用于減少反應(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]超臨界水氣化是一種新興技術(shù)，具有由通常被視為廢物的如生物廢物或包括煤和其他化石燃料的非清潔燃料源的源產(chǎn)生清潔能源的極大潛力。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)。由于在該溫度和壓力條件下存在腐蝕性離子，在超臨界水氣化期間的高溫和高壓產(chǎn)生了高腐蝕性環(huán)境。
[0002]常規(guī)的用來管理由于超臨界水引起的腐蝕的技術(shù)涉及到不斷更換被腐蝕的部件或者由耐腐蝕材料構(gòu)造系統(tǒng)組件，其中耐腐蝕性材料可能昂貴且大多無效。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能夠接觸系統(tǒng)組件的表面，這會導(dǎo)致表面毀壞。因此，尚沒有這樣一種通過在超臨界水氣化處理期間防止系統(tǒng)組件內(nèi)實際形成腐蝕性離子而運行的減少腐蝕的方法。
[0003]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，因為這些可以進行改動。在說明書中使用的術(shù)語僅為描述特定的變化形式或?qū)嵤├哪康模灰庠谙拗品秶?br>[0005]如在該文獻中使用的，除非上下文明確做出規(guī)定，否則單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復(fù)數(shù)指代物。除非進行限定，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。如在該文獻中使用的，術(shù)語“包括”意思是“包括，但不限于”。
[0006]在實施例中，超臨界水氣化處理可以包括:將具有水的漿料提供給多個系統(tǒng)組件中的至少一個系統(tǒng)組件。在該處理期間，多個系統(tǒng)組件中的至少一個系統(tǒng)組件中的溫度會升高到第一溫度，而在多個系統(tǒng)組件中的至少一個系統(tǒng)組件中的壓力保持在第一壓力或者低于第一壓力。該處理還可以包括:在第一溫度下，使多個系統(tǒng)組件中的至少一個系統(tǒng)組件中的壓力升高到第二壓力，在第一時間段內(nèi)保持該第一溫度和第二壓力，使多個系統(tǒng)組件中的至少一個系統(tǒng)組件中的溫度和壓力分別升高到第二溫度和第三壓力，以及在第二時間段內(nèi)保持該第二溫度和第三壓力。
[0007]在實施例中，用于超臨界水氣化的反應(yīng)器可以包括腔室和鹽收集室，該腔室構(gòu)造為在保持壓力的同時允許溫度升高，所述鹽收集室構(gòu)造為收集在所述腔室中執(zhí)行的處理期間所沉淀的鹽。
[0008]在實施例中，超臨界水氣化處理可以包括:使其中布置有腐蝕性離子的漿料移動通過超臨界水氣化系統(tǒng)以產(chǎn)生燃料產(chǎn)物。可以保持漿料的溫度和壓力，使得漿料中的水的離子產(chǎn)物不會增加而超過腐蝕性離子產(chǎn)物值，從而減少由于腐蝕性離子引起的超臨界水氣化系統(tǒng)的至少一部分的腐蝕。
【附圖說明】
[0009]圖1示出了根據(jù)一些實施例的示例性的超臨界水系統(tǒng)。
[0010]圖2A示出了在超臨界水氣化處理期間流體的溫度和壓力路徑。
[0011]圖2B示出了根據(jù)一些實施例的用于超臨界水氣化處理的溫度和壓力路徑。
[0012]圖3示出了根據(jù)一些實施例的超臨界水氣化操作循環(huán)。
[0013]圖4示出了用于減少超臨界水氣化系統(tǒng)中的腐蝕的示例性的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]在說明書中使用的術(shù)語僅為了描述特定的變化形式或?qū)嵤├哪康?，而不意在限制范圍?br>[0015]本公開一般地涉及通過減少在超臨界水反應(yīng)處理期間所形成的腐蝕性離子的量來減少超臨界水氣化系統(tǒng)(或超臨界水反應(yīng)器系統(tǒng))中的腐蝕的系統(tǒng)和方法。特別地，一些實施例提供了控制超臨界水氣化系統(tǒng)組件(“系統(tǒng)組件”)內(nèi)的條件來抑制流經(jīng)超臨界水氣化系統(tǒng)的流體內(nèi)的腐蝕性離子形成。示例性的系統(tǒng)組件包括但不限于加熱器、預(yù)加熱器、栗、反應(yīng)器容器(“反應(yīng)器”)、換熱器和氣體/液體分離器。在實施例中，可以控制諸如漿料原料的流體的溫度和/或壓力，使得流體的離子產(chǎn)物保持在一定值以下和/或一定范圍之內(nèi)。例如，一個實施例提供了流體的離子產(chǎn)物保持在約10 22mol2/l2以下。這樣，流體中腐蝕性離子的濃度可以降低或者甚至消除，減少了系統(tǒng)組件的內(nèi)表面的腐蝕，從而增長了系統(tǒng)組件的使用壽命和系統(tǒng)的總體效率。
[0016]圖1示出了根據(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可以包括原料入口 130，用來將漿料155引入系統(tǒng)中。漿料155可以包括高壓漿料饋送物。原料可以包括能夠經(jīng)過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(例如微藻類流體、生物殘留物、生物廢物或類似物)、煤漿料以及其他化石燃料和可氧化廢物。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)而運行，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)、氫加工反應(yīng)器系統(tǒng)和加壓水反應(yīng)器系統(tǒng)。漿料155連同空氣150和流體135 —起可以被饋送到加熱器105中，例如燃氣加熱器，至少部分地由壓力栗185來控制流。在實施例中，流體135可以包括水。可以在加熱器105中加熱漿料155和流體135的組合。根據(jù)一些實施例，加熱器105可以用來在漿料進入反應(yīng)器容器110中之前加熱漿料155。流體135 (例如，水)可用來產(chǎn)生例如蒸汽140，從而將熱回收到某煙道氣體145中。在實施例中，蒸汽140可在氣化處理之外使用(例如，作為熱源)。某些氣體，諸如蒸汽140和煙道氣體145可以從加熱器中排出。加熱的漿料155可以饋送到反應(yīng)器容器110中。在實施例中，在漿料155饋送到反應(yīng)器容器110中之前，可以通過將漿料155與過熱的蒸汽或超臨界水組合來加熱漿料155。
[0017]在進入或者位于反應(yīng)器容器110之前，漿料155可以在加壓的情況下被加熱而變成超臨界流體。在實施例中，漿料155的加壓可以延遲而使得漿料在離開壓力栗185之后將處于超臨界。用于產(chǎn)生超臨界流體的溫度和壓力可取決于流體的類型及其組成(例如，處于不同溫度和壓力下離子的類型和濃度)。在流體155包括水的實施例中，流體可在至少約22兆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。在超臨界水氣化處理期間，漿料155可被加熱到其他各種溫度，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，約1200開爾文，約1500開爾文，或者在這些值中的任意兩個之間的范圍(包括端點)。處于超臨界溫度的漿料155可以在超臨界水氣化處理期間處于各種壓力，例如約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，約35兆帕斯卡，約40兆帕斯卡，或者在這些值中的任意兩個之間的值(包括端點)。
[0018]漿料155可以包括腐蝕性離子，例如各種無機鹽的離子。腐蝕性離子會高度腐蝕超臨界水氣化系統(tǒng)100的組件，例如包括加熱器105、反應(yīng)器容器110、和/或?qū)⒔M件連接在一起的任意管的系統(tǒng)組件的內(nèi)表面。在實施例中，腐蝕性離子可以包括陰離子和/或陽離子。陰離子的非限制示例包括氯離子、氟離子、硫離子、硫酸鹽離子、亞硫酸鹽離子、磷酸鹽離子、硝酸鹽離子、碳酸鹽離子、碳酸氫鹽離子、氫氧化物離子、氧化物離子和氰化物離子。陽離子的非限制示例包括但不限于鉀陽離子、鈣陽離子、銨陽離子、鎂陽離子和鈉陽離子。
[0019]漿料中的超臨界流體可以與反應(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155可以包括配置為利于氣化反應(yīng)的一種或多種催化劑。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和冷卻換熱器125。氣體/液體分離器120可以設(shè)置為將反應(yīng)器產(chǎn)物160分離成所需的燃料氣體產(chǎn)物165和廢物產(chǎn)物170，例如流體流出物、灰和炭。燃料氣體產(chǎn)物165可以包括任意能夠響應(yīng)于在超臨界條件下與流體135反應(yīng)而由原料漿料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，例如比和/或CH 4。
[0020]在超臨界水氣化處理過程中，流體135可以在超臨界水氣化系統(tǒng)100內(nèi)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可以處于亞臨界條件中，其中漿料155處于超臨界溫度以下的高溫或者處于超臨界壓力以下的高壓。在漿料155包括水的實施例中，亞臨界水可以具有約570開爾文、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)(包括端點)的溫度。在漿料155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8兆帕斯卡、約12兆帕斯卡、約16兆帕斯卡、約20兆帕斯卡、約22兆帕斯卡、約25兆帕斯卡、或者在