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BR112019027865B1 - Substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarbonetos, sistema de entrada de ar e sistema de controle de emissão por evaporação - Google Patents

Substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarbonetos, sistema de entrada de ar e sistema de controle de emissão por evaporação Download PDF

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BR112019027865B1
BR112019027865B1 BR112019027865-6A BR112019027865A BR112019027865B1 BR 112019027865 B1 BR112019027865 B1 BR 112019027865B1 BR 112019027865 A BR112019027865 A BR 112019027865A BR 112019027865 B1 BR112019027865 B1 BR 112019027865B1
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BR
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adsorbent
volume
emission control
substrate
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BR112019027865-6A
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Christy Chen
Wolfgang Ruettinger
Steven Chin
Laif R Alden
Akash Abraham
Original Assignee
Basf Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Corporation filed Critical Basf Corporation
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Publication of BR112019027865B1 publication Critical patent/BR112019027865B1/pt

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Abstract

a presente divulgação refere-se a sistemas de controle de emissão de hidrocarbonetos. mais especificamente, a presente divulgação refere-se a substratos revestidos com composições de revestimento adsorvente de hidrocarbonetos, sistemas de entrada de ar e sistemas de controle de emissão por evaporação para controlar emissões por evaporação de hidrocarbonetos de motores de veículos automotores e sistemas de combustível.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se geralmente a sistemas de controle de emissão de hidrocarbonetos. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a substratos revestidos com composições de revestimento adsorvente de hidrocarbonetos, componentes do sistema de controle de emissão por evaporação e sistemas de controle de emissão por evaporação para controlar emissões por evaporação de hidrocarbonetos de motores de veículos automotores e sistemas de combustível.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A perda por evaporação de gasolina dos sistemas de combustível de veículos a motor movidos a motores de combustão interna é um dos principais contribuintes em potencial para a poluição do ar atmosférico por hidrocarbonetos. Os sistemas de caixa (canister) que empregam carvão ativado para adsorver o vapor de combustível emitido pelos sistemas de combustível são usados para limitar essas emissões por evaporação. Atualmente, todos os veículos possuem uma caixa de vapor de combustível contendo péletes de carvão ativado para controlar as emissões por evaporação. Muitas caixas de vapor de combustível também contêm um dispositivo de controle adicional para capturar vapores de combustível que escapam do leito de carbono durante o lado quente do ciclo de temperatura diurna. Os dispositivos de controle atuais para essas emissões contêm exclusivamente adsorventes de favo de mel contendo carbono por motivos de queda de pressão. Em tais sistemas, o vapor de combustível adsorvido é removido periodicamente do carvão ativado, purgando os sistemas de caixa com ar ambiente fresco, absorvendo o vapor de combustível do carvão ativado e, assim, regenerando o carbono para posterior adsorção do vapor de combustível. Exemplos de patentes dos EUA que divulgam sistemas de controle de perda por evaporação baseados em caixa incluem o seguinte: Pat. 4,877,001; 4,750,465; e 4,308,841.
[003] A instituição de regulamentos estritos para quantidades permitidas de emissões de hidrocarbonetos exigiu um controle progressivamente mais rigoroso da quantidade de emissões de hidrocarbonetos de veículos a motor, mesmo durante períodos de desuso. Durante esses períodos (ou seja, quando estacionados), os sistemas de combustível de veículos podem estar sujeitos a ambientes quentes, que resultam em aumento da pressão de vapor no tanque de combustível e, consequentemente, no potencial de perda evaporativa de combustível para a atmosfera.
[004] Os sistemas de caixas mencionados acima possuem certas limitações em relação à capacidade e desempenho. Por exemplo, o ar de purga não absorve todo o vapor de combustível adsorvido no volume de adsorvente, resultando em hidrocarbonetos residuais (“frações finais de destilação” - “ heel') que podem ser emitidos para a atmosfera. O termo “frações finais de destilação”, como aqui utilizado, refere-se a hidrocarbonetos residuais geralmente presentes em um material adsorvente quando a caixa está em um estado purgado ou “limpo” e pode resultar em uma redução da capacidade de adsorção do adsorvente. As emissões de sangramento, por outro lado, referem-se às emissões que escapam do material adsorvente. O sangramento pode ocorrer, por exemplo, quando o equilíbrio entre adsorção e dessorção favorece significativamente a dessorção sobre a adsorção. Tais emissões podem ocorrer quando um veículo é submetido a mudanças diurnas de temperatura por um período de vários dias, comumente chamado de “perdas respiratórias diurnas”. Certos regulamentos tornam desejável que essas emissões de perda respiratória diurna (DBL) do sistema de caixas sejam mantidas em níveis muito baixos. Por exemplo, em 22 de março de 2012, o Regulamento de Veículos de Baixa Emissão da Califórnia (LEV-III) exige que as emissões de DBL em caixa para 2001 e os modelos de veículos a motor subsequentes não excedam 20 mg, conforme o Procedimento de Teste de Emissões de Purga (BETP).
[005] Regulamentos mais rigorosos sobre as emissões de DBL continuam incentivando o desenvolvimento de sistemas de controle de emissões por evaporação aprimorados, particularmente para uso em veículos com volumes de purga reduzidos (por exemplo, veículos híbridos). Caso contrário, esses veículos podem produzir altas emissões de DBL devido à menor frequência de purga, o que equivale a menor volume total de purga e maior fração final de destilação de hidrocarboneto residual. Por conseguinte, é desejável ter um sistema de controle de emissões por evaporação com emissões de DBL baixas, apesar do baixo volume e/ ou ciclos de purga pouco frequentes.
[006] Foi divulgado anteriormente um método para limitar as emissões de hidrocarbonetos sob condições rigorosas de DBL, direcionando o vapor de combustível através de um volume de adsorvente inicial e, em seguida, pelo menos um volume de adsorvente subsequente antes da ventilação para a atmosfera, em que o volume de adsorvente inicial tem uma capacidade de adsorção maior do que o volume de adsorvente subsequente. Veja Pat. US No. RE38,844.
[007] Também divulgado anteriormente é um dispositivo de sistema de caixa para controle de emissão por evaporação com alta eficiência de purga e capacidade de trabalho moderada de butano com um volume adsorvente inicial e pelo menos um subsequente e com uma capacidade efetiva de trabalho de butano (BWC) inferior a 3 g/ dL, um g-total de BWC entre 2 gramas e 6 gramas e emissões de perda respiratória diurna (DBL) de dois dias não superiores a 20 mg a não mais do que cerca de 210 litros de purga, aplicadas após uma etapa de carregamento de butano a 40 g/ h. Consulte a Pub. De Pedido de Patente dos EUA No. 2015/0275727.
[008] Fontes adicionais de emissões por evaporação de hidrocarbonetos derivados de combustível incluem o motor, o sistema de recirculação dos gases de exaustão (EGR) e o sistema de entrada de ar. Verificou-se que uma quantidade significativa de hidrocarbonetos voláteis de várias fontes se acumula no sistema de entrada de ar do motor do automóvel após o desligamento do motor. Na ausência de uma tecnologia de captura de emissões por evaporação, esses hidrocarbonetos são descarregados na atmosfera após o desligamento do motor. Assim, é desejável reduzir ou eliminar a descarga de emissões de hidrocarbonetos no sistema de entrada de ar.
[009] Uma parte significativa das emissões por evaporação de um veículo é emitida pelo sistema de entrada de ar durante o ciclo fora do veículo como resultado de vazamento do injetor de combustível, evaporação da poça de combustível residual e gás soprado do sistema de ventilação positiva do cárter (PCV). Idealmente, as emissões de hidrocarbonetos são retidas com o sistema de entrada de ar até que o trem de força seja usado novamente, quando o sistema de retenção de emissões libera os hidrocarbonetos a serem consumidos e controlados através dos sistemas normais de controle de emissões de exaustão.
[010] As soluções do estado da técnica para controlar o fluxo externo de emissões de hidrocarbonetos dos sistemas de entrada de ar incluem modelagem cuidadosa da caixa de dutos e filtros; incorporação de adsorventes de carbono no sistema de entrada de ar; e filtros.
[011] Um desafio para a criação de um sistema de adsorção de emissões de hidrocarbonetos para adsorção de emissões coletadas no sistema de entrada de ar é minimizar o impacto na restrição de entrada de ar, adicionar pouco peso extra ao sistema e ainda fornecer capacidade de adsorção suficiente para uma aplicação específica. Além disso, apesar dos dispositivos divulgados anteriormente para capturar emissões por evaporação de hidrocarbonetos do sistema de combustível, continua a haver uma necessidade de sistemas de controle de emissões por evaporação com alta eficiência para reduzir os requisitos de espaço e o peso, além de reduzir ainda mais a quantidade de potenciais emissões por evaporação sob uma variedade de condições.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[012] Um substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarbonetos, um sistema de entrada de ar configurado para controlar emissões por evaporação e um sistema de controle de emissões por evaporação são fornecidos. O substrato revestido, componentes e sistemas divulgados são úteis no controle de emissões por evaporação de hidrocarbonetos e podem fornecer baixas emissões de perda respiratória diurna (DBL), mesmo sob uma condição de purga baixa. Os substratos revestidos fornecidos removem as emissões por evaporação geradas em um motor de combustão interna e/ ou componentes de fonte de combustível associados antes que as emissões possam ser liberadas na atmosfera.
[013] Em uma realização, é fornecido um substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarboneto compreendendo um substrato que compreende pelo menos uma superfície com um revestimento adsorvente de hidrocarboneto sobre o mesmo, o revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreendendo carbono particulado e um aglutinante, em que o carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1400 m2/ g. O carbono particulado possui uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 9% em peso de n-butano, após ser equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de n-butano a 5% em nitrogênio por 20 minutos, purgado com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos e novamente exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos.
[014] Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de pelo menos cerca de 1600 m2/ g. Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1400 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g. Em algumas formas de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1600 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g.
[015] Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 12% de n-butano em peso. Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de cerca de 9% em peso a cerca de 15% em peso.
[016] Em algumas formas de realização, o aglutinante está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso em relação ao carbono particulado. Em algumas formas de realização, o aglutinante é um polímero orgânico. Em algumas formas de realização, o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos.
[017] Em uma forma de realização, o substrato é um plástico. Em algumas formas de realização, o plástico é selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, policarbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano. Em algumas formas de realização, o substrato é selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados de forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada e combinações dos mesmos.
[018] Em uma forma de realização, o substrato é um tecido não tecido. Em algumas formas de realização, o substrato é um meio extrusado. Em algumas formas de realização, o meio extrusado é um favo de mel. Em outras formas de realização, o substrato é uma espuma. Em algumas formas de realização, a espuma tem mais de cerca de 3,94 poros por centímetro (10 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma tem mais de cerca de 7,87 poros por centímetro (20 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma tem entre cerca de 5,91 e cerca de 15,75 poros por centímetro (15 e cerca de 40 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma é um poliuretano. Em algumas formas de realização, o poliuretano é um poliéter ou poliéster. Em algumas formas de realização, a espuma é um poliuretano reticulado. Muitas dessas espumas de porosidade variável estão comercialmente disponíveis em várias fontes e são bem conhecidas no estado da técnica. Tais espumas podem ser preparadas de acordo com métodos tais como os divulgados, por exemplo, nas patentes US Nos. 3, 171,820 de Volz e 4,259,452 de Yukuta et al., Os quais são aqui incorporadas por referência por seus ensinamentos de espumas de poliuretano reticulado.
[019] Em algumas formas de realização, a espessura do revestimento no substrato é inferior a cerca de 500 mícrons.
[020] Em outra realização, é fornecido um sistema de entrada de ar configurado para controlar emissões por evaporação de um veículo a motor com um motor de combustão, o sistema compreendendo um duto de entrada de ar, uma câmara de filtro de ar posicionada para receber ar do duto de entrada de ar e um ou mais dutos de ar limpo em comunicação fluida com a câmara de filtro de ar e o motor de combustão para transportar o ar da câmara de filtro de ar para o motor de combustão. Pelo menos uma porção de uma superfície interna de pelo menos um dos dutos de entrada de ar, a referida câmara de filtro de ar e os referidos dutos de ar limpo compreendem um revestimento adsorvente de hidrocarboneto ou está em contato com um substrato revestido com um revestimento adsorvente de hidrocarboneto, de modo que o revestimento adsorvente de hidrocarboneto está em contato fluido com uma via para entrada de ar de combustão no referido motor de combustão do referido veículo a motor. O revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreende carbono particulado e um aglutinante, em que o carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1400 m2/ grama e em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 9% de n-butano em peso, depois de ser equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos, purgado com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos, e novamente exposto a um fluxo de 100 ml/ min de n-butano a 5% em nitrogênio por 20 minutos. Durante o ciclo de desligamento do motor, as emissões por evaporação, que podem vazar do motor e através do sistema de entrada de ar para a atmosfera, são adsorvidas pelo adsorvente de hidrocarboneto, reduzindo assim as emissões por evaporação. Durante a operação do motor, o ar atmosférico é introduzido no sistema de entrada de ar, pelo qual os hidrocarbonetos, que anteriormente eram absorvidos pelo adsorvente de hidrocarboneto, são dessorvidos e circulados de volta ao motor para combustão através do duto de saída do filtro de ar.
[021] Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de pelo menos cerca de 1600 m2/ g. Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1400 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g. Em algumas formas de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1600 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g.
[022] Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 12% de n-butano em peso. Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de cerca de 9% em peso a cerca de 15% em peso.
[023] Em algumas formas de realização, o aglutinante está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso em relação ao carbono particulado. Em algumas formas de realização, o aglutinante é um polímero orgânico. Em algumas formas de realização, o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos.
[024] Em uma forma de realização, o substrato é um plástico. Em algumas formas de realização, o plástico é selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, policarbonato, policarbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano.
[025] Em algumas formas de realização, a espessura do revestimento adsorvente de hidrocarboneto no substrato é inferior a cerca de 500 mícrons.
[026] Em uma forma de realização, a referida porção de uma superfície interna da referida câmara de filtro de ar é revestida com o revestimento adsorvente de hidrocarboneto.
[027] Em outras formas de realização, o substrato é selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados de forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada e combinações dos mesmos.
[028] Em uma forma de realização, o substrato é um não tecido aderido. Em algumas formas de realização, o não tecido aderido é aderido à referida porção da superfície interna da câmara de filtro de ar.
[029] Em ainda outra realização é fornecido um sistema de controle de emissão por evaporação compreendendo um tanque de combustível para armazenamento de combustível, um motor de combustão interna adaptado para consumir o combustível e um sistema de caixa de controle de emissão por evaporação. O sistema de caixa compreende uma caixa de controle de emissão por evaporação e um depurador de emissão por vazamento. A caixa de controle de emissão por evaporação compreende um primeiro volume de adsorvente, um tubo de purga de vapor de combustível que conecta a caixa de controle de emissão por evaporação ao motor, um conduite de entrada de vapor de combustível para ventilar o tanque de combustível à caixa de controle de emissão por evaporação e um conduite de ventilação para ventilar a caixa de controle de emissão por evaporação na atmosfera e para admissão de ar de purga no sistema de caixa de controle de emissão por evaporação. O sistema de caixa de controle de emissão por evaporação é definido por um caminho de fluxo de vapor de combustível do conduite de entrada de vapor de combustível até o primeiro volume de adsorvente, em direção ao depurador de emissão por vazamento e pelo conduite de ventilação, e por um caminho de fluxo de ar recíproco do conduite de ventilação para o depurador de emissão por vazamento, em direção ao primeiro volume de adsorvente e em direção ao tubo de purga de vapor de combustível. O depurador de emissão por vazamento compreende pelo menos um segundo volume de adsorvente, o segundo volume de adsorvente compreendendo um substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarboneto, em que o substrato revestido compreende pelo menos uma superfície e um revestimento adsorvente de hidrocarboneto em pelo menos uma superfície, o revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreendendo carbono particulado e um aglutinante. O carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1400 m2/ grama. O carbono particulado possui uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 9% em peso de n-butano, após ser equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de n-butano a 5% em nitrogênio por 20 minutos, purgado com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos e novamente exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos.
[030] O vapor de combustível que vaza do tanque de combustível é removido pelos adsorventes no sistema de caixa, de modo que a quantidade de vapor de combustível liberado na atmosfera é reduzida. No momento da operação do motor, o ar atmosférico é introduzido no sistema de caixa como um fluxo de purga, pelo qual os hidrocarbonetos, que anteriormente eram adsorvidos pelo adsorvente de hidrocarboneto, são dessorvidos e recirculados no motor para combustão através de uma linha de purga.
[031] Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de pelo menos cerca de 1600 m2/ g. Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1400 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g. Em algumas formas de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1600 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g.
[032] Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 12% em peso de n-butano. Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de cerca de 9% em peso a cerca de 15% em peso.
[033] Em algumas formas de realização, o aglutinante está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso em relação ao carbono particulado. Em algumas formas de realização, o aglutinante é um polímero orgânico. Em algumas formas de realização, o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos.
[034] Em uma forma de realização, o substrato é um plástico. Em algumas formas de realização, o plástico é selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, policarbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano.
[035] Em algumas formas de realização, o substrato é selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados de forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada e combinações dos mesmos.
[036] Em algumas formas de realização, o substrato é um meio extrusado. Em algumas formas de realização, o meio extrusado é um favo de mel. Em outras formas de realização, o substrato é uma espuma. Em uma forma de realização, a espuma tem mais do que cerca de 3,94 poros por centímetro (10 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma tem mais de cerca de 7,87 poros por centímetro (20 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma tem entre cerca de 5,91 poros por polegada e cerca de 15,75 (15 e cerca de 40 poros por polegada). Em uma forma de realização, a espuma é um poliuretano. Em algumas formas de realização, a espuma é um poliuretano reticulado. Em algumas formas de realização, o poliuretano é um poliéter ou poliéster.
[037] Em algumas formas de realização, a espessura do revestimento no substrato é inferior a cerca de 500 mícrons.
[038] Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente do sistema de controle de emissão por evaporação, quando submetido a um teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 100 volumes de leito de 1,6 L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L. A ruptura de butano no terceiro ciclo é o tempo (em segundos) em que a concentração de saída de butano do volume de adsorvente atinge 100 ppm, medida pela detecção de ionização de chama durante uma terceira etapa de carregamento do teste de ruptura de butano. O teste de ruptura de butano compreende a colocação de um volume de adsorvente de teste em uma célula de amostra, carregando a célula de amostra com uma mistura de gás butano/ N2 a 1: 1 a uma taxa de fluxo de 134 mL/ min (10 g/ hora de fluxo de butano) por 45 minutos, a direção do fluxo sendo ascendente da parte inferior da célula de amostra para o topo, purgando a célula de amostra com N2 a 100 mL/ min por 10 minutos na mesma direção de fluxo, dessorvendo a célula de amostra com um fluxo de ar de 25 L/ min na direção oposta (de cima para baixo) por um tempo suficiente para atingir o número desejado de volumes de leito de 1,6 L e repetindo as etapas de carregamento, purga e dessorção até que três ciclos de carga/ purga/ dessorção sejam concluídos.
[039] Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente do sistema de controle de emissão por evaporação, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, possui um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 80 volumes de leito de 1,6L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L. Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente do sistema de controle de emissão por evaporação, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 60 volumes de leito de 1,6L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L. Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente do sistema de controle de emissão por evaporação, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 40 volumes de leito de 1,6L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L. Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente do sistema de controle de emissão por evaporação, quando submetido a um teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 100 volumes de leito de 1,6 L a pelo menos cerca de 800 segundos.
[040] Em algumas formas de realização, o depurador de emissão por vazamento compreende ainda um terceiro volume de adsorvente, em que o segundo volume de adsorvente é um substrato monolítico e o terceiro volume de adsorvente é uma espuma de poliuretano reticulada.
[041] Em algumas formas de realização, a perda de respiração diurna de 2 dias (DBL) do sistema de controle de emissões por evaporação é inferior a cerca de 20 mg no Procedimento de teste de emissões de vazamento da Califórnia (California Bleed Emission Test Procedure - BETP).
[042] A invenção inclui, sem limitação, as seguintes formas de realização:Forma de Realização 1: Um substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarboneto compreendendo um substrato que compreende pelo menos uma superfície com um revestimento adsorvente de hidrocarboneto sobre a mesma, o revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreendendo carbono particulado e um aglutinante; em que o carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1400 m2/ g; e em que o carbono particulado tem uma segunda capacidade de adsorção de n-butano de pelo menos cerca de 9% em peso de n-butano, depois de ser equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos, purgado com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos e novamente exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n- butano em nitrogênio por 20 minutos; Forma de Realização 2: O substrato revestido da forma de realização anterior, em que a área da superfície BET do carbono particulado é de pelo menos cerca de 1600 m2/ g; Forma de Realização 3: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1400 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g; Forma de Realização 4: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1600 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g; Forma de Realização 5: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 12% de n- butano em peso; Forma de Realização 6: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de cerca de 9% em peso a cerca de 15% em peso; Forma de Realização 7: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso em relação ao carbono particulado; Forma de Realização 8: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante é um polímero orgânico; Forma de Realização 9: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos; Forma de Realização 10: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é um plástico; Forma de Realização 11: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o plástico é selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, policarbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano; Forma de Realização 12: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados de forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada e combinações dos mesmos; Forma de Realização 13: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é um meio extrusado; Forma de Realização 14: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o meio extrusado é um favo de mel; Forma de Realização 15: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é uma espuma; Forma de Realização 16: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma tem mais do que cerca de 3,94 poros por centímetro (10 poros por polegada); Forma de Realização 17: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma tem mais de cerca de 7,87 poros por centímetro (20 poros por polegada); Forma de Realização 18: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma tem entre cerca de 5,91 e cerca de 15,75 poros por centímetro (15 e cerca de 40 poros por polegada); Forma de Realização 19: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma é um poliuretano reticulado; Forma de Realização 20: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que a espessura do revestimento é menor que cerca de 500 mícrons; Forma de Realização 21: O substrato revestido de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é um tecido não tecido; Forma de Realização 22: Um sistema de entrada de ar configurado para controlar emissões por evaporação de um veículo a motor com um motor de combustão, o referido sistema compreendendo um duto de entrada de ar, um invólucro de filtro de ar posicionado para receber ar do duto de entrada de ar e um ou mais dutos de ar limpo em comunicação fluida com o invólucro do filtro de ar e o motor de combustão para transportar o ar da câmara de filtro de ar para o motor de combustão; em que pelo menos uma porção de uma superfície interna de pelo menos um dos dutos de entrada de ar, o referido invólucro de filtro de ar e os referidos dutos de ar limpo compreendem um revestimento adsorvente de hidrocarboneto ou estão em contato com um substrato revestido com um revestimento adsorvente de hidrocarboneto, de modo que o revestimento de hidrocarboneto adsorvente está em contato fluido com uma via para entrada de ar de combustão no referido motor de combustão do referido veículo a motor; em que o revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreende carbono particulado e um aglutinante; em que o carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1400 m2/ grama; e em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 9% em peso de n-butano, depois de ser equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos, purgado com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos e novamente exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n- butano em nitrogênio por 20 minutos; Forma de Realização 23: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que a área de superfície BET do carbono particulado é de pelo menos cerca de 1600 m2/ g; Forma de Realização 24: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1400 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g; Forma de Realização 25: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que a área de superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1600 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g; Forma de Realização 26: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 12% de n- butano em peso; Forma de Realização 27: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de cerca de 9% em peso a cerca de 15% em peso; Forma de Realização 28: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso em relação ao carbono particulado; Forma de Realização 29: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante é um polímero orgânico; Forma de Realização 30: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos; Forma de Realização 31: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é um plástico; Forma de Realização 32: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o plástico é selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, poli carbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano; Forma de Realização 33: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que a espessura do revestimento adsorvente de hidrocarboneto é inferior a cerca de 500 mícrons; Forma de Realização 34: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que a referida porção de uma superfície interna da referida câmara de filtro de ar é revestida com o revestimento adsorvente de hidrocarboneto; Forma de Realização 35: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados da forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada e combinações dos mesmos; Forma de Realização 36: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é um não tecido aderido; Forma de Realização 37: O sistema de entrada de ar de qualquer forma de realização anterior, em que o não tecido aderido é aderido à referida porção da superfície interna da câmara de filtro de ar; Forma de Realização 38: Um sistema de controle de emissão por evaporação compreendendo um tanque de combustível para armazenamento de combustível; um motor de combustão interna adaptado para consumir o combustível; e um sistema de caixa de controle de emissão por evaporação, o sistema de caixa compreendendo: uma caixa de controle de emissão por evaporação; e um depurador de emissão por vazamento; a caixa de controle de emissão por evaporação compreendendo: um primeiro volume de adsorvente, um tubo de purga de vapor de combustível que conecta a caixa de controle de emissão por evaporação ao motor, um conduite de entrada de vapor de combustível para ventilar o tanque de combustível à caixa de controle de emissão por evaporação e um conduite de ventilação para ventilação da caixa de controle de emissão por evaporação para a atmosfera e para admissão de ar de purga no sistema de caixa de controle de emissão por evaporação: em que o sistema de caixa de controle de emissão por evaporação é definido por um caminho de fluxo de vapor de combustível do conduite de entrada de vapor de combustível até o primeiro volume de adsorvente, em direção ao depurador de emissão por vazamento e ao conduite de ventilação, e por um caminho de fluxo de ar recíproco do conduite de ventilação para o depurador de emissão por vazamento, em direção ao primeiro volume de adsorvente e em direção ao tubo de purga de vapor de combustível; em que o depurador de emissão por vazamento compreende pelo menos um segundo volume de adsorvente, o segundo volume de adsorvente compreendendo um substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarboneto, em que o substrato revestido compreende: pelo menos uma superfície e um revestimento adsorvente de hidrocarboneto na pelo menos uma superfície, o revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreendendo carbono particulado e um aglutinante; em que o carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1400 m2/ grama; e em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 9% de n-butano em peso, depois de ser equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos, purgado com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos e novamente exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos; Forma de Realização 39: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a área de superfície BET do carbono particulado é de pelo menos cerca de 1600 m2/ g; Forma de Realização 40: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1400 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g; Forma de Realização 41: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1600 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g; Forma de Realização 42: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 12% em peso de n-butano; Forma de Realização 43: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de cerca de 9% em peso a cerca de 15% em peso; Forma de Realização 44: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso em relação ao carbono particulado; Forma de Realização 45: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o aglutinante é um polímero orgânico; Forma de Realização 46: Sistema de controle de emissão por evaporação, de acordo com a reivindicação 38, em que o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos; Forma de Realização 47: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é um plástico; Forma de Realização 48: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o plástico é selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, policarbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano; Forma de Realização 49: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados de forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada, e combinações dos mesmos; Forma de Realização 50: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é um meio extrusado; Forma de Realização 51: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o meio extrusado é um favo de mel; Forma de Realização 52: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o substrato é uma espuma; Forma de Realização 53: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma tem mais do que cerca de 3,94 poros por centímetro (10 poros por polegada); Forma de Realização 54: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma tem mais de cerca de7,87 poros por centímetro (20 poros por polegada); Forma de Realização 55: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma tem entre cerca de 5,91 e cerca de 15,75 poros por centímetro (15 e cerca de 40 poros por polegada); Forma de Realização 56: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a espuma é um poliuretano reticulado; Forma de Realização 57: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a espessura do revestimento é inferior a cerca de 500 mícrons; Forma de Realização 58: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer uma das formas de realização anteriores, em que o segundo volume de adsorvente, quando submetido a um teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga menor que 100 volumes de leito de 1,6 L que estão dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L, em que a ruptura do butano no terceiro ciclo é o tempo (em segundos) em que a concentração de saída de butano do volume de adsorvente atinge 100 ppm conforme medido pela detecção de ionização de chama durante uma terceira etapa de carregamento do teste de ruptura do butano, o teste de ruptura do butano compreendendo: colocação de um volume de adsorvente de teste em uma célula de amostra, carregamento da célula de amostra com mistura de gás butano/ N2 a 1: 1 a uma taxa de fluxo de 134 mL/ min (10 g/ hora de fluxo de butano) por 45 minutos, a direção do fluxo sendo ascendente do fundo da célula da amostra para o topo, purgando a célula da amostra com N2 a 100 mL/ min por 10 minutos na mesma direção do fluxo, dessorvendo a célula da amostra com um fluxo de ar de 25 L/ min na direção oposta (de cima para baixo) por um tempo suficiente para atingir o número desejado de volumes do leito de 1,6 L e repetindo as etapas de carregamento, purga e dessorção até que três ciclos de carga/ purga/ dessorção sejam concluídos; Forma de Realização 59: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o segundo volume de adsorvente, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 80 volumes de leito de 1,6 L situados a cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6L; Forma de Realização 60: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o segundo volume de adsorvente, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 60 volumes de leito de 1,6 L situados a cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6L; Forma de Realização 61: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o segundo volume de adsorvente, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 40 volumes de leito de 1,6L situados a cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6L; Forma de Realização 62: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o segundo volume de adsorvente, quando submetido a um teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 100 volumes de leito de 1,6L de pelo menos cerca de 800 segundos; Forma de Realização 63: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que o depurador de emissão por vazamento compreende ainda um terceiro volume de adsorvente; em que o segundo volume de adsorvente é um substrato monolítico; e, em que o terceiro volume de adsorvente é uma espuma de poliuretano reticulada; Forma de Realização 64: O sistema de controle de emissão por evaporação de qualquer forma de realização anterior, em que a Perda Respiratória Diurna (DBL) de 2 dias do sistema é inferior a cerca de 20 mg sob o Procedimento de Teste de Emissão de Vazamento da Califórnia (BETP).
[043] Essas e outras características, realizações e vantagens da invenção serão evidentes a partir da leitura da descrição detalhada a seguir, juntamente com os desenhos anexos, que são brevemente descritos abaixo. A invenção inclui qualquer combinação de duas, três, quatro ou mais das formas de realização mencionadas acima, bem como combinações de quaisquer duas, três, quatro ou mais características ou elementos estabelecidos nesta invenção, independentemente de tais características ou elementos serem expressamente combinados em uma descrição de forma de realização específica aqui. Esta invenção pretende ser lida holisticamente, de modo que quaisquer características ou elementos separáveis da invenção divulgada, em qualquer um de seus vários aspectos e formas de realização, sejam vistos como pretendidos como combináveis, a menos que o contexto indique claramente o contrário.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[044] Os aspectos anteriores, formas de realização e outras características da invenção são explicados na descrição a seguir, tomada em conexão com os desenhos anexos, neste documento: A Figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de entrada de ar de um motor de combustão interna; A Figura 2 é uma representação esquemática de um sistema de combustível, incluindo um sistema de controle de emissão de combustível por evaporação compreendendo um sistema de caixa de controle de emissão vaporizador fornecido de acordo com uma forma de realização; A Figura 3 é uma vista em seção transversal de um depurador de emissão por vazamento fornecido de acordo com uma forma de realização; A Figura 4 é uma vista em seção transversal de um depurador de emissão por vazamento fornecido de acordo com uma forma de realização; A Figura 5 é uma vista em seção transversal de um depurador de emissão por vazamento fornecido de acordo com uma forma de realização; A Figura 6 é uma vista em seção transversal de um depurador de emissão por vazamento fornecido de acordo com uma forma de realização.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[045] Os artigos “um” e “uma” são usados aqui para se referir a um ou mais de um (ou seja, pelo menos um) do objeto gramatical do artigo. A título de exemplo, “um elemento” significa pelo menos um elemento e pode incluir mais de um elemento.
[046] “Cerca de” é usado para fornecer flexibilidade a um ponto final de intervalo numérico, desde que um determinado valor possa estar “levemente acima” ou “levemente abaixo” do ponto final sem afetar o resultado desejado.
[047] A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos usados neste documento têm o mesmo significado que normalmente é entendido por um técnico no assunto ao qual essa invenção pertence.
[048] O termo “material adsorvente”, como aqui utilizado, refere- se a um material adsorvente ou material contendo adsorvente ao longo do caminho do fluxo de vapor e pode consistir em um leito de material particulado, um monólito, favo de mel, folha ou outro material.
I. SUBSTRATO REVESTIDO PARA ADSORÇÃO DE HIDROCARBONETOS
[049] Em uma realização, é fornecido um substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarboneto, compreendendo um substrato que compreende pelo menos uma superfície com um revestimento sobre ela, o revestimento compreendendo carbono particulado e um aglutinante. O carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1400 m2/ g e uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 9% de n-butano em peso. Por “capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo” entende-se os gramas de butano adsorvidos por grama de carbono, expressos em % em peso, conforme medida pela exposição do carbono particulado, substrato ou artigo revestido a um fluxo de 100 ml/ min de n-butano a 5% em nitrogênio por 20 minutos para obter um peso estável, purgando o carbono particulado, substrato ou artigo revestido com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos, expondo novamente o carbono particulado, substrato ou artigo revestido a um fluxo de 100 ml/ min de n-butano a 5% em nitrogênio por 20 minutos e pesando o carbono particulado, substrato ou artigo revestido para obter o peso do butano adsorvido.
[050] O carbono particulado é um carvão ativado; carvão ativado é um carbono altamente poroso com uma área superficial muito grande, geralmente pelo menos cerca de 400 m2/ g. O carvão ativado é bem conhecido na técnica. Veja, por exemplo, a Pat. 7,442,232. Veja também Pat. 7,467,620. Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de pelo menos cerca de 1600 m2/ g. Em uma forma de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1400 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g. Em algumas formas de realização, a área da superfície BET do carbono particulado é de cerca de 1600 m2/ g a cerca de 2500 m2/ g. Como aqui utilizado, o termo “área de superfície BET” tem seu significado usual de se referir ao método Brunauer, Emmett, Teller para determinar a área de superfície por absorção de N2. O diâmetro dos poros e o volume dos poros também podem ser determinados usando experimentos de adsorção ou dessorção de N2 do tipo BET.
[051] Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos cerca de 12% de n-butano em peso. Em algumas formas de realização, o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de cerca de 9% em peso a cerca de 15% em peso.
[052] Como aqui utilizado, o termo “substrato” refere-se ao material no qual o material adsorvente é colocado, tipicamente na forma de um washcoat. Um washcoat é formado por preparação de uma pasta contendo um teor em sólidos especificado (por exemplo, 10 a 50% em peso) de adsorvente em um líquido, que é depois revestido sobre um substrato e seco para proporcionar uma camada de washcoat. Tal como aqui utilizado, o termo “washcoat” tem seu significado usual na técnica de um revestimento fino e aderente de um material aplicado a um material de substrato. Em algumas formas de realização, a espessura do revestimento da camada de washcoat seco é inferior a cerca de 500 mícrons.
[053] Em algumas formas de realização, o substrato é um componente de um sistema de indução de ar configurado para controlar emissões por evaporação de um veículo a motor com um motor de combustão, um componente de um sistema de controle de emissão por evaporação, ou ambos. Em algumas formas de realização, o substrato é um plástico. Em algumas formas de realização, o substrato é um plástico selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, policarbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano.
[054] Em uma ou mais formas de realização, o substrato é selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados de forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada, e combinações dos mesmos.
[055] Como aqui utilizado, o termo “substrato monolítico” é um substrato do tipo que possui passagens finas de fluxo de gás paralelo que se estendem através de uma face de entrada ou saída do substrato, de modo que as passagens estejam abertas ao fluxo de fluido através da mesma. As passagens, que podem ser essencialmente caminhos retos ou caminhos padronizados (por exemplo, zig-zag, espinha de peixe etc.) desde a entrada de fluido até a saída de fluido, são definidas por paredes nas quais o material adsorvente é revestido como um washcoat de forma que os gases que fluem através das passagens entram em contato com o material adsorvente. As passagens de fluxo do substrato monolítico são canais de paredes finas, que podem ter qualquer formato e tamanho de seção transversal adequado, como trapezoidal, retangular, quadrado, sinusoidal, hexagonal, oval, circular etc. Essas estruturas podem conter cerca de 60 a cerca de 900 ou mais aberturas de entrada de gás (ou seja, células) por polegada quadrada de seção transversal. Os substratos monolíticos podem ser constituídos por, por exemplo, metal, cerâmica, plástico, papel, papel impregnado e similares.
[056] Em uma forma de realização, o substrato é um meio extrusado. Em algumas formas de realização, o meio extrusado é um favo de mel. O favo de mel pode estar em qualquer forma geométrica, incluindo, mas não limitado a, redonda, cilíndrica ou quadrada. Além disso, as células dos substratos do favo de mel podem ser de qualquer geometria. Favos de mel de áreas transversais uniformes para as passagens de fluxo, como favos de mel quadrados com células de seção quadrada ou favos de espiral de forma ondulada, podem ter um desempenho melhor do que os favos de mel redondos com células de seção quadrada em uma matriz em ângulo reto que fornece passagens adjacentes com uma faixa de áreas de seção transversal e, portanto,passagens que não são eliminadas de maneira equivalente.
[057] Em uma forma de realização, o substrato é uma espuma.Em algumas formas de realização, a espuma tem mais de cerca de 3,94 poros por centímetro (10 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma tem mais de cerca de 7,87 poros por centímetro (20 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma tem entre cerca de 5,91 e cerca de 15,75 poros por centímetro (15 e cerca de 40 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma é um poliuretano. Em algumas formas de realização, a espuma é um poliuretano reticulado. Em algumas formas de realização, o poliuretano é um poliéter ou poliéster. Em algumas formas de realização, o substrato é um não tecido.
[058] O revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreende ainda um aglutinante orgânico que fará com que o revestimento adsorvente adira ao substrato. Após a aplicação do revestimento como uma pasta e secagem, o material aglutinante fixa as partículas adsorventes de hidrocarboneto a si e ao substrato. Em alguns casos, o aglutinante pode reticular-se para fornecer melhor adesão. Isso melhora a integridade do revestimento, sua adesão ao substrato e fornece estabilidade estrutural sob condições vibracionais encontradas em veículos a motor. O aglutinante também pode compreender aditivos para melhorar a resistência à água e melhorar a adesão. Os aglutinantes típicos para uso na formulação de pastas incluem, mas não estão restritos a, o seguinte: polímeros orgânicos; sóis de alumina, sílica ou zircônia; sais inorgânicos, sais orgânicos e/ ou produtos de hidrólise de alumínio, sílica ou zircônio; hidróxidos de alumínio, sílica ou zircônio; silicatos orgânicos que são hidrolisáveis em sílica; e misturas dos mesmos. O aglutinante preferido é um polímero orgânico. O polímero orgânico pode ser um polímero termoendurecível ou termoplástico e pode ser plástico ou elastomérico. O aglutinante pode ser, por exemplo, um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno- butadieno, um poliuretano ou qualquer mistura dos mesmos. O aglutinante polimérico pode conter estabilizadores e resistores de idade adequados conhecidos na técnica polimérica. Em algumas formas de realização, o aglutinante é um polímero elastomérico termoendurecível introduzido como um látex na composição adsorvente, opcionalmente como uma pasta aquosa. São preferidos polímeros elastoméricos termoendurecíveis introduzidos como um látex na composição adsorvente, preferencialmente como uma pasta aquosa.
[059] As composições aglutinantes de polímero orgânico úteis incluem polietileno, polipropileno, copolímeros de poliolefina, poliisopreno, polibutadieno, copolímeros de polibutadieno, borracha clorada, borracha nitrílica, policloropreno, elastômeros de etileno-propileno-dieno, poliestireno, poliacrilato, polimetacrilato, poliacrilonitrila, poli(vinil ésteres), poli(vinil haletos), poliamidas, polímeros celulósicos, poliimidas, acrílicos, acrílicos de vinila e acrílicos de estireno, álcool polivinílico, poliésteres termoplásticos, poliésteres termoendurecíveis, poli (óxido de fenileno), poli (sulfeto de fenileno), polímeros fluorados, como poli(tetrafluoroetileno), copolímeros de fluoreto de polivinilideno, poli(vinilfluoreto) e cloro/ flúor, como copolímero de etileno clorotrifluoro-etileno, poliamida, resinas fenólicas e resinas epóxi, poliuretano, látex de copolímero acrílico de acrílico/ estireno e polímeros de silicone. Em algumas formas de realização, o aglutinante polimérico é um látex de copolímero acrílico de acrílico/ estireno, tal como uma emulsão hidrofóbica de estireno-acrílico. Em algumas formas de realização, o aglutinante é selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos.
[060] Considerações sobre a compatibilidade dos componentes de uma pasta que compreende um material adsorvente de hidrocarboneto e um aglutinante polimérico, como uma emulsão de látex, são conhecidas na técnica. Veja, por exemplo, a Publicação dos EUA comumente citada N° 2007/0107701. Em algumas formas de realização, o aglutinante orgânico pode ter uma temperatura de transição vítrea baixa, Tg. A Tg é convencionalmente medida por calorimetria de varredura diferencial (DSC) por métodos conhecidos na técnica. Um aglutinante de emulsão de estireno-acrílico hidrofóbico exemplificativo com uma Tg baixa é Rhoplex™ P-376 (marca registrada da Dow Chemical; disponível na Rohm and Haas, Independence Mali West Philadelphia, Pa., 19105). Em algumas formas de realização, o aglutinante tem uma Tg menor que cerca de 0 °C. Um aglutinante exemplificativo com uma Tg menor que cerca de 0 °C é Rhoplex™ NW-1715K (marca comercial da Dow Chemical; também disponível na Rohm and Haas). Em algumas formas de realização, o aglutinante é uma emulsão acrílica estirenada, com formaldeído ultra-baixo, livre de alquil fenol etoxilado (APEO). Um desses aglutinantes exemplificativos é o Joncryl™ 2570. Em algumas formas de realização, o aglutinante é uma dispersão alifática de poliuretano. Um desses aglutinantes exemplificativos é Joncryl™ FLX 5200. Joncryl™ é uma marca registrada da BASF; Os produtos Joncryl™ estão disponíveis na BASF; Wyandotte, MI, 48192. Em algumas formas de realização, o aglutinante está presente em uma quantidade de cerca de 10% a cerca de 50% em peso em relação ao carbono particulado.
[061] Os revestimentos adsorventes de hidrocarbonetos da presente invenção, particularmente as pastas contendo látex polimérico, podem conter aditivos convencionais, tais como espessantes, dispersantes, tensoativos, biocidas, antioxidantes e similares. Um espessante torna possível obter uma quantidade suficiente de revestimento (e, portanto, capacidade de adsorção de hidrocarboneto suficiente) em substratos de área superficial relativamente baixos. O espessante também pode servir em um papel secundário, aumentando a estabilidade da pasta por impedimento estérico das partículas dispersas. Também pode ajudar na ligação da superfície do revestimento. Espessantes exemplificativos são um espessante de goma xantana ou um espessante de carboximetil-celulose. O Kelzan® CC, um produto da CP Kelco (Cumberland Center II, 3100 Cumberland Boulevard, Suite 600, Atlanta GA, 30339), é um desses espessantes exemplificativos de xantana.
[062] Em algumas formas de realização, é preferível usar um dispersante em conjunto com o aglutinante. O dispersante pode ser aniônico, não iônico ou catiônico e é tipicamente utilizado em uma quantidade de cerca de 0,1 a cerca de 10 por cento em peso, com base no peso do material. Não é de surpreender que a escolha específica de dispersante seja importante. Os dispersantes adequados podem incluir poliacrilatos, alcoxilatos, carboxilatos, ésteres de fosfato, sulfonatos, tauratos, sulfossuccinatos, estearatos, laureados, aminas, amidas, imidazolinas, dodecilbenzeno sulfonato de sódio, dioctil sulfossuccinato de sódio e misturas dos mesmos. Em uma forma de realização, o dispersante é um ácido poliacrílico de baixo peso molecular no qual muitos dos prótons no ácido são substituídos por sódio. Em algumas formas de realização, o dispersante é um sal de policarboxilato de amônio. Em algumas formas de realização, o dispersante é um dispersante de pigmento de copolímero hidrofóbico. Um dispersante exemplificativo é o Tamol™ 165A (marca registrada da Dow Chemical; disponível na Rohm & Haas). Embora o aumento do pH da pasta ou a adição de dispersante aniônico sozinho possam fornecer estabilização suficiente para a mistura da pasta, melhores resultados podem ser obtidos quando um pH aumentado e um dispersante aniônico são usados. Em algumas formas de realização, o dispersante é um tensoativo não iônico, como Surfynol® 420 (Air Products and Chemicals, Inc). Em algumas formas de realização, o dispersante é um copolímero de bloco acrílico, como Dispex® Ultra PX 4575 (BASF).
[063] Em algumas formas de realização, é preferível usar um tensoativo, que pode atuar como antiespumante. Em algumas formas de realização, o tensoativo é um dispersante não aniônico molecular baixo. Um exemplo de tensoativo antiespumante isento de óleo e de silicone é o Rhodoline® 999 (Solvay). Outro tensoativo exemplificativo é uma mistura de hidrocarbonetos e tensoativos não iônicos, como Foammaster® NXZ (BASF).
II. SISTEMA DE ENTRADA DE AR PARA CONTROLE DE EMISSÕES POR EVAPORAÇÃO
[064] O substrato revestido para adsorção de hidrocarboneto como divulgado acima pode ser usado como um componente de um sistema de entrada de ar configurado para controlar emissões por evaporação de um veículo a motor com um motor de combustão. Portanto, em outra realização, é fornecido um sistema de entrada de ar compreendendo um duto de entrada de ar, um invólucro de filtro de ar posicionado para receber ar do duto de entrada de ar e um ou mais dutos de ar limpo em comunicação fluida com a câmara de filtro de ar e o motor de combustão para transportar o ar da câmara de filtro de ar para o motor de combustão.
[065] Os componentes de um sistema de entrada de ar compreendem tipicamente um espaço ou câmara interno oco tridimensional definido pelo menos em parte por um material plano moldado, como olefina termoplástica moldada. Por “material plano moldado” entende-se um material com duas dimensões que são substancialmente maiores que a terceira dimensão, tendo o material tendo sido moldado ou de outro modo moldado em uma forma tridimensional. Por “oco” entende-se uma cavidade substancialmente preenchida por um fluido, tal como ar ou gás de exaustão. O material plano compreende uma superfície interna, que é o lado voltado para a câmara interna oca e uma superfície externa, que é o lado que não está voltado para a câmara interna.
[066] O sistema de entrada de ar da presente invenção pode ser mais facilmente apreciado pela Figura 1 de referência, que é meramente exemplificativa por natureza e não tem a intenção de limitar a invenção ou sua aplicação ou usos. A Figura 1 é um desenho esquemático de um sistema de entrada de ar (1). O sistema (1) compreende uma abertura (6) de um duto de entrada de ar (4) conectado de forma flúida a um invólucro de filtro de ar (2), que define pelo menos em parte um espaço interior oco no qual um filtro de ar (10) está localizado. Enquanto o invólucro do filtro de ar (2) é retratado como retilíneo, ele pode ter qualquer formato, como oval ou redondo. O filtro de ar (10) funciona para absorver sujeira e outros materiais particulados (por exemplo, partículas de poeira), que podem estar presentes no ar ambiente e divide o invólucro do filtro de ar em uma porção de ar sujo (8), localizada a montante do filtro de ar (10) e em uma porção de ar limpo (11) localizada a jusante do filtro de ar (10). Deve-se reconhecer que o filtro de ar pode ter qualquer forma e tamanho. O invólucro do filtro de ar (2) está conectado a um duto de ar (12) que se conecta a um corpo do acelerador (13) que compreende a válvula do acelerador (14). Um coletor de entrada de ar (16) compreendendo um tanque de oscilação (18) conecta o corpo do acelerador ao motor (20), que compreende o injetor de combustível e o conjunto de pistão (22) e o cárter (24). Uma mangueira (26) compreendendo uma válvula PCV (28) está em comunicação com o cárter (24) e com o tanque de oscilação (18). Os componentes do sistema de entrada de ar podem ser feitos de compósitos de metal, plástico ou metal plástico.
[067] Quando o motor (20) está funcionando, o sistema de entrada de ar (1) aspira o ar do ambiente através do duto de entrada de ar (4). O ar é aspirado através da abertura (6) do duto de entrada de ar (4), para a porção de ar sujo (8) do espaço interno do invólucro do filtro de ar (2) e através do filtro de ar (10) nele contido e dentro da porção de ar limpo (11) do espaço interno. O filtro de ar (10) coleta a sujeira e outras matérias particuladas que podem estar no ar ambiente, criando um fluxo de ar limpo. O fluxo de ar limpo sai da porção de ar limpo (11), através do duto de ar limpo (12). O fluxo de ar limpo passa através do corpo do acelerador (13) com sua válvula do corpo do acelerador (14) e passa para o coletor de entrada de ar (16), que compreende o tanque de oscilação (18). O ar limpo é transportado para o motor (20), compreendendo uma porção (22) contendo injetores de combustível e conjunto de pistão e um cárter (24), para uso em combustão. Os gases de combustão do cárter são retornados ao coletor de entrada de ar (16) através do tubo de respiro (26), que contém uma válvula de ventilação positiva do cárter (PCV) (28).
[068] O revestimento adsorvente de hidrocarboneto ou substrato revestido de adsorvente de hidrocarboneto aderido pode ser aplicado em um ou mais de vários locais possíveis dentro de um sistema de entrada de ar. Pode ser aplicado na superfície interna do duto de entrada de ar (4). Ele pode ser aplicado na superfície interna do invólucro do filtro de ar (2), onde a superfície interna entra em contato com a porção de ar sujo (8). Este local tem a vantagem de que qualquer perda de revestimento poderia ser capturada pelo filtro de ar (10), protegendo o motor (20) de possíveis danos. A desvantagem é que esse local precisará suportar uma grande quantidade de poeira e outros contaminantes. O revestimento adsorvente ou substrato revestido pode ser aplicado à superfície interna do invólucro do filtro de ar (2) na superfície interna que entra em contato com a porção de ar limpo (11). O revestimento ou substrato revestido também pode ser aplicado à superfície interna do duto de ar limpo (12), as paredes internas do corpo do acelerador (13) e/ ou coletor de entrada de ar (16) através do qual o ar limpo se move. Esses locais no lado limpo do filtro de ar têm a vantagem de serem protegidos contra contaminação externa. No entanto, o revestimento ou substrato revestido ainda pode ser exposto à contaminação por óleos do motor, etc. Nesses locais, o requisito de adesão é extremo, pois é indesejável que haja qualquer perda de fluxo do revestimento para dentro do motor. O corpo do acelerador (12) é tipicamente metálico e tem uma área superficial muito pequena. O coletor de entrada de ar (16) tem a desvantagem de alta temperatura e exposição a altas concentrações de vapores de combustível e contaminantes, pois há uma grande diminuição na concentração de hidrocarbonetos do lado do motor do corpo do acelerador para o outro. O revestimento ou substrato revestido pode ser aplicado em um único local ou em vários locais dentro do sistema de entrada de ar. Um determinado local pode ser totalmente revestido com o adsorvente ou pode ser parcialmente revestido. Um determinado local pode ser totalmente revestido com o substrato revestido aderido ou pode ser parcialmente revestido. O revestimento ou substrato revestido pode ter substancialmente a mesma espessura em um local ou em todo o sistema de entrada de ar ou pode ter uma espessura variável, de modo a aumentar a quantidade de material adsorvente em um local, em comparação com outro local com um revestimento mais fino.
[069] As emissões por evaporação do motor são adsorvidas pelo revestimento adsorvente de hidrocarbonetos ou substrato revestido durante os períodos de inatividade do motor. Durante a operação do motor, o ar atmosférico é introduzido no sistema de entrada de ar, pelo qual os hidrocarbonetos, que anteriormente eram absorvidos pelo adsorvente de hidrocarboneto, são dessorvidos e circulados de volta ao motor para combustão através do duto de ar limpo (12).
[070] De acordo com uma forma de realização da invenção, pelo menos uma porção de uma superfície interna de pelo menos um dos dutos de entrada de ar (4), o invólucro do filtro de ar (2) e os dutos de ar limpo (12) compreendem um revestimento adsorvente de hidrocarboneto, como aqui divulgado, ou está em contato com um substrato revestido com um revestimento adsorvente de hidrocarboneto como divulgado neste documento, de modo que o revestimento adsorvente de hidrocarboneto esteja em contato fluido com uma via para entrada de ar de combustão no motor de combustão do referido veículo a motor. O revestimento adsorvente de hidrocarboneto e o substrato revestido são como os fornecidos e descritos na seção anterior (I. Substrato revestido para adsorção de hidrocarbonetos).
[071] Em algumas formas de realização, pelo menos uma porção de uma superfície interna de um invólucro de filtro de ar (2) é revestida com o revestimento adsorvente de hidrocarboneto. Em algumas formas de realização, a espessura da camada de revestimento é inferior a cerca de 500 mícrons.
[072] Em algumas formas de realização, o substrato é um não tecido aderido. Em algumas formas de realização, a espessura da camada de revestimento no não tecido é inferior a cerca de 500 mícrons. Em algumas formas de realização, o não tecido aderido é aderido a pelo menos uma porção da superfície interna de um ou mais do duto de entrada de ar (4), do invólucro do filtro de ar (2) ou dos dutos de ar limpo (12). Em algumas formas de realização, o tecido não aderido é aderido a pelo menos uma porção da superfície interna da câmara de filtro de ar.
III. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÕES POR EVAPORAÇÃO PARA ARMAZENAMENTO DE COMBUSTÍVEL
[073] O substrato revestido para adsorção de hidrocarbonetos, como divulgado acima, pode ser usado como um componente em um sistema de controle de emissões por evaporação para armazenamento de combustível. Portanto, em ainda outra realização é fornecido um sistema de controle de emissão por evaporação compreendendo um tanque de combustível para armazenamento de combustível, um motor de combustão interna adaptado para consumir o combustível e um sistema de caixa de controle de emissão por evaporação. O sistema de caixa compreende uma caixa de controle de emissão por evaporação e um depurador de emissão por vazamento. A caixa de controle de emissão por evaporação compreende um primeiro volume de adsorvente, um tubo de purga de vapor de combustível que conecta a caixa de controle de emissão por evaporação ao motor, um conduite de entrada de vapor de combustível para ventilar o tanque de combustível à caixa de controle de emissão por evaporação e um conduite de ventilação para ventilar a caixa de controle de emissão por evaporação à atmosfera e para admissão de ar de purga no sistema de caixa de controle de emissão por evaporação. O sistema de caixa de controle de emissão por evaporação é definido por um caminho de fluxo de vapor de combustível do conduite de entrada de vapor de combustível até o primeiro volume de adsorvente, em direção ao depurador de emissão por vazamento e ao conduite de ventilação, e por um caminho de fluxo de ar recíproco do conduite de ventilação para o depurador de emissão por vazamento, em direção ao primeiro volume de adsorvente e em direção ao tubo de purga de vapor de combustível. O depurador de emissão por vazamento compreende pelo menos um segundo volume de adsorvente, o segundo volume de adsorvente compreendendo um substrato revestido adaptado para adsorção de hidrocarboneto, em que o substrato revestido compreende pelo menos uma superfície e um revestimento sobre a pelo menos uma superfície, o revestimento compreendendo carbono particulado e um aglutinante, como aqui fornecido (I. Substrato revestido para adsorção de hidrocarbonetos).
[074] As emissões por evaporação do tanque de combustível são adsorvidas pelo sistema de controle de emissões por evaporação durante os períodos de inatividade do motor. Durante a operação do motor, o ar atmosférico é introduzido no sistema de controle de emissão por evaporação, pelo qual os hidrocarbonetos, que antes eram absorvidos pelos volumes de adsorventes, são dessorvidos e circulados de volta ao motor para combustão. A caixa do sistema de controle de emissão por evaporação compreende tipicamente um espaço ou câmara interno oco tridimensional definido pelo menos em parte por um material plano moldado, como olefina termoplástica moldada. O sistema de controle de emissão por evaporação da presente invenção pode ser mais facilmente apreciado com referência à Figura 2.
[075] A Figura 2 ilustra esquematicamente um sistema de controle de emissão por evaporação (30) de acordo com uma forma de realização da invenção. O sistema de controle de emissão por evaporação (30) compreende um tanque de combustível (38) para armazenamento de combustível, um motor de combustão interna (32) adaptado para consumir o combustível e um sistema de caixa de controle de emissão por evaporação. O motor (32) é de preferência um motor de combustão interna que é controlado por um controlador (34). O motor (32) normalmente queima gasolina, etanol e outros combustíveis à base de hidrocarbonetos voláteis. O controlador (34) pode ser um controlador separado ou pode fazer parte de um módulo de controle do motor (ECM), um módulo de controle motopropulsor (PCM) ou qualquer outro controlador de veículo.
[076] De acordo com uma forma de realização da invenção, o sistema de caixa de controle de emissão por evaporação compreende uma caixa de controle de emissão por evaporação (46) e um depurador de emissão por vazamento (58). A caixa de controle de emissão por evaporação (46) compreende um primeiro volume de adsorvente (representado por (48)), uma tubo de purga de vapor de combustível (66) que conecta a caixa de controle de emissão por evaporação (46) ao motor (32), um conduite de entrada de vapor de combustível (42) para ventilar o tanque de combustível (38) à caixa de controle de emissão por evaporação (46) e ao tubo de ventilação (56, 59, 60) para ventilar a caixa de controle de emissão por evaporação (46) para a atmosfera e para a admissão de ar de purga no sistema de caixa de controle de emissão por evaporação.
[077] O sistema de caixa de controle de emissão por evaporação é ainda definido por um caminho de fluxo de vapor de combustível do conduite de entrada de vapor de combustível (42) para o primeiro volume de adsorvente (48), através do conduite de ventilação (56) em direção ao depurador de emissão por vazamento (58) e ao conduite de ventilação (59, 60) e por um caminho de fluxo de ar recíproco do conduite de ventilação (59, 60) para o depurador de emissão por vazamento (58), através do conduite de ventilação (56) em direção ao primeiro volume de adsorvente (48) e em direção ao tubo de purga de vapor de combustível (66). O depurador de emissão por vazamento (58) compreende pelo menos um segundo volume de adsorvente, o segundo volume de adsorvente compreendendo um substrato revestido (74) adaptado para adsorção de hidrocarboneto como fornecido e descrito aqui (I. Substrato revestido para adsorção de hidrocarboneto).
[078] Em uma forma de realização, a caixa de controle de emissão por evaporação (46) está em comunicação fluida com o depurador de emissão por vazamento (58) via conduite de ventilação (56) e ao motor (32) via tubo de purga de vapor de combustível (66), válvula de purga (68) e linha de purga (72). Nesta forma de realização, o conduite de ventilação para ventilar o sistema de caixa de controle de emissão por evaporação para a atmosfera e para admissão de ar de purga no sistema de caixa de controle de emissão por evaporação compreende vários segmentos de conduite de ventilação (56, 59, 60) e válvula (62). Em uma forma de realização, o sistema de caixa de controle de emissão por evaporação é definido por um caminho de fluxo de vapor de combustível do conduite de entrada de vapor de combustível (42), através da entrada de vapor de caixa (50) até o primeiro volume de adsorvente (48), em direção ao depurador de emissão por vazamento (58) através da saída de vapor de caixa (54) e do conduite de ventilação (56) e para o conduite de ventilação e válvula ((59, 60 e 62) e por um caminho de fluxo de ar recíproco do conduite de ventilação e válvula (60, 62 e 59) para o depurador de emissão por vazamento (58), em direção ao primeiro volume de adsorvente (48) via conduíte de ventilação (56) e saída de vapor de caixa (54) e em direção à saída de purga de vapor de combustível (66).
[079] Durante a operação do motor, a gasolina é entregue de um tanque de combustível (38) por uma bomba de combustível através de uma linha de combustível para o injetor de combustível, todos representados esquematicamente pela linha (40). O tempo e a operação dos injetores de combustível e a quantidade de combustível injetado são gerenciados pelo controlador (34), via linha de sinal (36). O tanque de combustível (38) é tipicamente um recipiente fechado, exceto por um conduite de entrada de vapor de combustível evaporativo (42) e um tubo de enchimento (44). O tanque de combustível (38) é geralmente feito de polietileno moldado por sopro, de alta densidade, fornecido com uma ou mais camadas internas impermeáveis à gasolina.
[080] Em uma forma de realização, o tanque de combustível (38) inclui um conduite de entrada de vapor de combustível evaporativo (42) que se estende do tanque de combustível (38) para o primeiro volume de adsorvente (48) de uma caixa de controle de emissão por evaporação (46). Vapor de combustível, contendo hidrocarbonetos que evaporaram do tanque de combustível (38) pode passar do tanque de combustível (38) para o primeiro volume de adsorvente (48) dentro da caixa (46) através do conduite de entrada de vapor evaporativo (42). A caixa de controle de emissão por evaporação (46) pode ser formada a partir de qualquer material adequado. Por exemplo, polímeros termoplásticos moldados como o nylon são normalmente usados.
[081] A pressão do vapor de combustível aumenta à medida que a temperatura da gasolina no tanque de combustível (38) aumenta. Sem o sistema de controle de emissão por evaporação (30) da presente invenção, o vapor de combustível seria liberado na atmosfera sem tratamento. No entanto, de acordo com a presente invenção, os vapores de combustível são tratados pela caixa de controle de emissões por evaporação (46) e pelo depurador de emissão por vazamento (58), localizado a jusante da caixa de controle de emissões por evaporação (46).
[082] Quando a válvula de ventilação (62) está aberta e a válvula de purga (68) fechada, os vapores de combustível fluem sob pressão do tanque de combustível (38) através do conduite de entrada de vapor evaporativo (42), da entrada de vapor da caixa (50) e sequencialmente através do primeiro volume de adsorvente (48) contido na caixa de controle de emissão por evaporação (46). Subsequentemente, quaisquer vapores de combustível não adsorvidos pelo primeiro volume de adsorvente fluem para fora da caixa de controle de emissão por evaporação (46) através da abertura do conduite de ventilação (54) e do conduite de ventilação (56). Os vapores de combustível entram no depurador de emissão por vazamento (58) para posterior adsorção. Após a passagem através do depurador de emissão por vazamento (58), quaisquer vapores de combustível restantes saem do depurador de emissão por vazamento (58) via conduite (59), válvula de ventilação (62) e conduite de ventilação (60), sendo assim liberados para a atmosfera.
[083] Gradualmente, o material adsorvente de hidrocarboneto contido na caixa de controle de emissão por evaporação (46) e o volume de adsorvente do depurador de emissão por vazamento (58) ficam carregados com hidrocarbonetos adsorvidos do vapor de combustível. Quando os adsorventes de hidrocarbonetos ficam saturados com vapor de combustível e, portanto, hidrocarbonetos, os hidrocarbonetos devem ser dessorvidos dos adsorventes de hidrocarbonetos para controle contínuo dos vapores de combustível emitidos pelo tanque de combustível (38). Durante a operação do motor, o controlador do motor (34) comanda as válvulas (62 e 68), via os cabos de sinal (64 e 70), respectivamente, para abrir, criando assim uma via de fluxo de ar entre a atmosfera e o motor (32). A abertura da válvula de purga (68) permite que o ar limpo seja aspirado para o depurador de emissão por vazamento (58) e subsequentemente para a caixa de controle de emissão por evaporação (46) através do conduite de ventilação (60), conduite de ventilação (59) e conduite de ventilação (56), da atmosfera. O ar limpo, ou o ar de purga, flui através do conduite de ventilação de ar limpo (60), através do depurador de emissão por vazamento (58), através do conduite de ventilação (56), através da abertura do conduite de ventilação (54) e na caixa de controle de emissão por evaporação (46). O ar limpo flui além e/ ou através dos adsorventes de hidrocarbonetos contidos no depurador de emissão por vazamento (58) e da caixa de controle de emissões (46), dessorvendo hidrocarbonetos dos adsorventes de hidrocarbonetos saturados dentro de cada volume. Uma corrente de ar de purga e hidrocarbonetos então sai da caixa de controle de emissão por evaporação (46) através da saída de abertura de purga (52), linha de purga (66) e válvula de purga (68). O ar de purga e os hidrocarbonetos fluem através da linha de purga (72) para o motor (32), onde os hidrocarbonetos são subsequentemente queimados.
[084] Em algumas formas de realização, o substrato revestido (74) é um meio extrusado. Em algumas formas de realização, o meio extrusado é um favo de mel. A Figura 3 ilustra uma forma de realização do depurador de emissão por vazamento (58), em que o substrato revestido (74) é um meio estruturado de forma plissada (74a). A Figura 4 ilustra uma forma de realização em que o substrato revestido (74) é uma espuma (74b). Em uma forma de realização, a espuma (74b) tem mais do que cerca de 3,94 poros por centímetro (10 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma (74b) tem mais de cerca de 7,87 poros por centímetro (20 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma (74b) tem entre cerca de 5,91 e cerca de 15,75 poros por centímetro (15 e cerca de 40 poros por polegada). Em uma forma de realização, a espuma (74b) é um poliuretano. Em algumas formas de realização, a espuma (74b) é um poliuretano reticulado. Em algumas formas de realização, o poliuretano é um poliéter ou poliéster.
[085] A Figura 5 ilustra uma forma de realização em que o substrato revestido (74) é um meio extrusado (74c). Em algumas formas de realização, o meio extrusado (74c) é um favo de mel. O adsorvente do favo de mel pode estar em qualquer forma geométrica, incluindo, mas não limitado a, redonda, cilíndrica ou quadrada. Além disso, as células dos adsorventes do favo de mel podem ser de qualquer geometria. Favos de mel de áreas de seção transversal uniformes para as passagens de fluxo, como favos de mel quadrados com células de seção quadrada ou favos de mel em espiral de forma ondulada, podem ter um desempenho melhor do que os favos de mel redondos com células de seção quadrada em uma matriz angular direita que fornece passagens adjacentes com uma variedade de áreas de seção transversal e, portanto, passagens que não são equivalentemente purgadas. Sem estar vinculado a nenhuma teoria, acredita-se que quanto mais uniformes as áreas transversais das células nas faces do favo de mel, mais uniforme é a distribuição do fluxo no depurador durante os ciclos de adsorção e purga e, portanto, menor perda respiratória diurna (DBL) de emissões do sistema de caixa. Em algumas formas de realização, o sistema pode alcançar uma baixa perda respiratória diurna (DBL; menos de 20 mg pelo protocolo BETP), representando dispositivos de controle eficazes para emissões de hidrocarbonetos.
[086] Surpreendentemente, verificou-se que o volume adsorvente de depuradores de emissões de purga, conforme divulgado aqui, pode, em algumas formas de realização, ter uma capacidade de trabalho de butano (BWC) menor que a dos monólitos competitivos, ainda assim controlar efetivamente as emissões de hidrocarbonetos de uma caixa de controle de emissão por evaporação em condições de baixa purga.
[087] Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente, quando submetido a um teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, tem um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 100 volumes de leito de 1,6 L que está dentro de cerca de 10% do terceiro ciclo de butano, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6L. A ruptura de butano no terceiro ciclo é o tempo (em segundos) em que a concentração de saída de butano do volume de adsorvente atinge 100 ppm, medida pela detecção de ionização de chama durante uma terceira etapa de carregamento do teste de ruptura de butano. O teste de ruptura de butano compreende a colocação de um volume de adsorvente de teste em uma célula de amostra, carregando a célula de amostra com uma mistura de gás butano/ N2 a 1: 1 a uma taxa de fluxo de 134 mL/ min (10 g/ hora de fluxo de butano) por 45 minutos, a direção do fluxo sendo ascendente da parte inferior da célula de amostra para o topo, purgando a célula de amostra com N2 a 100 mL/ min por 10 minutos na mesma direção de fluxo, dessorvendo a célula de amostra com um fluxo de ar de 25 L/ min na direção oposta (de cima para baixo) por um tempo suficiente para atingir o número desejado de volumes de leito de 1,6 L e repetindo as etapas de carregamento, purga e dessorção até que três ciclos de carga/ purga/ dessorção sejam concluídos. Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente tem um tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 80 volumes de leito de 1,6 L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga de 390 volumes do leito de 1,6 L. Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente possui um tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 60 volumes de leito de 1,6 L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga de 390 volumes do leito de 1,6 L. Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente possui um tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 40 volumes de leito de 1,6 L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano do terceiro ciclo em um volume de purga de 390 volumes do leito de 1,6 L. Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente possui um tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 80 volumes de leito de 1,6L que está dentro de cerca de 10% do tempo de ruptura do butano do terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 100 volumes de leito de 1,6L de pelo menos cerca de 800 segundos.
[088] Particularmente, os substratos de espuma, como aqui divulgados, exibem uma capacidade de trabalho de butano mais baixa que os monólitos competitivos, mas ainda mais eficientemente controlam as emissões sob baixos volumes de purga. Sem desejar estar limitado pela teoria, isso pode ser devido à pequena espessura do revestimento adsorvente e/ ou à alta turbulência do fluxo de gás pela espuma, que pode fornecer uma purga mais rápida do que o monólito bruto usado em produtos competitivos.
[089] Em algumas formas de realização, o depurador de emissão por vazamento compreende ainda um terceiro volume de adsorvente. A Figura 6 ilustra uma forma de realização em que o segundo volume de adsorvente compreende um substrato revestido (74) como divulgado acima, e o terceiro volume de adsorvente compreende o substrato revestido como divulgado acima, em que o substrato é uma espuma (74b). Em algumas formas de realização, o segundo volume de adsorvente é um substrato monolítico. Em algumas formas de realização, o terceiro volume de adsorvente é uma espuma de poliuretano reticulada. Em algumas formas de realização, a espuma (74b) tem mais de cerca de 3,94 poros por centímetro (10 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma (74b) tem mais de cerca de 7,87 poros por centímetro (20 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma (74b) tem entre cerca de 5,91 e cerca de 15,75 poros por centímetro (15 e cerca de 40 poros por polegada). Em algumas formas de realização, a espuma (74b) é um poliuretano. Em algumas formas de realização, a espuma (74b) é um poliuretano reticulado. Em algumas formas de realização, o poliuretano é um poliéter ou poliéster. Em algumas formas de realização, um substrato monolítico revestido é combinado com um substrato de espuma revestido a jusante para fornecer eficácia particularmente alta no controle de emissões de hidrocarbonetos sob condições de baixa purga, combinando um substrato de alta capacidade com um substrato de espuma que exibe bom desempenho em baixos volumes de purga.
[090] Como discutido anteriormente, as Figuras 2-6 são meramente exemplos de formas de realização do sistema de controle de emissões por evaporação divulgado, e aqueles técnicos no assunto podem visualizar formas de realização adicionais sem se afastar do escopo da presente invenção.
[091] O segundo volume de adsorvente (e quaisquer volumes de adsorvente adicionais) pode incluir um diluente volumétrico. Exemplos não limitativos dos diluentes volumétricos podem incluir, mas não estão limitados a, espaçadores, folgas inertes, espumas, fibras, molas ou combinações dos mesmos.
[092] Além disso, o sistema de caixa de controle de emissão por evaporação pode incluir um volume vazio em qualquer lugar do sistema. Como aqui utilizado, o termo “volume vazio” refere-se a um volume que não inclui nenhum adsorvente. Esse volume pode compreender qualquer não adsorvente, incluindo, mas não limitado a, espaço de ar, espaçador de espuma, tela ou combinações dos mesmos.
[093] Será facilmente aparente para um técnico no assunto que modificações e adaptações adequadas às composições, métodos e aplicações aqui descritas podem ser feitas sem se afastar do escopo de quaisquer formas de realização ou aspectos das mesmas. As composições e métodos fornecidos são exemplificativos e não se destinam a limitar o escopo das formas de realização reivindicadas. Todas as várias formas de realização, aspectos e opções divulgadas neste documento podem ser combinadas em todas as realizações. O escopo das composições, formulações, métodos e processos aqui descritos inclui todas as combinações reais ou potenciais de formas de realização, aspectos, opções, exemplos e preferências aqui contidas. Todas as patentes e publicações citadas aqui são incorporadas por referência aqui pelos ensinamentos específicos das mesmas, conforme indicado, a menos que outras declarações específicas de incorporação sejam especificamente fornecidas.
EXEMPLOS
[094] Os exemplos a seguir são fornecidos como ilustração e não como limitação.
EXEMPLO 1: SELEÇÃO DE MATERIAL ADSORVENTE
[095] Vários materiais de carbono disponíveis comercialmente foram testados usando o seguinte protocolo de análise termogravimétrica (TGA). O material a ser testado foi equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de n-butano a 5% em nitrogênio por 20 minutos para obter a capacidade total de adsorção de butano do material. Após estabilização do peso, a amostra foi purgada com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos. A adsorção de butano foi repetida para obter a capacidade de trabalho do butano. Este é apresentado como a % de adsorção de butano no segundo ciclo, refletindo o valor da % em peso de gramas de butano/ grama de carbono.
[096] A distribuição do tamanho dos poros de nitrogênio e a análise da área de superfície foram realizadas nos instrumentos da série Micromeritics TriStar 3000. O material a ser testado foi desgaseificado por um total de 6 horas (uma rampa de 2 horas a 300 °C, depois uma retenção a 300 °C por 4 horas, sob um fluxo de nitrogênio seco) em um desgaseificador Micromeritics SmartPrep. A área superficial do nitrogênio BET foi determinada usando 5 pontos de pressão parcial entre 0,08 e 0,20. O tamanho dos poros de nitrogênio foi determinado usando os cálculos de BJH e 33 pontos de dessorção. Os resultados da área de superfície BET e da capacidade de adsorção são mostrados na Tabela 1.TABELA 1. ÁREA DE SUPERFÍCIE DO MATERIAL ADSORVENTE E BWC.
[097] Com base nas capacidades de adsorção listadas na Tabela 1, vários materiais de carbono forneceram maior capacidade de adsorção de butano no segundo ciclo do que uma armadilha de hidrocarboneto comercial ou uma caixa de carbono de adsorção de hidrocarbonetos comercial.
EXEMPLO 2: PREPARAÇÃO DE PASTA DE CARBONO PARA REVESTIMENTO DE SUBSTRATOS FORMULAÇÃO A
[098] Uma solução de 1,4% de Kelzan CC em água foi preparada um dia antes do uso. Combinou-se água (310 ml) com 21 ml da solução espessante Kelzan CC, 0,65 g de dispersante Surfynol 420 e 0,5 g de antiespumante Foammaster NXZ e a combinação foi bem misturada. A esta mistura foi adicionado 100g de adsorvente de carvão ativado (“Carbono 1” da Tabela 1) com agitação. A dispersão de carbono resultante foi adicionada a um segundo recipiente contendo 40 g de aglutinante Joncryl 2570 (solução a 50%) com agitação. Foi adicionada uma solução espessante Kelzan CC adicional até a viscosidade da pasta ser suficiente para fins de revestimento.
FORMULAÇÃO B
[099] Água (193 ml) foi combinada com 2,96 g de dispersante Dispex Ultra PX 4575 e 0,37 g de antiespumante Foammaster NXZ e a combinação foi bem misturada. A esta mistura foram adicionados 76 g de adsorvente de carvão ativado (“Carbono 1” da Tabela 1) com agitação. A dispersão de carbono resultante foi adicionada a um segundo recipiente contendo 14,8 g de aglutinante Joncryl 2570 (solução a 50%) com agitação. A pasta de carbono resultante foi adicionada a um terceiro recipiente contendo 37 g de aglutinante Joncryl FLX 5200 (solução a 40%) com agitação. O espessante Rheovis 1152 foi adicionado até a viscosidade da pasta ser suficiente para fins de revestimento.
EXEMPLO 3: REVESTIMENTO DE SUBSTRATOS DE ESPUMA
[0100] Pedaços de espuma cilíndrica (10 ppi de poliuretano) do tamanho de 29x100 mm (largura x comprimento) foram mergulhados na pasta da Formulação B. A espuma foi então espremida para remover o excesso de pasta. Os poros da espuma foram limpos com uma faca pneumática operada a pressão de 15 psig. A espuma foi seca a 110 °C durante 2 h. O procedimento foi repetido até que a carga de carbono desejada fosse alcançada.
EXEMPLO 4: REVESTIMENTO DE SUBSTRATOS MONOLÍTICOS
[0101] Substratos de monólito cerâmico cilíndrico (35,65 células por centímetros quadrado) (230 células por polegada quadrada) do tamanho de 29x100 mm (largura x comprimento) foram mergulhados na pasta da Formulação A. A pasta em excesso foi removida limpando os canais usando uma faca pneumática operada a pressão de 15 psig. O substrato foi seco a 110 °C por 2 h. O procedimento foi repetido até que a carga de carbono desejada fosse alcançada.
EXEMPLO 5: CAPACIDADE DE ADSORÇÃO E TEMPO DE DESSORÇÃO EM UMA APLICAÇÃO DE CAIXA SIMULADA
[0102] Um monólito de carbono comercial e vários monólitos e espumas revestidos, preparados como nos Exemplos 3 e 4, foram testados em uma configuração de absorção de absorção-dessorção de butano. As amostras cilíndricas de tamanho 29x100 mm foram colocadas dentro de uma célula de amostra cilíndrica orientada na direção vertical. A célula de amostra foi então carregada com um gás de teste butano/ N2 a 1: 1 a uma taxa de fluxo de 134 mL/ min (10 g/ hora de fluxo de butano) por 45 minutos. A direção do fluxo foi para cima, da parte inferior da célula da amostra para o topo. A composição de gás do fluxo de saída da célula de amostra foi monitorada por um FID (Detector de ionização de chama). Após a etapa de adsorção de butano de 45 minutos, a célula da amostra foi purgada com N2 a 100 mL/ min por 10 minutos na mesma direção do fluxo. A amostra foi então dessorvida com um fluxo de ar de 25 L/ min na direção oposta (de cima para baixo) por 25 minutos. A sequência de adsorção-purga-dessorção é repetida um total de três vezes.
[0103] A capacidade relativa efetiva de adsorção de butano pode ser correlacionada com o tempo que leva para ocorrer a ruptura do butano através da amostra. A ruptura do butano é definida como o tempo em que a concentração de saída de butano da célula da amostra atinge 100 ppm. Nesta configuração de teste, foram necessários 636 s para ocorrer a ruptura do butano no terceiro ciclo de adsorção quando um pedaço de espuma branca de 10 ppi sem revestimento adsorvente aplicado foi colocado na célula de amostra (Tabela 2). Os tempos de ruptura para peças de espuma de 10 ppi, 20 ppi, 30 ppi e 40 ppi revestidos com 2,43 g, 2,19 g, 2,37 g e 2,24 g de pasta de carvão ativo (ganho seco, Formulação B do Exemplo 2) tiveram tempos de ruptura de 857 s, 833 s, 854 se 842 s, respectivamente. O aumento nos tempos de ruptura em comparação com a espuma em branco (636 s) correlaciona-se com a capacidade relativa de adsorção efetiva de butano do revestimento adsorvente. Estes resultados demonstram um aumento proporcional na capacidade de butano a partir do carregamento do revestimento na espuma, sem dependência da densidade celular da espuma. Um monólito comercial de carbono foi testado por esse método e teve um tempo médio de ruptura de 1452 s em três testes. Estes resultados mostram que as espumas revestidas acima têm ~25% da capacidade de butano do monólito comercial de carbono. TABELA 2. TEMPOS DE RUPTURA DO BUTANO.
[0104] Testes adicionais foram realizados no monólito comercial de carbono, variando o tempo de dessorção de 45 minutos a 2,5 minutos. A taxa de fluxo foi mantida constante a 25 L/ min. O efeito no tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo de adsorção é apresentado na Tabela 3 abaixo. Esses resultados de testes mostram que a dessorção do monólito de carbono comercial saturado com butano por 5 minutos ou menos não permite sua regeneração completa, e sua capacidade de butano nos ciclos de adsorção subsequentes diminui. Os tempos de dessorção de 5 minutos e 2,5 minutos correspondem a 125L e 62,5L (ou 78 e 39 volumes de leito) de purga, respectivamente, para uma caixa de vapor de combustível de 1,6L. TABELA 3. TEMPOS DE RUPTURA DO BUTANO PARA MONÓLITOS DE CARBONO COMERCIAIS.
[0105] As amostras revestidas de 10 ppi e 40 ppi de espuma também foram testadas em tempos decrescentes de dessorção (5 minutos e 2,5 minutos). O efeito no tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo de adsorção é apresentado na Tabela 4 abaixo. Esses resultados dos testes demonstram que o tempo de dessorção diminuído teve um efeito semelhante no pedaço de espuma de 10 ppi em comparação com o monólito de carbono comercial, mas que a diminuição na capacidade efetiva de butano do pedaço de espuma revestido de 40 ppi foi significativamente menor. Este resultado indica que um pedaço de espuma revestido de 40 ppi é dessorvido mais completamente sob condições de baixa purga.TABELA 4. TEMPO DE RUPTURA DO BUTANO PARA SUBSTRATOS DE ESPUMA REVESTIDOS.
EXEMPLO 6: REVESTIMENTO DE CAIXAS DE AR
[0106] Um material adsorvente de hidrocarboneto foi revestido na superfície interna de um invólucro de filtro de ar disponível no mercado (caixa de ar) de um sistema de entrada de ar. O invólucro do filtro de ar foi feito de polipropileno preenchido com vidro de grau automotivo e preparado com um promotor de adesão comercial disponível antes do revestimento. O material adsorvente foi o Carbono 1 (exemplo 1). A composição de revestimento adsorvente foi como descrito no Exemplo 2 (Formulação A). O revestimento foi aplicado como uma pasta aquosa (28% de sólidos em água) com uma pistola de pulverização e depois seco a 110 °C por 30 minutos.
EXEMPLO 7: REVESTIMENTO E INSTALAÇÃO DE SUBSTRATOS NÃO TECIDOS
[0107] Um pedaço de tecido não tecido Nomex (11” x 11”) com um peso de 86 g/ m2 foi colado a um substrato plano e rígido ao redor das bordas com fita resistente ao calor. Uma amostra de pasta de carbono (55,8 g, preparada de acordo com o Exemplo 2, formulação A (27% de sólidos)) foi vertida sobre o tecido não tecido e distribuída uniformemente para alcançar uma cobertura completa. A espátula foi trabalhada para a frente e para trás sobre o tecido manualmente, para formar um revestimento uniforme que penetrou bem no tecido. A combinação tecido- substrato tratado foi então colocada em um forno de secagem a 110 °C e seca até secar ao toque. Foi então removida do forno, a fita, removida e o tecido não tecido revestido foi retirado do substrato e retornado ao forno de secagem até secar completamente. Uma folha do tecido não tecido revestida, preparada como descrito, foi cortada com uma tesoura em um tamanho apropriado para caber dentro de uma caixa de ar disponível comercialmente. A folha de tecido não tecido revestida de tamanho adequado foi fixada no interior da caixa de ar usando epóxi.
EXEMPLO 8: CAPACIDADE DE ADSORÇÃO E TEMPO DE DESSORÇÃO EM UMA APLICAÇÃO SIMULADA
[0108] Tubos de fluxo de ar de uma caixa de ar automotiva disponível comercialmente foram usados para testar o revestimento e o revestimento aplicados a um tecido não tecido, como descrito nos Exemplos 6 e 7, em uma configuração de adsorção-dessorção de butano. Os tubos de fluxo de ar são um componente da caixa de ar que é posicionada na entrada do lado limpo da caixa de ar. Os tubos de fluxo de ar foram recebidos com papel carbono comercial revestindo a superfície interna. Este papel carbono foi removido antes da aplicação do revestimento ou não tecido revestido. A área da superfície interna do tubo de fluxo de ar que o revestimento ou o não tecido cobre era a mesma que a área coberta pelo papel carbono comercial. Um tubo de fluxo de ar em branco e um com o papel carbono comercial no lugar também foram testados. Os tubos de fluxo de ar foram montados em uma célula de amostra composta por uma caixa selada com entrada e saída, de modo que o fluxo através da caixa de ar a partir da entrada fluía através do tubo de fluxo de ar. A célula de amostra foi carregada com uma mistura de gás de teste butano/ N2a 1: 1 a uma taxa de fluxo de 134 mL/ min (10 g/ hora de fluxo de butano) por 30 minutos. A composição do gás do fluxo de saída da caixa de ar foi monitorada por um FID (Detector de ionização de chama). Após a etapa de adsorção de butano, a célula da amostra foi purgada com N2 a 100 mL/ min por 10 minutos na mesma direção do fluxo. A amostra foi então dessorvida com um fluxo de ar de 150 L/ min na direção oposta por 25 minutos ou 75 minutos. A sequência de adsorção-purga-dessorção foi repetida um total de seis vezes.
[0109] A capacidade relativa efetiva de adsorção de butano pode ser correlacionada com o tempo necessário para que a ruptura do butano ocorra através da amostra. A ruptura do butano é definida como o tempo médio em que 54 mg de butano rompem a célula da amostra, conforme monitorado pelo FID (durante os segundo ao sexto ciclos de adsorção). Os resultados do teste são apresentados na Tabela 5 abaixo. O aumento nos tempos de ruptura em comparação com o branco (1113 s) correlaciona-se com a capacidade relativa de adsorção efetiva de butano do revestimento adsorvente. Quando um tempo de dessorção de 25 minutos é usado, o tubo de fluxo de ar com 3,3 g de revestimento tem uma capacidade de adsorção de butano menos eficaz do que o tubo de fluxo de ar com o papel carbono comercial, mas uma capacidade de adsorção de butano um pouco maior quando um tempo de dessorção de 75 minutos é usado. Os tubos de fluxo de ar com 5,5 g de revestimento e 4,0 g de revestimento em não tecido têm uma capacidade de adsorção de butano mais eficaz do que o tubo de fluxo de ar com o papel carbono comercial em ambos os tempos de dessorção.TABELA 5. TEMPOS DE RUPTURA DO BUTANO, REVESTIMENTOS DAS CAIXAS DE AR.
[0110] Será facilmente aparente para um técnico no assunto que modificações e adaptações adequadas às composições, métodos e aplicações aqui descritas podem ser feitas sem se afastar do escopo de quaisquer formas de realização ou aspectos das mesmas. As composições e métodos fornecidos são exemplificativos e não se destinam a limitar o escopo das formas de realização reivindicadas. Todas as várias formas de realização, aspectos e opções divulgadas neste documento podem ser combinadas em todas as realizações. O escopo das composições, formulações, métodos e processos aqui descritos inclui todas as combinações reais ou potenciais de formas de realização, aspectos, opções, exemplos e preferências aqui contidas. Todas as patentes e publicações citadas aqui são incorporadas por referência aqui para os ensinamentos específicos das mesmas, conforme indicado, a menos que outras declarações específicas de incorporação sejam especificamente fornecidas.

Claims (25)

1. SUBSTRATO REVESTIDO (74) ADAPTADO PARA ADSORÇÃO DE HIDROCARBONETOS, compreendendo: um substrato compreendendo pelo menos uma superfície tendo um revestimento adsorvente de hidrocarboneto sobre o mesmo, o revestimento adsorvente de hidrocarboneto compreendendo carbono particulado e um aglutinante que adere as partículas do carbono particulado umas às outras e ao substrato, em que aglutinante compreende um polímero orgânico e estar presente em uma quantidade de 10% a 50% em peso em relação ao carbono particulado; em que o carbono particulado tem uma área de superfície BET de pelo menos 1400 m2/ g; e em que o carbono particulado tem uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de pelo menos 9% de n-butano em peso, o substrato revestido (74) sendo caracterizado pela capacidade de adsorção ser obtida depois do carbono particulado ser equilibrado à temperatura ambiente e exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos, purgado com um fluxo de 100 ml/ min de nitrogênio por 25 minutos e novamente exposto a um fluxo de 100 ml/ min de 5% de n-butano em nitrogênio por 20 minutos.
2. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela área da superfície BET do carbono particulado ser de 1400 m2/ g a 2500 m2/ g.
3. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo carbono particulado ter uma capacidade de adsorção de n-butano no segundo ciclo de 9% em peso a 15% em peso.
4. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo aglutinante ser selecionado a partir do grupo que consiste em um látex de copolímero de acrílico/ estireno, um látex de copolímero de estireno-butadieno, um poliuretano e misturas dos mesmos.
5. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo substrato ser um plástico.
6. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo plástico ser selecionado a partir do grupo que consiste em polipropileno, nylon-6, nylon-6,6, nylon aromático, polissulfona, poliéter sulfona, tereftalato de polibutileno, poliftalamida, polioximetileno, policarbonato, cloreto de polivinila, poliéster e poliuretano.
7. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo substrato ser selecionado a partir do grupo que consiste em espumas, materiais monolíticos, não tecidos, tecidos, folhas, papéis, espirais torcidas, fitas, meios estruturados de forma extrusada, meios estruturados de forma enrolada, meios estruturados de forma dobrada, meios estruturados de forma plissada, meios estruturados de forma ondulada, meios estruturados de forma vazada, meios estruturados de forma ligada e combinações dos mesmos.
8. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo substrato ser um meio extrusado (74c).
9. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo meio extrusado (74c) ser um favo de mel.
10. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo substrato ser uma espuma (74b).
11. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela espuma (74b) ter entre 5,91 e 15,75 poros por centímetro (15 e 40 poros por polegada).
12. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela espuma (74b) ser um poliuretano reticulado.
13. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela espessura do revestimento ser inferior a 500 mícrons.
14. SUBSTRATO REVESTIDO (74), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo substrato ser um tecido não tecido.
15. SISTEMA DE ENTRADA DE AR (1) configurado para controlar emissões por evaporação de um veículo a motor com um motor de combustão, o sistema caracterizado por compreender: um duto de entrada de ar (4), um invólucro de filtro de ar (2) posicionado para receber ar do duto de entrada de ar (4) e um ou mais dutos de ar limpo (12) em comunicação fluida com o invólucro do filtro de ar (2) e o motor de combustão para transportar o ar da câmara de filtro de ar para o motor de combustão; em que pelo menos uma porção de uma superfície interna de pelo menos um dos dutos de entrada de ar (4), do invólucro de filtro de ar (2) e dos dutos de ar limpo (12) compreende o substrato revestido, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, ou está em contato com um substrato revestido (74) com o revestimento adsorvente de hidrocarboneto, de modo que o revestimento adsorvente de hidrocarboneto esteja em contato fluido com uma via para entrada de ar de combustão no motor de combustão do veículo a motor.
16. SISTEMA DE ENTRADA DE AR (1), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela porção de uma superfície interna da câmara de filtro de ar ser revestida com o revestimento adsorvente de hidrocarboneto.
17. SISTEMA DE ENTRADA DE AR (1), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo substrato ser um não tecido aderido, aderido à porção da superfície interna da câmara de filtro de ar.
18. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), caracterizado por compreender: um tanque de combustível (38) para armazenamento de combustível; um motor de combustão interna (32) adaptado para consumir o combustível; e um sistema de caixa de controle de emissão por evaporação (46), o sistema de caixa compreendendo: - uma caixa de controle de emissão por evaporação (46); e - um depurador de emissão por vazamento (58); a caixa de controle de emissão por evaporação, compreendendo: um primeiro volume de adsorvente (48), um tubo de purga de vapor de combustível (66) que conecta a caixa de controle de emissão por evaporação (46) ao motor (32), um conduite de entrada de vapor de combustível (42) para ventilar o tanque de combustível (38) na caixa de controle de emissão por evaporação (46) e um conduite de ventilação para ventilar a caixa de controle de emissão por evaporação (46) à atmosfera e para a admissão de ar de purga no sistema de caixa de controle de emissão por evaporação; em que o sistema de caixa de controle de emissão por evaporação é definido por um caminho de fluxo de vapor de combustível do conduite de entrada de vapor de combustível (42) até o primeiro volume de adsorvente (48), em direção ao depurador de emissão por vazamento (58) e ao conduite de ventilação (56, 59, 60), e por um caminho de fluxo de ar recíproco do conduite de ventilação (56) para o depurador de emissão por vazamento (58), em direção ao primeiro volume de adsorvente (48) e em direção ao tubo de purga de vapor de combustível (66); e em que o depurador de emissão por vazamento (58) compreende pelo menos um segundo volume de adsorvente, o segundo volume de adsorvente compreendendo o substrato revestido (74), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.
19. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo segundo volume de adsorvente, quando submetido a um teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, ter um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 100 volumes leitos de 1,6 L que estão dentro de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6L, em que a ruptura do butano no terceiro ciclo é o tempo em segundos em que a concentração de saída de butano a partir do volume de adsorvente atinge 100 ppm, conforme medido pela detecção de ionização da chama durante uma terceira etapa de carregamento do teste de ruptura do butano, o teste de ruptura do butano compreendendo: colocar um volume de adsorvente de teste em uma célula de amostra, carregar a célula de amostra com uma mistura de gás butano/ N2 a 1: 1 a uma taxa de fluxo de 134 mL/ min, 10 g/ hora de fluxo de butano por 45 minutos, a direção do fluxo sendo ascendente da parte inferior da célula de amostra para o topo, purgando a célula de amostra com N2 até 100 mL/ min por 10 minutos na mesma direção do fluxo, dessorvendo a célula de amostra com um fluxo de ar de 25 L/ min de cima para baixo por um tempo suficiente para atingir o número desejado de volumes de leito de 1,6 L e repetindo a carga, a purga e etapas de dessorção até que três ciclos de carga/ purga/ dessorção sejam concluídos.
20. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo segundo volume de adsorvente, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, ter um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 80 volumes de leito de 1,6 litros que estão dentro de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L.
21. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo segundo volume de adsorvente, quando submetido ao teste de ruptura de butano a um volume de adsorvente de 29x100 mm, ter um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 60 volumes de leito de 1,6 L que estão dentro de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L.
22. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo segundo volume de adsorvente, quando submetido ao teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, ter um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga de menos de 40 volumes de leito de 1,6 L que estão dentro de 10% do tempo de ruptura do butano no terceiro ciclo, em um volume de purga de 390 volumes de leito de 1,6 L.
23. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo segundo volume de adsorvente, quando submetido a um teste de ruptura de butano com um volume de adsorvente de 29x100 mm, ter um tempo de ruptura de butano no terceiro ciclo em um volume de purga inferior a 100 volumes de leito de 1,6 L de pelo menos 800 segundos.
24. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo depurador de emissão por vazamento (58) compreender ainda um terceiro volume de adsorvente; em que o segundo volume de adsorvente é um substrato monolítico; e em que o terceiro volume de adsorvente é uma espuma de poliuretano reticulada.
25. SISTEMA DE CONTROLE DE EMISSÃO POR EVAPORAÇÃO (30), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pela Perda Respiratória Diurna de 2 dias do sistema ser inferior a 20 mg sob o Procedimento de Teste de Emissão de Vazamento da Califórnia.
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