BR112019012024A2 - catalisador coletor de nox de mistura pobre, sistema de tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão, e, método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna. - Google Patents

catalisador coletor de nox de mistura pobre, sistema de tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão, e, método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna. Download PDF

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Abstract

é descrito um catalisador coletor de nox de mistura pobre e seu uso em um sistema para tratamento de emissão para motores de combustão interna. catalisador coletor de nox de mistura pobre compreende uma primeira camada e uma segunda camada.

Description

CATALISADOR COLETOR DE NOX DE MISTURA POBRE, SISTEMA DE TRATAMENTO DE EMISSÃO PARA TRATAR UM FLUXO DE UM GÁS DE ESCAPE DE COMBUSTÃO, E, MÉTODO PARA TRATAR UM GÁS DE ESCAPE DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A invenção se refere a um catalisador coletor de NOX de mistura pobre, um método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna, e sistemas de emissão para motores de combustão interna compreendendo o catalisador coletor de NOX de mistura pobre.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Motores de combustão interna produzem gases de escape contendo uma variedade de poluentes, incluindo óxidos de nitrogênio (“NOX”), monóxido de carbono, e hidrocarbonetos não queimados, que são o objeto de legislação governamental. A legislação nacional e regional cada vez mais rigorosa tem diminuído a quantidade de poluentes que podem ser emitidos por tais motores a diesel ou gasolina. Sistemas de controle de emissão são amplamente utilizados para reduzir a quantidade desses poluentes emitidos na atmosfera, e tipicamente alcançar eficiências muito altas uma vez que eles atingem sua temperatura de operação (tipicamente, 200°C ou mais). Entretanto, esses sistemas são relativamente ineficientes abaixo de sua temperatura de operação (o período de “partida a frio”).
[003] Um componente para tratamento de gás de escape utilizado para limpar gás de escape é o catalisador adsorvente de NOX (ou coletor de “NOX”). Catalisadores de adsorvedor de NOX são dispositivos que adsorvem NOX em condições de escape pobres, liberam o NOX adsorvido em condições ricas, e reduzem o NOX liberado para formar N2. Um catalisador adsorvente de NOX tipicamente inclui um adsorvente de NOX para o armazenamento de NOX e um catalisador de oxidação/redução.
[004] O componente de adsorvente de NOX é tipicamente um metal
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2/31 alcalino terroso, um metal alcalino, um metal terra rara, ou combinações dos mesmos. Esses metais são tipicamente encontrados na forma de óxidos. O catalisador de oxidação/redução é tipicamente um ou mais metais nobres, preferivelmente platina, paládio, e/ou ródio. Tipicamente, platina é incluída para realizar a função de oxidação e ródio é incluído para realizar a função de redução. O catalisador de oxidação/redução e o adsorvente de NOX são tipicamente carregados em um material de suporte tal como um óxido inorgânico para uso no sistema de escape.
[005] O catalisador adsorvente de NOX desempenha três funções.
Primeiro, óxido nítrico reage com oxigênio para produzir NO2 na presença do catalisador de oxidação. Segundo, ο NO2 é adsorvido pelo adsorvente de NOX na forma de um nitrato inorgânico (por exemplo, BaO ou BaCOs é convertido em Ba(NOs)2 no adsorvente de NOX). Finalmente, quando o motor funciona em condições ricas, os nitratos inorgânicos armazenado decompõem para formar NO ou NO2 que são então reduzidos para formar N2 por reação com monóxido de carbono, hidrogênio e/ou hidrocarbonetos (ou por meio de intermediários de NHX ou NCO) na presença do catalisador de redução. Tipicamente, os óxidos de nitrogênio são convertidos a nitrogênio, dióxido de carbono e água na presença de calor, monóxido de carbono e hidrocarbonetos na corrente de escape.
[006] Pedido Internacional de PCT WO 2004/076829 descreve um sistema de purificação de gás de escape que inclui um catalisador de armazenamento de NOX arranjado à montante de um catalisador SCR. O catalisador de armazenamento de NOX inclui pelo menos um metal alcalino, alcalino terroso, ou terra rara que é revestido ou ativado com pelo menos um metal do grupo platina (Pt, Pd, Rh, ou Ir). E preceituado que um catalisador de armazenamento de NOX particularmente preferido inclua óxido de cério revestido com platina e adicionalmente platina como um catalisador de oxidação em um suporte baseado em óxido de alumínio. EP 1027919
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3/31 descreve um de NOX material adsorvente que compreende um material de suporte poroso, tais como alumina, zeólita, zircônia, titânia e/ou lantana, e pelo menos 0,1% em peso metal precioso (Pt, Pd, e/ou Rh). Platina carregada em alumina é exemplificada.
[007] Além do mais, Patentes EUA Nos. 5.656.244 e 5.800.793 descrevem sistemas combinando um catalisador de armazenamento/liberação de NOX com um catalisador de três vias. E preceituado que o adsorvente de NOX compreenda óxidos de cromo, cobre, níquel, manganês, molibdênio, ou cobalto, além dos outros metais, que são suportados em alumina, mulita, cordierita, ou carboneto de silício.
[008] O pedido Internacional PCT WO 2009/158453 descreve um catalisador coletor de NOX de mistura pobre compreendendo pelo menos uma camada contendo componentes de coleta de NOX, tais como elementos alcalinos terrosos, e uma outra camada contendo cério e substancialmente sem elementos alcalinos terrosos. Essa configuração é destinada a melhorar o desempenho a baixa temperatura, por exemplo, menos que cerca de 250°C, do LNT.
[009] US 2015/0336085 descreve um catalisador de armazenamento de óxido de nitrogênio composto de pelo menos dois revestimentos cataliticamente ativos em um corpo de suporte. O revestimento inferior contém óxido de cério e platina e/ou paládio. O revestimento superior, que é disposto acima do revestimento inferior, contém um composto de metal alcalino terroso, um óxido, e platina e paládio mistos. Diz-se que o catalisador de armazenamento de óxido de nitrogênio é particularmente adequado para a conversão de NOX em gases de escape de um motor de queima pobre, por exemplo, um motor diesel, a temperaturas entre 200 e 500°C.
[0010] Como com qualquer sistema e processo automotivo, é desejável alcançar ainda melhorias adicionais em sistemas de tratamento de gás de escape. Descobrimos um novo catalisador coletor de NOX de mistura
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4/31 pobre com características de armazenamento e conversão de NOX melhoradas, bem como conversões de CO e/ou HC melhoradas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0011] Em um primeiro aspecto da invenção, é provido um catalisador coletor de NOX de mistura pobre, compreendendo:
i) uma primeira camada, a dita primeira camada compreendendo um ou mais metais nobres, um primeiro óxido inorgânico, e opcionalmente um promotor; e ii) uma segunda camada, a dita segunda camada compreendendo um ou mais metais do grupo platina, um primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e um segundo óxido inorgânico;
em que a primeira camada é substancialmente livre de material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC).
[0012] Em um segundo aspecto da invenção, é provido um sistema para tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão, compreendendo o catalisador coletor de NOX de mistura pobre como anteriormente definido e um motor de combustão interna.
[0013] Em um terceiro aspecto da invenção, é provido um método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna compreendendo colocar o gás de escape em contato com o catalisador coletor de NOX de mistura pobre ou o sistema para tratamento de emissão como definido anteriormente.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0014] A fim de que a invenção possa ser mais totalmente entendida, os Exemplos a seguir são providos a apenas título de ilustração e com referência aos desenhos anexos, em que:
a Figura 1 é avaliação de MVEG-B relacionada a emissões de poluente NOX cumulativas do catalisador comparativo 1 e catalisador 2 a
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5/31 partir de um estado desativado e estado ativado;
a Figura 2 é avaliação de MVEG-B relacionada a emissões de poluente CO cumulativas do catalisador 1 e catalisador 2 comparativos a partir de um estado desativado e estado ativado;
a Figura 3 é avaliação de MVEG-B relacionada a emissões de poluente HC cumulativas do catalisador 1 e catalisador 2 comparativos a partir de um estado desativado e estado ativado; e a Figura 4 é avaliação de “Light-Off” SCAT de catalisador 1 e catalisador 2 comparativos a partir de um estado desativado e estado ativado.
DEFINIÇÕES [0015] A expressão “revestimento reativo” é bem conhecida na técnica e se refere a um revestimento aderente que é aplicado a um substrato, normalmente durante a produção de um catalisador.
[0016] O acrônimo “PGM” como usado aqui se refere a “metal do grupo platina”. A expressão “metal do grupo platina” geralmente se refere a um metal selecionado do grupo que consiste de rutênio, ródio, paládio, ôsmio, irídio e platina, preferivelmente um metal selecionado do grupo que consiste de rutênio, ródio, paládio, irídio e platina. Em geral, o termo “PGM” preferivelmente se refere a um metal selecionado do grupo que consiste de ródio, platina e paládio.
[0017] A expressão “metal nobre” como usada aqui geralmente se refere a um metal selecionado do grupo que consiste de rutênio, ródio, paládio, prata, ôsmio, irídio, platina, e ouro. Em geral, a expressão “metal nobre” preferivelmente se refere a um metal selecionado do grupo que consiste de ródio, platina, paládio e ouro.
[0018] A expressão “óxido misto” como usada aqui geralmente se refere a uma mistura de óxidos em uma única fase, como é convencionalmente conhecido na técnica. A expressão “óxido compósito” como usada aqui geralmente se refere a uma composição de óxidos tendo
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6/31 mais que uma fase, como é convencionalmente conhecido na técnica.
[0019] O termo “promotor” significa uma substância que é efetiva para promover ou intensificar uma reação química, por exemplo, uma reação química catalítica. Exemplos de tais reações químicas incluem, mas sem limitações a oxidação de CO e hidrocarbonetos, a oxidação de NO em NO2, e a redução de NOX em N2 ou NH3.
[0020] A expressão “substancialmente livre de” como usada aqui com referência a um material significa que o material pode estar presente em uma menor quantidade, tal como <5% em peso, preferivelmente < 2% em peso, mais preferivelmente <1% em peso. A expressão “substancialmente livre de” engloba a expressão “não compreende”.
[0021] O termo “carregamento” como usado aqui se refere a uma medição em unidades de g/ft3 com base em peso do metal.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0022] Em um aspecto, a invenção compreende um catalisador coletor de NOX de mistura pobre, compreendendo:
i) uma primeira camada, a dita primeira camada compreendendo um ou mais metais nobres, um primeiro óxido inorgânico, e opcionalmente um promotor; e ii) uma segunda camada, a dita segunda camada compreendendo um ou mais metais do grupo platina, um primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e um segundo óxido inorgânico;
em que a primeira camada é substancialmente livre de material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC).
[0023] Por “substancialmente livre de” entende-se que o material OSC pode estar presente em uma menor quantidade, tal como <5% em peso, preferivelmente < 2% em peso, mais preferivelmente <1% em peso.
[0024] Um ou mais metais nobres são preferivelmente selecionados
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7/31 do grupo que consiste de paládio, platina, ródio, prata, ouro, e misturas dos mesmos. Em particular preferivelmente, um ou mais metais nobres são uma mistura ou liga de platina e paládio, preferivelmente em que a razão de platina para paládio é de 1:1 a 10:1 com base em p/p, especialmente preferivelmente cerca de 2:1 com base em p/p.
[0025] Um ou mais metais nobres estão geralmente em contato com o primeiro óxido inorgânico. Preferivelmente, um ou mais metais nobres são suportados no primeiro óxido inorgânico.
[0026] O primeiro óxido inorgânico é preferivelmente um óxido dos elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O primeiro óxido inorgânico é preferivelmente selecionado do grupo que consiste de alumina, magnésia, silica, titânia, nióbia, óxidos de tântalo, óxidos de molibdênio, óxidos de tungstênio, e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos. Em particular preferivelmente, o primeiro óxido inorgânico é alumina, sílica-alumina, céria, ou um óxido compósito de magnésia/alumina. Um primeiro óxido inorgânico especialmente preferido é alumina ou sílica-alumina, em particular preferivelmente sílica-alumina.
[0027] Primeiros óxidos inorgânicos preferidos preferivelmente têm uma área superficial na faixa de 10 a 1.500 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g, e diâmetros de poro de cerca de 10 a 1.000 Angstroms. Óxidos inorgânicos de alta área superficial tendo uma área superficial maior que 80 m2/g são particularmente preferidos, por exemplo, alumina de alta área superficial. Outros primeiros óxidos inorgânicos preferidos incluem óxidos compósitos de magnésia/alumina, opcionalmente compreendendo adicionalmente um componente contendo cério, por exemplo, cério. Em tais casos o cério pode estar presente na superfície de o óxido compósito de magnésia/alumina, por exemplo, como um revestimento.
[0028] O promotor pode compreender manganês, bismuto, ou um primeiro metal alcalino ou alcalino terroso. Preferivelmente o promotor
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8/31 compreende um primeiro metal alcalino ou alcalino terroso. Em particular preferivelmente, quando o promotor compreende um primeiro metal alcalino ou alcalino terroso, o promotor não compreende manganês ou bismuto.
[0029] O promotor, onde presente, é preferivelmente presente em uma quantidade de 0,1 a 10% em peso, e mais preferivelmente 0,5 a 5 porcento em peso, por exemplo, cerca de 3-4 porcento em peso, expressos como uma % em peso da composição.
[0030] Quando o promotor é um primeiro metal alcalino ou alcalino terroso, o primeiro metal alcalino ou alcalino terroso é preferivelmente bário. Preferivelmente o bário está presente como um material compósito de CeCUBaCOs. Um material como esse pode ser realizado por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo, impregnação com umidade incipiente ou secagem por pulverização.
[0031] O promotor é preferivelmente depositado no primeiro óxido inorgânico.
[0032] A primeira camada pode funcionar como uma camada de oxidação, por exemplo, uma camada de catalisador de oxidação de diesel (DOC) adequada para a oxidação de hidrocarbonetos a CO2 e/ou CO, e/ou adequada para o oxidação de NO em NO2. Preferivelmente, a primeira camada é uma camada de DOC pobre.
[0033] A primeira camada pode compreender adicionalmente um material absorvente de hidrocarboneto.
[0034] Tipicamente, o material adsorvente de hidrocarboneto é selecionado de uma peneira molecular (por exemplo, um zeólita de aluminossilicato ou um isotipo tal como um SAPO), silica, alumina, titânia, óxido de magnésio, óxido de cálcio, nióbio, carvão ativo, grafite poroso e combinações de dois ou mais dos mesmos. Preferivelmente, o material adsorvente de hidrocarboneto é uma zeólita. Exemplos de zeólitas adequadas incluem zeólitas naturais, tal como analcima, cabazita, erionita, natrolita,
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9/31 mordenita, heulandita, estilbita e laumantita, e zeólitas sintéticas, tal como zeólita tipo A, zeólita tipo Y, zeólita tipo X, zeólita tipo L, erionita, mordenita, beta zeólita e ZSM-5. Preferivelmente, o material absorvente de hidrocarboneto é uma zeólita, em particular preferivelmente uma zeólita beta. [0035] O material absorvente de hidrocarboneto, por exemplo, uma zeólita, mais preferivelmente uma beta zeólita, pode estar presente em uma quantidade de 10-30% em peso, em particular preferivelmente 15-20% em peso, na primeira camada.
[0036] Um ou mais metais do grupo platina (PGM) é preferivelmente selecionado do grupo que consiste de paládio, platina, ródio, e misturas dos mesmos. Em particular preferivelmente, um ou mais metais do grupo platina é uma mistura ou liga de platina e paládio, preferivelmente em que a razão de platina para paládio é de 2:1 a 12:1 com base em p/p, especialmente preferivelmente cerca de 5:1 com base em p/p.
[0037] O catalisador coletor de NOX de mistura pobre preferivelmente compreende 0,1 a 10 porcento em peso PGM, mais preferivelmente 0,5 a 5 porcento em peso PGM, e mais preferivelmente 1 a 3 porcento em peso PGM. [0038] O primeiro material OSC é preferivelmente selecionado do grupo que consiste de óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de cério-zircônia, e um óxido misto de alumina-cério-zircônia. Preferivelmente o primeiro material OSC compreende céria em massa. Além do mais, o primeiro material OSC pode funcionar como um material de armazenamento de NOX, e/ou como um material de suporte para um ou mais metais nobres.
[0039] A segunda camada pode compreender adicionalmente um segundo metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio, ou lantânio. O segundo metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio, ou lantânio pode ser depositado no primeiro material OSC. Altemativamente, ou além disso, o segundo metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio, ou lantânio pode ser depositado no segundo óxido inorgânico. Ou seja, em algumas modalidades, o segundo
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10/31 metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio, ou lantânio podem ser depositado em, isto é, presente, tano no primeiro material OSC quanto no segundo óxido inorgânico.
[0040] O segundo metal alcalino ou alcalino terroso é preferivelmente bário. Bário, onde presente, é incluído como um material de armazenamento de NOX, isto é, a segunda camada pode ser uma camada de armazenamento de NOX. Preferivelmente, o bário, onde presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 10% em peso, e mais preferivelmente 0,5 a 5 porcento em peso de bário, por exemplo, cerca de 4,5 porcento em peso de bário, expressos como um % em peso da composição.
[0041] Preferivelmente o bário está presente como um material compósito de CeCU-BaCOs. Um material como esse pode ser realizado por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo, impregnação com umidade incipiente ou secagem por pulverização. Assim o OSC e o bário pode formar juntos um material de armazenamento de NOX.
[0042] O segundo óxido inorgânico é preferivelmente um óxido de elementos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O segundo óxido inorgânico é preferivelmente selecionado do grupo que consiste de alumina, magnésia, lantana, silica, titânia, nióbia, óxidos de tântalo, óxidos de molibdênio, óxidos de tungstênio, e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos. Em particular preferivelmente, o segundo óxido inorgânico é alumina, um óxido compósito de lantana/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina. Um óxido inorgânico especialmente preferido é um óxido compósito de lantana/alumina ou um óxido compósito de magnésia/alumina, em particular preferivelmente um óxido compósito de lantana/alumina.
[0043] O segundo óxido inorgânico pode ser um material de suporte para um ou mais metais do grupo platina, e/ou para o segundo metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio ou lantânio.
[0044] Segundos óxidos inorgânicos preferidos preferivelmente têm
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11/31 uma área superficial na faixa de 10 a 1.500 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g, e diâmetros de poro de cerca de 10 a 1.000 Angstroms. Óxidos inorgânicos de alta área superficial tendo uma área superficial maior que 80 m2/g são particularmente preferidos, por exemplo, alumina de alta área superficial. Outros segundos óxidos inorgânicos preferidos incluem óxidos compósitos de magnésia/alumina, opcionalmente compreendendo adicionalmente um componente contendo cério, por exemplo, cério. Em tais casos o cério pode estar presente na superfície do óxido compósito de magnésia/alumina, por exemplo, como um revestimento.
[0045] Os catalisadores de coletor de NOX pobre da invenção podem compreender componentes adicionais que são conhecidos pelos versados na técnica. Por exemplo, as composições da invenção podem compreender adicionalmente pelo menos um aglutinante e/ou pelo menos um tensoativo. Onde um aglutinante está presente, aglutinantes de alumina dispersíveis são preferidos.
[0046] Os catalisadores de coletor de NOX pobre da invenção pode preferivelmente compreender adicionalmente um substrato metálico ou cerâmico tendo um comprimento axial L. Preferivelmente o substrato é um monolito de fluxo transpassante ou um monolito de filtro, mas é preferivelmente um substrato de monolito de fluxo transpassante.
[0047] O substrato de monolito de fluxo transpassante tem uma primeira face e uma segunda face definindo uma direção longitudinal entre elas. O substrato de monolito de fluxo transpassante tem uma pluralidade de canais se estendendo entre a primeira face e a segunda face. A pluralidade de canais se estendem na direção longitudinal e provê uma pluralidade de superfícies internas (por exemplo, as superfícies das paredes definindo cada canal). Cada qual da pluralidade de canais tem uma abertura na primeira face e uma abertura na segunda face. Para evitar dúvidas, o substrato de monolito de fluxo transpassante não é um filtro de fluxo de parede.
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12/31 [0048] A primeira face é tipicamente em uma extremidade de entrada do substrato e a segunda face é em uma extremidade de saída do substrato.
[0049] Os canais podem ser de uma largura constante e cada da pluralidade de canais pode ter uma largura de canal uniforme.
[0050] Preferivelmente em um plano ortogonal na direção longitudinal, o substrato de monolito tem de 100 a 500 canais por polegada quadrada, preferivelmente de 200 a 400. Por exemplo, na primeira face, a densidade de primeiros canais abertos e segundos canais fechados é de 200 a 400 canais por polegada quadrada. Os canais podem ter seções transversais que são retangulares, quadradas, circulares, ovais, triangulares, hexagonais, ou outros formatos poligonais.
[0051] O substrato de monolito age como um suporte para conter o material catalítico. Materiais adequados para formar o substrato de monolito inclui materiais tipo cerâmica tais como cordierita, carboneto de silício, nitreto de silício, zircônia, mulita, espodumeno, alumina-sílica e magnésia ou silicato de zircônio, ou de metal refratário poroso. Tais materiais e seu uso na fabricação de substratos de monolito poroso são bem conhecidos na técnica.
[0052] Deve-se notar que o substrato de monolito de fluxo transpassante descrito aqui é um único componente (isto é, um único tijolo). No entanto, quando se forma um sistema para tratamento de emissão, o monolito usado pode ser formado aderindo entre si uma pluralidade de canais ou aderindo entre si uma pluralidade de monolitos menores como descrito aqui. Tais técnicas são bem conhecidas na técnica, bem como revestimentos e configurações adequadas do sistema para tratamento de emissão.
[0053] Em modalidades em que o catalisador coletor de NOX de mistura pobre compreende um substrato cerâmico, o substrato cerâmico pode ser produzido de qualquer material refratário adequado, por exemplo, alumina, silica, titânia, céria, zircônia, magnésia, zeólitas, nitreto de silício, carboneto de silício, silicatos de zircônio, silicatos de magnésio,
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13/31 aluminossilicatos e metaloaluminossilicatos (tais como cordierita e espodumeno), ou uma mistura ou óxido misto de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Cordierita, um aluminossilicato de magnésio, e carboneto de silício são particularmente preferidos.
[0054] Em modalidades em que o catalisador coletor de NOX de mistura pobre compreende um substrato metálico, o substrato metálico pode ser produzido de qualquer metal adequado, e em particular metais e ligas de metal resistentes a calor tais como titânio e aço inoxidável, bem como ferro contendo ligas ferríticas, níquel, cromo, e/ou alumínio além dos outros metais traços.
[0055] Os catalisadores de coletor de NOX pobre da invenção podem ser preparados por qualquer meio adequado. Por exemplo, a primeira camada pode ser preparada misturando um ou mais metais nobres, um primeiro óxido inorgânico e, onde presente, um promotor opcional em qualquer ordem. A maneira e ordem de adição não são consideradas particularmente críticas. Por exemplo, cada dos componentes da primeira camada pode ser adicionado a qualquer outro componente ou componentes simultaneamente, ou pode ser adicionado sequencialmente em qualquer ordem. Cada dos componentes da primeira camada pode ser adicionado a qualquer outro componente da primeira camada por impregnação, adsorção, troca iônica, umidade incipiente, precipitação, ou similares, ou por qualquer outros meios comumente conhecidos na técnica.
[0056] A segunda camada pode ser preparada misturando um ou mais metais do grupo platina, um primeiro material OSC, um segundo óxido inorgânico, e, onde presente, um segundo metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio ou lantânio em qualquer ordem. A maneira e ordem de adição não são consideradas particularmente críticas. Por exemplo, cada dos componentes da segunda camada pode ser adicionado a qualquer outro componente ou componentes simultaneamente, ou pode ser adicionado
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14/31 sequencialmente em qualquer ordem. Cada dos componentes da segunda camada pode ser adicionado a qualquer outro componente da segunda camada por impregnação, adsorção, troca iônica, umidade incipiente, precipitação, ou similares, ou por qualquer outros meios comumente conhecidos na técnica.
[0057] Preferivelmente, o catalisador coletor de NOX de mistura pobre como descrito anteriormente é preparado depositando o catalisador coletor de NOX de mistura pobre no substrato usando procedimentos de revestimento reativo. Um processo representativo para preparar o catalisador coletor de ΝΟχ de mistura pobre usando um procedimento de revestimento reativo é apresentado a seguir. Será entendido que o processo a seguir pode ser variado de acordo com modalidades diferentes da invenção.
[0058] A aplicação do revestimento reativo é preferivelmente realizada primeiro formando partículas de pasta fluida finamente divididas dos componentes do catalisador coletor de NOX de mistura pobre como definido anteriormente em um solvente apropriado, preferivelmente água, para formar uma pasta fluida. A pasta fluida preferivelmente contém entre 5 a 70 porcento em peso de sólidos, mais preferivelmente entre 10 a 50 porcento em peso. Preferivelmente, as partículas são moídas ou submetidas a um outro processo de trituração a fim de assegurar que substancialmente todas as partículas sólidas têm um tamanho de partícula de menos que 20 microns de diâmetro médio, antes de formar a pasta fluida. Componentes adicionais, tal como estabilizantes, aglutinantes, tensoativos ou promotores, podem também ser incorporados na pasta fluida como uma mistura de compostos ou complexos solúveis em água ou dispersíveis em água.
[0059] O substrato pode então ser revestido uma ou mais vezes com a pasta fluida de maneira tal que será depositado no substrato o carregamento desejado do catalisador coletor de NOX de mistura pobre.
[0060] Preferivelmente, a primeira camada é suportada/depositada diretamente no substrato metálico ou cerâmico. Por “diretamente em”
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15/31 entende-se que não existe nenhuma camada interveniente ou subjacente presente entre a primeira camada e o substrato metálico ou cerâmico.
[0061] Preferivelmente, a segunda camada é depositada na primeira camada. Particularmente, preferivelmente a segunda camada é depositada diretamente na primeira camada. Por “diretamente em” entende-se que não existe nenhuma camada interveniente ou subjacente presente entre a segunda camada e a primeira camada.
[0062] Assim, em um catalisador coletor de NOX de mistura pobre preferido da invenção, a primeira camada é depositada diretamente no substrato metálico ou cerâmico, e a segunda camada é depositada na primeira camada. Tais catalisadores de coletor de NOX pobre podem ser considerados um coletor de NOX pobre de duas camadas.
[0063] Preferivelmente, a primeira camada e/ou a segunda camada são depositadas em pelo menos 50% do comprimento axial L do substrato, mais preferivelmente em pelo menos 70% do comprimento axial L do substrato, e em particular preferivelmente em pelo menos 80% do comprimento axial L do substrato.
[0064] Em catalisadores de coletor de NOX pobre particularmente preferidos da invenção, a primeira camada é depositada em pelo menos 30%, preferivelmente pelo menos 50% do comprimento axial L do substrato, e a segunda camada é depositada em pelo menos 80%, preferivelmente pelo menos 95%, do comprimento axial L do substrato. Assim, em alguns catalisadores de coletor de NOX pobre particularmente preferidos da invenção, a primeira camada é depositada em pelo menos 50% do comprimento axial L do substrato e a segunda camada é depositada em pelo menos 95% do comprimento axial L do substrato.
[0065] Preferivelmente, o catalisador coletor de NOX de mistura pobre compreende um substrato e pelo menos uma camada no substrato. Preferivelmente, pelo menos uma camada compreende a primeira camada
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16/31 como descrito anteriormente. Isso pode ser produzido pelo procedimento de aplicação de revestimento reativo descrito anteriormente. Uma ou mais camadas adicionais podem ser adicionadas a uma camada de composição do catalisador adsorvente de NOX, tal como a segunda camada como descrito anteriormente.
[0066] Altemativamente, a primeira camada e/ou a segunda camada pode ser extrudada para formar um substrato de fluxo transpassante ou filtro. Em tais casos o catalisador coletor de NOX de mistura pobre é um catalisador coletor de NOX de mistura pobre extrudado compreendendo a primeira camada e/ou a segunda camada como descrito anteriormente.
[0067] Um aspecto adicional da invenção é um sistema para tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão compreendendo o catalisador coletor de NOX de mistura pobre como definido anteriormente, e um motor de combustão interna. Em sistemas preferidos, o motor de combustão interna é um motor diesel, preferivelmente um motor diesel de trabalho leve. O catalisador coletor de NOX de mistura pobre pode ser colocado em uma posição acoplada fechada ou na posição sob o piso.
[0068] O sistema para tratamento de emissão tipicamente compreende adicionalmente um dispositivo de controle de emissões.
[0069] O dispositivo de controle de emissões é preferivelmente a jusante do catalisador coletor de NOX de mistura pobre.
[0070] Exemplos de um dispositivo de controle de emissões incluem um filtro de particulado diesel (DPF), um coletor de NOX pobre (LNT), um catalisador de NOX pobre (LNC), um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), um catalisador de oxidação de diesel (DOC), um filtro de fuligem catalisado (CSF), um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), um catalisador de amônia não reagida (ASC), um catalisador de partida a frio (dCSC™) e combinações de dois ou mais dos mesmos. Tais dispositivos de controle de emissões são todos bem conhecidos na técnica.
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17/31 [0071] Alguns dos dispositivos de controle de emissões supramencionados têm substratos filtrantes. Um dispositivo de controle de emissões tendo um substrato filtrante pode ser selecionado do grupo que consiste de um filtro de particulado diesel (DPF), um filtro de fuligem catalisado (CSF), e um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™).
[0072] Prefere-se que o sistema para tratamento de emissão compreenda um dispositivo de controle de emissões selecionado do grupo que consiste de um coletor de NOX pobre (LNT), um catalisador de amônia não reagida (ASC), filtro de particulado diesel (DPF), um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), um filtro de fuligem catalisado (CSF), um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), e combinações de dois ou mais dos mesmos. Mais preferivelmente, o dispositivo de controle de emissões é selecionado do grupo que consiste de um filtro de particulado diesel (DPF), um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), um filtro de fuligem catalisado (CSF), um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), e combinações de dois ou mais dos mesmos. Ainda mais preferivelmente, o dispositivo de controle de emissões é um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) ou um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™).
[0073] Quando o sistema para tratamento de emissão da invenção compreende um catalisador SCR ou um catalisador SCRF™, então o sistema para tratamento de emissão pode compreender adicionalmente um injetor para injetar um agente redutor nitrogenoso, tal como amônia, ou um precursor de amônia, tal como ureia ou formato de amônio, preferivelmente ureia, em gás de escape a jusante do catalisador coletor de NOX de mistura pobre e à montante do catalisador SCR ou do catalisador SCRF™.
[0074] Um injetor como esse pode ser fluidicamente ligado a uma fonte (por exemplo, um tanque) de um precursor do agente redutor
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18/31 nitrogenoso. Dosagem controlada por válvula do precursor no gás de escape pode ser regulada por meios de gerenciamento de motor adequadamente programados e realimentação de laço fechado ou laço aberto providos por sensores que monitoram a composição do gás de escape.
[0075] Amônia pode também ser gerada aquecendo carbamato de amônio (um sólido) e a amônia gerada pode ser injetada no gás de escape.
[0076] Altemativamente ou adicionalmente ao injetor, amônia pode ser gerada in situ (por exemplo, durante geração rica de um LNT disposto à montante do catalisador SCR ou do catalisador SCRF™, por exemplo, um catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção). Assim, o sistema para tratamento de emissão pode compreender adicionalmente um meio de gerenciamento de motor para enriquecer o gás de escape com hidrocarbonetos.
[0077] O catalisador SCR ou o catalisador SCRF™ pode compreender um metal selecionado do grupo que consiste de pelo menos um de Cu, Hf, La, Au, In, V, lantanídeos e metais de transição do Grupo VIII (por exemplo, Fe), em que o metal é suportado em um óxido refratário ou peneira molecular. O metal é preferivelmente selecionado de Ce, Fe, Cu e combinações de quaisquer dois ou mais dos mesmos, mais preferivelmente o metal é Fe ou Cu.
[0078] O óxido refratário para o catalisador SCR ou o catalisador SCRF™ pode ser selecionado do grupo que consiste de AI2O3, T1O2, CeCU, S1O2, ZrÜ2 e óxidos mistos contendo dois ou mais dos mesmos. O catalisador não zeólita pode também incluir óxido de tungstênio (por exemplo, V2O5/WO3/TÍO2, WOx/CeZrO2, WOx/ZrO2 ou Fe/WOx/ZrO2).
[0079] E particularmente preferido que um catalisador SCR, um catalisador SCRF™ ou um revestimento reativo dos mesmos compreenda pelo menos uma peneira molecular, tal como um zeólita de aluminossilicato ou um SAPO. Pelo menos uma peneira molecular pode ser uma peneira
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19/31 molecular de poro pequeno, médio ou grande. Por “peneira molecular de poro pequeno” aqui queremos dizer peneiras moleculares contendo um tamanho de anel máximo de 8, tal como CHA; por “peneira molecular de poro médio” aqui queremos dizer uma peneira molecular contendo um tamanho de anel máximo de 10, tal como ZSM-5; e por “peneira molecular de poro grande” aqui queremos dizer uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de 12, tal como beta. Peneiras moleculares de poro pequeno são potencialmente vantajosas para uso em catalisadores de SCR.
[0080] No sistema para tratamento de emissão da invenção, peneiras moleculares preferidas para um catalisador SCR ou um catalisador SCRF™ são peneiras moleculares de zeólita de aluminossilicato sintéticas selecionadas do grupo que consiste de AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI incluindo ZSM-34, mordenita, ferrierita, BEA incluindo Beta, Y, CHA, LEV incluindo Nu-3, MCM-22 e EU-1, preferivelmente AEI ou CHA, e tendo uma razão de silica para alumina de cerca de 10 a cerca de 50, tal como cerca de 15 a cerca de 40. [0081] Em uma primeira modalidade de sistema para tratamento de emissão, o sistema para tratamento de emissão compreende o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção e um filtro de fuligem catalisado (CSF). O catalisador coletor de NOX de mistura pobre é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo filtro de fuligem catalisado (CSF). Assim, por exemplo, uma saída do catalisador coletor de NOX de mistura pobre é conectado a uma entrada do filtro de fuligem catalisado.
[0082] Uma segunda modalidade de sistema para tratamento de emissão se refere a um sistema para tratamento de emissão compreendendo o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção, um filtro de fuligem catalisado (CSF) e um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR).
[0083] O catalisador coletor de NOX de mistura pobre é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo filtro de fuligem catalisado (CSF). O filtro de fuligem catalisado é tipicamente seguido (por exemplo, fica
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20/31 à montante de) pelo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Um injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser arranjado entre o filtro de fuligem catalisado (CSF) e o catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Assim, o filtro de fuligem catalisado (CSF) pode ser seguido (por exemplo, fica à montante de) por um injetor de agente redutor nitrogenoso, e o injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR).
[0084] Em uma terceira modalidade de sistema para tratamento de emissão, o sistema para tratamento de emissão compreende o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção, um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) e tanto um filtro de fuligem catalisado (CSF) quanto um filtro de particulado diesel (DPF).
[0085] Na terceira modalidade de sistema para tratamento de emissão, o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Um injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser arranjado entre o catalisador de oxidação e o catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Assim, o substrato de monolito catalisado pode ser seguido por (por exemplo, fica à montante de) um injetor de agente redutor nitrogenoso, e o injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). O catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) é seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo filtro de fuligem catalisado (CSF) ou o filtro de particulado diesel (DPF).
[0086] Uma quarta modalidade de sistema para tratamento de emissão compreende o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção e um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™). O catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de filtro de redução catalítica
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21/31 seletiva (SCRF™).
[0087] Um injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser arranjado entre o catalisador coletor de NOX de mistura pobre e o catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™). Assim, o catalisador coletor de NOX de mistura pobre pode ser seguido por (por exemplo, fica à montante de) um injetor de agente redutor nitrogenoso, e o injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™).
[0088] Quando o sistema para tratamento de emissão compreende um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) ou um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), tal como na segunda à quarta modalidades do sistema de escape descrito a seguir, um ASC pode ser disposto a jusante do catalisador SCR ou do catalisador SCRF™ (isto é, como um substrato de monolito separado), ou mais preferivelmente uma zona em uma extremidade à jusante ou traseira do substrato de monolito compreendendo o catalisador SCR pode ser usada como um suporte para o ASC.
[0089] Um outro aspecto da invenção se refere a um veículo. O veículo compreende um motor de combustão interna, preferivelmente um motor diesel. O motor de combustão interna, preferivelmente o motor diesel, é acoplado a um sistema para tratamento de emissão da invenção.
[0090] Prefere-se que o motor diesel seja configurado ou adaptado para funcionar com combustível, preferivelmente 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.
[0091] O veículo pode ser um veículo diesel de trabalho leve (LDV), tal como definido na legislação dos EUA ou da Europa. Um veículo de trabalho leve a diesel tipicamente tem um peso de < 2.840 kg, mais
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22/31 preferivelmente um peso de < 2.610 kg. Nos EUA, um veículo diesel de trabalho leve (LDV) se refere a um veículo a diesel tendo um peso bruto de <
3,85 toneladas (8.500 libras (lbs dos EUA)). Na Europa, a expressão veículo de trabalho leve a diesel (LDV) se refere a (i) veículos de passageiro compreendendo não mais que oito assentos além do assento do motorista e tendo uma massa máxima não excedendo 5 toneladas, e (ii) veículos para o transporte de mercadorias tendo uma massa máxima não excedendo 12 toneladas.
[0092] Altemativamente, o veículo pode ser um veículo diesel de trabalho pesado (HDV), tal como um veículo a diesel tendo um peso bruto de > 3,85 toneladas (8.500 libras (lbs do EUA)), como definido na legislação dos EUA.
[0093] Um aspecto adicional da invenção é um método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna compreendendo colocar o gás de escape em contato com o catalisador coletor de NOX de mistura pobre como descrito anteriormente ou o sistema para tratamento de emissão como descrito anteriormente. Em métodos preferidos, o gás de escape é uma mistura de gás rico. Em métodos preferidos adicionais, o gás de escape alterna entre uma mistura de gás rico e uma mistura de gás pobre.
[0094] Em alguns métodos preferidos para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna, o gás de escape é a uma temperatura de cerca de 150 a 300°C.
[0095] Em métodos preferidos adicionais para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna, o gás de escape é colocado em contato com um ou mais dispositivos de controle de emissões adicionais, além do catalisador coletor de NOX de mistura pobre como descrito anteriormente. O dispositivo ou dispositivos de controle de emissões são preferivelmente a jusante do catalisador coletor de NOX de mistura pobre.
[0096] Exemplos de um dispositivo de controle de emissões adicional
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23/31 incluem um filtro de particulado diesel (DPF), um coletor de N0x pobre (LNT), um catalisador de N0x pobre (LNC), um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), um catalisador de oxidação de diesel (DOC), um filtro de fuligem catalisado (CSF), um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), um catalisador de amônia não reagida (ASC), um catalisador de partida a frio (dCSC™) e combinações de dois ou mais dos mesmos. Tais dispositivos de controle de emissões são todos bem conhecidos na técnica.
[0097] Alguns dos dispositivos de controle de emissões supramencionados têm substratos filtrantes. Um dispositivo de controle de emissões tendo um substrato filtrante pode ser selecionado do grupo que consiste de um filtro de particulado diesel (DPF), um filtro de fuligem catalisado (CSF), e um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™).
[0098] Prefere-se que o método compreenda colocar o gás de escape em contato com um dispositivo de controle de emissões selecionado do grupo que consiste de um coletor de NOX pobre (ENT), um catalisador de amônia não reagida (ASC), filtro de particulado diesel (DPF), um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), um filtro de fuligem catalisado (CSF), um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), e combinações de dois ou mais dos mesmos. Mais preferivelmente, o dispositivo de controle de emissões é selecionado do grupo que consiste de um filtro de particulado diesel (DPF), um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR), um filtro de fuligem catalisado (CSF), um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), e combinações de dois ou mais dos mesmos. Ainda mais preferivelmente, o dispositivo de controle de emissões é um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) ou um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™).
[0099] Quando o método da invenção compreende colocar o gás de
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24/31 escape em contato com um catalisador SCR ou um catalisador SCRF™, então o método pode compreender adicionalmente a injeção de um agente redutor nitrogenoso, tal como amônia, ou um precursor de amônia, tal como ureia ou formato de amônio, preferivelmente ureia, em gás de escape a jusante do catalisador coletor de NOX de mistura pobre e à montante do catalisador SCR ou do catalisador SCRF™.
[00100] Uma injeção como essa pode ser realizada por um injetor. O injetor pode ser fluidicamente ligado a uma fonte (por exemplo, um tanque) de um precursor do agente redutor nitrogenoso. Dosagem controlada por válvula do precursor no gás de escape pode ser regulada por meio de gerenciamento de motor adequadamente programado e realimentação de laço fechado ou laço aberto providos por sensores monitorando a composição do gás de escape.
[00101] Amônia pode também ser gerada aquecendo carbamato de amônio (um sólido) e a amônia gerada pode ser injetada no gás de escape.
[00102] Altemativamente ou adicionalmente o injetor, amônia pode ser gerada in situ (por exemplo, durante geração rica de um UNT disposto à montante do catalisador SCR ou do catalisador SCRF™). Assim, o método pode compreender adicionalmente enriquecimento do gás de escape com hidrocarbonetos.
[00103] O catalisador SCR ou o catalisador SCRF™ pode compreender um metal selecionado do grupo que consiste de pelo menos um de Cu, Hf, Fa, Au, In, V, lantanídeos e metais de transição do Grupo VIII (por exemplo, Fe), em que o metal é suportado em um óxido refratário ou peneira molecular. O metal é preferivelmente selecionado de Ce, Fe, Cu e combinações de quaisquer dois ou mais dos mesmos, mais preferivelmente o metal é Fe ou Cu.
[00104] O óxido refratário para o catalisador SCR ou o catalisador SCRF™ pode ser selecionado do grupo que consiste de AI2O3, T1O2, CeCU,
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SÍO2, ZrO2 e óxidos mistos contendo dois ou mais dos mesmos. O catalisador não zeólita pode também incluir óxido de tungstênio (por exemplo, V2O5/WO3/TÍO2, WOx/CeZrO2, WOx/ZrO2 ou Fe/WOx/ZrO2).
[00105] E particularmente preferido que um catalisador SCR, um catalisador SCRF™ ou um revestimento reativo dos mesmos compreenda pelo menos uma peneira molecular, tal como um zeólita de aluminossilicato ou um SAPO. Pelo menos uma peneira molecular pode ser uma peneira molecular de poro pequeno, médio ou grande. Por “peneira molecular de poro pequeno” aqui queremos dizer peneiras moleculares contendo um tamanho de anel máximo de 8, tal como CHA; por “peneira molecular de poro médio” aqui queremos dizer uma peneira molecular contendo um tamanho de anel máximo de 10, tal como ZSM-5; e por “peneira molecular de poro grande” aqui queremos dizer uma peneira molecular tendo um tamanho de anel máximo de 12, tal como beta. Peneiras moleculares de poro pequeno são potencialmente vantajosas para uso em catalisadores de SCR.
[00106] No método para tratar um gás de escape da invenção, peneiras moleculares preferidas para um catalisador SCR ou um catalisador SCRF™ são peneiras moleculares de zeólita de aluminossilicato sintéticas selecionadas do grupo que consiste de AEI, ZSM-5, ZSM-20, ERI incluindo ZSM-34, mordenita, ferrierita, BEA incluindo Beta, Y, CHA, LEV incluindo Nu-3, MCM-22 e EU-1, preferivelmente AEI ou CHA, e tendo uma razão de silica para alumina de cerca de 10 a cerca de 50, tal como cerca de 15 a cerca de 40. [00107] Em uma primeira modalidade, o método compreende colocar o gás de escape em contato com o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção e um filtro de fuligem catalisado (CSF). O catalisador coletor de NOX de mistura pobre é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo filtro de fuligem catalisado (CSF). Assim, por exemplo, uma saída do catalisador coletor de NOX de mistura pobre é conectada a uma entrada do filtro de fuligem catalisado.
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26/31 [00108] Uma segunda modalidade do método para tratar um gás de escape se refere a um método compreendendo colocar o gás de escape em contato com o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção, um filtro de fuligem catalisado (CSF) e um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR).
[00109] O catalisador coletor de NOX de mistura pobre é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo filtro de fuligem catalisado (CSF). O filtro de fuligem catalisado é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Um injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser arranjado entre o filtro de fuligem catalisado (CSF) e o catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Assim, o filtro de fuligem catalisado (CSF) pode ser seguido por (por exemplo, fica à montante de) um injetor de agente redutor nitrogenoso, e o injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR).
[00110] Em uma terceira modalidade do método para tratar um gás de escape, o método compreende colocar o gás de escape em contato com o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção, um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) e tanto um filtro de fuligem catalisado (CSF) quanto um filtro de particulado diesel (DPF).
[00111] Na terceira modalidade do método para tratar um gás de escape, o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Um injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser arranjado entre o catalisador de oxidação e o catalisador de redução catalítica seletiva (SCR). Assim, o catalisador coletor de NOX de mistura pobre pode ser seguido por (por exemplo, fica à montante de) um injetor de agente redutor nitrogenoso, e o injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de redução
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[00112] Uma quarta modalidade do método para tratar um gás de escape compreende o catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção e um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™). O catalisador coletor de NOX de mistura pobre da invenção é tipicamente seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™).
[00113] Um injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser arranjado entre o catalisador coletor de NOX de mistura pobre e o catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™). Assim, o catalisador coletor de NOX de mistura pobre pode ser seguido por (por exemplo, fica à montante de) um injetor de agente redutor nitrogenoso, e o injetor de agente redutor nitrogenoso pode ser seguido (por exemplo, fica à montante de) pelo catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™).
[00114] Quando o sistema para tratamento de emissão compreende um catalisador de redução catalítica seletiva (SCR) ou um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva (SCRF™), tal como na segunda a quarta modalidades do método descritas a seguir, um ASC pode ser disposto a jusante do catalisador SCR ou do catalisador SCRF™ (isto é, como um substrato de monolito separado), ou mais preferivelmente uma zona em uma extremidade a jusante ou traseira do substrato de monolito compreendendo o catalisador SCR pode ser usada como um suporte para o ASC.
EXEMPLOS [00115] A invenção será agora ilustrada pelos exemplos não limitantes a seguir.
Materiais [00116] Todos os materiais são comercialmente disponíveis e foram
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28/31 obtidos de fornecedores conhecidos, a menos que de outra forma notada. Catalisador 1 (Comparativo) [00117] Primeira Camada:
[00118] Um material compósito de CeCU-BaCOs foi formado por acetato de bário com secagem por pulverização em cério a alta área superficial, seguido por calcinação a 650°C por 1 hora.
[00119] 1,71 g/in3 de [A12O3.Ce(12,5%)] (comercialmente disponível) foi produzido em uma pasta fluida com água destilada e então moído a um doo de 13-15 μπι. A pasta fluida, 95 g/ft3 Pt de malonato e 19 g/ft3 Pd de solução de nitrato foram então adicionados, e agitados até ficar homogêneo. O Pt/Pd foi deixado adsorverno suporte de [A12O3.Ce(12,5%)] por 1 hora.
[00120] A isso foram então adicionados 3,33 g/in3 do material compósito de CeCU-BaCOs. A pasta fluida resultante foi produzida em um revestimento reativo e espessada com espessante natural (natrosol).
[00121] Este revestimento reativo foi então revestido em um monolito cerâmico ou metálico usando procedimentos de revestimento padrões, seco a 100°C e calcinado a 500°C por 45 min.
[00122] O Ba estava presente em cerca de 4,3% em peso (4,6% molar). Segunda Camada:
[00123] Um segundo revestimento reativo foi preparado fazendo 0,5 g/in3 [Ce.Zr] em uma pasta fluida e adicionando 5 g/ft3 de Nitrato de Ródio a ela antes de ajustar o pH da mistura a pH~7 com amônia. A pasta fluida resultante foi produzida em um revestimento reativo e espessada com espessante natural (natrosol).
[00124] O segundo revestimento reativo foi então revestido no topo do revestimento reativo calcinado anterior usando procedimentos de revestimento padrões, seco a 100°C e calcinado a 500°C por 45 min.
Catalisador 2
Primeira camada:
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29/31 [00125] 1,2 g/in3 [A12O3.Si(5%)] (comercialmente disponível) foi produzido em uma pasta fluida com água destilada e então moído a um doo de 13-15 pm. A essa pasta fluida foram adicionados 200 g/ft3 de ácido cítrico seguido por 100 g/ft3 de acetato de bário e a mistura foi agitada até ficar homogênea. 43 g/ft3 de nitrato de platina e 22 g/ft3 de nitrato de paládio foram adicionados e agitados até ficar homogêneos. O Pt/Pd é deixado adsorver n suporte de [A12O3.Si(5%)] por 1 hora. A isso foi então adicionado 0,3 g/in3 de beta-zeólita (comercialmente disponível) e agitado até ficar homogêneo. A pasta fluida resultante foi produzida em um revestimento reativo e espessada com espessante natural (natrosol).
[00126] Este revestimento reativo foi então revestido em um monolito cerâmico ou metálico usando procedimentos de revestimento padrões para alvejar uma profundidade de revestimento de 50%, seco a 100°C e calcinado a 500°C por 45 min.
[00127] Segunda Camada:
[00128] Um material compósito de CeCU-BaCOs foi formado por acetato de bário com secagem por pulverização em cério a alta área superficial, seguido por calcinação a 650°C por 1 hora.
[00129] O segundo revestimento reativo foi preparado fazendo 1,24 g/in3 [A12O3.La(3%)] em uma pasta fluida com água destilada e então moída a um dço de 13-15 pm. A pasta fluida, 72,9 g/ft3 Pt de malonato e 14,6 g/ft3 Pd de solução de nitrato foram então adicionados, e agitados até ficar homogêneos. O Pt/Pd foi deixado adsorver no suporte de [AI2O3. La(3%)] por 1 hora.
[00130] A isso foram então adicionados 3,0 g/in3 do material compósito de CeCU-BaCOs. A pasta fluida resultante foi produzida em um revestimento reativo e espessada com espessante natural (natrosol).
[00131] Este revestimento reativo foi então revestido no topo do revestimento reativo previamente calcinado usando procedimentos de
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30/31 revestimento padrões e uma profundidade de revestimento alvo de 90%, seco a 100°C e calcinado a 500°C por 45 min.
Resultados experimentais [00132] Catalisador 1 e Catalisador 2 foram hidrotermicamente envelhecidos a 800°C por 5h, em um corrente de gás que consiste de 10% de Η2Ο, 20% de O2, e equilíbrio N2. Eles tiveram desempenho testado com relação a um ciclo de emissões de MVEG-B simulado usando um 1,6 litro de motor diesel montado em bancada. Emissões foram medidas pré e póscatalisador.
Exemplo 1 [00133] As emissões de poluente NOX cumulativas são conhecidas na Figura 1. A diferença entre as emissões de NOX for a do motor (précatalisador) e as emissões de NOX pós-catalisador indicaram a quantidade de NOX removida no catalisador. Pode-se ver a partir da Figura 1 que catalisador 2, que compreende uma zona de camada inferior de DOC pobre, teve uma maior capacidade de adsorver NOX em um estado desativado do que catalisador comparativo 1, que não contém um zona de DOC pobre.
Exemplo 2 [00134] As emissões de poluente CO cumulativas são mostradas na Figura 2. A diferença entre as emissões de CO fora do motor (pré-catalisador) e o emissões de CO pós-catalisador indicou a quantidade de CO removida no catalisador. Pode-se ver a partir da Figura 2 que o catalisador 2, que compreende uma zona de camada inferior de DOC pobre, teve um maior capacidade de converter CO em um estado desativado e estado ativado do que o catalisador comparativo 1, que não contém uma zona de DOC pobre.
Exemplo 3 [00135] As emissões de poluente HC cumulativas são mostradas na Figura 3. A diferença entre as emissões de HC fora do motor (pré-catalisador) e as emissões de HC pós-catalisador indicou a quantidade de HC removida no
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31/31 catalisador. Pode-se ver a partir da Figura 3 que o catalisador 2, que compreende uma zona de camada inferior de DOC pobre, teve uma maior capacidade de converter HC em um estado desativado e estado ativado do que o catalisador comparativo 1, que não contém uma zona de DOC pobre. Exemplo 4 [00136] Catalisador 1 e catalisador 2 foram hidrotermicamente envelhecidos a 800°C por 5h, em uma corrente de gás que consiste de 10% de H2O, 20%fr O2, e equilíbrio N2. Ambos os catalisadores foram testados em um teste de “Light-Off” SCAT, a condição de teste é mostrada na Tabela 1. Pode-se ver a partir da Figura 4 que o catalisador 2, que compreende uma zona de camada inferior de DOC pobre, teve uma menor temperatura de extinção para conversão de CO em um estado desativado do que o catalisador comparativo 1, que não contém uma zona de DOC pobre.
Tabela 1: Mistura e condições do gás de teste Light Off SCAT.__________
Elevação de Temperatura 20°C/min
Temperatura de início-fim 80-600°C
CO2 4%
O2 14%
CO 1.500 ppm
NO 100 ppm
Decano (C3) 67 ppm
Tolueno 27 ppm
Metano (C3) 10 ppm
Propeno (C3) 40 ppm
HC total (Cl) 432 ppm
H2O 4%
SV 55k h1
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Claims (38)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre, caracterizado pelo fato de que compreende:
    i) uma primeira camada, a dita primeira camada compreendendo um ou mais metais nobres, um primeiro óxido inorgânico, e opcionalmente um promotor; e ii) uma segunda camada, a dita segunda camada compreendendo um ou mais metais do grupo platina, um primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), e um segundo óxido inorgânico;
    em que a primeira camada é substancialmente livre de material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC).
  2. 2. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC) é selecionado do grupo que consiste de óxido de cério, óxido de zircônio, um óxido misto de cériozircônia, e um óxido misto de alumina-cério-zircônia.
  3. 3. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC) compreende cério em massa.
  4. 4. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um ou mais metais nobres são selecionados do grupo que consiste de paládio, platina, ródio, prata, ouro, e misturas dos mesmos.
  5. 5. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um ou mais metais nobres são uma mistura ou liga de platina e paládio.
  6. 6. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com
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    2/6 a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a razão de platina para paládio é de 1:1 a 10:1 com base em p/p.
  7. 7. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que a razão de platina para paládio é cerca de 2:1 com base em p/p.
  8. 8. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um ou mais metais nobres são suportados no primeiro óxido inorgânico.
  9. 9. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o primeiro óxido inorgânico é selecionado do grupo que consiste de alumina, magnésia, silica, titânia, nióbia, óxidos de tântalo, óxidos de molibdênio, óxidos de tungstênio, e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos.
  10. 10. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o primeiro óxido inorgânico é alumina, sílica-alumina ou um óxido compósito de magnésia/alumina.
  11. 11. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o primeiro óxido inorgânico é sílica-alumina.
  12. 12. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o promotor compreende manganês, bismuto, ou um primeiro metal alcalino ou alcalino terroso.
  13. 13. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o promotor compreende um primeiro metal alcalino ou alcalino terroso.
  14. 14. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro metal
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    3/6 alcalino ou alcalino terroso é bário.
  15. 15. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a primeira camada compreende adicionalmente um material absorvente de hidrocarboneto.
  16. 16. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o material absorvente de hidrocarboneto é uma peneira molecular.
  17. 17. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a peneira molecular é uma zeólita.
  18. 18. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a zeólita é beta zeólita.
  19. 19. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito um ou mais metais do grupo platina é selecionado do grupo que consiste de paládio, platina, ródio, e misturas dos mesmos.
  20. 20. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito um ou mais metais do grupo platina é uma mistura ou liga de platina e paládio.
  21. 21. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a razão de platina para paládio é de 2:1 a 12:1 com base em p/p.
  22. 22. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que a razão de platina para paládio é cerca de 5:1 com base em p/p.
  23. 23. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de
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    4/6 que a segunda camada compreende adicionalmente um segundo metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio, ou lantânio.
  24. 24. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o segundo metal alcalino ou alcalino terroso, neodímio, ou lantânio está presente em uma quantidade de 0,1 a 10% em peso na segunda camada.
  25. 25. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracterizado pelo fato de que o segundo metal alcalino ou alcalino terroso é bário.
  26. 26. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o segundo óxido inorgânico é selecionado do grupo que consiste de alumina, magnésia, lantana, silica, titânia, nióbia, óxidos de tântalo, óxidos de molibdênio, óxidos de tungstênio, e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos.
  27. 27. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o segundo óxido inorgânico é alumina, um óxido compósito de lantana/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina.
  28. 28. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o segundo óxido inorgânico é um óxido compósito de lantana/alumina.
  29. 29. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um substrato metálico ou cerâmico tendo um comprimento axial L.
  30. 30. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o substrato é um monolito de fluxo transpassante ou um monolito de filtro.
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    5/6
  31. 31. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com a reivindicação 29 ou 30, caracterizado pelo fato de que a primeira camada é depositada diretamente no substrato metálico ou cerâmico.
  32. 32. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a segunda camada é depositada na primeira camada.
  33. 33. Catalisador coletor de NOX de mistura pobre de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizado pelo fato de que a primeira camada e/ou a segunda camada são extrudadas para formar um substrato de fluxo transpassante ou filtro.
  34. 34. Sistema para tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão, caracterizado pelo fato de que compreende o catalisador coletor de NOX de mistura pobre como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 33 e um motor de combustão interna.
  35. 35. Sistema para tratamento de emissão de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o motor de combustão interna é um motor diesel.
  36. 36. Sistema para tratamento de emissão de acordo com a reivindicação 34 ou 35, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema de catalisador de redução catalítica seletivo, um filtro particulado, um sistema de filtro de redução catalítica seletiva, um adsorvedor de NOX passivo, um sistema catalisador de três vias, ou combinações dos mesmos.
  37. 37. Método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna, caracterizado pelo fato de que compreende colocar o gás de escape em contato com o catalisador coletor de NOX de mistura pobre como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 33 ou no sistema para tratamento de emissão como definido em qualquer uma das reivindicações 34 a 36.
    Petição 870190054201, de 12/06/2019, pág. 45/51
    6/6
  38. 38. Método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que o gás de escape é a uma temperatura de cerca de 150 a 300°C.
BR112019012024-6A 2016-12-15 2017-12-15 catalisador coletor de nox de mistura pobre, sistema de tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão, e, método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna. BR112019012024A2 (pt)

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