BR112018071049B1 - Sistema de escape para tratar um gás de escape produzido por um motor a diesel - Google Patents

Abstract

Um sistema de escape para um motor a diesel compreende: (a) um dispositivo de controle de emissões para oxidar CO e/ou HC, em que o dispositivo de controle de emissões compreende um metal do grupo da platina (PGM) e um substrato, em que o PGM é selecionado dentre platina (Pt), paládio (Pd) e uma combinação dos mesmos; (b) um injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape, que fica a jusante do dispositivo de controle de emissões: (c) um primeiro catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) a jusante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape, em que o primeiro catalisador SCR compreende um substrato e uma primeira composição de SCR, em que o substrato é um substrato de fluxo transpassante ou um substrato de filtragem; (d) um segundo catalisador SCR a jusante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva, em que o segundo catalisador SCR compreende um substrato de fluxo transpassante e uma segunda composição de SCR; e em que pelo menos um dentre o dispositivo de controle de emissões e o primeiro catalisador SCR tem um substrato de filtragem.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a um sistema de escape para um motor a diesel. A invenção também se refere a um veículo compreendendo o sistema de escape e a um método para tratar um gás de escape produzido por um motor a diesel.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Motores a diesel produzem uma emissão de escape que geralmente contém pelo menos quatro classes de poluente as quais são legisladas por organizações intergovernamentais em todo o mundo: monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HCs), óxidos de nitrogênio (NOx) e matéria particulada (PM). Uma variedade de dispositivos de controle de emissões existe para tratar um ou mais de cada tipo de poluente. Esses dispositivos de controle de emissões são frequentemente combinados como parte de um sistema de escape para assegurar que todas as quatro classes de poluente sejam tratadas antes da emissão do gás de escape no ambiente.

[003] Motores a diesel, particularmente motores a diesel de trabalho pesado (HD), estão sendo projetados para ter maior economia de combustível. Como uma consequência desses projetos, os motores a diesel produzem maiores níveis de óxidos de nitrogênio (NOx) e os sistemas de escape para tais motores precisam prover conversão de NOx cada vez mais altas para atender regulamentações de emissão.

[004] Redução catalítica seletiva (SCR) demonstraram ser uma solução efetiva para atender as exigências e regulamentações de emissão de NOx para motores a diesel, particularmente motores a diesel HD. Com a crescente demanda de maior economia de combustível, a melhoria da redução de emissão de NOx do sistema SCR permitiria maiores emissões de NOx do motor. Entretanto, tais exigências são desafiadoras para projetos de sistema de escape atuais, que tipicamente consistem de um catalisador de oxidação diesel (DOC), um filtro de fuligem catalisado (CSF) e um catalisador SCR.

[005] Uma abordagem é substituir o CSF com um filtro de particulado diesel (DPF) revestido com uma composição catalítica SCR ainda mantendo o catalisador de fluxo transpassante SCR a jusante. Um exemplo de um sistema de escape como este é descrito em SAE 2014-01-1525. Catalisadores de redução catalítica seletiva em um substrato de filtro mostraram ter altas capacidades de conversão de NOx (vide SAE 2008-01-0072, SAE 2011-01-1312 e SAE 2012-01-0843).

[006] É também desejável minimizar a quantidade de óxido nitroso (N2O) em emissões de gás de escape. A US Enviromental Protection Agency declarou que o impacto de uma libra de óxido nitroso (N2O) no aquecimento da atmosfera é superior a 300 vezes a de uma libra de dióxido de carbono (CO2). Óxido nitroso (N2O) é também uma substância depletora de ozônio (ODS). Foi estimado que moléculas de óxido nitroso (N2O) permanecem na atmosfera por cerca de 120 anos antes de serem removidas ou destruídas. A legislação atual para regular emissões de motor não limita óxido nitroso (N2O) em virtude de ele ser regulado separadamente como um gás de efeito estufa (GHG).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] A invenção se refere a um sistema de escape que é capaz de prover conversão de NOx muito alta, particularmente a baixa temperatura (por exemplo, na “partida a frio” - quando um motor a diesel é iniciado a frio). O sistema de escape pode também minimizar a quantidade de N2O que é gerado como um subproduto durante redução de NOx.

[008] A invenção provê um sistema de escape para tratar um gás de escape produzido por um motor a diesel compreendendo: (a) um dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs), em que o dispositivo de controle de emissões compreende um metal do grupo da platina (PGM) e um substrato, em que o metal do grupo da platina (PGM) é selecionado dentre platina (Pt), paládio (Pd) e uma combinação dos mesmos; (b) um injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape, que fica a jusante do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs); (c) um primeiro catalisador de redução catalítica seletiva a jusante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape, em que o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva compreende um substrato e uma primeira composição de redução catalítica seletiva, em que o substrato é um substrato de fluxo transpassante ou um substrato de filtração; (d) um segundo catalisador de redução catalítica seletiva a jusante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva, em que o segundo catalisador de redução catalítica seletiva compreende um substrato de fluxo transpassante e uma segunda composição de redução catalítica seletiva (SCR); e em que pelo menos um dentre o dispositivo de controle de emissões e o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva tem um substrato de filtragem.

[009] Os inventores observaram que excelente conversão de NOx pode ser obtida usando o sistema de escape da invenção. Observou-se que a conversão de NOx provida pelo sistema de escape pode ser adicionalmente melhorada por (a) dosagem de gás NH3, especialmente a baixas temperaturas, diretamente a montante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva e/ou (b) aquecimento do gás de escape do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs), especialmente quando a temperatura do gás de escape for relativamente baixa. Os sistemas de escape da invenção podem prover >95% de conversão de NOx em ciclos de teste FTP transientes, que permitirão que motores a diesel atendam regulamentações de emissão e metas de economia de combustível futuras.

[0010] A invenção adicionalmente provê um veículo. O veículo compreende um motor a diesel e um sistema de escape de acordo com a invenção.

[0011] A invenção também se refere a um método para tratar um gás de escape produzido por um motor a diesel. O método compreende as etapas de passar um gás de escape produzido por um motor a diesel através de um sistema de escape, particularmente um sistema de escape de acordo com a invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] As Figuras 1 a 5 são ilustrações esquemáticas de aspectos de um sistema de escape de acordo com a invenção.

[0013] A Figura 1 mostra um sistema de escape onde uma saída de gás de escape (1) de um turbocarregador de um motor a diesel escoa para um catalisador de oxidação (10), que pode ser catalisador de oxidação diesel (DOC) ou um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM). A saída de gás de escape (2) do catalisador de oxidação escoa através de um conduto para um primeiro catalisador de redução catalítica seletiva, que é um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (40). Um dosador de NH3 de fluxo lateral (20) é capaz de introduzir NH3 gasoso no conduto. Um dosador de ureia convencional (25) é também localizado no conduto. Tanto o dosador de NH3 de fluxo lateral (20) quanto o dosador de ureia (25) ficam a montante de um misturador (30). O misturador fica adjacente à face de entrada do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCR-DPF) (40). Um segundo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) (50). O SCR-DPF (40) e o catalisador SCR (50) são acoplados próximos um do outro e podem ser dispostos dentro do mesmo recipiente (60). O gás de escape da saída do catalisador SCR (50) pode então passar para um catalisador de amônia residual opcional (70).

[0014] A Figura 2 mostra o mesmo sistema de escape mostrado na Figura 1, exceto que o catalisador de oxidação (10) na Figura 1 foi substituído por um filtro de fuligem catalisado (80). O primeiro catalisador SCR tem um substrato de fluxo transpassante.

[0015] A Figura 3 mostra um sistema de escape similar ao sistema de escape na Figura 2, exceto que um catalisador de oxidação (10) está presente além do filtro de fuligem catalisado (80). O catalisador de oxidação pode ser um catalisador de oxidação diesel (DOC) ou um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM).

[0016] A Figura 4 é um diagrama esquemático mostrando um arranjo de dosador de NH3 de fluxo lateral. Gás de escape de um motor a diesel passa de um coletor de escape (5) para um turbocarregador (15) no sistema de escape. Um desvio (35) permite que parte do gás de escape (3) passe para um arranjo para dosagem de NH3 de fluxo lateral. O arranjo pode opcionalmente conter um filtro de fuligem catalisado (45). O dosador de NH3 de fluxo lateral (20) contém um dosador de ureia convencional (55) e um catalisador de hidrólise de ureia (65) para produzir NH3, que pode ser introduzido na corrente de gás de escape principal (1) a partir do turbocarregador (15).

[0017] A Figura 5 mostra um sistema de escape similar ao sistema de escape mostrado na Figura 1. O catalisador de oxidação (10) pode ser catalisador de oxidação diesel (DOC), um filtro de fuligem catalisado (CSF), um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) ou uma combinação de um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF). Em adição ou como uma alternativa ao dosador de NH3 de fluxo lateral (20), o sistema de escape pode conter um aquecedor elétrico (75), que pode ser usado para aquecer o gás de escape que é produzido pelo catalisador de oxidação (10).

[0018] A Figura 6 é um histograma mostrando a % de conversão de NOx para os Exemplos 1 e 2 em um ciclo FTP transiente de trabalho pesado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0019] A presente invenção será agora adicionalmente descrita. As seções seguintes se referem a diferentes partes do sistema de escape e definem cada parte em mais detalhe, e também ao veículo e método para a invenção. Cada parte ou aspecto da invenção assim definido pode ser combinado com qualquer outra parte ou aspecto da invenção, a menos que claramente indicado ao contrário. Em particular, qualquer aspecto indicado como sendo preferido ou vantajoso pode ser combinado com qualquer outro aspecto ou aspectos indicados como sendo preferidos ou vantajosos.

Dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs)

[0020] O dispositivo de controle de emissões é adequado para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs), preferivelmente CO e HCs. O dispositivo de controle de emissões pode ser adicionalmente adequado para oxidar óxido nítrico (NO) a dióxido de nitrogênio (NO2).

[0021] O dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) pode ser selecionado do grupo que consiste de: (i) um catalisador de oxidação diesel (DOC); (ii) um filtro de fuligem catalisado (CSF); (iii) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM); (iv) um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF); e (v) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) e um filtro de fuligem catalisado (CSF).

[0022] Quando o dispositivo de controle de emissões é um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF), então preferivelmente o DOC fica a montante, de preferência diretamente a montante, do CSF. Dessa forma, uma saída do DOC é acoplada (por exemplo, fluidicamente acoplada por um conduto de gás de escape) a uma entrada do CSF.

[0023] Quando o dispositivo de controle de emissões é um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) e um filtro de fuligem catalisado (CSF), então preferivelmente o catalisador de conceito de partida a frio fica a montante, de preferência diretamente a montante, do CSF. Dessa forma, uma saída do catalisador de conceito de partida a frio é acoplada (por exemplo, fluidicamente acoplada por um conduto de gás de escape) a uma entrada do CSF.

[0024] Quando o dispositivo de controle de emissões é (i) um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF) ou (ii) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) e um filtro de fuligem catalisado (CSF), então preferivelmente o DOC e o CSF ou o catalisador de conceito de partida a frio e o CSF são acoplados próximos um ao outro. Isto significa que a distância entre a extremidade de saída do catalisador de oxidação diesel ou o catalisador de conceito de partida a frio e a extremidade de entrada do filtro de fuligem catalisado é de 1,0 mm a 300 mm, preferivelmente 3 mm a 200 mm, mais preferivelmente 5 mm a 150 mm (por exemplo, 8 mm a 100 mm), tal como 10 mm a 80 mm (por exemplo, 12 mm a 70 mm), e ainda mais preferivelmente 15 mm a 50 mm. Isto é vantajoso para transferência térmica e para economia de espaço.

[0025] Quando o dispositivo de controle de emissões é (i) um filtro de fuligem catalisado (CSF), (ii) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) tendo um substrato de filtragem, (iii) um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF) ou (iv) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) e um filtro de fuligem catalisado (CSF), então preferivelmente o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva tem um substrato de fluxo transpassante.

[0026] Quando o dispositivo de controle de emissões é (i) um catalisador de oxidação diesel (DOC) ou (ii) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) tendo um substrato de fluxo transpassante, então preferivelmente o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva tem um substrato de filtragem (isto é, o primeiro catalisador SCR é um SCR-DPF).

[0027] No geral, é preferível que o sistema de escape da invenção compreenda um único substrato de filtragem.

[0028] Em geral, a entrada do dispositivo de controle de emissões é acoplada (por exemplo, fluidicamente acoplada), de preferência diretamente fluidicamente acoplada a um turbocarregador. Dessa forma, a corrente de gás de escape principal passa do motor a diesel através de um turbocarregador para o dispositivo de controle de emissões.

[0029] Tipicamente, o catalisador de oxidação diesel (DOC) e/ou o filtro de fuligem catalisado (CSF) compreendem cada qual uma composição catalítica disposta ou suportada em um substrato. A composição catalítica compreende metal do grupo da platina (PGM) selecionado dentre platina (Pt), paládio (Pd) e uma combinação dos mesmos.

[0030] Quando o dispositivo de controle de emissões é um catalisador de oxidação diesel e/ou um filtro de fuligem catalisado, então toda ou qualquer composição catalítica pode independentemente adicionalmente compreender pelo menos um material de suporte. Todo ou qualquer material de suporte pode independentemente compreender, ou consistir essencialmente de, um óxido refratário.

[0031] Tipicamente, todo ou qualquer óxido refratário é independentemente selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, zircônia, céria e um óxido misto ou compósito dos mesmos, tal como um óxido misto ou um óxido compósito de dois ou mais dos mesmos. Por exemplo, o óxido refratário pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, zircônia, céria, sílica-alumina, titânia-alumina, zircônia-alumina, céria-alumina, titânia-sílica, zircônia-sílica, zircônia-titânia, céria-zircônia e alumina-óxido de magnésio. É preferido que todo ou qualquer óxido refratário seja independentemente selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, sílica-alumina, céria-alumina e céria-zircônia. Mais preferivelmente, todo ou qualquer óxido refratário é independentemente selecionado do grupo que consiste em alumina e sílica-alumina.

[0032] Cada metal do grupo da platina (PGM) é tipicamente disposto ou suportado em um material de suporte. O PGM pode ser disposto diretamente sobre ou ser diretamente suportado pelo material de suporte. Por exemplo, platina e/ou paládio pode ser disperso no material de suporte.

[0033] Quando o dispositivo de controle de emissões é um catalisador de oxidação diesel e/ou um filtro de fuligem catalisado, então o metal do grupo da platina (PGM) de cada composição catalítica é preferivelmente selecionado dentre platina (Pt) e uma combinação de platina (Pt) e paládio (Pd). É preferido que o metal do grupo da platina (PGM) de cada composição catalítica seja uma combinação de platina (Pt) e paládio (Pd).

[0034] Quando o metal do grupo da platina (PGM) é uma combinação de platina (Pt) e paládio (Pd), então pode haver partículas individuais de platina e paládio, que podem ser separadas ou misturadas, ou a platina e paládio podem ser na forma de uma liga, preferivelmente uma liga bimetálica.

[0035] Em geral, o catalisador de oxidação diesel pode ter um carregamento total de metal do grupo da platina de 714,2 a 7.142 g/m3 (20 a 200 g ft-3), preferivelmente 892,75 a 6.249,25 g/m3 (25 a 175 g ft-3), e mais preferivelmente 1.071,3 a 5.713,6 g/m3 (30 a 160 g ft-3).

[0036] O filtro de fuligem catalisado pode ter um carregamento total de metal do grupo da platina de 17,85 a 357,1 g/m3 (0,5 a 10 g ft-3), preferivelmente 35,71 a 267,82 g/m3 (1 a 7,5 g ft-3), e mais preferivelmente 142,84 a 214,26 g/m3 (4 a 6 g ft-3).

[0037] O catalisador de oxidação diesel e/ou o filtro de fuligem catalisado podem cada qual independentemente compreender uma razão da massa total de platina para a massa total do paládio de 5:1 a 1:5 (por exemplo, 3:1 a 1:3), tal como 2:1 a 1:2. É preferido que a massa total de platina seja maior que a massa total de paládio. Preferivelmente, a razão da massa total de platina para a massa total de paládio é 5:1 a 1,1:1 (por exemplo, 4:1 a 7:6), tal como 3:1 a 1,25:1 (por exemplo, 2.5:1 a 1.25:1).

[0038] O catalisador de oxidação diesel e/ou o filtro de fuligem catalisado podem cada qual independentemente compreender uma quantidade total do material de suporte de 6,13 a 276,07 kg/m3 (0,1 a 4,5 g in-3) (por exemplo, 15,34 a 245,4 kg/m3 (0,25 a 4,0 g in-3)), preferivelmente 30,67 a 184,05 kg/m3 (0,5 a 3,0 g in-3), mais preferivelmente 36,81 a 153,37 kg/m3 (0,6 a 2,5 g in-3) (por exemplo, 46,01 kg/m3 a 92,02 kg/m3 (0,75 a 1,5 g in-3)).

[0039] Quando o dispositivo de controle de emissões é um catalisador de oxidação diesel, então o catalisador de oxidação diesel pode compreender uma zona a jusante. A zona a jusante é disposta em uma extremidade de saída do substrato. A zona a jusante pode ser formulada para realizar uma função específica, tal como capturar e/ou aprisionar platina volatilizada ou oxidar óxido nítrico (NO) a dióxido de nitrogênio (NO2).

[0040] A zona a jusante pode ter uma composição para capturar e/ou aprisionar platina volatilizada. Uma zona como essa reduz ou impede que platina volatilizada condense em um catalisador de redução catalítica seletiva a jusante. As composições para capturar e/ou aprisionar platina volatilizada são descritas em WO 2013/088133 A1, WO 2013/088132 A1, WO 2013/088128 A1, WO 2013/050784 A2 e pedido de patente internacional no. PCT/GB2016/050285.

[0041] A zona a jusante pode compreender platina, manganês ou um óxido dos mesmos, e um material de suporte compreendendo alumina. A platina e manganês, ou um óxido dos mesmos, são preferivelmente dispostos ou suportados no material de suporte. Observou-se que, quando manganês ou um óxido do mesmo é incluído em uma zona a jusante que excelente atividade de oxidação de NO pode ser obtida.

[0042] Quando a zona a jusante compreende manganês, o material de suporte preferivelmente compreende, ou consiste essencialmente de, sílica- alumina ou alumina dopada com sílica.

[0043] Quando a zona a jusante compreende manganês, então a zona a jusante pode adicionalmente compreender paládio, tal como paládio disposto ou suportado no material de suporte. A zona a jusante preferivelmente tem uma razão de platina para paládio em peso de > 2:1 (por exemplo, Pt:Pd 1:0 a 2:1), mais preferivelmente > 4:1 (por exemplo, Pt:Pd 1:0 a 4:1).

[0044] O catalisador de oxidação diesel pode adicionalmente compreender um material adsorvente de hidrocarboneto. O material adsorvente de hidrocarboneto pode ser uma zeólita. A zeólita preferivelmente não é uma zeólita trocada com metal de transição.

[0045] É preferido que a zeólita seja uma zeólita de poro médio (por exemplo, uma zeólita tendo um tamanho de anel máximo de dez átomos tetraédricos) ou uma zeólita de poro grande (por exemplo, uma zeólita tendo um tamanho de anel máximo de doze átomos tetraédricos). Pode ser preferível que a zeólita não seja uma zeólita de poro pequeno (por exemplo, uma zeólita tendo um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos).

[0046] Exemplos de zeólitas ou tipos de zeólita adequados incluem faujasita, clinoptilolita, mordenita, silicalita, ferrierita, zeólita X, zeólita Y, zeólita Y ultraestável, zeólita AEI, zeólita ZSM-5, zeólita ZSM-12, zeólita ZSM-20, zeólita ZSM-34, zeólita CHA, zeólita SSZ-3, zeólita SAPO-5, defretita, uma zeólita beta ou uma zeólita CHA de cobre. A zeólita é preferivelmente ZSM-5, uma zeólita beta ou uma zeólita Y.

[0047] Quando o catalisador de oxidação diesel compreende um material adsorvente de hidrocarboneto, então a quantidade total de material adsorvente de hidrocarboneto é tipicamente 3,07 a 184,05 kg/m3 (0,05 a 3,00 g in-3), particularmente 6,13 a 122,7 kg/m3 (0,10 a 2,00 g in-3), mais particularmente 12,27 a 613,5 kg/m3 (0,2 a 1,0 g in-3). Por exemplo, a quantidade total de material adsorvente de hidrocarboneto pode ser 49,08 a 107,36 kg/m3 (0,8 a 1,75 g in-3), tal como 61,35 a 92,02 kg/m3 (1,0 a 1,5 g in-3).

[0048] Uma vantagem de incluir um catalisador de oxidação diesel (DOC) no sistema de escape é que a quantidade de N2O gerado pelo DOC é mínima.

[0049] Uma vantagem de incluir um filtro de fuligem catalisado (CSF) no sistema de escape é que o CSF remove fuligem (isto é, matéria particulada). O CSF pode ser somente responsável pela remoção de fuligem (por exemplo, quando o primeiro catalisador SCR tem um substrato de fluxo transpassante) ou pode contribuir para a remoção de fuligem geral do sistema de escape (por exemplo, quando o primeiro catalisador SCR é um SCR-DPF).

[0050] O dispositivo de controle de emissões pode compreender um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (sozinho ou com um filtro de fuligem catalisado (CSF)). Em comparação com DOCs e CSFs, um catalisador de conceito de partida a frio (referido aqui a seguir como um “catalisador de partida a frio”) é capaz de armazenar NOx a temperaturas relativamente baixas com uma alta eficiência de armazenamento. Um catalisador de partida a frio libera NOx quando ele atinge uma certa temperatura (diferente de armadilhas de NOx pobre (LNTs) ou catalisadores de armazenamento de NOx (NSCs), que liberam NOx quando a composição do gás de escape fica “rica”).

[0051] Uma vantagem de catalisadores de partida a frio é que eles são capazes de armazenar NOx quando a temperatura do sistema de escape é relativamente baixa, de forma que o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva e o segundo catalisador de redução catalítica seletiva não atingiu suas temperaturas operacionais efetivas para reduzir NOx. A temperatura de liberação de NOx do catalisador de partida a frio pode ser maior ou igual à temperatura operacional efetiva do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva e/ou do segundo catalisador de redução catalítica seletiva. Isto significa que o catalisador de partida a frio pode liberar NOx quando o sistema de escape tiver atingido uma temperatura na qual o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva e/ou o segundo catalisador de redução catalítica seletiva podem efetivamente reduzir NOx.

[0052] Tipicamente, o catalisador de partida a frio compreende um material catalítico disposto ou suportado em um substrato. O material catalítico compreende, ou pode consistir essencialmente de um catalisador de peneira molecular. O catalisador de peneira molecular compreende, ou consiste essencialmente de, um metal nobre e uma peneira molecular. O catalisador de peneira molecular pode ser preparado de acordo com o método descrito em WO 2012/166868.

[0053] Em geral, o catalisador de peneira molecular compreende, ou consiste essencialmente de, uma peneira molecular trocada com metal nobre.

[0054] O metal nobre é tipicamente selecionado do grupo que consiste em paládio (Pd), platina (Pt), ródio (Rh) e misturas de dois ou mais dos mesmos. Mais preferivelmente, o metal nobre é selecionado dentre paládio (Pd), platina (Pt) e uma mistura dos mesmos.

[0055] Em geral, é preferido que o metal nobre compreenda, ou consista de, paládio (Pd) e opcionalmente um segundo metal selecionado do grupo que consiste em platina (Pt) e ródio (Rh). Ainda mais preferivelmente, o metal nobre compreende, ou consiste de, paládio (Pd) e opcionalmente platina (Pt). Mais preferivelmente, o catalisador de peneira molecular compreende paládio como o único metal nobre.

[0056] Quando o metal nobre compreende, ou consiste em paládio (Pd) e um segundo metal, então a razão em massa de paládio (Pd) para o segundo metal é > 1:1. Mais preferivelmente, a razão em massa de paládio (Pd) para o segundo metal é > 1:1 e a molar razão de paládio (Pd) para o segundo metal é > 1:1.

[0057] O catalisador de peneira molecular pode adicionalmente compreender um metal de base. Dessa forma, o catalisador de peneira molecular pode compreender, ou consistir essencialmente de, um metal nobre, uma peneira molecular e opcionalmente um metal de base. O catalisador de peneira molecular pode compreender, ou consistir essencialmente de, uma peneira molecular trocada com metal nobre e metal de base.

[0058] O metal de base pode ser selecionado do grupo que consiste em ferro (Fe), cobre (Cu), manganês (Mn), cromo (Cr), cobalto (Co), níquel (Ni), zinco (Zn) e estanho (Sn), bem como misturas de dois ou mais dos mesmos. É preferido que o metal de base seja selecionado do grupo que consiste em ferro, cobre e cobalto, mais preferivelmente ferro e cobre. Ainda mais preferivelmente, o metal de base é ferro.

[0059] Alternativamente, o catalisador de peneira molecular pode ser substancialmente livre de um metal de base, tal como um metal de base selecionado do grupo que consiste em ferro (Fe), cobre (Cu), manganês (Mn), cromo (Cr), cobalto (Co), níquel (Ni), zinco (Zn) e estanho (Sn), bem como misturas de dois ou mais dos mesmos. Dessa forma, o catalisador de peneira molecular pode não compreender um metal de base.

[0060] Em geral, é preferido que o catalisador de peneira molecular não compreenda um metal de base.

[0061] A peneira molecular é tipicamente composta de alumínio, silício e/ou fósforo. A peneira molecular no geral tem um arranjo tridimensional (por exemplo, rede) de SiO4, AlO4 e/ou PO4 que são unidos pelo compartilhamento de átomos de oxigênio. A peneira molecular pode ter uma rede aniônica. A carga da rede aniônica pode ser contrabalançada por cátions, tal como por cátions de elementos alcalinos e/ou alcalinos terrosos (por exemplo, Na, K, Mg, Ca, Sr e Ba), cátions e/ou prótons de amônio.

[0062] Tipicamente, a peneira molecular tem uma rede de aluminossilicato, uma rede de aluminofosfato ou uma rede de silicoaluminofosfato. A peneira molecular pode ter uma rede de aluminossilicato ou uma rede de aluminofosfato. É preferido que a peneira molecular tenha uma rede de aluminossilicato ou uma rede de silicoaluminofosfato. Mais preferivelmente, a peneira molecular tem uma rede de aluminossilicato.

[0063] Quando a peneira molecular tem uma rede de aluminossilicato, então a peneira molecular é preferivelmente uma zeólita.

[0064] Em geral, a peneira molecular pode ser uma peneira molecular trocada com metal nobre (por exemplo, peneira molecular trocada com metal nobre tendo uma rede de aluminossilicato ou aluminofosfato). O metal nobre pode estar presente em um local extrarrede na superfície externa da peneira molecular ou dentro de um canal, cavidade ou gaiola da peneira molecular.

[0065] O catalisador de peneira molecular no geral tem pelo menos 1 % em peso (isto é, da quantidade de metal nobre do catalisador de peneira molecular) do metal nobre (por exemplo, por troca, tal como localizado dentro dos poros da peneira molecular), preferivelmente pelo menos 5 % em peso, mais preferivelmente pelo menos 10 % em peso, tal como pelo menos 25 % em peso, ainda mais preferivelmente pelo menos 50 % em peso.

[0066] A peneira molecular pode ser selecionada de uma peneira molecular de poro pequeno (isto é, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos), uma peneira molecular de poro médio (isto é, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de dez átomos tetraédricos) e uma peneira molecular de poro grande (isto é, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de doze átomos tetraédricos). Mais preferivelmente, a peneira molecular é selecionada de uma peneira molecular de poro pequeno e uma peneira molecular de poro médio.

[0067] Em uma primeira modalidade de catalisador de peneira molecular, a peneira molecular é uma peneira molecular de poro pequeno. A peneira molecular de poro pequeno preferivelmente tem uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de Rede (FTC) selecionado 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, bem como uma mistura ou intercrescimento de quaisquer dois ou mais dos mesmos. O intercrescimento é preferivelmente selecionado dentre KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI- CHA, e AEI-SAV. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de rede com um FTC que é AEI, CHA ou um intercrescimento de AEI-CHA. Ainda mais preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de rede com um FTC que é AEI ou CHA, particularmente AEI.

[0068] Preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma rede de aluminossilicato ou uma rede de silicoaluminofosfato. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma rede de aluminossilicato (isto é, a peneira molecular é uma zeólita), especialmente quando a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de rede representada por um intercrescimento de FTC que é AEI, CHA ou um AEI- CHA, particularmente AEI ou CHA.

[0069] Em um segundo modalidade de catalisador de peneira molecular, a peneira molecular tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON e EUO, bem como misturas de quaisquer dois ou mais dos mesmos.

[0070] Em uma terceira modalidade de catalisador de peneira molecular, a peneira molecular é uma peneira molecular de poro médio. A peneira molecular de poro médio preferivelmente tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em MFI, FER, MWW e EUO, mais preferivelmente MFI.

[0071] Em uma quarta modalidade de catalisador de peneira molecular, a peneira molecular é uma peneira molecular de poro grande. A peneira molecular de poro grande preferivelmente tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em CON, BEA, FAU, MOR e EMT, mais preferivelmente BEA.

[0072] Em cada da primeira à quarta modalidade de catalisadores de peneira molecular, a peneira molecular preferivelmente tem uma rede de aluminossilicato (por exemplo, a peneira molecular é uma zeólita). Cada dos códigos de três letras supramencionados representa um tipo de rede de acordo com a “IUPAC Commission on Zeolite Nomenclature” e/ou A “Structure Commission of the International Zeolite Association”.

[0073] A peneira molecular tipicamente tem uma razão molar de sílica para alumina (SAR) de 10 a 200 (por exemplo, 10 a 40), tal como 10 a 100, mais preferivelmente 15 a 80 (por exemplo, 15 a 30). A SAR no geral se refere a uma peneira molecular tendo uma rede de aluminossilicato (por exemplo, uma zeólita) ou uma rede de silicoaluminofosfato, preferivelmente uma rede de aluminossilicato (por exemplo, uma zeólita).

[0074] O catalisador de peneira molecular da primeira, terceira e quarta modalidades de catalisadores de peneira molecular (e também para alguns dos tipos de Rede da segunda modalidade de catalisador de peneira molecular), particularmente quando a peneira molecular é uma zeólita, pode ter um espectro infravermelho tendo um pico de absorção característico em uma faixa de 750 cm-1 a 1.050 cm-1 (além dos picos de absorção para a própria peneira molecular). Preferivelmente, o pico de absorção característico é na faixa de 800 cm-1 a 1000 cm-1, mais preferivelmente na faixa de 850 cm-1 a 975 cm-1.

[0075] No geral, o catalisador de partida a frio compreende um carregamento total de metal nobre (isto é, do catalisador de peneira molecular, particularmente na primeira região) de > 35,71 g/m3 (1 g ft-3), preferivelmente > 35,71 g/m3 (1 g ft-3), e mais preferivelmente > 71,42 g/m3 (2 g ft-3).

[0076] O catalisador de partida a frio tipicamente compreende um carregamento total de metal nobre (isto é, do catalisador de peneira molecular) de 35,71 g/m3 a 8.927,5 g/m3 (1 a 250 g ft-3), preferivelmente 178,55 a 5.356,5 g/m3 (5 a 150 g ft-3), mais preferivelmente 357,1 a 3.571 g/m3 (10 a 100 g ft-3).

[0077] No geral, todo ou qualquer substrato (isto é, do dispositivo de controle de emissões) é um monólito (também referido aqui como um monólito de substrato). Tais monólitos são bem conhecidos na técnica.

[0078] O substrato, particularmente o monólito de substrato, preferivelmente tem um diâmetro de > 7 polegadas (por exemplo, > 17,8 cm). Tais substratos de monólito tendem a ser usados em aplicações a diesel de trabalho pesado.

[0079] Tipicamente, um catalisador de oxidação diesel compreende um substrato, que é um substrato de fluxo transpassante (por exemplo, um monólito de fluxo transpassante). Um filtro de fuligem catalisado compreende um substrato, que é um substrato de filtragem (por exemplo, um monólito de filtragem). Um catalisador de partida a frio compreende um substrato, que é um substrato de fluxo transpassante (por exemplo, um monólito de fluxo transpassante) ou um substrato de filtragem (por exemplo, um monólito de filtragem). É preferido que o catalisador de partida a frio compreenda um substrato que é um substrato de fluxo transpassante.

[0080] Um monólito de fluxo transpassante tipicamente compreende um monólito alveolar (por exemplo, um monólito alveolar de metal ou cerâmica) tendo uma pluralidade de canais que se estendem através do mesmo, cujos canais são abertos em ambas as extremidades.

[0081] O monólito de filtragem pode ser um monólito de substrato de filtro de fluxo de parede. Um monólito de substrato de filtro de fluxo de parede no geral compreende uma pluralidade de canais de entrada e uma pluralidade de canais de saída, em que os canais de entrada são abertos em uma extremidade a montante (isto é, lado de entrada de gás de escape) e são tampados ou vedados em uma extremidade a jusante (isto é, lado de saída de gás de escape), os canais de saída são tampados ou vedados em uma extremidade a montante e são abertos em uma extremidade a jusante, e em que cada canal de entrada é separado de um canal de saída por uma parede (por exemplo, uma parede tendo uma estrutura porosa).

[0082] Em um monólito de substrato de filtro de fluxo de parede, cada canal de entrada é alternadamente separado de um canal de saída por uma parede (por exemplo, de estrutura porosa) e vice-versa. É preferido que os canais de entrada e os canais de saída sejam arranjados em um arranjo alveolar. Quando existe um arranjo alveolar, é preferido que os canais verticalmente e lateralmente adjacentes a um canal de entrada sejam tampados em uma extremidade a montante e vice-versa (isto é, os canais verticalmente e lateralmente adjacentes a um canal de saída são tampados em uma extremidade a jusante). Quando visto por qualquer extremidade, as extremidades alternadamente tampadas e abertas dos canais tomam a aparência de um tabuleiro de xadrez.

[0083] Em geral, o substrato pode ter uma forma tubular, fibrosa ou particulada. Exemplos de substratos de suporte adequados incluem um substrato do tipo cordierita alveolar monolítico, um substrato do tipo SiC alveolar monolítico, um substrato do tipo fibras em camadas ou pano tecido, um substrato do tipo espuma, um substrato do tipo fluxo cruzado, um substrato do tipo malha de arame de metal, um substrato do tipo corpo poroso de metal e um substrato do tipo partícula cerâmica.

[0084] Tipicamente, o catalisador de oxidação diesel e/ou o filtro de fuligem catalisado e/ou o catalisador de partida a frio é substancialmente livre de ródio e/ou é substancialmente livre de um componente de armazenamento de NOx compreendendo, ou consistindo essencialmente de, um óxido, um carbonato ou um hidróxido de um metal alcalino, um metal alcalino terroso e/ou um metal terra rara. Mais preferivelmente, o catalisador de oxidação diesel e/ou o filtro de fuligem catalisado e/ou o catalisador de partida a frio não compreende ródio e/ou não compreende um componente de armazenamento de NOx compreendendo, ou consistindo essencialmente de, um óxido, um carbonato ou um hidróxido de um metal alcalino, um metal alcalino terroso e/ou um metal terra rara.

[0085] Pode ser preferível que o catalisador de peneira molecular seja substancialmente livre de platina. Mais preferivelmente, o catalisador de peneira molecular não compreende platina.

Injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape

[0086] O sistema de escape da invenção compreende um injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape. Para evitar dúvidas, o injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape não é (por exemplo, compreende diferentes componentes) o meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape como descrito a seguir.

[0087] Tipicamente, o injetor é um injetor de líquido adequado para introduzir uma solução compreendendo um precursor de amônia no gás de escape.

[0088] O precursor de amônia é preferivelmente ureia ou formato de amônio, mais preferivelmente ureia. Os sistemas de dosagem de ureia para catalisadores SCR são conhecidas na técnica.

[0089] Em geral, o injetor atomiza o precursor de amônia, ou uma solução compreendendo o precursor de amônia, mediante injeção no gás de escape, tal como pulverizando o precursor de amônia ou a solução compreendendo o precursor de amônia. O injetor pode ser um injetor sem ar ou um injetor assistido por ar.

[0090] O injetor é configurado para introduzir um precursor de amônia no gás de escape a montante do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva. É preferido que o injetor seja configurado para introduzir de forma controlada uma quantidade de precursor de amônia no gás de escape a montante do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva. Mais preferivelmente, o injetor é configurado para introduzir de forma controlada uma quantidade de precursor de amônia no gás de escape a montante do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva para prover uma razão de amônia molar para NOx (ANR) de 0,7 a 1,3 (por exemplo, 0,9 a 1,2), tal como 1,0 a 1,2 (por exemplo, cerca de 1:1).

[0091] O injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape é (por exemplo, localizado) a jusante, preferivelmente a jusante da saída do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs). Quando o dispositivo de controle de emissões é (i) um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF) ou (ii) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) e um filtro de fuligem catalisado (CSF), então preferivelmente o injetor é (por exemplo, localizado) a jusante da saída do CSF.

[0092] Tipicamente, o dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) tem uma saída acoplada, preferivelmente fluidicamente acoplada por um conduto de gás de escape, a uma entrada do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva. O injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape é preferivelmente localizado entre a saída do dispositivo de controle de emissões e a entrada do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva. O injetor é preferivelmente conectado a um conduto de gás de escape entre a saída do dispositivo de controle de emissões e a entrada do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva.

[0093] O injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape é tipicamente acoplado, preferivelmente fluidicamente acoplado, a um tanque de armazenamento de precursor de amônia. Dessa forma, o sistema de escape da invenção pode adicionalmente compreender um tanque de armazenamento de precursor de amônia.

[0094] O injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape pode ser eletricamente acoplado a um sistema de gerenciamento de motor. O sistema de gerenciamento de motor pode ser configurado para disparar o injetor para injetar precursor de amônia no gás de escape quando a temperatura do gás de escape for > T1, em que T1 é 200 °C, preferivelmente 215 °C, mais preferivelmente 230 °C. É particularmente preferido que o sistema de gerenciamento de motor é configurado para disparar o injetor para injetar precursor de amônia no gás de escape quando a temperatura do gás de escape for > T1 e quando a ANR molar do gás de escape é < 0,7, preferivelmente < 0,9.

[0095] O sistema de gerenciamento de motor e/ou o injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape pode ser eletricamente acoplado a um sensor de temperatura (por exemplo, um termopar) localizado a montante, de preferência diretamente a montante do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva. O sensor de temperatura é localizado a jusante do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs). O sensor de temperatura é adequado para determinar T1.

[0096] Adicionalmente, ou alternativamente, o sistema de gerenciamento de motor e/ou o injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape pode ser eletricamente acoplado a um sensor de NOx localizado a montante, de preferência diretamente a montante, do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva. O sensor de NOx é preferivelmente localizado a jusante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape.

[0097] O sistema de escape pode adicionalmente compreender um misturador, em que o misturador é (por exemplo, localizado, tal como no conduto de gás de escape) a montante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva e a jusante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape.

Primeiro catalisador de redução catalítica seletiva (SCR)

[0098] O sistema de escape da invenção compreende um primeiro catalisador de redução catalítica seletiva. O primeiro catalisador SCR é (por exemplo, localizado) a jusante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape. O primeiro catalisador SCR é a montante do segundo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR).

[0099] O primeiro catalisador SCR compreende um substrato e uma primeira composição do catalisador SCR. O substrato pode ser um substrato de fluxo transpassante ou um substrato de filtragem. O termo “primeiro” na expressão “primeira composição de redução catalítica seletiva” é usado para delinear a composição de outras composições de redução catalítica seletiva que estão presentes no sistema de escape.

[00100] Quando o primeiro catalisador SCR tem um substrato de fluxo transpassante, então o substrato pode compreender a primeira composição de catalisador SCR (isto é, o primeiro catalisador SCR é obtido por extrusão) ou a primeira composição de catalisador SCR pode ser disposta ou suportada no substrato (isto é, a primeira composição de catalisador SCR é aplicada sobre o substrato por um método de aplicação de revestimento reativo). É preferido que a primeira composição de catalisador SCR seja disposta ou suportada no substrato.

[00101] Em geral, é preferido que o primeiro catalisador SCR tenha um substrato de filtragem. Quando o primeiro catalisador SCR tem um substrato de filtragem, então ele é um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva, que é referido aqui pela abreviação “SCR-DPF”. O SCR-DPF compreende um substrato de filtragem e a primeira composição de redução catalítica seletiva (SCR).

[00102] A primeira composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente de, uma formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal, uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular, ou mistura das mesmas. Tais formulações de catalisador SCR são conhecidas na técnica.

[00103] A primeira composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente de, uma formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal. A formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreende vanádio ou tungstênio ou uma mistura dos mesmos suportada em um óxido refratário. O óxido refratário pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, zircônia, céria e combinações dos mesmos.

[00104] Pode ser preferível que a formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreenda, ou consista essencialmente de, um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e/ou um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) suportada em um óxido refratário selecionado do grupo que consiste em titânia (por exemplo, TiO2), céria (por exemplo, CeO2), e um óxido misto ou compósito de cério e zircônio (por exemplo, CexZr(1-x)O2, em que x = 0,1 a 0,9, preferivelmente x = 0,2 a 0,5).

[00105] Quando o óxido refratário é titânia (por exemplo, TiO2), então preferivelmente a concentração do óxido de vanádio é de 0,5 a 6 % em peso (por exemplo, da formulação de SCR a base de óxido de metal) e/ou a concentração do óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) é de 5 a 20 % em peso. Mais preferivelmente, o óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e o óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) são suportados em titânia (por exemplo, TiO2).

[00106] Quando o óxido refratário é céria (por exemplo, CeO2), então preferivelmente a concentração de o óxido de vanádio é de 0,1 a 9 % em peso (por exemplo, da formulação de SCR a base de óxido de metal) e/ou a concentração do óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) é de 0,1 a 9 % em peso.

[00107] Em geral, é preferido que a formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreenda, ou consista essencialmente de, um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e opcionalmente um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), suportado em titânia (por exemplo, TiO2). Observou-se que a formulação de catalisador SCR a base de óxidos de metal produz sinergisticamente menos N2O como um subproduto, especialmente quando a formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal é disposta a montante de uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular contendo cobre.

[00108] A primeira composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente de, uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular. A formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular compreende uma peneira molecular, que é opcionalmente uma peneira molecular trocada com metal de transição. É preferível que a formulação de catalisador SCR compreenda uma peneira molecular trocada com metal de transição.

[00109] Em geral, a formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular pode compreender uma peneira molecular tendo uma rede de aluminossilicato (por exemplo, zeólita), uma rede de aluminofosfato (por exemplo, AlPO), uma rede de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO), uma rede de aluminossilicato contendo heteroátomo, uma rede de aluminofosfato contendo heteroátomo (por exemplo, MeAlPO, onde Me é um metal), ou uma rede de silicoaluminofosfato contendo heteroátomo (por exemplo, MeAPSO, onde Me é um metal). O heteroátomo (isto é, em uma rede contendo heteroátomo) pode ser selecionado do grupo que consiste em boro (B), gálio (Ga), titânio (Ti), zircônio (Zr), zinco (Zn), ferro (Fe), vanádio (V) e combinações de quaisquer dois ou mais dos mesmos. É preferido que o heteroátomo seja um metal (por exemplo, cada das redes contendo heteroátomo acima pode ser uma rede contendo metal).

[00110] É preferível que a formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular compreenda, ou consista essencialmente de, uma peneira molecular tendo uma rede de aluminossilicato (por exemplo, zeólita) ou uma rede de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO). Mais preferivelmente, a peneira molecular tem uma rede de aluminossilicato (por exemplo, zeólita).

[00111] Quando a peneira molecular tem uma rede de aluminossilicato (por exemplo, a peneira molecular é uma zeólita), então tipicamente a peneira molecular tem uma razão molar de sílica para alumina (SAR) de 5 a 200 (por exemplo, 10 a 200), preferivelmente 10 a 100 (por exemplo, 10 a 30 ou 20 a 80), tal como 12 a 40, mais preferivelmente 15 a 30.

[00112] Tipicamente, a peneira molecular é microporosa. Uma peneira molecular microporosa tem poros com um diâmetro de menos que 2 nm (por exemplo, de acordo com a definição de IUPAC de “microporosa” [vide Pure & Appl. Chem., 66(8), (1994), 1739-1758)]).

[00113] A formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular pode compreender uma peneira molecular de poro pequeno (por exemplo, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos), uma peneira molecular de poro médio (por exemplo, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de dez átomos tetraédricos) ou uma peneira molecular de poro grande (por exemplo, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de doze átomos tetraédricos) ou uma combinação de duas ou mais das mesmas.

[00114] Quando a peneira molecular é uma peneira molecular de poro pequeno, então a peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de rede (FTC) selecionado 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, ou uma mistura e/ou um intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, SFW, KFI, DDR e ITE. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em CHA e AEI. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de rede representada pelo FTC CHA. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de rede representada pelo FTC AEI. Quando a peneira molecular de poro pequeno é uma zeólita e tem uma rede representada pelo FTC CHA, então a zeólita pode ser carbazita.

[00115] Quando a peneira molecular é uma peneira molecular de poro médio, então a peneira molecular de poro médio pode ter uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de rede (FTC) selecionado do grupo que consiste em AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, -PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, -SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI e WEN, ou uma mistura e/ou um intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferivelmente, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em FER, MEL, MFI e STT. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em FER e MFI, particularmente MFI. Quando a peneira molecular de poro médio é uma zeólita e tem uma rede representada pelo FTC FER ou MFI, então a zeólita pode ser ferrierita, silicalita ou ZSM-5.

[00116] Quando a peneira molecular é uma peneira molecular de poro grande, então a peneira molecular de poro grande pode ter uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de rede (FTC) selecionado do grupo que consiste em AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, SER, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, -RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY e VET, ou uma mistura e/ou um intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferivelmente, a peneira molecular de poro grande tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em AFI, BEA, MAZ, MOR e OFF. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro grande tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em BEA, MOR e MFI. Quando a peneira molecular de poro grande é uma zeólita e tem uma rede representada pelo FTC BEA, FAU ou MOR, então a zeólita pode ser uma zeólita beta, faujasita, zeólita Y, zeólita X ou mordenita.

[00117] Em geral, é preferido que a peneira molecular seja uma peneira molecular de poro pequeno.

[00118] A formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular preferivelmente compreende uma peneira molecular trocada com metal de transição. O metal de transição pode ser selecionado do grupo que consiste em cobalto, cobre, ferro, manganês, níquel, paládio, platina, rutênio e rênio. É preferido que o metal de transição seja selecionado do grupo que consiste em cobre e ferro.

[00119] O metal de transição pode ser ferro. Uma vantagem de formulações de catalisador SCR contendo uma peneira molecular trocada com ferro é que tais formulações têm excelente atividade de redução de NOx a uma temperatura mais alta que, por exemplo, uma peneira molecular trocada com cobre. Uma peneira molecular trocada com ferro pode também gerar uma mínima quantidade de N2O (comparada a outros tipos de formulação de catalisador SCR).

[00120] O metal de transição pode ser cobre. Uma vantagem de formulações de catalisador SCR contendo uma peneira molecular trocada com cobre é que tais formulações têm excelente atividade de redução de NOx a baixa temperatura (por exemplo, ela pode ser superior à atividade de redução de NOx a baixa temperatura de uma peneira molecular trocada com ferro).

[00121] O metal de transição pode estar presente em um local extrarrede na superfície externa da peneira molecular ou dentro de um canal, cavidade ou gaiola da peneira molecular.

[00122] Tipicamente, a peneira molecular trocada com metal de transição compreende uma quantidade de 0,10 a 10 % em peso da peneira molecular trocada com metal de transição, preferivelmente uma quantidade de 0,2 a 5 % em peso.

[00123] Em geral, o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva compreende a primeira composição de redução catalítica seletiva em uma concentração total de 30,67 a 245,4 kg/m3 (0,5 a 4,0 g in-3), preferivelmente 61,35 a 184,05 245,4 kg/m3 (1,0 a 3,0 4,0 g in-3).

[00124] Pode ser preferível que a primeira composição de catalisador SCR compreenda uma mistura de uma formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal e uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular. É preferido que (a) a formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreenda, ou consista essencialmente de, um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e opcionalmente um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), suportada em titânia (por exemplo, TiO2) e (b) a formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular compreenda uma peneira molecular trocada com metal de transição. Mais preferivelmente, o metal de transição da peneira molecular trocada com metal de transição é ferro. A zeólita preferivelmente tem uma estrutura de rede representada por MFI.

[00125] Quando o primeiro catalisador SCR é um SCR-DPF, então o substrato de filtragem é preferivelmente um monólito de substrato de filtro de fluxo de parede, tal como anteriormente descrito em relação a um filtro de fuligem catalisado.

[00126] O monólito de substrato de filtro de fluxo de parede (por exemplo, de o SCR-DPF) tipicamente tem uma densidade celular de 60 a 400 células por polegada quadrada (cpsi, 1 in2 = 6,45 cm2). É preferido que o monólito de substrato de filtro de fluxo de parede tenha uma densidade celular de 100 a 350 cpsi, mais preferivelmente 200 a 300 cpsi.

[00127] O monólito de substrato de filtro de fluxo de parede pode ter uma espessura de parede (por exemplo, espessura de parede interna média) de 0,20 a 0,50 mm, preferivelmente 0,25 a 0,35 mm (por exemplo, cerca de 0,30 mm).

[00128] Em geral, o monólito de substrato de filtro de fluxo de parede não revestido tem uma porosidade de 50 a 80 %, preferivelmente 55 a 75 %, e mais preferivelmente 60 a 70 %.

[00129] O monólito de substrato de filtro de fluxo de parede não revestido tipicamente tem um tamanho de poro médio de pelo menos 5 μm. É preferido que o tamanho de poro médio seja de 10 a 40 μm, tal como 15 a 35 μm, mais preferivelmente 20 a 30 μm.

[00130] O substrato de filtro de fluxo de parede pode ter um desenho de célula simétrico ou um desenho de célula assimétrico.

[00131] Em geral, para um SCR-DPF, a primeira composição de redução catalítica seletiva é disposta dentro da parede do monólito de substrato de filtro de fluxo de parede. Adicionalmente, a primeira composição de redução catalítica seletiva pode ser disposta nas paredes dos canais de entrada e/ou nas paredes dos canais de saída.

Segundo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR)

[00132] O sistema de escape da invenção compreende um segundo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). O segundo catalisador SCR fica a jusante, de preferência diretamente a jusante, do primeiro catalisador SCR. Dessa forma, uma saída do primeiro catalisador SCR é tipicamente acoplada (por exemplo, fluidicamente acoplada) a uma entrada do segundo catalisador SCR.

[00133] O primeiro catalisador SCR e o segundo catalisador SCR podem ser acoplados próximos um ao outro. A distância entre a saída do primeiro catalisador SCR e o segundo catalisador SCR pode ser 1,0 mm a 300 mm, preferivelmente 3 mm a 200 mm, mais preferivelmente 5 mm a 150 mm (por exemplo, 8 mm a 100 mm), tal como 10 mm a 80 mm (por exemplo, 12 mm a 70 mm), e ainda mais preferivelmente 15 mm a 50 mm. Isto é vantajoso para transferência térmica e para economia de espaço.

[00134] O segundo catalisador SCR compreende um substrato de fluxo transpassante e uma segunda composição de redução catalítica seletiva (SCR). O termo “segunda” na expressão “segunda composição de redução catalítica seletiva” é usado para delinear a composição de outras composições de redução catalítica seletiva que estão presentes no sistema de escape. Ela não exige que o segundo catalisador SCR tenha duas ou mais composições de redução catalítica seletiva.

[00135] A segunda composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente de, uma formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal, uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular, ou mistura das mesmas. A segunda composição de redução catalítica seletiva pode ser a mesma ou diferente da primeira composição de redução catalítica seletiva.

[00136] A segunda composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente de, uma formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal. A formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreende vanádio ou tungstênio ou uma mistura dos mesmos suportada em um óxido refratário. O óxido refratário pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, sílica, titânia, zircônia, céria e combinações dos mesmos.

[00137] Pode ser preferível que a formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreenda, ou consista essencialmente de, um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e/ou um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) suportada em um óxido refratário selecionado do grupo que consiste em titânia (por exemplo, TiO2), céria (por exemplo, CeO2), e um óxido misto ou compósito de cério e zircônio (por exemplo, CexZr(1-x)O2, em que x = 0,1 a 0,9, preferivelmente x = 0,2 a 0,5).

[00138] Quando o óxido refratário é titânia (por exemplo, TiO2), então preferivelmente a concentração do óxido de vanádio é de 0,5 a 6 % em peso (por exemplo, da formulação de SCR a base de óxido de metal) e/ou a concentração do óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) é de 5 a 20 % em peso. Mais preferivelmente, o óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e o óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) são suportados em titânia (por exemplo, TiO2).

[00139] Quando o óxido refratário é céria (por exemplo, CeO2), então preferivelmente a concentração do óxido de vanádio é de 0,1 a 9 % em peso (por exemplo, da formulação de SCR a base de óxido de metal) e/ou a concentração do óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) é de 0,1 a 9 % em peso.

[00140] Em geral, é preferido que a formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreenda, ou consista essencialmente de, um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e opcionalmente um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), suportada em titânia (por exemplo, TiO2). Observou-se que a formulação de catalisador SCR a base de óxidos de metal produz sinergisticamente menos N2O como um subproduto.

[00141] A segunda composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente de, uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular. A formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular compreende uma peneira molecular, que é opcionalmente uma peneira molecular trocada com metal de transição. É preferível que a formulação de catalisador SCR compreenda uma peneira molecular trocada com metal de transição.

[00142] Em geral, a formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular pode compreender uma peneira molecular tendo uma rede de aluminossilicato (por exemplo, zeólita), uma rede de aluminofosfato (por exemplo, AlPO), uma rede de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO), uma rede de aluminossilicato contendo heteroátomo, uma rede de aluminofosfato contendo heteroátomo (por exemplo, MeAlPO, onde Me é um metal), ou uma rede de silicoaluminofosfato contendo heteroátomo (por exemplo, MeAPSO, onde Me é um metal). O heteroátomo (isto é, em uma rede contendo heteroátomo) pode ser selecionado do grupo que consiste em boro (B), gálio (Ga), titânio (Ti), zircônio (Zr), zinco (Zn), ferro (Fe), vanádio (V) e combinações de quaisquer dois ou mais dos mesmos. É preferido que o heteroátomo é um metal (por exemplo, cada das redes contendo heteroátomo pode ser uma rede contendo metal).

[00143] É preferível que a formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular compreenda, ou consista essencialmente de, uma peneira molecular tendo uma rede de aluminossilicato (por exemplo, zeólita) ou uma rede de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO). Mais preferivelmente, a peneira molecular tem uma rede de aluminossilicato (por exemplo, zeólita).

[00144] Quando a peneira molecular tem uma rede de aluminossilicato (por exemplo, a peneira molecular é uma zeólita), então tipicamente a peneira molecular tem uma razão molar de sílica para alumina (SAR) de 5 a 200 (por exemplo, 10 a 200), preferivelmente 10 a 100 (por exemplo, 10 a 30 ou 20 a 80), tal como 12 a 40, mais preferivelmente 15 a 30.

[00145] Tipicamente, a peneira molecular é microporosa. Uma peneira molecular microporosa tem poros com um diâmetro de menos que 2 nm (por exemplo, de acordo com a definição de IUPAC de “microporosa” [vide Pure & Appl. Chem., 66(8), (1994), 1739-1758)]).

[00146] A formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular pode compreender uma peneira molecular de poro pequeno (por exemplo, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos), uma peneira molecular de poro médio (por exemplo, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de dez átomos tetraédricos) ou uma peneira molecular de poro grande (por exemplo, uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de doze átomos tetraédricos) ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.

[00147] Quando a peneira molecular é uma peneira molecular de poro pequeno, então a peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de rede (FTC) selecionado 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, ou uma mistura e/ou um intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, SFW, KFI, DDR e ITE. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em CHA e AEI. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de rede representada pelo FTC CHA. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de rede representada pelo FTC AEI. Quando a peneira molecular de poro pequeno é uma zeólita e tem uma rede representada pelo FTC CHA, então a zeólita pode ser carbazita.

[00148] Quando a peneira molecular é uma peneira molecular de poro médio, então a peneira molecular de poro médio pode ter uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de rede (FTC) selecionado do grupo que consiste em AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, -PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, -SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI e WEN, ou uma mistura e/ou um intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferivelmente, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em FER, MEL, MFI e STT. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em FER e MFI. Quando a peneira molecular de poro médio é uma zeólita e tem uma rede representada pelo FTC FER ou MFI, então a zeólita pode ser ferrierita, silicalita ou ZSM-5.

[00149] Quando a peneira molecular é uma peneira molecular de poro grande, então a peneira molecular de poro grande pode ter uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de rede (FTC) selecionado do grupo que consiste em AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, SER, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, -RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY e VET, ou uma mistura e/ou um intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferivelmente, a peneira molecular de poro grande tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em AFI, BEA, MAZ, MOR e OFF. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro grande tem uma estrutura de rede representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em BEA, MOR e MFI. Quando a peneira molecular de poro grande é uma zeólita e tem uma rede representada pelo FTC BEA, FAU ou MOR, então a zeólita pode ser uma zeólita beta, faujasita, zeólita Y, zeólita X ou mordenita.

[00150] Em geral, é preferido que a peneira molecular seja uma peneira molecular de poro pequeno.

[00151] A formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular preferivelmente compreende uma peneira molecular trocada com metal de transição. O metal de transição pode ser selecionado do grupo que consiste em cobalto, cobre, ferro, manganês, níquel, paládio, platina, rutênio e rênio. É preferido que o metal de transição seja selecionado do grupo que consiste em cobre e ferro.

[00152] O metal de transição pode ser ferro. Uma vantagem de formulações de catalisador SCR contendo uma peneira molecular trocada com ferro é que tais formulações têm excelente atividade de redução de NOx a uma temperatura mais alta, por exemplo, que uma peneira molecular trocada com cobre. Uma peneira molecular trocada com ferro pode também gerar uma mínima quantidade de N2O (comparada a outros tipos de formulação de catalisador SCR).

[00153] O metal de transição pode ser cobre. Uma vantagem de formulações de catalisador SCR contendo uma peneira molecular trocada com cobre é que tais formulações têm excelente atividade de redução de NOx a baixa temperatura (por exemplo, pode ser superior à atividade de redução de NOx a baixa temperatura de uma peneira molecular trocada com ferro).

[00154] O metal de transição pode estar presente em um local extrarrede na superfície externa da peneira molecular ou dentro de um canal, cavidade ou gaiola da peneira molecular.

[00155] Tipicamente, a peneira molecular trocada com metal de transição compreende uma quantidade de 0,10 a 10 % em peso da peneira molecular trocada com metal de transição, preferivelmente uma quantidade de 0,2 a 5 % em peso.

[00156] Pode ser preferível que a segunda composição de catalisador SCR compreenda uma mistura de uma formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal e uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular. É preferido que (a) a formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal compreenda, ou consista essencialmente de, um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e opcionalmente um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), suportado em titânia (por exemplo, TiO2) e (b) a formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular compreenda uma peneira molecular trocada com metal de transição. Mais preferivelmente, a transição da peneira molecular trocada com metal de transição é ferro.

[00157] Em geral, o segundo catalisador SCR compreende a segunda composição de redução catalítica seletiva em uma concentração total de 30,67 a 245,4 kg/m3 (0,5 a 4,0 g in-3), tal como 61,35 a 214,72 kg/m3 (1,0 a 3,5 g in-3).

[00158] O segundo catalisador SCR compreende um substrato de fluxo transpassante. O substrato de fluxo transpassante é preferivelmente um monólito de fluxo transpassante, tal como descrito anteriormente em relação a um catalisador de oxidação diesel.

[00159] O monólito de fluxo transpassante (por exemplo, do segundo catalisador SCR) tipicamente tem uma densidade celular de 200 a 1000 células por polegada quadrada (cpsi). É preferido que o monólito de fluxo transpassante tenha uma densidade celular de 400 a 1000 cpsi, mais preferivelmente 500 a 900 cpsi (por exemplo, 600 a 800 cpsi).

[00160] O monólito de fluxo transpassante pode ter uma espessura de parede (por exemplo, espessura de parede interna média) de 0,05 a 0,35 mm, preferivelmente 0,06 a 0,25 mm, mais preferivelmente 0,07 a 0,15 mm (por exemplo, 0,07 a 0,12 mm).

[00161] O substrato do segundo catalisador SCR pode compreender a segunda composição de catalisador SCR (isto é, o segundo catalisador SCR é obtido por extrusão) ou a segunda composição de catalisador SCR pode ser disposta ou suportada no substrato (isto é, a segunda composição de catalisador SCR é aplicada sobre o substrato por um método de aplicação de revestimento reativo). É preferido que a segunda composição de catalisador SCR seja disposta ou suportada no substrato.

[00162] No geral, o monólito de fluxo transpassante não revestido tem uma porosidade de 20 a 80 %, preferivelmente 40 a 70 %, e mais preferivelmente 45 a 60 %. É vantajoso que o monólito de fluxo transpassante não revestido tenha uma alta porosidade em virtude de isto permitir que uma concentração relativamente alta da segunda composição de catalisador SCR seja disposta no substrato.

[00163] O segundo catalisador SCR pode compreender uma zona a jusante, preferivelmente em uma extremidade de saída do substrato. A zona a jusante tipicamente compreende uma formulação de catalisador de amônia residual (ASC). A formulação de catalisador de amônia residual (ASC) é adequada para oxidar amônia (por exemplo, a amônia que não foi oxidada a nitrogênio pela segunda composição de redução catalítica seletiva). As formulações de catalisador de amônia residual (ASC) são conhecidas na técnica.

Conduto Eletricamente Aquecível

[00164] O sistema de escape da invenção pode adicionalmente compreender um conduto eletricamente aquecível. O conduto eletricamente aquecível é (por exemplo, localizado) entre o dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) e o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva (isto é, a jusante do dispositivo de controle de emissões e a montante do primeiro catalisador SCR). O conduto eletricamente aquecível é para aquecer o gás de escape produzido pelo dispositivo de controle de emissões quando ele tem uma temperatura relativamente baixa. Pelo aquecimento elétrico do gás de escape nesta posição é possível rapidamente levar o gás de escape até as temperaturas operacionais efetivas do primeiro catalisador SCR e do segundo catalisador SCR a jusante para o tratamento de NOx.

[00165] O conduto eletricamente aquecível é tipicamente parte (isto é, apenas parte de) do conduto de gás de escape entre a saída do dispositivo de controle de emissões e a entrada do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva. Quando o dispositivo de controle de emissões é (i) um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF) ou (ii) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) e um filtro de fuligem catalisado (CSF), então preferivelmente o conduto eletricamente aquecível é (por exemplo, localizado) a jusante da saída do CSF.

[00166] É preferido que o conduto eletricamente aquecível seja acoplado (por exemplo, fluidicamente acoplado), de preferência diretamente acoplado, à saída do dispositivo de controle de emissões.

[00167] Tipicamente, o conduto eletricamente aquecível fica a montante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape. Quando o sistema de escape compreende um sensor de temperatura (por exemplo, para determinar T1) e/ou um sensor de NOx, então preferivelmente o conduto eletricamente aquecível é (por exemplo, localizado) a montante do sensor de temperatura (por exemplo, para determinar T1) e/ou um sensor de NOx.

[00168] O conduto eletricamente aquecível tipicamente compreende uma conexão de energia elétrica, preferivelmente pelo menos duas conexões de energia elétrica, mais preferivelmente apenas duas conexões de energia elétrica. Cada conexão de energia elétrica pode ser eletricamente conectada ao substrato eletricamente aquecível e a uma fonte de energia elétrica. O conduto eletricamente aquecível pode ser aquecido pelo aquecimento Joule, onde uma corrente elétrica através de um resistor converte energia elétrica em energia térmica.

[00169] O conduto eletricamente aquecível é um conduto de aquecimento elétrico, em use.

[00170] O conduto eletricamente aquecível pode ser eletricamente acoplado a um sistema de gerenciamento de motor. O sistema de gerenciamento de motor pode ser configurado para ativar o conduto eletricamente aquecível quando a temperatura do gás de escape for < T1, em que T1 é 230 °C, preferivelmente 215 °C, mais preferivelmente 200 °C.

[00171] Adicionalmente, ou alternativamente, o conduto eletricamente aquecível pode ser acoplado a um sensor de temperatura (por exemplo, um termopar) localizado a montante, de preferência diretamente a montante, do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva. O sensor de temperatura é localizado a jusante do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs). O sensor de temperatura é adequado para determinar T1.

Dosador de Amônia Gasosa

[00172] O escape da invenção pode adicionalmente compreender um meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape. O meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape é preferivelmente um meio para introduzir amônia gasosa diretamente no gás de escape, particularmente quando a temperatura do gás de escape for < T1, em que T1 é 230 °C, preferivelmente 215 °C, mais preferivelmente 200 °C. Para evitar dúvidas, o meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape introduz amônia na forma gasosa diretamente na corrente de gás de escape. A amônia gasosa não é gerada in situ na corrente de gás de escape principal, tal como a partir de um precursor de amônia.

[00173] O meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape é disposto a jusante do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) e a montante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva. É preferido que o meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape seja configurado para introduzir de forma controlada uma quantidade de amônia gasosa no gás de escape a montante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva para prover uma razão molar de amônia para NOx (ANR) de 0,7 a 1,3 (por exemplo, 0,9 a 1,2), tal como 1,0 a 1,2 (por exemplo, cerca de 1:1).

[00174] Observou-se que a introdução de amônia gasosa no gás de escape, particularmente a temperaturas relativamente baixas, pode facilitar a conversão de NOx no primeiro catalisador SCR e/ou o segundo catalisador SCR. Não é possível injetar precursores de amônia, tal como ureia, a temperaturas relativamente baixas no gás de escape em virtude de amônia não ser formada in situ a tais temperaturas. De fato, ureia pode cristalizar dentro do sistema de escape a baixas temperaturas.

[00175] O meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape pode compreender um dosador de amônia (por exemplo, um dosador de amônia gasosa). O dosador de amônia é tipicamente acoplado (por exemplo, fluidicamente acoplado) ao conduto entre o dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) e o catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (isto é, a jusante da saída do dispositivo de controle de emissões e a montante de a entrada do primeiro catalisador SCR). Quando o dispositivo de controle de emissões é (i) um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF) ou (ii) um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) e um filtro de fuligem catalisado (CSF), então preferivelmente o dosador de amônia é (por exemplo, localizado) a jusante da saída do CSF.

[00176] Quando o sistema de escape compreende um misturador, então preferivelmente o dosador de amônia é disposto a montante do misturador.

[00177] O dosador de amônia pode ser disposto a montante ou a jusante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape. É preferido que o dosador de amônia fique disposto a montante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape.

[00178] Quando o sistema de escape compreende um conduto eletricamente aquecível, então o dosador de amônia pode ser disposto a montante ou a jusante do conduto eletricamente aquecível. É preferido que o dosador de amônia fique disposto a jusante do conduto eletricamente aquecível.

[00179] O meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape pode adicionalmente compreender um meio para gerar amônia gasosa a partir de um precursor de amônia. O meio para gerar amônia gasosa a partir de um precursor de amônia é acoplado (por exemplo, fluidicamente acoplado) ao dosador de amônia. O meio para gerar amônia gasosa a partir de um precursor de amônia é localizado em um conduto de gás de escape secundário. O dosador de amônia é localizado dentro do sistema de escape principal.

[00180] Tipicamente, o meio para gerar amônia gasosa a partir de um precursor de amônia compreende: (i) um injetor para introduzir um precursor de amônia em um conduto de gás de escape secundário; e (ii) um catalisador de hidrólise para converter o precursor de amônia em amônia gasosa; em que o injetor para introduzir um precursor de amônia em um conduto de gás de escape secundário é (por exemplo, localizado) a montante do catalisador de hidrólise.

[00181] Para evitar dúvidas, o injetor para introduzir um precursor de amônia em um conduto de gás de escape secundário é um injetor adicional ao injetor supradescrito para introduzir um precursor de amônia na corrente de gás de escape principal. O injetor para introduzir um precursor de amônia em um conduto de gás de escape secundário é referido aqui como um “segundo injetor”.

[00182] Tipicamente, o segundo injetor é um injetor de líquido adequado para introduzir uma solução compreendendo um precursor de amônia no conduto de gás de escape secundário. O precursor de amônia é preferivelmente ureia ou formato de amônio, mais preferivelmente ureia.

[00183] O injetor secundário atomiza o precursor de amônia ou uma solução compreendendo o precursor de amônia mediante injeção no conduto de gás de escape secundário a montante do catalisador de hidrólise, tal como pulverizando o precursor de amônia ou a solução compreendendo o precursor de amônia. O injetor secundário pode ser um injetor sem ar ou um injetor assistido por ar.

[00184] O injetor secundário é configurado para introduzir um precursor de amônia no conduto de gás de escape secundário a montante do catalisador de hidrólise. É preferido que o injetor secundário seja configurado para introduzir de forma controlada uma quantidade de precursor de amônia no conduto de gás de escape secundário a montante do catalisador de hidrólise.

[00185] O injetor secundário é tipicamente acoplado (por exemplo, fluidicamente acoplado) a um tanque de armazenamento de precursor de amônia, preferivelmente o tanque de armazenamento de precursor de amônia é acoplado ao injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape (isto é, o injetor principal).

[00186] O catalisador de hidrólise para converter o precursor de amônia em amônia gasosa tipicamente compreende um substrato e uma composição de catalisador de hidrólise disposta ou suportada no substrato. O substrato é preferivelmente um substrato de fluxo transpassante, mais preferivelmente um substrato de fluxo transpassante de cordierita. As composições de catalisador para hidrolisar ureia são conhecidas na técnica.

[00187] A composição de catalisador de hidrólise pode compreender, ou consistir essencialmente de, dióxido de titânio (TiO2), tal como TiO2 dopado com Au.

[00188] A saída da composição de catalisador de hidrólise é tipicamente acoplada (por exemplo, fluidicamente acoplada) ao dosador de amônia.

[00189] No geral, o conduto de gás de escape secundário é acoplado (por exemplo, fluidicamente acoplado) a um coletor de escape do motor a diesel. É preferido que o segundo conduto de gás de escape seja acoplado ao coletor de escape a montante de um turbocarregador. O conduto de gás de escape secundário desvia do turbocarregador. Nesta configuração, uma pequena quantidade de gás de escape quente (aproximadamente 1,5 a 7,0%) é extraída do motor para o conduto de gás de escape secundário (isto é, um sistema de fluxo lateral). Quando o gás de escape é desviado do turbocarregador para o conduto de gás de escape secundário, a temperatura do gás de escape no conduto de gás de escape secundário é sinergisticamente mais alta que a temperatura na corrente de gás de escape principal.

[00190] O meio para gerar amônia gasosa a partir de um precursor de amônia pode adicionalmente compreender um filtro de particulado, preferivelmente um filtro de fuligem catalisado (CSF).

[00191] O filtro de particulado ou CSF é disposto no segundo conduto de gás de escape a montante do injetor para introduzir um precursor de amônia no conduto de gás de escape secundário. O filtro de particulado ou CSF é também a montante do catalisador de hidrólise para converter o precursor de amônia a amônia gasosa.

[00192] O conduto de gás de escape secundário pode compreender uma válvula para fechar o conduto de gás de escape secundário (por exemplo, quando a temperatura (T1) do gás de escape entre o dispositivo de controle de emissões e o primeiro catalisador SCR é > é 200 °C, preferivelmente 215 °C, mais preferivelmente 230 °C). A válvula pode ser eletricamente acoplada ao sistema de gerenciamento de motor.

[00193] Tipicamente, a válvula é disposta a montante do injetor secundário, preferivelmente a montante do filtro de particulado ou do CSF.

Catalisador de Amônia Residual (ASC)

[00194] Em adição, ou como alternativa a uma formulação de catalisador de amônia residual (ASC) estando presente em uma zona a jusante do catalisador SCR, o sistema de escape pode adicionalmente compreender um catalisador de amônia residual (ASC) (isto é, um ASC separado). O ASC compreende uma formulação de catalisador de amônia residual disposta em um substrato (isto é, um substrato que é separado do substrato do segundo catalisador SCR).

[00195] Tipicamente, o catalisador de amônia residual fica a jusante, de preferência diretamente a jusante, do segundo catalisador SCR. Dessa forma, uma saída do segundo catalisador SCR é tipicamente acoplada (por exemplo, fluidicamente acoplada) a uma entrada do catalisador de amônia residual.

[00196] O substrato do catalisador de amônia residual é preferivelmente um monólito de fluxo transpassante.

Veículo

[00197] A invenção adicionalmente provê um veículo. O veículo compreende um motor a diesel e um sistema de escape da invenção. O motor a diesel é tipicamente um motor a diesel convencional (isto é, tradicional).

[00198] O motor a diesel pode compreender um sistema de gerenciamento de motor.

[00199] O veículo pode ser um veículo diesel de trabalho pesado (LDV), tal como definido na legislação US ou Europeia. Um veículo a diesel de trabalho pesado tipicamente tem um peso de < 2.840 kg, mais preferivelmente um peso de < 2.610 kg.

[00200] Nos Estados Unidos, um veículo diesel de trabalho leve (LDV) se refere a um veículo diesel tendo um peso bruto de < 8.500 libras (US lbs). Na Europa, a expressão veículo diesel de trabalho leve (LDV) se refere a (i) veículos de passageiros compreendendo não mais que oito assentos além do assento do motorista e tendo uma massa máxima não excedendo a 5 toneladas, e (ii) veículos para o transporte de mercadorias tendo uma massa máxima não excedendo 12 toneladas.

[00201] É preferido que o veículo seja um veículo diesel de trabalho pesado (HDV), tal como um veículo diesel tendo um peso bruto de > 8.500 libras (US lbs), como definido na legislação dos Estados Unidos.

[00202] O motor a diesel pode funcionar com um combustível diesel compreendendo < 50 ppm de enxofre, mais preferivelmente < 15 ppm de enxofre, tal como < 10 ppm de enxofre, e ainda mais preferivelmente < 5 ppm de enxofre. Tais combustíveis diesel são frequentemente referidos como “diesel de ultrabaixo enxofre” (ULSD).

DEFINIÇÕES

[00203] A expressão “óxido misto” na forma aqui usada no geral se refere a uma mistura de óxidos em uma única fase, como é convencionalmente conhecido na técnica. A expressão “óxido compósito” na forma usada aqui no geral se refere a uma composição de óxidos tendo mais que uma fase, como é convencionalmente conhecido na técnica.

[00204] Para evitar dúvidas, a expressão “combinação de platina (Pt) e paládio (Pd)” como usada aqui em relação a uma região, zona ou camada se refere à presença tanto de platina quanto de paládio. A palavra “combinação” não exige que a platina e paládio estejam presentes como uma mistura ou uma liga, embora uma mistura ou liga como esta seja abrangida por este termo.

[00205] A expressão “consiste essencialmente” como usada aqui limita o escopo de um aspecto a incluir os materiais especificados, e qualquer outro material ou etapa que não afetam materialmente as características básicas desse aspecto, tal como, por exemplo, impurezas secundárias. A expressão “consiste essencialmente de” abrange a expressão “que consiste de”.

[00206] A expressão “substancialmente livre de” na forma usada aqui com referência a um material, tipicamente no contexto do teor de uma região de revestimento reativo, uma camada de revestimento reativo ou uma zona de revestimento reativo, significa o material em uma quantidade menor, tal como < 5 % em peso, preferivelmente < 2 % em peso, mais preferivelmente < 1 % em peso. A expressão “substancialmente livre de” abrange a expressão “não compreende”.

[00207] A expressão “cerca de” na forma aqui usada com referência a um ponto de extremidade de uma faixa numérica inclui o ponto de extremidade exato da faixa numérica especificada. Dessa forma, por exemplo, uma expressão definindo um parâmetro como sendo até “cerca de 0,2” inclui o parâmetro sendo até e incluindo 0,2.

EXEMPLOS

[00208] A invenção será agora ilustrada pelos exemplos não limitantes seguintes.

Exemplo 1

[00209] Um sistema de escape compreendendo uma combinação de um catalisador de oxidação diesel (DOC), um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva e um catalisador SCR tendo um substrato de alta porosidade foi testado como descrito a seguir.

[00210] O catalisador de oxidação diesel e o catalisador SCR foram fabricados usando processos convencionais, tal como descrito em WO 99/47260, WO 2011/080525 e WO 2014/195685. O catalisador de filtro de redução catalítica seletiva foi fabricado usando o método descrito em WO2015/145122.

[00211] O substrato do catalisador de oxidação diesel (DOC) foi de 10,5” x 4” de tamanho. O substrato teve uma densidade celular de 400 cpsi e um espessura de parede de 7 mil. O carregamento da composição de catalisador foi 1.428,4 g/m3 (40 g ft-3). A composição de catalisador conteve Pt, Pd e Al2O3.

[00212] O substrato do catalisador de filtro de redução catalítica seletiva foi de 10,5” x 12” de tamanho. O substrato de fluxo de parede teve uma densidade celular de 300 cpsi e uma espessura de parede de 12 mil. O carregamento da película de revestimento reativo 104,29 kg/m3 (1,7 g in-3). A composição de catalisador conteve uma zeólita de Cu tendo a rede CHA. O carregamento de cobre foi 3,33 % em peso

[00213] O substrato do catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) foi de 10,5” x 6” de tamanho. O substrato teve uma densidade celular de 600 cpsi e uma espessura de parede de 4 mil. O carregamento de revestimento reativo foi 245,4 kg/m3 (4 g in-3). A composição de catalisador conteve uma zeólita de Cu tendo a rede CHA. O carregamento de cobre foi 3,33 % em peso

[00214] O DOC, SCR-DPF e o catalisador SCR foram cada qual hidrotermicamente envelhecidos (usando 10 % de água) a 650 °C por 100 horas antes do teste do sistema de escape.

Exemplo 2

[00215] O sistema de escape de Exemplo 1, exceto que o catalisador de oxidação diesel (DOC) foi substituído com um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM), foi testado como descrito a seguir.

[00216] O substrato do catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) foi 10,5” x 6” de tamanho. O substrato teve uma densidade celular de 400 cpsi e uma espessura de parede de 4 mil. O catalisador de conceito de partida a frio teve duas camadas; uma camada inferior e uma camada superior. A camada inferior (isto é, revestida diretamente no substrato) teve um carregamento de revestimento reativo de 184,05 kg/m3 (3 g in-3) da composição de catalisador. A composição de catalisador foi uma zeólita contendo Pd, onde a zeólita teve uma rede CHA. O carregamento de Pd foi 3570 g/m3 (100 g ft-3). A camada superior (revestida na camada inferior) conteve Pt (1785 g/m3 (50 g ft-3)) e alumina (68,72 kg/m3 (1,12 g in-3)). A razão em peso geral de Pt para Pd no catalisador foi 1:2.

[00217] O catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM), SCR- DPF e o catalisador SCR foram cada qual hidrotermicamente envelhecidos da mesma maneira que no Exemplo 1.

Condições de Teste

[00218] Os sistemas de escape de Exemplos 1 a 3 foram cada qual testados usando um motor a diesel modelo Cummins ISL ano 2007. Os detalhes do motor estão mostrados na Tabela 1. Durante este estudo, EGR foi ajustado para ter 4,0 g/hp-h de NOx do motor. Ureia foi entregue e injetada no escape por uma bomba Grundfos assistida com ar. Um misturador estático de seis polegadas foi colocado após o bocal de injeção e antes do SCR-DPF em cada sistema de escape para garantir boa mistura e distribuição uniforme de ureia no escape. Tabela 1

[00219] O dinamômetro utilizado neste estudo foi um dinamômetro de motor CA 800HP da Horiba. O fluxo de ar de admissão foi medido com fluxômetro de ar Sierra variando de 0-2.400kg/h com +/-1% de precisão em escala total. Emissões do motor foram medidas usando analisadores de bancada dupla Horiba MEXA 7500D (CO, HC e NOx) com +/-1% de precisão em toda a escala. As emissões do sistema foram também medidas usando um FTIR (MKS modele 2030 HS). A contrapressão de SCR-DPF foi monitorada usando transdutores de pressão, Setra Model 206. Temperaturas no sistema foram medidas usando termopares tipo K.

[00220] O teste de ciclo transiente de trabalho pesado (FTP) foi conduzido para determinar o desempenho deste sistema. Ciclos a quente e a frio foram usados durante diferentes partes do estudo. A razão de amônia para NOx média (ANR) para dosagem de ureia de durante ciclos transientes foi 1,2 a 1,3.

Resultados Redução de NOx em ciclo FTP a frio

[00221] A conversão geral de NOx para cada dos sistemas de escape de Exemplos 1 e 2 foi medida durante o ciclo FTP a frio de HDD com uma razão de amônia para NOx (ANR) de 1,2 a 1,3. Antes do início do teste, o sistema foi ativamente regenerado para remover fuligem, e então o sistema foi resfriado por 3 horas antes do início do ciclo FTP. A injeção de ureia padrão foi usada durante esses testes.

[00222] Durante FTP a frio, a conversão de NOx alcançada com o sistema DOC (Exemplo 1) foi 75%. Durante teste do sistema com o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2), a conversão de NOx aumentou para 80%. Este aumento foi atribuído ao armazenamento e liberação de NOx pelo catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM). O catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) armazenou NOx nos primeiros duzentos segundos do ciclo quando o sistema estava frio. À medida que a temperatura do sistema aumentou, aproximadamente trezentos segundos no ciclo, o NOx armazenado foi liberado. Neste ponto, o SCR-DPF foi aquecido e foi capaz de reduzir NOx. Mesmo que não existisse dosagem de ureia durante a seção fria do ciclo, o armazenamento de NOx e subsequente liberação durante o período quente permitiu conversão de NOx quando ocorreu a dosagem de ureia. Durante uso de um DOC no sistema (Exemplo 1), nenhuma redução foi alcançada nos primeiros duzentos segundos. Similar ao sistema anterior (Exemplo 2), a temperatura foi muito baixa para dosagem de ureia e consequentemente NOx não armazenado não pôde ser convertido durante esta seção.

[00223] Os resultados durante teste de FTP a frio indicaram que o sistema projetado com o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2) foi capaz de maior conversão de NOx por causa da capacidade de armazenamento e liberação do catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM). A comparação entre os dois sistemas é mostrada na Figura 6. Este desempenho demonstrou o benefício do sistema de escape compreendendo o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) para futuros sistemas de alta conversão de NOx.

Efeito de NH3 gasoso no ciclo FTP a frio

[00224] O efeito de dosagem de gás NH3 em condições de baixa temperatura do ciclo FTP a frio foi avaliado.

[00225] Um dosador de NH3 de fluxo lateral foi projetado a fim de gerar e injetar gás NH3 no escape principal para condições quando ureia não pôde ser dosada por causa das temperaturas muito baixas. O dosador de NH3 de fluxo lateral foi conectado ao motor pré-turbo e uma pequena quantidade de fluxo de escape quente (aproximadamente 1,5 a 7,0% (por exemplo, 15- 25kg/h)) foi extraído do motor para o sistema de fluxo lateral. Uma vez que o fluxo foi desviado do pré-turbo para o dosador de fluxo lateral, a temperatura do fluxo de escape foi sinergisticamente mais alta que a temperatura de escape principal. Ureia foi injetada no reator de fluxo lateral e foi convertida a gás NH3 em um catalisador de hidrólise. O NH3 criado foi reintroduzido no escape principal, a montante do misturador e do SCR-DPF.

[00226] O dosador de NH3 de controle de fluxo lateral foi usado para injetar NH3 na corrente de escape principal a partir do início do ciclo FTP a frio (isto é, quando estava muito frio para dosagem de ureia), até que temperatura de entrada do SCR-DPF atingisse 215 °C. Quando a temperatura foi maior que 215 °C, a dosagem de NH3 foi interrompida e a dosagem de ureia principal (padrão) do sistema foi ativada para injetar ureia no escape, durante o restante do ciclo. Ambas as estratégias de sistema de controle de injeção foram definidas para manter uma razão de amônia para NOx (ANR) geral de aproximadamente 1,2. Um esquema para o arranjo é mostrado na Figura 4.

[00227] Para o sistema de escape compreendendo um DOC (Exemplo 1), redução de NOx foi observada após 250 segundos. Isto foi atribuído à disponibilidade inicial de gás NH3 na corrente de escape.

[00228] O experimento foi repetido usando o sistema de escape compreendendo um catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2). O catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) armazenou NOx nos primeiros 200 segundos. À medida que a temperatura do catalisador aumentou, NOx foi liberado. Uma vez que houve NH3 disponível no início do ciclo, mais NOx foi convertido no SCR-DPF comparado ao sistema de escape do Exemplo 2 quando a redução de NOx foi realizada no ciclo FTP frio sem adição de NH3 usando o dosador de NH3 de fluxo lateral.

[00229] Quando NH3 foi adicionado usando o dosador de NH3 de fluxo lateral durante o ciclo FTP frio, a conversão de NOx para o sistema de escape contendo o DOC (Exemplo 1) aumentou para 80 % a partir da linha de base. Para o sistema de escape compreendendo o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2), a conversão de NOx aumentou para 83 %. Este teste indicou que a presença de NH3 nos estágios iniciais do ciclo pode prover um aumento adicional em conversão de NOx.

Efeito de NH3 pré-armazenado no ciclo FTP frio

[00230] O impacto de NH3 pré-armazenado junto com dosagem de ureia padrão foi avaliado no ciclo FTP frio. O sistema foi pré-saturado com amônia antes do teste FTP, a fim de simular a disponibilidade inicial e suficiente de NH3 gasoso. O teste de pré-saturação foi conduzido durante o ciclo de preparação antes do início de FTP frio. A pré-saturação foi realizada correndo diversos ciclos FTP quente com um ANR de aproximadamente 1,2 a 1,3 até que o SCR-DPF e catalisador SCR fossem considerados saturados com NH3. Após saturação do sistema, o motor foi desligado e o sistema foi resfriado por 3 horas. Após resfriamento, um teste FTP a frio foi realizado com o sistema junto com dosagem normal de ureia. A dosagem de NH3 do reator lateral não foi utilizada durante este tempo.

[00231] Como antes, a temperatura do escape foi baixa e nenhuma ureia foi injetada na maioria da primeira metade do ciclo. Para o sistema de escape de Exemplo 1 (DOC), a temperatura média foi aproximadamente 245°C. Entretanto, a redução de NOx iniciou a 100 segundos quando houve um aumento de temperatura. A maior parte da conversão de NOx iniciou em torno de 230 segundos no ciclo. Isto foi atribuído à presença NH3 pré- saturado no sistema (SCR-DPF e catalisador SCR).

[00232] Para o sistema de escape de Exemplo 2 (catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM)), NOx é armazenado no início do ciclo e desde que NH3 pré-armazenado é disponível, o SCR-DPF é capaz de reduzir NOx adicionalmente nos primeiros 150 segundos. À medida que NOx é liberado em torno de 250 segundos no ciclo, o SCR-DPF é capaz de reduzir todo o NOx por causa do NH3 pré-armazenado.

[00233] Durante FTP a frio, a conversão de NOx foi aumentada para 88% para o sistema contendo DOC (Exemplo 1) e para pelo menos 91% para sistema contendo o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2) usando a estratégia de pré-saturação de NH3. Este teste indicou que conversão de NOx muito mais alta é possível o ciclo FTP frio se NH3 suficiente estiver presente dos estágios iniciais do ciclo.

Efeito de NH3 pré-armazenado e gerenciamento térmico no ciclo FTP frio

[00234] Um aquecedor elétrico foi instalado após tanto o DOC (Exemplo 1) ou o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2) e antes de injeção de ureia e do SCR-DPF (vide Figura 5).

[00235] Para pré-armazenar NH3, cinco ciclos FTP seguidos com injeção de ureia de ANR 1.2-1.3 foram corridos para pré-tratar cada sistema. O sistema foi resfriado por três horas antes de correr o ciclo FTP frio. O mesmo ANR de 1.2-1.3 foi usado durante este ciclo para determinar a capacidade de redução de NOx do sistema.

[00236] O aquecedor elétrico foi usado para aquecer o escape nos primeiros 400 segundos (isto é, seção fria) do ciclo FTP frio. A máxima potência para o aquecedor foi 20KW. O aquecedor elétrico foi desligado 400 segundos no ciclo. Este teste foi para simular uma condição com pré- saturação de NH3 bem como a presença do gerenciamento térmico para permitir reação de NH3-NOx inicial. A presença de gerenciamento térmico também permitiu dosagem inicial de ureia.

[00237] Pela ligação do aquecedor elétrico, a temperatura de escape elevou rapidamente e atingiu 200 °C duzentos segundos no ciclo. A temperatura média foi aproximadamente 270 °C. À medida que NH3 foi pré- armazenado no SCR-DPF e catalisador SCR, agente redutor suficiente foi disponível desde o início do ciclo. Não houve dosagem de ureia enquanto a temperatura estava abaixo de 200 °C. A dosagem de ureia de foi habilitada a partir de 200 segundos no ciclo à medida que a temperatura do catalisador SCR atingiu 200 °C.

[00238] Para o sistema de escape contendo um DOC (Exemplo 1), isto permitiu uma redução de NOx de 94%. A redução de NOx começou a partir de 80 segundos no ciclo por causa da maior temperatura. Praticamente não houve picos de emissão de NOx após 100 segundos no ciclo.

[00239] Para o sistema de escape contendo o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2), o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) foi capaz de armazenar uma quantidade significante de NOx no início do ciclo nos primeiros 100 segundos. Após 100 segundos, com aumento da temperatura, o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) começou a liberar algum NOx com a maioria ocorrendo após 250 segundos. No entanto, com o aquecedor, a temperatura de entrada do SCR-DPF atingiu 200 °C em torno de 100 segundos no ciclo, que permitiu redução de NOx através do SCR-DPF e catalisador SCR. Isto foi também suportado pelo NH3 armazenado disponível. Em decorrência disto, não houve avanço de NOx no tubo final após os primeiros 100 segundos e todo NOx foi convertido. Isto resultou em uma conversão de NOx de 98%, por exemplo 2, o sistema de escape contendo o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM).

[00240] Os resultados dos testes anteriores são mostrados na Tabela 2, que comparam a conversão de NOx do sistema de escape contendo o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) (Exemplo 2) com o sistema de escape contendo o DOC (Exemplo 1) para todas as opções testadas em FTP frio. Os resultados com o catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) sempre apresentaram maior redução de NOx do sistema comparado ao sistema contendo DOC, demonstrando os benefícios do catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM). Tabela 2

Exemplo 3

[00241] O sistema de escape de Exemplo 2 foi modificado alterando a composição de catalisador do SCR-DPF de zeólita de Cu para um catalisador contendo vanádio. O substrato de fluxo de parede que foi usado foi o mesmo do substrato de fluxo de parede que foi usado para o catalisador de filtro de redução catalítica seletiva do Exemplo 1.

[00242] A composição de catalisador do SCR-DPF conteve um catalisador de vanádio-tungstênio-titânia, onde o carregamento de vanádio foi 857,04 g/m3 (24 g ft-3), o carregamento de tungstênio foi 10.820,13 g/m3 (303 g ft-3) e o carregamento de titânia 68,71 kg/m3 (1,12 g in-3). A composição de catalisador também conteve uma zeólita trocada com ferro, onde a zeólita teve a rede MFI. O carregamento de Fe foi 357,1 g/m3 (10 g ft-3) e o carregamento da zeólita foi 9,81 kg/m3 (0,16 g in-3).

[00243] O catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM) foi idêntico ao catalisador de conceito de partida a frio usado no Exemplo 2. O catalisador SCR foi idêntico ao catalisador SCR que foi usado no Exemplo 1.

[00244] O catalisador de conceito de partida a frio (dCSCTM), SCR- DPF e o catalisador SCR foram cada qual hidrotermicamente envelhecidos da mesma maneira que no Exemplo 1.

[00245] O sistema de escape do Exemplo 3 foi testado usando o mesmo método e condições que foram usadas para os Exemplos 1 e 2 para avaliar o efeito do NH3 pré-armazenado e o efeito de NH3 pré-armazenado e do gerenciamento térmico no ciclo FTP frio. O sistema de escape de Exemplo 2 foi ré-testado para prover uma comparação. A quantidade de N2O que foi emitida pelos sistemas de escape dos Exemplos 2 e 3 foi também determinada. Os resultados são mostrados na Tabela 3. Tabela 3

[00246] O sistema de escape de Exemplo 3 mostra conversão de NOx equiparável ao sistema de escape de Exemplo 2. Entretanto, a quantidade de N2O que foi emitido pelo sistema de escape de Exemplo 3 foi sinergisticamente menor que a quantidade de N2O que foi emitida pelo sistema de escape do Exemplo 2.

[00247] Experimentos também mostraram que a emissão obtida por um sistema de escape onde o catalisador SCR a base de Cu-zeólita no Exemplo 3 foi substituído com um catalisador SCR a base de vanádio extrudado pode emitir uma menor quantidade de N2O comparado ao sistema de escape do Exemplo 3, ainda também provendo conversão de NOx equiparável.

[00248] Para evitar qualquer dúvida, todo o conteúdo de todo ou qualquer documento citado aqui está incorporado pela referência no presente pedido.

Claims (14)

1. Sistema de escape para tratar um gás de escape produzido por um motor a diesel, compreendendo: (a) um dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs), em que o dispositivo de controle de emissões compreende um metal do grupo da platina (PGM) e um substrato, em que o metal do grupo da platina (PGM) é selecionado dentre platina (Pt), paládio (Pd) e uma combinação dos mesmos; (b) um injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape, que fica a jusante do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs); (c) um primeiro catalisador de redução catalítica seletiva a jusante do injetor para introduzir um precursor de amônia no gás de escape, em que o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva compreende um substrato e uma primeira composição de redução catalítica seletiva, em que o substrato é um substrato de fluxo transpassante ou um substrato de filtragem; (d) um segundo catalisador de redução catalítica seletiva a jusante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva, em que o segundo catalisador de redução catalítica seletiva compreende um substrato de fluxo transpassante e uma segunda composição de redução catalítica seletiva (SCR) (50); caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o dispositivo de controle de emissões e o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva tem um substrato de filtragem; e em que o dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) compreende um catalisador de conceito de partida a frio, em que o catalisador de conceito de partida a frio compreende um material catalítico suportado em um substrato, em que o material catalítico compreende um catalisador de peneira molecular compreendendo um metal nobre e uma peneira molecular.

2. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um meio para introduzir amônia gasosa no gás de escape, em que o meio para introduzir amônia gasosa é disposto a jusante do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) e a montante do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva.

3. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o meio para gerar amônia gasosa a partir de um precursor de amônia compreende: (i) um injetor para introduzir um precursor de amônia em um conduto de gás de escape secundário; e (ii) um catalisador de hidrólise para converter o precursor de amônia em amônia gasosa; em que o injetor para introduzir um precursor de amônia em um conduto de gás de escape secundário fica a montante do catalisador de hidrólise.

4. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o conduto de gás de escape secundário é acoplado a um coletor de escape (5) do motor a diesel a montante de um turbocarregador.

5. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um conduto eletricamente aquecível entre o dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) e o primeiro catalisador de redução catalítica seletiva.

6. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o conduto eletricamente aquecível é parte de um conduto de gás de escape entre uma saída do dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) e uma entrada do primeiro catalisador de redução catalítica seletiva.

7. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle de emissões para oxidar monóxido de carbono (CO) e/ou hidrocarbonetos (HCs) pode ser selecionado do grupo que consiste em (i) um catalisador de oxidação diesel (DOC) (10), (ii) um filtro de fuligem catalisado (CSF) (45), (iii) um catalisador de conceito de partida a frio; (iv) um catalisador de oxidação diesel (DOC) e um filtro de fuligem catalisado (CSF); e (v) um catalisador de conceito de partida a frio e um filtro de fuligem catalisado (CSF).

8. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o metal nobre compreende paládio.

9. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a peneira molecular é selecionada de uma peneira molecular de poro pequeno, uma peneira molecular de poro médio e uma peneira molecular de poro grande.

10. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a peneira molecular é uma peneira molecular de poro pequeno tendo uma estrutura de rede representada por um Código de Tipo de rede (FTC) selecionado 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, bem como uma mistura ou intercrescimento de quaisquer dois ou mais dos mesmos.

11. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que (b) o injetor é um injetor de líquido para introduzir uma solução compreendendo um precursor de amônia no gás de escape.

12. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a primeira composição de redução catalítica seletiva compreende uma formulação de catalisador SCR (50) a base de óxido de metal, uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular ou uma mistura das mesmas.

13. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o (d) catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) tem um substrato de fluxo transpassante, que é um monólito de fluxo transpassante, em que o monólito de fluxo transpassante não revestido tem uma porosidade de 45 a 60 %.

14. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a segunda composição de redução catalítica seletiva compreende uma formulação de catalisador SCR a base de óxido de metal, uma formulação de catalisador SCR a base de peneira molecular ou uma mistura das mesmas.