(57)【要約】  本明細書には、コーティングが記載される。コーティングは、例えば、炭素のガス化を触媒し得る。いくつかの例では、コーティングは、第１の厚さを有し、マンガン酸化物、クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含む第１の領域と、第２の厚さを有し、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含む第２の領域と、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせと、を含む。
2021508760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティングであって、
第１の厚さを有し、マンガン酸化物、クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含む第１の領域と、
第２の厚さを有し、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含む第２の領域と、
アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせと、を含む、コーティング。
【請求項２】
前記コーティングが、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含み、前記アルカリ土類金属、前記アルカリ土類酸化物、前記アルカリ土類カーボネート、前記アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせが、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のコーティング。
【請求項３】
前記コーティングが、アルカリ土類酸化物を含み、前記アルカリ土類酸化物が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１または請求項２に記載のコーティング。
【請求項４】
前記コーティングが、アルカリ土類シリケートを含み、前記アルカリ土類シリケートが、ＭｇＳｉＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＳｒＳｉＯ３、ＢａＳｉＯ３、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項５】
前記コーティングが、ストロンチウム、ストロンチウムシリケート、またはストロンチウム酸化物を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項６】
前記コーティングが、アルカリ土類カーボネートを含み、前記アルカリ土類カーボネートが、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項７】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％の量のアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項８】
前記コーティングが、モリブデン酸化物を含み、前記モリブデン酸化物が、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項９】
前記コーティングが、モリブデン炭化物を含み、前記モリブデン炭化物が、ＭｏＣを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１０】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１％〜５％の量のモリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１１】
前記コーティングが、混合金属ペロブスカイトを含み、前記混合金属ペロブスカイトが、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１２】
前記コーティングが、混合金属ペロブスカイトを含み、前記混合金属ペロブスカイトが、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１３】
コーティングが、混合金属ペロブスカイトを含み、前記混合金属ペロブスカイトが、ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、またはそれらの組み合わせを含み、式中、ｙが、０．２〜１、または０．４〜０．８である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１４】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％の量の前記混合金属ペロブスカイトを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１５】
前記コーティングが、混合金属無機酸化物を含み、前記混合金属無機酸化物が、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１６】
前記コーティングが、混合金属無機酸化物を含み、前記混合金属無機酸化物が、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１７】
前記コーティングが、混合金属無機酸化物を含み、前記混合金属無機酸化物が、ＣａＭｎＯ３、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３、またはそれらの組み合わせを含み、式中、ｘが、０〜１である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１８】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％の量の前記混合金属無機酸化物を含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項１９】
前記第２の領域が、Ｘ６Ｗ６Ｚ、ＸＷＺ、またはそれらの組み合わせを含み、式中、Ｘが独立してＮｉ、またはＮｉと１つ以上の遷移金属との混合物であり、Ｚが独立してＳｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせである、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２０】
前記１つ以上の遷移金属が、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１９に記載のコーティング。
【請求項２１】
前記第２の領域が、前記第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜１５重量％または３重量％〜８重量％の量のＳｉを含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２２】
前記第２の領域が、前記第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜２０重量％または５重量％〜１５重量％の量のＭｎを含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２３】
前記第１の領域の厚さが、０．１ミクロン〜２０ミクロン、１ミクロン〜２０ミクロン、２ミクロン〜２０ミクロン、４ミクロン〜１５ミクロン、５ミクロン〜１２ミクロン、６〜１０ミクロン、または７〜９ミクロンである、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２４】
前記第２の領域が、５０ミクロン〜１２００ミクロン、１００ミクロン〜１，２００ミクロン、１００ミクロン〜１，０００ミクロン、２００ミクロン〜７００ミクロン、２００ミクロン〜５００ミクロン、または３００ミクロン〜５００ミクロンの厚さを有する、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２５】
前記第１の領域が、マンガン酸化物を含み、前記マンガン酸化物が、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＭｎＯ２、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２６】
前記マンガン酸化物が、Ｍｎ３Ｏ４を含む、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２７】
前記第１の領域が、クロムマンガン酸化物を含み、前記クロムマンガン酸化物が、スピネルクロムマンガン酸化物、逆スピネルクロムマンガン酸化物、非化学量論的クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜２６のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２８】
前記第１の領域が、クロムマンガン酸化物を含み、前記クロムマンガン酸化物が、ＭｎＣｒ２Ｏ４、ＣｒＭｎ２Ｏ４、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項２９】
前記第２の領域が、前記第２の領域の総重量に基づいて、１５〜４５重量％の量のＮｉ、１０〜５０重量％の量のＷ、１〜１５重量％の量のＣｒ、１〜１０重量％の量のＦｅ、１〜２０重量％の量のＭｎ、１〜１５重量％の量のＳｉ、０〜２重量％の量のＮｂ、０〜１５重量％の量のＭｏ、０〜２重量％の量のＴｉ、および０〜２重量％の量のＺｒを含む、請求項１〜２８のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項３０】
前記コーティングが、炭素のガス化を触媒する、請求項１〜２９のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項３１】
前記第１の領域が、炭素のガス化を触媒する、請求項１〜３０のいずれか一項に記載のコーティング。
【請求項３２】
表面を有する基材であって、請求項１〜３１のいずれか一項に記載のコーティングが、前記基材の前記表面上のコーティングとして提供され、前記第２の領域が、前記基材の前記表面に隣接しており、前記第１の領域が、前記第２の領域に隣接している、基材。
【請求項３３】
前記基材が、ニッケル−クロムベースの合金、ニッケル−コバルトベースの超合金、またはそれらの組み合わせを含む、請求項３２に記載の基材。
【請求項３４】
前記基材が、ニッケル−クロムベースの合金を含み、前記ニッケル−クロムベースの合金が、オーステナイト鋼を含む、請求項３３に記載の基材。
【請求項３５】
基材上にコーティングを調製する方法であって、
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含む第１の粉末と、
アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせを含む第２の粉末と、を含む粉末の混合物を、前記基材の表面に適用することと、
真空下または不活性雰囲気下で、酸素の不在下で前記基材の前記表面に適用された前記粉末の混合物を加熱して、前記基材の前記表面上に初期コーティングを形成することと、を含む、方法。
【請求項３６】
酸素の存在下で前記初期コーティングを加熱して、表面酸化物を形成し、それにより、前記基材の前記表面上にコーティングを形成することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記コーティングが、
第１の厚さを有し、マンガン酸化物、クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含む第１の領域と、
第２の厚さを有し、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含む第２の領域と、
アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせと、を含み、
前記第２の領域が、前記基材の前記表面に隣接しており、前記第１の領域が、前記第２の領域に隣接している、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記コーティングが、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含み、前記アルカリ土類金属、前記アルカリ土類酸化物、前記アルカリ土類カーボネート、前記アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせが、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、またはそれらの組み合わせを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記コーティングが、アルカリ土類酸化物を含み、前記アルカリ土類酸化物が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記コーティングが、アルカリ土類シリケートを含み、前記アルカリ土類シリケートが、ＭｇＳｉＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＳｒＳｉＯ３、ＢａＳｉＯ３、またはそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
前記コーティングが、ストロンチウム、ストロンチウムシリケート、またはストロンチウム酸化物を含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記コーティングが、アルカリ土類カーボネートを含み、前記アルカリ土類カーボネートが、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％の量のアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記コーティングが、モリブデン酸化物を含み、前記モリブデン酸化物が、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、またはそれらの組み合わせを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
前記コーティングが、モリブデン炭化物を含み、前記モリブデン炭化物が、ＭｏＣを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１％〜５％の量のモリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記コーティングが、混合金属ペロブスカイトを含み、前記混合金属ペロブスカイトが、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記コーティングが、混合金属ペロブスカイトを含み、前記混合金属ペロブスカイトが、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記コーティングが、混合金属ペロブスカイトを含み、前記混合金属ペロブスカイトが、ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、またはそれらの組み合わせを含み、式中、ｙが、０．２〜１、または０．４〜０．８であるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％の量の前記混合金属ペロブスカイトを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記コーティングが、混合金属無機酸化物を含み、前記混合金属無機酸化物が、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
前記コーティングが、混合金属無機酸化物を含み、前記混合金属無機酸化物が、第１の金属と第２の金属とを含み、前記第１の金属および前記第２の金属が、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記コーティングが、混合金属無機酸化物を含み、前記混合金属無機酸化物が、ＣａＭｎＯ３、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３、またはそれらの組み合わせを含み、式中、ｘが、０〜１であるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記コーティングが、前記コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％の量の前記混合金属無機酸化物を含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記第２の領域が、Ｘ６Ｗ６Ｚ、ＸＷＺ、またはそれらの組み合わせを含み、式中、Ｘが独立してＮｉ、またはＮｉと１つ以上の遷移金属との混合物であり、Ｚが独立してＳｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせであるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記１つ以上の遷移金属が、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記第２の領域が、前記第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜１５重量％または３重量％〜８重量％の量のＳｉを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記第２の領域が、前記第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜２０重量％または５重量％〜１５重量％の量のＭｎを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜５７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記第１の領域の厚さが、０．１ミクロン〜２０ミクロン、１ミクロン〜２０ミクロン、２ミクロン〜２０ミクロン、４ミクロン〜１５ミクロン、５ミクロン〜１２ミクロン、６〜１０ミクロン、または７〜９ミクロンである、請求項３７〜５８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記第２の領域が、５０ミクロン〜１２００ミクロン、１００ミクロン〜１，２００ミクロン、１００ミクロン〜１，０００ミクロン、２００ミクロン〜７００ミクロン、２００ミクロン〜５００ミクロン、または３００ミクロン〜５００ミクロンの厚さを有する、請求項３７〜５９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
前記第１の領域が、マンガン酸化物を含み、前記マンガン酸化物が、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＭｎＯ２、およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
前記マンガン酸化物が、Ｍｎ３Ｏ４を含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記第１の領域が、クロムマンガン酸化物を含み、前記クロムマンガン酸化物が、スピネルクロムマンガン酸化物、逆スピネルクロムマンガン酸化物、非化学量論的クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１の領域が、クロムマンガン酸化物を含み、前記クロムマンガン酸化物が、ＭｎＣｒ２Ｏ４、ＣｒＭｎ２Ｏ４、またはそれらの組み合わせを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
前記第２の領域が、前記第２の領域の総重量に基づいて、１５〜４５重量％の量のＮｉ、１０〜５０重量％の量のＷ、１〜１５重量％の量のＣｒ、１〜１０重量％の量のＦｅ、１〜２０重量％の量のＭｎ、１〜１５重量％の量のＳｉ、０〜２重量％の量のＮｂ、０〜１５重量％の量のＭｏ、０〜２重量％の量のＴｉ、および０〜２重量％の量のＺｒを含むように、前記粉末の混合物が提供される、請求項３５〜６４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
前記コーティングが、炭素のガス化を触媒する、請求項３５〜６５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１の領域が、炭素のガス化を触媒する、請求項３７〜６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記基材が、ニッケル−クロムベースの合金、ニッケル−コバルトベースの超合金、またはそれらの組み合わせを含む、請求項３５〜６７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６９】
前記基材が、ニッケル−クロムベースの合金を含み、前記ニッケル−クロムベースの合金が、オーステナイト鋼を含む、請求項６８に記載の基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１２月１８日に申請された米国仮出願第６２／５９９，８８０号に対する優先権の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
コークスは、蒸気分解プロセスの自然な副産物である。炭化水素と反応チューブ壁内のＮｉおよびＦｅなどの金属要素との反応（繊維状または触媒コークス）に起因にして形成されるものであるか、または気相での炭化水素の脱水素化（アモルファスコークス）により形成されるものであるかどうかにかかわらず、結果は、反応チューブ壁上へのコークスの継続的な蓄積である。時間が経つにつれて、コークス層は、チューブが完全に詰まる前にデコーキングが必要となる程度まで集積される。これはオフラインプロセスで達成され、それにより、炭化水素の供給が遮断され、空気が分解装置に徐々に注入されて、コークスの酸化に十分な酸素が提供される。分解装置がデコーキング間に動作し得る時間の長さは、炭化水素供給（例えば、エタン対ナフサ）、蒸気対炭化水素比、および動作温度（すなわち、分解反応の強度）を含む多くの要因に依存する。液体供給またはより高い温度での動作により、コークスの生成量が著しく増加し、それにより、デコーキング間の時間が低減される。デコーキングプロセスには数日必要になるため、分解装置のスループットが低減し、生産およびプラントの収益が失われる。したがって、分解装置の効率および利益を最大にするために、分解装置がデコーキング間に動作し得る時間を増加することが所望される。
【０００３】
発明の概要
本明細書には、コーティングおよびコーティング方法が記載される。本明細書に記載のコーティングは、基材上に堆積され、２つの領域を有する。第１の領域は、基材に対してコーティングの最も外側の領域であり、この領域は、処理雰囲気に曝露される。第１の領域の下にあり、基材に直接隣接しているのは、第２の領域である。
【０００４】
コーティングの第１の領域は、マンガン酸化物、クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、コーティング、特に第１の領域は、炭素のガス化を触媒し得る。
【０００５】
いくつかの実施形態では、第１の領域はマンガン酸化物を含み、マンガン酸化物は、例えば、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＭｎＯ２、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、マンガン酸化物は、Ｍｎ３Ｏ４を含み得る。いくつかの実施形態では、第１の領域は、クロムマンガン酸化物を含み、クロムマンガン酸化物は、スピネルクロムマンガン酸化物、逆スピネルクロムマンガン酸化物、非化学量論クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、クロムマンガン酸化物は、ＭｎＣｒ２Ｏ４、ＣｒＭｎ２Ｏ４、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【０００６】
第１の領域は、第１の厚さを有し得る。いくつかの例では、第１の領域の厚さは、０．１ミクロン〜２０ミクロン（例えば、１ミクロン〜２０ミクロン、２ミクロン〜２０ミクロン、４ミクロン〜１５ミクロン、５ミクロン〜１２ミクロン、６ミクロン〜１０ミクロン、または７ミクロン〜９ミクロン）であり得る。
【０００７】
コーティングの第２の領域は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、１５〜４５重量％の量のＮｉ、１０〜５０重量％の量のＷ、１〜１５重量％の量のＣｒ、１〜１０重量％の量のＦｅ、１〜２０重量％の量のＭｎ、１〜１５重量％の量のＳｉ、０〜２重量％の量のＮｂ、０〜１５重量％の量のＭｏ、０〜２重量％の量のＴｉ、および０〜２重量％の量のＺｒを含み得る。
【０００８】
いくつかの例では、コーティングの第２の領域は、Ｘ６Ｗ６Ｚ、ＸＷＺ、またはそれらの組み合わせを含み得、式中、ＸはＮｉ、またはＮｉと１つ以上の遷移金属との混合物であり、Ｚは独立してＳｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせである。１つ以上の遷移金属は、例えば、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【０００９】
コーティングの第２の領域は、例えば、第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜１５重量％（例えば、３重量％〜８重量％）の量のＳｉを含み得る。いくつかの例では、コーティングの第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜２０重量％（例えば、５重量％〜１５重量％）の量のＭｎを含み得る。
【００１０】
第２の領域は、第２の厚さを有し得る。第２の厚さは、例えば、５０ミクロン〜１，２００ミクロン（例えば、１００ミクロン〜１，２００ミクロン、１００ミクロン〜１，０００ミクロン、２００ミクロン〜７００ミクロン、２００ミクロン〜５００ミクロン、または３００ミクロン〜５００ミクロン）であり得る。
【００１１】
コーティングは、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせをさらに含み得る。アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせは、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、アルカリ土類酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、アルカリ土類シリケートは、ＭｇＳｉＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＳｒＳｉＯ３、ＢａＳｉＯ３、またはそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、コーティングはストロンチウム、ストロンチウムシリケート、またはストロンチウム酸化物を含む。いくつかの例では、アルカリ土類カーボネートは、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％）の量のアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００１２】
いくつかの例では、コーティングは、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、またはそれらの組み合わせを含むモリブデン酸化物を含み得る。いくつかの例では、コーティングは、ＭｏＣを含むモリブデン炭化物を含み得る。コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％）の量のモリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、コーティングは、混合金属ペロブスカイトを含み得、混合金属ペロブスカイトは、第１の金属と第２の金属とを含む。第１の金属および第２の金属は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、第１の金属および第２の金属は、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。混合金属ペロブスカイトの例には、ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されず、式中、ｙは、０．２〜１（例えば、０．４〜０．８）であり得る。コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％）の量の混合金属ペロブスカイトを含み得る。
【００１３】
いくつかの例では、コーティングは、混合金属無機酸化物を含み得、混合金属無機酸化物は、第１の金属と第２の金属とを含む。第１の金属および第２の金属は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、第１の金属および第２の金属は、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。混合金属無機酸化物は、例えば、ＣａＭｎＯ３、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３（式中、ｘは、０〜１であり得る）、またはそれらの組み合わせを含み得る。コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％）の量の混合金属無機酸化物を含み得る。
【００１４】
基材も本明細書に開示されており、該基材は表面を有し、本明細書に記載のコーティングのいずれかが基材の表面上のコーティングとして提供され、ここで、第２の領域は、基材の表面に隣接しており、第１の領域は、第２の領域に隣接している。基材は、例えば、高温合金（ＨＴＡ）から作製され得る。いくつかの例では、ＨＴＡは、ニッケル−クロムベースの合金（例えば、オーステナイト鋼）、ニッケル−コバルトベースの超合金、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００１５】
本明細書に記載のコーティングおよびコーティングされた基材を作製する方法も本明細書に開示される。コーティングを作製する方法は、粉末の混合物を基材の表面に適用することを含み得る。粉末の混合物は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含む第１の金属粉末と、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせを含む第２の粉末と、を含み得る。本方法は、真空下または不活性雰囲気下で、酸素の不在下で基材の表面に適用された粉末の混合物を加熱して、基材の表面上に初期コーティングを形成することをさらに含む。いくつかの例では、基材上の初期コーティングは、高温でさらに酸化されて、表面酸化物を生成し、それにより、基材上にコーティングを形成し得る。コーティングは、例えば、本明細書に記載のコーティングのいずれかを含み得る。
【００１６】
開示の組成物および方法のさらなる利点は、以下の記述に一部記載され、一部はその記述から明らかになるであろう。開示の組成物の利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘される要素および組み合わせにより実現および達成されるであろう。前述の一般的な記述および以下の発明を実施するための形態の両方は、例示および説明のみであり、特許請求される開示の組成物を限定するものではないことを理解されたい。
【００１７】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の記述に記載される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、記述および図面、ならびに特許請求の範囲から明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図は、本開示のいくつかの態様を例示し、記述とともに、本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図１】ＭｎＯ：グラファイト比の関数として、７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトとＭｎＯとの混合物から発生するＣＯ２濃度を示す。
【図２】ＭｎＯ：グラファイト比の関数として、７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトとＭｎＯとの混合物から発生するＨ２濃度を示す。
【図３】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトとＭｎＯとの混合物から発生するＣＯ２濃度に対する反応温度の影響を示す。
【図４】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトと様々な触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から発生するＣＯ２濃度を示す。
【図５】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトとＭｎＯまたはＭｎ３Ｏ４触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から発生するＣＯ２濃度を示す。
【図６】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトとＭｎＯまたはＭｎ３Ｏ４触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から、より長時間の反応時間後に発生するＣＯ２濃度を示す。
【図７】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトと様々なペロブスカイトと固体酸化物含有触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から放出される平均ＣＯ２濃度の概要を示す。
【図８】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトとペロブスカイト触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から発生するＣＯ２濃度に対するＬａ−Ｍｎペロブスカイト触媒へのＳｒ添加の影響を示す。
【図９】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトとペロブスカイト触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から発生するＨ２濃度に対するＬａ−Ｍｎペロブスカイト触媒へのＳｒ添加の影響を示す。
【図１０】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトと様々なアルカリ土類酸化物触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から放出されるＣＯ２濃度を示す。
【図１１】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトと様々なアルカリ土類酸化物触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から放出されるＨ２濃度を示す。
【図１２】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトと様々なアルカリ土類カーボネート触媒との混合物（１０：１の触媒対グラファイトの重量比）から放出されるＨ２濃度を示す。
【図１３】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトと様々なアルカリ土類カーボネート触媒との混合物（１：１の触媒対グラファイトの重量比）から放出される平均ＣＯ２濃度の概要を示す。
【図１４】７５％の蒸気／窒素の雰囲気中、９００℃でグラファイトと様々なアルカリ土類カーボネート触媒との混合物（１：１の触媒対グラファイトの重量比）から放出される平均Ｈ２濃度の概要を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書に記載の組成物および方法は、開示される主題の特定の態様の以下の発明を実施するための形態およびそこに含まれる例を参照することにより、より容易に理解され得る。
【００２０】
本組成物および本方法が開示および記載される前に、以下に記載の態様は、特定の合成方法または特定の試薬に限定されず、したがって当然ながら変化し得ることを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の態様を記載することのみを目的としており、限定することを意図していないことも理解されたい。
【００２１】
本明細書およびそれに続く特許請求の範囲では、以下の意味を有すると定義されるであろういくつかの用語が参照される。
【００２２】
本明細書の記述および特許請求の範囲を通して、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、ならびに「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」などのこれらの用語の他の形態は、オープンで非限定的な用語であり、かつ追加の要素、例えば、追加の添加剤、構成成分、整数、またはステップなどを除外しない。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書では様々な実施形態を記載するために使用されているが、「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」および「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」という用語は、より具体的な実施形態を提供するために、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の代わりに使用され得、開示もされる。
【００２３】
本記述および特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別途文脈が明らかに指示しない限り、複数の指示物を含む。したがって、例えば、「組成物」への言及は、２つ以上のそのような組成物の混合物を含み、「１つの薬剤」への言及は、２つ以上のそのような薬剤の混合物を含み、「構成成分」への言及は、２つ以上のそのような構成成分の混合物を含む。
【００２４】
本明細書全体を通して、識別子「第１」および「第２」は、開示された主題の様々な構成成分およびステップを区別するのを助けるためだけに使用されることが理解される。識別子「第１」および「第２」は、これらの用語により変更される構成成分またはステップに対する任意の特定の順序、量、優先、または重要性を暗示することを意図しない。
【００２５】
炭化水素蒸気分解によるオレフィンの生成は、エネルギーおよび資本集約性が非常に高い。分解プロセスの１つの有害な結果は、コークスの形成である。分解コイル、急冷交換器、および他の下流機器にコークスが堆積すると、熱伝達および熱効率の損失、コイルおよび構成要素の浸炭、高いメンテナンスコストおよび炉の稼働率の低減、高い圧力降下、炉のスループットの低減、ならびに生産歩留まりの低減がもたらされ得る。従来の未コーティングの分解コイルでは、バルクチューブ金属（典型的には、オーステナイト鋼）のニッケルおよび鉄がコークス形成の触媒として機能する。気相で形成されたコークスもコーティング表面に堆積し得る。
【００２６】
本明細書には、コーティングおよびコーティング方法が記載される。いくつかの例では、コーティングは、繊維状コークスの形成を阻止（すなわち、鋼チューブ表面を不動態化）し、通常の分解動作中に堆積したアモルファスコークスを酸化し、それにより、分解コイル、急冷交換器、および／または他の下流機器におけるコークスの全体的な集積を低減し得る。いくつかの例では、本明細書に記載のコーティングは、コークスの形成が望ましくない他の非オレフィン生成プロセスのためのパイプおよび機器を保護するために使用され得る。本明細書に記載のコーティングは、デコーキング間の分解装置実行時間を増加し、オレフィン生成物の消費に対して無視できる程度の影響を有し得、かつ高コーキング環境（例えば、ナフサまたは高強度エタン分解）下でかなりのコークスのガス化の利益をさらに有する。
【００２７】
本明細書に記載のコーティングは、基材上に堆積され、２つの領域を有する。第１の領域は、基材に対してコーティングの最も外側の領域であり、この領域は、処理雰囲気に曝露される。第１の領域の下にあり、基材に直接隣接しているのは、第２の領域である。
【００２８】
コーティングの第１の領域は、マンガン酸化物、クロムマンガン酸化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、コーティング、特に第１の領域は、炭素のガス化を触媒し得る。
【００２９】
マンガン酸化物は、例えば、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＭｎＯ２、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、マンガン酸化物は、Ｍｎ３Ｏ４を含み得る。いくつかの例では、マンガン酸化物は、ＭｎＯを含み得る。
【００３０】
クロムマンガン酸化物は、例えば、スピネルまたは逆スピネル構造を有し得る。いくつかの例では、クロムマンガン酸化物は、非化学量論的であり得る。いくつかの例では、クロムマンガン酸化物は、ＭｎａＣｒ３−ａＯ４を含み得、式中、０．５≦ａ＜３である。ＭｎａＣｒ３−ａＯ４のいくつかの例では、ａは、０．５以上（例えば、０．６以上、０．７以上、０．８以上、０．９以上、１．０以上、１．１以上、１．２以上、１．３以上、１．４以上、１．５以上、１．６以上、１．７以上、１．８以上、１．９以上、２．０以上、２．１以上、２．２以上、２．３以上、２．４以上、２．５以上、２．６以上、２．７以上、または２．８以上）であり得る。ＭｎａＣｒ３−ａＯ４のいくつかの例では、ａは、３．０未満（例えば、２．９以下、２．８以下、２．７以下、２．６以下、２．５以下、２．４以下、２．３以下、２．２以下、２．１以下、２．０以下、１．９以下、１．８以下、１．７以下、１．６以下、１．５以下、１．４以下、１．３以下、１．２以下、１．１以下、１．０以下、０．９以下、０．８以下、０．７以下、または０．６以下）であり得る。ある特定の例では、クロムマンガン酸化物は、ＭｎＣｒ２Ｏ４、ＣｒＭｎ２Ｏ４、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００３１】
第１の領域は、第１の厚さを有し得る。いくつかの例では、第１の領域は、連続領域である。いくつかの例では、第１の領域は、例えば、第１の領域の欠けまたは不完全な形成に起因して、非連続的な領域である。いくつかの例では、存在する場合、第１の領域の厚さは、０．１マイクロメートル（ミクロン）以上（例えば、０．５ミクロン以上、１ミクロン以上、１．５ミクロン以上、２ミクロン以上、３ミクロン以上、３．５ミクロン以上、４ミクロン以上、４．５ミクロン以上、５ミクロン以上、６ミクロン以上、７ミクロン以上、８ミクロン以上、９ミクロン以上、１０ミクロン以上、１１ミクロン以上、１２ミクロン以上、１３ミクロン以上、１４ミクロン以上、１５ミクロン以上、１６ミクロン以上、１７ミクロン以上、または１８ミクロン以上）であり得る。いくつかの例では、第１の領域の厚さは、２０ミクロン以下（例えば、１９ミクロン以下、１８ミクロン以下、１７ミクロン以下、１６ミクロン以下、１５ミクロン以下、１４ミクロン以下、１３ミクロン以下、１２ミクロン以下、１１ミクロン以下、１０ミクロン以下、９ミクロン以下、８ミクロン以下、７ミクロン以下、６ミクロン以下、５ミクロン以下、４ミクロン以下、３ミクロン以下、２ミクロン以下、または１ミクロン以下）であり得る。第１の領域の厚さは、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、第１の領域の厚さは、０．１ミクロン〜２０ミクロン（例えば、１ミクロン〜２０ミクロン、２ミクロン〜２０ミクロン、４ミクロン〜１５ミクロン、５ミクロン〜１２ミクロン、６から６ミクロン〜１０ミクロン、または７ミクロン〜９ミクロン）であり得る。
【００３２】
コーティングの第２の領域は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、１５〜４５重量％の量のＮｉ、１０〜５０重量％の量のＷ、１〜１５重量％の量のＣｒ、１〜１０重量％の量のＦｅ、１〜２０重量％の量のＭｎ、１〜１５重量％の量のＳｉ、０〜２重量％の量のＮｂ、０〜１５重量％の量のＭｏ、０〜２重量％の量のＴｉ、および０〜２重量％の量のＺｒを含み得る。
【００３３】
いくつかの例では、コーティングの第２の領域は、Ｘ６Ｗ６Ｚ（すなわち、Ｘ６Ｗ６Ｚ１、「６６１」相とも称され得る）、ＸＷＺ（すなわち、Ｘ１Ｗ１Ｚ１、「１１１」相とも称され得る）、またはそれらの組み合わせを含み得、式中、ＸはＮｉ、またはＮｉと１つ以上の遷移金属との混合物であり、Ｚは独立してＳｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせである。１つ以上の遷移金属は、例えば、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００３４】
コーティングの第２の領域は、例えば、第２の領域の総重量に基づいて、１重量％以上（例えば、１．５重量％以上、２重量％以上、２．５重量％以上、３重量％以上、３．５重量％以上、４重量％以上、４．５重量％以上、５重量％以上、５．５重量％以上、６重量％以上、６．５重量％以上、７重量％以上、７．５重量％以上、８重量％以上、８．５重量％以上、９重量％以上、９．５重量％以上、１０重量％以上、１０．５重量％以上、１１重量％以上、１１．５重量％以上、１２重量％以上、１２．５重量％以上、または１３重量％以上）の量のＳｉを含み得る。いくつかの例では、コーティングの第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、１５重量％以下（例えば、１４．５重量％以下、１４重量％以下、１３．５重量％以下、１３重量％以下、１２．５重量％以下、１２重量％以下、１１．５重量％以下、１１重量％以下、１０．５重量％以下、１０重量％以下、９．５重量％以下、９重量％以下、８．５重量％以下、８重量％以下、７．５重量％以下、７重量％以下、６．５重量％以下、６重量％以下、５．５重量％以下、５重量％以下、４．５重量％以下、４重量％以下、３．５重量％以下、３重量％以下、２．５重量％以下、または２重量％以下）の量のＳｉを含み得る。第２の領域内のＳｉの量は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、コーティングの第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜１５重量％（例えば、１重量％〜１０重量％、１．５重量％〜９．５重量％、２重量％〜９重量％、２．５重量％〜８．５重量％、または３重量％〜８重量％）の量のＳｉを含み得る。
【００３５】
いくつかの例では、コーティングの第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、１重量％以上（例えば、１．５重量％以上、２重量％以上、２．５重量％以上、３重量％以上、３．５重量％以上、４重量％以上、４．５重量％以上、５重量％以上、５．５重量％以上、６重量％以上、６．５重量％以上、７重量％以上、７．５重量％以上、８重量％以上、８．５重量％以上、９重量％以上、９．５重量％以上、１０重量％以上、１１重量％以上、１２重量％以上、１３重量％以上、１４重量％以上、１５重量％以上、１６重量％以上、１７重量％以上、または１８重量％以上）の量のＭｎを含み得る。いくつかの例では、コーティングの第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、２０重量％以下（例えば、１９重量％以下、１８重量％以下、１７重量％以下、１６重量％以下、１５重量％以下、１４重量％以下、１３重量％以下、１２重量％以下、１１重量％以下、１０重量％以下、９．５重量％以下、９重量％以下、８．５重量％以下、８重量％以下、７．５重量％以下、７重量％以下、６．５重量％以下、６重量％以下、５．５重量％以下、５重量％以下、４．５重量％以下、４重量％以下、３．５重量％以下、３重量％以下、２．５重量％以下、または２重量％以下）の量のＭｎを含み得る。コーティングの第２の領域内のＭｎの量は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、コーティングの第２の領域は、第２の領域の総重量に基づいて、１重量％〜２０重量％（例えば、１重量％〜１９重量％、２重量％〜１８重量％、３重量％〜１７重量％、４重量％〜１６重量％、または５重量％〜１５重量％）の量のＭｎを含み得る。
【００３６】
第２の領域は、第２の厚さを有し得る。第２の厚さは、例えば、５０ミクロン以上（例えば、１００ミクロン以上、１５０ミクロン以上、２００ミクロン以上、２５０ミクロン以上、３００ミクロン以上、３５０ミクロン以上、４００ミクロン以上、４５０ミクロン以上、５００ミクロン以上、５５０ミクロン以上、６００ミクロン以上、６５０ミクロン以上、７００ミクロン以上、７５０ミクロン以上、８００ミクロン以上、８５０ミクロン以上、９００ミクロン以上、１，０００ミクロン以上、１，０５０ミクロン以上、または１，１００ミクロン以上）であり得る。いくつかの例では、第２の厚さは、１，２００ミクロン以下（例えば、１，１５０ミクロン以下、１，１００ミクロン以下、１，０５０ミクロン以下、１，０００ミクロン以下、９５０ミクロン以下、９００ミクロン以下、８５０ミクロン以下、８００ミクロン以下、７５０ミクロン以下、７００ミクロン以下、６５０ミクロン以下、６００ミクロン以下、５５０ミクロン以下、５００ミクロン以下、４５０ミクロン以下、４００ミクロン以下、３５０ミクロン以下、３００ミクロン以下、２５０ミクロン以下、２００ミクロン以下、１５０ミクロン以下、または１００ミクロン以下）であり得る。第２の領域の厚さは、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、第２の厚さは、５０ミクロン〜１，２００ミクロン（例えば、１００ミクロン〜１，２００ミクロン、１００ミクロン〜１，０００ミクロン、２００ミクロン〜７００ミクロン、２００ミクロン〜５００ミクロン、または３００ミクロン〜５００ミクロン）であり得る。
【００３７】
コーティングは、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせをさらに含み得る。アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせは、第１の領域、第２の領域、またはそれらの組み合わせに存在し得る。コーティング中にアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせが存在すると、例えば、コーティングのコークスのガス化を改善し得る。コーティング中に存在するアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせのレベルを調整することにより、エチレンまたはプロピレンなどの分解生成物の望ましくない消費に対するコークスのガス化活性の所望のレベルが最適化され得る。
【００３８】
アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせは、例えば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、アルカリ土類酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、アルカリ土類シリケートは、ＭｇＳｉＯ３、ＣａＳｉＯ３、ＳｒＳｉＯ３、ＢａＳｉＯ３、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、コーティングは、ストロンチウム、ストロンチウムシリケート、またはストロンチウム酸化物を含む。いくつかの例では、アルカリ土類カーボネートは、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
【００３９】
コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％以上（例えば、１重量％以上、１．５重量％以上、２重量％以上、２．５重量％以上、３重量％以上、３．５重量％以上、４重量％以上、４．５重量％以上、５重量％以上、５．５重量％以上、６重量％以上、６．５重量％以上、７重量％以上、７．５重量％以上、８重量％以上、８．５重量％以上、９重量％以上、９．５重量％以上、１０重量％以上、１１重量％以上、１２重量％以上、１３重量％以上、１４重量％以上、１５重量％以上、１６重量％以上、１７重量％以上、または１８重量％以上）の量のアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、２０重量％以下（例えば、１９重量％以下、１８重量％以下、１７重量％以下、１６重量％以下、１５重量％以下、１４重量％以下、１３重量％以下、１２重量％以下、１１重量％以下、１０重量％以下、９．５重量％以下、９重量％以下、８．５重量％以下、８重量％以下、７．５重量％以下、７重量％以下、６．５重量％以下、６重量％以下、５．５重量％以下、５重量％以下、４．５重量％以下、４重量％以下、３．５重量％以下、３重量％以下、２．５重量％以下、または２重量％以下）の量のアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含み得る。コーティング中のアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせの量は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１５重量％、０．５重量％〜１０重量％、０．５重量％〜７．５重量％、または１重量％〜５重量％）の量のアルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００４０】
いくつかの実施形態では、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、またはアルカリ土類シリケートは、上で提供された量のストロンチウム、ストロンチウムシリケート、またはストロンチウム酸化物を含み得る。
【００４１】
コーティングは、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、コーティングは、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、またはそれらの組み合わせを含むモリブデン酸化物を含み得る。いくつかの例では、コーティングは、ＭｏＣを含むモリブデン炭化物を含み得る。コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％以上（例えば、１重量％以上、１．５重量％以上、２重量％以上、２．５重量％以上、３重量％以上、３．５重量％以上、４重量％以上、４．５重量％以上、５重量％以上、５．５重量％以上、６重量％以上、６．５重量％以上、７重量％以上、７．５重量％以上、８重量％以上、８．５重量％以上、９重量％以上、９．５重量％以上、１０重量％以上、１１重量％以上、１２重量％以上、１３重量％以上、１４重量％以上、１５重量％以上、１６重量％以上、１７重量％以上、または１８重量％以上）の量のモリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの例では、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、２０重量％以下（例えば、１９重量％以下、１８重量％以下、１７重量％以下、１６重量％以下、１５重量％以下、１４重量％以下、１３重量％以下、１２重量％以下、１１重量％以下、１０重量％以下、９．５重量％以下、９重量％以下、８．５重量％以下、８重量％以下、７．５重量％以下、７重量％以下、６．５重量％以下、６重量％以下、５．５重量％以下、５重量％以下、４．５重量％以下、４重量％以下、３．５重量％以下、３重量％以下、２．５重量％以下、または２重量％以下）の量のモリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。コーティング中のモリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせの量は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１５重量％、０．５重量％〜１０重量％、０．５重量％〜７．５重量％、または１重量％〜５重量％）の量のモリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００４２】
いくつかの例では、コーティングは、混合金属ペロブスカイトを含み得る。本明細書で使用される場合、混合金属ペロブスカイトは、ＣａＴｉＯ３と同じタイプの結晶構造を有するクラスの化合物を含む。ペロブスカイトは、例えば、米国特許第９，４９９，７４７号に記載されている。混合金属ペロブスカイトは、第１の金属と第２の金属とを含み得る。第１の金属および第２の金属は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、第１の金属および第２の金属は、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。混合金属ペロブスカイトの例には、ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されず、式中、ｙは、０．２〜１であり得る。
【００４３】
例えば、混合金属ペロブスカイトは、ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、またはそれらの組み合わせを含み得、式中、ｙは、０．２以上（例えば、０．３以上、０．４以上、０．５以上、０．６以上、０．７以上、または０．８以上）であり得る。いくつかの例では、混合金属ペロブスカイトは、ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、またはそれらの組み合わせを含み得、式中、ｙは、１以下（例えば、０．９以下、０．８以下、０．７以下、０．６以下、０．５以下、または０．４以下）であり得る。ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、またはそれらの組み合わせを含む混合金属ペロブスカイトのｙの値は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、混合金属ペロブスカイトは、ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＢａＴｉＯ３、またはそれらの組み合わせを含み得、式中、ｙは、０．２〜１（例えば、０．２〜０．６、０．６〜１、０．３〜０．９、または０．４〜０．８）であり得る。
【００４４】
コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％以上（例えば、１重量％以上、１．５重量％以上、２重量％以上、２．５重量％以上、３重量％以上、３．５重量％以上、４重量％以上、４．５重量％以上、５重量％以上、５．５重量％以上、６重量％以上、６．５重量％以上、７重量％以上、７．５重量％以上、８重量％以上、８．５重量％以上、９重量％以上、９．５重量％以上、１０重量％以上、１１重量％以上、１２重量％以上、１３重量％以上、１４重量％以上、１５重量％以上、１６重量％以上、１７重量％以上、または１８重量％以上）の量の混合金属ペロブスカイトを含み得る。いくつかの例では、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、２０重量％以下（例えば、１９重量％以下、１８重量％以下、１７重量％以下、１６重量％以下、１５重量％以下、１４重量％以下、１３重量％以下、１２重量％以下、１１重量％以下、１０重量％以下、９．５重量％以下、９重量％以下、８．５重量％以下、８重量％以下、７．５重量％以下、７重量％以下、６．５重量％以下、６重量％以下、５．５重量％以下、５重量％以下、４．５重量％以下、４重量％以下、３．５重量％以下、３重量％以下、２．５重量％以下、または２重量％以下）の量の混合金属ペロブスカイトを含み得る。コーティング中の混合金属ペロブスカイトの量は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１５重量％、０．５重量％〜１０重量％、０．５重量％〜７．５重量％、または１重量％〜５重量％）の量の混合金属ペロブスカイトを含み得る。
【００４５】
いくつかの例では、コーティングは、混合金属無機酸化物を含み得る。いくつかの例では、混合金属無機酸化物は、ペロブスカイト構造以外の結晶構造を有する。混合金属無機酸化物は、第１の金属と第２の金属とを含み得る。第１の金属および第２の金属は、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択され得る。いくつかの例では、第１の金属および第２の金属は、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。混合金属無機酸化物は、例えば、ＣａＭｎＯ３、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３（式中、ｘは、０〜１であり得る）、またはそれらの組み合わせを含み得る。例えば、混合金属無機酸化物は、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３を含み得、式中、ｘは、０以上（例えば、０．１以上、０．２以上、０．３以上、０．４以上、０．５以上、０．６以上、０．７以上、または０．８以上）であり得る。いくつかの例では、混合金属缶無機酸化物は、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３を含み得、式中、ｘは、１以下（例えば、０．９以下、０．８以下、０．７以下、０．６以下、０．５以下、０．４以下、０．３以下、または０．２以下）であり得る。混合金属無機酸化物ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３中のｘの値は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、混合金属無機酸化物は、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３を含み得、式中、ｘは、０〜１（例えば、０〜０．５、０．５〜１、０〜０．２、０．２〜０．４、０．４〜０．６、０．６〜０．８、０．８〜１、０．２〜１、または０．４〜０．８）であり得る。
【００４６】
コーティングは、例えば、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％以上（例えば、１重量％以上、１．５重量％以上、２重量％以上、２．５重量％以上、３重量％以上、３．５重量％以上、４重量％以上、４．５重量％以上、５重量％以上、５．５重量％以上、６重量％以上、６．５重量％以上、７重量％以上、７．５重量％以上、８重量％以上、８．５重量％以上、９重量％以上、９．５重量％以上、１０重量％以上、１１重量％以上、１２重量％以上、１３重量％以上、１４重量％以上、１５重量％以上、１６重量％以上、１７重量％以上、または１８重量％以上）の量の混合金属無機酸化物を含み得る。いくつかの例では、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、２０重量％以下（例えば、１９重量％以下、１８重量％以下、１７重量％以下、１６重量％以下、１５重量％以下、１４重量％以下、１３重量％以下、１２重量％以下、１１重量％以下、１０重量％以下、９．５重量％以下、９重量％以下、８．５重量％以下、８重量％以下、７．５重量％以下、７重量％以下、６．５重量％以下、６重量％以下、５．５重量％以下、５重量％以下、４．５重量％以下、４重量％以下、３．５重量％以下、３重量％以下、２．５重量％以下、または２重量％以下）の量の混合金属無機酸化物を含み得る。コーティング中の混合金属無機酸化物の量は、上記の最小値のうちのいずれか〜上記の最大値のうちのいずれかの範囲であり得る。例えば、コーティングは、コーティングの総重量に基づいて、０．５重量％〜２０重量％（例えば、０．５重量％〜１５重量％、０．５重量％〜１０重量％、０．５重量％〜７．５重量％、または１重量％〜５重量％）の量の混合金属無機酸化物を含み得る。
【００４７】
基材も本明細書に開示されており、該基材は表面を有し、本明細書に記載のコーティングのいずれかが基材の表面上のコーティングとして提供され、ここで、第２の領域は、基材の表面に隣接しており、第１の領域は、第２の領域に隣接している。基材は、コーティングが結合する任意の材料であり得る。例えば、基材は、分解コイル、急冷交換器、またはオレフィン生成もしくは蒸気熱分解に使用される他の下流機器であり得る。いくつかの例では、基材は、炭化水素の分解、特にエタン、プロパン、ブタン、ナフサ、および軽油、またはそれらの混合物の分解などの石油化学プロセスで使用され得るチューブおよび／またはパイプを備え得る。
【００４８】
石油化学製品の製造における炭化水素処理は、幅広い形状および合金組成のチュービング、パイピング、継手、および容器を含む処理機器で行われ、そのいずれも基材として使用され得る。これらの構成要素は、一般に、プロセス封じ込めのための適切な化学的、機械的、および物理的特性、ならびに様々な材料劣化プロセスに対する耐性を提供するように設計された鉄ベースの合金でできている。５００℃超で動作する商業用途では、オーステナイトステンレス鋼が３００シリーズ合金から３５Ｃｒ−４５Ｎｉ−Ｆｅ合金までの範囲で使用されることが多く、合金中のニッケルおよびクロムのレベルは一般に動作温度とともに増加する。８００℃を超えると、これらのオーステナイト鋼のサブグループが使用され、まとめて高温合金（ＨＴＡ）または耐熱合金として知られている。これらのＨＴＡ鋼の範囲は、２５Ｃｒ−２０Ｎｉ−Ｆｅ（ＨＫ４０）から３５Ｃｒ−４５Ｎｉ−Ｆｅ（またはそれ以上）に加えて、鋳造形態の合金添加剤、および鍛造形態の同様の組成物である。そのような鋼の分類および組成は、当業者に知られている。
【００４９】
いくつかの例では、コーティングおよび／または基材は、アルカン（例えば、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、および軽油、またはそれらの混合物）をオレフィン（例えば、エチレン、プロピレン、ブテンなど）に分解するために使用される炉のチューブおよび／またはパイプ内で使用され得る。一般に、そのような動作では、原料（例えば、エタン）がガス形態でチューブ、パイプ、またはコイルに供給される。チューブまたはパイプは、通常９００℃〜１１５０℃の温度に維持された炉を通過し、出口ガスの温度は、通常８００℃〜９００℃である。原料が炉を通過すると、水素（および他の副産物）が放出され、不飽和になる（例えば、エチレン）。そのようなプロセスの温度、圧力、および流量などの典型的な動作条件は、当業者によく知られている。
【００５０】
動作環境に適合し、コーティング配合物とも適合している基材の選択が検討される。いくつかの例では、基材は、高温合金（ＨＴＡ）から作製され得る。ＨＴＡは、いくつかの例では、ニッケル−クロムベースの合金（例えば、オーステナイト鋼）、ニッケル−コバルトベースの超合金、またはそれらの組み合わせであり得る。ＨＴＡの例には、ＨＫ４０、８００シリーズ（例えば、８００、８００Ｈ、８００ＨＴ）、２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−Ｆｅ、３５Ｃｒ−４５Ｎｉ−Ｆｅ、４０Ｃｒ−５０Ｎｉ−Ｆｅ、超合金などが含まれるが、これらに限定されず、それらのいずれも、マイクロ合金化元素をさらに含み得る。
【００５１】
本明細書に記載のコーティングは、例えば、高温での炭化水素処理における炭素ベースのファウリング（コーキング）、腐食、および浸食を受けやすい金属合金構成成分を含む基材上で使用され得る。コーティングは、炭素質物質を触媒的にガス化することができ、繊維状コークス形成に対して不活性であり得、炭化水素製造プロセスに差し引き黒字の経済的影響を提供することができる表面を生成および維持し得る。コーティングは、必要な最も外側の表面の触媒特性、ならびに炭化水素処理、特に、８００℃を超えることもある石油化学製品の製造の厳しい動作条件に耐えるために必要な広範囲の化学的、物理的、および熱機械的特性の両方を達成できるように、機能的に段階付けされ得る。
【００５２】
そのようなコーティングおよび／またはコーティングされた基材の商業用途には、温度が１１００℃を超える可能性のある炭化水素蒸気熱分解によりオレフィンなどの主要な石油化学製品を製造するために使用される炉の構成要素が含まれる。これらのコーティングおよび表面は、炭素質堆積のガス化により動作効率を増加させ、繊維状コークスの形成を低減し、全体的な熱分解プロセスおよび生成品の流れにプラスの影響を与え得る。
【００５３】
本明細書に記載のコーティングおよびコーティングされた基材を作製する方法も本明細書に開示される。
【００５４】
コーティングを作製する方法は、金属粉末の混合物などの粉末の混合物を形成することを含み得、それは、その後所望の基材に適用される。粉末の混合物は、例えば、２つ以上の粉末を混合することにより形成され得る。混合は、機械的撹拌、例えば、機械的撹拌、振とう（例えば、３次元シェーカー混合機を使用）、ボルテックス、超音波処理（例えば、浴超音波処理、プローブ超音波処理）、磨砕、粉砕（例えば、空気粉砕（ジェット粉砕）またはボール粉砕）などにより達成され得る。粉末は、例えば、元素形態であり得る。いくつかの例では、粉末は、所望のサイズ分布を有するように処理（例えば、ふるい分け）され得る。例えば、粉末は、４５ミクロン以下の直径を有するように処理（例えば、ふるい分け）され得る。いくつかの実施形態では、粉末は、１０ミクロン以下（例えば、９ミクロン以下、８ミクロン以下、７ミクロン以下、６ミクロン以下、５ミクロン以下、４ミクロン以下、３ミクロン以下、２ミクロン以下、または１ミクロン以下）の直径を有するサイズ分布を有する。
【００５５】
いくつかの例では、本方法は、金属粉末の混合物などの粉末の混合物を形成することを含み得る。粉末の混合物は、例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃ、またはそれらの組み合わせを含む第１の金属粉末と、アルカリ土類金属、アルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、アルカリ土類シリケート、モリブデン、モリブデン酸化物、モリブデン炭化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせを含む第２の粉末と、を含み得る。
【００５６】
コーティングを作製する方法は、粉末の混合物を基材の表面に適用することを含み得る。粉末混合物の適用は、粉末ベースの配合物を基材の表面に送達し得る一連の技法により行われ得る。そのような技法には、噴霧コーティング、浸漬コーティング、圧延コーティング、およびテープキャスティングが含まれるが、これらに限定されない。選択された適用プロセスに応じて、粉末混合物は、当技術分野でよく知られており、上記の組成配合物に適切な水性および／または有機構成成分（例えば、結合剤、可塑剤、および／または溶媒）が添加された液体形態、スラリー形態、または準固体形態で分散され得る。いくつかの例では、粉末混合物が基材に適用された後、粉末混合物が適用された基材は、（例えば、熱および／または換気の適用により）乾燥される。
【００５７】
本方法は、いくつかの例では、粉末混合物でコーティングされた基材に第１の熱処理を行うことをさらに含み得る。熱処理の目的は、さらに処理する前に、コーティング中の有機構成成分（例えば、結合剤、可塑剤、および溶媒）を除去することである。これは、不活性雰囲気または真空下で４００℃までの温度で達成され得る。不活性雰囲気の例には、アルゴン、ネオン、ヘリウム、またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。熱処理中の雰囲気中の酸素および窒素などの反応性ガス濃度は低く抑える必要がある。ある特定の例では、真空が最初に引き出され、その後、１５トールのアルゴンが、熱処理が行われる真空チャンバに導入される。最初の熱処理が行われる時間は、例えば、１時間〜１２時間（例えば、２時間〜１０時間、４時間〜８時間、または５．５時間〜６．５時間）の範囲であり得る。
【００５８】
第１の熱処理に続いて、第２の熱処理が行われ得る。第２の熱処理の目的は、コーティングを固化すること、例えば、それにより、固化したコーティングを形成することである。固化プロセスでは、粉末混合物が相互拡散し、緻密化して、基材によく接着する明確な微細構造（例えば、明確な領域を有する）になる。固化の温度は、例えば、９００〜１２００℃（例えば、１０００℃〜１２００℃、または１０５０℃〜１１５０℃）の範囲であり得る。固化熱処理が行われる時間は、例えば、１時間〜６時間（例えば、２時間〜４時間、または２．５時間〜３．５時間）の範囲であり得る。固化の温度および／または時間は、基材料または鋼合金の組成（例えば、存在する場合、基材の性質）、コーティング配合物、および標的とするコーティングの微細構造に基づいて選択され得る。
【００５９】
熱処理は、例えば、真空中および／または不活性雰囲気中で実施され得る。不活性雰囲気の例には、アルゴン、ネオン、ヘリウム、またはそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。熱処理中の雰囲気中の酸素および窒素などの反応性ガス濃度は、低く抑える必要がある。ある特定の例では、真空が最初に引き出され、次いで、熱処理が行われる真空チャンバに１〜２トールのアルゴンが導入される。
【００６０】
熱処理固化に続いて、本方法は、例えば、コーティングされた基材を高温で酸化して、第２の領域に隣接し、かつそれに接触している第１の領域を生成することをさらに含み得る。コーティングの最終的な表面生成（酸化）の前に、標準的な洗浄手順を使用して、所望のレベルの表面の清浄度および表面仕上げが達成され得る。最初の水素処理は、いくつかの例では、表面酸化物種を低減し、有機切削流体などの炭素質汚染物質を除去するために使用され得る。固化および洗浄後、酸素を含む制御された雰囲気下でコーティングを加熱することにより、最終的な表面の生成が達成され得る。制御された酸化の温度は、例えば、６００〜１０００℃（例えば、７００℃〜９００℃、または７５０℃〜９５０℃）の範囲であり得る。制御された酸化が生じる時間は、例えば、１２時間以下（例えば、２時間〜１２時間）であり得る。制御された酸化中の酸素濃度は、例えば、２％〜３０％（例えば、２％〜２０％、４％〜１０％、または６％〜８％）であり得る。制御された酸化中の酸素濃度、制御された酸化が行われる温度、および制御された酸化が行われる時間に応じて、異なる酸化物組成、結晶構造、および形態が生成され得る。
【００６１】
いくつかの例では、その後の安定した酸化物触媒（例えば、アルカリ土類酸化物、モリブデン酸化物、混合金属ペロブスカイト、混合金属無機酸化物、またはそれらの組み合わせ）への変換のために、前駆体材料がコーティングに組み込まれる。これは、コーティング後の別の高温酸化ステップ、または炭化水素分解中のその場で達成され得る。例えば、Ｍｏ酸化物の代わりに、Ｍｏ粉末および／またはモリブデン炭化物がコーティングに添加され得る。高温での酸化後、活性Ｍｏ酸化物触媒が表面またはコーティング内に形成され得る。別の例では、アルカリ土類酸化物の代わりに、アルカリ土類カーボネートがコーティングに添加され得る。高温での酸化後、活性アルカリ土類酸化物触媒が表面またはコーティング内に形成され得る。
【００６２】
いくつかの例では、Ｃｒは、金属粉末の形態でコーティングに添加される。これにより、下にある基材からコーティングへのＣｒの移動が低減し、それにより、生成条件下での基材の寿命が増加し得る。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態が記載されてきた。それにもかかわらず、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、様々な修正が行われ得ることが理解されよう。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲内にある。
【００６４】
以下の実施例は、本明細書に記載のシステムおよび方法のある特定の態様をさらに例示することを意図しており、特許請求の範囲を限定することを意図していない。
【実施例】
【００６５】
以下の実施例は、開示の主題による方法および結果を例示するために以下に記載される。これらの実施例は、本明細書に開示の主題のすべての態様を含むことを意図するものではなく、代表的な方法および結果を例示することを意図している。これらの実施例は、当業者に明白である本発明の等価物および変形を排除することを意図していない。
【００６６】
特に明記しない限り、部およびパーセンテージは、重量部および重量パーセンテージであり、温度は℃である。測定条件、例えば、構成成分濃度、温度、圧力、ならびに記載のプロセスを最適化するために使用され得る他の測定範囲および条件の様々な変形および組み合わせがある。
【００６７】
実施例１
ＭＥＲＴ（混合要素ラジアントチューブ）は、コークスの堆積を低減し、デコーキング間の分解装置実行時間を増加するための抗コーキング技術である（ＵＳ５，９５０，７１８）。ＭＥＲＴは、らせん状のビードを分解チューブの内壁に溶接することにより、蒸気分解装置チューブ内の流れを乱すことに基づくエンジニアリングソリューションである。混合および熱伝達の改善が主張されており、これにより、チューブの金属温度が低くなり、繊維状コークスの形成が低減し、アモルファスコークスの堆積が遅くなり、デコークス間の実行時間が長くなる。ＭＥＲＴは当業界である程度受け入れられているが、コークスの形成を最小限に抑えるか、または形成後すぐに破壊し得るチューブコーティング技術が強く所望されている。
【００６８】
分解装置チューブコーティングは、表面を不動態化し（すなわち、反応性ＮｉおよびＦｅ原子を覆う）、繊維状コークスの形成を阻止するもの、または蒸気の存在下で堆積したコークスを触媒的に酸化して、ＣＯおよびＣＯ２を形成するものの２つのカテゴリに大きく分類され得る。不動態化技術は、典型的には、高温の酸化環境に曝露されると、分解装置チューブの表面に非常に薄いが不活性な酸化アルミニウム層を形成し得る新しいチューブ合金の開発に焦点を当てている。理論的には、蒸気分解装置チューブの内壁の反応性金属ＮｉおよびＦｅ部位を覆うことにより、繊維状（触媒）コークスの形成が阻止される。この原理に基づくいくつかの技術が市場に導入されたが、蒸気分解装置のデコーキング間の実行時間を著しく増加させるのに効果的であると証明されたものはない。この手法の１つの重要な欠点は、コーティングがアモルファス（気相）コークスの形成に影響を有しないことである。アモルファスコークスは、高コーキング環境（例えば、ナフサまたは高強度のエタン分解）下で主流になるため、アモルファスコークスの影響を最小限に抑え得る技術が必要である。
【００６９】
本明細書では、通常の分解動作中に堆積したアモルファスコークスを酸化しながら、繊維状コークスの形成を阻止する（すなわち、鋼チューブ表面を不動態化する）という二重の目的で設計された触媒コーティングが記載される。本明細書に記載のコーティングは、デコーキング間の分解装置実行時間を増加させ、オレフィン生成物の消費に対して無視できる程度の影響を有し得、かつ高コーキング環境（例えば、ナフサまたは高強度エタン分解）下でかなりのガス化の利益をさらに有する。
【００７０】
本明細書に記載のコーティングは、Ｍｎベースの技術よりもコークス酸化に対してより高い活性を有する酸化物ベースのガス化物質を含む。金属ベースのコーティングは、スチール分解装置チューブによく接着し、蒸気分解装置コイルの寿命にわたって耐久性がある。表面に曝露する十分な酸化物を有する接着性のある安定したコーティングが調製されている限り、その上に堆積したコークスのガス化が可能である。存在する酸化物触媒のレベルを調整することにより、エチレンまたはプロピレンなどの分解生成物の望ましくない消費に対するコークスのガス化活性の所望のレベルが最適化され得る。
【００７１】
７５％の蒸気／窒素の存在下で、９００℃でグラファイト（コークスサロゲート）と潜在的な酸化物ベースの触媒との反応を伴う実験室規模の粉末試験では、ＭｎＯよりも高いガス化活性を有する多数の候補が確認された。候補には、アルカリ土類酸化物（例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯ）、アルカリ土類カーボネート（例えば、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、およびＢａＣＯ３）、モリブデン酸化物（ＭｏＯ２およびＭｏＯ３）、ＭｏＣ、混合金属無機酸化物（ＣａＭｎＯ３、ＢａＣｅｘＺｒ１−ｘＯ３）、および混合金属ペロブスカイト（ＳｒＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＦｅＯ３、ＬａｙＳｒ１−ｙＭｎＯ３、ＬａｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＰｒｙＣａ１−ｙＭｎＯ３、ＢａＺｒＯ３、およびＢａＴｉＯ３）が含まれる。
【００７２】
試験用の試料を調製するために、候補酸化物およびグラファイトの粉末を一緒に磨砕することにより混合した（グラファイトの量は０．５ｇで一定）。次いで、グラファイトのガス化性能を試験するために、７５０ｃｃ／分の蒸気と２５０ｃｃ／分のＮ２（７５％蒸気）とを混合した中で、混合物を１０℃／分で９００℃に加熱した。次いで、試料を９００℃で６０分間保持した。粉末試験中、Ｈ２の発生を酸化物触媒による水の分解（Ｈ２＋Ｏ２）の指標として監視し、ＣＯ２の発生を監視して、放出された酸素によるコークスの酸化を定量化した。
【００７３】
ＭｎＯ触媒に関して、ＭｎＯ：グラファイト比の関数として発生するＣＯ２濃度の比較を図１および表１に示す。グラファイトのみの対照試料と比較して、１：１のＭｎＯ：グラファイト比で調製された試料ではわずかな活性しか観察されなかったが、１０：１のＭｎＯ：グラファイト比で調製された試料では著しいＭｎＯのガス化活性が観察された（図１、表１）。図１に示すように、ガス化活性は持続しており、プロセスが触媒的であることを示す。
【表１】
2021508760.tif 000003
【００７４】
ＭｎＯ：グラファイト比の関数として発生するＨ２濃度の比較を図２および表２に示す。Ｈ２の発生は、ＣＯ２の発生と類似している。グラファイトのみの対照試料と比較して、１：１のＭｎＯ：グラファイト比で調製された試料ではわずかな活性しか観察されなかったが、１０：１のＭｎＯ：グラファイト比で調製された試料では著しい活性が観察された（図２、表２）。図２に示すように、活性は持続しており、プロセスが触媒的であることを示す。
【表２】
2021508760.tif 000004
【００７５】
提案されたメカニズムは、蒸気によるＭｎＯの酸化に基づいており、一時的な高Ｍｎ酸化物（ＭｎＯ１＋ｘ）の形成およびＨ２の放出をもたらす。次いで、コークスは、ＭｎＯ１＋ｘにより酸化され、ＣＯ２の放出がもたらされる。
【００７６】
１０：１のＭｎＯ：グラファイト試料を使用して、生成されたＣＯ２濃度に対する反応温度の影響をさらに調査した。図３に示すように、反応温度が８５０℃から９５０℃に増加するにつれて、放出されるＣＯ２濃度は増加した。
【００７７】
図４は、グラファイト対照、１０：１のＭｎＯ：グラファイト試料、および１０：１のＣａＷＯ４：グラファイト試料に関して、９００℃の反応温度で放出されるＣＯ２濃度を示し、１０：１のＭｎＯ：グラファイト試料が最も高い活性を有するが、１０：１のＣａＷＯ４：グラファイト試料は、グラファイト対照と匹敵する活性を有する。
【００７８】
図５は、グラファイト対照、１０：１のＭｎＯ：グラファイト試料、および１０：１のＭｎ３Ｏ４：グラファイト試料に関して、９００℃の反応温度で放出されるＣＯ２濃度を示す。Ｍｎ３Ｏ４触媒は最初に高いＣＯ２の放出を示すが、時間とともにそのレベルは著しく低下する。ＣＯ２の最初の高い放出は、Ｍｎ３Ｏ４触媒の分解、およびその後のＯ２の放出に起因する。図６は、９００℃の温度で反応時間を延長した後のＭｎ３Ｏ４およびＭｎＯの比較を示す。おそらく、高温では、Ｍｎ３Ｏ４触媒が分解してＭｎＯになり、その後Ｏ２が放出される。図６に見られるように、Ｍｎ３Ｏ４がＭｎＯに還元されると、ガス化活性は、１０：１のＭｎＯ：グラファイト触媒のガス化活性に匹敵する。Ｍｎ３Ｏ４触媒の長期のガス化活性は、ＭｎＯのガス化活性に近くなり、ＭｎＯが活性触媒ガス化構成成分であることが確認された。
【００７９】
グラファイト混合物へのペロブスカイトおよび固体酸化物溶液の添加の影響をさらに調査した。いくつかのペロブスカイト（ＬａｙＳｒ１−ｙＣｏＯ３、Ｌａ０．５Ｓｒ０．５ＸＯ３（式中、ＸはＦｅ、Ｍｎ、および／またはＣｏである）、ＬａＭｎＯ３、ＢａＣｅ０．５Ｚｒ０．５Ｏ３（ＢＣＺ）、およびＣａｘＭｎ１−ｘＯ３）を、クエン酸法を使用して合成した（ＵＳ８９４３８１１、Ｍｕｋａｉ  ｅｔ  ａｌ．Ａｐｐｌｉｅｄ  ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ａ，Ｇｅｎｅｒａｌ  ２０１３，４５８，７１−８１、Ｓｐｉｎｉｃｃｉ  ｅｔ  ａｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ａ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ２００３，１９７，１４７−１５５）。ＸＲＤ分析を使用して、ＢａＣｅ０．５Ｚｒ０．５Ｏ３（ＢＣＺ）およびＣａｘＭｎ１−ｘＯ３を除いて、上のすべてがペロブスカイト構造を有したことが決定された。４つの市販試料（ＥＣ−２、ＣａＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、およびＢａＺｒＯ３）も試験した。これらのうち、ＣａＴｉＯ３およびＢａＴｉＯ３は、ＸＲＤによりペロブスカイト構造を有することが判明した。試料のガス化活性を上記のように試験した。９００℃でグラファイトを混合したペロブスカイトおよび固体酸化物触媒（１０：１の重量比）で生成されたＣＯ２濃度を図７に示す。図７に見ることができるように、高いガス化活性にはペロブスカイト構造は必要ない。様々なペロブスカイトおよび混合酸化物のＢＥＴ表面積のその後の測定でも、高いガス化活性には高表面積が必要ないことが確認された。しかし、図７の結果は、Ｃａ、Ｂａ、および／またはＳｒが高いガス化活性にとって重要な構成要素であり得ることを示す。９００℃でグラファイトと混合した様々なペロブスカイトおよび固体酸化物溶液の発生したＣＯ２およびＨ２の平均濃度を表３にまとめる。
【表３】
2021508760.tif 000005
【００８０】
ＬａＭｎＯ３ペロブスカイト触媒で生成されたＣＯ２濃度をＬａ０．５Ｓｒ０．５ＭｎＯ３ペロブスカイト触媒のＣＯ２濃度と比較することにより、９００℃でのグラファイトの蒸気ガス化に対するペロブスカイトへのＳｒ添加の影響を調べた（図８）。Ｘ線回折（ＸＲＤ）は、ＬａＭｎＯ３およびＬａ０．５Ｓｒ０．５ＭｎＯ３の両方がペロブスカイト材料であることを示した。図８の結果から見ることができるように、Ｓｒの添加によりガス化活性が著しく改善した。同様の効果が放出されたＨ２濃度で見られた（図９）。
【００８１】
グラファイト混合物へのアルカリ土類酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）、アルカリ土類カーボネート（ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＢａＣＯ３）、およびＫＯＨ触媒の添加の影響を、２つの触媒対グラファイトの重量比（１０：１および１：１）でさらに調査した。図１０に見ることができるように、すべてのアルカリ土類酸化物（比率１０：１）は、ＭｎＯよりも高いガス化活性を示す。ＳｒＯおよびＢａＯのガス化活性は高く、グラファイトの大部分は、これらの試料に対して７５％の蒸気で９００℃、１時間以内に消費された。放出されたＨ２は、同様の傾向を示す（図１１）。
【００８２】
図１２に見ることができるように、すべてのアルカリ土類カーボネート（グラファイトとの重量比は１０：１）も、ＭｎＯよりも高いガス化を示す。アルカリ土類酸化物の結果と同様に、ＳｒＣＯ３およびＢａＣＯ３のガス化活性は高く、グラファイトの大部分は、これらの試料に対して７５％の蒸気で９００℃、１時間以内に消費された。
【００８３】
１：１の触媒対グラファイトの重量比でアルカリ土類カーボネートおよびグラファイトを混合したＫＯＨの９００℃でのＣＯ２形成（図１３）およびＨ２形成（図１４）の結果は、すべて非常に高いガス化活性を示すことを示す。アルカリ土類酸化物の対応する結果と比べてより高いＣＯ２放出は、カーボネート分解の追加効果に起因する。ＫＯＨ：グラファイト混合物に関して、グラファイトの大部分は、９００℃で１時間のガス化中に消費された。一般に、活性は、次の傾向に従う：Ｋ＞Ｓｒ＞Ｂａ＞Ｃａ＞Ｍｇ。９００℃でのアルカリ土類酸化物、アルカリ土類カーボネート、およびＫＯＨの放出される平均ＣＯ２およびＨ２濃度を表４にまとめる。
【表４】
2021508760.tif 000006
【００８４】
実施例２
コーティングを、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｗ、Ｓｉ、およびＭｎの金属粉末をトルエン中５％のＬａ０．４Ｓｒ０．６ＣｏＯ３ペロブスカイト、結合剤（ポリビニルブチラール）、および可塑剤（ベンジルブチルフタレート）と組み合わせることにより調製した。完全に混合した後、得られたスラリーを、蒸気分解装置チューブから切り出した小さな（０．７５”ｘ１”）クーポン上にコーティングした。乾燥後、クーポンを真空下で３４０℃に加熱し、１５トールのアルゴンを添加して、有機結合剤および可塑剤の大部分を除去した。その後、クーポンを真空下で１１００℃に加熱し、１〜２トールのアルゴンを添加して、コーティングを緻密化し、鋼表面に適切なコーティング接着性を提供した。最後に、クーポンを空気中で９２０℃に加熱して、コーティング表面を酸化した。実験室の反応器で９００℃のヘキサン分解に供した場合、Ｌａ０．４Ｓｒ０．６ＣｏＯ３を含まない同一に処理されたクーポンに比べて、５％のＬａ０．４Ｓｒ０．６ＣｏＯ３を含むクーポンにはほぼ半分のコークスが堆積した。
【００８５】
明らかであり、本発明に固有の他の利点は、当業者には明らかであろう。ある特定の特徴および副組み合わせは有用であり、他の特徴および副組み合わせを参照せずに用いられ得ることが理解されよう。これは特許請求の範囲により企図されており、特許請求の範囲内である。本発明の範囲から逸脱することなく、多くの可能な実施形態が本発明でなされ得るため、本明細書に記載または添付の図面に示されるすべての事項は、限定ではなく例示として解釈されるべきであることが理解されよう。
【００８６】
添付の特許請求の範囲の方法は、本明細書に記載の特定の方法による範囲に限定されず、特許請求の範囲のいくつかの態様の例示として意図され、機能的に同等である任意の方法は、特許請求の範囲内に含まれることが意図される。本明細書に示され、記載される方法に加えて、本方法の様々な修正は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。さらに、本明細書に開示されるある特定の代表的な方法ステップのみが具体的に記載されるが、方法ステップの他の組み合わせも、具体的に引用されていなくても、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。したがって、ステップ、要素、構成成分、または構成要素の組み合わせは、本明細書以下で明示的に言及され得るが、明示的に述べられていなくても、ステップ、要素、構成成分、および構成要素の他の組み合わせが含まれる。
【図１】
2021508760.tif 000007
【図２】
2021508760.tif 000008
【図３】
2021508760.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021508760.tif 000013
【図８】
2021508760.tif 000014
【図９】
2021508760.tif 000015
【図１０】
2021508760.tif 000016
【図１１】
2021508760.tif 000017
【図１２】
2021508760.tif 000018
【図１３】
2021508760.tif 000019
【図１４】
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【国際調査報告】
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