Procedimiento y aparato para probar un material catalítico.

Un procedimiento de envejecimiento de un material catalítico que comprende al menos las etapas de:

(a) proporcionar una corriente gaseosa que comprende una mezcla de gas de fondo;

(b) añadir al menos un gas de hidrocarburo puro y un gas que contiene oxígeno a la corriente gaseosapara proporcionar una corriente combinada;

(c) hacer pasar la corriente combinada a través del material catalítico; y

(d) hacer recircular al menos algo de la corriente de salida del material catalítico en la corriente gaseosa dela etapa (a),

caracterizado porque el procedimiento incluye, además;

(e) proporcionar en la etapa (b) una mezcla equilibrada de dicho al menos gas de hidrocarburo puro y ungas que contiene oxígeno para mantener las concentraciones de dicha mezcla de gas de fondo en lacorriente de salida recirculada;

(f) calentar, en la etapa (a), sin combustión, dicha corriente gaseosa.

Procedimiento y aparato para probar un material catalítico La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato para probar un material catalítico, en particular pero no exclusivamente para envejecer un catalizador.

El material catalítico se usa en muchos emplazamientos y procedimientos. Un ejemplo común es el material catalítico usado un catalizador para la corriente de escape de un motor de combustión interna en vehículos tales como coches, motocicletas, camiones, etc. Otros procedimientos y aplicaciones de material catalítico incluyen los de las industrias químicas y petroquímicas, generadores de electricidad, motores utilitarios, aplicaciones marinas, aplicaciones aeroespaciales, etc.

Los catalizadores son comúnmente más conocidos por su uso en tubos de escape de vehículos automóviles para reducir la toxicidad de emisiones a partir de un motor de combustión interna. Su objetivo es reducir los niveles de gases dañinos tales como el monóxido de carbono (CO) , hidrocarburos (HC) y varios óxidos de nitrógeno (NOx) convirtiéndolos en dióxido de carbono (CO2) , agua, nitrógeno y oxígeno.

Un material catalítico común usado en un catalizador consiste en una fina capa de meta (es) preciso (s) disperso (s) en una capa portadora de alumina altamente porosa, (Al2O3) , revestimiento que a su vez está unido a un sustrato cerámico. Otros portadores que son comúnmente usados como una alternativa a la alumina son dióxido de silicio, (SiO2) Dióxido de titanio, (TiO2) y zeolitas (compuestos de aluminio, silicio y oxígeno) ; sin embargo la alumina sigue siendo la elección más popular. El sustrato puede ir en forma de monolítica o de pastilla: sin embargo la estructura monolítica en forma de panal de abeja es la más usada. El material usado en este tipo de estructura puede también variar. Algunos fabricantes de catalizadores optan por monolitos metálicos que están compuestos por aceros revestidos de aluminio resistente a altas temperaturas, mientras que la mayoría eligen la estructura cerámica. Los metales preciosos más comunes para tale material catalítico en esta aplicación son el platino, Pt, paladio, Pd, rodio, Rh y óxido de vanadio, V2O5,

Debido a la cada vez mayor preocupación pública en asuntos medioambientales, los gobiernos están constantemente actualizando la legislación sobre emisiones introduciendo regulaciones de emisiones más estrictas para los automóviles. De este modo, hay una atención creciente la prueba del rendimiento de los catalizadores, tal como su envejecimiento y su vida útil.

Un procedimiento de prueba de un catalizador es hacer funcionar de manera continua un motor de combustión interna en una instalación de prueba y situar el catalizador en su sistema de escape. Lo ejemplos públicos incluyen el ciclo de envejecimiento ZDAKW (Centro de investigación conjunta de la Comisión europea) , el ciclo de envejecimiento LNT (Laboratorio nacional Oak Ridge) , y el ciclo de envejecimiento STRAWMAN, aunque los fabricantes también desarrollan sus propios ciclos y normalmente estos no son de dominio público y están considerado “secretos comerciales”

Sin embargo, los costes operativos de combustible para envejecer completamente un catalizador hasta el punto de desactivación pueden ser superiores a 50.000 dólares.

El documento US2005/0204804 A1 divulga un procedimiento para envejecer artíficamente un dispositivo catalítico para su uso en un banco de prueba catalítico para convertir gases de escape. El gas caliente de envejecimiento es suministrado por un quemador tal como una turbina de gas, y el gas que sale del dispositivo catalítico es parcialmente recirculado y mezclado con el gas de envejecimiento para alimentar el dispositivo catalítico.

Un problema con la invención mostrada en el documento US2005/0204804 A1 es que la mayoría del gas caliente de envejecimiento sigue basándose en la combustión de un combustible que contiene carbono, es decir petróleo, diesel u otro material de gasolina, que a combinación se quema en un quemador. Siguen siendo necesarios costes significativos para proporcionar tal combustible.

El documento D1 divulga un procedimiento y un aparato según el preámbulo de las reivindicaciones 1, 15.

Un segundo problema con la invención mostrada en el documento US2005/0204804 A1 es que la combustión de un combustible que contiene carbono requiere un quemador, el cual debe ser controlado en el entorno del bando de pruebas. La combustión de un combustible en una escala de bando de pruebas no proporciona un control preciso de las proporciones de constituyentes gaseosos que pasan al dispositivo catalítico.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento de envejecimiento de material catalítico más eficiente y más preciso.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de envejecimiento de un material catalítico según la reivindicación 1.

El uso de al menos un gas de hidrocarburo puro y un gas que contiene oxígeno permite que la presente invención maximice la recirculación de la corriente de salida a partir del material catalítico para su reutilización, mientras se mantengan las proporciones correctas de C, H y O proporcionada en la corriente combinada para reproducir el uso realista del material catalítico.

La presente invención reduce, asimismo, el calentamiento de la corriente gaseosa necesario de su contacto con el material catalítico, por reacción exotérmica que se produce tras la combustión del al menos un gas de hidrocarburo puro y el gas que contiene oxígeno en un catalizador para la corriente de escape de un motor de combustión interna en vehículos tales como coches, motocicletas, camiones, etc. Otros procedimientos y aplicaciones de material catalítico incluyen los de las industrias químicas y petroquímicas, generadores de electricidad, motores utilitarios, aplicaciones marinas, aplicaciones aeroespaciales, etc. incluyendo reacciones químicas en laboratorio.

El material catalíticos es proporcionado, por lo general, con un portador, opcionalmente dispersado en una capa portadora, y opcionalmente soportado por un sustrato tal como los descrito anteriormente, pero se limita a los mismos. La presente invención no está limitada por la conformación, dimensión soporte, naturaleza, forma o suministro del material catalítico, en la medida en que se puede usar en un ciclo de envejecimiento de manera conocida para el experto en la técnica. Ejemplo de materiales catalíticos bien conocidos incluyen un catalizador de tres vías para coches, etc., catalizadores de oxidación de diesel, catalizadores LNT (trampas de NOx) , catalizadores SCR, etc.

La presente invención se puede usar asimismo, para envejecer componentes de post-tratamiento de motor tales como varios sensores y similares, y la presente invención se extiende a un procedimiento y un aparato para probar tales componentes usando las mismas etapas y realizaciones descritas en el presente documento.

La corriente gaseosa puede comprende cualquier combinación de gases. Por lo general, la corriente gaseosa comprende uno o más constituyentes conocidos por ser parte de la corriente que atraviesa o que atravesará el material catalítico en uso. Por ejemplo, en un catalizador de automóvil, la corriente de escape de motor comprende por lo general, una combinación de materiales que contienen carbono tales como monóxido de carbono, hidrocarburos, y uno o más óxidos de nitrógeno (NOx) con un fondo de N2, H2O y CO2.

En la presente invención, la corriente gaseosa comprende uno o más gases sintéticos tales como dióxido de carbono y nitrógeno, proporcionado a partir de una o más fuentes de tales gases. Los gases sintéticos o artificiales son bien conocidos en la técnica, y por lo general son suministrados embotellados listos para su uso.

El término “gas de hidrocarburo puro” tal como se usa en el presente documento se refiere a un gas de hidrocarburo que no tiene más del 3% o el 2% o el 1% de impurezas inertes, tal como nitrógeno o argón, y que no tiene más del 0, 5% o el 0, 4% o el 0, 3% , o el 0, 2% o el 0, 1% de impurezas activas, es decir componentes o agentes tales como aceite, plomo, azufre o fósforo, etc., que son conocidos que dañarían un material catalítico.

El o los gases de hidrocarburo puros se pueden añadir a la corriente gaseosa calentada en la cantidad del 0, 1% en volumen al 10% en volumen de la corriente gaseosa calentada, preferiblemente en el intervalo del 0, 15 en volumen al 5% en volumen, más preferiblemente en el intervalo del 0, 3% en volumen al 1, 5% en volumen.

El gas que contiene oxígeno puede ser añadido a la corriente gaseosa calentada en... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de envejecimiento de un material catalítico que comprende al menos las etapas de:

(a) proporcionar una corriente gaseosa que comprende una mezcla de gas de fondo;

(b) añadir al menos un gas de hidrocarburo puro y un gas que contiene oxígeno a la corriente gaseosa para proporcionar una corriente combinada;

(c) hacer pasar la corriente combinada a través del material catalítico; y

(d) hacer recircular al menos algo de la corriente de salida del material catalítico en la corriente gaseosa de la etapa (a) ,

caracterizado porque el procedimiento incluye, además;

(e) proporcionar en la etapa (b) una mezcla equilibrada de dicho al menos gas de hidrocarburo puro y un gas que contiene oxígeno para mantener las concentraciones de dicha mezcla de gas de fondo en la corriente de salida recirculada;

(f) calentar, en la etapa (a) , sin combustión, dicha corriente gaseosa.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha mezcla de gas de fondo comprende una mezcla de dióxido de carbono y nitrógeno y en el que, en la etapa (e) dicha mezcla equilibrada de dicho al menos gas de hidrocarburo puro y un gas que contiene oxígeno se selecciona para mantener concentraciones de dióxido de carbono y nitrógeno en la corriente de salida recirculada que son típicas de la corriente de escape de un motor de combustión interna.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa (f) comprende calentar eléctricamente dicha corriente gaseosa, preferiblemente usando calentamiento en horno eléctrico,

4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que la etapa (f) comprende calentar eléctricamente una corriente gaseosa, que comprende parcialmente, sustancialmente o totalmente uno o más gases sintéticos.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que la corriente gaseosa comprende los gases sintéticos de dióxido de carbono y nitrógeno.

6. Un procedimiento según la reivindicación 1, que comprende recircular al menos el 70% en volumen, el 80% en volumen, el 90% en volumen, > 95% en volumen, >97% en volumen, >98% en volumen o >99% en volumen de la corriente de salida del material catalítico en la corriente gaseosa.

7. Un procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 6 que comprende, además, las etapas de:

seleccionar el al menos un gas de hidrocarburo y un gas que contiene oxígeno para obtener un producto o productos después de la etapa (c) capaces de minimizar la variación en la constitución y/o la temperatura de la corriente combinada en la etapa (b) después de la recirculación de la etapa (d) .

8. Un procedimiento según la reivindicación 1, 6 o 7, en el que la corriente gaseosa es recirculada en el intervalo de 3-20 veces.

9. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el gas de hidrocarburo puro es propano.

10. Un procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que la corriente gaseosa se calienta en la etapa (f) .

30. 1000ºC.

11. Un procedimiento según la reivindicación una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que el material catalítico comprende una pluralidad de muestras catalíticas sometidas simultáneamente a envejecimiento.

12. Un procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura del gas combinado a medida que pasa a través del material catalítico en el intervalo d.

40. 1100ºC.

13. Un procedimiento según una o más de las reivindicaciones anteriores, en el que el o los gases de hidrocarburo puro se añade (n) en el intervalo del 0, 1 – 5% en volumen de la corriente gaseosa.

14. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, controlar en la etapa (b) la adición del gas o gases de hidrocarburo puro, el gas que contiene oxígeno, o ambos, que comprende las etapas de:

(i) supervisar la temperatura de la corriente gaseosa calentada, el catalizador y la corriente de salida del catalizador; y

(ii) controlar el volumen de gas o gases de hidrocarburo puro, gas que contiene oxígeno, o ambos, para mantener la temperatura catalítica dentro de un intervalo predeterminado.

15. Aparato para envejecer un material catalítico que comprende, al menos (a) uno o más calentadores para calentar una corriente gaseosa que comprende una mezcla de gas de fondo, 5 que comprende preferiblemente parcial, sustancial o totalmente uno o más gases sintéticos;

(b) un combinador para combinar al menos un gas de hidrocarburo puro y un gas que contiene oxígeno a la corriente gaseosa calentada para proporcionar una corriente combinada;

(c) y una trayectoria para hacer pasar la corriente combinada a través del material catalítico, caracterizado

porque dicho uno o más calentadores consisten en calentadores sin combustión, preferiblemente uno o 10 más calentadores de horno eléctrico, y en el que dicho aparato incluye, además:

(d) una trayectoria para hacer recircular más del 50% en volumen de la corriente de salida del material catalítico dentro de la corriente gaseosa de la etapa (a) , y en el que dicho combinador está dispuesto para proporcionar una mezcla equilibrada de dicho al menos un gas de hidrocarburo puro y un gas que contiene oxígeno para mantener las concentraciones de dicha mezcla de gas de fondo en la corriente de salida recirculada.