利用電磁場來減少反應(yīng)器系統(tǒng)中的腐蝕的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]超臨界水氣化系統(tǒng)能夠由通常視為廢物的(諸如生物廢料)或非清潔燃料源(包含煤和其他化石燃料在內(nèi))的原料來生產(chǎn)相對清潔的氫基燃料。在超臨界水氣化處理中，水在防止水轉(zhuǎn)變成蒸汽的高壓(例如，約22兆帕斯卡)下被加熱到極高的溫度(例如，超過約647開爾文)。在該溫度下，水變得反應(yīng)性極強(qiáng)并且能夠?qū)⒃蠞{料分解以生成富氫燃料。由于水被加熱到這些高溫，所以水(“超臨界水”)會由于腐蝕性離子的析出而腐蝕性極高(例如，在約570開爾文到約647開爾文的溫度范圍內(nèi))。
[0002]用來管理由于超臨界水引起的腐蝕的常規(guī)技術(shù)涉及到不斷更換被腐蝕的零件或者由耐腐蝕材料構(gòu)造系統(tǒng)組件，其中耐腐蝕性材料昂貴且大多無效。這些技術(shù)可能過于耗時且成本過高，因為腐蝕性離子仍然接觸系統(tǒng)組件的表面，這最終會導(dǎo)致表面毀壞。因此，尚沒有這樣一種通過影響腐蝕性離子流動經(jīng)過超臨界水氣化系統(tǒng)的組件來防止腐蝕性離子接觸組件表面而運(yùn)行的減少腐蝕的方法。
[0003]發(fā)明概述
[0004]本公開不限于所描述的特定的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，因為這些可以進(jìn)行改動。在說明書中使用的術(shù)語僅為描述特定的變型或?qū)嵤├哪康?，不意在限制范圍?br>[0005]如在該文件中使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)指代物，除非上下文明確做出規(guī)定。除非進(jìn)行限定，否則本文所使用的全部技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所慣常理解的相同的含義。本公開中的任何內(nèi)容不應(yīng)解釋為承認(rèn)在本公開中描述的實施例未被給予根據(jù)在先發(fā)明而先于本公開的權(quán)利。如在該文件中使用的，術(shù)語“包括”意思是“包含，但不限于”。
[0006]在實施例中，構(gòu)造為減少其腐蝕的反應(yīng)器系統(tǒng)可以包括至少一個載流元件，其布置成接近反應(yīng)器系統(tǒng)的至少一部分的表面。至少一個栗可構(gòu)造為迫使其中布置有腐蝕性離子的流體通過所述反應(yīng)器系統(tǒng)的至少一部分。該系統(tǒng)可以包括電流發(fā)生器，該電流發(fā)生器構(gòu)造為使電流通過至少一個載流元件以在反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生電磁場，其中電磁場起到通過迫使腐蝕性離子的至少一部分遠(yuǎn)離反應(yīng)器系統(tǒng)的內(nèi)表面來減少腐蝕的作用。
[0007]在實施例中，用于反應(yīng)器系統(tǒng)的腐蝕減少方法可以包括:提供反應(yīng)器系統(tǒng)，該反應(yīng)器系統(tǒng)具有接近反應(yīng)器系統(tǒng)的至少一部分的表面的至少一個載流元件。其中布置有腐蝕性離子的流體可以移動通過反應(yīng)器系統(tǒng)的至少一部分。電流可以通過至少一個載流元件而在反應(yīng)器系統(tǒng)的至少一部分內(nèi)產(chǎn)生電磁場，由此電磁場迫使腐蝕性離子的至少一部分遠(yuǎn)離反應(yīng)器系統(tǒng)的內(nèi)表面。
[0008]在實施例中，構(gòu)造為減少其腐蝕的反應(yīng)器系統(tǒng)的制造方法可以包括:提供反應(yīng)器系統(tǒng)，該反應(yīng)器系統(tǒng)具有接近反應(yīng)器系統(tǒng)的至少一部分的表面的至少一個載流元件。至少一個栗可構(gòu)造為迫使其中布置有腐蝕性離子的流體通過反應(yīng)器系統(tǒng)的至少一部分。至少一個載流元件可連接到電流發(fā)生器，該電流發(fā)生器構(gòu)造為使電流通過至少一個載流元件，使得在反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生電磁場，電磁場起到通過迫使腐蝕性離子中的至少一部分遠(yuǎn)離反應(yīng)器系統(tǒng)的內(nèi)表面來減少腐蝕的作用。
[0009]在實施例中，減少煤氣化超臨界水反應(yīng)器系統(tǒng)中的腐蝕的方法可以包括:圍繞超臨界水反應(yīng)器系統(tǒng)的反應(yīng)器容器的亞臨界區(qū)的至少一部分布置至少一個載流元件。其中布置有腐蝕性離子的煤漿料可以從亞臨界區(qū)到超臨界區(qū)移動通過反應(yīng)器容器。電流可以通過至少一個載流元件而在反應(yīng)器容器內(nèi)產(chǎn)生電磁場。電磁場可以迫使腐蝕性離子中的至少一部分遠(yuǎn)離反應(yīng)器容器的內(nèi)表面。
【附圖說明】
[0010]圖1描繪了根據(jù)一些實施例的示例性的超臨界水系統(tǒng)。
[0011]圖2A描繪了根據(jù)第一實施例的與載流元件相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組件。
[0012]圖2B描繪了根據(jù)第二實施例的與載流元件相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組件。
[0013]圖2C描繪了根據(jù)第三實施例的與載流元件相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)組件。
[0014]圖3描繪了根據(jù)實施例構(gòu)造的示例性超臨界水氣化系統(tǒng)的部分。
[0015]圖4A和4B描繪了根據(jù)一些實施例的系統(tǒng)組件內(nèi)的磁場的一些效應(yīng)的具體視圖。
[0016]圖5描繪了根據(jù)一些實施例的載流元件產(chǎn)生的示例性磁場的俯視圖。
[0017]圖6描繪了根據(jù)一些實施例的載流元件產(chǎn)生的示例性磁場的剖視圖。
[0018]圖7描繪了通過根據(jù)一些實施例構(gòu)造的具有縮小直徑的載流元件所產(chǎn)生的示例性磁場的剖視圖。
[0019]圖8描繪了通過根據(jù)實施例構(gòu)造的具有縮小直徑的系統(tǒng)組件所產(chǎn)生的示例性磁場的剖視圖。
[0020]圖9A描繪了根據(jù)第一實施例的包括電磁體的示例性載流元件。
[0021]圖9B描繪了根據(jù)第二實施例的包括電磁體的示例性載流元件。
[0022]圖10描繪了根據(jù)第三實施例的包括電磁體的示例性載流元件。
[0023]圖11描繪了減少超臨界水氣化系統(tǒng)中的腐蝕的示例性方法的流程圖。
[0024]發(fā)明詳述
[0025]在說明書中使用的術(shù)語僅為了描述特定的變型或?qū)嵤├哪康模灰庠谙拗品秶?br>[0026]本公開一般地涉及一種用于減少包含在超臨界水反應(yīng)系統(tǒng)中的反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)的腐蝕的系統(tǒng)和方法。特別地，實施例提供了對流經(jīng)諸如超臨界水反應(yīng)器系統(tǒng)以及超臨界水氣化系統(tǒng)中的反應(yīng)器系統(tǒng)組件(“系統(tǒng)組件”)的流體施加電磁影響，電磁影響起到迫使存在于流體中的腐蝕性離子遠(yuǎn)離系統(tǒng)組件表面的作用。對流體的電磁影響起到實現(xiàn)磁泳的作用，磁泳是在磁場的影響下分散磁性粒子和/或帶電粒子相對于流體的運(yùn)動。根據(jù)一些實施例，系統(tǒng)組件可以與載流元件相關(guān)聯(lián)，該載流元件構(gòu)造為響應(yīng)于電流通電而在系統(tǒng)組件內(nèi)產(chǎn)生電磁場。電磁場可以起到對穿過系統(tǒng)組件的諸如超臨界流體的流體內(nèi)的離子的路徑產(chǎn)生影響的作用。在實施例中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的洛倫茲力可以通過電磁場來產(chǎn)生以影響離子的路徑。通過這種方式，系統(tǒng)組件表面的腐蝕可減輕，這是因為可以防止在反應(yīng)器系統(tǒng)運(yùn)行期間存在的流體內(nèi)的腐蝕性離子與表面材料反應(yīng)而引起腐蝕。在一些實施例中，反應(yīng)器可以是超臨界水反應(yīng)器。
[0027]圖1描繪了根據(jù)一些實施例的示例性的超臨界水氣化系統(tǒng)。如圖1所示，超臨界水氣化系統(tǒng)100可以包括用于將漿料155引入系統(tǒng)的原料入口 130。例如，漿料155可以包括高壓漿料給料。漿料155可以包括能夠經(jīng)受超臨界水氣化的任何類型的物質(zhì)，包括但不限于生物質(zhì)流體(例如，微藻液、生物殘渣、生物廢物或類似物)、煤漿料以及其他化石燃料，以及可氧化廢物。因此，超臨界水氣化系統(tǒng)100可構(gòu)造為作為各種氣化系統(tǒng)運(yùn)行，這些氣化系統(tǒng)包括但不限于煤氣化系統(tǒng)、生物質(zhì)氣化系統(tǒng)、廢物氧化系統(tǒng)、氫處理反應(yīng)器和增壓水反應(yīng)器。漿料155連同空氣150和流體135 —起，可以饋送到加熱器105中，加熱器諸如為氣體點火加熱器。在實施例中，流體135可以包括水。漿料155與流體135的組合可以在加熱器105中加熱。諸如蒸汽140和煙道氣體145的一些氣體可以從加熱器105排出，例如，保持加熱器105內(nèi)的壓力。漿料155與流體135的組合可以饋送到反應(yīng)器容器110中。
[0028]在反應(yīng)器容器110內(nèi)，流體135可以在壓力下加熱而變成超臨界流體。用于產(chǎn)生超臨界流體的溫度和壓力可取決于流體及其組分的類型(例如，在不同溫度和壓力下離子的類型和濃度)。在流體135包括水的實施例中，流體可以在至少約23兆帕斯卡的壓力下被加熱到至少約647開爾文而變成超臨界流體。在超臨界水氣化過程中，流體135可以被加熱到其他的溫度而變成超臨界流體，包括約650開爾文、約700開爾文、約800開爾文、約900開爾文、約950開爾文、或者在這些值中的任意兩個值之間的范圍(包括端點)。處于超臨界溫度下的流體135在超臨界水氣化處理中可以處于各種壓力，諸如約22兆帕斯卡，約23兆帕斯卡，約24兆帕斯卡，約25兆帕斯卡，約30兆帕斯卡，或者在這些值中的任意兩個值之間的值(包括端點)。
[0029]處于超臨界條件下的流體135 ( “超臨界流體”)包括腐蝕性離子，諸如各種無機(jī)鹽的離子。腐蝕性離子可對超臨界水氣化系統(tǒng)100的組件具有強(qiáng)腐蝕性，這些部件諸如為系統(tǒng)組件的內(nèi)表面，系統(tǒng)組件包括加熱器105、反應(yīng)器容器110，和/或?qū)⒔M件連接在一起的任何管道。在實施例中，腐蝕性離子可以包括負(fù)離子和/或正離子。負(fù)離子的非限制性的示例包括氯離子、氟離子、二價硫離子、硫酸根離子、亞硫酸根離子、磷酸根離子、硝酸根離子、碳酸根離子、碳酸氫根離子、氫氧離子、氧離子和氰離子。
[0030]超臨界流體135可以與反應(yīng)器容器110內(nèi)的漿料155反應(yīng)以產(chǎn)生反應(yīng)器產(chǎn)物160。在實施例中，流體135可以包括被構(gòu)造為利于反應(yīng)的一種或多種催化劑，諸如氯、硫酸鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽。反應(yīng)器產(chǎn)物160可以移動通過一個或多個換熱器，諸如熱回收換熱器115以及冷卻換熱器125。可以提供氣體/流體分離器120以將反應(yīng)器產(chǎn)物160分離成期望的燃料氣體產(chǎn)物165和廢物產(chǎn)物170，諸如流體廢液、灰和炭。燃料氣體產(chǎn)物165可以包括任何能夠在超臨界條件下響應(yīng)于與流體135反應(yīng)而由漿料155產(chǎn)生的燃料。示例性的燃料氣體產(chǎn)物165包括但不限于富氫燃料，諸如比和/或CH 4。
[0031]在超臨界水氣化處理期間，流體135可以在超臨界水氣化系統(tǒng)100內(nèi)在不同的壓力下被加熱到上述超臨界溫度之外的各種溫度。除了超臨界條件之外，流體135可以處于亞臨界條件，其中流體135在壓力下處于超臨界溫度以下的高溫。在流體135包含水的實施例中，亞臨界水的溫度可以是約600開爾文、約610開爾文、約620開爾文、約630開爾文、約647開爾文、或者在這些值中的任意值之間的范圍內(nèi)(包含端點)的溫度。在流體135包含水的實施例中，處于亞臨界溫度的流體的壓力可以為約20兆帕斯卡、約22兆帕斯卡、約25兆帕斯卡或者在這些值中的任意值之間的范圍內(nèi)(包含端點)。亞臨界流體135還可以包括對于超臨界水氣化系統(tǒng)100的系統(tǒng)組件具有強(qiáng)腐蝕性的腐蝕性離子。
[0032]提供圖1所示的超臨界水反應(yīng)器系統(tǒng)100僅為示例性的目的，其可以根據(jù)需要包含更多或更少的組件，諸如一個或多個閥門、預(yù)加熱器、反應(yīng)器容器、用于栗送流體135通過系統(tǒng)的栗以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其他組件。
[0033]圖2A描繪了根據(jù)第一