BRPI0900830A2 - Arranjo para tratamento posterior de gás de escape em motores de combustão interna e método para a fabricação de um arranjo para tratamento posterior de gás de escape em motores de combustão interna - Google Patents

Abstract

ARRANJO PARA TRATAMENTO POSTERIOR DE GáS DE ESCAPE EM MOTORES DE COMBUSTAO INTERNA E MéTODO PARA A FABRICAçAO DE UM ARRANJO PARA TRATAMENTO POSTERIOR DE GáS DE ESCAPE EM MOTORES DE COMBUSTAO INTERNA. Arranjo para o tratamento posterior de gás de escape paramotores de combustão interna operados com excesso de ar, tais como motores diesel e motores Otto com injeção direta, sendo que o arranjo apresenta um catalisador instalado no tubo de gás de escape de um motor de combustão para a oxidação de monóxido de nitrogênio. O arranjo prevê, dispor entre o gás de escape e pelomenos um catalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio e/ou em curso ascendente de pelo menos um catalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio, pelo menos uma peneira molecular, que retém dióxido deenxofre de pelo menos um catalisador.

Description

"ARRANJO PARA TRATAMENTO POSTERIOR DE GÁS DE ESCAPE EMMOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA E MÉTODO PARA A FABRICAÇÃODE UM ARRANJO PARA TRATAMENTO POSTERIOR DE GÁS DE ESCAPEEM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA".

O objeto da invenção é um arranjo para o tratamentoposterior de gás de escape em motores de combustãointerna operados com excesso de ar, tais como motoresdiesel e motores Otto com injeção direta, de acordo com oconceito genérico da reivindicação 1.

Para manter os valores-limite de gás de escape prescritospor lei, praticamente todos os motores de combustãointerna operados com excesso de ar são equipados comsistemas de tratamento posterior que operamcataliticamente, tais como: catalisadores dearmazenamento NOx, catalisadores SCR ou filtros departículas.

É comum a todos esses sistemas que dióxido de nitrogênio(NO2) seja um importante componente das reações quetranscorrem nos sistemas de tratamento posterior.O agente de oxidação forte NO2 em catalisador contendo namaioria das vezes platina, para a oxidação de monóxido denitrogênio (doravante catalisadores de oxidação de NO) éformado com auxílio de oxigênio presente no gás deescape proveniente do monóxido de nitrogênio emitido pelomotor.

2NO+02 «-> 2N02 (1)

O problema desses catalisadores de oxidação de NO resideno fato de as porcentagens de NO2 máxima possíveis sobtemperaturas elevadas serem termodinamicamente limitadas.Isso faz com que diferentemente de outros catalisadoresde gás de escape, as reações desejadas, após um aumentosob temperaturas baixas, caiam novamente sob temperaturaselevadas, não se estabelecendo um nível máximo deconversão pronunciado, do tipo platô.

Como medida para a redução dos óxidos de nitrogênio, foicriado o método SCR, sendo que "SCR" substitui "reduçãocatalítica seletiva". A utilização de catalisadores SCR éfeita há muitos anos no setor de usinas elétricas e, maisrecentemente, também em motores de combustão interna. Umailustração detalhada de tais métodos consta no documentoDE 34 28 232 Al. Como catalisadores SCR podem serempregados óxidos mistos contendo V2O5, por exemplo naforma de V2O5/WO3/TÍO2. Porcentagens típicas de V2O5situam-se, neste caso, entre 0,2-3%.

Como agente de redução pode ser utilizados na práticaamônia ou compostos liberadores de amônia, tais comouréia ou formato de amônia, na forma sólida ou emsolução. Para a reação de um mol de monóxido denitrogênio é necessário um mol de amônia.

4N0+4NH3+02 - 4N2+6H20 (2)

Para a decomposição do agente de redução, especialmenteapós a partida do motor de combustão interna, ou durantea operação do motor de combustão interna na faixainferior de desempenho, a temperatura do gás de escape émuito baixa para produzir amônia sem acúmulo de produtossecundários problemáticos.

Associado à decomposição de uréia ((NH2)2CO) em amônia(NH3)Sabe-Se que isso ocorre sob condições ideais(temperaturas acima de 350° C) em dois estágios, conforme

(NH2)2CO -» NH3 + HNCO (3)

é feita primeiramente a termólise, ou seja, adecomposição térmica de uréia. Em seguida é feitaconforme

HNCO + H2O - NH3 + CO2 (4)

a hidrólise, ou seja a decomposição catalítica de ácidoisociânico (HNCO) em amônia (NH3) e dióxido de carbono(CO2) .

Se o agente de redução estiver presente na forma aquosa,como por exemplo, como solução de uréia eutética (nomecomercial AdBlue) essa água deve evaporar antes e durantea termólise e hidrólise propriamente ditas.

Se as temperaturas existentes durante a reação acimaconforme (3) e (4) estiverem abaixo de 350° C ou se oaquecimento for lento, é conhecido a partir do documentoDE 40 38 054 Al que principalmente ácido cianúrico sólidonão fusível é formado por trimerização do ácidoisociânico formado conforme (5), de acordo com

3 HNCO <350°c^>350»c (HNCO)3 (5)

que provoca o entupimento do catalisador SCR conectado emsérie. É possível criar meios auxiliares, conformerelatado no documento citado DE 40 38 054, em que o fluxode gás de escape carregado com o agente de redução éconduzido através de um catalisador de hidrólise. Atemperatura de gás de escape, a partir da qual é possíveluma hidrólise quantitativa, pode ser puxada então para160° C. A estrutura e composição de um catalisadorcorrespondente também aparecem descritos na publicaçãocitada, tal como a estrutura e função de um sistema decatalisador SCR equipado com um catalisador de hidrólise.Se for conectado em série, na frente, aos catalisadoresSCR, um catalisador de oxidação de NO para a formação deNO2

2NO+02 « 2N02 (1)

então a reação SCR pode acelerar bastante e a atividadesob baixa temperatura pode ser notadamente aumentada.

N0+2NH3+N02 -» 2N2+3H20 (6)

Neste caso, deve-se observar atentamente ao fato de aporcentagem de NO2 nos óxidos de nitrogênio totaissituar-se acima de 50%, já que, caso contrário, ocorreriauma regressão da reação de NOx.

Em motores de combustão interna operados em veículos, aredução de óxido de nitrogênio se estabelece, por isso,com dificuldade com auxílio do processo SCR, pois aliexistem condições operacionais alternadas, o quedificulta a medição quantitativa do agente de redução.

Por um lado, na verdade, obtém-se uma conversão de óxidosde nitrogênio o mais alta possível, por outro lado,porém, verificou-se que não ocorre emissão de amônia nãoconsumida. Para criar neste caso, meios auxiliares, éutilizado, muitas vezes, um catalisador de captação deamônia conectado em série após o catalisador SCR, queconverte amônia em excesso formando nitrogênio e vapord'água. Além disso, a utilização de V2O5 como materialativo para o catalisador SCR pode criar problemas, se atemperatura de gás de escape no catalisador SCR estiveracima de 650° C, pois V2O5 então sublima.

Para reduzir as partículas de mataria sólida sãoutilizados tanto no setor de usinas elétricas como emveículos os chamados separadores de partículas ou filtrosde partículas. Um arranjo típico para a aplicação emveículos com separador de partículas é descrito, porexemplo, no documento EP 1 072 765 Al. Arranjos dessetipo se diferenciam daqueles com filtros de partículas,pelo fato de o diâmetro dos canais do separador departículas ser substancialmente maior do que o diâmetrodas partículas maiores existentes, enquanto no caso defiltros de partículas o diâmetro dos canais filtrantessitua-se na faixa dos diâmetros das partículas. Devido aessa diferença filtros de partículas correm o risco deentupir, o que aumenta a contra-pressão do gás de escapee diminui o desempenho do motor. Um arranjo e um métodocom filtro de partículas consta no documento EP 0 341 832A2. Os dois arranjos acima citados e métodos destacam-sepela fato de o catalisador de oxidação dispostorespectivamente em curso ascendente em relação aoseparador de partículas ou ao filtro de partículas - pelomenos um catalisador com platina como material ativo -oxidar o monóxido de nitrogênio no gás de escape comauxílio do oxigênio residual também presente formandodióxido de nitrogênio, o que por sua vez se converte noseparador de partículas, ou no filtro de partículas comas partículas de carbono em CO, CO2, N2 e NO. Desse modo,é feita uma remoção contínua das partículas de matériasólida acumuladas, sendo possível dispensar ciclos deregeneração que precisam ser realizados dispendiosamenteem outros arranjos.

2N02+C -» 2N0+C02 (7)NO2H-C NO+CO (8)2C+2N02 -» N2+2C02 (9)

Para cumprir as disposições futuramente vigentes, énecessária a aplicação simultânea tanto de arranjos paraa redução da emissão de óxidos de nitrogênio, como tambémde arranjos para a redução da emissão de partículas ematéria sólida. Neste caso, já são conhecidos diferentesarranjos e métodos.

No documento DE 103 48 799 Al é descrito um arranjo, queé composto de um catalisador de oxidação de umcatalisador SCR disposto no fluxo de gás de escape emcurso descendente em relação a este e de um filtro departículas disposto no fluxo de gás de escape por sua vezem curso descendente em relação a este. A condução doagente de redução para a reação catalítica seletiva quetranscorre no catalisador SCR, é feita imediatamenteantes do catalisador SCR através de um dispositivo deinjeção de uréia controlado em função de parâmetrosoperacionais do motor de combustão interna. No caso dessearranjo é desvantajoso o fato de o dióxido de nitrogênioproduzido no catalisador de oxidação ser consumidobasicamente completamente através da redução catalíticaseletiva no catalisador SCR, portanto, não estádisponível para a conversão das partículas de matériasólida acumuladas no filtro de partículas conectado emsérie. A regeneração do filtro de partículas precisa,por isso, ser executada dispendiosamente através deaquecimento cíclico do fluxo de gás de escape, em que ofluxo de gás de escape é enriquecido com hidrocarbonetosnão queimados. Isso ocorre ou por adição de combustível àmistura de combustão ou por injeção de combustível antesdo filtro de partículas. Um arranjo desse tipo pararegenerar o filtro de partículas é, por um lado,dispendioso, e, consequentemente caro, por outro lado aregeneração cíclica do filtro de partículas situado naextremidade do arranjo produz novamente poluentes que nãopodem ser removidos mais do gás de escape.Uma outra combinação de um filtro de partículas e umarranjo para a redução catalitica seletiva é conhecida apartir do documento P 1 054 722 Al. 0 arranjo alidescrito é composto de um catalisador de oxidação alojadono fluxo de gás de escape , que aumenta a porcentagem dodióxido de nitrogênio no gás de escape, de um filtro dematéria sólida conectado em série em curso descendente,de um reservatório para o líquido de redução, assim comode um dispositivo de injeção para o líquido de redução,que fica alojado atrás do filtro de matéria sólida e deum catalisador SCR alojado no fluxo de gás de escape emcurso descendente.

No caso da utilização de um catalisador de armazenamentode NOx, é feita uma troca constante entre combustãosuperestequiométrica e combustão subestequiométrica. Nasfases operacionais pobres, os óxidos de nitrogênio sãoarmazenados em forma de nitratos, que são reduzidos nasfases operacionais ricas com auxílio de monóxido decarbono e hidrocarbonetos, formando nitrogênio. 0armazenamento como nitrato transcorre através de NO2, quese acumula em componentes de armazenamento, bário oucálcio, na forma de nitrato.

Conforme já descrito, o NO2 necessário para as reaçõesacima descritas, é formado, na maioria das vezes, emcatalisadores de oxidação de NO contendo platina. Naoperação real do motor naturalmente a sulfatação doscatalisadores de oxidação de NO, através de enxofrepresente no combustível e/ou no óleo do motor,representa um problema. Através da combustão forma-se apartir desse enxofre SO2, que é oxidado nos catalisadoresde oxidação de NO conectados em série, formando SO3.

StO2 - SO2 (10)2S02+02 SO3 (11)

Neste caso, verificou-se, que a quantidade de SO3formado, e a quantidade de NO2 estão diretamenterelacionadas entre si, o que significa que umcatalisador, que forma grandes quantidades de NO2, gerasimultaneamente grandes quantidades de SO3.Esse SO3 forma com o "banho de revestimento" docatalisador contendo metal forma sulfato ou com águaácido sulfúrico, que é fisiosorvido na superfície.

H2CHSO3 -» H2SO4 (12)

Os dois levam a um cobrimento dos centros ativos docatalisador e, consequentemente, a um retrocesso daatividade. Uma regeneração dos catalisadores pode serfeita através do aumento das temperaturas de gás deescape para acima de 500° C, naturalmente essatemperatura é praticamente inatingível na operação normaldo veículo, especialmente na utilização de umturbocarregador de gás de escape. Além disso, o aumentoativo de temperatura está normalmente associado a umaumento do consumo de combustível.

Partindo do estado da técnica anteriormente citado, étarefa da invenção evitar a desativação de catalisadorespara a formação de NO2 através de compostos de enxofre,de acordo com a reivindicação 1, evitando-se asdesvantagens de métodos conhecidos.

A idéia inventiva reside no fato de impedir o SO2 deentrar em contato com os centros ativos do catalisador deoxidação de NO a fim de evitar assim uma formação de SO3e, consequentemente, uma formação de ácido sulfúrico e/ousulfatos.

Neste caso, é colocada ou aplicada uma peneiramolecular, por exemplo como camada, em curso ascendentedo catalisador de oxidação de NO e/ou sobre este. Osporos da peneira molecular, através dos quais osreagentes provenientes do fluxo de gás precisam sedifundir na superfície do catalisador, são dimensionadosde tal forma que sejam menores do que o diâmetromolecular de SO2, porém maiores do que o diâmetromolecular de NO, NO2 e O2. Desse modo, as moléculasnecessárias para a reação no catalisador podem alcançar ocatalisador situado em curso descendente em relação àpeneira molecular e/ou sob a peneira molecular, enquantoo SO2 responsável pela formação de SC>3é mantido distantedo catalisador de oxidação de NO, através da peneiramolecular, devido a impedimento estérico. Isso é possívelpelo fato de as moléculas relevantes para a formação deNO, NO2 e O2 apresentarem diâmetro de 1,5Ã - 3Á, enquantoeste para SO2 situa-se em 7Â, ou seja, o diâmetro deporos da peneira molecular devem ser selecionados, porisso, vantajosamente entre 3Á e 6Á.

A platina mostrou-se como componente ativo para aoxidação de NO. Para aumentar a estabilidade térmica podeser adicionado também paládio. Como o paládio apresentaapenas uma atividade de oxidação de NO pequena, aconversão de NO de misturas Pt/Pd diminui em comparação acatalisadores de oxidação Pt-NO puros com porcentagemcrescente de paládio.

A peneira molecular pode ser disposta como camada depeneira molecular diretamente sobre o catalisador de NOou sobre um suporte disposto em curso ascendente emrelação a este, de forma a se obter vantajosamente aestabilidade necessária para as espessuras mínimas decamada.

Os diâmetros de poros definidos da peneira molecularpodem ser representados de modo relativamente fácilatravés do uso de zeólitas. Através do arranjo. Atravésdo arranjo obtido dos tetraedros AlO4 e SiO4 podem serproduzidas diferentes constantes em treliça assim comoestruturas e, portanto, diâmetros de poros. Além disso, évantajosa a aplicação de silicatos, silicatos metálicos,aluminatos, aluminatos metálicos, silicofosfatos,silicofosfatos metálicos e silicatos de alumínio comopeneira molecular.

No caso da seleção de um tipo de peneira molecularadequado deve-se observar atentamente ao fato de naverdade a eficiência de separação entre SO2 e oscomponentes residuais de gás de escape aumentar comdiâmetro de poros decrescente, ao mesmo temponaturalmente a difusão de NO, NO2 e O2 é dificultada emou pelos centros ativos, o que pode piorar a conversão deNO. Como a interferência da difusão de poros sobre asconversões aumenta com a crescente temperatura, podem serutilizados diferentes diâmetros de poros para diferentescasos de aplicação de temperatura, e consequentemente,tipos de peneira molecular. No caso de peneirasmoleculares do tipo EDI existem diâmetros de porosespecialmente pequenos de até 3Â inclusive, enquanto nocaso dos tipos ABW, EI, AFR, AWW, BIK, CHA, -CLO, KFI,LTA, NAT, PAU, RHO, -RON, THO o diâmetro de poros é deaté 4Ã inclusive. São obtidos até 5Ã inclusive no casodo uso de AFT, ATT, ATV, BRE, CAS, -CHI, DAC, DDR, GIS,GOO, HEU, JBW, LEV, MON, PHI, WEN, YUG, até 6Ã inclusiveno caso de APC, EAB, EPI, ERI, EUO, FER, LAU, MEL, MER,MEI, MFS, MTT, MTW, NES, ΤΟΝ.

Os nomes anteriormente mencionados correspondem àquelesda comissão estrutural da IZA, IZA neste caso quer dizerInternational Zeolite Association.

Para a execução das peneiras moleculares como zeólita,são especialmente obtidos diâmetros pequenos de poros deaté 3Â inclusive em zeólitas do tipo Edingtonita,enquanto no caso dos tipos Li-A, Bikitaita, Chapazita,Cloverita, ZK-5, zeólita A, Natrolita, Paulingita,Roggianita, Thomsonita o diâmetro de poros é de até 4Ãinclusive. São obtidos até 5Ã inclusive no caso do uso deBrewsterita, Chiavennita, Dachiardita, Gismondina,Goosecreekita, Heulandita, Na-J, Levyna, Montesommaita,Philllipsita, Wenkita, Yugawaralita, até 6 Â inclusiveTMA-E, Epistiibita, Erionita, EU-1, Ferrierita,Laumontita, ZSM-11, Merlionita, ZSM-5, ZSM-57, ZSM-23,ZSM-12, NU-87 e Theta-1.

No caso do uso de aluminofosfatos temos AIPO-18 (ΑΕΙ),AIPO-22 (AWW), AIPO-52 (AFT), AIP0-12-TAMU (ATT), AIPO-25(ATV) e AIPO-C (APC) , no caso de silicoaluminof osf atoSAPO-40 (AFR).

Os tipos acima citados de peneira molecular, zeólita,aluminofosfato e de silicoaluminofosfato podem serutilizados respectivamente individualmente ou em qualquercombinação vantajosamente como material de peneiramolecular.

A espessura média de camada da peneira molecular ou dacamada de peneira molecular deve ser neste caso d epelomenos 3Á. Como as moléculas NO, NO2 e O2 necessáriaspara a oxidação de NO, precisam se difundir agoraprimeiramente através da camada de peneira molecular,pode ocorrer, sobretudo sob temperaturas elevadas, umalimitação das conversões de NO devido à difusão nosporos. Para não aumentar desnecessariamente ainterferência da difusão nos poros, a espessura média dapeneira molecular ou da camada de peneira molecular nãodeve ultrapassar, por essa razão, 5μιτι. Por outro lado, aespessura da camada do catalisador situa-se normalmenteentre 5μπι - 500ym, no caso de um catalisador executadopor revestimento ou extrusão.

Para melhorar as conversões no catalisador de NO éconveniente integrar os metais que atuam como componentesativos, tais como platina e opcionalmente paládio, tambémem uma matriz de zeólita, especialmente do tipo MFI e/ouBEA e/ou FAÜ. Neste caso,naturalmente deve-se observaratentamente ao fato de a peneira molecular ou a camada depeneira molecular não apresenta ou, pelo menos, apresentauma quantidade menor de componentes formadores de SO3,especialmente platina, do que o catalisador de oxidaçãode NO, já que normalmente a oxidação de NO e a oxidaçãode SO2 ocorrem paralelamente.

A produção de catalisadores contendo zeólita é descritano documento DE 3912596C2, EP 0311066 e EP 003486 e,portanto, conhecida pelo habilitado na técnica.

0 tipo de zeólita do catalisador e da peneira molecularou da camada de peneira molecular podem ser iguais oudiferentes dependendo do caso de aplicação.

Os catalisadores podem ser produzidos por extrusão ou porrevestimento de um suporte cerâmico ou metálico. Atravésda extrusão normalmente resultam catalisadores do tipofavo de mel com canais de circulação paralelos (DE 22 224 68 C2), enquanto a forma e o alinhamento dos canais decirculação no caso do uso de suportes de catalisadormetálicos podem ser livremente selecionados.

Após a secagem e/ou a calcinação dos catalisadores éformada, em uma outra etapa de trabalho, a camada depeneira molecular. Neste caso, podem ser selecionadosdois diferentes métodos.

Por um lado, é possível a aplicação de uma camada depeneira molecular, semelhante ao revestimento desubstratos com banho de revestimento de catalisador. Emseguida, essa camada, analogamente aos catalisadores,precisa ser secada e calcinada para poder assegurar umaunião estável e sólida entre a camada de peneiramolecular e o catalisador. Se forem utilizadas zeólitaspara a camada de peneira molecular, existe o revestimentocom auxílio de uma suspensão contendo zeólita. Aespessura média de uma camada aplicada desse modo situa-se normalmente na faixa de 0,5μπι - 5μιτι.

Se estiverem presentes grandes quantidades dehidrocarbonetos, esses poderão se depositar sobre acamada de peneira molecular e/ou em seus poros,coqueificar e desse modo provocar um entupimento dacamada de peneira. Por essa razão, é conveniente,integrar na camada de peneira molecular adicionalmentecomponentes ativos, que possibilitem uma oxidação dehidrocarbonetos. Fazem parte deles, entre outros,paládio, rutênio, irídio, ródio, tungstênio, titânio,lantânio, molibdênio, cério e/ou manganês. No caso daincorporação dos elementos em uma estrutura de zeólita astemperaturas de sublimação aumentam muito devido àselevadas pressões de vapor dentro da estrutura de poros,de tal forma que até 750° C a aplicação de vanádio torna-se possível dentro da camada de peneira molecular.

Uma outra possibilidade para evitar a coqueificação dosporos da peneira molecular, consiste em colocar umcatalisador para a oxidação de hidrocarbonetos, em cursoascendente da peneira molecular e/ou no lado voltado aogás de escape. Conforme já descrito no caso da peneiramolecular, ela pode ser aplicada, em uma outra etapa detrabalho, sobre a peneira molecular, como camada decatalisador. Podem ser empregados como componentes ativospaládio, rutênio, iridio, ródio, tungstênio, titânio,lantânio, molibdênio, cério e/ou manganês.

Uma outra possibilidade para formar a camada de peneiramolecular, sobretudo no caso do uso de catalisadorestrocados, contendo zeólita, reside em substituir aconcentração de pelo menos um metal na superfície decatalisador através da troca iônica por um outro íon, quenão possua ou possua apenas uma atividade pequena deformação de SO3. No caso mais simples, isso é possívelpela adição de um fluido ácido. Desse modo, os íonsmetálicos na estrutura de zeólita são substituídos porprótons do fluído ácido.

Como zeólitas contendo hidrogênio são pouco estáveis, emseguida os prótons devem ser trocados por cátionsmetálicos com atividade pequena formadora de SO3 e/ou comelevada atividade de oxidação de hidrocarbonetos.

Conforme já descrito acima, neste caso existem oselementos paládio, rutênio, irídio, ródio, tungstênio,titânio, lantânio, molibdênio, cério, manganês ouvanádio. Além disso, também podem ser utilizados cátionsnão-metálicos. Dependendo da afinidade desses elementospode-se dispensar a etapa intermediária da protonizaçãoe, através da escolha de um valor de pH adequado osmetais serem diretamente trocados. Camadas de peneiramolecular produzidas através da troca iônica podem serexecutadas extremamente finas, de tal forma que suaespessura média situe-se normalmente entre 3Ã e lym.

Outra possibilidade para reduzir o espaço construtivo doscomponentes de tratamento posterior de gás de escape érevestir filtros de partícula com material de catalisadorpara a oxidação de hidrocarbonetos e/ou NO assim comoprover com uma camada de peneira molecular, por exemplo,por impregnação, troca iônica ou revestimento. Nestecaso, é preciso observar atentamente o fato de tambémapós o revestimento precisarem ainda estar presentescanais de circulação livres dentro do filtro de partículaa fim de evitar uma contra-pressão desnecessariamenteelevada. Por essa razão, o fluxo de gás de escape dentroda estrutura filtrante deve passar ao lado dos poros dapeneira molecular e não através deles, de forma que osreagentes penetrem, analogamente aos processos acimadescritos em substratos de catalisador, somente atravésde processos de difusão dentro dos poros da peneiramolecular, alcançando assim a camada de catalisadorsituada ali embaixo. Isso pode ser obtido, por exemplo,através de uma elevada porosidade da camada decatalisador. Essa elevada porosidade pode ser produzida,por exemplo, pela adição de materiais de carga ao banhode revestimento, que se volatizam durante a calcinação ouatravés da adição de aditivos de banho de revestimentolivres de zeólita de elevada porosidade ou adição detipos de zeólitas de elevada porosidade e/ou de elevadodiâmetro de poros. Uma outra possibilidade reside no casodo substrato filtrante altamente poroso em realizar umrevestimento fino. Uma outra possibilidade reside, nocaso de substrato de filtro altamente poroso, emrealizar um revestimento do material filtrante fino e quenão cobre ou fecha completamente o substrato filtrantecom o material de catalisador, de forma que dentro dosubstrato de filtro ainda permaneçam canais de circulaçãosuficientemente livres. No caso da formação subseqüenteda camada de peneire molecular deve-se observaratentamente o fato de esta camada não fechar os canais decirculação livres, mas de situar-se sobre a superfícielivremente acessível da camada de catalisador, apenascomo camada fina. Vantajosamente isso é possível no casode catalisadores contendo zeólita através da troca iônicajá acima descrita, na superfície do catalisador. Comotambém já também mostrado, deve-se observar atentamente ofato de o diâmetro de poros da peneira molecular ser detal maneira selecionado que as grandes moléculas de SO2não podem atravessar a camada de peneira molecular,enquanto que isso é possível para os componentes de gásde escape menores e inofensivos como oxigênio,nitrogênio, dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio,água e monóxido de carbono. Se não for possível produzira camada de peneira molecular sobre o catalisador atravésda troca iônica pura, então deverá ser realizado umrevestimento separado do catalisador com material depeneira molecular.

0 filtro de partículas, sobre o qual a camada decatalisador fica disposta com a camada de peneiramolecular ali sobre ele, pode ser composto vantajosamentede metal sinterizado e/ou cerâmica e/ou espuma filtrantee/ou fibras cerâmicas e/ou fibras de quartzo e/ou fibrasde vidro e/ou ou carbeto de silício e/ou de titanato dealumínio.

A solução descrita anteriormente, representa umapossibilidade especialmente barata, com economia deespaço e portanto vantajosa, de combinar permanentementea camada de peneira molecular e a camada de catalisadorde armazenamento de NOx e/ou a camada de catalisador paraa oxidação de hidrocarbonetos sobre um substrato decatalisador e/ou sobre um filtro de partículas, de formaque elas não possam ser separadas entre si sem que sejamdanificadas.

Naturalmente existe também a possibilidade de colocar apeneira molecular e o catalisador de armazenamento deNOx,e o catalisador para a oxidação de hidrocarbonetossobre componentes separados, sendo que o gás de escapecompleto é conduzido através dos poros da peneiramolecular, o que provoca uma contra-pressão de gás deescape bem mais elevada do que no caso das soluções acimadescritas. No caso do arranjo separado da peneiramolecular em curso ascendente em relação ao catalisadorde armazenamento de NOx, deve-se observar atentamente ofato de o gás de escape ser isento de partículas sólidas,como por exemplo fuligem, já que caso contrário ocorreriao entupimento dos poros da peneira molecular. Isso podeser obtido por exemplo através do arranjo da peneiramolecular em curso descendente de um filtro de partículase em curso ascendente em relação ao catalisador dearmazenamento de NOx. No caso de um arranjo desse tipo, apeneira molecular também pode ser combinadavantajosamente com o filtro de partículas, no qual apeneira molecular é aplicada como camada sobre o lado defluxo de saída do filtro de partículas, de forma que apeneira molecular e o filtro de partículas formem umaunidade que não pode ser separada sem ser danificada.

Neste caso, o revestimento deve ser realizado de talforma que os poros do filtro de partículas sejam fechadosem seu lado de fluxo de saída totalmente através dapeneira molecular, de forma que o gás de escape tenha quecircular pelos poros da peneira molecular. Naturalmente,neste caso é muitas vezes necessário, especialmente emconcentrações elevadas de hidrocarboneto no gás deescape, que a peneira molecular possua uma atividade deoxidação de hidrocarboneto e/ou seja colocado em cursoascendente da peneira molecular e/ou sobre seu lado defluxo de entrada um catalisador para a oxidação dehidrocarbonetos, já que caso contrário ocorreria umentupimento dos poros da peneira molecular através dehidrocarbonetos não queimados. Como componentes ativospodem ser empregados, conforme já descrito acima,paládio, rutênio, ródio, irídio, tungstênio, titânio,lantânio, molibdênio, cério ou manganês.

Claims (29)

1.Arranjo para o tratamento posterior de gás de escape emmotores de combustão interna, operados com excesso de ar,tais como motores diesel e motores Otto com injeçãodireta, sendo que o arranjo apresenta um catalisadorinstalado no tubo de gás de escape de um motor decombustão interna, para a oxidação de monóxido denitrogênio, caracterizado pelo fato de entre o gás deescape e pelo menos um catalisador para a oxidação demonóxido de nitrogênio e/ou em curso ascendente de pelomenos um catalisador para a oxidação de monóxido denitrogênio estar disposta pelo menos uma peneiramolecular, que retém dióxido de nitrogênio de pelo menosum catalisador.

2. Arranjo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a peneira molecular serprojetada como camada de peneira molecular sobre ocatalisador para a oxidação de NO.

3. Arranjo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a peneira molecular estardisposta como camada de peneira molecular sobre umsuporte em curso ascendente em relação ao catalisador comatividade de oxidação de NO.

4. Arranjo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o componente ativo para ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio,conter platina e/ou paládio.

5. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 4, caracterizado pelo fato de os componentesativos do catalisador serem incorporados para a oxidaçãode monóxido de nitrogênio em uma estrutura de zeólita.

6. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de a zeólita do tipo MFI e/ou BEAe/ou FAU.

7. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 6, caracterizado pelo fato de a peneira molecularser produzida com auxilio de zeólitas e/ou silicatos e/ousilicatos metálicos e/ou aluminatos e/ou aluminatosmetálicos e/ou silicofosfatos e/ou silicofosfatosmetálicos e/ou silicoaluminofosfatos e/ou aluminofosfatose/ou aluminofosfatos metálicos e/ou silicatos dealumínio.

8. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 7, caracterizado pelo fato de a peneira molecularapresentar estruturas em treliça do tipo EDI ABW e/ou EIe/ou AFR e/ou AWW e/ou BIK e/ou CHA e/ou -CLO e/ou KFIe/ou LTA e/ou NAT e/ou PAU e/ou RHO e/ou -RON e/ou THOe/ou AFT e/ou ATT e/ou ATV e/ou BRE e/ou CAS e/ou -CHIe/ou DAC e/ou DDR e/ou GIS e/ou G00 e/ou HEU e/ou JBWe/ou LEV e/ou MON e/ou PHI e/ou WEN e/ou YUG e/ou APCe/ou EAB e/ou EPI e/ou ERI e/ou EUO e/ou FER e/ou LAU15 e/ou MEL e/ou MER e/ou MEI e/ou MFS e/ou MTT e/ou MTWe/ou NES e/ou ΤΟΝ.

9. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicaçõesde 1 a 8, caracterizado pelo fato de a peneira molecularser feita de Edingtonita, Li-A, Bikitaita, Chapazita,Cloverita, ZK-5, zeólita A, Natrolita, Paulingita,Roggianita, Thomsonita, Brewsterita, Chiavennita,Dachiardita, Gismondina, Goosecreekita, Heulandita, Na-J,Levyna, Montesommaita, Philllipsita, Wenkita,Yugawaralita, TMA-E, Epistiibita, Erionita, EU-1,Ferrierita, Laumontita, ZSM-11, Merlionita, ZSM-5, ZSM--57, ZSM-23, ZSM-12, NU-87 e Theta-1.

10. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de apeneira molecular ser compostos de aluminofosfatos dotipo AIPO-18 (AEI) e/ou AIPO-22 (AWW) e/ou AIPO-52 (AFT)e/ou AIPO-12-TAMU (ATT) e/ou AIPO-25 (ATV) e AIPO-C.

11. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de apeneira molecular ser feita de silicoaluminofosfato SAPO-40.

12. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de apeneira molecular apresentar uma atividade de oxidaçãopara hidrocarbonetos.

13. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de emcurso ascendente da peneira molecular e/ou no lado dapeneira molecular voltado ao gás de escape contendohidrocarboneto, ser colocado um catalisador para aoxidação de hidrocarbonetos.

14. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 13, caracterizado pelo fato de napeneira molecular e/ou no catalisador para a oxidação dehidrocarbonetos estarem contidos: paládio e/ou rutênioe/ou iridio e/ou tungstênio e/ou titânio e/ou lantânioe/ou molibdênio e/ou cério e/ou manganês e/ou vanádioe/ou ródio.

15. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 14, caracterizado pelo fato de aconcentração de pelo menos um componente ativo para aoxidação de monóxido de nitrogênio na camada de peneiramolecular ser menor do que no catalisador para a oxidaçãode monóxido de nitrogênio.

16. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 15, caracterizado pelo fato de nocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio aconcentração de platina ser maior do que na camada depeneira molecular e/ou de na camada de peneira moleculara concentração de paládio e/ou rutênio e/ou iridio e/outungstênio e/ou titânio e/ou lantânio e/ou molibdênioe/ou cério e/ou manganês e/ou vanádio e/ou ródio sermaior do que no catalisador para a oxidação de monóxidode nitrogênio.

17. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 16, caracterizado pelo fato de ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênioe/ou camada de peneira molecular e/ou o catalisador paraa oxidação de hidrocarbonetos estarem unidos entre si enão poderem ser separados sem que sejam destruídos.

18. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênioe/ou a camada de peneira molecular e/ou o catalisadorpara a oxidação de hidrocarbonetos estarem dispostos emcomponentes separados.

19. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 18, caracterizado pelo fato de ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênioe/ou a camada de peneira molecular e/ou o catalisadorpara a oxidação de hidrocarbonetos estarem dispostossobre um filtro de partículas.

20. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 19, caracterizado pelo fato de acamada de peneira molecular estar disposta no lado defluxo de saída de um filtro de partículas.

21. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 20, caracterizado pelo fato de ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio e apeneira molecular estarem dispostos em curso descendentede um filtro de partículas.

22. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 21, caracterizado pelo fato de ofiltro de partículas ser feito de metal e/ou metalsinterizado e/ou cerâmica e/ou espuma filtrante e/oufibras cerâmicas e/ou fibras de quartzo e/ou fibras devidro e/ou carbeto de silício e/ou titanato de alumínio.

23. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 22, caracterizado pelo fato de odiâmetro das passagens livres através da peneiramolecular situar-se entre 3Ã e 6Á.

24. Arranjo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 1 a 23, caracterizado pelo fato de aespessura média da peneira molecular da camada de peneiramolecular ser pelo menos de 3Ã, porém no máximo de 5μπι.

25. Método para fabricar um arranjo para o tratamentoposterior de gás de escape em motores de combustãointerna, de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 24, caracterizado pelo fato de o catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio ser fabricado porextrusão ou por revestimento de um suporte metálico ouespecialmente cerâmico, e de a camada de peneiramolecular ser aplicada em pelo menos uma outra etapa detrabalho sobre esse catalisador.

26. Método para a fabricação de um arranjo paratratamento posterior de gás de escape em motores decombustão interna, conforme definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 25, caracterizado pelo fato de ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio serfabricado por extrusão ou por revestimento de um suportemetálico ou especialmente cerâmico e de a camada depeneira molecular ser aplicada por revestimento em pelomenos uma outra etapa de trabalho sobre esse catalisador.

27. Método para a fabricação de um arranjo paratratamento posterior de gás de escape em motores decombustão interna, conforme definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 26, caracterizado pelo fato de: ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio serfabricado por extrusão ou por revestimento de um suportemetálico, ou especialmente cerâmico, e em seguida seremaplicadas por revestimento a camada de peneira moleculare a camada catalitica para a oxidação de hidrocarbonetosem pelo menos uma outra etapa de trabalho sobre essecatalisador.

28. Método para a fabricação de um arranjo paratratamento posterior de gás de escape em motores decombustão interna, conforme definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 27, caracterizado pelo fato ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio serfabricado por extrusão de um material de zeólita trocadopor metal ou por revestimento de um suporte metálico ouespecialmente cerâmico comum material de zeólita trocadopor metal, e de a concentração de pelo menos um metal nasuperfície de catalisador contendo zeólita ser trocadaatravés de troca iônica por um outro metal, que nãopossui ou possui apenas uma atividade pequena deoxidação de SO2, ou por cátions não metálicos,especialmente prótons, de tal forma que na superfície decatalisador se forme uma camada de peneira molecular.

29. Método para a fabricação de um arranjo paratratamento posterior de gás de escape em motores decombustão interna, conforme definido em qualquer uma dasreivindicações de 1 a 28, caracterizado pelo fato de ocatalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio serfabricado por extrusão de um material de zeólita trocadopor metal ou por revestimento de um suporteespecialmente cerâmico ou metálico, com um material dezeólita trocado por metal, e de a concentração de pelomenos um metal na superfície de catalisador contendozeólita ser trocada através de troca iônica por um outrometal que não possui ou possui apenas uma atividadepequena de oxidação de SO2, porém apresenta uma elevadaatividade de oxidação de hidrocarboneto, de tal forma quena superfície de catalisador se forme uma camada depeneira molecular com uma atividade de oxidação dehidrocarboneto.