ES2232936T3 - Metodo para reducir emisiones de un motor de gasolina equipado con un convertidor catalitico de tres vias. - Google Patents

Abstract

Los motores de gasolina equipados con un catalizador de tres vías emiten menos NOx, hidrocarburos y monóxido de carbono cuando se hacen funcionar con combustibles que contienen un catalizador bimetálico que comprende acetilacetonato de rodio y un compuesto de platino soluble en el combustible, tal como difenilciclooctadieno platino (II) o acetilacetonato de platino. Los metales totales en el aditivo se administrarán a una concentración inferior a aproximadamente 2 ppm (miligramos de metal por litro de gasolina) basada en la cantidad de gasolina quemada en el motor. Las dosificaciones preferidas serán de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 1,5 ppm, con una relación de platino a rodio de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 15:1.

Description

Método para reducir emisiones de un motor de gasolina equipado con un convertidor catalítico de tres vías.

Esta invención se refiere a métodos que habilitan la reducción de emisiones al mismo tiempo que permiten hacer funcionar eficazmente a un motor de gasolina.

El uso de convertidores catalíticos de tres vías para motores accionados por gasolina ha resultado ser el estándar. La vida de estos convertidores es frecuentemente menor que la vida esperada de los vehículos en los que se instalan, debido a desgaste, envenenamiento, sinterización y daños mecánicos. No obstante, incluso cuando pierden la actividad indispensable para cumplir la normativa preceptiva, todavía contienen cantidades importantes de metales catalizadores. La sustitución es cara y antieconómica. Y, desafortunadamente, muchos vehículos se conducen y continuarán siendo conducidos durante bastante tiempo después que resulten peligrosos para el medio ambiente.

La técnica se ha esforzado para proporcionar un aditivo para la gasolina, que se podría utilizar por toda una flota para mantener un nivel adecuado de actividad de catalizador. Además, se ha buscado un aditivo especifico que se podría añadir a la gasolina mediante una dosificación adecuada para renovar la actividad de un catalizador que ha perdido su vigor. Esta búsqueda ha resultado difícil debido a la eficacia para un fin debe estar equilibrada con otros factores tales como la composición necesaria para suministrar el catalizador al convertidor catalítico a un coste que sea práctico y seguro en lo que se refiere a toxicidad y manipulación. Este coste se ha averiguado que es una cuestión de síntesis inicial además de para la presencia de especies químicas incompatibles. Otros factores que necesitan equilibrarse incluyen la exigencia de que las composiciones químicas añadidas no dañen o alteren de manera negativa componentes o funciones del motor y de su sistema de control de emisiones.

Por otra parte, la búsqueda de aditivos de combustible eficaces para catalizadores para mejorar el funcionamiento de un convertidor catalítico es un problema técnico difícil porque el tratamiento de las diversas especies de escapes gaseosos presenta exigencias opuestas. Por ejemplo, la reducción de emisiones de hidrocarburos y monóxido de carbono son problemas de oxidación mientras que la reducción de emisiones de NO_{x} es un problema químico de reducción.

Existe una necesidad actual para un aditivo eficaz para la gasolina que se pueda producir y utilizar a un coste razonable para mantener y/o restablecer la eficacia del convertidor catalítico, al mismo tiempo que evite los problemas de la técnica anterior.

Los convertidores catalíticos están estandarizados en los automóviles accionados por gasolina en países en los que los entes reguladores intentan controlar de manera agresiva la calidad del aire. Se han hecho muchos intentos para equilibrar sus costes y eficacia a lo largo de periodos de funcionamiento razonables y la determinación de composiciones de catalizador ha progresado hasta el punto que generalmente se entiende que se requieren combinaciones de platino, paladio y rodio. Los procedimientos para catalizar nuevos convertidores catalíticos también se han desarrollado bastante bien. Además, se han realizado varios intentos para renovarlos durante su funcionamiento. Con este propósito se han mencionado varios aditivos de gasolina

En la Patente Norteamericana Nº 5.034.020, a Epperly y otros, se describe una variedad de aditivos de combustible de metal del grupo platino, solubles en combustible, que se añaden a los materiales descritos en las patentes norteamericanas anteriores a Bowers y otros 4.892.562 para combustible diesel y 4.891.050 para gasolina. En la patente a Epperly y otros, se observó que los aditivos podían proporcionar mejoras de funcionamiento del convertidor catalítico, no obstante parece que todos los compuestos referenciados requieren procedimientos de síntesis caros.

En el documento WO 94/2293, a Shustorovich, y otros, se hace notar que la descripción de Bower en la patente Norteamericana Nº 4.891.050 probaba solamente compuestos que contenían ligantes con uniones C - C, y aseguraba que no se ilustraba ningún efecto catalizador fuera de la cámara de combustión. Como solución suya al problema, describieron que los metales preciosos nobles (por ejemplo, platino paladio, oro, rodio) y metales no nobles (preferiblemente, renio) se podrían disolver directamente en gasolina (desde un preformado sólido) para catalizar un convertidor catalítico. Los compuestos metálicos tenían uniones polares de ligaduras de metal, formadas preferiblemente por ligantes puramente inorgánicos tales como halógenos, oxígeno, etc. Los compuestos preferidos de platino "son sales alcalinas de ácido clorhídrico de platino X_{2}PtCl_{6}, en las que X es" potasio, rubidio o cesio. No obstante, los solicitantes habían determinado que los cloruros tienen varios inconvenientes, entre los que están un efecto corrosivo en el sistema de escape, incluyendo ciertos soportes catalizadores, y una tendencia a liberar metales catalizadores desde un soporte catalizador debido a una disminución en la presión de vapor de los componentes metálicos. Además, los cloruros pueden presentar emisiones negativas de salud y seguridad. Por otra parte, el concepto de concentración modulada al variar la superficie de contacto se presenta problemático a la vista de una variación esperada de la solubilidad con la temperatura y la composición del combustible.

A pesar de los trabajos realizados con éxito por la industria para proporcionar convertidores catalíticos eficaces con estimable duración, no se ha obtenido el mismo grado de éxito con la identificación de un rejuvenecedor catalítico bimetálico específico que podría añadirse directamente a la gasolina para lograr un efecto económico y eficaz.

Un objeto de la invención es permitir a los propietarios de vehículos antiguos, pero fiables, mantenerse dentro de la reglamentación preceptiva con medios fáciles y eficaces.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método para mantener o renovar la actividad de un convertidor catalítico de tres vías.

Estos y otros objetos se logran mediante la presente invención, lo que proporciona un procedimiento para mantener o renovar la actividad de un convertidor catalítico de tres vías.

El método para renovar o mejorar el funcionamiento de un convertidor catalítico de tres vías que se hace funcionar en un motor de gasolina según la invención comprende:

alimentar una composición de gasolina, que comprende una mezcla de acetil acetonato de rodio y un compuesto de platino orgánico soluble en combustible que comprende difenil ciclooctadieno de platino (II) y/o acetil acetonato de platino, estando presentes los compuestos de platino y rodio en cantidades suficientes para proporcionar una relación de platino rodio dentro de la gama comprendida entre 3:1 y 15:1, a una cámara de combustión del motor en la que se quema el combustible y se oxidan las porciones orgánicas de los compuestos de platino y rodio, liberando por tanto el rodio y el platino como especies catalizadoras activas en los gases de escape generados por la combustión; y

hacer pasar los gases de escape a través del convertidor catalítico por lo que el rodio y el platino se depositan en el convertidor catalítico para de ese modo renovarlo en términos de la capacidad para oxidar hidrocarburos y monóxido de carbono y reducir óxidos de nitrógeno.

La invención se entenderá mejor y sus ventajas serán más evidentes cuando la siguiente descripción se lea a la luz de los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura es una representación gráfica de los resultados de ensayos de motores realizados con el aditivo de gasolina de la invención.

La invención se refiere a motores de gasolina equipados con convertidores catalíticos de tres vías. Este tipo de catalizador se ha convertido en estándar en los Estados Unidos y en muchos más países para reducir las emisiones de hidrocarburos gaseosos, monóxido de carbono y NO_{x}. Típicamente tiene funciones eficaces para la reducción química de los NO_{x} y la oxidación química de los hidrocarburos y monóxido de carbono. Mediante diversos organismos reguladores se requiere se cumplan unas normas específicas. Los limites numéricos no tratan de limitar la definición del "convertidor catalítico de tres vías" como se ha explicado antes.

La gasolina se define aquí para que tenga su significado habitual y para incluir aquellos combustibles definidos como tales por las normas ASTM y Europeas y está destinada a incluir todos los combustibles capaces de hacer funcionar un motor del tipo Otto. Típicamente, estos serán combustibles de hidrocarburos que se caracterizan por tener un punto de ebullición comprendido dentro de la gama de la fracción gasolinas, por ejemplo, entre 30,22ºC y 104,44ºC (90ºF y 220ºF), y típicamente contendrán aditivos para aumentar el contenido de oxígeno, mejorar el índice de octano y mantener al motor libre de depósitos que podrían hacer disminuir el rendimiento del motor.

Los motores de gasolina equipados con catalizadores de tres vías emiten menos hidrocarburos de NO_{x} y monóxido de carbono cuando se hacen funcionar con combustibles que contienen un catalizador bimetálico que comprende acetilacetonato de rodio y un compuesto de platino soluble en combustible que comprende difenil ciclooctadieno de platino (II) y/o acetil acetonato de platino. El total de metales en el aditivo se dosificará a una concentración de menos de aproximadamente 2 ppm (por ejemplo, 0,01 a 2 ppm, basada en el peso del metal en miligramos respecto al volumen de combustible en litros). Para tratamientos de choque se pueden emplear dosificaciones más elevadas, por ejemplo, hasta aproximadamente 10 ppm. Los aditivos contendrán las concentraciones apropiadas de compuestos metálicos para dar la dosificación apropiada basada en la cantidad de gasolina quemada en el motor. Las dosificaciones preferidas estarán comprendidas entre aproximadamente 0,15 hasta aproximadamente 1,5 ppm, con una relación de platino a rodio desde aproximadamente 3:1 hasta aproximadamente 15:1. Además de las composiciones metálicas del catalizador, las composiciones de la invención incluirán preferiblemente un disolvente miscible en gasolina tal como alcoholes minerales, tolueno y alcohol isopropílico.

La preparación de los materiales que contienen ligantes identificados anteriormente se expone en las patentes anteriores a Bowers, y otros, y a Epperly, y otros. Las descripciones de estas patentes se incorporan aquí a modo de referencia. Los compuestos de acetilacetonato de rodio y platino están disponibles comercialmente y se sintetizan fácilmente. La composición será preferiblemente termoestable, y esencialmente libre de fósforo, arsénico, antimonio, o haluros.

Para conseguir las ventajas de la invención, un motor de gasolina se alimenta con una composición de gasolina que incluye la composición de catalizador bimetálico de la invención. La gasolina se quema en una cámara de combustión del motor y las porciones orgánicas de los compuestos de rodio y platino se oxidan liberando de esta manera el rodio y el platino como especies de catalizador activas en los gases de escape generados por la combustión. Los gases de escape resultantes se hacen pasar entonces a través del convertidor catalítico, por lo que el rodio y el platino se depositan en el convertidor catalítico en forma activa.

Los ensayos con varios motores de gasolina con sistemas de escape equipados con convertidores catalíticos de tres vías mostraron reducciones de emisiones mejoradas, cuando el combustible contenía un aditivo catalizador bimetálico que contenía acetil acetonato de rodio y un compuesto de platino soluble en el combustible.

Ejemplo

Este ejemplo se presenta para ilustrar y explicar más ampliamente la invención y no se debe tomar como limitación en ningún aspecto. A no ser que se indique otra cosa, todas las partes y porcentajes son por peso.

Cuatro automóviles equipados con convertidores catalíticos de tres vías se hicieron funcionar con una composición de gasolina según la invención que contenía acetilacetonato de rodio (0,15ppm) y difenil ciclooctadieno de platino (II) (0,80 ppm). Los resultados se presentaron gráficamente en la Figura adjunta.

El acetilacetonato de rodio es un material disponible comercialmente, y es inesperadamente eficaz cuando se utiliza en combinación con un compuesto de platino soluble en combustible en la composición y método de la invención.

La descripción anterior tiene el fin de instruir a la persona de experiencia normal en la técnica, en como practicar la presente invención, y no tiene la finalidad de detallar todas aquellas modificaciones y variaciones obvias de ella que resultarán evidentes al trabajador experto al leer esta descripción. No obstante, se desea que todas esas modificaciones y variaciones obvias se incluyan dentro del alcance de la presente invención que se define por la siguiente reivindicación.

Claims (1)

1. Un método para renovar o mejorar el funcionamiento de un convertidor catalítico de tres vías que se hace funcionar en un motor de gasolina, que comprende:

alimentar una composición de gasolina, que comprende una mezcla de acetilacetonato de rodio y un compuesto de platino orgánico soluble en combustible que comprende difenil ciclooctadieno de platino (II) y/o acetilacetonato de platino, estando presentes los compuestos de platino y rodio en cantidades suficientes para proporcionar una relación de platino rodio dentro de la gama comprendida entre 3:1 y 15:1, a una cámara de combustión del motor en la que se quema el combustible y se oxidan las porciones orgánicas de los compuestos de rodio y platino, liberándose por tanto el rodio y el platino como especies catalizadoras activas en los gases de escape generados por la combustión; y

hacer pasar los gases de escape a través del convertidor catalítico, por lo que el rodio y el platino se depositan en el convertidor catalítico para de ese modo renovarlo en términos de la capacidad para oxidar hidrocarburos y monóxido de carbono y para reducir óxidos de nitrógeno.