BR112017027024B1 - Artigo catalítico, e, métodos para melhorar o rendimento de n2 a partir de amônia e nox em um gás de escape e para tratar gás de escape - Google Patents

Abstract

ARTIGO CATALÍTICO, E, MÉTODOS PARA MELHORAR O RENDIMENTO DE N2 A PARTIR DE AMÔNIA E NOX EM UM GÁS DE ESCAPE E PARA TRATAR GÁS DE ESCAPE. Catalisadores tendo uma união de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um catalisador SCR de Cu ou um catalisador SCR de Fe são descritos. Os catalisadores podem também conter um ou dois catalisadores SCR adicionais. Os catalisadores estar presentes em uma de várias configurações. Artigos catalíticos contendo esses catalisadores são descritos. Os artigos catalíticos são úteis para redução catalítica seletiva (SCR) de NOx em gases de escape e na redução da quantidade de escape de amônia. Métodos para produção de tais artigos são descritos. Métodos para usar os artigos catalíticos em um processo SCR, em que a quantidade de escape de amônia é reduzida, são também descritos.

Description

[001] A invenção se refere a catalisadores para redução catalítica seletiva (SCR), artigos que contêm catalisadores de SCR e métodos de fabricar e usar tais artigos para reduzir óxidos de nitrogênio (NOx).

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] A combustão de hidrocarboneto em motores a diesel, turbinas a gás estacionárias e outros sistemas gera gás de escape que deve ser tratado para remover óxidos de nitrogênio (NOx), que compreendem NO (óxido nítrico) e NO2 (dióxido de nitrogênio), sendo que NO é a maioria do NOx formado. Sabe-se que o NOx causa inúmeros problemas de saúde em pessoas, assim como causa inúmeros efeitos ambientais prejudiciais, que incluem a formação de fumaça e chuva ácida. Para mitigar tanto o impacto humano quanto ambiental a partir do NOx em gás de escape, deseja-se eliminar esses componentes não desejáveis, preferencialmente, por um processo que não gere outras substâncias nocivas ou tóxicas.

[003] A presente invenção se refere a um método de converter óxidos de nitrogênio em um gás, tal como um gás de escape de um motor de combustão interna de queima pobre veicular, para nitrogênio pondo-se em contato os óxidos de nitrogênio com um agente redutor nitrogenoso na presença de um catalisador que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR.

[004] A redução catalítica seletiva (SCR) de NOx por compostos nitrogenosos, tais como amônia ou ureia, foi primeiro desenvolvida para tratar aplicações estacionárias industriais. A tecnologia de SCR foi primeiro usada em usinas de energia térmica no Japão no final da década de 1970, e tem visto ampla aplicação na Europa desde meados da década de 1980. Nos EUA, sistemas de SCR foram introduzidos para turbinas a gás na década de 1990, e têm sido usados mais recentemente em usinas elétricas alimentadas a carvão. Além de usinas elétricas alimentadas a carvão e turbinas a gás, aplicações de SCR incluem aquecedores e caldeiras de refinarias e usinas na indústria de processamento químico, fornalhas, fornos de coque, usinas de dejetos urbanos e incineradores. Mais recentemente, sistemas de redução de NOx com base na tecnologia de SCR estão sendo desenvolvidos para inúmeras aplicações veiculares (móveis) na Europa, Japão e nos EUA, por exemplo, para tratar gás de escape de diesel.

[005] Diversas reações químicas ocorrem em um sistema de SCR de NH.sub.3, todas as quais representam reações desejáveis que reduzem NOx para nitrogênio. A reação dominante é representada pela reação (1). 4NO + 4NH3 + O2 →4N2 + 6H2O (1)

[006] Reações não seletivas, que competem, com oxigênio podem produzir emissões secundárias ou podem consumir de modo não produtivo a amônia. Uma tal reação não seletiva é a oxidação completa de amônia, mostrada na reação (2). 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (2)

[007] Além disso, reações colaterais podem levar a produtos indesejáveis, tal como N2O, conforme representado pela reação (3). 4NH3 + 5NO + 3O2 → 4N2O + 6H2O (3)

[008] Seria desejável ter um catalisador que proporciona um aumento no rendimento de nitrogênio (N2) e uma diminuição na formação de N2O.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Em um aspecto, a invenção se refere a um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento.

[0010] Em um outro aspecto, a invenção se refere a um artigo de catalisador que compreende um substrato, um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos 20% do comprimento do primeiro revestimento ao longo de um eixo geométrico a partir da entrada para a saída.

[0011] Em um outro aspecto, a invenção se refere a um sistema de escape que compreende um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento e um meio para converter NH3 e NOx no gás de escape.

[0012] Em ainda um outro aspecto, a invenção se refere a um sistema de escape que compreende um artigo de catalisador que compreende um substrato, um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos 20% do comprimento do primeiro revestimento ao longo de um eixo geométrico a partir da entrada para a saída e um meio para converter NH3 e NOx no gás de escape.

[0013] Em ainda um outro aspecto, a invenção se refere a métodos para melhorar o rendimento de N2 a partir de amônia em um gás de escape em uma temperatura a partir de cerca de 200 °C a cerca de 350 °C, em que o método compreende colocar em contato um gás de escape que compreende amônia com um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento.

[0014] Em ainda um outro aspecto, um método de reduzir a formação de N2O a partir de NH3 e NOx em um gás de escape, em que o método compreende colocar em contato um gás de escape que compreende amônia com um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento.

[0015] Em um aspecto adicional, um método de tratar gás de escape que compreende NH3 e NOx, em que o método compreende colocar em contato um gás de escape que compreende amônia com artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] A Figura 1(a) é um gráfico que mostra % de conversão de NO com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

[0017] A Figura 1(b) é um gráfico que mostra a quantidade de formação de N2O com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

[0018] A Figura 1(c) é um gráfico que mostra % de conversão de NH3 com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

[0019] A Figura 1(d) é um gráfico que mostra % de rendimento de N2 com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

[0020] A Figura 2(a) é um gráfico que mostra % de conversão de NO com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm ou 140 ppm de NH3 (ANR = 1,0 ou 1,4), 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 60.000 h-1.

[0021] A Figura 2(b) é um gráfico que mostra a quantidade de formação de N2O com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm ou 140 ppm de NH3 (ANR = 1,0 ou 1,4), 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 60.000 h-1.

[0022] A Figura 2(c) é um gráfico que mostra % de conversão de NH3 com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm ou 140 ppm de NH3 (ANR = 1,0 ou 1,4), 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 60.000 h-1.

[0023] A Figura 2(d) é um gráfico que mostra % de rendimento de N2 com o uso dos Exemplos 1 a 5 com o uso de 100 ppm de NO, 100 ppm ou 140 ppm de NH3 (ANR = 1,0 ou 1,4), 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 60.000 h-1.

[0024] A Figura 3(a) é um gráfico que mostra % de conversão de NO com o uso dos Sistemas 1 a 4 com o uso de 300 ppm de NO, 500 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

[0025] A Figura 3(b) é um gráfico que mostra a quantidade de N2O formação com o uso dos Sistemas 1 a 4 com o uso de 300 ppm de NO, 500 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

[0026] A Figura 3(c) é um gráfico que mostra % de conversão de NH3 com o uso dos Sistemas 1 a 4 com o uso de 300 ppm de NO, 500 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

[0027] A Figura 3(d) é um gráfico que mostra % de rendimento de N2 com o uso dos Sistemas 1 a 4 com o uso de 300 ppm de NO, 500 ppm de NH3, 10% de O2, 4,5% de CO2, 4,5% de H2O, saldo de N2 em SV = 120.000 h-1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO:

[0028] Conforme usadas neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares “um”, “uma” e “a/o” incluem referentes plurais a menos que o contexto indique claramente de outro modo. Dessa forma, por exemplo, referência a “um catalisador” inclui uma mistura de dois ou mais catalisadores e semelhantes.

[0029] Conforme usado no presente documento, o termo “vazamento de amônia” significa a quantidade de amônia não reagida que passa através do catalisador de SCR.

[0030] O termo “um suporte com baixo armazenamento de amônia” significa um suporte que armazena menos que 0,001 mmol NH3 por m3 de suporte. O suporte com baixo armazenamento de amônia é, preferencialmente, uma peneira molecular ou um zeólito que tem um tipo de cadeia principal selecionado a partir do grupo que consiste em AEI, ANA, ATS, BEA, CDO, CFI, CHA, CON, DDR, ERI, FAU, FER, GON, IFR, IFW, IFY, IHW, IMF, IRN, IRY, ISV, ITE, ITG, ITN, ITR, ITW, IWR, IWS, IWV, IWW, JOZ, LTA, LTF, MEL, MEP, MFI, MRE, MSE, MTF, MTN, MTT, MTW, MVY, MWW, NON, NSI, RRO, RSN, RTE, RTH, RUT, RWR, SEW, SFE, SFF, SFG, SFH, SFN, SFS, SFV, SGT, SOD, SSF, SSO, SSY, STF, STO, STT, SVR, SVV, TON, TUN, UOS, UOV, UTL, UWY, VET e VNI. Mais preferencialmente, a peneira ou zeólito molecular tem um tipo de cadeia principal selecionado a partir do grupo que consiste em BEA, CDO, CON, FAU, MEL, MFI e MWW, ainda mais preferencialmente, o tipo de cadeia principal é selecionado a partir do grupo que consiste em BEA e MFI.

[0031] Conforme usado no presente documento, o termo “calcinar”, ou “calcinação”, significa aquecimento do material em ar ou oxigênio. Essa definição é consistente com a definição de IUPAC de calcinação. (IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2° edição (o “Gold Book”). Elaborado por A. D. McNaught e A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). Versão corrigida na internet em XML: http://goldbook.iupac.org (2006-) criada por M. Nic, J. Jirat, B. Kosata; atualizações elaboradas por A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8. doi:10.1351/ goldbook.) A calcinação é desempenhada para decompor um sal metálico e promover a troca de íons de metal dentro do catalisador e também para aderir o catalisador a um substrato. As temperaturas usadas na calcinação dependem dos componentes no material a serem calcinados e, geralmente, estão entre cerca de 300 °C a cerca de 900 °C por aproximadamente 1 a 8 horas. Em alguns casos, a calcinação pode ser desempenhada até em uma temperatura de cerca de 1.200 °C. Em aplicações que envolvem os processos descritos no presente documento, as calcinações são, geralmente, desempenhadas em temperaturas a partir de cerca de 400 °C a cerca de 700 °C por aproximadamente 1 a 8 horas, preferencialmente, em temperaturas a partir de cerca de 400 °C a cerca de 650 °C por aproximadamente 1 a 4 horas.

[0032] Conforme usado no presente documento, o termo “cerca de” significa aproximadamente e se refere a uma faixa que é, opcionalmente, ± 25%, preferencialmente, ± 10%, mais preferencialmente, ± 5% ou, com máxima preferência, ± 1% do valor com o qual o termo é associado.

[0033] Quando uma faixa, ou faixas, para vários elementos numéricos são fornecidas, a faixa, ou faixas, podem incluir os valores, a menos que especificado de outro modo.

[0034] Conforme usado no presente documento, o termo “seletividade de N2” significa a conversão de por cento de amônia em nitrogênio.

[0035] Em um aspecto da invenção, um catalisador compreende uma combinação de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia e um primeiro catalisador de SCR. A combinação de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia e um primeiro catalisador de SCR é (a) uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR ou (b) uma bicamada que tem uma camada superior que compreende um primeiro catalisador de SCR e uma camada inferior que compreende platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia, em que a camada inferior pode ser posicionada em um substrato. O suporte com baixo armazenamento de amônia pode ser um suporte silicoso, em que o suporte silicoso pode compreender uma sílica ou um zeólito com razão de sílica-para-alumina de pelo menos um dentre 100, ≥ 200, ≥ 250, ≥ 300, ≥ 400, ≥ 500, ≥ 750 e ≥ 1000. Em cada aspecto da invenção, o primeiro catalisador de SCR é, preferencialmente, um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR, mais um catalisador de Cu-SCR.

[0036] A razão da quantidade de primeiro catalisador de SCR para a quantidade de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia na mescla pode ser na faixa de 3:1 a 300:1, inclusive, com base no peso desses componentes. Preferencialmente, a razão da quantidade de primeiro catalisador de SCR para a quantidade de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia na mescla é na faixa de 7:1 a 100:1, inclusive, com base no peso desses componentes. Mais preferencialmente, a razão da quantidade de primeiro catalisador de SCR para a quantidade de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia na mescla é na faixa de 10:1 a 50:1, inclusive, com base no peso desses componentes.

[0037] O termo “carregamento de componente ativo” se refere ao peso do suporte de platina + o peso de platina + o peso do primeiro catalisador de SCR na mescla. Platina pode estar presente no catalisador em um carregamento de componente ativo a partir de cerca de 0,01 a cerca de 0,25% em peso, inclusive. Preferencialmente, platina pode estar presente no catalisador em um carregamento de componente ativo a partir de 0,04 a 0,2% em peso, inclusive. Mais preferencialmente, platina pode estar presente no catalisador em um carregamento de componente ativo a partir de 0,07 a 0,17% em peso, inclusive. Com a maior preferência, platina pode estar presente no catalisador em um carregamento de componente ativo a partir de 0,05 a 0,15% em peso, inclusive.

CATALISADORES DE SCR

[0038] Em várias modalidades, as composições podem compreender um, dois ou três catalisadores de SCR. O primeiro catalisador de SCR, que está sempre presente nas composições, pode estar presente (1) em uma mescla com Pt em um suporte com baixo armazenamento de amônia ou (2) em uma camada superior quando os catalisadores estão presentes em uma bicamada e Pt está presente em uma camada inferior. O primeiro catalisador de SCR é, preferencialmente, um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR, mais preferencialmente, um catalisador de Cu-SCR. O catalisador de Cu-SCR compreende cobre e uma peneira molecular. O catalisador de Fe-SCR compreende ferro e uma peneira molecular. As peneiras moleculares são adicionalmente descritas abaixo. O cobre ou ferro pode estar localizado dentro da cadeia principal da peneira molecular e/ou em sítios de cadeia principal extra (permutáveis) dentro da peneira molecular.

[0039] O segundo e terceiro catalisadores de SCR podem ser o mesmo ou diferente. O segundo e o terceiro catalisador de SCR podem ser um óxido de um metal de base, uma peneira molecular, uma peneira molecular trocada por metal ou uma mistura dos mesmos. O metal de base pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em vanádio (V), molibdênio (Mo) e tungstênio (W), crômio (Cr), cério (Ce), manganês (Mn), ferro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni) e cobre (Cu) e misturas dos mesmos. As composições de SCR que consistem em vanádio suportado em um óxido de metal refratário, tais como alumina, sílica, zircônia, titânia, cério e combinações das mesmas são bem conhecidos e amplamente usados comercialmente em aplicações móveis. Composições típicas são descritas nas Patentes nos U.S. 4.010.238 e 4.085.193, cujo conteúdo está incorporado no presente documento a título de referência. Composições comercialmente usadas, especialmente em aplicações móveis, compreendem TiO2 no qual WO3 e V2O5 foram dispersos em concentrações na faixa a partir de 5 a 20% em peso e 0,5 a 6% em peso, respectivamente. O segundo catalisador de SCR pode compreender Ce-Zr promovido ou MnO2 promovido. Esses catalisadores podem conter outros materiais inorgânicos, tais como SiO2 e ZrO2 que agem como aglutinantes e promotores.

[0040] Quando o catalisador de SCR é um metal de base ou óxido metálico de base misturado, o artigo de catalisador pode compreender, adicionalmente, pelo menos um promotor de metal de base. Conforme usado no presente documento, entende-se que “promotor” significa uma substância que quando adicionada dentro de um catalisador, aumenta a atividade do catalisador. O promotor de metal de base pode estar na forma de um metal, um óxido do metal ou uma mistura dos mesmos. O pelo menos um promotor de catalisador de metal de base pode ser selecionado a partir de neodímio (Nd), bário (Ba), cério (Ce), lantânio (La), praseodímio (Pr), magnésio (Mg), cálcio (Ca), manganês (Mn), zinco (Zn), nióbio (Nb), zircônio (Zr), molibdênio (Mo), estanho (Sn), tântalo (Ta), estrôncio (Sr) e óxidos dos mesmos. O pelo menos um promotor de catalisador de metal de base pode, preferencialmente, ser MnO2, Mn2O3, Fe2O3, SnO2, CuO, CoO, CeO2 e misturas dos mesmos. O pelo menos um promotor de catalisador de metal de base pode ser adicionado ao catalisador na forma de um sal em uma solução aquosa, tais como um nitrato ou um acetato. O pelo menos um promotor de catalisador de metal de base e pelo menos um catalisador de metal de base, por exemplo, cobre, pode ser impregnado a partir de uma solução aquosa no material de suporte de óxido (ou materiais de suporte de óxido), pode ser adicionado dentro de uma camada de recobrimento que compreende o material de suporte de óxido (ou materiais de suporte de óxido) ou pode ser impregnado em um suporte previamente revestido com a camada de recobrimento.

[0041] Um catalisador de SCR pode compreender uma peneira molecular ou uma peneira molecular trocada por metal. Conforme usado no presente documento, entende-se que “peneira molecular” significa um material metaestável que contém poros de um tamanho preciso e uniforme que pode ser usado como um adsorvente para gases ou líquidos. As moléculas que são pequenas o suficiente para passar através dos poros são adsorvidas enquanto as moléculas maiores não são. A peneira molecular pode ser uma peneira molecular zeolítica, uma peneira molecular não zeolítica ou uma mistura dos mesmos.

[0042] Uma peneira molecular zeolítica é um aluminossilicato microporoso que tem qualquer uma dentre as estruturas de cadeia principal listadas no Banco de dados de Estruturas de Zeólito publicado pela Associação Internacional de Zeólito (IZA). As estruturas de cadeia principal incluem, porém sem limitação, tipos de CHA, FAU, BEA, MFI e MOR. Exemplos não limitantes de zeólitos que têm essas estruturas incluem chabazita, faujasita, zeólito Y, zeólito Y ultraestável, zeólito beta, mordenita, silicalita, zeólito X e ZSM-5. Zeólitos de aluminossilicato podem ter uma razão molar de sílica/alumina (SAR) definida como SiO2/Al2O3) a partir de pelo menos cerca de 5, preferencialmente, pelo menos cerca de 20, com faixas úteis de a partir de cerca de 10 até 200.

[0043] Qualquer um dentre os catalisadores de SCR pode compreender uma peneira molecular de poro pequeno, poro médio, poro grande ou combinações dos mesmos. Uma “peneira molecular de poro pequeno” é uma peneira molecular que contém um tamanho de anel máximo de 8 átomos tetraédricos. Uma “peneira molecular de poro médio” é uma peneira molecular que contém um tamanho de anel máximo de 10 átomos tetraédricos. Uma “peneira molecular de poro grande” é uma peneira molecular que tem um tamanho de anel máximo de 12 átomos tetraédricos. O segundo e/ou terceiro catalisadores de SCR podem compreender uma peneira molecular de poro pequeno selecionada a partir do grupo que consiste em peneiras moleculares de aluminossilicato, peneiras moleculares de aluminossilicato substituído por metal, peneiras moleculares de aluminofosfato (AlPO), peneiras moleculares de aluminofosfato substituído por metal (MeAlPO) , peneiras moleculares de sílico-aluminofosfato (SAPO) e peneiras moleculares de sílico-aluminofosfato substituído por metal (MeAPSO) e misturas dos mesmos.

[0044] Qualquer um dentre os catalisadores de SCR pode compreender uma peneira molecular de poro pequeno selecionada a partir do grupo de Tipos de Cadeia principal que consiste em ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SFW, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, ZON e misturas e/ou intercrescimentos dos mesmos. Preferencialmente, a peneira molecular de poro pequeno é selecionada a partir do grupo de Tipos de Cadeia principal que consiste em CHA, LEV, AEI, AFX, ERI, SFW, KFI, DDR e ITE.

[0045] Qualquer um dentre os catalisadores de SCR pode compreender uma peneira molecular de poro médio selecionada a partir do grupo de Tipos de Cadeia principal que consiste em AEL, AFO, AHT, BOF, BOZ, CGF, CGS, CHI, DAC, EUO, FER, HEU, IMF, ITH, ITR, JRY, JSR, JST, LAU, LOV, MEL, MFI, MFS, MRE, MTT, MVY, MWW, NAB, NAT, NES, OBW, PAR, PCR, PON, PUN, RRO, RSN, SFF, SFG, STF, STI, STT, STW, -SVR, SZR, TER, TON, TUN, UOS, VSV, WEI, WEN e misturas e/ou intercrescimentos dos mesmos. Preferencialmente, a peneira molecular de poro médio selecionada a partir do grupo de Tipos de Cadeia principal que consiste em MFI, FER e STT.

[0046] Qualquer um dentre os catalisadores de SCR pode compreender uma peneira molecular de poro grande selecionada a partir do grupo de Tipos de Cadeia principal que consiste em AFI, AFR, AFS, AFY, ASV, ATO, ATS, BEA, BEC, BOG, BPH, BSV, pode, CON, CZP, DFO, EMT, EON, EZT, FAU, GME, GON, IFR, ISV, ITG, IWR, IWS, IWV, IWW, JSR, LTF, LTL, MAZ, MEI, MOR, MOZ, MSE, MTW, NPO, OFF, OKO, OSI, RON, RWY, SAF, SAO, SBE, SBS, SBT, SEW, SFE, SFO, SFS, SFV, SOF, SOS, STO, SSF, SSY, USI, UWY, VET e misturas e/ou intercrescimentos dos mesmos. Preferencialmente, a peneira molecular de poro grande é selecionada a partir do grupo de Tipos de Cadeia principal que consiste em MOR, OFF e BEA.

[0047] Uma peneira molecular trocada por metal pode ter pelo menos um metal a partir de um dos grupos VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB ou IIB da tabela periódica depositada nos sítios de cadeia principal extra na superfície externa ou dentro dos canais, cavidades ou gaiolas das peneiras moleculares. Os metais podem estar em uma dentre diversas formas, que inclui, porém sem limitação, átomos metálicos de zero valência ou aglomerados de átomos, cátions isolados, oxicátions mononucleares ou polinucleares ou como óxidos de metal estendidos. Preferencialmente, os metais podem ser ferro, cobre e misturas ou combinações das mesmas.

[0048] O metal pode ser combinado com o zeólito com a utilização de uma mistura ou uma solução do precursor de metal em um solvente adequado. O termo “precursor de metal” significa qualquer composto ou complexo que pode ser disperso no zeólito para proporcionar um componente de metal cataliticamente ativo. Preferencialmente, o solvente é água devido tanto aos aspectos econômicos quanto ambientais de usar outros solventes. Quando cobre, um metal preferencial, é usado, complexos e compostos adequados incluem, porém sem limitação, sulfato de cobre anidro e hidratado, nitrato de cobre, acetato de cobre, acetilacetonato de cobre, óxido de cobre, hidróxido de cobre e sais de aminas de cobre (por exemplo, [Cu(NH3)4]2+). Essa invenção não é restrita a precursores de metal de um tipo, composição ou pureza particular. A peneira molecular pode ser adicionada à solução do componente de metal para formar uma suspensão, que é, então, permitida a reagir de modo que o componente de metal seja distribuído no zeólito. O metal pode ser distribuído tanto nos canais de poro quanto na superfície externa da peneira molecular. O metal pode ser distribuído em forma iônica ou como um óxido de metal. Por exemplo, o cobre pode ser distribuído como íons de cobre (II), íons de cobre (I) ou como óxido de cobre. A peneira molecular que contém o metal pode ser separada a partir da fase líquida da suspensão, lavada e secada. A peneira molecular que contém metal resultante pode, então, ser calcinada para fixar o metal na peneira molecular. Preferencialmente, o segundo e o terceiro catalisadores compreendem um Cu- SCR, e Fe-SCR, vanádio, Ce-Zr promovido ou MnO2 promovido.

[0049] Uma peneira molecular trocada por metal pode conter na faixa de cerca de 0,10% e cerca de 10% por peso de um metal de grupo VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB ou IIB localizado nos sítios de cadeia principal extra na superfície externa ou dentro dos canais, cavidades ou gaiolas da peneira molecular. Preferencialmente, o metal de cadeia principal extra pode estar presente em uma quantidade de na faixa de cerca de 0,2% e cerca de 5% por peso.

[0050] A peneira molecular trocada por metal pode ser uma peneira molecular de poro pequeno suportada de cobre (Cu) que tem a partir de cerca de 0,1 a cerca de 20,0% em peso de cobre do peso total do catalisador. Mais preferencialmente, cobre está presente a partir de cerca de 0,5% em peso a cerca de 15% em peso do peso total do catalisador. Mais preferencialmente, cobre está presente a partir de cerca de 1% em peso a cerca de 9% em peso do peso total do catalisador.

[0051] No primeiro aspecto da invenção, a mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR pode compreender, adicionalmente, pelo menos um dentre paládio (Pd), ouro (Au) prata (Ag), rutênio (Ru) ou ródio (Rh).

[0052] O substrato para o catalisador pode ser qualquer material tipicamente usado para preparação de catalisadores automotivos que compreende uma estrutura de fluxo contínuo ou filtro, tal como uma estrutura de colmeia, um suporte extrudado, um substrato metálico ou uma SCRF. Preferencialmente, o substrato tem uma pluralidade de passagens de fluxo de gás paralelas e finas que se estende a partir de uma entrada a uma face da saída do substrato, de tal modo que as passagens estejam abertas para o fluxo de fluido. Tais carreadores monolíticos podem conter até cerca de 700 ou mais passagens de fluxo (ou “células”) por metro quadrado de corte transversal, embora bem menos podem ser usadas. Por exemplo, o carreador pode ter a partir de cerca de 45,16 a 3.870,9, mais normalmente, a partir de 645,1 a 2.580,6 (partir de cerca de 7 a 600, mais normalmente, a partir de cerca de 100 a 600, células por polegada quadrada (“cpsi”)). As passagens, que são cursos essencialmente lineares a partir de sua entrada de fluido a sua saída de fluido, são definidas por paredes nas quais o catalisador de SCR está revestido como uma “camada de recobrimento” de modo que os gases que fluem através das passagens entram em contato com o material catalítico. As passagens de fluxo do substrato monolítico são canais de parede fina que podem ser de qualquer formato de corte transversal adequado, tais como trapezoidal, retangular, quadrado, triangular, sinusoidal, hexagonal, oval, circular, etc. A invenção não é limitada a um tipo, material ou geometria de substrato particular.

[0053] Os substratos de cerâmica podem ser produzidos a partir de qualquer material refratário adequado, tais como cordierita, cordierita-α alumina, α-alumina, carboneto de silício, nitreto de silício, zircônia, mulita, espodumena, magnésia de alumina-sílica, silicato de zircônio, silimanita, silicatos de magnésio, zircão, petalita, aluminossilicatos e misturas dos mesmos.

[0054] Os substratos de fluxo de parede também podem ser formados de materiais de compósito de fibra de cerâmica, tais como aqueles formados a partir de cordierita e carboneto de silício. Tais materiais que têm a capacidade de aguentar o ambiente, particularmente, temperaturas elevadas encontradas no tratamento das correntes de escape.

[0055] Os substratos podem ser um substrato de porosidade elevada. O termo “substrato de porosidade elevada” se refere a um substrato que tem uma porosidade de entre cerca de 40% e cerca de 80%. O substrato de porosidade elevada pode ter uma porosidade, preferencialmente, de pelo menos cerca de 45%, mais preferencialmente, de pelo menos cerca de 50%. O substrato de porosidade elevada pode ter uma porosidade, preferencialmente, de menos que cerca de 75%, mais preferencialmente, de menos que cerca de 70%. O termo porosidade, conforme usado no presente documento, se refere à porosidade total, preferencialmente, conforme medida com porosimetria de mercúrio.

[0056] Preferencialmente, o substrato é cordierita, uma cordierita de porosidade elevada, um substrato metálico, uma SCR extrudada, um filtro ou uma SCRF.

[0057] Uma camada de recobrimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de NH3 e um primeiro catalisador de SCR, em que o primeiro catalisador de SCR é, preferencialmente, um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR, pode ser aplicada ao lado da entrada do substrato com o uso de um método conhecido na técnica. Após aplicação da camada de recobrimento, a composição pode ser secada e calcinada. Quando a composição compreende uma segunda SCR, a segunda SCR pode ser aplicada na camada de recobrimento separada a um artigo calcinado que tem a camada inferior, conforme descrito acima. Após a segunda camada de recobrimento ser aplicada, a mesma pode ser secada e calcinada conforme desempenhado para a primeira camada.

[0058] O substrato com a platina que contém camada pode ser secado e calcinado em uma temperatura dentro da faixa de 300 oC a 1.200 oC, preferencialmente, 400 oC a 700 °C e, mais preferencialmente, 450 oC a 650 °C. A calcinação é, preferencialmente, feita sob condições secas, mas também pode ser desempenhada de modo hidrotérmico, isto é, da presença de algum conteúdo de umidade. A calcinação pode ser desempenhada por um tempo de entre cerca de 30 minutos e cerca de 4 horas, preferencialmente, entre cerca de 30 minutos e cerca de 2 horas, mais preferencialmente, entre cerca de 30 minutos e cerca de 1 hora.

[0059] Em um aspecto da invenção, um sistema de escape compreende (1) um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento e (2) um meio para converter NH3 e NOx no gás de escape. O sistema de escape pode ter uma ANR >1,0 para pelo menos uma porção do tempo operante do sistema. O sistema de escape pode compreender adicionalmente um terceiro catalisador de SCR que fornece <100% de conversão de NOx, em que o terceiro catalisador de SCR é um catalisador de SCR apenas de zeólito-Cu e o terceiro catalisador é posicionado em um fluxo de gás de escape a montante do artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento. O segundo catalisador de SCR pode compreender Ce-Zr promovido ou MnO2 promovido.

[0060] Em um outro aspecto da invenção, um sistema de escape compreende (1) um artigo de catalisador que compreende um substrato, um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos 20% do comprimento do primeiro revestimento ao longo de um eixo geométrico a partir da entrada para a saída e (2) um meio para converter NH3 e NOx no gás de escape. O sistema de escape pode ter uma ANR >1,0 para pelo menos uma porção do tempo operante do sistema. O sistema de escape pode compreender adicionalmente um terceiro catalisador de SCR que fornece <100% de conversão de NOx, em que o terceiro catalisador de SCR é um catalisador de SCR apenas de zeólito-Cu e o terceiro catalisador é posicionado em um fluxo de gás de escape a montante do artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento. O segundo catalisador de SCR pode compreender Ce-Zr promovido ou MnO2 promovido.

[0061] Em um outro aspecto da invenção, um método de melhorar o rendimento de N2 a partir de amônia em um gás de escape em uma temperatura a partir de cerca de 200 °C a cerca de 350 °C compreende colocar em contato um gás de escape que compreende amônia com um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento. O melhoramento no rendimento pode ser cerca de 10% a cerca de 20% comparado a um catalisador que compreende uma formulação comparável em que o primeiro catalisador de SCR está presente como uma primeira camada e platina suportada está presente em uma segunda camada e gás que compreende NH3 e NO passa através da primeira camada antes de passar através da segunda camada.

[0062] Em um outro aspecto da invenção, um método de reduzir a formação de N2O a partir de NH3 e NOx em um gás de escape compreende colocar em contato um gás de escape que compreende amônia com um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento. A redução no rendimento de N2O pode ser cerca de 20% a cerca de 80% comparada a um catalisador que compreende uma formulação comparável em que o primeiro catalisador de SCR está presente como uma primeira camada e a platina suportada está presente em uma segunda camada e gás que compreende NH3 e NO passa através da primeira camada antes de passar através da segunda camada.

[0063] Em um outro aspecto da invenção, um método de tratar gás de escape que compreende NH3 e NOx com um artigo de catalisador que compreende um substrato; um primeiro revestimento que compreende uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento que compreende um segundo catalisador de SCR; uma entrada e uma saída, em que o primeiro revestimento está posicionado no substrato, o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de Cu-SCR ou um catalisador de Fe-SCR e o segundo revestimento sobrepõe pelo menos parcialmente o primeiro revestimento.

[0064] Os exemplos a seguir meramente ilustram a invenção; a pessoa versada reconhecerá muitas variações que estão dentro do espírito da invenção e do escopo das reivindicações.

EXEMPLOS EXEMPLO 1 - FORMULAÇÃO DE BICAMADA - PT EM ALUMINA COM CAMADA SUPERIOR DE CU-SCR

[0065] Uma formulação de bicamada que tem um Pt na camada inferior de alumina e uma camada superior de SCR foi usada como um exemplo comparativo.

[0066] Uma camada inferior foi aplicada a um substrato de cerâmica com o uso de uma camada de recobrimento que compreende 0,3% em peso de Pt em Alumina. A camada de recobrimento foi aplicada a um substrato de cerâmica e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Pt no artigo foi 3 g/ft3.

[0067] Uma camada superior foi aplicada ao substrato revestido com a camada inferior com o uso de uma segunda camada de recobrimento que compreende um Cu-CHA e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato com o uso de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Cu-CHA na camada superior foi 29,5 g/cm3 (1,8 g/in3). Esse material é o Exemplo 1. Uma amostra envelhecida foi preparada envelhecendo-se uma amostra do Exemplo 1 por 50 horas a 620 °C em uma atmosfera que contém 10% de H2O.

EXEMPLO 2 - FORMULAÇÃO DE BICAMADA - PT EM ALUMINA COM UMA CAMADA SUPERIOR DE CU-SCR DE CARREGAMENTO MAIOR

[0068] Uma formulação de bicamada que tem um Pt na camada inferior de alumina e uma camada superior de SCR foi usada como um exemplo comparativo.

[0069] A camada inferior foi aplicada a um substrato de cerâmica com o uso de uma camada de recobrimento que compreende 0,17% em peso por Pt em uma mescla de alumina e zeólito exposto. A camada de recobrimento foi aplicada a um substrato de cerâmica e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Pt no artigo foi 3 g/ft3.

[0070] Uma camada superior foi aplicada ao substrato revestido com a camada inferior com o uso de uma segunda camada de recobrimento que compreende um Cu-CHA e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato com o uso de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Cu-CHA na camada superior foi 29,5 g/cm3 (2,7 g/in3). Esse material é o Exemplo 2. Uma amostra envelhecida foi preparada envelhecendo-se uma amostra do Exemplo 2 por 50 horas a 620 °C em uma atmosfera que contêm 10% de H2O.

EXEMPLO 3 - MESCLA DE BICAMADA DE 1% EM PESO POR PT NO ZEÓLITO DE MFI (SAR = 2100) COM CU-CHA NA CAMADA INFERIOR E CU-CHA NA CAMADA SUPERIOR COM O COMPRIMENTO COMPLETO DA CAMADA INFERIOR DE PT COBERTO PELA CAMADA SUPERIOR DE CU-CHA.

[0071] Uma camada inferior foi aplicada a um substrato de cerâmica com o uso de uma camada de recobrimento que compreende uma mescla de 4% em peso por Pt em um ZSM-5 (Cadeia principal de MFI com SAR = 2100) e um Cu-CHA. A camada de recobrimento foi aplicada a um substrato de cerâmica e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Pt, o zeólito e o Cu-CHA no artigo foi 3 g/ft3, 0,18 g/in3 e 1,8 g/in3, respectivamente.

[0072] Uma camada superior foi aplicada ao substrato revestido com a camada inferior com a utilização de uma segunda camada de recobrimento que compreende um Cu-CHA, e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato a uma distância de cerca de 50% do comprimento do substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Cu-CHA na camada superior foi 29,5 g/cm3 (1,8 g/in3). O artigo foi cortado em uma localização apropriada ao longo do comprimento do artigo para formar um artigo novo e menor que tem 100% da camada inferior de mescla coberta pela camada superior de Cu-CHA. Esse material é o Exemplo 3. Uma amostra envelhecida foi preparada envelhecendo-se uma amostra do Exemplo 3 por 50 horas a 620 °C em uma atmosfera que contém 10% de H2O.

EXEMPLO 4 - MESCLA DE BICAMADA DE 2% EM PESO DE PT EM ZEÓLITO DE MFI (SAR = 2.100) COM CU-CHA NA CAMADA INFERIOR E CU-CHA NA CAMADA SUPERIOR COM O COMPRIMENTO COMPLETO DA CAMADA INFERIOR DE PT COBERTO PELA CAMADA SUPERIOR DE CU-CHA.

[0073] Uma camada inferior foi aplicada a um substrato de cerâmica com o uso de uma camada de recobrimento que compreende uma mescla de 4% em peso por Pt em um ZSM-5 (Cadeia principal de MFI com SAR = 2.100) e um Cu-CHA. A camada de recobrimento foi aplicada a um substrato de cerâmica e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Pt, o zeólito e o Cu-CHA no artigo foi 3 g/ft3, 0,09 g/in3 e 0,9 g/in3, respectivamente.

[0074] Uma camada superior foi aplicada ao substrato revestido com a camada inferior com a utilização de uma segunda camada de recobrimento que compreende um Cu-CHA, e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato a uma distância de cerca de 50% do comprimento do substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Cu-CHA na camada superior foi 29,5 g/cm3 (1,8 g/in3). O artigo foi cortado em uma localização apropriada ao longo do comprimento do artigo para formar um artigo novo e menor que tem 100% da camada inferior de mescla coberta pela camada superior de Cu-CHA. Esse material é o Exemplo 4. Uma amostra envelhecida foi preparada envelhecendo-se uma amostra do Exemplo 4 por 50 horas a 620 °C em uma atmosfera que contém 10% H2O.

EXEMPLO 5 - MESCLA DE BICAMADA DE 4% EM PESO POR PT NO ZEÓLITO DE MFI (SAR = 2.100) COM CU-CHA NA CAMADA INFERIOR E CU-CHA NA CAMADA SUPERIOR COM O COMPRIMENTO COMPLETO DA CAMADA INFERIOR DE PT COBERTO PELA CAMADA SUPERIOR DE CU-CHA.

[0075] Uma camada inferior foi aplicada a um substrato de cerâmica com o uso de uma camada de recobrimento que compreende uma mescla de 4% em peso por Pt em um ZSM-5 (Cadeia principal de MFI com SAR = 2.100) e um Cu-CHA. A camada de recobrimento foi aplicada a um substrato de cerâmica e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Pt, o zeólito e o Cu-CHA no artigo foi 3 g/ft3, 0,045 g/in3 e 0,9 g/in3, respectivamente.

[0076] Uma camada superior foi aplicada ao substrato revestido com a camada inferior com a utilização de uma segunda camada de recobrimento que compreende um Cu-CHA, e, então, a camada de recobrimento foi puxada para o substrato a uma distância de cerca de 50% do comprimento do substrato com a utilização de um vácuo. O artigo foi secado e calcinado em cerca de 500 °C por cerca de 1 hora. O carregamento de Cu-CHA na camada superior foi 29,5 g/cm3 (1,8 g/in3). O artigo foi cortado em uma localização apropriada ao longo do comprimento do artigo para formar um artigo novo e menor que tem 100% da camada inferior de mescla coberta pela camada superior de Cu-CHA. Esse material é o Exemplo 5. Uma amostra envelhecida foi preparada envelhecendo-se uma amostra do Exemplo 5 por 50 horas a 620 °C em uma atmosfera que contém 10% H2O.

[0077] A Figura 1 mostra o desempenho da reação NO + NH3 dos Exemplos 1 a 5 em GHSV = 120.000 h-1. Comparados aos Exemplos 1 e 2, os Exemplos 3, 4 e 5 reduziram significativamente a formação de N2O, com uma redução de N2O de até 85% entre 200 e 300 °C. A conversão de NO e o rendimento de N2 são também significativamente maiores nos Exemplos 3, 4 e 5. Esses resultados sugerem que nos Exemplos 3, 4 e 5, a reação de SCR no Cu é promovida e a reação de NH3 + NO não seletiva no Pt (com o produto primário sendo N2O) e a oxidação de NH3 parasítica no Pt (que reduz o NH3 disponível para a reação de SCR no Cu) são minimizadas. Apesar de os Exemplos 2, 4 e 5 conterem a mesma quantidade de catalisadores de Cu-SCR, a formação de N2O foi muito menor e a conversão de NO foi muito maior nos Exemplos 4 e 5. Esses resultados sugerem que a composição da camada inferior da mescla Cu-SCR + o Pt no zeólito é primariamente responsável pela redução de formação de N2O reduzida e seletividade da N2 melhorada, enquanto poucos benefícios podem ser atingidos simplesmente aumentando- se a quantidade de Cu-SCR na camada superior.

[0078] A Figura 2 mostra o desempenho da reação de NO + NH3 com ANRs variáveis (razão de amônia para NO) nos Exemplos 1, 3 e 5 em GHSV = 60.000 h-1. Aumentar a ANR a partir de 1,0 para 1,4 melhora a conversão de NO em todos os catalisadores, o que sugere que uma ANR > 1 é desejável para eficácia de remoção de NOx ideal. Em uma ANR elevada de 1,4 (isto é, NO não suficiente para reagir com todo o NH3 que resulta no vazamento de NH3 a partir do componente de Cu-SCR), todos os três testes de catalisadores mostraram quase nenhum vazamento de NH3 a 250 °C ou acima. Isso é esperado devido à presença de Pt em todos os três catalisadores, que é altamente ativa para a oxidação de NH3. Entretanto, a 250 °C, a conversão de NO é cerca de 10% maior e a formação de N2O é 75% menor nos Exemplos 3 e 5. Os Exemplos 3 e 5 demonstram que a reação de SCR de Cu-catalisado é promovida e a reação de NO + NH3 não seletiva de Pt-catalisado é minimizada quando ambos o NOx e o NH3 estão presentes no fluxo de alimentação. COMPARAÇÃO DE SISTEMAS: COMPOSIÇÃO DO SISTEMA 1) 100% de Cu-SCR a montante (SV = 75.000 h-1) + Exemplo 1 a jusante (SV = 120.000 h-1) 2) 50% de Cu-SCR a montante (SV = 150.000 h-1) + Exemplo 1 a jusante (SV = 120.000 h-1) 3) 100% de Cu-SCR a montante (SV = 75.000 h-1) + Exemplo 5 a jusante (SV = 120.000 h-1) 4) 50% de Cu-SCR a montante (SV = 150.000 h-1) + Exemplo 5 a jusante (SV = 120.000 h-1)

[0079] A Figura 3 mostra o desempenho da reação NO + NH3 nos sistemas com um catalisador de Cu-SCR com vários volumes a montante e Exemplos 1 e 5 a jusante do Cu-SCR.

COMPARAÇÃO DO SISTEMA 1 COM O SISTEMA 3:

[0080] Ambos os sistemas tiveram uma SCR de tamanho completo idêntico frente a um volume suficiente para remover completamente 300ppm de NO + 300 ppm de NH3. O catalisador de ASC traseiro foi responsável por oxidar apenas os 200 ppm não reagidos de NH3. Conforme o esperado, houve pouca diferença entre os dois sistemas na conversão de NO e NH3. A formação de N2O, entretanto, foi muito menor no sistema 3 em que o Exemplo 5 está a jusante devido à sua menor formação de N2O como um catalisador de ASC.

COMPARAÇÃO DO SISTEMA 2 COM O SISTEMA 4:

[0081] Ambos os sistemas tiveram uma SCR de metade do tamanho idêntico frente a um volume insuficiente para remover completamente os 300 ppm de NO, o que resulta em vazamento de NO e NH3. Com o Exemplo 1 a jusante, a conversão de NO diminuiu significativamente e a formação N2O aumentou significativamente conforme o volume da SCR frontal foi reduzido, o que indica a ocorrência de oxidação de NH3 e reação não seletiva de NH3 + NO em Pt. Em contraste, com o Exemplo 5 a jusante, não há diminuição notável na conversão de NO e quase nenhum aumento na formação de N2O, o que sugere que a reação de NH3 + NO não seletiva no Pt é minimizada.

[0082] Os exemplos anteriores são destinados apenas à ilustração; as reivindicações a seguir definem o escopo da invenção.

Claims (14)

1. Artigo catalítico, caracterizado pelo fato de que compreende um substrato tendo uma entrada e saída e revestido com um primeiro revestimento compreendendo uma mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com um primeiro catalisador de SCR; um segundo revestimento compreendendo um segundo catalisador de SCR; em que o segundo revestimento sobrepõe-se pelo menos parcialmente ao primeiro revestimento, e em que o primeiro catalisador de SCR é um catalisador de SCR de Cu ou um catalisador de SCR de Fe, em que o suporte com baixo armazenamento de amônia é um zeólito com razão de sílica para alumina igual a 100, e em que o suporte com baixo armazenamento de amônia é um suporte que armazena menos do que 0,001mmol de NH3 por m3 de suporte.

2. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo revestimento se sobrepõe completamente ao primeiro revestimento.

3. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mescla compreendendo platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia compreende adicionalmente pelo menos um de paládio (Pd), ouro (Au) prata (Ag), rutênio (Ru) ou ródio (Rh).

4. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro catalisador de SCR compreende Cu ou Fe carregado em uma peneira molecular selecionada do grupo de tipos de cadeia principal que consistem em ACO, AEI, AEN, AFN, AFT, AFX, ANA, APC, APD, ATT, CDO, CHA, DDR, DFT, EAB, EDI, EPI, ERI, GIS, GOO, IHW, ITE, ITW, LEV, KFI, MER, MON, NSI, OWE, PAU, PHI, RHO, RTH, SAT, SAV, SIV, THO, TSC, UEI, UFI, VNI, YUG, ZON, BEA, MFI e FER e misturas e/ou intercrescimentos dos mesmos.

5. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo catalisador de SCR é metal de base suportado em uma peneira molecular, em que o metal de base é selecionado do grupo que consiste em vanádio (V), molibdênio (Mo) e tungstênio (W), cromo (Cr), cério (Ce), manganês (Mn), ferro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), e cobre (Cu), e misturas dos mesmos.

6. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador provê uma melhora no rendimento de N2 a partir de amônia a uma temperatura de 200 °C a 300 °C em comparação com um catalisador compreendendo uma formulação comparável na qual o primeiro catalisador de SCR está presente como uma primeira camada e platina está presente em uma segunda camada e gás compreendendo NH3 e NO passa através da primeira camada antes de passar através da segunda camada, em que a melhora no rendimento de N2 é de pelo menos 10%.

7. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador provê formação de N2O reduzida a partir de NH3 e NOx a uma temperatura de 200 °C a 350 °C em comparação com um catalisador compreendendo uma formulação comparável na qual o primeiro catalisador de SCR está presente como uma primeira camada e platina está presente em uma segunda camada e gás compreendendo NH3 e NO passa através da primeira camada antes de passar através da segunda camada.

8. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o substrato é cordierita, uma cordierita de alta porosidade, um substrato metálico, um alvéolo extrudado, ou um filtro.

9. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo catalisador de SCR está localizado no lado de entrada do catalisador compreendendo a mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com o primeiro catalisador de SCR.

10. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo catalisador de SCR está localizado no lado de saída do catalisador compreendendo a mescla de platina em um suporte com baixo armazenamento de amônia com o primeiro catalisador de SCR.

11. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o segundo catalisador de SCR compreende um Ce-Zr promovido ou um MnO2 promovido.

12. Artigo catalítico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo revestimento se sobrepõe a pelo menos 20% do comprimento do primeiro revestimento ao longo de um eixo geométrico a partir da entrada até a saída.

13. Método para melhorar o rendimento de N2 a partir de amônia e NOx em um gás de escape a uma temperatura de 200 °C a 350 °C, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende colocar em contato um gás de escape compreendendo amônia com um artigo catalítico como definido na reivindicação 1.

14. Método para tratar gás de escape compreendendo amônia e NOx, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende colocar em contato um gás de escape compreendendo amônia com um artigo catalítico como definido na reivindicação 1.