Tratamiento de los gases de escape de un motor de arranque en frío.

Un proceso para tratar una corriente de gas de escape de un motor de arranque en frío que contienehidrocarburos y otros contaminantes que consiste en hacer fluir dicha corriente de gas de escape del motor sobreuna combinación de tamices moleculares que adsorben preferentemente los hidrocarburos en vez del agua paraproporcionar una primera corriente de escape,

y hacer fluir la primera corriente de gas de escape sobre uncatalizador para convertir cualquiera de los hidrocarburos residuales y otros contaminantes contenidos en la primeracorriente de gas de escape en productos inocuos y proporcionar una corriente de escape tratada y descargar lacorriente de escape tratada a la atmósfera, comprendiendo la combinación de tamices moleculares (1) un tamizmolecular cristalino de poros pequeños que tiene poros no mayores a anillos de 8 miembros que es SSZ-13 y quetiene una relación molar de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) unóxido de un elemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente dedicho primer elemento tetravalente o una mezcla de los mismos y (2) un tamiz molecular cristalino de poro mediograndeque tiene poros al menos tan grandes como anillos de 10 miembros que es SSZ-33 y que tiene una relaciónmolar de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) un óxido de unelemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente de dicho primerelemento de tetravalente o mezcla de los mismos.

Tratamiento de los gases de escape de un motor de arranque en frío.

Campo de la invención La presente invención se refiere al tratamiento de los gases de escape de un motor de arranque en frío usando ciertas zeolitas que tienen diferentes tamaños de poro.

Antecedentes Los productos de desecho gaseosos resultantes de la combustión de combustibles hidrocarbonados, tales como gasolina y fuelóleos, contienen monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno como productos de combustión o de combustión incompleta, y plantean un grave problema de salud con respecto a la contaminación de la atmósfera. Mientras que los gases de escape procedentes de otras fuentes que queman combustible de carbono, tales como motores estacionarios, hornos industriales etc., contribuyen sustancialmente a la contaminación del aire, los gases de escape de los motores de automóviles son la principal fuente de contaminación. Debido a estas preocupaciones por los problemas de salud, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) ha promulgado controles estrictos sobre las cantidades de monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno que los automóviles pueden emitir. La implementación de estos controles ha dado como resultado en el uso de convertidores catalíticos para reducir la cantidad de contaminantes emitidos por los automóviles.

Con el fin de lograr la conversión simultánea de monóxido de carbono, hidrocarburos y contaminantes de óxido de nitrógeno, se ha convertido en un práctica emplear catalizadores conjuntamente con medios para controlar la relación aire a combustible que funcionan en respuesta a una señal de retroalimentación de un sensor de oxígeno en el sistema de escape del motor. Aunque estos catalizadores que controlan los tres componentes funcionan bastante bien después de haber alcanzado la temperatura de funcionamiento de alrededor de 300º C, a temperaturas más bajas no son capaces de convertir cantidades sustanciales de los contaminantes. Lo que esto significa es que cuando un motor y, en particular un motor de automóvil se pone en marcha, el catalizador de control de los tres componentes no es capaz de convertir los hidrocarburos y otros contaminantes en compuestos inocuos.

Se han utilizado lechos adsorbentes para adsorber los hidrocarburos durante la parte de arranque en frío del motor. Aunque el proceso normalmente se utiliza con combustibles hidrocarbonados, los lechos adsorbentes también se pueden utilizar para tratar las corrientes de escape de los motores alimentados con alcohol. El lecho adsorbente se coloca típicamente inmediatamente antes del catalizador. Por lo tanto, se hace fluir primero la corriente de escape a través del lecho adsorbente y luego a través del catalizador. El lecho adsorbente adsorbe preferentemente hidrocarburos sobre agua bajo las condiciones presentes en la corriente de escape. Después de una cierta cantidad de tiempo, el lecho adsorbente ha alcanzado una temperatura (típicamente alrededor de 150º C) a la cual el lecho ya no es capaz de remover hidrocarburos de la corriente de escape. Es decir, en realidad los hidrocarburos son realmente desorbidos del lecho adsorbente en lugar de ser adsorbidos. Esto regenera el lecho adsorbente de modo que pueda adsorber hidrocarburos durante un arranque en frío posterior.

La técnica anterior revela varias referencias relacionadas con el uso de lechos adsorbentes para reducir al mínimo las emisiones de hidrocarburos durante una operación de arranque en frío del motor. Una de tales referencias es la patente de los Estados Unidos No. 3.699.683 en la que se coloca un lecho adsorbente después tanto de un catalizador reductor como de un catalizador de oxidación. Los titulares de la patente revelan que cuando la corriente del gas de escape está por debajo de 200º C, la corriente de gas fluye a través del catalizador reductor, luego a través del catalizador de oxidación y, finalmente, a través del lecho adsorbente, adsorbiendo con ello hidrocarburos sobre el lecho adsorbente. Cuando la temperatura sube por encima de 200º C, la corriente de gas que se descarga desde el catalizador de oxidación se divide en una porción mayor y una menor, la porción mayor se descarga directamente a la atmósfera y la porción menor pasa a través del lecho de adsorbente mediante lo cual se desorbe los hidrocarburos sin quemar y luego fluye la porción menor resultante de esta corriente de escape que contiene los hidrocarburos no quemados desorbidos en el motor donde se queman.

Otra referencia es la patente de los Estados Unidos No. 2.942.932, que enseña un proceso para la oxidación de monóxido de carbono e hidrocarburos que están contenidos en corrientes de gas de escape. El proceso divulgado en esta patente consiste en que se hace fluir una corriente de escape que está por debajo de 800º F en una zona de adsorción que adsorbe el monóxido de carbono y los hidrocarburos y luego se hace pasar la corriente resultante desde esta zona de adsorción a la zona de oxidación. Cuando la temperatura de la corriente de gas de escape alcanza aproximadamente los 800º F, la corriente de escape ya no se pasa a través de la zona de adsorción, sino que pasa directamente a la zona de oxidación con la adición de exceso de aire.

La patente de los Estados Unidos No. 5.078.979, concedida el 7 de enero 1992 a Dunne, que se incorpora aquí por referencia en su totalidad, divulga el tratamiento de una corriente de gas de escape de un motor para evitar las emisiones del arranque en frío utilizando un lecho adsorbente de tamiz molecular. Ejemplos del tamiz molecular incluyen faujasitas, clinoptilolitas, mordenitas, chabazita, silicalita, zeolita Y, zeolita Y ultraestable y ZSM-5.

La patente canadiense No. 1.205.980 divulga un método para la reducción de las emisiones de escape de un vehículo automotriz alimentado con alcohol. Este método consiste en dirigir el gas de escape frío proveniente de la puesta en marcha del motor a través de un lecho de partículas de zeolita y luego sobre un catalizador de oxidación y luego se descarga el gas a la atmósfera. A medida que la corriente del gas de escape se calienta pasa continuamente sobre el lecho de adsorción y a continuación sobre el lecho de oxidación.

La patente de los Estados Unidos No. 5.744.103, concedida el 28 de abril de 1998 a Yamada et al., divulga un adsorbente de hidrocarburos para limpieza del gas de escape del motor. El adsorbente contiene zeolitas de poro grande que tienen anillos de más de 12 miembros ("MR") , zeolitas de poros más pequeños que tienen 8 MR y zeolitas de tamaño de poro intermedio que tienen 10 MR. Ejemplos divulgados de las zeolitas son los que tienen las topologías (como las identifica la Asociación Internacional de Zeolitas ("IZA") ) FAU (por ejemplo, la zeolita Y) , AFY y Beta (es decir, zeolitas de 12 MR) ; CHA (8 MR) , y MFI (por ejemplo, ZSM-5) , MEL y FER (10 MR) .

La patente de los Estados Unidos No. 5.603.216, concedida el 18 de febrero 1997 a Guile et al., divulga la reducción de la cantidad de hidrocarburos emitida durante el arranque del motor (arranque en frío) utilizando dos zonas en el sistema de escape utilizando el (los) mismo (s) o diferente (s) adsorbente (s) de zeolita en cada zona. La (s) zeolita (s) puede (n) ser zeolita (s) de poro pequeño que adsorbe (n) alquenos de bajo peso molecular (etileno y propileno) y zeolita (s) de poro grande que adsorbe (n) hidrocarburos de mayor peso molecular (por ejemplo, pentano) . Los ejemplos descritos de zeolitas son ZSM-5, Beta, gmelinita, mazita, ofretita, ZSM-12, ZSM-18, Berilofosfato-H, boggsita, SAPO-40, SAPO-41, Y ultraestable, mordenita y combinaciones de las mismas.

Elangovan et al., Journal of Physical Chemistr y B. 108, 13059 - 13061 (2004) divulga la zeolita denominada SSZ-33 (una zeolita que tiene la intersección de 10 y 12 poros de MR con un gran espacio vacío en las intersecciones) para ser usada como una trampa de hidrocarburos para reducir las emisiones del arranque en frío. El rendimiento de la SSZ-33 se compara con aquel de las zeolitas Beta, Y, mordenitas y ZSM-5. Se dice que SSZ-33 que tiene un rendimiento superior sobre Beta, Y, mordenitas o ZSM-5.

La publicación de la solicitud de Patente de los Estados Unidos 2005/0166581, publicada el 4 de agosto de 2005 por Davis et al., divulga tamices moleculares utilizados como adsorbentes en trampas de hidrocarburos para un escape de motor. El método comprende poner en contacto el gas de escape con tamices moleculares que tienen la topología CON (por la IZA) . El tamiz molecular CON puede ser utilizado por sí solo o puede ser utilizado con otro adsorbente. Los ejemplos divulgados de tamices moleculares CON son aquellos denominados como SSZ-33, SSZ26 y CIT-1. También se divulga ITQ-4, pero se cree ITQ-4 tiene... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para tratar una corriente de gas de escape de un motor de arranque en frío que contiene hidrocarburos y otros contaminantes que consiste en hacer fluir dicha corriente de gas de escape del motor sobre una combinación de tamices moleculares que adsorben preferentemente los hidrocarburos en vez del agua para proporcionar una primera corriente de escape, y hacer fluir la primera corriente de gas de escape sobre un catalizador para convertir cualquiera de los hidrocarburos residuales y otros contaminantes contenidos en la primera corriente de gas de escape en productos inocuos y proporcionar una corriente de escape tratada y descargar la corriente de escape tratada a la atmósfera, comprendiendo la combinación de tamices moleculares (1) un tamiz molecular cristalino de poros pequeños que tiene poros no mayores a anillos de 8 miembros que es SSZ-13 y que tiene una relación molar de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) un óxido de un elemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente de dicho primer elemento tetravalente o una mezcla de los mismos y (2) un tamiz molecular cristalino de poro mediogrande que tiene poros al menos tan grandes como anillos de 10 miembros que es SSZ-33 y que tiene una relación molar de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) un óxido de un elemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente de dicho primer elemento de tetravalente o mezcla de los mismos.

2. El proceso de la reivindicación 1 en donde los óxidos (1) (a) y (2) (a) son óxido de silicio, y los óxidos (1) (b) y (2) (b) se seleccionan independientemente de óxido de aluminio, óxido de galio, óxido de hierro, óxido de boro, óxido de titanio, óxido de indio, óxido de cinc, óxido de magnesio, óxido de cobalto y mezclas de los mismos.

3. El proceso de la reivindicación 2 en donde los óxidos (1) (b) y (2) (b) son óxido de aluminio.

4. El proceso de la reivindicación 2 en donde el tamiz molecular (1) , el tamiz molecular (2) o ambos contienen un metal seleccionado de Cu, Ag, Au o mezclas de los mismos.

5. El proceso de la reivindicación 2 en donde el motor es un motor de combustión interna, por ejemplo en donde el motor de combustión interna es un motor de automóvil.

6. El proceso de la reivindicación 1 o 2 en donde el motor es alimentado por un combustible hidrocarbonado.

7. El proceso de la reivindicación 1 o 2 en donde el tamiz molecular tiene depositado sobre él un metal seleccionado del grupo que consiste de platino, paladio, rodio, rutenio, y mezclas de los mismos.

8. El proceso de la reivindicación 7 en donde el metal se selecciona entre platino, paladio o una mezcla de platino y paladio.

9. Un proceso para remover metano de una corriente hidrocarbonada gaseosa que comprende pasar una corriente hidrocarbonada que contiene metano sobre un adsorbente que comprende un tamiz molecular cristalino de poro pequeño y un tamiz molecular cristalino de poro medio-grande a una temperatura en el rango de 10º C a 75º C y la recuperación de una corriente de producto con contenido reducido de metano, en donde la relación en peso de los tamices moleculares en el adsorbente está en el rango en peso de 5:1 a 2:1 de tamiz molecular cristalino de poro pequeño/poro medio-grande;

en donde el tamiz molecular cristalino de poro pequeño es SSZ-13 y que tiene una relación en moles de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) un óxido de un elemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente de dicho primer elemento tetravalente o mezcla de los mismos; y

en donde el tamiz molecular cristalino de poro medio-grande es SSZ-33 y que tiene una relación en moles de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) un óxido de un elemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente de dicho primer elemento tetravalente o mezcla de los mismos.

10. Un proceso para remover etileno de una corriente hidrocarbonada gaseosa que comprende pasar una corriente hidrocarbonada que contiene etileno sobre un adsorbente que comprende un tamiz molecular cristalino de poro pequeño y un tamiz molecular cristalino de poro medio-grande a una temperatura en el rango de 10º C a 75º C y la recuperación de una corriente de producto con contenido reducido de etileno, en donde la relación en peso de los tamices moleculares en el adsorbente está en el rango en peso de 5:1 a 1:2 de tamiz molecular cristalino de poro pequeño/poro medio-grande;

en donde el tamiz molecular cristalino de poro pequeño es SSZ-13 y que tiene una relación en moles de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) un óxido de un elemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente de dicho primer elemento tetravalente o mezcla de los mismos; y

en donde el tamiz molecular cristalino de poro medio-grande es SSZ-33 y que tiene una relación en moles de al menos 10 de (a) un óxido de un primer elemento tetravalente con respecto a (b) un óxido de un elemento trivalente, un elemento pentavalente, un segundo elemento tetravalente que es diferente de dicho primer elemento tetravalente o mezcla de los mismos.

11. El proceso de la reivindicación 10 en donde la relación en peso de los tamices moleculares en el adsorbente 10 está en el rango en peso de 5:1 a 2:1 de tamiz molecular cristalino de poro pequeño/por medio-grande.