通过播种牺牲金属的超临界水气化的腐蚀减轻的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]除非在此处进行说明，否则此处所描述的材料不是本申请权利要求的现有技术并且不因包含在该部分中而承认是现有技术。
[0002]超临界流体会在诸如水的物质达到其临界点之上的压力和温度时而形成。超临界水会在高于218atm的压力和374°C以上的温度下出现。超临界水的一个示例应用是用超临界水以及在缺少添加的氧化剂时来处理生物燃料，这可以将有机材料转换成燃料气体。
[0003]使用超临界水的应用和装置会受到严重的腐蚀。由于在该过程中使用煤或类似的材料，超临界水气化(SCWG)是会易于腐蚀的一个应用。包括不纯碳氢化合物的煤、沥青或油会导致高度活性的化学物种在恰低于水的临界点的热动力条件下溶解。这些高度活性的化学物种会增加SCWG反应器内金属壁的腐蚀率。
[0004]概述
[0005]本公开一般描述了通过播种牺牲金属颗粒来减轻超临界水气化中的腐蚀的技术。
[0006]根据一些示例，提供了用于减轻超临界水气化中的腐蚀的方法。该方法可以包括:用金属颗粒将一个或多个材料输入流播种到超临界水气化(SCWG)反应器中，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物并且在超临界点以上沉淀。该方法可以进一步包括从SCWG反应器收集金属氧化物。
[0007]根据其他示例，描述了一种腐蚀减轻的超临界水气化(SCWG)反应器系统。该SCWG反应器系统可以包括:SCWG反应器，其可构造为将包含水的混合物加热至超临界点以上。该SCWG反应器系统可以进一步包括:第一输入，其构造为将混合物提供给SCWG反应器；第二输入，其构造为将水提供给SCWG反应器；以及输出，其构造为将反应混合物从SCWG反应器中取出。可以用金属颗粒来播种第一输入和第二输入中的一个或多个，使得金属颗粒在SCffG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀，并且可以从SCWG反应器收集金属氧化物。
[0008]根据另外的示例，描述了用于腐蚀减轻的超临界水气化(SCWG)反应器系统的控制器。该控制器可以包括一个或多个注入模块，它们与SCWG反应器的一个或多个材料输入流耦合，其中注入模块可构造为用金属颗粒来播种一个或多个材料输入流，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀。该控制器可以进一步包括与SCWG反应器的输出耦合的至少一个取回模块，其中所述取回模块可构造为从SCWG反应器收集金属氧化物。
[0009]前面的概述仅仅是示例性的，而不意在以任何方式进行限制。通过参考附图以及下面的详细说明，除了上文所描述的示例性的方面、实施例和特征之外，另外的方面、实施例和特征将变得清晰可见。
【附图说明】
[0010]通过下面结合附图给出的详细说明和随附的权利要求，本公开的前述特征以及其它特征将变得更加清晰。应理解的是，这些附图仅描绘了依照本公开的多个实施例，因此，不应视为对本发明范围的限制，将通过利用附图结合附加的具体描述和细节对本公开进行说明，在附图中:
[0011]图1示出了示例的超临界水气化(SCWG)工艺流程图；
[0012]图2示出了用于形成超临界水的压力-温度图；
[0013]图3示出了示例的由甘油生产甲醇，其中用于甲醇的合成气是在超临界水中通过再形成工艺获得的。
[0014]图4示出了用于在超临界水中再形成的另一示例工艺；
[0015]图5示出了通用计算设备，其可用于控制SCWG反应器；
[0016]图6是示出可以通过诸如图5的计算设备的计算设备执行的用于控制SCWG反应器的示例方法的流程图；以及
[0017]图7示出了示例的计算机程序产品的框图，
[0018]全部是根据本文所描述的至少一些实施例布置的。
【具体实施方式】
[0019]在下面的详细说明中，将参考附图，附图构成了详细说明的一部分。在附图中，除非上下文指出，否则相似的符号通常表示相似的部件。在详细说明、附图和权利要求中所描述的示例性实施例不意在限制。可以使用其它实施例，并且可以做出其它改变，而不偏离本文呈现的主题的精神或范围。将易于理解的是，如本文大致描述且如图中所图示的，本公开的方案能够以各种不同配置来布置、替代、组合、分离和设计，所有这些都在本文中明确地构思出。
[0020]本公开一般涉及与通过播种牺牲金属对超临界水气化(SCWG)进行腐蚀控制有关的方法、装置、系统、设备和计算机程序产品。
[0021]简言之，一般地描述了用于通过播种牺牲金属颗粒来减轻SCWG中的腐蚀的技术。金属颗粒可以通过高压注入而播种到一个或多个材料输入流中。一旦分布在SCWG反应器中，金属颗粒可优先地腐蚀到金属SCWG反应器壁且转换成金属氧化物，金属氧化物在水的超临界点以上沉淀析出。然后，可以在SCWG反应器下游收集沉淀析出的金属氧化物以便在熔炉中重加工成播种金属以其他方式进行处置。播种金属颗粒可以有限的纯额外废物来完成过程材料循环。
[0022]图1示出了依照本文所描述的至少一些实施例布置的示例的超临界水气化(SCffG)工艺流程图。
[0023]如图100所示，示例的基于煤的SCWG成套设备可以包括气体点火加热器102，具有用于馈送例如水、煤浆和燃料气体的一个或多个材料输入流。通过浆料馈送器104提供的煤浆可以在气体点火加热器102中加热且连同水一起作为混合物提供给SCWG反应器108。从SCWG反应器108中取回的超热的煤浆可以在馈回到气体点火加热器102中之前在热回收模块106中进行冷却。在SCWG反应器108中的反应的液体与气体副产物的混合物可以在热回收之后经过进一步的冷却(110)且在分离器112中分离成气体副产物和液体副产物。液体副产物和气体副产物随后可以通过阀门114控制的不同的回收线路来回收。
[0024]SCffG反应器中的水/煤浆混合器可以经过超过水的临界点且使得形成超临界水的高压和高温。从SCWG反应器108中得到的两相气体-液体产物可以通过热回收模块106以最大化热效率。气相可以在与液相分离时形成燃料气体产物且可以重新用来为气体点火加热器102内的工艺提供热。
[0025]通常，在非连续工艺中可以使用牺牲腐蚀技术来帮助保护易于腐蚀的应用和设备。充当阳极的牺牲金属(sacrificed metal)附接到金属结构的被保护而免于腐蚀的区域且可以被腐蚀所消耗，实现牺牲金属的频繁更替。在连续的过程中，诸如SCWG，在SCWG反应器内的热的、高压环境中，安装用于牺牲腐蚀的金属阳极在不使工艺系统停机的情况下不可能进行，这会增加生产成本。而且，由于SCWG反应可能是侵略性的，在反应器中安装金属阳极仅可保护在金属阳极紧邻处的反应器壁。理论上，反应器的整个内表面可需要加上金属阳极作为内衬来实现完全的保护。至少由于这些原因，在SCWG反应器中，常规的保护性电极通常不理想。
[0026]根据一些实施例，牺牲金属颗粒可以通过高压注入或类似的机构(例如，注入模块107)播种到一个或多个材料输入流中。材料输入可以是水以及煤、沥青、沥青砂、重油、生物燃料和废油中的一种或多种。金属颗粒仅在反应器之前以及之内腐蚀，并且通过播种，可以通过加工流体散布在SCWG反应器内，避免局域腐蚀。金属颗粒可以添加到反应器的上游，例如在栗之前，这可以允许工艺连续且可以避免昂贵的停机。
[0027]由腐蚀的金属颗粒产生的金属氧化物可以分离和收集，以便在熔炉中重加工成金属，或者以其他方式进行处置。分离可以发生，是因为流体混合物在恰在腐蚀最有侵略性的临界点以下在超临界水中高度电解，而在临界点以上是非极性的。结果，牺牲反应的产物，金属氧化物会沉淀析出。金属氧化物的收集可以由取回模块109来控制，取回模块109可与SCWG反应器的输出耦合且从SCWG反应器内接收从反应混合物析出的金属氧化物。在一些示例中，金属颗粒氧化成金属氧化物的化学动力学可取决于多种因素。腐蚀性金属颗粒的浓度、压力和温度可通过气化过程来控制，但是用作播种金属颗粒的金属的类型，以及金属颗粒的量、尺寸和形状可独立地控制。例如，金属颗粒的尺寸可以选为从约Inm至约5nm，但是实施例不限于这些尺寸。
[0028]金属颗粒的表面面积也会对总体的牺牲反应速率具有较大影响。许多小的颗粒会比单个大的颗粒反应快，片状的/薄片状的颗粒会比同等质量的球状颗粒反应快。金属颗粒可以小至足以穿过机械栗，但是可以设计许多大的工业栗来处理固态废物和浆料且在转子和外壳之间有适当的间隙。引入该过程的金属颗粒还可以是较软等级的以减轻栗和壳体内的腐蚀，这可能需要硬化或加陶瓷涂层。
[0029]根据另外的示例，可以将不同类型的播种金属颗粒添加到具有不同反应速率的过程中以控制该过程不同阶段的腐蚀，使得活性最差的金属在任何换热器下游(包括其他类型的SCW过程)中提供腐蚀保护层。例如，钛，活性较差的播种金属，可以保护最下游的硬件。
[0030]金属的化学活性与电位序内金属相对于受保护免于腐蚀的金属的电负性有关。电位序描述了下面起始于活性最强的顺序的常见金属活性:镁、铝、钢/铁、铜和钛。活性还可以取决于化学环境、温度和可在SCWG反应器内受保护的金属的合金。例如，镁可以快速地反应，而铝反应可较慢，因为有放慢初始反应速率的坚硬的氧化物涂层。
[0031 ] 如果所选金属是日用品碱金属，则金属颗粒播种在经济上可能更有吸引力。按当前的定价，例如钢可能是紧跟铝之后的较廉价的牺牲金属。播种金属的量可取决于SCWG反应器壁的内部的腐蚀率以及材料输入的吞吐量。如上所述，在水临界点以上的温度和压力下，金属氧化物可由