利用旋轉力減少反應器系統中的腐蝕的系統和方法
【專利說明】利用旋轉力減少反應器系統中的腐蝕的系統和方法
【背景技術】
[0001] 反應器系統可W通過使燃料源與反應器材料在特定溫度和壓力條件下反應而生 成燃料。例如，超臨界水氣化系統可W通過使原料漿料與超臨界水反應來產生富氨合成氣 體。超臨界水是被加熱到極高溫度（例如，約400°C W上)且處于高壓（例如，約22兆帕斯卡） 下的水。在運些條件下，水變得反應性極強且能夠分解漿料而生成富氨燃料。燃料可用于各 種用途，諸如為發動機提供動力、產生電W及產生熱。
[0002] 反應器系統的一個優點在于，它們能夠由被視為廢物的原料(如液態生物質或包 括煤和其它化石燃料在內的非清潔燃料源)來產生相對清潔的氨基燃料。一個缺點是，系統 組件易于由于在反應過程中出現的嚴峻條件而發生腐蝕和分解。因此，反應器系統的效率 和成本效益取決于系統組件的腐蝕率，系統組件諸如與反應器材料相接觸的加熱器和反應 器容器。常規的管理腐蝕的技術設及到被腐蝕零件的頻繁更換或者由耐腐蝕材料構造組 件，運可能比較昂貴且大多無效。因此，期望的是W通過保護系統組件的易損部分的廉價方 法最小化腐蝕的經濟影響的方式來減少反應器系統中的腐蝕。
[000；3]概述
[0004] 本公開不限于所描述的特定的系統、設備和方法，因為運些可W進行改動。在說明 書中使用的術語僅為描述特定的變化形式或實施例的目的，不意在限制范圍。
[0005] 如在該文獻中使用的，除非上下文明確做出規定，否則單數形式"一"、"一個"和 "該"包括復數指代物。除非進行限定，否則本文所使用的全部技術和科學術語具有與本領 域普通技術人員所慣常理解的相同的含義。本公開中的任何內容不應解釋為承認在本公開 中描述的實施例未被給予根據在先公開而先于本公開的權利。如在該文獻中使用的，術語 "包括"意思是"包括，但不限于"。
[0006] 在實施例中，構造為減少其部分的腐蝕的反應器系統可包括反應器容器和旋轉元 件，該反應器容器包括內表面，該旋轉元件構造為在反應器容器內旋轉。反應器容器可構造 為接收對內表面的至少一部分有腐蝕性的反應器流體和具有比反應器流體密度高的密度 的稠密流體，所述反應器流體和稠密流體基本上不能混合。旋轉元件的旋轉可W生成旋轉 力，該旋轉力迫使進入反應器容器的反應器流體的至少一部分在反應器容器內W反應器流 體縱滿流流動W及迫使進入反應器容器的稠密流體的至少一部分W圍繞反應器流體縱滿 流的至少一部分的稠密流體縱滿流流動。稠密流體縱滿流通過在反應器流體與內表面的至 少一部分之間形成屏障來起到減少腐蝕的作用。
[0007] 在實施例中，減少反應器系統中的腐蝕的方法可包括:提供包括內表面的反應器 容器，W及提供旋轉元件，該旋轉元件構造為在反應器容器內旋轉。反應器容器可構造為接 收對內表面的至少一部分有腐蝕性的反應器流體W及接收具有比反應器流體密度高的密 度且基本上不能與反應器流體混合的稠密流體。旋轉元件可旋轉W生成旋轉力，該旋轉力 使得反應器流體的至少一部分在流經反應器容器時W反應器流體縱滿流流動并且使得稠 密流體的至少一部分在流經反應器容器時W圍繞反應器流體縱滿流的至少一部分的稠密 流體縱滿流流動。稠密流體縱滿流通過在反應器流體與內表面的至少一部分之間形成屏障 而起到減少腐蝕的作用。
[0008] 在實施例中，制造構造為減少其部分的腐蝕的反應器系統的方法可包括:提供包 括內表面的反應器容器，W及構造所述反應器容器W容納對內表面的至少一部分有腐蝕性 的反應器流體和具有比反應器流體密度高的密度且基本上不能與反應器流體混合的稠密 流體。旋轉元件可被提供，其構造為在反應器容器內旋轉。旋轉元件的旋轉可W生成旋轉 力，該旋轉力迫使反應器流體的至少一部分在反應器容器內W反應器流體縱滿流流動W及 迫使稠密流體的至少一部分W圍繞反應器流體縱滿流的至少一部分的稠密流體縱滿流流 動。稠密流體縱滿流通過在反應器流體與內表面的至少一部分之間形成屏障來起到減少腐 蝕的作用。
[0009] 在實施例中，構造為減少其部分的腐蝕的反應器系統可包括:反應器容器，其包括 內表面；W及構造為旋轉反應器容器的反應器容器旋轉器。反應器容器可構造為接收反應 器流體和烙鹽流體，所述反應器流體對內表面的至少一部分有腐蝕性。該反應器流體和烙 鹽流體可W基本不能相互混合。反應器容器旋轉器可構造為W使得烙鹽流體的至少一部分 在內表面的至少一部分上形成烙鹽層的速度來旋轉反應器容器。烙鹽層通過在反應器流體 與內表面的至少一部分之間形成屏障來起到減少腐蝕的作用。
[0010] 在實施例中，減少反應器系統中的腐蝕的方法可包括:提供包括內表面的反應器 容器；W及構造反應器容器W接收對內表面的至少一部分有腐蝕性的反應器流體W及接收 與反應器流體基本上不能混合的烙鹽流體。反應器容器可W使得烙鹽流體的至少一部分在 內表面的至少一部分上形成烙鹽層的速度旋轉。烙鹽層通過在反應器流體與內表面的至少 一部分之間形成屏障來起到減少腐蝕的作用。
[0011 ]在實施例中，審雌反應器系統的方法可包括:提供包括內表面的反應器容器；從及 構造反應器容器W接收對內表面的至少一部分有腐蝕性的反應器流體和基本上與反應器 流體不能混合的烙鹽流體。至少一個反應器容器旋轉器可連接到反應器容器，該反應器容 器旋轉器構造為W使得烙鹽流體的至少一部分在內表面的至少一部分上形成烙鹽層的速 度旋轉反應器容器。烙鹽層通過在反應器流體與內表面的至少一部分之間形成屏障來起到 減少腐蝕的作用。
[0012]在實施例中，構造為減少其部分的腐蝕的反應器系統可包括:反應器容器，其包括 內表面且構造為接收對內表面的至少一部分有腐蝕性的反應器流體和基本上與反應器流 體不能混合的保護流體。旋轉元件可構造為生成旋轉力，該旋轉力迫使保護流體的至少一 部分在反應器流體與內表面的至少一部分之間的層中流動。該層通過在反應器流體與內表 面的至少一部分之間形成屏障來起到減少腐蝕的作用。
【附圖說明】
[001引圖1描繪了根據一些實施例的示例性的反應器系統。
[0014]圖2A和2B分別描繪了根據一些實施例構造的系統組件的前視圖和俯視圖。
[001引圖3描繪了根據第一實施例的示例性的系統組件。
[0016] 圖4描繪了根據第二實施例的示例性的系統組件。
[0017] 圖5A描繪了根據一些實施例的示例性的反應器系統的第一概覽。
[0018] 圖5B描繪了根據一些實施例的示例性的反應器系統的第二概覽。
[0019] 圖6描繪了根據一些實施例的用于反應器系統的示例性的腐蝕減少方法的流程 圖。
[0020] 圖7描繪了根據第一實施例的用于反應器系統的示例性的腐蝕減少方法的流程 圖。
[0021] 圖8描繪了根據第二實施例的用于反應器系統的示例性的腐蝕減少方法的流程 圖。
【具體實施方式】
[0022] 在說明書中使用的術語僅為了描述特定的變化形式或實施例的目的，而不意在限 制范圍。
[0023] 所描述的技術一般設及到用于減少或消除反應器系統中的腐蝕的系統和方法。該 反應器系統可包括超臨界水反應器系統，諸如超臨界水氣化系統。特別地，實施例提供了用 于在腐蝕性流體與反應器系統組件的表面之間產生屏障的系統和方法。例如，一些實施例 生成了構造為提供針對反應器系統的亞臨界流體的物理屏障的腐蝕保護層。亞臨界流體包 括處于亞臨界條件的或者處于超臨界流體的溫度W下的高溫下的流體。例如，亞臨界水可 包含處于約325°C至約375°C、約22兆帕斯卡壓力下的水。
[0024] 所述技術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應器系統組 件的操作而言能夠使得減少或消除反應器系統組件中的腐蝕。腐蝕程度通常能夠減少任意 量。例如，腐蝕程度可W減少至少約10 %，至少約20 %，至少約30 %，至少約40 %，至少約 50%，至少約60%，至少約70%，至少約80%，至少約90%，至少約95%，至少約96%，至少約 97%，至少約98%，至少約99%，并且在理想情況下，減少約100% (完全消除腐蝕）。
[0025] 在實施例中，諸如反應器容器的系統組件可W構造為接收對系統組件的表面具有 腐蝕性的反應器流體和基本上不能與反應器流體混合的保護流體。旋轉元件可構造為生成 旋轉力，該旋轉力迫使保護流體在與系統組件的內表面郵鄰的層中流動。反應器流體可W 在由保護流體形成的層內流經系統組件。因此，通過保護流體形成的層通過在反應器流體 與系統組件的內表面之間形成屏障來減少系統組件的腐蝕。
[0026] 圖1描繪了根據一些實施例的示例性的超臨界水反應器系統。如圖1所示，超臨界 水反應器系統100可包括用于將漿料155引入系統的原料入口 130。漿料155例如可包括高壓 漿料進給(feed)。漿料155可包括能夠經受超臨界水氣化的任何類型的物質，包括但不限于 生物質流體(例如，微藻流體、生物殘渣、生物廢物或類似物）、煤漿料和其它化石燃料漿料 (例如，粉煤和水）W及可氧化廢物。因此，超臨界水反應器系統100可構造為作為各種氣化 系統中的任一種而運行，包括但不限于煤氣化系統、生物質氣化系統和廢物氧化系統。漿料 155連同空氣150和水135-起可進給到加熱器105或諸如氣體點火加熱器的預加熱器中。漿 料155可在加熱器105中被加熱。某些氣體(諸如蒸汽140和煙道氣145)可W從加熱器中排 出，例如，來維持壓力。漿料155可進給到反應器容器110中。
[0027] 在反應器容器110內，漿料155可W在壓力下被加熱而變成超臨界流體。用于生成 超臨界流體的溫度和壓力將取決于漿料155的類型，其中包含的任何流體及其成分(例如， 在不同溫度和壓力下離子的類型和濃度）。在實施例中，漿料155可在約22兆帕斯卡W上的 壓力下被加熱到約375°C W上，使得漿料內的流體變成"超臨界流體"。根據一些實施例，漿 料155可在反應器容器110內約25兆帕斯卡的壓力下被加熱到約650°C。在超臨界條件下的 漿料155包括腐蝕性離子，諸如各種無機鹽的離子。腐蝕性離子可能對超臨界水反應器系統 100的組件(諸如加熱器105的內側表面、反應器容器110、和/或將組件連接在一起的任何管 道)具有極高腐蝕性，。在實施例中，漿料155內的流體可包含水。
[00%]超臨界流體可在反應器容器110內與漿料155的成分反應W生成反應器產物160。 在實施例中，漿料155可包含構造為利于反應的一種或多種催化劑，諸如氯、硫酸鹽、硝酸 鹽、和憐酸鹽。反應器產物160可W移動通過一個或多個換熱器，諸如熱回收型換熱器115和 冷卻型換熱器125。在實施例中，過濾器185可定位在反應器系統100內，諸如在反應器容器 110與換熱器115之間W對反應器產物160過濾。在實施例中，包含附加流體和/或構造為提 供附加壓力的儲器190可W位于反應器系統100內。氣體/液體分離器120可被提供W將反應 器產物160分離成期望的燃料氣體產物165和廢物產物170(諸如廢液、灰和炭）。燃料氣體產 物165可包括能夠響應于與超臨界流體反應而由漿料155生成的任何燃料。示例性的燃料氣 體產物165包括但不限于富氨燃料，諸如出和/或CH4。
[0029] 在超臨界水氣化過程中，漿料155可在超臨界水反應器系統100內在不同壓力下被 加熱到各種溫度。除了超臨界條件之外，漿料155可處于亞臨界條件，其中漿料155內的流體 在升高的壓力下處于低于超臨界溫度的升高的溫度。在漿料155內的流體包含水的實施例 中，亞臨界水可具有約275°C，、約300°C、約325°C、約350°C、約400°C、約425°C、約450°C、或 者在運些值中的任意值之間的范圍內（包含端點）的溫度。在漿料155內的流體包含水的實 施例中，處于亞臨界溫度下的流體的壓力可W為約2