ES2234853T3 - Sistema de escape de automovil, con catalizador/trampa de hidrocarburos. - Google Patents

Sistema de escape de automovil, con catalizador/trampa de hidrocarburos.

Info

Publication number
ES2234853T3
ES2234853T3 ES01949716T ES01949716T ES2234853T3 ES 2234853 T3 ES2234853 T3 ES 2234853T3 ES 01949716 T ES01949716 T ES 01949716T ES 01949716 T ES01949716 T ES 01949716T ES 2234853 T3 ES2234853 T3 ES 2234853T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
catalyst
metal
exhaust system
stabilized
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES01949716T
Other languages
English (en)
Inventor
Paul Joseph Andersen
Todd Howard Ballinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Johnson Matthey PLC
Original Assignee
Johnson Matthey PLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johnson Matthey PLC filed Critical Johnson Matthey PLC
Application granted granted Critical
Publication of ES2234853T3 publication Critical patent/ES2234853T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1021Platinum
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1023Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • B01D2255/1025Rhodium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/204Alkaline earth metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/912HC-storage component incorporated in the catalyst
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Un sistema de escape para automóvil, que comprende una estructura catalizadora, estructura que comprende un sustrato que incluye una, o más, capas catalizadoras, donde una de las capas catalizadoras comprende una composición de catalizador/trampa de hidrocarburos, composición que consiste en un material adsorbente de hidrocarburos y, por lo menos, un metal, o un compuesto de estos, seleccionado entre el grupo que consiste en litio, sodio, potasio, rubidio y cesio, preferentemente cesio, donde el metal está impregnado en el material.

Description

Sistema de escape de automóvil, con catalizador/trampa de hidrocarburos.
Esta invención se refiere a un sistema de escape de automóvil, que comprende una composición de catalizador/trampa de hidrocarburos, para adsorber hidrocarburos, de forma liberable, desde un gas de escape, y oxidar los hidrocarburos.
Los organismos reguladores han promulgado estrictos controles sobre las cantidades de monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno que pueden ser emitidos por los vehículos de motor. La implementación de estos controles, ha tenido por resultado el uso de convertidores catalíticos, para reducir la cantidad de contaminantes emitidos por los vehículos de motor.
Para mejorar el rendimiento de las emisiones que puede conseguirse mediante composiciones de catalizadores de conversión, en particular durante la operación de arranque en frío, se ha propuesto usar un material adsorbente, para adsorber hidrocarburos durante el periodo de arranque en frío, del funcionamiento del motor. Una serie de patentes revelan el vasto concepto de usar un material adsorbente para minimizar las emisiones de hidrocarburos, durante la operación de arranque en frío del motor. Por ejemplo, la publicación US-A-3 699 683 revela una capa adsorbente, situada después de, tanto un catalizador reductor como de un catalizador oxidante. Esa patente también revela que, cuando la corriente de gases del escape está por debajo de 200ºC, la corriente de gas es dirigida a través del catalizador reductor, después a través del catalizador oxidante y, finalmente, a través de la capa adsorbente, adsorbiendo de ese modo hidrocarburos en la capa adsorbente. Cuando la temperatura sube por encima de los 200ºC, la corriente de gas que se descarga desde el catalizador de oxidación, se divide en partes mayor y menor. La parte mayor es descargada directamente en la atmósfera. La parte menor se pasa a través de la capa adsorbente, mediante lo que se produce su desorción, y la parte menor resultante que contiene los hidrocarburos no quemados, es pasada después al motor donde son quemados los hidrocarburos liberados no quemados.
Otra patente que revela el uso de, tanto un material adsorbente como una composición de catalizador, para tratar una corriente de escape del motor de un vehículo, en especial durante el periodo de arranque en frío del funcionamiento del motor, es la publicación US-A5 078 979. El adsorbente es un tipo particular de malla molecular, y el material catalizador que puede ser dispersado en el adsorbente puede ser un metal del grupo del platino.
La publicación WO-A-97/22 404 revela el uso de una reacción de intercambio de ion, para alterar las características de adsorción de una ceolita, formando de ese modo una ceolita básica que, según se dice, es útil para adsorber hidrocarburos desde corrientes de escape. El intercambio de iones tiene lugar mezclando un metal alcalino, o un metal alcalinotérreo (específicamente se revela sodio, calcio y magnesio) en una solución acuosa con la ceolita, durante el tiempo y a la temperatura suficientes, para causar el intercambio de iones. Los tiempos de reacción típicos, oscilan entre 0,5 a 4,0 horas, desde la temperatura de ambiente hasta 100ºC y, más típicamente, desde 50 hasta 75ºC. Después se filtra la ceolita intercambiada, y se lava con agua y se seca. De acuerdo con WO-A-97/22 404, la ceolita básica puede formarse en una suspensión, y después usarse para recubrir un sustrato portador.
En la publicación de Mark G. Stevens y Henry C. Foley (Metales Alcalinos en Carbono No Poroso: Nuevos Catalizadores Basados en Sólidos, Chem. Commun., 519-520 (1997)), se revela que el cesio puede ser atrapado en una suspensión molecular tipo carbogen por deposición en fase-vapor. En otra publicación por Stevens et al., (Mark G. Stevens, Keith M. Sellers, Shekhar Subramoney y Henry C. Foley, Acoplamiento de Benceno Catalítico en Catalizadores de Carbono No Poroso/Cesio, Chem. Commun., 2679-2680 (1998)), se dice que tales suspensiones moleculares tipo carbogen con cesio atrapado, tienen una alta afinidad por el hidrógeno, y así mismo para romper el enlace C-H en el benceno y promover, de ese modo, la condensación del benceno en bifenilo.
No obstante lo antedicho, sigue existiendo la necesidad de un catalizador/trampa de hidrocarburos mejorado, para emisiones en la operación de arranque en frío de un automóvil.
La presente invención proporciona un sistema de escape para automóvil, que comprende una estructura catalizadora, estructura que comprende un sustrato que incluye una, o más, capas de catalizador, en las que una de las capas de catalizador comprende una composición de catalizador/trampa de hidrocarburos, composición que consiste en un material que adsorbe hidrocarburos y, por lo menos, un metal, o un compuesto de estos, seleccionado entre el grupo que consiste en litio, sodio, potasio, rubidio y cesio, preferentemente cesio, donde el metal es impregnado en el material.
De acuerdo con la presente invención, un material adsorbente de hidrocarburos es impregnado con un metal activo, para mejorar la oxidación de los hidrocarburos cuando los hidrocarburos son liberados desde el material, a una temperatura elevada, característica de las condiciones normales de escape del motor. Opcionalmente esta invención comprende, además, una o más capas de material de soporte, impregnado con uno o más metales del grupo del platino, en combinación con el catalizador trampa de hidrocarburos impregnado.
La presente invención difiere del uso de los materiales de catalizador/trampa de hidrocarburos previos, para el tratamiento del gas de escape del automóvil, al proporcionar un metal activo depositado en, y en estrecho contacto con, el material adsorbente de hidrocarburos, pero con pocas reacciones químicas, o ninguna, entre el metal activo y el adsorbente. A la vez que se mejora la oxidación de los hidrocarburos, este metal activo no afecta a las características de adsorción del material.
Una composición para su uso en la presente invención comprende típicamente (a), como material adsorbente de hidrocarburos, una ceolita que sea eficaz para adsorber hidrocarburos desde un escape de motor, y (b) un metal activo en estrecho contacto con la ceolita. Opcionalmente la estructura del catalizador comprende, además, una o más capas de (c) un catalizador de tres vías, o de oxidación, que incluye un metal del grupo del platino (PGM) y, preferentemente, incluye una combinación de metales del grupo del platino. Más preferentemente, tal combinación comprende platino, paladio y rodio, en una relación de pesos aproximada de 12:5:1.
El metal activo útil para los propósitos anteriores es esencialmente cualquier metal alcalino, tal como potasio, rubidio, cesio, o una mezcla de cualesquiera dos, o más, de estos. Cesio es el preferido.
Un método de fabricar una estructura catalizadora para uso en la presente invención, comprende los pasos de: (a) preparar una suspensión que contiene un material adsorbente de hidrocarburos; (b) aplicar la suspensión a un sustrato catalizador para constituir una capa sobre este; e (c) impregnar la capa, con una solución de una sal soluble de un metal activo seleccionado entre el grupo que consiste en litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, o una mezcla de cualesquiera dos, o más, de los anteriores, preferentemente cesio; y (d) calentar la capa de suspensión hasta que se seque.
Generalmente, el metal activo se deposita en estrecho contacto con el adsorbente de hidrocarburos (ceolita, por ejemplo), mediante vertido, inmersión o pulverización de una solución de sal soluble del metal activo sobre el adsorbente, que después se calienta hasta secado.
Opcionalmente, el adsorbente de hidrocarburos puede depositarse primero (previamente a la impregnación con el metal activo) sobre un sustrato catalizador, tal como una estructura monolítica inerte o de espuma, o pastillas o anillos inertes.
Si bien la ceolita es el adsorbente de hidrocarburos preferido en la presente invención, también pueden ser válidos otros adsorbentes de hidrocarburos. Entre tales posibilidades están la sílice amorfa, y ciertas formas de carbono o carbono activado, en particular que incluyan formas refractarias de carbono, tales como fullerenos C_{n}.
La composición de la trampa de hidrocarburos, para su uso el la presente invención, incluye un material adsorbente de hidrocarburos, tal como ceolita, que se impregna con un metal activo, de forma que se incrementa la oxidación de los hidrocarburos liberados. Tal impregnación puede ser efectuada mediante contactar una ceolita seca, con una solución de sal soluble, tal como un acetato o un nitrato de un metal activo, a saber un metal alcalino, en concreto cerio, y secar la ceolita húmeda con calor, para retirar el agua, dejando el metal en contacto estrecho con la ceolita, pero evitando el intercambio de iones entre ambas. Un efecto similar puede producirse haciendo una suspensión de solo ceolita en agua, y depositando la suspensión sobre un sustrato de catalizador monolítico, secando la suspensión para dejar la ceolita en contacto estrecho con el sustrato, y después sumergiéndolo, mediante vertido, o rociando una solución de metal activo sobre el sustrato de ceolita y secando tal solución con calor, como arriba, para dejar el metal activo en contacto estrecho con la ceolita en el sustrato.
Tanto las ceolitas naturales como sintéticas, así como las ceolitas ácidas, básicas o neutras, pueden emplearse como absorbente de hidrocarburos. Las ceolitas naturales incluyen faujasitas, clinopotilolitas, mordenitas y chabazitas. Las ceolitas sintéticas incluyen ZSM-5, beta, Y, ultra-estable-Y, mordenita, ferrierita, y MCM-22, siendo ZSM-5 y beta las preferidas. La proporción SiO_{2}:Al_{2}O_{3} para estos materiales está típicamente en el rango de 2-1000, con una proporción preferida de SiO_{2}:Al_{2}O_{3} de 30-300.
En una realización, por lo menos una capa de catalizador comprende un aditivo de óxido metálico. El aditivo de óxido metálico puede incluir uno, o más, de entre BaO, CoO, Fe_{2}O_{3}, MnO_{2}, NiO, y preferentemente es NiO.
De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona el uso de una composición catalizadora que consiste en un material absorbente de hidrocarburos y, por lo menos, un metal, o un compuesto de estos, seleccionado de entre el grupo que consiste en potasio, rubidio y cesio, preferentemente cesio, donde el metal es impregnado sobre el material, para adsorber hidrocarburos desde una corriente de gas de escape, del motor de combustión interna de un vehículo, cuando el gas de escape está a una temperatura primero relativamente fría, y después liberar y oxidar los hidrocarburos, cuando la corriente de gas de escape está a una segunda temperatura relativamente más caliente.
En uso, el metal activo actúa como un catalizador para romper enlaces C-H en los hidrocarburos. Como se ha indicado arriba, metales activos adecuados, que se espera sean útiles a estos efectos, son los metales alcalinos litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, y mezclas de cualesquiera dos, o más, de estos. De los anteriores, el preferido es el cesio.
Típicamente, la ceolita impregnada en metal activo es un revestimiento sobre un soporte, o sustrato catalítico monolítico, metálico o cerámico, que sirve como un portador interno para la ceolita que contiene metal activo, y cualesquiera subsiguientes revestimientos catalizadores. Tales sustratos de soporte pueden ser porosos, o no porosos.
Lo que sigue es un procedimiento, de algún modo generalizado, si bien a modo de ejemplo, para fabricar una ceolita impregnada en metal activo, acorde con la presente invención:
(a) Mezclar una ceolita y agua desionizada, para formar una suspensión. 1 kilogramo de ceolita se mezcla con 2 litros de agua;
(b) Añadir a la suspensión un material aglutinante, mientras que la suspensión está mezclándose. El material aglutinante es típicamente aluminio, o dióxido de silicio coloidal. El aglutinante se añade, típicamente, en una cantidad de en torno a un 10 - 25% del peso total de la ceolita, para formar una mezcla semi-sólida. La mezcla es molida, para obtener un tamaño de partícula nominal de 1,0 - 20,0 micrómetros, típicamente 4,5 - 5,0 micrómetros. Una vez que se ha conseguido el tamaño de partícula deseado, la mezcla se calienta en un chorro de aire, a una temperatura en el rango de 400ºC - 600ºC, típicamente unos 500ºC, durante 30 - 90 minutos, típicamente 30 - 60 minutos, hasta que está esencialmente seca. Alternativamente, la suspensión de ceolita, preparada como se indica más arriba, puede ser aplicada a un sustrato de soporte, tal como una base catalizadora monolítica, del tipo usado en los sistemas de escape de los automóviles, mediante vertido, o rociado, de la suspensión de ceolita sobre el sustrato de soporte, o mediante inmersión del sustrato de soporte en la suspensión de ceolita, para formar un revestimiento de la primera capa. Si se aplica a un sustrato de soporte, se caliente la ceolita y el sustrato de soporte, como se ha descrito más arriba, hasta que la ceolita se adhiere firmemente al portador interno, y cualquier exceso de agua se ha evaporado. La cantidad de ceolita y material aglutinante depositado debería ser, por lo menos, de 12,2 g por litro (0,2g/in^{3}) y, más preferentemente, superior a 61,0 g por litro (1,0g/in^{3}), pero posiblemente como mucho 244g por litro (4,0 g/in^{3}).
(c) Impregnar por lo menos un metal activo sobre la superficie de la ceolita. Típicamente la impregnación se consigue a temperatura ambiente, seguida por un secado a una temperatura elevada. Una solución del metal activo (por ejemplo una solución acuosa de CsNO_{3}, CsC_{2}H_{3}O_{2}, o alguna otra forma soluble del metal activo; 0,64 M CsNO_{3} en el ejemplo de más abajo) es vertido sobre, o rociado en, en la ceolita. Alternativamente, la ceolita o el sustrato en el que la ceolita ha sido depositada, puede ser sumergida en la solución. En cualquier caso, la ceolita es saturada con la solución de metal activo, mediante repetidas etapas de contacto, si es necesario, hasta que se ha absorbido lo suficiente de la solución en la ceolita, para depositar una cantidad calculada del metal activo, teniendo en cuanta la cantidad de solución absorbida y la concentración de la sal en la solución original. La cantidad de depositado debería ser, por lo menos, el 0,19, y preferentemente más del 3,7, pero posiblemente como mucho el 16,2% en peso, del metal activo en la ceolita. El verdadero tiempo de contacto para conseguir esta impregnación puede ser relativamente corto, del orden de 0,1 a 5 minutos, pero en general está en el rango de 0,5 a 2 minutos. Típicamente medio minuto de tiempo de contacto es suficiente.
(d) Secar la mezcla de ceolita húmeda y metal activo. Típicamente la mezcla ceolita/solución de metal activo se calienta en un chorro de aire, a una temperatura de unos 400ºC - 600ºC, siendo particularmente preferida 500ºC, durante 30 - 90 minutos, siendo preferido durante 30 - 60 minutos. De este modo, la mezcla de ceolita y solución de metal activo, se calienta hasta secarse, con lo que alguno, o todos, los metales en la sal metálica activa (típicamente un nitrato o acetato) se descomponen, bien en su estado metálico, o en un metal compuesto que está en estrecho contacto con la ceolita. Debido a la impregnación original producida a temperatura de ambiente, y el subsiguiente calentamiento ocurrido con el relativamente poco agua presente, se produce relativamente poca interacción química, entre el metal activo y el absorbente de ceolita, en este proceso de impregnación.
En una típica realización de la presente invención, la ceolita impregnada de metal activo está formada en un sustrato catalizador monolítico, y constituye un primer revestimiento de una estructura catalizadora de múltiples capas. La composición global de una de tales estructuras catalizadoras se describe más abajo. Formando una estructura semejante, las segunda y sucesivas capas de catalizador, pueden producirse de acuerdo con la invención revelada en la publicación US-A-6 022 825, de Andersen et al., de asignación común adjunta, la cual se incorpora aquí en su totalidad por referencia. Para los propósitos de la presente invención, el óxido de cerio estabilizado con circonio, de la segunda capa, tal como se revela en la publicación US-A-6 022 825, puede ser reemplazado con manganato estabilizado con circonio, que contiene un 20 - 70% de óxido de circonio, y típicamente contiene un 40 - 65% de óxido de circonio.
Una opcional tercera capa de catalizador útil en la presente invención, comprende un revestimiento que también se deriva de uno, o más, componentes en suspensión. Esta tercera capa de catalizador, que cuando se combina con la ceolita impregnada en metal activo de la presente invención, mejora la oxidación de los hidrocarburos, puede producirse de acuerdo con la invención revelada en la aplicación de PCT WO 99/67 020, también de común asignación adjunta.
Preferentemente, la tercera capa opcional, junto con la segunda capa opcional (es decir todas las capas catalizadoras combinadas con una trampa absorbente de hidrocarburos) comprende, como constituyentes PGM, platino, paladio y rodio, en una relación en peso del orden de 12:5:1.
Para que la invención puede ser comprendida de forma más completa, se proporciona los siguientes ejemplos, solo a modo de ilustración.
Ejemplo 1
Para demostrar las características de la oxidación/trampa de hidrocarburos del arranque en frío estimulado, de la presente invención, la estructura catalizadora que comprende, en general, la composición comparativa expuesta más abajo en el Catalizador/Trampa de Hidrocarburos 1, fue probada contra una composición/estructura de catalizador ejemplar de la presente invención, expuesta más abajo como Catalizador/Trampa de Hidrocarburos 2. El Catalizador/Trampa de Hidrocarburos 2, contiene cesio en la primera capa 1; el Catalizador/Trampa de Hidrocarburos 1 comparativo, no.
El Catalizador/Trampa de Hidrocarburos 1, comprende un adsorbente de hidrocarburos por ceolita como Capa 1, sobre un monolito, revestido subsiguientemente con las Capas catalizadoras 2 y 3.
La capa 1 se preparó con ZSM-5 y agua desionizada, para formar una suspensión en una proporción 1:2. Se añadió dióxido de silicio a la suspensión en una cantidad aproximadamente igual al 10% en peso del ZSM-5. Después, la suspensión de ceolita se utilizó para recubrir un monolito de cordierita con estructura de panal, con 62 agujeros por cm^{2} (400 agujeros por pulgada cuadrada), sumergiendo para ello el monolito en la suspensión. El exceso de ceolita se purgó con aire a presión, y la ceolita y el monolito fueron subsiguientemente calentados en un chorro de aire, durante 40 minutos a 500ºC, para expulsar el exceso de agua y adherir la ceolita a la superficie del monolito. La carga total fue 100,689 g por libro (1,65 g/in^{3}), con una composición en peso del 90,91% de ZSM-5, y el 9,09% de dióxido de silicio.
La capa 2 se preparó de acuerdo con la publicación US-A-6 022 825. La carga total fue 207,420 g por litro (3,399 g/in^{3}), con una composición en peso del 67,67% de aluminio estabilizado con La, 23,54% de cerio estabilizado con Zr, 2,71% de NiO, 2,38% de óxido de neodimio, 2,62% de Pt, y 1,09% de Pd.
La capa 3 se preparó de acuerdo con WO 99/67 020. La carga total fue de 1,358 g/in^{3} (82,870 g por litro), con una composición en peso del 73,64% de circonio estabilizado con Ce, 25,77% de aluminio estabilizado con La, y 0,59% de Rh.
El Catalizador/Trampa de Hidrocarburos 2 es una estructura catalizadora en capas, similar a la del Catalizador/Trampa de Hidrocarburos 1, pero que difiere en que se impregna cesio en la superficie de la ceolita de la Capa 1. Se impregnó cesio en la superficie de la ceolita, vertiendo para ello una solución de 0,64 M de nitrato de cesio (CsNO_{3}) sobre el monolito revestido con ceolita, a temperatura ambiente. Después se secó la ceolita húmeda, en un chorro de aire durante 40 minutos a 500ºC. La carga total fue 111,063 g por litro (1,82 g por in^{3}), con una composición en peso de 82,42% ZSM-5, 9,35% de nitrato de cesio, y 8,24% de dióxido de silicio. Las capas 2 y 3 fueron subsiguientemente revestidas sobre la capa 1, como se ha descrito más arriba.
Ejemplo 2
Los Catalizadores/Trampa de Hidrocarburos con estructuras catalizadoras de múltiples capas, del ejemplo 1, fueron después sometidos a prueba. Previamente a la verdadera prueba, cada uno fue expuesto a una corriente de corriente de purga de gas pobre, a una temperatura de 500ºC durante un periodo de 15 minutos. La corriente de corriente de purga de gas pobre, estaba compuesta por un 2% de oxígeno, un 10% de agua, y un 88% de nitrógeno. A continuación, las estructuras del catalizador de prueba se llevaron a una temperatura de 60ºC, mediante un flujo de nitrógeno gaseoso a esa temperatura. Después, cada una de estas estructuras catalizadoras fue expuesta durante 1 minuto a un mezcla de gas, a 60ºC, concebida para simular el gas de escape de arranque en frío, del automóvil. Esta mezcla de gas, comprendía un 0,15% de hidrocarburos, un 1% de monóxido de carbono (omitido en la ronda 2), un 2% de oxígeno, un 10% de agua y un 86,85% de nitrógeno. Inmediatamente después de la exposición al gas de escape de arranque en frío simulado, las estructuras catalizadoras fueron calentadas, desde 60ºC hasta 500ºC, a 50ºC por minuto, en una corriente de gas fluyente, de la misma composición que el usado para estimular el gas de escape de arranque en frío, pero modificado mediante la omisión de hidrocarburos. Durante todas estas pruebas, se tomó muestras del gas que salía de las estructuras catalizadoras, y estas se analizaron usando tanto sistemas de detección de ionización por llama, como detectores infrarrojos. Los resultados de las pruebas están indicados en la Tabla 1, más abajo.
Cada una de estas rondas experimentales se realizó dos veces, la primera vez con CO en el gas de prueba, y después sin CO en el gas de prueba, y estas rondas están identificadas en la Tabla 1, más abajo, como Ronda 1 y Ronda 2, para cada catalizador. En la tabla 1, "%Hidrocarburos absorbidos" está basado en la cantidad de hidrocarburos en la prueba de gas, que sale del catalizador en el primer minuto de la prueba, empleando el gas de escape de arranque en frío estimulado, frente al paso de hidrocarburos en tal gas de prueba, cuando se introduce el catalizador durante tal periodo de prueba. El término "% de Hidrocarburos Oxidados", esta basado en la cantidad de hidrocarburos adsorbidos en el catalizador en el primer minuto de la prueba, frente a la cantidad de hidrocarburos oxidados en el periodo de 9 minutos, durante el cual el catalizador está expuesto a la mezcla más cálida de gas de escape simulado; este último, se calcula a partir de la cantidad de carbono no oxidado que sale del catalizador, en la segunda parte de la prueba, en comparación con el adsorbido en el catalizador, en la primera parte de la prueba. Los resultados mostrados en la tabla 1, demuestran que la cantidad de hidrocarburos retirados del chorro de gas por la ceolita impregnada en cesio, está en el orden del doble que el correspondiente de la estructura de catalizador sin el cesio, tanto con CO presente, como ausente.
TABLA 1 El % de Rendimiento se calcula como (% hidrocarburos adsorbidos * % hidrocarburos oxidados)/100
1

Claims (12)

1. Un sistema de escape para automóvil, que comprende una estructura catalizadora, estructura que comprende un sustrato que incluye una, o más, capas catalizadoras, donde una de las capas catalizadoras comprende una composición de catalizador/trampa de hidrocarburos, composición que consiste en un material adsorbente de hidrocarburos y, por lo menos, un metal, o un compuesto de estos, seleccionado entre el grupo que consiste en litio, sodio, potasio, rubidio y cesio, preferentemente cesio, donde el metal está impregnado en el material.
2. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 1, en el que el material es carbono, carbono activado, un carbono refractario, una ceolita o una sílice amorfa, o una mezcla de cualesquiera dos, o más, de los anteriores.
3. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 1 o la 2, donde, por lo menos, una capa catalizadora distinta de la capa de material impregnado comprende: (a) (i) un catalizador de temperatura relativamente alta, sobre un material de soporte, y/o; (ii) un catalizador de temperatura relativamente baja, sobre un material de soporte.
4. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 3, donde, cuando está presente, el catalizador de temperatura relativamente alta, es CeCO_{2} estabilizado, circonio estabilizado o manganato estabilizado, o una mezcla de cualesquiera dos, o más, de los anteriores; y, cuando está presente, el catalizador de temperatura relativamente baja, es aluminio estabilizado.
5. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 4, en el que el estabilizador del catalizador de temperatura relativamente alta es cerio, o circonio.
6. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 4 o la 5, en el que el estabilizador de aluminio es lantano.
7. Un sistema de escape acorde con cualquier reivindicación precedente, que comprende, por lo menos, dos capas catalizadoras, donde la capa catalizadora que no comprende la composición de catalizador trampa de hidrocarburos, incluye un metal del grupo del platino, seleccionado entre por lo menos uno de platino, paladio, rodio, rutenio e iridio.
8. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 1 o la 2, que comprende: una segunda capa que recubre la capa de material impregnado, que comprende: (a) (i) óxido de cerio estabilizado con circonio, en un material de soporte, y/o; (ii) aluminio estabilizado con lantano, en un material de soporte; y el óxido de cerio estabilizado y el aluminio estabilizado, incluyen (b) un metal del grupo del platino seleccionado entre, por lo menos uno de, platino, paladio, rodio, rutenio y iridio; y una tercera capa bien bajo, o sobre, la segunda capa, tercera capa que comprende: (c) (i) circonio estabilizado con cerio, en un material de soporte, y/o; (ii) aluminio estabilizado con lantano, en un material de soporte; y (d), por lo menos, un metal del grupo del platino, seleccionado entre por lo menos uno de platino, paladio, rodio, rutenio e iridio, preferentemente rodio.
9. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 7 o la 8, donde las capas catalizadoras contienen un metal del grupo del platino, que incluye colectivamente platino, paladio, y rodio, en una relación en peso de, aproximadamente, 12:5:1.
10. Un sistema de escape acorde con cualquier reivindicación precedente, que comprende, además, un aditivo de óxido de metal.
11. Un sistema de escape acorde con la reivindicación 10, donde, por lo menos, una de las capas catalizadoras incluye un aditivo de óxido de metal, seleccionado entre el grupo que consiste en BaO, CoO, Fe_{2}O_{3}, MnO_{2}, NiO, siendo preferentemente NiO.
12. El uso de una composición catalizadora, que consiste en un material absorbente de hidrocarburos y, por lo menos, un metal, o un compuesto de estos, seleccionado entre el grupo que consiste en potasio, rubidio y cesio, preferentemente cesio, donde el metal está impregnado en el material, para adsorber hidrocarburos desde una corriente de escape de gas, de un motor de combustión interna de automóvil, cuando el gas de escape está a una primera temperatura relativamente fría y, después, liberar y oxidar los hidrocarburos, cuando el gas de escape está a una temperatura relativamente más cálida.
ES01949716T 2000-07-21 2001-07-20 Sistema de escape de automovil, con catalizador/trampa de hidrocarburos. Expired - Lifetime ES2234853T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US621596 2000-07-21
US09/621,596 US6617276B1 (en) 2000-07-21 2000-07-21 Hydrocarbon trap/catalyst for reducing cold-start emissions from internal combustion engines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2234853T3 true ES2234853T3 (es) 2005-07-01

Family

ID=24490826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES01949716T Expired - Lifetime ES2234853T3 (es) 2000-07-21 2001-07-20 Sistema de escape de automovil, con catalizador/trampa de hidrocarburos.

Country Status (15)

Country Link
US (1) US6617276B1 (es)
EP (1) EP1301264B1 (es)
JP (1) JP4873822B2 (es)
KR (1) KR100795444B1 (es)
AT (1) ATE287283T1 (es)
AU (2) AU7083501A (es)
BR (1) BR0112615B1 (es)
CA (1) CA2416425A1 (es)
DE (1) DE60108505T2 (es)
ES (1) ES2234853T3 (es)
MX (1) MXPA03000595A (es)
NO (1) NO20030277L (es)
NZ (1) NZ523737A (es)
PL (1) PL365045A1 (es)
WO (1) WO2002007859A2 (es)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040038801A1 (en) * 2001-10-16 2004-02-26 Hiroto Kikuchi Catalyst using metal carrier and manufacturing method thereof
JP3854134B2 (ja) * 2001-12-04 2006-12-06 本田技研工業株式会社 内燃機関用排気ガス浄化装置
JP3965676B2 (ja) * 2001-12-27 2007-08-29 日産自動車株式会社 排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化システム
US20040180782A1 (en) * 2003-03-10 2004-09-16 Cataler Corporation Exhaust-gas purifying catalyst
US20060276330A1 (en) * 2003-04-10 2006-12-07 Yuunosuke Nakahara Catalyst for clarifying exhaust gas and method for producing tetragonal system composite oxide
JP4847876B2 (ja) * 2004-02-02 2011-12-28 カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー 改善された炭化水素トラップのためのモレキュラーシーブ
US8115373B2 (en) 2005-07-06 2012-02-14 Rochester Institute Of Technology Self-regenerating particulate trap systems for emissions and methods thereof
DE102006029668A1 (de) * 2006-06-28 2008-01-03 Süd-Chemie AG Katalysator zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen
KR100756025B1 (ko) * 2006-08-28 2007-09-07 희성엥겔하드주식회사 내연기관 배기가스 정화용 삼중층 촉매시스템
JP5303130B2 (ja) * 2006-09-19 2013-10-02 株式会社日本自動車部品総合研究所 炭素系物質燃焼触媒及びその製造方法、触媒担持体及びその製造方法
CN101437612B (zh) * 2006-09-19 2011-11-23 株式会社日本自动车部品综合研究所 碳基材料燃烧催化剂、其制造方法,催化剂载体、和其制造方法
JP5303131B2 (ja) * 2006-09-19 2013-10-02 株式会社日本自動車部品総合研究所 炭素系物質燃焼触媒及びその製造方法、触媒担持体及びその製造方法
US20110124489A1 (en) * 2006-09-19 2011-05-26 Denso Corporation Carbon-based material combustion catalyst, manufacturing method of the same, catalyst carrier, and manufacturing method of the same
EP1941945B1 (en) * 2007-01-05 2012-01-18 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Catalyst for removing particulate matter and method using the same for removing particulate matter
US8211392B2 (en) * 2009-01-16 2012-07-03 Basf Corporation Diesel oxidation catalyst composite with layer structure for carbon monoxide and hydrocarbon conversion
JP2011220123A (ja) * 2010-04-05 2011-11-04 Toyota Motor Corp 排気浄化触媒
US9120077B2 (en) 2010-10-01 2015-09-01 Basf Corporation Surface-coated zeolite materials for diesel oxidation applications
GB2484911B (en) 2010-10-22 2013-04-03 Johnson Matthey Plc NOx absorber catalyst comprising caesium silicate and at least one platinum group metal
JP5789126B2 (ja) * 2011-05-25 2015-10-07 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニーJohnson Matthey Publiclimited Company 排ガス酸化触媒
US8926910B2 (en) 2012-02-07 2015-01-06 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon trap for reducing cold-start engine emissions
JP6290193B2 (ja) 2012-06-04 2018-03-07 オプコ バイオロジクス リミテッド ペグ化oxm変異体
US9266092B2 (en) 2013-01-24 2016-02-23 Basf Corporation Automotive catalyst composites having a two-metal layer
US10170759B2 (en) 2013-06-21 2019-01-01 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Metal oxides from acidic solutions
KR20160083886A (ko) 2013-10-30 2016-07-12 존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니 은-함유 압출 제올라이트 기판을 포함하는 쓰리-웨이 촉매 및 배기 시스템에서 그것의 사용
JP6216234B2 (ja) 2013-11-29 2017-10-18 三井金属鉱業株式会社 排ガス浄化触媒
US10926241B2 (en) * 2014-06-12 2021-02-23 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Carbon dioxide adsorbents
DE102016102028A1 (de) 2015-02-06 2016-08-11 Johnson Matthey Public Limited Company Drei-Wege-Katalysator
US10207258B2 (en) 2015-06-29 2019-02-19 Corning Incorporated Porous ceramic body to reduce emissions
US9987626B2 (en) * 2015-08-20 2018-06-05 Ford Global Technologies, Llc Use of transition metals to reduce cold start emissions
US10105691B2 (en) * 2016-03-31 2018-10-23 Ford Global Technologies, Llc Multiple zeolite hydrocarbon traps
US10092897B2 (en) * 2016-04-20 2018-10-09 Ford Global Technologies, Llc Catalyst trap
US10829382B2 (en) 2017-01-20 2020-11-10 Skysong Innovations Aluminosilicate nanorods
KR102474347B1 (ko) * 2017-10-26 2022-12-05 현대자동차 주식회사 배기가스 정화장치

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3089900A (en) * 1961-06-29 1963-05-14 Air Reduction Production of alkyl methacrylates using alkali metal hydroxide catalyst
US3699683A (en) 1971-04-05 1972-10-24 Chemical Construction Corp Engine exhaust emission control system
US3840588A (en) * 1972-08-03 1974-10-08 Monsanto Co Production of unsaturated esters
US3929431A (en) * 1972-09-08 1975-12-30 Exxon Research Engineering Co Catalytic reforming process
US4159128A (en) * 1977-11-18 1979-06-26 Ferol B. Blaine Vehicle suspension system including wheel-tilting mechanism
MX170720B (es) * 1987-12-16 1993-09-09 Sumitomo Chemical Co Procedimiento para isomerizar una olefina en una olefina interna
US5078979A (en) 1990-07-20 1992-01-07 Uop Molecular sieve bed/catalyst to treat automotive exhaust
JP3407901B2 (ja) * 1992-04-15 2003-05-19 株式会社豊田中央研究所 排気ガス浄化用触媒、該触媒の製造方法、および排気ガス浄化方法
US5804155A (en) 1992-11-19 1998-09-08 Engelhard Corporation Basic zeolites as hydrocarbon traps for diesel oxidation catalysts
JP3516718B2 (ja) 1994-07-05 2004-04-05 日本碍子株式会社 排ガス浄化用触媒−吸着体及び排ガス浄化方法
JP3513934B2 (ja) * 1994-09-26 2004-03-31 マツダ株式会社 排気ガス浄化用触媒及びその製造方法
JP3375790B2 (ja) * 1995-06-23 2003-02-10 日本碍子株式会社 排ガス浄化システム及び排ガス浄化方法
US5948723A (en) * 1996-09-04 1999-09-07 Engelhard Corporation Layered catalyst composite
JPH10180041A (ja) 1996-12-20 1998-07-07 Ngk Insulators Ltd 排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化システム
JP3656354B2 (ja) * 1997-02-26 2005-06-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3842862B2 (ja) 1997-03-26 2006-11-08 日本碍子株式会社 排ガス浄化システム
US6047544A (en) * 1997-08-20 2000-04-11 Nissan Motor Co., Ltd. Engine exhaust gas purification catalyst and exhaust gas purifier
JPH11104462A (ja) * 1997-09-30 1999-04-20 Ngk Insulators Ltd 排ガス浄化用触媒−吸着体及び排ガス浄化方法
KR20010033611A (ko) * 1997-12-24 2001-04-25 스티븐 아이. 밀러 내연기관 동력의 차량용 촉매 전환기 시스템
GB0022786D0 (en) * 2000-09-16 2000-11-01 Johnson Matthey Plc NOx-Trap composition

Also Published As

Publication number Publication date
NZ523737A (en) 2004-07-30
BR0112615A (pt) 2003-06-10
KR100795444B1 (ko) 2008-01-16
JP2004504130A (ja) 2004-02-12
WO2002007859A3 (en) 2002-08-08
EP1301264B1 (en) 2005-01-19
DE60108505D1 (de) 2005-02-24
US6617276B1 (en) 2003-09-09
MX232811B (es) 2005-12-09
AU2001270835B2 (en) 2006-06-01
KR20030017646A (ko) 2003-03-03
JP4873822B2 (ja) 2012-02-08
DE60108505T2 (de) 2005-06-23
BR0112615B1 (pt) 2013-06-11
PL365045A1 (en) 2004-12-27
CA2416425A1 (en) 2002-01-31
MXPA03000595A (es) 2003-10-06
NO20030277D0 (no) 2003-01-20
AU7083501A (en) 2002-02-05
NO20030277L (no) 2003-03-20
ATE287283T1 (de) 2005-02-15
EP1301264A2 (en) 2003-04-16
WO2002007859A2 (en) 2002-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2234853T3 (es) Sistema de escape de automovil, con catalizador/trampa de hidrocarburos.
AU2001270835A1 (en) Hydrocarbon trap/catalyst composition
KR100388394B1 (ko) 배기가스정화용촉매및그제조방법
EP0931590B1 (en) Catalyst for purifying exhaust gas and manufacturing method thereof
JP4588824B2 (ja) ディーゼルエンジンの排ガスの浄化のための触媒
KR100388393B1 (ko) 배기가스정화용촉매
JP3965711B2 (ja) 窒素酸化物の浄化触媒及び浄化方法
JPH04231616A (ja) 炭化水素放出を低減させるための二重コンバーターエンジン排気機構
JP3052710B2 (ja) 排ガス浄化装置
WO2006047199A2 (en) Catalyst for treatment and control of post-combustion emissions
JP2800499B2 (ja) 炭化水素吸着材
EP3793724A1 (en) Hydrocarbon trap catalyst
JPH10216481A (ja) ナトリウム又はカリウムで高度に装填された硫黄耐性NOxトラップ
JP3844586B2 (ja) リンタングステン酸及び貴金属を含有する硫黄耐性NOxトラップ
JPH07332073A (ja) 排気ガス浄化装置
JP2006167540A (ja) 炭化水素吸着燃焼触媒
AU2006200894A1 (en) Hydrocarbon trap/catalyst composition
JPH04293519A (ja) 排気ガス浄化用装置
JPH09225265A (ja) 排気ガス浄化装置
WO2012156566A1 (es) Trampa catalítica de hidrocarburos contenidos en las emisiones de un motor de combustión interna
JP2002119831A (ja) 自動車の排出物抑制用noxトラップ
JP2002239346A (ja) 排気ガス浄化装置および製造方法
JP2006102668A (ja) 炭化水素吸着燃焼触媒
JPH1176827A (ja) 排気ガス浄化装置
JP3781243B2 (ja) 排ガス浄化装置