ES2690343T3 - Catalizador de purificación de gas de escape - Google Patents
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Abstract
Un catalizador de purificación de gas de escape para un motor diesel, que comprende un sustrato (10), una capa de catalizador de oxidación (20) dispuesta sobre dicho sustrato (10), y una capa de adsorción (30) dispuesta sobre dicha capa de catalizador de oxidación (20), en el que: dicha capa de catalizador de oxidación (20) comprende: partículas de soporte, un metal noble soportado sobre dichas partículas de soporte, y partículas adsorbentes de hidrocarburos, y la densidad de soporte de dicho metal noble en dicha capa de catalizador de oxidación (20) es 2,0 veces o más de la densidad de soporte del metal noble en dicha capa de adsorción (30), siendo la densidad de soporte del metal noble la relación de la cantidad (g) de un metal noble en la capa con respecto a la cantidad total (g) de todas las partículas que constituyen la capa, dicha capa de adsorción (30) comprende: partículas adsorbentes de hidrocarburos, partículas de soporte, y un metal noble soportado sobre dichas partículas de soporte, y el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en dicha capa de adsorción (30) es 1,5 veces o más del contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en dicha capa de catalizador de oxidación (20), siendo el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos la relación de la cantidad (g) de partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa con respecto a la cantidad total (g) de todas las partículas que contienen la capa, y el espesor de dicha capa de adsorción (30) es de 30 a 100 μm, y en el que dicho metal noble es platino (Pt) y paladio (Pd).
Description
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DESCRIPCION
Catalizador de purificación de gas de escape Campo técnico
La presente invención se refiere a un catalizador de purificación de gas de escape. Más específicamente, la presente invención se refiere a un catalizador de purificación de gas de escape para motores diesel.
Técnica anterior
Recientemente, la purificación de un gas de escape descargado a la atmósfera es un problema importante desde el aspecto del medio ambiente, y a la vista del control de la polución del aire, las regulaciones son cada vez más estrictas. Para purificar un gas de escape descargado desde un motor de combustión interna, tal como un motor de automóvil, se utiliza un catalizador de purificación de gas de escape.
Por ejemplo, un gas de escape descargado desde un motor de automóvil es purificado por un catalizador de purificación de gas de escape y entonces es liberado a la atmósfera. Sin embargo, cuando se arranca el motor, el catalizador de purificación de gas de escape está a una temperatura baja y, por lo tanto, la actividad del catalizador de purificación de gas de escape es baja, como resultado, el gas de escape no se puede purificar suficientemente.
A la vista de esto, se han realizado varios estudios para permitir la purificación del gas de escape incluso cuando se arranca el motor, donde la actividad del catalizador de purificación de gas de escape es baja.
Por ejemplo, el documento JP S61-43536 B2 describe un catalizador de purificación de gas de escape, en el que un componente catalizador constituido de platino y rodio está soportado cerca de la porción central a través de la cual pasa un gas de escape a una velocidad de flujo alta, y un componente catalizador constituido de paladio y rodio está soportado en la porción periférica a través de la cual pasa un gas de escape a una velocidad del flujo relativamente baja.
También en los documentos JP 2004-066013 A y JP 2007-160188 A se obtiene un catalizador de purificación de gas de escape que tiene una estructura de capas múltiples formando una capa adsorbente de hidrocarburos que contiene zeolita sobre un sustrato y apilando, sobre la capa adsorbente de hidrocarburos, una capa componente de catalizador que contiene un metal noble tal como platino y un polvo de soporte, tal como alúmina.
Además, el documento JP 2010-069380 A describe un catalizador de purificación de gas de escape que tiene una capa superior y una capa inferior. La capa superior contiene un primer óxido compuesto resistente al calor que contiene rodio y una alúmina libre de lantano. La capa inferior contiene un segundo óxido compuesto resistente al calor que contiene platino y/o paladio y una alúmina que contiene lantano, y no contiene rodio.
Otro catalizador de purificación de gas de escape que contiene metales del grupo Pt como componentes activos catalíticamente y dos capas funcionales que se solapan entre sí sobre un soporte se describe por el documento EP 0 842 700 A1. La primera capa funcional consta de una mezcla de un primer catalizador con al menos una zeolita, y la segunda capa funcional aplicada sobre la primera capa funcional contiene una mezcla de un segundo catalizador con al menos una zeolita.
Sumario de la invención
Problemas a resolver por la invención
Como se ha descrito anteriormente, se han propuesto varias configuraciones de catalizador, pero en condiciones de baja temperatura durante el arranque del motor o similar, el rendimiento de purificación de monóxido de carbono (CO) para un gas de escape des cargado desde un motor de combustión interna, particularmente para un gas de escape descargado desde un motor diesel, no es necesariamente satisfactorio.
De acuerdo con ello, la presente invención proporciona un catalizador de purificación de gas de escape capaz de mejorar un rendimiento de purificación de monóxido de carbono para un gas de escape incluso en condiciones de baja temperatura durante el arranque del motor o similar.
Medios para resolver los problemas
Los presente inventores han encontrado que la reducción en el rendimiento de purificación de monóxido de carbono en condiciones de baja temperatura durante el arranque del motor o similar ocurre no sólo debido a que el calentamiento del catalizador es insuficiente, sino también debido a que una cantidad relativamente grande de un
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componente hidrocarburo no quemado es descargado debido al calentamiento incompleto del motor, y este componente hidrocarburo se une al catalizador para reducir la actividad del catalizador. Basados en este concepto, los presentes inventores han alcanzado el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención descrito a continuación.
El catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, que se describe en la reivindicación 1, tiene un sustrato, una capa de catalizador de oxidación dispuesta sobre el sustrato, y una capa de adsorción dispuesta sobre la capa de catalizador de oxidación. La capa de catalizador de oxidación contiene partículas de soporte, un metal noble soportado sobre las partículas de soporte y partículas adsorbentes de hidrocarburos, donde la densidad de soporte del metal noble en el catalizador de oxidación es 2,0 veces o más que la densidad de soporte del metal noble en la capa de adsorción. La capa de adsorción contiene partículas adsorbentes de hidrocarburos, partículas de soporte y un metal noble soportado sobre dichas partículas de soporte, donde el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa de adsorción es 1,5 veces o más que el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa de catalizador de oxidación. El espesor de dicha capa de adsorción es de 30 a 100 pm y dicho metal noble es platino y paladio.
Efectos de la invención
De acuerdo con el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, se puede proporcionar un rendimiento alto de purificación de monóxido de carbono incluso en condiciones de baja temperatura o similar.
Breve descripción de los dibujos
[Figura 1] La figura 1 es una vista que ilustra de forma esquemática la acción del catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención.
[Figura 2] La figura 2 es una vista que ilustra de forma esquemática la acción del catalizador de purificación de gas de escape convencional.
[Figura 3] La figura 3 es una vista que ilustra de forma esquemática un perfil del modo NEDC (New European Driving Cycle) utilizado para evaluar el rendimiento de purificación de gas de escape del catalizador de la presente invención.
[Figura 4] La figura 4 es una vista que muestra los resultados de la evaluación del Ejemplo A.
[Figura 5] La figura 5 es una vista que muestra los resultados de la evaluación (C10H22) del Ejemplo B.
[Figura 6] La figura 6 es una vista que muestra los resultados de la evaluación (C3H6) del Ejemplo B.
[Figura 7] La figura 7 es una vista que muestra los resultados de la evaluación del Ejemplo C.
Modo de realización de la invención
El catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención tiene un sustrato, una capa de catalizador de oxidación dispuesta sobre el sustrato, y una capa de adsorción dispuesta sobre la capa de catalizador de oxidación, donde ambas la capa de catalizador de oxidación y la capa de adsorción contienen partículas de soporte, un metal noble soportado sobre las partículas de soporte y partículas adsorbentes de hidrocarburos.
Con relación a la presente invención, la capa de catalizador de oxidación significa una capa, en la que la densidad de soporte de metal noble (es decir, la relación de la cantidad (g) de un metal noble en la capa con respecto a la cantidad total (g) de todas las partículas que constituyen la capa) es 2,0 veces o más de la densidad de soporte del metal noble en la capa de adsorción, por ejemplo, una capa en la que la densidad de soporte del metal noble es 2,0 veces o más, 3,0 veces o más, o 5,0 veces o más de la densidad de soporte de metal noble en la capa de adsorción. Además, con respecto a la presente invención, la capa de adsorción significa una capa en la que el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos (es decir, la relación de la cantidad (g) de partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa con respecto a la cantidad total (g) de todas las partículas que constituyen la capa ) es 1,5 veces o más del contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa de catalizador de oxidación, por ejemplo, una capa en la que el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos es 1,5 veces, 2,0 veces o más, o 3,0 veces o más o 5,0 veces o más del contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa de catalizador de oxidación.
Específicamente, el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención tiene una configuración mostrada en la figura 1. Es decir, que el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención tiene un sustrato (10), una capa de catalizador de oxidación (20) dispuesta sobre el sustrato, y una capa de adsorción (30) dispuesta sobre la capa de catalizador de oxidación. En virtud de tener tal configuración, incluso cuando una cantidad relativamente pequeña de un componente hidrocarburo está contenida en el gas de escape debido al calentamiento
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incompleto del motor, el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención puede prevenir que el componente hidrocarburo se fije a un metal noble en la capa de catalizador de oxidación, como resultado se puede suprimir la reducción de la actividad catalítica del metal noble.
Es decir, que en la forma de realización mostrada de forma esquemática en la figura 1, durante el arranque del motor, donde el calentamiento del motor es incompleto para permitir que una cantidad relativamente grande de hidrocarburo esté contenida en el gas de escape y al mismo tiempo el catalizador de ha calentado insuficientemente y exhibe una actividad catalítica baja. como se muestra en la figura 1 (a), un componente hidrocarburo (HC) contenido en el gas de escape es adsorbido y retenido en la capa adsorbente (30) y es difícil que llegue a la capa de catalizador de oxidación (20). Por otra parte, es menos probable que el monóxido de carbono (CO) sea adsorbido en la capa adsorbente en comparación con el componente hidrocarburo que llega a la capa de catalizador de oxidación (20) a través de la capa adsorbente (30) y se oxida en dióxido de carbono (CO2) y se descarga.
En el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, un componente hidrocarburo (HC) es adsorbido en la capa adsorbente (30) y, a su vez, la cantidad de un componente hidrocarburo (HC) que llega a la capa de catalizador de oxidación (20) es relativamente pequeña, de manera que se puede suprimir la tendencia de un componente hidrocarburo (HC) a fijarse a un metal noble de la capa de catalizador de oxidación (20) y reducir la actividad catalítica del metal noble.
Después de eso, cuando el catalizador está suficientemente caliente, como se muestra en la figura 1(b), el componente hidrocarburo (HC) adsorbido sobre la capa de adsorbente (30) se desorbe y se oxida en agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2) en la capa de catalizador de oxidación (20) que está localizada sobre el lado inferior o el lado curso abajo de la capa adsorbente (30), y se descarga.
Tal catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención es particularmente adecuado para purificar gas de escape descargado desde un motor de combustión interna utilizando un hidrocarburo relativamente grande, como un combustible hidrocarburo, por ejemplo un gas de escape descargado desde un motor diesel. Debido a que una gasolina utilizada en un motor de gasolina está compuesta de hidrocarburos que tienen un número de carbonos de aproximadamente 4 a 10, mientras que un aceite ligero utilizado en un motor diesel está compuesto de hidrocarburos que tienen un número de carbonos desde aproximadamente 15 hasta 17. Por lo tanto, cuando se fija un componente de aceite ligero no quemado al catalizador, el grado de inactivación del catalizador es grande. De acuerdo con el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, debido a la capa de adsorción, se puede prevenir que el aceite ligero se fije a un metal noble en la capa de catalizador de oxidación.
Incidentalmente, en el catalizador de purificación de gas de escape convencional que utiliza una capa adsorbente de hidrocarburos, una capa adsorbente de hidrocarburos está dispuesta sobre un sustrato, y una capa de catalizador de oxidación está dispuesta encima. Es decir, que el catalizador de purificación de gas de escape convencional que utiliza una capa adsorbente de hidrocarburos tiene, como se muestra en la figura 2, un sustrato (10), una capa de adsorción (30) dispuesta sobre el sustrato, y una capa de catalizador de oxidación (20) dispuesta sobre la capa de adsorción.
En el catalizador de purificación de gas de escape convencional descrito anteriormente, cuando el catalizador está insuficientemente caliente y la actividad catalítica es baja, como se muestra en la figura 2(a), un componente hidrocarburo (HC) contenido en el gas de escape es adsorbido y retenido en la capa adsorbente (30), y cuando el catalizador está suficientemente caliente, como se muestra en la figura 2(b), el componente hidrocarburo (HC) adsorbido en la capa adsorbente (30) es desorbido y se oxida en agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2) en la capa de catalizador de oxidación (20), que está localizada sobre el lado superior de la capa adsorbente, y entones es descargado.
De acuerdo con ello, tal catalizador de purificación de gas de escape convencional, es preferido para retener un componente hidrocarburo durante el calentamiento insuficiente del catalizador y posteriormente cuando el catalizador está suficientemente caliente, para desorber el componente hidrocarburo para completar la purificación. Sin embargo, en tal catalizador de purificación de gas de escape convencional, un componente hidrocarburo pasa a través de la capa de catalizador de oxidación cuando el calentamiento del catalizador es insuficiente y existe el problema de que una parte del componente hidrocarburo se fija a un metal noble en la capa de catalizador de oxidación para reducir la actividad catalítica del metal noble.
Sobre la base de este hallazgo de un problema de que una parte de un componente hidrocarburo se fija a un metal noble a bajas temperaturas para reducir la actividad catalítica del metal noble, la presente invención proporcional un catalizador de purificación de gas de escape deseable en términos de purificación del monóxido de carbono a bajas temperaturas.
(Espesor de capa)
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En el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención el espesor de la capa de adsorción es de 30 a 100 |jm o más.
Si el espesor de la capa de adsorción es demasiado pequeño, durante el arranque del motor donde una cantidad relativamente grande de un hidrocarburo está contenida en el gas de escape debido al calentamiento incompleto del motor, y la actividad catalítica es baja debido al calentamiento insuficiente del catalizador, un componente hidrocarburo pasa a veces a través de la capa de adsorción para llegar a la capa de catalizador de oxidación, y se fija a un metal noble en la capa de catalizador de oxidación para reducir la actividad catalítica. Además, si el espesor de la capa de adsorción es demasiado grande, un componente de gas de escape, tal como monóxido de carbono que debe purificarse, no puede llegar suficientemente hasta la capa de catalizador de oxidación por la difusión.
En el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, el espesor total de la capa de catalizador de oxidación y la capa de adsorción puede ser 100 jm o más, 150 jm o más o 200 jn o más, y puede ser 300 jm o menos, o 250 jm o menos.
Si el espesor total de la capa de catalizador de oxidación y la capa de adsorción es demasiado pequeño, el catalizador de purificación de gas de escape puede carecer de la cantidad de catalizador y, a su vez, no se puede conseguir una purificación adecuada del gas de escape. Además, si el espesor total de la capa de catalizador de oxidación y la capa de adsorción es demasiado grande, el gas de escape no puede llegar hasta el lado del sustrato de la capa de catalizador de oxidación y un metal noble soportado sobre el lado del sustrato de la capa de catalizador de oxidación no se puede utilizar eficientemente.
Incidentalmente, con respecto a la invención, el espesor de cara es un valor determinado como el valor medio de valores medidos que se obtienen cortando el sustrato en la posición de 35 mm desde cada una de la cara extrema del lado del flujo de entrada y la cara extrema del lado del flujo de salida, y midiendo el espesor de capa en la parte de la esquina y la parte lateral para cada 4 células sobre cada lado de la cara extrema (16 porciones en total).
(Sustrato)
En el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, se puede utilizar cualquier sustrato adecuado para la finalidad de la purificación del gas de escape como el sustrato. Como el sustrato, se puede utilizar un sustrato de panel de abajas, por ejemplo un sustrato de panal de abejas de tipo de flujo directo o un sustrato de panal de abejas del tipo de flujo de pared (es decir, un sustrato de panal de abejas del tipo de filtro). Además, tal sustrato puede ser un sustrato cerámico formado de un material cerámico, tal como cordierita, o un sustrato de metal formado de un material metálico, tal como acero inoxidable.
(Capa de catalizador de oxidación y capa de adsorción)
En el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, no sólo la capa de adsorción contiene partículas adsorbentes de hidrocarburos, sino también la capa de catalizador de oxidación.
En este caso, incluso cuando la capa de adsorción es relativamente fina, un hidrocarburo que pasa a través de la capa de adsorción, particularmente un hidrocarburo pequeño, es adsorbido sobre las partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa de catalizador de oxidación, de manera que se puede mantener la actividad catalítica del metal noble en la capa de catalizador de oxidación.
Además, en el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, no sólo la capa de catalizador de oxidación, sino también la capa de absorción contiene partículas de soporte y un metal noble soportado sobre las partículas de soporte. En este caso, la purificación de un gas de escape se puede realizar parcialmente también por el metal noble en la capa de adsorción.
(Partícula de soporte)
En el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención se puede utilizar cualquier partícula de soporte como las partículas de soporte para soportar un metal noble. Como el catalizador de soporte se pueden utilizar, por ejemplo, partículas de un óxido de metal seleccionado del grupo que consta de óxido compuesto de alúmina (Al2O3), ceria (CeO2), circonia (ZrO2), sílice (SO2), titania (TO2), sus soluciones sólidas (por ejemplo, ceria-circonia (CeO2 - ZrO2).
Además, las partículas de óxido de metal utilizadas como las partículas de soporte pueden contener, además, un óxido de un elemento aditivo seleccionado del grupo que consta de volframio (W), praseodimio (Pr), lantano (La), itrio (Y), neodimio (Nd), magnesio (Mg) y hierro (Fe). En las partículas de óxido de metal utilizadas como las partículas de soporte, el óxido de tal elemento aditivo puede estar contenido en una cantidad de 50 % en mol o menos, 40 % en
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mol o menos, 30 % en mol o menos, 20% en mol o menos, o 10 % en mol o menos, sobre la base de todos los elementos metálicos.
(Partícula adsorbente de hidrocarburo)
Con respecto a la presente invención, las partículas adsorbentes de hidrocarburos significan partículas de un material que tiene una estructura porosa y fabricadas de un material capaz de adsorber un hidrocarburo en su estructura porosa.
Tales partículas adsorbentes de hidrocarburos incluyen partículas de zeolita, por ejemplo partículas de zeolita seleccionadas del grupo que consta de una zeolita de tipo-A, zeolita de tipo de ferrierita, zeolita de tipo ZSM-5, zeolita de tipo mordenita, zeolita de tipo-p, zeolita de tipo-Y y combinaciones de ellas.
(Metal noble)
Como el metal noble en el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención se utilizan platino y paladio.
La cantidad total del metal noble soportado puede ser 0,1 g/L-sustrato o más, 0,3 g/L-sustrato o más, 0,5 g/L-sustrato o más y puede ser 4,0 g/L-sustrato o menos, 3,0 g/L-sustrato o menos, o 2,0 g/L-sustrato o menos.
EJEMPLOS
La presente invención se describe a continuación con referencia a Ejemplos, pero la presente invención no está limitada a estos Ejemplos.
«Ejemplo A>>
En el ejemplo A, se examinó el efecto del espesor de la capa de adsorción sobre el rendimiento de purificación de gas de escape.
En este ejemplo, los catalizadores A1 a A4 (no acordes con la invención) fueron preparados como se muestra en la Tabla 1 siguiente.
[Tabla 1]
- Catalizador A1 Catalizador A2 Catalizador A3 Catalizador A4
- Capa de adsorción (capa superior)
- Zeolita tipo-P (g/L-sustrato) 35,3 60,0 84,7 106,0
- Alúmina (g/L-sustrato)
- 14,7 25,0 35,3 44,0
- Densidad de soporte de metal noble (g/g-capa)
- 0 % 0 % 0 % 0 %
- Contenido de zeolita (g/g- capa)
- 70,60 % 70,59 % 70,58 % 70,67 %
- Espesor de capa (um)
- 23 46 76 101
- Capa de catalizador de oxidación (capa inferior)
- Alúmina (g/L-sustrato) 80,0 80,0 80,0 80,0
- Platino* (g/L-sustrato)
- 1,73 1,73 1,73 1,73
- Paladio* (g/L-sustrato)
- 0,87 0,87 0,87 0,87
- Densidad de soporte de metal noble (g/g-capa)
- 3,25 % 3,25 % 3,25 % 3,25 %
- Contenido de zeolita (g/g- capa)
- 0 % 0 % 0 % 0 %
- Espesor de capa (um)
- 115 115 115 115
- Sustrato
- Sustrato de panal de abejas fabricado de cordierita (L) 1,1 1,1 1,1 1,1
* Platino y paladio fueron soportados sobre alúmina
Más específicamente, en este Ejemplo, se utilizó un sustrato de panal de abejas fabricado de cordierita que tiene un volumen de 1,1 litros (L) como sustrato, y sobre este sustrato se apilaron una capa de catalizador de oxidación (capa inferior) compuesta de un polvo de soporte de alúmina soportada con metal noble, y una capa de adsorción (capa superior) compuesta de zeolita y un polvo de soporte de alúmina en este orden, siendo preparados los catalizadores
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A1 a A4. Es decir, que en los catalizadores A1 a A4, la capa de catalizador de oxidación era constante, pero el espesor de la capa de absorción se incrementó en la secuencia desde el catalizador A1 hasta el catalizador a4.
(Formación de la capa de catalizador de oxidación de los catalizadores A1 a A4)
La capa de catalizador de oxidación se obtuvo de la siguiente manera. Es decir, que se añadió agua a un polvo de alúmina para formar una suspensión de alúmina, y una solución de metal noble, que se ajustó para dar una cantidad de platino de 1,73 g y se añadió una cantidad de paladio de 0,87 g por 68 g del polvo de alúmina a la suspensión de alúmina. La mezcla se agitó durante 2 horas, luego se secó a 130°C y se secó más a 500°C durante 1 hora para obtener un polvo de alúmina soportada con metal noble.
Posteriormente, se mezclaron el polvo de alúmina soportado con metal noble, una solución de nitrato de aluminio para obtener una suspensión de alúmina soportada con metal noble, estando el nitrato de aluminio en una cantidad de producción de l2 g de alúmina por 70,6 g del polvo de alúmina soportado con metal noble después de la combustión.
La suspensión de alúmina soportada con metal noble fue revestida sobre el sustrato de cordierita, secada y entonces secada en el horno a 500°C durante 1 hora para formar la capa de catalizador de oxidación sobre el sustrato. En los catalizadores A1 a A4, la cantidad de catalizador de oxidación revestida sobre el sustrato se ajustó para que fuera 80 g por litro del sustrato.
(Formación de la capa de adsorción de los catalizadores A1 a A4)
La capa de adsorción se obtuvo de la siguiente manera. Es decir, que se mezclaron un polvo de zeolita de tipo-p y una solución de nitrato de aluminio para obtener una suspensión de zeolita, estando el nitrato de aluminio en una cantidad de producción de 14,7 g de alúmina por 35,3 g del polvo de zeolita de tipo-p después de la combustión. Esta suspensión de zeolita fue revestida sobre el sustrato fabricado de cordierita que tiene encima la capa de catalizador de oxidación, luego se secó y se secó al horno a 500°C durante 1 hora para formar una capa de adsorción. En los catalizadores A1 a A4, la cantidad de la capa de adsorción revestida sobre el sustrato se ajustó para que fuera 50 g, 85 g, 120 g y 150 g, respectivamente, por litro del sustrato.
(Resistencia)
Con respecto a los catalizadores A1 a A4 obtenidos, se realizó un endurecimiento simple utilizando un horno eléctrico, en el que el catalizador se calentó a 650°C durante 50 horas y después de calentó a 660°C durante 10 horas en aire. Además, como un pretratamiento para evaluación, la temperatura del lecho de catalizador se ajustó a 600°C simulando una regeneración de la combustión de materia en partículas (PM).
(Evaluación)
Con respecto a los catalizadores A1 a A4 sometidos a resistencia, se evaluó el rendimiento de purificación de gas de escape utilizando un gas de escape descargado desde un motor diesel de 2,2 litros. Se reprodujo el modo NEDC (New European Driving Cycle) (ver la figura 3) utilizando el motor diesel. Por cierto, la emisión de dióxido de carbono (CO2) en este motor diesel correspondía a 90 g/km.
La figura 4 muestra los resultados de la evaluación de los catalizadores A1 a A4.
Se entiende a partir de la figura 4 que, a medida que se incrementó el espesor de la capa de adsorción desde aproximadamente 20 pm (catalizador A1), se mejoró el rendimiento de purificación de monóxido de carbono y cuando el espesor de la capa de adsorción era aproximadamente 40 pm o más, se obtuvo buen rendimiento de purificación de monóxido de carbono. Esto indica que en las condiciones utilizadas en este ejemplo, el espesor de la capa de adsorción es con preferencia aproximadamente 40 pm o más para prevenir que una descarga grande de hidrocarburos desde un motor diesel llegue hasta la capa de catalizador de oxidación.
Además, se entiende a partir de la figura 4 que cuando se incrementa el espesor de la capa de adsorción para que exceda de 100 pm (catalizador A4), se redujo más bien el rendimiento de purificación de monóxido de carbono. Esto indica que cuando se utiliza una capa de adsorción que tiene un espesor de aproximadamente 100 pm o más, el monóxido de carbono a purificar no se difunde suficientemente hasta la capa de catalizador de oxidación.
«Ejemplo B>>
En el ejemplo B, se evaluó el efecto del tamaño del hidrocarburo sobre la adsorción por la capa de adsorción.
En este ejemplo, se prepararon los catalizadores B1 (no acorde con la invención) y B2 como se muestra en la Tabla 2 siguiente.
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[Tabla 2]
- Catalizador B1 Catalizador B2
- Capa de adsorción (capa superior)
- Zeolita tipo-3 (g/L-sustrato) 60,0 60,0
- Alúmina (g/L-sustrato)
- 25,0 25,0
- Platino* (g/L-sustrato)
- 0,87 0,87
- Paladio* (g/L-sustrato)
- 0,43 0,43
- Densidad de soporte de metal noble (g/g-capa)
- 1,53 % 1,53 %
- Contenido de zeolita (g/g-capa)
- 70,59 % 70,59 %
- Capa de catalizador de oxidación (capa inferior)
- Zeolita tipo-8 (g/L-sustrato) 0,0 30,0
- Alúmina (g/L-sustrato)
- 80,0 50,0
- Platino* (g/L-sustrato)
- 1,73 1,73
- Paladio* (g/L-sustrato)
- 0,87 0,87
- Densidad de soporte de metal noble (g/g-capa)
- 3,25 % 3,25 %
- Contenido de zeolita (g/g-capa)
- 0,00 % 37,50 %
- Sustrato
- Sustrato de panal de abejas fabricado de cordierita (mL) 35 35
* Platino y paladio fueron soportados sobre alúmina
Más específicamente, en este ejemplo, se utilizó un sustrato de panal de abejas fabricado de cordierita que tiene un volumen de 35 mililitros (mL) como sustrato, y sobre este sustrato una capa de catalizador de oxidación (capa inferior) compuesta de un polvo de soporte de alúmina soportado con metal noble, y una capa de adsorción (capa superior) compuesta de zeolita y un polvo de soporte de alúmina soportado con metal noble se apilaron en este orden, preparando de esta manera el catalizador B1. Además, en este ejemplo, el catalizador B2 se obtuvo de la misma manera que el catalizador B1, excepto que se utilizó una capa de catalizador de oxidación compuesta de zeolita y un polvo de soporte de alúmina soportado con metal noble en lugar de la capa de catalizador de oxidación compuesta sólo de un polvo de soporte de alúmina soportado con metal noble. Es decir, que el catalizador B1 no contenía zeolita en la capa de catalizador de oxidación, mientras que el catalizador B2 contenía zeolita en la capa de catalizador de oxidación.
Cada uno de los catalizadores B1 y B2 fue pretratado alimentando un gas de pretratamiento que contenía 10 % en mol de oxígeno y el resto nitrógeno a 500 °C durante 10 minutos y posteriormente fue evaluado alimentando un gas de adsorción que contenía 1.000 ppmC de hidrocarburo (C10H22 o C3H6) y el resto nitrógeno a 100 °C durante 30 minutos.
La figura 5 muestra los resultados de la evaluación utilizando C10H22 como el hidrocarburo. Como se ve a partir de la figura 5, la diferencia entre la tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B1 que no contenía zeolita en la capa de catalizador de oxidación, y la tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B2 que contenía zeolita en la capa de catalizador de oxidación era relativamente pequeña. La relación (tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B2 / tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B1) era aproximadamente 1,15. Esto indica que la cantidad de un hidrocarburo adsorbido en zeolita en la capa de catalizador de oxidación del catalizador B2 es relativamente pequeña, es decir, que la cantidad de un hidrocarburo que ha pasado a través de la capa de adsorción es relativamente pequeña.
Además, la figura 6 muestra los resultados de la evaluación utilizando C3H6 como el hidrocarburo. Como se ve a partir de la figura 6, la diferencia entre la tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B1 que no contiene zeolita en la capa de catalizador de oxidación y la tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B2 que contiene zeolita en la capa de catalizador de oxidación era relativamente grande. La relación (tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B2 / tasa acumulativa de adsorción de hidrocarburo para el catalizador B1) era aproximadamente 1,53. Esto indica que la cantidad de un hidrocarburo adsorbido en zeolita en la capa de catalizador de oxidación del catalizador B2 es relativamente grande, es decir, que la cantidad de un hidrocarburo que ha pasado a través de la capa de adsorción es relativamente grande.
Como se entiende a partir de la comparación de la figura 5 y de la figura 6, la cantidad de un hidrocarburo que ha pasado a través de la capa de adsorción es relativamente pequeña cuando se utiliza C10H22 como el hidrocarburo, mientras que la cantidad de un hidrocarburo que ha pasado a través de la capa de adsorción llega a ser relativamente grande cuando se utiliza C3H6 como el hidrocarburo. Es decir, que se entiende a partir de la comparación de la figura 5 y la figura 6 que, de acuerdo con el catalizador de purificación de gas de escape de la presente invención, un componente hidrocarburo relativamente grande es adsorbido eficientemente en la capa de adsorción y, a su vez, una
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fijación de un componente hidrocarburo relativamente grande en el metal noble, y entonces se puede inhibir eficientemente la reducción resultante en la actividad del catalizador.
«Ejemplo C>>
En el Ejemplo C, se examinó el efecto obtenido incorporando zeolita en la capa de catalizador de oxidación.
En este ejemplo, se prepararon los catalizadores C1 (no acorde con la invención) C2, C3 y CX (comparación) como se muestra en la Tabla 3 siguiente.
[Tabla 3]
- Catalizador CX (comparación) Catalizador C1 Catalizador C2 Catalizador C3
- Capa de adsorción
- Zeolita (g/L-sustrato) - 60,0 60,0 60,0
- Alúmina (g/L-sustrato)
- - 35,0 35,0 35,0
- Platino* (g/L-sustrato)
- - 0,87 0,87 0,87
- Paladio* (g/L-sustrato)
- - 0,43 0,43 0,43
- Densidad de soporte de metal noble (g/g-capa)
- - 1,37 % 1,37 % 1,37 %
- Contenido de zeolita (g/g- capa)
- - 63,16 % 63,16 % 63,16 %
- Espesor de capa (um)
- - 50,0 48,0 45,0
- Capa de catalizador de oxidación
- Zeolita** (g/L-sustrato) 60,0 0,0 30,0 30,0
- Alúmina (g/L-sustrato)
- 105,0 80,0 50,0 50,0
- Platino* (g/L-sustrato)
- 2,6 1,73 1,73 1,73
- Paladio* (g/L-sustrato)
- 1,3 0,87 0,87 0,87
- Densidad de soporte de metal noble (g/g-capa)
- 2,36 % 3,25 % 3,25 % 3,25 %
- Contenido de zeolita (g/g- capa)
- 36,36 % 0,00 % 37,50 % 37,50 %
- Espesor de capa (um)
- 155,0 115,0 110,0 110,0
- Sustrato
- Sustrato de panal de abejas fabricado de cordierita (L) 1,1 1,1 1,1 1,1
* Platino y paladio fueron soportados sobre alúmina
** En catalizadores CX y C2, tipo p, y en catalizador C3, Tipo Fe/ZSM
Más específicamente, en este ejemplo, se utilizó un sustrato de panal de abejas fabricado de cordierita que tiene un volumen de 1,1 litros (L) como el sustrato, y sobre este sustrato, una capa de catalizador de oxidación compuesta de un polvo de soporte de alúmina soportado con metal noble, y una capa de absorción compuesta de zeolita y un polvo de soporte de alúmina soportado con metal noble se apilaron en este orden, preparando de esta manera el catalizador C1. Además, en este ejemplo, los catalizadores C2 y C3 se obtuvieron de la misma manera que el catalizador C1, excepto que se utilizó una capa de catalizador de oxidación compuesta de zeolita y un polvo de alúmina soportado con metal noble en lugar de la capa de catalizador de oxidación compuesta sólo de un polvo de soporte de alúmina soportado con metal noble. Es decir, que el catalizador C1 no contenía zeolita en la capa de catalizador de oxidación, mientras que los catalizadores C2 y C3 contenían zeolita en la capa de catalizador de oxidación. Específicamente, los catalizadores C1 a C3 se obtuvieron de la siguiente manera.
(Formación de capa de catalizador de oxidación del catalizador C1)
La capa de catalizador de oxidación del catalizador C1 se obtuvo de la siguiente manera. Es decir, que se añadió agua a un polvo de alúmina para producir una suspensión de alúmina. Se añadió una solución de metal noble a la suspensión de alúmina, siendo ajustada la solución de metal noble para proporcionar una cantidad soportada de platino de 1,73 g y una cantidad soportada de paladio de 0,87 g por 60 g del polvo de alúmina. La mezcla se agitó durante 2 horas, luego se secó a 130°C y se secó más a 500°C durante 1 hora para obtener un polvo de alúmina soportada con metal noble.
Posteriormente, se mezclaron el polvo de alúmina soportado con metal noble y una solución de nitrato de aluminio para obtener una suspensión de alúmina soportada con metal noble, estando el nitrato de aluminio en la cantidad de producir 20 g de alúmina por 62,6 g del polvo de alúmina soportado con metal noble después de la combustión.
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La suspensión de alúmina soportada con metal noble se revistió sobre el sustrato fabricado de cordierita fabricado de cordierita, se secó y entonces se secó a 500°C durante 1 hora para formar una capa de catalizador de oxidación sobre el sustrato. La cantidad de la capa de catalizador de oxidación revestida sobre el sustrato se ajustó a 80 g por litro de sustrato.
(Formación de capa de catalizador de oxidación del catalizador C2)
La capa de catalizador de oxidación del catalizador C2 se obtuvo de la siguiente manera. Es decir, que se añadió agua a un polvo de alúmina para producir una suspensión de alúmina, y se añadió una solución de metal noble a la suspensión de alúmina, siendo ajustada la solución de metal noble para dar una cantidad soportada con platino de 1,73 g y una cantidad soportada con paladio de 0,87 g por 30 g del polvo de alúmina. La mezcla se agitó durante 2 horas, luego se secó a l3o°C y se secó más a 500°C durante 1 hora para obtener un polvo de alúmina soportado con metal noble.
Posteriormente, por 32,6 g del polvo de alúmina soportado con metal noble, se mezclaron 30 g de zeolita de tipo-p y una solución de nitrato de aluminio para obtener una suspensión de alúmina soportada con metal noble, estando la solución de nitrato de aluminio en una cantidad de producción de 20 g de alúmina después de la combustión.
La suspensión de alúmina soportada con metal noble fue revestida sobre el sustrato fabricado de cordierita, fue secada y entonces secada al horno a 500 °C durante 1 hora para formar una capa de catalizador de oxidación sobre el sustrato. La cantidad de la capa de catalizador de oxidación revestida sobre el sustrato fue ajustada a 80 g por litro del sustrato.
(Formación de capa de catalizador de oxidación del catalizador C3)
La capa de catalizador de oxidación del catalizador C3 se obtuvo de la misma manera que la capa de catalizador de oxidación del catalizador C2, excepto que se utilizó zeolita de tipo Fe/ZSM-5 en lugar de utilizar zeolita de tipo-p en la formación de la capa de catalizador de oxidación del catalizador C2.
(Formación de la capa de adsorción de los catalizadores C1 a C3)
La capa de adsorción de los catalizadores C1 a C3 se obtuvo de la siguiente manera. Es decir, que se añadió agua a un polvo de alúmina para producir una suspensión de alúmina, y se añadió una solución de metal noble a la suspensión de alúmina, siendo ajustada la solución de metal noble para dar una cantidad soportada con platino de 0,87 g y una cantidad soportada con paladio de 0,43 g por 20 g del polvo de alúmina. La mezcla se agitó durante 2 horas, luego se secó a 130°C y se secó más a 500°C durante 1 hora para obtener un polvo de alúmina soportado con metal noble.
Posteriormente, por 21,3 g del polvo de alúmina soportado con metal noble, se mezclaron 60 g de zeolita de tipo-p y una solución de nitrato de aluminio para obtener una suspensión de alúmina soportada con metal noble, estando la solución de nitrato de aluminio en una cantidad de producción de 15 g de alúmina después de la combustión.
La suspensión de alúmina soportada con metal noble fue revestida sobre el sustrato fabricado de cordierita, fue secada y entonces secada al horno a 500 °C durante 1 hora para formar una capa de adsorción sobre el sustrato. En todos los catalizadores C1 a C3, la cantidad de la capa de adsorción revestida sobre el sustrato fue ajustada para contener 60 g de zeolita de tipo-p y 35 g de alúmina por litro del sustrato.
(Formación del catalizador CX)
El catalizador CX (comparación) se obtuvo de la siguiente manera. Es decir, que se añadió agua a un polvo de alúmina para producir una suspensión de alúmina, y se añadió una solución de metal noble a la suspensión de alúmina, siendo ajustada la solución de metal noble para dar una cantidad soportada con platino de 2,6 g y una cantidad soportada con paladio de 1,3 g por 80 g del polvo de alúmina. La mezcla se agitó durante 2 horas, luego se secó a 130°C y se secó más a 500°C durante 1 hora para obtener un polvo de alúmina soportado con metal noble.
Posteriormente, por 83,9 g del polvo de alúmina soportado con metal noble, se mezclaron 60 g de zeolita de tipo-p y una solución de nitrato de aluminio para obtener una suspensión de alúmina soportada con metal noble, estando la solución de nitrato de aluminio en una cantidad de producción de 25 g de alúmina después de la combustión.
La suspensión de alúmina soportada con metal noble fue revestida sobre el sustrato fabricado de cordierita, fue secada y entonces secada al horno a 500 °C durante 1 hora para formar una capa de adsorción sobre el sustrato. En el catalizador CX (comparación), la cantidad total de las capas revestidas sobre el sustrato fue ajustada para alcanzar 165 g por litro del sustrato.
(Resistencia)
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Con respecto a los catalizadores C1 a C3 y CX (comparación) obtenidos, se realizó un endurecimiento simple utilizando un horno eléctrico, en el que el catalizador se calentó a 650°C durante 50 horas y después de calentó a 660°C durante 10 horas en aire. Además, como un pretratamiento para evaluación, la temperatura del lecho de catalizador se ajustó a 600°C simulando una regeneración de la combustión de materia en partículas (PM).
(Evaluación)
Con respecto a los catalizadores C1 a C3 y CX (comparación) sometidos a resistencia, se evaluó el rendimiento de purificación de gas de escape utilizando un gas de escape descargado desde un motor diesel de 2,2 litros. Se reprodujo el modo NEDC (New European Driving Cycle) (ver la figura 3) utilizando el motor diesel. Por cierto, la emisión de dióxido de carbono (CO2) en este motor diesel correspondía a 90 g/km.
La figura 7 muestra los resultados de la evaluación de los catalizadores C1 a C3 y CX (comparación).
Se entiende a partir de la figura 7 que, comparado con el catalizador CX (comparación) que contenía zeolita de tipo-p y alúmina soportada con metal noble en una capa individual, se mejoró el porcentaje de purificación de monóxido de carbono en los catalizadores C1 a C3 que tienen una capa de catalizador de oxidación y una capa de adsorción.
Además, se entiende a partir de la figura 7 que comparado con el catalizador C1 que no contiene zeolita en la capa de catalizador de oxidación, se mejoró el porcentaje de purificación de monóxido de carbono en los catalizadores C2 y C3 que contenían zeolita en la capa de catalizador de oxidación. Es decir, que se entiende a partir de la figura 7 que en los catalizadores C2 y C3 que contenían zeolita en la capa de catalizador de oxidación, un componente hidrocarburo que pasa a través de la capa de adsorción es adsorbido sobre zeolita en la capa de catalizador de oxidación, de manera que se puede inhibir más la actividad catalítica de la capa de catalizador de oxidación.
Además, se entiende a partir de la figura 7 que, en comparación con el catalizador C2 que utiliza zeolita de tipo-p como la zeolita, se mejoró más el porcentaje de purificación de monóxido de carbono en el catalizador C3 que utiliza zeolita de tipo Fe/ZSM-5 como la zeolita.
Descripción de números de referencia
10: Sustrato
20: Capa de catalizador de oxidación
30: Capa de adsorción.
Claims (5)
- 510152025303540REIVINDICACIONES1. - Un catalizador de purificación de gas de escape para un motor diesel, que comprende un sustrato (10), una capa de catalizador de oxidación (20) dispuesta sobre dicho sustrato (10), y una capa de adsorción (30) dispuesta sobre dicha capa de catalizador de oxidación (20), en el que:dicha capa de catalizador de oxidación (20) comprende: partículas de soporte,un metal noble soportado sobre dichas partículas de soporte, y partículas adsorbentes de hidrocarburos,y la densidad de soporte de dicho metal noble en dicha capa de catalizador de oxidación (20) es 2,0 veces o más de la densidad de soporte del metal noble en dicha capa de adsorción (30), siendo la densidad de soporte del metal noble la relación de la cantidad (g) de un metal noble en la capa con respecto a la cantidad total (g) de todas las partículas que constituyen la capa, dicha capa de adsorción (30) comprende:partículas adsorbentes de hidrocarburos, partículas de soporte, yun metal noble soportado sobre dichas partículas de soporte, y el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en dicha capa de adsorción (30) es 1,5 veces o más del contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos en dicha capa de catalizador de oxidación (20), siendo el contenido de partículas adsorbentes de hidrocarburos la relación de la cantidad (g) de partículas adsorbentes de hidrocarburos en la capa con respecto a la cantidad total (g) de todas las partículas que contienen la capa, yel espesor de dicha capa de adsorción (30) es de 30 a 100 pm, y en el quedicho metal noble es platino (Pt) y paladio (Pd).
- 2. - El catalizador de purificación de gas de escape de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el espesor total de dicha capa de catalizador de oxidación (20) y dicha capa de adsorción (30) es 250 pm o menos.
- 3. - El catalizador de purificación de gas de escape de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho sustrato (10) es un sustrato de panal de abejas.
- 4. - El catalizador de purificación de gas de escape de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichas partículas de soporte son partículas de un óxido de metal seleccionado del grupo que consta de alúmina (AhOa), ceria (CeO2), circonia (ZrO2), sílice (SO2), titania (TO2), sus soluciones sólidas y sus combinaciones.
- 5. - El catalizador de purificación de gas de escape de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichas partículas adsorbentes de hidrocarburos son partículas de zeolita.
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