Un catalizador purificador de gases de escape de tres vías, que comprende:

un sustrato soporte; y una capa de catalizador formada sobre dicho sustrato soporte y que incluye un metal noble, un óxido poroso, y un óxido compuesto de bismuto y titanio, satisfaciendo la expresión 0,3 ≤ R ≤ 1,5 la relación R de la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte a la cantidad molar de titanio cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte.

ANTECEDENTES

Campo Técnico

La presente invención se refiere a un catalizador para purificar gases de escape de motores de combustión interna tales como motores de automóviles, y más en particular a un catalizador purificador de gases de escape capaz de suprimir emisiones de sulfuro de hidrógeno (H2S).

Antecedentes de la Técnica

Hoy en día se utiliza mucho un catalizador de tres vías como catalizador para purificar NOx (óxidos de nitrógeno), monóxido de carbono CO y HC (hidrocarburos) en gases de escape de automóviles o similares. El catalizador de tres vías comprende soportes de óxidos porosos tales como alúmina, ceria (óxido de cerio), zirconia (óxido de zirconio) y una disolución sólida de ceria-zirconia, y un metal noble tal como platino (Pt), rodio (Rh) y paladio (Pd) cargado sobre los soportes, y purifica simultáneamente HC y CO por oxidación y NOx por reducción. Como estas reacciones transcurren muy eficazmente en una atmósfera que incluye cantidades aproximadamente equivalentes de componentes oxidantes y componentes reductores, en un automóvil en el que se instala un catalizador de tres vías la relación aire/combustible se controla de manera que se quema una mezcla de aire-combustible en, o aproximadamente en, la relación teórica aire/combustible, es decir, el punto estequiométrico (A/C = aproximadamente 14,6 0,2).

Sin embargo, el catalizador de tres vías tiene un problema de que cuando la atmósfera de gases de escape se vuelve reductora, los óxidos de azufre de los gases de escape se reducen y se emiten como H2S. La Publicación de Patente Japonesa Examinada (KOUKOKU) No. H08-015.554 describe el uso de óxidos de níquel o cobre como componentes de un catalizador de tres vías. Los óxidos de níquel o cobre oxidan SO2 a SO3 o SO4 en una atmósfera oxidante y almacenan compuestos de azufre como sulfuros tales como Ni2S3 en una atmósfera reductora, con lo cual se pueden suprimir las emisiones de H2S.

Sin embargo, como el níquel o cobre es un material medioambientalmente tóxico se está prohibiendo el uso de nitrógeno o cobre en un catalizador para purificar gases de escape de automóviles. Por tanto se tiene en consideración el uso de óxidos de bismuto, que presentan un efecto de suprimir emisiones de H2S similar al de los óxidos de níquel o cobre. Sin embargo, un catalizador que contiene Bi tiene un problema de que los componentes de bismuto se dispersan a elevadas temperaturas y el efecto de suprimir emisiones de H2S no se mantiene durante largo tiempo.

Las Publicaciones de Patentes Japonesas Examinadas (KOUKOKU) Nos. H02-020.561, H05-081.521, y S61-020.342 describen a propósito catalizadores que contienen Bi. Sin embargo, estos catalizadores se destinan a oxidar H2S en atmósferas oxidantes. Por tanto, cuando la relación aire/combustible se controla como en los casos de los automóviles, hay peligro de que se emita H2S en atmósferas estequiométricas o reductoras. Estos documentos de patente no se refieren a los efectos catalíticos en las atmósferas estequiométricas o reductoras y no describen o sugieren el uso de estos catalizadores como catalizadores de tres vías, que se usan también en las atmósferas estequiométricas o reductoras.

El documento US 6.022.826 describe un catalizador para oxidar monóxido de carbono en una corriente gaseosa, que contiene una combinación de un componente de platino y uno o más óxidos de bismuto en cantidades suficientes para convertir monóxido de carbono en dióxido de carbono en presencia de oxígeno.

El documento US 6.350.421 describe un material de almacenamiento de óxidos de nitrógeno, que contiene al menos un componente de almacenamiento para óxidos de nitrógeno en forma de un óxido, óxido mixto, carbonato o hidróxido de los metales alcalinotérreos magnesio, calcio, estroncio y bario, y los metales alcalinos potasio y cesio, sobre un material soporte de gran área superficial.

El documento GB 138424B describe un procedimiento para tratar gases de escape de motores de combustión interna para eliminar óxidos de nitrógeno, que implica pasar los gases en una primera etapa sobre un catalizador que tiene principalmente una actividad de oxidación hasta que una proporción sustancial de oxígeno se ha hecho reaccionar y después en una segunda etapa sobre un catalizador que tiene principalmente una actividad de reducción hasta que los óxidos de nitrógeno se descomponen sustancialmente.

El documento US 6.616.904 describe materiales para eliminar los óxidos de nitrógeno NO y NO2 presentes en gases de escape. Los materiales son óxidos mixtos en los que los metales A y B están coordinados octaédricamente y están dispuestos para formar la estructura de ilmenita ABO3.

El documento US 5.120.695 describe un catalizador enterizo para purificar gases de escape, en forma alveolar, que tiene una parte de borde anterior que contiene un catalizador para reducción selectiva de óxidos de nitrógeno por gas amoníaco y una parte de borde posterior que contiene un catalizador de oxidación.

El documento EP 0714692 A1 describe un catalizador para la purificación de gas de escape de motores diesel, que comprende una estructura tridimensional revestida con (A) un polvo de óxido inorgánico refractario soportador de platino y/o paladio obtenido depositando platino y/o paladio y el óxido catalíticamente activo de al menos un metal seleccionado del grupo consistente en tungsteno, antimonio, molibdeno, níquel, vanadio, manganeso, hierro, bismuto, cobalto, zinc, y metales alcalinotérreos sobre (a) un primer polvo de óxido inorgánico refractario y (B) una composición catalítica formada por (b) un segundo polvo de óxido inorgánico refractario y que tiene dicho platino y/o paladio contenido en ello en una cantidad en el intervalo de desde 5 a 50% en peso, basada en la cantidad de (a) dicho primer polvo de óxido inorgánico refractario.

Descripción de la invención

La presente invención se ha realizado en vista de los problemas mencionados anteriormente. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un catalizador purificador de gases de escape que puede reducir la dispersión de bismuto y puede mantener el efecto de suprimir emisiones de H2S durante largo tiempo.

El presente inventor ha considerado que la dispersión de componentes de Bi se puede suprimir usando un óxido compuesto de Bi-Ti en una relación predeterminada en un catalizador de tres vías convencional.

Un catalizador purificador de gases de escape de tres vías de acuerdo con la presente invención comprende un sustrato soporte, y una capa de catalizador formada sobre el sustrato soporte y que incluye un metal noble, un óxido poroso, y un óxido compuesto de bismuto y titanio, y la relación R de la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen del sustrato soporte a la cantidad molar de titanio cargado por unidad de volumen del sustrato soporte satisface la expresión 0,3  R  1,5 . Más preferiblemente, la relación R de la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte a la cantidad molar de titanio cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte satisface la expresión 0,5  R  1,3.

Es preferible que la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen del sustrato soporte no sea menor que 0,2 moles/litro y no sea mayor que 0,5 moles/litro. Más preferiblemente, la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte no es menor que 0,2 moles/litro y no es mayor que 0,4 moles/litro.

De acuerdo con el catalizador de tres vías purificador de gases de escape de la presente invención, la dispersión de bismuto contenido en el óxido compuesto de Bi-Ti se puede suprimir satisfaciendo la expresión 0,3  R  1,5, donde R es la relación de la cantidad molar de Bi cargado por unidad de volumen de sustrato soporte a la cantidad molar de Ti cargado por unidad de volumen del sustrato soporte. En consecuencia, el efecto de suprimir emisiones de H2S del catalizador purificador de gases de escape se puede mantener durante largo tiempo.

Además, la supresión de emisiones de H2S y la supresión de la dispersión de bismuto se puede realizar simultáneamente haciendo la cantidad molar de Bi por unidad de volumen del sustrato soporte no menor que 0,2 moles/litro y no mayor que 0,5 moles/litro. En consecuencia, el efecto de suprimir emisiones de H2S se puede mantener en alto nivel durante largo tiempo.

Breve Descripción... [Seguir leyendo]

1. Un catalizador purificador de gases de escape de tres vías, que comprende: un sustrato soporte; y una capa de catalizador formada sobre dicho sustrato soporte y que incluye un metal noble, un óxido poroso, y un óxido compuesto de bismuto y titanio, satisfaciendo la expresión 0,3  R  1,5 la relación R de la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte a la cantidad molar de titanio cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte.

2. El catalizador purificador de gases de escape de tres vías de acuerdo con la reivindicación 1, donde la relación R de la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte a la cantidad molar de titanio cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte satisface la expresión 0,5  R  1,3.

3. El catalizador purificador de gases de escape de tres vías de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte no es menor que 0,2 moles/litro y no es mayor que 0,5 moles/litro.

4. El catalizador purificador de gases de escape de tres vías de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde la cantidad molar de bismuto cargado por unidad de volumen de dicho sustrato soporte no es menor que 0,2 moles/litro y no es mayor que 0,4 moles/litro.