BRPI0921500B1 - Sistema catalisador para tratar uma corrente de gás de descarga contendo nox, método para preparar um sistema catalisador, e, método para tratar emissões produzidas em uma corrente de gás de descarga de um motor de queima pobre - Google Patents
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Description
(54) Título: SISTEMA CATALISADOR PARA TRATAR UMA CORRENTE DE GÁS DE DESCARGA CONTENDO NOX, MÉTODO PARA PREPARAR UM SISTEMA CATALISADOR, E, MÉTODO PARA TRATAR EMISSÕES PRODUZIDAS EM UMA CORRENTE DE GÁS DE DESCARGA DE UM MOTOR DE QUEIMA POBRE (51) Int.CI.: F01N 3/20; F01N 3/28; B01D 53/94; B01J 29/40 (30) Prioridade Unionista: 03/11/2008 US 12/263871 (73) Titular(es): BASF CORPORATION (72) Inventor(es): MATTHEWTYLER CAUDLE; MARTIN DIETERLE; E. SCOTT BUZBY / 37 “SISTEMA CATALISADOR PARA TRATAR UMA CORRENTE DE GÁS DE DESCARGA CONTENDO NOx, MÉTODO PARA PREPARAR UM SISTEMA CATALISADOR, E, MÉTODO PARA TRATAR EMISSÕES PRODUZIDAS EM UMA CORRENTE DE GÁS DE DESCARGA DE UM MOTOR DE QUEIMA POBRE”
CAMPO TÉCNICO [1] A invenção pertence aos catalisadores, métodos para sua fabricação e métodos de tratamento de emissões em um fluxo de exaustão.
FUNDAMENTOS [2] A exaustão de motor a diesel é uma mistura heterogênea que contém emissões de partículas como fuligem e emissões de gases como monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados ou parcialmente queimados e óxidos de nitrogênio (coletivamente referidos como NOx). Composições de catalisador, frequentemente dispostas em um ou mais substratos monolíticos, são colocadas em sistemas de exaustão do motor para converter alguns ou todos estes componentes da exaustão em compostos inócuos.
[3] A redução catalítica seletiva de amônia (RCS) é uma tecnologia de diminuição de NOx que será utilizada para atender metas de emissão de NOx estritas em motores a diesel e de combustão pobre. No processo de RCS de amônia, NOx (que consiste normalmente em NO + NO2) reage com amônia (ou com um precursor de amônia, como uréia) para formar dinitrogênio (N2) sobre um catalisador tipicamente composto de metais comuns. Esta tecnologia é capaz de conversões de NOX superiores a 90% ao longo de um típico ciclo movido a diesel e, portanto, representa uma das melhores abordagens para a realização de metas agressivas de redução de NOx.
[4] Um traço característico de alguns materiais de catalisador RCS de amônia é uma propensão a reter quantidades consideráveis de amônia em
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 15/55 / 37 sítios ácidos de Lewis e de Brpnsted na superfície do catalisador durante partes de baixa temperatura de um típico ciclo de direção. Um aumento subsequente na temperatura de exaustão pode fazer a amônia dessorver da superfície do catalisador RCS de amônia e sair da tubulação de exaustão do veículo. A overdose de amônia para aumentar a taxa de conversão de NOx é outro possível cenário onde a amônia pode sair do catalisador RCS de amônia.
[5] O deslizamento de amônia a partir do catalisador RCS de amônia apresenta vários problemas.
[6] O limiar de odor para NH3 é de 20 ppm no ar. Irritação dos olhos e garganta são perceptíveis acima de 100 ppm, a irritação da pele ocorre acima de 400 ppm e o IPVS é de 500 ppm no ar. NH3 é cáustica, especialmente na sua forma aquosa. A condensação de NH3 e água nas regiões mais frias da linha de exaustão a jusante do catalisador de exaustão vai dar uma mistura corrosiva.
[7] Portanto, é desejável eliminar a amônia antes que ela possa passar para o tubo de descarga. O catalisador de oxidação seletiva de amônia (AMOx) é empregado para esta finalidade, com o objetivo de converter o excesso de amônia em N2. Seria desejável prover um catalisador para a oxidação seletiva da amônia, que fosse capaz de converter a amônia em uma ampla faixa de temperaturas onde ocorre deslizamento de amônia no ciclo de acionamento de veículos e pudesse produzir mínimos derivados de óxido de nitrogênio. O catalisador AMOx também deve produzir mínimo N2O, que é um potente gás de efeito estufa.
SUMÁRIO [8] Aspectos da invenção incluem sistemas de catalisador para o tratamento de um fluxo de gás de exaustão e métodos de preparação de catalisadores para o tratamento de tal gás. Conforme aqui utilizado, o termo “sistema de catalisador” inclui duas ou mais funções catalíticas químicas
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 16/55 / 37 sobre um substrato ou sobre mais de um substrato em separado.
[9] De acordo com um aspecto da invenção, um sistema de catalisador para o tratamento de um fluxo de gás de exaustão contendo NOX compreende pelo menos um substrato de catalisador monolítico; uma camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento revestida em uma extremidade do substrato monolítico e que contém uma composição material A eficaz para catalisar a oxidação de NH3; e uma camada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento revestida ao longo de um comprimento do substrato monolítico suficiente para cobrir pelo menos uma porção da camada de composição de revestimento reativo de subrevestimento e que contém uma composição material B eficaz para catalisar a redução catalítica seletiva (RCS) de NOx.
[10] Em uma modalidade, o substrato é um único substrato monolítico. O substrato monolítico pode ser um substrato alveolar de fluxo transpassante, que compreende uma pluralidade de passagens de fluxo de gás consideravelmente paralelas, estreitas que se estendem ao longo do eixo longitudinal do substrato.
[11] Em uma modalidade, a camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento cobre na faixa de cerca de 5% a 100% do comprimento total do substrato e a camada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento cobre na faixa de cerca de 5% a 100% do comprimento total do substrato. Em uma ou mais modalidades, a camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento também contém uma composição material adicionalmente eficazes para catalisar a RCS de NOx.
[12] Em uma modalidade, a composição material A é eficaz para remoção de amônia com conversão de NH3 superior a cerca de 10% a uma temperatura superior a cerca de 225°C e velocidade espacial horária do gás abaixo de cerca de 300.000/h em todo o substrato monolítico.
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 17/55 / 37 [13] Em uma modalidade, a composição material A compreende um componente de metal precioso disperso em partículas de suporte. As partículas de suporte podem compreender um óxido de metal refratário contendo alumina, sílica, zircônia, titânia, céria e misturas físicas ou combinações químicas das mesmas, incluindo combinações atomicamente dopadas. Em um ou mais modalidades, o componente de metal precioso contém rutênio, ródio, irídio, paládio, platina, prata ou ouro e misturas físicas ou combinações químicas dos mesmos, incluindo combinações atomicamente dopadas.
[14] Em uma modalidade, a composição B é eficaz para a remoção simultânea de NO e NH3, com conversão de NO superior a cerca de 50% e seletividade N2 superior a cerca de 50% em uma temperatura superior a 300°C e velocidade espacial horária do gás abaixo de cerca de 300.000/h em todo o substrato monolítico.
[15] Em uma ou mais modalidades, a composição material B é eficaz para a remoção de amônia com conversão de NH3 de pelo menos 10% e seletividade de N2 de pelo menos 50% a uma temperatura superior a cerca de 350°C e velocidade espacial horária do gás abaixo de cerca de 300.000/h em todo o substrato monolítico e uma razão molar NO/NH3 inferior a cerca de 0,10.
[16] Em uma ou mais modalidades, a composição material B contém uma peneira molecular zeolítica ou não zeolítica. A peneira molecular pode ser uma peneira molecular de aluminossilicato com um dos tipos de estrutura cristalina FAU, MFI, MOR, BEA, conforme as designações em Database of Zeolite Structures publicado pela International Zeolite Association (IZA).
[17] Em uma modalidade específica, a composição material B contém uma peneira molecular de aluminossilicato com um tipo de estrutura cristalina CHA. Em uma modalidade mais específica, a composição material
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B contém uma peneira molecular de silicoaluminofosfato com um tipo de estrutura cristalina CHA.
[18] A peneira molecular de acordo com uma modalidade da invenção contém um metal de um dos grupos VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, ou IIB da tabela periódica distribuído sobre ou no interior da peneira molecular, o metal estando presente em uma quantidade entre 0,1% e 10% em peso da peneira molecular. O metal pode ser selecionado de Cu, Fe e misturas ou combinações dos mesmos.
[19] Outro aspecto da invenção pertence a um método de preparação de um sistema de catalisador para o tratamento de um fluxo de exaustão contendo NOx, o método compreendendo: revestimento de uma extremidade de um substrato monolítico ao longo de pelo menos cerca de 5% do comprimento do substrato com uma camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento contendo uma composição material eficaz para catalisar a oxidação de NH3; secagem e calcinação do substrato revestido para fixar a camada de composição de revestimento reativo de subrevestimento sobre o substrato; novo revestimento do substrato ao longo de pelo menos cerca de 50% do comprimento do substrato com uma camada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento contendo uma composição material eficaz para catalisar a redução catalítica seletiva de NOx, para formar uma zona longitudinal compreendendo uma composição de RCS e uma segunda zona longitudinal compreendendo uma composição RCS que cobre pelo menos parte da camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento, sendo a composição de RCS de composição diferente da camada de sub-revestimento; e secagem e calcinação do substrato revestido para fixar a composição de RCS sobre o substrato na zona a montante e sobre a camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento na zona a jusante. Em uma modalidade, o método compreende o revestimento de todo o comprimento do substrato com camadas múltiplas de uma composição de
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RCS.
[20] Outro aspecto da invenção pertence a um método para o tratamento de emissões produzidas em um fluxo de gás de exaustão de um motor de combustão pobre, o método compreendendo: injetar amônia ou um precursor de amônia em um fluxo de gás de exaustão, contendo um ou mais de NOx, CO, ou hidrocarbonetos; passar o fluxo de gás de exaustão através de uma zona a montante de um sistema de catalisador, a zona a montante contendo uma composição material eficaz para catalisar a redução catalítica seletiva de NOx em uma camada de composição de revestimento reativo revestida sobre um substrato monolítico, e passar o fluxo de gás de exaustão através de uma zona a jusante de um sistema de catalisador, a zona a jusante compreendendo; uma camada de composição de revestimento reativo de subrevestimento contendo uma composição material eficaz para catalisar a oxidação de NH3.
[21] Em uma modalidade dos métodos de tratamento de emissões, a amônia ou precursor de amônia, que não reagiu na zona a montante é seletivamente oxidado a N2 na zona a jusante do sistema de catalisador. Em uma modalidade, a zona a jusante cobre na faixa de cerca de 5% a 100% do comprimento total do substrato. Em uma ou mais modalidades, o substrato monolítico é um substrato alveolar de fluxo transpassante compreendendo uma pluralidade passagens de fluxo de gás consideravelmente paralelas, estreitas que se estendem ao longo do eixo longitudinal do substrato.
[22] Em uma ou mais modalidades, a zona a jusante do sistema de catalisador é eficaz para remover a amônia com conversões NH3 de pelo menos 10% e seletividade de N2 de pelo menos 50% a temperaturas superiores a cerca de 225°C. Em uma modalidade, a composição de RCS na zona a montante é eficaz para remover a amônia com conversão de NH3 de pelo menos 10% e seletividade de N2 de pelo menos 50% em uma temperatura superior a cerca de 350°C e velocidade espacial horária de gás
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 20/55 / 37 abaixo de cerca de 300.000/h em todo o substrato monolítico e uma razão molar de NO/NH3 inferior a cerca de 0,10. As composições de catalisador específico para os catalisadores utilizados no aspecto do método podem incluir catalisadores descritos acima com relação ao sistema.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [23] Os desenhos seguintes ilustram modalidades da invenção. É preciso entender que as Figuras não são destinadas a estar em escala e que certas características, como canais de monólito podem estar aumentadas em tamanho para mostrar as características de acordo com modalidades da invenção.
[24] A Figura 1 mostra um esquema de um monólito de catalisador e a geometria de composição de revestimento reativo em um canal de monólito individual após o revestimento com um sub-revestimento;
[25] A Figura 1B mostra um esquema de um monólito de catalisador e a geometria de composição de revestimento reativo em um canal de monólito individual após revestimento do substrato inteiro da Figura 1A com um sobrerrevestimento;
[26] A Figura 2 é uma vista esquemática ilustrando a conversão de NH3 a N2 em um sistema de catalisador de acordo com uma ou mais modalidades;
[27] A Figura 3 é um esquema de um sistema de tratamento de emissões de motores, de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[28] A Figura 4A mostra uma imagem de MEV do catalisador uniforme H, composto de uma mistura física de 0,58% em peso de Pt com suporte em γ-alumina e zeólito de cabazita com troca de cobre (II);
[29] A Figura 4B mostra uma imagem de MEV do catalisador B em camadas, constituída por uma camada inferior de composição de revestimento reativo com 0,58% em peso de Pt com suporte em γ-alumina, e uma camada superior de composição de revestimento reativo com zeólito de
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 21/55 / 37 cabazita com troca de cobre (II);
[30] A Figura 5A mostra a seletividade de N2 para a oxidação de amônia para catalisadores B-F como uma função da carga de composição de revestimento reativo superior;
[31] A Figura 5B mostra a temperatura de ignição de NH3 T50 para a oxidação de amônia para os catalisadores B-F como uma função da carga de composição de revestimento reativo superior;
[32] A Figura 6 mostra a seletividade de N2 para a oxidação de amônia para os catalisadores J-M como uma função da carga de composição de revestimento reativo superior;
[33] A Figura 6B mostra a temperatura de ignição de NH3 T50 para a oxidação de amônia para os catalisadores J-M como uma função da carga de composição de revestimento reativo superior;
[34] A Figura 7 mostra a seletividade de N2 para a oxidação de amônia para os catalisadores em camadas C e L, e para os catalisadores uniformes H e N;
[35] A Figura 8 mostra a conversão porcentual de NOx e NH3 para a reação de RCS como função da temperatura para catalisadores comparativos Y e Z;
[36] A Figura 9 mostra a conversão porcentual de amônia para a oxidação de amônia como função da temperatura para os catalisadores em camadas de catalisadores F-I;
[37] A Figura 10 mostra a conversão de NH3 (linhas sólidas) e seletividade de N2 (linhas tracejadas) para a oxidação de amônia catalisada pelo catalisador P integrado de RCS + AMOx (símbolos abertos) e um catalisador Q apenas de RCS comparativo (símbolos fechados);
[38] A Figura 11 mostra a conversão de NOx (linhas sólidas) e a conversão de NH3 (linhas tracejadas) para a reação RCS catalisada pelo catalisador P integrado de RCS + AMOx (símbolos abertos) e um catalisador
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Q apenas de RCS comparativo (símbolos fechados) sob condições onde a entrada de NH3/NO = 1; e [39] A Figura 12 mostra a conversão de NOx (linhas sólidas) e conversão de NH3 (linhas tracejadas) para a reação de RCS catalisada pelo catalisador P integrado de RCS + AMOx (símbolos abertos) e um catalisador Q apenas de RCS comparativo (símbolos fechados) sob condições onde a entrada de NH3/NO > 1.
DESCRIÇÃO DETALHADA [40] Antes de descrever várias modalidades exemplares da invenção, é preciso entender que a invenção não se limita aos detalhes de etapas de processo ou construção apresentados na descrição a seguir. A invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou ser realizada de diversas maneiras.
[41] Conforme utilizadas nesta especificação e nas reivindicações em anexo, as formas singulares “um(a)” e “o(a)” incluem referências no plural a menos que o contexto indique claramente o contrário. Assim, por exemplo, referência a “um catalisador” inclui uma mistura de dois ou mais catalisadores e semelhantes. Conforme aqui utilizado, o termo “reduzir” significa diminuir em quantidade e “redução” significa uma diminuição na quantidade, causada por qualquer meio. Quando aparecem aqui, os termos “fluxo de exaustão” e “fluxo de exaustão de motor” referem-se ao efluente do motor, assim como ao efluente a jusante do efluente de um ou mais componentes do sistema de catalisador incluindo, mas não limitado a um catalisador de oxidação de diesel e/ou filtro de fuligem.
[42] Um aspecto da invenção pertence a um catalisador. De acordo com uma ou mais modalidades, o catalisador pode ser disposto sobre um substrato monolítico como uma camada de composição de revestimento reativo. Conforme aqui utilizado e conforme descrito em Heck, Ronald and Robert Farrauto, Catalytic Air Pollution Control, Nova Iorque: WileyPetição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 23/55 / 37
Interscience, 2002, pp. 18-19, uma camada de composição de revestimento reativo consiste em uma camada de composição distinta de material disposto sobre a superfície do substrato monolítico ou uma camada de composição de revestimento reativo subjacente. Um catalisador pode conter uma ou mais camadas de composição de revestimento reativo e cada camada de composição de revestimento reativo pode ter funções catalíticas químicas únicas.
[43] Em uma ou mais modalidades, catalisadores bifuncionais são fornecidos. De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um catalisador bifuncional que compreende um sistema de catalisador modular com composições fisicamente separadas para a função de RCS e para a função de oxidação de NH3. De acordo com uma ou mais modalidades, tais sistemas catalíticos modulares permitem maior flexibilidade para ajustar de forma independente a cinética das duas funções. Ao fazer isso, a estrutura física do catalisador pode ser usada para controlar a sequência de eventos químicos catalíticos, para aumentar a conversão de NOx e NH3 e para aumentar a seletividade de N2. As composições de catalisador para a função de RCS e função de oxidação de NH3 podem residir em camadas de composição de revestimento reativo discretas sobre o substrato ou, em alternativa, as composições para a SCR e a oxidação de NH3 podem residir em zonas longitudinais discretas no substrato.
[44] O termo “função RCS” será usado aqui para se referir a um processo químico descrito pela equação estequiométrica 1.
NOx + 4 NH3 + (3-2x) O2 4 N2 + 6 H2O Eq. 1 [45] Mais genericamente, refere-se a qualquer processo químico no qual NOx e NH3 são combinados para produzir preferencialmente N2. O termo “composição de RCS” refere-se a uma composição material eficaz para catalisar a função de RCS. O termo “função de oxidação de NH3” será usado aqui para se referir a um processo químico descrito pela Eq. 2.
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NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O Eq. 2 [46] De um modo mais geral, se refere a um processo no qual NH3 reage com o oxigênio para produzir NO, NO2, N2O, ou preferencialmente, N2. O termo “composição de oxidação de NH3” refere-se a uma composição material eficaz para catalisar a função de oxidação de NH3.
[47] Conforme descrito em contrário aqui, uma ou mais modalidades da presente invenção fornecem um catalisador com uma zona a montante que inclui uma camada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento contendo uma composição eficaz para a redução catalítica seletiva de NOx; e uma zona a jusante que inclui uma camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento contendo uma composição eficaz para a oxidação de amônia e uma camada separada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento, eficaz para a redução catalítica seletiva de NOx, cobrindo pelo menos uma parte da camada de subrevestimento. O substrato [48] De acordo com uma ou mais modalidades, o substrato para o catalisador pode ser quaisquer um desses materiais tipicamente utilizados para a preparação de catalisadores automotivos e tipicamente irá compreender uma estrutura alveolar cerâmica ou metal. Qualquer substrato adequado pode ser empregado, como um substrato de fluxo transpassante monolítico e com uma pluralidade de passagens de fluxo de gás paralelas, estreitas que se estendem de uma face de entrada para uma de saída do substrato, tal que as passagens estejam abertas para o fluxo de fluido. As passagens, que são essencialmente caminhos retos da sua entrada de fluido a sua saída de fluido, são definidas por paredes sobre as quais o material catalítico é revestido como uma “composição de revestimento reativo” de forma que os gases que fluem através das passagens entrem em contato com o material catalítico. As passagens de fluxo do substrato monolítico são canais de paredes finas que podem ser de qualquer formato adequado de corte transversal, como
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 25/55 / 37 trapezoidal, retangular, quadrado, senoidal, hexagonal, oval, circular, etc. Tais estruturas podem conter de cerca de 60 a cerca de 1200 ou mais aberturas de entrada de gás (isto é, “células”) por polegada quadrada (1 polegada quadrada = 6,45 cm2) de seção transversal (cpsi). Um substrato de fluxo transpassante comercialmente disponível representativo é o material de cordierita 400/6 da Corning, que é construído a partir de cordierita e tem 400 cpsi e espessura de parede de 6 mil (0,15 mm). No entanto, será entendido que a invenção não se limita a um tipo de substrato, material ou geometria particular.
[49] Substratos de cerâmica podem ser feitos de qualquer material refratário adequado, por exemplo, cordierita, cordierita-α alumina, nitreto de silício, zircão mulita, espodumênio, alumina-sílica magnésia, silicato de zircão, silimanita, silicatos de magnésio, zircão, petalita, α alumina, aluminossilicatos e semelhantes.
[50] Os substratos úteis para os catalisadores de acordo com um ou mais modalidades da presente invenção também podem ser de natureza metálica e serem compostos por um ou mais metais ou ligas metálicas. Suportes metálicos exemplares incluem os metais resistentes ao calor e ligas metálicas como titânio e aço inoxidável, assim como outras ligas em que o ferro é um componente substancial ou principal. Tais ligas podem conter uma ou mais de níquel, cromo e/ou alumínio a quantidade total destes metais pode compreender pelo menos 15 em peso. % da liga, por exemplo, 10-25 em peso. % de cromo, 3-8 em peso. % de alumínio e até 20 em peso. % de níquel. As ligas também podem conter quantidades pequenas ou traço de um ou mais de outros metais, como manganês, cobre, vanádio, titânio e semelhantes. Os substratos metálicos podem ser empregados em várias formas, tais como forma de folha ondulada ou monolítica. Um substrato de metal comercialmente disponível representativo é fabricado pela Emitec. No entanto, será entendido que a invenção não se limita a um tipo de substrato, material ou geometria particular. A superfície dos substratos metálicos pode
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 26/55 / 37 ser oxidada a altas temperaturas, por exemplo, 1000° e superiores, para formar uma camada de óxido na superfície do substrato, melhorando a resistência à corrosão da liga. Essa oxidação induzida por alta temperatura pode também aumentar a aderência do suporte de óxido de metal refratário e componentes de metal que são promovidos cataliticamente ao substrato.
Composição de RCS [51] De acordo com uma ou mais modalidades da invenção, um componente eficaz para catalisar a função de RCS (aqui referido como um “componente de RCS”) é utilizado em uma composição de revestimento reativo como parte de uma composição de catalisador de redução de NOx. Tipicamente, o componente RCS é parte de uma composição que inclui outros componentes em uma composição de revestimento reativo. Entretanto, em uma ou mais modalidades a composição de catalisador de redução de NOx pode incluir apenas o componente RCS.
[52] Em algumas modalidades, a invenção utiliza um componente RCS, que consiste em uma estrutura microporosa inorgânica ou peneira molecular sobre a qual um metal de um dos grupos VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, ou IIB da tabela periódica foi depositado sobre sítios extraestruturais sobre a superfície externa ou dentro dos canais, cavidades, ou gaiolas das peneiras moleculares. Metais podem ser de uma de várias formas, incluindo mas não limitado a, átomos de metal de valência zero ou clusters, cátions isolados, oxicátions mononucleares ou polinucleares, ou como óxidos metálicos estendidos. Em modalidades específicas, os metais incluem ferro, cobre e misturas ou combinações dos mesmos.
[53] Em certas modalidades, o componente RCS contém na faixa de cerca de 0,10% e cerca de 10% em peso de um metal de grupo VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, ou IIB localizado em sítios extraestruturais na superfície externa ou dentro dos canais, cavidades, ou gaiolas da peneira molecular. Em modalidades preferidas, o metal extraestrutural está presente em uma
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 27/55 / 37 quantidade na faixa de cerca de 0,2% e cerca de 5% em peso.
[54] A estrutura inorgânica microporosa pode consistir em um aluminossilicato microporoso ou zeólito com qualquer uma das estruturas poliédricas listadas em BDatabase of Zeolite Structures publicado pela International Zeolite Association (IZA). As estruturas poliédricas incluem, mas não se limitam aquelas dos tipos CHA, FAU, BEA, MFI, MOR. Exemplos não limitantes de zeólitos com essas estruturas incluem cabazita, faujasita, zeólito Y, zeólito Y extremamente estável, beta-zeólito, mordenita, silicalita, zeólito X e ZSM-5. Algumas modalidades utilizam zeólitos de aluminossilicato que têm uma razão molar sílica/alumina (definida como SiO2/Ai2O3 e abreviada como SAR) de pelo menos cerca de 5, de preferência pelo menos cerca de 20, com intervalos úteis de cerca de 10 a 200.
[55] Em uma modalidade específica, o componente RCS inclui uma peneira molecular de aluminossilicato com um tipo de estrutura cristalina CHA, uma SAR maior que cerca de 15 e teor de cobre superior a cerca de 0,2% em peso. Em uma modalidade mais específica, a SAR é de pelo menos cerca de 10 e o teor de cobre de cerca de 0,2% em peso a cerca de 5% em peso. Zeólitos com a estrutura CHA, incluem, mas não estão limitados a cabazita natural, SSZ-13, LZ-218, Linde D, Linde R, Phi, ZK-14 e ZYT-6. Outros zeólitos adequados também são descritos em Patente de Pedido U.S. 12/038.423, intitulado “Copper CHA Zeolite Catalysts”, cujo conteúdo completo é aqui incorporado como referência, publicada como Publicação Internacional PCT No. WO 2008/106519.
[56] De acordo com uma ou mais modalidades da invenção, são fornecidas composições RCS que incluem peneiras moleculares não zeolíticas. Conforme aqui utilizado, a terminologia “peneira molecular não zeolítica” refere-se a estruturas tetraédricas que compartilham ângulos onde pelo menos uma parte dos sítios tetraédricos é ocupada por um elemento diferente de silício ou alumínio. Exemplos não limitantes de tais peneiras
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 28/55 / 37 moleculares incluem aluminofosfatos e metalaluminofosfatos, onde metal poderia incluir silício, cobre, zinco ou outros metais adequados. Tais modalidades, podem incluir uma peneira molecular não zeolítica com um tipo de estrutura cristalina selecionada de CHA, FAU, MFI, MOR e BEA.
[57] Composições não zeolíticas podem ser utilizadas no componente RCS de acordo com modalidades da presente invenção. Exemplos não limitantes específicos incluem os silicoaluminofosfatos SAPO34, SAPO-37, SAPO-44. A síntese da forma sintética de SAPO-34 é descrita na Patente No. US 7.264.789, que é aqui incorporada como referência. Um método para fazer mais uma peneira molecular não zeolítica sintética com estrutura de cabazita, SAPO-44, é descrito na Patente No. US 6.162.415, que é aqui incorporada como referência.
[58] Composições RCS que consistem em vanádio com suporte em um óxido metálico refratário como alumina, sílica, zircônia, titânia, céria e suas combinações também são bem conhecidas e amplamente utilizadas comercialmente em aplicações móveis. Composições típicas são descritas em Patente Estadunidense Nos. 4.010.238 e 4.085.193, cujos conteúdos completos são aqui incorporados como referência. Composições utilizadas comercialmente, especialmente em aplicações móveis, compreendem TiO2 sobre o qual WO3 e V2O5 foram dispersos em concentrações que variam de 5 a 20 em peso. % e 0,5 a 6 em peso. %, respectivamente. Estes catalisadores podem conter outros materiais inorgânicos, como SiO2 e ZrO2 atuando como aglutinantes e promotores. Composição de Oxidação de NH3 [59] De acordo com uma ou mais modalidades da invenção, uma composição eficaz para catalisar a função de oxidação de NH3 (aqui referida como um “componente de oxidação de NH3 RCS”) é utilizada em um catalisador de redução de NOx. A amônia contida em um fluxo de gás de exaustão reage com oxigênio sobre o componente de oxidação de NH3 para formar N2 sobre um catalisador de acordo com a Eq. 1.
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 29/55 / 37 [60] De acordo com uma ou mais modalidades, o componente de oxidação de NH3 pode ser um componente de metal precioso com suporte que é eficaz para remover a amônia do fluxo de gás de exaustão. Em um ou mais modalidades, o componente de metal precioso inclui rutênio, ródio, irídio, paládio, platina, prata ou ouro. Em modalidades específicas, o componente de metal precioso inclui misturas físicas e substâncias químicas e combinações dopadas atomicamente de rutênio, ródio, irídio, paládio, platina, prata e ouro. Em uma modalidade mais específica, o componente de metal precioso inclui platina. Em uma modalidade ainda mais específica, a platina está presente em uma quantidade na faixa de cerca de 0,008% a cerca de 2% em peso (metal), com base em carga de suporte de Pt.
[61] De acordo com uma ou mais modalidades, o componente de metal precioso é depositado sobre um suporte de óxido metálico refratário de alta área de superfície. Exemplos de óxidos metálicos refratários de alta área de superfície adequados incluem, mas não estão limitados a, alumina, sílica, titânia céria e zircônia, assim como misturas físicas, combinações químicas e/ou combinações atomicamente dopadas das mesmas. Em modalidades específicas, o óxido metálico refratário pode conter um óxido misto como sílica-alumina, aluminossilicatos amorfos ou cristalinos, alumina-zircônia, alumina-lantânio, alumina-cromo, alumina-bário, alumina-céria e semelhantes. Um óxido metálico refratário exemplar compreende γ-alumina com alta área de superfície de com uma área de superfície específica de cerca de 50 a cerca de 300 m2/g.
[62] Conforme mencionado aqui de outra maneira, o componente de oxidação de NH3 pode incluir uma peneira molecular zeolítica ou não zeolítica, que pode ter qualquer uma das estruturas poliédricas listadas em Database of Zeolite Structures publicado pela International Zeolite Association (IZA). As estruturas poliédricas incluem, mas não se limitam àquelas dos tipos CHA, FAU, BEA, MFI e MOR. Em uma modalidade, um
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 30/55 / 37 componente de peneira molecular pode ser fisicamente misturado com um componente de platina com suporte em óxido. Em uma modalidade alternativa, a platina pode ser distribuída sobre a superfície externa ou nos canais, cavidades, ou gaiolas da peneira molecular.
[63] A composição de oxidação de NH3 pode conter um componente ativo para a função RCS de amônia. O componente RCS pode consistir em qualquer um dos componentes RCS descritos na seção anterior. Em uma modalidade, o componente de oxidação de NH3 consiste em uma mistura física de um componente de platina com suporte em óxido e um componente RCS. Em uma modalidade alternativa, a platina pode ser distribuída sobre a superfície externa ou nos canais, cavidades, ou gaiolas do componente RCS.
Camadas de Composição de revestimento reativo [64] De acordo com uma ou mais modalidades, o componente RCS e o NH componente de oxidação de NH3 pode ser aplicado em camadas de composição de revestimento reativo, que são revestidas sobre e aderido ao substrato.
[65] Por exemplo, uma camada de composição de revestimento reativo de uma composição contendo um componente de oxidação de NH3 pode ser formada através da preparação de uma mistura ou de uma solução de um precursor de platina em um solvente adequado, p. ex., água. Geralmente, do ponto de vista da economia e aspectos ambientais, soluções aquosas de complexos ou compostos solúveis da platina são preferidos. Tipicamente, o precursor de platina é utilizado na forma de um composto ou complexo para obter a dispersão do precursor de platina no suporte. Para efeitos da presente invenção, o termo “precursor de platina” designa qualquer composto, complexo ou similares, que, após a calcinação ou fase inicial de utilização dos mesmos, decompõe-se ou de outro modo se converte em uma forma cataliticamente ativa. Complexos ou compostos de platina adequados
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 31/55 / 37 incluem, mas não estão limitados a cloretos de platina (por exemplo, sais de [PtCÍ4]2”, [PtCE]2”), hidróxidos de platina (por exemplo, sais de [Pt(OH)6]2”), aminas de platina (por exemplo, sais de [Pt(NH3)4]2+, [Pt(NH3)4]4+), hidratos de platina (por exemplo, sais de [Pt(OH2)4]2+), bis(acetilacetonatos) de platina e compostos ou complexos mistos (por exemplo, [Pt(NH3)2(Cl)2]). Uma fonte de platina comercialmente disponível representativa é hexacloroplatinato de amônio a 99% da Strem Chemicals, Inc., que pode conter traços de outros metais preciosos. Entretanto, será entendido que a invenção não está restrita aos precursores de platina de um determinado tipo, composição ou pureza. A mistura ou solução do precursor de platina é adicionada ao suporte por um dentre vários meios químicos. Estes incluem a impregnação de uma solução do precursor de platina sobre o suporte, o que pode ser seguido por uma etapa de fixação incorporando componente ácido (por exemplo, ácido acético) ou um componente básico (por exemplo, hidróxido de amônio). Este sólido úmido pode ser quimicamente reduzido ou calcinado ou ser usado como está. Em alternativa, o suporte pode ser suspenso em um veículo adequado (p. ex., água) e reagir com o precursor de platina em solução. Este último método é mais comum quando o suporte é um zeólito e deseja-se que fixe o precursor de platina em sítios de troca iônica na estrutura zeolítica. Etapas de processamento adicional podem incluir a fixação por um componente ácido (por exemplo, ácido acético) ou um componente básico (por exemplo, hidróxido de amônio), redução química, ou calcinação.
[66] Em um ou mais modalidades que utilizam camadas de composição de revestimento reativo de uma composição RCS, a camada pode conter uma peneira molecular zeolítica ou não zeolítica sobre a qual foi distribuído um metal de um dos grupos VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, ou IIB da tabela periódica. Um metal exemplar desta série é o cobre. Peneiras moleculares exemplares, incluem, mas não estão limitadas a zeólitos com uma das estruturas cristalinas seguir CHA, BEA, FAU, MOR e MFI. Um método
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 32/55 / 37 adequado para a distribuição do metal sobre o zeólito é inicialmente preparar uma mistura ou uma solução do precursor de metal em um solvente adequado, p. ex., água. Geralmente, do ponto de vista econômico e de aspectos ambientais, soluções aquosas de compostos solúveis ou complexos do metal são preferidas. Para fins da presente invenção, o termo “precursor do metal” designa qualquer composto, complexo ou similares, que, podem ser dispersados sobre o suporte de zeólito para proporcionar um componente metálico cataliticamente ativo. Para o cobre metálico do Grupo IB exemplar, complexos ou compostos adequados incluem, mas não estão limitados ao sulfato de cobre anidro e hidratado, nitrato de cobre, acetato de cobre, acetilacetonato de cobre, óxido de cobre, hidróxido de cobre e sais de aminas de cobre (por exemplo, [Cu (NH3Xf+). Uma fonte de cobre comercialmente disponível representativa é o acetato de cobre a 97% da Strem Chemicals, Inc., que pode conter traços de outros metais, particularmente ferro e níquel. Entretanto, será entendido que a invenção não está restrita aos precursores de metal de um determinado tipo, composição ou pureza. A peneira molecular pode ser adicionada à solução do componente metálico para formar uma suspensão. Pode-se reagir a suspensão de modo que o componente de cobre seja distribuído sobre o zeólito. Isso pode resultar no cobre sendo distribuídos nos canais dos poros, assim como sobre a superfície externa da peneira molecular. O cobre pode ser distribuído como íons cobre (II), íons cobre (I), ou como óxido de cobre. Após o cobre ser distribuído sobre a peneira molecular, os sólidos podem ser separados da fase líquida da suspensão, lavados e secos. A peneira molecular resultante contendo cobre também pode ser calcinada para fixar o cobre.
[67] Para aplicar uma camada de composição de revestimento reativo de acordo com uma ou mais modalidades da invenção, partículas finamente divididas de um catalisador, que consiste no componente RCS, no componente de oxidação de NH3, ou em uma mistura dos mesmos, são
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 33/55 / 37 suspensas em um veículo apropriado, por exemplo, água, para formar uma pasta fluida. Outros promotores e/ou estabilizadores e/ou surfactantes podem ser adicionados à pasta fluida como misturas ou soluções em água ou em um veículo miscível em água. Em um ou mais modalidades, a pasta fluida é triturada para resultar em praticamente todos os sólidos com tamanhos de partícula inferiores a cerca de 10 mícrons, ou seja, na faixa de cerca de 0,1-8 mícrons, em um diâmetro médio. A cominuição pode ser realizada em moinho de bola, moinho de Eiger contínuo, ou outro equipamento similar. Em uma ou mais modalidades, a suspensão ou pasta fluida tem um pH de cerca de 2 a menos de cerca de 7. O pH da pasta fluida pode ser ajustado, se necessário, pela adição de uma quantidade adequada de um ácido inorgânico ou orgânico à pasta fluida. O teor de sólidos da pasta fluida pode ser, por exemplo, cerca de 20-60 em peso. % e mais particularmente cerca de 35-45 em peso. %. O substrato pode então ser mergulhado na pasta fluida, ou a pasta fluida pode de outra forma ser revestida sobre o substrato, tal que seja depositada sobre o substrato uma carga desejada da camada de catalisador. Posteriormente, o substrato revestido é seco a cerca de 100°C e calcinado por aquecimento, por exemplo, a 300-650°C por cerca de 1 a cerca de 3 horas. Secagem e calcinação são tipicamente feitas ao ar. Os processos de revestimento, secagem, e calcinação podem ser repetidos se necessário para atingir a quantidade gravimétrica desejada final da camada de composição de revestimento reativo do catalisador sobre o suporte. Em alguns casos, a remoção completa dos componentes líquidos e outros voláteis pode não ocorrer até o catalisador ser colocado em uso e submetido às altas temperaturas que ocorrem durante a operação.
[68] Após calcinação, a carga de composição de revestimento reativo do catalisador pode ser determinada através do cálculo da diferença de pesos com e sem revestimento do substrato. Como será evidente para os versados na técnica, a carga de catalisador pode ser modificada, pela alteração
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 34/55 / 37 do teor de sólidos da pasta fluida de revestimento e viscosidade da pasta fluida. Em alternativa, repetidas imersões do substrato na pasta fluida de revestimento podem ser realizadas, seguidas pela remoção do excesso de pasta fluida, como descrito acima.
Método para Preparação de um Catalisador [69] Conforme mostrado na Figura 1, um catalisador de acordo com uma ou mais modalidades da presente invenção pode ser preparado em um processo de duas etapas. Na primeira etapa, mostrada na Figura 1A, um substrato carreador 100, que, em modalidades específicas, contém canais 110 de dimensões na faixa de cerca de 100 canais/polegada2 (1 polegada2 = 6,45 cm2) e 1000 canais/polegada2 (1 polegada2 = 6,45 cm2), é revestido com uma camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento 200, tendo uma composição eficaz para catalisar a remoção de NH3. Para facilidade de ilustração da composição de revestimento reativo, apenas um único canal 110 é mostrado. A camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento 200 é aplicada a uma extremidade do substrato 100, distribuída, seca e calcinada, como descrito na seção anterior. O substrato mostrado na Fig. 1A tem uma zona a montante ou de entrada 140 e uma zona a jusante ou de saída 130. Em uma modalidade, o componente de oxidação de NH3 na camada 200 é aplicado no intervalo de cerca de 5% a cerca de 100% do comprimento do substrato. Em uma modalidade específica, o componente de oxidação de NH3 é aplicado entre 10 e 40% do comprimento do substrato.
[70] Na segunda etapa, uma composição RCS que contém um componente RCS é aplicada como camada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento 300, a qual é apresentada como uma camada de sobrerrevestimento para todo o comprimento do substrato 100, como mostrado na figura 1B. Para alcançar a carga necessária especificada para o componente RCS, a segunda etapa de revestimento pode ser repetida para formar revestimentos múltiplos da composição RCS, para formar
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 35/55 / 37 coletivamente a camada de sobrerrevestimento 300. A camada de sobrerrevestimento é seca e calcinada, como descrito na seção anterior. Estas duas etapas produzem um catalisador com uma zona a montante ou de entrada 140 (até agora referida como a “zona RCS”), compreendendo apenas a composição RCS. A zona a jusante ou de saída 130 (até agora referida como a “zona AMOx”) compreende uma camada de composição de revestimento reativo de sub-revestimento 200, contendo o componente de oxidação de NH3 e uma camada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento 300 contendo o componente RCS. A geração de uma zona de saída de duas camadas, que separe fisicamente o componente de oxidação de NH3 e o componente RCS, é uma característica importante que afeta o desempenho do catalisador e distingue esta metodologia específica para a preparação de um catalisador integrado RCS + AMOx.
[71] Em uma modalidade, a zona a montante compreende uma camada de composição de revestimento reativo de catalisador RCS disposta sobre o carreador e a zona a jusante compreende uma camada de subrevestimento contendo um componente de oxidação de NH3 disposto sobre o carreador e uma camada de composição de revestimento reativo de catalisador RCS disposta sobre pelo menos uma parte da camada de sub-revestimento. De acordo com uma modalidade específica, a razão do comprimento da zona frontal sobre o comprimento total do substrato é pelo menos cerca de 0,4. Em uma modalidade mais específica, a razão do comprimento da zona frontal sobre o comprimento total do substrato está na faixa de cerca de 0,5 e cerca de 0,9. Em uma modalidade ainda mais específica, a razão do comprimento da zona frontal sobre o comprimento total do substrato está na faixa de cerca de 0,6 e cerca de 0,8.
[72] Após a camada de composição de revestimento reativo de sobrerrevestimento ser aplicada, o catalisador acabado é colocado no sistema de exaustão, tomando cuidado para que a orientação seja tal que a zona de
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RCS esteja disposta na posição 140 a montante do catalisador. Em modalidades alternativas, podem ser aplicadas camadas adicionais à camada de sobrerrevestimento.
[73] Em uma modalidade alternativa, o componente de oxidação de NH3 é aplicado como uma camada de sub-revestimento por todo o comprimento do substrato na primeira etapa. Na segunda etapa, o componente RCS é aplicado como uma camada de sobrerrevestimento por todo o comprimento do substrato. Isso produz um catalisador em que a zona AMOx 200 cobre todo o comprimento do substrato. Este catalisador é precedentemente referido como um “AMOx autônomo”. Método para o Tratamento de Emissões [74] Outro aspecto da presente invenção inclui um método para o tratamento de emissões produzidas no fluxo de gás de exaustão de um motor. O fluxo de gás de exaustão pode incluir um ou mais de NOx, CO, hidrocarbonetos e amônia. Em uma ou mais modalidades, o método inclui a injeção de amônia ou um precursor de amônia em um fluxo de gás de exaustão e, em seguida, a passagem do fluxo de gás de exaustão primeiro por uma zona RCS a montante descrita aqui para remover NOx pela função RCS. Em tais modalidades, o fluxo de gás de exaustão é em seguida passado por uma zona AMOx a jusante para remover amônia pela função de oxidação de NH3. A zona do catalisador a jusante pode também servir para oxidar um ou mais de CO, hidrocarbonetos, além de amônia.
[75] Em uma modalidade, a zona RCS a montante e a zona AMOx a jusante são dispostas em um único substrato de catalisador. A zona RCS compreendida no intervalo de cerca de 50% a cerca de 90% do comprimento do substrato, e consiste apenas no componente RCS. A zona AMOx compreende a faixa de cerca de 5% a cerca de 50% do comprimento do substrato, e consiste em uma camada de sub-revestimento contendo o componente de oxidação de NH3 e uma camada de sobrerrevestimento
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 37/55 / 37 contendo o componente RCS.
[76] Em uma modalidade alternativa do método, a zona RCS a montante está disposta em um substrato carreador e da zona AMOx a jusante está disposta sobre um substrato carreador separado. Nesta modalidade, a zona AMOx é preparada como um AMOx autônomo, conforme descrito acima. O volume do catalisador AMOx autônomo a jusante está na faixa de cerca de 10% a cerca de 100% do volume do catalisador RCS a montante e consiste em uma camada de sub-revestimento contendo o componente de oxidação de NH3 e uma camada de sobrerrevestimento contendo o componente RCS, [77] Em ambas as modalidades acima, a zona AMOx consiste em duas camadas de composição e funcionalidade distintas. A camada de subrevestimento consiste em um componente de metal precioso com suporte e funções para oxidar amônia acordo com a Eq. 2. A camada de sobrerrevestimento é livre de metal precioso e consiste em uma composição de catalisador eficaz para a conversão de NOx e amônia em dinitrogênio. A figura 2 ilustra a forma como estas duas camadas funcionam em conjunto para aumentar a seletividade de N2 para oxidação de NH3 no catalisador AMOx. As moléculas de amônia, que são dessorvidas de um catalisador RCS sob condições onde não podem ser rapidamente consumidas por uma molécula de NOx (por exemplo, em um evento de dessorção térmica) descem o canal 110, enquanto colidem com a camada de composição de revestimento reativo 300 na zona a montante 140, compreendendo um catalisador RCS. A molécula pode se difundir para dentro e para fora da camada de composição de revestimento reativo 300, mas não é convertida de outra maneira pelo catalisador até que entre na zona a jusante 130 e entre em contato com a camada de sub-revestimento 200, que contém uma composição que inclui um componente de oxidação de NH3. Na camada de sub-revestimento 200, a amônia é inicialmente convertida em NO, que subsequentemente pode se
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 38/55 / 37 difundir para a camada de sobrerrevestimento 300. Na camada de sobrerrevestimento contendo uma composição de catalisador RCS, o NO pode reagir com NH3 para formar N2, aumentando assim a seletividade líquida para N2.
[78] A colocação do metal precioso com suporte na camada inferior de composição de revestimento reativo debaixo do componente RCS na camada de sobrerrevestimento restringe NO a ser gerado apenas na camada de sub-revestimento. Isso tem o efeito de aumentar o tempo médio de residência de NO dentro das camadas de composição de revestimento reativo do catalisador. À medida que o tempo de residência do NO é aumentado, o NO tem uma maior probabilidade de colidir com uma molécula de amônia na camada de composição de revestimento reativo de RCS e de produzir N2, que é finalmente liberado do catalisador.
[79] Em uso, a zona RCS a montante 140 do catalisador é a principal responsável pela remoção de emissões de NOx da exaustão por reação de redução catalítica seletiva da amônia. A zona AMOx a jusante é a principal responsável pela função de oxidação da amônia. Como discutido aqui em contrário, a zona a jusante 130, com uma sob-recamada da composição RCS terá atividade RCS e pode ainda funcionar na redução de NOx. Desta forma, a zona AMOx pode contribuir para a remoção líquida de NOx. Além disso, em temperaturas elevadas, algumas composições RCS, particularmente catalisadores RCS à base de cobre, também podem ter apreciável atividade de oxidação de amônia, mesmo na ausência de um componente de metal precioso. Além disso, as composições de catalisador RCS à base de cobre podem converter NH3 a N2, com alta seletividade em temperaturas acima de 350°C. Em um ou mais modalidades, a zona RCS pode, assim, contribuir para a redução do excesso de amônia.
[80] Outro aspecto da presente invenção é dirigido a um sistema de tratamento de emissões compreendendo um ou mais componentes adicionais
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 39/55 / 37 para o tratamento das emissões de gás de exaustão de diesel. A exaustão do motor a diesel é uma mistura heterogênea que contém não apenas as emissões de gases como o monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados e NOx, mas também materiais de fase condensada (líquidos e sólidos), que constituem particulados ou matéria particulada. Frequentemente, as composições de catalisador e substratos sobre os quais as composições são dispostas são fornecidas em sistemas de exaustão do motor a diesel para converter alguns ou todos estes componentes da exaustão em componentes inócuos. Por exemplo, sistemas de exaustão de diesel podem conter um ou mais de um catalisador de oxidação de diesel e um filtro de fuligem, além de um catalisador para a redução de NOx. Modalidades da presente invenção podem ser incorporadas em sistemas de tratamento de gás de exaustão de diesel conhecidos na técnica. Um de tais sistemas é divulgado na Patente No. US 7.229.597, que é aqui incorporada como referência em sua totalidade.
[81] Um exemplo de um sistema de tratamento de emissões pode ser mais facilmente apreciado com referência à Figura 3, que retrata uma representação esquemática de um sistema de tratamento de emissões 400, em conformidade com esta modalidade da presente invenção. Um fluxo de gás de exaustão contendo poluentes gasosos (por exemplo, hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono e NOx) e material particulado são transportados através da linha 510 a partir de um motor 500 para um catalisador de oxidação de diesel (DOC) 600. No DOC, hidrocarbonetos gasosos não queimados e não voláteis e monóxido de carbono são queimados em grande parte para formar dióxido de carbono e água. Além disso, uma parte do NO do componente NOx pode ser oxidado a NO2 no DOC. O fluxo de exaustão é em seguida transmitido através da linha 610 para um filtro de fuligem catalisada (CSF) 700, que aprisiona material particulado presente no fluxo de gás de exaustão. O CSF é opcionalmente catalisado por regeneração passiva. Após a remoção do material particulado, através do CSF 700, o fluxo
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 40/55 / 37 de gás de exaustão é transportado através da linha 710 para um catalisador a jusante 800, de acordo com as modalidades aqui descritas, para o tratamento e/ou conversão de NOx e amônia.
[82] Sem a intenção de limitar a invenção de qualquer maneira, as modalidades da presente invenção serão mais completamente descritas pelos seguintes exemplos.
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS 1A-1I [83] Uma série de catalisadores 1A-1I foi preparada conforme descrito na Tabela 1. Todos os catalisadores consistem em pós dispostos em monólitos alveolar de cordierita com 1,0 polegada (2,54 cm) de DE x 3,0 polegadas (7,62 cm) de comprimento com as dimensões do canal de 400 cpsi e espessura da parede de 6 mil (0,15 mm). Estes catalisadores foram preparados inicialmente pela imobilização de Pt(IV) sobre γ-alumina (SBA150) através de impregnação por umidade incipiente de Pt(OH)62' em pH 9,5, seguida pela fixação com ácido acético. O sólido amarelo resultante continha cerca de 0,58% em peso de Pt em uma base de sólidos sem voláteis. O sólido foi suspenso em água deionizada e passado através de um moinho contínuo para reduzir o tamanho das partículas. O substrato de monólito foi mergulhado na pasta fluida resultante, drenado e o excesso de pasta fluida removido, por sopro de ar comprimido através dos canais. A amostra de monólito foi seca e calcinada entre 450-600°C. As amostras comparativas 1A e 1B, consistindo apenas de Pt sobre ARL, foram retiradas neste momento. O zeólito com troca de cobre ou ferro foi suspenso em água deionizada e a suspensão moído para diminuir o tamanho das partículas. Monólitos, aos quais uma composição de revestimento reativo de Pt com suporte já tinha sido aplicado como descrito acima, foram mergulhados na pasta fluida resultante, drenados e o excesso de pasta fluida foi removido por ar comprimido. As amostras de monólito foram secas e calcinadas a 450°C proporcionar catalisadores em camadas 1C-1G e 1K-1M. Os catalisadores uniformes 1H, 1I
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 41/55 / 37 e 1N foram feitos pela combinação da Pt nas pastas fluidas SBA-150 com as pastas fluidas de zeólito com troca de metal apropriadas na proporção desejada, e pelo imersão de monólitos frescos na pasta fluida combinada. Os núcleos foram secos e calcinados a 450°C.
Tabela 1. Catalisadores de oxidação da amônia baseados em Pt com suporte em γ-alumina e composições RCS à base de zeólito
| Suporte Pta g/in3 (1 in3 = 16,4 cm3) | Pt % em peso (metal) | Total Pt g/ft3 (1ft3 = 0,03 m3) | Cocatalisador g/in3 (1 in3 = 16,4 cm3) | Composição do Cocatalisador | NH3 convb 250°C | n2 sele 250°C | N2 sele 400°C | |
| 1A | 0,55 | 0,58 | 5,52 | 0,00 | - | 96 | 58 | 18 |
| 1B | 0,51 | 0,58 | 5,09 | 0,00 | - | 96 | 53 | 14 |
| 1C | 0,47 | 0,58 | 4,67 | 2,03 | CuCHAd | 89 | 68 | 96 |
| 1D | 0,47 | 0,58 | 4,67 | 0,93 | CuCHAd | 91 | 67 | 78 |
| 1E | 0,47 | 0,58 | 4,67 | 1,11 | CuCHAd | 89 | 72 | 92 |
| 1F | 0,47 | 0,58 | 4,67 | 1,82 | CuCHAd | 88 | 74 | 95 |
| 1Ge | 0,47 | 0,58 | 4,67 | 1,82 | CuCHAd | 84 | 77 | 81 |
| 1Hf | 0,40 | 0,58 | 3,99 | 2,06 | CuCHAd | 79 | 82 | 82 |
| 11e,f | 0,43 | 0,58 | 4,33 | 2,23 | CuCHAd | 56 | 92 | 71 |
| 1K | 0,51 | 0,57 | 5,00 | 1,61 | FeBEAg | 94 | 58 | 74 |
| 1L | 0,55 | 0,57 | 5,43 | 2,16 | FeBEAg | 94 | 57 | 85 |
| 1M | 0,51 | 0,57 | 5,00 | 2,97 | FeBEAg | 90 | 59 | 94 |
| 1Nf | 0,48 | 0,57 | 4,74 | 2,40 | FeBEAg | 96 | 58 | 69 |
| 1Yh | - | - | 2,90 | CuCHAd | - | - | - | |
| 1Zi | - | - | 3,00 | FeBEAg | - | - | - | |
| a7-Al2Ü3(SBA-150) ’ percentual de conversão de NH3 c percentual da seletividade de N2 d 2,3% Cu em peso(metal) em SSZ-13,SAR = 30 5 envelhecido a 750°C, 5 h, 10% H2O/ar f Mistura física uniforme do Pt suportado e zeólito carregado como camada única g 1,2% Fe em peso(metal) no zeólito beta,SAR = 30 h envelhecido a 655°C, 25 h,10% H2O/ar 1 envelhecido a 750°C, 25 h,10% H2O/ar |
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS 1K-1N [84] Uma série de catalisadores 1K-1N foi preparada conforme descrito na Tabela 1. Todos os catalisadores consistem em pós dispostos em monólitos alveolar de cordierita com 1,0 polegada (2,54 cm) de DE x 3,0 polegadas (7,62 cm) de comprimento com as dimensões do canal de 400 cpsi e espessura da parede de 6 mil (0,15 mm). A Pt em camada de subrevestimento de alumina-γ foi preparada e aplicada a 1K-1N exatamente da mesma maneira como descrito acima. A sobrecamada foi aplicada a 1K-1M, como descrito acima para a sobrecamada CuCHA, exceto que FeBEA, contendo 1,5% em peso de Fe em uma base de sólidos sem voláteis e com SAR = 30, substituiu o material CuCHA. O catalisador uniforme 1N foi feito
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 42/55 / 37 pela combinação da Pt na pasta fluida de SBA-150 com as pastas fluidas de FeBEA na proporção desejada, e pela imersão de monólitos frescos na pasta fluida combinada, seguida por secagem e calcinação a 450°C.
ENVELHECIMENTO DE AMOSTRAS 1A-1Z [85] Antes de analisar ou avaliar, todos os catalisadores foram envelhecidos termicamente ao ar a 750°C por 5 h, exceto onde indicado o contrário observado na Tabela 1. Os envelhecimentos térmicos de catalisadores foram realizados em um forno tipo caixa. O protocolo de envelhecimento tem uma dupla finalidade. Em primeiro lugar, os resultados da avaliação significativa podem apenas ser obtidos sob condições onde a atividade do catalisador não muda ao longo de diversas execuções de avaliação. O recozimento térmico garante que o catalisador está em um estado de equilíbrio no que diz respeito a mudanças térmicas. Em segundo lugar, os catalisadores foram avaliados sob condições térmicas que modelam uma fração razoável da vida útil veicular para garantir que a atividade do catalisador após o uso no campo de longa duração será adequada.
Exemplo 1 [86] A arquitetura de composição dos catalisadores foi visualizada usando MEV. A Figura 4A mostra uma micrografia eletrônica de varredura do catalisador comparativo 1H, mostrando claramente grãos de alumina γ uniformemente dispersos por toda a profundidade da composição de revestimento reativo. Para atingir a carga desejada do catalisador no catalisador uniforme, a pasta fluida em pó foi aplicada em três etapas de revestimento e isso é evidente no limite entre as camadas. Estas não constituem limites entre diferentes composições, entretanto, e, portanto, o catalisador 1H não se enquadra na presente definição de um catalisador em camadas. A Figura 4B mostra uma micrografia do catalisador representativo 1C, que tem composição a granel e carga total de composição de revestimento reativo comparáveis à 1H. Entretanto, no catalisador C o material de
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Pt/AÍ2)O3 está localizado em uma camada fina na superfície do monolito, com essencialmente nenhuma alumina-γ na camada superior da composição de revestimento reativo. As imagens de MEV indicam que o efeito desejado de camadas de composição pode ser alcançado, onde a Pt foi depositada e isolada profundamente na composição de revestimento reativo do catalisador.
Exemplo 2 [87] Os catalisadores na Tabela 1 foram avaliados pela atividade de oxidação de amônia em um reator de gás modelo em laboratório operado em condições de alimentação de gás como se segue; NH3 = 500 ppm, O2 = 10% (fornecido como o do ambiente interno), H2O = 5%, equilíbrio = N2. Todas as avaliações foram feitas em um GHSV = 100.000/h em núcleos que tinham 3 polegadas (7,62 cm) de comprimento, proporcionando uma velocidade de fluxo linear de 2,11 tn(1914,2 kg)/s. Para uma dimensão de canal de 1,27 mm e T = 300°C, o número de Reynolds de 9,1 para o sistema, de modo que o reator opere em regime de fluxo laminar.
[88] Os dados da Figura 5a mostram a seletividade de N2 para amostras 1B-1F, em que a composição de composição de revestimento reativo superior consiste em zeólito de chabazita com troca de cobre (II), 2,9% em peso de Cu. A seletividade foi avaliada em 250°C (símbolos quadrados) e 400°C (símbolos redondos). A seletividade de N2 é uma função do teor de CuCHA, especialmente em 400°C. O catalisador 1C, contendo apenas Pt sobre Al2O3, deu apenas 15% de seletividade, enquanto que amostras com mais de 1,4 g/polegada3 (1 polegada3 = 16,4 cm3) de CuCHA presentes como uma sobrecamada em cima da camada de PtAl2O3 proporcionam seletividade de mais de 90% para N2. Em 250°C a dependência da seletividade de N2 em CuCHA não é tão forte, mas ainda há um aumento de 55% para 75% na seletividade de N2 conforme CuCHA é aumentada de zero a 1,4 g/polegada3 (1 polegada3 = 16,4 cm3). Estes dados mostram o valor da sobrecamada de cocatalisador RCS no ajuste da seletividade de N2 para valores mais altos. Além
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 44/55 / 37 disso, os dados na Figura 5B mostram que a temperatura de ignição T50 situase entre 220°C e 235°C, sem tendência óbvia, indicando que não há atividade NH3 de penalidade considerável devido à presença do sobrerrevestimento.
EXEMPLO 3 [89] Os catalisadores 1J-1N na Tabela 1 foram avaliados pela oxidação de NH3 em um reator de gás modelo em laboratório como descrito acima. A Figura 6 mostra a seletividade de N2 para os catalisadores J-M como uma função da carga de composição de revestimento reativo superior. A seletividade de N2 é uma função do teor de FeBEA, especialmente em 400°C, mas a tendência da seletividade como uma função da carga de FeBEA é menos acentuada do que para os catalisadores baseados em CuCHA. Os dados mostram que é preciso uma carga consideravelmente maior do co-catalisador FeBEA para atingir a mesma seletividade de N2 do co-catalisador CuCHA. Em 250°C, a seletividade de N2 é essencialmente invariável em função da carga de FeBEA mesmo até cargas de FeBEA de 3,0 g/polegada3 (1 polegada3 = 16,4 cm3). Os dados na Figura 6B mostram que a temperatura de ignição T50 situa-se entre 22O°C e 230°C para todos os catalisadores 1J-1N, sem tendência óbvia, novamente indicando que não há atividade NH3 de penalidade considerável devido à presença do sobrerrevestimento.
EXEMPLO 4 [90] A Figura 7 compara a seletividade de N2 dos catalisadores AMOx envelhecidos como uma função da microestrutura de composição de catalisador e como uma função do co-catalisador. A seletividade foi avaliada a 400°C. Para catalisadores em camadas 1C e 1L, com base em CuCHA e FeBEA, respectivamente, os dados mostram que a estrutura em camadas, com o componente de Pt com suporte na camada de sub-revestimento, proporciona maior seletividade de N2 que os catalisadores uniformes de composição equivalente 1H e 1N, em que a função de Pt com suporte está fisicamente misturada com o co-catalisador. Assim, há uma vantagem para a
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 45/55 / 37 microestrutura de composição em camadas sobre os catalisadores uniformes em termos de seletividade de N2. A Figura 7 também mostra que para a microestrutura em camadas ou para o catalisador misto, o co-catalisador CuCHA proporciona maios seletividade de N2 que a co-catalisador FeBEA. Esta é uma consequência da atividade muito maior do material CuCHA para a reação de RCS, Eq. 1.
[91] Este último fato é corroborada pelos dados da Figura 8, que mostra a atividade RCS dos catalisadores comparativos Y (símbolos abertos, 2,6 g/polegada3 (1 polegada3 = 16,4 cm3) de CuCHA, 2,9% em peso de Cu) e Z (símbolos fechados, 3,0 g/polegada3 de FeBEA, 1,5% em peso de Fe), que não têm Pt em sub-revestimentos de alumina. As condições de avaliação de RCS foram: NH3 = 500 ppm, NO = 500 ppm, O2 = 10% (distribuído como ar), H2O = 5%, equilíbrio = N2, GHSV = 100.000/h. Os catalisadores foram envelhecidos a 750°C por 5 h em 10% de H2O/ar. Estes dados mostram que a conversão de NO e NH3 por um catalisador de CuCHA-somente sob condições RCS-relevantes é consideravelmente maior que a de um catalisador de FeBEA-somente comparativamente carregado. Esta diferença se relaciona diretamente com a maior taxa de reação no co-catalisador de CuCHA, o que significa que a reação RCS no co-catalisador de CuCHA é cineticamente competitiva em relação à taxa de oxidação de amônia no componente de Pt com suporte. Sob tais condições, o NO produzido pela Eq. 2 pode ser combinado rapidamente com a NH3 remanescente para produzir N2, aumentando assim a conversão líquida de NH3 para N2.
EXEMPLO 5 [92] A estabilidade térmica e hidrotérmica de catalisadores AMOx baseados em CuCHA mistos e em camadas foi testada sob condições de oxidação de NH3 e os dados mostrados na Figura 9. Os catalisadores foram envelhecidos termicamente a 750°C por 5 horas no ar (símbolos fechados) ou 750°C por 5 h em 10% de H2O/ar (símbolos abertos). Os dados mostram que
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 46/55 / 37 tanto os catalisadores em camadas 1F e 1G (símbolos redondos) como os catalisadores uniformes H e I (símbolos quadrados) têm boa estabilidade ao envelhecimento térmico no ar a 750°C por 5 h, sem perda de atividade em relação aos catalisadores preparados na hora. Após o envelhecimento hidrotérmico em 10% de H2O/ar a 750°C por 5 h, os dados não mostram perda de atividade para o catalisador em camadas. Entretanto, há uma perda significativa da atividade para o catalisador uniforme após o envelhecimento hidrotermal. Esses dados ilustram a vantagem de uma maior separação física do componente de Pt e do componente contendo cobre para alcançar a estabilidade hidrotérmica em misturas de catalisador.
PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS 1P E 1Q [93] Um catalisador integrado RCS + AMOx 1P foi produzido com base no esquema ilustrado na Figura 2. Resumidamente, um substrato de monólito alveolar com 1,0 polegada (2,54 cm) de DE x 6,0 polegadas (15,24 cm) de comprimento com 400 cpsi e 6 mil (0,15 mm) de espessura da parede foi revestido com uma pasta fluida contendo 0,57% em peso de Pt com suporte em SBA-150, em uma zona de 1,25 cm de comprimento em uma extremidade, seguido por secagem e calcinação a 450°C. O processo de preparação de pasta fluida foi descrito acima. A carga de composição de revestimento reativo alvo nesta zona foi de 0,5 g/polegada3 (1 polegada3 =
16,4 cm3), o que proporciona uma carga de Pt alvo de 5 g/pé3 nesta zona. A peça resultante tem uma zona de Pt sobre γ-alumina em uma extremidade, como mostrado na Figura 2A. Esta mesma peça foi, em seguida, revestida a partir da extremidade oposta com uma pasta fluida contendo CuCHA, para proporcionar uma carga alvo de CuCHA de 2,5 g/polegada3 (1 polegada3 =
16,4 cm3) em toda a peça, usando o processo de preparação de pasta fluida e de revestimento acima descrito. A peça foi seca e, em seguida, calcinada a 450°C para fixar o catalisador CuCHA na peça. Este processo proporciona uma peça com duas zonas, como mostrado na Figura 2b: 1) uma zona de
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RCS-somente de 4,75 centímetros de comprimento que tem apenas CuCHA a
2,5 g/polegada3 (1 polegada3 = 16,4 cm3); 2) uma zona AMOx de 1,25 polegadas (31,75 mm) de comprimento, que tem Pt sobre SBA-150 de 0,5 g/polegada3 (1 polegada3 = 16,4 cm3)como uma camada de sub-revestimento e 2,5 g/polegada3 (1 polegada3 = 16,4 cm3) de CuCHA como uma camada superior. Essa peça funciona como um modelo em escala de laboratório para um catalisador RCS + AMOx gerado por um processo de revestimento integrado. Um catalisador comparativo Q foi gerado pelo revestimento de um substrato de monólito alveolar com 1,0 polegada (2,54 cm) de DE x 6,0 polegadas (152,4 mm) de comprimento com 2,5 g/polegada3 (1 polegada3 =
16,4 cm3) de CuCHA por todo o comprimento da peça, mas sem ter a Pt sobre a zona de sub-revestimento de γ-alumina. Veja a Tabela 2 para obter detalhes da composição do catalisador e da geometria.
Tabela 2. CATALISADORES RCS + AMOX INTEGRADOS
| Catalisador’ | Zona 1 | Zona 2 | Dados de oxidação de NH | |||||||
| Comprimento da zona | CuCHAb Cargac | Comprimento da zona | Suporte Pt c,d | Suporte em Pt | Total Pt c | CuCHAb Cargac | NH3 | n2 | n2 | |
| in (1 in = 2,54 cm) | g/in3 (1 in3 = 16,4 cm3) | in (1 in = 2,54 cm) | g/in3 (1 in3 = 16,4 cm3) | % em peso (metal) | g/ft3 (1ft3 = 0,03 m3) | g/in3 (1 in3 = 16,4 cm3) | conve 250°C | self 250°C | self 400°C | |
| P | 4,75 | 2,32 | 1,25 | 0,53 | 0,58 | 5,31 | 2,32 | 46 | 96 | 100 |
| Q | 6 | 2,32 | 0 | - | - | - | - | 6,3 | 99 | 100 |
| ’ Catalisador em estado fresco b 2,9% Cu em peso em SSZ-13, SAR = 30 c com base no comprimento da zona d γ-alumina e percentual da conversão NH3 f percentual da seletividade N2 |
EXEMPLO 6 [94] O catalisador P foi avaliado no estado fresco para a oxidação de amônia, sob as seguintes condições consideradas como relevantes para aplicações móveis de RCS: NH3 = 200 ppm, O2 = 10% (distribuído como ar de ambiente interno), H2O = 5%, equilíbrio = N2, GHSV = 80.000/h. A velocidade espacial foi definido usando o volume de efluente da peça inteira. É preciso reconhecer que a zona AMOx sobre esta peça é de apenas 20% do volume total e assim a velocidade espacial efetiva para a zona AMOx é de 400.000/h. Como resultado, esperamos que a conversão líquida de NH3 seja
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 48/55 / 37 menor que nos testes das peças de AMOx-somente acima. A peça foi avaliada com a zona AMOx colocada na posição a jusante (de saída). A Figura 10 mostra a conversão porcentual de NH e a seletividade porcentual de N2 da peça P como uma função da temperatura, e sobrepõe esses vestígios contra a peça comparativa Q. Os dados mostram que o catalisador RCS-somente Q pode oxidar a amônia em altas temperaturas (T50 = 330°C), mas que o T50 para a ignição de NH3 é movido para aproximadamente 250°C no catalisador RCS + AMOs integrado P. Em ambos os casos, a oxidação de NH produz N2, quase exclusivamente, como mostrado pelas seletividade de N2 em excesso de 90% para todas as temperaturas.
EXEMPLO 7 [95] O catalisador P foi avaliado para atividade RCS sob as seguintes condições consideradas como relevantes para aplicações móveis de RCS: NH3 = 200 ppm, NO = 200 ppm, O2 = 10% (distribuído como ar), H2O = 5%, equilíbrio = N2, GHSV = 80.000/h. Os dados da Figura 11 mostram que a amostra comparativa de RCS-somente Q e o catalisador RCS + AMOx integrado P proporcionam conversão de NO e conversão de NH3 essencialmente equivalentes. Estes dados demonstram que a colocação do sub-revestimento contendo Pt na parte 20% traseira de um catalisador RCS não afeta negativamente a conversão de NOx de RCS do sistema de catalisador.
EXEMPLO 8 [96] O sistema de catalisador RCS + AMOx integrado finalmente foi avaliado sob condições de RCS, onde NH3 está em excesso, a fim de avaliar o desempenho de RCS e de AMOx simultaneamente. As condições para essa avaliação são as seguintes: NO = 200 ppm, O2 = 10% (fornecido como o ar do ambiente interno), H2O = 5%, equilíbrio = N2, GHSV = 80.000/h; NH3 = 200 ppm (T = 200°C), 226 ppm (250°C), 257 ppm (350°C), 828 ppm (450°C). Os níveis de NH3 foram escolhidos para cada ponto de
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 49/55 / 37 temperatura a fim de dar 50 ppm de NH3 na saída do catalisador de RCSsomente controle Q. O fluxo de gás foi em seguida alterado para o catalisador RCS + AMOx integrado P e foi avaliado sob a mesma condição. Esses dados são mostrados na Figura 12. Tanto P como Q proporcionam quase 100% de conversão de NO em T> 250°C. O catalisador Q proporciona uma conversão de NO um pouco maior a 200°C. Em termos de conversão de NH3 conversão, é claro que para a temperatura até 350°C, o catalisador RCS + AMOx integrado proporciona maior conversão de NH3 e, portanto, menor deslizamento de NH3 sob condições de excesso de amônia. Devido à oxidação eficiente de amônia pelo catalisador CuCHA a 450°C, não foi possível obter um deslizamento de NH3 de 50 ppm a partir do catalisador comparativo de RCS-somente Q nessa temperatura.
[97] Os dados das Figuras 10-12 mostram que o catalisador P atinge três importantes metas para um catalisador RCS + AMOx integrado: 1) o componente oxidante de amônia oxida amônia na ausência de NO; 2) quando colocados na camada de sub-revestimento e na zona traseira, o componente de oxidação de amônia não afeta negativamente a conversão de NOx de RCS; 3) sob condições relevantes de RCS com excesso de NH3, o catalisador de RCS + AMOx integrado pode, simultaneamente, remover NOx e excesso de amônia. Também foi demonstrado que a zona AMOx em camadas de composição é mais estável ao envelhecimento hidrotermal que uma arquitetura de catalisador uniforme convencional baseada na mesma composição.
[98] A referência ao longo desta especificação a “uma (1) modalidade”, “certas modalidades”, “uma ou mais modalidades” ou “uma modalidade” significa que um determinado traço, estrutura, material ou característica descrita em conexão com a modalidade está incluído em pelo menos uma modalidade da invenção. Assim, o aparecimento das frases tais como “em uma ou mais modalidades”, “em certas modalidades”, “em uma (1)
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 50/55 / 37 modalidade” ou “em uma modalidade” em vários lugares ao longo desta especificação não está necessariamente referindo-se a mesma modalidade da invenção. Além disso, os traços, estruturas, materiais, ou características particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada, em uma ou mais modalidades. Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às modalidades particulares, é preciso entender que essas modalidades são meramente ilustrativas dos princípios e aplicações da presente invenção. Será evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas ao método e sistema da presente invenção, sem se afastar do espírito e escopo da invenção. Assim, pretende-se que a presente invenção inclua alterações e variações que estão dentro do escopo das reivindicações anexadas e seus equivalentes.
Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 51/55 / 3
Claims (10)
- REIVINDICAÇÕES1. Sistema catalisador para tratar uma corrente de gás de descarga contendo NOx, o sistema caracterizado pelo fato de compreender:um substrato de catalisador monolítico;uma camada de composição de revestimento ativo de subrevestimento revestida em uma extremidade do substrato monolítico, e contendo uma composição de material A eficaz para catalisar a oxidação de NH3; e uma camada de composição de revestimento ativo de sobrerrevestimento revestida sobre um comprimento do substrato monolítico suficiente para cobrir pelo menos uma parte da camada da composição de revestimento ativo de sub-revestimento, e contendo uma composição de material B eficaz para catalisar a redução catalítica seletiva (RCS) de NOx, em que a composição de material B contém uma peneira molecular de aluminosilicato que tem um tipo de estrutura de cristal CHA, em que a peneira molecular contém Cu, em que o sistema catalisador compreende uma zona a montante e uma zona a jusante, em que a zona a montante compreende a camada de composição de revestimento ativo de sobrerrevestimento disposta no substrato e a zona a jusante compreende a camada de composição de revestimento ativo de subrevestimento disposta no substrato e a camada de composição de revestimento ativo de sobrerrevestimento disposta em pelo menos uma porção da camada de sub-revestimento.
- 2. Sistema catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato monolítico é um substrato alveolar de fluxo transpassante compreendendo uma pluralidade de passagens de fluxo de gás consideravelmente paralelas, estreitas que se estendem ao longo do eixo longitudinal do substrato.
- 3. Sistema catalisador de acordo com a reivindicação 1,Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 52/552 / 3 caracterizado pelo fato de que a camada composição de revestimento ativo de sub-revestimento também contém uma composição de material adicionalmente eficaz para catalisar RCS de NOx.
- 4. Sistema catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de material A compreende um componente de metal precioso disperso em partículas de suporte.
- 5. Sistema catalisador de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o componente de metal precioso compreende platina.
- 6. Sistema catalisador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as partículas de suporte compreendem um óxido de metal refratário contendo alumina, sílica, zircônia, titânia, céria ou misturas dos mesmos.
- 7. Sistema catalisador de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que Cu está presente em uma quantidade entre 0,1% e 10% em peso da peneira molecular.
- 8. Método para preparar um sistema catalisador para o tratamento de uma corrente de descarga de NOx, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender:revestir uma extremidade de um substrato monolítico ao longo de pelo menos cerca de 5% do comprimento do substrato com uma camada composição de revestimento ativo de sub-revestimento contendo uma composição de material A eficaz para a catálise da oxidação de NH3;secar e calcinar o substrato revestido para fixar a camada de composição de revestimento ativo de sub-revestimento sobre o substrato;revestir novamente o substrato ao longo de pelo menos cerca de 50% do comprimento do substrato com uma camada de composição de revestimento ativo de sobrerrevestimento contendo uma composição de material B eficaz para catalisar a redução catalítica seletiva de NOx, para formar uma zonaPetição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 53/553 / 3 longitudinal compreendendo uma composição de RCS e uma segunda zona longitudinal compreendendo uma composição de RCS que cobre pelo menos parte da camada de composição de revestimento ativo de sub-revestimento contendo uma composição de oxidação de NH3, a composição de RCS sendo composicionalmente diferente da camada de sub-revestimento; e secar e calcinar o substrato revestido para fixar a composição de RCS sobre o substrato na zona a montante e sobre a camada composição de revestimento ativo de sub-revestimento na zona a jusante, em que a composição de material B contém uma peneira molecular de aluminosilicato que tem um tipo de estrutura de cristal CHA, em que a peneira molecular contém Cu.
- 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda revestir todo o comprimento do substrato com múltiplas camadas de uma composição de RCS.
- 10. Método para tratar emissões produzidas em uma corrente de gás de descarga de um motor de queima pobre, caracterizado pelo fato de que compreende:injetar amônia ou um precursor de amônia em um vapor de exaustão contendo um ou mais dentre NOx, CO, ou hidrocarbonetos;fazer com que o vapor de exaustão passe pelo sistema catalisador como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que a composição de material B está em uma zona a montante do sistema e a composição de material A está em uma zona a jusante.Petição 870170102610, de 28/12/2017, pág. 54/551/10
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