Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno para su empleo en vehículos automóviles en una posición cercana al motor.

Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno a base de al menos dos revestimientos catalíticamente activossobre un cuerpo de soporte,

en donde el revestimiento inferior, directamente aplicado sobre el cuerpo de soporte,contiene platino en calidad de componente catalíticamente act ivo aplicado sobre un óxido mixto de magnesioaluminiohomogéneo con un contenido en óxido de magnesio entre y menos de 28% en peso, referido al peso totaldel óxido mixto de magnesio-aluminio, en combinación con un material acumulador de óxido de nitrógeno, y endonde la segunda capa aplicada sobre la anterior contiene paladio aplicado sobre óxido de aluminio y óxido de bariou óxido de estroncio, pero no platino, caracterizado porque el material acumulador de óxido de nitrógeno contiene uncomponente acumulador de óxido de nitrógeno aplicado sobre un óxido mixto de magnesio-aluminio homogéneo conuna relación molar de MgO a Al2O3 de 1,1 : 1.

Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno para su empleo en vehículos automóviles en una posición cercana al motor La invención se refiere a un catalizador de gases de escape de automóviles, especialmente a un catalizador acumulador de óxido de nitrógeno para su empleo cercano al motor para la purificación de los gases de escape de motores de cuatro tiempos (motores de ciclo Otto) con inyección directa de gasolina, que son hechos funcionar predominantemente con una mezcla pobre de aire/combustible.

El gas de escape de motores de ciclo Otto hechos funcionar predominantemente con una mezcla pobre de aire/combustible presenta, cuando el motor se encuentra en los puntos de funcionamiento en carga parcial mayormente habituales, un exceso de componentes de gas de escape oxidantes tales como oxígeno (O2) y óxidos de nitrógeno (NOx) . Típicos de puntos de funcionamiento de este tipo son contenidos de 3 a 15% en volumen de oxígeno y de hasta 1% en volumen de óxidos de nitrógeno. Componentes del gas de escape reductores tales como monóxido de carbono (CO) , hidrocarburos (HC) y, eventualmente, hidrógeno (H2) no están por norma general presentes en cantidad suficiente en un gas de escape pobre como para poder eliminar de manera suficiente, en particular, los óxidos de nitrógeno, por ejemplo en el caso de una transferencia a través de un catalizador de tres vías convencional. Una posibilidad para la purificación de estos gases de escape, en particular para eliminar los óxidos de nitrógeno ("desnitrificación") la ofrece el empleo de catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno.

Catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno son bien conocidos en el estado de la técnica. Su modo de trabajo se describe con detalle, por ejemplo, en la publicación SAE, SAE 950809. El efecto de la purificación de los catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno se basa en que en una fase de funcionamiento pobre del motor, los óxidos de nitrógeno del material del acumulador del catalizador acumulador se almacenan predominantemente en forma de nitratos y, en una posterior fase de funcionamiento rica del motor, los nitratos previamente formados se descomponen y los óxidos de nitrógeno que se liberan de nuevo se hacen reaccionar con las porciones de gas de escape reductoras en el catalizador acumulador para formar nitrógeno, dióxido de carbono y agua.

Se han propuesto diferentes composiciones que se adecuan como catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno o para su empleo en catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno. Se diferencia entre un material acumulador de óxido de nitrógeno y los componentes acumuladores de óxido de nitrógeno. Componentes acumuladores de óxido de nitrógeno son, por ejemplo, los óxidos, carbonatos o hidróxidos de magnesio, calcio, estroncio, bario, de los metales alcalinos, de los metales de las tierras raras o mezclas de los mismos, los cuales, en virtud de sus propiedades de carácter básico, están en condiciones de formar nitratos con los óxidos de nitrógeno de carácter ácido del gas de escape y de almacenarlos de este modo. Un material del acumulador de óxido de nitrógeno se compone de los componentes acumuladores que son segregados sobre materiales de soporte adecuados para la generación de una gran superficie de interacción con el gas de escape en una dispersión lo más elevada posible. Además de ello, en catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno están contenidos, por norma general, metales nobles tales como platino, paladio y/o rodio en calidad de componentes catalíticamente activos. La misión de estos componentes catalíticamente activos es, por una parte, oxidar, en condiciones pobres, óxidos de nitrógeno para formar NO2, así como CO y HC para formar CO2; y, por otra parte, durante las fases de funcionamiento ricas en las que se "limpia" el catalizador acumulador de óxido de nitrógeno, es decir, se regenera, reducir NO2 liberado en nitrógeno.

El documento EP 1 317 953 o bien EP 1 316 354 de la solicitante dan a conocer un catalizador acumulador de óxido de nitrógeno que contiene un componente catalíticamente activo tal como, por ejemplo, platino, sobre un material de soporte y componentes acumuladores de óxido de nitrógeno. Como tales, se emplean óxidos, carbonatos o hidróxidos de elementos del grupo consistente en calcio, estroncio, bario, los metales alcalinos, los metales de tierras raras o mezclas de los mismos. Como material de soporte para estos componentes acumuladores de óxido de nitrógeno se emplea, conforme al documento EP 1 317 953 A1, un óxido mixto de cerio-zirconio. Las extraordinarias propiedades del catalizador acumulador de óxido de nitrógeno en relación con la amplitud de la ventana de temperaturas, del grado de acción de acumulación y de la estabilidad frente al envejecimiento se basan esencialmente en el material de soporte utilizado para el platino a base de un óxido mixto homogéneo de magnesioaluminio, presentándose el óxido de magnesio en una concentración de 1 a 40% en peso, referida al peso total del óxido mixto de Mg-Al. Otra variante ventajosa del catalizador acumulador se obtiene, conforme al documento EP 1 317 953 A1, cuando el óxido mixto de Mg-Al catalizado con platino es dotado mediante impregnación adicionalmente con óxido de cerio u óxido de praseodimio.

En el documento WO 2005/092481 de la solicitante se da a conocer una forma de realización mejorada del catalizador acumulador de óxido de nitrógeno descrito en el documento EP 1 317 953 A1. Éste se diferencia del catalizador precursor ante todo, debido a que como material de soporte para el componente acumulador de óxido de nitrógeno se emplea también un óxido mixto de magnesio-aluminio homogéneo que contiene 1 a 30% en peso de óxido de magnesio, referido al peso total del óxido mixto de magnesio-aluminio.

Tanto en el documento EP 1 317 953 A1 como también en el documento WO 2005/092481 se recalca la idoneidad particular de óxidos mixtos de magnesio-aluminio homogéneos con una porción sub-estequiométrica de óxido de magnesio: en ambos casos, se indica como preferido el empleo de un óxido mixto de magnesio-aluminio con un contenido en óxido de magnesio de 5 a 28% en peso. Un material de este tipo contiene óxido de aluminio libre, es decir, no incorporado en la estructura del óxido mixto, el cual está homogéneamente repartido en MgAl2O4.

Además, en ambas divulgaciones se enfatiza que materiales que almacenan oxígeno tales como, por ejemplo, materiales a base de óxido de cerio, son otros componentes importantes para su empleo en estos catalizadores. El óxido de cerio, en virtud de un cambio en la etapa de oxidación de +3 a +4 y a la inversa, está en condiciones de almacenar oxígeno en el gas de escape pobre (exceso de oxígeno) y de entregar de nuevo oxígeno en el gas de escape rico (carencia de oxígeno) .

Catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno, tal como se describen en los documentos EP 1 317 953 A1 y WO 2005/092481, tienen el inconveniente de que, como consecuencia de procesos de envejecimiento térmicos, afectan fuertemente tanto al componente de oxidación como también al material acumulador de óxido de nitrógeno en su capacidad de rendimiento, no pueden ser empleados sin más en una posición cercana al motor para la purificación de los gases de escape de motores de ciclo Otto con inyección directa de la gasolina, hechos funcionar predominantemente con una mezcla pobre de aire/combustible. Un empleo en esta posición en la que los catalizadores pueden estar expuestos a temperaturas del gas de escape relativamente elevadas (de hasta 1000ºC) , sólo es posible cuando se emplean muy grandes cantidades de platino en calidad de componente de oxidación. Típico de catalizadores de este tipo en aplicaciones correspondientes son contenidos en platino de 1, 5 - 4 g/L de platino, referido al volumen del catalizador empleado, lo cual corresponde a un coste actual de 36 - 100 ? por litro de volumen de catalizador. Además, en el caso de sistemas de este tipo es necesario habilitar, adicionalmente al catalizador cercano al motor, catalizadores acumuladores de óxido de nitrógeno de gran volumen en los bajos de vehículos automóviles correspondientes, con el fin de poder garantizar entonces también efectos de desnitrificación todavía suficiente, cuando, como consecuencia del envejecimiento térmico del material acumulador de óxido de nitrógeno, se haya destruido de manera irreversible la capacidad acumuladora, en particular en el catalizador dispuesto cercano al motor.

El documento EP 0 945 165 indica un material acumulador para óxidos de azufre que se adecua para su empleo en combinación... [Seguir leyendo]

1. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno a base de al menos dos revestimientos catalíticamente activos sobre un cuerpo de soporte, en donde el revestimiento inferior, directamente aplicado sobre el cuerpo de soporte, contiene platino en calidad de componente catalíticamente activo aplicado sobre un óxido mixto de magnesioaluminio homogéneo con un contenido en óxido de magnesio entre 5 y menos de 28% en peso, referido al peso total del óxido mixto de magnesio-aluminio, en combinación con un material acumulador de óxido de nitrógeno, y en donde la segunda capa aplicada sobre la anterior contiene paladio aplicado sobre óxido de aluminio y óxido de bario u óxido de estroncio, pero no platino, caracterizado porque el material acumulador de óxido de nitrógeno contiene un componente acumulador de óxido de nitrógeno aplicado sobre un óxido mixto de magnesio-aluminio homogéneo con una relación molar de MgO a Al2O3 de 1, 1 : 1.

2. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno según la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda capa no contiene materiales acumuladores de oxígeno, en particular ningún óxido mixto de cerio-zirconio.

3. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en la segunda capa están segregados, óxido de bario u óxido de estroncio y paladio conjuntamente sobre el material de soporte óxido de aluminio.

4. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en calidad de componente acumulador de óxido de nitrógeno están contenidos óxidos, hidróxidos, óxido-hidróxidos y carbonatos del estroncio o bario, o mezclas de los mismos.

5. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno según la reivindicación 4, caracterizado porque el óxido mixto de magnesio-aluminio empleado como material de soporte para el componente acumulador de óxido de nitrógeno con una relación molar de MgO a Al2O3 de 1, 1 : 1 contiene, además, 0, 5 a 20% en peso de óxido de cerio u óxido de manganeso (MnO2) o mezclas de los mismos, referido al peso total de este material de soporte.

6. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el óxido mixto de magnesio-aluminio empleado como material de soporte para platino contiene, además, 0, 5 a 20% en peso de óxido de cerio, referido al peso total de este material de soporte.

7. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno según la reivindicación 6, caracterizado porque sobre el óxido mixto de magnesio-aluminio empleado como material de soporte para platino está aplicado adicionalmente 0, 05 a 10% en peso de otro metal noble elegido del grupo consistente en oro, paladio y rodio, referido al peso total resultante de metal noble y de este material de soporte.

8. Catalizador acumulador de óxido de nitrógeno según la reivindicación 1, caracterizado porque el revestimiento inferior aplicado directamente sobre el cuerpo de soporte contiene adicionalmente un óxido mixto de cerio/zirconio revestido con 0, 05 a 5% en peso de rodio o platino, el cual puede contener otros metales de tierras raras elegidos del grupo consistente en ytrio, lantano, praseodimio, neodimio, samario y mezclas de los mismos, estando referido el dato en contenido al peso total a base de metal noble y de este óxido mixto de cerio/zirconio.

9. Procedimiento para la purificación de los gases de escape de motores de ciclo Otto con inyección directa de gasolina, que son hechos funcionar predominantemente con una mezcla pobre de aire/combustible, mediante puesta en contacto de los gases de escape con un catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 8 que está dispuesto en una posición cercana al motor.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que en el lado de salida con relación a un catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 8 está dispuesto un filtro de partículas no revestido o un filtro de partículas con contenido en un revestimiento catalíticamente activo.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que en el que el lado de salida con relación a un catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 8 está dispuesto un catalizador SCR así como, delante de la entrada en el catalizador SCR está dispuesto eventualmente un dispositivo para la incorporación de un agente reductor en el sistema de gas de escape.

12. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que en el lado de salida con relación a un catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 8 está dispuesto un catalizador acumulador de óxido de nitrógeno.