BR112017002568B1 - Sistema de escape, e, método para tratar um gás de escape - Google Patents

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Abstract

sistema de escape, captador de nox pobre modificado, e, método para tratar um gás de escape. é descrito um sistema de escape para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna. o sistema compreende um captador de nox pobre modificado (lnt), um sistema de injeção de ureia e um catalisador de redução catalítica seletivo de amônia. o lnt modificado compreende uma primeira camada e uma segunda camada. a primeira camada compreende um componente adsorvente de nox e um ou mais metais do grupo da platina. a segunda camada compreende uma zona do catalisador de oxidação de diesel e uma zona de oxidação de no. a zona do catalisador de oxidação de diesel compreende um metal do grupo da platina, um zeólito e, opcionalmente, um metal alcalino terroso. a zona de oxidação de no compreende um metal do grupo da platina e um carreador. o lnt modificado armazena nox a temperaturas abaixo de cerca de 200°c e libera a temperaturas acima de cerca de 200°c. o lnt modificado e um método de uso do lnt modificado são também descritos.

Description

CAMPO DE INVENÇÃO
[001] A invenção refere-se a um sistema de escape para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna, e a um método para tratar gás de escape de motores de combustão interna.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] Os motores de combustão interna produzem gases de escape que contêm uma variedade de poluentes, incluindo óxidos de nitrogênio (NOx), monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados, que são objetos de legislação governamental. Os sistemas de controle de emissões são amplamente utilizados para reduzir a quantidade destes poluentes emitidos para a atmosfera, e tipicamente alcançam eficiências muito elevadas uma vez que atingem a sua temperatura operacional (tipicamente, 200°C e superior). No entanto, estes sistemas são relativamente ineficientes abaixo da sua temperatura operacional (o período de “partida a frio”).
[003] Por exemplo, as aplicações atuais de redução catalítica seletiva (SCR) baseadas em ureia implementadas para satisfazer as emissões de Euro 6b requerem que a temperatura na posição de dosagem de ureia seja acima de cerca de 180°C antes da ureia poder ser dosada e usada para converter NOx. A conversão de NOx abaixo de 180°C é difícil de resolver usando os sistemas atuais, e a futura legislação europeia e norte-americana enfatizará a baixa temperatura de armazenamento e conversão de NOx. Atualmente, isto é conseguido através de estratégias de aquecimento, mas isto tem um efeito prejudicial de emissões de CO2.
[004] Uma legislação nacional e regional ainda mais rigorosa reduz a quantidade de poluentes que podem ser emitidos pelos motores a diesel ou a gasolina, reduzindo as emissões durante o período de partida a frio começa a ser um grande desafio. Assim, continuam a ser explorados métodos para reduzir o nível de NOx emitido durante a condição de partida a frio.
[005] Por exemplo, o Pedido Internacional do PCT WO 2008/047170 descreve um sistema em que NOx de um gás de escape pobre é adsorvido a temperaturas inferiores a 200°C e é subsequentemente dessorvido termicamente acima de 200°C. O adsorvente de NOx é ensinado a consistir em paládio e um óxido de cério ou um óxido misturado ou óxido compósito contendo cério e pelo menos um outro metal de transição.
[006] A Publicação Internacional US N° 2011/0005200 ensina um sistema de catalisador que simultaneamente remove amônia e aumenta a conversão líquida de NOx, colocando uma formulação de catalisador de redução catalítica seletivo de amônia (“SCR-NH3”) a jusante de um captador de NOx pobre. O catalisador de SCR-NH3 é ensinado a adsorver a amônia que é gerada durante os pulsos ricos no captador de NOx pobre. A amônia armazenada reage então com o NOx emitido do captador de NOx pobre a montante, que aumenta a taxa de conversão de NOx enquanto esgota a amônia armazenada.
[007] O Pedido Internacional do PCT WO 2004/076829 descreve um sistema de purificação de gás de escape que inclui um catalisador de armazenamento de NOx arranjado a montante de um catalisador de SCR. O catalisador de armazenamento de NOx inclui pelo menos um metal alcalino, alcalino terroso ou de terras raras, que é revestido ou ativado com pelo menos um metal do grupo da platina (Pt, Pd, Rh ou Ir). Um catalisador de armazenamento de NOx particularmente preferido é ensinado a incluir óxido de cério revestido com platina e adicionalmente platina como um catalisador oxidante em um suporte com base em óxido de alumínio. O documento EP 1027919 descreve um material adsorvente de NOx que compreende um material de suporte poroso, tal como alumina, zeólito, zircônia, titânia e/ou lantana, e pelo menos 0,1% em peso de metal precioso (Pt, Pd e/ou Rh). Exemplifica-se a platina carreada em alumina.
[008] Como com qualquer sistema e processo automotivo, é desejável obter ainda mais melhoramentos nos sistemas de tratamento de gás de escape, particularmente sob condições de partida a frio. Verficou-se um sistema que pode reduzir as emissões de NOx durante o período de partida a frio, mantendo boa atividade de oxidação do CO e mostrando resistência à desativação por sulfatação.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[009] A invenção é um sistema de escape para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna. O sistema compreende um captador de NOx modificada (LNT), um sistema de injeção de ureia, e um catalisador de redução catalítica seletivo de amônia (SCR-NH3). O LNT modificado compreende uma primeira camada e uma segunda camada. A primeira camada compreende um componente adsorvente de NOx e um ou mais metais do grupo da platina. A segunda camada compreende uma zona do catalisador de oxidação de diesel e uma zona de oxidação de NO. A zona do catalisador de oxidação de diesel compreende um metal do grupo da platina, um zeólito e, opcionalmente, um metal alcalino terroso. A zona de oxidação de NO compreende um metal do grupo da platina e um carreador. O LNT modificado armazena NOx a temperaturas abaixo de cerca de 200°C e libera a temperaturas acima de cerca de 200°C. A invenção também inclui o LNT modificado e um método de uso do LNT modificado.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0010] A figura 1 mostra o NOx acumulado a partir do teste do motor com o LNT modificado.
[0011] A figura 2 mostra a concentração melhorada da razão NO2/NOx para um LNT que compreende uma zona do catalisador de oxidação de diesel e uma zona de oxidação de NO sobre uma primeira camada que compreende um adsorvente de NOx.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0012] A invenção é um sistema de escape para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna. O sistema compreende um captador de NOx pobre modificado (LNT). Os captadores de NOx pobres são bem conhecidas na técnica. O captador de NOx pobre é tipicamente projetado para adsorver NOx sob condições de escape pobres, liberar NOx adsorvido em condições ricas, e reduzir o NOx liberado para formar N2.
[0013] Os LNTs incluem tipicamente um componente de armazenamento de NOx, um componente de oxidação e um componente de redução. O componente de armazenamento de NOx compreende, de preferência, um metal alcalino terroso (tal como bário, cálcio, estrôncio e magnésio), um metal alcalino (tal como potássio, sódio, lítio e césio), um metal de terras raras (tal como lantânio, ítrio, praseodímio e neodímio), ou combinações dos mesmos. O metal é tipicamente encontrado na forma de um óxido. Tipicamente, a platina é incluída para desempenhar a função de oxidação e o ródio é incluído para realizar a função de redução. Estes componentes estão contidos em um ou mais suportes.
[0014] O catalisador de oxidação/redução e o componente de armazenamento de NOx são preferencialmente carregados em um material de suporte tal como um óxido inorgânico para formar um LNT para uso no sistema de escape.
[0015] O LNT modificado da invenção é projetado para ter uma função diferente dos LNTs conhecidos, pelo fato de serem preferencialmente projetados para armazenar NOx a temperaturas abaixo de cerca de 200°C e liberar o NOx armazenado a temperaturas acima de cerca de 200°C. A liberação de NOx armazenado pode ser provocada termicamente ou também pode ser provocada por uma purga rica.
[0016] O LNT modificado compreende uma primeira camada e uma segunda camada. A primeira camada compreende um componente adsorvente de NOx e um ou mais metais do grupo da platina. O componente adsorvente de NOx compreende, de preferência, um metal alcalino terroso, um metal alcalino, um metal de terras raras e misturas dos mesmos. O metal alcalino terroso é, de preferência, bário, cálcio, estrôncio ou magnésio. O metal alcalino é, de preferência, potássio, sódio, lítio ou césio. O metal de terra rara é, de preferência, lantânio, ítrio, praseodímio ou neodímio. Mais preferencialmente, o componente adsorvente de NOx compreende bário.
[0017] Se utilizado, o metal alcalino terroso, o metal alcalino, o metal das terras raras, ou suas misturas dos mesmos podem preferencialmente ser suportados em um óxido inorgânico. O material de óxido inorgânico é, de preferência, um material contendo céria ou uma magnésia-alumina. O material que contém céria é preferencialmente céria, céria-zircônia, céria- zircônia-alumina, ou misturas dos mesmos. Mais preferencialmente, o material que contém céria é céria e, em particular, céria particulada. A magnésia-alumina é, de preferência, um espinélio, um óxido de metal misturado de magnésia-alumina, um material de hidrotalcita ou tipo hidrotalcita, e combinações de dois ou mais dos mesmos. Mais preferencialmente, o suporte de magnésia-alumina é um espinélio.
[0018] O metal alcalino terroso, um metal alcalino ou um componente de metal raro pode ser carregado sobre o material de óxido inorgânico por qualquer meio conhecido, o modo de adição não é considerado particularmente crítico. Por exemplo, um composto de bário (tal como acetato de bário) pode ser adicionado a um material contendo cério por impregnação, adsorção, troca iônica, umidade incipiente, precipitação ou semelhantes. De preferência, a primeira camada compreende pelo menos 2,5 porcento em peso de bário.
[0019] O metal do grupo da platina é, de preferência, platina, paládio, ródio, ou misturas dos mesmos. A platina e o paládio são particularmente preferidos.
[0020] De preferência, a primeira camada também compreende um suporte. O suporte é, de preferência, um óxido dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14 elementos. Mais preferencialmente, o suporte é uma alumina, sílica, titânia, zircônia, magnésia, nióbia, óxido de tântalo, óxido de molibdênio, óxido de tungstênio, um óxido misto ou um óxido compósito de quaisquer dois ou mais dos mesmos e misturas dos mesmos.
[0021] Os suportes preferidos têm preferencialmente áreas de superfície na faixa de 10 a 1.500 m2/g, volumes de poro na faixa de 0,1 a 4 mL/g e diâmetros de poro de cerca de 10 a 1.000 Angstroms. São particularmente preferidos suportes de área superficial elevada com uma área superficial superior a 80 m2/g.
[0022] A segunda camada compreende uma zona do catalisador de oxidação de diesel e uma zona de oxidação de NO. A zona do catalisador de oxidação de diesel compreende um metal do grupo da platina, um zeólito e, opcionalmente, um metal alcalino terroso. O metal alcalino terroso opcional é, de preferência, magnésio, cálcio, estrôncio ou bário; mais preferencialmente bário. O metal do grupo da platina compreende, de preferência, platina e paládio. De preferência, a razão Pd:Pt na zona do catalisador de oxidação de diesel varia de 0,25 a 1.
[0023] O zeólito pode ser qualquer zeólito natural ou sintético e é preferencialmente composto por alumínio, silício e/ou fósforo. Os zeólitos têm tipicamente um arranjo tridimensional de SiO4, AlO4 e/ou PO4 que são unidos pela partilha de átomos de oxigênio, mas também podem ser estruturas bidimensionais também. As cadeias de zeólito são tipicamente aniônicas, que são contrabalanceadas por cátions compensadores de carga, tipicamente elementos alcalinos e alcalino terrosos (por exemplo, Na, K, Mg, Ca, Sr e Ba), íons amônio e também prótons.
[0024] De preferência, o zeólito é selecionado dentre um zeólito de aluminossilicato, um zeólito de aluminossilicato substituído com metal, um zeólito de aluminofosfato, um zeólito de aluminofosfato substituído com metal, um zeólito de silicoaluminofosfato ou um zeólito de silicoaluminofosfato substituído com metal.
[0025] Zeólitos com um Tipo de Cadeia Principal de ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, CON, BEA, FAU, MOR e EMT, bem como misturas ou intercruzamentos de quaisquer dois ou mais, são particularmente preferidos. Mais preferencialmente, o zeólito tem um Tipo de Cadeia Principal de um AEI, um CHA, um LEV, um BEA (por exemplo, zeólito beta), um FAU (por exemplo, zeólito Y) ou MFI (por exemplo, ZSM-5).
[0026] O catalisador de oxidação de diesel também pode compreender preferencialmente manganês.
[0027] A zona do catalisador de oxidação de diesel compreende preferencialmente também um suporte de óxido inorgânico. O suporte de óxido inorgânico inclui de preferência óxidos dos Grupos 2, 3, 4, 5, 13 e 14 elementos. Mais preferencialmente, o suporte é um suporte de alumina dopada com alumina ou sílica.
[0028] A zona de oxidação de NO compreende um metal do grupo da platina e um carreador. O metal do grupo da platina compreende, de preferência, platina e paládio. De preferência, a razão Pd:Pt na zona de oxidação de NO varia de 0 e 0,25.
[0029] O carreador é, de preferência, alumina, sílica, um material contendo céria, titânia, zircônia, magnésia, nióbia, óxido de tântalo, óxido de molibdênio, óxido de tungstênio, um óxido misto ou óxido compósito de dois ou mais dos mesmos (por exemplo, sílica-alumina, magnésia-alumina), e misturas dos mesmos. O material que contém céria é preferencialmente céria, céria-zircônia, céria-zircônia-alumina ou misturas dos mesmos; e mais preferencialmente, o material que contém céria é céria e, em particular, céria particulada. São particularmente preferidas misturas de carreadores tais como alumina e céria.
[0030] A zona de oxidação de NO pode também compreender, de preferência, manganês.
[0031] A zona de oxidação de NO pode conter um metal alcalino ou metal alcalino terroso tal como bário, mas também pode estar substancialmente livre de um componente de metal alcalino ou metal alcalino terroso. Por “substancialmente livre” entende-se que nenhum metal alcalino ou metal alcalino terroso é deliberadamente adicionado à zona de oxidação de NO. Preferencialmente, “substancialmente livre” significa que a zona de oxidação de NO contém menos do que 0,1 porcento em peso de metal alcalino ou metal alcalino terroso, mais preferencialmente, menor que 0,05 porcento em peso de metal alcalino ou alcalino terroso e, mais preferencialmente, nenhum metal alcalino ou metal alcalino terroso.
[0032] O LNT modificado inclui, de preferência, um substrato. O substrato é, de preferência, um substrato cerâmico ou um substrato metálico. O substrato cerâmico pode ser feito de qualquer material refratário adequado, por exemplo, alumina, sílica, titânia, céria, zircônia, magnésia, zeólitos, nitreto de silício, carbeto de silício, silicatos de zircônio, silicatos de magnésio, aluminossilicatos e metalo aluminossilicatos (tais como cordierite e espodumeno), ou uma mistura ou óxido misto de quaisquer dois ou mais dos mesmos. A cordierite, um aluminossilicato de magnésio, e carbeto de silício são particularmente preferidos.
[0033] O substrato metálico pode ser feito de qualquer metal adequado e, em particular, metais e ligas metálicas resistentes ao calor, tais como titânio e aço inoxidável, bem como ligas ferríticas contendo ferro, níquel, cromo e/ou alumínio, além de outros metais traços.
[0034] O substrato é, de preferência, um substrato de fluxo atravessante ou um substrato de filtro. Mais preferencialmente, o substrato é um substrato de fluxo atravessante. Em particular, o substrato de fluxo atravessante é um monólito de fluxo atravessante tendo preferencialmente uma estrutura alveolar com muitos pequenos canais paralelos de paredes finas que correm axialmente através do substrato e que se estendem por todo o substrato.
[0035] A seção transversal do canal do substrato pode ser de qualquer forma, mas preferencialmente, é quadrada, sinoidal, triangular, retangular, hexagonal, trapezoidal, circular ou oval.
[0036] Quando adicionadas ao substrato, as camadas do captador de NOx modificada podem ser arranjadas no substrato em qualquer ordem, mas de preferência, a primeira camada é disposta no substrato, e a segunda camada é disposta na primeira camada. A zona do catalisador de oxidação de diesel da segunda camada é preferencialmente arranjada a montante da zona de oxidação de NO de modo que o gás de escape contacte primeiro a zona do catalisador de oxidação de diesel antes de contactar a zona de oxidação de NO.
[0037] O captador de NOx modificado da presente invenção, pode ser preparado por processos bem conhecidos na técnica anterior. De preferência, o captador de NOx é preparado depositando as duas camadas sobre o substrato usando procedimentos de revestimento reativo.
[0038] De preferência, todo o comprimento do substrato é revestido com a primeira camada de lama de modo que um revestimento reativo da primeira camada cobre toda a superfície do substrato. Uma porção do comprimento do substrato a partir da extremidade frontal é revestida com a zona do catalisador de oxidação de diesel, enquanto o restante do comprimento do substrato é revestido com a zona de oxidação de NO.
[0039] O LNT modificado da invenção armazena NOx a temperaturas abaixo de cerca de 200°C e libera o NOx armazenado a temperaturas acima de cerca de 200°C.
[0040] O sistema de escape da invenção também compreende um catalisador de redução catalítica seletivo de amônia (SCR-NH3). O catalisador de SCR-NH3 pode compreender quaisquer catalisadores de SCR-NH3 conhecidos, que são bem conhecidos na técnica. Um catalisador de SCR-NH3 é um catalisador que reduz NOx a N2 por reação com compostos de nitrogênio (tais como amônia ou ureia).
[0041] De preferência, o catalisador de SCR-NH3 é constituído por um catalisador vanádia-titânia, um catalisador vanádia-tungstânia-titânia, ou um metal/zeólito. O catalisador metal/zeólito compreende um metal e um zeólito. Os metais preferidos incluem ferro e cobre.
[0042] O zeólito pode ser qualquer zeólito natural ou sintético e é preferencialmente composto por alumínio, silício e/ou fósforo. Os zeólitos têm tipicamente um arranjo tridimensional de SiO4, AlO4 e/ou PO4 que são unidos pela partilha de átomos de oxigênio, mas também podem ser estruturas bidimensionais também.
[0043] As cadeias de zeólito são tipicamente aniônicas, que são contrabalanceadas por cátions compensadores de carga, tipicamente elementos alcalinos e alcalino terrosos (por exemplo, Na, K, Mg, Ca, Sr e Ba), íons amônio e também prótons.
[0044] De preferência, o zeólito é selecionado de entre um zeólito de aluminossilicato, um zeólito de aluminossilicato substituído com metal, um zeólito de aluminofosfato, um zeólito aluminofosfato substituído com metal, um zeólito de silicoaluminofosfato ou um zeólito de silicoaluminofosfato substituído com metal.
[0045] Zeólitos com um Tipo de Cadeia Principal de ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, CON, BEA, FAU, MOR e EMT, bem como misturas ou intercruzamentos de quaisquer dois ou mais, são particularmente preferidos. Mais preferencialmente, o zeólito tem um Tipo de Cadeia Principal de um AEI, um CHA, um LEV, um BEA (por exemplo, zeólito beta) ou um FER (por exemplo, ferrierita).
[0046] O catalisador de SCR-NH3 é, de preferência, revestido sobre um substrato cerâmico ou metálico, como descrito acima. O substrato é tipicamente projetado para proporcionar um número de canais através dos quais passa o escape do veículo, e a superfície dos canais será, de preferência, revestida com o catalisador de SCR-NH3.
[0047] O substrato para o catalisador de SCR-NH3 pode ser um substrato de filtro ou um substrato de fluxo. De preferência, o catalisador de SCR-NH3 é revestido sobre um filtro, que é conhecido como um filtro de redução catalítica seletivo de amônia (SCRF-NH3). Os SCRFs são dispositivos de único substrato que combinam a funcionalidade de um SCR- NH3 e de filtro particulado. Eles são usados para reduzir as emissões de NOx e de particulados dos motores de combustão interna.
[0048] O sistema da invenção compreende ainda um sistema de injeção de ureia. O sistema de injeção de ureia compreende preferencialmente um injetor de ureia que injeta ureia na corrente de gás de escape a montante do catalisador de SCR-NH3 e a jusante do LNT modificado. O sistema de injeção de ureia será, de preferência, constituído por um bocal para produzir gotículas bem definidas de solução de ureia. O tamanho da gota é, de preferência, menor que 500 mícrons para permitir a evaporação rápida e a decomposição da ureia. A pressão do injetor e a taxa da bomba serão tais que permitam a mistura eficaz na corrente de gás de escape.
[0049] O sistema de injeção de ureia também será preferencialmente constituído por um tanque de ureia, linhas de transferência e possivelmente um sistema de aquecimento para evitar o congelamento da solução de ureia.
[0050] De preferência, o sistema de injeção de ureia injeta ureia a temperaturas acima de cerca de 180°C.
[0051] A invenção também inclui um método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna. O método compreende passar o gás de escape sobre o LNT modificado descrito acima. O LNT modificado remove os óxidos de nitrogênio (NOx) do gás de escape a temperaturas abaixo de cerca de 200°C, e libera o NOx a temperaturas acima de cerca de 200°C. A temperaturas acima de cerca de 180°C, é injetada ureia no gás de escape a jusante do LNT modificado e o gás de escape contendo NOx liberado do LNT modificado e ureia são passados sobre um catalisador de SCR-NH3. O NOx liberado é convertido em nitrogênio pela reação de amônia (gerada a partir de ureia) com NOx sobre o catalisador de SCR-NH3. O NOx liberado é o NOx que é armazenado no LNT modificado em baixas temperaturas e é então liberado a temperaturas mais elevadas, e também inclui NOx que passa sobre o catalisador de SCR-NH3 SCR-NH3 sem ser armazenado.
[0052] Preferencialmente, o LNT modificado é periodicamente submetido a uma etapa de dessulfatação rica. A presença de compostos de enxofre no combustível pode ser prejudicial para o LNT modificado uma vez que a oxidação de compostos de enxofre leva a óxidos de enxofre nos gases de escape. No LNT, o dióxido de enxofre pode ser oxidado em trióxido de enxofre sobre os metais do grupo da platina e formar sulfatos de superfície na superfície de LNT (por exemplo, o óxido de bário ou o carbonato de bário reage com trióxido de enxofre para formar sulfato de bário). Estes sulfatos são mais estáveis do que os nitratos e requerem temperaturas mais elevadas (> 500°C) para dessulfatar. Se o LNT modificado tiver um teor baixo de bário, uma temperatura de dessulfatação mais baixa pode ser útil.
[0053] Em dessulfatação rica, o LNT modificado é tipicamente submetido a uma temperatura acima de cerca de 500°C em ambiente de razão ar:combustível rica para realizar a remoção de enxofre. A dessulfatação é preferencialmente realizada aumentando as temperaturas de escape através de uma pós-injeção de combustível. As estratégias de dessulfatação podem incluir um único período rico contínuo, ou uma série de impulsos curtos de razão ar-para-combustível rica.
[0054] Os exemplos seguintes ilustram apenas a invenção. Os habilitados na técnica reconhecerão muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e do escopo das reivindicações.
EXEMPLO 1: PREPARAÇÃO DE LNTs MODIFICADOS LNT modificadolA
[0055] Um monólito de substrato de cordierite de fluxo atravessante de 400 células por polegada quadrada (cpsi) (1 polegada quadrada = 6,45 cm2) é revestido com uma formulação de catalisador absorvedor de NOx compreendendo duas camadas. O revestimento reativo de camada inferior compreende Pt, Pd, 28% de uma espinélio de Ce/magnésio-aluminato e 66% de céria (95% do carregamento de céria total inclui céria particulada contendo 7% de Ba). O revestimento reativo é revestido no monólito de substrato virgem usando o método descrito no documento WO 99/47260, seguido por secagem por 30 minutos em um secador de ar forçado a 100°C e depois cozimento a 500°C por 2 horas.
[0056] Preparou-se uma segunda pasta fluida constituída de alumina em suspensão e moída até um d90 < 20 mícrons seguida pela adição de quantidades apropriadas de platina solúvel e sais de paládio e céria particulada para resultar em 50% de alumina e 50% de céria particulada. A segunda pasta fluida é aplicada à camada inferior calcinada através de canais de saída. A porção é seca e calcinada a 500°C.
[0057] Preparou-se uma terceira pasta fluida constituída por um pó de alumina dopada com sílica em suspensão em água e moída até um d90 < 20 mícrons. Adicionou-se acetato de bário à pasta fluida seguida por quantidades apropriadas de sais solúveis de platina e paládio. A pasta fluida é então agitada por 30 minutos para homogeneizar antes da adição de beta-zeólito para resultar em 81% de alumina dopada com sílica e 19% de zeólito beta. A terceira pasta fluida foi aplicada à camada inferior calcinada através dos canais de entrada. A parte é seca e calcinada a 500°C para resultar em um carregamento total de PGM de 89 g/ft3 de Pt e 30 g/ft3 de Pd.
LNT Comparativo 2
[0058] Um monólito de substrato de cordierita de fluxo atravessante de 400 células por polegada quadrada (cpsi) (1 polegada quadrada = 6,45 cm2) é revestido com uma formulação de catalisador absorvente de NOx compreendendo uma camada única que compreende Pt, Pd, um espinélio de Ce/magnésio- aluminato, uma céria particulada revestida com Ba, e contém 33% do espinélio de Ce/magnésio-aluminato, 61% de céria (93% do carregamento total de céria inclui céria particulada contendo 7% de Ba) e 113 g/ft3 de Pt e Pd. O revestimento reativo é revestido no monólito de substrato virgem usando o método descrito no documento WO 99/47260, seguido por secagem por 30 minutos em um secador de ar forçado a 100°C e depois cozimento a 500°C por 2 horas.
EXEMPLO 2: TESTE DE MOTORES
[0059] O LNT 1A modificado e o LNT 2 comparativo (1,4 L de volume de catalisador) são envelhecidos hidrotermicamente a 800°C por 5 horas. Cada LNT é pré-condicionado em um motor de 1,6 litros empregando a recirculação de gás de escape de baixa pressão (EGR), executando 4 ciclos NEDC com uma purga de 5s rica em lambda 0,95 na viagem de 100 km/h. A avaliação é então realizada através dos ciclos de condução NEDC em um motor de 2,2 litros. Nenhuma purga rica é empregada durante a avaliação.
[0060] Os resultados mostram que o LNT 1A modificado armazena cerca de 0,5 g de NOx até cerca de 200°C, seguido por liberação térmica quase completa do NOx armazenado de 200 a 300°C, mostrando que o LNT modificado da invenção é capaz de ser utilizado com um sistema de SCR- NH3. A Figura 2 mostra que a projeto de LNT1A modificado aumenta a razão pós LNT NO2/NOx para 20-40% em comparação com 5-20% para o LNT comparativo 2. A Tabela 1 descreve as emissões de CO do tubo de escape com o LNT1A modificado mostrando uma conversão de CO muito maior e uma estabilidade muito melhorada à desativação oxidativa ao longo de 4 NEDC sem purga rica. A Tabela 2 descreve as emissões de HC do tubo de escape com o LNT 1A modificado mostrando uma conversão de HC muito maior. Tabela 1 Emissões de CO do tubo de escape
Figure img0001
Tabela 2 Emissões de HC do tubo de escape
Figure img0002

Claims (18)

1. Sistema de escape para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna, caracterizado pelo fato de que compreende um captador de NOx pobre modificado (LNT), um sistema de injeção de ureia e um catalisador de redução catalítica seletivo de amônia (SCR-NH3), em que o LNT modificado armazena NOx a temperaturas abaixo de 200°C e libera o NOx armazenado a temperaturas acima de 200°C e o LNT modificado compreende: (a) uma primeira camada compreendendo um componente adsorvente de NOx e um ou mais metais do grupo da platina; e (b) uma segunda camada compreendendo uma zona do catalisador de oxidação de diesel compreendendo um metal do grupo da platina, um zeólito, e opcionalmente um metal alcalino terroso; e uma zona de oxidação de NO compreendendo metal do grupo da platina e um carreador.
2. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de injeção de ureia injetar ureia a temperaturas acima de 180°C.
3. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o componente adsorvente de NOx compreende um metal alcalino terroso, um metal alcalino, um metal de terras raras e misturas dos mesmos.
4. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o metal alcalino terroso, um metal alcalino, um metal de terras raras e as misturas dos mesmos serem suportados em um material de óxido inorgânico.
5. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material de óxido inorgânico é um material contendo céria ou uma magnésia-alumina.
6. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a magnésia-alumina é um espinélio de aluminato de magnésio.
7. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o componente adsorvente de NOx compreende bário.
8. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que um ou mais metais do grupo da platina da primeira camada são selecionados do grupo que consiste em paládio, platina, ródio e misturas dos mesmos.
9. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o zeólito da zona do catalisador de oxidação de diesel é selecionado do grupo do Tipo Cadeia Principal constituído por um AEI, um CHA, um LEV, um BEA, um FAU e um MFI.
10. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a zona do catalisador de oxidação de diesel compreende ainda um suporte de óxido inorgânico compreendendo uma alumina ou uma alumina dopada com sílica.
11. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o carreador da zona de oxidação de NO compreende alumina e céria.
12. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a zona de oxidação de NO compreende ainda manganês.
13. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o catalisador de SCR- NH3 é selecionado do grupo consistindo em um catalisador de vanádia-titânia, um catalisador de vanádia-tungstânia-titânia e um metal/zeólito.
14. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o metal/zeólito compreende um metal selecionado do grupo que consiste em ferro ou cobre e um zeólito selecionado do grupo do Tipo Cadeia Principal constituído por um AEI, um CHA, um LEV, um BEA (por exemplo, zeólito beta), ou um FER (por exemplo, ferrierita).
15. Sistema de escape de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o catalisador de SCR- NH3 é um filtro de redução catalítico seletivo de amônia (SCRF-NH3).
16. Sistema de escape de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o SCRF-NH3 compreende um filtro tendo um catalisador de SCR-NH3 selecionado do grupo consistindo em um catalisador de vanádia-titânia, um catalisador de vanádia-tungstânia-titânia e um metal/zeólito.
17. Método para tratar um gás de escape de um motor de combustão interna de um veículo, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) passar o gás de escape por um captador de NOx pobre modificado (LNT) para remover óxidos de nitrogênio (NOx) dos gases de escape a temperaturas abaixo de 200°C e liberar o NOx a temperaturas acima de 200°C, em que o LNT modificado compreende: (b) uma primeira camada compreendendo um componente adsorvente de NOx e um ou mais metais do grupo da platina; e (c) uma segunda camada compreendendo uma zona do catalisador de oxidação de diesel compreendendo um metal do grupo da platina, um zeólito e opcionalmente um metal alcalino terroso; e uma zona de oxidação de NO compreendendo metal do grupo da platina e um carreador; (d) injetar ureia no gás de escape a jusante do LNT modificado a temperaturas acima de 180°C; e (e) passar um gás de escape contendo NOx liberado do LNT modificado e ureia por um catalisador de SCR-NH3 para converter o NOx em nitrogênio.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda submeter periodicamente o LNT modificado a uma temperatura acima de 500°C em um ambiente de razão ar:combustível rico para remover o enxofre que se acumula no LNT modificado.
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