用于减少反应器系统中的腐蚀的系统和方法技术方案

技术编号:12741317 阅读:48 留言:0更新日期:2016-01-21 03:06
描述了用于减少或消除超临界水气化系统的组件腐蚀的系统和方法。特别地,超临界水气化处理可配置为具有一系列阶段,其中控制流体的温度和压力以将流体的离子产物保持在阈值水平以下。这样,在超临界水气化处理过程中流体中腐蚀性离子的形成减少,因为流体不能达到腐蚀性离子形成所需的临界离子产物。另外,在流体温度升高至转换温度之前,可以在盐沉淀阶段从流体中去除无机盐。如此,在超临界水气化处理的后续阶段期间,在流体内存在较少的可用于形成腐蚀性离子的盐,例如无机盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少反应器系统中的腐蚀的系统和方法
技术介绍
超临界水气化是一种新兴技术,具有由通常被视为废物的如生物废物或包括煤和其他化石燃料的非清洁燃料源的源产生清洁能源的极大潜力。在超临界水气化处理中,水在防止水转变成蒸汽的高压(例如,约22兆帕斯卡)下被加热到极高的温度(例如,超过约647开尔文)。由于在该温度和压力条件下存在腐蚀性离子,在超临界水气化期间的高温和高压产生了高腐蚀性环境。常规的用来管理由于超临界水引起的腐蚀的技术涉及到不断更换被腐蚀的部件或者由耐腐蚀材料构造系统组件,其中耐腐蚀性材料可能昂贵且大多无效。这些技术可能过于耗时且成本过高,因为腐蚀性离子仍然能够接触系统组件的表面,这会导致表面毁坏。因此,尚没有这样一种通过在超临界水气化处理期间防止系统组件内实际形成腐蚀性离子而运行的减少腐蚀的方法。概述本公开不限于所描述的特定的系统、设备和方法,因为这些可以进行改动。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。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专利技术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”。在实施例中,超临界水气化处理可以包括:将具有水的浆料提供给多个系统组件中的至少一个系统组件。在该处理期间,多个系统组件中的至少一个系统组件中的温度会升高到第一温度,而在多个系统组件中的至少一个系统组件中的压力保持在第一压力或者低于第一压力。该处理还可以包括:在第一温度下,使多个系统组件中的至少一个系统组件中的压力升高到第二压力,在第一时间段内保持该第一温度和第二压力,使多个系统组件中的至少一个系统组件中的温度和压力分别升高到第二温度和第三压力,以及在第二时间段内保持该第二温度和第三压力。在实施例中,用于超临界水气化的反应器可以包括腔室和盐收集室,该腔室构造为在保持压力的同时允许温度升高,所述盐收集室构造为收集在所述腔室中执行的处理期间所沉淀的盐。在实施例中,超临界水气化处理可以包括:使其中布置有腐蚀性离子的浆料移动通过超临界水气化系统以产生燃料产物。可以保持浆料的温度和压力,使得浆料中的水的离子产物不会增加而超过腐蚀性离子产物值,从而减少由于腐蚀性离子引起的超临界水气化系统的至少一部分的腐蚀。附图说明图1示出了根据一些实施例的示例性的超临界水系统。图2A示出了在超临界水气化处理期间流体的温度和压力路径。图2B示出了根据一些实施例的用于超临界水气化处理的温度和压力路径。图3示出了根据一些实施例的超临界水气化操作循环。图4示出了用于减少超临界水气化系统中的腐蚀的示例性的方法的流程图。具体实施方式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。本公开一般地涉及通过减少在超临界水反应处理期间所形成的腐蚀性离子的量来减少超临界水气化系统(或超临界水反应器系统)中的腐蚀的系统和方法。特别地,一些实施例提供了控制超临界水气化系统组件(“系统组件”)内的条件来抑制流经超临界水气化系统的流体内的腐蚀性离子形成。示例性的系统组件包括但不限于加热器、预加热器、泵、反应器容器(“反应器”)、换热器和气体/液体分离器。在实施例中,可以控制诸如浆料原料的流体的温度和/或压力,使得流体的离子产物保持在一定值以下和/或一定范围之内。例如,一个实施例提供了流体的离子产物保持在约10-22mol2/l2以下。这样,流体中腐蚀性离子的浓度可以降低或者甚至消除,减少了系统组件的内表面的腐蚀,从而增长了系统组件的使用寿命和系统的总体效率。图1示出了根据一些实施例的示例性的超临界水气化系统。如图1所示,超临界水气化系统100可以包括原料入口130,用来将浆料155引入系统中。浆料155可以包括高压浆料馈送物。原料可以包括能够经过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(例如微藻类流体、生物残留物、生物废物或类似物)、煤浆料以及其他化石燃料和可氧化废物。因此,超临界水气化系统100可构造为作为各种气化系统而运行,包括但不限于煤气化系统、生物质气化系统、废物氧化系统、氢加工反应器系统和加压水反应器系统。浆料155连同空气150和流体135一起可以被馈送到加热器105中,例如燃气加热器,至少部分地由压力泵185来控制流。在实施例中,流体135可以包括水。可以在加热器105中加热浆料155和流体135的组合。根据一些实施例,加热器105可以用来在浆料进入反应器容器110中之前加热浆料155。流体135(例如,水)可用来产生例如蒸汽140,从而将热回收到某烟道气体145中。在实施例中,蒸汽140可在气化处理之外使用(例如,作为热源)。某些气体,诸如蒸汽140和烟道气体145可以从加热器中排出。加热的浆料155可以馈送到反应器容器110中。在实施例中,在浆料155馈送到反应器容器110中之前,可以通过将浆料155与过热的蒸汽或超临界水组合来加热浆料155。在进入或者位于反应器容器110之前,浆料155可以在加压的情况下被加热而变成超临界流体。在实施例中,浆料155的加压可以延迟而使得浆料在离开压力泵185之后将处于超临界。用于产生超临界流体的温度和压力可取决于流体的类型及其组成(例如,处于不同温度和压力下离子的类型和浓度)。在流体155包括水的实施例中,流体可在至少约22兆帕斯卡的压力下被加热到至少约647开尔文而变成超临界流体。在超临界水气化处理期间,浆料155可被加热到其他各种温度,包括约650开尔文,约700开尔文,约800开尔文,约900开尔文,约950开尔文,约1200开尔文,约1500开尔文,或者在这些值中的任意两个之间的范围(包括端点)。处于超临界温度的浆料155可以在超临界水气化处理期间处于各种压力,例如约22兆帕斯卡,约23兆帕斯卡,约24兆帕斯卡,约25兆帕斯卡,约30兆帕斯卡,约35兆帕斯卡,约40兆帕斯卡,或者在这些值中的任意两个之间的值(包括端点)。浆料155可以包括腐蚀性离子,例如各种无机盐的离子。腐蚀性离子会高度腐蚀超临界水气化系统100的组件,例如包括加热器105、反应器容器110、和/或将组件连接在一起的任意管的系统组件的内表面。在实施例中,腐蚀性离子可以包括阴离子和/或阳离子。阴离子的非限制示例包括氯离子、氟离子、硫离子、硫酸盐离子、亚硫酸盐离子、磷酸盐离子、硝酸盐离子、碳酸盐离子、碳酸氢盐离子、氢氧化物离子、氧化物离子和氰化物离子。阳离子的非限制示例包括但不限于钾阳离子、钙阳离子、铵阳离子、镁阳离子和钠阳离子。浆料中的超临界流体可以与反应器容器110内的浆料155反应以产生反应器产物160。在实施例中,流体155可以包括配置为利于气化反应的一种或多种催化剂。反应器产物160可以移动通过一个或多个换热器,诸如热回收换热器115和冷却换热器125。气体/液体分离器120可以设置为将反应器产物160分离成所需的燃料气体产物165和废物产物170,例如流体流出物、灰和炭。燃料气体产物165可以包本文档来自技高网...
用于减少反应器系统中的腐蚀的系统和方法

【技术保护点】
一种超临界水气化处理,包括:将具有水的浆料提供给多个系统组件中的至少一个系统组件;在保持所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的压力处于第一压力或者低于所述第一压力的同时,使所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的温度升高至第一温度;在所述第一温度,使所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的压力升高至第二压力;在第一时间段内保持所述第一温度和所述第二压力;使所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的温度和压力分别升高至第二温度和第三压力;以及在第二时间段内保持所述第二温度和第三压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超临界水气化处理的方法,包括:将具有水的浆料提供给多个系统组件中的至少一个系统组件;在保持所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的压力处于第一压力或者低于所述第一压力的同时,使所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的温度升高至第一温度;在所述第一温度,使所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的压力升高至第二压力;在第一时间段内保持所述第一温度和所述第二压力;使所述多个系统组件中的至少一个系统组件中的温度和压力分别升高至第二温度和第三压力;以及在第二时间段内保持所述第二温度和第三压力。2.如权利要求1所述的方法,其中所述多个系统组件包括至少一个加热器、至少一个预加热器、至少一个泵、至少一个反应器容器、至少一个换热器、至少一个气体/液体分离器或者其任意组合。3.如权利要求1所述的方法,其中所述超临界气化处理是以下之一:超临界煤气化处理、超临界生物质气化处理以及超临界废物氧化处理。4.如权利要求1所述的方法,其中所述水的离子产物保持低于10-22mol2/l2。5.如权利要求1所述的方法,其中,当使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中的温度升高至所述第一温度时,所述水的离子产物低于10-18mol2/l2。6.如权利要求1所述的方法,其中,当使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中的温度升高至所述第一温度时,所述水的离子产物低于10-24mol2/l2。7.如权利要求1所述的方法,其中,当使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中的温度升高至所述第一温度时,所述水的离子产物低于10-28mol2/l2。8.如权利要求1所述的方法,其中所述第一温度为674开尔文至775开尔文。9.如权利要求1所述的方法,其中所述第一压力为7兆帕斯卡至10兆帕斯卡。10.如权利要求1所述的方法,其中所述第一压力为8.6兆帕斯卡。11.如权利要求1所述的方法,其中当保持所述第一温度和所述第二压力时,所述水的离子产物低于10-23mol2/l2。12.如权利要求1所述的方法,其中所述第二压力为23兆帕斯卡至28兆帕斯卡。13.如权利要求1所述的方法,其中所述第二压力为25兆帕斯卡。14.如权利要求1所述的方法,还包括:在使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中的温度升高至所述第二温度且将所述压力升高至所述第三压力之前,使溶解于所述水中的盐沉淀。15.如权利要求14所述的方法,还包括:利用重力馈送收集机构来收集沉淀的盐。16.如权利要求1所述的方法,其中,当保持所述第二温度和所述第三压力时,所述水的离子产物低于10-22mol2/l2。17.如权利要求1所述的方法,其中所述第二温度为775开尔文至1475开尔文。18.如权利要求1所述的方法,其中所述第二温度为925开尔文。19.如权利要求1所述的方法,其中所述第三压力为32兆帕斯卡至38兆帕斯卡。20.如权利要求1所述的方法,其中所述第三压力为25兆帕斯卡。21.如权利要求1所述的方法,其中所述第三压力基本等于所述第二压力。22.如权利要求1所述的方法,其中所述第三压力为35兆帕斯卡。23.如权利要求1所述的方法,还包括:在将温度保持在大约所述第一温度的同时,使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中的压力下降至低于所述第一压力。24.如权利要求23所述的方法,还包括:当使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中的压力下降时,储存所释放的压力。25.如权利要求1所述的方法,还包括:使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件内的温度下降至环境温度。26.如权利要求25所述的方法,还包括:当使所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中的温度下降时,储存所释放的热。27.如权利要求1所述的方法,还包括:从所述多个系统组件中的所述至少一个系统组件中收获氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳中的一种或多种。28.一种用于实施根据权利要求1-27中任一项所述的超临界水气化处理的方法的用于超临界水气化的反应器,包括:腔室,其构造为在保持压力的同时允许温度升高;以及盐收集室,其构造为收...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·T·克里
申请(专利权)人:英派尔科技开发有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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