BR112019012460A2 - sistema de purificação de escape, e, método para reduzir as emissões de uma corrente de escape. - Google Patents
sistema de purificação de escape, e, método para reduzir as emissões de uma corrente de escape. Download PDFInfo
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Abstract
sistema de purificação de escape e métodos para a redução de emissões de uma corrente de escape, incluindo um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de nox passivo; meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio, para reagir no na corrente de escape com o ozônio para produzir no2; e um catalisador scr.
Description
SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ESCAPE, E, MÉTODO PARA REDUZIR AS EMISSÕES DE UMA CORRENTE DE ESCAPE
FUNDAMENTO [001] A necessidade de reduzir a emissão de subprodutos prejudiciais e as crescentes pressões para aumentar a economia de combustível são desafios constantes com os motores de combustão interna. Os motores a diesel produzem emissões de escape que geralmente contêm pelo menos quatro classes de poluentes que são objeto contra legislação por organizações intergovemamentais em todo o mundo: monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HCs), óxidos de nitrogênio (NOx) e material particulado (PM). Existe uma variedade de dispositivos de controle de emissões para o tratamento de 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 garantir que todas as quatro classes de poluentes sejam tratadas antes da emissão do gás de escape no ambiente.
[002] Vários processos para o tratamento de escape avançam mais rapidamente quando as espécies de NOx no gás de escape compreendem porcentagens mais elevadas de NO2 em vez de NO. Como resultado, pode ser desejável prover um gás de escape com maiores porcentagens de NO2 para impulsionar ainda mais a conversão de NOx em sistemas que incluem tais processos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [003] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um sistema de purificação de escape para a redução de emissões de uma corrente de escape inclui, em ordem: um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de NOx passivo; meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio, para reagir NO na corrente de escape com o ozônio para produzir NO2; e um catalisador SCR. Em algumas modalidades, o catalisador a montante compreende um catalisador de oxidação e/ou um
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2/39 catalisador de arranque a frio. O catalisador adsorvente de NOx passivo pode incluir um substrato de filtro. Em algumas modalidades, o catalisador a montante e o catalisador absorvente de NOx passivo estão incluídos em um único substrato. O sistema pode ainda incluir um meio para aquecer o gás de escape a montante do catalisador SCR, tal como um aquecedor elétrico. Em algumas modalidades, os meios para aquecer o gás de escape estão localizados a montante dos meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio. Os meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio podem incluir, por exemplo, um gerador de ozônio. O sistema pode ainda incluir um catalisador SCRF, que pode estar localizado a montante do catalisador SCR. Em algumas modalidades, o sistema pode ainda incluir um ASC a jusante do catalisador SCR.
[004] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um método de redução de emissões a partir de uma corrente de escape inclui: colocar em contato a corrente de escape com um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de NOx passivo; oxidar NO a NO2 por contato da corrente de escape com ozônio; e seletivamente reduzir por via catalítica NO2 para nitrogênio por contato do NO2 produzido a partir da etapa de oxidação com um redutor na presença de um catalisador SCR. Em algumas modalidades, o catalisador a montante inclui um catalisador de oxidação e/ou um catalisador de arranque a frio. O catalisador adsorvente de NOx passivo pode incluir um substrato de filtro. Em algumas modalidades, o catalisador a montante e o catalisador adsorvente de NOx passivo estão incluídos em um único substrato. O método pode ainda incluir aquecer a corrente de escape a montante do catalisador SCR, tal como por um aquecedor elétrico. Em algumas modalidades, a corrente de escape é aquecida antes do contato da corrente de escape com ozônio. Em algumas modalidades, o ozônio é injetado na corrente de escape. A etapa de redução catalítica seletiva pode incluir o contato da corrente de escape com o catalisador SCR, e pode adicionalmente
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3/39 incluir o contato da corrente de escape com um catalisador SCRF. Em algumas modalidades, o catalisador SCRF está localizado a montante do catalisador SCR. A etapa de redução catalítica seletiva pode incluir adicionalmente o contato do gás de escape com um ASC a jusante do catalisador SCR. Em algumas modalidades, o redutor é amônia.
[005] Em algumas modalidades, cerca de 20% em peso a cerca de
80% em peso, de um modo preferido, cerca de 50% em peso do NO na corrente de escape que entra em contato com o ozônio reage com o ozônio para produzir NO2. Em algumas modalidades, a corrente de escape compreende um valor em % de NO2/NOX de cerca de 20% em peso a cerca de 70% em peso, de um modo preferido, cerca de 50% em peso no início da etapa de redução catalítica seletiva. Em algumas modalidades, a etapa de oxidação de NO a NO2 é realizada a temperaturas de corrente de escape inferiores a 250°C, ou a temperaturas de cerca de 30°C a cerca de 250°C. A conversão de NOx de métodos da presente invenção pode ser superior à conversão de NOx de um método que é equivalente, exceto na etapa de oxidação NO a NO2 por contato da corrente de escape com ozônio; em algumas modalidades, a conversão de NOx pode ser de cerca de 4% a cerca de 12% superior, ou cerca de 5% a cerca de 6% superior. A conversão de NOx de métodos da presente invenção pode ser superior à conversão de NOx de um método que é equivalente, exceto pelas etapas de oxidação de NO a NO2 por contato da corrente de escape com ozônio e pela etapa de aquecimento; em algumas modalidades, a conversão de NOx do método pode ser de cerca de 4% a cerca de 12% superior, ou cerca de 8% a cerca de 10% superior.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [006] A figura IA mostra um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um catalisador SCR a jusante.
[007] A figura 1B mostra um sistema possuindo um catalisador de
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4/39 arranque a frio acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um catalisador SCR a jusante.
[008] A figura 2A mostra um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[009] A figura 2B mostra um sistema possuindo um catalisador de arranque a frio acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[0010] A figura 3A mostra um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um aquecedor elétrico e um catalisador SCR a jusante.
[0011] A figura 3B mostra um sistema possuindo um catalisador de arranque a frio acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um aquecedor elétrico e um catalisador SCR a jusante.
[0012] A figura 4A mostra um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um aquecedor elétrico, um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[0013] A figura 4B mostra um sistema possuindo um catalisador de arranque a frio acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um aquecedor elétrico, um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[0014] A figura 5A mostra um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um gerador de ozônio, um aquecedor elétrico e um catalisador SCR a jusante.
[0015] A figura 5B mostra um sistema possuindo um catalisador de arranque a frio acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um gerador de ozônio, um aquecedor elétrico e um catalisador SCR a jusante.
[0016] A figura 6 mostra os resultados do teste para o sistema da figura IA, incluindo medições de NOx na saída do DOC, na saída do PNA e na saída do sistema global, a temperatura do leito do meio do PNA e a
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5/39 temperatura de entrada de SCR.
[0017] A figura 7 mostra os resultados de testes para o sistema da figura IB, incluindo as medições de NOx na saída do catalisador de arranque a frio, na saída do PNA e na saída do sistema global, a temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada de SCR.
[0018] As figuras 8A e 8B mostram % de NOi/NOx ao longo do tempo, medido na entrada de SCR dos sistemas das figuras 1A e IB, respectivamente.
[0019] A figura 9 mostra os resultados de teste para o sistema da figura 2A, incluindo medições de NOx na saída do DOC, na saída do PNA e na saída do sistema global, a temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada de SCR.
[0020] A figura 10 mostra os resultados de teste para o sistema da figura 2B, incluindo medições de NOx na saída do catalisador de arranque a frio, na saída do PNA e na saída do sistema global, a temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada de SCR.
[0021] A figura 11 mostra os resultados de teste para o sistema da figura 4A, incluindo medições de NOx na saída do DOC, na saída do PNA e na saída do sistema global, a temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada do SCR.
[0022] A figura 12 mostra os resultados do teste para o sistema da figura 4B, incluindo as medições de NOx na saída do catalisador de arranque a frio, na saída do PNA e na saída do sistema global, a temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura entrada do SCR.
[0023] A figura 13 mostra a conversão de NOx para os sistemas sem gerador de ozônio (sistemas das figuras IA e 1B), sistemas possuindo um gerador de ozônio (sistemas das figuras 2A e 2b) e sistemas possuindo um gerador de ozônio e aquecedor (sistemas das figuras 4A e 4B).
DESCRIÇÃO DETALHADA
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6/39 [0024] Os sistemas e métodos da presente invenção referem-se à purificação de um gás de escape de um motor de combustão interna. A invenção é particularmente direcionada à limpeza de um gás de escape de um motor a diesel.
[0025] Embora o monóxido de nitrogênio (NO) seja a espécie de nitrogênio mais abundante em uma corrente de escape do motor, vários processos para o tratamento de escape avançam mais rapidamente quando a espécie de NOx é NO2 em vez de NO. Por exemplo, em estratégias para combater as emissões de NOx de motores de queima, tal como os catalisadores de redução catalítica seletiva (SCR), há indícios de que a presença de NO2 pode ser benéfica. Por conseguinte, é desejado prover uma corrente de escape ao catalisador SCR que contenha uma porcentagem aumentada de NO2 em vez de NO.
[0026] Como tal, os sistemas e métodos da presente invenção são configurados para aumentar a oxidação de NO para NO2 (isto é, produção de NO2) através da introdução do ozônio (O3) na corrente de escape. O ozônio foi encontrado para atuar como um agente oxidante para o NO em uma corrente de escape. Especialmente a baixas temperaturas, tais como condições de arranque a frio, a produção de NO2 é normalmente limitada ao desempenho do catalisador de oxidação a montante de um catalisador SCR. No entanto, foi surpreendentemente descoberto que a produção mais elevada de NO2 através da oxidação do ozônio, combinada com a incorporação de um catalisador a montante acoplado a um adsorvente de NOx passivo, pode levar a uma maior conversão de NOx em um sistema catalisador SCR.
[0027] Os sistemas da presente invenção podem incluir um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de NOx, um meio para colocar em contato a corrente de escape com ozônio para reagir o NO na corrente de escape com o ozônio para produzir NO2 e um catalisador SCR.
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DOC [0028] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de oxidação a diesel. Catalisadores de oxidação, e em particular catalisadores de oxidação a diesel (DOCs), são bem conhecidos na técnica. Os catalisadores de oxidação são projetados para oxidar CO para CO2 e hidrocarbonetos em fase gasosa (HC) e uma fração orgânica de particulados a diesel (fração orgânica solúvel) para CO2 e H2O. Os catalisadores de oxidação típicos incluem platina e, opcionalmente, também paládio em um suporte de óxido inorgânico de elevada área superficial, tal como alumina, sílica-alumina e um zeólito.
Catalisador de arranque a frio [0029] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de arranque a frio. Um catalisador de arranque a frio é um dispositivo que é eficaz para adsorver NOx e hidrocarbonetos (HC) a uma temperatura igual ou inferior a uma temperatura definida e para converter e liberar o NOx e HC adsorvidos a temperaturas acima da temperatura baixa. De preferência, a temperatura definida é de cerca de 200°C, cerca de 250°C, ou entre cerca de 200°C e cerca de 250°C. Um exemplo de um catalisador de arranque a frio adequado é descrito em WO 2015085300, que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.
[0030] Um catalisador de arranque a frio pode compreender um catalisador de peneira molecular e um catalisador de metal do grupo da platina suportado. O catalisador de peneira molecular pode incluir ou consistir essencialmente em um metal nobre e em uma peneira molecular. O catalisador de metal do grupo da platina suportado compreende um ou mais metais do grupo da platina e um ou mais veículos de óxido inorgânico. O metal nobre é de preferência paládio, platina, ródio, ouro, prata, irídio, rutênio, ósmio ou suas misturas.
[0031] A peneira molecular pode ser qualquer peneira molecular
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8/39 natural ou sintética, incluindo zeólitos, e de preferência composta por alumio, silício e/ou fósforo. As peneiras moleculares têm tipicamente um arranjo tridimensional de SiO4, AIO4 e/ou PO4 que são unidos pelo compartilhamento de átomos de oxigênio, mas também podem ser estruturas bidimensionais. As estruturas das peneiras moleculares são tipicamente aniônicas, as quais são contrabalançadas por cátions de compensação de carga, tipicamente elementos alcalinos e alcalinoterrosos (por exemplo, Na, K, Mg, Ca, Sr e Ba), íons amônio e também prótons.
[0032] A peneira molecular pode preferivelmente ser uma peneira molecular de poro pequeno possuindo um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos, uma peneira molecular de poro médio possuindo um tamanho de anel máximo de dez átomos tetraédricos ou uma peneira molecular de poro grande possuindo um tamanho de anel máximo de doze átomos tetraédricos. Mais preferivelmente, a peneira molecular tem uma estrutura de armação de AEI, MFI, EMT, ERI, MOR, FER, BEA, FAU, CHA, LEV, MWW, CON, EUO, ou suas misturas.
[0033] O catalisador de metal do grupo da platina suportado compreende um ou mais metais do grupo da platina (“PGM”) e um ou mais veículos de óxido inorgânico. O PGM pode ser platina, paládio, ródio, irídio, ou combinações dos mesmos, e mais preferencialmente platina e/ou paládio. Os veículos de óxido inorgânico mais comumente incluem óxidos dos elementos de Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. Veículos de óxido inorgânico úteis, de um modo preferido, possuem áreas de superfície na gama de 10 a 700 m2/g, volumes de poro na gama de 0,1 a 4 mL/g e diâmetros de poro de cerca de 10 a 1000 Angstroms. O veículo de óxido inorgânico é preferencialmente alumina, silica, titânia, zircônia, cério, nióbio, óxidos de tântalo, óxidos de molibdênio, óxidos de tungstênio ou óxidos mistos ou óxidos compostos de quaisquer dois ou mais destes, por exemplo, sílica-alumina, cério-zircônia ou alumina-cério-zircônia. Alumina e cério são particularmente preferidos.
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9/39 [0034] O catalisador de metal do grupo da platina suportado pode ser preparado por qualquer meio conhecido. De um modo preferido, o um ou mais metais do grupo da platina são carregados no um ou mais óxidos inorgânicos por qualquer meio conhecido para formar o catalisador PGM suportado, o modo de adição não é considerado particularmente crítico. Por exemplo, um composto de platina (tal como nitrato de platina) pode ser suportado em um óxido inorgânico por impregnação, adsorção, permuta de íon, humidade incipiente, precipitação ou semelhantes. Outros metais, tais como ferro, manganês, cobalto e bário, também podem ser adicionados ao catalisador PGM suportado.
[0035] Um catalisador de arranque a frio da presente invenção pode ser preparado por processos bem conhecidos na técnica. O catalisador de peneira molecular e o catalisador de metal do grupo da platina suportado podem ser fisicamente misturados para produzir o catalisador de arranque a frio. De preferência, o catalisador de arranque a frio compreende ainda um substrato de fluxo de passagem ou substrato de filtro. Em uma modalidade, o catalisador de peneira molecular e o catalisador de metal do grupo da platina suportado são revestidos no substrato de filtro ou de fluxo de passagem, e, de um modo preferido, depositados no substrato de fluxo e passagem ou de filtro utilizando um procedimento de revestimento de lavagem para produzir um sistema de catalisador de arranque a frio.
Adsorvente de NOx passivo [0036] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais adsorventes de NOx passivos. Um adsorvente de NOx passivo é um dispositivo que é eficaz para adsorver NOx em ou abaixo de uma temperatura baixa e liberar o NOx adsorvido a temperaturas acima da temperatura baixa. Um adsorvente de NOx passivo pode compreender um metal nobre e uma peneira molecular de poro pequeno. O metal nobre é de preferência paládio, platina, ródio, ouro, prata, irídio, rutênio, ósmio ou suas misturas. De
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10/39 preferência, a baixa temperatura é de cerca de 200°C, cerca de 250°C, ou entre cerca de 200°C e cerca de 250°C. Um exemplo de um adsorvente de NOx passivo adequado é descrito na publicação da patente U.S. No. 20150158019, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade.
[0037] A peneira molecular de poros pequenos pode ser qualquer peneira molecular natural ou sintética, incluindo zeólitos, e preferivelmente composta de alumínio, silício e/ou fósforo. As peneiras moleculares têm tipicamente um arranjo tridimensional de S1O4, AIO4 e/ou PO4 que são unidas pelo compartilhamento de átomos de oxigênio, mas também podem ser estruturas bidimensionais. As estruturas de peneiras moleculares são tipicamente aniônicas, as quais são contrabalançadas por cátions de compensação de carga, tipicamente elementos alcalinos e alcalinoterrosos (por exemplo, Na, K, Mg, Ca, Sr e Ba), íons de amônio e também prótons. Outros metais (por exemplo, Fe, Ti e Ga) podem ser incorporados na estrutura da peneira molecular de poro pequeno para produzir uma peneira molecular incorporada com metal.
[0038] De um modo preferido, a peneira molecular de poro pequeno é selecionada a partir de uma peneira molecular de aluminossilicato, uma peneira molecular de aluminossilicato substituído por metal, uma peneira molecular de aluminofosfato ou uma peneira molecular de aluminofosfato substituído por metal. Mais preferencialmente, a peneira molecular de poro pequeno é uma peneira molecular com o tipo de armação de ACO, ΑΕΙ, 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 misturas ou intercrescimentos de quaisquer dois ou mais. Os intercrescimentos particularmente preferidos das peneiras moleculares de pequenos poros incluem KFI-SIV, ITE-RTH, AEW-UEI, AEI-CHA e AEI-SAV. Mais preferencialmente, a peneira molecular de poro
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11/39 pequeno é ΑΕΙ ou CHA, ou um intercrescimento de AEI-CHA.
[0039] Um adsorvente de NOx passivo adequado pode ser preparado por qualquer meio conhecido. Por exemplo, o metal nobre pode ser adicionado à peneira molecular de poro pequeno para formar o adsorvente de NOx passivo por qualquer meio conhecido. Por exemplo, um composto de metal nobre (tal como nitrato de paládio) pode ser suportado na peneira molecular por impregnação, adsorção, permuta iônica, humidade incipiente, precipitação ou semelhantes. Outros metais também podem ser adicionados ao adsorvente de NOx passivo. De preferência, parte do metal nobre (mais de 1% do total de metal nobre adicionado) no adsorvente de NOx passivo está localizado dentro dos poros da peneira molecular de poro pequeno. Mais preferivelmente, mais de 5% da quantidade total de metal nobre está localizada dentro dos poros da peneira molecular de poro pequeno; e ainda mais preferencialmente pode ser superior a 10 por cento ou superior a 25% ou superior a 50 por cento da quantidade total de metal nobre que está localizada no interior dos poros da peneira molecular de poro pequeno.
[0040] De um modo preferido, o adsorvente de NOx passivo compreende ainda um substrato de fluxo de passagem ou substrato de filtro. O adsorvente de NOx passivo é revestido no substrato de passagem ou de filtro, e de preferência depositado no substrato de fluxo ou filtro usando um procedimento de revestimento de lavagem para produzir um sistema adsorvente de NOx passivo.
Elemento de aquecimento [0041] Os sistemas da presente invenção podem incluir um elemento de aquecimento. Um elemento de aquecimento elétrico está incluído dentro da passagem de escape do motor de combustão interna, a jusante de um catalisador a montante e/ou adsorvente de NOx passivo, e a montante de um meio de colocar em contato o ozônio com a corrente de escape. Qualquer elemento de aquecimento elétrico adequado pode ser incluído nos sistemas e
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12/39 métodos da presente invenção.
[0042] Os sistemas da presente invenção podem incluir aquecimento pelo gerenciamento térmico do motor. Um tal sistema de aquecimento pode ser provido de tal modo que aumentaria especificamente as temperaturas no arranque.
[0043] Em um aspecto, um elemento de aquecimento elétrico inclui um corpo alveolar aquecido eletricamente com extremidades e conexões de energia, cada uma disposta em uma das respectivas extremidades. O corpo alveolar pode definir um caminho de corrente de torção sobre uma folga eletricamente isolante.
[0044] Nos aspectos em que o elemento de aquecimento elétrico é acoplado a um catalisador/adsorvente como aqui descrito, elementos de suporte eletricamente isolantes podem fixar o corpo alveolar ao pelo menos um corpo de veículo de catalisador. Altemativamente, o corpo do veículo de catalisador que serve como um suporte para o elemento de aquecimento pode ter um revestimento cataliticamente ativo. Por exemplo, o revestimento cataliticamente ativo pode promover a oxidação ou redução de constituintes no gás de escape, em particular de monóxido de carbono e hidrocarbonetos ou redução de NOx. O corpo alveolar aquecível também pode ser provido com uma tal camada cataliticamente ativa.
[0045] O corpo de veículo de catalisador e/ou o corpo alveolar podem ser formados por camadas de chapa metálica lisas e corrugadas, formando alvéolos.
[0046] O corpo alveolar pode ter uma grande área de superfície, de modo que uma boa transferência de calor para o fluxo de gás de escape é assegurada. O calor gerado pode ser transferido rapidamente para o gás de escape ou um componente a jusante como resultado e por radiação. Uma saída de aquecimento possivelmente emitida por radiação para um corpo de veículo de catalisador disposto a montante na direção do gás de escape é, por
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13/39 sua vez, liberada deste corpo para o gás de escape, de modo que a saída de aquecimento total esteja disponível para o componente a jusante.
[0047] Em alguns aspectos, o corpo alveolar pode ser moldado de tal maneira que o caminho de corrente tenha uma forma aproximadamente sinuosa ou em espiral.
[0048] Em alguns aspectos da invenção, o elemento de aquecimento elétrico forma uma única unidade com um substrato de catalisador. Por exemplo, o elemento de aquecimento elétrico pode formar uma única unidade com um catalisador de armazenamento de NOx. Neste caso, o catalisador de armazenamento de NOx pode ser revestido na extremidade a montante da unidade, com o elemento de aquecimento elétrico na extremidade a jusante da unidade. Similarmente, o elemento de aquecimento elétrico pode formar uma única unidade com um catalisador de redução seletiva, catalisador de hidrólise ou catalisador de oxidação onde o catalisador é revestido na extremidade a montante ou a jusante da unidade, como desejado para o sistema particular. De preferência, se o elemento de aquecimento elétrico formar um único substrato com o catalisador de armazenamento de NOx, o substrato incluirá um isolamento térmico entre as zonas frontal (não aquecida) e traseira (aquecida). Geralmente, no entanto, é preferível ter o catalisador de armazenamento de NOx e o elemento de aquecimento em dois substratos diferentes para minimizar o aquecimento do catalisador de armazenamento de NOx pelo elemento de aquecimento elétrico. Em alternativa, o elemento de aquecimento elétrico pode ser revestido inteiramente com uma camada de catalisador, tal como um catalisador de redução seletiva, um catalisador de hidrólise ou um catalisador de oxidação.
[0049] O elemento de aquecimento elétrico pode ser um componente separado de qualquer um dos outros componentes do sistema. Em alternativa, o elemento de aquecimento elétrico pode ser acoplado como parte de outro componente do sistema, tal como, mas não limitado a um catalisador de
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14/39 oxidação, um catalisador de arranque a frio, um adsorvente de NOx passivo, um catalisador SCR/SCRF, filtro de partículas, misturador, ou catalisador de hidrólise.
Ozônio [0050] Os sistemas da presente invenção incluem meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio, de modo a reagir NO na corrente de escape com o ozônio para produzir Ν02. Por exemplo, o ozônio pode ser injetado na corrente de escape contendo NO. Por conseguinte, o sistema pode incluir um injetor para injetar o ozônio na corrente de escape contendo NO.
[0051] O motor pode incluir um gerador de ozônio para gerar o ozônio. O ozônio pode ser gerado de formas conhecidas na técnica. Por exemplo, o gerador de ozônio pode ser um tubo de descarga corona através do qual passa ar entre dois eletrodos que são mantidos com uma grande diferença de potencial. Altemativamente, o gerador de ozônio pode ser uma lâmpada de alta energia para ionizar o oxigênio no ar para o ozônio.
[0052] Geralmente, pelo menos 50%, pelo menos 80% e/ou cerca de 100% do NO no gás de escape que entra em contato com o ozônio reage com o ozônio para produzir NO2. Em algumas modalidades, cerca de 40% a cerca de 100%; cerca de 40% a cerca de 95%; cerca de 40% a cerca de 90%; cerca de 40% a cerca de 85%; cerca de 40% a cerca de 80%; cerca de 40% a cerca de 75%; cerca de 40% a cerca de 70%; cerca de 40% a cerca de 65%; cerca de 40% a cerca de 60%; cerca de 45% a cerca de 100%; cerca de 45% a cerca de 95%; cerca de 45% a cerca de 90%; cerca de 45% a cerca de 85%; cerca de 45% a cerca de 80%; cerca de 45% a cerca de 75%; cerca de 45% a cerca de 70%; cerca de 45% a cerca de 65%; cerca de 45% a cerca de 60%; cerca de 50% a cerca de 100%; cerca de 50% a cerca de 95%; cerca de 50% a cerca de 90%; cerca de 50% a cerca de 85%; cerca de 50% a cerca de 80%; cerca de 50% a cerca de 75%; cerca de 50% a cerca de 70%; cerca de 50% a cerca de 65%; cerca de 50% a cerca de 60%; cerca de 60% a cerca de 100%; cerca de
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60% a cerca de 95%; cerca de 60% a cerca de 90%; cerca de 60% a cerca de 85%; cerca de 60% a cerca de 80%; cerca de 60% a cerca de 75%; cerca de 60% a cerca de 70%; cerca de 70% a cerca de 100%; cerca de 70% a cerca de 95%; cerca de 70% a cerca de 90%; cerca de 70% a cerca de 85%; cerca de 70% a cerca de 80%; cerca de 80% a cerca de 100%; cerca de 80% a cerca de 95%; cerca de 80% a cerca de 90%; cerca de 80% a cerca de 85%; cerca de 90% a cerca de 100%; ou cerca de 90% a cerca de 95% do NO no gás de escape que entra em contato com o ozônio reage com o ozônio para produzir NO2.
[0053] Ozônio suficiente deve ser utilizado para realizar o grau necessário de conversão do NO. A conversão é NO + O3 —> NO2 + O2. Geralmente, o gás de escape contendo NO é colocado em contato com pelo menos 50%, pelo menos 80%, ou cerca de 100%, da quantidade de ozônio necessária para reagir estequiometricamente com o NO para produzir NO2. Em algumas modalidades, o gás de escape contendo NO é colocado em contato com cerca de 40% a cerca de 100%; cerca de 40% a cerca de 95%; cerca de 40% a cerca de 90%; cerca de 40% a cerca de 85%; cerca de 40% a cerca de 80%; cerca de 40% a cerca de 75%; cerca de 40% a cerca de 70%; cerca de 40% a cerca de 65%; cerca de 40% a cerca de 60%; cerca de 45% a cerca de 100%; cerca de 45% a cerca de 95%; cerca de 45% a cerca de 90%; cerca de 45% a cerca de 85%; cerca de 45% a cerca de 80%; cerca de 45% a cerca de 75%; cerca de 45% a cerca de 70%; cerca de 45% a cerca de 65%; cerca de 45% a cerca de 60%; cerca de 50% a cerca de 100%; cerca de 50% a cerca de 95%; cerca de 50% a cerca de 90%; cerca de 50% a cerca de 85%; cerca de 50% a cerca de 80%; cerca de 50% a cerca de 75%; cerca de 50% a cerca de 70%; cerca de 50% a cerca de 65%; cerca de 50% a cerca de 60%; cerca de 60% a cerca de 100%; cerca de 60% a cerca de 95%; cerca de 60% a cerca de 90%; cerca de 60% a cerca de 85%; cerca de 60% a cerca de 80%; cerca de 60% a cerca de 75%; cerca de 60% a cerca de 70%; cerca de 70% a
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16/39 cerca de 100%; cerca de 70% a cerca de 95%; cerca de 70% a cerca de 90%; cerca de 70% a cerca de 85%; cerca de 70% a cerca de 80%; cerca de 80% a cerca de 100%; cerca de 80% a cerca de 95%; cerca de 80% a cerca de 90%; cerca de 80% a cerca de 85%; cerca de 90% a cerca de 100%; ou cerca de 90% a cerca de 95% da quantidade de ozônio necessária para reagir estequiometricamente com o NO para produzir NO2.
[0054] A quantidade de ozônio pode normalmente ser cerca de 0,04 a 0,16% em volume do gás de escape com o qual é colocado em contato. O gerador de ozônio é escolhido de acordo. Como exemplo, verificou-se que para um caudal de gás de escape de 7.500 litros por hora, contendo 400 ppm de NO, a conversão completa em NO2 pode ser conseguida se 1 litro de ar por minuto for alimentado a um gerador de ozônio (Thermo Electron) operando a 60% da capacidade; se a operação for reduzida para menos de 40% da capacidade ou o fluxo de ar for reduzido para menos de 250 ml por minuto, a eficiência de conversão diminui significativamente.
[0055] Qualquer ozônio em excesso em relação ao utilizado na formação do NO2 pode ser destruído sobre um catalisador. No entanto, o ozônio em excesso pode ser utilizado vantajosamente para promover a oxidação do hidrocarboneto no gás de escape, especialmente à baixa temperatura.
Catalisador SCR [0056] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores SCR. O sistema inclui um catalisador SCR posicionado a jusante da introdução do ozônio. Os sistemas da presente invenção podem também incluir um ou mais catalisadores SCR adicionais.
[0057] O sistema de escape da invenção pode incluir um catalisador SCR que é posicionado a jusante de um injetor para introduzir amônia ou um composto degradável em amônia no gás de escape. O catalisador SCR pode ser posicionado diretamente a jusante do injetor para injetar amônia ou um
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17/39 composto degradável em amônia (por exemplo, não existe um catalisador interveniente entre o injetor e o catalisador SCR).
[0058] O catalisador SCR inclui um substrato e uma composição catalítica. O substrato pode ser um substrato de fluxo de passagem ou um substrato filtrante. Quando o catalisador SCR tem um substrato de fluxo de passagem, então o substrato pode compreender a composição de catalisador SCR (isto é, o catalisador SCR é obtido por extrusão) ou a composição de catalisador SCR pode ser disposta ou suportada no substrato (isto é, a composição de catalisador SCR é aplicada no substrato por um método de revestimento de lavagem).
[0059] Quando o catalisador SCR tem um substrato filtrante, então é um catalisador de filtro de redução catalítica seletiva, que é aqui referido pela abreviatura “SCRF”. O SCRF compreende um substrato filtrante e a composição de redução catalítica seletiva (SCR). Referências ao uso de catalisadores SCR ao longo deste pedido são entendidas como incluindo o uso de catalisadores de SCRF, quando aplicável.
[0060] A composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente em uma formulação de catalisador SCR à base de óxido metálico, uma formulação de catalisador SCR à base de peneira molecular, ou uma sua mistura. Tais formulações de catalisador SCR são conhecidas na técnica.
[0061] A composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente em uma formulação de catalisador SCR à base de óxido metálico. A formulação de catalisador SCR com base em óxido metálico compreende vanádio ou tungstênio ou uma sua mistura suportada em um óxido refratário. O óxido refratário pode ser selecionado a partir do grupo constituído por alumina, silica, titânia, zircônia, cério e suas combinações.
[0062] A formulação de catalisador SCR com base em óxido metálico
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18/39 pode compreender ou consistir essencialmente em um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e/ou um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) suportado em um óxido refratário selecionado a partir do grupo constituído por titânia (por exemplo, T1O2) , cério (por exemplo, CeC^), e um óxido misto ou compósito de cério e zircônio (por exemplo CexZr (μχ) O2, em que x = 0,1 a 0,9, preferencialmente x = 0,2 a 0,5).
[0063] Quando o óxido refratário for titânia (por exemplo, TiCri), então preferencialmente a concentração do óxido de vanádio é de 0,5 a 6% em peso (por exemplo, da formulação SCR à base de óxido metálico) 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, TiCri).
[0064] Quando o óxido refratário for cério (por exemplo, CeCri), então preferencialmente a concentração do óxido de vanádio é de 0,1 a 9% em peso (por exemplo, da formulação SCR à base de óxido metálico) e/ou da concentração do óxido de tungstênio (por exemplo, WO3 ) é de 0,1 a 9% em peso.
[0065] A formulação de catalisador SCR com base em óxido metálico pode compreender ou consistir essencialmente em um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e, opcionalmente, um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), suportado em titânia (por exemplo, T1O2).
[0066] A composição de redução catalítica seletiva pode compreender, ou consistir essencialmente em uma formulação de catalisador SCR com base em uma peneira molecular. A formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular compreende uma peneira molecular, que é opcionalmente uma peneira molecular permutada por metal de transição. E preferível que a formulação de catalisador SCR compreenda uma peneira molecular permutada por um metal de transição.
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19/39 [0067] Em geral, a formulação de catalisador SCR baseada em peneira molecular pode compreender uma peneira molecular com uma armação de aluminossilicato (por exemplo, zeólito), uma armação de aluminofosfato (por exemplo, AIPO), uma armação de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO), uma armação de aluminossilicato contendo heteroátomo, uma armação de aluminofosfato contendo heteroátomo (por exemplo, MeAlPO, onde Me é um metal), ou uma armação de silicoaluminofosfato contendo heteroátomo (por exemplo, MeAPSO, onde Me é um metal). O heteroátomo (isto é, em uma armação contendo heteroátomo) pode ser selecionado a partir 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 destes. E preferível que o heteroátomo seja um metal (por exemplo, cada uma das estruturas contendo heteroátomo acima pode ser uma estrutura contendo metal).
[0068] E preferível que a formulação de catalisador SCR à base de peneira molecular compreenda, ou consista essencialmente em uma peneira molecular possuindo uma estrutura de aluminossilicato (por exemplo, zeólito) ou uma armação de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO).
[0069] Quando a peneira molecular tem uma estrutura de aluminossilicato (por exemplo, a peneira molecular for um zeólito), normalmente a peneira molecular tem uma razão molar de silica para alumina (SAR) de 5 a 200 (por exemplo, 10 a 200), de preferência 10 a 100 (por exemplo, 10 a 30 ou 20 a 80), tal como 12 a 40, mais preferivelmente 15 a 30. [0070] Normalmente, a peneira molecular é microporosa. Uma peneira molecular microporosa tem poros com um diâmetro inferior a 2 nm (por exemplo, de acordo com a definição IUPAC de “microporoso” [vide Pure & Appl. Chem., 66 (8), (1994), 1739-1758)]).
[0071] A formulação de catalisador SCR baseada em peneira molecular pode compreender uma peneira molecular de poro pequeno (por
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20/39 exemplo, uma peneira molecular com um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos), uma peneira molecular de poro médio (por exemplo, uma peneira molecular com um tamanho de anel máximo de dez átomos tetraédricos) ou uma peneira molecular de grandes poros (por exemplo, uma peneira molecular com um tamanho de anel máximo de doze átomos tetraédricos) ou uma combinação de dois ou mais destes.
[0072] Quando a peneira molecular é uma peneira molecular de poro pequeno, então a peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de armação representada por um Código Tipo de Estrutura (FTC) selecionado a partir do grupo que consiste em ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX e ANA. APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, LTA, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SFW, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG e ZON, ou uma mistura e/ou um intercrescimento de dois ou mais destes. De preferência, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de armação representada por um FTC selecionado a partir do grupo que consiste em CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, LTA, SFW, KFI, DDR e ITE. De um modo mais preferido, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura de armação representada por um FTC selecionado a partir do grupo que consiste em CHA e ΑΕΙ. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de armação representada pelo FTC CHA. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de armação representada pelo FTC AEI. Quando a peneira molecular de poro pequeno for um zeólito e tiver uma armação representada pelo FTC CHA, então o zeólito pode ser chabazita.
[0073] Quando a peneira molecular for uma peneira molecular de poro médio, a peneira molecular de poro médio pode ter uma estrutura de armação representada por um Código Tipo de Armação (FTC) selecionado a partir do grupo que consiste em AEL, AFO, AHT, BOF, CGF, CGS CHI, DAC, EUO, FER, HEU, FMI, ITH, JR, JR, JSR, JST, LAU, LOVE, MEL,
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MFI, MFS, MRE, MTT, MÍNIA, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, - PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, 1ST, STT, STW, -SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI e WEN, ou uma mistura e/ou uma intercrescimento de dois ou mais destes. De um modo preferido, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura de armação representada por um FTC selecionado a partir do grupo que consiste em FER, MEL, MFI e STT. Mais preferivelmente, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura de armação representada por um FTC selecionado a partir do grupo que consiste em FER e MFI, particularmente MFI. Quando a peneira molecular de poro médio for um zeólito e tem uma estrutura representada pelo FTC FER ou MFI, então o zeólito pode ser ferrierita, silicalita ou ZSM-5.
[0074] Quando a peneira molecular for uma peneira molecular de poros grandes, a peneira molecular de poro grande pode ter uma estrutura de armação representada por um Código de Tipo de Armação (FTC) selecionado a partir do grupo que consiste em AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS. , BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, COM, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, FORA, 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 destes. De um modo preferido, a peneira molecular de poro grande tem uma estrutura de armação representada por um FTC selecionado a partir do grupo que consiste em AFI, BEA, MAZ, MOR e OFF. De um modo mais preferido, a peneira molecular de poro grande tem uma estrutura de armação representada por um FTC selecionado a partir do grupo que consiste em BEA, MOR e MFI. Quando a peneira molecular de poro grande for um zeólito e tiver uma estrutura representada pelo FTC BEA, FAU ou MOR, então o zeólito pode ser um zeólito beta, faujasita, zeólito Y, zeólito X ou mordenita.
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22/39 [0075] Em geral, é preferível que a peneira molecular seja uma peneira molecular de poro pequeno.
[0076] A formulação de catalisador SCR com base em peneiras moleculares compreende preferivelmente uma peneira molecular permutada com metal de transição. O metal de transição pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em cobalto, cobre, ferro, manganês, níquel, paládio, platina, rutênio e rénio.
[0077] O metal de transição pode ser cobre. Uma vantagem das formulações de catalisador SCR contendo uma peneira molecular permutada com cobre que tais formulações é que tais formulações têm excelente atividade de redução de NOx à baixa temperatura (por exemplo, pode ser superior atividade de redução de NOx à baixa temperatura de uma peneira molecular permutada com ferro). Os sistemas e método da presente invenção podem incluir qualquer tipo de catalisador SCR, contudo, catalisadores SCR incluindo cobre (“catalisadores Cu-SCR”) podem experimentar benefícios mais notáveis dos sistemas da presente invenção, uma vez que são particularmente vulneráveis aos efeitos de sulfonação. As formulações de catalisador de Cu-SCR podem incluir, por exemplo, SAPO-34 permutado com Cu, zeólito de CHA permutado com Cu, zeólitos de AEI permutados com Cu ou suas combinações.
[0078] O metal de transição pode estar presente em um local de armação extra na superfície externa da peneira molecular ou dentro de um canal, cavidade ou gaiola da peneira molecular.
[0079] Tipicamente, a peneira molecular permutada com metal de transição compreende uma quantidade de 0,10 a 10% em peso da molecular permutada com metal de transição, preferivelmente uma quantidade de 0,2 a 5% em peso.
[0080] Em geral, o catalisador de redução catalítica seletiva compreende a composição de redução catalítica seletiva em uma concentração
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23/39 total de 0,5 a 4,0 g pol'3, preferivelmente 1,0 a 3,0 4,0 g pol'3.
[0081] A composição do catalisador SCR pode compreender uma mistura de uma formulação de catalisador SCR à base de óxido metálico e uma formulação de catalisador SCR à base de peneira molecular, (a) A formulação de catalisador SCR à base de óxido metálico pode compreender, ou consistir essencialmente em um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e opcionalmente um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), suportado em titânia (por exemplo, T1O2) e (b) A formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular pode compreender uma peneira molecular permutada com metal de transição.
[0082] Quando o catalisador SCR for um SCRF, então o substrato filtrante pode preferivelmente ser um monólito de substrato de filtro de fluxo de parede, tal como aqui descrito em relação a um filtro de fuligem catalisado. O monólito de substrato do filtro de fluxo de parede (por exemplo, do SCRDPF) tem tipicamente uma densidade celular de 60 a 400 células por polegada quadrada (cpsi). E preferível que o monólito do substrato do filtro de fluxo de parede tenha uma densidade celular de 100 a 350 cpsi, mais preferencialmente de 200 a 300 cpsi.
[0083] O monólito de substrato do 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).
[0084] Geralmente, o monólito de substrato do filtro de fluxo de parede não revestido tem uma porosidade de 50 a 80%, preferencialmente 55 a 75% e mais preferivelmente 60 a 70%.
[0085] O monólito de substrato do filtro de fluxo de parede não revestido tipicamente tem um tamanho de poro médio de pelo menos 5 pm. E preferível que o tamanho dos poros médio seja de 10 a 40 pm, tal como 15 a 35 pm, mais preferencialmente 20 a 30 pm.
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24/39 [0086] O substrato do filtro de fluxo de parede pode ter um design de célula simétrica ou um design de célula assimétrica.
[0087] Em geral, para um SCRF, a composição de redução catalítica seletiva é disposta dentro da parede do monólito de substrato do filtro de fluxo de parede. Adicionalmente, a composição de redução catalítica seletiva pode ser colocada nas paredes dos canais de entrada e/ou nas paredes dos canais de saída.
Componentes Adicionais [0088] Os sistemas da presente invenção podem incluir componentes adicionais como adequados para alcançar o efeito desejado no sistema particular.
Redutor/Injetor de Ureia [0089] O sistema pode incluir um meio para introduzir um redutor nitrogenado no sistema de escape a montante do catalisador SCR e/ou SCRF. Pode ser preferido que os meios para introduzir um redutor nitrogenado no sistema de escape estejam diretamente a montante do catalisador SCR ou SCRF (por exemplo, não existe catalisador interveniente entre os meios para introduzir um redutor nitrogenado e o catalisador SCR ou SCRF).
[0090] O redutor é adicionado ao gás de escape que flui por qualquer meio adequado para introduzir o redutor no gás de escape. Meios adequados incluem um injetor, pulverizador ou alimentador. Tais meios são bem conhecidos na técnica.
[0091] O redutor nitrogenado para uso no sistema pode ser amônia per se, hidrazina ou um precursor de amônia selecionado a partir do grupo que consiste em ureia, carbonato de amônio, carbamato de amônio, hidrogenocarbonato de amônio e formiato de amônio. A ureia é particularmente preferida.
[0092] O sistema de escape também pode compreender um meio para controlar a introdução de redutor no gás de escape, de modo a reduzir o NOx.
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Os meios de controle preferidos podem incluir uma unidade de controle eletrônico, opcionalmente, uma unidade de controle do motor e podem compreender adicionalmente um sensor de NOx localizado a jusante do catalisador de redução de NO.
Catalisador de Armazenamento de NOx [0093] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de armazenamento de NOx. Os catalisadores de armazenamento de NOx podem incluir dispositivos que adsorvem, liberam e/ou reduzem o NOx de acordo com certas condições, geralmente dependentes da temperatura e/ou condições de escape rica/enxuta. Os catalisadores de armazenamento de NOx podem incluir, por exemplo, adsorventes de NOx passivos, catalisadores de arranque a frio, coletores de NOx e semelhantes.
Coletores de NOx [0094] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais coletores de NOx. Coletores de NOx são dispositivos que adsorvem NOx sob condições de escape enxuta, liberam o NOx adsorvido sob condições ricas e reduzem o NOx liberado para formar N2.
[0095] Um coletor de NOx de modalidades da presente invenção pode incluir um adsorvente de NOx para o armazenamento de NOx e um catalisador de oxidação/redução. Normalmente, o óxido nítrico reage com o 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 (NOsF no adsorvente de NOx). Por fim, quando o motor funciona em condições ricas, os nitratos inorgânicos armazenados se decompõem para formar NO ou NO2, que são então reduzidos para formar N2 por reação com monóxido de carbono, hidrogênio e/ou hidrocarbonetos (ou via intermediários de NHx ou NCO) na presença do catalisador de redução. Tipicamente, os óxidos de nitrogênio são convertidos em nitrogênio, dióxido de carbono e água na presença de calor,
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26/39 monóxido de carbono e hidrocarbonetos na corrente de escape.
[0096] O componente adsorvente de NOx é de preferência um metal alcalinoterroso (tal como Ba, Ca, Sr e Mg), um metal alcalino (tal como K, Na, Li e Cs), um metal de terras raras (tal como La, Y, Pr e Nd) ou suas combinações. Estes metais são normalmente encontrados na forma de óxidos. O catalisador de oxidação/redução pode incluir um ou mais metais nobres. Metais nobres adequados podem incluir platina, paládio e/ou ródio. De preferência, a platina é incluída para realizar a função de oxidação e o ródio é incluído para realizar a função de redução. O catalisador de oxidação/redução e o adsorvente de NOx podem ser carregados em um material de suporte tal como um óxido inorgânico para uso no sistema de escape.
Catalisador de Oxidação de Amônia [0097] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de oxidação de amônia, também chamados de catalisadores de deslizamento de amônia (“ASC”). Um ou mais ASC podem ser incluídos a jusante de um catalisador SCR, para oxidar o excesso de amônia e evitar que ele seja liberado para a atmosfera. Em algumas modalidades, o ASC pode ser incluído no mesmo substrato que um catalisador SCR. Em certas modalidades, o material catalisador de oxidação de amônia pode ser selecionado para favorecer a oxidação de amônia em vez da formação de NOx ou N2O. Os materiais catalisadores preferidos incluem platina, paládio ou uma sua combinação, sendo preferida a combinação de platina ou de platina/paládio. De um modo preferido, o catalisador de oxidação de amônia compreende platina e/ou paládio suportado em um óxido metálico. De um modo preferido, o catalisador está disposto em um suporte de elevada área superficial, incluindo, mas não limitado a alumina.
Catalisadores de três vias [0098] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de três vias (TWCs). Os TWCs são normalmente usados em
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27/39 motores à gasolina sob condições estequiométricas para converter NOx em N2, monóxido de carbono em CO2 e hidrocarbonetos em CO2 e H2O em um único dispositivo.
Filtros [0099] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais filtros particulados. Os filtros particulados são dispositivos que reduzem os particulados da escape dos motores de combustão interna. Filtros particulados incluem filtros particulados catalisados e filtros particulados vazios (não catalisados). Filtros particulados catalisados, também chamados de filtros de fuligem catalisados, (para aplicações a diesel e gasolina) incluem componentes de metal e óxido metálico (tal como Pt, Pd, Fe, Mn, Cu e cério) para oxidar hidrocarbonetos e monóxido de carbono além de destruir a fuligem presa pelo filtro.
Substrato [00100] Catalisadores e adsorventes da presente invenção podem cada um compreender ainda um substrato de fluxo de passagem ou substrato de filtro. Em uma modalidade, o catalisador/adsorvente pode ser revestido no substrato de fluxo de passagem ou de filtro e, de um modo preferido, depositado no substrato de fluxo de passagem ou de filtro utilizando um procedimento de revestimento de lavagem.
[00101] A combinação de um catalisador SCR e um filtro é conhecida como um filtro de redução catalítica seletiva (catalisador SCRF). Um catalisador SCRF é um dispositivo de substrato único que combina a funcionalidade de um SCR e filtro particulado, e é adequado para modalidades da presente invenção, conforme desejado. Descrição e referências ao catalisador SCR ao longo desta aplicação são entendidas como incluindo o catalisador SCRF, quando aplicável.
[00102] O substrato de fluxo de passagem ou de filtro é um substrato que é capaz de conter componentes catalisador/adsorvente. O substrato é de
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28/39 preferência um substrato de cerâmica ou um substrato metálico. O substrato de cerâmica pode ser feito de qualquer material refratário adequado, por exemplo, alumina, silica, titânia, cério, zircônia, magnésia, zeólitos, nitreto de silício, carboneto de silício, silicato de zircônio, silicato de magnésio, aluminossilicatos, metaloaluminossilicatos (como cordierita e espodumênio), ou uma mistura ou óxido misto de quaisquer dois ou mais destes. Cordierita, um aluminos silicato de magnésio e carboneto de silício são particularmente preferidos.
[00103] Os substratos metálicos podem ser feitos de qualquer metal adequado e, em particular, metais resistentes ao calor e ligas metálicas, tais como titânio e aço inoxidável, bem como ligas ferríticas contendo ferro, níquel, cromo e/ou alumínio, além de outros metais vestigiais.
[00104] O substrato de passagem é, de preferência, um monólito de fluxo de passagem que tem uma estrutura alveolar com muitos pequenos canais paralelos de paredes finas que correm axialmente através do substrato e que se estendem ao longo de uma entrada ou saída do substrato. A secção transversal do canal do substrato pode ter qualquer formato, mas é de preferência quadrado, sinusoidal, triangular, retangular, hexagonal, trapezoidal, circular ou oval. O substrato de fluxo de passagem pode também ser de alta porosidade, o que permite que o catalisador penetre nas paredes do substrato.
[00105] O substrato de filtro é, de preferência, um filtro de monólito de fluxo de parede. Os canais de um filtro de fluxo de parede são altemadamente bloqueados, o que permite que o fluxo de gás de escape entre em um canal a partir da entrada, depois flua através das paredes do canal e saia do filtro de um canal diferente que leva à saída. Particulados no fluxo de gás de escape são assim retidos no filtro.
[00106] O catalisador/adsorvente pode ser adicionado ao substrato de fluxo ou de filtro por qualquer meio conhecido, tal como um procedimento de
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29/39 revestimento de lavagem.
Injetor de Combustível [00107] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais injetores de combustível. Por exemplo, um sistema pode incluir um injetor de combustível secundário a montante de um catalisador de oxidação a diesel. Qualquer tipo adequado de injetor de combustível pode ser utilizado nos sistemas da presente invenção.
Modalidades/Sistemas [00108] Os sistemas da presente invenção podem incluir um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de NOx, meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio para reagir o NO na corrente de escape com o ozônio para produzir NO2 e um catalisador SCR.
[00109] O catalisador a montante pode ser posicionado entre o motor e os meios para introdução de ozônio. O catalisador a montante pode incluir um catalisador de oxidação, tal como um catalisador de oxidação a diesel, um catalisador de arranque a frio ou suas combinações.
[00110] O catalisador a montante pode ser acoplado a um adsorvente de NOx passivo. Quando o catalisador a montante e o adsorvente de NOx passivo estão acoplados, o adsorvente de NOx passivo pode ser colocado próximo ou diretamente a jusante do catalisador a montante, ou podem ser incluídos em um único substrato. Em algumas modalidades, o catalisador a montante e o adsorvente de NOx passivo podem ser desacoplados, com o adsorvente de NOx passivo localizado mais a jusante.
[00111] Um sistema pode incluir um meio para aquecer o gás de escape a montante do catalisador SCR, tal como um aquecedor elétrico. O meio para aquecer o gás de escape pode estar localizado a montante dos meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio.
[00112] Um sistema também pode incluir um catalisador SCRF. O catalisador SCRF pode estar localizado a montante do catalisador SCR. Em
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30/39 algumas modalidades, um sistema pode também incluir um ASC a jusante do catalisador SCR.
[00113] Os sistemas da invenção podem incluir quaisquer componentes adicionais adequados para alcançar o resultado desejado.
Métodos [00114] Métodos de redução de emissões de uma corrente de escape podem incluir colocar em contato a corrente de escape com um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de NOx passivo, oxidar NO a NO2 por contato da corrente de escape com ozônio, e seletivamente reduzir NO2 a nitrogênio colocando em contato ο NO2 produzido a partir da etapa de oxidação com um redutor na presença de um catalisador SCR.
[00115] Em algumas modalidades, um método inclui o aquecimento da corrente de escape a montante do catalisador SCR, tal como por um aquecedor elétrico. A corrente de escape pode ser aquecido antes do contato da corrente de escape com ozônio. Em algumas modalidades, a corrente de escape pode ser aquecido a uma temperatura de cerca de 30°C a cerca de 250°C. Em algumas modalidades, a corrente de escape é aquecida até a temperatura de entrada do catalisador SCR atingir uma temperatura de cerca de 200°C a cerca de 235°C; cerca de 205°C a cerca de 230°C; cerca de 210°C a cerca de 225°C; ou cerca de 215°C a cerca de 220°C. Em algumas modalidades, a corrente de escape é aquecida com base em uma quantidade de tempo definida, assim como de cerca de 400 a cerca de 600 segundos de um ciclo de FTP.
[00116] Em algumas modalidades, um método envolve a injeção de ozônio na corrente de escape. Em algumas modalidades, o ozônio pode ser adicionado à corrente de escape até que a temperatura de entrada do catalisador SCR atinja uma temperatura desejada, tal como cerca de 100°C a cerca de 250°C; cerca de 110°C a cerca de 240°C; cerca de 120°C a cerca de 230°C; cerca de 130°C a cerca de 220°C; cerca de 140°C a cerca de 210°C;
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31/39 cerca de 150°C a cerca de 200°C; cerca de 160°C a cerca de 190°C; cerca de 170°C a cerca de 180°C; cerca de 110°C a cerca de 250°C; cerca de 120°C a cerca de 250°C; cerca de 130°C a cerca de 250°C; cerca de 140°C a cerca de 250°C; cerca de 150°C a cerca de 250°C; cerca de 160°C a cerca de 250°C; cerca de 170°C a cerca de 250°C; cerca de 180°C a cerca de 250°C; cerca de 190°C a cerca de 250°C; cerca de 200°C a cerca de 250°C; cerca de 210°C a cerca de 250°C; cerca de 220°C a cerca de 250°C; cerca de 230°C a cerca de 250°C; cerca de 150°C a cerca de 250°C; cerca de 160°C a cerca de 240°C; cerca de 170°C a cerca de 230°C; cerca de 180°C a cerca de 220°C; cerca de 190°C a cerca de 220°C; cerca de 200°C a cerca de 220°C; cerca de 100°C; cerca de 110°C; cerca de 120°C; cerca de 130°C; cerca de 140°C; cerca de 150°C; cerca de 160°C; cerca de 170°C; cerca de 180°C; cerca de 190°C; cerca de 200°C; cerca de 210°C; cerca de 220°C; cerca de 230°C; cerca de 240°C; ou cerca de 250°C.
[00117] A etapa de oxidação de NO a NO2 pode ser realizada a qualquer temperatura adequada. Em algumas modalidades, esta etapa de oxidação é realizada a uma temperatura de corrente de escape de cerca de 250°C ou abaixo, ou a uma temperatura de corrente de escape inferior a cerca de 250°C. Em algumas modalidades, esta etapa de oxidação é realizada a uma temperatura da corrente de escape de cerca de 30°C a cerca de 250°C; cerca de 35°C a cerca de 250°C; cerca de 40°C a cerca de 250°C; cerca de 50°C a cerca de 250°C; cerca de 60°C a cerca de 250°C; cerca de 70°C a cerca de 250°C; cerca de 80°C a cerca de 250°C; cerca de 90°C a cerca de 250°C; cerca de 100°C a cerca de 250°C; cerca de 110°C a cerca de 250°C; cerca de 120°C a cerca de 250°C; cerca de 130°C a cerca de 250°C; cerca de 140°C a cerca de 250°C; cerca de 150°C a cerca de 250°C; cerca de 160°C a cerca de 250°C; cerca de 170°C a cerca de 250°C; cerca de 180°C a cerca de 250°C; cerca de 190°C a cerca de 250°C; cerca de 200°C a cerca de 250°C; cerca de 210°C a cerca de 250°C; cerca de 220°C a cerca de 250°C; cerca de 230°C a
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32/39 cerca de 250°C; cerca de 30°C a cerca de 240°C; cerca de 35°C a cerca de 240°C; cerca de 40°C a cerca de 240°C; cerca de 50°C a cerca de 240°C; cerca de 60°C a cerca de 240°C; cerca de 70°C a cerca de 240°C; cerca de 80°C a cerca de 240°C; cerca de 90°C a cerca de 240°C; cerca de 100°C a cerca de 240°C; cerca de 110°C a cerca de 240°C; cerca de 120°C a cerca de 240°C; cerca de 130°C a cerca de 240°C; cerca de 140°C a cerca de 240°C; cerca de 150°C a cerca de 240°C; cerca de 160°C a cerca de 240°C; cerca de 170°C a cerca de 240°C; cerca de 180°C a cerca de 240°C; cerca de 190°C a cerca de 240°C; cerca de 200°C a cerca de 240°C; cerca de 210°C a cerca de 240°C; cerca de 220°C a cerca de 240°C; ou cerca de 230°C a cerca de 240°C.
[00118] Durante a etapa de oxidação do NO ao NO2, uma quantidade significativa de NO na corrente de escape que entra em contato com o ozônio é reagida com o ozônio para produzir NO2. Em algumas modalidades, a quantidade de NO na corrente de escape que é reagida com ozônio para produzir NO2 é de cerca de 10% em peso a cerca de 90% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 15% em peso a cerca de 85% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 20% em peso a cerca de 80% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 25% em peso a cerca de 75% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 30% em peso a cerca de 70% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 35% em peso a cerca de 65% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 40% em peso a cerca de 60% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 45% em peso a cerca de 55% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 10% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 15% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 20% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 30% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 35% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 40% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 45% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 50% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 55% em
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33/39 peso do NO na corrente de escape; cerca de 60% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 65% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 70% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 75% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 80% em peso do NO na corrente de escape; cerca de 85% em peso do NO na corrente de escape; ou cerca de 90% em peso do NO na corrente de escape.
[00119] A corrente de escape pode ter um valor desejado em % de NO2/NOx antes de ser colocado em contato com ozônio e oxidar NO para NO2. Tai valor pode ser referido como o valor em % de NO2/NOx no início da etapa de oxidação. Em algumas modalidades, a corrente de escape tem um valor em % de NO2/NOx de cerca de 10% a cerca de 90%; cerca de 15% a cerca de 85%; cerca de 20% a cerca de 80%; cerca de 25% a cerca de 75% em peso; cerca de 30% a cerca de 70%; cerca de 35% a cerca de 65%; cerca de
40% a cerca de 60%; cerca de 45% a cerca de 55%; cerca de 10%; Cercade
15%; cerca de 20%; Cerca de 30%; cerca de 35%; cerca de 40%; cercade
45%; Cerca de 50%; cerca de 55%; cerca de 60%; cerca de 65%; cercade
70%; cerca de 75%; cerca de 80%; cerca de 85%; ou cerca de 90%.
[00120] A quantidade de ozônio alimentada para a corrente de escape pode ser variada para atingir um valor desejado em % de NO2/NOx na entrada do catalisador SCR. A quantidade de ozônio alimentada para a corrente de escape pode variar para obter um valor em % de NO2/NOx na entrada do catalisador SCR de cerca de 20% a cerca de 80%; cerca de 20% a cerca de 75%; cerca de 20% a cerca de 70%; cerca de 25% a cerca de 75%; cerca de 30% a cerca de 70%; cerca de 35% a cerca de 65%; cerca de 40% a cerca de 60%; cerca de 45% a cerca de 55%; cerca de 20%; cerca de 25%; Cerca de 30%; cerca de 35%; cerca de 40%; cerca de 45%; Cerca de 50%; cerca de 55%; cerca de 60%; cerca de 65%; cerca de 70%; cerca de 75%; ou cerca de 80%.
[00121] A fim de seletivamente reduzir o NO2 cataliticamente ao
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34/39 nitrogênio, a corrente de escape incluindo o NO2 produzido do vapor oxidante pode ser colocado em contato com o catalisador SCR e um redutor, como amônia ou ureia. Em algumas modalidades, esta etapa também pode incluir o contato da corrente de escape com um catalisador SCRF, que pode estar localizado a montante do catalisador SCR. A corrente de escape pode ainda ser colocado em contato com um ASC, que pode estar localizado a jusante do catalisador SCR.
Benefícios [00122] Os sistemas e métodos da presente invenção podem prover benefícios relacionados a maior conversão de NOx (isto é, menores emissões de tubo de escape de NOx) através de um sistema de catalisador SCR. Descobriu-se surpreendentemente que a produção mais elevada de NO2 através da oxidação do NO pelo ozônio, combinada com a incorporação de um catalisador a montante acoplado a um adsorvente de NOx passivo, pode levar a uma conversão aumentada de NOx mesmo através de temperaturas mais baixas, como durante o arranque a frio. Benefício adicional pode ser provido pela incorporação de um elemento de aquecimento a montante da oxidação de NO pelo ozônio.
[00123] Em algumas modalidades, os sistemas e métodos da presente invenção podem ser benéficos porque têm a capacidade de prover NO2 ao longo de uma ampla gama de temperatura, aumentando assim a conversão de NOx no catalisador SCR. Por exemplo, em um sistema típico a temperaturas baixas, tal como durante o arranque a frio, a produção de NO2 pode ser limitada ao desempenho do catalisador a montante do catalisador SCR. Contudo, nos sistemas e métodos da presente invenção, para temperaturas de entrada do catalisador SCR até cerca de 230°C, o ozônio pode ser introduzido na corrente de escape como um agente oxidante para produzir NO2 a partir de NO na escape. Durante este período de temperaturas mais baixas, a combinação do catalisador a montante e do catalisador adsorvente NOx
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35/39 passivo pode absorver NOx, enquanto o catalisador SCR pode funcionar eficientemente devido ao NO2 gerado através do contato com o ozônio. Quando a temperatura da corrente de escape aumenta, pode ser gerado NO2 suficiente pelo catalisador a montante e a introdução de ozônio pode ser interrompida. Em algumas modalidades, o aquecimento da corrente de escape a montante da introdução de ozônio pode aumentar adicionalmente a eficiência da conversão de NOx do sistema global.
[00124] A conversão de NOx de sistemas e métodos da presente invenção pode ser superior à conversão de NOx de um sistema ou método que seja equivalente, exceto no que diz respeito aos meios para oxidar NO/NO2 por contato da corrente de escape com ozônio. Em algumas modalidades, a conversão de NOx de um sistema e/ou método da presente invenção é superior à conversão de NOx de um sistema ou método que seja equivalente, exceto no que diz respeito aos meios para oxidar NO a NO2 por contato da corrente de escape com ozônio por cerca de 2% a cerca de 20%; cerca de 2% a cerca de 18%; cerca de 2% a cerca de 16%; cerca de 4% a cerca de 14%; cerca de 4% a cerca de 12%; cerca de 4% a cerca de 10%; cerca de 4% a cerca de 8%; cerca de 4% a cerca de 6%; ou cerca de 5% a cerca de 6%.
[00125] A conversão de NOx de sistemas e métodos da presente invenção pode ser superior à conversão de NOx de um sistema ou método que seja equivalente exceto no que diz respeito aos meios para/etapa de aquecer o gás de escape a montante do catalisador SCR e aos meios para/etapa de oxidar NO a NO2, colocando em contato a corrente de escape com ozônio. Em algumas modalidades, a conversão de NOx de um sistema e/ou método da presente invenção é superior à conversão de NOx de um sistema ou método que seja equivalente, exceto no que diz respeito a: (1) os meios para o aquecimento do gás de escape a montante do Catalisador SCR, e (2) os meios para/etapa de oxidar NO a NO2 por contato da corrente de escape com ozônio, por cerca de 2% a cerca de 30%; cerca de 2% a cerca de 28%; cerca de 4% a
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36/39 cerca de 26%; cerca de 4% a cerca de 24%; cerca de 4% a cerca de 22%; cerca de 4% a cerca de 20%; cerca de 4% a cerca de 18%; cerca de 4% a cerca de 16%; cerca de 4% a cerca de 14%; cerca de 6% a cerca de 12%; ou cerca de 8% a cerca de 10%.
Definições [00126] O termo “óxido misto”, como aqui utilizado, refere-se geralmente a uma mistura de óxidos em uma única fase, como é convencionalmente conhecido na técnica. O termo “óxido compósito”, como aqui utilizado, refere-se geralmente a uma composição de óxidos com mais de uma fase, como é convencionalmente conhecido na técnica.
[00127] Para evitar dúvidas, o termo “combinação de platina (Pt) e paládio (Pd)”, como aqui utilizado em relação a uma região, zona ou camada, refere-se à presença tanto de platina como de paládio. A palavra “combinação” não exige que a platina e o paládio estejam presentes como uma mistura ou liga, embora essa mistura ou liga seja abrangida por este termo.
[00128] A expressão “consistir essencialmente”, como aqui utilizado, limita o escopo de uma função para incluir os materiais especificados, e quaisquer outros materiais ou etapas que não afetam materialmente as características básicas daquela função, como, por exemplo, impurezas menores. A expressão “consiste essencialmente em” abrange a expressão “consistindo em”.
[00129] A expressão “cerca de” como aqui utilizada com referência a um ponto final de uma gama numérica inclui o ponto final exato da gama numérica especificada. Assim, por exemplo, uma expressão definindo um parâmetro como sendo até “cerca de 0,2” inclui o parâmetro sendo até e incluindo 0,2.
[00130] Como aqui utilizado, “a montante” e “a jusante” são relativos à direção da corrente de escape do motor e para a atmosfera.
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EXEMPLOS
Exemplo 1 [00131] Uma série de sistemas foi produzida e testada para conversão de NOx.
[00132] Primeiro, como mostrado na figura IA, foi preparado um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um catalisador SCR a jusante.
[00133] Como mostrado na figura 1B, um sistema foi preparado possuindo um catalisador de arranque a frio acoplado com um PNA em um filtro, seguido por um catalisador SCR a jusante.
[00134] Como mostrado na figura 2A, foi preparado um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[00135] Como mostrado na figura 2B, um sistema foi preparado possuindo um catalisador de arranque a frio acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[00136] Como mostrado na figura 4A, foi preparado um sistema possuindo um DOC acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um aquecedor elétrico, um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[00137] Como mostrado na figura 4B, foi preparado um sistema possuindo um catalisador de arranque a frio acoplado a um PNA em um filtro, seguido por um aquecedor elétrico, um gerador de ozônio e um catalisador SCR a jusante.
[00138] Cada sistema foi testado usando um ISL 2007, deslocamento de 8.9L, ciclos FTP HDD frio. O NOx de saída do motor foi de 4,0g/hp-h e a relação de amônia: NOx foi de cerca de 1,2 a 1,3. As seguintes condições foram usadas:
[00139] Para os sistemas da figura IA e IB, os SCRF/SCR foram présaturados com NH3 antes do arranque a frio.
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38/39 [00140] Para os sistemas das figuras 2A e 2B, os SCRF/SCR foram pré-saturados com NH3 antes do arranque a frio. O gerador de ozônio foi operado até a temperatura de entrada do SCR atingir 210°C.
[00141] A figura 6 mostra os resultados para o sistema da figura IA. Os resultados mostram as medições de NOx na saída do DOC, na saída do PNA e na saída do sistema geral. A temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada do SCR também são mostradas. O sistema alcançou uma conversão de 82% de NOx.
[00142] A figura 7 mostra resultados para o sistema da figura 1B. Os resultados mostram as medições de NOx na saída do catalisador de arranque a frio, na saída do PNA e na saída do sistema global. A temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada do SCR também são mostradas. O sistema alcançou uma conversão de 85% de NOx.
[00143] As figuras 8A e 8B mostram a % de NOi/NOx ao longo do tempo, medida na entrada SCR dos sistemas das figuras IA e 1B, respectivamente. Os resultados mostram maior produção de NO2 usando o gerador de ozônio (ou seja, o sistema da figura 1B).
[00144] A figura 9 mostra resultados para o sistema da figura 2A. Os resultados mostram as medições de NOx na saída do DOC, na saída do PNA e na saída do sistema geral. A temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada do SCR também são mostradas. O sistema alcançou uma conversão de 87% de NOx.
[00145] A figura 10 mostra os resultados para o sistema da figura 2B. Os resultados mostram as medições de NOx na saída do catalisador de arranque a frio, na saída do PNA e na saída do sistema global. A temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada do SCR também são mostradas. O sistema alcançou uma conversão de 91% de NOx.
[00146] A Figura 11 mostra resultados para o sistema da Figura 4A. Os resultados mostram as medições de NOx na saída do DOC, na saída do PNA e
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39/39 na saída do sistema geral. A temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada do SCR também são mostradas. O sistema alcançou uma conversão de 97% de NOx.
[00147] A figura 12 mostra resultados para o sistema da figura 4B. Os resultados mostram as medições de NOx na saída do catalisador de arranque a frio, na saída do PNA e na saída do sistema global. A temperatura do leito do meio do PNA e a temperatura de entrada do SCR também são mostradas. O sistema alcançou uma conversão de 99% de NOx.
[00148] A figura 13 mostra a conversão de NOx para os sistemas sem gerador de ozônio (sistemas das figuras IA e 1B), sistemas possuindo um gerador de ozônio (sistemas das figuras 2A e 2b) e sistemas possuindo um gerador de ozônio e aquecedor (sistemas das figuras 4A e 4B ). Os resultados mostram que a adição de um gerador de ozônio resulta em um aumento de 5 a 6% na conversão de NOx. Os resultados também mostram que a adição de um aquecedor a um sistema com um gerador de ozônio resulta em um aumento de 8 a 10% na conversão de NOx.
Claims (16)
- REIVINDICAÇÕES1. Sistema de purificação de escape para a redução de emissões de uma corrente de escape, incluindo, caracterizado pelo fato de que compreende, em ordem:a. um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de NOx passivo;b. meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio, para reagir NO na corrente de escape com o ozônio para produzir NO2;c. um catalisador SCR.
- 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador a montante compreende um catalisador de oxidação e/ou um catalisador de arranque a frio.
- 3. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o catalisador adsorvente de NOx passivo compreende um substrato de filtro.
- 4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um meio para aquecer o gás de escape a montante do catalisador SCR.
- 5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os meios para aquecer o gás de escape estão localizados a montante dos meios para colocar em contato a corrente de escape com ozônio.
- 6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um catalisador SCRF.
- 7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um ASC a jusante do catalisador SCR.
- 8. Método para reduzir as emissões de uma corrente de escape,Petição 870190055921, de 17/06/2019, pág. 71/742/3 caracterizado pelo fato de que compreende:a. colocar a corrente de escape em contato com um catalisador a montante acoplado a um catalisador adsorvente de NOx passivo;b. oxidar NO a NO2 por contato da corrente de escape com ozônio;c. reduzir seletivamente o NO2 por via catalítica ao nitrogênio, colocando em contato o NO2 produzido a partir da etapa de oxidação com um redutor na presença de um catalisador SCR.
- 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o catalisador a montante compreende um catalisador de oxidação e/ou um catalisador de arranque a frio.
- 10. Método de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o catalisador adsorvente de NOx passivo compreende um substrato de filtro.
- 11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aquecer a corrente de escape a montante do catalisador SCR.
- 12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a corrente de escape é aquecida antes de entrar em contato com a corrente de escape com ozônio.
- 13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que a etapa c compreende colocar em contato a corrente de escape com o catalisador SCR.
- 14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, caracterizado pelo fato de que a etapa c compreende adicionalmente colocar em contato a corrente de escape com um catalisador SCRF.
- 15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo fato de que a etapa c compreende adicionalmentePetição 870190055921, de 17/06/2019, pág. 72/743/3 colocar em contato o gás de escape com um ASC a jusante do catalisador SCR.
- 16. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que a conversão de NOx do método é superior à conversão de NOx de um método que é equivalente, exceto no que diz respeito à etapa b e à etapa de aquecimento.
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