(57)【要約】  触媒を生成する方法は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させることと、触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成することと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒担体粒子上に触媒活性化合物前駆体を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生成することと、を含む。方法は、触媒担体前駆体混合物をエアロゾル化することと、第１の加熱ゾーン内でエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を乾燥させて、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを形成することと、触媒担体粒子を第２の加熱ゾーン内で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させて、触媒担体粒子の触媒の表面上に堆積した触媒活性化合物の層を含む触媒を形成することと、をさらに含み得る。
2020531255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を生成する方法であって、
触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させることと、
触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成することと、
前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを前記触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、
前記触媒活性化合物前駆体を凝縮して、前記触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む前記触媒を生成することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記触媒担体粒子が、シリカ、アルミナ、またはシリカ−アルミナのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒活性化合物前駆体が、タングステン、白金、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、クロム、レニウム、モリブデン、マンガン、チタン、セリウム、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記触媒活性化合物前駆体が、１５０℃〜１５００℃の温度で蒸気に気化または分解するタングステン含有化合物を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れが、６００℃〜１４５０℃の温度で前記触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させられる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを周囲圧力で前記触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れおよび前記触媒活性化合物前駆体蒸気を１２０℃未満の温度に冷却することと、を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記触媒活性化合物前駆体蒸気が、前記触媒担体粒子の前記表面上に直接凝縮する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記触媒活性化合物前駆体蒸気が、核形成および凝縮して、クラスタ、粒子、またはこれらの両方を形成し、前記クラスタ、前記粒子、またはこれらの両方が、前記触媒担体粒子の前記表面上に堆積する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させることが、
触媒担体前駆体および希釈剤を含む触媒担体前駆体混合物をエアロゾル化することと、
前記エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を乾燥させて、前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを生成することと、
を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒担体前駆体混合物が、前記触媒担体前駆体混合物の総重量に基づいて、１重量パーセント（重量％）〜２０重量％の触媒担体前駆体を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物が、２００℃〜１４５０℃の温度で乾燥される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
触媒であって、
触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させるステップと、
触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成するステップと、
前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを前記触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させるステップと、
前記触媒活性化合物前駆体を凝縮して、前記触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む前記触媒を生成するステップと、
を含むプロセスによって調製された、触媒。
【請求項１３】
前記プロセスが、前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを周囲圧力で前記触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、前記触媒担体粒子のエアロゾル化された流れおよび前記触媒活性化合物前駆体蒸気を１２０℃未満の温度に冷却することと、を含む、請求項１２に記載の触媒。
【請求項１４】
触媒であって、
シリカ、アルミナ、またはシリカおよびアルミナを含む複数の触媒担体粒子と、
前記複数の触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物と、
を備え、前記複数の触媒担体粒子の前記表面が、ガスおよび蒸気にアクセス可能であり、前記触媒活性化合物が、タングステンを含み、前記触媒活性化合物が、ガスおよび蒸気にアクセス可能である前記触媒担体粒子の前記表面上の１％〜５０％に堆積している、触媒。
【請求項１５】
前記触媒活性化合物が、前記複数の触媒担体粒子の前記表面上に直接凝縮されている、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項１６】
前記触媒活性化合物が、前記複数の触媒担体粒子の前記表面に堆積した前記触媒活性化合物の単一原子、単一分子、クラスタ、粒子、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項１７】
前記触媒の総重量に基づいて、０．０２重量％〜２０重量％の触媒活性化合物を含む、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項１８】
複数の触媒担体粒子の表面上に堆積した前記触媒活性化合物が、２．５ナノメートル未満の平均結晶サイズを有し、前記平均結晶サイズが、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）を使用して決定された前記触媒活性化合物の平均粒径である、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の触媒。
【請求項１９】
前記触媒が、１５度以上の２シータ〜６０度以下の２シータの範囲内の単一の特性ピークからなるＸ線回折パターンを有する、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の触媒。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１７年８月１７日出願のＡＥＲＯＳＯＬ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＯＦ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＳＰＥＣＩＥＳ  ＴＯ  ＧＥＮＥＲＡＴＥ  ＣＡＴＡＬＹＳＴＳと題された米国仮特許出願第６２／５４６，７６５号の優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願は、参照によりその全体が本開示に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、概して、触媒材料の合成に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、ポリプロピレン、プロピレンオキシド、アクリル酸の成長市場に供給するためのプロピレンの需要が劇的に増加している。現在、世界で生成されているプロピレンのほとんど（７，４００万トン／年）は、主にエチレンを生成する水蒸気分解ユニットからの副産物（５７％）、または主にガソリンを生成する流動接触分解（ＦＣＣ）ユニットからの副産物（３０％）である。これらのプロセスは、プロピレン需要の急激な増加に対して適切に対応することができない。
【０００４】
ラフィネートは、成分が除去されるときのナフサ分解プロセスまたはガス分解プロセスからの残留Ｃ４流である（Ｃ４流は、通常、その主成分として、ｎ−ブタン、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン、および１，３−ブタジエンを含有し、任意選択的に幾らかのイソブタンおよび主成分が一緒になって、Ｃ４流の最大９９％以上を形成する。具体的には、ラフィネート−２は、Ｃ４ラフィネート流からの１，３−ブタジエンとイソブテンとの分離後に得られるＣ４残留物であり、主にシス−またはトランス−２−ブテン、１−ブテン、およびｎ−ブタンからなる。同様に、ラフィネート−３は、Ｃ４ラフィネート流からの１，３−ブタジエンとイソブテンと１−ブテンとの分離後に得られるＣ４残留物であり、主にシス−またはトランス−２−ブテン、ｎ−ブタン、および未分離１−ブテンからなる。プロペンへの変換にラフィネート−２およびラフィネート−３流を利用することは、利用可能なプロペンの供給を増加させるために望ましい。
【０００５】
ラフィネート−２およびラフィネート−３流をプロペンに変換するメタセシス触媒の開発は、事前に合成された担体材料に金属酸化物を含浸させる湿式含浸、または触媒担体材料へと形成される予備混合物中に金属酸化物を含めることに依存している。しかしながら、湿式含浸または触媒予備混合物中に金属酸化物を含めることは、金属酸化物の大部分が触媒担体材料の内側部分に結合し、メタセシス反応の反応物にアクセスしにくい可能性があるという点で制限される。加えて、結果的に得られるメタセシス触媒の特性の制御が制限される。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、触媒を合成する改善された方法に対する継続的な必要性が存在する。本開示の実施形態は、エアロゾル処理を介して触媒を合成して、触媒担体粒子の表面上に触媒活性化合物を堆積させる方法を対象とし、表面は、ガスおよび蒸気にアクセス可能である。
【０００７】
いくつかの実施形態によると、触媒を生成する方法は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させることと、触媒活性化合物前駆体を蒸発させて、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成することと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒活性化合物前駆体を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含み得る触媒を生成することと、を含み得る。
【０００８】
他の実施形態によると、触媒を生成する方法は、触媒担体前駆体および希釈剤を含む触媒担体前駆体混合物をエアロゾル化して、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を生成することと、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を第１の加熱ゾーンに送ること、第１の加熱ゾーン内でエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を乾燥させて、複数のエアロゾル化された触媒担体粒子を形成することと、を含み得る。方法は、第１の加熱ゾーンの下流の第２加熱ゾーンに複数のエアロゾル化された触媒担体粒子を送ることと、複数のエアロゾル化された触媒担体粒子を第２の加熱ゾーン内で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒活性化合物前駆体蒸気を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生成することと、をさらに含み得る。
【０００９】
さらに他の実施形態によると、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させるステップと、触媒活性化合物前駆体を蒸発させて、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成するステップと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させるステップと、触媒活性化合物前駆体を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生成するステップと、を含み得るプロセスによって調製され得る触媒が開示される。
【００１０】
また他の実施形態によると、触媒は、シリカ、アルミナ、またはシリカおよびアルミナを含む複数の触媒担体粒子と、複数の触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物と、を含み得る。複数の触媒担体粒子の表面は、ガスおよび蒸気にアクセス可能であり得、触媒活性化合物は、タングステンを含み得る。触媒活性化合物は、ガスおよび蒸気にアクセス可能である触媒担体粒子の表面上の１％〜５０％に堆積し得る。
【００１１】
また他の実施形態では、触媒を生成するためのシステムは、エアロゾル化ユニットと、エアロゾル化ユニットの下流の第１の加熱ゾーンと、第１の加熱ゾーンの下流の第２の加熱ゾーンと、を含み得る。第２の加熱ゾーンは、触媒活性化合物前駆体を第２の混合ゾーンに導入するように構成された入口を備え得る。エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物は、エアロゾル化ユニットによってエアロゾル化されるように構成され得、第１の加熱ゾーン、次いで、第２の加熱ゾーンを通って流れ得る。
【００１２】
記載の実施形態の追加の特徴および利点は、以下の発明を実施するための形態に記載され、一部はその説明から当業者に容易に明白であるか、または以下の発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および添付の図面を含む記載の実施形態を実施することによって認識される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている以下の図面と併せて読むことで、最もよく理解することができる。
【図１】本開示の１つ以上の実施形態による、エアロゾル処理システムを概略的に図示する。
【図２】本開示の１つ以上の実施形態による、別のエアロゾル処理システムを概略的に図示する。
【図３】本開示の１つ以上の実施形態による、さらに別のエアロゾル処理システムを概略的に図示する。
【図４】本開示の１つ以上の実施形態による、また別のエアロゾル処理システムを概略的に図示する。
【図５】本開示の１つ以上の実施形態による、また別のエアロゾル処理システムを概略的に図示する。
【図６】本開示の１つ以上の実施形態による、図５のエアロゾル処理システムの反応管の断面図である。
【図７】本開示の１つ以上の実施形態による、図１のプロセスによって作製されたメタセシス触媒のＸ線回折（ＸＲＤ）プロファイルを例示するＸＲＤグラフである。
【図８】従来の湿式含浸プロセスによって作製されたメタセシス触媒のＸＲＤプロファイルと比較された、本開示の１つ以上の実施形態による、図１のプロセスによって作製されたメタセシス触媒のＸＲＤプロファイルを例示するＸＲＤグラフである。
【図９】従来の湿式含浸プロセスによって作製されたメタセシス触媒の小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）スペクトルと比較された、本開示の１つ以上の実施形態による、図１のプロセスによって作製されたメタセシス触媒の方位角的に平均化されたＳＡＸＳスペクトルである。
【００１４】
図１〜５の簡略化した概略図および説明を記載するために、用いることができ、かつ特定の化学処理操作の当業者に周知である、多数のバルブ、温度センサ、および電子コントローラなどは含まれていない。さらに、一般的な化学処理操作、キャリアガス供給システム、ポンプ、コンプレッサ、炉、または他のサブシステムに多くの場合に含まれる付属構成要素は、図示されていない。これらの構成要素は、開示される本実施形態の趣旨および範囲内にあることを理解されたい。しかしながら、本開示に記載されているものなどの操作構成要素は、本開示に記載の実施形態に追加され得る。
【００１５】
図面中の矢印は、プロセス流を指す。しかしながら、矢印は、等価的に、２つ以上のシステム構成要素間でプロセス流を移送するように機能し得る移送線を指し得る。加えて、システム構成要素に接続する矢印は、各々の所与のシステム構成要素の入口または出口を定義し得る。矢印の方向は、矢印によって示される物理的移送線内に含まれる流れの材料の主な移動方向に概ね対応する。さらに、２つ以上のシステム構成要素を接続しない矢印は、図示されたシステムから流出する生成流または図示されたシステムに流入するシステム入口流を示し得る。生成物流は、付随する化学処理システムでさらに処理され得るか、または最終生成物として商業化され得る。
【００１６】
加えて、図面中の矢印は、あるシステム構成要素から別のシステム構成要素へと流れを搬送するプロセスステップを概略的に描写し得る。例えば、あるシステム構成要素から別のシステム構成要素を指し示す矢印は、あるシステム構成要素から「出る」または「除去される」プロセス流の含有物を含み得るシステム構成要素流出物を別のシステム構成要素へと「通過させる」こと、およびその生成物流の含有物を別のシステム構成要素に「導入する」ことを表し得る。
【００１７】
図１〜５の概略的な流れ図において、２つ以上の線が交差するとき、２つ以上のプロセス流が「混合される」か、または「組み合わされる」ことを理解されたい。混合または組み合わせはまた、両方の流れを、容器、エアロゾライザ、加熱ゾーン、炉、または他のシステム構成要素などの同様のシステム構成要素に直接導入することによって混合することも含み得る。例えば、２つの流れが、システム構成要素に流入する前に、直接、組み合わせられるように図示されるとき、流れが、等価的に、システム構成要素内に導入されてシステム構成要素内で混合され得ることを理解されたい。
【００１８】
ここで、様々な実施形態をより詳細に参照し、そのいくつかの実施形態が添付の図面に示される。可能な限り、図面全体を通して同じ参照番号を使用して、同じまたは類似の部分を指す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示の実施形態は、エアロゾル処理を介して触媒を合成して、ガスおよび蒸気にアクセス可能である触媒担体粒子の表面上に触媒活性化合物を堆積させる方法を対象とする。実施形態では、触媒を形成する方法は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させることと、触媒活性化合物前駆体を気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成することと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒活性化合物前駆体蒸気を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生成することと、を含む。
【００２０】
本開示に説明される触媒を生成する方法は、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を有する触媒の連続合成を可能にする。ガスおよび蒸気にアクセス可能である触媒担体粒子の表面上に触媒活性化合物を堆積させることによって、触媒活性化合物は、触媒担体材料の内部に埋め込まれるか、または部分的に埋め込まれて、反応物にアクセス不能であるのではなく、反応物にアクセス可能である。本開示に説明されているエアロゾル処理方法によって触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物は、非常に活性が高い。開示された方法によって形成された触媒は、触媒活性化合物のより高い充填量を有する最先端の触媒と同等の性能を提供する。いくつかの例では、本開示に説明されているエアロゾル処理方法によって合成された触媒は、従来調製された触媒の触媒活性化合物の５０％未満、さらには２５％未満の量の触媒活性化合物を有する。本開示のエアロゾル処理方法によって合成された触媒は、従来調整された触媒の触媒活性性能と同等または優れた触媒活性を提供する。
【００２１】
本開示に使用される際、「触媒」は、触媒担体粒子および少なくとも１つの触媒活性化合物を含む固体粒子を指す。
【００２２】
本開示に使用される際、「触媒」は、特定の化学反応の速度を向上させる任意の物質を指す。本開示に説明されている触媒は、限定されるものではないが、異性化、メタセシス、分解、水素化、脱金属、脱硫、脱窒素、他の反応、またはこれらの組み合わせなどの様々な反応を促進するために利用され得る。
【００２３】
本開示に使用される際、「触媒活性」は、触媒が反応の反応速度を向上させる程度を指す。触媒の触媒活性が大きいほど、触媒活性の低い触媒と比較して反応の反応速度が向上する。
【００２４】
エアロゾル処理システムおよび方法によって合成された触媒は、概して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を有する触媒担体粒子を含む。触媒担体粒子は、シリカ、アルミナ、またはシリカおよびアルミナの組み合わせを含み得る。
【００２５】
触媒活性化合物は、金属、金属酸化物、他の触媒活性化合物、またはこれらの組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物は、白金、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、クロム、他の金属、またはこれらの組み合わせなどの金属であり得る。代替的に、触媒活性化合物は、ＩＵＰＡＣ周期表の６〜１０族からの金属の１つ以上の酸化物などの金属酸化物を含み得る。いくつかの実施形態では、金属酸化物は、モリブデン、レニウム、タングステン、マンガン、チタン、セリウム、またはこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つの酸化物を含み得る。いくつかの実施形態では、金属酸化物は、酸化タングステンであり得る。触媒担体の表面上に堆積した触媒活性化合物の形態、種類、および量は、触媒の触媒活性を決定し得る。以下の方法およびシステムは、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物として金属酸化物を有する異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化およびメタセシス触媒の合成に関して説明されている。しかしながら、方法およびシステムは、他の種類の触媒を合成するために利用され得ることが理解される。
【００２６】
本開示の少なくとも１つの実施形態による、触媒担体の表面上に堆積した触媒活性化合物を有する触媒を合成する方法は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを発生させることと、触媒活性化合物前駆体を気化または蒸発させて、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成することと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒活性化合物前駆体蒸気を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生成することと、を含む。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体蒸気は、触媒担体粒子の表面上に直接凝縮し得る。触媒担体粒子の表面上に触媒活性化合物前駆体蒸気を直接堆積させることは、触媒担体粒子の表面上での触媒活性化合物前駆体蒸気の不均一核生成を含み得る。追加的に、いくつかの実施形態では、触媒活性化合物は、触媒担体粒子上に事前に堆積した触媒活性化合物上に凝縮する場合があり、これは、蒸気が優先的に事前に堆積した触媒活性材料上に堆積（または移動）する場合、追加的に堆積した触媒活性化合物を、触媒担体粒子の表面上の小さいクラスタ／粒子に成長させる場合がある。代替的に、いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体蒸気は、それ自体に凝縮して（均一核生成）、触媒活性化合物のクラスタまたは粒子を作成し、次いで、触媒担体粒子に拡散し、触媒担体粒子の表面上に堆積し得る。触媒担体粒子のエアロゾル化された流れは、触媒担体前駆体混合物をエアロゾル化し、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を乾燥、反応、または乾燥および反応させて、触媒担体粒子を形成することによって発生し得る。エアロゾル処理方法は、触媒担体前駆体および触媒活性化合物前駆体から触媒を連続的に生成する連続プロセスであり得る。
【００２７】
図１を参照すると、触媒担体の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒１０１を合成するためのエアロゾル処理システム１００が図示されている。図１に示されるように、エアロゾル処理システム１００は、少なくとも触媒担体前駆体１０４と希釈剤１０６とを混合して、触媒担体前駆体混合物１０８を形成するための容器１０２を含む。エアロゾル処理システム１００は、エアロゾル化ユニット１１０と、エアロゾル化ユニット１１０の下流の第１の加熱ゾーン１２０と、第１の加熱ゾーン１２０の下流の第２の加熱ゾーン１３０とをさらに含む。触媒担体前駆体混合物１０８は、エアロゾル化ユニット１１０に送られる。エアロゾル化ユニット１１０は、本開示ではエアロゾル化触媒担体前駆体混合物１０９と呼ばれる、触媒担体前駆体混合物の複数の液滴中に触媒担体前駆体混合物１０８をエアロゾル化する。エアロゾル化ユニット１１０に導入されたキャリアガス１１２は、エアロゾル化触媒担体前駆体混合物１０９をエアロゾル化ユニット１１０から、第１の加熱ゾーン１２０を通って運び、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴は、乾燥、反応、またはこれらの両方を実施されて、キャリアガス１１２および触媒担体粒子１１４を含むエアロゾル１１３中でエアロゾル化された複数の固体触媒担体粒子１１４を形成する。
【００２８】
キャリアガス１１２および触媒担体粒子１１４を含むエアロゾル１１３は、第２の加熱ゾーン１３０内に送られ、そこを通過する。第２の加熱ゾーン１３０は、触媒活性化合物前駆体１３４の供給源１３２を含み得る。第２の加熱ゾーン１３０からの熱は、供給源１３２内の触媒活性化合物前駆体１３４を気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を形成する。触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、エアロゾル１１３中の複数の触媒担体粒子１１４と接触し得、触媒担体粒子１１４の表面上で凝縮して、触媒１０１を形成し得る。一度、触媒担体粒子１１４上に凝縮されると、触媒活性化合物は、表面拡散を受ける場合があり、触媒活性化合物の原子、分子、またはこれらの両方は、原子、分子、またはこれらの両方が好ましいエネルギー状態に達するまで、触媒担体粒子１１４の表面上を移動し得る。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、均一核生成して、触媒活性化合物クラスタまたは粒子を形成し得、これは、次いで、複数の触媒担体粒子１１４と接触し、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積して、触媒１０１を形成し得る。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物クラスタまたは粒子は、最大２０ナノメートル（ｎｍ）の粒径を有し得る。いくつかの実施形態では、エアロゾル処理システム１００は、キャリアガス１１２から触媒１０１を分離し、触媒１０１を収集するための分離器１４０を含み得る。
【００２９】
触媒担体前駆体１０４は、シリカ前駆体、アルミナ前駆体、またはこれらの組み合わせを含み得る。触媒担体前駆体１０４中のシリカ前駆体の例としては、限定されるものではないが、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、シラン（ＳｉＨ４）、四塩化ケイ素、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、シリカ前駆体は、ヒュームドシリカを含み得る。実施形態では、触媒担体前駆体１０４は、例えば、シリカ前駆体およびアルミナ前駆体の組み合わせなどの複数の前駆体材料を含み得る。いくつかの実施形態では、触媒担体前駆体１０４は、触媒担体前駆体１０４を希釈剤１０６と組み合わせて触媒担体前駆体混合物１０８を作製する前の触媒担体前駆体１０４の総重量に基づいて、０．１重量パーセント（重量％）〜９９．９重量％のシリカ前駆体を含み得る。他の実施形態では、触媒担体前駆体１０４は、触媒担体前駆体１０４を希釈剤１０６と組み合わせて触媒担体前駆体混合物１０８を作製する前の触媒担体前駆体１０４の総重量に基づいて、０．１重量％〜９５重量％、０．１〜９０重量％、０．１重量％〜７５重量％、０．１重量％〜５０重量％、０．１重量％〜２５重量％、０．１重量％〜１０重量％、１０重量％〜９９．９重量％、１０重量％〜９５重量％、１０重量％〜９０重量％、１０重量％〜７５重量％、１０重量％〜５０重量％、１０重量％〜２５重量％、２５重量％〜９９．９重量％、２５重量％〜９５重量％、２５重量％〜９０重量％、２５重量％〜７５重量％、２５重量％〜５０重量％、５０重量％〜９９．９重量％、５０重量％〜９５重量％、５０重量％〜９０重量％、５０重量％〜７５重量％、７５重量％〜９９．９重量％、７５重量％〜９５重量％、７５重量％〜９０重量％、または９０重量％〜９９．９重量％のシリカ前駆体を含み得る。
【００３０】
アルミナ前駆体の例としては、限定されるものではないが、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）、ヒュームドアルミナ、ＡｌＣｌ３、ＡｌＰＯ４、もしくはＡｌ２（ＳＯ４）３などのアルミニウム塩およびそれらの水和物、他のアルミナ前駆体、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、アルミナ前駆体は、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）を含み得る。いくつかの実施形態では、触媒担体前駆体１０４は、触媒担体前駆体１０４を希釈剤１０６と組み合わせて触媒担体前駆体混合物１０８を作製する前の触媒担体前駆体１０４の総重量に基づいて、０．０重量％〜９９．８重量％のアルミナ前駆体を含み得る。他の実施形態では、触媒担体前駆体１０４は、触媒担体前駆体１０４を希釈剤１０６と組み合わせて触媒担体前駆体混合物１０８を作製する前の触媒担体前駆体１０４の総重量に基づいて、０．０重量％〜９５重量％、０．０〜９０重量％、０．０重量％〜７５重量％、０．０重量％〜５０重量％、０．０重量％〜２５重量％、０．０重量％〜１０重量％、０．１重量％〜９９．８重量％、０．１重量％〜９５重量％、０．１重量％〜９０重量％、０．１重量％〜７５重量％、０．１重量％〜５０重量％、０．１重量％〜２５重量％、１０重量％〜９９．８重量％、１０重量％〜９５重量％、１０重量％〜９０重量％、１０重量％〜７５重量％、１０重量％〜５０重量％、２５重量％〜９９．８重量％、２５重量％〜９５重量％、２５重量％〜９０重量％、５０重量％〜９９．８重量％、５０重量％〜９５重量％、５０重量％〜９０重量％、７５重量％〜９９．８重量％、または７５重量％〜９５重量％のアルミナ前駆体を含み得る。
【００３１】
いくつかの実施形態では、触媒担体前駆体混合物１０８は、１つまたは複数のドーパントを任意選択的に含み得る。触媒担体前駆体混合物１０８は、触媒担体前駆体混合物１０８から形成される触媒担体粒子１１４の１つ以上の特質または特性を変更するためのドーパントを含み得る。ドーパントの例としては、限定されるものではないが、チタニア、レニア、リン酸塩、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。追加的に、ドーパントは、触媒担体前駆体混合物１０８中に不活性成分、犠牲成分、またはこれらの両方を含み得る。不活性および犠牲成分の非限定的な例としては、ポリスチレンラテックス、他のポリマー、またはポリマーの組み合わせが挙げられ得る。高温に加熱されると、ポリスチレンラテックスは、燃え尽き、ポリスチレンラテックスがその前にあった場所に孔が残る。これらの不活性および犠牲成分は、触媒担体粒子１１４の表面積を変更するために使用され得る。エアロゾル処理による触媒１０１の合成は、例えば、コーティングプロセスなどの合成後添加プロセスを使用して１つまたは複数のドーパント化合物を触媒１０１に適用することと比較して、触媒担体粒子１１４の初期合成中のドーパントの包含を可能にする。実施形態では、１つ以上のドーパントは、触媒担体前駆体混合物１０８に含められ得、それにより、ドーパントは、したがって、エアゾール処理中に触媒担体粒子１１４に含められ、全体に分散される。
【００３２】
希釈剤１０６は、水、有機溶媒、または水と少なくとも１つの有機溶媒との組み合わせであり得る。有機溶媒の例としては、メタノール、エタノール、アセトン、または溶媒の組み合わせが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、希釈剤１０６は、水であり得、それにより、触媒担体前駆体混合物１０８は、水性触媒担体前駆体混合物である。他の実施形態では、希釈剤１０６は、水と少なくとも１つの有機溶媒との組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、触媒担体前駆体混合物１０８は、界面活性剤を含まなくてもよい。触媒担体前駆体混合物１０８中の界面活性剤の包含は、触媒１０１を調製するために追加の焼成ステップを必要とし得る。場合によっては、触媒担体前駆体混合物１０８中の界面活性剤の存在は、触媒１０１の性能を低下させ、および／または健康に対して有毒もしくは有害になり得る、望ましくない残留物を触媒１０１に結果的に生じさせる場合がある。触媒担体前駆体混合物１０８は、希釈剤１０６中の触媒担体前駆体１０４の溶液、懸濁液、またはこれらの両方として形成され得る。例えば、ヒュームドシリカ前駆体またはヒュームドアルミナ前駆体などのヒュームド触媒担体前駆体、またはコロイド前駆体によって、懸濁液は、触媒担体前駆体混合物１０８用に形成される。代替的に、金属塩を含む触媒担体前駆体１０４について、触媒担体前駆体混合物１０８は、希釈剤１０６中の触媒担体前駆体１０４の溶液であってもよい。いくつかの実施形態では、触媒担体前駆体１０４は、触媒担体前駆体混合物１０８が希釈剤１０６内に溶解した金属塩を含む溶液中のヒュームド成分の懸濁液を含むように、ヒュームドシリカ前駆体またはヒュームドアルミナ前駆体および金属塩を含み得る。
【００３３】
触媒担体前駆体混合物１０８は、希釈剤が除去されて、第１の加熱ゾーン１２０内での滞留時間中に触媒担体前駆体混合物１０８の液滴から固体触媒担体粒子１１４を形成するために、十分な触媒担体前駆体１０４の量を有し得る。実施形態では、触媒担体前駆体混合物１０８は、触媒担体前駆体混合物１０８の総重量に基づいて、１重量％〜２０重量％の触媒担体前駆体１０４を有し得る。いくつかの実施形態では、触媒担体前駆体混合物１０８は、触媒担体前駆体混合物１０８の総重量に基づいて、１重量％〜１６重量％、１重量％〜１２重量％、１重量％〜８重量％、１重量％〜４重量％、４重量％〜２０重量％、４重量％〜１６重量％、４重量％〜１２重量％、４重量％〜８重量％、８重量％〜２０重量％、８重量％〜１６重量％、８重量％〜１２重量％、１２重量％〜２０重量％、１２重量％〜１６重量％、または１６重量％〜２０重量％の触媒担体前駆体１０４を含み得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のドーパントが、触媒担体前駆体混合物１０８をエアロゾル化する前に、触媒担体前駆体混合物１０８と混合され得る。
【００３４】
触媒担体前駆体混合物１０８は、エアロゾル化されて、キャリアガス１１２中に分散された触媒担体前駆体混合物１０８の複数の液滴を含む、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９を形成し得る。図１に示されるように、触媒担体前駆体混合物１０８は、エアロゾル化ユニット１１０内でエアロゾル化されて、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９を形成し得る。様々なエアロゾル化ユニット１１０は、それらが液滴の液体スプレーを発生させる限り、想到される。エアロゾル化ユニット１１０の例としては、限定されるものではないが、超音波トランスデューサ、スプレーノズル、他のエアロゾル化デバイス、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサが、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９を発生させるために使用され得る。超音波トランスデューサは、容易に拡張可能であり、高度に制御可能である。
【００３５】
エアロゾル化ユニット１１０の種類およびエアロゾル化ユニット１１０の仕様は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の平均液滴径に影響を及ぼすことによって、触媒担体粒子１１４の粒径に影響を及ぼし得る。例えば、より小さいサイズの液滴を生成するように構成されたエアロゾル化ユニット１１０は、概して、エアロゾル処理方法によって生成されるより小さい触媒担体粒子１１４を結果的にもたらすことになる。エアロゾル化ユニット１１０の種類、仕様、またはこれらの両方は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の乱流を増加させることによって、触媒担体粒子１１４の粒径に影響を与える場合があり、これは、いくつかの液滴を衝突させ、より大きい液滴になるように結合させ得る。いくつかの実施形態では、エアロゾル化ユニット１１０は、０．１μｍ〜１００μｍ、０．１μｍ〜２０μｍ、０．５μｍ〜１００μｍ、または０．５μｍ〜２０μｍの液滴径を有する触媒担体前駆体混合物１０８の液滴を生成することができ得る。
【００３６】
上述のように、キャリアガス１１２は、エアロゾル化ユニット１１０に導入される。エアロゾル化触媒担体前駆体混合物１０９は、キャリアガス１１２中でエアロゾル化され、次いで、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を、第１の加熱ゾーン１２０および第２の加熱ゾーン１３０などの加熱ゾーンを通して輸送する。いくつかの実施形態では、キャリアガス１１２は、空気である。代替的に、他の実施形態では、キャリアガス１１２は、窒素、アルゴン、ヘリウム、またはこれらのガスの組み合わせのうちの少なくとも１つを含み得る。またさらなる実施形態では、キャリアガス１１２は、触媒担体粒子１１４の形成のための反応物またはドーパントを含有する混合物を含み得る。例えば、キャリアガス１１２は、シラン（ＳｉＨ４）を含み得る。キャリアガス１１２に対する非反応性ガスもしくは反応性ガスまたはこれらの両方の組み合わせの選択は、利用される触媒担体前駆体１０４および触媒１０１の所望される特性に依存する。
【００３７】
いくつかの実施形態では、触媒を合成する方法は、触媒担体前駆体混合物１０８のエアロゾル化と同時にドーパント流をエアロゾル化して、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９およびエアロゾル化されたドーパントを含むエアロゾルを形成することを含み得る。
【００３８】
図１を参照すると、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９は、少なくとも、第１の加熱ゾーン１２０と、第１の加熱ゾーン１２０の下流の第２の加熱ゾーン１３０とに送られて、それらを通過して、触媒１０１を形成する。触媒１０１を合成する方法は、複数の触媒担体粒子１１４を形成するために、第１の加熱ゾーン１２０内で、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９を乾燥させること、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９を反応させること、またはこれらの両方を含む。エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴は、第１の加熱ゾーン１２０に送られ、第１の加熱ゾーン１２０からの熱が、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を乾燥させて、複数の触媒担体粒子１１４を形成する。いくつかの実施形態では、第１の加熱ゾーン１２０は、第１の炉の領域であり得、キャリアガス１１２は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を第１の炉の領域を通して運び得る。代替的に、第１の加熱ゾーン１２０は、第１の炉内に配設された反応管の第１の区分を備えてもよく、キャリアガス１１２は、反応管を通して、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を運ぶ。反応管を有するこれらの実施形態では、炉からの熱は、反応管に伝達され、反応管の壁を通って伝導され、次いで、反応管を通って流れるエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴に伝達され得る。
【００３９】
エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴の乾燥に加えて、第１の加熱ゾーン１２０は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴の乾燥から形成される触媒担体粒子１１４内の結晶性の形成を開始し得る。エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９は、結晶化の開始前に完全に乾燥されることを必要としないことに留意されたい。エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９が第１の加熱ゾーン１２０を通過すると、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴は、乾燥し始め、触媒担体前駆体１０４は、液滴の各々においてより濃縮されるようになる。その後、液滴がさらに加熱されると、乾燥または部分的に乾燥された触媒担体前駆体１０４は、触媒担体前駆体の化学的性質に応じてアモルファス構造、結晶構造、またはアモルファス構造と結晶構造との組み合わせを形成するように反応し得る。
【００４０】
代替的な実施形態では、１つ以上の反応性ガスが第１の加熱ゾーン１２０に導入され得、第１の加熱ゾーン１２０内で、高温で分解し、第１の加熱ゾーン１２０内で反応し、核生成して、複数の触媒担体粒子１１４を形成し得る。例えば、限定されるものではないが、ＳｉＨ４などの反応性ガスが、第１の加熱ゾーン１２０に導入され得る。ＳｉＨ４は、第１の加熱ゾーン１２０で熱分解して、シリコン原子（Ｓｉ）および水素分子（Ｈ２）を生成し得る。第１の加熱ゾーン１２０内に酸素（Ｏ２）が存在する場合、シリコン（Ｓｉ）は、酸素ガス（Ｏ２）と反応してＳｉＯ２を生成し得る。このＳｉＯ２は、第１の加熱ゾーン１２０内で核生成して、ＳｉＯ２粒子を生成し得る。ＳｉＯ２粒子は、ＳｉＨ２の継続的な分解、ＳｉＯ２を生成するためのＯ２とのＳｉの反応、および複数の触媒担体粒子１１４を生成するためのＳｉＯ２粒子上へのＳｉＯ２の凝縮を介して粒径が成長し得る。
【００４１】
また他の実施形態では、反応性ガスは、第１の加熱ゾーン１２０に導入され得、第１の加熱ゾーン１２０内で分解して、触媒担体粒子１１４の表面上に二次材料を堆積させ得る。例えば、ＳｉＨ４は、第１の加熱ゾーン１２０に導入され得、ＳｉおよびＨ２に分解され、Ｏ２と反応して、ＳｉＯ２を形成し得る。これらの例では、ＳｉＯ２は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９から形成された触媒担体粒子１１４の外面上で凝縮し得る。いくつかの実施形態では、ＳｉＨ４の分解から形成されたＳｉＯ２は、第１の加熱ゾーン１２０内のエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴上に凝縮して、ＳｉＯ２を触媒担体粒子１１４中に含め得る。ＳｉＨ４の文脈で説明されているが、他の反応性ガスも考えられる。
【００４２】
実施形態では、第１の加熱ゾーン１２０は、複数の固体触媒担体粒子１１４を形成するために、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴から希釈剤１０６を蒸発、反応、または分解するために十分な温度に維持され得る。実施形態では、第１の加熱ゾーン１２０は、２００℃〜１５００℃の第１の温度に維持され得る。他の実施形態では、第１の加熱ゾーンは、２００℃〜１４５０℃、２００℃〜１４００℃、２００℃〜１３００℃、５００℃〜１５００℃、５００℃〜１４５０℃、５００℃〜１４００℃、５００℃〜１３００℃、６００℃〜１５００℃、６００℃〜１４５０℃、６００℃〜１４００℃、６００℃〜１３００℃、１０００℃〜１５００℃、１０００℃〜１４５０℃、１０００℃〜１４００℃、１０００℃〜１３００℃、１３００°Ｃ〜１５００℃、１３００℃〜１４５０℃、１３００℃〜１４００℃、または１４００℃〜１５００℃の温度に維持され得る。さらなる実施形態では、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を単に乾燥させるために、第１の加熱ゾーン１２０は、２００℃〜８００℃の温度に加熱され得る。第１の加熱ゾーン１２０の温度が高過ぎる場合、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴は、急速に乾燥して、固体触媒担体粒子１１４ではなく触媒担体前駆体１０４のシェル構造を形成し得る。触媒担体シェルは、固体触媒担体粒子１１４と比較して、下流の処理、使用、またはこれらの両方の間に触媒１０１に加えられる応力および圧力に耐えることができない。
【００４３】
いくつかの実施形態では、第１の加熱ゾーン１２０は、複数の温度ゾーンを含んでもよい。温度ゾーンの各々は、異なる温度で動作し得る。例えば、２００℃〜８００℃の温度で動作される第１の温度ゾーンが、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を少なくとも部分的に乾燥または完全に乾燥させるために利用され得、８００℃〜１５００℃の温度で動作される第２の温度ゾーンが、触媒担体前駆体１０４を反応させるか、触媒担体前駆体１０４を結晶化させるか、またはこれらの両方を実施して、触媒担体粒子１１４を形成するために利用され得る。実施形態では、第１の加熱ゾーン１２０は、周囲圧力で動作され得る。
【００４４】
第１の加熱ゾーン１２０内でのエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の滞留時間は、完全に乾燥および反応した触媒担体粒子１１４を生成するために十分であり得る。いくつかの実施形態では、第１の加熱ゾーン１２０内でのエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の滞留時間は、０．１秒〜９秒であり得る。他の実施形態では、第１の加熱ゾーン１２０内でのエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の滞留時間は、０．１秒〜８秒、０．１秒〜６秒、０．１秒〜４秒、０．５秒〜９秒、０．５秒〜８秒、０．５秒〜６秒、０．５秒〜４秒、１秒〜９秒、１秒〜８秒、１秒〜６秒、１秒〜４秒、２秒〜９秒、２秒〜８秒、２秒〜６秒、または２秒〜４秒であり得る。滞留時間が不十分な期間である場合、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴が十分に乾燥せず、未反応のままになる場合があり、それにより、触媒担体粒子１１４が形成されない。逆に、滞留時間が長過ぎると、エネルギーが無駄になり、触媒担体粒子１１４は、炉壁に失われるか、または他の触媒担体粒子１１４との衝突に起因して粒径が過剰に大きく成長する場合がある。追加的に、滞留時間を短くし過ぎるか、第１の加熱ゾーン１２０の温度を上げ過ぎるか、またはこれらの両方などによって、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を急速に乾燥させることは、上記のように、固体触媒粒子１１４の代わりに、さらなる処理の下で崩壊し得る触媒担体シェルをもたらし得る。
【００４５】
第１の加熱ゾーン１２０内への、およびそこを通るエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の供給速度は、キャリアガス１１２の流量によって決定され得る。一般に、キャリアガス１１２の流量が速いほど、第１の加熱ゾーン１２０内へのエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の供給速度が高くなる。キャリアガス１１２の流量はまた、第１の加熱ゾーン１２０内のエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の滞留時間にも影響を及ぼし得る。キャリアガス１１２の流量を増加させることは、滞留時間を短縮させ得る。逆に、キャリアガス１１２の流量を減少させることは、滞留時間を増加させ得る。実施形態では、キャリアガス１１２の流量は、第１の加熱ゾーン１２０を通るエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴のエアロゾル化および流動化された流れを維持するために十分であり得るが、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の滞留時間が触媒担体粒子１１４を完全に形成するために十分ではなくなるほどではない。いくつかの実施形態では、キャリアガス１１２の流量は、０．１秒〜１０秒、０．１秒〜９秒、０．１秒〜８秒、０．１秒〜６秒、０．１秒〜４秒、０．５秒〜１０秒、０．５秒〜９秒、０．５秒〜８秒、０．５秒〜６秒、０．５秒〜４秒、１秒〜１０秒、１秒〜９秒、１秒〜８秒、１秒〜６秒、１秒〜４秒、２秒〜１０秒、２秒〜９秒、２秒〜８秒、２秒〜６秒、または２秒〜４秒の第１の加熱ゾーン１２０および第２の加熱ゾーン１３０内でのエアロゾル化された触媒担体粒子１１４の滞留時間を達成するために十分であり得る。エアロゾル化ユニットが１つまたは複数の超音波トランスデューサを含む実施形態について、キャリアガス１１２の流量は、トランスデューサあたり１．２５リットル／分（Ｌ／分）から３．７５Ｌ／分であり得る。代替的に、キャリアガス１１２の流量は、エアロゾル処理システム１００の機器（すなわち、第１の加熱ゾーン１２０、第２の加熱ゾーン１３０、エアロゾル化ユニット１１０など）のサイズに応じて、３．７５Ｌ／分超または１．２５Ｌ／分未満であり得る。
【００４６】
再び図１を参照すると、一度、触媒担体粒子１１４が形成されると、エアロゾル１１３は、キャリアガス１１２および触媒担体粒子１１４を含み得る。エアロゾル１１３は、次いで、触媒活性化合物が複数の触媒担体粒子１１４の表面上に堆積し得る第２の加熱ゾーン１３０に送られ得る。第２の加熱ゾーン１３０は、第１の加熱ゾーン１２０と直列であってもよく、これは、第２の加熱ゾーン１３０が第１の加熱ゾーン１２０の下流に位置付けられることを意味する。触媒担体粒子１１４は、キャリアガス１１２によって第２の加熱ゾーン１３０に送られ、そこを通過し得る。いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０は、第２の炉、より具体的には、第２の炉内の領域であり得る。代替的に、第２の加熱ゾーン１３０は、第１の加熱ゾーン１２０とは別の第１の炉の別の領域を含み得る。いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１２０は、第２の炉または第１の炉の別の領域を通って延在する反応管の第２の区分であり得る。第２の加熱ゾーン１３０では、触媒担体粒子１１４は、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６と接触し得る。エアロゾル処理システム１００および方法は、本開示では少なくとも第１の加熱ゾーン１２０および第２の加熱ゾーン１３０を有するものとして説明されているが、エアロゾル処理システム１００は、３つ以上の加熱ゾーンを有してもよいと考えられる。追加的に、第１の加熱ゾーン１２０、第２の加熱ゾーン１３０、またはこれらの両方は、異なる温度で独立して制御され得る複数の温度領域を含み得ることが考えられる。
【００４７】
図１に例示されるように、いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０は、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の供給源１３２を含み得る。図１に示される実施形態では、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の供給源１３２は、触媒活性化合物前駆体を含有する、るつぼまたは他の開口容器を含み得る。第２の加熱ゾーン１３０からの熱は、供給源１３２、および供給源１３２内に含有される触媒活性化合物前駆体に伝達され得る。第２の加熱ゾーン１３０からの熱は、触媒活性化合物前駆体を気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を形成し得る。代替的に、いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の供給源１３２は、第２の加熱ゾーン１３０とは無関係に加熱され得る。例えば、供給源１３２は、第２の加熱ゾーン１３０とは独立して制御され得る補助熱源を含み得る。触媒活性化合物前駆体は、例えば、蒸発、昇華、反応／分解、融解、またはこれらの組み合わせを介して気相に転換／気化し得る。触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、第２の加熱ゾーン１３０全体に分散し得る。実施形態では、触媒活性化合物前駆体を含む触媒活性化合物前駆体流１３４を供給源１３２に連続的に導入して、第２の加熱ゾーン１３０内での触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の連続発生を維持し得る。
【００４８】
触媒活性化合物前駆体１３４は、金属、金属塩、例えば、金属酸化物などの金属酸塩、他の触媒活性化合物前駆体、またはこれらの組み合わせを含み得る。触媒活性化合物前駆体１３４は、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を生成するために気化され得る任意の金属または金属酸化物であり得る。代替的に、触媒活性化合物前駆体１３４は、希釈剤に可溶化され、霧化またはエアロゾル化され得る、金属塩であってもよい。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物物前駆体１３４は、白金、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、クロム、他の金属、またはこれらの組み合わせなどの金属を含み得る。代替的に、触媒活性化合物前駆体１３４は、例えば、オキシメタレート前駆体などのメタレート前駆体を含んでもよい。メタレート前駆体の金属は、ＩＵＰＡＣ周期表の第６〜１０族からの１つ以上の金属を含み得る。いくつかの実施形態では、メタレート前駆体の金属は、モリブデン、レニウム、タングステン、マンガン、チタン、セリウム、またはこれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態では、メタレート前駆体は、タングステン酸塩、または酸化タングステン（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、他の酸化タングステン、もしくは酸化タングステンの組み合わせなどの酸化タングステンであり得る。タングステン酸塩の例としては、限定されるものではないが、メタタングステン酸アンモニウム（（ＮＨ４）６Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０）、タングステン酸、リンタングステン酸、タングステン酸ナトリウム、他のタングステン酸塩前駆体、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体１３４は、１５０℃〜１５００℃の温度でタングステンを含有する蒸気に気化または分解するタングステン含有化合物を含み得る。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体１３４は、タングステン金属、酸化タングステン（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、タングステン酸、タングステンリン酸、メタタングステン酸アンモニウム、オキシ塩化タングステン、六塩化タングステン、他のタングステン含有化合物、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含み得る。
【００４９】
触媒活性化合物前駆体は、第２の加熱ゾーン１３０内の触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の供給源１３２に連続的に導入され得る。第２の加熱ゾーン１３０は、触媒活性化合物前駆体を気化させて、第２の加熱ゾーン１３０内で触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を発生させるために十分な温度に維持され得る。いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０の温度は、第２の加熱ゾーン１３０内の触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の定常状態を維持するために十分な温度に維持され得る。いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０は、第２の加熱ゾーン１３０内の触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の温度が５０℃〜２０００℃であるように、５０℃〜２０００℃の温度に維持され得る。例えば、いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０は、５０℃〜１７００℃、５０℃〜１４５０℃、３００℃〜２０００℃、３００℃〜１７００℃、３００℃〜１４５０℃、６００℃〜２０００℃、６００℃〜１７００℃、または６００℃〜１４５０℃の温度で維持され得る。他の実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０は、６００℃〜１４００℃、６００℃〜１３５０℃、６００℃〜１３００℃、６００℃〜１２００℃、６００℃〜１１００℃、８００℃〜１４５０℃、８００℃〜１４００℃、８００℃〜１３５０℃、８００℃〜１３００℃、８００°〜Ｃ〜１２００℃、８００℃〜１１００℃、１０００℃〜１４５０℃、１０００℃〜１４００℃、１０００℃〜１３５０℃、１０００℃〜１３００℃、１０００℃〜１２００℃、１１００℃〜１４５０℃、または１２００℃〜１４５０℃の温度で維持され得る。実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０の温度は、触媒活性化合物前駆体１３４の気化速度を制御するために制御され得る。
【００５０】
いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０は、周囲圧力で動作され得る。代替的に、第２の加熱ゾーン１３０はまた、陽圧または真空下で動作され得る。第２の加熱ゾーン１３０内の触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の蒸気圧は、第２の加熱ゾーン１３０、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の供給源１３２、またはこれらの両方の温度を制御することによって制御され得る。触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の蒸気圧は、第２の加熱ゾーン１３０を通るキャリアガス１１２の流量を制御することによっても制御され得る。したがって、エアロゾル処理方法は、触媒活性化合物前駆体１３６の蒸気圧が、第２の加熱ゾーン１３０内で部分真空を適用することによって長期間にわたって高レベルに維持されることを必要としない場合がある。
【００５１】
実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０内の触媒担体粒子１１４の滞留時間は、第２の加熱ゾーン１３０内での気相への触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の定常状態気化を維持するために十分であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０内での触媒担体粒子１１４の滞留時間は、触媒活性化合物前駆体１３４が供給源１３２から均一に気化し、第２の加熱ゾーン１３０を通って分散することを可能にするために十分であり得る。いくつかの実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０内での触媒担体粒子１１４の滞留時間は、０．１秒〜１０秒であり得る。他の実施形態では、第２の加熱ゾーン１３０内での触媒担体粒子１１４の滞留時間は、０．１秒〜９秒、０．１秒〜８秒、０．１秒〜６秒、０．１秒〜４秒、０．５秒〜１０秒、０．５秒〜９秒、０．５秒〜８秒、０．５秒〜６秒、０．１秒〜０．４秒、１秒〜１０秒、１秒〜９秒、１秒８秒まで、１秒〜６秒、１秒〜４秒、２秒〜１０秒、２秒〜９秒、２秒〜８秒、２秒〜６秒、または２秒〜４秒であり得る。
【００５２】
触媒担体粒子１１４は、第２の加熱ゾーン１３０内で触媒活性化合物前駆体蒸気１３６と接触し得る。第２の加熱ゾーン１３０を出ると、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６および触媒担体粒子１１４は、冷却され得る。いくつかの実施形態では、触媒担体粒子１１４および触媒活性化合物前駆体蒸気１３６のエアロゾル化された流れは、２０℃〜１２０℃の温度などの１２０℃未満の温度まで、制御された速度で冷却され得る。触媒担体粒子１１４および触媒活性化合物前駆体蒸気１３６のエアロゾル化された流れの所望される冷却速度は、第２の加熱ゾーン１３０内の材料の滞留時間を変更することによって、または第２の加熱ゾーン１３０と分離器１４０との間の距離を変えることによって達成され得る。追加的に、触媒担体粒子１１４および触媒活性化合物前駆体蒸気１３６のエアロゾル化された流れの冷却速度は、ファンまたは熱交換器を使用するか、または断熱材を変えることによって制御され得る。さらに、触媒担体粒子１１４および触媒活性化合物前駆体蒸気１３６のエアロゾル化された流れの冷却速度は、分離器１４０の温度を制御することによって制御され得る。
【００５３】
触媒活性化合物前駆体蒸気１３６が冷却されると、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６が凝縮し得る。上記のように、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、触媒担体粒子１１４の表面上に、または触媒担体粒子１１４の表面上に事前に凝縮された触媒活性化合物上に、直接凝縮し得る。いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、触媒担体粒子１１４の外面上、および、例えば、触媒担体粒子１１４の多孔質領域などの、ガスおよび蒸気にアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上で凝縮し得る。代替的または追加的に、いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、それ自体に凝縮して（均一核生成）、触媒活性化合物のクラスタまたは粒子を作成し、次いで、触媒担体粒子１１４に拡散し、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積し得る。触媒活性化合物のクラスタまたは粒子は、触媒担体粒子１１４の外面上に、ならびに気体および蒸気にアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に堆積し得る。
【００５４】
触媒活性化合物前駆体蒸気１３４の凝縮は、触媒担体粒子１１４上に堆積した触媒活性化合物の個々の原子、分子、クラスタ、または粒子を有する触媒１０１の形成を結果的にもたらす。触媒活性化合物の個々の原子、分子、クラスタ、または粒子は、ガスおよび蒸気にアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に堆積し得る。例えば、触媒活性化合物は、触媒担体粒子１１４の最外面上、触媒担体粒子１１４の外面と流体連通する触媒担体粒子１１４の外側部分の細孔の壁上、またはこれらの両方に堆積し得る。触媒担体粒子１１４の内部部分は、触媒活性化合物を実質的に含まない場合がある。本開示で使用される場合、ある構成要素を「実質的に含まない」という用語は、触媒、流れ、または反応ゾーンの特定の部分において、その構成要素が０．１重量％未満であることを意味する。例えば、触媒担体粒子１１４の内部部分は、触媒１０１の総重量に基づいて、０．１重量％未満の触媒活性化合物を有し得る。触媒担体粒子１１４の内部部分は、ガスおよび蒸気にアクセス不能である触媒担体粒子１１４の部分を指す。例えば、触媒担体粒子１１４の内部は、触媒担体粒子１１４の固体部分と、触媒担体粒子１１４の外面と流体連通していない触媒担体粒子１１４の内部細孔と、を含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、結果的に得られる触媒１０１の粒子は、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上のみに堆積した１００％の触媒活性化合物を有し得、表面は、触媒担体粒子１１４の最外面、触媒担体粒子１１４の外面と流体連通する触媒担体粒子１１４の外側部分の中の細孔の壁、またはこれらの両方を含み得る。触媒活性化合物は、触媒１０１の粒子に十分な触媒活性を提供するために、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の十分な表面上に堆積し得る。しかしながら、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の過大なパーセンテージに対して触媒活性化合物を堆積させることは、触媒活性化合物がより大きいクラスタまたは凝集体を形成し、これは、触媒１０１の粒子の触媒活性を低下させ得る。いくつかの実施形態では、触媒１０１の粒子は、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の１％以上、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の５％以上、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の１０％以上、またはさらに蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の２０％以上に対して堆積した触媒活性化合物を有し得る。他の実施形態では、触媒１０１の粒子は、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の５０％以下、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の４０％以下、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の３０％以下、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の２０％以下、またはさらに蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の１０％以下に対して堆積した触媒活性化合物を有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、触媒１０１の粒子は、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の１％〜４０％、１％〜３０％、１％〜２０％、１％〜１０％、１％〜５％、５％〜５０％、５％〜４０％、５％〜３０％、５％〜２０％、５％〜１０％、１０％〜５０％、１０％〜４０％、１０％〜３０％、１０％〜２０％、２０％〜５０％、２０％〜４０％、または２０％〜３０％などの、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面の１％〜５０％に対して堆積した触媒活性化合物を有し得る。
【００５６】
結果的に得られる触媒１０１の粒子は、湿式含浸方法または他の同様の方法によって合成された従来の触媒と比較して、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に、より分散されるか、よりクラスタ化されないか、またはこれらの両方である触媒活性化合物を有し得る。本開示で使用される際、「分散される」という用語は、より大きいクラスタおよび凝集体に濃縮されることと比較して、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に触媒活性化合物が広がることを指す。例えば、「最も分散された」状態は、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の分子の単層を含むことになる。
【００５７】
触媒活性化合物が蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に分散される程度は、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の平均粒径を決定することによって評価され得る。触媒活性化合物の平均粒径は、本開示で後に論じられる小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）を使用して決定され得る。蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物に関して本開示に使用される際、「平均粒径」は、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物の結晶、クラスタ、または凝集体の平均半径を指す。平均粒径は、触媒担体粒子の表面上に単一原子または単一分子として堆積した触媒活性化合物の単一原子および単一分子の半径を含む。一般に、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の平均粒径が小さいほど、触媒活性化合物は、より分散され、触媒活性化合物は、よりクラスタ化されなくなる。触媒活性化合物のより大きい平均粒径は、堆積プロセスが、より大きいサイズの結晶、クラスタ、または凝集体への触媒活性化合物の追加のクラスタ化または凝集を結果的にもたらしたことを示し、これは、触媒活性化合物が蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に分散される程度を低下させ得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の平均粒径は、湿式含浸または他の従来のプロセスによって触媒担体粒子１１４上に堆積した触媒活性化合物の平均粒径未満であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の平均粒径（平均半径）は、２．５ナノメートル（ｎｍ）以下、２ｎｍ以下、１．５ｎｍ以下、または１ｎｍ以下であり得る。他の実施形態では、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の平均粒径は、触媒活性化合物の単一原子の原子半径以上、または触媒活性化合物の単一分子の分子半径以上であり得る。いくつかの実施形態では、蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の平均粒径は、０．１ｎｍ〜２．５ｎｍ、０．１ｎｍ〜２ｎｍ、０．１ｎｍ〜１．５ｎｍ、０．１ｎｍ〜１ｎｍ、０．１ｎｍ〜０．５ｎｍ、０．５ｎｍ〜２．５ｎｍ、０．５ｎｍ〜２ｎｍ、０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ、０．５ｎｍ〜１ｎｍ、１ｎｍ〜２．５ｎｍ、１ｎｍ〜２ｎｍ、または１ｎｍ〜１．５ｎｍであり得る。
【００５９】
触媒活性化合物の平均結晶サイズは、４５キロボルト（ｋＶ）および６５０マイクロオングストローム（μＡ）で動作するＸ線源を有するＢｒｕｋｅｒ  ＮＡＮＯＳＴＡＲ（商標）小角Ｘ線散乱システムを使用して、触媒活性化合物の結晶および／または凝集体の平均半径を測定する、ＳＡＸＳ方法を使用して決定され得る。サンプルは、外径１．５ミリメートル（ｍｍ）、長さ８０ｍｍ、壁厚０．０１ｍｍの石英毛細管に配置される。石英毛細管は、Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｓｕｐｐｅｒ  Ｃｏ．，ｏｆ  Ｎａｔｉｃｋ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，ＵＳＡから入手され得る。サンプルを毛細管内に配置した後、毛細管は、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｆａｉｒｌａｗｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ，ＵＳＡから入手可能なＣＲＹＴＯＳＥＡＬ（商標）、およびＴｅｄ  Ｐｅｌｌａ，Ｒｅｄｄｉｎｇ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，ＵＳＡから入手可能なホットメルト接着剤を用いて密閉される。密閉された各石英毛細管は、サンプルチャンバ内の毛細管をビームに対して直立かつ直交して配向するサンプルマウントに配置される。サンプルチャンバは、真空下に配置されて、空気からの寄生散乱を排除する。２次元強度データが、３０分間の窓にわたって散乱Ｘ線強度を平均化することによって収集される。
【００６０】
強度パターンは、適切なブランクおよび対照サンプルデータを使用し、ガラス状炭素の透過値を０．１４００と仮定して、方位角で平均化され、バックグラウンドおよび間接透過に対して補正される。散乱データ曲線は、最初にＰｏｒｏｄ解析を使用して近似され、粒径の第１の近似値を提供する。直接近似が、次いで、０．１３５７／オングストローム（Å−１）〜０．３０１５４Å−１の範囲にわたってＢｒｕｋｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃ．ＳＡＸＳソフトウェアを使用して、多分散球体に対する理論的な散乱関数を用いて実施される。粒子の粒径および粒径分布は、粒子間の関連する相互作用がないと仮定して、コア半径の対数正規分布を仮定して決定される。ダイレクトモデリングの結果は、３つの別個のブラインド、独立近似を介して複製され、これらの近似からの極値結果は、粒子半径に関して報告される範囲を生成するために使用される。ＳＡＸＳ方法は、Ｗｏｊｃｉｅｃｈ，Ｓｚｃｚｅｒｂａ  ｅｔ  ａｌ．，“ＳＡＸＳ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−ａｎｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｒｅ  Ｉｒｏｎ  Ｏｘｉｄｅ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，”Ｊ  Ａｐｐｌ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒ．２０１７  Ａｐｒ  １；５０（Ｐｔ  ２）：４８１−４８８（Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｏｎｌｉｎｅ  ２０１７  Ｍａｒ  １４）にさらに説明される。他の方法および技術が、触媒活性化合物の平均粒径を決定するために使用され得ることが理解される。
【００６１】
代替的に、触媒活性化合物が蒸気およびガスにアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面上に分散される程度は、触媒１０１の粒子のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを解析することによって評価され得る。図８を参照すると、ＸＲＤパターン８０２は、湿式含浸方法によって触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物として酸化タングステンを有する従来の湿式含浸された触媒に関して示されている。図８に示されるように、従来の湿式含浸された触媒のＸＲＤパターン８０２は、約２２度（°）に等しい２シータ（２Θ）での主要ピーク８０６、ならびに、２Θ＝約３０°〜２Θ＝約６０°のいくつかの二次ピーク８０８、８１０、８１２および８１４を含む、バックグラウンドピークを呈する。本開示に使用される際、ＸＲＤパターンの「主要ピーク」という用語は、主要ピークよりも低い強度を有する１つ以上の「二次ピーク」と比較して最大強度を有するピークを指す。ピーク８０６、８０８、８１０、８１２および８１４は、従来の湿式含浸された触媒の表面上の酸化タングステン触媒活性化合物の結晶化度を示す。結晶化度は、酸化タングステン触媒活性化合物が、触媒担体粒子１１４の表面上でだんだん大きいクラスタおよび結晶を形成している可能性があることを示す。
【００６２】
図８はまた、本開示に説明されているエアロゾル処理方法によって触媒担体粒子１１４上に堆積した触媒活性化合物として酸化タングステンを有する触媒１０１のＸＲＤパターン８０４を示す。エアロゾル処理によって作製された触媒１０１のＸＲＤパターン８０４は、２Θ＝約２２度で単一の広い特性ピーク８２０を呈する。上記のように、２Θ＝約２２度の単一の広い特性ピーク（主要ピーク）は、アモルファス材料を示している。しかしながら、上記の従来の湿式含浸触媒のＸＲＤパターン８０２とは対照的に、エアロゾル処理方法によって調製された触媒１０１のＸＲＤパターン８０４は、２Θで３０度よりも大きい二次ピークを呈さない。触媒１０１のＸＲＤパターン８０４は、単一の特性ピーク８２０を呈し、１つ以上の二次ピークを含まない。したがって、ＸＲＤパターン８０４は、担体材料または酸化タングステン触媒活性化合物のいずれか一方のいかなる結晶化度の程度も示さない。これは、エアロゾル処理方法によって調製された触媒１０１の結晶化度のレベルが、従来の湿式含浸触媒の結晶化度のレベルと比較して存在せず、触媒担体材料の幅広いアモルファスピークを超えてＸＲＤによって検出することができないことを示している。触媒のＸＲＤパターン内の二次ピークの存在は、触媒活性化合物の結晶化度がより大きく、触媒活性化合物が触媒担体粒子１１４の表面上に分散される程度がより低いことを示している。いくつかの実施形態では、触媒１０１は、二次ピークを欠くＸＲＤパターンを有し得る。いくつかの実施形態では、触媒１０１は、２Θ＝１５度〜２Θ＝６０度の範囲内の単一の特性ピーク８２０からなるＸ線回折パターンを有し得る。この特性ピーク８２０は、アモルファス特性であり、触媒１０１のいかなる結晶化度にも起因しない。
【００６３】
触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の凝縮は、触媒担体粒子１１４および触媒活性化合物前駆体蒸気１３６が第２の加熱ゾーン１３０を出る際の冷却から結果的に生じる触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の温度の低下を通じて起こり得る。キャリアガス１１２の流量は、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の冷却速度、したがって、凝縮速度に影響を与え得る。いくつかの実施形態では、キャリアガス１１２の流量は、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の冷却速度を制御するために制御され得る。追加的に、触媒担体粒子１１４または触媒活性化合物のクラスタもしくはナノ粒子の曲率は、触媒担体粒子１１４または触媒活性化合物のクラスタ／ナノ粒子の近傍で局所的に触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の蒸気圧を低下させ、それによって、冷却から結果的に生じる凝縮と比較して、より高い温度で触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の凝縮を生じさせ得る。したがって、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の凝縮は、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６が第２の加熱ゾーン１３０を出る前に、第２の加熱ゾーン１３０内のより高い温度で起こり得る。
【００６４】
触媒担体粒子１１４の表面上に凝縮される触媒活性化合物の量は、第２の加熱ゾーン１３０の温度、触媒活性化合物前駆体の供給源１３２の温度、またはこれらの両方を制御することによるなどの、触媒担体材料１１４の濃度、第２の加熱ゾーン１３０内の触媒活性化合物前駆体の選択および温度を制御することによって制御され得る。第２の加熱ゾーン１３０、供給源１３２、またはこれらの両方の温度を制御することは、触媒活性化合物前駆体の気化速度に影響を与える。触媒担体粒子１１４の表面上に凝縮された触媒活性化合物の量はまた、第２の加熱ゾーン１３０を通るエアロゾル１１３の流量、触媒担体前駆体混合物１０８中の触媒担体前駆体１０４の濃度、触媒担体粒子１１４の粒径、堆積中のエアロゾル１１３の温度、および分離器１４０でのエアロゾルの最終温度、エアロゾル１１３中の触媒担体粒子１１４の濃度、またはこれらの組み合わせを制御することによって制御され得る。
【００６５】
触媒担体粒子の表面上への触媒活性化合物の堆積速度はまた、第２の加熱ゾーン１３０内の触媒活性化合物前駆体の温度、第２の加熱ゾーン１３０内の触媒活性化合物前駆体の供給源１３２の位置、エアロゾル処理システム１００を通るエアロゾル１１３の流量、触媒担体前駆体混合物１０８中の触媒担体前駆体１０４の濃度、第２の加熱ゾーン１３０の出口での冷却速度、エアロゾル１１３中の触媒担体粒子１１４の濃度、エアロゾル１１３中の触媒担体粒子１１４の粒径、またはこれらの組み合わせを制御することによっても制御され得る。
【００６６】
いくつかの実施形態では、触媒活性化合物前駆体１３４は、第２の加熱ゾーン１３０内で分解して、触媒担体粒子１１４の表面上に触媒活性化合物を堆積させ得るガスであり得る。これらの実施形態では、触媒活性化合物前駆体ガスは、第２の加熱ゾーン１３０に直接導入され得る。第２の加熱ゾーン１３０からの熱は、触媒活性化合物前駆体ガスを分解させて、触媒活性化合物を生成し得、触媒活性化合物は、次いで、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積し得る。
【００６７】
触媒１０１は、所望されるレベルの触媒活性を触媒１０１に提供するために十分な、触媒１０１の表面上に堆積した触媒活性化合物の量を有し得る。いくつかの実施形態では、触媒１０１は、触媒１０１の粒子の総重量に基づいて、０．０００２重量％〜２０重量％の触媒活性化合物を有し得る。他の実施形態では、触媒１０１は、触媒の総重量に基づいて、０．０００２重量％〜１０重量％、０．０００２重量％〜５重量％、０．０００２重量％〜１重量％、０．０００２重量％〜０．５重量％、０．００１重量％〜２０重量％、０．００１重量％〜１０重量％、０．００１重量％〜５重量％、０．００１重量％〜１重量％、０．００１重量％〜０．５重量％、０．０１重量％〜２０重量％、０．０１重量％〜１０重量％、０．０１重量％〜５重量％、０．０１重量％〜１重量％、０．０１重量％〜０．５重量％、０．１重量％〜２０重量％、０．１重量％〜１０重量％、０．１重量％〜５重量％、０．１重量％〜１重量％、０．１重量％〜０．５重量％、０．５重量％〜２０重量％、０．５重量％〜１０重量％、０．５重量％〜５重量％、０．５重量％〜１重量％、１重量％〜２０重量％、１重量％〜１０重量％、または１重量％〜５重量％の触媒活性化合物を有し得る。いくつかの実施形態では、触媒１０１は、触媒１０１の粒子の総重量に基づいて、１０重量％以下、５重量％以下、１重量％以下、０．５重量％以下、またはさらに０．４重量％以下の触媒活性化合物を有し得る。
【００６８】
実施形態では、エアロゾル処理システム１００は、キャリアガス１１２から触媒１０１を分離し、触媒１０１を収集するための分離器１４０を含む。キャリアガス１１２およびキャリアガス１１２中に同伴された触媒１０１の粒子は、第２の加熱ゾーン１２０から出て分離器１４０内に入る。触媒１０１を合成する方法は、キャリアガス１１２から触媒１０１を分離することと、触媒１０１を収集することと、を含む。いくつかの実施形態では、キャリアガス１１２は、さらなる処理なしで分離器１４０から大気に送られ得る。代替的に、分離器を出るキャリアガス１１２は、さらに処理されて、例えば、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６、触媒担体前駆体混合物からの有機溶媒、または他の汚染物質などの、プロセスの残留成分を回収してもよい。いくつかの実施形態では、分離器１４０から出たキャリアガス１１２は、塩素含有化合物を実質的に含まない。一例として、分離器１４０を出るキャリアガス１１２は、０．１重量％未満の塩素含有化合物を有し得る。
【００６９】
いくつかの実施形態では、分離器１４０は、サイクロン分離器、電気集塵機、または第２の加熱ゾーン１３０を出るキャリアガス１１２の流れから触媒１０１を分離するために使用されるフィルタであってもよい。例示的なフィルタは、０．０１マイクロメートル（μｍ）の粒子の捕捉に所望される効率を有するように構成されたポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いて結合されたホウケイ酸繊維を含み得る。別の例示的なフィルタは、より高い動作温度に耐え得る無機樹脂を用いて結合された石英から構成されてもよい。フィルタはまた、市販のバッグハウスフィルタ材料で構成されてもよい。フィルタを選択する際、触媒１０１の粒子を十分に収集するためのフィルタの孔径を、フィルタが触媒１０１の粒子を収集する際に収集に好適な温度で結果的に生じる圧力上昇とバランスさせることが望ましい。フィルタが詰まり始め、粒子ケーキが形成すると、フィルタは、より効率的なフィルタになり、圧力が上昇し始める。動作中、結果的に生じる圧力上昇は、フィルタ内に収集された触媒１０１の量の指標として使用され得る。追加的に、フィルタ材料は、フィルタ材料が燃焼することを防止するために、第２の加熱ゾーン１３０を出るエアロゾル１１３の温度以上の温度で温度安定であり得る。
【００７０】
上記のように、図１は、触媒活性化合物前駆体１３４の供給源１３２を第２の加熱ゾーン１３０に位置付けることと、触媒活性化合物前駆体１３４を第２の加熱ゾーン１３０内で気化させることとによる、触媒活性化合物前駆体１３４の気化を例示している。代替的に、図２〜６に示されるように、エアロゾル処理システムの他の実施形態は、触媒活性化合物前駆体１３４または触媒活性化合物を第２の加熱ゾーン１３０に提供する代替的な方法を利用し得る。
【００７１】
ここで図２を参照すると、エアロゾル処理システム２００は、第３の加熱ゾーン２２０を含み得、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の供給源１３２は、第３の加熱ゾーン２２０内に位置付けられ得る。エアロゾル処理システム２００はまた、図１のエアロゾル処理システム１００について既に説明された、容器１０２、エアロゾル化ユニット１１０、第１の加熱ゾーン１２０、第２の加熱ゾーン１３０、および分離器１４０を含み得る。図２に示されるように、エアロゾル処理システム２００の第３の加熱ゾーン２２０は、第１の加熱ゾーン１２０に対して並列であり得、第２の加熱ゾーン１３０の上流にあり得る。いくつかの実施形態では、第３の加熱ゾーン２２０は、第３の炉、より具体的には、第３の炉内の領域であり得る。
【００７２】
図２では、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の供給源１３２は、触媒活性化合物前駆体を含有する、るつぼまたは他の開口容器を含み得る。第３の加熱ゾーン２２０からの熱は、供給源１３２、および供給源１３２内に含有される触媒活性化合物前駆体に伝達され得る。第３の加熱ゾーン２２０からの熱は、触媒活性化合物前駆体を気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を形成し得る。代替的に、いくつかの実施形態では、供給源１３２は、第３の加熱ゾーン２２０とは無関係に加熱され得る。触媒活性化合物前駆体は、例えば、蒸発、昇華、反応／分解、融解、またはこれらの組み合わせを介して気相に転換／気化し得る。実施形態では、触媒活性化合物前駆体を含む触媒活性化合物前駆体流１３４を供給源１３２に連続的または周期的に導入して、第３の加熱ゾーン２２０内での触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の連続発生を維持し得る。
【００７３】
キャリアガス２１２は、第３の加熱ゾーン２２０に導入されて、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を第２の加熱ゾーン１３０に運び得る。キャリアガス２１２は、キャリアガス１１２について既に説明されたキャリアガスのいずれかであり得る。キャリアガス２１２は、キャリアガス１１２と同じであってもよく、またはキャリアガス１１２と異なってもよい。流れ２３６は、キャリアガス２１２によって運ばれる触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を含み得、第３の加熱ゾーン２２０から出され得る。いくつかの実施形態では、流れ２３６は、第２の加熱ゾーン１３０の上流の第１の加熱ゾーン１２０から出るエアロゾル１１３と組み合わせられ得る。これらの実施形態では、エアロゾル１１３とストリーム２３６とが混合され、流れ２３６中の触媒活性化合物前駆体蒸気１３６、およびエアロゾル１１３は、第２の加熱ゾーン１３０に送られる前に接触する。代替的に、エアロゾル１１３および流れ２３６は、個別に第２の加熱ゾーン１３０に送られてもよい。これらの実施形態では、エアロゾル１１３と流れ２３６中の触媒活性化合物前駆体蒸気１３６とが混合され、第２の加熱ゾーン１３０内で接触する。第２の加熱ゾーン１３０を出ると、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、本開示で既に説明されたように凝縮して、触媒１０１の表面上に堆積した触媒活性化合物を有する触媒１０１を生成する。
【００７４】
代替的に、いくつかの実施形態では、流れ２３６は、第３の加熱ゾーン２２０を出ると冷却されて、流れ２３６中の触媒活性化合物前駆体蒸気１３６から触媒活性化合物のナノ粒子を生成し得る。触媒活性化合物ナノ粒子は、次いで、エアロゾル１１３と組み合わせられ得る。触媒活性化合物ナノ粒子は、第２の加熱ゾーン１３０内でエアロゾル１１３の触媒担体粒子１１４と衝突して、触媒１０１の表面上に堆積した触媒活性化合物ナノ粒子を含む触媒１０１を形成し得る。
【００７５】
図３を参照すると、他の実施形態では、エアロゾル処理システム３００は、補助容器３０２および補助エアロゾル化ユニット３１０を含み得る。エアロゾル処理システム３００はまた、図１のエアロゾル処理システム１００に関して既に説明された、容器１０２、エアロゾル化ユニット１１０、第１の加熱ゾーン１２０、第２の加熱ゾーン１３０、および分離器１４０を含む。図３のエアロゾル処理システム３００では、触媒活性化合物前駆体３０４は、補助容器３０２内の希釈剤３０６と組み合わせられて、触媒活性化合物前駆体混合物３０８を生成し得る。触媒活性化合物前駆体３０４は、触媒活性化合物前駆体に関して既に説明された材料のいずれかを含み得る。追加的に、補助希釈剤３０６および補助キャリアガス３１２は、それぞれ、希釈剤１０６およびキャリアガス３１２に関して上記に説明された材料のいずれかであり得る。
【００７６】
触媒活性化合物前駆体混合物３０８は、補助エアロゾル化ユニット３１０に送られ得る。補助エアロゾル化ユニット３１０は、エアロゾル化ユニット１１０に関して既に説明されたデバイスのいずれかであり得る。補助エアロゾル化ユニット３１０は、補助キャリアガス３１２を用いて触媒活性化合物前駆体混合物３０８をエアロゾル化して、エアロゾル化された触媒活性化合物前駆体混合物３０８の液滴および補助キャリアガス３１２を含む触媒前駆体エアロゾル３１３を生成し得る。いくつかの実施形態では、触媒前駆体エアロゾル３１３は、図３に示されるように、第１の加熱ゾーン１２０を出るエアロゾル１１３と組み合わせられて、第２の加熱ゾーン１３０の上流に組み合わせられたエアロゾル流３１４を形成し得る。組み合わせられたエアロゾル流３１４は、次いで、第２の加熱ゾーン２２０に送られ得る。代替的に、他の実施形態では、触媒前駆体エアロゾル３１３およびエアロゾル１１３は、独立して第２の加熱ゾーン１２０に送られ、次いで、第２の加熱ゾーン１２０内で組み合わせられ得る。触媒前駆体エアロゾル３１３は、第２の加熱ゾーン１３０で反応、乾燥、またはこれらの両方を実施されて、触媒活性化合物の複数の固体粒子を形成し得、触媒活性化合物の複数の固体粒子は、次いで、エアロゾル１１３と衝突して、エアロゾル１１３上に堆積して、触媒１０１を形成し得る。追加的に、触媒前駆体エアロゾル３１３は、反応、乾燥、またはこれらの両方の実施前にエアロゾル１１３と衝突して、固体および液体材料の両方を含有する組み合わせられたエアロゾル流３１４を形成してもよい。第２の加熱ゾーン１３０内に導入されると、第２の加熱ゾーン１３０内のより高い温度は、エアロゾル１１３の触媒担体粒子１１４上および周囲で触媒前駆体エアロゾル３１３を反応、乾燥、またはこれらの両方を実施させて、触媒１０１を生成し得る。
【００７７】
図４を参照すると、図１のエアロゾル処理システム１００に関して既に説明された、容器１０２、エアロゾル化ユニット１１０、第１の加熱ゾーン１２０、第２の加熱ゾーン１３０、および分離器１４０を含む、エアロゾル処理システム４００が図示されている。図４に示されるように、エアロゾル処理システム４００は、補助容器４０２、補助容器４０２の下流に位置付けられた補助エアロゾル化ユニット４１０、および補助エアロゾル化ユニット４１０の下流の第３の加熱ゾーン４２０をさらに含み得る。補助容器４０２、補助エアロゾル化ユニット４１０、および第３の加熱ゾーン４２０は、容器１０２、エアロゾル化ユニット１１０、および第１の加熱ゾーン１２０に対して並列であり得る。触媒活性化合物前駆体１３４は、補助容器４０２内の補助希釈剤４０６と組み合わせられて、触媒活性化合物前駆体混合物４３５を生成し得る。補助希釈剤４０６は、希釈剤１０６について既に説明された材料のいずれかであり得る。
【００７８】
触媒活性化合物前駆体混合物４３５および補助キャリアガス４１２は、補助エアロゾル化ユニット４１０に導入され得る。補助キャリアガス４１２は、キャリアガス１１２について既に説明された材料のいずれかであり得る。いくつかの実施形態では、補助キャリアガス４１２は、キャリアガス１１２と同じ材料であり得る。触媒活性化合物前駆体混合物４３５は、補助エアロゾル化ユニット４１０でエアロゾル化されて、触媒活性化合物前駆体混合物４３５の液滴および補助キャリアガス４１２を含む触媒活性化合物前駆体エアロゾル４０９を生成し得る。触媒活性化合物前駆体エアロゾル４０９は、第３の加熱ゾーン４２０に送られて、そこを通過し得る。第３の加熱ゾーン４２０では、触媒活性化合物前駆体エアロゾル４０９は、乾燥、反応、または分解して、補助キャリアガス４１２内でエアロゾル化された複数の触媒活性化合物粒子４１４を生成し得る。エアロゾル４１３は、補助キャリアガス４１２内でエアロゾル化された触媒活性化合物粒子４１４を含み得る。
【００７９】
エアロゾル４１３は、第２の加熱ゾーン１３０の上流または第２の加熱ゾーン１３０内でエアロゾル１１３と組み合わせられ得る。エアロゾル４１３の触媒活性化合物粒子４１４は、第２の加熱ゾーン１３０内でエアロゾル１１３の触媒担体粒子１１４と接触し得、これは、触媒活性化合物粒子４１４を触媒担体粒子１１４の表面上に堆積させて、触媒１０１を生成し得る。したがって、触媒活性化合物粒子４１４および触媒担体粒子１１４は、独立して形成され、次いで、組み合わせられて、触媒担体粒子１１４の表面上に触媒活性化合物粒子４１４を堆積する。
【００８０】
ここで図５を参照すると、触媒１０１を合成するための別の代替的なエアロゾル処理システム５００が図示されている。図５のエアロゾル処理システム５００は、触媒担体前駆体１０４、希釈剤１０６、および任意選択的にドーパントから触媒担体前駆体混合物１０８を調製するための容器１０２を含み得る。エアロゾル処理システム５００は、エアロゾル化ユニット１１０および連続エアロゾル流合成反応器５１０をさらに備え得る。連続エアロゾル流合成反応器５１０は、反応管５１４を含み得る。反応管５１４は、例えば、第１の炉５２０および第２の炉５３０などの１つまたは複数の加熱要素を通って延在し得る。反応管５１４の区分を加熱するために、抵抗加熱要素などの他の加熱要素も想到される。反応管５１４の一部分は、触媒活性前駆体で慣らされ得る。本開示に使用される際、「慣らす」という用語は、反応管５１４の内面５１８（図６）上で触媒活性化合物前駆体の層５１６を堆積させるために、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６（図６）を用いてエアロゾル流合成反応器５１０の反応管５１４を前処理するプロセスを指す。図６は、反応管５１４の内面５１８上に堆積した触媒活性化合物前駆体の層５１６を有する反応管５１４の断面を例示している。再び図５を参照すると、いくつかの実施形態では、反応管５１４は、少なくとも、第１の加熱ゾーン５２２および第２の加熱ゾーン５３２を含み得、触媒活性化合物前駆体の層５１６は、反応管５１４の第２の加熱ゾーン５３２内の反応管５１４の内面５１８上に堆積し得る。
【００８１】
図５および６を参照すると、動作中、触媒担体前駆体１０４および希釈剤１０６、さらにいずれかの任意選択のドーパントは、容器１０２内で組み合わせられて混合されて、触媒担体前駆体混合物１０８を形成する。触媒担体前駆体混合物１０８は、次いで、連続エアロゾル流合成反応器５１０に送られる。連続エアロゾル流合成反応器５１０では、触媒担体前駆体混合物１０８は、エアロゾル化されて、キャリアガス１１２中に分散された触媒担体前駆体混合物１０８の複数の液滴を含む、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９を形成する。キャリアガス１１２は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴を同伴し、エアロゾル化触媒担体前駆体混合物１０９を連続エアロゾル流合成反応器５１０の反応管５１４を通して運ぶ。第１の加熱ゾーン５２２では、反応管５１４が加熱される。熱は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴から希釈剤を乾燥させるか、触媒担体前駆体１０４を反応させるか、またはこれらの両方を実施して、触媒担体粒子１１４を形成する。触媒担体粒子１１４は、キャリアガス１１２によって第２の加熱ゾーン５３２を通って運ばれる。第２の加熱ゾーン５３２は、加熱されて、触媒活性化合物前駆体の層５１６内の触媒活性化合物前駆体を気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６（図６）を形成する。触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、反応管５１４の第２の加熱ゾーン５３２全体に分散する。キャリアガスによって運ばれた触媒担体粒子１１４は、触媒担体粒子１１４が触媒活性化合物前駆体蒸気１３６と接触する第２の加熱ゾーン５３２を通過する。触媒活性化合物前駆体蒸気１３６は、触媒担体粒子１１４の表面上で凝縮して、触媒担体粒子１１４上に堆積した触媒活性化合物の層を含む触媒１０１を形成する。触媒１０１は、次いで、連続エアロゾル流合成反応器２１０の下流の分離器１４０内でキャリアガス１１２から分離され得る。
【００８２】
触媒を生成する方法は、触媒活性化合物前駆体を用いて、第２の炉を通って延在する反応管５１４を慣らすことを含み得る。反応管５１４を慣らすことは、触媒活性化合物前駆体を気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気を形成することと、反応管５１４の内面５１８上に触媒活性化合物前駆体蒸気を凝縮して、反応管５１４の内面５１８上で触媒活性化合物前駆体の層５１６を形成することと、を含み得る。方法は、反応管５１４を加熱して、反応管５１４の内面５１８から触媒活性化合物前駆体を再気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を生成することと、複数の触媒担体粒子１１４が触媒活性化合物前駆体蒸気１３６と接触する反応管５１４を通して複数の触媒担体粒子１１４を送ることと、触媒担体粒子１１４の表面上で触媒活性化合物前駆体蒸気１３６を凝縮することと、をさらに含み得る。
【００８３】
図１〜５に関して上述されたように、エアロゾル処理方法によって形成された触媒１０１は、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物の個々の原子、分子、クラスタまたは粒子を有する。エアロゾル処理方法を使用して堆積すると、この触媒活性化合物の層は、触媒担体粒子１１４に完全にまたは少なくとも部分的に埋め込まれるのではなく、気体反応物にアクセス可能である触媒担体粒子１１４の表面に濃縮される。したがって、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積した触媒活性化合物は、従来の方法で調製された触媒と比較して非常に活性が高い。これは、エアロゾル処理方法を使用して形成された触媒１０１が、より少ない触媒活性化合物を有するが、例えば、湿式含浸によって調製された触媒などの従来の方法で調製された触媒に対して同等以上の触媒活性を提供することを可能にする。いくつかの実施形態では、エアロゾル処理方法を使用して形成された触媒１０１は、触媒担体粒子全体に分散された触媒活性化合物を有する従来の方法で調製された触媒と比較して、５０％以下の触媒活性化合物を有し得る。他の実施形態では、エアロゾル処理方法を使用して形成された触媒１０１は、触媒担体粒子全体に分散された触媒活性化合物を有する従来の方法で調製された触媒と比較して、２５％以下、２０％以下、１５％以下、または１０％以下の触媒活性化合物を有し得る。
【００８４】
触媒１０１中の触媒活性化合物の量を減少させることは、特に、従来の方法で調製された触媒に対して、例えば、白金、金またはパラジウムなどの高価な触媒活性化合物を使用するときに、触媒１０１のコストを低下させ得る。追加的に、触媒１０１を形成するエアロゾル処理方法は、触媒の連続生成を可能にする。本開示に説明されるエアロゾル処理システムおよび方法は、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積する触媒活性化合物の堆積速度および総量のより優れた制御を可能にし得、これは、触媒の触媒活性の制御を可能にし得る。エアロゾル処理方法は、特定の用途のための触媒の触媒活性の微調整を可能にし得る。エアロゾル処理方法を使用して生成される異性化触媒、メタセシス触媒、ならびに異性化およびメタセシス触媒は、メタセシス反応中の触媒上でのより少ないコークス形成を結果的にもたらし、より長い触媒寿命をもたらし得る。
【００８５】
１つの例示的な実装態様では、上述されたエアロゾルプロセス方法は、ブテンを含む炭化水素流からプロパンを生成するためのメタセシスプロセスなどの、炭化水素供給流からオレフィンを生成するためのプロセスでの使用のために、異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化およびメタセシス触媒を合成するために使用され得る。メタセシスおよび異性化触媒の利用を介したプロパンへの２−ブテンの変換が説明されるが、しかしながら、これは、単に明確さと簡潔さのためであり、他のメタセシス反応も同様に想到されることを理解されたい。
【００８６】
メタセシス反応は、類似または同一の結合関係を有する製品の作成を結果的にもたらす、２つの反応する化学種間の結合の交換を伴う化学プロセスである。この反応は、次の反応ＲＸＮ１の一般的な体系によって表される。
【００８７】
Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ→Ａ−Ｄ＋Ｃ−Ｂ            （ＲＸＮ１）
以下の反応ＲＸＮ２およびＲＸＮ３に示されるように、プロペンへの２−ブテンの「異性化」および「メタセシス」は、一般に２段階のプロセスであり、異性化触媒システムを使用する２−ブテン異性化、次いで、メタセシス触媒システムを使用するクロスメタセシスである。２−ブテン異性化（反応ＲＸＮ２）は、異性化触媒のシリカおよびアルミナ担体と、メタセシスおよび異性化触媒のシリカ担体またはシリカおよびアルミナ担体との両方で達成され得る。クロスメタセシス（ＲＸＮ３）は、メタセシスおよび異性化触媒またはメタセシス触媒のオキソメタレートまたは金属酸化物によって達成され得る。メタセシスおよび異性化触媒は、異性化およびメタセシス触媒の各成分が個々の機能を提供する「異性化」および「メタセシス」ステップの両方を提供する。
【００８８】
【化１】
2020531255.tif 000003
【００８９】
反応ＲＸＮ１およびＲＸＮ２を参照すると、「異性化」および「メタセシス」反応は、これらの反応物および生成物に限定されるものではない。しかしながら、反応ＲＸＮ２およびＲＸＮ３は、反応方法論の基本的な例示を提供する。ＲＸＮ３に示されるように、メタセシス反応は、２つのアルケンの間で起こる。二重結合の炭素原子に結合された基は、分子間で交換されて、交換された基を有する２つの新たなアルケンを生成する。オレフィンメタセシス反応のために選択される特定の触媒は、概して、新たに形成される分子の二重結合に対する置換基の立体影響を及ぼす際、触媒とのオレフィン分子の配位が重要な役割を果たすため、シス−異性体またはトランス−異性体が形成されるか否かを決定し得る。
【００９０】
メタセシスおよび異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化触媒を生成するために本開示で上述されたエアロゾル処理システム１００および方法を利用することは、様々な異なる化合物の変換のための触媒をカスタマイズするために、触媒の特性および特質の制御を可能にする。エアロゾル処理方法のパラメータを変えることは、異なる変換反応のためにカスタマイズまたは変更され得る構造的および化学的特性を呈するように、例えば、メタセシスおよび異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化触媒などの結果物である触媒１０１の形成を制御し得る。例えば、触媒担体粒子１１４の構造的および化学的特性の調節は、触媒１０１の異性化機能に影響を与え得る。同様に、触媒担体粒子１１４上への触媒活性化合物前駆体蒸気１３６の凝縮速度、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積する触媒活性化合物の形態、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積する触媒活性化合物の量、または両方が、触媒１０１のメタセシス機能の制御を可能にし得る。
【００９１】
メタセシスおよび異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化触媒の成分は、触媒担体前駆体１０４を変えることと、触媒担体前駆体１０４に１つまたは複数のドーパントを追加することと、触媒担体前駆体混合物１０８中の触媒担体前駆体１０４の相対濃度を変更することと、キャリアガス１１２の種類を変えることと、によって制御され得る。例えば、触媒担体前駆体混合物１０８中のシリカ前駆体またはアルミナ前駆体などの１つの触媒担体前駆体のより高い相対濃度の包含は、触媒担体粒子１１４中の特定の触媒担体前駆体の比較的より高い濃度を結果的にもたらす。
【００９２】
異性化反応は、メタセシスおよび異性化触媒または異性化触媒の酸性度によって影響を受ける。触媒１０１の酸性度は、少なくとも２つの手段で制御され得る。第１に、触媒１０１中の酸性部位の総数は、触媒担体粒子１１４中のアルミニウム部位の数を変えることによって制御され得る。アルミニウム部位の数は、他の前駆体に対する触媒担体前駆体混合物１０８中のアルミナ前駆体の割合を変更することによって制御され得る。触媒担体粒子１１４中に存在するアルミニウム部位を増加させることは、触媒１０１中に形成するＡｌ−ＯＨを増加させる。第２に、アルミニウム部位の各々の酸強度は、アルミニウム部位の各々の周囲の環境によって、およびアルミニウム部位がシリカ部位とどのように相互作用するかに影響される。触媒担体前駆体１０４の種類は、アルミニウム部位の形成に対する影響を有し得る。例えば、ヒュームドアルミナは、既に形成されているアルミナの大きいクラスタを有する。それゆえに、ヒュームドアルミナが、シリカアルミナベースの触媒担体粒子を作製する際のアルミナ前駆体として含められるとき、アルミナとシリカとの間の相互作用は、材料の２つの別個の領域の界面に大部分が事前定義および限定される。代替的に、Ａｌ（ＮＯ３）３がアルミナ前駆体として含められる実施形態では、触媒担体粒子１１４中に作成されるアルミニウム部位は、概して、シリカによって完全に取り囲まれた単一分子である。したがって、各アルミニウム部位は、全次元でシリカと潜在的に相互作用し得る。様々な実施形態では、メタセシスおよび異性化触媒、メタセシス触媒、またはエアロゾル処理方法によって形成される異性化触媒は、０．５ミリモル／グラム（ｍｍｏｌ／ｇ）以下、または０．０１ｍｍｏｌ／ｇ〜０．５ｍｍｏｌ／ｇ、０．１ｍｍｏｌ／ｇ〜０．５ｍｍｏｌ／ｇ、０．３ｍｍｏｌ／ｇ〜０．５ｍｍｏｌ／ｇ、もしくは０．４ｍｍｏｌ／ｇ〜０．５ｍｍｏｌ／ｇの総酸性度を有し得る。さらなる実施形態では、メタセシスおよび異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化触媒が、０．０１ｍｍｏｌ／ｇ未満または０．５ｍｍｏｌ／ｇ超である総酸性度を有してもよいことが理解されるであろう。実施形態では、触媒の酸性度は、プロピレンの所望される選択性を生成し、芳香族などの望ましくない副産物の生成を低減するために十分である。酸性度を上げることは、全体的なブテン変換を増加させ得る。しかしながら、この増加した全体的なブテン変換は、選択性の低下、および、例えば、芳香族などの副産物の生成の増加につながり得、触媒のコーキングおよび失活につながり得る。
【００９３】
メタセシスおよび異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化触媒の粒径は、触媒担体前駆体混合物１０８中の触媒担体前駆体１０４の濃度、エアロゾル化ユニット１１０の種類および仕様、および反応器構成によって制御され得る。例えば、水または他の希釈剤１０６に対する触媒担体前駆体混合物１０８中の触媒担体前駆体１０４のより高い濃度は、各エアロゾル化された液滴から気化するために利用可能である水または他の希釈剤が少なくなるため、より大きい触媒担体粒子１１４を結果的にもたらす。追加的に、異なるエアロゾル化ユニット１１０は、エアロゾル化中にエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の異なるサイズの液滴を生成し、したがって、異なる粒径の触媒担体粒子１１４を生成し得る。例えば、超音波ネブライザの周波数を変えることは、超音波ネブライザによって発生した、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９の液滴径を変える。液滴径を変えることは、触媒担体粒子１１４の粒径を変える。エアロゾル化ユニット１１０、第１の加熱ゾーン１２０、またはこれらの両方の中での乱流の増加はまた、液滴を一緒に衝突および合体させることによって粒径を増大させ得る。同様に、エアロゾル化ユニット１１０内、もしくは第１の加熱ゾーン１２０の前、またはこれらの両方に位置付けられたインパクタは、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物１０９のより大きい湿潤液滴を分離させ、より小さい液滴のみが第１の加熱ゾーン１２０に入って通過することを可能にし得る。これは、触媒担体粒子１１４の平均粒径の低下を結果的にもたらす。いくつかの実施形態では、触媒担体粒子１１４は、５０ナノメートル（ｎｍ）〜５０マイクロメートル（μｍ）の粒径を有し得る。触媒活性化合物前駆体がクラスタまたは粒子を形成し、それらが、次いで、触媒担体粒子１１４の表面上に堆積する実施形態では、触媒活性化合物のクラスタまたは粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であり得る。
【００９４】
触媒の表面積は、触媒担体前駆体混合物１０８中の不活性成分、犠牲成分、またはこれらの両方を含む、触媒担体前駆体１０４の種類および量を調節することによって制御され得る。不活性および犠牲成分は、例えば、ポリスチレンラテックスを含み得る。高温に加熱されると、ポリスチレンラテックスは、燃え尽き、ポリスチレンラテックスがその前にあった場所に孔が残る。当業者は、高温で燃え尽きて、触媒からの不活性および犠牲成分の除去によって生じた、増加した表面積を有する触媒を生成する他の犠牲連続剤が利用され得ることを理解するであろう。さらに、触媒担体前駆体１０４としてのヒュームドシリカおよびヒュームドアルミナの選択は、増加した表面積を結果的にもたらし得る。エアロゾル化されると、ヒュームドシリカおよびヒュームドアルミナ構造の高いフラクタル表面積が、概して、保たれる。この高いフラクタル表面積は、非ヒュームド前駆体と比較されたときに、増加した表面積を結果的にもたらし、非ヒュームド前駆体は、それらが内部表面積をあまり有していないため、より小さい表面積を有する、より球状で密度の高い粒子を結果的にもたらす。表面積はまた、エアロゾル処理システム１００の構成を調節することによっても制御され得る。いくつかの実施形態では、エアロゾル処理方法によって形成される触媒１０１は、１００平方メートル／グラム（ｍ２／ｇ）〜７００ｍ２／ｇの表面積を有し得る。例えば、触媒は、４５０ｍ２／ｇ〜６００ｍ２／ｇ、２５０ｍ２／ｇ〜３５０ｍ２／ｇ、２７５ｍ２／ｇ〜３２５ｍ２／ｇ、または２７５ｍ２／ｇ〜３００ｍ２／ｇの表面積を有し得る。
【００９５】
触媒担体粒子１１４の結晶化度は、触媒担体前駆体１０４の種類および量、第１の加熱ゾーン１２０の温度、第１の加熱ゾーン１２０内での滞留時間、および触媒１０１の冷却速度を調節することによって制御され得る。例えば、クラスタの破壊が必要とされないため、触媒担体前駆体１０４として単一の金属中心対複数の金属中心を含有する金属酸化物またはオキソメタレートの使用は、より多くの分散につながり得る。金属酸化物またはオキソメタレート供給源のより多くの金属中心は、結晶化度を形成するために必要とされるより多くの破壊を包含する。冷却速度に関して、比較的遅い冷却速度は、結晶配列が生じるための追加の時間を提供し、比較的速い冷却速度は、準安定状態またはアモルファス状態に原子を閉じ込め得る。第１の加熱ゾーン１２０の温度および滞留時間に関して、温度、滞留時間、またはこれらの両方の増加は、金属酸化物またはオキソメタレートを触媒担体粒子１１４の表面上に移動させ、結晶子径を増加させ得る。
【００９６】
いくつかの実施形態では、触媒担体粒子１１４は、２．５ナノメートル（ｎｍ）〜４０ｎｍの細孔径分布、および少なくとも０．６００立方センチメートル／グラム（ｃｍ３／ｇ）の総細孔容積を有し得る。理論に拘束されるものではないが、細孔径分布および細孔容積は、より良好な触媒活性および金属酸化物による細孔の閉塞の抑制を達成するようにサイズ決めされるが、それに対して、より小さい細孔容積および細孔径の触媒システムは、細孔が閉塞し易く、それによって、触媒活性が抑制される。いくつかの実施形態では、触媒担体粒子１１４は、２．５ｎｍ〜４０ｎｍ、２．５ｎｍ〜２０ｎｍ、２．５ｎｍ〜４．５ｎｍ、２．５ｎｍ〜３．５ｎｍ、８ｎｍ〜１８ｎｍ、または１２ｎｍ〜１８ｎｍの細孔径分布を有し得る。いくつかの実施形態では、触媒は、０．６００ｃｍ３／ｇ〜２．５ｃｍ３／ｇ、０．６００ｃｍ３／ｇ〜１．５ｃｍ３／ｇ、０．６００ｃｍ３／ｇ〜１．３ｃｍ３／ｇ、０．６００ｃｍ３／ｇ〜０．８００ｃｍ３／ｇ、０．６００ｃｍ３／ｇ〜０．７００ｃｍ３／ｇ、または０．９００ｃｍ３／ｇ〜１．３ｃｍ３／ｇの総細孔容積を有し得る。
【実施例】
【００９７】
以下の例は、様々なメタセシスおよび異性化触媒の調製を例示する。これらのメタセシスおよび異性化触媒を、次いで、５８０℃で動作する固定床反応器内で２−ブテンおよび窒素のストリームからプロペンを合成するために使用した。
実施例１
表面上に堆積した酸化タングステンの層を有するメタセシス触媒の調製。
【００９８】
８００グラムの脱イオン水に３７．１グラムのヒュームドシリカを添加して、４．５重量％のヒュームドシリカを有する触媒担体前駆体混合物を生成することによって、触媒担体前駆体混合物を調製した。使用されたヒュームドシリカは、Ｅｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから入手したＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）３８０ヒュームドシリカであった。触媒担体前駆体混合物を、各実験前に２０分間超音波処理した。次いで、触媒担体前駆体混合物を、超音波トランスデューサを使用して、マイクロメートルサイズの液滴の微細な霧にエアロゾル化した。
【００９９】
次いで、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を、第１の炉、および第１の炉と直列、かつその下流にある第２の炉を含んだエアロゾル処理システムに送った。第１の炉（第１の加熱ゾーン）を、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物からヒュームドシリカの凝集した球状粒子を形成するように構成した。第１の炉は、１２インチの加熱長を含み、６００℃の温度に維持された。第２の炉（第２の加熱ゾーン）は、６インチの加熱長を有していた。第２の炉の全長は、１２インチであり、６インチの加熱長は、第２の炉の入口から３インチの距離から、第２の炉の入口から９インチの距離まで延在していた。第２の炉の温度を、６００℃〜１４００℃で変化させた。具体的には、６００℃、８５０℃、１１００℃、１２５０℃、および１４００℃の第２の炉の温度で実験を実施した。
【０１００】
初期質量の酸化タングステン（ＷＯ３）を含有する１ミリリットル（ｍＬ）の燃焼ボートを、第２の炉内の様々な位置で第２の炉内に位置付けた。使用された酸化タングステンは、Ａｃｒｏｓ  Ｏｒｇａｎｉｃｓから入手された＞９９％の酸化タングステン（ロット番号Ａ０３４８６２１）であった。６００℃、８５０℃、および１１００℃の温度について、第２の炉の入口から３インチ、６インチおよび９インチの第２の炉内でＷＯ３の燃焼ボートの位置で実験を実施し、加熱ゾーンは、１２インチ長の管状炉の入口から３〜９インチに位置する。１２５０℃および１４００℃で実施された実験に関して、第２の炉として異なる炉（２４インチ長、目標温度に到達可能）を使用し、ＷＯ３の燃焼ボートを、加熱ゾーンの中間点（第２の炉の入口から１２インチ）に位置付けた。燃焼ボート内のＷＯ３の重量を、各実験の前後に測定して、第２の炉内に気化されたＷＯ３の量を決定した。
【０１０１】
エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を、キャリアガスによって、第１の炉および第２の炉を通して、１０リットル／分（Ｌ／分）のキャリアガス流量で運んで、実施例１の合成されたメタセシス触媒を生成した。キャリアガスは、粒子、オイルを含まない空気であった。合成されたメタセシス触媒をフィルタ上に収集した。合成されたメタセシス触媒上に堆積したＷＯ３の量を、走査電子顕微鏡およびエネルギー分散分光法（ＳＥＭ／ＥＤＳ）によって決定した。次の表１は、反応条件、および合成されたメタセシス触媒の表面上に堆積したＷＯ３の量を提供する。
【０１０２】
【表１】
2020531255.tif 000004
【０１０３】
表１に示されるように、６００℃〜８５０℃の第２の炉の温度では、メタセシス触媒の表面上に堆積したＷＯ３の量は、ＳＥＭ／ＥＤＳ分析による検出を可能にするために概して十分ではなかった。実施例１のメタセシス触媒の表面上に堆積した測定可能な量のＷＯ３は、８５０℃以上の第２の炉内の温度で得られた。表１に示されるように、第２の炉の温度を上げることは、メタセシス触媒の表面上に堆積するＷＯ３の量を増加させた。したがって、表１のデータから、触媒担体粒子の表面上に堆積するＷＯ３量は、第２の炉（第２の加熱ゾーン１３０）の温度を制御することによって制御され得ると結論付けることができる。
【０１０４】
触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物の量は、第２の加熱ゾーン内の触媒活性化合物前駆体の燃焼ボートの位置によっても影響され得る。表１のデータによって示されるように、１１００℃の第２の１２インチ長の管状炉の温度で行われた合成に関して、触媒担体粒子上に堆積したＷＯ３の量は、第２の炉内のＷＯ３のボートの相対位置によって変化した。１１００℃の第２の炉の温度では、触媒担体粒子上に堆積した最大量のＷＯ３は、０．４８４重量％であり、これは、ボートが加熱ゾーンの中間点（第２の炉の入口から６インチ）に位置付けられたときに生じた。第２の炉の入口から３インチのボート位置では、触媒担体粒子上に堆積したＷＯ３の量は、０．０６８４重量％に減少し、第２の炉の入口から９インチのボート位置では、触媒担体粒子上に堆積したＷＯ３の量はまた、ＷＯ３のボートが加熱ゾーンの中間点（第２の炉の入口から６インチ）に位置していたときに、触媒上に堆積したＷＯ３の量と比較して、０．４５重量％まで減少した。１１００℃の第２の炉の温度のデータは、第２の炉または第２の加熱ゾーン内の触媒活性化合物前駆体、この場合、ＷＯ３の供給源の位置が、触媒の表面上に堆積した触媒活性化合物の量を制御するために使用され得る。この観察に起因して、１２５０℃および１４００℃の第２の炉の温度でのメタセシス触媒の合成（２４インチ長の管状炉を使用）を、第２の炉の加熱区分の中間点（２４インチ長の炉の入口から約１２インチ）に位置付けられたＷＯ３の燃焼ボートによって行った。
【０１０５】
第２の炉の温度は、ＷＯ３の凝縮と、次に触媒担体粒子の表面上に堆積されることになるクラスタまたは粒子中へのＷＯ３の自己凝縮に対する、触媒担体粒子の表面上への直接的なＷＯ３の凝縮の比率とに影響を与え得る。図７を参照すると、１２５０℃および１４００℃の第２の炉の温度で合成されたメタセシス触媒のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンが、固体酸化タングステン標準物質である、酸化タングステン標準７０２のＸＲＤパターンと比較して示される。１２５０℃の第２の炉の温度で合成されたメタセシス触媒のＸＲＤパターンは、図４の参照番号７０４によって識別される。１２５０℃で合成されたメタセシス触媒のＸＲＤパターン７０４は、二次ピークのない２Θ＝約２２度での大きい単一の特性ピークを示す。上述のように、２Θ＝約２２度の単一の特性ピークは、アモルファス材料を示す。二次ピークの欠如は、触媒担体材料、または蒸気およびガスにアクセス可能な触媒担体材料の表面上に堆積した酸化タングステンのいずれかの結晶化度の欠如を示す。ＸＲＤパターン７０４内の二次ピークの欠如は、第２の炉内の１２５０℃の温度が、凝縮中および凝縮後のＷＯ３の移動をあまり伴わずに、触媒担体粒子の表面上への直接的なＷＯ３の蒸気の凝縮に対する選好を結果的にもたらし得る。対照的に、１４００℃で合成されたメタセシス触媒のＸＲＤパターン７０６は、２Θ＝約３０°〜２Θ＝約６０°のいくつかの二次ピークを含む。これらの二次ピークは、触媒担体粒子の表面上に堆積する前の粒子またはクラスタ中にＷＯ３の自己縮合、または触媒担体粒子の表面上に直接凝縮されたＷＯ３の移動から結果的に生じ得る、ＷＯ３のある程度の結晶化度を示し得る。これは、触媒活性化合物を触媒担体粒子上に堆積させるためのメカニズムが、第２の加熱ゾーン１３０の温度を上昇または低下させること（例えば、第２の炉の温度を制御すること）によって制御され得ることを実証している。ＸＲＤパターン７０６内の二次ピークの存在はまた、１４００℃のより高い温度での第２の炉内でのＷＯ３の気化の増加から結果的に生じるＷＯ３のより高い充填量を示し得る。１４００℃のより高いＷＯ３充填量（１０％超）では、ＷＯ３のより多くの結晶種が存在する。したがって、第２の炉（第２の加熱ゾーン）の温度は、第２の炉で気化するＷＯ３の量を制御して、触媒担体粒子の表面上に堆積する結晶性ＷＯ３の量を制御するために使用され得る。
比較例２
シリカ担体上へのＷＯ３の湿式含浸によって調製されたメタセシス触媒。
【０１０６】
シリカ担体上にＷＯ３を湿式含浸によって調製された従来のメタセシス触媒を、実施例１のメタセシス触媒と比較するために提供した。シリカ担体は、Ｆｕｊｉ  Ｓｉｌｙｓｉａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌから入手されたＣＡＲｉＡＣＴ  Ｑ−１０シリカ触媒担体であった。シリカ触媒担体を、メタタングステン酸アンモニウム水和物の溶液を湿式含浸させて、触媒の総重量に基づいて１０重量％のＷＯ３を有する比較例２の触媒を生成した。８００グラムの脱イオン水に３７．７グラムのヒュームドシリカを添加して、４．５重量％のヒュームドシリカを有する触媒担体前駆体混合物を生成することによって、触媒担体前駆体混合物を調製した。触媒担体前駆体混合物を、超音波トランスデューサを使用してエアロゾル化して、実施例１に説明されたエアロゾル処理システムに導入した。ＷＯ３の燃焼ボートは、第２の炉内に存在しなかった。エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を、５Ｌ／ｍｉｎの空気流で１４００℃の加熱炉に移した。空気流を１２０分間継続した。加熱炉から出ると、形成されたメタセシスおよび異性化触媒をフィルタ内に収集した。結果的に得られた触媒担体粒子は、ＷＯ３を実質的に含まなかった。
【０１０７】
触媒担体粒子を、次いで、フィルタに収集された触媒担体粒子０．２２０グラムを２ドラムバイアル中のメタタングステン酸アンモニウム０．０２３グラムおよび水２ｍｌに加えることによって、ＷＯ３を用いて湿式含浸させた。バイアルを１５回転／分（ｒｐｍ）で２時間回転させた。続いて、溶液を大気圧および８５℃の温度で１６時間加熱して乾燥させた。湿式含浸メタタングステン酸アンモニウムを有する、結果的に得られた触媒担体粒子を、次いで、５５０℃の炉内で４８０分間焼成して、ＷＯ３を用いて湿式含浸されたメタセシス触媒を生成した。
実施例３
ブテンをメタセシス化してプロペンを生成するための実施例１および比較例２のメタセシス触媒の性能の評価
実施例１および比較例２のメタセシス触媒を、２−ブテンをプロペンにメタセシス化する際の性能について評価した。例示的なメタセシス触媒の各々の性能を、プロペンへの２−ブテンの流れの変換のための固定床反応器内で試験した。固定床流通反応器システムは、石英ウールの層の間に配設されたメタセシスおよび異性化触媒の床を有する石英管を有していた。試験されることになるメタセシス触媒の各々を、メタセシスおよび異性化触媒のベッドが石英ウールの層の間に配設されるように、石英管内に直列に装着した。各メタセシス触媒を順次試験して、各メタセシス触媒の性能データを提供した。各メタセシス触媒を、まず、０．００５リットル／分（Ｌ／分）で１時間、窒素下の５８０℃で活性化した。所望される反応温度（５８０℃）で、トランス−２−ブテンを含む供給流を反応器内に導入して、反応を開始した。反応は、希釈剤として窒素を使用して、５５０℃かつ９００／時間（ｈ−１）のガス空間速度で実施された。供給流は、供給流の総質量流量に基づいて、１０重量％のトランス−２−ブテンを有していた。固定床流通反応器を出る流通流を、生成物流の分析のためにガスクロマトグラフに送った。実施例１および比較例２のメタセシス触媒の各々のプロペン選択性のパーセンテージが、続いて、表２に提供される。表２はまた、メタセシス触媒の各々のＷＯ３の量も提供する。
【０１０８】
【表２】
2020531255.tif 000005
【０１０９】
表２に示されるように、８５０℃超の第２の炉の温度で合成された実施例１のメタセシス触媒は、予想外の高い性能を提供した。本開示に上述されたように、異性化およびメタセシス触媒に関して、触媒担体粒子のシリカ−アルミナは、主に異性化に寄与し、メタセシス官能基は、主にＷＯ３などの金属酸化物によって提供される。したがって、ＷＯ３を増加させることは、触媒のメタセシス官能基を増加させ、ブテンのメタセシスからのプロペンの収率を改善することになると予想される。しかしながら、わずか２．５４重量％のＷＯ３を有する実施例１の実験１０の触媒が、３７．２０％のプロペン収率を伴う最高の性能を発揮することが予想外に発見された。実施例１の実験１０の触媒は、実施例１に説明されたエアロゾル処理システムを使用して、第２の炉の温度を１２５０℃に設定して合成された。実施例１の実験１０の触媒を使用して得られた、この３７．２０％のプロペン収率は、１０重量％のＷＯ３を有し湿式含浸を使用して調製された比較例２の触媒を使用して得られた３３．６３％のプロペン収率を１１％改善した。実施例１の実験１０の触媒がわずか２．５４重量％のＷＯ３を有し、これは、１０重量％のＷＯ３を有する比較例２の触媒のＷＯ３含有量のわずか２５％であったため、この結果は、予想外であった。したがって、本開示に説明されたエアロゾル処理システムおよび方法が、湿式含浸によって調製され、かつ１０重量％以上の触媒活性化合物を有する、従来のメタセシス触媒と比較して、より優れたプロペン収率性能およびより少ない量の触媒活性化合物を有するメタセシス触媒を生成するために使用され得ることが示された。
【０１１０】
１０．５重量％のＷＯ３含有量を有する、１４００℃の第２の炉の温度で実施例１の実験１１から生成された触媒が、２．５４重量％のＷＯ３を有する、１２５０℃の第２の炉の温度で実施例１の実験１０から生成された触媒と同様の性能を発揮しないこともまた観察された。実施例１の実験１１の触媒は、３４．１７％のプロペン収率を結果的にもたらし、これは、実施例１の実験１０の触媒を使用して得られた３７．２０％のプロペン収率よりも８％低かった。この観察は、実施例１の実験１１の触媒の表面上のＷＯ３の高度の結晶化に起因し得る。結晶性ＷＯ３は、メタセシス反応に対して低活性であることが知られている。図７を参照すると、実施例１で上述されたように、１４００℃の第２の炉の温度で生成された実験１１の触媒のＸＲＤパターン７０６は、二次ピークをほとんどまたは全く呈さない、１２５０℃の第２の炉の温度で生成された実験１０の触媒のＸＲＤパターン７０４と比較された二次ピークの数および大きさで示されるように、より高度の結晶化度を呈した。実験１１の触媒のＸＲＤパターン７０６をＷＯ３参照標準のＸＲＤパターン７０２と比較すると、ＸＲＤパターン７０２およびＸＲＤパターン７０６の両方が、ＷＯ３の結晶化度を表す２Θ＝約３０°〜２Θ＝６０°の間の複数の二次ピークを呈することが観察された。ＷＯ３の結晶化度の増加は、ＷＯ３の触媒活性を減少させ、したがって、プロペン収率を低下させる。実施例３は、第２の炉（第２の加熱ゾーン１３０）内の温度を上昇させることが、触媒担体粒子の表面上に堆積したＷＯ３の量、触媒担体粒子の表面上にＷＯ３を堆積するメカニズム、またはこれらの両方の制御を可能にして、触媒の触媒活性を制御し得ることを実証した。
実施例４
触媒活性化合物が触媒の表面上に分散される程度の評価
実施例１の実験１０のメタセシス触媒および比較例２の湿式含浸メタセシス触媒を、Ｘ線回折を使用して分析し、触媒活性化合物が触媒の外面に分散された程度を評価した。図８を参照すると、ＸＲＤパターン８０４が、実施例１に説明されたエアロゾル処理方法によって触媒担体粒子１１４上に堆積した触媒活性化合物として酸化タングステンを有する実施例１の実験１０のメタセシス触媒について示されている。実施例１の実験１０の触媒のＸＲＤパターン８０４は、触媒１０１中のアモルファス材料を示す２Θ＝約２２度で単一の特性ピーク８２０を呈した。実施例１の実験１０のメタセシス触媒のＸＲＤパターン８０４は、２Θ＝３０度を超える二次ピークを呈さなかったため、酸化タングステンまたは触媒担体粒子の測定可能な程度の結晶化度を呈さない。図８はまた、湿式含浸によって調製された比較例２のメタセシス触媒のＸＲＤパターンも示している。図８に示されるように、従来の湿式含浸された触媒のＸＲＤパターン８０２は、２Θ＝約２２度での主要ピーク８０６、ならびに、２Θ＝約３０°〜２Θ＝約６０°のいくつかの二次ピーク８０８、８１０、８１２および８１４を含む、バックグラウンドピークを呈する。上記のように、ＸＲＤパターン８０２のピーク８０６、８０８、８１０、８１２、および８１４は、従来の湿式含浸方法によって調製された比較例２のメタセシス触媒の表面上の酸化タングステンの測定可能な程度の結晶化度を示す。追加の結晶化度は、湿式含浸を使用して適用された酸化タングステンが触媒担体粒子１１４の表面上にクラスタおよび結晶を形成し、したがって実施例１の実験１０のメタセシス触媒と比較して比較例２のメタセシス触媒の表面上に酸化タングステンが分散された程度が減少することを示す。実施例１の実験１０のメタセシス触媒のＸＲＤパターン８０４は、二次ピークを呈さなかったが、これは、実施例１の実験１０のメタセシス触媒が、比較例２のメタセシス触媒と比較して酸化タングステンの測定可能な程度の結晶化度を有していないことを示す。
【０１１１】
実施例１の実験１０の触媒および比較例２の触媒を、次いで、本開示で既に説明されたＳＡＸＳ方法に従って平均粒径について評価した。ＳＡＸＳ方法から生成されたＳＡＸＳスペクトルおよびスペクトルデータに近似する対数正規モデルが図９に提供される。参照番号９０２は、比較例２の触媒のＳＡＸＳスペクトルデータを表し、参照番号９０４は、比較例２の触媒のスペクトルデータに対する対数正規近似を示す。参照番号９０６は、実施例１の実験１０の触媒のＳＡＸＳスペクトルデータを表し、参照番号９０４は、実施例１の実験１０の触媒のスペクトルデータに対する対数正規近似を示す。
【０１１２】
湿式含浸によって生成された比較例２の触媒は、４４．８オングストローム（４．４８ｎｍ）〜４６．４オングストローム（４．６４ｎｍ）の平均粒子半径を有する酸化タングステンクラスタを呈した。比較すると、実施例１に説明されたエアロゾル処理方法を使用して生成された実施例１の実験１０の触媒は、３．８オングストローム（０．３８ｎｍ）〜４．４オングストローム（０．４４ｎｍ）の平均粒子半径の酸化タングステンを呈した。これらの測定によって示されるように、実施例１の実験１０の触媒の表面上に堆積した酸化タングステンの平均粒径は、実施例２の触媒の表面上に堆積した酸化タングステンの平均粒径よりも実質的に小さかった。実施例１の実験１０の触媒上に堆積した酸化タングステンのより小さい粒径は、比較例２の触媒上に堆積した酸化タングステンと比較して、酸化タングステンが触媒粒子の外面上により分散されていることを示す。したがって、本開示のエアロゾル処理方法は、従来の湿式含浸方法と比較して、触媒担体の表面上により分散されている触媒活性化合物を結果的にもたらし得る。
【０１１３】
本開示の第１の態様は、触媒を生成する方法を対象とし得、方法は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを生成することと、触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体蒸気を生産することと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒活性化合物前駆体を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生産することと、を含む。
【０１１４】
本開示の第２の態様は、触媒担体粒子が、シリカ、アルミナ、またはシリカ−アルミナのうちの少なくとも１つを含む、第１の態様を含み得る。
【０１１５】
本開示の第３の態様は、触媒活性化合物前駆体が、タングステン、白金、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、クロム、レニウム、モリブデン、マンガン、チタン、セリウム、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、第１または第２の態様を含み得る。
【０１１６】
本開示の第４の態様は、触媒活性化合物前駆体が、タングステン金属、酸化タングステン（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、メタタングステン酸アンモニウム水和物、タングステン酸、またはタングステン酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含む、第１〜第３の態様のいずれかを含み得る。
【０１１７】
本開示の第５の態様は、触媒活性化合物前駆体が、１５０℃〜１５００℃の温度で蒸気に気化または分解するタングステン含有化合物を含む、第１〜第３の態様のいずれかを含み得る。
【０１１８】
本開示の第６の態様は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れが、６００℃〜１４５０℃の温度で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させられる、第１〜第５の態様のいずれかを含み得る。
【０１１９】
本開示の第７の態様は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを周囲圧力で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れおよび触媒活性化合物前駆体蒸気を１２０℃未満の温度に冷却することと、を含む、第１〜第６の態様のいずれかを含み得る。
【０１２０】
本開示の第８の態様は、触媒活性化合物前駆体蒸気が、触媒担体粒子の表面上に直接凝縮する、第１〜第７の態様のいずれかを含み得る。
【０１２１】
本開示の第９の態様は、触媒活性化合物前駆体蒸気が、核生成および凝縮して、クラスタ、粒子、またはこれらの両方を形成し、クラスタ、粒子、またはこれらの両方が、触媒担体粒子の表面上に堆積する、第１〜第７の態様のいずれかを含み得る。
【０１２２】
本開示の第１０の態様は、触媒が、０．０２重量％〜２０重量％の触媒活性化合物を含む、第１〜第９の態様のいずれかを含み得る。
【０１２３】
本開示の第１１の態様は、触媒担体粒子の内部が、触媒活性化合物を実質的に含まない、第１〜第１０の態様のいずれかを含み得る。
【０１２４】
本開示の第１２の態様は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを生成することが、触媒担体前駆体および希釈剤を含む触媒担体前駆体混合物をエアロゾル化することと、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を乾燥させて、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを生成することと、を含む、第１〜第１１の態様のいずれかを含み得る。
【０１２５】
本開示の第１３の態様は、触媒担体前駆体が、シリカ、ヒュームドシリカ、アルミナ、ヒュームドアルミナ、またはアルミナ−シリカのうちの少なくとも１つを含み、希釈剤が、水、有機溶媒、またはこれらの組み合わせを含む、第１２の態様を含み得る。
【０１２６】
本開示の第１４の態様は、触媒担体前駆体混合物が、触媒担体前駆体混合物の総重量に基づいて、１重量パーセント（重量％）〜２０重量％の触媒担体前駆体を含む、第１２または第１３の態様を含み得る。
【０１２７】
本開示の第１５の態様は、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物が、２００℃〜１４５０℃の温度で乾燥される、第１２〜第１４の態様のいずれかを含み得る。
【０１２８】
本開示の第１６の態様は、触媒を生成する方法を含む得、方法は、触媒担体前駆体および希釈剤を含む触媒担体前駆体混合物をエアロゾル化して、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を生成することと、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を第１の加熱ゾーンに送ること、第１の加熱ゾーン内でエアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を乾燥させて、複数のエアロゾル化された触媒担体粒子を形成することと、第１の加熱ゾーンの下流の第２加熱ゾーンに複数のエアロゾル化された触媒担体粒子を送ることと、複数のエアロゾル化された触媒担体粒子を第２の加熱ゾーン内で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒活性化合物前駆体蒸気を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生成することと、を含む。
【０１２９】
本開示の第１７の態様は、触媒担体前駆体が、シリカ、ヒュームドシリカ、アルミナ、ヒュームドアルミナ、またはアルミナ−シリカのうちの少なくとも１つを含み、希釈剤が、水、有機溶媒、またはこれらの組み合わせを含む、第１６の態様を含み得る。
【０１３０】
本開示の第１８の態様は、触媒が、０．０２重量％〜２０重量％の触媒活性化合物を含む、第１６または第１７の態様を含み得る。
【０１３１】
本開示の第１９の態様は、触媒担体粒子の内部が、触媒活性化合物を実質的に含まない、第１６〜第１８の態様のいずれかを含み得る。
【０１３２】
本開示の第２０の態様は、触媒活性化合物前駆体蒸気が、タングステン金属、酸化タングステン（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、メタタングステン酸アンモニウム水和物、タングステン酸、またはタングステン酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含む、第１６〜第１９の態様のいずれかを含み得る。
【０１３３】
本開示の第２１の態様は、第１の加熱ゾーンが、２００℃〜１４５０℃の温度に維持される、第１６〜第２０の態様のいずれかを含み得る。
【０１３４】
本開示の第２２の態様は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れが、第２の加熱ゾーン内で６００℃〜１４５０℃の温度で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させられる、第１６〜第２１の態様のいずれかを含み得る。
【０１３５】
本開示の第２３の態様は、第２の加熱ゾーンの下流で制御された速度で２０℃〜１２０°の温度に触媒担体粒子のエアロゾル化された流れおよび触媒活性化合物前駆体蒸気を冷却することを含む、第１６〜第２２の態様のいずれかを含み得る。
【０１３６】
本開示の第２４の態様は、触媒活性化合物前駆体を気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気を形成することをさらに含む、第１６〜第２３の態様のいずれかを含み得る。
【０１３７】
本開示の第２５の態様は、第２の加熱ゾーン内でるつぼ内の触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体を触媒活性化合物前駆体蒸気に気化させることを含む、第２４の態様を含み得る。
【０１３８】
本開示の第２６の態様は、第２の加熱ゾーン内の触媒活性化合物前駆体の温度が、５０℃〜２０００℃である、第２４または第２５の態様を含み得る。
【０１３９】
本開示の第２７の態様は、第３の加熱ゾーン内で触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成することと、第２の加熱ゾーンに触媒活性化合物前駆体蒸気を送ることと、を含む、第２４の態様を含み得る。
【０１４０】
本開示の第２８の態様は、第２の加熱ゾーンが、第２の炉を通って延在する反応管を含み、方法は、触媒活性化合物前駆体を用いて、第２の炉を通って延在する反応管を慣らすことをさらに含む、第１６〜第２７の態様のいずれかを含み得る。
【０１４１】
本開示の第２９の態様は、反応管を慣らすことが、触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体蒸気を形成することと、反応管の内面上に触媒活性化合物前駆体蒸気を凝縮して、反応管の内面上で触媒活性化合物前駆体の層を形成することと、を含む、第２８の態様を含み得る。
【０１４２】
本開示の第３０の態様は、反応管を加熱して、反応管の内面から触媒活性化合物前駆体を再気化させて、触媒活性化合物前駆体蒸気を生成することと、複数の触媒担体粒子が触媒活性化合物前駆体蒸気と接触する反応管を通して複数の触媒担体粒子を送ることと、複数の触媒担体粒子の表面上で触媒活性化合物前駆体蒸気を凝縮することと、をさらに含む、第２９の態様を含み得る。
【０１４３】
本開示の第３１の態様は、第１６〜第３０の態様のいずれかの方法によって作製された触媒を含み得る。
【０１４４】
本開示の第３２の態様は、プロセスによって調製された触媒を対象とし得、プロセスは、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを生成することと、触媒活性化合物前駆体を加熱して、触媒活性化合物前駆体蒸気を生産することと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒活性化合物前駆体を凝縮して、触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物を含む触媒を生産することと、を含む。
【０１４５】
本開示の第３３の態様は、触媒活性化合物が、複数の触媒担体粒子の表面上に直接凝縮されている、第３２の態様を含み得る。
【０１４６】
本開示の第３４の態様は、触媒活性化合物が、複数の触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物のクラスタ、粒子、またはこれらの両方を含む、第３２の態様を含み得る。
【０１４７】
本開示の第３５の態様は、触媒活性化合物前駆体が、タングステン、白金、金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、クロム、レニウム、モリブデン、マンガン、チタン、セリウム、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、第３２〜第３４の態様のいずれかを含み得る。
【０１４８】
本開示の第３６の態様は、触媒活性化合物前駆体が、タングステン金属、酸化タングステン（ＩＶ）、酸化タングステン（ＶＩ）、メタタングステン酸アンモニウム水和物、タングステン酸、またはタングステン酸ナトリウムのうちの少なくとも１つである、第３２〜第３５の態様のいずれかを含み得る。
【０１４９】
本開示の第３７の態様は、プロセスが、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを周囲圧力で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させることと、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れおよび触媒活性化合物前駆体蒸気を１２０℃未満の温度に冷却することと、を含む、第３２〜第３６の態様のいずれかを含み得る。
【０１５０】
本開示の第３８の態様は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを生成することが、触媒担体前駆体および希釈剤を含む触媒担体前駆体混合物をエアロゾル化することと、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物を乾燥させて、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れを生成することと、を含む、第３２〜第３７の態様のいずれかを含み得る。
【０１５１】
本開示の第３９の態様は、触媒担体粒子のエアロゾル化された流れが、６００℃〜１４５０℃の温度で触媒活性化合物前駆体蒸気と接触させられる、第３２〜第３８の態様のいずれかを含み得る。
【０１５２】
本開示の第４０の態様は、触媒の総重量に基づいて０．０２重量％〜２０重量％の触媒活性化合物を含む、第３２〜第３９の態様のいずれかを含み得る。
【０１５３】
本開示の第４１の態様は、触媒担体粒子の内部が、触媒活性化合物を実質的に含まない、第３２〜第４０の態様のいずれかを含み得る。
【０１５４】
本開示の第４２の態様は、触媒を対象とし得、触媒は、シリカ、アルミナ、またはシリカおよびアルミナを含む複数の触媒担体粒子と、複数の触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物と、を含み、複数の触媒担体粒子の表面が、ガスおよび蒸気にアクセス可能であり、触媒活性化合物が、タングステンを含む。
【０１５５】
本開示の第４３の態様は、触媒活性化合物が、複数の触媒担体粒子の表面上に直接凝縮されている、第４２の態様を含み得る。
【０１５６】
本開示の第４４の態様は、触媒活性化合物が、複数の触媒担体粒子の表面に堆積した触媒活性化合物の単一原子、単一分子、クラスタ、粒子、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含む、第４２または第４３の態様を含み得る。
【０１５７】
本開示の第４５の態様は、触媒の総重量に基づいて０．０２重量％〜２０重量％の触媒活性化合物を含む、第４２〜第４４の態様を含み得る。
【０１５８】
本開示の第４６の態様は、触媒担体粒子の内部が、触媒活性化合物を実質的に含まない、第４２〜第４５の態様を含み得る。
【０１５９】
本開示の第４７の態様は、複数の触媒担体粒子の表面上に堆積した触媒活性化合物が、２．５ナノメートル未満の平均結晶サイズを有し、平均結晶サイズが、小角Ｘ線散乱（ＳＡＸＳ）を使用して決定された触媒活性化合物の平均粒径である、第４２〜第４６の態様を含み得る。
【０１６０】
本開示の第４８の態様は、触媒が、１５度以上の２シータ〜６０度以下の２シータの範囲内の単一の特性ピークからなるＸ線回折パターンを有する、第４２〜第４７の態様を含み得る。
【０１６１】
本開示の第４９の態様は、触媒を生成するためのシステムを対象とし得、システムは、エアロゾル化ユニットと、エアロゾル化ユニットの下流の第１の加熱ゾーンと、第１の加熱ゾーンの下流の第２の加熱ゾーンと、を備え、第２の加熱ゾーンが、触媒活性化合物前駆体を第２の混合ゾーンに導入するように構成された入口を備え、エアロゾル化された触媒担体前駆体混合物が、エアロゾル化ユニットによってエアロゾル化されるように構成され、第１の加熱ゾーン、次いで、第２の加熱ゾーンを通って流れる。
【０１６２】
本開示の第５０の態様は、エアロゾル化ユニットが、超音波トトランスデューサ、スプレーノズル、または超音波トランスデューサおよびスプレーノズルを含む、第４９の態様を含み得る。
【０１６３】
本開示の第５１の態様は、エアロゾル化ユニットが、超音波トランスデューサである、第４９〜第５０の態様を含み得る。
【０１６４】
本開示の第５２の態様は、第２の加熱ゾーン内に配設され、触媒活性化合物前駆体を収容し、それを第２の加熱ゾーンに露出させるように構成されている、るつぼをさらに備える、第４９〜第５１の態様のいずれかを含み得る。
【０１６５】
本開示の第５３の態様は、第１の炉および第２の炉をさらに備え、第１の加熱ゾーンが、第１の炉内に配設され、第２の加熱ゾーンが、第２の炉内に配設されている、第４９〜第５２の態様のいずれかを含み得る。
【０１６６】
本開示の第５４の態様は、エアロゾル化ユニットから第１の炉および第２の炉を通って延在している反応管をさらに備える、第５３の態様を含み得る。
【０１６７】
本開示の第５５の態様は、第１の加熱ゾーンが、第１の炉内に位置付けられた反応管の第１の部分を含み、第２の加熱ゾーンが、第２の炉内に位置付けられた反応管の第２の部分を含む、第５４の態様を含み得る。
【０１６８】
本開示の第５６の態様は、触媒活性化合物前駆体蒸気の供給源が、第１の炉、第２の炉、または第１の炉および第２の炉の両方の中に配設された反応管の一部分の内面上に堆積した触媒活性化合物前駆体の層を含む、第５４の態様を含み得る。
【０１６９】
本開示の第５７の態様は、第２の加熱ゾーンが、反応管を含み、触媒活性化合物前駆体蒸気の供給源が、反応管の一部分の内面上に凝縮された触媒活性化合物前駆体の層を含む、第４９〜第５２の態様のいずれかを含み得る。
【０１７０】
本開示の第５８の態様は、第２の加熱ゾーンの下流にフィルタをさらに備える、第４９〜第５７の態様のいずれかを含み得る。
【０１７１】
本開示の第５９の態様は、エアロゾル化ユニットが、噴霧器から第１の加熱ゾーンを通って、第２の加熱ゾーンを通って、分離器内にエアロゾル化触媒担体前駆体混合物を運ぶためのキャリアガスを供給するキャリアガス入口を備える、第４９〜第５８の態様のいずれかを含み得る。
【０１７２】
ここで、エアロゾル処理を介して触媒材料を作製するシステムおよび方法の様々な態様が説明され、そのような態様が、様々な態様と併せて利用され得ることが理解されるべきである。
【０１７３】
本開示の全体を通して、メタセシスおよび異性化触媒、メタセシス触媒、または異性化触媒の様々な処理パラメータおよび特質についての範囲が提供されている。１つ以上の明示的な範囲が提供されているとき、全ての可能な組み合わせの明示的なリストを提供することが禁止的であるため、その範囲内で形成される個々の値および部分範囲もまた提供されるように意図されることが理解されるであろう。例えば、提供された１〜１０の範囲はまた、個々の値、例えば１、２、３、４．２、および６．８など、ならびに提供された範囲内で形成され得る全ての範囲、例えば１〜８、２〜４、６〜９、および１．３〜５．６などを含む。
【０１７４】
特許請求された主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に種々の変更および変形がなされ得ることは、当業者には明らかであるはずである。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に入るそのような変更および変形が提供される種々の記載された実施形態の変更および変形を網羅することを意図する。
【図１】
2020531255.tif 000006
【図２】
2020531255.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020531255.tif 000013
【図９】
2020531255.tif 000014
【国際調査報告】
2020531255.tif 000015
2020531255.tif 000016