MXPA97004170A - Catalizador compacto - Google Patents

Abstract

Un catalizador compacto, estable, un artículo que comprende el catalizador compacto y un método de operación relacionado. El catalizadorcompacto comprende un soporte de catalizador y un componente catalítico de paladio. De preferencia y opcionalmente, hay estabilizadores que incluyenóxido de metal alcalino y componentes de metal de tierra rara seleccionados de los componentes neodimio y lantano. La composición catalizadora sustancialmente no incluye el componente de almacenamiento de oxígeno adicional, tal como los compuestos praseodimio o cerio. De preferencia es un catalizador tal como un catalizador de tres formas hacia abajo del catalizador compacto. El catalizador hacia abajo o inferior de preferencia incluye un componente de almacenamiento de oxígeno tal comoóxido de cerio uóxido de praseodimio.

Description

CATALIZADOR COMPACTO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un artículo y método que comprende una composición catalizadora útil para el tratamiento de gases para reducir los contaminantes contenidos en ellos. Más específicamente, la presente invención está relacionada con catalizadores del tipo mencionado generalmente como "catalizadores compactos" los cuales están diseñados para reducir los contaminantes en las emisiones de escape de un motor durante las condiciones de encendido en frío del motor. Las normas de Vehículo de Baja Emisión en California requieren significativamente mayor reducción de emisiones, especialmente para hidrocarburo y óxido de nitrógeno. Para un vehículo típico, una gran porción (hasta 80%) de las emisiones de hidrocarburo ocurren durante la primera fase del Procedimiento de Prueba Federal ("FTP"). Una diversidad de tecnologías están bajo desarrollo para reducir las emisiones de hidrocarburo durante el encendido en frío, incluyendo los catalizadores compactos como se describen en Ball, D.J., "Distribution of Warm-Up and Underfloor Catalyst Voluntes" SAE 922338, 1992; catalizadores calentados eléctricamente como se describe en Piotrowski, G.K., "Evaluation of Resistively Heated Metal Monolith EPA/AA/CTAAB/88-12, 1988 y Hurley, R.G. "Evaluation of Metallic and Electrically Heated Metallic Catalysts on a Gasoline Fueled Vehicle", SAE 900504, 1990; y los sorbedores de hidrocarburo como se describen en Heimrich, M.J., S ith L.R. and Kito ski, J. , "Cold Start Hydrocarbon Collection for Advanced Exhaust Emission Control, SEA 920847, 1992 y Hochmuth, J.K., Burle, P.L., Telentino, C, and Mignano, M.J., "Hydrocarbon Traps for Controlling Cold Start Emissions", SAE 930739, 1993; catalizadores de desviación como se describe en Fraidl, G.K., Quissrk F. and inklhofer, E., " Improvement of LEV/ULEV Potential of Fuel Efficient High Performance Engines" SAE 920416, 1992; y quemadores como se describe en Ma, T., Collings, N. and Hands, T., "Exhaust Gas Ignition (EGI) - A New Concept for Rapid Light-off of Automotive Exhaust Catalyst SAE 920400, 1992. Se ha reportado que los catalizadores compactos, especialmente los catalizadores que contienen Pd, son muy efectivos en reducir la emisión de HC durante el encendido en frío del ciclo FTP como se describe en Ball, D.J., "Distribution of Warm-Up and Underfloor Catalyst Volumes" SAE 922338, 1992; Summers, J.C., Skowron J.F., and Miller, M.J., "Useof Light-Off Catalysts to Mett the California LEV/ULEV Standards", SAE 930386, 1993 y Ball, D.J., "A Warm-up and Underfloor Converter Parametric Study" ; SAE 932765, 1993. Recientemente, Ford a reportado una aplicación exitosa del catalizador solamente de Pd para cumplir las normas de emisión severas como se describe en Dettling, J. , Hu, Z, Lui, Y., Smaling, R. , Wan, C and Punke, A., "SMART Pd TWC Technology to Meet Stringent Standards", Presentado en CAP0C3 Third International Congress on Catalyst and Automobile Pollution Control, April 20-22, 1994, Brussels. La función principal de un catalizador compacto, también se menciona como catalizador "precat" y de "calentamiento", es para reducir las emisiones de hidrocarburo durante el encendido en frío. El encendido en frío es el periodo inmediatamente después de encender el motor en las condiciones ambientales. El periodo de encendido en frío depende de la temperatura ambiente, el tipo de motor, el sistema de control del motor y la operación del motor. Típicamente, el periodo de encendido en frío está dentro de los primeros dos minutos después del encendido de un motor a la temperatura ambiente, la Prueba FTP 1975 caracteriza en encendido en frío como la primera bolsa del ciclo de impulso FTP, el cual dura los primeros 505 segundos después de encender un motor de la temperatura ambiente, típicamente a 26°C. Esto se realiza por la ubicación de por lo menos parte del catalizador del sistema de escape total cercano al motor que el tradicional "Catalizador de bajo del piso". Los catalizadores debajo del piso están ubicados típicamente debajo del piso del vehículo. El catalizador compacto, está ubicado en el compartimiento del motor, es decir, debajo de la cajuela y adyacente al múltiple de escape. Hay dos posibles estrategias para implementar un catalizador compacto. El catalizador compacto puede ocupar el volumen de catalizador completo o ser un catalizador de volumen pequeño utilizando junto con un catalizador debajo del piso. La opción del diseño depende de la configuración del motor, tamaño y espacio disponibles. Los catalizadores en la posición compactada, también están expuestos al gas de escape a alta temperatura que sale inmediatamente del motor después de que el motor se ha calentado. Como una consecuencia, el catalizador compacto debe tener estabilidad a alta temperatura para ser lo suficientemente durable para cumplir las normas de emisión severas como se describe en Bhasin, M. et al, "Novel Catalysts for Treating Exhaust Gases from Internal Combustión and Stationary Source Engines", SAE 93054, 1993. En las estrategias para el control de vehículos en los presentes días, el sobre-combustible o combustible enriquecido se utiliza para enfriar el escape del motor antes del catalizador durante la operación de carga elevada o condiciones de temperatura de escape elevadas. Esta estrategia resulta en emisiones de hidrocarburo aumentadas y pueden ser eliminadas en futuras reglamentaciones como se describe en "Aceleration Enrichment May Be Large Source of Pollution" WARD'S Engine and Vehicle Technology Update, Dec 1, 1993, p4. Esto podría resultar en temperaturas de exposición mayores de 50 a 100° para el catalizador. De esta forma, el catalizador compacto puede ser expuesto a temperaturas tan altas como 1050°C. Adicionalmente, las condiciones de impulso Autobahn a alta velocidad pueden exponer el catalizador compacto a tales temperaturas elevadas. Un catalizador de vehículo de motor típico es un catalizador de conversión de tres vías, debajo del piso ("TWC") el cual cataliza la oxidación por oxígeno en el gas de escape de los hidrocarburos sin quemar y el monóxido de carbono y la reducción de los óxidos de nitrógeno a nitrógeno. Los catalizadores TWC los cuales presentan buena actividad y duración prolongada comprenden uno o más de los metales del grupo de platino (por ejemplo platino o paladio, rodio, rutenio e iridio) ubicados sobre un área de superficie elevada, soporte de óxido refractario, por ejemplo recubrimiento de alumina de área de superficie elevada. El soporte se transporta en un portador adecuado o sustrato, tal como un portador monolítico que comprende una estructura de panal de metal o de cerámica refractaria, o partículas refractarias tales como esferas o segmentos extruidos, cortos de un material refractario adecuado. La Patente de los Estados Unidos No. 4,134,860 se relaciona con la fabricación de estructuras catalizadoras. La composición catalizadora puede contener metales del grupo de platino, metales bases, metales de tierras raras y refractarios, tales como soportes de alúmina. La composición puede ser depositada en un portador relativamente inerte tal como un panal. Los materiales de soporte de alúmina de área superficial elevada, también mencionados como "gamma alúmina" o "alúmina activada", presentan típicamente un área superficial BET en exceso de 60 metros por gramo ("m2/g"), frecuentemente hasta aproximadamente 200 m /g o más. Tal alúmina activada usualmente es una mezcla de las fases gamma y delta de la alúmina, pero también puede contener cantidades sustanciales de las fases de alúmina eta, kappa y theta. Se describen para utilizar los óxidos de metal refractarios aparte de la alúmina activada como un soporte para por lo menos algunos de los componentes catalíticos en un catalizador dado. Por ejemplo, la ceria, circonia, alfaalú ina en volumen y otros materiales son conocidos para tal uso. Aunque muchos de estos materiales experimentan la desventaja de tener un área superficial BET considerablemente menor que la alúmina activada, la desventaja tiende a ser desplazada por una mayor durabilidad del catalizador resultante . En un vehículo en movimiento, las temperaturas del gas de escape pueden alcanzar 1000°C y tales temperaturas elevadas provocar que el material de soporte de la alúmina activada (u otros) experimenten degradación térmica provocada por una transición de fase con la contracción del volumen resultante, especialmente en presencia de vapor, por lo que el metal catalítico llega a toponarse en el medio de soporte contraído con una pérdida del área superficial del catalizador expuesta y una disminución correspondiente en la actividad catalítica. Es un asunto conocido en la técnica estabilizar los soportes de alúmina contra tal degradación térmica por el uso de materiales, tales como óxidos de circonia, titania, de metal alcalinotérreo tales como baria, calcia o estroncia u óxidos de metal de tierras raras, tales como ceria, lantana y mezclas de dos o más de los óxidos de metal de tierras raras. Por ejemplo, véase C.D. Keith et al, Patente de los Estados Unidos 4,171,288. El óxido de cerio en volumen (ceria) se describe para proporcionar un soporte de óxido refractario excelente para metales del grupo del platino aparte del rodio y permite la unión de cristalitos pequeños, altamente dispersados de platino sobre las partículas de ceria y que la ceria en volumen puede ser estabilizada por impregnación con una solución de un compuesto de aluminio, seguido por calcinación. La Patente de los Estados Unidos 4,714,694 de C.Z. Wan et al describen ceria en volumen estabilizada con aluminio, combinados opcionalmente con una alúmina activada para servir como un soporte de óxido refractario para los componentes de metal del grupo del platino impregnados sobre él. El uso de la ceria en volumen como un soporte catalítico para los catalizadores de metal del grupo del platino aparte del rodio, también se describe en la Patente de los Estados Unidos 4,727,052 de C.Z. Wan et al y en la Patente de los Estados Unidos 4,708,946 de Ohata et al. La Patente de los Estados Unidos No. 4,923,842 describe una composición catalítica para el tratamiento de los gases de escape, que comprende un primer soporte que tiene dispersado sobre él, por lo menos un componente de almacenamiento de oxígeno y por lo menos un componente de metal noble y que tiene dispersado inmediatamente sobre él, una sobrecapa que comprende óxido de lantano y opcionalmente un segundo soporte. La capa de catalizador está separada del óxido de lantano. El metal noble puede incluir platino, paladio, rodio, rutenio e iridio. El componente de almacenamiento de oxígeno puede incluir el óxido de un metal del grupo que consiste de fierro, níquel, cobalto y tierras raras. Ilustrativos de estos son cerio, lantano, neodimio, praseodimio, etc. Los óxidos de cerio y praseodimio son particularmente útiles como los componentes para el almacenamiento de oxígeno. La Patente de los Estados Unidos No. 4,808,564 describe un catalizador para la purificación de los gases de escape, que tienen durabilidad mejorada, la cual comprende un sustrato de soporte, una capa portadora de catalizador formada sobre el sustrato de soporte y los ingredientes del catalizador transportados en la capa portadora del catalizador. La capa portadora del catalizador comprende óxidos de lantano y cerio en los cuales la fracción molar de átomos de lantano a átomos de tierras raras totales es de 0.05 a 0.020 y la relación del número de átomos de la tierras raras totales al número de átomos de aluminio es de 0.05 a 0.25. La Patente de los Estados Unidos No. 4,438,219 describe un catalizador soportado de alúmina para utilizarse en un sustrato. El catalizador es estable a altas temperaturas. El material de estabilización se describe que es uno de varios compuestos que incluyen aquellos derivados de bario, silicio, metales de tierras raras, metales alcalinos y alcalinotérreos, boro, torio, hafnio y circonio. De los materiales de estabilización, el óxido de bario, dióxido de silicio y óxidos de tierras raras, los cuales incluyen lantano, cerio, praseodimio, neodimio y otros están indicados para ser los preferidos. Se describe que poniéndolos en contacto con una película de alúmina calcinada permite que la película de alúmina calcinada retenga un área de superficie mayor a mayores temperaturas. Las Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,476,246, 4,591,578 y 4,591,580 describen composiciones de catalizador de tres formas que comprenden alúmina, ceria, un promotor de óxido de metal alcalino y metales nobles. La Patente de los Estados Unidos No. 4,591,518 describe un catalizador que comprende un soporte de alúmina con los componentes depositados sobre ella, que consisten esencialmente de un componente lantana, seria, un óxido de metal alcalino y un metal del grupo del platino. La Patente de los Estados Unidos No. 4,591,580 describe un catalizador de metal del grupo del platino soportado en alúmina, el soporte es modificado secuencialmente para incluir estabilización del soporte lantana u óxidos de tierras raras ricos en lantana, promoción doble por ceria y óxidos de metal alcalino y opcionalmente óxido de níquel. Las composiciones catalizadoras que contienen paladio, por ejemplo la Patente de los Estados Unidos No. 4,624,940 se han encontrado útiles para aplicaciones a alta temperatura. La combinación de lantano y bario se encontró que proporciona una estabilización hidrotérmica superior de la alúmina, la cual soporta al componente catalítico paladio. La Patente de los Estados Unidos No. 4,780,447 describe un catalizador, el cual es capaz de controlar HC, CO y No? así como también ^S en las emisiones de la tubería posterior del convertidor catalítico equipado en automóviles.

El uso de los óxidos de níquel y/fierro se describe como un absorbedor de H2S del compuesto. La Patente de los Estados Unidos No. 4,965,243 describe un método para mejorar la estabilidad térmica de un catalizador TWC que contiene metales preciosos por la incorporación de un compuesto de bario y un compuesto de circonia junto con ceria y alúmina. Esto se establece para formar una porción catalítica para aumentar la estabilidad del recubrimiento de la alúmina por la exposición a alta temperatura. La J01210032 (y AU-615721) describe una composición catalítica que comprende paladio, rodio, alúmina activa, un compuesto de cerio, un compuesto de estroncio y un compuesto de circonia. Estas patentes sugieren la utilidad de metales alcalinotérreos en combinación con ceria, circonia para formar un recubrimiento que contiene paladio soportado en alúmina, térmicamente estable. Las Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,624,940 y 5,057,483 se refieren a partículas que contienen ceria-circonia. Se encontró que la ceria puede ser dispersada homogéneamente en toda la matriz de circonia hasta 30% por peso del peso total del material compuesto de ceria-circonia para formar una solución sólida. Un material compuesto en partículas de óxido de ceria-circonia co-formado (por ejemplo co-precipitado) puede aumentar la utilidad de la ceria en partículas que contienen una mezcla de ceria-circonia. La ceria proporciona la estabilización de la circonia y también actúa como un componente de almacenamiento de oxígeno. La patente '483 describe que el neodimio y/o itrio pueden agregarse al material compuesto de ceria-circonia para modificar las propiedades del óxido resultante según se desee . La Patente de los Estados Unidos 4,504,598 describe un proceso para producir un catalizador TWC resistente a alta temperatura. El proceso incluye formar una suspensión acuosa de partículas de alúmina gamma o activada e impregnar la alúmina con sales solubles de metales seleccionados incluyendo cerio, circonio, por lo menos uno de fierro y níquel y por lo menos uno de platino, paladio y rodio y opcionalmente, por lo menos uno de neodimio, lantano y praseodimio. La alúmina impregnada es calcinada a 600°C y luego dispersada en agua para preparar una suspensión, la cual está recubierta en un portador de panal y se seca para obtener un catalizador acabado. La Patente Japonesa Kokai 71538/87 describe una capa de catalizador soportada en un portador de catalizador y que contiene un componente catalizador seleccionado del grupo que consiste de platino, paladio y rodio. Una capa de recubrimiento de alúmina se proporciona sobre la capa de catalizador. La capa de recubrimiento contiene un óxido seleccionado del grupo que consiste de óxido de cerio, óxido de níquel, óxido de molibdeno, óxido de fierro y por lo menos un óxido de lantano y neodimio (1-10% por peso) . Las Patentes de los Estados Unidos Nos. 3,956,188 y 4,021,185 describen una composición catalizadora que tiene (a) un material compuesto calcinado, catalíticamente activo de alúmina, un óxido de metal de tierras raras y un óxido de metal seleccionado del grupo que consiste de un óxido de cromo, tungsteno, un metal del grupo IVB y sus mezclas y (b) una cantidad catalíticamente efectiva de un metal del grupo del platino agregado a él, después de la calcinación del material compuesto. Los metales de tierras raras incluyen cerio, lantano y neodimio. La Patente Japonesa J-63 -077544-A describe un catalizador automotriz en capas que tiene una primera capa que comprende paladio dispersado en un soporte que comprende alúmina, lantana y otros óxidos de tierras raras y un segundo recubrimiento, que comprende rodio dispersado en un soporte que comprende alúmina, circonia, lantana y óxidos de tierras raras. La Patente de los Estados Unidos No. 4,587,231 describe un método para producir un catalizador de tres formas, monolítico para la purificación de gases de escape, primero, un recubrimiento de óxido mezclado se proporciona a un portador monolítico por tratamiento del portador con un recubrimiento de deslizamiento en el cual el polvo de alúmina activa que contiene óxido de cerio se dispersa junto con un polvo de ceria y luego hornear el portador tratado. Enseguida, se depositan el platino, rodio y/o paladio sobre el recubrimiento de óxido por una descomposición térmica. Opcionalmente, polvo de circonio puede agregarse al recubrimiento de deslizamiento. La Patente de los Estados Unidos No. 5,057,483 describe una composición catalizadora adecuada para la conversión de tres formas de un motor de combustión interna, por ejemplo motor de gasolina para automóvil, los gases de escape incluyen un material catalítico colocado en dos recubrimientos discretos sobre un portador. El primer recubrimiento incluye un soporte de alúmina estabilizado sobre' el cual un primer componente catalítico de platino se dispersa y la ceria en volumen y también puede incluir óxido de fierro en volumen, óxido de metal (tal como óxido de níquel en volumen) el cual es efectivo para la eliminación de las emisiones del sulfuro de hidrógeno y uno o ambos de baria y circonia dispersos completamente en el primer recubrimiento como un estabilizador térmico. El segundo recubrimiento, el cual puede consistir de un recubrimiento superior se coloca sobre el primer recubrimiento, que contiene un soporte de circonia óxido de tierra rara co-formado (por ejemplo, co-precipitado) sobre el cual un primer componente catalítico de rodio está disperso y un segundo soporte de alúmina activada que tiene un segundo componente catalítico de platino dispersado en él. El segundo recubrimiento también puede incluir un segundo componente catalítico de rodio y opcionalmente, un tercer componente catalítico de platino, dispersado como un soporte de alúmina activada. Es un objetivo continuar desarrollando un sistema catalizador compacto, el cual es barato y estable. El sistema debe tener la capacidad para oxidar hidrocarburos a bajas temperaturas. La presente invención se relaciona con un catalizador compacto, estable, un artículo que comprende tal catalizador compacto y un método de operación relacionado. El catalizador compacto de la presente invención, ha sido diseñado para reducir las emisiones de hidrocarburo de los motores de gasolina durante los arranques en frío.

Más particularmente, el catalizador compacto está diseñado para reducir los contaminantes en las corrientes del gas de escape del motor de un automóvil a temperaturas tan bajas como de 350°C, de preferencia tan bajas como de 300°C y de mayor preferencia tan bajas como 200°C. El catalizador compacto de la presente invención, comprende una composición de catalizador compacto, la cual cataliza las reacciones a baja temperatura. Esto está indicado por la temperatura de encendido. La temperatura de encendido para un componente específico es la temperatura a la cual el 50% de este componente reacciona. El catalizador compacto se ha colocado cercano a un motor para permitirle alcanzar las temperaturas de reacción tan pronto como sea posible. Sin embargo, durante la operación en estado estable del motor, la proximidad del catalizador compacto al motor típicamente tiene menos de 0.3 metros (un pie), las específicamente menos de 15.24 centímetros (6 pulgadas) y unido por comúnmente directamente a la salida del múltiple de escape expuesto a la composición catalizadora compacta a los gases de escape a temperaturas muy altas de hasta 1100°C. El catalizador compacto en el lecho catalizador es calentado a alta temperatura por calor de ambos del gas de escape caliente y por el calor generado por la combustión de hidrocarburos y monóxido de carbono presentes en el gas de escape. Además de ser muy reactiva a bajas temperaturas, la composición catalizadora compacta debe ser estable a altas temperaturas durante la duración de operación del motor. Como se indicó en Antecedentes de la Invención, los motores de gasolina típicamente liberan en el gas de escape contaminantes, los cuales incluyen hidrocarburos, monóxido de carbono y óxidos nítricos. Los convertidores típicos catalíticos están ubicados "debajo del piso" del automóvil. Tales convertidores catalíticos comprenden composiciones catalizadoras las cuales actúan como "catalizadores de tres formas" (TWC) los catalizadores TWC oxidan el monóxido de carbono y los hidrocarburos y reducen los óxidos nítricos. El monóxido de carbono es oxidado a bióxido de carbono y los hidrocarburos son oxidados a agua y bióxido de carbono. El óxido nítrico se reduce típicamente a gas nitrógeno. El catalizador compacto de la presente invención, realiza la oxidación del monóxido de carbono e hidrocarburos y reducción de los óxidos de nitrógeno en condiciones de "arranque en frío" revisadas en los antecedentes. Tales condiciones son tan bajas como de 350°C, de preferencia 300°C y de mayor preferencia tan bajas como de 200°C. Al mismo tiempo, una composición catalizadora compacta es térmicamente estable por la exposición a la temperatura de hasta 1100°C y mayor durante la duración de operación del motor. Esto ha sido realizado aumentando la estabilidad térmica del recubrimiento del catalizador y controlando la reacción del monóxido de carbono en el lecho del catalizador compacto y por lo tanto reducir el aumento de temperatura relacionado con la combustión del monóxido de carbono en el lecho catalizador. Al mismo tiempo, las composiciones catalizadoras compactas proporcionan una conversión de hidrocarburo relativamente elevada. Una corriente de catalizador del catalizador compacto puede ser un catalizador debajo del piso o un catalizador hacia abajo o inferior. Cuando el catalizador debajo del piso se calienta a una temperatura suficientemente elevada para reducir los contaminantes, la conversión reducida del monóxido de carbono en el catalizador compacto resulta en un catalizador compacto más frío y permite que el catalizador hacia abajo típicamente el catalizador de tres formas debajo del piso quemen el monóxido de carbono y funcionen más efectivamente a una temperatura más alta. La composición catalizadora compacta de la presente invención comprende componentes del tipo utilizado en una composición catalizadora TWC excepto que sustancialmente no hay componentes de almacenamiento de oxígeno. La eliminación de los componentes de almacenamiento de oxígeno de la composición catalizadora compacta de la presente invención resulta en la derivación controlada del monóxido de carbono.

Para los propósitos de la presente invención los componentes los cuales tienen capacidades de liberación y almacenamiento de oxígeno incluyen óxido de cerio y óxido de praseodimio. La cantidad equivalente de otras tierras raras que tienen capacidad de almacenamiento de oxígeno menos significativas no se considera que sean componentes, los cuales tengan capacidad de almacenamiento y liberación de oxígeno sustancial. Adicionalmente, los componentes de metal del grupo del platino no son considerados que sean componentes de almacenamiento de oxígeno. En particular, la composición catalizadora compacta puede ser una composición catalizadora de tres formas que no tiene sustancialmente ceria. Cantidades menores de ceria o praseodimio pueden estar presentes como impurezas o cantidades en trazas. Los componentes de almacenamiento de oxígeno tal como óxido de cerio almacenan oxígeno y lo liberan durante las condiciones de operación proporcionando oxígeno adicional para permitir la oxidación de los hidrocarburos y monóxidos de carbono para que procedan más eficientemente. Sin embargo, esta función se ha encontrado que resulta en oxidación en exceso y sobrecalentamiento del catalizador compactado. La presente composición incluye un componente de paladio, de preferencia a una concentración relativamente elevada. Por consiguiente, durante la operación de encendido o arranque en frío, una cantidad relativamente elevada de hidrocarburos son oxidados y una cantidad significativa de monóxido de carbono, aunque no todo el monóxido de carbono es oxidado. Adicionalmente, se reduce una cantidad significativa de óxidos de nitrógeno. Además, la ausencia del componente de almacenamiento de oxígeno, particularmente compuestos de cerio en el catalizador compacto limitan la cantidad de oxidación del monóxido de carbono en el catalizador compacto aún cuando los gases de escape del motor estén calientes y el catalizador hacia abajo (debajo dei piso) ha alcanzado las temperaturas de operación. El monóxido de carbono, el cual no reacciona en el catalizador compacto pasa al catalizador hacia abajo, donde es oxidado catalíticamente y tal oxidación aumenta la temperatura del catalizador hacia abajo que resulta en una operación más efectiva. Por consiguiente, el catalizador compacto de la presente invención, es suficientemente efectivo para eliminar una cantidad significativa de contaminantes a bajas temperaturas, mientras que al mismo tiempo es estable durante periodos prolongados de operación del motor, mientras que proporciona una cantidad suficiente de monóxido de carbono al catalizador hacia abajo para permitirle que funcione efectivamente. La presente invención incluye un artículo que comprende un motor de gasolina que tiene una salida de escape, conectada típicamente en comunicación con la entrada de un múltiple de escape. El catalizador compacto está en comunicación con la salida de escape y está conectado típicamente en comunicación con la salida del múltiple de escape. El catalizador compacto puede estar conectado directamente a la salida del motor de gasolina o a la salida del múltiple de escape. Alternativamente, puede estar conectado por una tubería de escape corta, típicamente de hasta aproximadamente 0.3 m (un pie) de largo a la salida de escape o salida del múltiple de escape del motor de gasolina. El catalizador compacto tiene una salida, la cual está conectada en comunicación con la entrada del convertidor hacia abajo, de preferencia el convertidor catalítico debajo del piso. Los tubos de escape pueden estar conectados desde la salida de la salida del catalizador compacto y la entrada de la entrada del convertidor catalítico debajo del piso. El convertidor catalítico debajo del piso tiene una salida la cual puede estar conectada a los tubos de escape de salida, a través de los cuales, el gas de escape pasa desde el vehículo a la atmósfera. El catalizador compacto comprende una composición catalizadora compacta. El catalizador debajo del piso de preferencia comprende una composición catalizadora de tres formas que contiene ceria. La composición catalizadora compacta de la presente invención, está sustancialmente libre de los componentes de almacenamiento de oxígeno tales como ceria y praseodimia. La composición catalizadora comprende un soporte, el cual de preferencia comprende por lo menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste de sílice, alúmina, titania y un primer compuesto de circonia de aquí en adelante mencionado como un primer compuesto de circonia. La composición además comprende un componente de paladio, de preferencia en una cantidad suficiente para oxidar el monóxido de carbono e hidrocarburo y reducir los óxidos nítricos para tener temperaturas de encendido respectivas a 50% de conversión, ias cuales son relativamente bajas y de preferencia en el rango de 200 a 350°C para la oxidación de hidrocarburos. La composición comprende opcionalmente por lo menos un óxido de metal alcalino seleccionado del grupo que consiste de óxido de estroncio, óxido de calcio y óxido de bario con el más preferido que es el óxido de estroncio. La composición puede opcionalmente comprender también otros componentes de metal del grupo de platino o de metal precioso, incluyendo de preferencia por lo menos un metal seleccionado del grupo que consiste de los componentes de platino, rodio, rutenio e iridio. Donde se incluyen metales del grupo del platino adicionales, si se utiliza el platino, se utiliza en una cantidad de menos de 60 gramos por 0.02 metros cúbicos. Otros metales del grupo del platino son utilizados en cantidades de hasta aproximadamente 20 gramos por 0.02 metros cúbicos. La composición opcionalmente, también puede incluir un segundo compuesto de óxido de circonio como un estabilizador y opcionalmente por lo menos un óxido de tierras raras seleccionado del grupo que consiste de óxido de neodimio y óxido de lantano. El catalizador compacto de preferencia está en la forma de un catalizador soportado en un portador, donde el portador comprende un portador del tipo de panal. Un portador del tipo de panal preferido comprende una composición que tiene por lo menos aproximadamente 50 gramos por 0.02 metros cúbicos del componente paladio, de 0.5 a 3.5 s/l€.39cm3 de alúmina activada y de 0.05 a 0.5 g/16,38 cm3 de per lo menos un componente de metal alcalinotérreo, de mayor preferencia óxido de estroncio. Donde están presentes el óxido de lantano y/o neodimio, están presentes en cantidades de hasta 0.6 g/16.38 cm3. La presente invención comprende un método para hacer funcionar un motor de gasolina que tiene un escape, el cual comprende contaminantes incluyendo monóxido de carbono, hidrocarburos y opcionalmente óxido de nitrógeno. La corriente de gas de escape se hace pasar desde la salida del motor a la entrada de un catalizador compacto del tipo descrito en lo anterior. Los gases hacen contacto con el catalizador compacto y reaccionan. El catalizador compacto sustancialmente no tiene componentes de almacenamiento de oxígeno, particularmente los componentes ceria y praseodimia. El gas de escape entonces puede pasar hacia un catalizador de tres formas hacia abajo, el cual de preferencia comprende un componente de almacenamiento de oxígeno tal como ceria. En una modalidad opcional, el catalizador de 3 formas se incluye como parte del artículo catalítico compacto en un portador, el cual está dentro de la canastilla del catalizador compacto hacia abajo del portador del catalizador compacto .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un dibujo esquemático de un automóvil que muestra una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 2 es un dibujo esquemático que muestra un catalizador compacto utilizado en combinación con un catalizador debajo del piso. La Figura 3 es una modalidad alterna de la presente invención, en la que el catalizador compacto está combinado en un solo alojamiento con un segundo catalizador de 3 formas, el cual comprende un componente de almacenamiento de oxígeno tal como ceria. La Figura 4 es una modalidad alterna de la presente invención, en la que el catalizador compacto se utiliza en combinación con y separado del catalizador hacia abajo. La presente invención comprende un catalizador compacto que comprende una composición catalizadora compacta en proximidad cercana a la salida de escape de un motor de gasolina. La composición catalizadora comprende un soporte, un componente de paladio y por lo menos un componente de oxido de metal alcalino, de preferencia óxido de estroncio. La composición catalizadora compacta consiste esencialmente de los componentes que sustancialmente no tienen almacenamiento de oxígeno y capacidad de liberación durante la operación del motor de gasolina. De preferencia, hay un catalizador hacia abajo del catalizador compacto, el cual comprende por lo menos un componente de almacenamiento de oxígeno y en particular ceria o praseodimia. Se hace referencia a la Figura 1, la cual ilustra una modalidad particular y preferida de la presente invención. La Figura 1 muestra un vehículo de motor 10 que tiene un motor de gasolina 12. El motor de gasolina 12 tiene una salida de escape del motor 14. En las modalidades típicas y preferidas, la salida de escape del motor 14 se comunica a un múltiple 16 de escape del motor a través de la entrada del múltiple 18. Un catalizador compacto está en proximidad cercana a la salida del múltiple de escape del motor 19. La salida del múltiple 18 está conectada y se comunica con el catalizador compacto 20 a través de la entrada del catalizador compacto 22. El catalizador compacto 20 está conectado a y se comunica con un catalizador hacia abajo, tal como el convertidor catalítico 24 debajo del piso. El catalizador compacto tiene una salida de catalizador compacto 26, la cual está conectada al catalizador debajo del piso 24 a través del tubo de escape 30 del catalizador compacto a la entrada del catalizador 28 debajo del piso. El catalizador 24 debajo del piso está típicamente y de preferencia conectado a la entrada del silenciador 36 a través del tubo de escape 38 ?e& jo ?ei piso. El silenciador tiene una salida de silenciador 39, la cual está conectada al tubo posterior 40 que tiene una salida de tubo posterior 42 la cual se abre al medio ambiente. La Figura 2 muestra un dibujo esquemático del catalizador compacto 20 en combinación con un catalizador debajo del piso 24. En esta modalidad preferida, el catalizador compacto comprende un soporte de panal compacto 44 sobre el cual está recubierta la composición catalizadora compacta. El catalizador 24 debajo del piso comprende un panal 46 debajo del piso sobre el cual está recubierta una composición catalizadora debajo del piso. El panal catalizador compacto de la Figura 2 está montado en forma sellada en la canastilla compacta 52, la cual tiene la entrada de catalizador compacto 22 y la salida de catalizador compacto 26 conectada por el tubo de escape 30 del catalizador compacto a la entrada 28 del catalizador 24 debajo del piso el cual está montado en forma de sello en la canastilla 54 del catalizador debajo del piso. El tubo de escape 38 debajo del piso está conectado a la salida del catalizador 34 debajo del piso. La Figura 3 ilustra modalidades alternativas del catalizador compacto, el cual comprende dos panales adyacentes. En esta modalidad, el catalizador compacto comprende un soporte de panal 48 compacto, combinado, sobre el cual está recubierta la composición catalizadora compacta. El catalizador hacia abajo comprende un soporte 50 de catalizador hacia abajo combinado, sobre el cual está recubierta, de preferencia, una composición catalizadora hacia abajo, combinada de tres formas. El catalizador compacto 48 combinado y el catalizador hacia abajo 50 combinado pueden estar adyacentes entre sí, de preferencia teniendo diseños de panal correspondientes. Alternativamente, como se muestra en la Figura 4, pueden estar separados. Finalmente, puede haber uno o más de una pluralidad de panal catalizador compacto, combinado 48 y uno o más panales de catalizador hacia abajo combinados 50. Las Figuras 3 y 4 muestran un panal catalizador compacto, combinado, 48 y un catalizador de 3 formas 50 de panal montado en forma de sello en la canastilla combinada 56. La canastilla combinada 56 tiene una entrada de catalizador compacto 22 dentro de la cual los gases de escape del motor fluyen y una salida de catalizador combinado 58, la cual lleva a un tubo de escape combinado 60. El tubo de escape combinado 60 lleva a la entrada 36 del silenciador 32. En la Figura 3, los panales 48 y 50 están adyacentes y en contacto a tope y tiene perfiles adyacentes similares. Los panales 48 y 50 de la Figura 4 están separados por el espacio 51 y pueden tener diferentes perfiles opuestos. De preferencia, la cantidad de catalizador compacto es menor que el catalizador hacia abajo, es decir debajo del piso, con la cantidad relativa de la composición catalizadora compacta que es de 1/20 a 1/2 del total de la composición catalizadora compacta y debajo del piso en base al peso por volumen del catalizador (es decir g/cm3). Alternativamente, el volumen de catalizador compacto (volumen de panal) es de 1/20 a 1/2 del volumen catalizador total. El artículo de la presente invención, de preferencia incluye una composición catalizadora compacta que comprende un soporte; un componente de paladio y de preferencia por lo menos uno óxido de metal alcalino. La composición proporciona actividad catalizadora de 3 formas y consiste esencialmente de componentes sin almacenamiento de oxígeno, sin ceria y en particular sin ceria o praseodimia. La composición catalizadora compacta puede consistir opcionalmente además, del paladio, de por lo menos un componente de metal del grupo del platino seleccionado del grupo que consiste de platino, rodio, rutenio e iridio en cantidades secundarias en relación con el paladio. Opcional y de preferencia, la composición comprende además un óxido de metal alcalinotérreo y por lo menos un óxido de tierra rara seleccionado del grupo que consiste de óxido de neodimio y óxido de lantano. La composición además puede consistir adicionalmente de un segundo compuesto de óxido de circonio. Una composición catalizadora compacta, más preferida consiste de un soporte de alúmina activa, un componente de paladio, un óxido de estroncio, un óxido de neodimio, óxido de lantano y un segundo óxido de circonio. La composición catalizadora compacta de preferencia está recubierta sobre un portador tal como un portador de sustrato de panal . Cuando se recubre sobre tal portador, las cantidades de los diversos componentes están presentadas en base a gramos por volumen. Cuando las composiciones se aplican como un recubrimiento delgado a un sustrato portador monolítico, las cantidades de los ingredientes son expresadas convencionalmente como gramos por cm3 para los componentes de metal del grupo del platino y gramos de material por cm3 del catalizador, ya que esta medida ajusta tamaños de celda de paso del flujo de gas diferentes en diferentes sustratos portadores monolíticos. Para los convertidores catalíticos de gas de escape automotriz, típicos, el material compuesto catalizador el cual incluye un sustrato monolítico, generalmente puede consistir de aproximadamente 0.50 a aproximadamente 6.0, de preferencia de 1.0 a aproximadamente 5.0 g/16.38 cm3 del recubrimiento de la composición catalítica. Las cantidades preferidas de los diversos componentes son: de aproximadamente 50 a aproximadamente 400 g/0.02 m3 del componente paladio; de 0 a 20 g/0.02 3 de los componentes de metal del grupo del platino seleccionados del grupo que consiste de los componentes de rodio, rutenio e iridio y de 0 a 60 g/0.02 3 de un componente de platino. Para lograr la oxidación deseada del hidrocarburo y la oxidación del monóxido de carbono controlada, la cantidad de paladio de preferencia es mayor que la suma de todos los otros componentes de metal del grupo de platino. La cantidad del material de soporte es de preferencia de 0.5 a aproximadamente 3.5 g/16.38 cm3 con alúmina activada que es la más preferida. La cantidad del compuesto de metal alcalinotérreo es de aproximadamente 0 a aproximadamente 0.06 y de preferencia de 0.05 a aproximadamente 0.5 g/16.38 cm3. La cantidad del óxido de metal de tierra rara es de preferencia de 0.0 a 0.5 y de mayor preferencia de 0.05 a 0.2 de cada uno de los compuestos de óxido de lantano y óxido de neodimio. La cantidad del segundo óxido de circonio es de 0.00 a aproximadamente 0.05 y de preferencia de 0.05 a 0.02 g/16.38 cm3. El catalizador hacia abajo es de preferencia un catalizador de tres formas. Cualquier catalizador de tres formas adecuado, conocido en la técnica puede utilizarse y de preferencia, comprenden un componente para almacenamiento de oxígeno y en particular ceria. Tales catalizadores típicamente consisten de por lo menos un componente de metal del grupo de platino, seleccionado típicamente del grupo que consiste de componentes de platino, paladio, rodio, rutenio e iridio. Por lo menos hay un soporte catalizador el cual puede ser seleccionado de los compuestos sílice, alúmina y titanio y típicamente y de preferencia son compuestos activados seleccionados del grupo que consiste de alúmina, sílice, sílice-alúmina, sílice-silicatos alúmina-circonia, alúmina-cromia y alúmina-ceria . El catalizador de tres formas de preferencia comprende un componente de almacenamiento de oxígeno, seleccionado de preferencia del grupo que consiste de compuestos de cerio y praseodimio de preferencia óxido de cerio y óxido de praseodimio. La composición de preferencia comprende por lo menos un estabilizador, el cual puede ser seleccionado de los componentes de metales alcalinotérreos incluyendo los componentes derivados de magnesio, bario, calcio y estroncio. El catalizador de tres formas puede incluir adicionalmente metales de tierras raras, de preferencia componentes lantano y neodimio. Los catalizadores de tres formas más preferidos, útiles con el catalizador compacto de la presente invención se describen en la Solicitud de los Estados Unidos No. de Serie 08/265,076, intitulada "Layered Catalyst Composite" e incorporada en la presente para referencia. En la preparación el catalizador compacto o hacia abajo (TWC) , un componente catalítico de metal del grupo del platino tal como un compuesto adecuado y/o complejo de cualquiera de los metales del grupo de platino pueden ser utilizados para lograr la dispersión del componente catalítico en las partículas de soporte de alúmina activada. Como se utiliza en la presente, el término "componente de metal del grupo de platino" significa cualquier compuesto de metal del grupo de platino, complejo, o similares, los cuales, por la calcinación o uso del catalizador se descomponen o convierten en cualquier otra forma a una forma catalíticamente activa, comúnmente, el metal o el óxido del metal . Los compuestos solubles en agua o compuestos dispersables en agua o complejos de uno o más metales del grupo de platino pueden ser utilizados mientras que el líquido utilizado impregne o deposite los compuestos de metal catalítico sobre las partículas de soporte de alúmina, no reaccionen adversamente con el metal catalítico o su compuesto o complejo o los otros componentes de la suspensión y sea capaz de ser eliminado del catalizador por volatilización o descomposición por calentamiento y/o la aplicación de vacío. En algunos casos, el término de la eliminación del líquido no puede llevarse a cabo hasta que el catalizador se coloque en uso y se someta a las temperaturas elevadas encontradas durante la operación. Generalmente, ambos desde el punto de vista de economía y aspectos ambientales, las soluciones acuosas de compuestos solubles o complejos de los metales del grupo de platino son preferidos. Por ejemplo, los compuestos adecuados son ácido cloroplatínico, hidróxido de platino solubilizado en amina, cloruro de rodio, nitrato de rodio, cloruro de rodio hexamina, nitrato de paladio o cloruro de paladio, etc. Durante la etapa de calcinación o por lo menos durante la fase inicial del uso del catalizador, tales compuestos son convertidos a una forma catalíticamente activa del metal del grupo del platino o un compuesto del mismo. Cuando se prepara un catalizador compacto, la cantidad del componente paladio es suficiente para lograr hasta 500 y de preferencia de 50 a 400 y de mayor preferencia de 75 a 400 g/0.02 m3 de paladio. Los otros componentes de metal del grupo del platino pueden estar hasta aproximadamente 60 g/0.02 m3 con la cantidad de platino que es hasta de 60 g/0.02 m3 y la cantidad de rodio o rutenio o iridio que son de hasta aproximadamente 20 g/0.02 m3. Cuando se considera el catalizador debajo del piso o bloques de catalizador adyacentes y hacia abajo en una sola canastilla compacta, la cantidad de los componentes de metal del grupo del platino dependerá de los componentes de metal del grupo del platino utilizados. Donde el platino es el componente principal, puede haber hasta 100 g/0.02 m3 , y de preferencia de 20 a 50 g/0.02 3 de platino. Donde se utiliza paladio, puede ser de hasta 500 y de preferencia de 50 a 300 g/0.02 m . Donde se utilizan rodio, rutenio e iridio en combinación con platino o paladio, pueden estar hasta 100 g/0.02 m3 y de preferencia hasta 50 g/0.02 m3. Ambas de la composición catalizadora compacta y la composición catalizadora hacia abajo, comprende un componente el cual imparte estabilización. El estabilizador puede ser seleccionado del grupo que consiste de compuestos de metal alcalinotérreo. Los compuestos preferidos incluyen compuestos derivados de metales seleccionados del grupo que consiste de magnesio, bario, calcio y estroncio. Se conoce de la Patente de los Estados Unidos No. 4,727,052 que los materiales de soporte, tales como alúmina activada, pueden ser estabilizados térmicamente para retardar las transformaciones de fase de alúmina indeseables de gamma a alfa a temperaturas elevadas por el uso de estabilizadores o una combinación de estabilizadores. Los componentes de metal alcalinotérreo son de preferencia óxido de metal alcalinotérreo. En una composición particularmente preferida, es ventajoso utilizar estroncio y de preferencia también bario como el compuesto en la composición catalizadora compacta. El metal alcalinotérreo puede ser aplicado en una forma soluble, la cual por calcinación se vuelve el óxido. Se prefiere que los componentes estroncio y bario sean proporcionados como un compuesto soluble en agua tal como nitrato de bario o hidróxido de bario, nitrato de estroncio, todos los cuales por la calcinación se vuelven óxidos. Adicionalmente, ambas de la composición catalizadora compacta y la composición catalizadora hacia abajo contienen un compuesto derivado de circonio, de preferencia óxido de circonio. El segundo compuesto de circonio puede ser proporcionado como un compuesto soluble en agua tal como acetato de circonio o como un compuesto relativamente insoluble, tal como hidróxido de circonio. Debe haber una cantidad suficiente para aumentar la estabilización y promoción de las composiciones respectivas. Uno o más estabilizadores térmicos pueden ser aplicados a un recubrimiento previamente calcinado de la alúmina activada y los componentes catalíticos sobre un sustrato portador. Alternativamente o adicionalmente, uno o más modificadores pueden ser aplicados a la alúmina activada ya sea antes o después de que las partículas de alúmina se forman en un recubrimiento calcinado, adherente sobre el sustrato portador. (Como se utiliza en la presente, un "precursor", ya sea de un estabilizador térmico, u otro modificador u otro componente, es un compuesto, complejo o similar el cual, por la calcinación o por el uso del catalizador, se descompondrá o en cualquier otra forma será convertido a, respectivamente, un estabilizador térmico, otro modificador u otro componente) . La presencia de uno o más de los estabilizadores térmicos del óxido de metal tienden a retardar la transición de fase de alúmina de área superficial elevada tal como gamma y eta alúmina a alfa alúmina, la cual es una alúmina de área superficial baja. El retardo de tales transformaciones de fase tiende a evitar o reducir el taponamiento del componente de metal catalítico por la alúmina con la disminución consecuente de la actividad catalítica.

En cada una de las composiciones de catalizador compacto y hacia abajo, la cantidad del estabilizador térmico de óxido de metal combinado con la alúmina, puede ser de aproximadamente 0.05 a 30 por ciento por peso, de preferencia de aproximadamente 0.1 a 25 por ciento por peso, en base al peso total de la alúmina combinada, estabilizador y componente de metal catalítico. Ambas de la composición catalizadora compacta y la composición hacia abajo pueden contener por lo menos un primer promotor seleccionado del grupo que consiste de componentes de metal lantano y componentes de metal neodimio con los componentes preferidos que son óxido de lantano (lantana) y óxido de neodimio (neodi ia) . Aunque estos compuestos se describen para actuar como estabilizadores, también pueden actuar como promotores de la reacción para las composiciones de la primera y segunda capa, respectivas. Un promotor se considera que es un material el cual aumenta la conversión de un agente químico deseado a otro. En la composición catalizadora hacia abajo, el promotor aumenta la conversión catalítica del monóxido de carbono e hidrocarburos en agua y dióxido de carbono y óxidos de nitrógeno a nitrógeno y oxígeno. El lantano y neodimia y/o neodimio de preferencia están el la forma de sus óxidos. Sin embargo, estos compuestos son de preferencia proporcionados inicialmente en una forma soluble tal como un acetato, haluro, nitrato, sulfato o similares para impregnar los componentes sólidos para la conversión a óxidos. Se prefiere que en ambos el recubrimiento superior y el recubrimiento inferior que el promotor esté en contacto íntimo con los otros componentes en la composición, incluyendo y particularmente el metal del grupo del platino. El catalizador hacia abajo (o debajo del piso) de la presente invención, de preferencia contiene un componente de almacenamiento de oxígeno, de preferencia un compuesto de cerio o praseodimio con el componente de almacenamiento de oxígeno más preferido que es el óxido de cerio (ceria) . El componente de almacenamiento de oxígeno puede estar presente en por lo menos 5 % por peso y de preferencia por lo menos 10 % por peso y de mayor preferencia por lo menos 15 % por ciento por peso de la composición catalizadora. El componente de almacenamiento de oxígeno puede estar incluido por métodos de dispersión conocidos en la técnica. Tales métodos pueden incluir la impregnación sobre la primera composición impregnando el componente de almacenamiento de oxígeno en el soporte que contiene el metal del grupo del platino en la forma de una solución acuosa, secar y calcinar la mezcla resultante en aire para dar una primera capa, la cual contiene un óxido del componente de almacenamiento de oxígeno en contacto íntimo con el metal del grupo del platino.

Típicamente, el medio de impregnación que hay, es sustancialmente un líquido suficiente para llenar los poros del material que es impregnado. Ejemplos de componentes de almacenamiento de oxígeno que se pueden descomponer, solubles en agua, los cuales pueden utilizarse incluyen, pero no están limitados a, acetato de cerio, acetato de praseodimio, nitrato de cerio, nitrato de praseodimio, etc. La Patente de los Estados Unidos No. 4,189,404 describe la impregnación de la composición de soporte a base de alúmina con nitrato de cerio. Alternativamente, el componente de almacenamiento de oxígeno, el cual es de preferencia ceria y/o praseodimia en forma de masa. Por forma de masa se entiende que la ceria y/o praseodimia están presentes como partículas discretas las cuales pueden ser tan pequeñas como de 1 a 15 mieras de diámetro o más pequeñas, por el contrario a las que han sido dispersadas en solución como en la primera capa. Una descripción y el uso de tales componentes de masa se presentan en la Patente de los Estados Unidos 4,714,694, incorporada en la presente para referencia. Como se menciona en la Patente de los Estados Unidos 4,727,052, también incorporada para referencia, la forma de masa significa que las partículas de ceria están mezcladas con partículas de alúmina activada, de tal manera que la ceria está presente en forma de masa o sólida por el contrario por ejemplo, a las partículas de alúmina de impregnación con una solución del compuesto ceria, el cual por la calcinación se convierte a ceria colocada dentro de las partículas de alúmina. Además de los componentes listados en lo anterior de la composición catalizadora hacia abajo, la composición catalizadora hacia abajo puede contener compuestos de circonia y por lo menos un óxido de tierra rara. Tales materiales se describen, por ejemplo en las Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,624,940 y 5,057,483, incorporadas en la presente para referencia. Particularmente preferidas son las partículas que comprenden más del 50% del compuesto a base de circonia y de preferencia de 60 a 90% de circonia, de 10 a 30 % por peso de ceria y opcionalmente hasta 10 % por peso, y cuando se utiliza por lo menos 0.1 % por peso de un óxido de tierra rara que no es ceria, útil para estabilizar la circonia seleccionada del grupo que consiste de lantana, neodimia y atria. La composición catalizadora compacta, pero de mayor preferencia la composición hacia abajo de la presente invención, puede contener otros aditivos convencionales tales como eliminadores de sulfuro, por ejemplo componentes níquel o fierro. Si se utiliza óxido de níquel, una cantidad de aproximadamente 1 a 25% por peso del primer recubrimiento puede ser efectiva. Como se describió en la solicitud número de serie 07/787,192 de propiedad común, incorporada en la presente para referencia. La composición catalizadora compacta de la presente invención y la composición catalizadora hacia abajo de la presente invención, puede prepararse y formarse en pastillas por medios conocidos o aplicada a un sustrato adecuado, de preferencia un portador de panal de metal o cerámica. Cualquier portador adecuado puede emplearse, tal como un portador monolítico del tipo que tiene una pluralidad de conductos de flujo de gas paralelos, finos que se extienden a través de él desde una superficie de entrada o una superficie de salida del portador, de tal manera que los conductos están abiertos para el flujo de fluido a través de ellos. Los conductos, los cuales son esencialmente rectos desde su entrada de fluido a su salida de fluido, están definidos por las paredes en las cuales el material catalítico está recubierto como un "recubrimiento" de tal manera que los gases que fluyen a través de los conductos hacen contacto con el material catalítico. Los conductos de flujo del portador monolítico son canales de pared delgada, los cuales pueden ser de cualquier forma de sección transversal y tamaño adecuados tales como trapezoidal, rectangular, cuadrado, sinusoidal, hexagonal, oval, circular. Tales estructuras pueden contener de aproximadamente 60 a aproximadamente 600 o más aberturas de entrada de gas ("celdas") por 2.54 cm (celdas por pulgada cuadrada) de sección transversal. El portador de cerámica puede hacerse de cualquier material refractario adecuado, por ejemplo, cordierita, cordierita-alfa alúmina, nitruro de silicio, ullita de circonio, espodumeno, alúmina-sílice-magnesia, silicato de circonio, sillimanita, silicatos de magnesio, circonio, petalita, alfa alúmina y aluminosilicatos . El panal metálico puede hacerse de un metal refractario tal como acero inoxidable u otras aleaciones resistentes a la corrosión a base de fierro, adecuadas. Tales portadores monolíticos pueden contener hasta aproximadamente 700 o más canales de flujo ("celdas") por 2.54 cm de sección transversal, aunque pueden utilizarse menos. Por ejemplo, el portador puede tener de aproximadamente 60 a 600, más usualmente de aproximadamente 200 a 400 celdas por 2.54 cm (celdas por pulgada cuadrada ("cpsi" ) ) . De acuerdo con el método de operación de la presente invención, el motor de gasolina se enciende a partir de las condiciones ambientales. Aunque cualquiera de las condiciones ambientales puede ser utilizada de acuerdo con el presente método, para los propósitos comparativos de la temperatura del motor ambiente se considera que está en el rango de 10 a 30°C y más específicamente alrededor de 25°C. El motor se enciende y se hace funcionar a partir de un encendido en frío. Con referencia a la Figura 1, el motor de gasolina 12 es de preferencia un motor 12 típico que tiene un múltiple de escape 16 del motor. El gas de escape pasa desde la salida de escape del motor 14, a través de la entrada del múltiple 18 dentro del múltiple de escape 16 del motor y fuera del múltiple a través de la salida del múltiple 19 a un catalizador compacto 20 a través de la entrada del catalizador compacto 22. El gas de escape comprende monóxido de carbono e hidrógeno, y opcional pero típicamente óxido de nitrógeno. En el catalizador compacto 20, el gas de escape se pone en contacto con una composición catalizadora compacta como se citó en lo anterior que sustancialmente no tiene componentes de almacenamiento de oxígeno. El catalizador compacto oxida por lo menos algo de los hidrocarburos y reduce por lo menos algunos de los óxidos de nitrógeno presentes pero oxida solamente una porción del monóxido de carbono presente. Para propósitos comparativos cuando se prueba de acuerdo con FTP 1975, menos de 90, de preferencia menos de 75, de mayor preferencia menos de 30 y de mayor preferencia menos de 60 moles por ciento del monóxido de carbono es oxidado en el catalizador compacto. Establecido en otra forma, cuando se prueba de acuerdo con la prueba FTP 1975, por lo menos 10, de preferencia por lo menos 25, de mayor preferencia por lo menos 30 y de mayor preferencia por lo menos 40 moles por ciento del monóxido de carbono no es oxidado en el catalizador compacto y pasará desde el catalizador compacto a un catalizador hacia abajo, típicamente un catalizador debajo del piso 24. El catalizador 24 hacia abajo de preferencia comprende una composición catalizadora de tres formas como se citó en lo anterior, el cual comprende un componente de almacenamiento de oxígeno, de mayor preferencia seleccionado de los componentes cerio y praseodimio, de preferencia óxido de cerio y/u óxido de praseodimio y de mayor preferencia óxido de cerio. El método de la presente invención resulta en la oxidación de encendido en frío, mejorada de hidrocarburos y reducción de óxido nitroso, mientras que limita la cantidad de oxidación del monóxido de carbono. Sin embargo, la limitación del monóxido de carbono permite que el catalizador de encendido en frío tenga estabilidad a largo plazo mejorada en vista de que los gases a alta temperatura deben resistir durante la operación del motor calentado. Finalmente, permitiendo que el catalizador de encendido en frío utilice con derivación de monóxido de carbono aumentada, el catalizador de encendido en frío de la presente invención, permite que el catalizador hacia abajo sea más efectivo en virtud del calor generado durante la oxidación del monóxido de carbono aumentada.

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos están presentados para proporcionar entendimiento más completo de la invención. Las técnicas, condiciones, materiales, proporciones y datos específicos establecidos para ilustrar los principios y práctica de la invención, son ejemplares y no deben considerarse como limitantes del alcance de la invención. Ejemplo 1 Setecientos treinta y ocho gramos de polvo de gamma alúmina que tiene un área superficial de aproximadamente 160 metros cuadrados por gramo (160 m2/g) se impregnaron con una solución de nitrato de paladio acuosa que contiene 34.5 gramos de paladio. Todos los 34.5 gramos de paladio se impregnaron. El paladio que contiene alúmina y una solución de acetato de circonio en una cantidad suficiente para formar 60.1 gramos de Zr02 se molieron en un molino de bolas con agua desionizada para formar una suspensión. Una suspensión de recubrimiento se forma mezclando además la otra suspensión con solución de nitrato de lantano en una cantidad suficiente para formar 114 gramos de La20--, , solución de nitrato de neodimio en una cantidad suficiente para formar 95.9 gramos de Nd203, óxido de bario en una cantidad suficiente para formar 54 gramos de BaO, cristales de nitrato de estroncio en una cantidad suficiente para formar 60 gramos de SrO. La suspensión tuvo aproximadamente 48 por ciento por peso de sólidos. Un soporte monolito hecho de cordierita y que contiene aproximadamente 400 conductos de flujo por 2.54 cm2 de la sección transversal se sumerge en una suspensión de recubrimiento. El exceso se elimina del monolito utilizando aire comprimido. El monolito catalizado resultante después de ser calcinado a 450°C tuvo 100 g/0.02 m3 de paladio, 1.23 g/16.38 cm3 de alúmina, 0.19 g/16.38 cm3 de La203, 0.1 g/16.38 cm3 de Zr02 , 0.1 g/16.38 cm3 de óxido de estroncio y 0.16 g/16.38 cm3 de Nd203. En esta formulación, no se utilizaron materiales de almacenamiento de oxígeno tales como óxido de cerio u óxido de praseodimio. La eficiencia elevada del componente de paladio se utilizó para proporcionar bajas temperaturas de encendido. La ausencia de un componente de almacenamiento de oxígeno permitió que el monóxido de carbono se derive al catalizador compacto y alcance el catalizador debajo del piso. Esto redujo la temperatura del catalizador compacto máxima y aumentó la durabilidad del catalizador y aumentó la temperatura y eficiencia del catalizador debajo del piso. Ejemplo 2 (Ejemplo Comparativo) Una estructura catalizadora monolítica recubierta con una composición de recubrimiento del catalizador, se prepara utilizando un catalizador de dos capas que tiene las mismas cargas en la combinaciones de ambas capas como se describió en el Ejemplo 1. En este ejemplo comparativo, la composición contiene adicionalmente 0.4 g/16.38 cm3 de un material compuesto de ceria-circonia co- formado, 0.3 g/16.38 cm3 de ceria introducido en la suspensión como nitrato de cerio y 0.23 g/16.38 cm3 de ceria introducida como hidróxido de cerio. Prueba Las muestras de la estructura de sustrato de panal catalizadora, se formaron en núcleos a partir de los monolitos como cilindros de 3.81 cm de diámetro y 7.62 cm de longitud del Ejemplo 1 y 2. El eje del cilindro estuvo paralelo al eje de los conductos del panal. Cada núcleo se envejeció individualmente en 10% de vapor en aire a 950°C durante 12 horas. Después del envejecimiento, los núcleos catalizados se evaluaron utilizando un reactor de laboratorio con una composición de escape simulada (Gas de Alimentación) bajo 50,000 VHSV (Volumen de Gas por Hora por Volumen de Sustrato) . La composición de gas en estado estable fue de 0.33 % en moles de CO, 0.41 % en moles de 02 , 16.0 % en moles de C02, 10 % en moles de H20, 540 PPM de Hidrocarburos (HC) , 1,540 PPM de N0? y el resto de N2. La composición de perturbación fue 0.76 % en moles, 0.67 % en moles de 02, 15.80 % en moles de C02, 10 % en moles de H20, 528 PPM de HC, 1500 PPM de N0?< 45 PPM de S0? y el resto de N2. Las conversiones HC/CO/NO? se midieron mientras que la temperatura del reactor se aumenta gradualmente desde la temperatura ambiente a 500°C. La concentración de hidrocarburo se midió utilizando un detector ionizador de flama (FID) , las concentraciones de monóxido de carbono se midieron utilizando un analizador infrarrojo y la concentración de N0? se midió utilizando un analizador quimioluminiscente. Los resultados de la temperatura de encendido están presentados en la Tabla I . La temperatura de encendido es la temperatura a la cual hay 50% de conversión. Tabla I Temperaturas de Encendido HC CO O, Ej. 1 252 228 213 Ej. 2 (Comparativo) 2T7 258 236 Los resultados resumidos en la Tabla I indican que el catalizador del Ejemplo 1 tiene menor temperatura de encendido para CO, HC y N0? que el catalizador Comparativo.

Esto indica que la reacción en el catalizador compacto comienza y es efectiva a temperaturas menores. Ejemplo 3. Comparativo 4 En el Ejemplo 3, catalizadores monolitos que tienen una composición similar como en el Ejemplo 1, excepto que el óxido de bario no se incluyó, se recubren sobre panales de cordierita de 7.62 cm de diámetro por 7.62 cm de longitud y que tienen 350 conductos por 6.45 cm2 de sección transversal, se enlatan y envejecen utilizando corrientes de gas de escape del motor de 4.6 litros durante 85 horas. La temperatura del gas de escape del motor máxima en la entrada del catalizador fue de 920°C. Después del envejecimiento, el catalizador se evaluó utilizando un vehículo de 1.9 litros de acuerdo con el Procedimiento de Prueba Federal (FTP) 1975. El Ejemplo Comparativo 4 fue la misma composición que el Ejemplo Comparativo 2 utilizando el mismo sustrato y probado de acuerdo con el mismo procedimiento que el Ejemplo 3. Los resultados de las conversiones HC/CO/NO.. se muestran en la Tabla II.

Tabla II FTP 1975 - Eficiencias de Conversión de la Prueba del Vehículo % en Moles de Conversión CO HC N0X Ej- 3 58.6% 89.1% 53.4% Ej. 4 (Comparativo) 69% 86.5% 47.2% Los resultados resumidos en la Tabla II indican que el catalizador del Ejemplo 3 tiene mayores conversiones de HC y N0? y menor conversión de CO que el catalizador comparativo. Las actividades elevadas de HC/N0? están relacionadas a la actividad de Pd elevada en la composición catalizadora del Ejemplo 3 después del envejecimiento del motor. La mayor conversión de CO en el catalizador del Ejemplo Comparativo 4 se debe a la ceria incorporada en el recubrimiento, lo cual se sabe que aumenta la conversión de CO. La conversión de CO muestra que por no incluir el componente de almacenamiento de oxígeno-ceria en el Ejemplo 3, la reacción en el catalizador compacto es controlada para permitir que el CO pase a un catalizador debajo del piso. La reducción de la oxidación de CO en el catalizador compacto, resultará en menor temperatura de operación y mayor durabilidad. El CO que pasa al catalizador debajo del piso, se oxidará y permitirá que el catalizador debajo del piso funcione a una condición más caliente y elimina más efectivamente los contaminantes del gas de escape. El Ejemplo Comparativo 4 es útil como un catalizador debajo del piso. Las modificaciones, cambios y mejoras para las formas preferidas de la invención descritas en la presente, descritas e ilustradas pueden ocurrírsele a aquellos con habilidad en la técnica, quienes llegan a entender los principios y preceptos de ia rr.isr.a. Por consiguiente, el alcance de la patente que va a ser expedida no debe limitarse a las modalidades particulares de la invención establecida en la presente, sino por el contrario debe estar limitada por el avance del cual la invención ha promovido la técnica.

Claims (28)

1. REIVINDICACIONES Un artículo caracterizado porque comprende: un motor de gasolina que tiene una salida de escape; y un catalizador compacto en comunicación con la salida de escape, el catalizador compacto comprende una composición catalizadora compacta que sustancialmente no tiene componentes para almacenamiento de oxígeno, la composición catalizadora comprende: un soporte; un componente de paladio; opcionalmente, por lo menos un óxido de metal alcalino seleccionado del grupo que consiste de óxido de estroncio, óxido de calcio y óxido de bario; opcionalmente, por lo menos un componente de metal del grupo de platino seleccionado del grupo que consiste de los componentes platino, rodio, rutenio e iridio; opcionalmente, por lo menos un óxido de tierra rara seleccionado del grupo que consiste de óxido de neodimio y óxido de lantano; y opcionalmente, un segundo óxido de circonio.
2. 2. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende por lo menos un óxido de tierra rara seleccionado dei grupo que consiste de óxido de neodimio y óxido de lar.tar.c.
3. 3. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende óxido de neodimio y óxido de lantano.
4. 4. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un segundo óxido de circonio.
5. 5. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte comprende por lo menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste de sílice, alúmina, titania y primeros compuestos de circonia.
6. 6. El artículo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el soporte comprende por lo menos uno de los compuestos activados seleccionados del grupo que consiste de alúmina, sílice, segunda circonia y sílice-alúmina, alúmina-silicatos, alúmina-circonia, alúmina-cromia y alúmina-ceria .
7. 7. El material compuesto catalizador en capas o estratificado de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el soporte comprende alúmina activada.
8. 8. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el óxido de metal alcalino es óxido de estroncio.
9. 9. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador compacto además comprende un portador de catalizador compacto, el cual soporta a la composición catalizadora compacta.
10. 10. El artículo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el portador comprende un portador en forma de panal.
11. 11. El artículo de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque hay: de aproximadamente 0.50 a aproximadamente 3.5 g/16.38 cm3 del soporte de alúmina activada; por lo menos de aproximadamente 50.0 g/0.02 m3 del componente de paladio; y de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.5 g/16.38 cm3 de por lo menos un componente de metal alcalinotérreo .
12. 12. El artículo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque hay: de aproximadamente 0.05 g/16.38 cm3 a aproximadamente 0.4 g/16.38 cm3 de óxido de estroncio; de aproximadamente 0.0 a aproximadamente 0.5 g/16.38 cm3 del segundo óxido de circonio; y de aproximadamente 0.0 a aproximadamente 0.5 g/16.38 cm3 de por lo menos un óxido de metal de tierra rara seleccionado del grupo que consiste de óxido de lantano y óxido de neodimio .
13. 13. El artículo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque hay: hasta aproximadamente 20.0 g/0.02 m3 de un componente de rodio.
14. 14. El artículo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque hay: hasta aproximadamente 60.0 g/0.02 m3 de un componente de platino.
15. 15. El artículo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque hay: de aproximadamente 75 a aproximadamente 300 g/0.02 m3 del componente de paladio. 16. El artículo de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque hay: de aproximadamente 75 a aproximadamente 300 g/0.02 m3 del componente paladio; de aproximadamente 0.75 a aproximadamente 2.0 g/16.38 cm3 del soporte de alúmina activada; de aproximadamente 0.05 g/16.38 cm3 a aproximadamente 0.4 g/16.38 cm3 de óxido de estroncio; de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.2 g/16.38 cm3 de óxido de bario; de aproximadamente 0.025 a aproximadamente 0.3 g/16.38 cmJ de óxido de lantano; de aproximadamente 0.025 a aproximadamente 0.3 g/16.38 cm3 de óxido de neodimio; y de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.5 g/
16. 16.38 cm3 del segundo óxido de circonio.
17. 17. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un catalizador de tres formas hacia abajo y en comunicación con el catalizador compacto.
18. 18. El artículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un catalizador hacia abajo o inferior ubicado hacia abajo de y en comunicación con el catalizador compacto, el catalizador hacia abajo comprende un componente de almacenamiento de oxígeno.
19. 19. Un artículo caracterizado porque comprende: un motor de gasolina que tiene una salida de escape; un catalizador compacto en comunicación con la salida de escape, el catalizador compacto comprende una composición catalizadora compacta que sustancialmente no tiene componentes de almacenamiento de oxígeno, seleccionado del grupo que consiste de componentes de cerio y componentes de praseodimio, la composición catalizadora comprende : un soporte; un componente de paladio; opcionalmente, por lo menos un óxido de metal alcalino seleccionado del grupo que consiste de óxido de estroncio, óxido de calcio y óxido de bario; opcionalmente, por lo menos un componente de metal del grupo de platino seleccionado del grupo que consiste de los componentes platino, rodio, rutenio e iridio; opcionalmente, por lo menos un óxido de tierra rara seleccionado del grupo que consiste de óxido de neodimio y óxido de lantano; y opcionalmente, un segundo óxido de circonio; y un catalizador hacia abajo ubicado hacia abajo de y en comunicación con el catalizador compacto, el catalizador comprende un componente de almacenamiento de oxígeno, seleccionado del grupo que consiste de componentes de cerio y componentes de praseodimio.
20. 20. Un método caracterizado porque comprende las etapas de : hacer funcionar un motor de gasolina, que tiene una salida de gas de escape; hacer pasar una corriente de gas de escape que comprende monóxido de carbono e hidrocarburos y opcionalmente óxido de nitrógeno, de la salida de gas de escape del motor de gasolina a un catalizador compacto, el catalizador compacto comprende una composición catalizadora compacta; poner en contacto el gas de escape con la composición catalizadora compacta, la composición catalizadora compacta que sustancialmente no tiene componentes para el almacenamiento de oxígeno, la composición catalizadora comprende: un soporte; un componente de paladio; opcionalmente, por lo menos un óxido de metal alcalino seleccionado del grupo que consiste de óxido de estroncio, óxido de calcio y óxido de bario; opcionalmente, por lo menos un componente de metal del grupo de platino seleccionado del grupo que consiste de los componentes platino, rodio, rutenio e iridio; opcionalmente, por lo menos un óxido de tierra rara seleccionado del grupo que consiste de óxido de neodimio y óxido de lantano; y opcionalmente, un segundo óxido de circonio; y oxidar por lo menos algo del hidrocarburo y solamente una porción del monóxido de carbono en presencia del catalizador compacto.
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el oxígeno en el catalizador compacto sustancialmente se pr p rc ona en forma directa desde la corriente de gas de escape y del oxígeno suministrado del componente paladio.
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado además porque comprende las etapas de hacer pasar el gas de escape del catalizador compacto a un catalizador hacia abajo o inferior.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el gas de escape del catalizador compacto a un catalizador inferior comprende monóxido de carbono.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el gas de escape del catalizador compacto a un catalizador inferior comprende por lo menos 10 por ciento del monóxido de carbono, el cual pasa dentro del catalizador compacto cuando se mide de acuerdo con FTP 1975.
25. 25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque por lo menos el 25 por ciento del monóxido de carbono pasa desde el catalizador compacto.
26. 26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque por lo menos el 30 por ciento del monóxido de carbono pasa desde el catalizador compacto.
27. 27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque por l trenos el 40 por ciento del monóxido de carbono pasa desde el catalizador compacto.
28. 28. El método de conformidad con las reivindicaciones 1-18 y 20-27, caracterizado porque el catalizador compacto sustancialmente no comprende óxido de cerio y óxido de praseodimio.