ES2200504T3 - Catalizador y procedimiento para la purificacion de gases de escape. - Google Patents

Abstract

Catalizador (4) para depurar gases de escape de un motor accionado con exceso de aire, especialmente de un motor (1) de vehículo con una masa activa que se compone de los óxidos TiO2, V2O5, CaO y SiO2, así como adicionalmente de WO y/o MoO3, dado el caso con adición de un material auxiliar o de relleno.

Description

Catalizador y procedimiento para la purificación de gases de escape.

La invención se refiere a un catalizador y a un procedimiento para depurar gases de escape de un motor accionado con exceso de aire, especialmente de un motor de vehículo.

En la combustión de carburantes, por ejemplo de carburante diesel, se produce, como es sabido, una gran cantidad de diferentes grupos contaminantes. Para eliminar o reducir estos grupos contaminantes, se requieren diferentes transformaciones catalíticas y diferentes catalizadores o masas activas. Para reducir las emisiones de gas de escape, generalmente se conectan en serie o en paralelo varios sistemas de depuración que actúan específicamente. Además, se utilizan otros sistemas catalizadores, por ejemplo para la reducción de compuestos de NO_{x}, como reacción oxidativa de compuestos de hidrocarburo.

Un procedimiento para la reducción catalítica selectiva de NO_{x} de gas de escape oxigenado se describe, por ejemplo, en el documento EP 0 487 886 B1. La corriente de salida se mezcla mediante un dispositivo dosificador con un medio reductor nitrogenado. Seguidamente, esta mezcla se pone en contacto con un catalizador SCR que descompone los óxidos de nitrógeno contenido en el gas de escape en nitrógeno y agua molecular con el medio reductor según el procedimiento de la reducción (SCR) catalítica selectiva. Compuestos (HVOC y VOC) orgánicos fácilmente volátiles o gaseosos y compuestos (SOF) que se asocian a partículas de moderadas a muy volátiles se influencian en el intervalo de temperatura baja sólo insuficientemente por el catalizador SCR. Para reducir estas emisiones es necesario otro sistema catalizador en forma de un catalizador de oxidación. Por eso, a un catalizador SCR está conectado a continuación, por lo general, un catalizador de oxidación, como se describe, por ejemplo, en el documento EP 0 692 301 A2. Por lo tanto, el gasto técnico instrumental y los costes unidos a él son relativamente altos en sistemas catalizadores convencionales para la reducción de emisiones de NO_{x} e hidrocarburos. Aparte de esto, la corriente de salida se somete a más pasos de limpieza ocasionalmente, lo que, por lo tanto, aumenta más el gasto en aparatos y los costes.

Por eso, la invención se basa en la tarea de indicar un catalizador sencillo en cuanto al gasto técnico instrumental, para limpiar especialmente de forma eficaz el gas de escape de un motor accionado con exceso de aire. Aparte de esto, hay que indicar un procedimiento de limpieza especialmente eficaz mediante un catalizador de este tipo.

Respecto al catalizador se soluciona esta tarea según la invención mediante las características de la reivindicación 1. Respecto al procedimiento, la citada tarea según la invención se resuelve mediante las características de la reivindicación 8.

Además, se entiende como material adicional para la producción o carga los rellenos, recursos y aglutinantes usuales para masas cerámicas como, por ejemplo, fibras cerámicas o fibras de vidrio como relleno / medio de apoyo, resinas, goma laca o celulosa como formadores de poros, y butilglicol, isopropanol, etilglicol, u óxido de polietileno como recurso formador de películas.

Se ha comprobado asombrosamente que con la masa activa según la invención, en un gas de escape pueden reducirse especialmente de forma eficaz tanto compuestos orgánicos volátiles, como también óxidos de nitrógeno (los últimos en presencia de un medio reductor que contiene nitrógeno). Los compuestos orgánicos se asocian a la masa activa mediante quimisorpción en el intervalo de temperaturas bajas; se oxidan principalmente en dióxido de carbono y agua a temperaturas comparativamente altas. Sin embargo, simultáneamente la masa activa cataliza también la reducción entre los compuestos de NO_{x} y el medio reductor alimentado al gas de escape.

Por lo tanto, tanto el catalizador como el procedimiento posibilitaron una reacción simultánea de compuestos orgánicos y NO_{x} con exactamente la misma masa activa. Si hasta ahora se necesitaban para las transformaciones citadas dos cuerpos del catalizador separados en sus propias carcasas respectivamente o particiones de la carcasa como mínimo, ahora sólo se requiere un catalizador en una pieza. Esto reduce el espacio de montaje necesario, lo que es ventajoso especialmente en vehículos, así como los costes de fabricación.

Especialmente buenos valores de reducción se consiguen si la masa activa se compone en % en peso del 70-95% de TiO_{2}, 2-10% de WO_{3} y/o MoO_{3}, 0,1-5% de V_{2}O_{5} 0,1-8% de CaO y 0,1-10% de SiO_{2}.

Además, se ha mostrado que la actividad de oxidación CO de la masa activa puede mejorarse mediante dopado con o mediante adición de elementos del grupo Pt, Pd, Rh, Ru e Ir, sin que al mismo tiempo se perjudique apreciablemente la capacidad para la reducción de hidrocarburo y de NO_{x} simultáneas. Los elementos citados del grupo de platino metálico del sistema periódico de los elementos (PSE) pueden añadirse individualmente o mezclados, así como en cualquier forma inorgánica o compuesto, por ejemplo, como óxido.

Se consigue una especialmente buena actividad de oxidación de CO, si los metales de platino citados están adicionados con una parte de 0,01-5% en peso.

Para la fabricación del catalizador, la masa activa descrita anteriormente puede extruirse en una pieza extruida completamente. Un cuerpo del catalizador monolítico de este tipo está atravesado, por ejemplo, por una gran cantidad de canales de flujo paralelos inundables por el gas de escape. Otra posibilidad consiste en recubrir con la masa activa un cuerpo del catalizador inerte, por ejemplo, de cerámica o de metal. En cada caso, la masa activa se prepara mezclando, moliendo, amasando los óxidos o sus compuestos precursores (dado el caso, añadiendo materiales adicionales para la producción y cargas cerámicos usuales). Un cuerpo del catalizador de una masa activa de este tipo o un cuerpo del soporte metálico o cerámico recubierto con una masa activa de este tipo, por ejemplo en forma de panal o de plancha, se seca a temperaturas entre 20ºC y 100ºC y se calcina a una temperatura de 200ºC hasta 800ºC.

La superficie BET del catalizador debería estar en el intervalo de 30 m^{2}/g a 150 m^{2}/g. El volumen de poros, medido según el procedimiento de penetración Hg debe estar en el intervalo de 100 mm^{3}/g a 1000 mm^{3}/g en la distribución de los radios de los poros mono o polimodal.

Un ejemplo de realización de la invención se explicará detalladamente mediante un dibujo. La figura muestra un cuerpo del catalizador en forma de panal en una instalación depuradora de humos de un motor diesel.

Según la figura, está prevista una instalación depuradora de humos para la depuración catalítica del gas de escape de un motor 1 diesel no representado detalladamente. En este caso, el gas de escape de un motor 1 diesel como flujo 2 de gas inunda un tubo 3 de escape y un catalizador 4 dispuesto en el tubo 3 de escape. El catalizador 4 está configurado como un cuerpo del panal; presenta una cantidad de canales 5 paralelos inundables. Después de inundar el cuerpo 4 del catalizador, el flujo 2 de gas liberado por los óxidos de nitrógeno se emite al medio ambiente mediante un orificio de salida.

El catalizador 4 presenta una masa activa con 85% en peso de TiO_{2}, 7% en peso de WO_{3}, 2% en peso de V_{2}O_{5}, 1% en peso de CaO, 3% en peso de SiO y 2% en peso de Pt. Se produce como una pieza extruida totalmente a partir de la masa activa, comprende 40x40 celdas y presenta un volumen de catalizador de 720 1 y una superficie específica de 890 m^{2}/cm^{3}. El motor 1 diesel es un motor diesel de 8 cilindros con una potencia de 920 KW con un número de revoluciones de 750 1/min. El flujo volumétrico del gas de escape es de 720 m^{3}/h, medido en metros cúbicos normalizados con condiciones estándares.

Para la descomposición de los óxidos NO_{x} de nitrógeno según el procedimiento SCR, está dispuesto un dispositivo 7 de introducción para un medio reductor en el tubo 3 de escape en dirección del flujo delante del catalizador 4. En este caso, el dispositivo 7 de introducción comprende un contenedor 8 del medio reductor con una tubería 9 del medio reductor acoplada al tubo 3 de escape. La tubería 9 del medio reductor desemboca dentro del tubo 3 de escape en una tobera 10 de inyección. Mediante un compresor 12 de aire se introduce, dependiendo de la necesidad en el flujo 2 de gas del tubo 3 de escape, una solución 11 de urea acuosa como medio reductor a través de la válvula 13 controlable. En el flujo 2 de gas caliente se transforma amoniaco en urea mediante piró- y/ o termólisis en el medio reductor. Después, los óxidos de nitrógeno obtenidos en el flujo 2 de gas en presencia de amoniaco se transforman en amoniaco y agua moleculares en el catalizador 4 según el procedimiento SCR.

Con los valores indicados se consiguió una transformación de NO_{x} de 87,8%, transformación de hidrocarburo de 88,8% simultánea y una reducción de partículas de 43,9%. Además, el catalizador (4) se calentó a su temperatura de funcionamiento.

Claims (9)

1. Catalizador (4) para depurar gases de escape de un motor accionado con exceso de aire, especialmente de un motor (1) de vehículo con una masa activa que se compone de los óxidos TiO_{2}, V_{2}O_{5}, CaO y SiO_{2}, así como adicionalmente de WO y/o MoO_{3}, dado el caso con adición de un material auxiliar o de relleno, caracterizado porque la masa activa está compuesta como sigue (% en peso):

TiO_{2} 70-95% WO_{3} y/o MoO_{3} 2-10% V_{2}O_{5} 0,1-5% CaO 0,1-8% SiO_{2} 0,1-10%

2. Catalizador (4) según la reivindicación 1, caracterizado porque la masa activa contiene adicionalmente al menos un elemento del grupo Pt, Pd, Rh, Ru e Ir en cualquier forma inorgánica.

3. Catalizador (4) según la reivindicación 2, caracterizado por la siguiente composición de su masa activa (% en peso).

TiO_{2} 7.0-95% WO_{3} y/o MoO_{3} 2-10% V_{2}O_{5} 0,1-5% CaO 0,1-8% SiO_{2} 0,1-10% Pt, Pd, Rh, Ru y/o Ir 0,1-5%

4. Catalizador (4) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por un cuerpo del catalizador de una pieza hecho o recubierto de masa activa.

5. Cuerpo (4) del catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la masa activa presenta una superficie BET de 30- 150 m^{2}/g y/o volúmenes de poros, medidos según el método de penetración Hg, de 100- 1000 mm^{3}/g en distribución de los radios de los poros mono o polimodal.

6. Catalizador (4) según una de las reivindicaciones 1- 5, caracterizado por un cuerpo del catalizador que es una pieza extruida totalmente de la masa activa.

7. Catalizador (4) según una de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por un cuerpo del catalizador de un material inerte que está recubierto con la masa activa.

8. Procedimiento para depurar el gas de escape de un motor de combustión accionado con exceso de aire, especialmente de un motor (1) de vehículo, en el que

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un medio reductor nitrogenado dosifica el gas de escape, y

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y el gas de escape que contiene medio reductor se conduce mediante un catalizador (4) según una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque como medio reductor se utiliza amoniaco o urea (11).