MX2007006113A

MX2007006113A - Sistema de escape que comprende catalizador generador de exotermia.

Info

Publication number: MX2007006113A
Application number: MX2007006113A
Authority: MX
Inventors: Paul Richard Phillips; Martyn Vincent Twigg; Andrew Peter Walker; Bernard Paul Gabriel Chislain Marie Oger
Original assignee: Johnson Matthey Plc
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-07-13
Also published as: CN101061294A; KR20130126749A; US20080256935A1; CN101061294B; US20120255283A1; KR20070084469A; EP1815112B1; JP2008520895A; US20150098879A1; KR101403367B1; CN102720570B; BRPI0518479B1; GB0425708D0; BRPI0518479A2; US9528408B2; ATE428846T1; US8925304B2; KR101513120B1; JP6295017B2; JP5348891B2

Abstract

Se describe un aparato que comprende un motor de ignicion por compresion y un sistema de escape para el mismo que comprende por lo menos un componente de sistema de escape para tratar gas de escape y un medio parea generar exotermia para calentamiento de por lo menos un componente del sistema de escape, medio generador de exotermia el cual consiste esencialmente de un catalizador y un medio para inyectar hidrocarburo en el gas de escape para combustion en el catalizador, catalizador el cual consiste esencialmente de un componente de paladio (Pd) y una componente de platino (Pt) y un material de soporte opcional, colocados sobre un sustrato monolitico.

Description

SISTEMA DE ESCAPE QUE COMPRENDE CATALIZADOR GENERADOR DE EXOTERMIA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con un sistema de escape para un motor de ignición por compresión, tal como un motor diesel, y en particular se relaciona con un sistema de escape que comprende un medio generador de exotermia que consiste esencialmente de un catalizador y un medio para inyectar hidrocarburo en el gas de escape para combustiones en el catalizador. Los catalizadores de oxidación por diesel (DOC) se diseñan para promover la oxidación química de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) y la porción de la fracción orgánica soluble (SOF) de material particulado (PM) . Los beneficios adicionales incluyen oxidación de varias emisiones derivadas de HC no reguladas, tales como aldehidos o hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) así como reducción o eliminación de el olor del escape de diesel . Los HC se oxidan para formar dióxido de carbono (C02) y vapor de agua y CO se oxida a C02. Generalmente, un DOC comprende un metal de grupo de platino activo (PGM) , típicamente platino. Un DOC que comprende óxido de cromo paladio (Pd) y platino (Pt) se conoce a partir del documento US-A-4,303,552. Algunas de las reacciones de oxidación que se pueden producir en un DOC pueden generar productos indeseables y, en efecto actúan de manera contraproducente con el propósito del catalizador. El dióxido de azufre (S02) se puede oxidar a trióxido de azufre (S03) el cual se puede combinar con vapor de agua para formar ácido sulfúrico gaseoso H2S0 . El ácido sulfúrico en forma de vapor se puede combinar con vapor de agua adicional para generar partículas de ácido sulfúrico que se detectan como materiales particulados al determinar las emisiones totales de PM de un motor. El azufre también puede envenenar la actividad de oxidación del DOC y se considera que es una razón significativa por el cual los catalizadores de paladio aún no se han aceptado ampliamente en el mercado. Las temperaturas del gas de escape para motores de ignición por compresión, particularmente motores diesel para vehículo diesel de uso ligero (como se define por la legislación pertinente) son relativamente bajos, por ejemplo de aproximadamente 300°C y de esta manera el reto al que se enfrentan los desarrolladores de catalizadores es desarrollar formulaciones de catalizador durables con temperaturas de bajo encendido. Aunque el azufre derivado del combustible se va a reducir en países de la Unión - Europea (desde el 1 de enero del 2005, el contenido máximo de azufre en el combustible diesel Euro 4 (del tipo aprobado) será de 50 ppm, por debajo de 350 ppm y esta concentración probablemente se reduzca a 10 ppm en el año 2010) , en Estados Unidos las concentraciones no se han reducido de su concentración actual de 350 ppm hasta 2007. Con el fin de satisfacer las normas de emisiones vehiculares existentes y futuras para materiales particulados, se ha sugerido acumular un filtro de material particulado en el sistema de escape del vehículo dotado de energía con un motor de ignición por compresión. Los sustratos de filtro adecuados incluyen filtros de flujo de pared cerámica y filtros de metal sinterizado. También se conoce catalizar el filtro con el fin de reducir la temperatura de combustión del material particulado de manera que se encuentre dentro o cerca de las temperaturas del gas de escape generadas durante las condiciones de conducción normales. No obstante, las temperaturas de gas de escape para motores de ignición por compresión de trabajo ligero generalmente son demasiado bajas para un filtro catalizado para regenerarse pasivamente y de esta manera se ha sugerido activamente regenerar el filtro en una exotermia generada por el quemado de combustible de hidrocarburo del filtro catalizado o un catalizador separado corriente arriba del filtro. Tal distribución se describe, por ejemplo, el GB-A-2064983. El documento de E.U.A. 4,686,827 describe un sistema de escape para un motor diesel en el cual se utiliza catalizador calentado eléctricamente para generar exotermia a partir del combustible de hidrocarburo inyectado en el gas de escape para regeneración activa de un filtro corriente abajo. En una modalidad, el catalizador calentado eléctricamente es platino-paladio. En nuestro documento WO 2004/025093 describimos un motor de ignición por compresión operable en un primero modo de funcionamiento normal y un segundo modo de producción de gas de escape que comprende una concentración aumentada de CO en relación al primer modo y un medio, cuando está en uso para, para conmutar el funcionamiento del motor entre los modos, el motor comprende un sistema de escape que comprende un catalizador de Pd soportado asociado con por lo menos un promotor de metal de base y opcionalmente un catalizador de Pt soportado asociado con o corriente abajo del catalizador en donde oxida CO por el catalizador de Pd soportado durante el segundo modo de operación. De acuerdo con la descripción, el CO aumentado puede generarse: al inyectar HC en el sistema de escape sobre un catalizador de oxidación parcial; al ajustar la sincronización de ignición de por lo menos un cilindro del motor, o al ajustar la relación de aire de motor respecto a combustible de por lo menos un cilindro del motor. En una modalidad, el catalizador de Pd y el metal de base asociado y los componentes del catalizador de Pt opcionales comprende un catalizador de oxidación diesel. El documento de E.U.A. 2002/0053202 describe un suministro combinado de H2 y un catalizador que adsorbe-oxida SOF que comprende por lo menos uno de Pt , Pd o rodio (Rh) y cerio (Ce) para uso en combinación con un catalizador que absorbe NOx corriente abajo y enriquecimiento (aumento de concentración) periódico de la relación aire/combustible del gas de escape. Los ejemplos ilustran un suministro de H2 y un catalizador que adsorbe-oxida SOF, que consiste de Pt/Ce02 y Pt/La.Si02. Ahora hemos descubierto que, de manera muy sorprendente, la combinación de platino y paladio es más activa para generar exotermia que cualquiera de las cantidades equivalentes de Pt o Pd tomadas solas. Es decir, existe una sinergia entre el platino y el paladio para generar una exotermia a partir de combustible de hidrocarburo que no había sido identificada previamente. Este descubrimiento permite que los catalizadores de platino-paladio se puedan utilizar sin calentamiento eléctrico, de manera que el sistema de escape es menos complejo y se ahorra el castigo de combustible del calentamiento eléctrico del catalizador. Además, hemos identificado ciertas modalidades que son más resistentes al envenenamiento por azufre o que pueden ser desulfatadas más fácilmente utilizando la exotermia generada por la combustión del combustible de hidrocarburo. De acuerdo con un aspecto, la invención proporciona un aparato que comprende un motor de ignición por compresión y un sistema de escape para el mismo, que comprende por lo menos un componente de sistema de escape para tratar el gas de escape y un medio para generar exotermia para calentamiento de por lo menos un componente de sistema de escape, el medio de generación de exotermia el cual consiste esencialmente de un catalizador y un medio para inyectar hidrocarburo en el gas de escape para combustión en el catalizador, catalizador el cual consiste esencialmente tanto de un componente de paladio (Pd) como un componente de platino (Pt) y un material de soporte opcional, colocados sobre un sustrato monolítico. El componente de Pt y el componente Pd se pueden organizar en cualquiera de numerosas instrucciones. En una primera distribución, los componentes de Pt y Pd están en una capa de recubrimiento de lavado única. En una modalidad de la primera distribución, tanto el componente de Pd como el componente de Pt están soportados sobre el mismo material de soporte. En una segunda modalidad, el componente de Pd está soportado sobre un primer material de soporte y el componente de Pt está soportado sobre un segundo material de soporte. En una tercera modalidad, el componente de Pt está colocado en una zona sobre un extremo corriente arriba del sustrato monolítico y el componente de Pd está colocado en un extremo corriente abajo del sustrato monolítico . En una segunda distribución, el componente de Pd soportado sobre un primer material de soporte está en una primera capa de recubrimiento de lavado y el componente de Pt soportado sobre un segundo material de soporte está en una segunda capa de recubrimiento de lavado. En esta última distribución, la primera capa de recubrimiento de lavado se puede colocar debajo de la segunda capa de recubrimiento de lavado, o viceversa. Se entiende que en las distribuciones en donde el componente de Pt y el componente de Pd están asociados estrechamente, tal y como en la modalidad de la primera distribución en donde los componentes de Pd y Pt están sobre el mismo material de soporte, los componente de Pt y Pd pueden formar una aleación. Generalmente, esto resulta en un componente activo que adquiere las propiedades de ambos componentes. Por ejemplo, la aleación es menos metálica que el Pt por sí mismo. Esto puede ser útil para aplicaciones en donde el catalizador está expuesto a alta temperatura debido a que la aleación es más resistente a sinterización que el Pt por sí mismo. Además, el Pd es un catalizador de oxidación de NO relativamente pobre en comparación con Pt , de manera que la aleación puede promover la oxidación de NO más eficazmente en comparación con Pd solo. En consecuencia, la aleación puede retener HC y actividad de oxidación de CO mejor que el Pt sinterizado. En las modalidades en donde el componente de Pt es soportado sobre un primer material de soporte y el componente Pd está soportado sobre un segundo material de soporte, el primer material de soporte puede ser diferente del segundo material de soporte. De manera alternativa, en otra distribución, por lo menos un componente de Pt y un componente de Pd es soportado por el sustrato monolítico por sí mismo. Las relaciones en peso adecuadas para Pt : Pd en el catalizador de oxidación pueden ser 6:1 a 1:6, opcionalmente 4:1 a 1:2. La carga total típica de Pt y Pd en el catalizador de oxidación puede ser de 353-7063 g cm"3 (10-200 g ft"3) , opcionalmente 1413-3531 g cm"3 (40-100 g ft" 3. Un problema con los catalizadores de oxidación que contienen Pd es que pueden envenenarse con azufre de manera relativamente rápida, lo cual puede ser un problema para países que tienen un combustible con una mayor concentración de azufre. Habiendo realizado investigaciones en las maneras de reducir o evitar este problema, encontramos que una solución es colocar un catalizador de Pt el cual está sustancialmente de Pd en una zona en un extremo del sustrato monolítico corriente arriba de la zona de catalización que contiene Pt y Pd que genera exotermia. La zona que contiene Pt , sustancialmente libre de Pd, puede ser de hasta la mitad de la longitud del sustrato monolítico o de una dimensión de tipo "tira" . En la modalidad de la primera distribución descrita en lo anterior en donde la zona del componente de Pt se coloca sobre un extremo corriente arriba del sustrato monolítico y la zona de componente de Pd se coloca en un extremo corriente abajo de la misma, la zona que contiene Pt sustancialmente libre de Pd puede comprender la zona del componente de Pt, o alternativamente, puede, además de la zona del componente de Pt . En esta última configuración, la carga de Pt en la zona que contiene Pt sustancialmente libre de Pd puede ser la misma que, o diferente de el cargado de Pt en la zona del componente Pt . Generalmente, el cargado de Pt en el catalizador de extremo corriente arriba puede ser 353-7063 g cm"3 (10-200 g ft"3) opcionalmente 1059-5297 g cm"3 (30-150 g ft"3) . En una modalidad, el Pt en el catalizador en el extremo corriente arriba está soportado sobre un material de soporte.

Típicamente, el material de soporte o cada uno de los materiales de soporte se selecciona del grupo que consiste de alúmina, sílice, ceria, zirconia, titania y mezclas u óxidos mixtos de cualquiera dos o más de los mismos. No obstante, en una modalidad particular, hemos descubierto que es ventajoso utilizar un material de soporte más tolerante al azufre para los componentes de Pd y Pt del catalizador generador de exotermia hacia la parte trasera de la parte frontal del sustrato monolítico y un material de soporte más durable térmicamente para los componentes Pt y Pd hacia la parte delantera de la parte trasera del sustrato monolítico. Esta modalidad se deriva de nuestra observación de que la temperatura en aproximadamente el primer tercio hacia atrás desde la cara frontal del sustrato monolítico generalmente permanece relativamente baja conforme se inyecta HC en el gas de escape corriente arriba del catalizador generador de exotermia. En consecuencia, es ventajoso colocar un catalizador más tolerante al azufre en esta zona debido a que es más difícil incrementar la temperatura en el mismo con el fin de desulfatar el catalizador asociado. De manera contrastante, las temperaturas hacia la parte trasera del sustrato monolítico pueden alcanzar los 1000°C durante la inyección de HC, a la cual la desulfatación se producirá sin dificultad significativa. No obstante, la durabilidad térmica de los catalizadores en esta ubicación es mayor de un problema y de esta manera el catalizador se debe formular para durabilidad térmica, con ventaja . Los materiales de soporte adecuados para un recubrimiento de lavado para una zona de catalizador tolerante a azufre corriente arriba se pueden seleccionar del grupo que consiste de titania, zirconia, sílice y mezclas y óxidos mixtos de cualquiera dos o más de los mismos u óxidos mixtos u óxidos compuestos que contienen alúmina y por lo menos uno de titania, zirconia y sílice, mientras que la alúmina es un material de soporte más apropiado para proporcionar durabilidad térmica aumentada para la formulación de catalizador en el extremo corriente abajo del sustrato monolítico. El "óxido compuesto" , como se define en la presente, significa un material de óxido principalmente amorfo que comprende óxidos de por lo menos dos elementos los cuales no son verdaderos óxidos mixtos, que consisten de por lo menos dos elementos. Cuando el catalizador de oxidación comprende una zona que contiene Pt sustancialmente libre de Pd corriente arriba de la zona de catalizador generadora de exotermia que contiene Pd y Pt, la zona para el material de soporte tolerante a azufre no necesita corresponder con la zona que contiene Pt sustancialmente libre de Pd y es el mismo caso para la zona que contiene Pd y Pt y la zona del material de soporte térmicamente tolerante. Por lo menos un componente de sistema de escape puede comprender un filtro de material particulado catalizado opcionalmente, una sustancia que absorbe N0X, un catalizador de reducción catalítica selectivo (SCR) o un catalizador con N0X magro. La sustancia que absorbe N0X, generalmente un óxido de un metal alcalinotérreo, por ejemplo Ba, Ca o Sr o un óxido de un metal alcalino tal como K o CS, puede formar parte de una trampa de NOx, típicamente comprende un catalizador de oxidación de Pt y un catalizador de reducción de rodio recubierto en un sustrato monolítico de flujo pasante. De manera alternativa, la sustancia absorbente de NOx mencionada antes se puede cargar sobre un filtro particular. Cuando el filtro incluye una sustancia absorbente de NOx, el catalizador de oxidación y el catalizador de reducción de la trampa de NOx, dicha distribución con frecuencia se denomina "catalizador de cuatro vías" o FWC . En la práctica, cuando el sistema de escape comprende una sustancia absorbente de NOx se incorpora de manera intermitente un medio de control adecuado para reducir la concentración de oxígeno en el gas de escape y de esta manera regenerar la sustancia absorbente de N0x y reducir el N0X generado de esta manera en el catalizador de reducción de N0X. Dicho medio de control se conoce por las personas expertas en la técnica e incluye cambio en la sincronización de inyección de combustible a uno o más de los cilindros del motor o un inyector para inyectar un reductor adecuado, por ejemplo un HC, directamente en el gas de escape corriente arriba de la sustancia que absorbe N0X. El inyector de combustible para generar la exotermia de acuerdo con la invención se puede utilizar para este propósito en modalidades en donde la sustancia que absorbe N0X y el catalizador generador de exotermia se encuentran en el mismo sustrato monolítico, como se expone en lo siguiente . En una modalidad ejemplar, el sustrato monolítico es un monolito de flujo pasante de cerámica o de metal colocado corriente arriba de por lo menos un componente de sistema de escape. En dicha distribución, el catalizador se puede formular como un DOC para tratar CO y HC entre los eventos de generación de exotermia. No obstante, se comprenderá gue el catalizador se ajusta para una actividad de encendido bajo de HC con el fin de satisfacer su función primaria como un catalizador generador de exotermia. En una modalidad, por lo menos un componente del sistema de escape es un filtro, y el medio generador de exotermia promueve la regeneración del filtro en intervalos regulares preseleccionados o en respuesta a una entrada de un sensor, por ejemplo retropresión a través del filtro. De acuerdo con otra modalidad, por lo menos un componente del sistema de escape es una trampa de N0X, entendiéndose que existe un intervalo de temperatura óptimo para la absorción y regeneración de N0X de la sustancia que absorbe N0X y para la reducción de N0X. El medio generador de exotermia puede funcionar para mantener la temperatura de la trampa de N0X dentro de un intervalo de temperatura deseado en respuesta a una temperatura detectada de la trampa de N0X. En modalidades alternativas, por lo menos un componente de sistema de escape comprende el sustrato monolítico. Dependiendo de la naturaleza de por lo menos un componente de sistema de escape, el sustrato monolítico puede ser un monolito de flujo pasante o un filtro particulado . En una modalidad particular en donde el sustrato monolítico es un filtro particulado, el catalizador generador de exotermia se coloca en una configuración de "tira" o zona en el extremo frontal del sustrato monolítico y un catalizador de Pt sustancialmente libre de Pd se recubre corriente abajo del mismo, en donde el material de soporte de Pt puede ser alúmina. Esta configuración es útil en aplicaciones de alta temperatura en donde la sinterización de Pt/alúmina puede promover la oxidación de NO más eficazmente que la exotermia de sinterización que genera catalizador, debido a los efectos de aleación de Pt :Pd. El medio para inyectar HC en el gas de escape puede comprender un inyector para inyectar el HC en el gas de escape inmediatamente corriente arriba del catalizador generador de exotermia o, alternativamente, un inyector en uno o más cilindros del motor. En una modalidad, el motor de ignición por compresión puede ser un motor diesel, opcionalmente un motor diesel de trabajo ligero. De acuerdo con un segundo aspecto, la invención proporciona un método de calentamiento de por lo menos un componente en un sistema de escape de un motor de ignición por compresión, método el cual comprende generar una exotermia para calentar por lo menos un componente de sistema de escape al poner en contacto un catalizador que consiste esencialmente tanto de un componente de paladio (Pd) como de un componente de platino (Pt) y un material de soporte opcional, colocado sobre un sustrato monolítico con un gas de escape que comprende una concentración aumentada de hidrocarburo en relación a la concentración de hidrocarburo presente en el gas de escape durante condiciones de funcionamiento normal.

Para que la invención se comprenda de manera más completa, los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración únicamente y con referencia a los dibujos anexos , en donde : La figura 1 es una gráfica que muestra el deslizamiento de HC en ppm contra el tiempo para un catalizador de oxidación únicamente de Pt , un catalizador de oxidación únicamente de Pd y un catalizador de oxidación de Pt:Pd 1:1 antes, durante y después de la inyección de HC corriente arriba del catalizador a 7,000 ppm (C3) durante condiciones en estado estable con una temperatura de admisión de 275°C; La figura 2 es una gráfica que muestra el deslizamiento de HC en ppm contra el tiempo para tres catalizadores de oxidación de relaciones diferentes de Pt : Pd antes, durante y después de la inyección de HC corriente arriba del catalizador a 7,000 ppm (C3) durante condiciones en estado estable y una temperatura de admisión de 275°C. Las figuras 3A, 3B, 3C y 3D muestran una serie de dibujos esquemáticos que ilustran modalidades de acuerdo con la presente invención que muestran un catalizador de generación de exotermia separado colocado corriente arriba de un componente de sistema de escape; y Las figuras 4A y 4B muestran dibujos esquemáticos que ilustran modalidades de la invención en donde el componente del sistema de escape comprende un catalizador generador de exotermia. Con referencia a la figura 3, el número 10 generalmente se refiere a un sistema de escape para un motor de ignición por compresión de acuerdo con la presente invención y el número 12 representa un tubo para transportar el gas de escape desde el motor a los diversos componentes del sistema de escape para el tratamiento posterior al gas de escape y/o para el silenciado de ruidos del motor antes de que el gas de escape pase a la atmósfera. La flechas indican la dirección del flujo del gas de escape en el sistema y debe interpretarse en consecuencia a los términos "corriente arriba" y "corriente abajo". En la figura 3A, el número 13 se refiere a un sustrato monolítico de flujo pasante que comprende un recubrimiento 14 de catalizador que muestra una capa de recubrimiento de lavado única de un material del soporte particulado que sostiene tanto al componente de Pt como al componente de Pd. De manera alternativa, el recubrimiento 14 de catalizador puede comprenden un componente de Pt y un componente de Pd, cada uno soportado sobre un material de soporte separado y opcionalmente diferente del otro, en una capa de recubrimiento de lavado única. La distribución de 14 también puede comprender el componente de Pt soportado en una primera capa de recubrimiento de lavado sobre la cual se aplica como recubrimiento una segunda capa de recubrimiento de lavado del componente de Pd soportado, o el componente de Pd puede estar en una capa por debajo de la capa del componente de Pt . La característica identificada con el número 15 es un inyector para transportar un combustible de HC al gas de escape corriente arriba del número 13, inyector el cual es controlado por un medio de control programado de manera adecuada, opcíonalmente parte de la unidad de control del motor (ECU) . La característica 16 es por lo menos un componente de sistema de escape, tal como un filtro particulado catalizado opcionalmente, un catalizador SCR, una trampa de N0X, un catalizador de cuatro vías o un catalizador de N0X magro . Las figuras 3B, 3C y 3D ilustran modalidades alternativas del sustrato 13 monolítico de flujo pasante. En la figura 3B, el número 18 representa el componente de Pt del catalizador generador de exotermia y el número 20 es el componente de Pd del mismo. La figura 3C muestra una distribución alternativa para uso con combustibles que contienen cantidades relativamente altas de azufre, en donde, además de los componentes 18 y 20, se localiza una "tira" de catalizador 22 de Pt sustancialmente libre de Pd a una carga de Pt mayor que las de 18 que se localiza en el extremo corriente arriba del sustrato monolítico 13 de flujo pasante. Por supuesto, la figura 3B puede representar también una modalidad compuesta gue muestra un catalizador de Pt sustancialmente libre de Pd sustancialmente en la misma carga de Pt como el componente de Pt del catalizador generador de exotermia, es decir, la "tira" de catalizador de Pt sustancialmente libre de Pd en el lado corriente arriba del componente 18 de Pt que es contiguo con el componente 18 de Pt , en donde la carga de Pt en 22 > 18. La figura 3D ilustra una modalidad en donde el catalizador 22 de Pt sustancialmente libre de Pd se localiza en el lado corriente arriba de cualquiera de las modalidades del número 14 discutido antes. Con referencia a la figura 4A, los artículos comparten la misma numeración que las figuras 3A-D y representan el mismo rasgo escrito en lo anterior. El número 23 representa un sustrato monolítico de filtro particulado y recubierto con una capa única de distribuciones 24 de recubrimiento de lavado de dos capas, similar al descrito con referencia a la característica 14 en las figuras 3A-D. La figura 4B ilustra una modalidad de la figura 4A, en donde una "tira" de catalizador 22 de Pt sustancialmente libre de Pd a una carga de Pt mayor que 24 se localiza en el extremo corriente arriba del sustrato 23 - de filtro del catalizador 24 generador de exotermia. Cuando el sustrato 23 de filtro se recubre con una composición que comprende los componentes de Pt y Pd del catalizador generador de exotermia, una sustancia absorbente de N0X tal como óxido de bario y un catalizador de reducción de rodio, la composición de catalizador se denomina como un catalizador 26 de cuatro vías.

Ejemplo 1 Se prepara un conjunto de muestras de catalizador, cada uno soportado sobre un sustrato monolítico de flujo pasante cerámico con las dimensiones: diámetro 267 mm (10.5 pulgadas) x longitud 152 mm (6 pulgadas) y volumen de 8.5 litros (519 pulgadas3) a 62 celdas cm"2 (400 celdas por pulgada"2) de densidad de celda y un espesor de pared de 0.15 mm (0.06 pulgadas) . Las formulaciones de las muestras de catalizador son las siguientes: (i) únicamente Pt ; (ii) únicamente Pd; (iii) 2:1 Pt:Pd; (iv) 1:1 Pt:Pd; y (v) 1:2 Pt : Pd . En cada caso, el Pt y/o Pd está soportado sobre un material de soporte basado en alúmina y la carga de PGM total es equivalente en todas las muestras de catalizador de los incisos (i) a (v) inclusive. Antes de probar las muestras de catalizador se dejan envejecer en aire a 700°C durante 200 horas seguido por 200 horas adicionales a 750°C, también en aire. Para las pruebas, las muestras de catalizador se localizan en la tubería de escape de un motor turbo cargado de 10 litros en un lecho de prueba con termopares acoplados 25 mm en la parte frontal de la cara de admisión y 25 mm detrás de la cara de salida. El motor se hace funcionar a una velocidad estable y se ajusta la carga con el fin de generar una temperatura de admisión de 275°C para el catalizador como una velocidad de espacio de gas por hora (GHSV) de 45,000 hr"1. Se coloca un inyector de combustible diesel independiente en la tubería de escape corriente arriba del catalizador, en una posición la cual pueda asegurar una dispersión bien distribuida y uniforme del combustible sobre la cara frontal de la muestra de catalizador. Una vez que se obtienen condiciones estables, se inyectan de manera continua en el catalizador durante aproximadamente 700 segundos aproximadamente 7,000 ppm de hidrocarburo (HC) (C3), lo que resulta en un incremento en la temperatura de salida del catalizador de aproximadamente 600°C. La cantidad de HC en la salida del catalizador, en ppm, se mide durante el período de inyección. La figura 1 muestra el deslizamiento de HC para las muestras de catalizador (i) , (ii) y (iv) . Se puede ver que el catalizador únicamente con Pd permite una mayor concentración de deslizamiento de HC cuando se inicia la inyección, en comparación con el catalizador únicamente de Pt , pero esto se reduce de manera relativamente rápida conforme se incrementa la temperatura del catalizador. El catalizador únicamente compete, aunque se desliza menos HC inicialmente, permite un mayor seguimiento de HC con el tiempo y la velocidad de deslizamiento de HC se vuelve constante a un nivel mayor en comparación con el catalizador únicamente de Pd . La temperatura de salida del catalizador únicamente de Pt (no mostrada) también es mucho menor que cualquiera de las muestras de catalizador que contiene Pd probadas, debido posiblemente a carbonizado de la superficie del catalizador. El catalizador de Pt : Pd 1:1 muestra un deslizamiento de HC bajo, casi constante, durante la duración de la inyección y por lo tanto es una mejora considerable en las muestras que contienen un solo metal . La figura 2 muestra los resultados de la comparación de muestras de catalizador Pt : Pd (ii), (iv) y (v) , la totalidad de los cuales muestran un funcionamiento similar, aunque la relación de Pt : Pd 1:2 de muestra de catalizador es ligeramente más lenta de reaccionar cuando el HC se inyecta primero y requiere un período más prolongado para estabilizarse, en comparación con las muestras las cuales contienen por lo menos una carga equivalente de Pt .

Ejemplo 2 Se llevan a cabo experimentos con un conjunto diferente de muestras de catalizador recubiertas en un flujo a través de monolitos de 152 mm (6 pulgadas) de diámetro x 152 mm (6 pulgadas) de largo y 2.8 litros (170 pulgadas3) de volumen a 62 celdas cm"2 (400 celdas pulgada"2) y un espesor de pared de 0.15 mm (0.06 pulgadas) . Las formulaciones de catalizador consisten de (vi) únicamente P ; y (vii) Pt : Pd 1:1, ambos sobre los mismos soportes de alúmina y la misma carga total de PGM. Antes de la prueba se deja envejecer a los catalizadores durante 400 horas de una manera similar a la del ejemplo 1. Después se acoplan en la tubería de escape de un motor turbo cargado de 6.0 litros en un lecho de prueba con un inyector de combustible diesel independiente que se localiza corriente arriba del catalizador, como en el ejemplo 1. Se mide la temperatura de admisión 25 mm (1 pulgada) en la parte frontal del sustrato de catalizador utilizando un termopar y el motor se hace funcionar a cuatro velocidades en estado estable durante 10 minutos con el fin de generar una temperatura de 225°C, 250°C, 275°C y 300°C, ajustando la carga del motor. El intervalo de velocidad de espacio varía de 25-35,000 GHSV como una función de la carga. A cada condición de temperatura se inyecta combustible continuamente en el catalizador durante 10 minutos a una concentración calculada de 7,000 ppm HC (C3). Después de que se completa la inyección de combustible, la temperatura de escape se mantiene durante 10 minutos adicionales antes de que se obtenga el siguiente punto establecido de temperatura de admisión. Para cada punto establecido de temperatura, la temperatura asciende y se registra el deslizamiento de HC (ppm) . La tabla 1 resume el incremento de estabilizado de temperatura a través del catalizador y el porcentaje aproximado de separación de HC durante el período de inyección. Los datos confirman que el catalizador de Pt : Pd produce un incremento máximo de temperatura a una temperatura de admisión menor con menos deslizamiento de HC que el sistema Pt y por lo tanto muestra excelentes propiedades de combustión de combustible para la regeneración de filtros particulados.

Tabla 1

Claims

REIVINDICACIONES

1. Aparato que comprende un motor de ignición de un sistema de escape para el mismo, que comprende por lo menos un componente de sistema de escape para tratar el gas de escape y un medio para generar exotermia para calentamiento de por lo menos un componente del sistema de escape, medio de generación de exotermia que consiste esencialmente de un catalizador y un medio para inyectar hidrocarburo en el gas de escape para combustión del catalizador, catalizador el cual consiste esencialmente tanto de un componente de paladio como de un componente de platino y un material de soporte opcional, colocado sobre un sustrato monolítico en una de las siguientes distribuciones: (i) el componente de Pt se coloca en una zona en un extremo corriente arriba del sustrato monolítico y el componente de Pd se coloca en una zona en el extremo corriente abajo del sustrato monolítico; y (ii) el componente de Pt y el componente de Pd del medio de regeneración se colocan en un extremo corriente abajo del sustrato monolítico y un extremo corriente arriba del sustrato monolítico comprende un catalizador de Pt el cual está sustancialmente libre de Pd.

2. Aparato como se describe en la reivindicación 1, en donde el componente de Pd y el componente de Pt están ambos soportados sobre el mismo material de soporte.

3. Aparato como se describe en la reivindicación 1, en donde el componente de Pd está soportado sobre un primer material de soporte y el componente de Pt está soportado sobre un segundo material de soporte.

4. Aparato como se describe en la reivindicación 3, en donde el componente de Pd soportado sobre un primer material de soporte está en una primera capa y el componente de Pt soportado sobre un segundo material de soporte está en una segunda capa.

5. Aparato como se describe en la reivindicación 4, en donde la primera capa está debajo de la segunda capa.

6. Aparato como se describe en la reivindicación 3, 4 ó 5, en donde el primer material de soporte es diferente del segundo material de soporte.

7. Aparato como se describe en la reivindicación 1, en donde por lo menos uno del componente de Pt y el componente Pd está soportado por el sustrato monolítico por sí mismo.

8. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la proporción en peso de Pt : Pd en el catalizador es 5:1 a 1:5, opcionalmente 2:1 a 1:2.

9. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la carga total de Pt y Pd en el catalizador es 353-7063 g cm"3 (10-200 g ft"3) , opcionalmente 1413-3531 g cm"3 (40-100 g ft"3) .

10. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la distribución (ii) de carga de Pt en el catalizador extremo corriente arriba es 353-7063 g cm"3 (10-200 g ft"3) , opcionalmente 1059-5297 g cm"3 (30-150 g ft"3) .

11. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde en la distribución (ii) el catalizador de Pt en el extremo corriente arriba del sustrato monolítico está soportado sobre un material de soporte.

12. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el o cada material de soporte se selecciona del grupo que consiste de alúmina, sílice, ceria, zirconia, titania y mezclas u óxidos mixtos de cualquiera dos o más de los mismos.

13. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sustrato monolítico comprende una zona corriente arriba y una zona corriente abajo, en donde el material de soporte en la zona corriente arriba se selecciona del grupo que consiste de titania, zirconia, sílice, mezclas u óxidos mixtos de cualquiera dos o más de los mismos y óxidos mixtos u óxidos compuestos de alúmina y por lo menos uno de titania, zirconia o sílice, y material de soporte en la zona de corriente abajo comprende alúmina.

14. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde por lo menos un componente del sistema de escape comprende un filtro de material particulado.

15. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde por lo menos un componente del sistema de escape comprende una sustancia que absorbe NOx.

16. Aparato como se describe en la reivindicación 15, cuando depende de la reivindicación 14, en donde la sustancia que absorbe NOx está en el filtro de material particulado.

17. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde por lo menos un componente del sistema de escape comprende un catalizador de reducción catalítica selectiva (SCR) .

18. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde por lo menos un componente de sistema de escape comprende un catalizador magro en N0X . -

19. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el sustrato monolítico es un monolito de flujo pasante colocado corriente arriba de por lo menos un componente del sistema de escape .

20. Aparato como se describe en la reivindicación 19, cuando depende de la reivindicación 15, 17 ó 18, en donde por lo menos un componente del sistema de escape comprende el sustrato monolítico.

21. Aparato como se describe en la reivindicación 14 ó 16, en donde el sustrato monolítico es un filtro particulado.

22. Aparato como se describe en cualquier reivindicación precedente, en donde el medio para inyectar hidrocarburo en el gas de escape comprende un inyector para inyectar el hidrocarburo en el gas de escape inmediatamente corriente arriba del sustrato monolítico.

23. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en donde el medio para inyectar hidrocarburo en el gas de escape comprende un inyector en uno o más de los cilindros del motor.

24. Aparato como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el motor de ignición por compresión es un motor diesel, opcionalmente un motor diesel de uso ligero.

25. Método para calentar por lo menos un componente en un sistema de escape de un motor de ignición por compresión, método el cual comprende generar exotermia para calentar por lo menos un componente de sistema de escape al poner en contacto el catalizador que consiste esencialmente de un componente de paladio y un componente de platino, y un material de soporte opcional, colocado sobre un sustrato monolítico en una de las siguientes distribuciones: (i) el componente de Pt se coloca en una zona en un extremo corriente arriba del sustrato monolítico y el componente de Pd se coloca en una zona en el extremo corriente abajo del sustrato monolítico; y (ii) el componente de Pt y el componente de Pd del medio de regeneración se colocan en un extremo corriente abajo del sustrato monolítico y un extremo corriente arriba del sustrato monolítico comprende un catalizador de Pt el cual está sustancialmente libre de Pd, con un gas de escape que comprende una concentración aumentada de hidrocarburo en relación a la concentración de hidrocarburo presente en el gas de escape durante las condiciones de funcionamiento normal .