ES2222527T3

ES2222527T3 - Material poroso, metodo y disposicion para la conversion catalitica de gases de escape.

Info

Publication number: ES2222527T3
Application number: ES97954008T
Authority: ES
Inventors: Edward Jobson; Johan A. Martens; Anne Cauvel; Francois Jayat
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2005-02-01
Anticipated expiration: 2017-12-10
Also published as: US7033969B1; JP4632538B2; DE69729757T2; EP1044056B1; JP2001525241A; AU5784798A; EP1044056A1; DE69729757D1; WO1999029400A1

Abstract

Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape, comprendiendo dicho material poroso (1) un portador con una primera estructura porosa (2, 2¿), y un catalizador de oxidación (OX), el cual en presencia de oxígeno (O2), según una primera reacción (3), tiene la capacidad de catalizar la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO2) y, según una segunda reacción, de catalizar la oxidación de un agente reductor (HC), caracterizado porque el catalizador de oxidación (OX) está encerrado dentro de la primera estructura porosa (2, 2¿), la cual tiene dimensiones tales que al agente reductor (HC) se le impide estéricamente (4, 4¿) ponerse en contacto con el catalizador de oxidación (OX), a fin de permitir primariamente que tenga lugar la primera reacción (3) de dichas primera y segunda reacciones sobre el catalizador de oxidación (OX) durante la conversión catalítica de gases de escape.

Description

Material poroso, método y disposición para la conversión catalítica de gases de escape.

Campo técnico

La invención corresponde a un material poroso para la conversión catalítica de gases de escape. El material poroso comprende un portador con una primera estructura porosa, y un catalizador de oxidación que en la presencia de oxígeno tiene la capacidad de catalizar la oxidación del monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno. El catalizador de oxidación tiene en sí mismo también la capacidad de catalizar la oxidación de un agente reductor pero, de acuerdo con la invención, la oxidación del agente reductor se evita encerrando el catalizador de oxidación dentro de una primera estructura porosa, la cual tiene dimensiones tales que se evita estéricamente que el agente reductor entre en contacto con el catalizador de oxidación.

Preferiblemente el material poroso comprende también un portador con una segunda estructura porosa y un catalizador de reducción, el cual, en presencia del agente reductor es capaz de catalizar selectivamente la reducción del dióxido de nitrógeno a nitrógeno, con lo cual se consume, al menos parcialmente, el agente reductor. De esta manera el catalizador de reducción se sitúa en la segunda estructura porosa que tiene dimensiones tales que el agente reductor se puede poner en contacto con el catalizador de reducción. La invención se refiere también a un método y a una disposición que utilizan el material poroso, e indica un uso ventajoso del material poroso.

Se puede aplicar la invención dentro del campo de la conversión catalítica de gases de escape que se originan en los motores de combustión interna, particularmente los motores de combustión de mezcla pobre (motores LC) y motores diesel.

También se puede utilizar la presente invención para otros gases de escape que contienen óxidos de nitrógeno y que tienen un excedente de oxígeno, que se originan en fuentes estacionarias de emisión, tales como las turbinas de gas, las centrales de generación y análogas.

Antecedentes de la invención

Al intentar reducir las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) de los motores de combustión interna, se han hecho muchos esfuerzos para modificar las condiciones de la combustión a fin de reducir las emisiones de NO_{x} mientras que se mantiene todavía el rendimiento de la combustión a un nivel satisfactorio.

Entre las técnicas tradicionales para reducir las emisiones de NO_{x} se pueden mencionar, entre otras, la técnica de Recirculación de Gases de Escape (EGR), así como diseños especiales de los inyectores de combustible y de las cámaras de combustión. Otros parámetros importantes son la compresión, el tiempo de inyección de combustible y la presión de inyección de combustible. Se han empleado también técnicas que implican la inyección de agua, el uso de emulsiones combustible/agua y la así llamada Reducción Catalítica Selectiva (SCR) por amoniaco. De esta forma, se ha encontrado que una optimización unilateral de la eficiencia de la combustión a menudo da lugar a emisiones aumentadas de NO_{x}.

Hoy en día se requiere que se reduzcan tanto el consumo de combustible como las emisiones de NO_{x}. Existen también fuertes exigencias de emisiones reducidas de otros compuestos químicos que son potencialmente peligrosos para el medio ambiente, por ejemplo, los hidrocarburos.

En consecuencia, existe una necesidad mayor de convertidores de tipo catalítico que sean también capaces de tratar los gases de escape de los llamados motores de combustión de mezcla pobre (LC).Por tanto, se ha desarrollado cierto número de convertidores catalíticos diferentes y son bien conocidos a partir de sus aplicaciones comerciales, por ejemplo en vehículos a motor.

Típicamente, los convertidores catalíticos comprenden una o varias matrices, o ladrillos monolíticos como a veces se les llama. Tales ladrillos o monolitos son en forma de un substrato de colmena cerámico, con pasos que lo atraviesan o celdas, y se pueden suministrar con un revestimiento de superficie porosa. Se incrustan partículas de catalizador adecuado en la superficie de la matriz, y se ha optimizado el diseño de la matriz a fin de maximizar las áreas de superficie en las cuales tienen lugar las reacciones catalíticas. Los catalizadores comunes son metales nobles, por ejemplo plata (Ag), platino (Pt), rodio (Rh), galio (Ga) o rutenio (Ru) o mezclas de éstos. Existe también un número de otros metales u óxidos metálicos que se pueden usar como catalizadores. Tales catalizadores pueden tener la capacidad de catalizar reacciones de oxidación o reducción o ambas.

También es previamente conocido el uso de silicatos alumínicos cristalinos, así llamados zeolitas, cargados con un catalizador adecuado. El uso de zeolitas junto con la conversión catalítica de gases de escape o en conexión con la misma se describe, por ejemplo, en el documento EP 0 499 93 A1 y en el documento WEP 0 445 408 A.

Además, también es previamente conocido combinar diversas matrices catalíticas diferentes, o disponer un así llamado postquemador en el proceso de conversión catalítica. Tales disposiciones se describen, por ejemplo, en la Patente de EEUU Nº 5 485.574.

También es previamente conocido el uso de un monolito de colmena de lámina de metal corrugado con un catalizador adecuado portado o soportado en su superficie.

También se ha sugerido, por ejemplo en el documento EP 0 483 708 A1, combinar un convertidor catalítico convencional cerámico con un convertidor catalítico calentable eléctricamente a fin de asegurar que se mantiene la temperatura óptima para la conversión catalítica.

Así, se han descrito en la técnica cierto número de materiales catalizadores, dispositivos y disposiciones diferentes para la conversión catalítica de gases de escape.

Por tanto, se cree que puede tener lugar la eliminación simultánea de los óxidos de nitrógeno (NO_{x}) e hidrocarburos (H_{x}G_{y}), por ejemplo sobre un catalizador-Ag, de acuerdo con las reacciones químicas simplificadas

A) NO_{x} + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2} + H_{2}O + CO_{2} + CO

y

B) O_{2} + H_{x}G_{y} \rightarrow H_{2}O + CO_{2}

Sin embargo, en la práctica se ha encontrado que la siguiente reacción es predominante:

C) NO_{2} + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2} + H_{2}O + CO_{2}

Debería observarse que el término H_{x}G_{y} en las reacciones químicas aquí mencionadas no sólo se refiere a los hidrocarburos, sino que es también relevante para otros agentes reductores que comprenden además el oxígeno y/o el azufre. En consecuencia, el agente reductor H_{x}G_{y} se podría expresar también H_{x}G_{y}O_{z}S_{w}. Ejemplos de agentes reductores que podrían estar presentes en los gases de escape son los alkanos, alkenos, parafinas, alcoholes, aldehídos, cetonas, éteres o ésteres y diferentes compuestos que contienen azufre. También el CO y el NO_{2} actúan como agentes reductores. El agente reductor en los gases de escape puede ser originado por el combustible o el aire de combustión, o puede ser añadido a los gases de escape apropósito.

Se ha encontrado anteriormente que la reacción arriba mencionada según C) es muy rápida, por ejemplo sobre catalizadores-Ag. Se ha encontrado que catalizadores acídicos (H^{+}) y zeolitas acídicas, dopadas con Ag u otros catalizadores adecuados, son selectivos en el sentido de que se puede convertir con facilidad el NO_{2}, mientras que no así el NO. Esto puede constituir una gran desventaja, porque el NO es predominante en los gases de escape "pobres" procedentes, por ejemplo, de los motores LC. Otro problema es que la cantidad de NO_{2} disponible puede resultar limitativa para la reducción de los hidrocarburos (H_{x}G_{y}) u otros compuestos no deseados.

A fin de resolver el problema, es decir, de ser capaces de reducir la cantidad tanto de NO como de H_{x}G_{y} en los gases de escape, se ha sugerido anteriormente combinar un catalizador de Ag-zeolita con un catalizador-Pt.

Normalmente, en un catalizador-Pt convencional tendrán lugar las reacciones principales siguientes:

D) NO + ½ O_{2} \rightarrow NO_{2}

E) O_{2} + H_{x}G_{y} \rightarrow H_{2}O + CO_{2}

F) 2NO + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2}O + H_{2}O + CO_{2}

Cuando se usa un catalizador de Ag-zeolita convencional en combinación con un catalizador-Pt convencional, las cuatro reacciones C), D), E), y F) se producirán. Sin embargo, puesto que el hidrocarburo (H_{x}G_{y}) se consume en las reacciones químicas E) y F), existe un riesgo de que no haya una cantidad suficiente de hidrocarburo (H_{x}G_{y}) remanente para la reacción con dióxido de nitrógeno (NO_{2}) según la reacción C). Esto da lugar a un residuo no deseable de dióxido de nitrógeno (NO_{2}) en el catalizador convertido en gases de escape, que se origina en la reacción D).

Se han hecho intentos previos para resolver el problema con diferentes tipos de catalizadores, por medio de la combinación de diferentes catalizadores y por medio de añadir una cantidad adicional de hidrocarburos a los gases de escape a fin de suministrar a la reacción C) una cantidad suficiente de hidrocarburos.

Sin embargo, muchas de las soluciones previas se han asociado con el problema de la oxidación no deseada de los hidrocarburos (H_{x}G_{y}) sobre al menos algunas superficies del catalizador de oxidación, el cual preferiblemente sólo debería catalizar la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}) según la reacción D).

Otro problema asociado con muchos catalizadores previamente conocidos es que, en ciertas condiciones, catalizarán la reacción F) que produce óxido de dinitrógeno (N_{2}O). Esta reacción no es deseable y se prefiere que los óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape se conviertan en nitrógeno (N_{2}) en el grado máximo posible, y no en óxido de dinitrógeno (N_{2}O).

En consecuencia, existe una necesidad de un nuevo material catalizador de oxidación selectiva, que catalice la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}) y que no catalice la oxidación de los hidrocarburos.

Además, también existe una necesidad de una combinación efectiva de un material catalizador de oxidación selectiva tal que catalice una reacción que produzca dióxido de nitrógeno (NO_{2}) y de un material catalizador de reducción que catalice una reacción en la cual se reduzca el dióxido de nitrógeno (NO_{2}) por hidrocarburos, o por agentes reductores, a nitrógeno (N_{2}).

Resumen de la invención

En consecuencia, un primer objeto de la presente invención es proporcionar un material poroso para la conversión catalítica de gases de escape, por medio del cual material poroso sea posible la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}) y se evite la oxidación catalítica de los hidrocarburos (H_{x}G_{y}) u otros agentes reductores.

Este primer objeto de la invención se logra por medio de un material poroso para la conversión catalítica de gases de escape, el cual, según la reivindicación 1, comprende un portador con una primera estructura porosa, y un catalizador de oxidación. En presencia de oxígeno, el catalizador de oxidación tiene la capacidad de catalizar la oxidación del monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno, según una primera reacción. Además, el propio catalizador de oxidación tiene la capacidad de catalizar la oxidación de un agente reductor, según una segunda reacción. De acuerdo con la invención, el catalizador de oxidación está encerrado dentro de una estructura porosa, la cual tiene dimensiones tales que al agente reductor se le impide estéricamente ponerse en contacto con el catalizador de oxidación. Esto permitirá primariamente que tenga lugar la primera reacción de dichas primera y segunda reacciones sobre el catalizador de oxidación durante la conversión catalítica de gases de escape.

Además, un segundo objeto de la presente invención es proporcionar un material poroso para la conversión catalítica de gases de escape, en el que primariamente sólo tengan lugar las reacciones deseadas, como resultado de las cuales se disminuyan efectivamente los contenidos de NO, NO_{2} y H_{x}G_{y} en los gases de escape convertidos catalíticamente, y los productos de conversión resultantes sean primariamente N_{2},CO_{2} y H_{2}O y no N_{2}O.

El segundo objeto de la invención se logra por medio de un material poroso según la reivindicación 1, el cual, según la reivindicación 2, comprende además un portador con una segunda estructura porosa, y un catalizador de reducción. En presencia de un agente reductor, el catalizador de reducción tiene la capacidad de catalizar selectivamente la reducción del dióxido de nitrógeno a nitrógeno, según una tercera reacción, con lo cual el agente reductor participa en la tercera reacción y es al menos parcialmente consumido. Por tanto, el catalizador de reducción está encerrado dentro de la segunda estructura porosa, la cual tiene dimensiones tales que el agente reductor puede ponerse en contacto con el catalizador de reducción, a fin de permitir que tenga lugar la tercera reacción.

Un tercer objeto de la invención es proporcionar un método para la conversión catalítica de gases de escape, en el cual se utilice el material poroso según la invención.

Este tercer objeto de la invención se logra mediante un método para la conversión catalítica de gases de escape, el cual, según la reivindicación 23, el cual comprende la oxidación del monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno sobre un catalizador de oxidación de acuerdo con una primera reacción en la cual dicho catalizador de oxidación tiene también la capacidad de catalizar la oxidación de un agente reductor, según una segunda reacción. Sin embargo, de acuerdo con la invención, al agente reductor se le impide estéricamente ponerse en contacto con el catalizador de oxidación, como resultado de lo cual tiene lugar la primera reacción de dichas primera y segunda reacciones sobre el catalizador de oxidación.

Un cuarto objeto de la presente invención es indicar un uso ventajoso del material poroso según la invención.

Según la invención, el cuarto objeto se logra por el uso de un material poroso según la invención, que proporciona funciones tanto para la oxidación del monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno como para la reducción del dióxido de nitrógeno a nitrógeno, para la conversión catalítica de gases de escape que tienen un excedente de oxígeno.

Finalmente, un quinto objeto de la presente invención es proporcionar una disposición ventajosa para la conversión catalítica de gases de escape, utilizando el material poroso según la invención.

De acuerdo con la invención, el quinto objeto de la invención se logra mediante una disposición para la conversión catalítica de gases de escape procedentes de un motor de combustión interna que comprende un material poroso según la invención.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá la invención con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos anexos y gráficos.

La Fig. 1 muestra una vista esquemática de una porción de material poroso según la invención, también con una vista ampliada desde el interior de un poro del material poroso. Se indican también las principales reacciones químicas que se producen durante la conversión catalítica de gases de escape.

La Fig. 2 representa esquemáticamente una realización del material poroso según la invención, con una vista ampliada de detalle de una porción del material poroso que incluye un substrato de soporte.

La Fig. 3A representa esquemáticamente una vista de detalle ampliada de una porción de la vista de detalle ampliada de la Fig. 2 y representa una variante del material poroso según la invención que comprende una mezcla física de dos portadores de zeolitas diferentes.

La Fig. 3B representa esquemáticamente otra vista de detalle ampliada de una porción de la vista de detalle ampliada de la Fig. 2 y representa otra variante del material poroso según la invención que comprende una estructura en capas de dos portadores de zeolitas diferentes.

La Fig. 3C representa esquemáticamente una variante de la estructura en capas de la Fig. 3B.

La Fig. 4A representa esquemáticamente una realización de un material poroso según la invención, que tiene una primera porción y una segunda porción.

La Fig. 4B representa esquemáticamente otra realización de la invención, en la que el material poroso según la invención comprende dos partes diferentes, destinadas a ser usadas juntas en un único proceso de conversión catalítica.

La Fig. 5 representa un diagrama de proceso esquemático de una disposición para la conversión catalítica de gases de escape según la invención.

El Gráfico 1A muestra los resultados de una evaluación de laboratorio de una muestra porosa, que comprende una mezcla física de Pt-ferrierita y de Ag-ferrierita, cuando se suministra un hidrocarburo lineal en el gas que se va a convertir catalíticamente.

El Gráfico 1B muestra los resultados de una evaluación de laboratorio de la misma muestra porosa del Gráfico 1A, pero cuando se suministra un hidrocarburo ramificado en el gas que se va a convertir catalíticamente.

El Gráfico 2A muestra los resultados de una evaluación de laboratorio de un material poroso según la invención, que comprende una mezcla física de Pt-ferrierita y de Ag-mordenita, cuando se suministra un hidrocarburo lineal en el gas que se va a convertir catalíticamente.

El Gráfico 2B muestra los resultados de una evaluación de laboratorio del mismo material poroso según la invención, que en el Gráfico 2A, pero cuando se suministra un hidrocarburo ramificado en el gas que se va a convertir catalíticamente.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

A continuación, se describirá un material poroso según la invención haciendo referencia a los dibujos anexos.

El material poroso 1 de la Fig. 1 comprende un portador con una primera estructura porosa 2, 2'. Un catalizador de oxidación (OX) se encierra dentro de la primera estructura porosa 2, 2'. En presencia de oxígeno (O_{2}), el catalizador de oxidación (OX) tiene la capacidad de catalizar la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}), según una primera reacción 3. Además, el propio catalizador de oxidación (OX) tiene capacidad para catalizar la oxidación de un agente reductor (HC), según una segunda reacción (no presente en la Fig. 1).

Según la invención, sin embargo, tal oxidación del agente reductor según la segunda reacción no se desea, puesto que el agente reductor (HC) es más útil en una tercera reacción, como se verá claramente más adelante.

A fin de impedir que ocurra la segunda reacción no deseada, se encierra el catalizador de oxidación (OX) dentro de una primera estructura porosa 2, 2', la cual tiene dimensiones tales que se impide estéricamente 4, 4' al agente reductor (HC) que se ponga en contacto con el catalizador de oxidación (OX). Esto permitirá primariamente que tenga lugar la deseada primera reacción 3, de las dos primera y segunda reacciones sobre el catalizador de oxidación (OX) durante la conversión catalítica de gases de escape. En este contexto, el término "primera estructura porosa" se refiere primariamente a microporos internos del material portador o microporos entre las partículas o granos portadores.

Preferiblemente, el material poroso 1 comprende además un portador con una segunda estructura porosa 5, 5' en la cual se sitúa un catalizador de reducción (RED). En este contexto, el término "segunda estructura porosa" puede incluir microporos internos en el material portador o cavidades o canales entre partículas portadoras, pero también cavidades dentro del material poroso o canales a través del mismo, es decir, macroporos. En presencia de un agente reductor (HC), el catalizador de reducción (RED) es capaz de catalizar selectivamente la reducción del dióxido de nitrógeno (NO_{2}) a nitrógeno (N_{2}), según una tercera reacción 6, mostrada esquemáticamente en la Fig. 1. Con ello, el agente reductor (HC) participa en la tercera reacción 6, y es al menos parcialmente consumido.

Según la invención, el catalizador de reducción (RED) se sitúa en una segunda estructura porosa 5, 5', la cual tiene dimensiones tales que el agente reductor (HC) puede ponerse en contacto con el catalizador de reducción (RED). Esto permite que tenga lugar la deseada tercera reacción 6 durante la conversión catalítica de gases de escape.

De acuerdo con una realización del material poroso según la invención, la primera estructura porosa 2, 2' de media presenta entradas menores 7 para el agente reductor (HC) que la segunda estructura porosa 5, 5'. De este modo, se impide al agente reductor que se ponga en contacto con el catalizador de oxidación (OX), encerrado dentro de la primera estructura porosa 2, 2', pero no se le impide ponerse en contacto con el catalizador de reducción (RED) de la segunda estructura porosa 5, 5'. Los poros de la primera estructura porosa 2, 2' deberían ser primariamente de un tamaño efectivo de 3-6 \ring{A}.

De acuerdo con otra realización del material poroso, tanto la primera estructura porosa 2, 2' como la segunda estructura porosa 5, 5' se disponen en la misma capa o revestimiento del material poroso.

Sin embargo, si se desea, se pueden disponer la primera estructura porosa 2, 2' y la segunda 5, 5' en capas/revesti-
mientos diferentes del material poroso. Esto puede ser una ventaja, en función de la composición de gases de escape que se van a convertir catalíticamente.

En una realización del material poroso, el portador con la segunda estructura porosa 5, 5' está adaptado al tamaño molecular y/o las propiedades de absorción del agente o agentes reductores (HC) que se espera estén presentes en los gases de escape.

En otra realización del material poroso, la relación entre el catalizador de oxidación (OX) y el catalizador de reducción (RED) ha sido optimizada de forma que la producción de dióxido de nitrógeno (NO_{2}), según la primera reacción 3 corresponda esencialmente al consumo de dióxido de nitrógeno (NO_{2}), según la tercera reacción 6.

En otra realización más de la invención (Fig. 4A), el material poroso comprende además una primera porción 10 y una segunda porción 11, en las cuales la primera porción 10 está destinada a recibir los gases de escape 12 antes que la segunda porción 11 durante la conversión catalítica. De esta manera, la primera porción 10 contiene una mayor cantidad del catalizador de oxidación (OX) que la segunda porción 11, mientras que la segunda porción 11 contiene una mayor cantidad del catalizador de reducción (RED) que la primera porción 10. En consecuencia, en un flujo de gases de escape, la primera reacción 3 que produce NO_{2} tendrá lugar aguas arriba de la tercera reacción 6, que consume NO_{2}. Como se muestra en la Fig. 4B, es también concebible con realizaciones en las que las primera y segunda porciones estén separadas entre sí, siempre que sean utilizadas para la conversión catalítica en el mismo proceso de conversión.

Según una realización del material poroso, la primera estructura porosa 2, 2' y/o la segunda 5, 5' está dispuesta en un portador que es una estructura cristalina de zeolita.

Además, tanto la primera estructura porosa 2, 2' como la segunda 5, 5' se pueden disponer en portadores de tipo zeolita, en los que preferiblemente la primera estructura porosa 2, 2' se dispone en una primera zeolita 14 y la segunda estructura porosa en una segunda zeolita 15.

Como se mencionó anteriormente según la invención, la primera estructura porosa 2, 2' y en consecuencia también la primera zeolita 14 proporcionarían propiedades adecuadas para que se impidiera que tuviera lugar la anteriormente mencionada segunda reacción no deseada.

Existe un número de distintos modos de combinar diferentes zeolitas en un material poroso de acuerdo con la invención. Por consiguiente, el material poroso puede comprender una mezcla física 13 de la primera zeolita 14 y de la segunda zeolita 15 (Fig. 3A).

Además, el material poroso puede comprender una estructura de capas 16, 17 de la primera zeolita y de la segunda (Figs. 3B y 3C). También se pueden aplicar o revestir diferentes capas en diferentes substratos de soporte 18 o en diferentes superficies de un substrato 18.

En determinadas aplicaciones, puede ser preferible disponer la estructura de capas 17 de forma que, en un flujo de gases de escape, la segunda zeolita encuentre los gases de escape antes que la primera zeolita. Este puede ser el caso, por ejemplo, cuando los gases de escape que se van a convertir contengan un contenido proporcionadamente alto de NO_{2} pero un contenido bajo de NO.

En otras aplicaciones, por ejemplo, cuando el contenido de NO de gases de escape es proporcionadamente alto pero el contenido de NO_{2} es bajo, podría ser deseable disponer la estructura en capas 15 de forma opuesta, es decir, la primera zeolita fuera de la segunda.

Según una realización del material poroso, se logra una estructura de capas por medio de la segunda zeolita 15, la cual proporciona la segunda estructura porosa 5, 5', que se cristaliza sobre la primera zeolita 14, la cual proporciona la primera estructura porosa 2, 2'. Esto puede hacerse por medio del así llamado recrecimiento.

Otra realización del material poroso pretende una reducción adicional de la presencia de la antes mencionada segunda reacción no deseada. En esta realización, el contenido de catalizador de oxidación (OX) se ha reducido en las capas exteriores 8 de la primera zeolita por medio de un intercambio iónico parcial (indicado en la Fig. 1). Son bien conocidos para la persona experta métodos para alterar la profundidad de penetración y la dispersión de los metales catalíticamente activos y no se describirán con mayor detalle.

En otra realización del material poroso, se ha cristalizado sobre la primera zeolita una capa adicional de cristal de zeolita con un contenido reducido de catalizador de oxidación (OX), por medio del así llamado recrecimiento. De esta manera, la capa adicional comprende ventajosamente una zeolita que proporciona una estructura porosa con poros/entradas todavía menores que los de la primera zeolita. De este modo, se puede evitar más efectivamente que el agente reductor no deseado entre dentro de la estructura porosa interna de la primera zeolita, al mismo tiempo que se admitirá el óxido de nitrógeno (NO) y se puede mover libremente dentro de dicha estructura porosa interna.

También las dimensiones de los granos de cristal en las estructuras cristalinas de la zeolita se pueden usar para facilitar las reacciones químicas deseadas, y para evitar las reacciones químicas no deseadas. Se pueden lograr diferentes estructuras cristalinas de distintos modos, por ejemplo mediante la elección de las condiciones de cristalización y la elección del tipo de zeolita. También la estructura interna de las zeolitas resulta influida por la elección del tipo de zeolita.

Así, según una realización del material poroso, el tamaño 9 y la forma de los granos de cristal en la estructura cristalina de la primera zeolita han sido optimizados tanto para evitar el acceso al agente reductor (HC) como para permitir la oxidación del NO a NO_{2}. La optimización del tamaño de grano es importante, puesto que hace posible maximizar la oxidación del NO a NO_{2}, y minimizar la oxidación del HC.

En otra realización del material poroso, se ha logrado un tamaño de poro proporcionalmente pequeño en la primera estructura porosa 2, 2' mediante la selección de una zeolita Ferrierita o una zeolita Chabazita, y no por ejemplo de una zeolita Mordenita.

Como se mencionó anteriormente, el material poroso según la invención tiene la capacidad de catalizar la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}), y preferentemente también la capacidad de catalizar selectivamente la reducción de dióxido de nitrógeno (NO_{2}) a nitrógeno (N_{2}) en presencia de un agente reductor (HC). Por tanto, el agente reductor (HC) puede ser cualquier agente reductor adecuado que esté presente o sea añadido a los gases de escape que se van a convertir catalíticamente.

Sin embargo, es una ventaja si el agente reductor (HC) en los gases de escape es un hidrocarburo (H_{x}C_{y}) o un compuesto químico que comprenda oxígeno y azufre (H_{x}C_{y}O_{z}S_{w}). Estos compuestos pueden originarse a partir del combustible que se quema y, como anteriormente se mencionó, se consumirán al menos parcialmente según la reacción tercera 6 antes mencionada sobre el catalizador de reducción (RED). Combustibles alternativos, por ejemplo metil éter de colza, pueden producir compuestos que contienen oxígeno, mientras que el azufre se encuentra frecuentemente presente en la mayoría de los combustibles.

El catalizador de reducción (RED) de la segunda estructura porosa 5, 5' puede ser de cualquier tipo adecuado, previamente conocido. Sin embargo, en el material poroso según la presente invención, el catalizador de reducción comprende preferiblemente emplazamientos ácidos Bröndstedt, y plata (Ag), cobre (Cu) o rodio (Rh), cobalto (Co), indio (In), iridio (Ir) o combinaciones de éstos. En el material poroso según la invención se prefieren catalizadores de zeolitas acídicas como catalizadores de reducción (RED).

El catalizador de oxidación (OX) puede ser de cualquier tipo adecuado para esta finalidad, pero preferiblemente comprende platino (Pt) y/o paladio (Pd).

El término "material poroso" aquí utilizado se debería considerar como incluyendo la totalidad de la estructura/masa que podría encontrarse presente dentro de la unidad para la conversión catalítica de gases de escape. En consecuencia, el término "poroso" debería entenderse tanto en sentido microscópico como macroscópico, es decir, el material poroso podría comprender elementos que en sí mismos no son porosos para los gases de escape. Sin embargo, la estructura del material en su conjunto, es decir, el "material poroso" según la invención, permitirá que los gases de escape que van a ser convertidos catalíticamente pasen a través de la misma. Debería también observarse que son concebibles realizaciones en las que el material poroso se compone de varias partes separadas, que tienen diferentes estructuras y funciones, mientras se usen en el mismo proceso de conversión catalítica.

El material poroso según la invención se puede revestir sobre uno o varios substratos 18 o matrices adecuados a fin de proporcionar un portador o varios portadores que comprenden la primera o/y la segunda estructuras porosas. Son bien conocidos de la técnica anterior substratos adecuados para esta finalidad, y no se describirán con mayor detalle, especialmente al ser de menor importancia para la invención.

Por consiguiente, el substrato 18 puede ser un substrato metálico de un tipo previamente conocido. El substrato 18 puede ser también una estructura de colmena de soporte, previamente conocida, de un material adecuado con actividad catalítica o sin ella.

También se debería observar que el término "estructura porosa" aquí utilizado debería ser entendido como incluyendo tanto microporos como macroporos del material poroso. En consecuencia, se incluyen todos los microporos internos, cavidades entre partículas portadoras, canales interiores o a través del material poroso, etc. dentro del objeto de la "estructura porosa".

Por ejemplo, no existe necesidad de que la segunda estructura porosa 5, 5' sea una estructura de microporos internos dentro de un material portador, sino que la segunda estructura porosa podría estar provista en vez de ella de una estructura más abierta, macroscópica. La primera estructura porosa 2, 2', sin embargo, es preferiblemente una microestructura interna dentro de un material portador, a fin de proporcionar suficiente impedimento estérico contra la admisión del agente reductor (no deseado) en los sitios en los que se emplaza el catalizador de oxidación.

A continuación se describirá con mayor detalle un método para la conversión catalítica de gases de escape, según la invención haciendo referencia a las figuras anexas 1 y 5. El método de acuerdo con la invención comprende la oxidación de monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}) sobre un catalizador de oxidación (OX), de acuerdo con una primera reacción 3 (Fig. 1). El catalizador de oxidación (OX), tiene en sí mismo la capacidad de catalizar la oxidación de un agente reductor (HC) según una segunda reacción (no presente en la Fig. 1). Sin embargo, según la invención, se impide estéricamente 4, 4' al agente reductor (HC) entrar en contacto con el catalizador de oxidación (OX). Como resultado de esto, primariamente la primera reacción 3 de dichas primera y segunda reacciones, tiene lugar sobre el catalizador de oxidación (OX).

Según una realización de la invención, el método comprende además la reducción del dióxido de nitrógeno (NO_{2}) a nitrógeno (N_{2}) sobre un catalizador de reducción (RED) en presencia de un agente reductor (HC) según una tercera reacción 6. Por tanto el agente reductor (HC) participa en la tercera reacción 6 y es, al menos parcialmente, consumido. De este modo, se obtienen gases de escape convertidos catalíticamente 12' (Fig. 5), que tienen un contenido reducido de monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO_{2}) y agente reductor (HC) y un contenido proporcionalmente bajo de óxido de dinitrógeno (N_{2}O). Además, los gases de escape convertidos tendrán un contenido reducido de monóxido de carbono (CO).

Cuando se desee, se puede añadir una cantidad adicional 19, 19', 19'' de agente reductor (HC) con un dispositivo de inyección 28 adecuado antes de que tenga lugar la reducción sobre el catalizador de reducción (RED) de acuerdo con la tercera reacción 6 (Figs. 1 y 5). De este modo, la estequiométrica de las reacciones químicas que se producen puede ser influenciada de manera que la conversión catalítica sea tan completa como sea posible. En los motores de combustión interna, es también posible aumentar o regular la cantidad de agente reductor disponible por medio del llamado ajuste de parámetros del motor. Esto se hace, por ejemplo, sincronizando la inyección de combustible, sincronizando la válvula, ajustando la postinyección, el control de la presión de carga y/o la presión de inyección de combustible, EGR, relación de transmisión, etc.

Ventajosamente, la cantidad adicional 19, 19', 19'' de agente reductor (HC) se puede regular sobre la base de un contenido 20 medido o previamente establecido de agente reductor (HC) y/u óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape 12, 12'.

El contenido medido 20 de agente reductor (HC) o de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape convertidos catalíticamente (12') puede ser utilizado en un sistema de control diagnóstico 22, proporcionando una indicación del estado de la conversión catalítica.

También se puede hacer pasar los gases de escape a través de un dispositivo que tiene la capacidad de almacenar, y cuando sea necesario soltar, óxidos de nitrógeno (NO_{x}) antes de la oxidación sobre el catalizador de oxidación (OX), de acuerdo con la primera reacción 3. Tales absorbedores de NO_{x} son bien conocidos para las personas expertas en la técnica, y no se describirán con mayor detalle aquí. Antes de la oxidación, los gases de salida 12 se pueden hacer pasar a través de un dispositivo previamente conocido que tenga la capacidad de almacenar, y cuando sea necesario soltar, el agente reductor (HC), por ejemplo hidrocarburo. Esta realización es útil para, por ejemplo, arranques en frío de un motor de combustión interna.

A fin de asegurarse de que el catalizador de oxidación (OX) y/o el catalizador de reducción (RED) están funcionando del mejor modo posible, es decir, están dentro de un intervalo activo de temperaturas, se puede regular la temperatura de gases de escape antes del paso a través del material poroso 21 según la invención. Esto se puede realizar con cualquier dispositivo 23 conocido previamente que resulte adecuado para esta finalidad.

A fin de mejorar más la conversión catalítica, se puede permitir a los gases de escape que pasen por un segundo catalizador de oxidación 24, sobre el cual puede tener lugar la oxidación de los residuos de agente reductor y/o de monóxido de carbono. De este modo, se asegura que los gases de escape, que han sido al menos parcialmente convertidos catalíticamente sobre el material poroso 21, alcanzan un grado suficientemente alto de conversión catalítica.

Es ventajoso para el método de la invención si los gases de escape 12 que se originan del motor de combustión interna 25, y el agente de reducción (HC) comprenden un hidrocarburo H_{x}C_{y} y/o un compuesto químico (H_{x}C_{y}O_{z}S_{w}) que comprende además oxígeno y/o azufre.

Además, el consumo de combustible 26 del motor de combustión interna 25 influirá en la composición química de gases de escape 12. Se han impuesto regulaciones legislativas tanto sobre el consumo de combustible como sobre el contenido residual de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape 12' convertidos catalíticamente. En una realización de la invención, tanto el consumo de combustible del motor de combustión interna como el contenido residual de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape 12' convertidos catalíticamente son controlados a fin de cumplir con las regulaciones legislativas.

En una realización preferida del método según la invención, el motor de combustión interna 25 es un motor diesel y el agente reductor (HC) se origina en la combustión interna en dicho motor diesel.

Cuando se trata de motores diesel, se puede suministrar ventajosamente al motor una cantidad adicional 19 de agente reductor (HC) por medio de un inyector de combustible del motor diesel y/o mediante un inyector separado de agente reductor adicional.

Se prefiere usar un material poroso según la invención para la conversión catalítica de gases de escape 12 que tienen un excedente de oxígeno y que en consecuencia, son difíciles de convertir en los convertidores catalíticos convencionales, por ejemplo, los convertidores de tres vías. En una utilización de este tipo, el material poroso proporciona funciones tanto para la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}), como para la reducción de dióxido de nitrógeno (NO_{2}) a nitrógeno (N_{2}).

También es preferida una disposición 27, según la invención, para la conversión catalítica de gases de escape que se originan en un motor de combustión interna 25. De este modo, la disposición comprende un material poroso 21 según la invención o, incluso, funciona a través de un método según la invención.

Ejemplo

A fin de ilustrar con más claridad los principios básicos de la presente invención, se produjeron en series de pruebas de laboratorio cierto número de muestras porosas, es decir, materiales catalizadores modelo.

En las pruebas de laboratorio se usaron zeolitas de los tipos básicos Mordenita, Ferriertita y Chabazita a fin de proporcionar portadores de catalizador.

Los diferentes tipos de zeolitas tenían las siguientes dimensiones de canales/poros:

Mordenita:	diámetro libre: 12 anillas 6,5 x 7,0 \ring{A}
	8 anillas 2,6 x 5,7 \ring{A}
Ferrierita:	diámetro libre: 10 anillas 4,2 x 5,4 \ring{A}
	8 anillas 3,5 x 4,8 \ring{A}
Chabazita:	diámetro libre: 8 anillas 3,8 x 3,8 \ring{A}

Como es evidente a partir de lo anterior, las zeolitas seleccionadas tenían o bien 8 anillas o 10 anillas o 12 anillas, proporcionando entradas a su estructura interna microporosa. Los materiales de zeolitas seleccionados se proporcionaron en la forma de NH_{4}-zeolitas.

Preparación de platino-zeolitas (Pt)

Se calcinaron muestras de diferentes NH_{4}-zeolitas durante 1 h a 500ºC bajo flujo de oxígeno a fin de transferir las zeolitas a la forma acídica, es decir a H-zeolitas. Se cargaron cantidades del 0,5% en peso o del 1,5% en peso de platino (Pt) sobre las H-zeolitas poniéndolas en contacto con una disolución acuosa de Pt(NH_{3})_{4}(OH)_{2}. De este modo, la disolución 0,01 M de platino se añadió gota a gota a la zeolita dispersa en agua. Las mezclas obtenidas fueron agitadas durante 24 h a temperatura ambiente, filtradas, lavadas con H_{2}O, y secadas a lo largo de la noche a 60ºC. A continuación, las muestras fueron calcinadas durante 2 h a 450ºC en aire seco, a una velocidad de 0,5ºC x min^{-1}, a continuación de lo cual las muestras se enfriaron en una corriente de N_{2}.

En las publicaciones de J. Catal, 113 (1988) págs. 220-225 (Tzou y otros) y J. Catal, 117 (1989) págs. 91-101 (Homeyer y otros) se describen métodos de carga en Pt con mayor detalle.

Preparación de plata-zeolitas (Ag)

Se produjeron Ag-zeolitas cargando el 5% en peso de Ag en diferentes NH_{4}-zeolitas por medio de la impregnación con AgNO_{3}, usando el llamado método de la "humedad incipiente". De este modo se disolvió la sal metálica (AgNO_{3}) en un mínimo de agua (1 ml/gramo de agua), después de lo cual se mezcló la solución obtenida se mezcló con polvos de zeolita. Finalmente, se calcinaron las muestras durante 16 h a 550ºC en un horno de mufla y se almacenaron a la oscuridad hasta que tuvo lugar la evaluación.

Evaluación de la eficiencia de conversión catalítica

Antes de la evaluación, las Pt-zeolitas y Ag-zeolitas obtenidas y las mezclas físicas de éstas se comprimieron en gránulos, es decir, muestras porosas modelo, y se evaluó la eficiencia de las diferentes muestras porosas.

En las muestras porosas preparadas, se destinaron las Pt-zeolitas a proporcionar la función antes mencionada de oxidación de NO, mientras que las Ag-zeolitas se destinaron a proporcionar la función antes mencionada de reducción de NO_{2}.

Se realizó la evaluación de la eficiencia de conversión catalítica por medio de la inserción de una pequeña cantidad (0,3 ml) de muestra porosa en un dispositivo adecuado para la finalidad de la evaluación de la eficiencia de la conversión catalítica. A continuación se hizo pasar un flujo de gas de 300 ml/min, con la composición de 500 ppm de NO, 350 ppm de C_{8}H_{18}, 8% de O_{2},12% de H_{2}O, 10% de CO_{2} y 350 ppm de CO, se hizo pasar a través de la cámara de muestras en la cual se había colocado la muestra de material poroso. Se incrementó escalonadamente la temperatura desde 140 a 500ºC, mientras se detectaba la composición de gases de escape convertidos catalíticamente de la cámara de muestras.

La eficiencia de la conversión catalítica para algunas de las diferentes muestras porosas, comprendiendo las diferentes zeolitas y muestras físicas de éstas, es evidente a partir de la Tabla 1 a continuación. La Tabla 1 indica la temperatura a la cual se obtuvo la máxima conversión de NO a N_{2}, la conversión total de NO_{x} a esta temperatura y la formación de N_{2} y N_{2}O respectivamente a esta temperatura. Debería observarse que en este caso se desea la conversión a N_{2}, mientras que no se desea la conversión a N_{2}O.

TABLA 1

1

Los resultados de la Tabla 1 indican que la conversión total de NO_{x} más elevada se logrará con las muestras porosas que comprenden zeolitas de tipo Pt-Mordenita. Sin embargo, la fuerte formación de óxido de dinitrógeno (N_{2}O) con la Pt-Mordenita es una desventaja. La muestra combinada Pt-CHA/Ag-MOR presentó una conversión muy alta de NO_{x}a N_{2} pero sólo a muy alta temperatura (500ºC) lo cual no resulta práctico para muchas aplicaciones.

En la Tabla 2 a continuación se recoge la eficiencia de conversión catalítica de evaluaciones adicionales de diferentes zeolitas, y de mezclas físicas de las mismas. Se indica la eficiencia de conversión tanto para el caso en el que el hidrocarburo (C_{8}H_{18}) en la mezcla de gases suministrada sea un alkano lineal, es decir n-octano, como para el caso en el que el hidrocarburo (C_{8}H_{18}) sea una isoparafina fuertemente ramificada, es decir isooctano (más específicamente 2,2,4-tri-metilpentano).

TABLA 2

2

Como es evidente a partir de la Tabla 2, la muestra que comprende sólo Pt-Ferrierita (Pt-FER) proporcionó una tasa de conversión total de NO_{x} elevada cuando el hidrocarburo suministrado era un hidrocarburo lineal, es decir n-octano. Este es el resultado de la reacción del hidrocarburo lineal sobre catalizador Pt, de acuerdo con la antes mencionada reacción F)

F) 2NO + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2}O + H_{2}O + CO_{2}

Como resultado de esta reacción, la formación de óxido de dinitrógeno no N_{2}O deseada es muy alta cuando se suministra el hidrocarburo lineal.

Cuando en su lugar se suministró el isooctano fuertemente ramificado a la muestra de Pt-FER, la conversión total de NO_{x} cayó drásticamente. La razón para esto es que el isooctano fuertemente ramificado es impedido estéricamente de ponerse en contacto con el Pt-catalizador debido a las entradas bastante menores en la estructura porosa interna de la Pt-Ferrierita, dentro de la cual se sitúa la porción principal de Pt-catalizador. Por otra parte, el hidrocarburo lineal no es impedido estéricamente de ponerse en contacto con el Pt-catalizador en la estructura porosa interna, y por tanto puede tener lugar la reacción F) y consumir el NO.

Como también resulta evidente de la Tabla 2, la muestra porosa que comprende Ag-Mordenita sola proporciona una conversión total de NO_{x} bastante baja y no existe diferencia en la eficiencia de la conversión cuando se suministra n-octano o isooctano, respectivamente. Este resultado indica que el isooctano fuertemente ramificado no es impedido estéricamente de ponerse en contacto con el Ag-catalizador en ningún grado más elevado que el n-octano. La razón para la baja conversión total de NO_{x} en este caso es que la cantidad de dióxido de nitrógeno (NO_{2}) en el gas de ensayo es tan pequeña que permite que la anteriormente mencionada reacción C) tenga lugar sobre el Ag-catalizador:

C) NO_{2} + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2} + H_{2}O + CO_{2}

A partir de estos resultados, puede concluirse que las Ferrierita-zeolitas admitirán hidrocarburos lineales en su estructura porosa interna, pero no admitirán hidrocarburos fuertemente ramificados. Además, puede concluirse que las Mordenita-zeolitas admitirán tanto hidrocarburos lineales como hidrocarburos fuertemente ramificados en su estructura porosa interna.

Por consiguiente, una mezcla de Pt-Ferrierita y Ag-Ferrierita debería admitir hidrocarburos lineales, por ejemplo n-octano, y permitiría que las cuatro reacciones siguientes tuvieran lugar en la muestra de catalizador combinado Pt-Ag.

D) NO + ½ O_{2} \rightarrow NO_{2} (sobre Pt)

E) O_{2} + H_{x}G_{y} \rightarrow H_{2}O + CO_{2} (sobre Pt)

F) 2NO + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2}O + H_{2}O + CO_{2} (sobre Pt)

C) NO_{2} + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2} + H_{2}O + CO_{2} (sobre Ag)

Cuando se suministra el isooctano ramificado en lugar del lineal, se producirá menor reacción según E), F) y C), puesto que al isooctano ramificado se le impide estéricamente participar, al menos parcialmente. El resultado de esto es que la tasa de conversión total de NO_{x} cae cuando se suministra el isooctano ramificado, como es evidente de la Tabla 2 (Pt-FER/Ag-FER). Esto se ilustra adicionalmente en los gráficos 1A y 1B.

Cuando se usa un material poroso que comprende una combinación de Pt-Ferrierita y Ag-Mordenita (Pt-FER/Ag-MOR), el n-octano tendrá acceso a las estructuras porosas internas tanto de la Pt-Ferrierita como de la Ag-Mordenita. En consecuencia, pueden tener lugar las cuatro reacciones D, E, F y C en su totalidad. Esto da lugar a una conversión total de NO_{x} bastante alta cuando se suministra n-octano, como puede verse en los resultados de la Tabla 2.

Como se trató anteriormente, al isooctano ramificado se le impide estéricamente penetrar en la estructura porosa de una Ferrierita-zeolita, pero no se le impide estéricamente penetrar en la estructura porosa de una Mordenita-zeolita. En consecuencia, cuando un hidrocarburo ramificado, por ejemplo iso-octano, se suministra a la mezcla física de Pt-Ferrierita y Ag-Mordenita, serán predominantes las reacciones D y C:

D) NO + ½ O_{2} \rightarrow NO_{2} (sobre Pt)

C) NO_{2} + H_{x}G_{y} \rightarrow N_{2} + H_{2}O + CO_{2} (sobre Ag)

Esto se indica en la Tabla 2 (Pt-FER/Ag-MOR) como un sorprendente incremento de la conversión total de la formación relativa de NO_{x}, y un pronunciado descenso de la formación de N_{2}O cuando se suministra el isooctano ramificado en vez del n-octano lineal. El efecto es muy útil para mejorar la eficiencia de la conversión catalítica, y se ilustra más ampliamente en los gráficos anexos 2A y 2B.

Por consiguiente, según la invención, es una ventaja evitar estéricamente que los hidrocarburos u otros agentes reductores sean oxidados según las reacciones E) y/o F). De este hecho se puede deducir cierto número de conclusiones adicionales. Es también el principio básico sobre el que se apoya la presente invención, como ha resultado evidente ya a partir de la descripción anterior.

No se debería considerar la presente invención como limitada a las realizaciones aquí descritas, sino que son concebibles cierto número de variantes adicionales y de modificaciones dentro del objeto de las reivindicaciones siguientes.

Claims

1. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape, comprendiendo dicho material poroso (1) un portador con una primera estructura porosa (2, 2'), y un catalizador de oxidación (OX), el cual en presencia de oxígeno (O_{2}), según una primera reacción (3), tiene la capacidad de catalizar la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}) y, según una segunda reacción, de catalizar la oxidación de un agente reductor (HC),

caracterizado porque el catalizador de oxidación (OX) está encerrado dentro de la primera estructura porosa (2, 2'), la cual tiene dimensiones tales que al agente reductor (HC) se le impide estéricamente (4, 4') ponerse en contacto con el catalizador de oxidación (OX), a fin de permitir primariamente que tenga lugar la primera reacción (3) de dichas primera y segunda reacciones sobre el catalizador de oxidación (OX) durante la conversión catalítica de gases de escape.

2. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 1, comprendiendo además dicho material poroso (1) un portador con una segunda estructura porosa (5, 5') y un catalizador de reducción (RED), el cual, en presencia de un agente reductor (HC), es capaz de catalizar selectivamente la reducción del dióxido de nitrógeno (NO_{2}) a nitrógeno (N_{2}), según una tercera reacción (6), con lo que el agente reductor (HC) participa en la tercera reacción (6), y es, al menos parcialmente, consumido,

caracterizado porque el catalizador de reducción (RED) se sitúa en la segunda estructura porosa (5, 5'), la cual tiene dimensiones tales que el agente reductor (HC) puede ponerse en contacto con el catalizador de reducción (RED) a fin de que tenga lugar la deseada tercera reacción (6).

3. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 2,

caracterizado porque la primera estructura porosa 2, 2' presenta de media entradas menores (7) para el agente reductor (HC) que la segunda estructura porosa (5, 5') y preferiblemente porque la primera estructura porosa comprende primariamente poros que tienen un tamaño efectivo de 3-6 \ring{A}.

4. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 2 ó 3,

caracterizado porque tanto la primera estructura porosa (2, 2') como la segunda (5, 5') se disponen en la misma capa/revestimiento del material poroso.

5. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según las reivindicaciones 2 ó 3,

caracterizado porque la primera estructura porosa (2, 2') y la segunda (5, 5') se disponen en diferentes capas/revesti-
mientos del material poroso.

6. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones
2-5,

caracterizado porque el portador con la segunda estructura porosa (5, 5') ha sido adaptado al tamaño molecular y/o a las propiedades de absorción del agente reductor (HC).

7. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones
2-6,

caracterizado porque la relación entre el catalizador de oxidación (OX) y el catalizador de reducción (RED) ha sido optimizada de forma que la producción de dióxido de nitrógeno (NO_{2}), según la primera reacción (3), corresponde esencialmente al consumo de dióxido de nitrógeno (NO_{2}), según la tercera reacción (6).

8. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones
2-7, que comprende además una primera porción (10) y una segunda porción (11), en las cuales la primera porción (10) está destinada a recibir los gases de escape (12) antes que la segunda porción (11) durante la conversión catalítica,

caracterizado porque la primera porción (10) contiene una mayor cantidad del catalizador de oxidación (OX) que la segunda porción (11), mientras que la segunda porción (11) contiene una mayor cantidad del catalizador de reducción (RED) que la primera porción (10).

9. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones
2-8,

caracterizado porque la primera estructura porosa (2, 2') y/o la segunda (5, 5') está dispuesta en un portador que es una estructura cristalina de zeolita.

10. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 9,

caracterizado porque el material poroso comprende una primera zeolita (14) que proporciona la primera estructura porosa (2, 2') y una segunda zeolita (15), que proporciona la segunda estructura porosa (5, 5').

11. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 10,

caracterizado porque el material poroso comprende una mezcla física (13) de la primera zeolita (14) y de la segunda zeolita (15).

12. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 10,

caracterizado porque el material poroso comprende una estructura de capas (16, 17) de la primera zeolita (14) y la segunda zeolita (15), en la que dichas primera y segunda zeolitas (14, 15), dependiendo de la composición esperada de gases de escape (12) que se van a convertir catalíticamente, se han dispuesto en una relación entre sí en dicha estructura de capas (16, 17), preferiblemente de manera que la segunda zeolita (15) encontrará antes los gases de escape (12) que la primera zeolita (14) durante la conversión catalítica.

13. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 10,

caracterizado porque la segunda zeolita, la cual proporciona la segunda estructura porosa (5, 5'), ha sido aplicada por recrecimiento sobre la primera zeolita que proporciona la primera estructura porosa (2, 2').

14. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 10-13,

caracterizado porque se ha reducido el contenido de catalizador de oxidación (OX) en las capas exteriores (8) de la primera zeolita por medio de la regulación de la profundidad de penetración y/o dispersión.

15. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 10-14,

caracterizado porque se ha cristalizado una capa adicional de cristal de zeolita con un contenido reducido de catalizador de oxidación (OX) sobre la estructura de cristal de la primera zeolita.

16. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 10-15,

caracterizado porque la estructura cristalina de la primera zeolita comprende granos de cristal que tienen un tamaño de grano (9) y una forma que han sido optimizados tanto para evitar el acceso al agente reductor (HC) como para permitir la oxidación del NO a NO_{2}.

17. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 10-16,

caracterizado porque la primera zeolita es una Ferrierita-zeolita o una Chabazita-zeolita.

18. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 2-14,

caracterizado porque el agente reductor (HC) que es al menos parcialmente consumido según la tercera reacción (6) es un hidrocarburo (H_{x}C_{y}) y/o un compuesto químico(H_{x}C_{y}O_{z}S_{w}) que comprende además oxígeno y/o azufre.

19. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 2-18,

caracterizado porque el catalizador de reducción es un catalizador de zeolita acídica.

20. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 2-19,

caracterizado porque el catalizador de reducción (RED) comprende preferiblemente emplazamientos ácidos Bröndstedt, plata (Ag), cobre (Cu), rodio (Rh), indio (In), iridio (Ir) o combinaciones de éstos.

21. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque el catalizador de oxidación (OX), comprende platino (Pt) y/o paladio (Pd).

22. Material poroso para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque la primera y/o la segunda estructura porosa está(n) provista(s) en portadores unidos a un substrato (18).

23. Método para la conversión catalítica de gases de escape, que comprende la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}) sobre un catalizador de oxidación (OX) de acuerdo con una primera reacción (3) en la cual dicho catalizador de oxidación (OX) tiene también la capacidad de catalizar, según una segunda reacción, la oxidación catalítica de un agente reductor (HC),

caracterizado porque al agente reductor (HC) se le impide (4, 4') estéricamente ponerse en contacto con el catalizador de oxidación (OX), como resultado de lo cual tiene lugar primariamente la primera reacción (3) de dichas primera y segunda reacciones sobre el catalizador de oxidación (OX).

24. Método para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 23 que comprende además una tercera reacción (6) sobre un catalizador de reducción (RED), en la que el dióxido de nitrógeno (NO_{2}) en presencia de un agente reductor (HC) es reducido a nitrógeno (N_{2}) caracterizado porque el agente de reducción (HC) participa en la tercera reacción (6) y por ello es al menos parcialmente consumido, a fin de proporcionar gases de escape convertidos catalíticamente (12') que tienen un contenido reducido de monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO_{2}) y el agente reductor (HC) y un contenido proporcionalmente bajo de óxido de dinitrógeno (N_{2}O) y/o de monóxido de carbono (CO).

25. Método para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 23 ó 24,

caracterizado porque se añade una cantidad adicional (19, 19', 19'') de agente reductor (HC) antes de que tenga lugar la reducción sobre el catalizador de reducción (RED), de acuerdo con la tercera reacción (6).

26. Método para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 25,

caracterizado porque la cantidad adicional (19, 19', 19'') de agente reductor (HC) se regula sobre la base de un contenido (20) medido o previamente establecido de agente reductor (HC) y/u óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape (12, 12').

27. Método para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 26,

caracterizado porque el contenido medido (20) de agente reductor (HC) u óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape convertidos catalíticamente (12') se utiliza en un sistema de control diagnóstico (22), como una medida del estado de la conversión catalítica.

28. Método para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 23-27,

caracterizado porque los gases de escape (12), antes de la oxidación sobre el catalizador de oxidación (OX) de acuerdo con la primera reacción (3), se hacen pasar a través de un dispositivo que tiene la capacidad de almacenar, y cuando sea necesario soltar, óxidos de nitrógeno (NO_{x}).

29. Método para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 23-28,

caracterizado porque los gases de escape (12), antes de la oxidación sobre el catalizador de oxidación (OX) de acuerdo con la primera reacción (3), se hacen pasar a través de un dispositivo que tiene la capacidad de almacenar, y cuando sea necesario soltar, agente reductor (HC).

30. Método para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 23-29,

caracterizado porque se regula (23) la temperatura de gases de escape a fin de que esté dentro de un intervalo activo de temperaturas del catalizador de oxidación (OX) y/o del catalizador de reducción (RED).

31. Método para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 23-30,

caracterizado porque se permite que los gases de escape que han sido al menos parcialmente convertidos catalíticamente después de oxidación (21) sobre catalizador de oxidación (OX) y reducción sobre el catalizador de reducción (RED) pasen por un segundo catalizador de oxidación (24), sobre el cual puede tener lugar la oxidación de los residuos de agente reductor (HC) y/o de monóxido de carbono.

32. Método para la conversión catalítica de gases de escape según una cualquiera de las reivindicaciones 23-31,

caracterizado porque los gases de escape (12) se originan en un motor de combustión interna (25) y porque el agente reductor (HC) comprende un hidrocarburo (H_{x}C_{y}) y/o un compuesto químico (H_{x}C_{y}O_{z}S_{w}) que contiene además oxígeno y/o azufre.

33. Método para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 32,

caracterizado porque tanto el consumo de combustible (26) del motor de combustión interna (25), que influye sobre la composición química de los gases de escape (12), como el contenido residual de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los gases de escape (12') convertidos catalíticamente son controlados a fin de cumplir con las regulaciones legislativas relevantes.

34. Método para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 32 ó 33,

caracterizado porque el motor de combustión interna (25) es un motor diesel y porque el agente reductor (HC) se origina en la combustión interna en dicho motor diesel.

35. Método para la conversión catalítica de gases de escape según la reivindicación 34,

caracterizado porque se añade una cantidad adicional (19) de agente reductor (HC) por medio de un inyector de combustible del motor diesel y/o mediante un inyector separado para agente reductor adicional.

36. Uso de un material poroso, según una cualquiera de las reivindicaciones 2-22, que proporciona funciones tanto para la oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO_{2}) como para la reducción del dióxido de nitrógeno (NO_{2}) a nitrógeno (N_{2}), para la conversión catalítica de gases de escape (12) que tienen un excedente de oxígeno.

37. Disposición para la conversión catalítica de gases de escape, en la que dichos gases de escape (12) se originan en un motor de combustión interna (25),

caracterizada porque la disposición comprende un material poroso (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1-22.

38. Disposición para la conversión catalítica de gases de escape, según la reivindicación 37,

caracterizada porque la disposición funciona a través de un método según una cualquiera de las reivindicaciones
23-35.