Catalizadores de zeolita CHA de cobre.

Un catalizador que comprende: una zeolita que tiene la estructura cristalina de CHA y una relación molar de sílice con respecto a alúmina de 15 a 256 y una relación atómica de cobre con respecto a aluminio de 0,25 a 0,50.

Catalizadores de zeolita CHA de cobre

Campo técnico

Realizaciones de la invención se refieren a zeolitas que tienen la estructura cristalina de CHA, métodos para su fabricación y catalizadores que comprenden tales zeolitas. Más particularmente, las realizaciones de la invención se 5 refieren a catalizadores de zeolita CHA de cobre y a métodos para su fabricación y uso en sistemas de tratamiento de gases de escape.

Técnica anterior Las zeolitas son materiales cristalinos de aluminosilicato que tienen tamaños de poro bastante uniformes que, dependiendo del tipo de zeolita y el tipo y cantidad de cationes incluidos en la red cristalina de la zeolita, normalmente 10 oscilan de aproximadamente 3 a 10 Angstroms de diámetro. Tanto las zeolitas sintéticas como las naturales y su uso en promover ciertas reacciones, que incluyen la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno con amoniaco en presencia de oxígeno, son muy conocidos en la técnica. El documento US 6 709 644 B2 se refiere a zeolitas que tienen la estructura cristalina de chabazita (CHA) y que tienen pequeño tamaño de la unidad cristalina, a procesos que usan la CHA de unidad cristalina pequeña como catalizador y a procesos de separación de gases que usan la CHA de unidad 15 cristalina pequeña. El documento US 2006/115403 A1 desvela un proceso para la reducción de óxidos en una corriente de gases (por ejemplo, gases de escape de vehículos) que usa un catalizador que comprende un tamiz molecular que tiene la estructura cristalina de CHA y que tiene una relación molar superior a 50 con respecto a 1500 de (1) un óxido seleccionado de óxido de silicio, óxido de germanio o mezclas de los mismos con respecto a (2) un óxido seleccionado de óxido de aluminio, óxido de hierro, óxido de titanio, óxido de galio y mezclas de los mismos. 20

Se conocen catalizadores de zeolita promovidos por metal que incluyen, entre otros, catalizadores de zeolita promovidos por hierro y promovidos por cobre, para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno con amoniaco. La zeolita beta promovida por hierro ha sido un catalizador para la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno con amoniaco. Desafortunadamente, se ha encontrado que bajo condiciones hidrotérmicas agresivas, tales como reducción de NOx del escape de gases a temperaturas que superan 500 ºC, la actividad de muchas zeolitas 25 promovidas por metal empieza a disminuir. Se cree que esta disminución en la actividad es debida a la desestabilización de la zeolita tal como por desaluminación y la posterior reducción de sitios catalíticos que contienen metal dentro de la zeolita. Para mantener la actividad global de la reducción de NOx, deben proporcionarse niveles elevados del catalizador de zeolita promovida por hierro. Como los niveles del catalizador de zeolita se elevan para proporcionar eliminación de NOx adecuada, hay una reducción obvia en la rentabilidad del proceso para la eliminación 30 de NOx a medida que aumentan los costes del catalizador.

Existe un deseo de preparar materiales que ofrezcan actividad de SCR a baja temperatura y/o mejorada durabilidad hidrotérmica con respecto a las zeolitas existentes, por ejemplo, materiales de catalizador que sean estables a temperaturas hasta al menos aproximadamente 650 ºC y mayores.

SumarioLos aspectos de la invención se dirigen a zeolitas que tienen la estructura cristalina de CHA (como se define 35 por la Asociación Internacional de Zeolitas) , catalizadores que comprenden tales zeolitas y a tratamientos de gases de escape que incorporan tales catalizadores. El catalizador puede ser parte de un sistema de tratamiento de gases de escape usado para tratar corrientes de gases de escape, especialmente aquellas que emanan de motores de gasolina o diesel.

Una realización de la presente invención se refiere a catalizadores de CHA de cobre y a su aplicación en sistemas de 40 gases de escape tales como aquellos diseñados para reducir los óxidos de nitrógeno. En realizaciones específicas, se proporcionan novedosos catalizadores de chabazita de cobre que presentan SCR con NH3 mejorada de NOx. Los catalizadores de chabazita de cobre preparados según una o más realizaciones de la presente invención proporcionan un material de catalizador que presenta excelente estabilidad hidrotérmica y alta actividad catalítica con respecto a un amplio intervalo de temperaturas. Cuando se comparan con otros catalizadores zeolíticos que encuentran aplicación en 45 este campo, tales como las zeolitas beta de Fe, los materiales del catalizador de CHA de cobre según realizaciones de la presente invención ofrecen actividad a baja temperatura y estabilidad hidrotérmica mejoradas.

Una realización de la invención se refiere a un catalizador que comprende una zeolita que tiene la estructura cristalina de CHA y una relación molar de sílice con respecto a alúmina superior a aproximadamente 15 y una relación atómica de cobre con respecto a aluminio que supera aproximadamente 0, 25. En una realización específica, la relación molar 50 de sílice con respecto a alúmina es de aproximadamente 15 a aproximadamente 256 y la relación atómica de cobre con respecto a aluminio es de aproximadamente 0, 25 a aproximadamente 0, 50. En una realización más específica, la relación molar de sílice con respecto a alúmina es de aproximadamente 25 a aproximadamente 40. En una relación incluso más específica, la relación molar de sílice con respecto a alúmina es aproximadamente 30. En una realización particular, la relación atómica de cobre con respecto a aluminio es de aproximadamente 0, 30 a aproximadamente 0, 50. En una realización específica, la relación atómica de cobre con respecto a aluminio es aproximadamente 0, 40. En una realización específica, la relación molar de sílice con respecto a alúmina es de aproximadamente 25 a aproximadamente 40 y la relación atómica de cobre con respecto a aluminio es de aproximadamente 0, 30 a aproximadamente 0, 50. En otra realización específica, la sílice con respecto a alúmina es aproximadamente 30 y la 5 relación atómica de cobre con respecto a alúmina es aproximadamente 0, 40.

En una realización particular, el catalizador contiene cobre intercambiado con iones y una cantidad de cobre no intercambiado suficiente para mantener el rendimiento de la conversión de NOx del catalizador en una corriente de gases de escape que contiene los óxidos de nitrógeno después del envejecimiento hidrotérmico del catalizador. En una realización, el rendimiento de la conversión de NOx del catalizador a aproximadamente 200 ºC después del 10 envejecimiento es de al menos el 90 % del rendimiento de la conversión de NOx del catalizador a aproximadamente 200 ºC antes del envejecimiento. En una realización particular, el catalizador contiene al menos aproximadamente el 2, 00 por ciento en peso de óxido de cobre.

En al menos una realización, el catalizador se deposita sobre un sustrato de nido de abeja. En una o más realizaciones, el sustrato de nido de abeja comprende un sustrato de pared filtrante. En otras realizaciones, el sustrato 15 de nido de abeja comprende un sustrato de flujo pasante. En ciertas realizaciones, al menos una porción del sustrato de flujo pasante está recubierta con CuCHA adaptada para reducir los óxidos de nitrógeno contenidos en una corriente de gases que circula a través del sustrato. En una realización específica, al menos una porción del sustrato de flujo pasante está recubierta con Pt y CuCHA adaptada para oxidar el amoniaco en la corriente de gases de escape.

En realizaciones que utilizan un sustrato de pared filtrante, al menos una porción del sustrato de pared filtrante está 20 recubierta con CuCHA adaptada para reducir los óxidos de nitrógeno contenidos en una corriente de gases que circula a través del sustrato. En otras realizaciones, al menos una porción del sustrato de pared filtrante está recubierta con Pt y CuCHA adaptada para oxidar el amoniaco en la corriente de gases de escape.

En una realización específica, un artículo de catalizador comprende un sustrato de nido de abeja que tiene una zeolita que tiene la estructura cristalina de CHA depositada sobre el sustrato, teniendo la zeolita una relación molar de sílice 25 con respecto a alúmina superior a aproximadamente 15 y una relación atómica de cobre con respecto a aluminio que supera aproximadamente 0, 25 y que contiene una cantidad de cobre libre que supera el cobre intercambiado con iones. En una realización, el cobre libre está presente en una cantidad suficiente para prevenir la degradación hidrotérmica de la conversión del óxido de nitrógeno del catalizador. En una o más realizaciones, el cobre libre previene la degradación hidrotérmica de la conversión del... [Seguir leyendo]

1. Un catalizador que comprende: una zeolita que tiene la estructura cristalina de CHA y una relación molar de sílice con respecto a alúmina de 15 a 256 y una relación atómica de cobre con respecto a aluminio de 0, 25 a 0, 50.

2. El catalizador de la reivindicación 1, en el que la relación molar de sílice con respecto a alúmina es de 25 a 40.

3. El catalizador de la reivindicación 1, en el que la relación atómica de cobre con respecto a aluminio es de 0, 30 a 5 0, 50.

4. El catalizador de la reivindicación 1, en el que el catalizador contiene al menos 2, 00 por ciento en peso de óxido de cobre.

5. El catalizador de la reivindicación 1, en el que el catalizador es depositado sobre un sustrato de nido de abeja.

6. El catalizador de la reivindicación 5, en el que el sustrato de nido de abeja comprende un sustrato de pared filtrante. 10

7. El catalizador de la reivindicación 5, en el que el sustrato de nido de abeja comprende un sustrato de flujo pasante.