BRPI0720791A2

BRPI0720791A2 - Aparelho de conversão de gás de escapamento

Info

Publication number: BRPI0720791A2
Application number: BRPI0720791-3A
Authority: BR
Inventors: Yoshitsugu Ogura; Takayuki Endo; Takahiko Ido
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd; Ibiden Co Ltd
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2014-03-11
Also published as: KR20090075728A; WO2008066197A1; EP2103341A4; CN101547734A; JP2008136941A; KR101159901B1; EP2103341A1; US20100034712A1; JP4327837B2; RU2408415C1; CN101547734B; US8128881B2; BRPI0720791B1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHO DE CONVERSÃO DE GÁS DE ESCAPAMENTO".

Campo da Técnica

A presente invenção refere-se a um aparelho para converter gás de escapamento, que é emitido do motor de combustão interna para auto- móvel, e similares. Especificamente, a presente invenção refere-se a um aparelho de conversão de gás de escapamento do tipo armazenagem - e - redução de NOx que é ideal para converter gases de escapamento de um motor de queima fraca.

Antecedentes da Técnica

Recentemente, os fenômenos de aquecimento global que resul- tam de dióxido de carbono se tornaram problemáticos, e a redução de emis- são de dióxido de carbono tornou-se uma obrigação. Mesmo em automó- veis, a redução de dióxido de carbono nos gases de escapamento tornou-se uma obrigação, e, portanto, foi usado o motor de queima fraca para combus- tível de queima fraca em atmosfera rica em oxigênio. Uma vez que a quanti- dade de uso de combustível seja reduzida por meio desse motor de queima fraca, é possível eliminar a emissão de dióxido de carbono.

E, como um catalisador para converter componentes prejudiciais nos gases de escapamento provenientes de motor de queima fraca, foi co- nhecido um catalisador de armazenamento - e redução de NOx, o catalisa- dor de armazenamento - e redução de NOx, no qual um material de arma- zenamento de NOx sendo selecionado de um grupo consistindo em metais alcalinos, metais alcalino-terrosos e elementos terrestres - raros é sustenta- do juntamente com um metal nobre. Usando esse catalisador de armazena- mento - e redução de NOx, e controlando a composição da mistura ar - combustível de maneira a transformar o mesmo em atmosfera rica estequi- ométrica na maneira de pulsação no curso de atmosfera fraca, é possível desenvolver eficazmente a oxidação de HC e CO e a redução de NOx efici- entemente, e, por meio disso, é possível se obter desempenho de conversão alta.

Contudo, no catalisador de armazenamento - e redução de NOx em geral, há um problema tal que a quantidade armazenada de NOx em re- giões de temperatura baixa é insuficiente.

Além disso, nos gases de escapamento, o SOx com enxofre (S) sendo incluído no combustível queima para gerar, é incluído, e então os 5 mesmos são oxidados para se transformarem em SO3 por meio do metal catalítico na atmosfera rica em oxigênio. E, uma vez que é prontamente transformado em ácido sulfuroso ou ácido sulfúrico por meio de vapor d'água que é do mesmo modo incluído nos gases de escapamento, e uma vez que esses reagem com material de armazenamento de NOx para gerar sulfitos e 10 sulfatos, torna-se evidente que 0 material de armazenamento de NOx foi en- venenado para se deteriorar. Além disso, uma vez que o suporte poroso, como, por exemplo, alumina, é dotado de uma propriedade da probabilidade para armazenar SOx, houve tal problema que o envenenamento de enxofre anteriormente mencionado foi facilitado.

E, quando o material de armazenamento de NOx, portanto, se

transforma em sulfitos e sulfatos, torna-se difícil continuar armazenando NOx, e houve tal problema que o desempenho de transformação de durabili- dade posterior para NOx diminuiu.

Consequentemente, na Publicação da Patente Japonesa Não 20 Examinada (KOKAI) Jornal Oficial N- 2002-11,347, é descrito um material de armazenamento de SOx, o material de armazenamento de SOx que inclui um óxido composto incluindo um elemento de terra rara e um óxido de alumínio, e colocando esse material de armazenamento de SOx no lugar em um lado contra a corrente de um catalisador de armazenamento - e redução de NOx. 25 Além disso, na Publicação da Patente Japonesa Não Examina-

da (KOKAI) Jornal Oficial N2 2001-113,172, é proposto um catalisador para converter gás de escapamento, o catalisador no qual está disposta uma ca- mada de barreira para eliminar a difusão de SOx em uma camada catalisa- dora de armazenamento - e redução de NOx como uma camada superior. A 30 camada de barreira inclui um óxido inorgânico no qual estão sustentados um metal nobre e um metal de transição. De acordo com esse catalisador para converter gás de escapamento, uma vez que o metal nobre oxidado S em uma camada de barreira em atmosfera fraca e então os SOx gerados são capturados firmemente pelo metal de transição, os SOx são eliminados da difusão para uma camada inferior, a camada catalisadora de armazenamen- to - e redução de NOx. E, o metal nobre da camada de barreira reduz o SOx 5 em atmosfera rica estequiométrica, então as ligações entre o metal de tran- sição e o SOx são desconectadas, e por meio disso os SOx são liberados da camada de barreira. Portanto, a habilidade de armazenamento SOx da ca- mada de barreira quase satura.

Portanto, é possível pensar em colocar um catalisador no qual apenas a camada de barreira descrita na Publicação da Patente Japonesa Não-Examinada (KOKAI) Jornal Oficial Ns 2001-116,172 seja formada no lugar no lado contra a corrente de um catalisador de armazenamento e re- dução NOx.

De acordo com um aparelho de conversão de gás de escapa- 15 mento no qual um catalisador de armazenamento no qual um material de armazenamento SOx sendo capaz de armazenar SOx é, portanto, colocado em um lado contra a corrente de um catalisador de armazenamento e redu- ção NOx, é possível eliminar o envenenamento de enxofre no lado a jusante do catalisador de armazenamento e redução NOx. Além disso, uma vez que 20 o armazenamento SOx também significa armazenar NOx, deve haver um caso no qual seja obtida uma vantagem que a quantidade de armazenamen- to NOx em regiões de temperatura baixa aumente.

Contudo, em catalisador de armazenamento convencional, uma vez que há uma limitação na quantidade de suporte de material de armaze- 25 namento SOx de maneira que o desempenho de armazenamento de SOx não seja suficiente, houve um problema tal que o envenenamento de enxofre do catalisador de armazenamento e redução NOx, que é situado em um lado a jusante, não pode ser suficientemente evitado. Além disso, em um caso onde um material de armazenamento SOx é sustentado em uma grande 30 quantidade, houve tal problema que o material de armazenamento SOx rea- ge com um substrato sustentador de maneira que a força do substrato sus- tentador declinou consideravelmente. Literatura de Patente N- 1: Publicação da Patente Japonesa Não-Examinada (KOKAI) Jornal Oficial N2 2001-113,172; e

Literatura de Patente N0 2: Publicação da Patente Japonesa Não-Examinada (KOKAI) Jornal Oficial Na 2002-11,347 Descrição da Invenção

Atribuição a ser Resolvida pela Invenção

A presente invenção é uma das quais foram feitas em vista das circunstancias acima mencionadas, e é uma atribuição a ser resolvida para aumentar a quantidade de armazenamento SOx do catalisador de armaze- 10 namento que é posicionado em um lado contra a corrente de um catalisador de armazenamento NOx e adicionalmente para aumentar a quantidade de armazenamento NOx também nas regiões de temperatura baixa.

Meios para Solucionar a Atribuição

Uma característica de um aparelho de conversão de gás de es- 15 capamento de acordo com a presente invenção que soluciona a atribuição acima mencionada reside no fato de se tratar de um aparelho de conversão de gás de escapamento incluindo: um catalisador de armazenamento para armazenar NOx e SOx; e um catalisador de armazenamento e redução NOx sendo posicionado e um lado a jusante de um fluxo de gás de escapamento 20 do catalisador de armazenamento, e em que:

o catalisador de armazenamento inclui:

um substrato de suporte, que é formado de pelo menos um membro sendo selecionado de um grupo consistindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, TiO2 e zeólito, e cuja área de superfície específica é de 30 m2/g ou mais; e uma camada de revestimento, que é formada em uma superfície

do substrato de suporte inclui: um pó de suporte incluindo pelo menos um membro sendo selecionado de um grupo consistindo em AI2Oa, CeO2, ZrO2, TiO2 e zeólito; um material de armazenamento para armazenar NOx e SOx, o material de armazenamento sendo sustentado no pó de suporte; e um metal nobre sendo sustentado no pó de sustentação.

É desejável incluir o material de armazenamento acima mencio- nado também no substrato de suporte. Efeito da Invenção

De acordo com o aparelho de conversão de gás de escapamen- to de acordo com a presente invenção, o catalisador de armazenamento usa o substrato de sustentação, que é formado de pelo menos um membro sen- do selecionado de um grupo consistindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, TiO2 e zeóli- to, e cuja área de superfície específica é de 30 m2/g ou mais. Uma vez que esse substrato de sustentação é dotado de uma área de superfície específi- ca grande, a quantidade de sustentação do material de armazenamento para armazenar NOx e SOx aumenta consideravelmente, e por meio disso, a quantidade de armazenamento SOx e a quantidade de armazenamento NOx em regiões de temperatura baixa aumentam notavelmente. Além disso, uma vez que o substrato de sustentação que é formado de tais qualidades de material é menos provável a reagir com o material de armazenamento para armazenar NOx e SOx, não há o problema de que a força do substrato de sustentação tenha tampouco declinado.

Portanto, o desempenho de conversão de NOx aperfeiçoa como um aparelho de conversão de gás de escapamento como um todo, e adicio- nalmente a durabilidade aperfeiçoa porque é possível evitar apresentar o envenenamento de enxofre do lado a jusante do catalisador de armazena- mento e redução NOx.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é um diagrama explicativo para ilustrar um aparelho de conversão de gás de escapamento de acordo com um exemplo da pre- sente invenção;

A figura 2 é um gráfico de barra para ilustrar as quantidades de

armazenamento NOx;

A figura 3 é um gráfico de barra para ilustrar as quantidades de enxofre armazenadas.

Explicação das Referências Numéricas 1: Motor

2: Conversor Catalítico 3: Catalisador de Armazenamento; e 4: catalisador de armazenamento e redução NOx Melhores Modos de Realizar a Invenção

Um aparelho de conversão de gás de escapamento de acordo com a presente invenção inclui um catalisador de armazenamento para ar- 5 mazenar NOx e SOx, e um catalisador de armazenamento e redução de NOx sendo posicionado em um lado a jusante de fluxo de gás de escapamento do catalisador de armazenamento. Desses, para o catalisador de armaze- namento e redução de NOx, é possível usar aquele que é o mesmo do con- vencional que é constituído de um sustentador de óxido poroso, um metal 10 nobre sendo sustentado no sustentador de óxido poroso, e um material de armazenamento NOx sendo selecionado do grupo consistindo em metais alcalinos, metais alcalino-terrosos e elementos de terras raras e sendo sus- tentados no sustentador de óxido poroso.

Quanto ao sustentador de óxido poroso que é usado para o ca- talisador de armazenamento e redução NOx, é possível usar alumina, sílica, sílica - alumina, zircônia, titânio, zeólito, ou similares. Pode ser um membro desses, ou é possível misturar ou combinar vários membros desses para uso. Dentre eles, é preferível usar V -alumina cujas atividades sejam altas.

Quanto ao metal nobre que é usado para o catalisador de arma- 20 zenamento e redução NOx, Pt, Rh, Pd, Ir, e similares, podem ser exemplifi- cados. Dentre eles, é especialmente preferível o Pt cujas atividades sejam altas. Além disso, é preferível ajustar uma quantidade de sustentação do metal nobre em catalisador 0,1-10 por 1-L. Quando for menor do que isso, as atividades de conversão se tornam insuficientes; e, quando a sustentação 25 for maior do que isso, os efeitos saturam e adicionalmente aquele se tornou dispendioso.

Além disso, é desejável ajustar a quantidade de sustentação do material de armazenamento NOx no catalisador de armazenamento e redu- ção NOx na variação de catalisador de 0,01-2 mol por 1-L. A quantidade de 30 sustentação é menor do que essa variação, a capacidade de conversão de NOx diminuiu devido à quantidade de armazenamento NOx diminui; e, quan- do se torna maior do que essa variação, o metal nobre é convertido com o material de armazenamento NOx de maneira que as atividades se tornem mais baixas.

Quanto aos metais alcalinos, lítio, sódio, potássio, e césio po- dem ser exemplificados. Quanto aos metais alcalino-terrosos, o grupo de 5 elementos 2A na tabela periódica, isto é, bário, berílio, magnésio, cálcio, es- trondo, e similares, podem ser exemplificados. Além disso, quanto aos ele- mentos de terras raras, podem ser exemplificados escândio, ítrio, lantânio, cério, praseodímio, neodímio, disprósio, itérbio, e assim por diante.

O catalisador de armazenamento que constrói a característica da presente invenção inclui um substrato de sustentação, e uma camada de revestimento que é formada em uma superfície do substrato de sustentação. O substrato de sustentação é formado de pelo menos um membro sendo selecionado do grupo consistindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, TiO2 e zeólito, e é dotado de uma área superfície específica de 30 m2/g ou mais. A área super- fície específica sendo menor do que 30 m2/g não é preferível porque uma quantidade de suporte do material de armazenamento se tornou insuficiente, e porque a quantidade de armazenamento de SOx diminui e adicionalmente a quantidade de armazenamento de NOx em regiões de temperatura baixa também diminui. É especialmente preferível que a área de superfície especí- fica do substrato de sustentação possa ser de 50 m2/g ou maior.

Além disso, para uma quantidade de material para o substrato de sustentação, Al2O3 e ZrO2 é especialmente preferível dentre aqueles con- forme mencionado acima. É preferível ^ “AI2O3 p0rqUe a área de super- fície específica é notavelmente alta; uma vez que ZrO2 é de basicidade alta, 25 o desempenho de armazenamento de SOx é, além disso, aperfeiçoado. A- lém disso, de acordo com os motivos recém-descritos, o zeólito pode tam- bém ser uma qualidade preferível de material.

A camada de revestimento é uma que inclui um pó de sustenta- ção que inclui pelo menos um membro sendo selecionado do grupo consis- tindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, TiO2 e zeólito, um material de armazenamento para armazenar NOx e SOx, 0 material de armazenamento que é sustentado no pó de sustentação, e um metal nobre que é sustentado no pó de susten- tação. Quanto ao pó de sustentação, de acordo com os mesmos motivos acima mencionados, AI2O3 ou ZrO2 é especialmente preferível; e, de acordo com os motivos recém-descritos, o zeólito é também preferível. É preferível ajustar uma quantidade de formação da camada de revestimento para 100 g 5 ou mais por catalisador de armazenamento 1-L; e é especialmente desejável ajustar a mesma para 150 g ou mais por catalisador de armazenamento 1-L. Quando a quantidade de formação da camada de revestimento for menor, as quantidades de armazenamento de NOx e SOx terão diminuído.

Quanto ao material de armazenamento para armazenar NOx e SOx, é desejável usar pelo menos um membro sendo selecionado do grupo consistindo em metais alcalinos e metais alcalino-terrosos. Dentre os mes- mos, é preferível Mg ou Ba cuja basicidade é alta e que é boa em termos de estabilidade.

Por exemplo, apesar do óxido de metal alcalino ou o óxido de metal alcalino-terroso, e similares, serem dotados de alta habilidade para armazenar NOx e SOx, ao contrário, é menos provável liberal NOx e SOx ar- mazenados. Consequentemente, a temperatura na qual NOx e SOx são libe- rados se tornou alta, e por meio disso surge o inconveniente de que as quantidades de armazenamento de NOx e SOx saturem nesse caso onde é empregado em regiões de temperatura baixa a temperatura intermediária de maneira que o armazenamento de NOx e SOx que seja aquelas ou mais se torna difícil. Contudo, quando um material de armazenamento é feito por sustentação de um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso em um pó de sustentação, como, por exemplo, zeólito, por meio de troca de íon, a tempe- ratura na qual o NOx e SOx são liberados se torna baixa, e por meio disso a repetição do armazenamento e liberação de NOx e SOx se torna viável mesmo em uma temperatura de gás de escapamento que caia em regiões de temperatura baixa a temperatura intermediária.

Além disso, um material de armazenamento no qual seja adicio- nado um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso a ZrO2 exibe uma capa- cidade de armazenamento especialmente boa, comparada com aquele outro material de armazenamento. E, ao sustentar um metal nobre, como, por e- xemplo, Pt, Rh ou Pd, e um óxido de metal de transição, como, por exemplo, Co3O4, NiO2, MnO2 ou Fe2O3, para ZrO2 com um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso adicionado, além disso, é aperfeiçoada a capacidade de ar- mazenamento. Acredita-se que isso possa ser atribuído ao seguinte: é de- 5 monstrada uma atividade oxidante por meio de Pt e Co3O4, NiO2, MnO2, Fe2O3, ou similares; e então NO ou SO2 nos gases de escapamento é oxi- dado e por meio disso aumenta a capacidade de armazenamento.

Apesar de não ter sido evidente porque um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso é assim eficaz, acredita-se no que se segue: um metal 10 alcalino ou um metal alcalino-terroso se dissolve nas treliças de ZrO2 de ma- neira que o um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso seja composto com o ZrO2, e por meio disso a superfície de ZrO2 é reformada de maneira que os locais de armazenamento sejam novamente gerados.

Os materiais de armazenamento exibem temperaturas diferen- tes, nas quais os mesmos armazenam NOx e SOx, dependendo do seu tipo. Portanto, é também preferível usar conjuntamente múltiplos tipos de materi- ais de armazenamento que exibam temperaturas diferentes para ilustrar as quantidades máximas de armazenamento. Por exemplo, ao colocar um ma- terial de armazenamento do tipo de temperatura baixa que armazene NOx e SOx eficientemente em temperatura baixa no lugar em um lado contra a cor- rente e colocar um material de armazenamento do tipo intermediário que armazene NOx e SOx eficientemente em temperatura alta temperatura inter- mediária no lugar em um lado a jusante àquele, é possível armazenar NOx e SOx em regiões de temperatura ampla de regiões de temperatura baixa para regiões de temperatura alta porque NOx e SOx são gradualmente armazena- dos de um lado contra a corrente cuja temperatura de armazenamento seja baixa. Além disso, uma vez que os gases de escapamento são aquecidos pela geração térmica por meio de armazenamento de NOx e SOx, é disponí- vel tal efeito que as atividades do material de armazenamento do lado a ju- sante ou catalisador de armazenamento e redução NOx sejam demonstrados em um estágio antecipado.

Por exemplo, quanto ao material de armazenamento que exibe a quantidade de armazenamento máxima em temperatura ambiente de 100°C, pode ser exemplificado o que se segue: aqueles nos quais os ele- mentos de terras raras, como, por exemplo, Ce, sejam sustentados em zeóli- to, aqueles nos quais os metais alcalinos, os metais alcalino-terrosos ou os 5 metais de transição sejam sustentados em zeólito, e similares, e, quanto a um material de armazenamento que exiba a quantidade de armazenamento máxima em de 100 a 200°C, pode ser exemplificado o que se segue: aque- les nos quais os metais nobres são sustentados em ZrO2, aqueles nos quais os metais de transição, como, por exemplo, C03O4, sejam sustentados, e 10 assim por diante; e, para um material de armazenamento que exiba o arma- zenamento máximo em 300°C ou mais, pode ser exemplificado o que se se- gue: aqueles nos quais os metais nobres e os metais alcalinos ou os metais alcalino-terrosos sejam sustentados em ZrO2, AI2O3 ou similares, e assim por diante.

Uma vez que o zeólito é também referido com um outro nome,

uma peneira molecular, é dotado de poros que são iguais às peneiras de moléculas; e, além disso para ser utilizado como um material de armazena- mento, foi utilizado como catalisadores para muitas reações. Além disso, uma vez que 0 mesmo inclui cátions para neutralizar as cargas negativas de 20 seu componente principal, AI2O3, e uma vez que esses cátions são pronta- mente trocados com outros cátions em soluções aquosas, foi utilizado como um cambiador cátion. Portanto, é possível suportar pelo menos um membro dos metais sendo selecionados do grupo consistindo em metais alcalinos e metais alcalino-terrosos no mesmo por meio de troca de íon, e é possível 25 suportar o metal no mesmo em um estado extrema e altamente disperso.

E, uma vez que um elemento metálico sendo sustentado por meio de um troca de dióxido de carbono é sustentado em zeólito em uma maneira extrema e altamente dispersa, acredita-se que as atividades sejam extremamente altas de maneira que sejam aperfeiçoadas as atividades de 30 oxidação para NO e SO2 em regiões de temperatura baixa. Consequente- mente acredita-se que NO e SO2 nos gases de escapamento sejam oxida- dos para se transformarem em NOx e SOx no material de armazenamento mesmo em regiões de temperatura baixa e então os mesmos são armaze- nados no material de armazenamento, e eventualmente o NOx e SOx são armazenados suficientemente mesmo em regiões de temperatura baixa.

Além disso, uma vez que HC nos gases de escapamento são 5 também armazenados no zeólito, podem ser esperadas as reações entre o HC e o NOx armazenados. Portanto, além disso, a capacidade de conversão de NOx é aperfeiçoada.

Deve ser observado que, quanto ao zeólito, é possível usar zeó- litos, como, por exemplo, férricos, ZSM-5, mordenita e zeólito tipo Y, e simi- lares. Dentre os mesmos, uma vez que ZSM-5 e mordenita são bons em termos de capacidade de troca de íon, é desejável selecionar o mesmo des- ses para uso.

E, ao colocar o catalisador de armazenamento e redução de NOx no lugar em um lado a jusante do material de armazenamento no qual 15 pelo menos um elemento metálico sendo selecionado do grupo consistindo em metais alcalinos, metais alcalino-terrosos e elementos de terras raras seja sustentado em zeólito por meio de troca de íon, mesmo que exista to- talmente NOx que não possa ser armazenado com o material de armazena- mento, os mesmos são armazenados no lado a jusante do catalisador de 20 armazenamento e redução de NOx porque NO já foi transformado em NOx mesmo em regiões de temperatura baixa. Portanto, a capacidade de arma- zenamento de NOx em regiões de temperatura baixa aperfeiçoa, e então a capacidade de conversão de NOx aperfeiçoa.

Na camada de revestimento, é também sustentado um metal 25 nobre. Quanto a esse metal nobre, Pt, Rh, Pd, Ir, ou similares, podem ser exemplificados. Dentre os mesmos, é especialmente preferível o Pt cuja ati- vidade de oxidação seja alta. Além disso, é preferível ajustar uma quantida- de de sustentação do metal nobre em 0,5-2,0 por catalisador de armazena- mento 1-L. Quando é menor do que isso, o desempenho de armazenamento 30 de NOx e SOx se toma insuficiente; e, quando suportando mais do que isso, os efeitos saturam e adicionalmente se torna mais dispendioso.

Uma configuração do substrato de sustentação no catalisador de armazenamento pode ser adaptada em configurações de grânulo, confi- gurações de espuma, e configurações de colmeia do tipo fluxo direto, confi- gurações de colmeia do tipo fluxo de parede, e similares. Além disso, a ca- mada de revestimento é formada em uma superfície do substrato de susten- 5 tação que entra em contato com os gases de escapamento. No caso do substrato de sustentação com uma configuração tipo de colmeia de fluxo de parede, é preferível formar a camada de revestimento também nas superfí- cies internas dos poros dentro de paredes divisórias que demarcam as célu- las de lado de entrada e as células de lado de saída.

Ao fabricar o substrato de sustentação do catalisador de arma-

zenamento como uma configuração de colmeia do tipo de fluxo de direto, por exemplo, pode ser fabricado se tornando um pó, que inclui pelo menos um membro sendo selecionado do grupo consistindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, Ti- O2 e zeólito, em uma pasta fluida cuja viscosidade é alta juntamente com um ligante; e então inflama o mesmo após sujeitá-lo à moldagem por extrusão. E, ao formar a camada de revestimento em uma superfície do substrato de sustentação, é permitido realizar o mesmo como se segue: um pó, que inclui pelo menos um membro sendo selecionado do grupo consistindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, TiO2 e zeólito, é transformado em uma pasta fluida cuja viscosi- dade é relativamente baixa juntamente com um ligante; é seco e inflamado após carregar o mesmo no substrato de sustentação e então subsequente- mente sugando do mesmo; após isso é impregnado com uma solução na qual um composto de metal nobre é dissolvido com outra solução na qual um composto que inclui um elemento de material de armazenamento inclui uma seqüência; e então é seca e inflamada.

Ao sustentar o material de armazenamento na camada de re- vestimento, é usada uma solução, solução na qual um composto, como, por exemplo, nitrato, que inclui um elemento de material de armazenamento é dissolvido. Uma vez que 0 mesmo é suposto a fazer uma quantidade de sus- 30 tentação do material de armazenamento o maior possível, é desejável ajus- tar uma concentração do composto que inclui um elemento de material de armazenamento na solução na concentração saturada. Além disso, uma vez que é desejável suportar o mesmo em uma quantidade grande em um pro- cesso simples, é preferível que uma quantidade de água absorvida em um estado que a camada de revestimento é formada pode ser pelo menos de 150 g ou mais com catalisador 1-L, e é especialmente desejável que possa 5 ser de 200 g ou mais por catalisador 1-L.

Além disso, também no substrato de sustentação o catalisador de armazenamento, é desejável que o dito material de armazenamento pos- sa ser incluído. Por meio disso, além disso, aumentam essas quantidades de armazenamento de NOx e SOx. Apesar do material de armazenamento po- 10 der ser incluído no substrato de sustentação até certo ponto por meio do mé- todo de suporte anteriormente mencionado, é desejável misturar um pó de material de armazenamento, como, por exemplo, MgO ou BaO, em uma pasta fluida, que é usada para a fabricação do substrato de sustentação, antecipadamente/Quando uma quantidade de mistura do pó de material de 15 armazenamento nesse caso se torna grande, pode ocorrer que a força do substrato de sustentação tenha abaixado ou a área de superfície específica tenha se tornado menor do que 30 m2/g.

A propósito, foi compreendido que a reação de conversão de NOx no catalisador de armazenamento e redução de NOx inclui: uma primei- 20 ra etapa de oxidação NO nos gases de escapamento na atmosfera fraca para transformar o mesmo em NOx; uma segunda etapa de armazenamento do NOx em elemento de armazenamento NOx; e uma terceira etapa de redu- ção de NOx que são liberados do elemento de armazenamento NOx, no cata- lisador em atmosfera rica estequiométrica. Portanto, para que a reação de 25 conversão NOx prossiga homogeneamente, essas etapas respectivas devem ser processadas homogeneamente, respectivamente.

Contudo, acredita-se que a reação de oxidação do NO seja me- nos provável a prosseguir em regiões de temperatura baixa menor do que 300°C, por exemplo, de maneira que a primeira etapa seja menos provável a 30 prosseguir na mesma. Devido a isso, acredita-se que a geração da quanti- dade de NOx se torne menor em regiões de temperatura baixa de maneira que a segunda etapa e a terceira etapa não prossigam homogeneamente, uma ou outra, e por meio disso a capacidade de conversão de NOx em regi- ões de temperatura baixa se torna baixa.

Portanto, o aparelho de conversão de gás de escapamento de acordo com a presente invenção, é adaptado em tal construção que o catali- sador de armazenamento seja posicionado no lado contra a corrente do flu- xo de gás de escapamento do catalisador de armazenamento e redução de NOx. O material de armazenamento que é incluído no catalisador de arma- zenamento é provavelmente para armazenar NOx, e armazenar NOx mesmo em regiões de temperatura baixa. Portanto, uma vez que os gases de esca- pamento que raramente inclui NOx que sejam supridos para o catalisador de armazenamento e redução de NOx em regiões de temperatura baixa, os NOx são raramente descarregados. E, quando as temperaturas dos gases de es- capamento se elevam, apesar dos NOx armazenados serem eliminados do material de armazenamento para fluir para o catalisador de armazenamento e redução de NOx, a reação da primeira etapa anteriormente mencionada prossegue homogeneamente porque o catalisador de armazenamento e re- dução de NOx se tronou a ativação já de temperatura, e por meio disso NO é convertido por meio de redução eficientemente. Por meio de tal mecanismo, é possível assegurar conversões de redução de NOx altas de uma tempera- tura baixa até uma temperatura alta de acordo com o aparelho de conversão de gás de escapamento de acordo com a presente invenção.

Exemplos

Em seguida, a presente invenção será explicada detalhadamen- te por meio de exemplos e exemplos comparativos.

Exemplo N0 1

Na figura 1, está ilustrado um aparelho de conversão de gás de escapamento de acordo com a presente invenção. Na passagem de fluxo de gás de escapamento de um motor 1, um conversor catalítico 2 é posiciona- do. No conversor catalítico 2, um catalisador de armazenamento 3 é posicio- 30 nado no lado contra a corrente, e um catalisador de armazenamento e redu- ção de NOx 4 é posicionado no lado a jusante do catalisador de armazena- mento 3. Tanto o catalisador de armazenamento 3 e o catalisador de arma- zenamento e redução de NOx 4 são catalisadores de colmeia estruturados para fluir direto.

O catalisador de armazenamento 3 incluído no substrato de colmeia do tipo fluxo direto 30 que foi formado de y e uma cama-

da de revestimento 31 que foi formada em suas superfícies de parede de célula. O substrato de colmeia 30 era dotado de um volume de 2 L, exibiu 600 células/cm2, e era dotado de uma área de superfície específica de 100 m2/g. A camada de revestimento 31 foi formada em uma quantidade de 150 g por 1-L de substrato de colmeia 30.

A camada de revestimento 31 foi formada por revestimento de

lavagem em uma pasta fluida que incluía principalmente pó ^ e

era sustentada por 2,0-g Pt por 1-L de substrato de colmeia 30 e 2,5-mols MgO por 1-L de substrato de colmeia 30. Primeiramente, foi formado um re- vestimento de alumina por revestimento de lavagem e uma pasta fluida que 15 incluía principalmente um pó ^ ""^203, e entã0 secagem e inflamação da mesma. A seguir, a camada de revestimento de alumina foi impregnada com uma solução química Pt sendo dotada de uma concentração predeterminada em uma quantidade prescrita, e foi inflamada para sustentar Pt na mesma. Subsequentemente, a mesma foi impregnada com uma solução aquosa de 20 nitrato de magnésio (solução aquosa saturada) na quantidade máxima, e foi seca e inflamada para sustentar MgO na mesma. Uma quantidade do MgO sustentado era 100 g por 1-L de substrato de colmeia 30.

O catalisador de armazenamento e redução de NOx 4 incluiu um substrato de colmeia do tipo fluxo direto 40 que foi formado de cordierita, e 25 uma camada de revestimento 41 que foi formada em suas superfícies de parede de célula. O substrato de colmeia 40 era dotado de um volume de 3 L, exibia 400 células/cm2, e era dotado de uma área de superfície específica de 100 m2/g. A camada de revestimento 41 era formada de uma quantidade de 150 g por 1-L de substrato de colmeia 40.

A camada de revestimento 41 incluía um pó ^ 2 3' e Pt,

K e Ba que eram sustentados no pó y A-wb. o Pt era sustentado em uma quantidade de 2 g; K era sustentado em uma quantidade de 0,1 mol; e Ba era sustentado em uma quantidade de 0,1 mol; por 1-L de substrato de colmeia 40.

Exemplo N0 2

Como um substrato de colmeia do catalisador de armazenamen- 5 to 3, em vez do pó ^ “ÃI2O3 f0j usac|0 um que foi formado de uma mistura de pó, mistura essa na qual um pó ^ "ΆΙ2Ο3 e um MgO foram mistura- dos em uma proporção de peso de pó ^ “AI2O3. MgO - 9:1. O substra- to de colmeia era dotado da mesma configuração daquele do Exemplo N- 1, e sua área de superfície específico era 100 m2/g. Usando esse substrato de 10 colméia, foi formada a mesma camada de alumina como aquela do Exemplo N2 1. A camada de revestimento de alumina foi formada em uma quantidade de 150 g por 1-L de substrato de colmeia. Quando o Pt e o MgO foram sus- tentados na camada de revestimento de alumina da mesma maneira como no Exemplo N2 1, exceto que a concentração da solução aquosa de nitrato 15 de magnésio deferia, as quantidades de sustentação do Pt e MgO eram as mesmas daquelas no Exemplo N2 1. Deve ser observado que, quando a dis- tribuição sustentada do MgO foi inspecionada, estava sustentada em uma quantidade de 1,0 mol/L no substrato de colmeia e estava sustentada em uma quantidade de 1,5 mol/L na camada de revestimento.

No conversor catalítico 2, o catalisador de armazenamento obti-

do foi colocado no lado contra a corrente, e o mesmo catalisador de arma- zenamento e redução de Nox 4 como aquele do Exemplo N0 1 foi colocado em seu lado a jusante, e então os mesmos foram rotulados como um apare- lho de conversão de gás de escapamento de acordo com o Exemplo N0 2 Exemplo Comparativo N0 1

Como um substrato de colmeia do catalisador de armazenamen- to 3, em vez do pó ^ “ÃJL2O3 f0j usado aquele que foi formado de um pó cordierita. O substrato de colmeia era dotado da mesma configuração como aquela do Exemplo N0 1, e sua área de superfície específica era de 0,1-1 30 m2/g. Usando esse substrato de colmeia, foi formada a mesma camada de revestimento de alumina como aquela do Exemplo N0 1. A camada de reves- timento de alumina foi formada de uma quantidade de 150 g por 1-L de substrato de colmeia. E, quando o Pt e o MgO foram sustentados na camada de revestimento de alumina da mesma maneira como no Exemplo N2 1, a quantidade de sustentação do Pt era a mesma daquela no Exemplo N2 1, mas a quantidade de sustentação de MgO era 1,0 mol/L e era menor do que 5 aquela no Exemplo N2 1.

No conversor catalítico 2, o catalisador de armazenamento obti- do foi colocado no lado contra a corrente, e o mesmo catalisador de arma- zenamento e redução de NOx 4 como aquele no Exemplo N2 1 foi colocado no seu lado a jusante, e então os mesmos foram rotulados como um apare- 10 Iho de conversão de gás de escapamento de acordo com o Exemplo Com- parativo N2 1.

Exemplo Comparativo N0 2

Como um substrato de colmeia do catalisador de armazenamen- to 3, em vez do pó AJL2O3 f0j usacj0 aquele que foi formado de um pó 15 cordierita. O substrato de colmeia era dotado da mesma configuração da- quele do Exemplo N2 1, e sua área de superfície específica era 0,1-1 m2/g. Usando esse substrato de colmeia, foi formada a mesma camada de reves- timento de alumina como aquela do Exemplo N2 1. A camada de revestimen- to de alumina foi formada em uma quantidade de 150 g por 1-L de substrato 20 de colmeia. E, quando o Pt e 0 MgO foram sustentados na camada de re- vestimento de alumina da mesma maneira como no Exemplo N2 1, a quanti- dade de sustentação de Pt era a mesma daquela no Exemplo N2 1, mas a quantidade de sustentação de MgO era de 1,25 mol/L e era menor do que aquela no Exemplo N2 1.

Exemplo de Teste

Apenas os catalisadores de armazenamento 3, que foram usa- dos para os aparelhos de conversão de gás de escapamento dos respecti- vos exemplos e respectivos exemplos comparativos, foram ajustados em um aparelho de avaliação, respectivamente, e um gás modelo fraco fixo confor- 30 me descrito na Tabela 1 foi fluido no mesmo. A temperatura base catalítica foi ajustada em 150°C, e o volume de fluxo de gás modelo era de 30 L/min. E, os resultados da análise dos gases de saída dos catalisadores para medir 10

15

as quantidades armazenadas de NOx estão ilustrados na Figura 2.

Tabela 1

NO C3H6 O2 CO2 H2O N2 (PPm) (PPm) (%) (%) (%) 150 200 10 10 5 Saldo Além disso, apenas os catalisadores de armazenamento 3, que foram usados para os aparelhos de conversão de gás de escapamento dos exemplos respectivos e exemplos comparativos respectivos, foram ajustados no aparelho, respectivamente, e um gás modelo fraco fixo conforme descrito na Tabela 2 foi fluido no mesmo. A temperatura base catalítica foi ajustada em 400°C, e o volume de fluxo de gás modelo era de 30 L/min. E, a figura 3 ilustra a medição dos resultados das quantidades de enxofre armazenadas quando o gás modelo cujo volume era equivalente a 90 g pó 1-L de substra- to de colmeia foi passado através dos mesmos.

Tabela 2

SO2 NO C3H6 O2 CO2 H2O N2 (PPm) (PPm) (PPm) (%) (%) (%) 125 200 200 10 10 5 Saldo De acordo com a figura 2 e a figura 3, o catalisador de armaze- namento de acordo com o Exemplo N0 1 e o Exemplo N0 2 eram bons em termos de desempenho de armazenamento de NOx em regiões de tempera- tura baixa, e também são bons em termos de desempenho de armazena- mento de SOx, e é evidente que esses resultam do fato de que as quantida- des de sustentação de MgO eram abundantes.

Claims

1. Aparelho de conversão de gás de escapamento compreen- dendo: um catalisador de armazenamento para armazenar NOx e SOx; e um catalisador de armazenamento e redução de NOx sendo colocado em um lado a jusante de fluxo de gás de escapamento do catalisador de armaze- namento, o aparelho de conversão de gás de escapamento sendo carac- terizado pelo fato de que o catalisador de armazenamento compreende: um substrato de sustentação, que é formado de pelo menos um membro sendo selecionado do grupo consistindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, Ti-O2 e zeólito, e cuja área de superfície específica é de 30 m2/g ou mais; e uma camada de revestimento, que é formada em uma superfície do substrato de sustentação, e que compreende: um pó de sustentação compreendendo pelo menos um membro sendo selecionado do grupo con- sistindo em AI2O3, CeO2, ZrO2, TiO2 e zeólito; um material de armazenamen- to para armazenamento NOx e SOx, o material de armazenamento sendo sustentado no pó de sustentação; e um metal nobre sendo sustentado no pó de sustentação.

2. Aparelho de conversão de gás de escapamento, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito material de armazenamento está inclu- ído no dito substrato de sustentação.

3. Aparelho de conversão de gás de escapamento, de acordo com a reivindicação 1, em que a área de superfície específico do dito subs- trato de sustentação é de 50 m2/g ou mais.

4. Aparelho de conversão de gás de escapamento, de acordo com a reivindicação 1, em que o dito material de armazenamento é pelo me- nos um membro sendo selecionado de um grupo consistindo em metais al- calinos e metais alcalino-terrosos.

5. Aparelho de conversão de gás de escapamento, de acordo com a reivindicação 4, em que o dito material de armazenamento inclui pelo menos um membro sendo selecionado do grupo consistindo em magnésio e bário.