BRPI0900830B1

BRPI0900830B1 - Arranjo para tratamento posterior de gás de escape em motores de combustão interna e método para fabricar um arranjo para tratamento posterior de gás de escape em motores de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0900830B1
Application number: BRPI0900830-6A
Authority: BR
Inventors: Andreas Döring; Andreas Dõring
Original assignee: Man Truck & Bus Ag
Priority date: 2008-04-12
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2020-06-23
Also published as: CN101555821B; PL2108441T3; EP2108441B1; CN101555821A; BRPI0900830A2; RU2009113635A; EP2108441A1; DE102008018519A1; US20090255235A1; RU2426894C2; US8409517B2

Abstract

ARRANJO PARA TRATAMENTO POSTERIOR DE GÁS DE ESCAPE EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA E MÉTODO PARA A FABRICAÇAO DE UM ARRANJO PARA TRATAMENTO POSTERIOR DE GÁS DE ESCAPE EM MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA. Arranjo para o tratamento posterior de gás de escape paramotores de combustão interna operados com excesso de ar, tais como motores diesel e motores Otto com injeção direta, sendo que o arranjo apresenta um catalisador instalado no tubo de gás de escape de um motor de combustão para a oxidação de monóxido de nitrogênio. O arranjo prevê, dispor entre o gás de escape e pelomenos um catalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio e/ou em curso ascendente de pelo menos um catalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio, pelo menos uma peneira molecular, que retém dióxido deenxofre de pelo menos um catalisador.

Description

O objeto da invenção é um arranjo para o tratamento posterior de gás de escape em motores de combustão interna operados com excesso de ar, tais como motores diesel e motores Otto com injeção direta, de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1.

Para manter os valores-limite de gás de escape prescritos por lei, praticamente todos os motores de combustão interna operados com excesso de ar são equipados com sistemas de tratamento posterior que operam cataliticamente, tais como: catalisadores de armazenamento NOX, catalisadores SCR ou filtros de particulas.

É comum a todos esses sistemas que dióxido de nitrogênio (NO2) seja um importante componente das reações que transcorrem nos sistemas de tratamento posterior.

O agente de oxidação forte NO2 em catalisador contendo na maioria das vezes platina, para a oxidação de monóxido de nitrogênio (doravante catalisadores de oxidação de NO) é formado com auxilio de oxigênio presente no gás de escape proveniente do monóxido de nitrogênio emitido pelo motor.

O problema desses catalisadores de oxidação de NO reside no fato de as porcentagens de NO2 máxima possiveis sob temperaturas elevadas serem termodinamicamente limitadas. Isso faz com que diferentemente de outros catalisadores de gás de escape, as reações desejadas, após um aumento sob temperaturas baixas, caiam novamente sob temperaturas elevadas, não se estabelecendo um nivel máximo de conversão pronunciado, do tipo platô.

Como medida para a redução dos óxidos de nitrogênio, foi criado o método SCR, sendo que "SCR" substitui "redução catalítica seletiva". A utilização de catalisadores SCR é feita há muitos anos no setor de usinas elétricas e, mais recentemente, também em motores de combustão interna. Uma ilustração detalhada de tais métodos consta no documento DE 34 28 232 Al. Como catalisadores SCR podem ser empregados óxidos mistos contendo V2O5, por exemplo na forma de V2O5/WO3/TÍO2. Porcentagens tipicas de V205 situam-se, neste caso, entre 0,2- 3%. amónia.

Como agente de redução pode ser utilizados na prática amónia ou compostos liberadores de amónia, tais como uréia ou formato de amónia, na forma sólida ou em solução. Para a reação de um mol de monóxido de nitrogênio é necessário um mol de amónia

Para a decomposição do agente de redução, especialmente após a partida do motor de combustão interna, ou durante a operação do motor de combustão interna na faixa inferior de desempenho, a temperatura do gás de escape é muito baixa para produzir amónia sem acúmulo de produtos secundários problemáticos.

Associado à decomposição de uréia ((NH2>2CO) em amónia (NH3)sabe-se que isso ocorre sob condições ideais (temperaturas acima de 350° C) em dois estágios, conforme

é feita primeiramente a termólise, ou seja, a decomposição térmica de uréia. Em seguida é feita conforme

a hidrólise, ou seja a decomposição catalítica de ácido isociânico (HNCO) em amónia (NH3) e dióxido de carbono (CO2)

Se o agente de redução estiver presente na forma aquosa, como por exemplo, como solução de uréia eutética (nome comercial AdBlue) essa água deve evaporar antes e durante a termólise e hidrólise propriamente ditas.

Se as temperaturas existentes durante a reação acima conforme (3) e (4) estiverem abaixo de 350° C ou se o aquecimento for lento, é conhecido a partir do documento DE 40 38 054 Al que principalmente ácido cianúrico sólido não fusivel é formado por trimerização do ácido isociânico formado conforme (5), de acordo com

que provoca o entupimento do catalisador SCR conectado em série. É possivel criar meios auxiliares, conforme relatado no documento citado DE 40 38 054, em que o fluxo de gás de escape carregado com o agente de redução é conduzido através de um catalisador de hidrólise. A temperatura de gás de escape, a partir da qual é possivel uma hidrólise quantitativa, pode ser puxada então para 160° C. A estrutura e composição de um catalisador correspondente também aparecem descritos na publicação citada, tal como a estrutura e função de um sistema de catalisador SCR equipado com um catalisador de hidrólise.

Se for conectado em série, na frente, aos catalisadores SCR, um catalisador de oxidação de NO para a formação de NO2

então a reação SCR pode acelerar bastante e a atividade sob baixa temperatura pode ser notadamente aumentada.

Neste caso, deve-se observar atentamente ao fato de a porcentagem de NO2 nos óxidos de nitrogênio totais situar-se acima de 50%, já que, caso contrário, ocorreria uma regressão da reação de NOx.

Em motores de combustão interna operados em veiculos, a redução de óxido de nitrogênio se estabelece, por isso, com dificuldade com auxilio do processo SCR, pois ali existem condições operacionais alternadas, o que dificulta a medição quantitativa do agente de redução. Por um lado, na verdade, obtém-se uma conversão de óxidos de nitrogênio o mais alta possivel, por outro lado, porém, verificou-se que não ocorre emissão de amónia não consumida. Para criar neste caso, meios auxiliares, é utilizado, muitas vezes, um catalisador de captação de amónia conectado em série após o catalisador SCR, que converte amónia em excesso formando nitrogênio e vapor d'água. Além disso, a utilização de V2O5 como material ativo para o catalisador SCR pode criar problemas, se a temperatura de gás de escape no catalisador SCR estiver acima de 650° C, pois V20s então sublima.

Para reduzir as particulas de mataria sólida são utilizados tanto no setor de usinas elétricas como em veiculos os chamados separadores de particulas ou filtros de particulas. Um arranjo tipico para a aplicação em veiculos com separador de particulas é descrito, por exemplo, no documento EP 1 072 765 Al. Arranjos desse tipo se diferenciam daqueles com filtros de particulas, pelo fato de o diâmetro dos canais do separador de particulas ser substancialmente maior do que o diâmetro das particulas maiores existentes, enquanto no caso de filtros de partículas o diâmetro dos canais filtrantes situa-se na faixa dos diâmetros das partículas. Devido a essa diferença filtros de partículas correm o risco de entupir, o que aumenta a contra-pressão do gás de escape e diminui o desempenho do motor. Um arranjo e um método com filtro de partículas consta no documento EP 0 341 832 A2 . Os dois arranjos acima citados e métodos destacam-se pela fato de o catalisador de oxidação disposto respectivamente em curso ascendente em relação ao separador de partículas ou ao filtro de partículas - pelo menos um catalisador com platina como material ativo - oxidar o monóxido de nitrogênio no gás de escape com auxílio do oxigênio residual também presente formando dióxido de nitrogênio, o que por sua vez se converte no separador de partículas, ou no filtro de partículas com as partículas de carbono em CO, CO2, N2 e NO. Desse modo, é feita uma remoção contínua das partículas de matéria sólida acumuladas, sendo possível dispensar ciclos de regeneração que precisam ser realizados dispendiosamente em outros arranjos.

Para cumprir as disposições futuramente vigentes, é necessária a aplicação simultânea tanto de arranjos para a redução da emissão de óxidos de nitrogênio, como também de arranjos para a redução da emissão de partículas e matéria sólida. Neste caso, já são conhecidos diferentes arranjos e métodos.

No documento DE 103 48 799 Al é descrito um arranjo, que é composto de um catalisador de oxidação de um catalisador SCR disposto no fluxo de gás de escape em curso descendente em relação a este e de um filtro de partículas disposto no fluxo de gás de escape por sua vez em curso descendente em relação a este. A condução do agente de redução para a reação catalítica seletiva que transcorre no catalisador SCR, é feita imediatamente antes do catalisador SCR através de um dispositivo de injeção de uréia controlado em função de parâmetros operacionais do motor de combustão interna. No caso desse arranjo é desvantajoso o fato de o dióxido de nitrogênio produzido no catalisador de oxidação ser consumido basicamente completamente através da redução catalítica seletiva no catalisador SCR, portanto, não está disponível para a conversão das partículas de matéria sólida acumuladas no filtro de partículas conectado em série. A regeneração do filtro de partículas precisa, por isso, ser executada dispendiosamente através de aquecimento cíclico do fluxo de gás de escape, em que o fluxo de gás de escape é enriquecido com hidrocarbonetos não queimados. Isso ocorre ou por adição de combustível à mistura de combustão ou por injeção de combustível antes do filtro de partículas. Um arranjo desse tipo para regenerar o filtro de partículas é, por um lado, dispendioso, e, consequentemente caro, por outro lado a regeneração cíclica do filtro de partículas situado na extremidade do arranjo produz novamente poluentes que não podem ser removidos mais do gás de escape.

Uma outra combinação de um filtro de partículas e um arranjo para a redução catalítica seletiva é conhecida a partir do documento P 1 054 722 Al. O arranjo ali descrito é composto de um catalisador de oxidação alojado no fluxo de gás de escape , que aumenta a porcentagem do dióxido de nitrogênio no gás de escape, de um filtro de matéria sólida conectado em série em curso descendente, de um reservatório para o liquido de redução, assim como de um dispositivo de injeção para o liquido de redução, que fica alojado atrás do filtro de matéria sólida e de um catalisador SCR alojado no fluxo de gás de escape em curso descendente.

No caso da utilização de um catalisador de armazenamento de NOX, é feita uma troca constante entre combustão superestequiométrica e combustão subestequiométrica. Nas fases operacionais pobres, os óxidos de nitrogênio são armazenados em forma de nitratos, que são reduzidos nas fases operacionais ricas com auxilio de monóxido de carbono e hidrocarbonetos, formando nitrogênio. O armazenamento como nitrato transcorre através de NO2, que se acumula em componentes de armazenamento, bário ou cálcio, na forma de nitrato.

Conforme já descrito, o NO2 necessário para as reações acima descritas, é formado, na maioria das vezes, em catalisadores de oxidação de NO contendo platina. Na operação real do motor naturalmente a sulfatação dos catalisadores de oxidação de NO, através de enxofre presente no combustível e/ou no óleo do motor, representa um problema. Através da combustão forma-se a partir desse enxofre SO2, que é oxidado nos catalisadores de oxidação de NO conectados em série, formando SO3.

Neste caso, verificou-se, que a quantidade de SO3 formado, e a quantidade de NO2 estão diretamente relacionadas entre si, o que significa que um catalisador, que forma grandes quantidades de NO2, gera simultaneamente grandes quantidades de SO3.

Esse SO3 forma com o "banho de revestimento" do catalisador contendo metal forma sulfato ou com água ácido sulfúrico, que é fisiosorvido na superficie.

Os dois levam a um cobrimento dos centros ativos do catalisador e, consequentemente, a um retrocesso da atividade. Uma regeneração dos catalisadores pode ser feita através do aumento das temperaturas de gás de escape para acima de 500° C, naturalmente essa temperatura é praticamente inatingível na operação normal do veiculo, especialmente na utilização de um turbocarregador de gás de escape. Além disso, o aumento ativo de temperatura está normalmente associado a um aumento do consumo de combustível.

Partindo do estado da técnica anteriormente citado, é tarefa da invenção evitar a desativação de catalisadores para a formação de NO2 através de compostos de enxofre, de acordo com a reivindicação 1, evitando-se as desvantagens de métodos conhecidos.

A idéia inventiva reside no fato de impedir o SO2 de entrar em contato com os centros ativos do catalisador de oxidação de NO a fim de evitar assim uma formação de SO3 e, consequentemente, uma formação de ácido sulfúrico e/ou sulfatos.

Neste caso, é colocada ou aplicada uma peneira molecular, por exemplo como camada, em curso ascendente do catalisador de oxidação de NO e/ou sobre este. Os poros da peneira molecular, através dos quais os reagentes provenientes do fluxo de gás precisam se difundir na superficie do catalisador, são dimensionados de tal forma que sejam menores do que o diâmetro molecular de SO2, porém maiores do que o diâmetro molecular de NO, NO2 e 02- Desse modo, as moléculas necessárias para a reação no catalisador podem alcançar o catalisador situado em curso descendente em relação à peneira molecular e/ou sob a peneira molecular, enquanto o SO2 responsável pela formação de SOsé mantido distante do catalisador de oxidação de NO, através da peneira molecular, devido a impedimento estérico. Isso é possivel pelo fato de as moléculas relevantes para a formação de NO, NO2 e O2 apresentarem diâmetro de 1,5Â - 3Â, enquanto este para SO2 situa-se em 7Â, ou seja, o diâmetro de poros da peneira molecular deve ser selecionados, por isso, vantajosamente entre 3Â e 6Â.

A platina mostrou-se como componente ativo para a oxidação de NO. Para aumentar a estabilidade térmica pode ser adicionado também paládio. Como o paládio apresenta apenas uma atividade de oxidação de NO pequena, a conversão de NO de misturas Pt/Pd diminui em comparação a catalisadores de oxidação Pt-NO puros com porcentagem crescente de paládio.

A peneira molecular pode ser disposta como camada de peneira molecular diretamente sobre o catalisador de NO ou sobre um suporte disposto em curso ascendente em relação a este, de forma a se obter vantajosamente a estabilidade necessária para as espessuras minimas de camada.

Os diâmetros de poros definidos da peneira molecular podem ser representados de modo relativamente fácil através do uso de zeólitas. Através do arranjo. Através do arranjo obtido dos tetraedros AIO4 e SÍO4 podem ser produzidas diferentes constantes em treliça assim como estruturas e, portanto, diâmetros de poros. Além disso, é vantajosa a aplicação de silicatos, silicatos metálicos, aluminatos, aluminatos metálicos, silicofosfatos, silicofosfatos metálicos e silicatos de aluminio como peneira molecular.

No caso da seleção de um tipo de peneira molecular adequado deve-se observar atentamente ao fato de na verdade a eficiência de separação entre SO2 e os componentes residuais de gás de escape aumentar com diâmetro de poros decrescente, ao mesmo tempo naturalmente a difusão de NO, NO2 e O2 é dificultada em ou pelos centros ativos, o que pode piorar a conversão de NO. Como a interferência da difusão de poros sobre as conversões aumenta com a crescente temperatura, podem ser utilizados diferentes diâmetros de poros para diferentes casos de aplicação de temperatura, e consequentemente, tipos de peneira molecular. No caso de peneiras moleculares do tipo EDI existem diâmetros de poros especialmente pequenos de até 3Â inclusive, enquanto no caso dos tipos ABW, EI, AFR, AWW, BIK, CHA, -CLO, KFI, LTA, NAT, PAU, RHO, -RON, THO o diâmetro de poros é de até 4Â inclusive. São obtidos até 5Â inclusive no caso do uso de AFT, ATT, ATV, BRE, CAS, -CHI, DAC, DDR, GIS, GOO, HEU, JBW, LEV, MON, PHI, WEN, YUG, até 6Â inclusive no caso de APC, EAB, EPI, ERI, EUO, FER, LAU, MEL, MER, MEI, MFS, MTT, MTW, NES, TON.

Os nomes anteriormente mencionados correspondem àqueles da comissão estrutural da IZA, IZA neste caso quer dizer International Zeolite Association.

Para a execução das peneiras moleculares como zeólita, são especialmente obtidos diâmetros pequenos de poros de até 3Â inclusive em zeólitas do tipo Edingtonita, enquanto no caso dos tipos Li-A, Bikitaita, Chapazita, Cloverita, ZK- 5, zeólita A, Natrolita, Paulingita, Roggianita, Thomsonita o diâmetro de poros é de até 4Â inclusive. São obtidos até 5Â inclusive no caso do uso de Brewsterita, Chiavennita, Dachiardita, Gismondina, Goosecreekita, Heulandita, Na-J, Levyna, Montesommaita, Philllipsita, Wenkita, Yugawaralita, até 6 Â inclusive TMA-E, Epistiibita, Erionita, EU-1, Ferrierita, Laumontita, ZSM-11, Merlionita, ZSM-5, ZSM-57, ZSM-23, ZSM-12, NU-87 e Theta-1.

No caso do uso de aluminofosfatos temos AIPO-18 (AEI), AIPO-22 (AWW), AIPO-52 (AFT), AIPO-12-TAMU (ATT), AIPO- 25 (ATV) e AIPO-C (APC), no caso de silicoaluminofosfato SAPO- 40 (AFR).

Os tipos acima citados de peneira molecular, zeólita, aluminofosfato e de silicoaluminofosfato podem ser utilizados respectivamente individualmente ou em qualquer combinação vantajosamente como material de peneira molecular.

A espessura média de camada da peneira molecular ou da camada de peneira molecular deve ser neste caso d epelo menos 3Â. Como as moléculas NO, NO2 e O2 necessárias para a oxidação de NO, precisam se difundir agora primeiramente através da camada de peneira molecular, pode ocorrer, sobretudo sob temperaturas elevadas, uma limitação das conversões de NO devido à difusão nos poros. Para não aumentar desnecessariamente a interferência da difusão nos poros, a espessura média da peneira molecular ou da camada de peneira molecular não deve ultrapassar, por essa razão, 5pm. Por outro lado, a espessura da camada do catalisador situa-se normalmente entre 5pm - 500pm, no caso de um catalisador executado por revestimento ou extrusão.

Para melhorar as conversões no catalisador de NO é conveniente integrar os metais que atuam como componentes ativos, tais como platina e opcionalmente paládio, também em uma matriz de zeólita, especialmente do tipo MFI e/ou BEA e/ou FAU. Neste caso, naturalmente deve-se observar atentamente ao fato de a peneira molecular ou a camada de peneira molecular não apresenta ou, pelo menos, apresenta uma quantidade menor de componentes formadores de SO3, especialmente platina, do que o catalisador de oxidação de NO, já que normalmente a oxidação de NO e a oxidação de SO2 ocorrem paralelamente.

A produção de catalisadores contendo zeólita é descrita no documento DE 3912596C2, EP 0311066 e EP 003486 e, portanto, conhecida pelo habilitado na técnica.

O tipo de zeólita do catalisador e da peneira molecular ou da camada de peneira molecular podem ser iguais ou diferentes dependendo do caso de aplicação.

Os catalisadores podem ser produzidos por extrusão ou por revestimento de um suporte cerâmico ou metálico. Através da extrusão normalmente resultam catalisadores do tipo favo de mel com canais de circulação paralelos (DE 22 22 468 C2), enquanto a forma e o alinhamento dos canais de circulação no caso do uso de suportes de catalisador metálicos podem ser livremente selecionados.

Após a secagem e/ou a calcinação dos catalisadores é formada, em uma outra etapa de trabalho, a camada de peneira molecular. Neste caso, podem ser selecionados dois diferentes métodos.

Por um lado, é possivel a aplicação de uma camada de peneira molecular, semelhante ao revestimento de substratos com banho de revestimento de catalisador. Em seguida, essa camada, analogamente aos catalisadores, precisa ser secada e calcinada para poder assegurar uma união estável e sólida entre a camada de peneira molecular e o catalisador. Se forem utilizadas zeólitas para a camada de peneira molecular, existe o revestimento com auxilio de uma suspensão contendo zeólita. A espessura média de uma camada aplicada desse modo situa-se normalmente na faixa de 0,5μm - 5μm.

Se estiverem presentes grandes quantidades de hidrocarbonetos, esses poderão se depositar sobre a camada de peneira molecular e/ou em seus poros, coqueificar e desse modo provocar um entupimento da camada de peneira. Por essa razão, é conveniente, integrar na camada de peneira molecular adicionalmente componentes ativos, que possibilitem uma oxidação de hidrocarbonetos. Fazem parte deles, entre outros, paládio, rutênio, iridio, ródio, tungsténio, titânio, lantânio, molibdênio, cério e/ou manganês. No caso da incorporação dos elementos em uma estrutura de zeólita as temperaturas de sublimação aumentam muito devido às elevadas pressões de vapor dentro da estrutura de poros, de tal forma que até 750° C a aplicação de vanádio torna-se possivel dentro da camada de peneira molecular.

Uma outra possibilidade para evitar a coqueificação dos poros da peneira molecular, consiste em colocar um catalisador para a oxidação de hidrocarbonetos, em curso ascendente da peneira molecular e/ou no lado voltado ao gás de escape. Conforme já descrito no caso da peneira molecular, ela pode ser aplicada, em uma outra etapa de trabalho, sobre a peneira molecular, como camada de catalisador. Podem ser empregados como componentes ativos paládio, rutênio, iridio, ródio, tungsténio, titânio, lantânio, molibdênio, cério e/ou manganês.

Uma outra possibilidade para formar a camada de peneira molecular, sobretudo no caso do uso de catalisadores trocados, contendo zeólita, reside em substituir a concentração de pelo menos um metal na superficie de catalisador através da troca iônica por um outro ion, que não possua ou possua apenas uma atividade pequena de formação de SO3. No caso mais simples, isso é possivel pela adição de um fluido ácido. Desse modo, os ions metálicos na estrutura de zeólita são substituídos por prótons do fluido ácido.

Como zeólitas contendo hidrogênio são pouco estáveis, em seguida os prótons devem ser trocados por cátions metálicos com atividade pequena formadora de SO3 e/ou com elevada atividade de oxidação de hidrocarbonetos. Conforme já descrito acima, neste caso existem os elementos paládio, rutênio, iridio, ródio, tungsténio, titânio, lantânio, molibdênio, cério, manganês ou vanádio. Além disso, também podem ser utilizados cátions não-metálicos. Dependendo da afinidade desses elementos pode-se dispensar a etapa intermediária da protonização e, através da escolha de um valor de pH adequado os metais serem diretamente trocados. Camadas de peneira molecular produzidas através da troca iônica podem ser executadas extremamente finas, de tal forma que sua espessura média situe-se normalmente entre 3Â e Ipm.

Outra possibilidade para reduzir o espaço construtivo dos componentes de tratamento posterior de gás de escape é revestir filtros de particula com material de catalisador para a oxidação de hidrocarbonetos e/ou NO assim como prover com uma camada de peneira molecular, por exemplo, por impregnação, troca iônica ou revestimento. Neste caso, é preciso observar atentamente o fato de também após o revestimento precisarem ainda estar presentes canais de circulação livres dentro do filtro de particula a fim de evitar uma contra-pressão desnecessariamente elevada. Por essa razão, o fluxo de gás de escape dentro da estrutura filtrante deve passar ao lado dos poros da peneira molecular e não através deles, de forma que os reagentes penetrem, analogamente aos processos acima descritos em substratos de catalisador, somente através de processos de difusão dentro dos poros da peneira molecular, alcançando assim a camada de catalisador situada ali embaixo. Isso pode ser obtido, por exemplo, através de uma elevada porosidade da camada de catalisador. Essa elevada porosidade pode ser produzida, por exemplo, pela adição de materiais de carga ao banho de revestimento, que se volatizam durante a calcinação ou através da adição de aditivos de banho de revestimento livres de zeólita de elevada porosidade ou adição de tipos de zeólitas de elevada porosidade e/ou de elevado diâmetro de poros. Uma outra possibilidade reside no caso do substrato filtrante altamente poroso em realizar um revestimento fino. Uma outra possibilidade reside, no caso de substrato de filtro altamente poroso, em realizar um revestimento do material filtrante fino e que não cobre ou fecha completamente o substrato filtrante com o material de catalisador, de forma que dentro do substrato de filtro ainda permaneçam canais de circulação suficientemente livres. No caso da formação subseqüente da camada de peneire molecular deve-se observar atentamente o fato de esta camada não fechar os canais de circulação livres, mas de situar-se sobre a superficie livremente acessivel da camada de catalisador, apenas como camada fina. Vantajosamente isso é possivel no caso de catalisadores contendo zeólita através da troca iônica já acima descrita, na superficie do catalisador. Como também já também mostrado, deve-se observar atentamente o fato de o diâmetro de poros da peneira molecular ser de tal maneira selecionado que as grandes moléculas de SO2 não podem atravessar a camada de peneira molecular, enquanto que isso é possivel para os componentes de gás de escape menores e inofensivos como oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio, água e monóxido de carbono. Se não for possivel produzir a camada de peneira molecular sobre o catalisador através da troca iônica pura, então deverá ser realizado um revestimento separado do catalisador com material de peneira molecular.

O filtro de particulas, sobre o qual a camada de catalisador fica disposta com a camada de peneira molecular ali sobre ele, pode ser composto vantajosamente de metal sinterizado e/ou cerâmica e/ou espuma filtrante e/ou fibras cerâmicas e/ou fibras de quartzo e/ou fibras de vidro e/ou ou carbeto de silicio e/ou de titanato de aluminio.

A solução descrita anteriormente, representa uma possibilidade especialmente barata, com economia de espaço e portanto vantajosa, de combinar permanentemente a camada de peneira molecular e a camada de catalisador de armazenamento de NOx e/ou a camada de catalisador para a oxidação de hidrocarbonetos sobre um substrato de catalisador e/ou sobre um filtro de particulas, de forma que elas não possam ser separadas entre si sem que sejam danificadas.

Naturalmente existe também a possibilidade de colocar a peneira molecular e o catalisador de armazenamento de NOx, e o catalisador para a oxidação de hidrocarbonetos sobre componentes separados, sendo que o gás de escape completo é conduzido através dos poros da peneira molecular, o que provoca uma contra-pressão de gás de escape bem mais elevada do que no caso das soluções acima descritas. No caso do arranjo separado da peneira molecular em curso ascendente em relação ao catalisador de armazenamento de N0x, deve-se observar atentamente o fato de o gás de escape ser isento de particulas sólidas, como por exemplo fuligem, já que caso contrário ocorreria o entupimento dos poros da peneira molecular. Isso pode ser obtido por exemplo através do arranjo da peneira molecular em curso descendente de um filtro de particulas e em curso ascendente em relação ao catalisador de armazenamento de NOx. No caso de um arranjo desse tipo, a peneira molecular também pode ser combinada vantajosamente com o filtro de particulas, no qual a peneira molecular é aplicada como camada sobre o lado de fluxo de saida do filtro de particulas, de forma que a peneira molecular e o filtro de particulas formem uma unidade que não pode ser separada sem ser danificada. Neste caso, o revestimento deve ser realizado de tal forma que os poros do filtro de particulas sejam fechados em seu lado de fluxo de saida totalmente através da peneira molecular, de forma que o gás de escape tenha que circular pelos poros da peneira molecular. Naturalmente, neste caso é muitas vezes necessário, especialmente em concentrações elevadas de hidrocarboneto no gás de escape, que a peneira molecular possua uma atividade de oxidação de hidrocarboneto e/ou seja colocado em curso ascendente da peneira molecular e/ou sobre seu lado de fluxo de entrada um catalisador para a oxidação de hidrocarbonetos, já que caso contrário ocorreria um entupimento dos poros da peneira molecular através de hidrocarbonetos não queimados. Como componentes ativos podem ser empregados, conforme já descrito acima, paládio, rutênio, ródio, irídio, tungstênio, titânio, lantânio, molibdênio, cério ou manganês.

Claims

Arranjo para o tratamento posterior de gás de escape em motores de combustão interna, operados com excesso de ar, tais como motores diesel e motores Otto com injeção direta, sendo que o arranjo apresenta um catalisador instalado no tubo de gás de escape de um motor de combustão interna, para a oxidação de monóxido de nitrogênio,caracterizado pelo fato de entre o gás de escape e pelo menos um catalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio e/ou em curso ascendente de pelo menos um catalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio estar disposta pelo menos uma peneira molecular, que retém dióxido de nitrogênio de pelo menos um catalisador, o diâmetro das passagens livres através da peneira molecular situar-se entre 3Â e 6Â e em curso ascendente da peneira molecular e/ou no lado da peneira molecular voltado ao gás de escape contendo hidrocarboneto, ser colocado um catalisador para a oxidação de hidrocarbonetos.
Arranjo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a peneira molecular ser projetada como camada de peneira molecular sobre o catalisador para a oxidação de NO.
Arranjo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de a peneira molecular estar disposta como camada de peneira molecular sobre um suporte em curso ascendente em relação ao catalisador com atividade de oxidação de NO.
Arranjo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de o componente ativo para o catalisador para a oxidação de monóxido de nitrogênio, conter platina e/ou paládio.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4,caracterizado pelo fato de os componentes ativos do catalisador serem incorporados para a oxidação de monóxido de nitrogênio em uma estrutura de zeólita.
6. Arranjo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de a zeólita do tipo MFI e/ou BEA e/ou FAU.
7. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 6,caracterizado pelo fato de a peneira molecular serproduzida com auxilio de zeólitas e/ou silicatos e/ou silicatosmetálicos e/ou aluminatos e/ou aluminatos metálicos e/ousilicofosfatos e/ou silicofosfatos metálicos e/ousilicoaluminofosfatos e/ou aluminofosfatos e/oualuminofosfatos metálicos e/ou silicatos de aluminio.
8. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 7,caracterizado pelo fato de a peneira molecularapresentar estruturas em treliça do tipo EDI ABW e/ou EI e/ouAFR e/ou AWW e/ou BIK e/ou CHA e/ou -CLO e/ou KFI e/ou LTAe/ou NAT e/ou PAU e/ou RHO e/ou -RON e/ou THO e/ou AFT e/ouATT e/ou ATV e/ou BRE e/ou CAS e/ou -CHI e/ou DAC e/ou DDRe/ou GIS e/ou GOO e/ou HEU e/ou JBW e/ou LEV e/ou MON e/ou PHIe/ou WEN e/ou YUG e/ou APC e/ou EAB e/ou EPI e/ou ERI e/ou EUOe/ou FER e/ou LAU e/ou MEL e/ou MER e/ou MEI e/ou MFS e/ou MTTe/ou MTW e/ou NES e/ou TON.
9. Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 8,caracterizado pelo fato de a peneira molecular ser feitade Edingtonita, Li-A, Bikitaita, Chapazita, Cloverita, ZK-5,zeólita A, Natrolita, Paulingita, Roggianita, Thomsonita,Brewsterita, Chiavennita, Dachiardita, Gismondina,Goosecreekita, Heulandita, Na-J, Levyna, Montesommaita,Philllipsita, Wenkita, Yugawaralita, TMA-E, Epistiibita,Erionita, EU-1, Ferrierita, Laumontita, ZSM-11, Merlionita,ZSM-5, ZSM-57, ZSM-23, ZSM-12, NU-87 e Theta-1.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 8,caracterizado pelo fato de a peneira molecular sercompostos de aluminofosfatos do tipo AIPO-18 (AEI) e/ou AIPO22 (AWW) e/ou AIPO-52 (AFT) e/ou AIPO-12-TAMU (ATT) e/ou AIPO25 (ATV) e AIPO-C.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 8,caracterizado pelo fato de a peneira molecular ser feitade silicoaluminofosfato SAPO-40.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 11,caracterizado pelo fato de a peneira molecularapresentar uma atividade de oxidação para hidrocarbonetos.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 12,caracterizado pelo fato de na peneira molecular estaremcontidos: paládio e/ou rutênio e/ou iridio e/ou tungsténioe/ou titânio e/ou lantânio e/ou molibdênio e/ou cério e/oumanganês e/ou vanádio e/ou ródio.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 13,caracterizado pelo fato de a concentração de pelo menosum componente ativo para a oxidação de monóxido de nitrogêniona camada de peneira molecular ser menor do que no catalisadorpara a oxidação de monóxido de nitrogênio.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 14,caracterizado pelo fato de no catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio a concentração de platinaser maior do que na camada de peneira molecular e/ou de nacamada de peneira molecular a concentração de paládio e/ourutênio e/ou iridio e/ou tungsténio e/ou titânio e/ou lantânioe/ou molibdênio e/ou cério e/ou manganês e/ou vanádio e/ouródio ser maior do que no catalisador para a oxidação demonóxido de nitrogênio.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 15,caracterizado pelo fato de o catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio e a camada de peneiramolecular ou a camada de peneira molecular e o catalisadorpara a oxidação de hidrocarbonetos ou o catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio e a camada de peneiramolecular e o catalisador para a oxidação de hidrocarbonetosestarem unidos entre si e não poderem ser separados sem quesejam destruidos.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 16,caracterizado pelo fato de o catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio e a camada de peneiramolecular ou a camada de peneira molecular e o catalisadorpara a oxidação de hidrocarbonetos ou o catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio e a camada de peneiramolecular e o catalisador para a oxidação de hidrocarbonetosestarem dispostos em componentes separados.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 17,caracterizado pelo fato de o catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio e/ou a camada de peneiramolecular e/ou o catalisador para a oxidação de hidrocarbonetosestarem dispostos sobre um filtro de particulas.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 18,caracterizado pelo fato de a camada de peneiramolecular estar disposta no lado de fluxo de saida de um filtrode particulas.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 19,caracterizado pelo fato de o catalisador para aoxidação de monóxido de nitrogênio e a peneira molecularestarem dispostos em curso descendente de um filtro de partículas.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 20,caracterizado pelo fato de o filtro de partículas serfeito de metal e/ou metal sinterizado e/ou cerâmica e/ou espumafiltrante e/ou fibras cerâmicas e/ou fibras de quartzo e/oufibras de vidro e/ou carbeto de silício e/ou titanato dealumínio.
Arranjo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 21,caracterizado pelo fato de a espessura média da peneiramolecular da camada de peneira molecular ser pelo menos de 3Â,porém no máximo de 5pm.
Método para fabricar um arranjo para o tratamento posteriorde gás de escape em motores de combustão interna, conformedefinido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 22,caracterizado pelo fato de o catalisador para a oxidação demonóxido de nitrogênio ser fabricado por extrusão ou porrevestimento de um suporte metálico ou especialmente cerâmico,e de a camada de peneira molecular ser aplicada em pelo menosuma outra etapa de trabalho sobre esse catalisador.
Método para fabricar um arranjo para o tratamento posteriorde gás de escape em motores de combustão interna, conformedefinido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 22,caracterizado pelo fato de o catalisador para a oxidação demonóxido de nitrogênio ser fabricado por extrusão ou porrevestimento de um suporte metálico ou especialmente cerâmicoe de a camada de peneira molecular ser aplicada porrevestimento em pelo menos uma outra etapa de trabalho sobreesse catalisador.
Método para fabricar um arranjo para tratamento posteriorde gás de escape em motores de combustão interna, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 22,caracterizado pelo fato de o catalisador para a oxidação demonóxido de nitrogênio ser fabricado por extrusão ou porrevestimento de um suporte metálico, ou especialmentecerâmico, e em seguida serem aplicadas por revestimento acamada de peneira molecular e a camada catalítica para aoxidação de hidrocarbonetos em pelo menos uma outra etapa detrabalho sobre esse catalisador.
Método para fabricar um arranjo para tratamento posteriorde gás de escape em motores de combustão interna, conformedefinido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 22,caracterizado pelo fato o catalisador para a oxidação demonóxido de nitrogênio ser fabricado por extrusão de ummaterial de zeólita trocado por metal ou por revestimento deum suporte metálico ou especialmente cerâmico comum materialde zeólita trocado por metal, e de a concentração de pelo menosum metal na superficie de catalisador contendo zeólita sertrocada através de troca iônica por um outro metal, que nãopossui ou possui apenas uma atividade pequena de oxidação deSO2, ou por cátions não metálicos, especialmente prótons, detal forma que na superficie de catalisador se forme uma camadade peneira molecular.
Método para fabricar um arranjo para tratamento posteriorde gás de escape em motores de combustão interna, conformedefinido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 22,caracterizado pelo fato de o catalisador para a oxidação demonóxido de nitrogênio ser fabricado por extrusão de ummaterial de zeólita trocado por metal ou por revestimento deum suporte especialmente cerâmico ou metálico, com um materialde zeólita trocado por metal, e de a concentração de pelo menos um metal na superfície de catalisador contendo zeólita sertrocada através de troca iônica por um outro metal que nãopossui ou possui apenas uma atividade pequena de oxidação deSO2, porém apresenta uma elevada atividade de oxidação dehidrocarboneto, de tal forma que na superficie de catalisadorse forme uma camada de peneira molecular com uma atividade deoxidação de hidrocarboneto.