BR112019020350A2 - artigo catalisador, método para reduzir as emissões de uma corrente de escape, e, sistema de purificação de escape. - Google Patents

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Abstract

um artigo catalisador incluindo um substrato com uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona e uma segunda zona, em que a primeira zona compreende: a) uma camada inferior de catalisador de slip de amônia (asc) que compreende um metal do grupo platina em um suporte; e b) uma camada de scr que compreende um segundo catalisador scr, sendo que a camada de scr está localizada sobre a camada inferior de asc; em que a segunda zona compreende um catalisador (catalisador de segunda zona) selecionado a partir do grupo que consiste em um catalisador de oxidação de diesel (doc) e um catalisador exotérmico de diesel (dec); em que a camada inferior de asc se estende até a segunda zona; e em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona. a camada inferior de asc pode incluir uma mescla de: (1) o metal do grupo da platina em um suporte e (2) um primeiro catalisador scr.

Description

ARTIGO CATALISADOR, MÉTODO PARA REDUZIR AS EMISSÕES DE UMA CORRENTE DE ESCAPE, E, SISTEMA DE PURIFICAÇÃO DE ESCAPE
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001] Combustão de hidrocarboneto em motores a diesel, turbinas a gás estacionárias e outros sistemas gera gás de escape que deve ser tratado para remover óxidos de nitrogênio (NOx), que compreendem NO (óxido nítrico) e NO2 (dióxido de nitrogênio), sendo que NO é a maioria do NOx formado. Sabe-se que o NOx causa tanto inúmeros problemas de saúde em pessoas quanto causa inúmeros efeitos ambientais prejudiciais que incluem a formação de fumaça e chuva ácida. Para mitigar tanto o impacto humano quanto ambiental a partir do NOX em gás de escape, deseja-se eliminar esses componentes não desejáveis, preferencialmente, por um processo que não gera outras substâncias nocivas ou tóxicas.
[002] O gás de escape gerado em motores com queima pobre e a diesel é geralmente oxidativo. NOx necessita ser reduzido seletivamente com um catalisador e um redutor em um processo conhecido como redução catalítica seletiva (SCR) que converte NOx em nitrogênio elementar (N2) e água. Eu um processo de SCR, um redutor gasoso, tipicamente, amônia anidra, amônia aquosa ou ureia, é adicionado a uma corrente de gás de escape antes do gás de escape entrar em contato com o catalisador. O redutor é absorvido no catalisador e o NOX é reduzido à medida que os gases passam através ou sobre o substrato catalisado. A fim de maximizar a conversão de NOx, necessita-se, normalmente, adicionar mais que uma quantidade estequiométrica de amônia à corrente de gás. No entanto, a liberação da amônia em excesso na atmosfera podería ser prejudicial à saúde de pessoas e ao ambiente. Além disso, amônia é cáustica, especialmente, em sua forma aquosa. A condensação de amônia e água em regiões da linha de escape a jusante dos catalisadores de escape pode resultar em uma mistura corrosiva
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2/41 que pode danificar o sistema de escape. Portanto, a liberação de amônia em gás de escape deveria ser eliminada. Em muitos sistemas de escape convencionais, um catalisador de oxidação de amônia (também conhecido como um catalisador de vazamento de amônia ou “ASC”) é instalado a jusante do catalisador SCR para remover amônia do gás de escape convertendo-se o mesmo em nitrogênio. O uso de catalisadores de vazamento de amônia pode permitir conversões de NOX maiores que 90% sobre um ciclo de acionamento a diesel típico.
[003] Seria desejável ter um catalisador e um sistema que inclui um catalisador que proporciona tanto remoção de NOX por SCR quanto conversão de amônia seletiva para nitrogênio, em que a conversão de amônia ocorre sobre uma ampla faixa de temperaturas em um ciclo de acionamento do veículo e subprodutos de óxido de nitrogênio e óxido nitroso mínimos são formados.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um artigo catalisador inclui um substrato com uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona e uma segunda zona, em que a primeira zona compreende: a) uma camada inferior de catalisador de amônia (ASC) que compreende um metal do grupo platina em um suporte; e b) uma camada de SCR que compreende um segundo catalisador SCR, a camada de SCR localizada sobre a camada inferior de ASC; em que a segunda zona compreende um catalisador (“catalisador de segunda zona”) selecionado do grupo que consiste em um catalisador de oxidação de diesel (DOC) e um catalisador exotérmico de diesel (DEC); em que a camada inferior de ASC se estende para a segunda zona; e em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona. A camada inferior de ASC pode incluir uma combinação de: (1) o metal do grupo platina em um suporte e (2) um primeiro catalisador SCR. Em algumas modalidades, o primeiro SCR e/ou o segundo
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3/41 catalisador SCR inclui Fe, Mn, Cu ou combinações dos mesmos.
[005] Em certas modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato e que pelo menos parcialmente se sobrepõe à camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC e é mais curta do que a camada inferior de ASC.
[006] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, em que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC e não se estende mais para a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada pelo menos parcialmente se sobrepõe à camada inferior de ASC.
[007] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, em que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC e se estende mais para a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato.
[008] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC cobre um
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4/41 comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, em que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC.
[009] Em algumas modalidades, o catalisador da segunda zona está localizado dentro do substrato. O suporte pode incluir um material silicioso, como, por exemplo, um material selecionado do grupo que consiste em: (1) silica; (2) um zeólito com uma razão de silica para alumina superior a 200; e (3) de alumina dopada com silica amorfa com um teor de SIO2 <40%. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina está presente no suporte em uma quantidade de cerca de 0,1% em peso a cerca de 10% em peso; cerca de 0,5% em peso a cerca de 10% em peso, cerca de 1% em peso a cerca de 6% em peso, ou cerca de 1,5% em peso a cerca de 4% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina, paládio ou uma combinação de platina e paládio. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina.
[0010] Dentro da combinação, uma razão em peso do primeiro catalisador SCR para o metal do grupo platina em um suporte pode ser de cerca de 3:1 a cerca de 300:1; cerca de 5:1 a cerca de 100:1; ou cerca de 10:1 a cerca de 50:1. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR é um metal base, um óxido de um metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por metal ou uma mistura dos mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR inclui cobre. Em algumas modalidades, o segundo catalisador SCR é um metal base, um óxido de um metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por
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5/41 metal ou uma mistura dos mesmos.
[0011] Em alguns aspectos da invenção, a primeira zona e a segunda zona estão localizadas em um único substrato e a primeira zona está localizada no lado da entrada do substrato e a segunda zona está localizada no lado da saída do substrato. Em algumas modalidades, o substrato compreende um primeiro substrato e um segundo substrato, em que a primeira zona está localizada em um primeiro substrato e a segunda zona está localizada no segundo substrato e o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato.
[0012] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um método de redução de emissões de uma corrente de escape inclui o contato da corrente de escape com um artigo catalítico que compreende um substrato com uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona e uma segunda zona, em que a primeira zona compreende: (a) uma camada inferior de catalisador de amônia (ASC) que compreende um metal do grupo platina em um suporte; e b) uma camada de SCR que compreende um segundo catalisador SCR, a camada de SCR localizada sobre a camada inferior de ASC; em que a segunda zona compreende um catalisador (“catalisador de segunda zona”) selecionado do grupo que consiste em um catalisador de oxidação de diesel (DOC) e um catalisador exotérmico de diesel (DEC); em que a camada inferior de ASC se estende para a segunda zona; e em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona. Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC compreende uma combinação de: (1) o metal do grupo platina em um suporte e (2) um primeiro catalisador SCR. O primeiro catalisador SCR e/ou o segundo catalisador SCR podem incluir Fe, Mn, Cu ou combinações dos mesmos.
[0013] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um sistema de purificação de escape para redução de emissões de uma corrente de escape inclui: (a) um turbocompressor; (b) um terceiro catalisador
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SCR; e (c) um artigo catalisador que inclui um substrato com uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona e uma segunda zona, em que a primeira zona compreende: (i) uma camada inferior de catalisador de amônia (ASC) que compreende um metal do grupo platina em um suporte; e (ii) uma camada de SCR que compreende um segundo catalisador SCR, a camada de SCR localizada sobre a camada inferior de ASC; em que a segunda zona compreende um catalisador (“catalisador de segunda zona”) selecionado do grupo que consiste em um catalisador de oxidação de diesel (DOC) e um catalisador exotérmico de diesel (DEC); em que a camada inferior de ASC se estende para a segunda zona; e em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado a montante do turbocompressor. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado a jusante do turbocompressor. Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC compreende uma combinação de: (1) o metal do grupo platina em um suporte e (2) um primeiro catalisador SCR. O primeiro catalisador SCR e/ou o segundo catalisador SCR podem compreender, por exemplo, Fe, Mn, Cu ou combinações dos mesmos.
[0014] Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR e o artigo catalisador estão localizados em um único substrato, com o terceiro catalisador SCR localizado a montante da primeira zona e da segunda zona. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado em um substrato a montante do substrato de artigo catalisador. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR é acoplado ao artigo catalisador.
[0015] Em algumas modalidades, o sistema pode ainda incluir um filtro, um catalisador SCR a jusante localizado a jusante do artigo catalisador, um catalisador SCR pré-turbo localizado a montante do turbocompressor, um injetor redutor localizado a montante do terceiro catalisador SCR, um injetor redutor localizado a montante do catalisador SCR a jusante e/ou um injetor
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7/41 redutor localizado a montante do catalisador SCR pré-turbo.
[0016] Em alguns aspectos, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato e que pelo menos parcialmente se sobrepõe à camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC e é mais curta do que a camada inferior de ASC.
[0017] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, em que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC e não se estende mais para a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada pelo menos parcialmente se sobrepõe à camada inferior de ASC.
[0018] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, em que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC e se estende mais para a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato.
[0019] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC cobre um
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8/41 comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, em que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC.
[0020] Em algumas modalidades, o catalisador da segunda zona está localizado dentro do substrato. Em algumas modalidades, o suporte compreende um material silicioso, como, por exemplo, um material selecionado do grupo que consiste em: (1) silica; (2) um zeólito com uma razão de silica para alumina superior a 200; e (3) de alumina dopada com silica amorfa com um teor de SIO2 <40%.
[0021] Em algumas modalidades, o metal do grupo platina está presente no suporte em uma quantidade de cerca de 0,1 % em peso a cerca de 10% em peso; cerca de 0,5% em peso a cerca de 10% em peso, cerca de 1% em peso a cerca de 6% em peso, ou cerca de 1,5% em peso a cerca de 4% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina, paládio ou uma combinação de platina e paládio. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina.
[0022] Dentro da combinação, uma razão em peso do primeiro catalisador SCR para o metal do grupo platina em um suporte pode ser de cerca de 3:1 a cerca de 300:1; cerca de 5:1 a cerca de 100:1; ou cerca de 10:1 a cerca de 50:1. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR é um metal base, um óxido de um metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por metal ou uma mistura dos mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR inclui cobre. Em algumas modalidades, o segundo catalisador SCR é um metal base, um óxido de um
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9/41 metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por metal ou uma mistura dos mesmos.
[0023] Em alguns aspectos da invenção, a primeira zona e a segunda zona estão localizadas em um único substrato e a primeira zona está localizada no lado da entrada do substrato e a segunda zona está localizada no lado da saída do substrato. Em algumas modalidades, o substrato compreende um primeiro substrato e um segundo substrato, em que a primeira zona está localizada em um primeiro substrato e a segunda zona está localizada no segundo substrato e o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato.
[0024] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um sistema de purificação de escape para redução de emissões de uma corrente de escape inclui: (a) um turbocompressor; (b) um terceiro catalisador SCR; e (c) um artigo catalisador que compreende um substrato que compreende uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona e uma segunda zona, em que a primeira zona compreende um catalisador de slip de amônia (ASC) que compreende um metal de grupo platina em um suporte e um primeiro catalisador SCR; em que a segunda zona compreende um catalisador selecionado do grupo que consiste em um catalisador de oxidação de diesel (DOC) e um catalisador exotérmico de diesel (DEC); e em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado a montante do turbocompressor. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado a jusante do turbocompressor. O terceiro catalisador SCR pode incluir, por exemplo, V, Fe, Mn, Cu ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR e o artigo catalisador estão localizados em um único substrato, com o terceiro catalisador SCR localizado a montante da primeira zona e da segunda zona. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado em um
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10/41 substrato a montante do substrato de artigo catalisador. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR é acoplado ao artigo catalisador.
[0025] Em algumas modalidades, o sistema pode ainda incluir um filtro, um catalisador SCR a jusante localizado a jusante do artigo catalisador, um catalisador SCR pré-turbo localizado a montante do turbocompressor, um injetor redutor localizado a montante do terceiro catalisador SCR, um injetor redutor localizado a montante do catalisador SCR a jusante e/ou um injetor redutor localizado a montante do catalisador SCR pré-turbo.
[0026] Em algumas modalidades, a primeira zona compreende: (a) uma camada inferior que compreende uma combinação de: (1) o metal do grupo platina em um suporte e (2) o primeiro catalisador SCR; e (b) uma camada superior que compreende um segundo catalisador SCR, a camada superior localizada sobre a camada inferior.
[0027] Em algumas modalidades, o suporte compreende um material silicioso, como, por exemplo, um material selecionado do grupo que consiste em: (1) silica; (2) um zeólito com uma razão de silica para alumina superior a 200; e (3) de alumina dopada com silica amorfa com um teor de SIO2 <40%.
[0028] Em algumas modalidades, o metal do grupo platina está presente no suporte em uma quantidade de cerca de 0,1 % em peso a cerca de 10% em peso; cerca de 0,5% em peso a cerca de 10% em peso, cerca de 1% em peso a cerca de 6% em peso, ou cerca de 1,5% em peso a cerca de 4% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina, paládio ou uma combinação de platina e paládio. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina.
[0029] Dentro da combinação, uma razão em peso do primeiro catalisador SCR para o metal do grupo platina em um suporte pode ser de cerca de 3:1 a cerca de 300:1; cerca de 5:1 a cerca de 100:1; ou cerca de 10:1 a cerca de 50:1. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR é um
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11/41 metal base, um óxido de um metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por metal ou uma mistura dos mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR inclui cobre. Em algumas modalidades, o segundo catalisador SCR é um metal base, um óxido de um metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por metal ou uma mistura dos mesmos.
[0030] Em alguns aspectos da invenção, a primeira zona e a segunda zona estão localizadas em um único substrato e a primeira zona está localizada no lado da entrada do substrato e a segunda zona está localizada no lado da saída do substrato. Em algumas modalidades, o substrato compreende um primeiro substrato e um segundo substrato, em que a primeira zona está localizada em um primeiro substrato e a segunda zona está localizada no segundo substrato e o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato.
[0031] De acordo com algumas modalidades da presente invenção, um sistema de purificação de escape para redução de emissões de uma corrente de escape inclui: (a) um turbocompressor; (b) um terceiro catalisador SCR; e (c) um artigo catalisador que compreende um substrato que compreende uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona, uma segunda zona e uma terceira zona, em que a primeira zona compreende um segundo catalisador SCR; em que a segunda zona compreende um catalisador de amônia deslizante (ASC) que compreende uma combinação de: (1) um metal do grupo platina em um suporte e (2) um primeiro catalisador SCR; em que a terceira zona compreende um catalisador (“catalisador de terceira zona”) selecionado do grupo que consiste em um catalisador de oxidação de diesel (DOC) e um catalisador exotérmico de diesel (DEC); e em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona e a segunda zona está localizada a montante da terceira zona. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado a montante
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12/41 do turbocompressor. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado a jusante do turbocompressor. O terceiro catalisador SCR pode incluir, por exemplo, V, Fe, Mn, Cu ou combinações dos mesmos. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR e o artigo catalisador estão localizados em um único substrato, com o terceiro catalisador SCR localizado a montante da primeira zona e da segunda zona. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR está localizado em um substrato a montante do substrato de artigo catalisador. Em algumas modalidades, o terceiro catalisador SCR é acoplado ao artigo catalisador.
[0032] Em algumas modalidades, o sistema pode ainda incluir um filtro, um catalisador SCR a jusante localizado a jusante do artigo catalisador, um catalisador SCR pré-turbo localizado a montante do turbocompressor, um injetor redutor localizado a montante do terceiro catalisador SCR, um injetor redutor localizado a montante do catalisador SCR a jusante e/ou um injetor redutor localizado a montante do catalisador SCR pré-turbo.
[0033] Em algumas modalidades, o ASC é incluído em uma primeira camada; o catalisador da terceira zona é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada está localizada no topo da primeira camada e tem um comprimento mais curto que a primeira camada; e o segundo catalisador SCR é incluído em uma camada que se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato e que pelo menos parcialmente se sobrepõe à primeira camada. Em algumas modalidades, a primeira camada se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato. Em algumas modalidades, a primeira camada se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato.
[0034] Em algumas modalidades, o suporte compreende um material silicioso, como, por exemplo, um material selecionado do grupo que consiste
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13/41 em: (1) silica; (2) um zeólito com uma razão de silica para alumina superior a 200; e (3) de alumina dopada com silica amorfa com um teor de SIO2 <40%. [0035] Em algumas modalidades, o metal do grupo platina está presente no suporte em uma quantidade de cerca de 0,1 % em peso a cerca de 10% em peso; cerca de 0,5% em peso a cerca de 10% em peso, cerca de 1% em peso a cerca de 6% em peso, ou cerca de 1,5% em peso a cerca de 4% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina, paládio ou uma combinação de platina e paládio. Em algumas modalidades, o metal do grupo platina compreende platina.
[0036] Dentro da combinação, uma razão em peso do primeiro catalisador SCR para o metal do grupo platina em um suporte pode ser de cerca de 3:1 a cerca de 300:1; cerca de 5:1 a cerca de 100:1; ou cerca de 10:1 a cerca de 50:1. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR é um metal base, um óxido de um metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por metal ou uma mistura dos mesmos. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR inclui cobre. Em algumas modalidades, o segundo catalisador SCR é um metal base, um óxido de um metal base, uma peneira molecular, uma peneira molecular substituída por metal ou uma mistura dos mesmos.
[0037] Em algumas modalidades da invenção, a primeira zona, a segunda zona e a terceira zona estão localizadas em um único substrato e a primeira zona está localizada no lado da entrada do substrato e a segunda zona está localizada no lado da saída do substrato. Em algumas modalidades, o substrato compreende um primeiro substrato e um segundo substrato, em que a primeira zona e a segunda zona estão localizadas em um primeiro substrato e a terceira zona está localizada no segundo substrato e o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato. Em algumas modalidades, o substrato compreende um primeiro substrato, um segundo
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14/41 substrato e um terceiro substrato, em que a primeira zona está localizada no primeiro substrato, a segunda zona está localizada no segundo substrato e a terceira zona está localizada no terceiro substrato, e o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato e o segundo substrato está localizado a montante do terceiro substrato.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0038] A Figura 1 representa configurações de sistema de modalidades da presente invenção, que inclui um catalisador de acoplamento próximo pré-turbo e pós-turbo.
[0039] A Figura 2 representa uma configuração do sistema de modalidades da presente invenção, que inclui um catalisador SCR/ASC/DOC de acoplamento próximo pós-turbo.
[0040] A Figura 3 representa uma configuração de sistema de modalidades da presente invenção, que inclui um catalisador SCR pós-turbo de acoplamento próximo seguido por um catalisador de ASC/DOC.
[0041] A Figura 4 representa uma configuração de sistema de modalidades da presente invenção, que inclui um catalisador SCR pré-turbo de acoplamento próximo seguido por um catalisador de ASC/DOC pós-turbo.
[0042] A Figura 5 mostra as configurações de catalisador testadas em condições simuladas de saída do motor com funcionalidades sistematicamente variadas: (1) somente SCR, (2) SCR/DOC, (3) ASC/DOC e (4) SCR/ASC/DOC.
[0043] A Figura 6 mostra a conversão de NH3 de catalisadores inventivos e de referência.
[0044] A Figura 7 mostra deslizamento de NH3 dos catalisadores inventivos e de referência.
[0045] A Figura 8 mostra a conversão de NO dos catalisadores inventivos e de referência.
[0046] A Figura 9 mostra a conversão de CO dos catalisadores
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15/41 inventivos e de referência.
[0047] A Figura 10 mostra a conversão HC de catalisadores inventivos e de referência.
[0048] A Figura 11 mostra a formação de N2O de catalisadores inventivos e de referência.
[0049] A Figura 12 mostra N2 rendimento de catalisadores inventivos e de referência.
[0050] A Figura 13 mostra a temperatura de saída dos catalisadores da invenção e de referência.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0051] Os catalisadores da presente invenção se referem a artigos de catalisador, que inclui várias configurações de catalisador (ou catalisadores) de SCR, ASC e DOC ou DEC. Os catalisadores e configurações específicas são descritos em mais detalhes abaixo. Os sistemas da presente invenção se referem a esses catalisadores SCR/ASC/DOC ou DEC em várias configurações de sistema com um turbocompressor. Sistemas e configurações específicas são descritos em mais detalhes abaixo.
CONFIGURAÇÕES DE DUAS ZONA [0052] Modalidades da presente invenção se referem a um artigo catalisador que compreende um substrato com uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona e uma segunda zona, em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona. A primeira zona pode incluir uma camada inferior de catalisador de slip de amônia (ASC) com um metal do grupo platina em um suporte; e uma camada de SCR com um catalisador SCR, em que a camada de SCR está localizada sobre a camada inferior de ASC. A segunda zona pode incluir um catalisador de oxidação de diesel (DOC) ou um catalisador exotérmico de diesel (DEC). Em tais artigos catalisadores, a camada inferior de ASC pode se estender para a segunda zona. Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC inclui uma mistura
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16/41 de (1) o metal do grupo platina em um suporte e (2) um primeiro catalisador SCR.
[0053] Em alguns modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato; a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato e que pelo menos parcialmente se sobrepõe à camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona (o DOC ou DEC) é incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC e é mais curta do que a camada inferior de ASC.
[0054] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, e a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato. Em algumas modalidades, a camada de SCR pode estar localizada no topo da camada inferior de ASC e não se estende mais para a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC. O catalisador da segunda zona (o DOC ou DEC) pode ser incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada pelo menos parcialmente se sobrepõe à camada inferior de ASC.
[0055] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato, e a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato. Em algumas modalidades, a camada de SCR pode estar localizada no topo da camada inferior de ASC e se estende mais para a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC. O catalisador da segunda zona (o DOC ou DEC) pode ser incluído em uma camada que se estende da extremidade de saída para menos de um
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17/41 comprimento total do substrato.
[0056] Em algumas modalidades, a camada inferior de ASC cobre um comprimento total do substrato, e a camada de SCR se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato. A camada de SCR pode estar localizada no topo da camada inferior de ASC, e o catalisador da segunda zona (o DOC ou DEC) pode ser incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, em que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC.
[0057] Em algumas modalidades, o catalisador da segunda zona está localizado dentro do substrato.
[0058] Em algumas modalidades, a primeira e a segunda zonas estão localizadas em um único substrato com a primeira zona localizada no lado da entrada do substrato e a segunda zona localizada no lado da saída do substrato. Em outra modalidade, a primeira zona está localizada em um primeiro substrato e a segunda zona está localizada em um segundo substrato em que o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato. O primeiro e o segundo substrato podem ser de acoplamento próximo. Quando o primeiro e o segundo substrato são acoplados próximo, o segundo substrato pode ser colocado próximo e/ou diretamente a jusante do primeiro substrato.
[0059] Modalidades da presente invenção se referem a artigos de catalisador com uma primeira zona e uma segunda zona, a primeira zona que inclui um catalisador de amônia (ASC) que compreende um metal de grupo platina em um suporte e um primeiro catalisador SCR; e a segunda zona, que inclui um catalisador de oxidação de diesel (DOC) ou catalisador exotérmico de diesel (DEC). A primeira zona pode ser configurada para incluir uma camada inferior, que inclui uma mistura de (1) o metal do grupo platina em um suporte e (2) o primeiro catalisador SCR; e uma camada superior que
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18/41 inclui um segundo catalisador SCR, em que a camada superior está localizada sobre a camada inferior. Em algumas modalidades, a primeira e a segunda zonas estão localizadas em um único substrato com a primeira zona localizada no lado da entrada do substrato e a segunda zona localizada no lado da saída do substrato. Em outra modalidade, a primeira zona está localizada em um primeiro substrato e a segunda zona está localizada em um segundo substrato em que o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato. O primeiro e o segundo substrato podem ser de acoplamento próximo. Quando o primeiro e o segundo substrato são acoplados próximo, o segundo substrato pode ser colocado próximo e/ou diretamente a jusante do primeiro substrato.
[0060] Um método de redução de emissões de uma corrente de escape pode incluir o contato da corrente de escape com um artigo catalisador, como descrito no presente documento.
CONFIGURAÇÃO DE TRÊS ZONAS [0061] Modalidades da presente invenção se referem a artigos de catalisador que têm uma primeira zona, uma segunda zona e uma terceira zona. A primeira zona pode incluir um catalisador SCR. A segunda zona pode incluir um ASC que tem uma mistura de um metal do grupo platina em um suporte com um primeiro catalisador SCR. A terceira zona pode incluir um catalisador (“catalisador de terceira zona”) como um DOC ou DEC. A primeira zona está localizada a montante da segunda zona e a segunda zona está localizada a montante da terceira zona.
[0062] Em algumas modalidades, o ASC é incluído em uma primeira camada. O catalisador da terceira zona pode estar localizado em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato, e a segunda camada está localizada no topo da primeira camada e tem um comprimento menor que a primeira camada. O segundo catalisador SCR pode ser incluído em uma camada que se estende da
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19/41 extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato e que pelo menos parcialmente se sobrepõe à primeira camada. Em algumas modalidades, a primeira camada se estende da extremidade de saída para menos de um comprimento total do substrato. Em algumas modalidades, a primeira camada se estende da extremidade de entrada para menos de um comprimento total do substrato.
[0063] Em algumas modalidades da invenção, a primeira zona, a segunda zona e a terceira zona estão localizadas em um único substrato e a primeira zona está localizada no lado da entrada do substrato e a segunda zona está localizada no lado da saída do substrato. Em algumas modalidades, a primeira zona e a segunda zona estão localizadas em um primeiro substrato e a terceira zona está localizada em um segundo substrato e o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato. O primeiro e o segundo substrato podem ser de acoplamento próximo. Quando o primeiro e o segundo substrato são acoplados próximo, o segundo substrato pode ser colocado próximo e/ou diretamente a jusante do primeiro substrato.
[0064] Em algumas modalidades, a primeira zona está localizada em um primeiro substrato, a segunda zona está localizada em um segundo substrato e a terceira zona está localizada em um terceiro substrato, em que o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato e do segundo substrato está localizado a montante do terceiro substrato. O primeiro, segundo e/ou terceiro substrato podem ser de acoplamento próximo. Quando o primeiro, segundo e/ou terceiro substrato são acoplados próximo, o segundo substrato pode ser colocado próximo e/ou diretamente a jusante do primeiro substrato e o terceiro substrato pode ser colocado próximo e/ou diretamente a jusante do segundo substrato.
[0065] Um método de redução de emissões de uma corrente de escape pode incluir o contato da corrente de escape com um artigo catalisador, como descrito no presente documento.
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CONFIGURAÇÕES DE SISTEMA [0066] As configurações do sistema da presente invenção podem incluir um turbocompressor, um catalisador SCR a montante e um artigo catalítico com uma configuração de duas ou três zonas, como descrito nas seções anteriores. O catalisador SCR a montante pode estar localizado a montante do artigo catalítico que tem uma configuração de duas ou três zonas, como descrito nas seções anteriores; em algumas modalidades, o catalisador SCR a montante e o artigo catalítico podem ser intimamente acoplados. Em algumas modalidades, o catalisador SCR a montante e o artigo catalítico estão localizados em um único substrato, com o catalisador SCR a montante localizado a montante da primeira e segunda (e terceira, se houver) zonas do artigo catalítico. Em algumas modalidades, o catalisador SCR a montante está localizado a montante do turbocompressor. Quando o catalisador SCR a montante está localizado a montante do turbocompressor, o catalisador SCR a montante é combinado com um ASC. Em algumas modalidades, o catalisador SCR a montante está localizado a jusante do turbocompressor.
[0067] O artigo catalítico que tem uma configuração de duas ou três zonas, como descrito acima, pode estar localizado a jusante do turbocompressor. Em algumas modalidades, o sistema inclui um catalisador SCR localizado a jusante do artigo catalítico que tem uma configuração de duas ou três zonas, como descrito acima. Em algumas modalidades, um sistema também pode incluir um filtro.
[0068] O sistema pode incluir um ou mais injetores redutores, por exemplo, a montante de qualquer catalisador SCR no sistema. Em algumas modalidades, o sistema inclui um injetor redutor a montante do catalisador SCR e/ou o artigo catalítico que tem uma configuração de duas ou três zonas, como descrito acima. Em um sistema que tem um catalisador SCR a jusante, um injetor redutor pode ser incluído a montante do catalisador SCR a jusante. [0069] Com referência à Figura 1, os sistemas da presente invenção
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21/41 podem incluir um número de combinações de componentes catalisadores. Em geral, o sistema pode incluir um catalisador de acoplamento próximo préturbo e pós-turbo que pode incluir qualquer combinação dos catalisadores representados na Figura 1. Como mostrado na Figura 1, um sistema pode incluir um catalisador pré-turbo que pode incluir um catalisador SCR, um ASC ou um SCR/ASC de várias configurações. As configurações de catalisador pré-turbo de SCR/ASC podem incluir uma camada inferior que inclui um ASC e uma camada superior que inclui um catalisador SCR. A camada inferior de ASC pode se estender por todo o comprimento do substrato, ou pode se estender da extremidade de saída para a extremidade de entrada e cobrir menos do que todo o comprimento do substrato. O catalisador SCR da camada superior pode se estender da extremidade de entrada do substrato em direção à extremidade de saída e pode pelo menos parcialmente se sobrepor à camada inferior de ASC. O catalisador SCR da camada superior pode estender todo o comprimento do substrato ou pode se estender a partir da extremidade de entrada e cobrir menos do que todo o comprimento do substrato.
[0070] Como mostrado na Figura 1, o sistema pode incluir um injetor de ureia a montante do catalisador pré-turbo. O catalisador pós-turbo pode incluir um catalisador SCR, um ASC e/ou um DOC, como descrito no presente documento e como representado na Figura 1. O catalisador pós-turbo pode ser configurado para incluir: 1) apenas um DOC, 2) um ASC e DOC ou 3) uma combinação de SCR, ASC e DOC. O catalisador pós-turbo pode incluir uma camada inferior que inclui um ASC e uma camada superior que inclui um catalisador SCR. A camada inferior de ASC pode se estender por todo o comprimento do substrato, ou pode se estender da extremidade de saída para a extremidade de entrada e cobrir menos do que todo o comprimento do substrato. O catalisador SCR da camada superior pode se estender da extremidade de entrada do substrato em direção à extremidade de
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22/41 saída e pode pelo menos parcialmente se sobrepor à camada inferior de ASC. O catalisador SCR da camada superior pode estender todo o comprimento do substrato ou pode se estender a partir da extremidade de entrada e cobrir menos do que todo o comprimento do substrato. O DOC pode ser incluído em uma camada superior que se estende da extremidade de saída do substrato em direção a uma extremidade de entrada, que cobre menos de um comprimento inteiro do substrato e pode estar localizado no topo da camada inferior de ASC. O DOC pode ser impregnado com uma solução de nitrato de platina ou nitrato de paládio ou uma mistura de nitrato de platina e paládio.
[0071] As seções de ASC mostradas na Figura 1 podem compreender uma combinação como descrito no presente documento. O catalisador a jusante pode incluir um filtro e/ou um SCR/ASC com uma outra injeção de ureia/NHs antes de SCR/ASC.
[0072] Com referência à Figura 2, um sistema da presente invenção pode incluir um turbocompressor e injetor de ureia, um catalisador SCR/ASC/DOC de acoplamento próximo, um filtro, outro injetor de ureia e um catalisador SCR/ASC. Como mostrado na Figura 2, o catalisador SCR/ASC/DOC pode incluir uma camada inferior de ASC que se estende da extremidade de saída do substrato em direção à extremidade de entrada e cobre menos do que todo o comprimento do substrato, uma camada de DOC se estende da extremidade de saída do substrato em direção à extremidade de entrada e que cobre menos do que todo o comprimento do substrato e localizado no topo da camada inferior de ASC, e uma camada de catalisador SCR que se estende da extremidade de entrada em direção à extremidade de saída do substrato e pelo menos parcialmente camada inferior de ASC. As seções de ASC mostradas na Figura 2 podem compreender uma combinação como descrito no presente documento.
[0073] Com referência à Figura 3, uma configuração de sistema de modalidades da presente invenção pode incluir um catalisador SCR pós-turbo
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23/41 de acoplamento próximo seguido por um catalisador de ASC/DOC. Um sistema pode incluir um turbocompressor, um injetor de ureia, um catalisador SCR e catalisador de ASC/DOC, um filtro, outro injetor de ureia e um catalisador SCR/ASC. O catalisador de ASC/DOC pode incluir uma camada inferior de ASC que se estende da extremidade de entrada até a extremidade de saída do substrato. Em uma configuração, a camada inferior de ASC se estende por todo o comprimento do substrato, com uma camada superior de SCR que se estende da extremidade da entrada em direção à extremidade da saída e cobre menos do que todo o comprimento do substrato, e uma camada superior de DOC se estende da extremidade de saída em direção à extremidade de entrada e que cobre menos do que todo o comprimento do substrato, em que a camada superior de SCR e a camada superior de DOC estão localizadas no topo da camada inferior de ASC. Em outra configuração, a camada inferior de ASC se estende da extremidade da entrada em direção à extremidade da saída e cobre menos do que todo o comprimento do substrato, com uma camada superior de SCR localizada no topo da camada inferior de ASC e que se estende da extremidade da entrada em direção à saída extremidade e cobertura inferior a todo o comprimento do substrato, e uma camada de DOC que se estende da extremidade de saída em direção à extremidade de entrada e cobre menos de um comprimento inteiro do substrato. A camada DOC pode se sobrepor parcialmente à camada inferior de ASC. As seções de ASC mostradas na Figura 3 podem compreender uma combinação como descrito no presente documento.
[0074] A Figura 4 representa uma configuração de sistema de modalidades da presente invenção, que inclui um catalisador SCR pré-turbo de acoplamento próximo seguido por um catalisador de ASC/DOC pós-turbo. Um sistema pode incluir um injetor de ureia a montante do catalisador SCR, seguido pelo turbocompressor, um catalisador de ASC/DOC, um filtro, outro injetor de ureia e um catalisador SCR/ASC. O catalisador de ASC/DOC pode
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24/41 incluir uma camada inferior de ASC que se estende da extremidade de entrada até a extremidade de saída do substrato. Em uma configuração, a camada inferior de ASC se estende por todo o comprimento do substrato, com uma camada superior de SCR que se estende da extremidade da entrada em direção à extremidade da saída e cobre menos do que todo o comprimento do substrato, e uma camada superior de DOC se estende da extremidade de saída em direção à extremidade de entrada e que cobre menos do que todo o comprimento do substrato, em que a camada superior de SCR e a camada superior de DOC estão localizadas no topo da camada inferior de ASC. Em outra configuração, a camada inferior de ASC se estende da extremidade da entrada em direção à extremidade da saída e cobre menos do que todo o comprimento do substrato, com uma camada superior de SCR localizada no topo da camada inferior de ASC e que se estende da extremidade da entrada em direção à saída extremidade e cobertura inferior a todo o comprimento do substrato, e uma camada de DOC que se estende da extremidade de saída em direção à extremidade de entrada e cobre menos de um comprimento inteiro do substrato. A camada DOC pode se sobrepor parcialmente à camada inferior de ASC. As seções de ASC mostradas na Figura 4 podem compreender uma combinação como descrito no presente documento.
CATALISADOR DE OXIDAÇÃO DE AMÔNIA [0075] Os artigos de catalisador da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de oxidação de amônia, também chamados de catalisador de amônia (“ASC”). Um ou mais ASC podem ser incluídos ou estarem a jusante de um catalisador SCR, para oxidar o excesso de amônia e impedir que seja liberado na atmosfera. Em algumas modalidades, o ASC pode ser incluído no mesmo substrato que um catalisador SCR ou combinado com 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
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25/41 preferidos incluem platina, paládio ou uma combinação dos mesmos. O catalisador de oxidação de amônia pode compreender platina e/ou paládio sustentado em um óxido de metal. Em algumas modalidades, o catalisador está disposto em um suporte de área de superfície alta, que inclui, porém sem limitação, alumina.
[0076] Em algumas modalidades, o catalisador de oxidação de amônia compreende um metal do grupo platina em um suporte silicioso. Um material silicioso pode incluir um material como: (1) silica; (2) um zeólito com uma razão de silica para alumina de pelo menos 200; e (3) alumina dopada com silica amorfa com teor de SiO2 <40%. Em algumas modalidades, um material silicioso pode incluir um material como um zeólito com uma razão de silica para alumina de pelo menos 200; pelo menos 250; pelo menos 300; pelo menos 400; pelo menos 500; pelo menos 600; pelo menos 750; pelo menos 800; ou pelo menos 1.000. Em algumas modalidades, um metal do grupo platina está presente no suporte em uma quantidade de cerca de 0,1 % em peso a cerca de 10% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte; cerca de 0,5% em peso a cerca de 10% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte; cerca de 1% em peso a cerca de 6% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte; cerca de 1,5% em peso a de 4% em peso do peso total do metal do grupo platina de 10% em peso de 0,1 % em peso de 0,5% em peso de 1% cerca cerca cerca cerca cerca em peso cerca de 2% em peso cerca de 3% em peso cerca de 4% em peso cerca de 5% em peso cerca de 6% em peso do peso do peso do peso do do do do do do peso peso peso peso peso peso total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina total do metal do grupo platina do suporte;
do suporte;
do suporte;
do suporte;
do suporte;
do do do do do suporte;
suporte;
suporte;
suporte;
suporte;
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26/41 cerca de 7% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte; cerca de 8% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte; cerca de 9% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte; ou cerca de 10% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte.
[0077] Em algumas modalidades, o suporte silicioso pode compreender uma peneira molecular que tem um Tipo de Armação de BEA, CDO, CON, FAU, MEL, MFI ou MWW.
CATALISADOR SCR [0078] Os sistemas da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de SCR. Em algumas modalidades, um artigo catalisador pode incluir um primeiro catalisador SCR e um segundo catalisador SCR. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR e o segundo catalisador SCR podem compreender a mesma formulação um do outro. Em algumas modalidades, o primeiro catalisador SCR e o segundo catalisador SCR podem compreender formulações diferentes umas das outras.
[0079] O sistema de escape da invenção pode incluir um catalisador SCR que está posicionado a jusante de um injetor para introduzir amônia ou um composto decomponível em amônia no gás de escape. O catalisador SCR pode ser posicionado diretamente a jusante do injetor para injetar amônia ou um composto decomposto em amônia (por exemplo, não há catalisador intermediário entre o injetor e o catalisador SCR).
[0080] O catalisador SCR inclui um substrato e uma composição de catalisador. O substrato pode ser um substrato de fluxo atravessante ou um substrato de filtragem. Quando o catalisador SCR tem um substrato de fluxo atravessante, então o substrato pode compreender a composição de catalisador SCR (ou seja, o catalisador SCR é obtido por extrusão) ou a composição de catalisador SCR pode ser disposta ou sustentada no substrato (ou seja, a composição de catalisador SCR é aplicado no substrato por um método de revestimento).
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27/41 [0081] Quando o catalisador SCR tem um substrato de filtragem, é um catalisador seletivo de filtro de redução catalítica, que é mencionado no presente documento pela abreviação “SCRF”. O SCRF compreende um substrato de filtragem e a composição de redução catalítica seletiva (SCR). Referências ao uso de catalisadores de SCR em todo este pedido devem incluir o uso de catalisadores de SCRF, quando aplicável.
[0082] A composição de redução catalítica seletiva pode compreender ou consistir essencialmente em uma formulação de catalisador SCR à base de óxido de metal, uma formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular ou uma mistura dos mesmos. Tais formulações de catalisador SCR são conhecidas na técnica.
[0083] A composição de redução catalítica seletiva pode compreender ou consistir essencialmente em uma formulação de catalisador SCR à base de óxido de metal. A formulação de catalisador SCR à base de óxido de metal compreende vanádio ou tungstênio ou uma mistura dos mesmos sustentada em um óxido refratário. O óxido refratário pode ser selecionado do grupo que consiste em alumina, silica, titânia, zircônia, céria e combinações dos mesmos.
[0084] A formulação de catalisador SCR à base de óxido de metal pode compreender, ou consistir essencialmente em um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e/ou um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) sustentado em um óxido refratário selecionado a partir do grupo que consiste em titânia (por exemplo, T1O2), céria (por exemplo, CeO2) e um óxido misto ou composto de cério e zircônio (por exemplo, CexZr(iX)O2, em que x = 0,1 a 0,9, de preferência x = 0,2 a 0,5).
[0085] Quando o óxido refratário é titânia (por exemplo, T1O2), preferencialmente a concentração do óxido de vanádio é de 0,5 a 6% em peso (por exemplo, da formulação de SCR à base de óxido de metal) e/ou a concentração do óxido de tungstênio (por exemplo WO3) é de 5 a 20% em
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28/41 peso. Mais preferencialmente, o óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e o óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) são sustentados em óxido de titânio (por exemplo, T1O2).
[0086] Quando o óxido refratário é céria (por exemplo, CeCE), então, de preferência, a concentração do óxido de vanádio é de 0,1 a 9% em peso (por exemplo, do óxido de metal com base na formulação SCR) e/ou a concentração do óxido de tungstênio (por exemplo, WO3) é de 0,1 a 9% em peso.
[0087] A formulação de catalisador SCR base de óxido de metal pode compreender ou consistir essencialmente em um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e, opcionalmente, um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), sustentado em titânia (por exemplo, T1O2).
[0088] A composição de redução catalítica seletiva pode compreender ou consistir essencialmente em uma formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular. A formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular compreende uma peneira molecular, que é opcionalmente uma peneira molecular substituída por metal de transição. E preferencial que a formulação do catalisador SCR compreenda uma peneira molecular substituída por metal de transição.
[0089] Em geral, a formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular pode compreender uma peneira molecular com uma estrutura de aluminossilicato (por exemplo, zeólito), uma estrutura de aluminofosfato (por exemplo, AIPO), uma estrutura de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO), uma estrutura de aluminossilicato que contém heteroátomo, uma estrutura de que contém estrutura de aluminofosfato (por exemplo, MeAlPO, em que Me é um metal) ou uma estrutura de silicoaluminofosfato que contém heteroátomo (por exemplo, MeAPSO, em que Me é um metal). O heteroátomo (isto é, em uma estrutura que contém heteroátomo) pode ser selecionado do grupo que consiste em boro (B), gálio
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29/41 (Ga), titânio (Ti), zircônio (Zr), zinco (Zn), ferro (Fe), vanádio (V) e combinações de quaisquer dois ou mais. E preferencial que o heteroátomo seja um metal (por exemplo, cada uma das estruturas que contém heteroátomo acima pode ser uma estrutura que contém metais).
[0090] E preferencial que a formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular compreenda, ou consista essencialmente em uma peneira molecular que tem uma estrutura de aluminossilicato (por exemplo, zeólito) ou uma estrutura de silicoaluminofosfato (por exemplo, SAPO).
[0091] Quando a peneira molecular tem uma estrutura de aluminossilicato (por exemplo, a peneira molecular é um zeólito), então normalmente a peneira molecular tem uma razão molar de silica para alumina (SAR) de 5 a 200 (por exemplo, 10 a 200), 10 a 100 (por exemplo, 10 a 30 ou 20 a 80), como 12 a 40 ou 15 a 30. Em algumas modalidades, uma peneira molecular adequada tem um SAR de > 200; > 600; ou > 1.200. Em algumas modalidades, a peneira molecular tem uma SAR de cerca de 1.500 a cerca de 2.100.
[0092] Normalmente, a peneira molecular é microporosa. Uma peneira molecular microporosa tem poros com diâmetro inferior a 2 nm (por exemplo, de acordo com a definição IUPAC de “microporosa” [consulte Pure &Appl. Chem. 66 (8), (1994), 1.739 a 1.758)]).
[0093] A formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular pode compreender uma peneira molecular de poros pequenos (por exemplo, uma peneira molecular com um tamanho de anel máximo de oito átomos tetraédricos), uma peneira molecular de poros médios (por exemplo, uma peneira molecular com um tamanho de anel máximo de dez átomos tetraédricos) ou uma peneira molecular de poros grandes (por exemplo, uma peneira molecular com um tamanho máximo de anel de doze átomos tetraédricos) ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
[0094] Quando uma peneira molecular é uma peneira molecular de
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30/41 poro pequeno, então, a peneira molecular de poro pequeno pode ter uma estrutura de armação representada pelo Código de Tipo de Armação (FTC) selecionada a partir do grupo que consiste em ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, LTA, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SFW, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, ZON ou uma mistura e/ou intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferencialmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura estrutural representada por um FTC selecionado a partir do grupo que consiste em CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, LRI, SFW, KFI, DDR e ITE. Mais preferencialmente, a peneira molecular de poro pequeno tem uma estrutura estrutural representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em CHA e ΑΕΙ. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma organização de estrutura representada pelo FTC CHA. A peneira molecular de poro pequeno pode ter uma organização de estrutura representada pelo FTC AEI. Quando a peneira molecular de poro pequeno é um zeólito e tem uma estrutura representada pelo FTC CHA, então o zeólito pode ser chabazita.
[0095] Quando uma peneira molecular é uma peneira molecular de poro médio, então, a peneira molecular de poro médio pode ter uma estrutura de armação representada pelo Código de Tipo de Armação (FTC) selecionada a partir do grupo que consiste em AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI e WEN ou uma mistura e/ou intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferencialmente, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura estrutural representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em FER, MEL, MFI e STT. Mais preferencialmente, a peneira molecular de poro médio tem uma estrutura
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31/41 estrutural representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em FER e MFI, particularmente MFI. Quando a peneira molecular de poro médio é um zeólito e tem uma estrutura representada pelo FTC FER ou MFI, então o zeólito pode ser ferrierita, silicalita ou ZSM-5.
[0096] Quando uma peneira molecular é uma peneira molecular de poro grande, então, a peneira molecular de poro grande pode ter uma estrutura de armação representada pelo Código de Tipo de Armação (FTC) selecionada a partir do grupo que consiste em AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, CAN, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, ΟΚΟ, 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 intercrescimento de dois ou mais dos mesmos. Preferencialmente, a peneira molecular de poros grandes tem uma organização de estrutura representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em AFI, BEA, MAZ, MOR e OFF. Mais preferencialmente, a peneira molecular de poros grandes tem uma estrutura estrutural representada por um FTC selecionado do grupo que consiste em BEA, MOR e MFI. Quando a peneira molecular de poros grandes é um zeólito e tem uma estrutura representada pela FTC BEA, FAU ou MOR, então o zeólito pode ser um zeólito beta, faujasita, zeólito Y, zeólito X ou mordenita.
[0097] Em geral, é preferencial que a peneira molecular seja uma peneira molecular de poro pequeno.
[0098] A formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular compreende de preferência uma peneira molecular substituída por metal de transição. O metal de transição pode ser selecionado do grupo que consiste em cobalto, cobre, ferro, manganês, níquel, paládio, platina, rutênio e rênio.
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32/41 [0099] O metal de transição pode ser cobre. Uma vantagem das formulações de catalisadores SCR que contém uma peneira molecular de cobre substituído é que tais formulações têm uma excelente atividade de redução de NOX a baixa temperatura (por exemplo, pode ser superior à atividade de redução de NOX a baixa temperatura de uma peneira molecular de ferro substituído). Os sistemas e o método da presente invenção podem incluir qualquer tipo de catalisador SCR, no entanto, catalisadores de SCR que inclui cobre (“catalisadores Cu-SCR”) podem experimentar benefícios mais notáveis dos sistemas da presente invenção, pois são particularmente vulneráveis aos efeitos de sulfatação. As formulações de catalisador Cu-SCR podem incluir, por exemplo, SAPO-34 substituído por Cu, zeólito CHA substituído por Cu, zeólitos AEI substituídos por Cu ou combinações dos mesmos.
[00100] O metal de transição pode estar presente em um local extraestrutural na superfície externa da peneira molecular ou dentro de um canal, cavidade ou gaiola da peneira molecular.
[00101] Tipicamente, a peneira molecular substituída por metal de transição compreende uma quantidade de 0,10 a 10% em peso da peneira molecular substituída por metal de transição, preferencialmente uma quantidade de 0,2 a 5% em peso.
[00102] Em geral, o catalisador de redução catalítica seletiva compreende a composição de redução catalítica seletiva em uma concentração total de 0,5 a 4,0 g em 3, de preferência 1,0 a 3,0 4,0 g em3.
[00103] A composição de catalisador SCR pode compreender uma mistura de uma formulação de catalisador SCR à base de óxido de metal e uma formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular. A (a) formulação de catalisador SCR à base de óxido de metal pode compreender, ou consistir essencialmente em um óxido de vanádio (por exemplo, V2O5) e, opcionalmente, um óxido de tungstênio (por exemplo, WO3), sustentado em
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33/41 titânia (por exemplo, T1O2) e (b) a formulação de catalisador SCR com base em peneira molecular pode compreender uma peneira molecular substituída por metal de transição.
[00104] Quando o catalisador SCR é um SCRF, então o substrato de filtragem pode preferencialmente ser um monólito de substrato de filtro de fluxo de parede. O monólito do substrato do filtro de fluxo de parede (por exemplo, o SCR-DPF) normalmente tem uma densidade celular de 60 a 400 células por polegada quadrada (cpsi) (de 0,04 m2 a 0,26 m2). E preferencial que o monólito do substrato do filtro de fluxo de parede tenha uma densidade celular de 100 a 350 cpsi (0,06 m2 a 0,23 m2), mais preferencialmente de 200 a 300 cpsi (0,13 m2 a 0,19 m2).
[00105] O monólito do substrato do filtro de fluxo de parede pode ter uma espessura de parede (por exemplo, espessura média da parede interna) de 0,20 a 0,50 mm, de preferência 0,25 a 0,35 mm (por exemplo, cerca de 0,30 mm).
[00106] Geralmente, o monólito do substrato do filtro de fluxo de parede não revestido tem uma porosidade de 50 a 80%, de preferência 55 a 75%, e mais preferencialmente 60 a 70%.
[00107] O monólito do substrato do filtro de fluxo de parede não revestido normalmente tem um tamanho médio de poro de pelo menos 5 μηι. E preferencial que o tamanho médio dos poros seja de 10 a 40 μηι, como 15 a 35 μηι, mais preferencialmente 20 a 30 μηι.
[00108] O substrato do filtro de fluxo de parede pode ter um projeto de célula simétrica ou um projeto de célula assimétrico.
[00109] Em geral, para um SCRF, a composição de redução catalítica seletiva é disposta dentro da parede do monólito do substrato do filtro de fluxo de parede. Além disso, a composição de redução catalítica seletiva pode estar disposta nas paredes dos canais de entrada e/ou nas paredes dos canais de saída.
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COMBINAÇÃO [00110] Modalidades da presente invenção podem incluir uma mistura de (1) um metal do grupo platina em um suporte e (2) um catalisador SCR. Em algumas modalidades, dentro da mistura, uma razão em peso do catalisador SCR para o metal do grupo platina em um suporte é de cerca de 3:1 a cerca de 300:1; cerca de 3:1 a cerca de 250:1; cerca de 3:1 a cerca de 200:1; cerca de 4:1 a cerca de 150:1; cerca de 5:1 a cerca de 100:1; cerca de 6:1a cerca de 90:1; cerca de 7:1 a cerca de 80:1; cerca de 8:1 a cerca de 70:1; cerca de 9:1 a cerca de 60:1; cerca de 10:1 a cerca de 50:1; cerca de 3:1; cerca de 4:1; cerca de 5:1; cerca de 6:1; cerca de 7:1; cerca de 8:1; cerca de 9:1; cerca de 10:1; cerca de 15:1; cerca de 20:1; cerca de 25:1; cerca de 30:1; cerca de 40:1; cerca de 50:1; cerca de 75:1; cerca de 100:1; cerca de 125:1; cerca de 150:1; cerca de 175:1; cerca de 200:1; cerca de 225:1; cerca de 250:1; cerca de 275:1; ou cerca de 300:1.
DQC [00111] Os artigos e sistemas de catalisador da presente invenção podem incluir um ou mais catalisadores de oxidação de diesel. Os catalisadores de oxidação e, em particular, catalisadores de oxidação de diesel (DOCs), são bem conhecidos na técnica. Os catalisadores de oxidação são projetados para oxidar CO em CO2 e hidrocarbonetos de fase gasosa (HC) e uma fração orgânica de particulados de diesel (fração orgânica solúvel) em CO2 e H2O. Os catalisadores de oxidação típicos incluem platina e, opcionalmente, também paládio em um suporte de óxido inorgânico de elevada área superficial, como alumina, sílica-alumina e um zeólito.
SUBSTRATO [00112] Os catalisadores da presente invenção podem cada um ainda compreender um substrato de fluxo atravessante ou substrato de filtro. Em uma modalidade, o catalisador pode ser revestido no substrato de fluxo atravessante ou de filtro e, de preferência, depositado no substrato de fluxo
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35/41 atravessante ou de filtro com uso de um procedimento de camada de recobrimento.
[00113] A combinação de um catalisador SCR e um filtro é conhecida como filtro seletivo de redução catalítica (catalisador SCRF). Um catalisador SCRF é um dispositivo de substrato único que combina a funcionalidade de um SCR e filtro de partículas e é adequado para modalidades da presente invenção, como desejado. Descrição e referências ao catalisador SCR ao longo deste pedido devem incluir também o catalisador SCRF, quando aplicável.
[00114] O substrato de fluxo atravessante ou de filtro é um substrato que tem a capacidade de conter componentes catalisadores/absorventes. O substrato é, de preferência, um substrato de cerâmica ou um substrato metálico. O substrato cerâmico pode ser produzido de qualquer material refratário adequado, por exemplo, alumina, silica, titânia, cério, zircônia, magnésia, zeólitos, nitreto de silício, carbureto de silício, silicatos de zircônio, silicatos de magnésio, aluminossilicatos, metaloaluminossilicatos (como cordierita e espudomeno), ou uma mistura ou óxido misturado de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Cordierita, um aluminossilicato de magnésio, e carbureto de silício são particularmente preferenciais.
[00115] Os substratos metálicos podem ser feitos de qualquer metal adequado e, em particular, metais resistentes ao calor e ligas metálicas, como titânio e aço inoxidável, assim como ligas ferríticas contendo ferro, níquel, cromo e/ou alumínio além de outros metais-traço.
[00116] O substrato de fluxo atravessante é, de preferência, um monólito de fluxo atravessante que tem uma estrutura em favo de mel 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 seção transversal de canal do substrato pode ser de qualquer formato, mas é, de preferência, quadrada, sinusoidal, triangular, retangular,
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36/41 hexagonal, trapezoidal, circular ou oval. O substrato de fluxo atravessante também pode ser de alta porosidade, o que permite que o catalisador penetre nas paredes do substrato.
[00117] O substrato de filtro é, de preferência, um filtro de monólito de parede fina. Os canais de um filtro de fluxo de parede são bloqueados altemadamente, o que permite que a corrente de gás de escape entre em um canal a partir da entrada, então flua através das paredes de canal e saia do filtro de um canal diferente que leva à saída. Particulados na corrente de gás de escape ficam, assim, presos no filtro.
[00118] O catalisador/absorvente pode ser adicionado ao substrato de fluxo atravessante ou filtro por qualquer meio conhecido, como um procedimento de camada de recobrimento.
INJETOR DE UREIA/REDUTOR [00119] 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 preferencial que os meios para introduzir um redutor nitrogenado no sistema de escape estejam diretamente a montante do catalisador SCR ou SCRF (por exemplo, não há catalisador interveniente entre os meios para introduzir um redutor nitrogenado e o catalisador SCR ou SCRF).
[00120] O redutor é adicionado aos gases de escape que fluem por qualquer meio adequado para introduzir o redutor nos gases de escape. Os meios adequados incluem um injetor, pulverizador ou alimentador. Tais meios são bem conhecidos na técnica.
[00121] O redutor nitrogenado para uso no sistema pode ser amônia por si só, hidrazina ou um precursor de amônia selecionado do grupo que consiste em ureia, carbonato de amônio, carbamato de amônio, hidrogenocarbonato de amônio e formato de amônio. Ureia é particularmente preferencial.
[00122] O sistema de escape também pode compreender um meio para
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37/41 controlar a introdução de redutor nos gases de escape, a fim de reduzir o NOx. Os meios de controle preferidos podem incluir uma unidade de controle eletrônico, opcionalmente uma unidade de controle do motor, e podem adicionalmente compreender um sensor de NOx localizado a jusante do catalisador de redução de NO.
BENEFÍCIOS [00123] Os artigos catalisadores da presente invenção podem fornecer maior atividade catalítica e seletividade. Além disso, em algumas modalidades, a oxidação de HC e a geração exotérmica podem ser concentradas na zona traseira, protegendo assim a zona ASC frontal da degradação hidrotérmica.
[00124] Em algumas modalidades, os artigos de catalisador da presente invenção podem ter conversão equivalente ou aprimorada de NOx em comparação com um artigo catalisador que é equivalente, exceto que não inclui o SCR na camada inferior. Em algumas modalidades, os artigos catalisadores da presente invenção podem ter uma conversão aprimorada de NOx em comparação com um artigo catalisador equivalente, exceto que não inclui o primeiro catalisador SCR, o artigo catalisador inventivo que mostra uma melhoria na conversão de NOx de cerca de 40% a cerca de 50%.
[00125] Em algumas modalidades, artigos de catalisador da presente invenção pode ter uma atividade reduzida para formação de N2O a temperaturas abaixo de cerca de 350 °C, em comparação com um artigo catalisador que é equivalente, exceto não inclui o SCR na camada inferior de ASC. Em algumas modalidades, os artigos de catalisador da presente invenção podem ter atividade reduzida para a formação de N2O a temperaturas abaixo de cerca de 350 °C em comparação com um artigo catalisador que é equivalente, exceto que não inclui o primeiro catalisador SCR, o artigo catalisador inventivo mostrando uma redução na formação de N2O superior a cerca de 60%.
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38/41 [00126] Como usadas neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares “um”, “uma” e “a/o” incluem referentes plurais a menos que o contexto indique claramente de outro modo. Dessa forma, por exemplo, referência a “um catalisador” inclui uma mistura de dois ou mais catalisadores e semelhantes.
[00127] O termo “vazamento de amônia” significa a quantidade de amônia não reagida que passa através do catalisador SCR.
[00128] O termo “suporte” significa o material ao qual um catalisador é fixado.
[00129] O termo “calcinar” ou “calcinação” significa o aquecimento do material no ar ou no oxigênio. Essa definição é coerente com a definição de IUPAC de calcinação. (IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2a ed. (o “Gold Book”). Compilado por A. D. McNaught e A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Versão corrigida online XML: http://goldbook.iupac.org (2006-) criada por M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; atualizações compiladas por A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi: 10.1351/ goldbook.) A calcinação é realizada para decompor um sal metálico e promover a troca de íons de metal dentro do catalisador e também para aderir o catalisador a um substrato. As temperaturas usadas na calcinação dependem dos componentes no material a ser calcinado e, em geral, estão entre cerca de 400 °C e cerca de 900 °C, por aproximadamente 1 a 8 horas. Em alguns casos, a calcinação pode ser realizada até uma temperatura de cerca de 1.200 °C. Em aplicações que envolvem os processos descritos no presente documento, as calcinações são, em geral, realizadas em temperaturas de cerca de 400 °C a cerca de 700 °C por aproximadamente 1 a 8 horas, de preferência, em temperaturas de cerca de 400 °C a cerca de 650 °C por aproximadamente 1 a 4 horas.
[00130] Quando é fornecida uma faixa, ou faixas, para vários elementos numéricos, a faixa ou faixas podem incluir os valores, a menos que
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39/41 seja especificado de outra forma.
[00131] O termo “seletividade de N2” significa a conversão de por cento de amônia em nitrogênio.
[00132] Os termos “catalisador de oxidação de diesel” (DOC), “catalisador exotérmico de diesel” (DEC), “absorvente de NOx”, “SCR/PNA” (absorvente de NOx de redução/passivo catalítico seletivo), “catalisador de arranque frio” (CSC) e “catalisador de três vias” (TWC) são termos bem conhecidos na técnica usados para descrever os vários tipos de catalisadores usados para tratar gases de escape a partir de processos de combustão.
[00133] O termo “metal de grupo de platina” ou “PGM” se refere à platina, paládio, rutênio, ródio, ósmio e irídio. Os metais de grupo de platina são, preferencialmente, platina, paládio, rutênio ou ródio.
[00134] Os termos “a jusante” e “a montante” descrevem a orientação de um catalisador ou substrato em que o fluxo de gás de escape é a partir da extremidade de entrada à extremidade de saída do substrato ou artigo.
[00135] Os exemplos a seguir meramente ilustram a invenção; a pessoa versada reconhecerá muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e do escopo das reivindicações.
EXEMPLO [00136] Neste exemplo, três configurações de catalisador próximas foram testadas em condições simuladas de saída do motor com funcionalidades sistematicamente variadas: (1) somente SCR, (2) SCR/DOC, (3) ASC/DOC e (4) SCR/ASC/DOC. Além disso, foram realizados testes com ANR <1 e ANR> 1 para entender o impacto do deslizamento de NH3 e da funcionalidade ASC no desempenho geral do sistema.
[00137] As configurações testadas representadas na Figura 5. Condições de teste: 600/1.200 ppm NH3, 1.000 ppm NO, 500 ppm (com base em Cl) C10H22, 200 ppm CO, 10% O2, 4,5% CO2, 4,5% H2O, total SV = 30.000 h-1, 40.000 h-1 e 50.000 h-1 para catalisador SCR/DOC,
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SCR/ASC/DOC e SCR respectivamente. Os resultados são mostrados nas Figuras 6 a 13.
[00138] Na configuração (1) com apenas um catalisador SCR, o sistema tem a maior conversão de NOx e menor formação de N2O, mas tem uma conversão de HC/CO muito baixa e não tem controle de deslizamento de NH3, especialmente quando ANR> 1. Como se mostra na configuração (2), o NH3 deslizado a partir do catalisador SCR é oxidado na zona traseira de DOC com seletividade de N2O muito alta a baixas temperaturas (T > 350 °C); além disso, as temperaturas mais elevadas (t < 350 °C), a oxidação de NH3 em DOC tem alta seletividade para a formação de NOx, o que reduz a conversão total de NOx do sistema.
[00139] Para minimizar o deslizamento de NH3 para DOC a jusante, a configuração (3) com o ASC/DOC foi avaliada quer com a ASC de combinação ou um Pt/alumina tradicional do tipo ASC tanto a 3 g/pé 3 ponto de carregamento. Como mostrado na Figura 11, a configuração (3) com ASC tradicional na zona frontal, o sistema produz uma quantidade ainda maior de N2O do que na configuração (2) devido à funcionalidade insuficiente de SCR e à reação não seletiva de NO + NH3 em Pt de ASC. Por outro lado, quando a configuração (3) é testada com a combinação de ASC, a formação de N2O é reduzida em > 60% a temperaturas abaixo de 350 °C. Na verdade, as temperaturas no máximo relevantes entre 250 °C e 350 °C, N2O a partir desse sistema é ainda 30 a 50% menor do que na configuração (2). De modo similar, a configuração (3) com ASC de combinação também mostrou alta seletividade em temperaturas mais altas em comparação com a ASC tradicional, o que resulta em um aumento de 40 a 50% na conversão total de NOx. (Consulte a Figura 8). Esses resultados sugerem que o ASC da invenção promove preferencialmente a reação seletiva de NO + NH3 catalisada pelo catalisador de Cu-SCR, minimizando a reação não seletiva de NO + NH3 e a oxidação do NH3 catalisada por Pt, tornando o mesmo altamente adequado
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41/41 para a aplicação acoplada.
[00140] Para melhorar ainda mais o desempenho do sistema, foi avaliada uma configuração de três zonas (configuração (4)) com uma zona SCR frontal adicional. Como mostrado nas Figuras 8 e 12, a configuração de três zonas com ASC de combinação na zona do meio mostrou uma conversão de NO melhorada e a seletividade de N2 comparadas à configuração de duas zonas com o ASC de combinação na frente. O desempenho geral da configuração (4) tem conversão de NOx e formação de N2O semelhantes à configuração (1) (somente SCR) e conversões similares de NH3, HC e CO das configurações (2) e (3) (SCR/DOC e ASC/DOC). (Consulte as Figuras 8, 11, 6, 10 e 9).
[00141] Nas configurações mencionadas acima, cada zona/funcionalidade pode ser revestida em um único substrato ou em substratos separados; e em um sistema de motor equipado com um turbocompressor, essas funcionalidades podem ser divididas em catalisadores pré e pós turbo.

Claims (20)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Artigo catalisador, caracterizado pelo fato de que compreende um substrato que compreende uma extremidade de entrada e uma extremidade de saída, uma primeira zona e uma segunda zona, sendo que a primeira zona compreende:
    a. uma camada inferior de catalisador de slip de amônia (ASC) que compreende um metal do grupo platina em um suporte; e
    b. uma camada de SCR que compreende um segundo catalisador SCR, sendo que a camada de SCR está localizada sobre a camada inferior de ASC;
    em que a segunda zona compreende um catalisador (“catalisador de segunda zona”) selecionado a partir do grupo que consiste em um catalisador de oxidação de diesel (DOC) e um catalisador exotérmico de diesel (DEC);
    em que a camada inferior de ASC se estende até a segunda zona; e em que a primeira zona está localizada a montante da segunda zona.
  2. 2. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada inferior de ASC compreende uma mescla do: (1) metal do grupo platina em um suporte com (2) um primeiro catalisador SCR.
  3. 3. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada inferior de ASC se estende da extremidade de saída até menos que um comprimento total do substrato;
    a camada de SCR se estende da extremidade de entrada até menos que um comprimento total do substrato e que se sobrepõe pelo menos parcialmente à camada inferior de ASC; e
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    2/5 o catalisador da segunda zona está incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída até menos que um comprimento total do substrato, sendo que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC e é mais curta que a camada inferior de ASC.
  4. 4. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada até menos que um comprimento total do substrato;
    a camada de SCR se estende da extremidade de entrada até menos que um comprimento total do substrato, sendo que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC e não se estende adicionalmente até a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona está incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída até menos que um comprimento total do substrato, sendo que a segunda camada se sobrepõe pelo menos parcialmente à camada inferior de ASC.
  5. 5. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada inferior de ASC se estende da extremidade de entrada até menos que um comprimento total do substrato;
    a camada de SCR se estende da extremidade de entrada até menos que um comprimento total do substrato, sendo que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC e se estende adicionalmente até a extremidade de saída do que a camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona está incluído em uma camada que se estende da extremidade de saída até menos que um comprimento total
    Petição 870190109533, de 28/10/2019, pág. 8/11
    3/5 do substrato.
  6. 6. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a camada inferior de ASC cobre um comprimento total do substrato;
    a camada de SCR se estende da extremidade de entrada até menos que um comprimento total do substrato, em que a camada de SCR está localizada no topo da camada inferior de ASC; e o catalisador da segunda zona está incluído em uma segunda camada que se estende da extremidade de saída até menos que um comprimento total do substrato, sendo que a segunda camada está localizada no topo da camada inferior de ASC.
  7. 7. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador da segunda zona está localizado dentro do substrato.
  8. 8. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o suporte compreende um material silicioso selecionado a partir do grupo que consiste em: (1) silica; (2) um zeólito com uma razão entre silica e alumina superior a 200; e (3) alumina dopada com silica amorfa com teor de S1O2 ^40%.
  9. 9. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o metal do grupo platina está presente no suporte em uma quantidade de cerca de 0,1% em peso a cerca de 10% em peso do peso total do metal do grupo platina e do suporte.
  10. 10. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, dentro da mescla, uma razão em peso entre o primeiro catalisador SCR e o metal do grupo platina em um suporte é cerca de 10:1 a cerca de 50:1.
  11. 11. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1,
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    4/5 caracterizado pelo fato de que a primeira zona e a segunda zona estão localizadas em um único substrato e a primeira zona está localizada no lado de entrada do substrato e a segunda zona está localizada no lado de saída do substrato.
  12. 12. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende um primeiro substrato e um segundo substrato, em que a primeira zona está localizada no primeiro substrato e a segunda zona está localizada no segundo substrato e o primeiro substrato está localizado a montante do segundo substrato.
  13. 13. Método para reduzir as emissões de uma corrente de escape, caracterizado pelo fato de que compreende colocar a corrente de escape em contato com o artigo catalisador como definido na reivindicação 1.
  14. 14. Sistema de purificação de escape para redução de emissões de uma corrente de escape, caracterizado pelo fato de que compreende:
    a. um turbocompressor;
    b. um terceiro catalisador SCR; e,
    c. o artigo catalisador como definido na reivindicação 1.
  15. 15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o terceiro catalisador SCR está localizado a montante do turbocompressor.
  16. 16. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o terceiro catalisador SCR está localizado a jusante do turbocompressor.
  17. 17. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o terceiro catalisador SCR e o artigo catalisador estão localizados em um único substrato, com o terceiro catalisador SCR localizado a montante da primeira zona e da segunda zona.
  18. 18. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o terceiro catalisador SCR está localizado em um substrato a
    Petição 870190109533, de 28/10/2019, pág. 10/11
    5/5 montante do substrato de artigo catalisador.
  19. 19. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o terceiro catalisador SCR está em acoplamento justo com o artigo catalisador.
  20. 20. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um catalisador SCR pré-turbo, localizado a montante do turbocompressor.
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