Sistema de escape.

Un conjunto catalizador (2) para un motor de combustible doble,

el conjunto catalizador comprendiendo:

un primer catalizador (41) que comprende un catalizador oxidante de metano;

un segundo catalizador (6) que comprende un catalizador de reducción catalítica selectiva, el primercatalizador estando posicionado aguas arriba del segundo catalizador;

en el que el conjunto catalizador es sustancialmente cilíndrico el primero y segundo catalizadores son cadauno sustancialmente cilíndricos y son sustancialmente coaxiales, el segundo catalizador con un diámetro desección transversal que es mayor que el diámetro de sección transversal del primer catalizador;

caracterizado porque el conjunto catalizador comprende además:

una primera guía (12) para guiar gases de escape desde el motor y a través del primer catalizador;

yuna segunda guía (14) para guiar gases de escape a través del segundo catalizador después de que losgases de escape hayan pasado a través del primer catalizador-, en donde la primera guía comprende unvolumen cerrado que tiene una placa deflectora perforada.

Sistema de escape [0001] Esta invención se refiere a un sistema de escape para utilizar con un sistema motor, y en particular, se refiere a un sistema de escape para un sistema motor multimodal tal como un sistema de motor de combustible doble.

Un motor de combustible doble está adaptado para operar en dos modos. Normalmente un primer modo es un modo diesel en el cual el motor es alimentado totalmente por combustible diesel, y un segundo modo es un modo de combustible gaseoso en el cual el motor es alimentado predominantemente por un combustible gaseoso tal como gas natural (metano) o propano el cual se enciende por una cantidad relativamente pequeña de diesel.

Esta invención se refiere particularmente, pero no exclusivamente, a un sistema de escape para un sistema motor de combustible doble que comprende un motor que funciona con diesel y otro combustible tal como gas natural. Debe entenderse, sin embargo, que la invención se refiere a un sistema de escape para cualquier sistema motor multimodo que funciona con cualquier combinación de combustibles.

El funcionamiento de un motor tal como un motor de combustión interna con una mezcla de un combustible líquido como diesel, y un combustible gaseoso como metano mantiene la economía de combustible y el rendimiento del motor, mientras que al mismo tiempo reduce los niveles no deseados de emisiones de escape. Como la gente generalmente se vuelve más consciente del efecto catastrófico sobre el medio ambiente y el clima del consumo de combustibles de hidrocarburos, existe una mayor necesidad de reducir emisiones de carbono procedentes de vehículos como los vehículos pesados de transporte de mercancías. Un modo en el que estas emisiones pueden reducirse es propulsando tales vehículos con motores de combustible doble los cuales, al menos durante un tiempo, estén alimentados predominantemente por metano, por ejemplo.

En la mayoría de los países del mundo, existen regulaciones para limitar el nivel de emisiones de escape producidas por, por ejemplo, vehículos de carretera. Estas regulaciones se están volviendo más exigentes que nunca con el fin de impedir que el ambiente llegue a contaminarse más.

Uno de los principales contaminantes contenidos en los gases de escape de un motor alimentado con diesel es el óxido de nitrógeno (NOx) . Como se conoce en la técnica, NOx es el término genérico de mononitrógeno (NO y NO2) .

A fin de cumplir dichas regulaciones de emisiones se conoce el uso de un catalizador conocido como un catalizador de reducción catalítica selectiva (RCS) en el sistema de escape de un motor diesel con el fin de permitir que los niveles de NOx en los gases de escape se reduzcan. Tal catalizador forma parte de un sistema de reducción catalítica selectiva (RCS) . Sistemas de RCS conocidos comprende un catalizador RCS utilizado en combinación con urea.

Un sistema de reducción catalítica selectiva (RCS) es un medio de eliminar los óxidos de nitrógeno de los gases de escape a través de un reacción química entre los gases de escape, un agente reductor, y un catalizador.

Un agente reductor gaseoso o líquido, más comúnmente amoníaco o urea, es añadido a una corriente de gas de escape. La mezcla es entonces absorbida por un catalizador. El agente reductor reacciona con NOx en los gases de escape para formar vapor de agua inocuo (H2O) y gas nitrógeno (N2) .

Se conoce utilizar un catalizador en base a vanadio, o un catalizador con zeolitas como un catalizador RCS en un sistema RCS.

Los catalizadores de vanadio tienden a desactivarse a temperaturas por encima de 600°C, mientras que los catalizadores que incorporan zeolitas son más duraderos a mayores temperaturas y son por ello normalmente capaces de soportar funcionamiento prolongado a temperaturas por encima de los 650°C, además de breve exposición a temperaturas entre 750 y 800°C.

Se conoce además utilizar catalizadores de zeolita de intercambio de hierro y cobre junto con urea como un reductor para formar un sistema eficiente de RCS.

El catalizador RCS podría por supuesto estar formado por cualquier material adecuado.

Cuando NOx reacciona con el reactivo (urea o amoníaco) suceden las siguientes reacciones químicas:

6NO + 4NH3 - 5 N2 + 6 H2O

4NO + 4 NH3 + O2 - 4 N2 + 6 H2O

6NO2 + 8 NH3 - 7 N2+ 12 H2O

NO2 + 4 NH3 + O2 - 3 N2 + 6 H2O NO + NO2+ 2 NH3 - 2 N2 + 3 H2O

Cuando se utiliza urea como reactivo, se inyectan soluciones de urea en agua en una corriente de gases de escape y se evaporan. Esto es entonces seguido de la descomposición de la urea para producir amoníaco y dióxido de carbono. Es preferible utilizar urea antes que amoníaco debido a la toxicidad y problemas de manipulación resultantes asociados con el uso de amoníaco.

GB 2 381 218 revela un aparato para tratar una corriente de gases de escape, particularmente una corriente de gases de escape de un motor de combustión interna. El aparato comprende diversos compartimentos dentro de los cuales deben realizarse uno o más tratamientos sobre una corriente de gas y a través de los cuales la corriente de gas tiene que fluir secuencialmente. Un compartimento contiene un elemento de tratamiento para oxidación catalítica, luego una región de mezcla que incluye medios adicionales para añadir un agente reductor a la corriente de gas. La región de mezcla también incluye medios inductores de turbulencia para provocar turbulencia dentro de la corriente de gas, y al menos un compartimento adicional que contiene un elemento de tratamiento para un tratamiento catalítico. Los medios inductores de turbulencia dentro de la región de mezcla se disponen de modo que la corriente de gas que deja la región de mezcla no tenga sustancialmente remolinos.

Cuando un motor de combustión interna funciona en el segundo modo y es alimentado predominantemente por metano, un contaminante principal contenido en los gases de escape s metano no quemado. Se conoce el uso de un catalizador oxidante de metano para facilitar una reducción de metano en dichos gases de escape. Un catalizador oxidante permite al metano no quemado reaccionar con oxígeno para producir dióxido de carbono y agua.

Una vez que los gases de escape han pasado a través del catalizador de metano, la temperatura de los gases de escape variará dependiendo del modo en el que el motor esté funcionando. Cuando el motor esté funcionando en el segundo modo, predominantemente con metano, el exceso de metano se oxidará al pasar a través del catalizador de metano. Esta reacción genera calor aumentando con ello la temperatura de los gases de escape a 450 -650°C. Por otro lado, cuando el motor está funcionando en el modo primero en el que el diesel es el combustible predominante, no existirá ningún exceso de metano a oxidar y por tanto la temperatura de los gases de escape permanecerá sustancialmente a 250 -450°C.

Se conoce que un catalizador oxidante de metano normalmente funciona eficazmente sólo a o por encima de una temperatura mínima de “encendido”. Esta temperatura es normalmente alrededor de 425 a 475°C.

Según la presente invención se proporciona un sistema de escape para un motor de combustible doble que comprende un conjunto catalizador que comprende:

un primer catalizador que comprende un catalizador oxidante de metano;

un segundo catalizador que comprende un catalizador de reducción catalítica selectiva, el primer catalizador siendo posicionado aguas arriba del segundo catalizador;

en el que el conjunto catalizador es básicamente cilíndrico el primer y segundo catalizadores son cada uno sustancialmente cilíndricos y son sustancialmente coaxiales, el segundo catalizador teniendo un diámetro transversal que es mayor que el diámetro transversal del primer catalizador; caracterizado porque el conjunto catalizador además comprende: una primera guía para guiar los gases de escape desde el motor y a través del primer catalizador; y

una segunda guía para guiar los gases de escape a través del segundo catalizador después de que los gases de escape hayan pasado a través del primer catalizador-, la primera guía comprende un volumen cerrado que tiene placa deflectora perforada.

Por medio del sistema de escape de la presente invención, todos los gases de escape sean producidos cuando el motor de combustible doble está funcionando en un primer modo alimentado predominantemente por un combustible líquido, o en un segundo modo alimentado predominantemente por un combustible gaseoso pasarán inicialmente a través del primer catalizador y luego a través del segundo catalizador.

Preferiblemente, el sistema de escape comprende una entrada y una salida.

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1. Un conjunto catalizador (2) para un motor de combustible doble, el conjunto catalizador comprendiendo:

un primer catalizador (41) que comprende un catalizador oxidante de metano;

un segundo catalizador (6) que comprende un catalizador de reducción catalítica selectiva, el primer catalizador estando posicionado aguas arriba del segundo catalizador;

en el que el conjunto catalizador es sustancialmente cilíndrico el primero y segundo catalizadores son cada uno sustancialmente cilíndricos y son sustancialmente coaxiales, el segundo catalizador con un diámetro de sección transversal que es mayor que el diámetro de sección transversal del primer catalizador; caracterizado porque el conjunto catalizador comprende además:

una primera guía (12) para guiar gases de escape desde el motor y a través del primer catalizador; y

una segunda guía (14) para guiar gases de escape a través del segundo catalizador después de que los gases de escape hayan pasado a través del primer catalizador-, en donde la primera guía comprende un volumen cerrado que tiene una placa deflectora perforada.

2. Un conjunto catalizador según la Reivindicación1 en donde el segundo catalizador rodea al primer catalizador.

3. Un sistema de escape (10) para un motor de combustible doble (100) que comprende un conjunto catalizador según la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2.

4. Un sistema de escape según la Reivindicación 3 que comprende además un inyector (16) para inyectar urea dentro del sistema de escape, el inyector estando posicionado entre el primer y segundo catalizadores.

5. Un sistema de escape según la Reivindicación 3 o la Reivindicación 4 que comprende además un disipador de calor (18) posicionado aguas abajo del primer catalizador y aguas arriba del segundo catalizador.

6. Un sistema de escape según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 en donde el conjunto catalizador comprende una entrada (30) y una salida (22) .

7. Un sistema de escape según la Reivindicación 6 en donde la entrada (20) forma parte de, y se extiende desde, el primer catalizador (4) .

8. Un sistema de escape según la Reivindicación 6 o la Reivindicación 7 en donde la salida (22) forma parte de, y se extiende desde, el segundo catalizador (6) .

9. Un motor de combustible doble (100) que comprende un sistema de escape (10) según cualquiera de las Reivindicaciones 3 a 8.

10. Un método para eliminar óxido de nitrógeno y metano de gases de escape de un motor de combustible doble

(100) que comprende los pasos de:

guiar los gases de escape desde el motor y a un primer catalizador (4) que forma parte de un conjunto catalizador, utilizando una primera guía (12) que comprende un volumen cerrado que tiene una placa deflectora perforada;

pasar gases de escape a través del primer catalizador, el primer catalizador comprendiendo un catalizador oxidante de metano;

hacer que los gases de escape entren en contacto con un reactivo;

guiar los gases de escape desde el primer catalizador y a un segundo catalizador (6) , utilizando una segunda guía (14) ; y

pasar los gases de escape a través del segundo catalizador, el segundo catalizador comprendiendo un catalizador de reducción selectiva.

E S T39 514 8T

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