利用旋转力减少反应器系统中的腐蚀的系统和方法
【专利说明】利用旋转力减少反应器系统中的腐蚀的系统和方法
【背景技术】
[0001] 反应器系统可W通过使燃料源与反应器材料在特定溫度和压力条件下反应而生 成燃料。例如，超临界水气化系统可W通过使原料浆料与超临界水反应来产生富氨合成气 体。超临界水是被加热到极高溫度（例如，约400°C W上)且处于高压（例如，约22兆帕斯卡） 下的水。在运些条件下，水变得反应性极强且能够分解浆料而生成富氨燃料。燃料可用于各 种用途，诸如为发动机提供动力、产生电W及产生热。
[0002] 反应器系统的一个优点在于，它们能够由被视为废物的原料(如液态生物质或包 括煤和其它化石燃料在内的非清洁燃料源)来产生相对清洁的氨基燃料。一个缺点是，系统 组件易于由于在反应过程中出现的严峻条件而发生腐蚀和分解。因此，反应器系统的效率 和成本效益取决于系统组件的腐蚀率，系统组件诸如与反应器材料相接触的加热器和反应 器容器。常规的管理腐蚀的技术设及到被腐蚀零件的频繁更换或者由耐腐蚀材料构造组 件，运可能比较昂贵且大多无效。因此，期望的是W通过保护系统组件的易损部分的廉价方 法最小化腐蚀的经济影响的方式来减少反应器系统中的腐蚀。
[000；3]概述
[0004] 本公开不限于所描述的特定的系统、设备和方法，因为运些可W进行改动。在说明 书中使用的术语仅为描述特定的变化形式或实施例的目的，不意在限制范围。
[0005] 如在该文献中使用的，除非上下文明确做出规定，否则单数形式"一"、"一个"和 "该"包括复数指代物。除非进行限定，否则本文所使用的全部技术和科学术语具有与本领 域普通技术人员所惯常理解的相同的含义。本公开中的任何内容不应解释为承认在本公开 中描述的实施例未被给予根据在先公开而先于本公开的权利。如在该文献中使用的，术语 "包括"意思是"包括，但不限于"。
[0006] 在实施例中，构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统可包括反应器容器和旋转元 件，该反应器容器包括内表面，该旋转元件构造为在反应器容器内旋转。反应器容器可构造 为接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和具有比反应器流体密度高的密度 的稠密流体，所述反应器流体和稠密流体基本上不能混合。旋转元件的旋转可W生成旋转 力，该旋转力迫使进入反应器容器的反应器流体的至少一部分在反应器容器内W反应器流 体縱满流流动W及迫使进入反应器容器的稠密流体的至少一部分W围绕反应器流体縱满 流的至少一部分的稠密流体縱满流流动。稠密流体縱满流通过在反应器流体与内表面的至 少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
[0007] 在实施例中，减少反应器系统中的腐蚀的方法可包括:提供包括内表面的反应器 容器，W及提供旋转元件，该旋转元件构造为在反应器容器内旋转。反应器容器可构造为接 收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体W及接收具有比反应器流体密度高的密 度且基本上不能与反应器流体混合的稠密流体。旋转元件可旋转W生成旋转力，该旋转力 使得反应器流体的至少一部分在流经反应器容器时W反应器流体縱满流流动并且使得稠 密流体的至少一部分在流经反应器容器时W围绕反应器流体縱满流的至少一部分的稠密 流体縱满流流动。稠密流体縱满流通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障 而起到减少腐蚀的作用。
[0008] 在实施例中，制造构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统的方法可包括:提供包 括内表面的反应器容器，W及构造所述反应器容器W容纳对内表面的至少一部分有腐蚀性 的反应器流体和具有比反应器流体密度高的密度且基本上不能与反应器流体混合的稠密 流体。旋转元件可被提供，其构造为在反应器容器内旋转。旋转元件的旋转可W生成旋转 力，该旋转力迫使反应器流体的至少一部分在反应器容器内W反应器流体縱满流流动W及 迫使稠密流体的至少一部分W围绕反应器流体縱满流的至少一部分的稠密流体縱满流流 动。稠密流体縱满流通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐 蚀的作用。
[0009] 在实施例中，构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统可包括:反应器容器，其包括 内表面；W及构造为旋转反应器容器的反应器容器旋转器。反应器容器可构造为接收反应 器流体和烙盐流体，所述反应器流体对内表面的至少一部分有腐蚀性。该反应器流体和烙 盐流体可W基本不能相互混合。反应器容器旋转器可构造为W使得烙盐流体的至少一部分 在内表面的至少一部分上形成烙盐层的速度来旋转反应器容器。烙盐层通过在反应器流体 与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
[0010] 在实施例中，减少反应器系统中的腐蚀的方法可包括:提供包括内表面的反应器 容器；W及构造反应器容器W接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体W及接收 与反应器流体基本上不能混合的烙盐流体。反应器容器可W使得烙盐流体的至少一部分在 内表面的至少一部分上形成烙盐层的速度旋转。烙盐层通过在反应器流体与内表面的至少 一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
[0011 ]在实施例中，审雌反应器系统的方法可包括:提供包括内表面的反应器容器；从及 构造反应器容器W接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和基本上与反应器 流体不能混合的烙盐流体。至少一个反应器容器旋转器可连接到反应器容器，该反应器容 器旋转器构造为W使得烙盐流体的至少一部分在内表面的至少一部分上形成烙盐层的速 度旋转反应器容器。烙盐层通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到 减少腐蚀的作用。
[0012]在实施例中，构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统可包括:反应器容器，其包括 内表面且构造为接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和基本上与反应器流 体不能混合的保护流体。旋转元件可构造为生成旋转力，该旋转力迫使保护流体的至少一 部分在反应器流体与内表面的至少一部分之间的层中流动。该层通过在反应器流体与内表 面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
【附图说明】
[001引图1描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统。
[0014]图2A和2B分别描绘了根据一些实施例构造的系统组件的前视图和俯视图。
[001引图3描绘了根据第一实施例的示例性的系统组件。
[0016] 图4描绘了根据第二实施例的示例性的系统组件。
[0017] 图5A描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统的第一概览。
[0018] 图5B描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统的第二概览。
[0019] 图6描绘了根据一些实施例的用于反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程 图。
[0020] 图7描绘了根据第一实施例的用于反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程 图。
[0021] 图8描绘了根据第二实施例的用于反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程 图。
【具体实施方式】
[0022] 在说明书中使用的术语仅为了描述特定的变化形式或实施例的目的，而不意在限 制范围。
[0023] 所描述的技术一般设及到用于减少或消除反应器系统中的腐蚀的系统和方法。该 反应器系统可包括超临界水反应器系统，诸如超临界水气化系统。特别地，实施例提供了用 于在腐蚀性流体与反应器系统组件的表面之间产生屏障的系统和方法。例如，一些实施例 生成了构造为提供针对反应器系统的亚临界流体的物理屏障的腐蚀保护层。亚临界流体包 括处于亚临界条件的或者处于超临界流体的溫度W下的高溫下的流体。例如，亚临界水可 包含处于约325°C至约375°C、约22兆帕斯卡压力下的水。
[0024] 所述技术的使用相比于不具有所描述的方法和材料的相同或相似反应器系统组 件的操作而言能够使得减少或消除反应器系统组件中的腐蚀。腐蚀程度通常能够减少任意 量。例如，腐蚀程度可W减少至少约10 %，至少约20 %，至少约30 %，至少约40 %，至少约 50%，至少约60%，至少约70%，至少约80%，至少约90%，至少约95%，至少约96%，至少约 97%，至少约98%，至少约99%，并且在理想情况下，减少约100% (完全消除腐蚀）。
[0025] 在实施例中，诸如反应器容器的系统组件可W构造为接收对系统组件的表面具有 腐蚀性的反应器流体和基本上不能与反应器流体混合的保护流体。旋转元件可构造为生成 旋转力，该旋转力迫使保护流体在与系统组件的内表面邮邻的层中流动。反应器流体可W 在由保护流体形成的层内流经系统组件。因此，通过保护流体形成的层通过在反应器流体 与系统组件的内表面之间形成屏障来减少系统组件的腐蚀。
[0026] 图1描绘了根据一些实施例的示例性的超临界水反应器系统。如图1所示，超临界 水反应器系统100可包括用于将浆料155引入系统的原料入口 130。浆料155例如可包括高压 浆料进给(feed)。浆料155可包括能够经受超临界水气化的任何类型的物质，包括但不限于 生物质流体(例如，微藻流体、生物残渣、生物废物或类似物）、煤浆料和其它化石燃料浆料 (例如，粉煤和水）W及可氧化废物。因此，超临界水反应器系统100可构造为作为各种气化 系统中的任一种而运行，包括但不限于煤气化系统、生物质气化系统和废物氧化系统。浆料 155连同空气150和水135-起可进给到加热器105或诸如气体点火加热器的预加热器中。浆 料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W从加热器中排 出，例如，来维持压力。浆料155可进给到反应器容器110中。
[0027] 在反应器容器110内，浆料155可W在压力下被加热而变成超临界流体。用于生成 超临界流体的溫度和压力将取决于浆料155的类型，其中包含的任何流体及其成分(例如， 在不同溫度和压力下离子的类型和浓度）。在实施例中，浆料155可在约22兆帕斯卡W上的 压力下被加热到约375°C W上，使得浆料内的流体变成"超临界流体"。根据一些实施例，浆 料155可在反应器容器110内约25兆帕斯卡的压力下被加热到约650°C。在超临界条件下的 浆料155包括腐蚀性离子，诸如各种无机盐的离子。腐蚀性离子可能对超临界水反应器系统 100的组件(诸如加热器105的内侧表面、反应器容器110、和/或将组件连接在一起的任何管 道)具有极高腐蚀性，。在实施例中，浆料155内的流体可包含水。
[00%]超临界流体可在反应器容器110内与浆料155的成分反应W生成反应器产物160。 在实施例中，浆料155可包含构造为利于反应的一种或多种催化剂，诸如氯、硫酸盐、硝酸 盐、和憐酸盐。反应器产物160可W移动通过一个或多个换热器，诸如热回收型换热器115和 冷却型换热器125。在实施例中，过滤器185可定位在反应器系统100内，诸如在反应器容器 110与换热器115之间W对反应器产物160过滤。在实施例中，包含附加流体和/或构造为提 供附加压力的储器190可W位于反应器系统100内。气体/液体分离器120可被提供W将反应 器产物160分离成期望的燃料气体产物165和废物产物170(诸如废液、灰和炭）。燃料气体产 物165可包括能够响应于与超临界流体反应而由浆料155生成的任何燃料。示例性的燃料气 体产物165包括但不限于富氨燃料，诸如出和/或CH4。
[0029] 在超临界水气化过程中，浆料155可在超临界水反应器系统100内在不同压力下被 加热到各种溫度。除了超临界条件之外，浆料155可处于亚临界条件，其中浆料155内的流体 在升高的压力下处于低于超临界溫度的升高的溫度。在浆料155内的流体包含水的实施例 中，亚临界水可具有约275°C，、约300°C、约325°C、约350°C、约400°C、约425°C、约450°C、或 者在运些值中的任意值之间的范围内（包含端点）的溫度。在浆料155内的流体包含水的实 施例中，处于亚临界溫度下的流体的压力可W为约2