用于超临界水气化部件的腐蚀控制的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]诸如煤等燃料的超临界水气化在提供原本可能成为肮脏燃料的燃料的有效和清洁使用方面引起了人们极大的兴趣。然而，位于超临界流体和/或近超临界流体中的离子因其腐蚀特性而被人们所知，特别是在超临界条件的前导期。因而，必须仔细选择与超临界流体接触的一些部件以降低或防止腐蚀。
[0002]之前解决该问题的尝试已经导致:部件含有可能潜在地损坏流体的材料，部件的实现、修复和/或维护昂贵，以及部件无法成功地避免受到腐蚀等等。
【发明内容】
[0003]在一个实施方式中，一种用于最小化超临界水气化部件中的腐蚀的系统可以包括非导电管道，该非导电管道被构造成在第一端接收流体并向该非导电管道的第二端传输该流体。该流体可以包括多个离子，并且该非导电管道可以包括内表面和外表面。该系统可以进一步包括:多个电极，所述多个电极围绕所述非导电管道的所述外表面的至少一部分分布；以及电源，该电源电连接至所述多个电极。该电源可以被构造成横跨所述多个电极施加交流电流，并且所述交流电流可以用来在所述流体中的多个离子上施加电泳力。
[0004]在一个实施方式中，一种制备用于最小化超临界水气化部件中的腐蚀的系统的方法可以包括:提供非导电管道，该非导电管道被构造成在第一端接收流体并向该非导电管道的第二端传输该流体。该流体可以包含多个离子，且该非导电管道可以包括内表面和外表面。该方法还可以包括围绕所述非导电管道的所述外表面的至少一部分沉积多个电极。所述多个电极被构造成在被连接至电源时实现在所述流体中的多个离子上施加电泳力。
[0005]在一个实施方式中，一种最小化超临界水气化部件中的腐蚀的方法可以包括:向非导电管道中提供流体，该非导电管道被构造成在第一端接收所述流体并向该非导电管道的第二端传输所述流体。该流体可以包含多个离子，且该非导电管道可以包括内表面和外表面。该方法还可以包括:施加交流电流通过围绕所述非导电管道的所述外表面的至少一部分布置的多个电极，以产生并施加电泳力于所述多个离子上。
[0006]在一个实施方式中，一种控制次临界到超临界过程中的离子浓度的方法可以包括向非导电管道提供次临界流体，该非导电管道被构造成在第一端接收所述流体并向该非导电管道的第二端传输所述流体。该流体可以含有多个离子，且该非导电管道可以包括内表面和外表面。该方法可以还包括:使所述次临界流体变成超临界；以及施加交流电流通过围绕所述非导电管道的所述外表面的至少一部分布置的多个电极，以产生并施加电动力于所述多个离子上，从而至少间歇地减少所述内表面处的局部离子浓度。
[0007]在一个实施方式中，一种抗腐蚀的制品可以包括非导电超临界水气化管道，该非导电超临界水气化管道被构造成在第一端接收流体并向该非导电超临界水气化管道的第二端传输该流体。该流体可以包含多个离子，且该非导电超临界水气化管道可以包括内表面和外表面。该制品可以进一步包括:多个电极，所述多个电极围绕所述非导电超临界水气化管道的所述外表面的至少一部分分布；和电源，该电源电连接至所述多个电极。该电源可以被构造成横跨所述多个电极施加交流电流，并且所述交流电流可以用来在所述流体中的多个离子上施加电泳力。
【附图说明】
[0008]图1a示出了根据一个实施方式的管道的一部分的详细侧视图。
[0009]图1b示出了根据一个实施方式的管道的剖视图。
[0010]图2示出了根据一个实施方式的管道的详细剖视图。
[0011]图3示出了根据一个实施方式的制备用于最小化超临界水气化部件中的腐蚀的系统的方法的流程图。
[0012]图4示出了根据各种实施方式的最小化超临界水气化部件中的腐蚀的方法和控制次临界到超临界过程中的离子浓度的流程图。
【具体实施方式】
[0013]该公开内容不限于所描述的特定系统、装置和方法，因为它们可能发生改变。在说明书中使用的术语仅用来描述特定形式或实施方式之目的，并不是为了对范围进行限制。
[0014]如在该文件中使用的，单数形式“一个”和“该”包括“多个”的参考，除非上下文另有明确规定。除非另有限定，否则这里使用的所有技术和科技术语都具有与本领域技术人员所通常理解相同的含义。在该公开内容中没有任何内容将被解释为承认了在该公开内容中描述的实施方式没有权利因为在先发明而使该公开内容更早。如在该文件中使用的，术语“包括”是指“包括但不限于”。
[0015]本公开内容总体上涉及一种用于最小化由在近超临界和/或超临界条件下溶解在流体中的离子引起的腐蚀的系统以及用于操作和制备该系统的方法。由于实现了这里描述的系统和方法，可以得到一种传输和存储在近超临界和/或超临界条件下含有离子的流体的有效且成本较低同时降低腐蚀的方式。
[0016]图1a示出了根据一个实施方式的系统，该系统可以用来最小化超临界水气化部件中的腐蚀。例示性超临界水气化部件可以包括例如煤气化系统、生物质气化系统、废物气化系统等等。总体上标记为100的系统可以包括管道105，管道105具有第一端110、第二端115、内表面120和外表面125。在一些实施方式中，多个电极130可以附接至管道105的外表面125的一部分。在一些实施方式中，系统100可以还至少包括加热器140和/或加压设备150。
[0017]在各种实施方式中，管道105可以总体上被构造成在第一端110处接收物体并朝向第二端115传输这些物体。在该公开内容中所述物体不受限制，并且可以例如包括流体、气体、固体、半固态材料、超临界流体、近超临界流体、轻粒子、声波、电波等等。尽管本公开内容总体上涉及流体，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离该公开内容的范围的情况下可以使用任何物体。在一些实施方式中，流体可以包括超临界流体或近超临界流体，还有其他成分。在其他实施方式中，流体可以是超临界流体。在其他实施方式中，流体可以是近超临界流体。例示性的超临界流体和/或近超临界流体可以例如包括但不限于离子浆液、水、煤、二氧化碳、甲烧、乙烷、丙烧、乙烯、丙稀、甲醇、乙醇、丙酮等以及它们的组合。在一些实施方式中，在从初始状态到超临界和/或近超临界状态的前导期中，超临界流体和/或近超临界流体中的离子数可能增加大约111倍到大约10 14倍。在一些实施方式中，流体可以含有分散于其中的多个离子。这些离子可能特别对管道105的内表面120造成损坏，从而导致管道腐蚀。这里描述的系统和方法可以用来减少或防止由所述多个离子引起的管道105的腐蚀。
[0018]在一些实施方式中，管道105可以是管、通道、隧道、电气管道、导管等等。在一些实施方式中，管道105可以是超临界水气化反应器的至少一部分。在特定实施方式中，管道105可以是操作联接至超临界水气化反应器的馈送管道。例如，管道105可以向超临界水气化反应器提供超临界流体和/或近超临界流体，或者可以从超临界水气化反应器抽取超临界流体和/或近超临界流体。在一些实施方式中，管道105可以是超临界水气化反应器的其他元件的一部分或操作联接至超临界水气化反应器的其他元件。其他元件的示例可以包括但不限于反应器容器、预热器、冷凝器、栗、热交换器等等。
[0019]在各种实施方式中，管道105可以由防止管道用作电导体但不会屏蔽电泳力的材料制成，如这里将详细描述的那样。在一些实施方式中，用于构造管道105的材料可以承受至少大约600K的温度和至少大约18MPa的压力。温度的具体示例可以包括大约600K、大约623K、大约1000K、大约1500K、大约2000K以及这些值中的任两个值之间的任何值或范围。压力的具体示例可以包括大约18MPa、大约20MPa、大约22MPa、大约25MPa、大约50MPa、大约75MPa、大约10MPa以及这些值中的任两个值之间的任何值或范围。在一些实施方式中，压力可以来自在管道的外表面125上的区域。在一些实施方式中，压力可以来自管道的内表面120上的区域。在一些实施方式中，材料可以表现出至少大约25MPa的拉伸强度、至少大约15GPa的杨氏模量和/或至少大约25MPa的挠曲强度。拉伸强度的具体示例可以包括大约25MPa、大约50MPa、大约75MPa、大约lOOMPa、大约200MPa以及这些值中的任两个值之间的任何值或范围。杨氏模量的具体示例可以包括大约15GPa、大约25GPa、大约50GPa、大约lOOGPa、大约200GPa以及这些值中的任两个值之间的任何值或范围。挠曲强度的具体示例可以包括大约25MPa、大约50MPa、大约lOOMPa、大约200MPa以及这些值中的任两个值之间的范围。合适材料的示例可以包括但不限于陶瓷基体复合物、稳定的氧化铝、稳定的氧化锆、碳化硅、碳化硅基体中的碳化硅纤维的复合物、氧化铝基体中的氧化铝的复合物等等。
[0020]在各种实施方式中，管道105可以具有任何尺寸和形状的横截面。该形状可以是规则或不规则的，均匀或变化的。在一些实施方式中，管道105可以具有基本圆形的横截面形状。在特定实施方式中，管道105可以具有新月形状、椭圆形状、卵形形状、半圆形形状、圆形形状等横截面形状。在一些实施方式中，管道105可以具有大约0.5米到大约100的内径。内径的具体示例可以包括大约0.5米、大约I米、大约5米、大约10米、大约25米、大约50米、大约75米、大约100米以及这些值中的任两个值之间的范围。
[0021]在各种实施方式中，系统100可以包括电连接至多个电极130的电源135。在一些实施方式中，电源135可以大体被构造成横跨多个电极130施加电流。电流可以使得能够有效地施加电泳力，如这里更详细地描述的那样。在特定实施方式中，该电流可以是交流电流(AC)。如这里将更详细地描述的，交流电流可能比直流电流(DC)更适合于本申请。电源135不受该公开内容的限制，并且通常可以是能够提供电流的任何电源。例示性的电源可以例如包括具有AC/DC转换器的蓄电池、电容器、太阳能电池、燃料电池、发电机等等。在一些实施方式中，电源135可以被构造成横跨多个电极130提供大约IV到大约10kV的电压。由电源135提供的电压的具体示例可以包括大约IV、大约50V、大约100V、大约500V、大约lkV、大约10kV、大约25kV、大约5