用于超臨界水氣化部件的腐蝕控制的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]諸如煤等燃料的超臨界水氣化在提供原本可能成為骯臟燃料的燃料的有效和清潔使用方面引起了人們極大的興趣。然而，位于超臨界流體和/或近超臨界流體中的離子因其腐蝕特性而被人們所知，特別是在超臨界條件的前導(dǎo)期。因而，必須仔細(xì)選擇與超臨界流體接觸的一些部件以降低或防止腐蝕。
[0002]之前解決該問題的嘗試已經(jīng)導(dǎo)致:部件含有可能潛在地?fù)p壞流體的材料，部件的實(shí)現(xiàn)、修復(fù)和/或維護(hù)昂貴，以及部件無法成功地避免受到腐蝕等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種用于最小化超臨界水氣化部件中的腐蝕的系統(tǒng)可以包括非導(dǎo)電管道，該非導(dǎo)電管道被構(gòu)造成在第一端接收流體并向該非導(dǎo)電管道的第二端傳輸該流體。該流體可以包括多個(gè)離子，并且該非導(dǎo)電管道可以包括內(nèi)表面和外表面。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:多個(gè)電極，所述多個(gè)電極圍繞所述非導(dǎo)電管道的所述外表面的至少一部分分布；以及電源，該電源電連接至所述多個(gè)電極。該電源可以被構(gòu)造成橫跨所述多個(gè)電極施加交流電流，并且所述交流電流可以用來在所述流體中的多個(gè)離子上施加電泳力。
[0004]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種制備用于最小化超臨界水氣化部件中的腐蝕的系統(tǒng)的方法可以包括:提供非導(dǎo)電管道，該非導(dǎo)電管道被構(gòu)造成在第一端接收流體并向該非導(dǎo)電管道的第二端傳輸該流體。該流體可以包含多個(gè)離子，且該非導(dǎo)電管道可以包括內(nèi)表面和外表面。該方法還可以包括圍繞所述非導(dǎo)電管道的所述外表面的至少一部分沉積多個(gè)電極。所述多個(gè)電極被構(gòu)造成在被連接至電源時(shí)實(shí)現(xiàn)在所述流體中的多個(gè)離子上施加電泳力。
[0005]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種最小化超臨界水氣化部件中的腐蝕的方法可以包括:向非導(dǎo)電管道中提供流體，該非導(dǎo)電管道被構(gòu)造成在第一端接收所述流體并向該非導(dǎo)電管道的第二端傳輸所述流體。該流體可以包含多個(gè)離子，且該非導(dǎo)電管道可以包括內(nèi)表面和外表面。該方法還可以包括:施加交流電流通過圍繞所述非導(dǎo)電管道的所述外表面的至少一部分布置的多個(gè)電極，以產(chǎn)生并施加電泳力于所述多個(gè)離子上。
[0006]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種控制次臨界到超臨界過程中的離子濃度的方法可以包括向非導(dǎo)電管道提供次臨界流體，該非導(dǎo)電管道被構(gòu)造成在第一端接收所述流體并向該非導(dǎo)電管道的第二端傳輸所述流體。該流體可以含有多個(gè)離子，且該非導(dǎo)電管道可以包括內(nèi)表面和外表面。該方法可以還包括:使所述次臨界流體變成超臨界；以及施加交流電流通過圍繞所述非導(dǎo)電管道的所述外表面的至少一部分布置的多個(gè)電極，以產(chǎn)生并施加電動(dòng)力于所述多個(gè)離子上，從而至少間歇地減少所述內(nèi)表面處的局部離子濃度。
[0007]在一個(gè)實(shí)施方式中，一種抗腐蝕的制品可以包括非導(dǎo)電超臨界水氣化管道，該非導(dǎo)電超臨界水氣化管道被構(gòu)造成在第一端接收流體并向該非導(dǎo)電超臨界水氣化管道的第二端傳輸該流體。該流體可以包含多個(gè)離子，且該非導(dǎo)電超臨界水氣化管道可以包括內(nèi)表面和外表面。該制品可以進(jìn)一步包括:多個(gè)電極，所述多個(gè)電極圍繞所述非導(dǎo)電超臨界水氣化管道的所述外表面的至少一部分分布；和電源，該電源電連接至所述多個(gè)電極。該電源可以被構(gòu)造成橫跨所述多個(gè)電極施加交流電流，并且所述交流電流可以用來在所述流體中的多個(gè)離子上施加電泳力。
【附圖說明】
[0008]圖1a示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的管道的一部分的詳細(xì)側(cè)視圖。
[0009]圖1b示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的管道的剖視圖。
[0010]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的管道的詳細(xì)剖視圖。
[0011]圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的制備用于最小化超臨界水氣化部件中的腐蝕的系統(tǒng)的方法的流程圖。
[0012]圖4示出了根據(jù)各種實(shí)施方式的最小化超臨界水氣化部件中的腐蝕的方法和控制次臨界到超臨界過程中的離子濃度的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]該公開內(nèi)容不限于所描述的特定系統(tǒng)、裝置和方法，因?yàn)樗鼈兛赡馨l(fā)生改變。在說明書中使用的術(shù)語僅用來描述特定形式或?qū)嵤┓绞街康?，并不是為了?duì)范圍進(jìn)行限制。
[0014]如在該文件中使用的，單數(shù)形式“一個(gè)”和“該”包括“多個(gè)”的參考，除非上下文另有明確規(guī)定。除非另有限定，否則這里使用的所有技術(shù)和科技術(shù)語都具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員所通常理解相同的含義。在該公開內(nèi)容中沒有任何內(nèi)容將被解釋為承認(rèn)了在該公開內(nèi)容中描述的實(shí)施方式?jīng)]有權(quán)利因?yàn)樵谙劝l(fā)明而使該公開內(nèi)容更早。如在該文件中使用的，術(shù)語“包括”是指“包括但不限于”。
[0015]本公開內(nèi)容總體上涉及一種用于最小化由在近超臨界和/或超臨界條件下溶解在流體中的離子引起的腐蝕的系統(tǒng)以及用于操作和制備該系統(tǒng)的方法。由于實(shí)現(xiàn)了這里描述的系統(tǒng)和方法，可以得到一種傳輸和存儲(chǔ)在近超臨界和/或超臨界條件下含有離子的流體的有效且成本較低同時(shí)降低腐蝕的方式。
[0016]圖1a示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用來最小化超臨界水氣化部件中的腐蝕。例示性超臨界水氣化部件可以包括例如煤氣化系統(tǒng)、生物質(zhì)氣化系統(tǒng)、廢物氣化系統(tǒng)等等?？傮w上標(biāo)記為100的系統(tǒng)可以包括管道105，管道105具有第一端110、第二端115、內(nèi)表面120和外表面125。在一些實(shí)施方式中，多個(gè)電極130可以附接至管道105的外表面125的一部分。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以還至少包括加熱器140和/或加壓設(shè)備150。
[0017]在各種實(shí)施方式中，管道105可以總體上被構(gòu)造成在第一端110處接收物體并朝向第二端115傳輸這些物體。在該公開內(nèi)容中所述物體不受限制，并且可以例如包括流體、氣體、固體、半固態(tài)材料、超臨界流體、近超臨界流體、輕粒子、聲波、電波等等。盡管本公開內(nèi)容總體上涉及流體，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離該公開內(nèi)容的范圍的情況下可以使用任何物體。在一些實(shí)施方式中，流體可以包括超臨界流體或近超臨界流體，還有其他成分。在其他實(shí)施方式中，流體可以是超臨界流體。在其他實(shí)施方式中，流體可以是近超臨界流體。例示性的超臨界流體和/或近超臨界流體可以例如包括但不限于離子漿液、水、煤、二氧化碳、甲燒、乙烷、丙燒、乙烯、丙稀、甲醇、乙醇、丙酮等以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，在從初始狀態(tài)到超臨界和/或近超臨界狀態(tài)的前導(dǎo)期中，超臨界流體和/或近超臨界流體中的離子數(shù)可能增加大約111倍到大約10 14倍。在一些實(shí)施方式中，流體可以含有分散于其中的多個(gè)離子。這些離子可能特別對(duì)管道105的內(nèi)表面120造成損壞，從而導(dǎo)致管道腐蝕。這里描述的系統(tǒng)和方法可以用來減少或防止由所述多個(gè)離子引起的管道105的腐蝕。
[0018]在一些實(shí)施方式中，管道105可以是管、通道、隧道、電氣管道、導(dǎo)管等等。在一些實(shí)施方式中，管道105可以是超臨界水氣化反應(yīng)器的至少一部分。在特定實(shí)施方式中，管道105可以是操作聯(lián)接至超臨界水氣化反應(yīng)器的饋送管道。例如，管道105可以向超臨界水氣化反應(yīng)器提供超臨界流體和/或近超臨界流體，或者可以從超臨界水氣化反應(yīng)器抽取超臨界流體和/或近超臨界流體。在一些實(shí)施方式中，管道105可以是超臨界水氣化反應(yīng)器的其他元件的一部分或操作聯(lián)接至超臨界水氣化反應(yīng)器的其他元件。其他元件的示例可以包括但不限于反應(yīng)器容器、預(yù)熱器、冷凝器、栗、熱交換器等等。
[0019]在各種實(shí)施方式中，管道105可以由防止管道用作電導(dǎo)體但不會(huì)屏蔽電泳力的材料制成，如這里將詳細(xì)描述的那樣。在一些實(shí)施方式中，用于構(gòu)造管道105的材料可以承受至少大約600K的溫度和至少大約18MPa的壓力。溫度的具體示例可以包括大約600K、大約623K、大約1000K、大約1500K、大約2000K以及這些值中的任兩個(gè)值之間的任何值或范圍。壓力的具體示例可以包括大約18MPa、大約20MPa、大約22MPa、大約25MPa、大約50MPa、大約75MPa、大約10MPa以及這些值中的任兩個(gè)值之間的任何值或范圍。在一些實(shí)施方式中，壓力可以來自在管道的外表面125上的區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，壓力可以來自管道的內(nèi)表面120上的區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，材料可以表現(xiàn)出至少大約25MPa的拉伸強(qiáng)度、至少大約15GPa的楊氏模量和/或至少大約25MPa的撓曲強(qiáng)度。拉伸強(qiáng)度的具體示例可以包括大約25MPa、大約50MPa、大約75MPa、大約lOOMPa、大約200MPa以及這些值中的任兩個(gè)值之間的任何值或范圍。楊氏模量的具體示例可以包括大約15GPa、大約25GPa、大約50GPa、大約lOOGPa、大約200GPa以及這些值中的任兩個(gè)值之間的任何值或范圍。撓曲強(qiáng)度的具體示例可以包括大約25MPa、大約50MPa、大約lOOMPa、大約200MPa以及這些值中的任兩個(gè)值之間的范圍。合適材料的示例可以包括但不限于陶瓷基體復(fù)合物、穩(wěn)定的氧化鋁、穩(wěn)定的氧化鋯、碳化硅、碳化硅基體中的碳化硅纖維的復(fù)合物、氧化鋁基體中的氧化鋁的復(fù)合物等等。
[0020]在各種實(shí)施方式中，管道105可以具有任何尺寸和形狀的橫截面。該形狀可以是規(guī)則或不規(guī)則的，均勻或變化的。在一些實(shí)施方式中，管道105可以具有基本圓形的橫截面形狀。在特定實(shí)施方式中，管道105可以具有新月形狀、橢圓形狀、卵形形狀、半圓形形狀、圓形形狀等橫截面形狀。在一些實(shí)施方式中，管道105可以具有大約0.5米到大約100的內(nèi)徑。內(nèi)徑的具體示例可以包括大約0.5米、大約I米、大約5米、大約10米、大約25米、大約50米、大約75米、大約100米以及這些值中的任兩個(gè)值之間的范圍。
[0021]在各種實(shí)施方式中，系統(tǒng)100可以包括電連接至多個(gè)電極130的電源135。在一些實(shí)施方式中，電源135可以大體被構(gòu)造成橫跨多個(gè)電極130施加電流。電流可以使得能夠有效地施加電泳力，如這里更詳細(xì)地描述的那樣。在特定實(shí)施方式中，該電流可以是交流電流(AC)。如這里將更詳細(xì)地描述的，交流電流可能比直流電流(DC)更適合于本申請(qǐng)。電源135不受該公開內(nèi)容的限制，并且通?？梢允悄軌蛱峁╇娏鞯娜魏坞娫?。例示性的電源可以例如包括具有AC/DC轉(zhuǎn)換器的蓄電池、電容器、太陽能電池、燃料電池、發(fā)電機(jī)等等。在一些實(shí)施方式中，電源135可以被構(gòu)造成橫跨多個(gè)電極130提供大約IV到大約10kV的電壓。由電源135提供的電壓的具體示例可以包括大約IV、大約50V、大約100V、大約500V、大約lkV、大約10kV、大約25kV、大約5