防结焦的催化材料、保护制品防止结焦的方法以及有防结焦涂层的制品技术

一种防结焦的催化材料，包括表达式为A

Anti coking catalytic material, protective article, method for preventing coking, and article having anti coking coating

The utility model relates to a catalytic material for preventing coking, comprising an expression of A

【技术实现步骤摘要】
防结焦的催化材料、保护制品防止结焦的方法以及有防结焦涂层的制品
本专利技术一般地涉及一种防结焦的催化材料、一种保护制品防止结焦的方法以及一种有防结焦涂层的制品。
技术介绍
在液态燃料或二元燃料燃烧系统中，结焦是一种常见的现象。例如，在液态燃料燃烧的过程中，焦炭可能会堆积在燃气轮机或发动机的喷嘴表面。由于喷嘴内过热以及燃料滞留时间长的原因导致燃料发生化学分解，可能会在喷嘴内部燃料通道上以含碳物质沉积(也就是焦炭沉积)的方式发生内部结焦。由于在外表面发生燃料蒸馏和/或液相反应导致含碳物质的沉积，在喷嘴的热的外表面也可能因此发生外部结焦或碳化。由于焦炭的堆积，喷嘴的表面会逐渐形成一层结焦层，这可能会降低燃烧系统的效率，甚至导致潜在的安全问题。而且，焦炭的堆积会对喷嘴的物理性能产生不利的影响，使持久强度、抗冷热疲劳性、延展性等机械性能退化。因此，需要定期进行除焦。然而除焦操作可能会打断生产过程，提高运行成本。有多种方法被考虑用来消除由于焦炭堆积燃气轮机或发动机的喷嘴等元部件上带来的危害。这些方法包括：从冶金角度入手，升级喷嘴金属基体材料；对双孔喷嘴进行结构优化，以克服喷嘴的次级燃料通道内部结焦的问题；对喷嘴内表面进行选择性预处理；使用惰性表面涂层；催化气化焦炭生成CO/CO2和氢气。比如，类钙钛矿氧化物La2NiO4是一种已知的碳颗粒物燃烧或碳氢化合物氧化反应催化剂，被用于焦炭催化燃烧。然而，即便有La2NiO4的存在，焦炭燃烧的温度仍然较高。尽管上述的一些方法已经在工业中普遍应用，人们仍然期望有一种新的方法，能避免或弥补前述方法之不足，并且能成功的减少或消除结焦。
技术实现思路
一方面，一种防结焦的催化材料包括表达式为An+1BnO3n+1的类钙钛矿化合物。其中，A为A位物质，包括至少一种稀土金属，还包括A位掺杂物，该A位掺杂物包括锂、钠、钾、铷、铯、或它们的组合；B为B位物质，包括至少一种过渡族金属，O为氧，n≥1。另一方面，一种用来保护制品的表面以防其由于暴露于燃料燃烧环境而结焦的方法，包括在所述表面涂覆防结焦的催化材料，该催化材料包括表达式为An+1BnO3n+1的类钙钛矿化合物。其中，A为A位物质，包括至少一种稀土金属，还包括A位掺杂物，该A位掺杂物包括锂、钠、钾、铷、铯、或它们的组合；B为B位物质，包括至少一种过渡族金属，O为氧，n≥1。另一方面，一种制品包括金属基体及所述金属基体上的涂层，该涂层包括表达式为An+1BnO3n+1的类钙钛矿化合物。其中，A为A位物质，包括至少一种稀土金属，还包括A位掺杂物，该A位掺杂物包括锂、钠、钾、铷、铯、或它们的组合；B为B位物质，包括至少一种过渡族金属，O为氧，n≥1。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：图1显示了在例1中平行测试的LaNiO3、La0.95K0.05NiO3和La0.95Na0.05NiO3催化燃烧焦炭产生的CO2强度信号。图2显示了在例2中平行测试的La2NiO4和La1.9K0.1NiO4催化燃烧焦炭产生的CO2强度信号。图3显示了在例3中平行测试的La2NiO4、La1.9Sr0.1NiO4和La1.9Sr0.2NiO4催化燃烧焦炭产生的CO2强度信号。图4显示了在例4中平行测试的La2NiO4、La1.8Ba0.2NiO4、La1.6Ba0.4NiO4和La1.3Ba0.7NiO4催化燃烧焦炭产生的CO2强度信号。图5A显示了示例二中获得的La1.3K0.3Ba0.4NiO4基涂层的微观结构。图5B显示了在原油焙烧试验的每一个循环中分别在示例二中所获得的La1.3K0.3Ba0.4NiO4基涂层上和在一个没有涂层的裸板上称得的的焦渣重量的对比。具体实施方式除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。此外，在“约第一数值到第二数值”的表述中，“约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本专利技术中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。比如，像温度、气压、时间等类似的组件的数量和过程的数值等，当我们说1到90时，指代的是例如15到85、22到68、43到51、30到32等类似的枚举数值。当数值小于1时，一个单位可以是0.0001、0.001、0.01或0.1。这里只是做为特殊举例来说明。在本文中列举出的数字是指用类似的方法得到的在最大值和最小值之间的所有可能的数值组合。本专利技术的实施例涉及减少或消除在燃料，特别是液态燃料和二元燃料燃烧环境中使用的，例如，在燃气轮机或发动机的液态燃料燃烧环境中使用的金属制品上的焦炭堆积的方法。该方法涉及使用一种具有很好的抗结焦性能的钙钛矿相关化合物，其可用作抗结焦催化材料涂覆于制品的金属基体上以形成抗结焦涂层。所述钙钛矿相关化合物的简化表达式为An+1BnO3n+1，其中，A为占据A位(氧四面体间隙)的A位材料，B为占据B位(氧八面体间隙)B位材料，O为氧，n≥1。所述钙钛矿相关化合物可包括钙钛矿、或者类钙钛矿氧化物，如被称为Ruddlesden-Popper相的层状钙钛矿结构。特别地，当n趋于无穷大时，获得的是钙钛矿，其简化表达式为ABO3。将锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)或铯(Cs)作为所述钙钛矿相关化合物的A位掺杂物可以提升对其焦炭燃烧的催化活性，降低碳等含碳材料的起燃点(即碳质材料开始燃烧的最低温度)，和/或提高碳质材料的燃烧速度。当所述钙钛矿相关化合物An+1BnO3n+1的A包括至少一种稀土元素和一种包括Li、Na、K、Rb、Cs或其组合的A位掺杂物，而B包括至少一种过渡金属时，其对焦炭燃烧具有很好的催化活性，可以降低碳等含碳材料的起燃点，比如，从约600℃降到低于400℃或者是低于300℃。因此，在所述钙钛矿相关化合物存在的情况下，焦炭或石油残渣可以在较低的温度下进行燃烧，因而即使燃料的燃烧发生在相对较低的温度，仍然可用所述钙钛矿相关化合物有效地阻止焦炭堆积。本文所述的“稀土金属”是指化学元素周期表中的十七个元素组成的集合，包括钪(Sc)、钇(Y)、十五个镧系和它们的任何组合。其中，所述十五个镧系元素包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm,铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防结焦的催化材料，其包括表达式为A

【技术特征摘要】
1.一种防结焦的催化材料，其包括表达式为An+1BnO3n+1的类钙钛矿化合物，其中，A为A位物质，包括至少一种稀土金属，还包括A位掺杂物，该A位掺杂物包括锂、钠、钾、铷、铯、或它们的组合，B为B位物质，包括至少一种过渡族金属，O为氧，n≥1。2.如权利要求1所述的防结焦催化材料，其中，A包括镧和A位掺杂物，该A位掺杂物包括钠、钾、或它们的组合，B包括锰、钴、镍、或它们的组合。3.如权利要求1所述的防结焦催化材料，其中，A包括镧和A位掺杂物，该A位掺杂物包括钠、钾、或它们的组合，B包括镍。4.如权利要求1所述的防结焦催化材料，其中，所述A位掺杂物相对于A位物质总量的摩尔百分含量大于0％小于99％。5.如权利要求4所述的防结焦催化材料，其中，所述A位掺杂物相对于A位物质总量的摩尔百分含量在0.5％至20％的范围。6.一种用来保护制品的表面以防其由于暴露于燃料燃烧环境而结焦的方法，包括在所述表面涂覆防结焦的催化材料，该催化材料包括表达式为An+1BnO3n+1的类钙钛矿化合物，其中，A为A位物质，包括至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世忠，傅琪佳，辛骞骞，张晓，杰弗里·大卫·迈尔斯，曹雷，林川，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US