用于使用腐蚀保护层来减小反应器系统中的腐蚀的系统和方法
【专利说明】用于使用腐蚀保护层来减小反应器系统中的腐蚀的系统和 方法
【背景技术】
[0001] 超临界水气化通过使原料泥浆与超临界水反应来产生富氢合成气体。超临界水是 这样的水，该水在高压（例如，大约22兆帕）下被加热到非常高的温度（例如，高于大约 674开氏度），以使得该水被阻止变成蒸汽。在该温度下，水变得反应性非常高，并且能够分 解泥浆以产生富氢燃料。该燃料可被用于各种目的，诸如给引擎供电、生成电力以及产生热 量。超临界水反应器系统的一个优点是，它们能够从被认为是废物的原料（诸如液态生物 质）或不洁净的燃料源（包括煤和其它化石燃料）生成相对洁净的氢基燃料。
[0002] 超临界水气化的效率和成本有效性受到组件（诸如加热器和反应器容器）、特别 是这些组件的在高温下与水接触的区域的快速腐蚀的影响。管理腐蚀的常规技术涉及持续 地更换被腐蚀的部分或者用抗腐蚀材料构造组件，这些可能是昂贵的，而且是极其无效的。 因此，希望的是，通过使用便宜的而且可容易复制的组件最小化腐蚀的经济影响的方式来 减小反应器系统中（诸如超临界水反应器系统中）的腐蚀。
【发明内容】
[0003] 本公开不限于所述的特定系统、装置和方法，因为这些可以变化。本描述中所使用 的术语仅仅是用于描述特定版本或实施例的目的，而非意图限制范围。
[0004] 如本文件中所使用的，单数形式"一"和"所述"包括复数指代物，除非上下文另有 明确指示。除非另有定义，否则本文中所使用的所有技术术语和科学术语都具有与本领域 的普通技术人员通常理解的意义相同的意义。本公开中没有任何内容被解释为承认本公开 中所述的实施例由于在先发明而无权先于这样的公开内容。如本文件中所使用的，术语"包 括"意指"包括但不限于"。
[0005] 在实施例中，一种被构造为减小或消除其腐蚀的反应器系统包括系统容器，该系 统容器包括内表面，并具有亚临界区域。亚临界区域可被构造为在亚临界条件下接收流体。 至少一个包括玻璃和碳化硅的腐蚀保护层可被定位在亚临界区域内以提供保护内表面的 至少一部分不被腐蚀的物理屏障。
[0006] 在实施例中，一种用于制造被构造为减小其腐蚀的反应器系统的方法可包括提供 系统容器和至少一个腐蚀保护层。系统容器可包括内表面，并具有亚临界区域。亚临界区 域可被构造为在亚临界条件下接收流体。所述至少一个腐蚀保护层可包括玻璃和碳化硅。 所述至少一个腐蚀保护层可被定位在系统容器内部、亚临界区域内，以提供保护内表面的 至少一部分不被腐蚀的物理屏障。
[0007] 在实施例中，一种使用晶体封装来制造反应器系统的腐蚀保护层的方法可包括提 供模具，该模具被构造为使得在该模具内产生的腐蚀保护层基本上符合反应器系统的系统 容器的至少一部分的大小和形状，以使得腐蚀保护层适配在其中。可将碳化硅晶体和熔化 的玻璃放置到模具中。可旋转模具，直到熔化的玻璃硬化以在模具内形成腐蚀保护层为止。 可从模具移除腐蚀保护层。
[0008] 在实施例中，一种使用纤维缠绕来制造反应器系统的腐蚀保护层的方法可包括提 供模具，该模具被构造为使得通过使用该模具进行纤维缠绕而产生的腐蚀保护层基本上符 合反应器系统的系统容器的至少一部分的大小和形状，以使得腐蚀保护层适配在其中。可 旋转模具，并且可在高张力下将碳化硅纤维涂覆到旋转的模具。可在将碳化硅纤维涂覆到 旋转的模具期间将碳化硅纤维与熔化的玻璃一起浸渍。可响应于腐蚀保护层基本上符合系 统容器的所述至少一部分的大小和形状，停止将碳化硅纤维涂覆到旋转的模具。可固化腐 蚀保护层，并且可从腐蚀保护层内移除模具。
[0009] 在实施例中，一种用于减小或消除反应器系统中的腐蚀的方法可包括提供具有系 统容器的反应器系统，该系统容器包括内表面，并具有被构造为在亚临界条件下接收流体 的亚临界区域。该方法还可包括：提供至少一个包括玻璃和碳化硅的腐蚀保护层；并将所 述至少一个腐蚀保护层定位在亚临界区域内，以提供保护内表面的至少一部分不被流体腐 蚀的物理屏障。
【附图说明】
[0010] 图1描绘根据一些实施例的示意性超临界水系统。
[0011] 图2A和图2B描绘根据一些实施例的包括腐蚀保护层的示意性超临界水反应器系 统组件的不同视图。
[0012] 图3A和图3B描绘通过使用不同大小的碳化硅晶体的封装制程而产生的示意性腐 蚀保护层。
[0013] 图4描绘根据一些实施例的用于超临界水反应器系统的示意性腐蚀减小方法的 流程图。
[0014] 图5描绘根据一些实施例的使用纤维缠绕制程来提供腐蚀保护层的示意性方法 的流程图。
【具体实施方式】
[0015] 本描述中所使用的术语仅仅是用于描述特定版本或实施例的目的，而非意图限制 范围。
[0016] 本公开一般地涉及用于减小或消除反应器系统中的腐蚀的系统和方法。反应器系 统可包括超临界水反应器系统。具体地说，实施例提供腐蚀保护层，其被构造为在反应器系 统中提供防御亚临界流体的物理屏障。亚临界流体包括处于亚临界条件或者处于低于用于 超临界流体的温度的高温的流体。例如，亚临界水可包括在大约22兆帕的压强下为大约 600开氏度至大约647开氏度的水。在实施例中，腐蚀保护层包括玻璃和碳化硅。本文中所 述的系统和方法可提供在对热传递呈现最小屏障并且防止反应器系统中由亚临界流体造 成的化学分解的同时、保护反应器系统组件（诸如超临界水反应器系统中的那些组件）不 被腐蚀的、有效的且成本高效的方式。
[0017] 相对于没有所述的腐蚀保护层、方法和系统的相同的或类似的反应器或反应器系 统组件的操作而言，本文中所述的腐蚀保护层、方法和系统的使用可导致反应器或反应器 系统组件中的腐蚀的减小或消除。腐蚀程度一般可减小任何量。例如，腐蚀程度可减小至少 大约10%、至少大约20%、至少大约30%、至少大约40%、至少大约50%、至少大约60%、 至少大约70%、至少大约80%、至少大约90%、至少大约95%、至少大约96%、至少大约 97%、至少大约98%、至少大约99%，以及在理想的情况下，大约100 %减小（完全消除腐 蚀）。
[0018] 图1描绘根据一些实施例的示意性超临界水反应器系统。如图1所示，超临界水反 应器系统100可包括用于将泥浆155引入到系统中的原料入口 130。泥浆155例如可包括 高压泥浆进料。泥浆155可包括任何类型的能够经受超临界水气化的物质，包括但不限于 生物质流体（例如，微藻类流体、生物残留物、生物废弃物等）、煤和其它化石燃料的泥浆、 以及可氧化废弃物。因此，超临界水反应器系统100可被构造为作为各种气化系统中的任 何一种进行操作，所述气化系统包括但不限于煤气化系统、生物质气化系统以及废弃物氧 化系统。泥浆155与空气150和水135 -起可被供给到加热器105,诸如燃气加热器。泥浆 155可在加热器105中被加热。某些气体（诸如蒸汽140和烟道气145)可从加热器耗尽， 例如以保持压强。泥浆155可被供给到反应器容器110中。
[0019] 在反应器容器110内，泥浆155可在压力下被加热以变成超临界流体。用于产生超 临界流体的温度和压强将取决于泥浆155的类型、其中所包括的任何流体、以及其组成（例 如，在不同温度和压强下的离子的类型和浓度）。在实施例中，泥浆155可在高于大约22兆 帕的压强下被加热到高于大约647开氏度，以使得泥浆内的流体变成超临界流体。根据一 些实施例，泥浆155可在反应器容器110内在大约25兆帕的压强下被加热到大约920开氏 度。超临界条件下的泥浆155包括腐蚀离子，诸如各种无机盐的离子。腐蚀离子对于超临 界水反应器系统100的组件（诸如加热器105、反应器容器110和/或将组件连接在一起的 任何管道的内表面）可能是有高度腐蚀性的。在实施例中，泥浆155内的流体可包括水。
[0020] 超临界流体可在反应器容器110内与泥浆155的成分发生反应以产生反应器产品 160。在实施例中，泥浆155可包括一种或多种被构造为促进反应的催化剂，诸如氯、硫酸 盐、硝酸盐和磷酸盐。反应器产品160可移动通过一个或多个热交换器，诸如热回收热交换 器115和冷却热交换器125。提供气体/液体分离器120来将反应器产品160分离为期望 的燃料气体产品165和废弃产品170,诸如液体流出物、灰分和烧焦物。燃料气体产品165 可包括能够响应于与超临界流体发生反应而从泥浆155产生的任何燃料。示意性燃料气体 产品165包括但不限于富氢燃料，诸如氏和/或CH 4。
[0021] 在超临界水气化过程期间，泥浆155可在超临界水反应器系统100内在不同压强 下被加热到各种温度。除了超临界条件之外，泥浆155可处于亚临界条件，其中，泥浆155 内的流体在压力下处于高温，该高温低于超临界温度。在泥浆155内的流体包括水的实施 例中，亚临界水可具有以下温度：大约550开氏度、570开氏度、600开氏度、大约610开氏 度、大约620开氏度、大约630开氏度、大约647开氏度、或者这些值中的任何值之间的范围 (包括端点）内的温度。在泥浆155内的流体包括水的实施例中，亚临界温度的流体的压强 可以为大约20兆帕、大约22兆帕、大约25兆帕、或者在这些值中的任何值之间的范围（包 括端点）内。亚临界条件下的泥浆155通常包括对于超临界水反应器系统100的组件具有