BRPI0908461B1 - Sistema de tratamento de emissão adequado para o tratamento de um sistema de descarga a jusante de um motor a gasolina de injeção direta - Google Patents

Sistema de tratamento de emissão adequado para o tratamento de um sistema de descarga a jusante de um motor a gasolina de injeção direta Download PDF

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Abstract

sistema de tratamento de emissão adequado para o tratamento de um sistema de descarga a jusante de um motor a gasolina de injeção direta são fornecidos sistemas de exaustão e componentes adequados para uso em conjunto com motores de injeção direta a gasolina (gdi) para capturar particulados além de reduzir a emissão de gases tais como hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxidos de carbono. os sistemas de tratamento de exaustão compreendendo um catalisador de conversão de três vias (twc) localizado em um coletor de particulado são fornecidos. um coletor de particulado exemplar é um filtro de fuligem. componentes adicionais de tratamento podem ser adicionados a jusante do coletor de particulado, incluindo coletores de nox e catalisadores de scr. o catalisador twc pode ser revestido tanto no lado de entrada quanto no lado de saída do coletor de particulado. alternativamente, um catalisador de oxidação pode ser depositado em um coletor de particulado. métodos de produção e utilização dos mesmos também são fornecidos.

Description

SISTEMA DE TRATAMENTO DE EMISSÃO ADEQUADO PARA O TRATAMENTO DE UM SISTEMA DE DESCARGA A JUSANTE DE UM MOTOR A GASOLINA DE INJEÇÃO DIRETA
CAMPO TÉCNICO
[01] Esta invenção refere-se de uma forma geral aos sistemas de tratamento de emissão tendo catalisadores utilizados para tratar as correntes gasosas de motores de injeção direta de gasolina (GDI) contendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio em conjunto com os particulados. Mais especificamente, esta invenção é direcionada aos catalisadores de conversão de três vias (TWC) ou catalisadores de oxidação, revestidos em coletores de particulado tais como filtros de fuligem.
FUNDAMENTOS
[02] Embora historicamente, motores a gasolina operados de maneiras tais que os particulados não foram formados, os motores de injeção direta a gasolina (GDI) podem ter condições de queima pobre e combustão estratificada resultando na geração de particulados. As emissões de particulado para os motores de injeção direta estão sendo sujeitas a regulamentações, incluindo os padrões vindouros Euro 5 (2009) e 6 (2014). Os sistemas existentes de pós-tratamento para motores a gasolina não são adequados para atingir o padrão proposto de particulado. Em contraste com os particulados gerados por motores a diesel de queima pobre, os particulados gerados por motores a gasolina de injeção direta tendem a ser mais finas e em menor quantidade. Isto é devido às diferentes condições de combustão de um motor a diesel em comparação com um motor a gasolina. Por exemplo, os motores a gasolina operam com uma temperatura mais elevada do que os motores a diesel. Também, os componentes de hidrocarboneto são diferentes nas emissões de motores a gasolina em comparação com os motores a diesel.
[03] Os padrões de emissão com relação aos hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono e contaminantes de óxido de nitrogênio
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 15/56 / 39 continuam a se tornar mais rigorosos. A fim de cumprir tais padrões, os conversores catalíticos contendo um catalisador de conversão de três vias (TWC) são localizados na linha de gás de exaustão de motores de combustão interna. Tais catalisadores promovem a oxidação por oxigênio na corrente de gás de exaustão de hidrocarbonetos não queimados e monóxido de carbono, assim como a redução de óxidos de nitrogênio em nitrogênio.
[04] No que diz respeito ao tratamento de gases e particulados na descarga de diesel, a técnica anterior de uma forma geral fornece um catalisador de oxidação a montante de um filtro de particulados. Um catalisador de limpeza geral a jusante de um catalisador de oxidação e uma combinação de filtros de particulados são fornecidos no Pedido de Patente U.S. No. 2007/0137187 (Kumar). Os catalisadores adequados de limpeza geral a jusante do filtro incluem um outro catalisador de oxidação ou um catalisador de conversão de três vias (TWC) localizado sobre um portador de substrato tal como um monólito através do fluxo.
[05] Os filtros de particulado utilizados em sistemas a diesel foram revestidos com, por exemplo, catalisadores de queima de fuligem que facilitam a regeneração passiva da fuligem. Além disso, a Patente US no 7.229.597 (Patchett) fornece um filtro SCR catalisado a jusante de um catalisador de oxidação para o tratamento simultâneo de óxidos de nitrogênio (NOx), substância particulada e hidrocarbonetos gasosos. Além disso, a Publ. do Pedido de Patente U.S. No. 2004/0219077 (Voss) divulga um filtro catalisado em comunicação com uma descarga de motor a diesel. A colocação de catalisadores em filtros de fuligem, no entanto, leva à perda gradual da eficácia devido aos componentes nocivos da corrente de descarga dos motores. Uma carga suficiente de catalisador é necessária para alcançar os objetivos de tratamento, mas esta deve ser equilibrada com a necessidade de fornecer contrapressão aceitável no sistema.
[06] Existe uma necessidade de fornecer sistemas de tratamento de
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 16/56 / 39 descarga para motores a gasolina de injeção direta que emitem particulados. SUMÁRIO
[07] São fornecidos sistemas de descarga e componentes adequados para uso em conjunto com motores a gasolina de injeção direta para capturar particulados além do tratamento de emissão gasosas tais como hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxidos de carbono. A captura de particulados durante as condições de partida a frio é de interesse.
[08] Os aspectos incluem sistemas de tratamento de descarga compreendendo um catalisador de conversão de três vias (TWC) e um coletor de particulado. Em um ou mais formas de realização, o catalisador TWC está a montante do coletor de particulado. Embora os componentes possam ser alojados individualmente como configurações de sistema autorizados, em uma ou mais formas de realização, contanto que sejam sistemas integrados em que o catalisador TWC e o coletor de particulado são alojados no mesmo tubo. Neste aspecto, o coletor de particulado pode ser revestido, ou fornecido com um catalisador adequado para facilitar a regeneração. Os componentes adicionais de tratamento podem ser adicionados a jusante do coletor de particulado, incluindo um ou mais coletores de NOx seguido por um catalisador de SCR.
[09] Outros aspectos incluem composições de catalisador TWC revestidas sobre os coletores de particulado. Tais catalisadores TWC podem ser compostos para incluir os auxiliares de queima de fuligem para facilitar a regeneração do filtro. As composições de catalisador TWC são geralmente fornecidas em coberturas de lavagem. Os catalisadores TWC em camadas podem ter composições diferentes para diferentes camadas. Tradicionalmente, os catalisadores TWC podem compreender camadas de cobertura de lavagem tendo cargas de até 2,5 g/in3 (0,152 g/cm3) e cargas totais de 5 g/in3 (0,305 g/cm3) ou mais. Para utilização com coletores de particulado, devido às restrições de contrapressão, os revestimentos de camada de cobertura de
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 17/56 / 39 lavagem de catalisador TWC podem ser muito mais baixos, por exemplo, menores do que 1 g/in3 (0,061 g/cm3) (ou até 0,7 g/in3 (0,043 g/cm3), 0,6 g/in3 (0,037 g/cm3), 0,5 g/in3 (0,031 g/cm3), 0,25 g/in3 (0,015 g/cm3) ou 0,1 g/in3 (0,006 g/cm3)) e ainda fornecer atividade catalítica para oxidar dióxido de carbono e hidrocarbonetos, assim como reduzir os óxidos de nitrogênio (NOx). Em um ou mais formas de realização, o catalisador TWC é revestido tanto no lado de entrada quanto no lado de saída do coletor de particulado. Em outras formas de realização, o catalisador TWC é revestido somente no lado de entrada do coletor de particulado. Um coletor de particulado revestido com TWC pode ser localizado a jusante de um primeiro catalisador TWC, onde o primeiro catalisador TWC pode ser menor do que seria necessário devido à funcionalidade de TWC revestido no coletor de particulado.
[10] Outros aspectos incluem sistemas de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta para o tratamento de um sistema de descarga compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o sistema de tratamento de emissão que compreende um catalisador de oxidação ou um catalisador de conversão de três vias depositado em um coletor de particulado para formar um coletor de particulado catalisada; um ou mais sensores de gás e um sistema de diagnóstico embutido (OBD).
[11] Mais outros aspectos incluem métodos de tratamento de um gás que compreende hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o método compreendendo: localizar um sistema de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta; fornecer um coletor de particulado catalisada compreendendo um catalisador de conversão de três vias (catalisador TWC) e um coletor de particulado no sistema de tratamento de emissão; e colocar em contato o gás de descarga do motor com o coletor de particulado catalisada. Os métodos também podem incluir o contato do coletor de particulado catalisada apenas durante as
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 18/56 / 39 condições de partida a frio e o desvio do coletor de particulado catalisada após as condições de partida a frio.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[12] A FIG. 1A é uma vista esquemática que mostra um sistema de tratamento de emissão de motor de acordo com uma forma de realização detalhada;
A FIG. 1B é uma vista esquemática que mostra um sistema de tratamento de emissão de motor de acordo com uma forma de realização detalhada;
A FIG. 1C é uma vista esquemática que mostra um sistema de tratamento de emissão de motor de acordo com uma forma de realização detalhada;
A FIG. 2 é uma vista esquemática que mostra um sistema de tratamento de emissão de motor integrado de acordo com uma forma de realização;
A FIG. 3 é uma vista em perspectiva de um substrato de filtro de fluxo de parede;
A FIG. 4 é uma vista em corte distante de uma seção de um substrato de filtro de fluxo de parede;
A FIG. 5 mostra os dados da queda de pressão para um filtro de fuligem revestido exemplar;
A FIG. 6 mostra os dados da queda de pressão para um filtro de fuligem revestido exemplar;
A FIG. 7 mostra os dados da queda de pressão para um filtro de fuligem revestido exemplar; e
A FIG. 8 mostra os dados da queda de pressão para um filtro de fuligem revestido exemplar.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[13] São fornecidos sistemas de descarga e componentes adequados
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 19/56 / 39 para uso em conjunto com motores a gasolina de injeção direta (GDI) para capturar particulados além de reduzir a emissão gasosa tais como hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxidos de carbono. Os motores GDI podem ser fornecidos como estequiométricos (λ = 1) ou pobres (λ > 1). Para os motores GDI fracos, coletores de NOx são usados. A contrapressão e restrições de volume em tais sistemas, no entanto, podem limitar a capacidade de adicionar componentes adicionais de tratamento. Em alguns sistemas de emissões GDI, dois ou mais compósitos de catalisador TWC em combinação com coletores de NOx e catalisadores SCR são necessários para atingir os padrões de emissão. É um desafio para tais sistemas acomodar qualquer bloco adicional ou tubo ao longo do cano de descarga. Quando os padrões de particulado se tornam mais rigorosos, no entanto, há uma necessidade de fornecer coletores de particulado de funcionalidade sem indevidamente aglomerar o cano de descarga. Surpreendentemente observamos que em uma base de g/ft3 (33,3 g/m3), a colocação de um catalisador, tal como um catalisador de conversão de três vias (TWC), na composição de revestimento reativo em um filtro de fuligem de fluxo de parede em vez de um monólito através do fluxo tradicional fornece conversão comparável. Ao fazê-lo, a capacidade do coletor de particulado pode ser adicionada a um sistema sem indevidamente aglomerar do cano de escape.
[14] Referência aos motores a gasolina de queima pobre configurados pelos fabricantes para estarem em operação sob condições pobres na maioria das vezes, isto é, com excesso de ar e menos do que quantidades estequiométricas de combustível. Isto significa em uma relação de ar para combustível que é maior do que 14,7. Tal caracterização não exclui excursões ocasionais em condições ricas ou estequiométricas.
[15] De modo a reduzir o aumento da contrapressão devido à presença de uma composição de revestimento reativo em um filtro, a composição de revestimento reativo é tipicamente localizada dentro da parede
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 20/56 / 39 do filtro tão uniformemente quanto possível. Os tamanhos dos particulados gerados a partir de um motor a gasolina GDI, no entanto, são menores do que aquelas dos motores a diesel. É possível, então, que um pouco dos particulados do motor a gasolina GDI pode evitar ser capturado pelo filtro mediante a circulação através das paredes do filtro quando o filtro for novo. A eficiência de filtragem será melhorada quando uma camada de fuligem for formada sobre a parede do filtro. Para lidar com o problema inicial de eficiência de filtração, uma camada fina de composição de revestimento reativo catalítico pode ser revestida na parede do filtro (em contraste com o depósito da camada dentro da parede). Esta camada de composição de revestimento reativo catalítico é porosa e pode deixar o gás passar completamente enquanto também filtra as partículas pequenas. A camada pode ser de 10 a 50 mícrons de espessura, especificamente de 10 a 30 mícrons, e mais especificamente de 5 a 10 mícrons.
[16] O filtro de fuligem catalisado pode ser dividido em zonas na distribuição de metal do grupo da platina (PGM). Ou seja, mais PGM pode ser depositado em uma zona frontal (a montante) do filtro e menos PGM em uma zona posterior (a jusante). Quando o filtro de fuligem for regenerado, a zona posterior do filtro experimenta a temperatura mais elevada do filtro, que pode causar a desativação do catalisador. Mediante a colocação de mais PGM na zona frontal, a função catalítica do filtro catalisado é preservada por repetidas regenerações de filtro. Além disso, durante a operação normal do motor, a primeira zona é mais quente que a zona posterior. O zoneamento de PGM aumenta a atividade sem inflamação sob condições a frio. Por exemplo, pode ser desejável zonear cerca de 50 % ou mais da carga de PGM total da primeira distância axial de 20 a 50 % do filtro, carregando assim 50 % ou menos da carga de PGM total na retaguarda em 50 a 80 % da distância axial.
[17] Um aspecto fornece sistemas de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta para o tratamento de um
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 21/56 / 39 sistema de descarga que compreende hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o sistema de tratamento de emissão compreendendo uma composição de catalisador de conversão de três vias (TWC) localizado a montante de um coletor de particulado ou sobre ele. Os catalisadores TWC possuem a capacidade de simultaneamente catalisar a oxidação de hidrocarbonetos e monóxido de carbono e a redução de óxidos de nitrogênio. Um catalisador TWC pode ser revestido em um coletor de particulado em uma carga baixa o suficiente para fornecer tratamento de emissão sem o aumento indevido da contrapressão. Para os filtros de fuligem de baixa porosidade, apenas uma pequena quantidade de catalisador TWC pode ser usada para atingir a contrapressão adequada. Para condições que requerem componentes elevados de metal precioso, uma área superficial suficiente do componente de suporte é necessária para uma boa dispersão e um filtro de fuligem com alta porosidade é necessário.
[18] Em uma forma de realização, o sistema ainda compreende um coletor de NOx, e catalisador de SCR, ou ambos, localizados a jusante do coletor de particulado. Uma forma de realização prevê que o coletor de NOx seja coberto sobre o coletor de particulado, e este filtro coberto com o coletor de NOx seja localizado a jusante de um catalisador TWC. Outra forma de realização prevê que o catalisador de SCR seja revestido sobre o coletor de particulado, e este filtro revestido com o catalisador de SCR seja localizado a jusante de um catalisador TWC e um coletor de NOx.
[19] Uma outra forma de realização prevê que a composição de catalisador de três vias pode ser depositada de um lado de entrada do filtro de fuligem, ou do lado de saída, ou dos lados tanto de entrada quanto de saída. Em uma ou mais formas de realização, o lado de entrada ou o lado de saída é revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo paládio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio. Uma forma de realização detalhada prevê que o componente de armazenamento de
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 22/56 / 39 oxigênio está presente em uma quantidade de 10 % em peso da composição de revestimento reativo total.
[20] Outras formas de realização prevêem que o lado de entrada ou o lado de saída seja revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo ródio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio. Uma forma de realização detalhada prevê que o componente de armazenamento de oxigênio está presente em uma quantidade de 10 a 25 % em peso da composição de revestimento reativo total.
[21] Outro aspecto inclui sistemas de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta para o tratamento de um sistema de descarga compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o sistema de tratamento de emissão compreendendo um coletor de particulado catalisado tendo um catalisador de oxidação ou um catalisador de conversão de três vias nele depositado; um ou mais sensores de gás, e um sistema de diagnóstico a bordo (OBD). Em uma forma de realização, o sistema compreende ainda um coleto de NOx, um catalisador de SCR, ou ambos. Outras formas de realização prevêem que o coletor de NOx, o catalisador de SCR, ou ambos, são integrados em um alojamento com o coletor de particulado catalisado. Um sistema OBD avisa o operador de um veículo quando os poluentes gasosos ou as emissões produzidas por tais veículos excedam as normas regulamentares. Os sistemas OBD contam com um sensor de gás ou coisa parecida, tal como um sensor de oxigênio do gás de descarga (EGO) ou um sensor de hidrocarboneto, para a monitoração da descarga. A Patente US no 5.941.918 (Blosser), aqui incorporada por referência, fornece um sistema OBD exemplar.
[22] Uma forma de realização detalhada prevê que um lado de entrada ou um lado da saída do coletor de particulado seja revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo paládio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio. Uma outra forma de
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 23/56 / 39 realização detalhada prevê que um lado de entrada ou um lado de saída do coletor de particulado seja revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo ródio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio. Outra forma de realização detalhada prevê que tanto um lado de entrada quanto um lado de saída do coletor de particulado sejam revestidos com uma composição de revestimento reativo compreendendo um componente de metal precioso selecionado de paládio, platina, ou ambos; um suporte e um componente de armazenamento de oxigênio.
[23] Um outro aspecto fornece métodos de tratamento de um gás compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o método compreendendo: localizar um sistema de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta; fornecer um catalisador de conversão de três vias (TWC) e um coletor de particulado no sistema de tratamento de emissão; e colocar em contato o gás de descarga do motor com o catalisador TWC e o coletor de particulado. Uma forma de realização prevê que o método ainda compreende fornecer um coletor de NOx, um catalisador de SCR, ou ambos a jusante do coletor de particulado. Em uma forma de realização, a etapa de fornecer o catalisador de conversão de três vias (TWC) e o coletor de particulado compreende depositar o catalisador no coletor de particulado para formar um coletor de particulado catalisado. Em outra forma de realização, o método ainda compreende o revestimento de um lado de entrada ou um lado de saída do coletor de particulado com uma composição de revestimento reativo compreendendo paládio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio. Outra forma de realização fornece o revestimento de um lado de entrada ou de um lado da saída do coletor de particulado com uma composição de revestimento reativo compreendendo ródio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio. Em uma forma de realização detalhada, o método ainda compreende
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 24/56 / 39 depositar o catalisador em uma quantidade de não mais do que 2 g/in3 (0,122 g/cm3) total em um lado de entrada e um lado de saída. Uma outra forma de realização fornece o fornecimento de um segundo catalisador de conversão três vias a montante do coletor de particulado catalisado.
[24] Antes de descrever as várias formas de realização exemplares da invenção, é preciso entender que a invenção não se limita aos detalhes das etapas de construção ou processo apresentadas na descrição a seguir. A invenção é capaz de outras formas de realização e de praticado e de ser praticada ou ser realizada de várias maneiras.
[25] Dirigindo-se a FIG. 1 A, uma corrente de gás de descarga contendo poluentes gasosos (por exemplo, hidrocarbonetos não queimados, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio) e substância particulada é transportada através da linha 6 a partir de um motor a gasolina 4 até um catalisador de conversão de três vias (TWC) 8. No catalisador TWC 8, os hidrocarbonetos gasosos e não-voláteis não queimados (isto é, a VOF) e monóxido de carbono são queimados em grande parte para formar dióxido de carbono e água. Além disso, os óxidos de nitrogênio são reduzidos para formar nitrogênio e água. A remoção de proporções substanciais da VOF usando o catalisador de oxidação, em particular, ajuda a prevenir uma deposição demasiada grande de substância particulada (isto é, entupimento) no filtro de particulado (também referido como um filtro de fuligem) 12, que é posicionado a jusante no sistema de tratamento de emissão. A corrente de descarga é logo depois transportada através da linha 10 para um filtro de particulado 12, que captura a substância particulada e/ou catalisadores tóxicos presentes dentro da corrente de gás de descarga. Opcionalmente, o filtro de particulado pode ser catalisado com um catalisador de combustão de fuligem para a regeneração do filtro de particulado 12. Em uma forma de realização, quando o filtro de particulado não for de outro modo revestido, o TWC pode ser revestido no filtro de particulado.
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 25/56 / 39
[26] Após a remoção da substância particulada, através do filtro de particulado 12, a corrente de gás de descarga é opcionalmente transportada, dependendo das necessidades do sistema operacional do automóvel, através da linha 14 até um coletor de NOx a jusante 16 para a adsorção de quaisquer contaminantes de emissão de NOx remanescentes na corrente de gás de descarga. A partir do coletor de NOx 16 através da linha 18, um catalisador de SCR 20 pode ser localizado para receber a saída do coletor de NOx para fornecer outro um tratamento de emissão de qualquer amônia gerada pela coletor de NOx com um catalisador de redução catalítica seletiva para a redução de óxidos de nitrogênio para formar nitrogênio e água. A linha 22 leva ao tubo posterior e para fora do sistema.
[27] Na FIG. 1B, um sistema de tratamento de emissão 3 compreende um motor a gasolina 5 que transporta os gases de descarga através da linha 7 para um primeiro catalisador TWC 9, que em alguns casos pode ser menor do que seria necessário devido ao filtro de particulado revestido de TWC à jusante 13, que recebe a corrente de descarga através da linha 11. A linha 15 pode levar a outros componentes de tratamento e/ou ao tubo posterior e para fora do sistema. Em outros casos, o filtro de particulado revestido de TWC 13 contém uma carga de catalisador TWC que é projetada para funcionar em conjunto com o primeiro catalisador TWC de modo a satisfazer as exigências de emissões.
[28] Na FIG. 1C, um sistema de tratamento de emissão 100 compreende um motor a gasolina 102 que transporta a descarga através da linha 103, onde um primeiro cano de distribuição 104 direciona a descarga para um filtro de particulado revestido de TWC 110 durante as condições de partida a frio. Um catalisador TWC opcional é localizada a montante do filtro de particulado revestido com TWC. Assim que tais condições de partida a frio estão concluídas e as condições no estado substancialmente estável, a descarga pode ser direcionada para um segundo cano de distribuição 108 de
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 26/56 / 39 modo que os catalisadores TWC 106 possam ser utilizados sem a perda de contrapressão associada com o filtro revestido de TWC 110. Linha 112 leva a outros componentes de tratamento tais como coletor de NOx e catalisador de SCR e/ou ao tubo posterior e para fora do sistema.
[29] Dirigindo-se a FIG. 2, um sistema de tratamento de emissão integrado 30 compreende uma seção de catalisador TWC 32, uma seção de filtro de particulado 34, uma coletor de NOx opcional 36 e SCR 38. Durante o tratamento de uma corrente de emissão de gás de descarga, o gás de descarga flui de um motor através do sistema de tratamento de emissão integrado 30 para o tratamento e/ou conversão dos contaminantes da emissão de gás de descarga tais como hidrocarbonetos não queimados (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx) e substância particulada. O gás de descarga flui sequencialmente através da seção de catalisador TWC a montante 32, uma seção de filtro de partículas 34, um coletor de NOx opcional 36 e catalisador de SCR 38. Neste sistema integrado, o catalisador TWC 32 pode ser revestido no filtro de particulado 34, eliminando assim uma seção.
[30] No que diz respeito à formação de catalisadores TWC e catalisadores de oxidação, os catalisadores TWC que apresentam boa atividade e longa vida útil compreendem um ou mais metais do grupo de platina (por exemplo, platina, paládio, ródio, rênio e irídio) dispostos em uma área superficial elevada, suporte de óxido de metal refratário, por exemplo, um revestimento de alumina de área superficial elevada. O suporte é carregado em um portador ou substrato adequado tal como um portador monolítico que compreende uma estrutura alveolar cerâmica ou metálica refratária, ou partículas refratárias tais como esferas ou segmentos extrusados curtos de um material refratário adequado. Os suportes de óxido de metal refratário podem ser estabilizados contra a degradação térmica por materiais tais como zircônia, titânia, óxidos de metal terroso alcalino tais como bário,
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 27/56 / 39 cálcio ou estrôncio ou, de uma forma mais geral, óxidos de metal de terras raras, por exemplo, cério, lantânio e misturas de dois ou mais óxidos de metal de terras raras. Por exemplo, ver a Patente US no 4.171.288 (Keith). Os catalisadores TWC também podem ser formulados para incluir um componente de armazenamento de oxigênio.
[31] Como um catalisador de oxidação, uma composição de revestimento reativo típico pode conter agentes catalíticos de metal de base, agentes catalíticos de metal do grupo de platina ou combinações de ambos que são sustentados em óxidos de metal refratário, por exemplo, alumina ativada. Os agentes catalíticos de metal de base podem incluir óxidos de metal de terras raras, particularmente óxido de lantânio, óxido de cério e óxido de praseodímio. Os agentes catalíticos de metal do grupo da platina específicos podem incluir platina, paládio, ródio e combinações destes. Os óxidos de metal refratários úteis podem incluir sílica, alumina, gama-alumina, titânia, zircônia, sílica-alumina e cério-zircônia. Opcionalmente, a composição de revestimento reativo catalítico também pode conter outros aditivos tais como promotores e estabilizantes. Peneiras moleculares tais como zeólitos também podem ser úteis no catalisador de oxidação.
[32] Referência a um “suporte” em uma camada de composição de revestimento reativo de catalisador se refere a um material que recebe os metais preciosos, estabilizantes, promotores, aglutinantes, e outros mais através da associação, dispersão, impregnação, ou outros métodos adequados. Exemplos de suportes incluem, mas não são limitados a eles, óxidos de metal refratário de área superficial elevada e compósitos contendo componentes de armazenamento de oxigênio. Os suportes de óxido de metal refratário de superfície elevada referem-se às partículas de suporte tendo poros grandes maiores do que 20 Â e uma ampla distribuição de poros. Como aqui definido, tais suportes de óxido de metal excluem peneiras moleculares, especificamente, zeólitos. Os suportes de óxido de metal refratário área
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 28/56 / 39 superficial elevada, por exemplo, materiais de suporte de alumina, também referidos como “gama alumina” ou “alumina ativada”, tipicamente apresentam uma área superficial BET com excesso de 60 metros quadrados por grama (“m2/g”), freqüentemente de até cerca de 200 m2/g ou mais elevado. Tal alumina ativada é geralmente uma mistura das fases gama e delta de alumina, mas também pode conter quantidades substanciais de fases de alumina eta, capa e teta. Os óxidos de metais refratários diferentes de alumina ativada podem ser usados como um suporte para pelo menos alguns dos componentes catalíticos em um dado catalisador. Por exemplo, cério, zircônia, alfa alumina e outros materiais volumosos são conhecidos para tal uso. Embora muitos destes materiais sofram da desvantagem de ter uma área superficial BET consideravelmente menor do que a alumina ativada, esta desvantagem tende a ser compensada por uma maior durabilidade do catalisador resultante. “Área superfície BET” tem seu significado usual que se refere ao método Brunauer, Emmett, Teller para determinar a área superficial mediante a adsorção de N2.
[33] Uma ou mais formas de realização incluem um suporte de óxido de metal refratário de área superficial elevada compreendendo um composto ativado selecionado do grupo consistindo de alumina, aluminazircônia, alumina-cério-zircônia, lantânio-alumina, lantânio-zircônia-alumina, bário-alumina, bário-lantânio-alumina, bário-lantânio-neodímio-alumina, e alumina-cério. Exemplos de compósitos contendo componentes de armazenamento de oxigênio incluem, mas não são limitados a eles, cériozircônia, cério-zircônia-lantânio. Referência a um “compósito de cériozircônia” significa um compósito que compreende cério e zircônia, sem especificar a quantidade de cada componente. Os compósitos de cériozircônia adequados incluem, mas não estão limitados a eles, compostos tendo, por exemplo, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 % 90 % ou mesmo 95 % de teor de
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 29/56 / 39 cério. Certas formas de realização prevêem que o suporte compreende cério volumoso tendo um teor de cério nominal de 100 % (isto é, > 99 % de pureza).
[34] Referência ao componente de armazenamento de oxigênio (OSC) refere-se a uma entidade que possui um estado de múltiplas valências e pode ativamente reagir com oxidantes tais como oxigênio ou óxido nitroso sob condições oxidativas, ou reage com redutores tais como monóxido de carbono (CO) ou hidrogênio sob condições de redução. Exemplos de componentes de armazenamento de oxigênio adequados incluem cério. Praseodímio também pode ser incluído como um OSC. A liberação de um OSC para a camada de composição de revestimento reativo pode ser alcançada através da utilização, por exemplo, de óxidos misturados. Por exemplo, cério pode ser liberado por um óxido misturado de cério e zircônio e/ou um óxido misturado de cério, zircônio e neodímio. Por exemplo, praseodímio pode ser liberado por um óxido misturado de praseodímio e zircônio, e/ou um óxido misturado de praseodímio, cério, lantânio, ítrio, zircônio e neodímio.
[35] Como aqui usado, peneiras moleculares, tais como zeólitos, referem-se aos materiais que podem na forma particulada sustentar os metais do grupo precioso, os materiais tendo uma distribuição de poros substancialmente uniforme, com o tamanho médio dos poros não sendo mais elevado do que 20 Â. Referência a um “suporte não zeólito” em uma camada de composição de revestimento reativo de catalisador se refere a um material que não é uma peneira molecular ou zeólito e que recebe os metais preciosos, estabilizantes, promotores, aglutinantes, e outros mais através da associação, dispersão, impregnação, ou outros métodos adequados. Exemplos de tais suportes incluem, mas não são limitados a eles, óxidos de metal refratário de área superficial elevada.
[36] A referência a “impregnado” significa que uma solução
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 30/56 / 39 contendo metais preciosos é colocada nos poros de um suporte. Nas formas de realização detalhadas, a impregnação de metais preciosos é conseguida através da umidade incipiente, onde um volume de diluição contendo metais preciosos é aproximadamente igual ao volume de poro dos corpos de suporte. A impregnação de umidade incipiente geralmente leva a uma distribuição substancialmente uniforme da solução do precursor em todo o sistema de poros do suporte. Referência ao “contato íntimo” inclui ter uma quantidade eficaz de componentes em tal contato (por exemplo, Pd e OSC) no mesmo suporte, em contato direto e/ou em proximidade substancial tal que o OSC entra em contato com os componentes de oxigênio antes do componente Pd. Coletor de particulado
[37] Referência ao coletor de particulado significa um filtro feito sob medida e configurado para coletar os particulados gerados pelas reações de combustão no motor a gasolina de injeção direta. A coleta de particulados pode ocorrer, por exemplo, mediante o uso de um filtro de particulado (ou fuligem), através do uso de um substrato através do fluxo tendo um caminho tortuoso interno de tal forma que uma mudança na direção do fluxo dos particulados faz com que abandonem a corrente de descarga, mediante o uso de um substrato metálico, tal como um portador de metal corrugado, ou por outros métodos conhecidos por aqueles versados na técnica. Outros dispositivos de filtração podem ser adequados, tais como um tubo com uma superfície áspera que pode arremessar as partículas para fora da corrente de descarga. Um tubo com uma curva também pode ser adequado.
[38] Com referência aos filtros, a FIG. 3 representa uma vista em perspectiva de um substrato de filtro de fluxo de parede exemplar adequado para um filtro de particulado. Os substratos de fluxo de parede úteis para sustentar as composições de catalisador TWC ou de oxidação possuem uma pluralidade passagens finas substancialmente paralelas de fluxo de gás que se estendem ao longo do eixo longitudinal do substrato. Tipicamente, cada
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 31/56 / 39 passagem é bloqueada em uma extremidade do corpo do substrato, com as passagens alternativas bloqueadas nas faces de extremidade opostas. Tais portadores monolíticos podem conter até cerca de 300 passagens de fluxo (ou “células”) por polegada quadrada (6,45 cm2) de corte transversal, embora muito menos possa ser usada. Por exemplo, o portador pode ter cerca de 7 a 300, mais geralmente de cerca de 200 a 300 células por polegada quadrada (6,45 cm2) (“cpsi”). As células podem ter cortes transversais que são retangulares, quadrados, circulares, ovais, triangulares, hexagonais, ou são de outras formas poligonais. Os substratos de fluxo de parede tipicamente possuem uma espessura de parede entre 0,008 e 0,016 polegadas (0,2032 e 0,0406 mm). Os substratos de fluxo de parede específicos possuem uma espessura de parede entre 0,010 e 0,012 polegadas (0,254 e 0,305 mm).
[39] As FIGS. 3 e 4 ilustram um substrato de filtro de fluxo de parede 50 que possui uma pluralidade de passagens 52. As passagens são de forma tubular fechadas pelas paredes internas 53 do substrato de filtro. O substrato possui uma extremidade de entrada 54 e uma extremidade de saída 56. As passagens alternativas são ligadas na extremidade de entrada com ligações de entrada 58, e na extremidade de saída com ligações de saída 60 para formar padrões de tabuleiros opostos na entrada 54 e na saída 56. Uma corrente de gás 62 entra através da entrada do canal não ligado 64, é interrompida por um tampão de saída de 60 e se difunde através das paredes do canal 53 (que são porosas) no lado de saída 66. O gás não pode passar de volta para o lado de entrada das paredes por causa das ligações de entrada 58.
[40] Os substratos do filtro de fluxo de parede podem ser compostos de materiais como cerâmica tais como cordierita, α-alumina, carboneto de silício, titanato de alumínio, nitreto de silício, zircônia, mulita, espodumênio, alumina-sílica-magnésia ou silicato de zircônio, ou de metal refratário poroso. Os substratos de fluxo de parede também podem ser formados de materiais compósitos de fibra cerâmica. Os substratos de fluxo
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 32/56 / 39 de parede específicos são formados de cordierita, carboneto de silício, e titanato de alumínio. Tais materiais são capazes de suportar o meio ambiente, particularmente as temperaturas elevadas, encontradas no tratamento das correntes de descarga.
[41] Os substratos do fluxo de parede para uso no sistema da invenção podem incluir favos de parede fina porosa (monólitos) através dos quais a corrente de fluido passa sem causar um aumento demasiado grande na contrapressão ou pressão através do artigo. Os substratos de fluxo de parede cerâmicos utilizados no sistema podem ser formados de um material tendo uma porosidade de pelo menos 50 % (por exemplo, de 50 a 75 %) tendo um tamanho médio de poro de pelo menos 5 mícrons (por exemplo, de 5 a 30 mícrons). Em uma forma de realização específica, os substratos podem ter uma porosidade de pelo menos 59 % e possuem um tamanho médio de poros entre 10 e 20 mícrons. Quando os substratos com estas porosidades e estes tamanhos médios de poros forem revestidos com as técnicas descritas abaixo, níveis adequados de composições de TWC ou catalisador de oxidação podem ser carregados nos substratos para alcançar excelente eficiência de conversão de hidrocarboneto, CO e/ou NOx. Estes substratos são ainda capazes de reter as características de fluxo de descarga adequadas, isto é, contrapressões aceitáveis, apesar da carga de catalisador. A Patente US no 4.329.162 é aqui incorporada por referência no que diz respeito à divulgação dos substratos adequados de fluxo de parede.
[42] Os filtros de fluxo de parede típicos de uso comercial são tipicamente formados com porosidades de parede inferiores, por exemplo, de cerca de 42 % a 50 %, do que os filtros de fluxo de parede utilizados na invenção. Em geral, a distribuição de tamanho dos poros dos filtros de fluxo de parede comerciais é tipicamente muito ampla com um tamanho médio de poros menor do que 25 mícrons.
[43] O filtro de fluxo de parede poroso utilizado nesta invenção é
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 33/56 / 39 catalisado em que a parede do elemento possui nela ou nela contida um ou mais materiais catalíticos. Os materiais catalíticos podem estar presentes no lado de entrada da parede do elemento isoladamente, no lado de saída isoladamente, nos lados tanto de entrada quanto de saída, ou a própria parede pode consistir na totalidade, ou em parte, do material catalítico. Esta invenção inclui o uso de uma ou mais composições de revestimentos reativos de materiais catalíticos e combinações de uma ou mais composições de revestimentos reativos de materiais catalíticos nas paredes de entrada e/ou saída do elemento.
[44] Para revestir os filtros de fluxo de parede com o TWC ou composição de catalisador de oxidação, os substratos são imersos verticalmente em uma parte da pasta fluida de catalisador tal que a parte de cima do substrato fica localizada logo acima da superfície da pasta fluida. Desta maneira a pasta fluida entra em contato com a face de entrada de cada parede alveolar, mas é impedida de entrar em contato com a face de saída de cada parede. A amostra é deixada na pasta fluida durante cerca de 30 segundos. O filtro é removido da pasta fluida e a pasta fluida em excesso é removida do filtro de fluxo parede primeiro por permiti-la drenar dos canais, depois mediante a ventilação com ar comprimido (contra a direção da penetração de pasta fluida), e em seguida mediante a extração de um vácuo da direção de penetração da pasta fluida. Mediante o uso desta técnica, a pasta fluida catalisadora permeia as paredes do filtro, contudo os poros não são fechados na medida em que a contrapressão indevida se estabelecerá no filtro acabado. Como usado aqui, o termo “permear” quando usado para descrever a dispersão da pasta fluida de catalisador no filtro, significa que a composição catalisadora é dispersa em toda a parede do filtro.
[45] Os filtros revestidos são tipicamente secados ao redor de 100 oC e calcinados a uma temperatura mais elevada (por exemplo, 300 a 450 oC e até 550 oC). Após a calcinação, a carga de catalisador pode ser determinada
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 34/56 / 39 através do cálculo dos pesos com e sem revestimento do filtro. Como será evidente para aqueles de habilidade na técnica, a carga de catalisador pode ser modificada mediante a alteração do teor de sólidos da pasta fluida de revestimento. Alternativamente, repetidas imersões do filtro na pasta fluida de revestimento podem ser conduzidas, seguido pela remoção do excesso de pasta fluida como descrito acima.
[46] Com referência a um substrato metálico, um substrato útil pode ser composto de um ou mais metais ou ligas metálicas. Os portadores metálicos podem ser empregados de várias formas tais como folha ondulada ou forma monolítica. Os suportes metálicos específicos incluem os metais e ligas metálicas resistentes ao calor tais como titânio e aço inoxidável assim como outras ligas em que o ferro é um componente substancial ou principal. Tais ligas podem conter um ou mais de níquel, cromo e/ou alumínio, e a quantidade total destes metais pode vantajosamente compreender pelo menos 15 % em peso da liga, por exemplo, de 10 a 25 % em peso de cromo, de 3 a 8 % em peso de alumínio e até 20 % em peso de níquel. As ligas também podem conter pequenas quantidades ou apenas traços de um ou mais de outros metais tais como manganês, cobre, vanádio, titânio e outros mais. A superfície dos portadores de metal pode ser oxidada em altas temperaturas, por exemplo, 1000 oC e mais elevada, para melhorar a resistência à corrosão das ligas mediante a formação de uma camada de óxido nas superfícies dos portadores. Tal oxidação induzida por alta temperatura pode aumentar a aderência de um material catalítico no portador.
Preparação de Composições de Revestimentos Reativos de Compósitos Catalisadores
[47] Os compósitos catalisadores podem ser formados em uma única camada ou múltiplas camadas. Em alguns casos, pode ser adequado preparar uma pasta fluida de material catalítico e utilizar esta pasta fluida para formar múltiplas camadas sobre o portador. Os compósitos podem facilmente
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 35/56 / 39 ser preparados por processos bem conhecidos na técnica anterior. Um processo representativo é apresentado abaixo. Como aqui usado, o termo “composição de revestimento reativo” tem seu significado usual na técnica de um revestimento fino aderente de um material catalítico ou outro aplicado a um material portador de substrato, tal como um membro portador do tipo alveolar, que é suficientemente poroso para permitir a passagem através da corrente de gás sendo tratada. Uma “camada de composição de revestimento reativo”, portanto, é definida como um revestimento que é compreendido de partículas de suporte. Uma “camada de composição de revestimento reativo catalisada” é um revestimento compreendido de partículas de suporte impregnadas com componentes catalíticos.
[48] O compósito de catalisador pode ser facilmente preparado em camadas sobre um portador. Para uma primeira camada de uma composição de revestimento reativo específica, as partículas finamente divididas de um óxido de metal refratário de área superficial elevada tal como gama alumina são transformadas em pasta fluida com um veículo apropriado, por exemplo, água. Para incorporar os componentes tais como metais preciosos (por exemplo, paládio, ródio, platina e/ou suas combinações), estabilizantes e/ou promotores, tais componentes podem ser incorporados na pasta fluida como uma mistura de compostos ou complexos solúveis em água ou dispersáveis em água. Tipicamente, quando o paládio for desejável, o componente de paládio é utilizado na forma de um composto ou complexo para alcançar a dispersão do componente sobre o suporte de óxido de metal refratário, por exemplo, alumina ativada. O termo “componente de paládio” significa qualquer composto, complexo ou coisa parecida que, após calcinação ou a sua utilização, decompõe-se ou de outra maneira se converte em uma forma cataliticamente ativa, geralmente o metal ou o óxido de metal. Os compostos solúveis em água ou compostos ou complexos dispersáveis em água do componente de metal podem ser usados contanto que o meio líquido usado
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 36/56 / 39 para impregnar ou depositar o componente de metal sobre as partículas de suporte de óxido de metal refratário não reaja negativamente com o metal ou seu composto ou seu complexo ou outros compostos que possam estar presentes na composição de catalisador e seja capaz de ser removido do componente de metal mediante a volatilização ou decomposição após aquecimento e/ou aplicação de um vácuo. Em alguns casos, a conclusão da remoção do líquido pode não ocorrer até que o catalisador seja colocado em uso e submetido às altas temperaturas encontradas durante a operação. Geralmente, tanto do ponto de vista da economia quanto dos aspectos ambientais, as soluções aquosas de compostos ou complexos solúveis dos metais preciosos são utilizados. Por exemplo, os compostos adequados são nitrato de paládio ou nitrato de ródio.
[49] Um método adequado de preparação de qualquer camada do compósito de catalisador em camadas da invenção é preparar uma mistura de uma solução de um composto de metal precioso desejado (por exemplo, compostos de paládio) e pelo menos um suporte, tal como um suporte de óxido de metal refratário de área superficial elevada finamente dividido, por exemplo, gama alumina, que seja suficientemente seco para absorver substancialmente toda a solução para formar um sólido úmido que posteriormente combinado com água forme uma pasta fluida que se pode revestir. Em uma ou mais formas de realização, a pasta fluida é ácida, tendo, por exemplo, um pH de cerca de 2 a menos do que cerca de 7. O pH da pasta fluida pode ser reduzida pela adição de uma quantidade adequada de um ácido inorgânico ou orgânico na pasta fluida. Combinações de ambos podem ser usadas quando a compatibilidade de ácido e matérias-primas for considerada. Os ácidos inorgânicos incluem, mas não são limitados a eles, ácido nítrico. Os ácidos orgânicos incluem, mas não são limitados a eles, ácido acético, propiônico, oxálico, malônico, succínico, glutâmico, adípico, maleico, fumárico, ftálico, tartárico, cítrico e outros mais. Depois disso, se desejável,
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 37/56 / 39 os compostos solúveis em água ou dispersáveis em água de componentes de armazenamento de oxigênio, por exemplo, compósito de cério-zircônio, um estabilizante, por exemplo, acetato de bário, e um promotor, por exemplo, nitrato de lantânio, podem ser adicionados à pasta fluida.
[50] Em uma forma de realização, a pasta fluida é depois disso fragmentada para resultar substancialmente em todos os sólidos tendo tamanhos de partícula de menos do que cerca de 20 mícrons, isto é, entre cerca de 0,1 a 15 mícrons, em um diâmetro médio. A fragmentação pode ser executada em um moinho de bolas ou outro equipamento similar, e o teor de sólidos da pasta fluida pode ser, por exemplo, de cerca de 20 a 60 % em peso, mais particularmente de cerca de 30 a 40 % em peso.
[51] As camadas adicionais, isto é, a segunda e a terceira camadas, podem ser preparadas e depositadas após a primeira camada da mesma forma como descrito acima para a deposição da primeira camada após o portador. Coletores de NOx
[52] Apesar da presença do catalisador TWC, o uso de um motor a gasolina de injeção direta resulta em condições de queima pobre onde os níveis de NOx são mais elevados do que durante as condições estequiométricas convencionais de motores a gasolina. Como um resultado, o catalisador TWC não pode reduzir todos os componentes de NOx. Um coletor de NOx contém pelo menos um sorvente de NOx e um catalisador para a redução de NOx. Geralmente, um sorvente de NOx armazena NOx durante os períodos de operação pobre (rica em oxigênio), e libera o NOx armazenado durante os períodos ricos (relativamente rico em combustível) de operação. Durante os períodos de operação rica, um componente de catalisador do coletor de NOx promove a redução de NOx em nitrogênio mediante a reação de NOx (incluindo o NOx liberado do sorvente de NOx) com HC, CO e/ou hidrogênio presentes na descarga. Os componentes de sorvente de NOx podem ser selecionados do grupo consistindo de componentes de metal
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 38/56 / 39 terroso alcalino, componentes de metal alcalino, e componentes de metal de terras raras. Nas formas de realização específicas, o componente de sorvente de NOx é selecionado do grupo consistindo de óxidos de cálcio, estrôncio e bário, óxidos de potássio, sódio, lítio e césio, e óxidos de cério, lantânio, praseodímio e neodímio. Quando a redução em excesso de NOx através da reação com H2 e/ou hidrocarbonetos ocorre no coletor de NOx, amônia NH3 pode ser produzida, que requer tratamento adicional.
Catalisadores de SCR
[53] O tratamento de NH3 também pode ser alcançado através da utilização da Redução Catalítica Seletiva (SCR). Na SCR, amônia ou reagentes à base de uréia são utilizados na presença de um catalisador tendo um metal de base onde a amônia reage para reduzir os óxidos de nitrogênio. A amônia ou uréia pode ser injetada no sistema de descarga à frente do catalisador de SCR ou produzida no catalisador de coletor de NOx devido a uma redução em excesso do NOx armazenado. As composições adequadas de catalisador de SCR são descritas, por exemplo, nas Patentes US nos 4.961.917 (Byrne) e 5.516.497 (Speronello), que são ambas por meio desta incorporadas por referência na sua totalidade. As composições divulgadas na patente Byrne incluem um promotor tanto de ferro quanto de cobre presente em uma zeólito em uma quantidade de cerca de 0,1 a 30 por cento em peso, preferivelmente de cerca de 1 a 5 por cento em peso, do peso total de promotor acrescido de zeólito. Além de sua capacidade de catalisar a redução de NOx com NH3 para N2, as composições divulgadas também podem promover a oxidação de NH3 em excesso com O2, especialmente para aquelas composições tendo concentrações de promotor mais elevadas.
[54] Antes de descrever as várias formas de realização exemplares da invenção, é preciso entender que a invenção não se limita aos detalhes da construção ou etapas do processo apresentadas na seguinte descrição. A invenção é capaz de outras formas de realização e de ser praticada de várias
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 39/56 / 39 formas. No que segue, os projetos preferidos para o catalisador em camadas são fornecidos, incluindo tais combinações como recitadas utilizadas isoladamente ou em combinações ilimitadas, as utilizações para as quais incluem os sistemas e métodos de outros aspectos da presente invenção.
[55] Na forma de realização 1, é fornecido um sistema de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta para o tratamento de um sistema de descarga compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o sistema de tratamento de emissão compreendendo um coletor de particulado catalisado que compreende um catalisador de conversão de três vias (TWC) revestido sobre ou dentro de um coletor de particulado.
[56] Na forma de realização 2, é fornecido um sistema de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta para o tratamento de um sistema de descarga compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o sistema de tratamento de emissão compreendendo um coletor de particulado catalisado tendo um catalisador de oxidação ou um catalisador de conversão de três vias nele depositado; um ou mais sensores de gás, e um sistema de diagnóstico a bordo (OBD).
[57] Na forma de realização 3, é fornecido um método de tratamento de um gás de descarga que compreende hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados, o método compreendendo: localizar um sistema de tratamento de emissão a jusante de um motor a gasolina de injeção direta; fornecer um coletor de particulado catalisado que compreende um catalisador de conversão de três vias (TWC) depositado em um coletor de particulado no sistema de tratamento de emissão; e colocar em contato o gás de descarga do motor com o coletor de particulado catalisado.
[58] Qualquer uma das formas de realização de 1 a 3 pode ter um
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 40/56 / 39 ou mais dos seguintes aspectos de projeto opcionais:
o coletor de particulado compreende um filtro de fuligem;
um coletor de NOx, um catalisador de SCR, ou ambos são localizados a jusante do coletor de particulado;
a composição de catalisador de conversão de três vias é revestida dentro de um lado de entrada, um lado de saída, ou de ambos do coletor de particulado;
o lado de entrada ou o lado de saída é revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo paládio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio;
o componente de armazenamento de oxigênio está presente em uma quantidade de até 10 % em peso da composição de revestimento reativo;
o lado de entrada ou o lado de saída é revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo ródio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio;
o componente de armazenamento de oxigênio está presente em uma quantidade de 10 a 25 % em peso da composição de revestimento reativo;
um lado de entrada do coletor de particulado compreende uma camada do catalisador de conversão de três vias que possui uma espessura na faixa de 10 a 50 mícrons;
% ou mais de uma carga total de metal do grupo da platina (PGM) é depositada sobre uma distância axial de 20 a 50 % a montante do filtro, e 50 % ou menos da carga total de PGM é depositada em uma distância axial de 50 a 80 % posterior do filtro;
o catalisador está presente em uma quantidade de não mais do que 2 g/in3 (0,122 g/cm3) total em um lado de entrada e um lado de saída;
um segundo catalisador de conversão de três vias é fornecido a montante do coletor de particulado catalisado.
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 41/56 / 39 o coletor de particulado é colocado em contato durante as condições de partida a frio e o coletor de particulado é desviado após as condições de partida a frio.
EXEMPLOS
[59] Os exemplos não limitativos a seguir servem para ilustrar as várias formas de realização da presente invenção. Em cada um dos exemplos, o portador foi cordierita. Referência a um primeiro revestimento e um segundo revestimento não fornece nenhuma limitação sobre a localização ou orientação do revestimento. Com referência ao revestimento de entrada, este significa que o gás de descarga em primeiro lugar entra em contato com o revestimento de entrada antes de entrar em contato com o revestimento de saída.
EXEMPLO 1
[60] Um filtro de fuligem tendo um material catalítico foi preparado usando dois revestimentos: um revestimento de entrada e um revestimento de saída. O compósito de catalisador de conversão de três vias (TWC) continha paládio e ródio com uma carga total de metais preciosos de 26 g/ft3 (866,7 g/m3) e com uma relação de Pt/Pd/Rh de 0/24,5/1,5. O substrato tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 300 células por polegada quadrada (6,45 cm2), uma espessura de parede de aproximadamente 381 μm (15 mil), e uma porosidade de 50 %. Os revestimentos foram preparados como se segue: Revestimento de Entrada
[61] Os componentes presentes no revestimento de entrada eram uma gama alumina de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônia com 28 % de cério em peso, ródio e óxido de bário, em concentrações de aproximadamente 29,3 %, 58,5 %, 0,5 % e 11,7 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. O óxido de bário foi introduzido como uma solução de hidróxido. A carga total do
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 42/56 / 39 revestimento foi de 0,17 g/in3 (0,0103 g/cm3). O teor de OSC no revestimento foi de aproximadamente 16 %.
[62] Ródio na forma de uma solução de nitrato de ródio foi impregnado por misturador planetário (P-mixer) na alumina estabilizada para formar um pó úmido enquanto alcança a umidade incipiente. Uma pasta fluida aquosa foi formada. A solução de bário foi adicionada. Os componentes foram triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 mícrons. O compósito de cério-zircônio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de entrada do filtro de cordierita de fluxo de parede, utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica. Após o revestimento, o filtro acrescido do revestimento de entrada foi secado.
Revestimento de Saída
[63] Os componentes presentes no revestimento de saída eram gama alumina gama de área superficial elevada, gama alumina de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônio com 28 % de cério em peso, paládio, óxido de zircônio, óxido de bário, óxido de estrôncio, e óxido de lantânio, em concentrações de aproximadamente 51,8 %, 25,9 %, 9,4 %, 3,3 %, 2,4 %, 2,4 %, 2,4 % e 2,4 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. A carga total do revestimento de saída foi de 0,42 g/in3 (0,026 g/cm3). O óxido de zircônio e o óxido de estrôncio foram introduzidos como soluções de acetato. O óxido de bário e o óxido de lantânio foram introduzidos como soluções de nitrato. O teor de OSC (componente de armazenamento de oxigênio) no revestimento foi de aproximadamente 3 %.
[64] Uma pasta fluida aquosa foi formada mediante a combinação das aluminas. Paládio na forma de uma solução de nitrato de paládio foi impregnado por misturador planetário (P-mixer) nas aluminas para formar um
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 43/56 / 39 pó úmido enquanto atinge a umidade incipiente. Soluções de zircônio e bário foram adicionadas e o pH foi ajustado entre 3 e 3,5. Os componentes foram triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 mícrons. O compósito de cério-zircônio junto das soluções de lantânio e estrôncio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de saída de um filtro de cordierita de fluxo de parede utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica para o depósito do catalisador em um substrato de cordierita. Após o revestimento, o filtro acrescido dos revestimentos de entrada e de saída foi secado e depois calcinado em uma temperatura de 550 oC durante cerca de 1 hora.
EXEMPLO 2
[65] Um filtro de fuligem tendo um material catalítico foi preparado usando dois revestimentos: um revestimento de entrada e um revestimento de saída. O compósito de catalisador de conversão de três vias (TWC) continha paládio e ródio com uma carga total de metais preciosos de 68 g/ft3 (2666,7 g/m3) e com uma relação de Pt/Pd/Rh de 0/65,5/2,5. O substrato tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 300 células por polegada quadrada (6,45 cm2), uma espessura de parede de aproximadamente 381 μm (15 mil), e uma porosidade de 50 %. Os revestimentos foram preparados como se segue: Revestimento de Entrada
[66] Os componentes presentes no revestimento de entrada eram uma gama alumina de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônia com 28 % de cério em peso, ródio e óxido de bário, em concentrações de aproximadamente 29,2 %, 58,3 %, 0,8 % e 11,7 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. O óxido de bário foi introduzido como uma solução de hidróxido. A carga total do revestimento foi de 0,17 g/in3 (0,0104 g/cm3). O teor de OSC no revestimento
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 44/56 / 39 foi de aproximadamente 16 %.
[67] Ródio na forma de uma solução de nitrato de ródio foi impregnado por misturador planetário (P-mixer) na alumina estabilizada para formar um pó úmido enquanto alcança a umidade incipiente. Uma pasta fluida aquosa foi formada. A solução de bário foi adicionada. Os componentes foram triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 mícrons. O compósito de cério-zircônio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de entrada do filtro de cordierita de fluxo de parede, utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica. Após o revestimento, o filtro acrescido do revestimento de entrada foi secado.
Revestimento de Saída
[68] Os componentes presentes no revestimento de saída eram gama alumina gama de área superficial elevada, gama alumina de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônio com 28 % de cério em peso, paládio, óxido de zircônio, óxido de bário, óxido de estrôncio, e óxido de lantânio, em concentrações de aproximadamente 49,2 %, 24,6 %, 8,9 %, 8,4 %, 2,2 %, 2,2 %, 2,2 % e 2,2 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. A carga total do revestimento de saída foi de 0,45 g/in3 (0,027 g/cm3). O óxido de zircônio e o óxido de estrôncio foram introduzidos como soluções de acetato. O óxido de bário e o óxido de lantânio foram introduzidos como soluções de nitrato. O teor de OSC (componente de armazenamento de oxigênio) no revestimento foi de aproximadamente 3 %.
[69] Uma pasta fluida aquosa foi formada mediante a combinação das aluminas. Paládio na forma de uma solução de nitrato de paládio foi impregnado por misturador planetário (P-mixer) nas aluminas para formar um pó úmido enquanto atinge a umidade incipiente. Soluções de zircônio e bário
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 45/56 / 39 foram adicionadas e o pH foi ajustado entre 3 e 3,5. Os componentes foram triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 mícrons. O compósito de cério-zircônio junto das soluções de lantânio e estrôncio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de saída de um filtro de cordierita de fluxo de parede utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica para o depósito do catalisador em um substrato de cordierita. Após o revestimento, o filtro acrescido dos revestimentos de entrada e de saída foi secado e depois calcinado em uma temperatura de 550 oC durante cerca de 1 hora.
EXEMPLO 3
[70] Um filtro de fuligem tendo um material catalítico foi preparado usando dois revestimentos: um revestimento de entrada e um revestimento de saída. O compósito de catalisador de conversão de três vias (TWC) continha paládio e ródio com uma carga total de metais preciosos de 61 g/ft3 (2033,3 g/m3) e com uma relação de Pt/Pd/Rh de 0/58,6/2,4. O substrato tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 300 células por polegada quadrada (6,45 cm2), uma espessura de parede de cerca de 381 μm (15 mil), e uma porosidade de 50 %. Os revestimentos foram preparados como se segue: Revestimento de Entrada
[71] Os componentes presentes no revestimento de entrada eram uma gama alumina de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônia com 28 % de cério em peso, ródio e óxido de bário, em concentrações de aproximadamente 31,2 %, 62,2 %, 0,4 % e 6,2 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. O óxido de bário foi introduzido como uma solução de hidróxido. A carga total do revestimento foi de 0,32 g/in3 (0,020 g/cm3). O teor de OSC no revestimento foi de aproximadamente 17 %.
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[72] Ródio na forma de uma solução de nitrato de ródio foi impregnado por misturador planetário (P-mixer) na alumina estabilizada para formar um pó úmido enquanto alcança a umidade incipiente. Uma pasta fluida aquosa foi formada. A solução de bário foi adicionada. Os componentes foram triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 mícrons. O compósito de cério-zircônio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de entrada do filtro de cordierita de fluxo de parede, utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica. Após o revestimento, o filtro acrescido do revestimento de entrada foi secado.
Revestimento de Saída
[73] Os componentes presentes no revestimento de saída eram gama alumina gama de área superficial elevada, gama alumina de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônio com 28 % de cério em peso, paládio, óxido de zircônio, óxido de bário, óxido de estrôncio, e óxido de lantânio, em concentrações de aproximadamente 50,2 %, 25,1 %, 12,1 %, 5,1 %, 1,5 %, 1,5 %, 1,5 % e 3,0 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. A carga total do revestimento de saída foi de 0,66 g/in3 (0,040 g/cm3). O óxido de zircônio e o óxido de estrôncio foram introduzidos como soluções de acetato. O óxido de bário e o óxido de lantânio foram introduzidos como soluções de nitrato. O teor de OSC (componente de armazenamento de oxigênio) no revestimento foi de aproximadamente 3 %.
[74] Uma pasta fluida aquosa foi formada mediante a combinação das aluminas. Paládio na forma de uma solução de nitrato de paládio foi impregnado por misturador planetário (P-mixer) nas aluminas para formar um pó úmido enquanto atinge a umidade incipiente. Soluções de zircônio e bário foram adicionadas e o pH foi ajustado entre 3 e 3,5. Os componentes foram triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 mícrons. O
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 47/56 / 39 compósito de cério-zircônio junto das soluções de lantânio e estrôncio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de saída de um filtro de cordierita de fluxo de parede utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica para o depósito do catalisador em um substrato de cordierita. Após o revestimento, o filtro acrescido dos revestimentos de entrada e de saída foi secado e depois calcinado em uma temperatura de 550 oC durante cerca de 1 hora.
EXEMPLO 4
[75] Um filtro de fuligem tendo um material catalítico foi preparado usando dois revestimentos: um revestimento de entrada e um revestimento de saída. O compósito de catalisador de oxidação continha platina e paládio com uma carga total de metais preciosos de 37,5 g/ft3 (1250 g/m3) e com uma relação de Pt/Pd/Rh de 25/12,5/0. O substrato tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 300 células por polegada quadrada (6,45 cm2), uma espessura de parede de cerca de 381 μm (15 mil), e uma porosidade de 50 %. Os revestimentos foram preparados como se segue:
Revestimento de Entrada
[76] Os componentes presentes no revestimento de entrada eram gama alumina de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônia com 28 % de cério em peso, platina, paládio e óxido de zircônio, em concentrações de aproximadamente 55,2 %, 31,5 %, 3,6 %, 1,8 e 7,9 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. A carga total do revestimento de entrada foi de 0,64 g/in3 (0,039 g/cm3). O óxido de zircônio foi introduzido com uma solução de acetato. O teor de OSC (componente de armazenamento de oxigênio) no revestimento foi de aproximadamente 9 %. A carga de metal do revestimento de entrada foi de 60 g/ft3 (2000 g/m3) total.
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[77] Paládio na forma de uma solução de nitrato de paládio e platina na forma de uma amina foram impregnados por misturador planetário (P-mixer) na alumina em uma solução aquosa para formar um pó úmido enquanto alcança a umidade incipiente. A solução de zircônio foi adicionada e o pH foi ajustado para entre 3 e 3,5. Os componentes foram triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 mícrons. O compósito de cériozircônio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de entrada de um filtro de cordierita de fluxo de parede para uma distância de 50 % do comprimento axial, utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica para a deposição do catalisador em um substrato de codierita. Após o revestimento, o filtro acrescido do revestimento de entrada foi secado e depois calcinado em uma temperatura de 550 oC durante cerca de 1 hora.
Revestimento de Saída
[78] Os componentes presentes no revestimento de saída eram gama alumina gama de área superficial elevada estabilizada com lantânio, um compósito de cério-zircônio com 28 % de cério em peso, platina, paládio, óxido de zircônio, em concentrações de aproximadamente 57,5 %, 32,8 %, 1,0 %, 0,5 % e 8,2 %, respectivamente, com base no peso do catalisador calcinado. A carga total do revestimento de entrada foi de 0,61 g/in3 (0,037 g/cm3). O óxido de zircônio foi introduzido como uma solução de acetato. O teor de OSC (componente de armazenamento de oxigênio) no revestimento foi de aproximadamente 9 %. A carga de metal do revestimento de saída foi de 15 g/ft3 (500 g/m3) total.
[79] Paládio na forma de uma solução de nitrato de paládio e platina na forma de uma amina foram impregnados por misturador planetário (P-mixer) na alumina em uma solução aquosa para formar um pó úmido enquanto atinge a umidade incipiente. A solução de zircônio foi adicionada e o pH foi ajustado entre 3 e 3,5. Os componentes foram triturados em um
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 49/56 / 39 tamanho de partícula de 90 % sendo de 8 a 10 microns. O compósito de cériozircônio foi adicionado e os componentes foram ainda triturados em um tamanho de partícula de 90 % sendo menor do que 5 mícrons. A pasta fluida foi revestida no lado de saída do filtro de cordierita de fluxo de parede para uma distância de 50 % do comprimento axial utilizando métodos de deposição conhecidos na técnica. Após o revestimento, o filtro acrescido dos revestimentos de entrada e de saída foi secado e depois calcinado em uma temperatura de 550 oC durante cerca de 1 hora.
EXEMPLO 5
TESTE
[80] Os filtros de fuligem dos Exemplos 1, 2, 3 e 4 foram testados para determinar a sua contribuição para a contrapressão. A queda de pressão dos filtros com os revestimentos em comparação com os filtros em branco não foi significativamente aumentada. Os resultados da queda de pressão em polegadas (25,4 cm) de água em relação ao fluxo (cfm) dos Exemplos 1, 2, 3 e 4 são fornecidos nas FIGS. 5, 6, 7 e 8, respectivamente.
EXEMPLO 6
COMPARATIVO
[81] Um monólito através do fluxo tendo um subrevestimento em conjunto com o material catalítico de duas camadas do EXEMPLO 2 foi preparado. O monólito através do fluxo tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 600 células por polegada quadrada (6,45 cm2), e uma espessura de parede de aproximadamente 100 μm. O subrevestimento continha gama alumina ativada, zircônia, e um aglutinante. As camadas de composição de revestimento reativo inferiores e superiores foram preparadas como descrito no EXEMPLO 2 para os revestimentos de entrada e de saída, respectivamente. EXEMPLO 7
COMPARATIVO
[82] Um monólito através do fluxo tendo um subrevestimento em
Petição 870190137813, de 20/12/2019, pág. 50/56 / 39 conjunto com o material catalítico de duas camadas do EXEMPLO 3 foi preparado. O monólito através do fluxo tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 600 células por polegada quadrada (6,45 cm2), e uma espessura de parede de aproximadamente 100 μm. O subrevestimento continha gama alumina ativada, zircônia, e um aglutinante. As camadas de composição de revestimento reativo inferiores e superiores foram preparadas como descrito no EXEMPLO 3 para os revestimentos de entrada e de saída, respectivamente.
EXEMPLO 8
COMPARATIVO
[83] Um monólito através do fluxo tendo um subrevestimento em conjunto com uma camada do material catalítico foi preparado. O subrevestimento continha gama alumina ativada, zircônia, e um aglutinante. O material catalítico continha platina e paládio com uma carga total de metais preciosos de 60 g/ft3 (2000 g/m3) e com uma relação de PT/Pd de 2/1. O monólito através do fluxo tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 600 células por polegada quadrada (6,45 cm2), e uma espessura de parede de aproximadamente 100 μm. A camada de composição de revestimento reativo do material catalítico foi preparada como descrito no EXEMPLO 4 para os revestimentos de entrada.
EXEMPLO 9
COMPARATIVO
[84] Um monólito através do fluxo tendo um material catalítico de duas camadas do EXEMPLO 3 foi preparado (nenhum subrevestimento). O monólito através do fluxo tinha um volume de 91,5 in3 (1,5 L), uma densidade de células de 600 células por polegada quadrada (6,45 cm2), e uma espessura de parede de aproximadamente 100 μm. As camadas de composição de revestimento reativo inferiores e superiores foram preparadas como descrito no EXEMPLO 3 para os revestimentos de entrada e de saída, respectivamente. EXEMPLO 10
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TESTE
[85] Amostras de núcleo tendo dimensões de 1” x 3” (2,5 cm x 7,6 cm) dos compósitos de catalisador dos Exemplos de 2 a 4 e de 6 a 9 foram amadurecidos a 900 oC em ar durante 5 horas. Após o amadurecimento, os compósitos são avaliados usando um simulador de veículo a gasolina onde a alimentação de hidrocarbonetos (C1) continha 7,5 % de etano, 40 % de propileno, 22,5 % de pentano, e 30 % de benzeno com vários protocolos de teste, incluindo o tempo de atraso OBD, transitórios modelo lambda, e ciclos de movimento MVEG simulado.
[86] As conversões HC/CO/NOx foram medidas enquanto a temperatura foi rapidamente elevada para 500 oC. As concentrações de hidrocarboneto, CO e NOx são medidas usando um analisador Fourier Transform Infrared (FTIR). A Tabela 1 fornece porcentagens residuais de HC, CO, e NOx.
Tabela 1:
Exemplo Substrato carga de PM g/ft3 (33,3 g/m3) % residual
HC CO NOx
2 filtro de fuligem com porosidade de 50 % 68 2,3 7,3 15,3
3 filtro de fuligem com porosidade de 59 % 61 1,8 5,4 12,4
4 filtro de fuligem com porosidade de 50 % 37,5 6,1 13,5 19,6
6 Comparativo w/subrevestiment o através do fluxo 68 2,1 5,9 16,5
7 Comparativo w/subrevestiment o através do fluxo 61 2,0 4,8 10,3
8 Comparativo w/subrevestiment o através do fluxo 37,5 5,4 15,0 18,5
9 Comparativo através do fluxo 61 1,8 4,6 9,2
[87] Com base na Tabela 1, conclui-se que os filtros de fuligem catalisados dos Exemplos de 2 a 4 fornecem conversões comparáveis ao material catalítico sobre os monólitos através do fluxo dos Exemplos
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Comparativos de 6 a 9. Desta forma, os filtros de fuligem catalisados dos Exemplos de 2 a 4 podem ser usados como substitutos para os monólitos através do fluxo catalisados em sistemas de emissões que requerem coletor de particulado. Na medida em que existem diferenças estatisticamente significativas no desempenho de NOx entre os filtros de fuligem e os monólitos através do fluxo, os coletores de NOx a jusante e os catalisadores de SCR tipicamente observados nos sistemas de GDI pobre devem estar disponíveis para compensar quando necessário para o tratamento de NOx. Em resumo, a utilização de um filtro de fuligem contendo uma carga de metal precioso desejada fornece tratamento de emissão de HC, CO, NOx comparável com o monólito através do fluxo, com o benefício adicional de coletor de particulado.
[88] Referência ao longo deste relatório descritivo a “uma forma de realização”, “certas formas de realização”, “uma ou mais formas de realização” ou “uma forma de realização”, significa que um aspecto particular, estrutura, material ou característica descrita em conexão com a forma de realização é incluído em pelo menos uma forma de realização da invenção. Assim, o aparecimento das frases tais como “em uma ou mais formas de realização”, “em certas formas de realização”, “em uma forma de realização” ou “em uma forma de realização” em vários lugares ao longo deste relatório descritivo não estão necessariamente referindo-se à mesma forma de realização da invenção. Além disso, os aspectos particulares, estruturas, materiais ou características podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais formas de realização.
[89] A invenção foi descrita com referência específica às formas de realização e as respectivas alterações descritas acima. Outras modificações e alterações podem ocorrer para outros após leitura e a compreensão do relatório descritivo. Pretende-se incluir todas tais modificações e alterações na medida em que elas ocorram dentro do escopo invenção.

Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de tratamento de emissão (3, 100) adequado para o tratamento de um sistema de descarga compreendendo hidrocarbonetos, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e particulados a jusante de um motor a gasolina de injeção direta (5, 102), compreendendo um coletor de particulados catalisado (13, 110) que compreende um catalisador de conversão de três vias (TWC) revestido dentro de um coletor de particulado caracterizado pelo fato de que a composição do catalisador de conversão de três vias é revestida dentro de ambos um lado de entrada e um lado de saída do coletor de particulado;
    em que um do lado de entrada ou do lado de saída é revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo paládio, um suporte, e um componente de armazenamento de oxigênio e o outro do lado de entrada ou do lado de saída é revestido com uma composição de revestimento reativo compreendendo ródio, um suporte e um componente de armazenamento de oxigênio.
  2. 2. Sistema de tratamento de emissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor de particulado compreende um filtro de fuligem.
  3. 3. Sistema de tratamento de emissão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um coletor de NOx, um catalisador de SCR, ou ambos localizados a jusante do coletor de particulado catalisado.
  4. 4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o lado de saída é revestido com uma composição de revestimento reativo que compreende paládio, um suporte e um componente de armazenamento de oxigênio e o lado de entrada é revestido com uma
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    2 / 2 composição de revestimento reativo que compreende ródio, um suporte e um componente de armazenamento de oxigênio.
  5. 5. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que na composição de revestimento reativo compreendendo paládio, um suporte e um componente de armazenamento de oxigênio, o componente de armazenamento de oxigênio está presente em uma quantidade de até 10 % em peso da composição de revestimento reativo.
  6. 6. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que na composição de revestimento reativo compreendendo ródio, um suporte e um componente de armazenamento de oxigênio, o componente de armazenamento de oxigênio está presente em uma quantidade de 10 a 25 % em peso da composição de revestimento reativo.
  7. 7. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que 50 % ou mais de uma carga total de metal do grupo de platina (PGM) é depositada em uma distância axial de 20 a 50 % a montante do filtro, e 50 % ou menos da carga total de PGM é depositado em uma distância axial de 50 a 80 % posterior do filtro.
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