BR112020009925A2 - artigo catalisador para o tratamento de gás de escape, sistema de tratamento de emissão para tratar um fluxo de um gás de escape de combustão, e, método de tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna - Google Patents

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Hongyu Ji
Dongsheng Qiao
Yaping Wan
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Abstract

Trata-se de um artigo catalisador de três vias, e de seu uso em um sistema de escape para motores de combustão interna. O artigo catalisador para tratamento de gás de escape compreendendo: um substrato que compreende uma extremidade de entrada, uma extremidade de saída com um comprimento axial L; uma camada de catalisador de entrada que começa na extremidade de entrada e que se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de entrada compreende um componente de paládio de entrada; uma camada de catalisador de saída que começa na extremidade de saída e se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de saída compreende um componente de ródio de saída; e sendo que a camada de catalisador de saída se sobrepõe à camada de catalisador de entrada.

Description

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ARTIGO CATALISADOR PARA O TRATAMENTO DE GÁS DE ESCAPE CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere a um artigo catalisado útil no tratamento de emissões de gás de escape proveniente de motores a gasolina.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Os motores de combustão interna produzem gases de escape que contêm vários poluentes, incluindo hidrocarbonetos (HCs), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx). Sistemas de controle de emissões, incluindo catalisadores de gás de escape, são amplamente usados para reduzir a quantidade emitida destes poluentes para a atmosfera. Um catalisador comumente utilizado para aplicações em motores a gasolina é o catalisador de três vias (TWC - "three-way catalyst"). Os TWCs realizam três funções principais: (1) oxidação de CO; (2) oxidação de HCs não queimados; e (3) redução de NOx para N2.
[003] Na maioria dos conversores catalíticos, o TWC é aplicado como revestimento sobre um substrato de alta área superficial que pode suportar altas temperaturas, como monolitos estilo colmeia de fluxo passante. A grande área superficial desses substratos facilita as reações heterogêneas desejadas, mas pode contribuir também para o aumento da contrapressão de escape, isto é, restrições no fluxo de gás de escape a partir do motor para o tubo de descarga. A alta contrapressão em um sistema de escape pode reduzir a economia de combustível e a saída de potência do motor. Apesar dos avanços na tecnologia TWC, como os descritos na patente US n° 6.022.825, patente US n° 9.352.279, patente US n° 9.040.003, e publicação de patente US 2016/0228818, permanece uma necessidade por melhores conversores
2 / 18 catalíticos para certas plataformas de motores que produzem simultaneamente altas taxas de conversão e baixa contrapressão. A presente invenção resolve esses problemas entre outros.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[004] Um aspecto da presente revelação se refere a um artigo catalisador para tratamento de gás de escape que compreende: um substrato que compreende uma extremidade de entrada, uma extremidade de saída com um comprimento axial L; uma camada de catalisador de entrada que começa na extremidade de entrada e que se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de entrada compreende um componente de paládio de entrada; uma camada de catalisador de saída que começa na extremidade de saída e se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de saída compreende um componente de ródio de saída; e sendo que a camada de catalisador de saída se sobrepõe à camada de catalisador de entrada.
[005] A invenção também abrange um sistema de escape para motores de combustão interna que compreende o componente de catalisador de três vias da invenção.
[006] A invenção também abrange o tratamento de um gás de escape de um motor de combustão interna, em particular para o tratamento de gás de escape de um motor a gasolina. O método compreende colocar o gás de escape em contato com o componente de catalisador de três vias da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[007] A Figura 1 mostra um artigo catalisador que tem uma camada de catalisador de entrada e uma camada de catalisador de saída. A camada de catalisador de entrada é totalmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato. A camada de catalisador de saída é parcialmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato e parcialmente suportada/depositada no topo da camada de catalisador de entrada.
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[008] A Figura 2 mostra um artigo catalisador que tem uma camada de catalisador de entrada e uma camada de catalisador de saída. A camada de catalisador de saída é totalmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato. A camada de catalisador de entrada é parcialmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato e parcialmente suportada/depositada no topo da camada de catalisador de saída.
[009] A Figura 3 mostra um artigo catalisador comercial comparativo que tem duas camadas sobre o substrato com uma zona.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0010] A presente invenção se refere à conversão catalítica de gases de escape de combustão, como aqueles produzidos por motores a gasolina ou outros motores, e a artigos e sistemas catalíticos relacionados. Mais especificamente, a invenção se refere ao tratamento simultâneo de NOx, CO e HC em um sistema de exaustão veicular. Os inventores descobriram uma relação sinérgica entre certos metais cataliticamente ativos e sua orientação que inesperadamente produz tanto uma alta taxa de conversão para NOx, CO, e HC como simultaneamente gera baixa contrapressão. Os processos da presente invenção também reduzem o tempo de processamento e diminuem os custos do catalisador.
[0011] Um aspecto da presente revelação se refere a um artigo catalisador para tratamento de gás de escape que compreende: um substrato que compreende uma extremidade de entrada, uma extremidade de saída com um comprimento axial L; uma camada de catalisador de entrada que começa na extremidade de entrada e que se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de entrada compreende um componente de paládio de entrada; uma camada de catalisador de saída que começa na extremidade de saída e se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de saída compreende um componente de ródio de saída; e sendo que a camada de catalisador de
4 / 18 saída se sobrepõe à camada de catalisador de entrada.
[0012] O artigo catalisador da presente invenção pode ter três zonas de catalisador ao longo do eixo geométrico do substrato: uma zona a montante revestida apenas com a camada de catalisador de entrada, uma zona central revestida tanto com a camada de catalisador de entrada como com a camada de catalisador de saída, e uma zona a jusante revestida apenas com a camada de catalisador de saída.
[0013] Os inventores descobriram que esses catalisadores com várias orientações produzem um efeito sinérgico tanto no desempenho do catalisador como na diminuição da contrapressão, que não é obtido com o uso do catalisador separadamente ou em orientações convencionais. Dentre os benefícios inesperados da presente invenção estão contrapressão mais baixa em comparação com os catalisadores de TWC convencionais de concentração similar (carregamentos de washcoat) e melhor desempenho catalítico em comparação com catalisadores de TWC convencionais, mesmo quando o catalisador de TWC convencional está em concentrações mais altas. Esses benefícios levam a um melhor desempenho do motor, maior economia de combustível, e custos mais baixos.
[0014] A camada de catalisador de entrada do artigo catalisador pode se estender por 50 a 99 por cento do comprimento axial L. De preferência, a camada de catalisador de entrada pode se estender por 55 a 95 por cento, 60 a 90 por cento, com mais preferência 65 a 85 por cento, do comprimento axial L. (por exemplo, vide Figuras 1 e 2).
[0015] A camada de catalisador de saída do artigo catalisador pode se estender por 50 a 99 por cento do comprimento axial L. De preferência, a camada de catalisador de saída pode se estender por 55 a 95 por cento, 60 a 90 por cento, com mais preferência 65 a 85 por cento, do comprimento axial L. (por exemplo, vide Figuras 1 e 2).
[0016] A camada de catalisador de entrada pode ser essencialmente
5 / 18 isenta de metais PGM além do componente de paládio de entrada.
[0017] A camada de catalisador de entrada pode compreender metais PGM além do componente de paládio de entrada, como platina e/ou ródio. A camada de catalisador de entrada pode compreender até 300 g/pés3 do componente de paládio ou de platina paládio de entrada. De preferência, a camada de catalisador de entrada pode compreender de 10 a 200 g/pés3, com mais preferência de 20 a 150 g/pés3 do componente de paládio ou platina paládio de entrada, sendo que a razão entre pesos de platina e paládio pode ser de 60:1 a 1:60, de preferência de 30:1 a 1:30, com mais preferência de 10:1 a 1:10.
[0018] A camada de catalisador de entrada pode compreender adicionalmente um material de óxido inorgânico de entrada, um material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC), um componente de metal alcalino ou alcalino terroso de entrada, e/ou um óxido inorgânico de entrada.
[0019] O carregamento de washcoat total da camada de catalisador de entrada pode ser de 0,1 a 5 g/pol3. De preferência, o carregamento de washcoat total da camada de catalisador de entrada é de 0,5 a 3,5 g/pol3, com a máxima preferência o carregamento de washcoat total da camada de catalisador de entrada é de 1 a 2,5 g/pol3.
[0020] O material OSC de entrada é selecionado, de preferência do grupo que consiste em óxido de cério, óxido de zircônio, óxido misto de céria-zircônia, e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o material OSC de entrada compreende o óxido misto de céria- zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, La, Nd, Y, Pr, etc.
[0021] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão molar entre zircônia e céria de ao menos 50:50, de preferência, maior que 60:40, com mais preferência maior que 75:25. Além disso, o material OSC de entrada pode funcionar como um material de suporte para o componente de
6 / 18 paládio de entrada.
[0022] O material OSC de entrada (por exemplo, óxido misto de céria-zircônia) pode ter de 10 a 90% em peso, de preferência de 25 a 75% em peso, com mais preferência de 35 a 65% em peso, com base no carregamento de washcoat total da camada de catalisador de entrada.
[0023] O carregamento do material OSC de entrada na camada de catalisador de entrada pode ser menor que 1,5 g/pol3. Em algumas modalidades, o carregamento de material OSC de entrada na camada de catalisador de entrada não é maior que 1,2 g/pol3, 1,0 g/pol3, 0,9 g/pol3, 0,8 g/pol3, 0,7 g/pol3, ou 0,6 g/pol3.
[0024] Em algumas modalidades, o metal alcalino ou alcalino terroso de entrada pode ser depositado sobre o material OSC de entrada. Alternativamente, ou adicionalmente, o metal alcalino ou alcalino terroso de entrada pode ser depositado sobre o óxido inorgânico de entrada. Ou seja, em algumas modalidades, o metal alcalino ou alcalino terroso de entrada pode ser depositado, isto é, pode estar presente sobre, tanto no material OSC de entrada quanto no óxido inorgânico de entrada.
[0025] De preferência, o metal alcalino ou o metal alcalino terroso de entrada é suportado/depositado sobre o óxido inorgânico de entrada (por exemplo, alumina). Em adição a, ou alternativamente a estar em contato com o óxido inorgânico de entrada, o metal alcalino ou o metal alcalino terroso de entrada pode estar em contato com o material OSC de entrada e também com o componente de paládio de entrada.
[0026] O metal alcalino ou alcalino terroso de entrada é de preferência bário ou estrôncio. De preferência o bário ou estrôncio, quando presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso de bário, com base no peso total da camada de catalisador de entrada.
[0027] De preferência o bário está presente como BaCO3. Tal material
7 / 18 pode ser executado por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[0028] O óxido inorgânico de entrada é, de preferência, um óxido de elementos dos grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O óxido inorgânico de entrada é de preferência selecionado do grupo que consiste em óxidos de alumina, céria, magnésia, sílica, nióbio, lantânio, zircônio, neodímio, praseodímio e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos. Particularmente de preferência, o óxido inorgânico de entrada é alumina, um óxido compósito de lantânio/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina. Um óxido inorgânico de entrada especialmente preferencial é um óxido compósito de lantânio/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina. O óxido inorgânico de entrada pode ser um material de suporte para o componente de paládio de entrada, e/ou para o metal alcalino ou alcalino terroso de entrada.
[0029] Os óxidos inorgânicos de entrada preferenciais têm, de preferência, uma nova área superficial maior que 80 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 ml/g. Óxidos inorgânicos com alta área superficial, que têm uma área superficial maior que 100 m2/g, são particularmente preferenciais, por exemplo, alumina com alta área superficial. Outros óxidos inorgânicos de entrada preferenciais incluem óxidos compósitos de lantânio/alumina, opcionalmente compreendendo adicionalmente um componente contendo cério, por exemplo, céria. Em tais casos, a céria pode estar presente sobre a superfície do óxido compósito de lantânio/alumina, por exemplo, como um revestimento.
[0030] O material OSC de entrada e o óxido inorgânico de entrada podem ter uma razão entre pesos não maior que 10:1, de preferência não maior que 8:1 ou 5:1, com mais preferência não maior que 4:1 ou 3:1, com a máxima preferência não maior que 2:1.
[0031] Alternativamente, o material OSC de entrada e o óxido inorgânico de entrada podem ter uma razão entre pesos de 10:1 a 1:10, de
8 / 18 preferência de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a 1:5; com mais preferência de 4:1 a 1:4 ou de 3:1 a 1:3; e com a máxima preferência de 2:1 a 1:2.
[0032] A camada de catalisador de saída pode ser essencialmente isenta de metais PGM além do componente de ródio de saída.
[0033] A camada de catalisador de saída pode compreender de 1 a 20 g/pés3 do componente de ródio ou ródio platinado de saída. De preferência, a camada de catalisador de saída pode compreender de 2 a 15 g/pés3, com mais preferência de 3 a 10 g/pés3 do componente de ródio ou ródio platinado de saída, sendo que a razão entre pesos de platina e ródio pode ser de 20:1 a 1:20, de preferência de 15:1 a 1:15, com mais preferência de 10:1 a 1:10.
[0034] O carregamento de washcoat total da camada de catalisador de saída pode ser de 0,1 a 3,5 g/pol3. De preferência, o carregamento de washcoat total da camada de catalisador de saída é de 0,5 a 3 g/pol3, com a máxima preferência o carregamento de washcoat total da camada de catalisador de saída é de 0,6 a 2 g/pol3.
[0035] A camada de catalisador de saída pode compreender adicionalmente um material com capacidade de armazenamento de oxigênio (OSC) de saída, um componente de metal alcalino ou alcalino terroso de saída, e/ou um óxido inorgânico de saída.
[0036] O material OSC de saída é selecionado, de preferência do grupo que consiste em óxido de cério, óxido de zircônio, óxido misto de céria-zircônia, e um óxido misto de alumina-céria-zircônia. Com mais preferência, o material OSC de saída compreende o óxido misto de céria- zircônia. O óxido misto de céria-zircônia pode compreender adicionalmente alguns dopantes, como, lantânio, neodímio, praseodímio, ítrio, etc.
[0037] O óxido misto de céria-zircônia pode ter uma razão molar entre zircônia e céria de ao menos 50:50, de preferência maior que 60:40, com mais preferência maior que 80:20. Além disso, o material OSC de saída pode funcionar como um material de suporte para o componente de ródio de saída.
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[0038] O material OSC de entrada (por exemplo, céria a granel) pode ter de 10 a 90% em peso, de preferência de 25 a 75% em peso, com mais preferência de 35 a 65% em peso, com base no carregamento de washcoat total da camada de catalisador de saída.
[0039] O carregamento do material OSC de saída na camada de catalisador de saída pode ser menor que 1,5 g/pol3. Em algumas modalidades, o carregamento de material OSC de saída na camada de catalisador de saída não é maior que 1,2 g/pol3, 1,1 g/pol3, ou 1,0 g/pol3.
[0040] O metal alcalino ou alcalino terroso de saída é de preferência bário ou estrôncio. De preferência o bário ou estrôncio, quando presente, está presente em uma quantidade de 0,1 a 15 por cento em peso, e com mais preferência de 3 a 10 por cento em peso de bário, com base no peso total da camada de catalisador de saída.
[0041] De preferência o bário está presente como BaCO3. Tal material pode ser executado por qualquer método conhecido na técnica, por exemplo impregnação de umidade incipiente ou secagem por atomização.
[0042] A camada de catalisador de saída é, de preferência, substancialmente isenta de metal alcalino ou metal alcalino terroso. Com mais preferência, a camada de catalisador de saída é substancialmente isenta do metal alcalino ou metal alcalino terroso.
[0043] O óxido inorgânico de saída é, de preferência, um óxido de elementos dos grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14. O óxido inorgânico de saída é, de preferência selecionado do grupo que consiste em óxidos de alumina, céria, magnésia, sílica, nióbio, lantânio, zircônio, neodímio, praseodímio e óxidos mistos ou óxidos compósitos dos mesmos. Particularmente de preferência, o óxido inorgânico de saída é alumina, um óxido compósito de lantânio/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina. Um óxido inorgânico de saída especialmente preferencial é um óxido compósito de lantânio/alumina, ou um óxido compósito de magnésia/alumina ou
10 / 18 zircônio/alumina. O óxido inorgânico de saída pode ser um material de suporte para o componente de ródio de saída.
[0044] O material OSC de saída e o óxido inorgânico de saída podem ter uma razão entre pesos não maior que 10:1, de preferência não maior que 8:1 ou 5:1, com mais preferência não maior que 4:1, com a máxima preferência não maior que 3:1.
[0045] Alternativamente, o material OSC de saída e o óxido inorgânico de saída podem ter uma razão entre pesos de 10:1 a 1:10, de preferência de 8:1 a 1:8 ou de 5:1 a 1:5; com mais preferência de 4:1 a 1:4; e com a máxima preferência de 3:1 a 1:3.
[0046] Em algumas modalidades, o componente de ródio de saída e o componente de paládio de entrada têm uma razão entre pesos de 60:1 a 1:60. De preferência, o componente de ródio de saída e o componente de paládio de entrada têm uma razão entre pesos de 30:1 a 1:30. Com mais preferência, o componente de ródio de saída e o componente de paládio de entrada têm uma razão entre pesos de 20:1 a 1:20. Com a máxima preferência, o componente de ródio de saída e o componente de paládio de entrada têm uma razão entre pesos de 15:1 a 1:15.
[0047] O artigo catalisador da invenção pode compreender componentes adicionais que são conhecidos pelos versados na técnica. Por exemplo, as composições da invenção podem compreender adicionalmente ao menos um aglutinante e/ou pelo menos um tensoativo. Quando um aglutinante está presente, são preferenciais os aglutinantes de alumina dispersíveis.
[0048] De preferência o substrato é um monolito de fluxo passante, ou filtro de fluxo de parede de particulado de gasolina. Com mais preferência, o substrato é um monolito de fluxo passante.
[0049] O substrato pode ter menos que 100 mm de comprimento, de preferência de 50 a 90 mm.
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[0050] O substrato de monolito de fluxo passante tem uma primeira face e uma segunda face definindo uma direção longitudinal entre si. O substrato de monolito de fluxo passante tem uma pluralidade de canais estendendo-se entre a primeira face e a segunda face. A pluralidade de canais se estende na direção longitudinal e fornecem uma pluralidade de superfícies internas (por exemplo, as superfícies das paredes que definem cada canal). Cada um dentre a pluralidade de canais tem uma abertura na primeira face e uma abertura na segunda face. Para evitar dúvidas, o substrato de monolito de fluxo passante não é um filtro de fluxo de parede.
[0051] A primeira face está tipicamente em uma extremidade de entrada do substrato e a segunda face está em uma extremidade de saída do substrato.
[0052] Os canais podem ter uma largura constante e cada pluralidade de canais pode ter uma largura de canal uniforme.
[0053] De preferência, dentro de um plano ortogonal à direção longitudinal, o substrato monolítico tem de 100 a 900 canais por polegada quadrada, de preferência de 300 a 750. Por exemplo, na primeira face, a densidade dos primeiros canais abertos e dos segundos canais fechados é de 300 a 750 canais por polegada quadrada. Os canais podem ter seções transversais que são retangulares, quadradas, circulares, ovais, triangulares, hexagonais ou outros formatos poligonais.
[0054] O substrato monolítico age como um material de suporte para reter o material catalítico. Os materiais adequados para a formação do substrato monolito incluem materiais similares a cerâmica como cordierita, carbureto de silício, nitreto de silício, zircônia, mulita, espodumena, magnésia de sílica alumina ou silicato de zircônio, ou de metal refratário poroso. Tais materiais e seu uso na fabricação de substratos monolitos porosos são bem conhecidos na técnica.
[0055] Deve ser observado que o monolito de fluxo passante aqui
12 / 18 descrito é um componente simples (isto é, um único bloco). No entanto, durante a formação de um sistema de tratamento de emissão, o monolito usado pode ser formado pela adesão em conjunto de uma pluralidade de canais ou pela adesão em conjunto de uma pluralidade de monolitos menores, conforme descrito aqui. Tais técnicas são bem conhecidas na técnica, assim como as configurações e estojos adequados sistema de tratamento de emissão.
[0056] Em modalidades nas quais o artigo catalisador da presente invenção compreende um substrato cerâmico, o substrato cerâmico pode ser produzido a partir de qualquer material refratário, por exemplo, alumina, sílica, óxido de titânio, céria, zircônia, magnésia, zeólitos, nitreto de silício, carbureto de silício, silicatos de zircônio, silicatos de magnésio, aluminossilicatos e metalo-aluminossilicatos (como cordierita e espodumena), ou uma mistura ou óxido misto de quaisquer dois ou mais dos mesmos. Cordierita, um aluminossilicato de magnésio, e carbureto de silício, são particularmente preferenciais.
[0057] Em modalidades nas quais o artigo catalisador da presente invenção compreende um substrato metálico, o substrato metálico pode ser produzido a partir de qualquer metal adequado, e em particular, metais e ligas de metal resistentes ao calor, como titânio e aço inoxidável, bem como ligas ferríticas contendo ferro, níquel, cromo e/ou alumínio em adição a outros metais.
[0058] Conforme mostrado na Figura 1, a camada de catalisador de entrada é totalmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato. A camada de catalisador de saída é parcialmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato e parcialmente suportada/depositada no topo da camada de catalisador de entrada. Dessa forma, a zona central compreende tanto a camada de catalisador de entrada como a camada de catalisador de saída.
[0059] Conforme mostrado na Figura 2, a camada de catalisador de
13 / 18 saída é totalmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato. A camada de catalisador de entrada é parcialmente suportada/depositada diretamente sobre o substrato e parcialmente suportada/depositada no topo da camada de catalisador de saída. Dessa forma, a zona central compreende tanto a camada de catalisador de saída como a camada de catalisador de entrada.
[0060] Outro aspecto da presente revelação se refere a um método para o tratamento de um gás de escape veicular contendo NOx, CO, e HC, com o uso do artigo catalisador aqui descrito. Os conversores catalíticos equipados com TWC produzidos de acordo com a invenção não apenas apresentam desempenho catalítico melhor ou comparável em comparação com TWCs convencionais, mas também apesentam um aprimoramento significativo na contrapressão (por exemplo, vide Exemplos 1 e 2 e Tabelas 1 e 2).
[0061] Outro aspecto da presente revelação é direcionado a um sistema para o tratamento de gás de escape veicular que compreende o artigo de catalisador aqui descrito em conjunto com um conduto para transferir o gás de escape através do sistema. Definições
[0062] O termo "washcoat" é bem conhecido na técnica e se refere a um revestimento aderente que é aplicado a um substrato geralmente durante a produção de um catalisador.
[0063] O acrônimo "PGM", como usado aqui, se refere a "metal do grupo da platina". O termo "metal do grupo de platina" se refere genericamente a um metal selecionado do grupo que consiste em Ru, Rh, Pd, Os, Ir e Pt, de preferência um metal selecionado do grupo que consiste em Ru, Rh, Pd, Ir e Pt. Em geral, o termo "PGM" se refere, de preferência, a um metal selecionado do grupo que consiste em Rh, Pt e Pd.
[0064] O termo "óxido misto" conforme usado na presente invenção se refere genericamente a uma mistura de óxidos em uma fase única, como é
14 / 18 convencionalmente conhecido na técnica. O termo "óxido composto" como usado na presente invenção se refere genericamente a uma composição de óxidos que tem mais de uma fase, como é convencionalmente conhecido na técnica.
[0065] A expressão "consistir essencialmente em" como usado aqui limita o escopo de um recurso para incluir os materiais ou etapas especificados, e quaisquer outros materiais ou etapas que não afetam materialmente as características básicas desse recurso, como por exemplo impurezas menores. A expressão "consiste essencialmente em" abrange a expressão "que consiste em".
[0066] A expressão "substancialmente isento de" como usada aqui com referência a um material, tipicamente no contexto do conteúdo de uma região, uma camada ou uma zona, significa o material em uma quantidade pequena, como ≤ 5 % em peso, de preferência ≤ 2 % em peso, com mais preferência ≤ 1 % em peso. A expressão "substancialmente isento de" abrange a expressão "não compreende."
[0067] A expressão "essencialmente isento de" como usada na presente invenção com referência a um material, tipicamente no contexto do conteúdo de uma região, uma camada ou uma zona, significa o material em uma quantidade traço, como ≤ 1 % em peso, de preferência ≤ 0,5 % em peso, com mais preferência ≤ 0,1 % em peso. A expressão "essencialmente isenta de" abrange a expressão "não compreende."
[0068] Qualquer referência a uma quantidade de dopante, particularmente uma quantidade total, expressa como um % em peso, como aqui usado, se refere ao peso do material de suporte ou do óxido de metal refratário do mesmo.
[0069] O termo "carregamento" como usado aqui se refere a uma medição em unidades de g/pés3 sobre uma base de peso de metal.
[0070] Os seguintes exemplos ilustram meramente a invenção. Os
15 / 18 versados na técnica reconhecerão muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e escopo das reivindicações. Exemplos Materiais
[0071] Todos os materiais estão disponíveis comercialmente e foram obtidos junto a fornecedores conhecidos, exceto onde especificado em contrário. Catalisador 1 (comparativo)
[0072] O catalisador 1 é um catalisador comercial de três vias (Pd-Rh) com uma estrutura em camadas duplas (por exemplo, conforme mostrado na Figura 3). A camada inferior consiste em Pd suportado em um washcoat de um primeiro óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La, e promotor de Ba. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 2,2 g/pol3 com um carregamento de Pd de 75 g/pés3. A camada superior consiste em Rh suportado em um washcoat de um segundo óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La. O carregamento de washcoat da camada de topo foi de cerca de 1,6 g/pol3 com um carregamento de Rh de 5 g/pés3. O carregamento de total de washcoat do Catalisador 1 foi de cerca de 3,8 g/pol3. Catalisador 2
[0073] O Catalisador 2 foi preparado de acordo com a presente invenção. A camada inferior consiste em Pd suportado em um revestimento washcoat de um óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La, e promotor de Ba de entrada. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 2,2 g/pol3 com um carregamento de Pd de 75 g/pés3. A camada superior consiste em Rh suportado em um washcoat de um óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La de saída. O carregamento de washcoat da camada de topo foi de cerca de 1,6 g/pol3 com um carregamento de Rh de 5 g/pés3. O carregamento de washcoat total do Catalisador 2 (zona central) foi de cerca de 3,8 g/pol3.
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[0074] A pasta fluida final da camada inferior contendo Pd foi revestida a partir da face de entrada do mesmo substrato como o Catalisador Comparativo 1 com o uso de procedimentos de revestimento padrão com uma profundidade de revestimento alvo de 80% do comprimento do substrato, seca a 90 °C. Então a pasta fluida da camada superior contendo Rh foi revestida a partir da face de saída do substrato contendo a camada de fundo seca com o uso de procedimentos de revestimento padrão com uma profundidade de revestimento alvo de 80% do comprimento do substrato, então seca a 90 °C e calcinada a 500 °C durante 45 minutos. Catalisador 3
[0075] O Catalisador 3 foi preparado de acordo com a presente invenção. A camada inferior consiste em Pd suportado em um revestimento washcoat de um óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La, e promotor de Ba de entrada. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 1,9 g/pol3 com um carregamento de Pd de 75 g/pés3. A camada superior consiste em Rh suportado em um washcoat de um óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La de saída. O carregamento de washcoat da camada de topo foi de cerca de 1,5 g/pol3 com um carregamento de Rh de 5 g/pés3. O carregamento de washcoat total do Catalisador 3 (zona central) foi de cerca de 3,4 g/pol3.
[0076] A pasta fluida final da camada inferior contendo Pd foi revestida a partir da face de entrada do mesmo substrato como o Catalisador Comparativo 1 com o uso de procedimentos de revestimento padrão com uma profundidade de revestimento alvo de 80% do comprimento do substrato, seca a 90 °C. Então a pasta fluida da camada superior contendo Rh foi revestida a partir da face de saída do substrato contendo a camada de fundo seca com o uso de procedimentos de revestimento padrão com uma profundidade de revestimento alvo de 80% do comprimento do substrato, então seca a 90 °C e calcinada a 500 °C durante 45 minutos.
17 / 18 Catalisador 4
[0077] O Catalisador 4 foi preparado de acordo com a presente invenção. A camada inferior consiste em Pd suportado em um revestimento washcoat de um óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La, e promotor de Ba de entrada. O carregamento de washcoat da camada inferior foi de cerca de 1,7 g/pol3 com um carregamento de Pd de 75 g/pés3. A camada superior consiste em Rh suportado em um washcoat de um óxido misto de CeZr, alumina estabilizada por La de saída. O carregamento de washcoat da camada de topo foi de cerca de 1,3 g/pol3 com um carregamento de Rh de 5 g/pés3. O carregamento de washcoat total do Catalisador 4 (zona central) foi de cerca de 3,0 g/pol3.
[0078] A pasta fluida final da camada inferior contendo Pd foi revestida a partir da face de entrada do mesmo substrato como o Catalisador Comparativo 1 com o uso de procedimentos de revestimento padrão com uma profundidade de revestimento alvo de 80% do comprimento do substrato, seca a 90 °C. Então a pasta fluida da camada superior contendo Rh foi revestida a partir da face de saída do substrato contendo a camada de fundo seca com o uso de procedimentos de revestimento padrão com uma profundidade de revestimento alvo de 80% do comprimento do substrato, então seca a 90 °C e calcinada a 500 °C durante 45 minutos. Resultados experimentais Exemplo 1
[0079] O Catalisador Comparativo 1 e os Catalisadores de 2 a 4 foram envelhecidos em bancada durante 200 horas com quatro ciclos de envelhecimento de modo, com o pico de temperatura a cerca de 980 °C. As emissões dos veículos foram conduzidas com um veículo comercial com um motor de 1,4 litros. As emissões foram medidas pré- e pós-catalisador.
18 / 18 Tabela 1 Resultados das emissões de escape por dados de bolsa diluída do veículo Emissões de escape (g/km) HC NMHC CO/10 NOx Catalisador Comparativo 1 0,047 0,031 0,050 0,018 Catalisador 2 0,045 0,028 0,054 0,021 Catalisador 3 0,044 0,026 0,057 0,015 Catalisador 4 0,042 0,026 0,058 0,017
[0080] Conforme mostrado na Tabela 1, o Catalisador 4 mostrou desempenho de catalisador comparável ou mesmo aprimorado (por exemplo, vide o desempenho aprimorado relacionado à emissão de THC/NMHC, de 0,047/0,031 g/km a 0,042/0,026 g/km, com 11% e 16% de melhoria respectivamente, quando o Catalisador 4 foi comparado com Catalisador Comparativo 1), mesmo com um carregamento de washcoat total mais baixo de cerca de 80% do mesmo no Catalisador Comparativo 1. Exemplo 2
[0081] O Catalisador Comparativo 1, o Catalisador 2 e o Catalisador 4 foram aplicados como revestimento sobre o mesmo tipo de substrato, cpsi e dimensões, e então foram avaliados quanto à contrapressão em fluxo frio a fluxos de ar de 200, 300, 400 e 600 m3/hora.
[0082] O aumento da porcentagem na contrapressão sobre o substrato exposto em comparação com o Catalisador Comparativo 1, o Catalisador 2 e o Catalisador 4 são mostrados na Tabela 2. Os dados indicam que o Catalisador 4 com múltiplas zonas tem uma contribuição significativamente mais baixa para a contrapressão do que o exemplo de duas camadas padrão do Catalisador 1. Tabela 2: Resultados do teste de contrapressão de fluxo frio de catalisador Contrapressão (% de aumento ao longo do substrato exposto) Taxa de fluxo (m3/h) Catalisador Comparativo Catalisador 2 Catalisador 4 1 200 40 38 27 300 41 37 28 400 40 36 26 600 40 37 27

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Artigo catalisador para o tratamento de gás de escape, caracterizado por compreender: um substrato que compreende uma extremidade de entrada, uma extremidade de saída com um comprimento axial L; uma camada de catalisador de entrada que começa na extremidade de entrada e se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de entrada compreende um componente de paládio de entrada; uma camada de catalisador de saída que começa na extremidade de saída e se estende por menos do que o comprimento axial L, sendo que a camada de catalisador de saída compreende um componente de ródio de saída; e sendo que a camada de catalisador de saída se sobrepõe à camada de catalisador de entrada.
2. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a camada de catalisador de entrada se estender por 50 a 99 por cento do comprimento axial L.
3. Artigo catalisador de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 2, caracterizado por a camada de catalisador de saída se estender por 50 a 99 por cento do comprimento axial L.
4. Artigo catalisador, de qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de catalisador de saída se sobrepor à camada de catalisador de entrada por 5 a 90 por cento do comprimento axial L.
5. Artigo catalisador, de qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de catalisador de saída se sobrepor à camada de catalisador de entrada por 40 a 80 por cento do comprimento axial L.
6. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de catalisador de entrada ser essencialmente isenta de metais de PGM além do componente de paládio de entrada.
7. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de entrada compreender até 300 g/pés3 do componente de paládio de entrada.
8. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de catalisador de saída ser essencialmente isenta de metais de PGM além do componente de ródio de saída.
9. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de saída compreender de 1 a 20 g/pés3 do componente de ródio de saída.
10. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de catalisador de entrada compreender adicionalmente um material com capacidade de armazenamento de oxigênio de entrada (OSC), um componente de metal alcalino ou alcalino terroso de entrada, e/ou um óxido inorgânico de entrada.
11. Artigo catalisador de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de catalisador de saída compreender adicionalmente um material com capacidade de armazenamento de oxigênio de saída (OSC), e/ou um óxido inorgânico de saída.
12. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o substrato ser um monolito de fluxo passante ou um filtro de fluxo de parede.
13. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o substrato ser menor que 100 mm de comprimento.
14. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a camada de catalisador de entrada ser suportada/depositada diretamente sobre o substrato.
15. Artigo catalisador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por a camada de catalisador de entrada ser suportada/depositada diretamente sobre o substrato.
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