação à direção típica do fluxo de gás de escape através das paredes. O lado de entrada tem uma superfície de entrada que é exposta aos canais abertos para a frente do substrato e o lado de saída tem uma superfície de saída que é exposta aos canais abertos para a parte posterior do substrato.
[00104] Os substratos de filtro de fluxo de parede para motores a diesel tipicamente contêm cerca de 100 a 800 cpsi (canais por polegada quadrada), por exemplo, cerca de 100 a cerca de 400 cpsi, cerca de 200 a cerca de 300 cpsi, ou cerca de 500 a cerca de 600 cps.
[00105] As paredes tipicamente têm uma espessura de parede média de cerca de 0,1 a cerca de 1,5 mm, por exemplo, cerca de 0,15 a cerca de 0,25 mm, cerca de 0,25 a cerca de 0,35 mm, ou cerca de 0,25 a cerca de 0,50 mm.
[00106] Filtros de fluxo de parede para uso com a presente invenção preferivelmente têm uma eficiência de pelo menos 70%, pelo menos cerca de 75%, pelo menos cerca de 80%, ou pelo menos cerca de 90%. Em certas modalidades, a eficiência preferivelmente será de cerca de 75 a cerca de 99%, cerca de 75 a cerca de 90%, cerca de 80 a cerca de 90%, ou cerca de 85 a cerca de 95%.
[00107] A faixa de utilidade do filtro de porosidade e tamanho de poro médio não é particularmente limitada, mas é correlacionada, ou é usada para determinar, o tamanho da partícula e viscosidade do revestimento do catalisador. Da forma aqui descrita, a porosidade e tamanho do poro médio do substrato do filtro são determinados com base em um filtro vazio (por exemplo, sem um revestimento do catalisador).
[00108] No geral, a porosidade do substrato é pelo menos cerca de 40%, mais preferivelmente pelo menos cerca de 50%, por exemplo, cerca de 50 a cerca de 80%, cerca de 50 a cerca de 70 por cento ou cerca de 55 a cerca de 65 por cento. Porosidade pode ser medida por quaisquer meios adequados, incluindo porosimetria de mercúrio.
[00109] No geral, o tamanho de poro médio do substrato é cerca de 8 a cerca de 40 μm, por exemplo, cerca de 8 a cerca de 12 μm, cerca de 12 a cerca de 20 μm, ou cerca de 15 a cerca de 25 μm. Em certas modalidades, pelo menos cerca de 50% e mais preferivelmente pelo menos cerca de 75% dos poros estão nestas faixas, com base no volume de poros total e/ou número total dos poros. Tamanho de poro médio pode ser determinado por quaisquer meios aceitáveis, incluindo por porosimetria de mercúrio.
[00110] Pode ser preferível que o substrato do filtro tenha um tamanho de poro médio de cerca de 12 a cerca de 15 μm e uma porosidade de cerca de 50 a cerca de 55%.
[00111] Pode ser preferível que o substrato do filtro tenha um tamanho de poro médio de cerca de 18 a cerca de 20 μm e uma porosidade de cerca de 55 a cerca de 65%.
[00112] O revestimento catalítico do catalisador da primeira zona de catalisador de SCR pode ser carregado no lado de entrada das paredes do filtro, o lado de saída das paredes do filtro, parcialmente ou completamente permeia as paredes do filtro, ou alguma combinação dos mesmos.
[00113] Em certas modalidades, o filtro é o substrato par a primeira ou segunda zona de catalisador de SCR da forma aqui descrita. Por exemplo, um filtro de fluxo de parede pode ser usado como um substrato para a primeira zona e um alvéolo de fluxo transpassante pode ser usado como o substrato para a segunda zona. Em um outro exemplo, um alvéolo de fluxo transpassante pode ser usado como o substrato para a primeira zona e um filtro de fluxo de parede pode ser usado como o substrato para a segunda zona. Em tais modalidades, o substrato de fluxo de parede adicionalmente pode compreender um catalisador de oxidação de NH3 para formar uma zona ASC.
[00114] Em certas modalidades, a invenção é um artigo de catalisador feito por um processo aqui descrito. Em uma modalidade particular, o artigo de catalisador é produzido por um processo que inclui as etapas de aplicar a primeira composição de catalisador de SCR, preferivelmente como um revestimento catalítico, a um substrato como uma camada, tanto antes quanto depois que a segunda composição de catalisador de SCR, preferivelmente como um revestimento catalítico, tiver sido aplicada ao substrato.
[00115] Em certas modalidades, a segunda composição de catalisador de SCR é arranjada no substrato como uma camada do topo e uma outra composição, tal como um catalisador de oxidação, catalisador de redução, componente de remoção ou componente de armazenamento de NOx, é arranjada no substrato como uma camada da base.
[00116] No geral, a produção de um corpo sólido extrudado contendo a primeira ou segunda composição de catalisador de SCR envolve combinar a peneira molecular e o ferro (tanto separadamente quanto junto como uma peneira molecular trocada por metal), um aglutinante, um composto que melhora a viscosidade orgânica opcional em uma pasta homogênea é então adicionado a um aglutinante/componente da matriz ou um precursor do mesmo e, opcionalmente, um ou mais de céria estabilizada e fibras inorgânicas. A combinação é compactada em um aparelho de mistura ou amassamento ou uma extrusora. As misturas têm aditivos orgânicos, tais como aglutinantes, formadores de poro, plastificantes, tensoativos, lubrificantes, dispersantes como auxiliares de processamento para melhorar a umectação e, portanto, produzir um lote uniforme. O material plástico resultante é então moldado, em particular usando uma matriz de extrusão ou uma extrusora, incluindo um molde de extrusão e os moldes resultantes são secos e calcinados. Os aditivos orgânicos são “queimados” durante calcinações do corpo sólido extrudado. Um catalisador de zeólito promovido por metal também pode ser recoberto com revestimento catalítico ou de outra forma aplicado ao corpo sólido extrudado como uma ou mais subcamadas que residem na superfície ou penetram completa ou parcialmente no corpo sólido extrudado. Alternativamente, um zeólito promovido por metal pode ser adicionado à pasta antes da extrusão. Preferivelmente, a peneira molecular carregada com ferro ou carregada com cobre é dispersa completamente e, de forma preferível, uniformemente completamente todo o corpo de catalisador extrudado.
[00117] Corpos sólidos extrudados contendo zeólito promovido por metais de acordo com a presente invenção, no geral, compreendem uma estrutura unitária na forma de um alvéolo tendo canais de tamanho uniforme e paralelos que se estendem de uma primeira extremidade para uma segunda extremidade dos mesmos. Paredes do canal que definem os canais são porosas. Tipicamente, uma “pele” externa circunda uma pluralidade dos canais do corpo sólido extrudado. O corpo sólido extrudado pode ser formado de qualquer seção transversal desejada, tais como circular, quadrada ou oval. Canais individuais na pluralidade dos canais podem ser quadrados, triangulares, hexagonais, circulares etc.
[00118] O artigo catalítico aqui descrito pode promover a reação de um redutor nitrogenoso, preferivelmente amônia, com óxidos de nitrogênio para seletivamente formar nitrogênio elementar (N2) e água (H2O). Exemplos de tais redutores nitrogenosos incluem amônia e hidrazina de amônia ou qualquer precursor de amônia adequado, tais como ureia ((NH2)2CO), carbonato de amônio, carbamato de amônio, hidrogenocarbonato de amônio ou formato de amônio. O processo de SCR do presente método pode resultar em uma conversão de NOx (NO e/ou NO2) de pelo menos 75%, preferivelmente pelo menos 80% e mais preferivelmente pelo menos 90% sobre uma faixa de temperatura ampla (por exemplo, cerca de 150 a 700°C, cerca de 200 a 350°C, cerca de 350 a 550°C, ou cerca de 450 a 550°C).
[00119] Sobretudo, o uso de catalisadores em zonas de acordo com a presente invenção gera baixas quantidades de subproduto N2O comparados aos catalisadores de SCR convencionais. Isto é, o processo de SCR do presente método pode resultar em baixa geração de N2O, com base no NO e/ou NO2 na entrada de SCR.
[00120] Por exemplo, a razão relativa de concentração de NO da entrada no catalisador de SCR comparada à concentração de N2O da saída depois do catalisador de SCR é maior que cerca de 25, maior que cerca de 30 (por exemplo, cerca de 30 a cerca de 40), maior que cerca de 50, maior que cerca de 80, ou maior que cerca de 100 sobre uma faixa de temperatura ampla (por exemplo, cerca de 150 a 700°C, cerca de 200 a 350°C, cerca de 350 a 550°C, ou cerca de 450 a 550°C). Em um outro exemplo, a razão relativa de concentração de NO2 de entrada no catalisador de SCR comparada à concentração de N2O de saída depois do catalisador de SCR é maior que cerca de 50, maior que cerca de 80, ou maior que cerca de 100 sobre uma faixa de temperatura ampla (por exemplo, cerca de 150 a 700°C, cerca de 200 a 350°C, cerca de 350 a 550°C, ou cerca de 450 a 550°C).
[00121] A peneira molecular carregada com catalisador de metal aqui descrita pode promover o armazenamento ou oxidação da amônia ou pode ser acoplado com um catalisador de oxidação, tal como uma platina e/ou paládio suportado em alumina, também pode promover a oxidação de amônia e limitar a formação indesejável de NOx pelo processo de oxidação (isto é, um catalisador de amônia não reagida (ASC)).
[00122] Pode ser preferível que o artigo catalítico da presente invenção contenha uma zona ASC na extremidade de saída do substrato.
[00123] Adicional ou alternativamente, um catalisador de amônia não reagida pode ser arranjado em um tijolo separado a jusante dos catalisadores de SCR em zonas. Estes tijolos separados podem ficar adjacentes e em contato um com o outro, ou separados por uma distância específica, desde que eles fiquem em comunicação fluídica um com o outro e desde que o catalisador do tijolo de SCR fique disposto a montante do tijolo do catalisador de amônia não reagida.
[00124] Tipicamente, o processo de SCR e/ou ASC é realizado a uma temperatura de pelo menos 100°C.
[00125] Em geral, o processo(s) ocorre a uma temperatura de cerca de 150°C a cerca de 750°C. Em uma modalidade particular, a faixa de temperatura é de cerca de 175 a cerca de 550°C. Em uma outra modalidade, a faixa de temperatura é de 175 a 400°C. Ainda em uma outra modalidade, a faixa de temperatura é 450 a 900°C, preferivelmente 500 a 750°C, 500 a 650°C, 450 a 550°C, ou 650 a 850°C.
[00126] De acordo com um outro aspecto da invenção é provido um método para a redução de compostos de NOX e/ou oxidação de NH3 em um gás, que compreende colocar o gás em contato com um catalisador aqui descrito por um tempo suficiente para reduzir o nível de compostos de NOX no gás. Métodos da presente invenção podem compreender uma ou mais das seguintes etapas: (a) acumular e/ou queimar a fuligem que está em contato com a entrada de um filtro; (b) introduzir um agente de redução nitrogenoso na corrente de gás de escape antes do contato com o catalisador de SCR, preferivelmente sem nenhuma etapa catalítica interveniente envolvendo o tratamento de NOx e o redutor; (c) gerar NH3 sobre um catalisador de absorvente de NOx ou separador de NOx pobre e preferivelmente uso de tal NH3 como um redutor em uma reação de SCR a jusante; (d) colocar a corrente de gás de escape em contato com um DOC para oxidar a fração orgânica solúvel a base de hidrocarboneto (SOF) e/ou monóxido de carbono em CO2, e/ou oxidar NO em NO2 que, por sua vez, pode ser usado para oxidar matéria particulada em filtro particulado; e/ou reduzir a matéria particulada (PM) no gás de escape; (e) colocar o gás de escape em contato com um ou mais dispositivos de catalisador de SCR a jusante (filtro ou substrato de fluxo transpassante) na presença de um agente de redução para reduzir a concentração de NOx no gás de escape; e (f) colocar o gás de escape em contato com um catalisador de amônia não reagida, preferivelmente a jusante do catalisador de SCR para oxidar a maioria, se não toda, a amônia antes de emitir o gás de escape na atmosfera ou passar o gás de escape através de uma volta de recirculação antes do gás de escape entrar/reentrar no motor.
[00127] Pode ser preferível que toda ou pelo menos uma porção do redutor a base de nitrogênio, particularmente NH3, para consumo no processo de SCR, possa ser fornecida por um catalisador de absorvente de NOX (NAC), um separador de NOX pobre (LNT), ou um catalisador de armazenamento/redução de NOX (NSRC), (coletivamente NAC) disposto a montante do catalisador de SCR. Em certas modalidades, o NAC é revestido no mesmo substrato de fluxo transpassante que o catalisador de SCR em zonas. Em tais modalidades, o NAC e catalisadores de SCR são revestidos em série, com o NAC estando a montante das zonas de SCR.
[00128] Componentes NAC usados na presente invenção incluem uma combinação de catalisadores de um material básico (tal como metal alcalino, metal alcalino terroso ou um metal de terra rara, incluindo óxidos de metais alcalinos, óxidos de metais alcalinos terrosos e combinações dos mesmos) e um metal precioso (tal como platina) e, opcionalmente, um componente do catalisador de redução, tal como ródio. Tipos específicos de material básico usados no NAC incluem óxido de césio, óxido de potássio, óxido de magnésio, óxido de sódio, óxido de cálcio, óxido de estrôncio, óxido de bário e combinações dos mesmos. O metal precioso preferivelmente está presente em cerca de 10 a cerca de 200 g/ft3, tal como 20 a 60 g/ft3. Alternativamente, o metal precioso do catalisador é caracterizado pela concentração média, que pode ser de cerca de 40 a cerca de 100 gramas/ft3.
[00129] Em certas condições, durante os eventos de regeneração periodicamente ricos, NH3 pode ser gerado sobre um catalisador do absorvente de NOx. O catalisador de SCR a jusante do catalisador do absorvente de NOx pode melhorar a eficiência geral de redução de NOx do sistema. No sistema combinado, o catalisador de SCR é capaz de armazenar o NH3 liberado pelo catalisador NAC durante eventos de regeneração ricos e utilizar o NH3 armazenado para seletivamente reduzir parte ou todo NOx que escapa através do catalisador NAC durante as condições operacionais pobres normais.
[00130] Em certos aspectos, a invenção é um sistema para tratar gás de escape gerado pelo processo de combustão, tais como de um motor de combustão interna (seja móvel ou estacionário), uma turbina a gás, usinas de energia alimentadas com carvão ou óleo e similares. Tais sistemas incluem um artigo catalítico de SCR em zonas aqui descrito e pelo menos um componente adicional para tratar o gás de escape, em que o artigo catalítico de SCR em zonas e pelo menos um componente adicional são projetados para funcionar como uma unidade coerente. O artigo catalítico de SCR em zonas e pelo menos um componente adicional estão em comunicação fluídica, opcionalmente por uma ou mais seções de condute para canalizar gás de escape através do sistema.
[00131] O sistema de tratamento de gás de escape pode compreender um catalisador de oxidação (por exemplo, um catalisador de oxidação a diesel (DOC)) para oxidar monóxido de nitrogênio no gás de escape a dióxido de nitrogênio pode ser localizado a montante de um ponto de medição dos redutores nitrogenoso no gás de escape.
[00132] O catalisador de oxidação pode ser adaptado para produzir uma corrente de gás que entra no catalisador do zeólito de SCR tendo uma razão de NO para NO2 de cerca de 4:1 a cerca de 1:20 em volume, por exemplo, a uma temperatura de gás de escape na entrada do catalisador de oxidação de 200°C a 550°C. O catalisador de oxidação pode incluir pelo menos um metal do grupo de platina (ou alguma combinação desses), tais como platina, paládio ou ródio, preferivelmente revestido em um monólito transpassante substrato. Preferivelmente, pelo menos um metal do grupo de platina é platina, paládio ou uma combinação tanto de platina quanto de paládio.
[00133] O metal do grupo de platina pode ser suportado em um componente revestimento catalítico de grande área superficial, tal como alumina, um zeólito, tais como um zeólito de aluminossilicato, sílica, não zeólito sílica alumina, céria, zircônia, titânia ou um óxido misto ou compósito contendo tanto céria quanto zircônia.
[00134] O sistema de tratamento de gás de escape pode compreender um catalisador de SCR adicional em um segundo monólito transpassante ou um filtro de fluxo de parede, em que o segundo monólito transpassante ou filtro de fluxo de parede contendo o SCR adicional é posicionado a montante ou a jusante e em comunicação fluídica com a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR aqui descritas. O catalisador de SCR adicional é preferivelmente um zeólito com metal trocado, tais como Fe-Beta, Fe- ferro- isomorfo Beta, Fe-ZSM5, Fe-CHA, Fe-ZSM-34, Fe-AEI, Cu-Beta, Cu- ZSM5, Cu-CHA, Cu-ZSM-34, ou Cu-AEI.
[00135] O sistema de tratamento de gás de escape pode compreender um NAC e/ou uma fonte externa de redutores nitrogenoso (por exemplo, um injetor de amônia ou ureia) disposto a montante do artigo catalítico.
[00136] O sistema pode incluir um controlador para a medição dos redutores nitrogenoso externos no gás de escape que flui somente quando é determinado que as zonas de catalisador de SCR são capazes de catalisar a redução de NOx na eficiência desejada ou acima dela, tais como acima de 100°C, acima de 150°C ou acima de 175°C. A medição dos redutores nitrogenoso pode ser arranjada de maneira tal que 60% a 200% da amônia teórica fica presente no gás de escape que entra no catalisador de SCR calculada a 1:1 NH3/NO e 4:3 NH3/NO2.
[00137] O sistema de tratamento de gás de escape pode compreender um filtro particulado adequado, tal como um filtro de fluxo de parede. Filtros adequados incluem aqueles úteis na remoção de fuligem de uma corrente de gás de escape. O filtro pode ser nu e passivamente regenerado ou pode conter um catalisador de combustão de fuligem ou um catalisador de hidrólise. Um filtro pode ser posicionado no sistema de tratamento de gás de escape tanto a montante quanto a jusante dos catalisadores de SCR. Preferivelmente, o filtro é posicionado a jusante do DOC se um DOC estiver presente. Para modalidades compreendendo um filtro simples (isto é, que não tem nenhum revestimento do catalisador) e um injetor de amônia a montante do catalisador de SCR em zonas, o injetor pode ser posicionado a montante ou a jusante do filtro, desde que ele fique posicionado a montante do catalisador de SCR em zonas. Para modalidades tendo um filtro contendo um catalisador de hidrólise e catalisador de SCR em zonas a jusante, um injetor de amônia é preferivelmente posicionado a montante do filtro.
[00138] Voltando à Figura 10 é mostrado um sistema de tratamento de gás de escape compreendendo um motor de combustão interna (501), um sistema de tratamento de gás de escape (502), uma direção de fluxo de gás de escape através do sistema (1), um DOC 510 opcional e/ou um NAC opcional (520), um filtro de particulado opcional (570), uma fonte externa opcional de amônia e injetor 530, um catalisador de SCR em zonas (540), um catalisador de SCR adicional opcional (550) e um ASC opcional (560).
[00139] Figura 11A mostra um sistema de tratamento de gás de escape compreendendo um absorvente de NOx passivo (PNA) (610) a montante de um filtro de fluxo de parede (620) contendo a primeira zona de catalisador de SCR, que é preferivelmente revestida do lado de saída do filtro. O PNA pode conter um metal alcalino e/ou alcalino terroso, tais como bário, estrôncio, potássio e um óxido de metal, tais como BaO, TiO2, ZrO2, CeO2 e AhO3. Preferivelmente, o PNA contém um PGM, tais como ródio, paládio, platina, ou uma combinação de metais, tais como paládio e platina e também contém um óxido de metal, tais como óxido de bário, óxido de cério, ou um óxido de metal misto contendo cério ou bário e pelo menos um outro metal de transição. Cargas de PGM adequadas podem ser, por exemplo, 1 a 120 g/ft3. Os componentes individuais do PNA podem estar em camadas ou combinados em um único revestimento catalítico.
[00140] O sistema mostrado na Figura 11A compreende adicionalmente um substrato de fluxo transpassante contendo a segunda zona de catalisador de SCR, que é posicionada a jusante do filtro. O sistema preferivelmente inclui um catalisador de amônia não reagida como um tijolo separado a jusante do substrato de fluxo transpassante ou n aparte traseira do substrato de fluxo transpassante, semelhante ao arranjo mostrado na Figura 6A. O sistema opcionalmente pode incluir uma fonte de SCR redutor (620), tal como um injetor para introduzir amônia ou um precursor de amônia no sistema.
[00141] O filtro de fluxo de parede na Figura 11A está preferivelmente próximo ao substrato de fluxo transpassante, mas a distância entre os dois não é particularmente limitada. Preferivelmente, não há catalisadores ou filtros intervenientes entre unidades (630) e (640) ou entre (610) e (630). Preferivelmente, não há catalisadores intervenientes entre a segunda zona de catalisador de SCR e o ASC. Preferivelmente, não há catalisador de tratamento de gás de escape interveniente entre o motor e o PNA ou a jusante da segunda zona de catalisador de SCR ou ASC.
[00142] Uma outra configuração é mostrada na Figura 11B em que o PNA e primeira zona de catalisador de SCR são revestidos em um filtro de fluxo de parede (635). Aqui, o PNA é revestido do lado de entrada do filtro como um revestimento catalítico na superfície da parede e/ou parcialmente permeando a parede e a primeira zona de catalisador de SCR é revestido do lado de saída do filtro como um revestimento catalítico na superfície da parede e/ou parcialmente permeando a parede. O sistema compreende adicionalmente um substrato de fluxo transpassante contendo a segunda zona de catalisador de SCR, que é posicionada a jusante do filtro. O sistema preferivelmente inclui um catalisador de amônia não reagida em um substrato separado a jusante da primeira e segunda zonas de catalisador de SCR ou na parte traseira do substrato de fluxo transpassante contendo a segunda zona de catalisador de SCR, semelhante ao arranjo mostrado na Figura 6A. Um primeiro fornecedor de redutor (por exemplo, um injetor) é posicionado a montante do filtro e fornece redutor ao sistema em condições que não levariam à oxidação do redutor pelo PNA (por exemplo, em temperaturas menores que 400°C). Um segundo fornecedor de redutor opcional (por exemplo, um injetor) é posicionado entre a primeira zona de catalisador de SCR e a segunda zona de catalisador de SCR e opera tanto independentemente quanto em conjunto com o primeiro fornecedor de redutor.
[00143] O filtro de fluxo de parede na Figura 11B é preferivelmente proximal ao substrato de fluxo transpassante, mas a distância entre os dois não é particularmente limitada. Preferivelmente, não há catalisadores ou filtros intervenientes entre unidades (635) e (640). Preferivelmente, não há catalisadores intervenientes entre a segunda zona de catalisador de SCR e o ASC. Preferivelmente, não há nenhum catalisador de tratamento de gás de escape interveniente entre o motor e o PNA ou a jusante da segunda zona de catalisador de SCR ou ASC.
[00144] O método para tratar gás de escape da forma aqui descrita pode ser realizado em um gás de escape derivado de um processo de combustão, tal como de um motor de combustão interna (seja móvel ou estacionário), uma turbina a gás e usinas de energia movidas a carvão ou óleo. O método também pode ser usado para tratar gás de processos industriais, tais como refino, de aquecedores e caldeiras de refinaria, fornos, a indústria de processamento químico, fornos de coque, usinas e incineradores de lixo municipal, etc. Em uma modalidade particular, o método é usado para tratar gás de escape de um motor de combustão interna de queima pobre veicular, tais como um motor a diesel, um motor a gasolina de queima pobre ou um motor alimentado por gás liquefeito de petróleo ou gás natural.

Claims (14)

1. Sistema para tratamento de um gás de escape, caracterizado pelo fato de que compreende:a. uma primeira zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com ferro de poros largos ou médios tendo uma primeira capacidade de armazenamento de amônia; eb. uma segunda zona de catalisador de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com cobre de poros pequenos tendo uma segunda capacidade de armazenamento de amônia,em que a primeira zona de catalisador de SCR está disposta a montante da segunda zona de catalisador de SCR com relação ao fluxo de gás de escape normal através do sistema, a segunda capacidade de armazenamento de amônia é maior do que a primeira capacidade de armazenamento de amônia; e a primeira capacidade de armazenamento de amônia não é maior do que 1,5 mmol/g de catalisador e a segunda capacidade de armazenamento de amônia é pelo menos 1,2 mmol/g de catalisador.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema está livre de qualquer catalisador disposto entre a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR.
3. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira zona de catalisador de SCR é essencialmente livre de cobre e a segunda zona de catalisador é essencialmente livre de ferro.
4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a primeira zona de catalisador de SCR compreende uma peneira molecular carregada com ferro tendo uma estrutura BEA.
5. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a segunda zona de catalisador de SCR compreende uma peneira molecular carregada com cobre tendo uma estrutura selecionada dentre CHA, AEI, AFX e AFT.
6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a peneira molecular da primeira zona de catalisador de SCR e a peneira molecular da segunda zona de catalisador de SCR têm independentemente uma relação sílica-alumina de 10 a 50.
7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR são revestidas em um substrato alveolar de fluxo transpassante tendo uma extremidade de entrada, uma extremidade de saída e um comprimento axial medido a partir da extremidade de entrada até a extremidade de saída e a primeira e segunda zonas de catalisador de SCR são adjacentes ou pelo menos parcialmente sobrepostas.
8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma zona de catalisador de oxidação a jusante da segunda zona de catalisador de SCR.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a segunda zona de catalisador de SCR sobrepõe completamente a zona de catalisador de oxidação.
10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira zona de catalisador de SCR está em um filtro de fluxo de parede tendo um lado de entrada e um lado de saída, e a segunda zona de catalisador de SCR está em um substrato alveolar de fluxo transpassante, provido para que não exista catalisador interveniente entre a primeira zona de catalisador de SCR e a segunda zona de catalisador de SCR.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um absorvedor de NOx passivo disposto a montante da primeira zona de catalisador de SCR.
12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um primeiro fornecimento de redutor para introduzir redutor com base em nitrogênio a montante do filtro e um segundo fornecimento de redutor para introduzir redutor com base em nitrogênio entre o filtro e o substrato alveolar de fluxo transpassante.
13. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um catalisador de deslizamento de amônia revestido no substrato de fluxo transpassante a jusante da segunda zona de catalisador de SCR.
14. Método para tratamento de um gás de escape, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de colocar em contato, em série, uma mistura de amônia e gás de escape derivados de um motor de combustão interna com (a) uma primeira zona de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com ferro de poros largos ou médios tendo uma capacidade de armazenamento de amônia de não mais do que 1,5 mmol NH3/g e (b) uma segunda zona de SCR compreendendo uma peneira molecular carregada com cobre de poros pequenos tendo uma capacidade de armazenamento de amônia de pelo menos 1,2 mmol NH3/g de catalisador, provido para que a peneira molecular carregada com ferro tenha uma capacidade de armazenamento de amônia mais baixa com relação à carregada peneira molecular com cobre.
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