Un filtro de tipo panal que comprende

un cuerpo estructurado de tipo panal que tiene un gran número de celdas,

cada una sellada en cada extremo de lamisma y situadas longitudinalmente en paralelo entre sí con una pared de la celda entre ambas yuna zeolita soportada sobre la pared de la celda 5 del cuerpo estructurado de tipo panal,en el que

el cuerpo estructurado de tipo panal contiene carburo de silicio, una porosidad de la pared de la celda del cuerpoestructurado de tipo panal es del 55 al 65%,

una cantidad de la zeolita soportada sabre la pared de la celda es de 80 a 150 g/l, y

una conductividad térmica de la pared de la celda que soporta la zeolita es de 3 W/mK o más.

Filtro de tipo panal

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un filtro de tipo panal.

TÉCNICA ANTERIOR

Los gases tóxicos tales como NOx contenidos en los gases de escape descargados de motores de combustión interna, por ejemplo, vehículos tales como autobuses y camiones, máquinas de construcción, y similares, y material particulado (en lo sucesivo en este documento, también denominado simplemente como “MP”) han planteado problemas como contaminantes perjudiciales para el medio ambiente y el cuerpo humano.

Para resolver los problemas anteriores, se ha desarrollado un dispositivo de SCR (Reducción CatalíticaSelectiva) con urea que incluye, como componente principal, un cuerpo estructurado de tipo panal (en lo sucesivo eneste documento también denominado como portador de catalizador) en el que está soportado un catalizador deconversión de NOx para convertir NOx en gases de escape (por ejemplo, Documento de Patente 1) .

El dispositivo de SCR con urea incluye un portador de catalizador, un material sellante de sujeción que seenrolla alrededor de la periferia del portador de catalizador para soportar al portador de catalizador, y una cubiertapara colocar en su interior el portador de catalizador y el material sellante de sujeción. El dispositivo de SCR conurea también incluye una boquilla de pulverización de urea para pulverizar agua con urea dispuesta en posiciónanterior con respecto a la región a través de la cual los gases de escape fluyen al interior del portador de catalizador (en un lado aguas arriba de los gases de escape) .

El portador de catalizador tiene una forma de pilar y está hecho de una cerámica porosa. Además, elportador de catalizador tiene un gran número de celdas situadas en paralelo entre sí, extendiéndose cada una enuna dirección longitudinal desde un extremo al otro extremo del portador de catalizador con una pared de la celdainterpuesta entre ambas. La pared de la celda soporta una zeolita como catalizador de conversión de NOx. Los extremos de las celdas no están sellados con un material sellante, y por lo tanto cada celda penetra desde unextremo al otro extremo del portador de catalizador.

En la conversión de gases tóxicos con el uso del dispositivo de SCR con urea, se pulveriza agua con ureasobre el portador de catalizador. Esto hace que la descomposición térmica de la urea contenida en el agua con ureamediante el calor de los gases de escape genere amoníaco.

Cuando se introducen gases de escape que contienen NOx en las celdas desde un extremo del portador decatalizador, el NOx en los gases de escape se reduce a N2 mediante el efecto de la zeolita soportada en la pared de la celda y el amoníaco y, por lo tanto, se convierte.

Los gases de escape en los que el NOx se ha convertido son descargados desde el lado del otro extremodel portador de catalizador.

Por otro lado, para purificar MP en gases de escape, se han propuesto diversos tipos de cuerpos estructurados de tipo panal (filtro particulado diesel (en lo sucesivo en este documento también denominado simplemente como DPF) ) en el que un extremo cualquiera de cada celda está sellado (por ejemplo, Documento dePatente 2) .

El DPF tiene una forma de pilar y está hecho de una cerámica porosa. Además, en el DPF, un gran número de celdas están situadas en paralelo entre sí extendiéndose cada una en una dirección longitudinal desde unextremo al otro extremo del DPF con una pared de la celda interpuesta entre ambas. Un extremo cualquiera de cadacelda es sellado con un material sellante.

Por lo tanto, los gases de escape que fluyen al interior de las celdas que están abiertas en un extremopasan a través de las paredes de la celda entre las celdas adyacentes, y son descargados a continuación desde lasceldas que están abiertas en el otro extremo. A medida que los gases de escape pasan a través de las paredes dela celda, el MP contenido en los gases de escape es capturado por las paredes de la celda, de modo que los gasesde escape se purifican.

Cuando el MP capturado se acumula a una cantidad predeterminada y, por lo tanto, la pérdida de presiónalcanzaba un valor dado, se realiza un proceso de regeneración para calentar un DPF. Como resultado, el MP seelimina quemándolo y el DPF se regenera.

Documento de Patente 1: WO 02/38922 A1

Documento de Patente 2: JP-A 2008-272737

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

PROBLEMAS A RESOLVER POR LA INVENCIÓN

Los inventores de la presente invención intentaron realizar secuencialmente la conversión de NOx y laretirada de MP usando el dispositivo de SCR con urea mencionado anteriormente y un DPF.

Específicamente, los inventores de la presente invención conectaron el dispositivo de SCR con urea y elDPF en serie e investigaron diversas combinaciones del dispositivo de SCR con urea y el DPF. Como resultado, losinventores de la presente invención han descubierto que es posible realizar de forma eficiente la conversión de NOx y la retirada de MP cuando el DPF se dispone aguas arriba de los gases de escape más cerca de una salida deescape de un motor diesel para retirar en primer lugar el MP, y a continuación los gases de escape que contienenNOx son convertidos por un dispositivo de SCR con urea dispuesto aguas abajo del DPF.

Sin embargo, dado que el aparato de purificación de gas de escape en el que el dispositivo de SCR conurea y el DPF están conectados en serie necesita un espacio relativamente grande, el aparato de purificación de gasde escape no cumple las necesidades del reciente desarrollo de vehículos que busca reducir el espacio para unaparato de purificación de gas de escape.

Para cumplir las necesidades de desarrollo, los inventores de la presente invención han investigado ytuvieron una idea de que la integración de la función del portador de catalizador de un dispositivo de SCR con urea y la función de un DPF resolvería el problema de reducción de espacio. Por consiguiente, produjeron un filtro de tipopanal en el que una zeolita está soportada sobre un DPF.

La medición de la tasa de conversión de NOx usando el filtro de tipo panal fabricado de este modo ha revelado que una tasa de conversión de NOx deseada puede conseguirse en una fase temprana de la operación.

Contrariamente a las expectativas de los inventores, sin embargo, después del proceso de regeneración delfiltro de tipo panal, la tasa de conversión de NOx ha demostrado estar significativamente reducida. Se ha sabidoque, cuanto más se repite el proceso de regeneración, en particular, más se reduce la tasa de conversión de NOx.

MEDIOS PARA RESOLVER EL PROBLEMA

Para resolver los problemas mencionados anteriormente, los inventores de la presente invención investigaron las causas de la reducción de la tasa de conversión de NOx después del proceso de regeneración en elfiltro de tipo panal en el que una zeolita está soportada sobre la pared de la celda.

Como resultado, han descubierto que el filtro de tipo panal se calienta a 850ºC o más con el calor generadomediante la combustión de MP (en lo sucesivo en este documento denominado simplemente calor de combustión deMP) en el proceso de regeneración.

También descubrieron que la zeolita se sinteriza cuando el filtro de tipo panal es expuesto a una altatemperatura de 850ºC o más durante un largo periodo (en lo sucesivo en este documento, la temperatura que causala sinterización de zeolita es también denominada simplemente como temperatura de sinterización) .

Se supone que ésta es la causa para la reducción de la tasa de conversión de NOx, después del proceso de regeneración.

En base a la suposición, los inventores de la presente invención realizaron una profunda investigación conla intención de prevenir la sinterización de zeolita y llegaron a la idea de que, si la capacidad de disipación de calordel filtro de tipo panal aumenta, el calor de combustión de MP generado en el proceso de regeneración puededisiparse de forma eficiente y, por lo tanto, es posible impedir que el filtro de tipo panal se vea expuesto a latemperatura de sinterización durante un largo periodo de tiempo.

Los inventores de la presente invención continuaron adicionalmente la investigación en base a las anteriores ideas, y descubrieron, por consiguiente,... [Seguir leyendo]

1. Un filtro de tipo panal que comprende

un cuerpo estructurado de tipo panal que tiene un gran número de celdas, cada una sellada en cada extremo de lamisma y situadas longitudinalmente en paralelo entre sí con una pared de la celda entre ambas y una zeolita soportada sobre la pared de la celda del cuerpo estructurado de tipo panal, en el que el cuerpo estructurado de tipo panal contiene carburo de silicio, una porosidad de la pared de la celda del cuerpo

estructurado de tipo panal es del 55 al 65%, una cantidad de la zeolita soportada sabre la pared de la celda es de 80 a 150 g/l, y una conductividad térmica de la pared de la celda que soporta la zeolita es de 3 W/mK o más.

2. El filtro de tipo panal según la reivindicación 1, en el que la conductividad térmica es de 5 a 10 W/mK.

3. El filtro de tipo panal según la reivindicación 1 ó 2, en el que el gran número de celdas incluyen una celda de gran volumen y una celda de pequeño volumen, y una proporción de área de un área de sección transversal de la celda de gran volumen perpendicular a la dirección

longitudinal con respecto a un área de sección transversal de la celda de pequeño volumen perpendicular a ladirección longitudinal es de 1, 4 a 2, 4.

4. El filtro de tipo panal según la reivindicación 3, en el que una sección transversal de la celda de gran volumen perpendicular a la dirección longitudinal tiene una forma

sustancialmente octogonal, y una sección transversal de la celda de pequeño volumen perpendicular a la dirección longitudinal tiene una forma sustancialmente cuadrangular.

5. El filtro de tipo panal según la reivindicación 3, en el que una sección transversal de la celda de gran volumen perpendicular a la dirección longitudinal tiene una forma

sustancialmente cuadrangular, y una sección transversal de la celda de pequeño volumen perpendicular a la dirección longitudinal tiene una forma sustancialmente cuadrangular.

6. El filtro de tipo panal según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la zeolita es al menos una especie seleccionada entre el grupo constituido por una zeolita de tipo 1, una zeolita de

tipo ZSM-5 y un SAPO.

7. El filtro de tipo panal según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la zeolita se somete a intercambio iónico con un ión de cobre y/o un ión de hierro.

8. El filtro de tipo panal según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el cuerpo estructurado de tipo panal comprende una pluralidad de cuerpos cocidos de tipo panal combinados entre

sí con una capa adhesiva interpuesta entre ellos.