MXPA99009470A - Metodo para reducir las emisiones de un motor diesel - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para hacer funcionar un motor diesel con bajas emisiones en contenido de partículas, que comprende:equipar un motor diesel con una trampa para partículas catalizadas con platino eficaz para atrapar partículas dentro de canales de los mismos a medida que los gases de escape pasan a través de ella, la trampa estácatalizada con platino dentro de dichos canales para atrapar partículas antes del uso de manera que la trampa presente un punto de equilibrio en un nivel inicial, y hacer funcionar al motor mediante la combustión de una mezcla de combustible diesel y una composición de cerio soluble en combustible para liberar especies activas de compuestos de cerio hacia los gases de escape que los transportan hacia dichos canales catalizados con platino dentro de dicha trampa, la composición de cerio estápresente en una cantidad eficaz para reducir el punto de equilibrio de la trampa desde su nivel inicial a un nivel bajo sostenible.

Description

MÉTODO PARA REDUCIR LAS EMISIONES DE UN MOTOR DIESEL CAMPO TÉCNICO La invención se relaciona con métodos que permiten a un motor diesel funcionar eficientemente con bajas emisiones en contenido de partículas y de N0X. El uso de trampas para partículas en motores diesel se ha vuelto muy común debido a un intercambio inherente entre NOx y partículas -cuando se toman medidas para disminuir uno, las otras aumentan. Conceptualmente, el uso de una trampa podría permitir que los NOx se redujeran en un alto grado mediante técnicas como recirculación de los gases de escape, ajustes de tiempo del motor u otras tecnologías conocidas. Sin embargo, la captura de partículas en una trampa puede ser un problema debido a pérdidas en la eficiencia del motor cuando la caída de presión a través de la trampa se vuelve demasiado alta. Con la tecnología actual, la rápida formación de partículas no puede ser contrarrestada de una manera práctica. Las trampas catalizadas -que ayudan a quemar las partículas a temperaturas bajas que resulten practicables- tienden a desactivarse demasiado rápido para que sean una solución económica. Del mismo modo, los aditivos de combustibles no han proporcionado una respuesta completa .

P1616/99MX EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la invención proporcionar un método que permita a los motores diesel utilizar trampas para partículas reduciendo el punto de equilibrio (temperatura de combustión en condiciones estables), de las trampas a un nivel sostenible y prácticamente bajo. Es otro objeto de la invención proporcionar un método que permita mejorar lo más posible el funcionamiento de un diesel para la reducción de N0X mientras se ocupa de las partículas, por ejemplo, PM 2.5. Es otro objeto de la invención proporcionar un método para regenerar pasivamente una trampa para partículas con menos aditivos de combustible, por ejemplo cerio, que los anteriormente eficaces. Es otro objeto de la invención proporcionar un método que permita la reducción simultánea de partículas, hidrocarburos sin quemar y monóxido de carbono provenientes de un motor diesel. Es otro objeto de la invención proporcionar un método que permita recuperar el mayor gasto de combustible normalmente asociado con una trampa de partículas para diesel . Es otro objeto de la invención proporcionar un aditivo específico que se pueda adicionar al combustible diesel en una dosis adecuada para renovar la actividad de una trampa catalizada que ha perdido P1616/99MX fuerza . Es otro objeto de la invención permitir que los propietarios de vehículos viejos pero confiables, con medios fáciles y eficaces, mantengan el cumplimiento de las regulaciones. Es un objeto más de la invención proporcionar un método para mantener o renovar la actividad de una trampa para partículas diesel catalizada . Estos y otros objetos se logran por medio de la presente invención, que proporciona un método mejorado para hacer funcionar un motor diesel con bajas emisiones en contenido de partículas. El método de la invención comprende: equipar un motor diesel con una trampa para partículas catalizada con platino y hacer funcionar el motor con una mezcla de combustible diesel y una composición de cerio soluble en combustible en una cantidad eficaz para reducir el punto de equilibrio de la trampa. De preferencia, el combustible también contendrá un compuesto organometálico del grupo del platino soluble en combustible, por ejemplo, que comprende un metal del grupo del platino seleccionado del grupo que consiste de platino, paladio, rodio y mezclas de dos o más de éstos. En una modalidad alternativa un compuesto metálico del grupo del platino eficaz, se puede añadir a los gases de escape antes de la trampa o aire de combustión.

P1616/99MX BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se comprenderá mejor y sus ventajas serán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada cuando se tome considerando los dibujos que la acompañan, en donde: La Figura 1 es una representación esquemática de un motor diesel con un sistema de escape que incluye una trampa de partícula, catalizada según la invención; y La Figura 2 es una representación esquemática seccionada, ampliada, de una porción de una trampa de partícula utilizada según la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE ONA MODALIDAD PREFERIDA Se entiende que el término "Motor diesel" incluye todos los motores de compresión-ignición, tanto para plantas de energía móviles (incluyendo marinas) como plantas de energía estacionarias y del tipo ciclo de dos tiempos, ciclo de cuatro tiempos y rotatorias . El término "combustible de hidrocarburos" incluye todos aquellos combustibles preparados a partir de "combustibles destilados" o "petróleo". El término "combustible destilado" implica todos aquellos productos preparados mediante la destilación del petróleo o de fracciones del petróleo y residuos. El término "petróleo" se utiliza en el sentido P1616/99MX habitual para incluir todos aquellos materiales sin tener en cuenta la fuente incluida normalmente dentro del significado del término, entre los que se incluyen materiales hidrocarbúricos , sin tener en cuenta la viscosidad, que se recuperan de los combustibles fósiles. El término "combustible diesel" significa "combustibles destilados" entre los que se incluyen combustibles diesel que cumplen con la definición de ASTM para combustibles diesel u otros aunque no estén totalmente constituidos por destilados y pueden comprender alcoholes, éteres, compuestos organo-nitro y lo semejante (por ejemplo, metanol, etanol, éter dietílico, éter metil etílico, nitrometano) . También, dentro del alcance de esta invención, están las emulsiones y los combustibles líquidos derivados de fuentes minerales o vegetales como maíz, alfalfa, esquistos y carbón mineral. Estos combustibles también pueden contener otros aditivos conocidos para los expertos en la técnica, entre los que se incluyen colorantes, mejoradores de cetano, antioxidantes como 2 , 6-di-ter-butil-4-metilfenol , inhibidores de corrosión, inhibidores de herrumbre como los ácidos y anhídridos succínicos alquilados, agentes bacteriostáticos , inhibidores de gomas, desactivadores metálicos, lubricantes del cilindro superior, agentes anticongelantes y lo semejante. Con referencia a la Figura 1 se muestra un P1616/99MX motor diesel 10 alimentado con combustible del tanque 11. El combustible está catalizado con un compuesto de cerio adecuado y de preferencia también un compuesto de platino. Entre los compuestos de cerio específicos están: acetilacetonato de cerio III y diversos jabones de cerio como naftanato de cerio III, octoato de cerio, estearato de cerio, neodecanoato de cerio y lo semejante. Muchos compuestos de cerio son compuestos trivalentes que cumplen con la fórmula: Ce(OOCR)3, en donde R=hidrocarburo , de preferencia C2 a C22 e incluyen alifático, alicíclico, arilo y alquilarilo. El nivel de dosificación estará en un nivel de entre aproximadamente 1 y 100 ppm de cerio por millón de partes de combustible (mg por litro) y de preferencia en el intervalo entre aproximadamente 5 y 30 ppm. Este nivel se puede disminuir significativamente con respecto a lo que actualmente se emplea usando el cerio en combinación con una trampa de partícula catalizada con platino. Los gases de escape provenientes del motor pasarán a través del tubo de escape 12 , transportando metales catalíticos liberados de las composiciones de cerio y de preferencia también platino del catalizador aditivo del combustible, a una trampa de partículas catalizada 14. La trampa se puede catalizar ya sea tal como está instalada o formando un depósito de catalizador haciendo funcionar el P1616/99MX motor con un aditivo de combustible con metal derivado del grupo del platino. La trampa 14 puede ser de construcción convencional de un material adecuado resistente al calor, por ejemplo, una composición de sílice-alúmina como cordierita, carburo de silicio, fibras de vidrio o metálicas, vidrio poroso o sustratos metálicos o lo semejante. Las trampas catalizadas con platino se encuentran disponibles comercialmente y se han reportado en la literatura como eficaces para reducir el punto de equilibrio. Además del uso del platino en sí, se pueden utilizar otros metales del grupo del platino, por ejemplo, en combinación. Las trampas de este tipo están dentro de la consideración de la invención (como también lo están aquéllas catalizadas mediante el depósito de un metal del grupo del platino por otros medios, por ejemplo, a partir de un aditivo de combustible) y permiten la reducción del punto de equilibrio en un mayor grado que con la trampa ya sea sola o sin catalizar con un aditivo de cerio. De esta manera, el uso de cerio con la trampa catalizada puede proporcionar una reducción en el punto de equilibrio con niveles de cerio reducidos. Con referencia a la Figura 2 esquemáticamente se muestra una sección de una trampa ampliada para ilustrar la dinámica del proceso. Los canales 18 tienen aproximadamente la mitad de su número que se extiende en la dirección del flujo del P1616/99MX gas de escape (ver flecha) con un número semejante que se extiende en la dirección opuesta. Los canales están cerrados en un extremo a lo largo de la dirección del flujo del gas de escape con un lado que se abre a un canal adyacente. La configuración exacta del los canales es distinta dependiendo de muchas variables de diseño y fabricación, pero el factor común importante es que las partículas (es decir, los puntos 20 en la Figura 2) son detenidas y no atraviesan y salen de la trampa. Estas partículas deben quemarse en la trampa si ésta va a continuar siendo eficaz. Por lo tanto, según la invención, se usan materiales catalíticos específicos de una manera específica para asegurar un punto de equilibrio bajo sostenible, por ejemplo, dentro del intervalo entre aproximadamente 275 y 400°C y de preferencia abajo de 325°C. Nuevamente, con referencia a la Figura 2, la trampa está catalizada con platino, que esquemáticamente está representada con cuadros 22. Las especies activas de cerio (representadas en la Figura 2 como círculos abiertos 24), liberadas en la combustión del combustible, son transportadas por el gas de escape para depósito dentro de los canales 18. El efecto combinado del cerio en la trampa catalizada con platino disminuye significativamente el punto de equilibrio de una manera no previsible. Como se observó anteriormente, el P1616/99MX combustible de preferencia también contendrá un compuesto organometálico del grupo del platino, soluble en combustible, por ejemplo, platino, paladio o rodio. Entre estos compuestos metálicos derivados del grupo del platino seleccionados del grupo que consiste de acetilacetonato de platino y compuestos que tienen la fórmula general XPtR_.R2 en donde X es un ligando que contiene por lo menos un enlace carbono a carbono con una configuración de enlace pi olefínico, acetilénico o aromático y Ri y R2 son, independientemente, bencilo, fenilo, nitrobencilo o alquilo que tienen entre 1 y 10 carbonos, por ejemplo, difenil ciclooctadien platino (II). Los compuestos metálicos del grupo del platino adecuados se exponen por ejemplo en las Patentes de los Estados Unidos anteriores Nos. 4,892,562 y 4,891,050 de Bowers y Sprague, y la Patente 5,034,020 de Epperly y Sprague, 5,215,652 a Epperly, Sprague, Kelso y Bowers y la Patente 5,266,083 de Peter-Hoblyn, Epperly, Kelso y Sprague, la WO 90/07561 de Epperly, Sprague, Kelso y Bowers y la Solicitud de Patente de los Estados Unidos Serie No. 08/597,517, presentada el 31 de enero de 1996, por Peter-Hoblyn, Valentine y Sprague las cuales se consideran forman parte de la presente como referencia. En las que la aplicación permite que una mezcla de estos compuestos pueda utilizarse con uno o más de los compuestos metálicos derivados del grupo P1616/99MX del platino como jabones, acetilacetonatos , alcoholatos, ß-dicetonatos y sulfonatos, por ejemplo, del tipo de los que abajo se describirán con más detalle . Se pueden adicionar el catalizador metálico del grupo del platino y/u otro catalizador de cualquier manera eficaz para el fin que se pretende, como por ejemplo, añadiéndolo al combustible durante el almacenamiento a granel, al combustible en un tanque asociado al motor o mediante adición continua o intermitente, por ejemplo, mediante un dispositivo de medición adecuado, por ejemplo, 30 del tanque 32 en la Figura 1, a: la tubería de combustible que va al motor o en forma de un vapor, gas o aerosol en la entrada de aire, los gases de escape antes de la trampa, gases de escape después de la trampa pero antes de la recirculación al motor o una cámara mezcladora o medios equivalentes en donde los gases de escape se mezclan con el aire que entra. Cuando se utilizan, las composiciones de catalizador con metal del grupo del platino son de preferencia utilizadas a concentraciones menores a 1 parte en peso de metal del grupo del platino por millones de partes por volumen de combustible (ppm) . Cuando se usan con el propósito de catalizar una trampa que no está catalizada (o a una que se ha vuelto inactiva), es posible a dosis mayores, por ejemplo entre 1 y 25 (o más) ppm, efectuar un P1616/99MX depósito rápido de catalizador en la trampa. Para los fines de esta descripción, todas las cifras en "partes por millón" son con una base de peso a volumen, es decir, gramos/ centímetros cúbicos por millón (que también se expresan como miligramos/litro) y los porcentajes se dan en peso, a menos que se indique de otro modo. Los catalizadores auxiliares se emplean a niveles eficaces para el fin que se pretende, de preferencia a niveles entre 1 y 200 ppm del combustible utilizado, por ejemplo, 5 a 60 ppm . La descripción anterior tiene el propósito de mostrar a la persona con experiencia ordinaria en la técnica cómo llevar a la práctica la presente invención y no pretende detallar todas las modificaciones y variaciones obvias que serán más evidentes para el experto al leer esta descripción. Sin embargo, se pretende que todas esas modificaciones y variaciones obvias se incluyan dentro del alcance de la presente invención que se define por las siguientes reivindicaciones. Las reivindicaciones cubren los componentes y pasos indicados en todos los arreglos y secuencias que son eficaces para cumplir los objetivos planeados para la invención, a menos que el contexto específicamente indique lo contrario.

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Claims (3)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES I 1. Un método para hacer funcionar un motor diesel con bajas emisiones en contenido de partículas, que comprende: equipar un motor diesel con una trampa para partículas catalizada con platino eficaz para atrapar partículas a medida que los gases de escape pasan a través de ella, la trampa está catalizada con platino antes del uso de manera que la trampa presente un punto de equilibrio en un nivel inicial, y hacer funcionar al motor mediante la combustión de una mezcla de combustible diesel y una composición de cerio soluble en combustible para liberar especies activas de compuestos de cerio en los gases de escape que los transportan a la trampa, la composición de cerio está presente en una cantidad eficaz para reducir el punto de equilibrio de la trampa desde su nivel inicial a un nivel bajo sostenible .
2. 2. Un método según la reivindicación 1, en donde la trampa comprende un sustrato de sílice-alúmina .
3. 3. Un método según la reivindicación 2, en donde el sustrato de la trampa comprende cordierita. P1616/99MX