Zona de catalizador revestido, sistema de catalizador y metodo para reducir simultáneamente NOx y amoniaco sin reaccionar.

Un artículo del catalizador que se compone de un sustrato que se compone de una zona del catalizador de entrada y una zona del catalizador de salida,

donde dicho sustrato tiene un extremo de entrada, un extremo de salida, una longitud comprendida entre el extremo de entrada al extremo de salida, elementos de pared y una pluralidad de canales definidos por los elementos de pared;

donde la composición del catalizador de SCR se dispone sobre los elementos de la pared desde el extremo de entrada hacia el extremo de salida a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para formar una zona catalítica de entrada; y

una composición del catalizador de destrucción de NH3 que se compone de un componente de meta del grupo de platino que se dispersa en un óxido de metal refractario, donde la composición de catalizador de destrucción de NH3 se dispone sobre los elementos de la pared desde el extremo de salida hacia el extremo de entrada a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para forma una zona catalítica de salida; y

donde hay un componente de metal del grupo de platino desde 0.0176 a 0.176 g/L (0.5 a 5 g/ ft3) en la zona catalítica de salida y hay una zona no recubierta de al menos 6.35 mm (0.25 pulgadas) entre las zonas de entrada y de salida.

La presente invención se refiere a un sistema de tratamiento de emisiones y el método para reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) de los gases de escape de un motor de combustión interna.

Los motores de combustión interna que funcionan en condiciones de combustión con grandes excesos de aire que se necesitan para la combustión estequiométrica, es decir, condiciones de escasez, presentan dificultades particulares en la eliminación de NOx de los gases de escape. Por ejemplo, muchos diésel necesitan estrategias específicas de eliminación de NOx para cumplir con los estándares de reducción de emisiones futuras adoptadas en todo el mundo.

Una tecnología de eliminación de NOx aplicada a fuentes estacionarias con condiciones de escape pobres, es la Reducción Catalítica Selectiva (SCR) que utiliza amoniaco (NH3) o un NH3 precursor. En los procesos que utilizan esta tecnología, NOx se reduce con el amoniaco (NH3) a nitrógreno (N2) sobre un catalizador que suele componerse de óxidos de metal base. La tecnología es capaz de reducir el NOx superior al 90 %, y, por lo tanto, representa una de las mejores estrategias para alcanzar metas agresivas de reducción de NOx. SCR está en fase de desarrollo para aplicaciones móviles, con urea (normalmente presentes en una solución acuosa) como la fuente de amoniaco. SCR ofrece conversiones de NOx eficientes mientras que la temperatura de los gases de escape esté en el rango de temperatura del catalizador.

La utilización de un reductor, como el amoniaco requiere que el amoniaco se mida en el sistema de escape, en cantidades proporcionales a la cantidad de NOx en los gases de escape para que se logre el tratamiento adecuado de NOx, de modo que no pasen si reaccionar grandes excesos de amoniaco a través del sistema de escape. El amoniaco en el escape puede contribuir a las partículas y, en altas concentraciones, puede conducir a un olor característico e irritante.

Los motores diésel funcionan bajo condiciones transitorias, que es que la velocidad del motor y de la carga varían en un intervalo de tiempo de unos pocos segundos. La cantidad de NOx en los gases de escape varía de acuerdo con la evolución de las condiciones de funcionamiento y, en consecuencia, la cantidad del reactivo el amoniaco que se mide en el escape del mismo modo se mide en proporción al NOx en los gases de escape. Teóricamente, el amoniaco en exceso de la cantidad necesaria para reaccionar completamente con los óxidos de nitrógeno presentes, es favorable para la conducción de la reacción hasta su terminación. Sin embargo, en la práctica, proporcionar al sistema con un importante exceso de amoniaco; más cantidad estequiométrica, no se hace debido a la responsabilidad de la descarga de amoniaco sin reaccionar a la atmósfera.

Dicha descarga de amoniaco sin reaccionar puede ocurrir incluso en casos en los que el amoniaco está presente sólo en una cantidad estequiométrica o subestequiométrica, como resultado de reacción incompleta y/o mala mezcla del amoniaco en la corriente de gas, lo que da como resultado la formación de canales de alta concentración de amoniaco. Esta canalización es de particular preocupación cuando se utilizan catalizadores que se componen de soportes monolíticos de tipo panal que se componen de cuerpos refractarios que tiene una pluralidad de, vías finas de flujo de gas paralelas que se extiende a través del mismo. A diferencia de lo que ocurre con los cauces del catalizador de partículas, no hay ninguna oportunidad para la mezcla de gases entre los canales.

Las disposiciones se incluyen a menudo en sistemas catalizadores SCR para regular la dosificación del reductor para tener en cuenta los cambios en las condiciones del funcionamiento del motor. Sin embargo, pese a sofisticados controles de dosificación, el vehículo puede funcionar bajo condiciones que dan lugar a un exceso de amoniaco sin reaccionar a través del cauce del catalizador SCR como parte de los gases de escape del motor.

Otra estrategia que se puede utilizar en combinación con los controles de dosificación del amoniaco descritos anteriormente es la de incluir más adelante el catalizador de destrucción de NH3 del catalizador SCR. El montaje del catalizador SCR con una destrucción posterior de NH3 del catalizador ofrece un sistema de tratamiento de emisiones que puede oxidar un exceso de amoniaco que no se consume en la reacción SCR a N2 . Por lo tanto, el sistema puede, en principio, incluir inyección de las cantidades de amoniaco en el flujo de los gases de escape que sean mayores que la cantidad estequiométrica necesaria para tratar los NOx, con menor riesgo de amoniaco en la atmósfera.

La técnica anterior describe catalizadores que combinan una zona del catalizador SCR anterior una zona posterior de oxidación NH3 . Estas referencias se describen a continuación.

La patente de Estados Unidos Nº 3.970.739 revela un proceso para separar nitrógenos amoniacales y materiales orgánicos, en forma de gases, que están presentes en aguas residuales de proceso para descargarse de las plantas. Los gases se utilizan en la síntesis de amoniaco, y se fabrican para reformar el hidrocarburo con vapor. El proceso incluye la descomposición de materiales orgánicos selectivamente en presencia de un catalizador a una

temperatura de alrededor de 120 a 400 °C, mezclando el resto de gases con gases de combustión que contienen NOx, reaccionando la mezcla de gases en un catalizador a una temperatura alrededor de 150 a 700 °C, y descomponiendo el amoniaco sin reaccionar, si los hubiera, en presencia de un catalizador a una temperatura de unos 150 a 700 °C para volver a las sustancias nocivas en inocuas.

Se describe también un tratamiento de sistema de oxidación de -NH3 por etapas para el tratamiento de una corriente de gas de un motor de combustión de hidrocarburos que contiene óxido nítrico en la Patente de Estados Unidos Nº 4.188.364 ( "la patente '364 " ) . El óxido nítrico reacciona con amoniaco en un primer catalizador que se compone de óxidos inorgánicos y, a continuación, el exceso de amoniaco reacciona con oxígeno en un segundo catalizador para formar sustancialmente el flujo de escape de óxido nítrico libre y amoniaco libre. En general, el segundo catalizador se expone para constituir un metal noble del Grupo VIII como el platino, el paladio, rodio rutenio, osmio, iridio o similares o mezcla de éstos incluidos en un catalizador de sólido poroso, por lo general un soporte de óxido inorgánico como la alúmina o similares.

La de Patente de Estados Unidos Nº 4.438.082 ( "la patente '082") revela, entre otras cosas, un sistema catalizador de dos etapas teniendo una primera etapa compuesta de V2O5/AI2O3 y una segunda etapa compuesta de Pt/Au/ AI2O3. Se dice que el catalizador de pentóxido de es ideal para proporcionar dicha acción catalítica entre 300 y 550 °C, y los catalizadores de oro platino son útiles para reducir el NOx con amoniaco con el oxígeno en el rango de unos 225 a 400 °C. Se dice que el catalizador de platino oro es útil para reducir el NOx en flujos de gas con un rango de temperatura de alrededor de 225 a 400 °C, o si el catalizador de platino oro se utiliza siguiendo a los catalizadores de pentóxido de vanadio, entonces se puede llevar a cabo una efectiva reducción de NOx por el sistema en el rango de alrededor 225 a 550 °C. En una configuración descrita en la patente '082, uno de los extremos de un solo soporte puede ser recubierto con pentóxido de vanadio mientras que el otro extremo puede ser recubierto el catalizador de platino oro.

Un sistema catalizador de dos zonas para la reducción catalítica de NOx se describió también en la Patentes de Estados Unidos Nº 5.024.981 ( "la patente '981" ) . Una zona primera o anterior del sistema tiene una composición del catalizador zeolita que tiene como carga impulsora un metal inferior (por ejemplo, el hierro o cobre) al metal de la carga impulsora de la segunda zona o zona posterior, la cual además incluye una composición del catalizador de zeolita. Se dice que la composición del catalizador en la primera zona favorece la reducción de los óxidos de nitrógeno y se dice que el segundo catalizador favorece la oxidación y descomposición del exceso de amoniaco.

Patente de Estados Unidos Nº 5.120.695 ( "la patente '695") describe un catalizador de una pieza para la purificación de gases de escape de los motores de combustión interna y turbinas de gas que se accionan por encima de la relación estequiométrica. El soporte de cerámica o metálico tiene un catalizador de reducción en su borde de la parte anterior y un catalizador de oxidación en su borde de la parte posterior. Los gases de escape entran en contacto en sucesión inmediata en la forma... [Seguir leyendo]

1. Un artículo del catalizador que se compone de un sustrato que se compone de una zona del catalizador de entrada y una zona del catalizador de salida, donde dicho sustrato tiene un extremo de entrada, un extremo de salida, una longitud comprendida entre el extremo de entrada al extremo de salida, elementos de pared y una pluralidad de canales definidos por los elementos de pared; donde la composición del catalizador de SCR se dispone sobre los elementos de la pared desde el extremo de entrada hacia el extremo de salida a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para formar una zona catalítica de entrada; y una composición del catalizador de destrucción de NH3 que se compone de un componente de meta del grupo de platino que se dispersa en un óxido de metal refractario, donde la composición de catalizador de destrucción de NH3 se dispone sobre los elementos de la pared desde el extremo de salida hacia el extremo de entrada a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para forma una zona catalítica de salida; y donde hay un componente de metal del grupo de platino desde 0.0176 a 0.176 g/L (0.5 a 5 g/ ft3) en la zona catalítica de salida y hay una zona no recubierta de al menos 6.35 mm (0.25 pulgadas) entre las zonas de entrada y de salida.

2. Un sistema de tratamiento de emisiones, que se compone de:

(a) un inyector para medir periódicamente amoniaco o un precursor de amoniaco en una corriente de escape;

(b) un sustrato que se compone de una composición del catalizador de SCR, de aguas abajo del inyector; donde el sustrato tiene un extremo de entrada, un extremo de salida, una longitud que se extiende entre el elemento de entrada al elemento de salida, elementos de la pared y una pluralidad de canales definidos por los elementos de la pared;

donde la composición del catalizador de SCR se dispone sobre los elementos de la pared desde el extremo de entrada hacia el extremo de salida a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para formar una zona de entrada; una composición del catalizador de destrucción de NH3 que se compone de un componente de metal del grupo de platino dispersa sobre un óxido de metal refractario, donde la composición del catalizador de destrucción de NH3 se dispone sobre los elementos de la pared desde el extremo de salida hacia el extremo de entrada a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para formar una zona de salida; y donde hay un componente de metal del grupo de platino desde 0.0176 a 0.176 g/L (0.5 a 5 g/ ft3) en la zona de salida y hay una zona no recubierta de al menos 6.35 mm (0.25 pulgadas) entre las zonas de entrada y de salida.

3. El artículo de la reivindicación 1 o el sistema de tratamiento de las emisiones de la reivindicación 2, donde el componente de metal del grupo de platino se selecciona del grupo que consiste de componentes de platino, paladio, rodio e iridio, y sus combinaciones.

4. El artículo de la reivindicación 1 o del sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 2, donde la composición del catalizador de destrucción de NH3 además se compone de un componente de cerio.

5. El artículo o el sistema de tratamiento de emisión de la reivindicación 4, donde el componente cerio se encuentra a granel.

6. El artículo de la reivindicación 1 o del sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 2, donde la composición del catalizador de destrucción de SCR se compone de V2 O5, W O3 y TiO2.

7. El artículo de la reivindicación 1 o del sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 2, donde la composición del catalizador de destrucción de SCR se compone de zeolita.

8. El artículo o el sistema de tratamiento de emisión de la reivindicación 7, donde la zeolita contiene una zeolita de cobre intercambiado.

9. El artículo o el sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 7, donde la zeolita incluye un promotor de hierro presente en la zeolita en una cantidad de desde 0.1 a 30 por ciento por peso del peso total del promotor más zeolita.

10. El artículo de la reivindicación 1, donde el sustrato se selecciona del grupo que consiste de un sustrato de flujo a través de nido de abeja y un sustrato de flujo de pared de nido de abeja.

11. El artículo de la reivindicación donde el sustrato es un sustrato de flujo a través de nido de abeja.

12. El sistema del tratamiento de emisiones de la reivindicación 2, además se compone de un sustrato adicional interpuesto y en comunicación fluida con el inyector y el sustrato.

13. El sistema de tratamiento de las emisiones de la reivindicación 12, donde el sustrato y el sustrato adicional se seleccionan del grupo que consiste de un sustrato de flujo a través de nido de abeja, un sustrato de espuma de celda abierta y un sustrato de flujo de pared de nido de abeja.

14. El sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 13, donde el sustrato adicional es un sustrato de flujo a través de nido de abeja que se compone de una composición del catalizador adicional de SCR.

15. El artículo de la reivindicación 1 o el sistema de tratamiento de emisiones de la reivindicación 2, donde el componente de metal del grupo de platino se sufalta.

16. Un método para reducir las emisiones de NOx en la corriente de escape producida a partir de un motor de combustión interno, el método de se compone de:

(a) medición del amoniaco a intervalos periódicos o precursor del amoniaco en el flujo de escape;

(b) paso de la corriente d escape a través de un sustrato que se compone de una composición del catalizador de SCR; donde el sustrato tiene un extremo de entrada, un extremo de salida, una longitud comprendida entre el extremo de entrada al extremo de salida, elementos de pared y una pluralidad de canales definidos por los elementos de pared;

donde la composición del catalizador de SCR está dispuesto sobre los elementos de la pared desde el extremo de entrada hacia el extremo de salida a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para formar una zona de entrada; donde la composición del catalizador de destrucción de NH3 se compone de un componente de metal del grupo de

platino dispersado en el óxido de metal refractario, donde la composición del catalizador de destrucción de NH3 se dispones en los elementos de la pared desde el extremo de salida hacia el extremo de entrada a una longitud que es menor que la longitud axial del sustrato para formar una zona de salida; y donde hay desde 0.0176 a 0.176 g/L (0.5 a 5 g/ ft3) del componente de metal del grupo de platino en la zona de salida y hay una zona sin recubrimiento de al menos 6.35 mm (0.25 pulgadas) entre las zonas de entrada y salida.

17. El método de la reivindicación 16, donde la cantidad de amoniaco o el precursor de amoniaco medido en el flujo de escape proporciona una tasa estequiométrica normalizada de entre 0, 2 a 2, 0..

18. El método de la reivindicación 16, además se compone de (al) que pasa la corriente de escape a través del

sustrato adicional que se compone de una composición del catalizador de SCR adiciona, después de (a) y antes de (b) .