Sistema de tratamiento para gas de escape de motor de gasolina.

Un sistema de tratamiento para una corriente de gases de escape de un motor de gasolina que comprende un filtro de partículas,

comprendiendo dicho filtro de partículas:

un sustrato de filtro de partículas,

una capa de entrada dispuesta sobre la superficie de entrada de gas de escape del sustrato de filtro, y una capa de salida dispuesta sobre la superficie de salida de gas de escape del sustrato de filtro, en el que la capa de entrada comprende Rh y/o Pd, y la capa de salida comprende Rh y/o una zeolita, y en el que dicho sistema además comprende un catalizador de conversión de tres vías (TWC) y/o una trampa para NOx que está en comunicación de fluido con el filtro de partículas.

Sistema de tratamiento para gas de escape de motor de gasolina Campo de la invención La presente invención se refiere a un sistema de tratamiento de una corriente de escape de un motor de gasolina y a un procedimiento para el tratamiento de un gas de escape de un motor de gasolina, en particular a un sistema de tratamiento y un procedimiento para el tratamiento de un gas de escape de un motor de gasolina procedente de motores de inyección directa de gasolina.

Antecedentes Aunque inicialmente los motores de gasolina se operaron de manera que no se formaran partículas, posteriormente se introdujeron las tecnologías de inyección directa (GDI) que implicaron condiciones de combustión estratificada que dieron lugar a condiciones de combustión pobres y una mejor eficacia de combustible. No obstante, dichas condiciones pueden conducir a la generación de partículas. Las emisiones de partículas para los motores de inyección directa están sometidas a normativa que incluye las normas futuras Euro 5 (Septiembre de 2009) y 6 (Septiembre de 2014) . Los sistemas de pos tratamiento existentes para los motores de gasolina no resultan apropiados para lograr la norma propuesta de materia particulada. Al contrario que las partículas generadas por los motores de combustión pobre diesel, las partículas generadas por los motores de inyección directa de gasolina tienden a ser más finas y a generarse en cantidades menores. Esto se debe a las diferentes condiciones de combustión de un motor diesel en comparación con un motor de gasolina. Por ejemplo, los motores de gasolina operan a una temperatura más elevada que los motores diesel. De este modo, el gas de escape de los motores diesel muestra generalmente temperaturas que varían desde 250 hasta 500 º C, mientras que el gas de escape procedente de un motor de gasolina normalmente tiene una temperatura que varía de 800 a 900 º C. De igual forma, los componentes de hidrocarburos son diferentes en las emisiones de motores de gasolina en comparación con los motores diesel.

De este modo, debido a la diferente composición y temperatura de las corrientes de gases de escape que proceden de los motores de gasolina en comparación con los motores diesel, en particular con respecto a las proporciones bastante menores de hollín con respecto a hidrocarburos, monóxido de carbono y contaminantes de gas de escape de óxidos de nitrógeno, respectivamente, es necesario un concepto de tratamiento diferente tanto para el tipo como para la composición del aparato implicado en el tratamiento de los gases de escape tal como filtro de partículas, TWC, y trampas para NOx, así como en la configuración de estos componentes en un sistema adaptado para el tratamiento de las corrientes de gases de escape. De manera más específica, mientras que las corrientes de gases de escape de los motores diesel normalmente contienen aproximadamente un 0-14 % de hidrocarburos totales, CO y contaminantes de NOx, (es decir aproximadamente 1, 2 g/km de hidrocarburos, aproximadamente 0, 3 g/km de CO y aproximadamente 0, 23 g/km de NOx) para aproximadamente 0, 02-0, 07 g/km de hollín, el gas de escape de un motor de gasolina normalmente contiene aproximadamente un 1, 1 % en peso de hidrocaburos totales, CO y contaminantes de NO (es decir aproximadamente 5, 2 g/km de hidrocarburos, aproximadamente 1, 5 g/km de CO y aproximadamente 3, 4 g/km de NOx) para aproximadamente 0, 0001-0, 001 g/km de hollín. Aunque normalmente el gas de escape procedente de los motores de inyección directa de gasolina contiene bastante menos contaminantes de hidrocarburos, CO y NO y ligeramente más hollín (es decir aproximadamente 0, 001-0, 002 g/km) , estas proporciones se encuentran todavía lejos de parecerse a las composiciones del gas de escape de un motor diesel. Además, las diferencias en cuanto a tamaño y distribución de tamaño de partícula de las partículas de hollín en las corrientes de gases de escape de los motores diesel y gasolina, así como las temperaturas diferentes de las corrientes de gases de escape procedentes de la combustión diesel o gasolina en los respectivos tipos de motores, conducen a escenarios completamente diferentes, de manera que las tecnologías de tratamiento de los gases de escape de un motor diesel pueden no aplicarse de manera sencilla al campo tecnológico del tratamiento de gases procedentes de un motor de gasolina.

Además, la normativa para el tratamiento de las partículas de los gases de escape, normas de emisión para hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y contaminantes de óxido de nitrógeno cada vez es más estricta. Con el fin de cumplir dichas normas, se colocan convertidores catalíticos que contiene catalizadores de tres vías (TWC) en la línea de gas de escape de los motores de combustión interna. En particular, dicho catalizador favorece la oxidación por medio de oxígeno en la corriente de gas de escape de los hidrocarburos no quemados, y del monóxido de carbono así como también la reducción de los óxidos de nitrógeno hasta nitrógeno.

Con respecto al tratamiento de los gases de escape de diesel y las partículas, generalmente la técnica anterior proporciona un catalizador de oxidación aguas arriba de un filtro de partículas. Se proporciona un catalizador de depuración aguas abajo de un catalizador de oxidación y una combinación de filtro de partículas en la solicitud de patente de Estados Unidos Nº . 2007/0137187. Los catalizadores de depuración apropiados aguas abajo del filtro incluyen un catalizador de oxidación adicional o un catalizador de TWC ubicado sobre el soporte de sustrato tal como un monolito de flujo pasante.

Los filtros de partículas usados en los sistemas diesel se han revestido con, por ejemplo, con catalizadores de combustión de hollín que facilitan la regeneración pasiva del hollín. Además, la patente de Estados Unidos Nº .

7.229.597 proporciona un filtro de reducción catalítica selectiva catalizada (SCR) aguas abajo de un catalizador de oxidación para el tratamiento simultáneo de óxidos de nitrógeno (NOx) , materia particulada e hidrocarburos. Además, la solicitud de patente de Estados Unidos Nº . 2004/0219077 divulga un filtro catalizado en comunicación con un gas de escape de diesel. No obstante, la colocación de los catalizadores sobre filtros de hollín conduce a una pérdida gradual de eficacia debida a los componentes perjudiciales de la corriente de gas de escape de diesel. Se requiere una carga suficiente de catalizador para lograr los objetivos de tratamiento, pero esto debería estar equilibrado con la necesidad de proporcionar una retro presión aceptable en el sistema.

Además de esto, el documento EP 2 042 226 A divulga un filtro de partículas para motores con un régimen principalmente estequiométrico con respecto a la proporción aire : combustible de la mezcla de combustión. En particular, dicho documento muestra un diseño de catalizador en forma de capas, en el que una capa que contiene Rh cubre directamente una capa que contiene Pd, y únicamente la capa que contiene Rh comprende además un componente de almacenamiento de oxígeno (OSC) .

Los documentos WO-A 02/26379 y US-A-2006/057046 describen un sistema de tratamiento y un procedimiento para el tratamiento de una corriente de gas de escape de un motor de gasolina que comprende un filtro de partículas, una capa de entrada dispuesta sobre la superficie de entrada de gas de escape del sustrato de filtro, y una capa de salida dispuesta sobre la superficie de salida de gas de escape del sustrato de filtro, en el que la capa de entrada comprende Rh y/o Pd, y la capa de salida comprende Rh o Rh y una zeolita.

Por tanto, el objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de tratamiento para la corriente de gases de escape de un motor de gasolina así como un procedimiento para el tratamiento del gas de escape de un motor de gasolina, en particular en lo que se refiere al tratamiento del gas de escape de un motor de gasolina procedente de motores de gasolina de inyección directa.

Sumario Se proporcionan sistemas de gases de escape y componentes apropiados para su uso junto con los motores de gasolina, en particular aquellos con tecnología de inyección directa, para capturar las partículas además de reducir las emisiones gaseosas de hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y monóxidos de carbono. Los sistemas de tratamiento actuales para dichos motores no tienen filtros de partículas.

En particular, el objeto de la presente invención se logra por medio de un sistema de tratamiento para una corriente de gases de escape de un motor de gasolina que comprende un filtro de partículas, comprendiendo dicho filtro de partículas un sustrato de filtro de partículas, una capa de entrada dispuesta sobre la superficie de entrada de gas... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de tratamiento para una corriente de gases de escape de un motor de gasolina que comprende un filtro de partículas, comprendiendo dicho filtro de partículas:

un sustrato de filtro de partículas, una capa de entrada dispuesta sobre la superficie de entrada de gas de escape del sustrato de filtro, y una capa de salida dispuesta sobre la superficie de salida de gas de escape del sustrato de filtro, en el que la capa de entrada comprende Rh y/o Pd, y la capa de salida comprende Rh y/o una zeolita, y en el que dicho sistema además comprende un catalizador de conversión de tres vías (TWC) y/o una trampa para NOx que está en comunicación de fluido con el filtro de partículas.

2. El sistema de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cuando la capa de entrada comprende Rh y Pd, la capa de salida además comprende Pd.

3. El sistema de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la zeolita está seleccionada entre el grupo que consiste en faujasita, chabazita, clinoptilolita, mordenita, silicalita, zeolita X, zeolita Y, zeolita Y ultraestable, zeolita ZSM-5, zeolita ZSM-12, zeolita SSZ-3, zeolita SAPO 5, ofretita, beta zeolita y sus mezclas.

4. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la capa de entrada y/o de salida comprende además un material de soporte de óxido metálico, estando seleccionado preferentemente dicho material de soporte entre el grupo que consiste en alúmina, circonia, circonia-alúmina, bariaalúmina, lantana-alúmina, lantana-circonia-alúmina y sus mezclas, en el que el material de soporte de óxido metálico es preferentemente gamma-alúmina que preferentemente está impurificada con un metal refractario y/o un metal de las tierras raras, más preferentemente con lantano y/o circonio.

5. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la capa de entrada y/o salida además comprende un componente de almacenamiento de oxígeno (OSC) , estando seleccionado preferentemente dicho OSC entre el grupo que consiste en circonia, ceria, baria, lantana, praseodimia, neodimia y sus mezclas, en el que OSC es más preferentemente ceria y/o circonia, e incluso más preferentemente un material compuesto de ceria-circonia.

6. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones a 1 a 5, en el que la capa de entrada y/o salida comprende además un componente de trampa de NOx, estando seleccionado preferentemente dicho componente de trampa de NOx entre el grupo que consiste en óxidos de metal alcalino, óxidos de metal alcalino térreo, óxidos de metal de las tierras raras y sus mezclas, en el que el componente de trampa de NOx es más preferentemente óxido de bario y/o óxido de estroncio, e incluso más preferentemente óxido de bario.

7. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones a 1 a 6, en el que el sustrato de filtro de partículas es un monolito de flujo pasante, preferentemente un filtro de flujo de pared, en el que el filtro de flujo de pared tiene preferentemente una estructura de nido de abeja.

8. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el catalizador de TWC está ubicado aguas arriba del filtro de partículas.

9. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el catalizador de TWC comprende Rh y/o Pd, preferentemente Pd.

10. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el catalizador de TWC además comprende un material de soporte de óxido metálico, estando preferentemente seleccionado dicho material de soporte entre el grupo que consiste en alúmina, circonia, , circonia-alúmina, baria-alúmina, lantanaalúmina, lantana-circonia-alúmina y sus mezclas, en el que el material de soporte de óxido metálico es más preferentemente gamma-alúmina que preferentemente está impurificada con un metal refractario y/o un metal de las tierras raras, más preferentemente con lantano y/o circonio.

11. El sistema de tratamiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el catalizador de TWC además comprende un OSC, estando seleccionado preferentemente dicho OSC entre el grupo que consiste en circonia, ceria, baria, lantana, praseodimia, neodimia y sus mezclas, en el que OSC es más preferentemente ceria y/o circonia, e incluso más preferentemente ceria.

12. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones a 1 a 11, en el que la trampa de NOx está ubicada aguas arriba del filtro de partículas y preferentemente comprende un compuesto seleccionado entre el grupo que consiste en óxidos de metal alcalino, metal alcalino-térreo, metal de las tierras raras y sus mezclas, en el que más preferentemente la trampa de NOx comprende óxido de bario y/u óxido de estroncio, del modo más preferido óxido de bario.

13. El sistema de tratamiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la trampa para NOx comprende además Pd, preferentemente Pd, Pt y Rh.

14. El sistema de tratamiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el sistema comprende además:

un motor de gasolina, en el que el motor de gasolina es preferentemente un motor de gasolina de inyección directa, y un conducto para gases de escape en comunicación con el motor, en el que el sustrato de filtro de partículas y el catalizador de TWC óptimo y/o la trampa para NOx están dispuestos dentro del conducto para gases de escape.

15. Un procedimiento de tratamiento de gases de escape de un motor de gasolina que comprende:

(i) proporcionar un sistema de tratamiento de acuerdo con la una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, y (ii) conducir la corriente de gas de escape de motor de gasolina a través del sistema de tratamiento, en el que la corriente de gas de escape preferentemente comprende hidrocarburos (HC) , CO, NOx y hollín en unas proporciones en peso de HC:CO:NOx:hollín de (2, 5-7, 0) : (0, 5-3, 0) : (1, 0-4, 7) : (0, 00005-0, 01) .