BR112017004551B1 - Sistema de tratamento de emissões e método para tratamento de gases de exaustão - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE TRATAMENTO DE EMISSÕES COM CATALISADORES TWC E CATALISADORES SCR-HCT. É provido um sistema de tratamento de emissões para um fluxo de exaustão de motor de combustão interna incluindo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio. O sistema divulgado pode incluir um conduíte de exaustão em comunicação fluida com o motor de combustão interna através de um coletor de exaustão; um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC-1) localizado a jusante do motor de combustão interna no conduíte de exaustão; um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva e uma armadilha de hidrocarboneto a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão; e um terceiro catalisador a jusante da combinação SCR-HCT no conduíte de exaustão, o terceiro catalisador compreendendo um metal do grupo da platina (PGM), por exemplo, em uma quantidade eficaz para oxidar hidrocarbonetos. Métodos para fazer e usar tais sistemas e seus componentes também são providos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção é direcionada a sistemas de tratamento de emissões usando catalisadores purificando gás de exaustão e particularmente a combinações de tais catalisadores possuindo diferentes funções e métodos de uso.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Normas de emissão rigorosas em veículos leves a gasolina, tais como US LEV III e EURO 7 demandam sistemas catalisadores de conversão de três vias (TWC) avançados. Em 2025, por exemplo, veículos com emissão super ultra-baixa (SULEV) são projetados para ter uma fatia de mercado substancial na América do Norte, exigindo emissões combinadas de hidrocarboneto não-metânico (NMHC) e emissões de NOx inferior a 30 mg/milha sob garantia de 15 anos e 150 mil milhas em uma média da frota.

[0003] É geralmente reconhecido que sistemas catalisadores TWC geram amônia. A Patente Estadunidense de número 6.109.024 de Kinugasa et al descreve um dispositivo de purificação de gás de exaustão para um motor de combustão interna que localiza tanto um catalisador absorvendo a denitração de amônia e um catalisador absorvendo a redução de NOx a jusante de um catalisador TWC. A Patente Estadunidense de número US 8.661.788 de Qi et al descreve um sistema que posiciona um catalisador SCR de amônia a jusante de um catalisador TWC.

[0004] Com a finalidade de redução das emissões de hidrocarbonetos (HC) pelo tubo de exaustão, tem sido propostos componentes absorventes (tipicamente um ou mais materiais com base em zeólitas microporosas) para atrasar a liberação de HC, particularmente durante a partida a frio do motor. A Patente Estadunidense de número US 7.163.661 de Yamamoto et al contempla liberação endereçada de hidrocarbonetos (HCs) por partida a frio usando um sistema de tratamento de emissões compreendendo um catalisador absorsor/purificador de HC a jusante de um primeiro catalisador de três vias e um segundo catalisador de três vias a jusante do catalisador absorsor/purificador de HC.

[0005] Há uma necessidade de desenvolvimento de sistemas TWC de alta performance que reforçam os padrões de emissões. Em particular, há uma necessidade contínua de redução tanto da quebra de HC durante a partida a frio quanto da quebra de HC no estágio quente.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0006] A presente divulgação geralmente fornece artigos catalisadores e sistemas catalisadores compreendendo tais artigos catalisadores. Em particular, tais artigos e sistemas compreendem um catalisador SCR-HCT, o qual é uma combinação de um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) com uma armadilha de hidrocarboneto (HCT), formado preferencialmente de um substrato monolítico. O catalisador SCR-HCT, em algumas modalidades, é usado em conjunção com um ou mais tipos adicionais de catalisadores. Por exemplo, tais catalisadores adicionais podem incluir catalisadores contendo um metal do grupo da platina (PGM), provendo um sistema capaz da redução tanto da quebra de HC durante a partida a frio, quanto da quebra de HC no estágio quente.

[0007] Um outro aspecto provê um sistema de tratamento de emissões para um vapor de exaustão de um motor de combustão interna, o vapor de exaustão compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, o sistema de tratamento de emissões compreende: um conduíte de exaustão na comunicação fluida com o motor de combustão interna através de um coletor de exaustão; um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC-1) localizado a jusante do motor de combustão interna no conduíte de exaustão; um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) e uma armadilha de hidrocarboneto (HCT) a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão; e um terceiro catalisador a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão; e um terceiro catalisador a jusante do catalisador SCR-HCT no conduíte de exaustão, o terceiro catalisador compreendendo um metal do grupo da platina (PGM). O PGM está, em certas modalidades, presente em uma quantidade eficaz para a oxidação de hidrocarbonetos.

[0008] O catalisador SCR-HCT pode, em algumas modalidades, compreender um catalisador SCR-HCT compreende um material catalítico SCR que compreende uma primeira peneira molecular e um material HCT que compreende uma segunda peneira molecular que é diferente da primeira peneira molecular, em que tanto o material catalítico de SCR e o material HCT são depositados em um substrato monolítico. Em certas modalidades, a primeira peneira molecular pode compreender uma zeólita Cu-CHA e a segunda peneira molecular pode compreender uma zeólita Beta. O material catalítico de SCR e o material HCT, em algumas modalidades, estão presentes em uma razão de peso de 10:1 e 1:10. O substrato monolítico pode ser, por exemplo, um substrato de fluxo ou um filtro de fluxo de parede.

[0009] A primeira peneira molecular pode compreender uma zeólita com poros pequenos de anel de 8 membros contendo um metal promotor e a segunda peneira molecular pode compreender uma zeólita com poros médios de anel de 10 membros ou uma zeólita com poros grandes de anel de 12 membros. Em certas modalidades, a zeólita com poros médios de anel de 10 membros ou a zeólita com poros grandes de anel de 12 membros compreende um metal promotor. A zeólita de anel de 8 membros, em algumas modalidades, pode ser trocada ionicamente com um ou mais dentre cobre e ferro, possuindo uma estrutura CHA, SAPO ou AEI. A zeólita com anel de 10 ou 12 membros, em certas modalidades, pode compreender um metal promotor que possui um tipo de estrutura dentre ZSM-5, Beta ou MFI em uma forma dentre H+, NH4+, Cu trocado ou Fe trocado.

[0010] O material HCT e o material catalítico de SCR podem estar, por exemplo, em uma camada misturada homogeneamente em um substrato monolítico, em uma configuração em camadas no substrato monolítico, ou em uma configuração zoneada no substrato monolítico.

[0011] O terceiro catalisador, em várias modalidades, pode ser selecionado a partir do grupo consistindo em: um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2), um catalisador de oxidação (OC) ou uma armadilha de NOx de mistura pobre (LNT). O terceiro catalisador pode ser aquecido por meio de uma fonte externa. O terceiro catalisador pode compreender um transportador possuindo uma massa térmica menor em relação ao transportador para o TWC-1. A massa térmica descreve a capacidade de um material absorver e armazenar calor. Em certas tais modalidades, tanto o terceiro catalisador e o TWC-1 são associados a um transportador (por exemplo, um substrato monolítico) e um transportador de massa térmica menor para o terceiro catalisador pode prover uma resposta mais rápida em relação às mudanças de temperatura (por exemplo, na facilitação da ignição de HCs liberados).

[0012] Em certas modalidades, o TWC-1 pode estar localizado em uma posição acoplada; e o catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador podem estar localizados em uma posição abaixo do piso. Em certas modalidades, o TWC-1, o catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador podem estar todos localizados em um módulo. Em algumas modalidades, o catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador podem estar localizados juntos em um módulo. O sistema de tratamento de emissões pode, opcionalmente, compreender além disso um suprimento de ar a montante do catalisador SCR-HCT.

[0013] Outro aspecto provê um sistema de tratamento de emissões para um vapor de exaustão de um motor de combustão interna, o vapor de exaustão compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, o sistema de tratamento de emissões compreende: um conduíte de exaustão na comunicação fluida com o motor de combustão interna através de um coletor de exaustão; um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC- 1) localizado a jusante do motor de combustão interna no conduíte de exaustão; um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva e uma armadilha de hidrocarboneto a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão, o catalisador SCR compreendendo uma primeira peneira molecular e o catalisador HCT compreendendo uma segunda peneira molecular que é diferente da primeira peneira molecular; e um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2) a jusante do catalisador SCR-HCT no conduíte de exaustão que compreende um metal do grupo da platina (PGM) e um componente de armazenamento de oxigênio. Geralmente, o TWC-1 é eficaz para produzir amônia (por exemplo, em uma quantidade suficiente para uso no contexto do catalisador SCR a jusante. O PGM e o componente de armazenamento de oxigênio, em algumas modalidades, pode estar em uma quantidade eficaz para a oxidação de hidrocarbonetos. A primeira peneira molecular, em algumas modalidades, pode compreender uma zeólita de anel de 8 membros possuindo uma estrutura CHA, SAPO ou AEI que não trocada ionicamente com cobre ou ferro e a segunda peneira molecular pode também compreender uma zeólita de anel de 10 a 12 membros possuindo uma estrutura ZSM-5, Beta ou MFI em uma forma dentre H+, NH4+, Cu trocado ou Fe trocado, em que a zeólita de anel de 10 a 12 membros é, opcionalmente, trocada ionicamente. Em certas modalidades, o catalisador HCT e o catalisador SCR podem estar em uma configuração em camadas no substrato monolítico. A primeira zeólita, em algumas modalidades, pode compreender Cu-CHA e a segunda zeólita pode compreender uma zeólita Beta.

[0014] Em um aspecto adicional, a presente divulgação provê um método para tratamento de gases de exaustão, compreendendo contatar uma corrente gasosa, o método compreendendo contatar uma corrente gasosa compreendendo hidrocarbonetos (HCs), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx) com qualquer um dos sistemas de tratamento de emissões divulgados neste documento. Tal corrente gasosa, geralmente, pode ser uma corrente de exaustão de um motor de combustão interna. Em várias modalidades, após o contato com o TWC-1, hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio são convertidos, substancialmente, de forma simultânea e a amônia é gerada (por exemplo, em uma quantidade eficaz para o catalisador SCR); após o contato com o catalisador SCR-HCT, a amônia é armazenada no catalisador SCR e usada para reduzir a quebra de NOx e os hidrocarbonetos são aprisionados no HCT durante a partida a frio e liberados em altas temperaturas; e após o contato com o terceiro catalisador, os hidrocarbonetos liberados a partir do HCT entram em combustão. Quando o terceiro catalisador é um TWC-2, após o contato com o TWC-2, os hidrocarbonetos liberados a partir do HCT entram em combustão e CO, HC e NOx são convertidos após a quebra.

[0015] Outro aspecto provido neste documento é um método para produção de um sistema de tratamento de emissões, o método compreendendo: prover um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC-1) localizado a jusante de u motor de combustão interna em um conduíte de exaustão; localizando um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) e uma armadilha de hidrocarboneto (HCT) a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão; e localizando um terceiro catalisador a jusante do catalisador SCR-HCT no conduíte de exaustão, o terceiro catalisador compreendendo um metal do grupo da platina (PGM). O PGM, em certas modalidades, pode ser provido em uma quantidade eficaz para a oxidação de hidrocarbonetos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] A divulgação pode ser entendida mais completamente, tendo em consideração a seguinte descrição detalhada de diversas modalidades da divulgação em conexão com os desenhos anexos, nos quais: As FIGS. 1A-1D provêm diagramas de fluxo de um SCR-HCT exemplar integrado a sistemas TWC a jusante de motores a gasolina estequiométricos. FIG. 2 provê um diagrama de fluxo de um SCR-HCT exemplar integrado a sistemas TWC a jusante de um motor de injeção direta de gasolina pobre. FIG. 3 é um diagrama esquemático de um catalisador SCR-HCT; As FIGS. 4A e 4B são diagramas esquemáticos de outros catalisadores SCR-HCT exemplares; As FIGS. 5A e 5B são diagramas esquemáticos de ainda outros catalisadores SCR-HCT exemplares; FIG. 6 é um gráfico mostrando o desempenho de NOx, HC e CO em um ciclo de condução FTP-72 em reator simulado. FIG. 7 é um gráfico mostrando um perfil de NOx cumulativo; FIG. 8 é um gráfico mostrando um perfil de amônia (NH3) cumulativa; e FIG. 9 é um gráfico mostrando um perfil de HC cumulativo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[0017] 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. Embora a invenção tenha sido aqui descrita com referência às 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.

[0018] 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. Deste modo, as aparições das frases tais como "em uma ou mais modalidades", "em certas 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. Os artigos "um" e "uma" são usados neste documento para se referir a um ou a mais de um (por exemplo, a pelo menos um) dos objetos gramaticais do artigo. Quaisquer intervalos citados neste documento são inclusivos. O termo "cerca de" usado ao longo de toda essa especificação é usado para descrever e quantificar pequenas flutuações. Por exemplo, o termo "cerca de" pode dizer respeito a menos de ou igual a ±5%, tais como menos de ou igual a ±2%, menos de ou igual a ±1%, menos de ou igual a ±0,5%, menos de ou igual a ±0,2%, menos de ou igual a ±0,1% ou menos de ou igual a ±0.05% Todos os valores numéricos neste documento são modificados pelo termo "cerca de", seja ou não indicado explicitamente. Um valor modificado pelo termo "cerca de" incluem, claro, o valor específico. Por exemplo, "cerca de 5.0" deve incluir 5.0

[0019] Um sistema de redução de exaustão convencional para um motor a gasolina de queima estequiométrica possui tipicamente um sistema serial de dois catalisadores TWC. Um primeiro/a montante catalisador TWC é montado em uma posição próxima ao coletor de exaustão e o compartimento do motor (a posição acoplada, CC) e o segundo/a jusante catalisador TWC é colocado em uma posição relativamente próxima ao primeiro TWC (segunda posição acoplada, CC2) ou por baixo do corpo do veículo (posição abaixo do piso, UF). O primeiro TWC é aquecido rapidamente durante a partida a frio e provê a maioria das conversões para poluentes incluindo NOx, HC e CO; o segundo TWC suplementa as conversões catalíticas principalmente após a combustão. É bem sabido que, por condições ricas na presença de um excesso de combustível residual ou uma deficiência do ar, uma fração do NOx é muito reduzida no primeiro catalisador TWC para gerar amônia.

[0020] A presente divulgação provê um catalisador SCR-HCT, o qual é uma combinação de um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) com uma armadilha de hidrocarboneto (HCT). Em algumas modalidades, o catalisador SCR-HCT pode ser colocado a jusante de m catalisador SCR-HCT e, em tais modalidades, é eficaz na conversão de amônia produzida em um catalisador TWC. Vários outros catalisadores, em algumas modalidades, podem ser usados em combinação com um catalisador SCR-HCT e/ou catalisador SCR- HCT, como será descrito em mais detalhes neste documento.

[0021] As seguintes definições são usadas neste documento.

[0022] "Substancialmente" diz respeito a uma quantidade de pelo menos cerca de 90%, por exemplo, pelo menos cerca de 95%, pelo menos cerca de 98% ou pelo menos cerca de 99,5%.

[0023] Um componente metal do grupo da platina (PGM) diz respeito a qualquer componente que inclui um PGM, mais especificamente, Pt, Pd e/ou Rh. Por exemplo, em certas modalidades, o PGM pode estar substancialmente (por exemplo, pelo menos cerca de 90% em peso) ou totalmente na forma metálica (valência zero) ou o PGM pode estar em uma forma de óxido. A referência ao componente PGM permite a presença do PGM em qualquer estado de valência.

[0024] "Área de superfície determinada por BET" tem seu significado usual, referindo ao método de Brunauer-Emmett-Teller para a determinação de área de superfície por medições de adsorção de N2. A menos que indicado o contrário, "área de superfície" refere-se a área de superfície de BET.

[0025] "Suporte" em um material catalítico ou washcoat catalisador diz respeito a um material que recebe um catalisador (incluindo, por exemplo, metais preciosos, estabilizadores, promotores, ligantes e semelhantes) através de associação, dispersão, impregnação ou outros métodos adequados.

[0026] "Óxidos de metal de suporte refratários" por exemplo tipos de suportes que podem ser usados de acordo com a presente divulgação, e incluindo albumina em massa, cério, zircônio, titânia, sílica, magnésio, neodímio e outros materiais conhecidos para tal uso. Tais materiais são considerados provedores de durabilidade para o artigo catalisador resultante.

[0027] Tal como aqui utilizado, o termo "peneiras moleculares", tal como zeólitas e outros materiais zeolíticos de estrutura (por exemplo, materiais substituídos isomorficamente), referem-se a materiais que, em forma particular, dão suporte a certos materiais catalíticos, por exemplo, metais do grupo da platina. Peneiras moleculares são materiais baseados em uma extensa rede tridimensional de íons de oxigênio contendo locais de tipo geralmente tetraédrico e possuindo uma distribuição de poro substancialmente uniforme. Peneiras moleculares exemplares úteis neste documento são materiais microporosos, com um tamanho de poro médio sendo não maior do que 20 Â. Os tamanhos de poros das peneiras moleculares são definidos por meio do tamanho de anel.

[0028] Tal como aqui utilizado, o termo "zeólita" refere-se a um exemplo específico de um crivo molecular, que inclui átomos de silício e de alumínio. Zeólitas são materiais cristalinos, possuindo além disso o tamanho dos poros uniformes, as quais, dependendo do tipo de zeólita e o tipo e a quantidade de cátions incluídos na estrutura zeólita, variam de cerca de 3 a 10 Angstroms de diâmetro. Zeólitas geralmente compreendem sílica com razão molar de 2 ou maior em relação à alumina (SAR).

[0029] A frase zeólitas com "anéis de 8 membros" diz respeito azeólitas possuindo aberturas de poros com anéis de 8 membros e unidades de construção secundária com duplos anéis de 6 membros e possuindo uma estrutura tipo gaiola resultando a partir da conexão das unidades de construção com duplos anéis de 6 membros (d6r) unidos por anéis de 4 membros. Zeólitas são compreendidas 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-quiral. Unidades de construção de compostos não são demandadas para se aquiral e não podem, necessariamente, ser usadas para construir o quadro inteiro. Por exemplo, um grupo de zeólitas possui uma única unidade de construção de composto com anel de 4 membros (s4r) em sua estrutura de quadro. 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 zeolítica que possuem uma unidade de construção secundária d6r 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.

[0030] O termo "aluminofosfato" diz respeito a outro exemplo específico de uma peneira molecular, que inclui átomos de alumínio e fosfato. Aluminofosfatos são materiais cristalinos possuindo o tamanho dos poros bastante uniformes. Aluminofosfatos compreendem geralmente sílica com ração molar de 1 ou menos em relação á alumina (SAR).

[0031] O termo "suportes de óxido metálico refratário de alta área de superfície" diz respeito especificamente a partículas de suporte possuindo poros maiores do que 20 A e uma ampla distribuição dos poros. Suportes de óxido de metal refratário de alta área de superfície, por exemplo, materiais de suporte de alumina, também referidos como "alumina gama" ou "alumina ativada", 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.

[0032] "Óxidos metais de terras raras" referem-se a um ou mais óxidos de escândio, ítrio e a série de lantânio, como definida na Tabela Periódica de Elementos. Óxidos metais de terras raras podem ser, exemplarmente, componentes de armazenamento de oxigênio e/ou materiais promotores. Exemplos de componentes de armazenamento de oxigênio adequado podem incluir: céria, praseodímio, ou suas combinações. Entrega de cério na zona pode ser conseguida pelo uso de, por exemplo, cério, um óxido misto de cério e zircônio e/ou um óxido misto de cério, zircônio e outro elemento(s) de terras raras. Promotores adequados incluem um ou mais óxidos não-redutíveis de um ou mais metais de terras raras selecionados do grupo consistindo de lantânio, tungstênio, cério, neodímio, gadolínio, ítrio, praseodímio, samário, háfnio e suas misturas.

[0033] "Óxidos de metal alcalinoterroso" diz respeito aos óxidos de metais do Grupo II, que são materiais estabilizadores exemplares. Estabilizadores adequados incluem, mas não estão limitados a, óxidos de metal não-redutíveis nos quais o metal é selecionado do grupo consistindo de bário, cálcio, magnésio, estrôncio e suas misturas. Em certas modalidades, o estabilizador compreende um ou mais óxidos de bário e/ou estrôncio.

[0034] "Washcoat" é um revestimento fino, aderente de um material catalítico ou outro aplicado a um substrato refratário, tal como um fluxo de favo de mel através de substrato monolítico ou um substrato de filtro, que é suficientemente poroso para permitir a passagem ali através da corrente de gás a ser tratada. Uma "camada de washcoat", portanto, é definida como um revestimento que compreende partículas de suporte. Uma "camada de washcoat catalisada" é um revestimento composto de partículas de suporte impregnadas com componentes catalíticos.

[0035] Um "substrato monolítico" é uma estrutura unitária que é homogênea e contínua e que não foi formada pela junção de peças de substrato separadas.

[0036] A "Redução Catalítica Seletiva" (SCR) usa redução catalítica de óxidos de nitrogênio com um redutor na presença de uma quantidade apropriada de oxigênio. Redutores podem ser, por exemplo, hidrocarboneto, hidrogênio e/ou amônia. Reações SCR na presença de amônia ocorrem predominantemente com a formação de nitrogênio e vapor de acordo com as duas seguintes reações: 4 NO + 4 NH3+ O2 -► 4 N2 + 6 H2O NO + NO2 + 2 NH3 -► 2 N2 + 3 H2O.

[0037] A "Armadilha de Hidrocarboneto" (HCT) diz respeito a função de captura de hidrocarbonetos, o que significa que hidrocarbonetos são mantidos por um ou mais materiais (por exemplo, materiais à base de zeólitas) em temperaturas ambiente e liberados em temperaturas de operação.

[0038] Um "catalisador SCR-HCT" é um módulo simples que provê funcionalidades tanto de SCR e HCT.

[0039] O "TWC" diz respeito à função de conversão de três vias onde hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio são convertidos de maneira substancialmente simultânea. Tipicamente, um catalisador TWC compreende um ou mais metais do grupo da platina, tais como paládio e/ou ródio e opcionalmente platina; um componente de armazenamento de oxigênio; e opcionalmente promotores e/ou estabilizadores. Sob condições ricas, os catalisadores TWC geram amônia.

[0040] O "LNT" diz respeito a uma armadilha de NOx de mistura pobre, que contém geralmente metais do grupo da platina e componentes de captura de NOx, por exemplo, compreendendo cério e/ou óxidos de metal alcalinoterroso. Um catalisador LNT é capaz de absorver NOx sob condições pobres e reduzindo o NOx armazenado para nitrogênio sob condições ricas.

[0041] O "GDI" diz respeito à injeção direta de gasolina, uma técnica de injeção que injeta gasolina altamente pressurizada por meio de uma linha de combustível de trilho comum diretamente na câmara de combustão dos cilindros do motor (em oposição à injeção de combustível multi-ponto, que injeta gasolina no duto de admissão ou porta do cilindro).

[0042] “AMOx” diz respeito a um catalisador de oxidação de amônia, que é um catalisador contendo um ou mais metais adequados para converter amônia e que é geralmente suportado em um material de suporte.

SISTEMAS DE CORRENTE DE GÁS DE EXAUSTÃO

[0043] Como observado acima, em uma modalidade, a divulgação provê uma combinação de dois ou mais catalisadores e, particularmente, uma combinação de um catalisador TWC com um catalisador SCR-HCT a jusante do catalisador TWC. "A jusante", como geralmente empregado neste documento, diz respeito ao posicionamento relativo de dois ou mais componentes em um sistema em relação um ao outro, e descreve tal posicionamento por meio da típica direção de fluxo de gás através do sistema (por exemplo, um fluxo de gás contata um componente "a jusante" após contatar um componente "a montante").

[0044] Para aplicações em sistemas de pós-tratamento de exaustão de veículos leves a gasolina, o catalisador SCR-HCT descrito neste documento provê conversões adicionais de hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx) para complementar sistemas de exaustão de gás tradicionais para promover, além disso, o objetivo de satisfazer regulamentações cada vez mais rigorosas. A amônia como uma emissão secundária gerada pelo catalisador TWC a montante é convertido de maneira substancialmente vantajosa no catalisador SCR-HCT. Tal sistema catalisador serial provê desempenho melhorado para hidrocarbonetos (HC) durante a partida a frio e para óxidos de nitrogênio (NOx) após a ignição como um resultado de reações passivas de NH3- SCR.

[0045] Tais combinações de um catalisador TWC com um catalisador SCR-HCT pode compreender, além disso, um ou mais componentes catalisadores adicionais, pelo menos um dos quais pode ser posicionado a jusante do catalisador SCR-HCT. O um ou mais componentes catalisadores adicionais podem compreender quaisquer componentes efetivos para reduzir qualquer emissão indesejável (emissão direta e/ou emissão passiva). Tais componentes catalisadores adicionais incluem, mas não estão limitados a, catalisadores TWC adicionais, catalisadores de oxidação (OC), armadilha de NOx de mistura pobre (LNT) e semelhantes e suas combinações. Por exemplo, um catalisador TWC e um catalisador SCR-HCT em uma tal configuração pode ser empregado em combinação com um catalisador a jusante possuindo um metal do grupo da platina (PGM) eficaz para a oxidação de hidrocarbonetos. Conteúdos eficazes em PGM são geralmente conhecidos por aqueles versados na técnica e são, além disso, descritos abaixo neste documento. Em tais modalidades, o catalisador SCR-HCT pode armazenar hidrocarbonetos eficazmente durante a partida a frio e converter NOx durante o estágio quente. Após a liberação de hidrocarbonetos a partir do catalisador SCR-HCT no estágio quente, o catalisador a jusante pode converter os hidrocarbonetos.

[0046] Voltando às figuras, FIGS. 1-2 retratam sistemas TWC exemplares integrados com o catalisador SCR-HCT. No contexto desses sistemas, posições "acopladas" são entendidas como geralmente se pretende na técnica, por exemplo, sendo próxima ao motor do que nas posições tradicionais "abaixo do piso" (que estão debaixo do piso de um veículo). Geralmente, tais posições "acopladas" estão dentro do compartimento do motor, por exemplo, debaixo de do capô de um veículo e adjacente ao coletor de exaustão e, em tal posição, catalisadores acoplados são comumente expostos a altas temperaturas do gás de exaustão saindo imediatamente do motor após o motor ter sido aquecido (e, portanto, servem frequentemente para reduzir as emissões de hidrocarbonetos durante a partida a frio, isto é, o período imediatamente seguinte após a partida no motor a partir de condições do ambiente).

[0047] In FIG. 1, vários sistemas direcionados a um motor estequiométrico a gasolina são apresentados. FIG. 1A mostra um primeiro/a montante catalisador de conversão de três vias (TWC-1) em uma posição acoplada e o catalisador SCR-HCT seguido por um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2) em uma posição abaixo do piso, aproveitando a vantagem da baixa temperatura de envelhecimento para o catalisador à base de zeólita. Opcionalmente, um injetor de ar fornece ar a montante do catalisador SCR-HCT.

[0048] FIG. IB mostra um primeiro/a montante catalisador de conversão de três vias (TWC-1) seguido pelo catalisador SCR-HCT seguido por um catalisador de conversão de três vias (TWC-2), todos em uma posição acoplada. Opcionalmente, um injetor de ar fornece ar a montante da combinação SCR-HCT.

[0049] FIG. 1C mostra um primeiro/a montante catalisador de conversão de três vias (TWC-1) em uma posição acoplada seguida pelo catalisador SCR-HCT em uma posição abaixo do piso em conjunto com um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2), isto é, o catalisador SCR-HCT e o TWC-2 estão no mesmo módulo (ou podem estar em módulos separados). "Módulo", como usado neste documento, destina-se a ter seu significado usual, ou seja, uma unidade que possui um ou mais catalisadores associados com isto (por exemplo, contido nele ou localizado nele). Opcionalmente, um injetor de ar fornece ar a montante do catalisador SCR- HCT/TWC-2.

[0050] FIG. ID mostra um catalisador de conversão de três vias (TWC) a montante em uma posição acoplada seguido pela combinação SCR- HCT em uma posição abaixo do piso onde um injetor de ar fornece de ar a jusante do catalisador SCR-HCT, seguido por um catalisador de oxidação (OC), onde o suprimento de ar secundário aumenta a atividade SCR e a conversão de HC. Uma outra opção é localizar o TWC-1, o catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador PGM todos em um módulo ou lata. Quando necessário, o catalisador SCR-HCT pode ser colocado em um filtro particulado de gasolina (GPF) para atender aos requisitos para a remoção de matérias particuladas.

[0051] Certas modalidades (incluindo um catalisador TWC, catalisador SCR-HCT e catalisador contendo PGM) pode funcionar da seguinte forma. Na operação de um motor estequiométrico a gasolina, razões de combustível-ar oscilam rico e pobre de condições estequiométricas. O catalisador acoplado próximo ao TWC converte a maioria dos poluentes de emissão e, sob condições ricas com o excesso de redutores e uma deficiência de oxigênio, gera amônia passivamente por meio de excesso de redução de NOx.

[0052] O catalisador SCR-HCT captura hidrocarbonetos quebrados durante a partida a frio e lança o HC armazenado em uma temperatura de exaustão relativamente alta. Simultaneamente, o catalisador SCR-HCT armazena a amônia gerada por meio do catalisador TWC a montante e converte o NOx quebrado por meio de reações NH3-SCR. O catalisador contendo PGM a jusante converte os hidrocarbonetos liberados a partir do catalisador SCR-HCT a uma temperatura de exaustão relativamente alta e diminui a quebra adicional de poluentes emitidos.

[0053] FIG. 2 mostra um sistema de motor de injeção direta de gasolina pobre (GDI), compreendendo um catalisador de conversão de três vias (TWC) a montante em uma posição acoplada e o catalisador SCR-HCT seguido por meio de um catalisador de armadilha de NOx de mistura pobre em uma posição abaixo do piso. Quando necessário, o catalisador SCR-HCT pode ser colocado em um filtro particulado de gasolina (GPF) para atender aos requisitos de matérias particuladas.

[0054] Na operação de motor de injeção direta de gasolina pobre, a razão combustível-ar é mantida principalmente magra de condições estequiométricas com eventos de regeneração periódica que estão sob condições estequiometricamente ricas. Assim, o catalisador com armadilha de NOx de mistura pobre (LNT) é colocado a jusante do catalisador SCR-HCT para converter os hidrocarbonetos liberados a partir do catalisador SCR-HCT e para armazenar NOx sob condições pobres e diminuir o NOx armazenado sob condições ricas.

CATALISADORES SCR-HCT

[0055] Catalisadores SCR-HCT como descrito neste documento podem ser providos independentemente ou podem compreender parte de um sistema catalítico. A combinação SCR-HCT pode compreender, por exemplo um material catalítico de SCR compreendendo uma primeira zeólita e um material HCT compreendendo uma segunda zeólita que é diferente da primeira zeólita. Em algumas modalidades tanto o material SCR e o material HCT são depositados em um substrato monolítico. Esse projeto de componente duplo permite uma ampla gama de ajuste das funções SCR e HCT por meio da variação da razão de peso da primeira e segunda zeólita. Em uma ou mais modalidades, a razão da primeira zeólita para a segunda zeólita está em uma faixa de 10:1 a 1:10. A capacidade de ajustar essa razão pode ser benéfica, pois permite uma maior ênfase em algumas modalidades na função SCR (por exemplo, com uma razão de peso da primeira zeólita em relação a segunda zeólita maior do que 1:1, por exemplo, 1:1 para 10:1 e, em outras modalidades, a função HCT (por exemplo, com uma razão de peso da primeira zeólita em relação a segunda zeólita menor do que 1:1, por exemplo, 1:10-1:1). Em algumas modalidades, uma razão de peso substancialmente equivalente é útil, por exemplo, possuindo uma razão da primeira zeólita em relação a segunda zeólita de cerca de 2:1 para 1:2 ou 1.5:1 para 1:1.5 (por exemplo, 1:1). O catalisador SCR-HCT é substancialmente vantajoso (incluindo totalmente) livre de PGMs. O catalisador SCR-HCT pode incluir opcionalmente outros componentes, tais como a base de óxido de metal. Tais componentes adicionais podem, por exemplo, ser adicionados a qualquer material catalítico ou ser incluído como uma camada separada ou zona para acomodar funcionalidades adicionais como desejado.

[0056] Os materiais catalisadores SCR e HCT podem ser disposto de várias maneiras em relação um ao outro. Como mostrado na FIG. 3, uma modalidade, um catalisador SCR-HCT 10 exemplar, compreende tanto materiais SCR e HCT como uma mistura homogênea e depositado em uma camada única 14 em um substrato 12. Em outras modalidades, cada material catalítico pode estar em camadas separadas em qualquer ordem no substrato. Na FIG. 4A, um catalisador SCR-HCT 2 compreende uma camada exterior 28 compreendendo um material catalítico de SCR em uma camada interna 26, compreendendo material HCT, o qual é depositado no substrato 22. Na FIG. 4B, o catalisador SCR-HCT 30 compreende uma camada externa 36 compreendendo material catalítico de SCR em uma camada interna 38, compreendendo material catalítico de SCR, o qual é depositado no substrato 32. Em outras modalidades, cada material catalítico pode ser zoneado (em qualquer ordem). Na FIG. 5A, o catalisador SCR-HCT 40 compreende uma zona a montante 48 compreendendo material catalítico de SCR e uma zona 46 a montante compreendendo material HCT, o qual é depositado no substrato 42. O material catalítico SCR pode residir em uma primeira zona que pode abranger qualquer percentual na faixa de 1090% do substrato a partir da extremidade de montante e o material HCT que pode abranger qualquer percentual na faixa de 90-10% do substrato a partir da extremidade a jusante. Na FIG. 5B, a combinação SCR-HCT 50 compreende uma zona a montante 56 compreendendo material HCT e uma zona a jusante 58 compreendendo material catalítico de SCR, o qual é depositado no substrato 52. O material catalítico HCT pode residir em uma primeira zona que pode abranger qualquer percentual na faixa de 10-90% do substrato a partir da extremidade de montante e o material SCR que pode abranger qualquer percentual na faixa de 90-10% do substrato a partir da extremidade a jusante.

[0057] A combinação de um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) com armadilha de hidrocarboneto (HCT), ou o catalisador SCR- HCT, é eficaz para armazenar hidrocarbonetos durante a partida a frio e para converter óxidos de nitrogênio (NOx) durante o estágio quente. Em modalidades particulares, é benéfico empregar um catalisador de oxidação a jusante do catalisador SCR-HCT para converter os hidrocarbonetos liberados a partir do catalisador SCR-HCT durante o estágio quente.

[0058] Uma quantidade eficaz do catalisador associado com um catalisador SCR-HCT é entendida geralmente por um versado na técnica. Em uma modalidade particular, um catalisador SCR-HCT compreendendo Cu-CHA e H-Beta é usado, por exemplo, por meio de um revestimento tal como uma composição catalisadora como um washcoat ou um substrato cerâmico. Esses componentes podem estar em razões variadas em relação um ao outro, por exemplo, de cerca de 10:1 a 1:10 de relação em peso, de cerca de 2:1 a 1:2 de relação em peso, incluindo cerca de 1:1 de relação em peso. Em certas modalidades, o carregamento total do catalisador pode ser tal que o SCR-HCT compreende um carregamento de washcoat (após calcinação) de cerca de 1 a cerca de 10 g/in3 (por exemplo, de cerca de 1 a 5 ou cerca de 2 a 4 g/in3), onde o washcoat pode compreender, por exemplo, cerca de 1 a 6 % em peso de CuO, por exemplo, de cerca de 2 a cerca de 4 % em peso de CuO.

MATERIAL CATALÍTICO DE SCR

[0059] Em certas modalidades, o material catalítico de SCR compreende um ou mais materiais de peneiras moleculares. Em algumas modalidades, o material catalítico de SCR compreende peneiras moleculares com poros pequenos em um anel de 8 membros contendo um metal promotor. Como usado neste documento, o "poro pequeno" diz respeito a aberturas que são menores do que 5 Angstroms (por exemplo, de cerca de 2-5 A, de cerca de 2-4 A, de cerca de 3-5 A ou de cerca de 3-4 A, por exemplo na ordem de ~3.8 Angstroms. Uma peneira molecular com poros pequenos em um anel de 8 membros é uma zeólita com pequenos poros e anel de 8 membros.

[0060] Em algumas modalidades, o material catalítico de SCR compreende uma zeólita compreendendo uma unidade d6r. Assim, em uma ou mais modalidades, o material catalítico de SCR compreende uma zeólita possuindo um tipo de estrutura 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. Em outras formas de realização específicas, o material catalítico de SCR é uma zeolítica com um tipo de estrutura selecionado de entre o grupo que consiste em CHA, AEI, AFX, IIE, KFI, LEV, e suas combinações. Em modalidades ainda mais específicas, o material catalítico de SCR compreende uma zeólita com um tipo de estrutura selecionado a partir de CHA, AEI e AFX. Em uma ou mais modalidades muito específicas, o material catalítico de SCR compreende uma zeólita com o tipo de estrutura CHA.

[0061] Em certas modalidades, o material catalítico de SCR compreende uma chabazita zeolítica, que é um mineral tectosilicato de ocorrência natural de um grupo de zeólita com uma fórmula aproximada representada por (Ca,Na2,K2,Mg)Al2Si4012*6H20 (por exemplo, silicato de alumínio hidratado com cálcio). Três formas sintéticas de chabazita zeolítica que podem encontrar uso nos catalisadores SCR divulgados neste documento são descritas em "Zeolite Molecular Sieves," de D. W. Breck, publicado em 1973 por John Wiley & Sons, a qual é por meio deste documento incorporadas por referência. As três formas sintéticas relatadas por Breck são a Zeólita K-G, descritas na J. Chem. Soc., p. 2822 (1956), Barrer et al; Zeolite D, descrito em Patente Britânica de número 868,846 (1961); e Zeolite R, descrito em Patente Estadunidense de número 3,030,181, que são todos incorporados neste documento como referência. Síntese de outra forma sintética de chabazita zeolítica, SSZ-13, é descrita na Patente Estadunidense de número 4.544.538 para Zonas, incorporada aqui neste documento para referência. Um método de fazer outra peneira molecular sintética com estrutura de chabazita, SAPO-44, é descrita em Patente Estadunidense de número 6.162.415 de Liu et al, incorporada neste documento para referência.

[0062] A razão de sílica em relação à alumina de uma peneira molecular útil como materiais catalíticos de SCR pode variar em um amplo intervalo. Em uma ou mais modalidades, peneiras moleculares úteis como materiais catalíticos de SCR possuem uma proporção de sílica em relação à alumina molar (SAR) na gama de 2 a 300, incluindo 5 a 250; 5 a 200; 5 a 100; e 5 a 50. Em uma ou mais modalidades, a peneira molecular possui uma razão molar (SAR) de sílica em relação à alumina na faixa de 10 a 200, 10 a 100, 10 a 75, 10 a 60, 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. Em modalidades mais específicas, em relação a peneira molecular possuindo qualquer uma das gamas de SAR imediatamente anteriores, a partícula esférica da peneira molecular possui um tamanho de partícula d50 na faixa de cerca de 1.0 a cerca de 5 mícrons e mais especificamente, cerca de 1,0 a cerca de 3,5 mícrons, e os cristais individuais de uma peneira molecular possuem um tamanho de cristal na faixa de cerca de 100 a cerca de 250 nm.

[0063] Catalisadores de zeólita promotoras de metal incluindo, dentre outros, catalisadores zeólitas promotoras de ferro e cobre, para a redução catalítica seletiva dos óxidos de nitrogênio com amônia também são adequados. O metal promotor pode ser selecionado a partir de Cu, Fe, Co, Ni, La, Ce, Mn, V, Ag e suas combinações. Em modalidades especificas, o metal promotor é Cu, Fe ou suas combinações. O metal promovido, particularmente zeólitas de silicato de alumínio providas por cobre, possuindo o tipo de estrutura CHA e uma sílica a uma razão molar em relação à alumina maior do que 1, tem solicitado recentemente um alto grau de interesse como catalisadores para o SCR de óxidos de nitrogênio em motores de queima pobre usando redutores nitrogenados. O conteúdo de metal promotor em tais catalisadores, calculado como o óxido, em uma ou mais modalidades, é de cerca de 0,1% em peso, reportado em uma base livre de volatilidade. Em modalidades específicas, o metal promotor 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 componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Em modalidades específicas, o teor de Cu, calculado como CuO, está na faixa de cerca de 1 a cerca de 4% em peso.

[0064] Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 2 a 360, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 5 a 250, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 5 a 200, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0 a 10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 5 a 10, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 5 a 50, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 10 a 200, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 10 a 100, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 10 a 75, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade.

[0065] Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 10 a 60, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 10 a 50, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 15 a 100, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 15 a 75, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso, ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 15 a 75, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 15 a 50, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade.

[0066] Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 20 a 100, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade. Para catalisadores de zeólitas específicos promovendo metais possuindo um SAR de 20 a 75, o conteúdo de Cu pode estar na faixa de 0,1-10% em peso, ou 0,5 a 8% em peso ou 0,8 a 6% em peso ou 1 a 4% em peso ou mesmo 2 a 3% em peso em cada caso com base no peso total do componente de zeólita calcinada reportado em uma base livre de volatilidade.

[0067] Outra peneira molecular exemplar que pode ser útil como um material catalítico de SCR é um aluminofosfato. Tipos de aluminofosfatos incluem: silicoaluminofosfato (SAPO), aluminofosfato metálico (MeAPO), e silicoaluminofosfato metálico (MeSAPO). Síntese de uma forma sintética de uma peneira molecular exemplar de aluminofosfato, silicoaluminofosfato 34 (SAPO- 34), é descrita na Patente Estadunidense de número 4.440.871 e número 7.264.789, incorporada neste documento para referência. Um método de fazer outra peneira molecular sintética, SAPO-44, é descrita em Patente Estadunidense de número 6.162.415 de Liu et al, incorporada neste documento para referência.

MATERIAL HCT

[0068] Materiais capturando hidrocarbonetos, em várias modalidades, são geralmente vários tipos de zeólitas, tais como silicatos, modenites, tipo-Y, ZSM-5, MFI e/ou zeólita beta. Um material catalítico HCT exemplar é uma zeólita de uma estrutura de canal compreendendo anéis de 10 membros ou anéis de 12 membros (que podem, opcionalmente, ser trocados ionicamente). Uma vez que os hidrocarbonetos na saída do motor possuem tamanhos vários, um projeto do componente HCT compreende uma combinação de vários materiais (por exemplo, zeólitas múltiplas) com diferentes porosidades com o intuito de capturar a maioria das espécies de HC. Materiais HCT exemplares podem possuir uma razão molar (SAR) de sílica em relação à alumina na faixa de cerca de 5 a 1000. Zeólitas com SAR relativamente baixo (por exemplo, 5 a 100) possuem locais mais ácidos no quadro zeolítico e são conhecidos por oligomerizar hidrocarbonetos insaturados, uma característica desejada para a retenção de espécies de HC. Por outro lado, zeólitas com SAR relativamente alto (100-1000) são termicamente mais estáveis e, portanto, podem ser ideais para capturar espécies de HC maiores. Como uma consequência, uma combinação de duas ou mais zeólitas é vantajosamente empregada (por exemplo, um HCT multi-componente) e, em algumas modalidades, tal combinação pode compreender uma primeira zeólita com um SAR de 5-100 e uma segunda zeólita com um SAR de 100-1000. Zeólitas nas formas de Fe ou Cu trocados podem também ser usadas como materiais HCT.

METAL DO GRUPO DA PLATINA (PGM)-CONTENDO CATALISADORES

[0069] Os metais do grupo da platina (PGMs) podem ser usados em vários tipos de catalisadores empregados nos sistemas e métodos divulgados neste documento. Por exemplo, em certas modalidades, os materiais catalíticos de SCR podem ser incluídos em um catalisador TWC localizado a montante do catalisador SCR-HCT e/ou, em certas modalidades, o material catalítico de PGM pode ser incluído em um terceiro catalisador a jusante do catalisador SCR-HCT (que pode ser, por exemplo, um catalisador TWC, uma armadilha de NOx de mistura pobre (FNT), um catalisador de oxidação ou semelhante). Um do versado na técnica pode entender prontamente as quantidades catalíticas úteis de PGM para incorporar dentro de tais catalisadores contendo PGM. Por exemplo, em diferentes modalidades, quantidades de PGMs podem estar dentro de uma faixa de cerca de 1 a cerca de 50% em peso de uma dada composição catalítica (por exemplo, um washcoat), tal como a cerca de 1 a cerca de 25% em peso ou cerca de 1 a cerca de 10% em peso com base no washcoat geral.

CATALISADORES TWC A MONTANTE

[0070] O catalisador TWC a montante compreende tipicamente um ou mais metais do grupo da platina, tais como paládio (Pd e/ou ródio (Rh) e opcionalmente platina (Pt); um componente de armazenamento de oxigênio (OSC); e opcionalmente promotores e/ou estabilizadores. Catalisadores TWC podem ser projetados em camadas com localizações especificas de ingredientes para aumentar certas químicas e para acomodar vários projetos de motor. Certos sistemas divulgados neste documento tiram vantagem da produção a partir do catalisador TWC a montante em uma posição acoplada (TWC como CC1) (como a amônia pode participar no SCR dentro do catalisador SCR-HCT). Projetos exemplares para aumentar a geração de amônia a montante do catalisador SCR- HCT incluem, mas não estão limitados a um catalisador TWC com Pd em um acabamento (T/C); um catalisador TWC incluindo Pt; e catalisador WTC com Pt e BaO (como TWC-LNT) para aplicação GDI pobre. Um projeto possível é um catalisador TWC somente Pd.

[0071] Uma pessoa versada na técnica reconhecerá que as cargas de catalisador de catalisadores TWC pode variar. Por exemplo, em uma modalidade particular, um catalisador TWC a montante pode compreender um ou mais metais do grupo da platina, uma ou mais bases de óxido de metal e um ou mais óxido de metal de terra rara, por exemplo, com um total de carregamento de washcoat de cerca de 1 a 10 g/in3, tais como de cerca de 1 a 5 g/in3 (compreendendo qualquer número de camadas, por exemplo, de cerca de 1-5 camadas ou de cerca de 1-3 camadas), por exemplo, possuindo um conteúdo total de metal do grupo da platina de cerca de 1 a cerca de 6% em peso do washcoat, tais como cerca de 1 a cerca de 3% em peso do washcoat, um conteúdo de base de óxido de metal (tais como óxido de cério, óxido de zircônio e óxido de bário) de cerca de 50 a cerca de 80% em peso do washcoat, tais como cerca de 50 a cerca de 70% em peso do washcoat e um óxido e conteúdo de metal de terras rara de cerca de 7,5 a cerca de 15% em peso, tais como de cerca de 7,5 a cerca de 12,5% em peso do washcoat, com por exemplo cerca de 15 a cerca de 40% em peso do transportador (por exemplo, alumina).

CATALISADORES CONTENDO PGM A JUSANTE

[0072] Catalisadores típicos contendo metal do grupo da platina (PGM) a jusante contêm material catalítico que é eficaz para pelo a oxidação de hidrocarbonetos. Tais catalisadores podem ser designados como catalisadores convencionais de conversão de três vias (TWC) que contêm OSCs, que são eficazes para converter hidrocarbonetos de maneira substancialmente simultânea, monóxidos de carbono e óxidos de nitrogênio. Os catalisadores TWC com melhoria na combustão de HC e reformação de vapor (por exemplo, aqueles possuindo todos os três metais (Pd, Rh e Pt) e/ou aqueles possuindo Rh extra), podem ser desejados em modalidades particulares.

[0073] Outro catalisador contendo PGM pode ser uma armadilha de NOx de mistura pobre (LNT) que contém componentes capturando NOx, tais como óxido de bário (BaO) e/ou cério (CeO2) e, opcionalmente, um ou mais componentes OSC.

[0074] Outro catalisador exemplar contendo PGM é um catalisador de oxidação (OC). Catalisadores específicos contendo PGM podem, em algumas modalidades, serem eficazes não somente como catalisadores de oxidação, sendo livre de um ou mais dos seguintes: qualquer tipo de componente de armazenamento de oxigênio (OSC), componentes de captura de NOx e componentes de captura de HC. Outro OC exemplar para uso nos sistemas divulgados neste documento é um projeto somente com platina. Em algumas modalidades, um catalisador de oxidação de platina-paládio pode ser desejável. Um catalisador de oxidação de amônia (AMOx) compreendendo uma zeólita de cobre em conjunto com um metal suportado do grupo da platina (por exemplo, Pt-Al2O3) também pode ser desejável em algumas modalidades.

[0075] O catalisador contendo PGM a jusante pode estar em camadas ou zoneado como desejado para fornecer funcionalidades adicionais benéficas. Um do versado na técnica pode entender prontamente as quantidades catalíticas úteis de PGM para incorporar dentro desses vários tipos de catalisadores contendo PGM. Por exemplo, em diferentes modalidades, quantidades de PGMs podem estar dentro de uma faixa de cerca de 1 a cerca de 50% em peso de uma dada composição catalítica (por exemplo, um washcoat), tal como a cerca de 1 a cerca de 25% em peso ou cerca de 1 a cerca de 10% em peso com base no washcoat geral.

COMPOSIÇÕES CATALISADORAS

[0076] Composições catalisadores podem ser preparadas a partir de materiais catalíticos de uma ou mais camadas em um transportador. Uma dispersão de qualquer um ou mais dos materiais catalíticos conforme descrito neste documento podem ser usados para formar uma pasta para um washcoat. Para a pasta podem ser adicionados quaisquer ingredientes adicionais desejados, tais como outros metais do grupo da platina, outros suportes, outros estabilizadores e promotores e tipicamente para catalisadores TWC, um ou mais componentes de armazenamento de oxigênio.

[0077] Em uma ou mais modalidades, a pasta é ácida, possuindo um pH de cerca de 2 a cerca de 7. O pH da pasta pode ser reduzido pela adição de uma quantidade adequada de um ácido inorgânico ou um orgânico para a pasta. Combinações tanto de ácido inorgânico quanto orgânico podem ser usadas para modificar o pH da pasta quando a compatibilidade de ácido e matérias-primas é considerada. Ácidos inorgânicos incluem, mas não estão limitados a, ácido nítrico. Ácidos orgânicos incluem, mas não estão limitados a, ácido acético, propiônico, oxálico, malônico, succínico, glutâmico, adípico, maleico, fumárico, ftálico, tartárico, cítrico e semelhantes. Nota-se que a seleção do ácido pode ser relevante, de modo que a adição do ácido não deve introduzir elementos que são indesejáveis no contexto dos materiais catalíticos. Doravante, se desejado, compostos solúveis em água ou dispersáveis em água de componentes de armazenamento de oxigênio, por exemplo, compósito de cério-zircônio, um estabilizador, por exemplo, acetato de bário e um promotor, por exemplo, nitrato de lantânio, podem ser adicionados à pasta. A pasta é doravante cominuída para resultar em substancialmente todos os sólidos tendo tamanhos de partícula de menos de cerca de 20 mícrons, isto é, de cerca de 0,1 a 15 mícrons, em um diâmetro médio. A cominuição pode ser obtida em um moinho de bolas ou outros equipamentos similares e o teor de sólidos da pasta pode ser, por exemplo, cerca de 10 a 50 % em peso, mais particularmente cerca de 10 a 40 % em peso. O transportador pode então ser mergulhado uma ou mais vezes em tal suspensão, ou a suspensão pode ser revestida no transportador, de tal modo que será depositada no transportador a carga desejada do compósito de revestimento lavável/metal óxido, por exemplo, de cerca de 1,0 a cerca de 6,5 g/in3. Depois, o transportador revestido é calcinado por aquecimento, por exemplo, a 500-600 °C por um período de tempo suficiente para prover a calcinação (por exemplo, de 1 a cerca de 3 horas).

[0078] Tipicamente, quando um metal do grupo da platina é desejado como um componente de um composto catalisador, o metal do grupo da platina é utilizado sob a forma de um composto ou complexo para alcançar a dispersão do componente no suporte de óxido metálico refratário, por exemplo, alumina ativada ou um composto de cério-zircônio. Para os propósitos neste documento, o termo "componente metal" significa qualquer composto, complexo ou algo parecido que, mediante calcinação ou uso dos mesmos, decompõe-se ou caso contrário converte-se para uma forma cataliticamente ativa, geralmente o metal ou o óxido metálico. Compostos solúveis em água ou compostos ou complexos dispersáveis em água do componente metálico podem ser usados contanto que o meio líquido usado para impregnar ou depositar o componente metálico para as partículas de suporte de óxido metálico refratário não reage negativamente com o metal ou seu composto ou seu complexo ou outros componentes que podem estar presentes na composição do catalisador. Além disso, em algumas modalidades, o meio líquido deve ainda ser capaz de ser removido do componente metal por meio de volatilização ou decomposição mediante aquecimento e/ou aplicação de um vácuo. Em alguns casos, a conclusão da remoção do líquido pode não ocorrer até o catalisador ser colocado em uso e submetido às altas temperaturas encontradas durante a operação. Em geral, tanto do ponto de vista da economia quanto dos aspectos ambientais, soluções aquosas de compostos ou complexos solúveis dos metais preciosos são utilizadas. Durante a etapa de calcinação, ou pelo menos durante a fase inicial de utilização do compósito, tais compostos são convertidos em uma forma cataliticamente ativa do metal ou um composto respectivo.

[0079] Camadas adicionais, podem ser preparadas e depositadas sobre as camadas anteriores da mesma maneira como descrito acima para a deposição de qualquer camada sobre o transportador.

TRANSPORTADOR

[0080] Materiais catalíticos de todos os tipos, em modalidades preferenciais, são dispostos em um transportador, por exemplo, para aplicações de gás de exaustão. Um tipo exemplar de transportador útil no contexto da presente divulgação é um substrato monolítico.

[0081] O transportador pode ser qualquer um desses materiais tipicamente usados para a preparação de compósitos de catalisador e compreenderá preferencialmente uma estrutura de favo de mel cerâmica ou metálica. Qualquer transportador adequado pode ser empregado, tal como um substrato monolítico do tipo tendo passagens finas de fluxo de gás paralelo estendendo-se através das mesmas a partir de uma face de entrada ou uma de saída do substrato, tal que passagens estão abertas para o fluxo de fluido através das mesmas (referido como o fluxo de favo de mel através de substratos). 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.

[0082] O transportador também pode ser um substrato de filtro de fluxo de parede, onde os canais são bloqueados alternadamente, permitindo que uma corrente gasosa entre nos canais a partir de uma direção (direção de entrada), para fluir através das paredes do canal e sair dos canais a partir de outra direção (direção de saída). Um catalisador, tal como uma composição de catalisador de oxidação dual pode ser revestida no filtro de fluxo de parede. Se tal transportador for utilizado, o sistema resultante é vantajosamente capaz de remover matérias particuladas juntamente com poluentes gasosos. O transportador de filtro de fluxo de parede pode ser feito a partir de materiais comumente conhecidos na técnica, tais como cordierita ou carboneto de silício.

[0083] Transportadores úteis de acordo com a presente divulgação podem ser feitos de qualquer material refratário adequado, por exemplo, cordierita, cordierita-alumina, nitreto de silício, mulita zircônio, espodumena, magnésia alumina-sílica, silicato de zircônio, silimanita, um silicato de magnésio, zircônio, petalita, alumina, um silicato de alumínio e suas combinações. Os transportadores úteis para os catalisadores da presente invenção também podem ser metálicos na natureza e ser compostos de um ou mais metais ou ligas metálicas. Transportadores metálicos podem ser empregados em diversos formatos tais como chapa ondulada ou forma monolítica. Suportes metálicos preferenciais incluem os metais resistentes ao calor e as ligas metálicas tais como titânio e aço inoxidável, bem como outras ligas em que 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 15% em peso da liga, por exemplo 10-25% em peso de cromo, 3-8% em peso de alumínio e até 20% em peso % de níquel. As ligas também podem conter pequenas quantidades ou vestígios de um ou mais outros metais tais como o manganês, cobre, vanádio, titânio e semelhantes. A superfície dos transportadores de metal pode ser oxidada a altas temperaturas, por exemplo, 1000 °C ou superior, para melhorar a resistência à corrosão das ligas, formando uma camada de óxido nas superfícies dos transportadores. Tal oxidação induzida por alta temperatura pode melhorar a aderência do suporte de óxido metálico refratário e promover cataliticamente componentes metálicos para o transportador.

[0084] Em algumas modalidades, um ou mais materiais catalisadores podem ser depositados sobre um substrato de espuma de célula aberta. Tais substratos são bem conhecidos na técnica e são tipicamente formados de materiais metálicos ou cerâmicos refratários.

[0085] 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 de diversas maneiras. Nos seguintes, projetos preferenciais são providos, incluindo tais combinações como recitadas usadas isoladamente ou em combinações ilimitadas, cujas utilizações incluem catalisadores, sistemas e métodos de outros aspectos da presente invenção.

MODALIDADES ESPECÍFICAS

[0086] Diversas modalidades são listadas abaixo. Será entendido que as modalidades listadas abaixo podem ser combinadas com todos os aspectos e outras modalidades em conformidade com o escopo da invenção.

[0087] A modalidade 1 é um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva e uma armadilha de hidrocarboneto. O material catalítico de SCR e o HCT podem ser depositados em um substrato monolítico, por exemplo em uma mistura homogênea disso, em uma configuração em camadas, ou em uma configuração zoneada.

[0088] A modalidade 2 é um sistema de tratamento de emissões para um vapor de exaustão de um motor de combustão interna, o vapor de exaustão compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, o sistema de tratamento de emissões compreende: um conduíte de exaustão na comunicação fluida com o motor de combustão interna através de um coletor de exaustão; um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC- 1) localizado a jusante do motor de combustão interna no conduíte de exaustão; um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva e uma armadilha de hidrocarboneto a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão; e um terceiro catalisador a jusante da combinação SCR-HCT no conduíte de exaustão, o terceiro catalisador compreendendo um metal do grupo da platina (PGM) em uma quantidade eficaz para a oxidação de hidrocarbonetos. É de notar que o "coletor de exaustão" como usado neste documento é destinado para ter seu significado geral, isto é, uma unidade que coleta os gases de escape do motor e, onde múltiplas saídas de gás de escape do motor estão presentes, serve para combinar tais gases nisso para dar um vapor de gás de exaustão combinado. Tipicamente, esse vapor de gás de exaustão combinado passa por um "conduíte de exaustão", que está em comunicação fluida com o coletor de exaustão. "Conduíte de exaustão" também possui seu sentido geral, por exemplo, um canal através do qual um gás de exaustão (por exemplo, vapor de gás de exaustão combinado) passa a partir do coletor de exaustão antes de ser liberado.

[0089] A modalidade 3 é um sistema de tratamento de emissões para um vapor de exaustão de um motor de combustão interna, o vapor de exaustão compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, o sistema de tratamento de emissões compreende: um conduíte de exaustão na comunicação fluida com o motor de combustão interna através de um coletor de exaustão; um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC- 1) localizado a jusante do motor de combustão interna no conduíte de exaustão; um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva e uma armadilha de hidrocarboneto a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão, o catalisador SCR compreendendo uma primeira peneira molecular e o catalisador HCT compreendendo uma segunda peneira molecular que é diferente da primeira peneira molecular; e um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2) a jusante do catalisador SCR-HCT no conduíte de exaustão que compreende um metal do grupo da platina (PGM) e um componente de armazenamento de oxigênio em uma quantidade eficaz combinada para a oxidação de hidrocarbonetos.

[0090] A modalidade 4 é um método para tratamento de gases de exaustão compreendendo o conato com um vapor gasoso, o método compreendendo hidrocarbonetos (HCs) monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx), compreendendo a passagem de vapor de gasoso através de quaisquer dos sistemas de tratamento de emissões divulgados neste documento, em que: após o contato com o TWC-1, hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio são convertidos, substancialmente, de forma simultânea e a amônia é armazenada no catalisador SCR e usada para reduzir a quebra de NOx e os hidrocarbonetos são aprisionados no HCT durante a partida a frio e liberados em altas temperaturas; e após o contato com o terceiro catalisador, os hidrocarbonetos liberados a partir do HCT entram em combustão.

[0091] A modalidade 5 é um método para produção de um tratamento de emissões, o método compreendendo: prover um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC-1) localizado a jusante de u motor de combustão interna em um conduíte de exaustão; localizando um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) e uma armadilha de hidrocarboneto (HCT) a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão; e localizando um terceiro catalisador a jusante do catalisador SCR- HCT no conduíte de exaustão, o terceiro catalisador compreendendo um metal do grupo da platina (PGM) em uma quantidade eficaz para a oxidação de hidrocarbonetos.

[0092] Cada uma das modalidades de um a cinco neste documento pode possuir as seguintes características de projeto, isoladamente ou em combinação:

[0093] O catalisador SCR-HCT, em algumas modalidades, compreende um material catalítico SCR que compreende uma primeira peneira molecular e um material HCT compreende uma segunda peneira molecular que é diferente da primeira peneira molecular, os dois materiais catalíticos são depositados em um substrato monolítico;

[0094] A primeira peneira molecular, em algumas modalidades, compreende uma zeólita Cu-CHA;

[0095] A segunda peneira molecular, em algumas modalidades, compreende uma zeólita Beta;

[0096] A razão de peso do material catalítico de SCR para o material HCT, em algumas modalidades, está em uma faixa de 10:1 a 1:10 (ou de 4:1 a 1:4 ou 1,5:1 para 1:1,5 ou mesmo de 1:1);

[0097] O substrato monolítico, em algumas modalidades é um substrato de fluxo ou um filtro de fluxo de parede;

[0098] A primeira peneira molecular, em algumas modalidades, compreende uma zeólita com poros pequenos de anel de 8 membros contendo um metal promotor e a segunda peneira molecular compreende uma zeólita com poros médios de anel de 10 membros ou uma zeólita com poros grandes de anel de 12 membros que compreende opcionalmente um metal promotor;

[0099] A zeólita de anel de 8 membros, em algumas modalidades, é trocada ionicamente com um ou mais dentre cobre e ferro, possuindo uma estrutura CHA, SAPO ou AEI;

[00100] A zeólita com anel de 10 ou 12 membros, em algumas modalidades, compreende um metal promotor e um tipo de estrutura dentre ZSM-5, Beta ou MFI em uma forma dentre H+, NH4+, Cu trocado ou Fe trocado;

[00101] O material HCT e o material catalítico de SCR estão, em algumas modalidades, em uma camada homogeneamente mista no substrato monolítico;

[00102] O material HCT e o material catalítico de SCR estão, em algumas modalidades, em uma configuração em camadas no substrato monolítico;

[00103] O material HCT e o material catalítico de SCR estão, em algumas modalidades, em uma configuração zoneada no substrato monolítico;

[00104] O terceiro catalisador, em algumas modalidades, compreende um dentre os seguintes: um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2), um catalisador de oxidação (OC) ou uma armadilha de NOx de mistura pobre (LNT);

[00105] O terceiro catalisador, em algumas modalidades, é aquecido por meio de uma fonte externa;

[00106] O terceiro catalisador, em algumas modalidades, compreende um transportador possuindo uma massa térmica menor em relação ao transportador para o TWC-1;

[00107] O TWC-1, em algumas modalidades, está localizado em uma posição acoplada; e a combinação SCR-HCT e o terceiro catalisador estão localizados em uma posição abaixo do piso;

[00108] O TWC-1, o catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador, em algumas modalidades, estão todos localizados em um módulo.

[00109] Tanto o catalisador SCR-HCT quanto o terceiro catalisador, em algumas modalidades, estão localizados em um módulo.

[00110] O sistema de tratamento de emissões, em algumas modalidades, compreende além disso um suprimento de ar a montante do catalisador SCR-HCT; e

[00111] Em algumas modalidades, quando o terceiro catalisador é um TWC-2, após o contato com o TWC-2, os hidrocarbonetos liberados a partir do HCT entram em combustão e CO, HC e NOx são convertidos após a quebra.

EXEMPLOS

[00112] Os seguintes exemplos não limitantes devem servir para ilustrar as várias modalidades da presente invenção. Em cada um dos exemplos, o transportador era cordierite.

EXEMPLO 1

[00113] Esse exemplo descreve a preparação de um catalisador SCR-HCT compreendendo Cu-CHA e H-Beta. Cu-SSZ-13 (SAR = 30, 3% CuO) e H-Beta (SAR = 250), uma razão de peso de 1:1, foram formulados em uma pasta e revestidos em um substrato de cerâmica possuindo uma densidade de célula de 400 células por polegada quadrada e uma espessura de parede de 4 mil (cerca de 100 pm). O carregamento de washcoat foi de 3,2 g/in3 após calcinação a 550 °C. O catalisador SCR-HCT foi envelhecido a 850 °C por 10 horas em um fluxo de ar e 10% de vapor.

[00114] Esse exemplo descreve a preparação de um catalisador TWC-1 a montante compreendendo uma arquitetura com duas camadas de washcoat. O revestimento inferior, com um carregamento de washcoat de 2,08 g/in3, contendo 1,53% em peso de paládio, 20,7% em peso de uma grande área de superfície de alumina-gama (área de superfície BET: 150 m2/g), 20,9% em peso de óxido de cério, 40,8% em peso de óxido de zircônio, 4,8% em peso de óxido de bário e 11,3% em peso de óxidos de metal de terra rara como estabilizadores. O revestimento superior, com um carregamento de washcoat de 1,60 g/in3, contém 0,18% em peso de ródio, 31,3% em peso da mesma grande área de superfície alumina-gama, 6,2% em peso de óxido de cério, 50% em peso de óxido de zircônio, 3,1% em peso de óxido de bário e 9,4% em peso de óxidos de metal de terra rara como estabilizadores. As pastas foram moídas para reduzir o tamanho médio de partícula e foram então revestidas em um substrato cerâmico possuindo uma densidade de célula de 600 células por polegada quadrada e uma espessura de parede de 4 mil (cerca de 100 pm). O catalisador TWC-1 foi envelhecido em um motor a gasolina por 50 horas com um pico de temperatura de 1050 °C.

EXEMPLO 3

[00115] Esse exemplo representa um catalisador TWC-2 a jusante que possui a mesma composição que o do EXEMPLO 2. O catalisador foi envelhecido a 850 °C por 10 horas em um fluxo de ar e 10% de vapor.

EXEMPLO 4

[00116] Esse exemplo representa outro catalisador TWC-2 a jusante que possui a mesma composição que o do EXEMPLO 3, exceto que 18,2% em peso de paládio no revestimento inferior foi substituído com a mesma quantidade de paládio. O catalisador foi envelhecido a 850 °C por 10 horas em um fluxo de ar e 10% de vapor. Esse exemplo contém a adição de platina para aumentar a combustão de HC e reforma de vapor.

EXEMPLO 5 (COMPARATIVO)

[00117] Para efeito de comparação, o sistema catalisador de controle de emissão foi formado por meio de preparação, de acordo com os métodos estabelecidos neste documento, um catalisador TWC-1 de acordo com o Exemplo 2 em uma posição acoplada, e um catalisador TWC-2 de acordo com o Exemplo 3 em uma posição abaixo do piso.

EXEMPLO 6

[00118] Um sistema catalisador de controle de emissão inventivo foi formado por meio de preparação, de acordo com os métodos estabelecidos neste documento e com a Figura 1, Sistema 1A, um catalisador TWC-1 de acordo com o Exemplo 2 em uma posição acoplada, e um catalisador SCR-HCT de acordo com o Exemplo 1 seguido por um catalisador TWC-2 de acordo com o Exemplo 3 em uma posição abaixo do piso.

EXEMPLO 7

[00119] Um sistema catalisador de controle de emissão foi formado por meio de preparação, de acordo com os métodos estabelecidos neste documento e com a Figura 1, Sistema 1A, um catalisador TWC-1 de acordo com o Exemplo 2 em uma posição acoplada, e um catalisador SCR-HCT de acordo com o Exemplo 1 seguido por um catalisador TWC-2 de acordo com o Exemplo 4 em uma posição abaixo do piso.

EXEMPLO 8 (TESTE)

[00120] Os sistemas do Exemplo Comparativo 5 e Exemplos 6 e 7 foram testados em um reator de laboratório capaz de simular um ciclo de condução FTP-72. Todos os catalisadores foram testados em núcleos perfurados com formato de cilindro a partir dos catalisadores monólitos de tamanho completo correspondente. A dimensão dos núcleos dos catalisadores foi de uma 1 polegada de diâmetro e 1,5 polegadas de comprimento.

[00121] Os resultados dos testes de resíduos de emissões de NOx, HC e CO estão resumidos na FIG. 6. Em comparação com o Exemplo Comparativo 5, o sistema de invenção do Exemplo 6 convertido em um adicional de 10,2% de NOx e 5,4% de HC. O NOx benéfico é entendido como resultado a partir da reação passiva de NH3-SCR ocorrida entre o catalisador SCR-HCT, como tanto o tubo de exaustão de NOx e NH3 diminuíram em um padrão correlacionado, como mostrado nas FIG. 7 e FIG. 8. O HC benéfico estava parcialmente a partir da partida a frio e parcialmente a partir do estágio quente. Como mostrado na FIG. 9, o efeito de captura do catalisador SCR-HCT foi evidenciado por meio do atraso da liberação de HC durante a partida a frio. O efeito do TWC-2 abaixo do piso no desempenho do sistema também foi estudado. Por exemplo, o Exemplo 7 usou um catalisador TWC-2 contendo Pt, o que aumentou ainda mais o HC em 2% em referência ao Exemplo 6 na região de partida a frio.

[00122] Embora esta invenção tenha sido descrita com uma ênfase sobre modalidades preferenciais, será óbvio para aqueles ordinariamente versados na técnica que variações nos dispositivos e métodos preferenciais podem ser utilizadas e que pretende-se que a invenção possa ser praticada diferentemente daquilo que é especificamente descrito neste documento. Por conseguinte, esta invenção inclui todas as modificações englobadas dentro do espírito e escopo da invenção, tais como definidas pelas reivindicações a seguir.

Claims (20)

1. SISTEMA DE TRATAMENTO DE EMISSÕES, para um fluxo de exaustão de um motor de combustão interna, o fluxo de exaustão compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, em que dito sistema compreende: um conduíte de exaustão em comunicação fluida com o motor de combustão interna por meio de um coletor de exaustão; um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC-1) localizado a jusante do motor de combustão interna no conduíte de exaustão; um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) e uma armadilha de hidrocarboneto (HCT) a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão; e um terceiro catalisador a jusante do catalisador SCR-HCT no conduíte de exaustão, o terceiro catalisador compreendendo um metal do grupo da platina (PGM); caracterizado pelo catalisador SCR-HCT compreender um material catalítico SCR que compreende uma primeira peneira molecular e um material HCT que compreende uma segunda peneira molecular que é diferente da primeira peneira molecular, em que tanto o material catalítico de SCR e o material HCT são depositados em um substrato monolítico.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira peneira molecular compreender uma zeólita Cu-CHA e a segunda peneira molecular compreende uma zeólita Beta.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material catalítico de SCR e o material HCT estarem presentes em uma razão de peso de 10:1 a 1:10.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela primeira peneira molecular compreender uma zeólita com poros pequenos de anel de 8 membros contendo um promotor de metal e a segunda peneira molecular compreender uma zeólita com poros médios de anel de 10 membros ou uma zeólita com poros grandes de anel de 12 membros.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela zeólita com poros médios de anel de 10 membros ou com poros grandes de anel de 12 membros compreender um metal promotor.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela zeólita de anel de 8 membros ser trocada ionicamente com um ou mais dentre cobre e ferro, possuindo uma estrutura CHA, SAPO ou AEI.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela zeólita com anel de 10 ou 12 membros possuir um tipo de estrutura de ZSM- 5, Beta ou MFI em uma forma H+, NH4+, Cu-trocado ou Fe-trocado.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material HCT e o material catalítico de SCR estarem em uma camada homogeneamente mista no substrato monolítico.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material HCT e o material catalítico de SCR estarem em uma configuração em camadas no substrato monolítico.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material HCT e o material catalítico de SCR estarem em uma configuração zoneada no substrato monolítico.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo terceiro catalisador ser selecionado a partir do grupo consistindo em um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2), um catalisador de oxidação (OC), e uma armadilha de NOx de mistura pobre (LNT).

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo terceiro catalisador ser aquecido por meio de uma fonte externa.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por tanto o TWC-1 como o terceiro catalisador compreenderem transportadores, em que o transportador para o terceiro catalisador possui uma massa térmica menor em relação ao transportador para o TWC-1.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo TWC-1 estar localizado em uma posição acoplada fechada; e pelo catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador estarem localizados em uma posição abaixo do piso.

15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo TWC-1, o catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador estarem todos localizados em um módulo.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo catalisador SCR-HCT e o terceiro catalisador estarem ambos localizados em um módulo.

17. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender: um conduíte de exaustão em comunicação fluida com o motor de combustão interna através de um coletor de exaustão; um primeiro catalisador de conversão de três vias (TWC-1) localizado a jusante do motor de combustão interna no conduíte de exaustão; um catalisador SCR-HCT compreendendo um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) e uma armadilha de hidrocarboneto (HCT) a jusante do TWC-1 no conduíte de exaustão, o catalisador SCR compreendendo uma primeira peneira molecular e o catalisador HCT compreendendo uma segunda peneira molecular que é diferente da primeira peneira molecular; e um segundo catalisador de conversão de três vias (TWC-2) a jusante do catalisador SCR-HCT no conduíte de exaustão, o TWC-2 compreendendo um metal do grupo da platina (PGM) e um componente de armazenamento de oxigênio, em que a primeira peneira molecular compreende uma zeólita de anel de 8 membros possuindo uma estrutura CHA, SAPO ou AEI que é trocada ionicamente com cobre ou ferro, e a segunda peneira molecular compreende uma zeólita de anel de 10 a 12 membros possuindo uma estrutura ZSM-5, Beta ou MFI em uma forma dentre H+, NH4+, Cu trocado ou Fe trocado, em que a zeólita de anel de 10 a 12 membros é, opcionalmente, trocada ionicamente e em que os catalisadores HCT e SCR estão em uma configuração em camadas em um substrato monolítico.

18. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela primeira peneira molecular compreender uma zeólita Cu-CHA e a segunda peneira molecular compreender uma zeólita Beta.

19. MÉTODO PARA TRATAMENTO DE GASES DE EXAUSTÃO, caracterizado por compreender colocar uma corrente gasosa compreendendo hidrocarbonetos (HCs), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx) em contato com o sistema de tratamento de emissões, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 17.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por ao entrarem em contato com o TWC-1, hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio serem convertidos de maneira substancialmente simultânea e a amônia ser gerada; ao entrar em contato com o catalisador SCR-HCT, a amônia ser armazenada no catalisador SCR e usada para redução do NOx emitido, e os hidrocarbonetos serem presos no HCT durante a partida fria e liberados em altas temperaturas; e ao entrarem em contato com o terceiro catalisador, os hidrocarbonetos liberados a partir do HCT entrarem em combustão.