CN105143412A - 通过播种牺牲金属的超临界水气化的腐蚀减轻 - Google Patents

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Abstract

提供了用于通过播种牺牲金属颗粒来减轻超临界水气化中的腐蚀的技术。金属颗粒可以通过高压注入而播种到一个或多个材料输入流中。一旦分布在SCWG反应器内，金属颗粒优先地腐蚀到金属SCWG反应器壁且转换成金属氧化物，金属氧化物在水的超临界点以上沉淀析出。析出的金属氧化物随后可以在SCWG反应器的下游收集以在熔炉中重加工成播种金属。播种金属颗粒可以有限的纯额外废物来完成过程材料循环。

Description

通过播种牺牲金属的超临界水气化的腐蚀减轻
背景技术
除非在此处进行说明，否则此处所描述的材料不是本申请权利要求的现有技术并且不因包含在该部分中而承认是现有技术。
超临界流体会在诸如水的物质达到其临界点之上的压力和温度时而形成。超临界水会在高于218atm的压力和374℃以上的温度下出现。超临界水的一个示例应用是用超临界水以及在缺少添加的氧化剂时来处理生物燃料，这可以将有机材料转换成燃料气体。
使用超临界水的应用和装置会受到严重的腐蚀。由于在该过程中使用煤或类似的材料，超临界水气化(SCWG)是会易于腐蚀的一个应用。包括不纯碳氢化合物的煤、沥青或油会导致高度活性的化学物种在恰低于水的临界点的热动力条件下溶解。这些高度活性的化学物种会增加SCWG反应器内金属壁的腐蚀率。
概述
本公开一般描述了通过播种牺牲金属颗粒来减轻超临界水气化中的腐蚀的技术。
根据一些示例，提供了用于减轻超临界水气化中的腐蚀的方法。该方法可以包括：用金属颗粒将一个或多个材料输入流播种到超临界水气化(SCWG)反应器中，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物并且在超临界点以上沉淀。该方法可以进一步包括从SCWG反应器收集金属氧化物。
根据其他示例，描述了一种腐蚀减轻的超临界水气化(SCWG)反应器系统。该SCWG反应器系统可以包括：SCWG反应器，其可构造为将包含水的混合物加热至超临界点以上。该SCWG反应器系统可以进一步包括：第一输入，其构造为将混合物提供给SCWG反应器；第二输入，其构造为将水提供给SCWG反应器；以及输出，其构造为将反应混合物从SCWG反应器中取出。可以用金属颗粒来播种第一输入和第二输入中的一个或多个，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀，并且可以从SCWG反应器收集金属氧化物。
根据另外的示例，描述了用于腐蚀减轻的超临界水气化(SCWG)反应器系统的控制器。该控制器可以包括一个或多个注入模块，它们与SCWG反应器的一个或多个材料输入流耦合，其中注入模块可构造为用金属颗粒来播种一个或多个材料输入流，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀。该控制器可以进一步包括与SCWG反应器的输出耦合的至少一个取回模块，其中所述取回模块可构造为从SCWG反应器收集金属氧化物。
前面的概述仅仅是示例性的，而不意在以任何方式进行限制。通过参考附图以及下面的详细说明，除了上文所描述的示例性的方面、实施例和特征之外，另外的方面、实施例和特征将变得清晰可见。
附图说明
通过下面结合附图给出的详细说明和随附的权利要求，本公开的前述特征以及其它特征将变得更加清晰。应理解的是，这些附图仅描绘了依照本公开的多个实施例，因此，不应视为对本发明范围的限制，将通过利用附图结合附加的具体描述和细节对本公开进行说明，在附图中：
图1示出了示例的超临界水气化(SCWG)工艺流程图；
图2示出了用于形成超临界水的压力-温度图；
图3示出了示例的由甘油生产甲醇，其中用于甲醇的合成气是在超临界水中通过再形成工艺获得的。
图4示出了用于在超临界水中再形成的另一示例工艺；
图5示出了通用计算设备，其可用于控制SCWG反应器；
图6是示出可以通过诸如图5的计算设备的计算设备执行的用于控制SCWG反应器的示例方法的流程图；以及
图7示出了示例的计算机程序产品的框图，
全部是根据本文所描述的至少一些实施例布置的。
具体实施方式
在下面的详细说明中，将参考附图，附图构成了详细说明的一部分。在附图中，除非上下文指出，否则相似的符号通常表示相似的部件。在详细说明、附图和权利要求中所描述的示例性实施例不意在限制。可以使用其它实施例，并且可以做出其它改变，而不偏离本文呈现的主题的精神或范围。将易于理解的是，如本文大致描述且如图中所图示的，本公开的方案能够以各种不同配置来布置、替代、组合、分离和设计，所有这些都在本文中明确地构思出。
本公开一般涉及与通过播种牺牲金属对超临界水气化(SCWG)进行腐蚀控制有关的方法、装置、系统、设备和计算机程序产品。
简言之，一般地描述了用于通过播种牺牲金属颗粒来减轻SCWG中的腐蚀的技术。金属颗粒可以通过高压注入而播种到一个或多个材料输入流中。一旦分布在SCWG反应器中，金属颗粒可优先地腐蚀到金属SCWG反应器壁且转换成金属氧化物，金属氧化物在水的超临界点以上沉淀析出。然后，可以在SCWG反应器下游收集沉淀析出的金属氧化物以便在熔炉中重加工成播种金属以其他方式进行处置。播种金属颗粒可以有限的纯额外废物来完成过程材料循环。
图1示出了依照本文所描述的至少一些实施例布置的示例的超临界水气化(SCWG)工艺流程图。
如图100所示，示例的基于煤的SCWG成套设备可以包括气体点火加热器102，具有用于馈送例如水、煤浆和燃料气体的一个或多个材料输入流。通过浆料馈送器104提供的煤浆可以在气体点火加热器102中加热且连同水一起作为混合物提供给SCWG反应器108。从SCWG反应器108中取回的超热的煤浆可以在馈回到气体点火加热器102中之前在热回收模块106中进行冷却。在SCWG反应器108中的反应的液体与气体副产物的混合物可以在热回收之后经过进一步的冷却(110)且在分离器112中分离成气体副产物和液体副产物。液体副产物和气体副产物随后可以通过阀门114控制的不同的回收线路来回收。
SCWG反应器中的水/煤浆混合器可以经过超过水的临界点且使得形成超临界水的高压和高温。从SCWG反应器108中得到的两相气体-液体产物可以通过热回收模块106以最大化热效率。气相可以在与液相分离时形成燃料气体产物且可以重新用来为气体点火加热器102内的工艺提供热。
通常，在非连续工艺中可以使用牺牲腐蚀技术来帮助保护易于腐蚀的应用和设备。充当阳极的牺牲金属(sacrificedmetal)附接到金属结构的被保护而免于腐蚀的区域且可以被腐蚀所消耗，实现牺牲金属的频繁更替。在连续的过程中，诸如SCWG，在SCWG反应器内的热的、高压环境中，安装用于牺牲腐蚀的金属阳极在不使工艺系统停机的情况下不可能进行，这会增加生产成本。而且，由于SCWG反应可能是侵略性的，在反应器中安装金属阳极仅可保护在金属阳极紧邻处的反应器壁。理论上，反应器的整个内表面可需要加上金属阳极作为内衬来实现完全的保护。至少由于这些原因，在SCWG反应器中，常规的保护性电极通常不理想。
根据一些实施例，牺牲金属颗粒可以通过高压注入或类似的机构(例如，注入模块107)播种到一个或多个材料输入流中。材料输入可以是水以及煤、沥青、沥青砂、重油、生物燃料和废油中的一种或多种。金属颗粒仅在反应器之前以及之内腐蚀，并且通过播种，可以通过加工流体散布在SCWG反应器内，避免局域腐蚀。金属颗粒可以添加到反应器的上游，例如在泵之前，这可以允许工艺连续且可以避免昂贵的停机。
由腐蚀的金属颗粒产生的金属氧化物可以分离和收集，以便在熔炉中重加工成金属，或者以其他方式进行处置。分离可以发生，是因为流体混合物在恰在腐蚀最有侵略性的临界点以下在超临界水中高度电解，而在临界点以上是非极性的。结果，牺牲反应的产物，金属氧化物会沉淀析出。金属氧化物的收集可以由取回模块109来控制，取回模块109可与SCWG反应器的输出耦合且从SCWG反应器内接收从反应混合物析出的金属氧化物。在一些示例中，金属颗粒氧化成金属氧化物的化学动力学可取决于多种因素。腐蚀性金属颗粒的浓度、压力和温度可通过气化过程来控制，但是用作播种金属颗粒的金属的类型，以及金属颗粒的量、尺寸和形状可独立地控制。例如，金属颗粒的尺寸可以选为从约1nm至约5nm，但是实施例不限于这些尺寸。
金属颗粒的表面面积也会对总体的牺牲反应速率具有较大影响。许多小的颗粒会比单个大的颗粒反应快，片状的/薄片状的颗粒会比同等质量的球状颗粒反应快。金属颗粒可以小至足以穿过机械泵，但是可以设计许多大的工业泵来处理固态废物和浆料且在转子和外壳之间有适当的间隙。引入该过程的金属颗粒还可以是较软等级的以减轻泵和壳体内的腐蚀，这可能需要硬化或加陶瓷涂层。
根据另外的示例，可以将不同类型的播种金属颗粒添加到具有不同反应速率的过程中以控制该过程不同阶段的腐蚀，使得活性最差的金属在任何换热器下游(包括其他类型的SCW过程)中提供腐蚀保护层。例如，钛，活性较差的播种金属，可以保护最下游的硬件。
金属的化学活性与电位序内金属相对于受保护免于腐蚀的金属的电负性有关。电位序描述了下面起始于活性最强的顺序的常见金属活性：镁、铝、钢/铁、铜和钛。活性还可以取决于化学环境、温度和可在SCWG反应器内受保护的金属的合金。例如，镁可以快速地反应，而铝反应可较慢，因为有放慢初始反应速率的坚硬的氧化物涂层。
如果所选金属是日用品碱金属，则金属颗粒播种在经济上可能更有吸引力。按当前的定价，例如钢可能是紧跟铝之后的较廉价的牺牲金属。播种金属的量可取决于SCWG反应器壁的内部的腐蚀率以及材料输入的吞吐量。如上所述，在水临界点以上的温度和压力下，金属氧化物可由牺牲播种金属产生，沉淀析出，并且可以在SCWG反应器的下游进行收集。例如，铝可以产生氧化铝，钢可以产生水合氧化铁和/或赤铁矿。将这些氧化物出售给冶炼者可以抵消播种材料的一些成本并且可以免除不得不储存废料的环境难题。
使用所描述的方法和材料会使得相对于不具有所描述的方法和材料的相同或相似SCWG反应器的操作而言SCWG反应器中腐蚀的减轻或消除。腐蚀度通常可以减少任意量。例如，腐蚀度可以减少至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99，在理想情况下，减少约100％(完全消除腐蚀)。
图2示出了依照本文所描述的至少一些实施例布置的用于超临界水形成的压力-温度图。
如图200所示，水可以存在于三种相，液态水222、固态冰224和气态水蒸汽226。在三相点228处，压力和温度可以使得水的三种相中的每一种可以同等地存在。对于水而言，三相点228可以出现在约0.006atm的压力下以及约0.01℃的温度下。在临界点230处，压力和温度可以使得气态水蒸汽226和液态水222项可以出现而形成一相，超临界水。超临界水(SCW)可以出现在高于约218atm的压力以及374℃以上的温度。
图3示出了依照本文所描述的至少一些实施例布置的示例的由甘油产生甲醇，其中用于甲醇的合成气是在超临界水的再形成过程中获得的。
如图300所示，植物油332、催化剂334和甲醇336可以用作生物柴油厂338内超临界水再形成的原料。甘油可以是工厂生产的副产物，其随后可以通过甘油-甲醇(GtM)过程340再形成且合成为甲醇、超甲醇的可再生合成气。生物柴油342可以是工厂生产的额外副产物。
根据一些示例，GtM可涉及到两个集成的过程；每个过程可以在近似247atm的压力下运行。第一过程可以在超临界水中再形成甘油以产生H2、CO、CO2、CH4以及高级烃，这些随后可以与水相分离。第二过程可以在填充床反应器中将气体转换成超甲醇。超甲醇是可以在相继的GtM过程中使用的甲醇可再生合成气。
将超临界水中甘油的再形成与GtM过程中甲醇合成相结合会比在标准的甲醇合成中使用的压缩气体具有更小的能量强度。SCWG所提供的高压可利于甲醇合成中的均衡位置和反应速率。另外，用于甲醇合成的条件可以允许每次通过反应器所获得的有限成分的完全转换，这可以允许省去未转换合成气的再循环流。此外，GtM过程可以使得生物柴油生产更有利于环境，可以减少对不稳定市场价格的依赖，并且可以确保甲醇的供应，这可以提高生物柴油的经济性。
图4示出了依照本文所描述的至少一些实施例布置的用于在超临界水中再形成的另一示例过程。
如图400所示，原料442，即生物燃料和水的混合物，可以流经馈料泵444，馈料泵444可以升高混合物的压力。生物燃料和水442的混合物随后可以继续送到换热器446，换热器446包含到SCWG反应器448的入口和出口，混合物可以在升高的温度下进一步流入SCWG反应器448。SCWG反应器448内的压力和温度可以超过水的临界点，形成超临界水，这可以将生物燃料转换成燃料气体。两相气体-液体产物可以从SCWG反应器448得出，两相气体-液体产物可以在高压气体-液体分离器450中分离。通过冷却452可以将气相与液相分离，这会产生富氢气体454。其余的液相随后可以进一步冷却(456)且传递到低压气体-液体分离器458中，这可以生成富含二氧化碳的气体460以及水和矿物质462。
用于在超临界水中再形成的过程可以使用馈料泵444、换热器446、SCWG反应器448、高压气体-液体分离器450和低压气体-液体分离器458。SCWG反应器可以工作在水临界点以上的条件约600℃至约650℃的温度以及大约296atm的压力下。换热器446可以提供反应器448的入口流和出口流之间的换热，这允许实现高的热效率。
根据其他的示例，在超临界水中处理生物燃料可以将生物燃料内的有机基质转换成燃料气体。该转换可以花费2分钟，取决于所使用的原料的类型。超临界水与有机基质之间的相互作用随着水与温度之间的关系的变化而逐渐地变化。在温度升高至约600℃时，水会变成强氧化剂，这会随着来自水的氧气传递到基质的碳原子中而使得有机基质降解。碳由于其高密度而优先地氧化成CO2，但是还会形成低浓度的CO。水和有机基质中的氢原子会释放而形成主产物气体H2。
从高压气体-液体分离器450分离的气体会主要包含H2，以及CO、CH4和CO2的部分。通过SCWG可产生的氢气会与在普通热生物燃料气化器中产生的合成气大不相同。氢气含量会较高，不会有氮气的稀释，气体可以通过最小量的CO和CH4来净化。此外，从低压气体-液体分离器458中分离的气体可以包含大量的CO2和一些可燃物。这些气体副产物可再用于过程加热目的。
为减轻反应器448内的腐蚀，金属颗粒可连同金属输入一起播种到反应器中，如之前所论述的。金属播种445可以发生在进入反应器448之前的一点或多点。氧化的和析出的金属颗粒(金属氧化物)可以在各点再次从反应器的输出端取回。金属氧化物收集449可以通过一个或多个收集模块来执行，在一些示例中，一个或多个收集模块可以将金属氧化物提供给中央收集系统，用于再加工。
已经利用可以实现金属颗粒的牺牲播种的具体的SCWG过程和条件描述了图1至图4中的示例。用于金属颗粒的牺牲播种的实施例不限于根据这些示例的SCWG过程和条件。
图5示出了依照本文所描述的至少一些实施例布置的可用于控制SCWG反应器的通用计算设备。
例如，计算设备500可用于控制SCWG反应器，如本文所描述的。在示例的基本配置502中，计算设备500可以包括一个或多个处理器504和系统存储器506。存储器总线508可用于处理器504与系统存储器506之间通信。在图5中通过内虚线内的那些组件图示出基本配置502。
根据所需的配置，处理器504可以是任意类型，包括但不限于微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信号处理器(DSP)或其任意组合。处理器504可以包括诸如级别一超高速缓存512的一级或多级超高速缓存、处理器核514和寄存器516。示例的处理器核514可以包括算术逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理核(DSPCore)或其任意组合。示例的存储器控制器518还可与处理器504一起使用，或者在一些实施方式中，存储器控制器518可以是处理器504的内部部件。
根据所需的配置，系统存储器506可以是任意类型，包括但不限于易失性存储器(诸如RAM)、非易失性存储器(诸如ROM、闪存等)或其任意组合。系统存储器506可以包括操作系统520、过程管理控制器522以及程序数据524。过程管理控制器522可以包括SCWG模块525和播种金属控制模块526来控制如本文所描述的SCWG反应器以及金属颗粒的播种。程序数据524可以包括如本文所描述的过程数据528等，以及其他数据。
计算设备500可具有附加的特征或功能，以及附加的接口以便于基本配置502与任何所需的设备和接口之间的通信。例如，总线/接口控制器530可用于便于基本配置502与一个或多个数据存储设备532之间经由存储接口总线534的通信。数据存储设备532可以是一个或多个可移除存储设备536、一个或多个非可移除存储设备538或者其组合。可移除存储设备和非可移除存储设备的示例包括诸如软盘驱动器和硬盘驱动器(HDD)的磁盘设备、诸如压缩盘(CD)驱动器或数字多功能盘(DVD)驱动器的光盘驱动器、固态驱动器(SSD)和磁带驱动器，仅列举了几个。示例的计算机存储介质可以包括以用于诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的存储的任何方法或技术实现的易失性和非易失性的介质以及可移除和非可移除的介质。
系统存储器506、可移除存储设备536和非可移除存储设备538是计算机存储介质的示例。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存(flashmemory)或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)、固态驱动器或其它光学存储设备、磁盒、磁带、磁盘存储设备或其它磁存储设备、或者可用于存储所需信息并且可由计算设备500访问的任何其它介质。任意这样的计算机存储介质可以是计算设备500的部件。
计算设备500还可以包括接口总线540，该接口总线540用于方便从各接口设备(例如，一个或多个输出设备542、一个或多个外围设备接口544和一个或多个通信设备566)经由总线/接口控制器530到基本配置502的通信。一些示例的输出设备542包括图形处理单元548和音频处理单元550，其可配置为经由一个或多个A/V端口552与诸如显示器或扬声器的各外部设备通信。一个或多个示例的外围设备接口544包括串行接口控制器554或并行接口控制器556，其可配置为经由一个或多个I/O端口558与诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等)或其它外围设备(例如，打印机、扫描仪等)的外部设备通信。示例的通信设备566包括网络控制器560，其可布置成便于经由一个或多个通信端口564通过网络通信链路与一个或多个其他计算设备562的通信。一个或多个其他计算设备562可以包括服务器、消费电子装备和类似设备。
网络通信链路可以是通信介质的一个示例。通信介质通常可通过计算机可读指令、数据结构、程序模块或诸如载波或其它传输机制的调制数据信号中的其它数据来具体化，并且可以包括任何信息输送介质。“调制数据信号”可以是使得其特性中的一个或多个以将信号中的信息编码的方式设定或改变的信号。通过举例而不是限制的方式，通信介质可以包括诸如有线网络或直接线连接的有线介质，以及诸如声波、射频(RF)、微波、红外(IR)和其它无线介质的无线介质。如本文所使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质两者。
计算设备500可以实现为通用或专用服务器、主机或者包括任何上述功能的类似计算机的部分。计算设备500还可以实现为既包括膝上型计算机又包括非膝上型计算机配置的个人计算机。
示例性实施例还可以包括用于通过播种牺牲金属的对于SCWG腐蚀减轻的方法。这些方法可以多种方式来实现，包括本文所描述的结构。一种这样的方式可以是通过本公开中描述的类型的设备的机器操作。另一可选的方式可以是与一个或多个执行一些操作的人类操作者相结合执行方法的各操作中的一个或多个操作，而其他操作可通过机器来执行。这些人类操作者无需位于彼此相同的地点，但是每个操作者可与一台执行程序的部分的机器放在一起。在其他示例中，人类交互可以例如按照预选标准而自动化，这些预选标准可以机器自动化。
图6是示出依照本文所描述的至少一些实施例布置的可通过诸如图5中的计算设备的计算设备执行的用于控制SCWG反应器的示例方法的流程图。
示例的方法可包括如框622、624和626中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作，在一些实施例中可以通过诸如图5中的计算设备500的计算设备来执行。在框622-626中所描述的操作还可以作为计算机可执行指令存储在诸如计算设备610的计算机可读介质620的计算机可读介质中。
通过播种牺牲金属颗粒来减轻超临界水气化中的腐蚀的示例的过程可以开始于框622，“用牺牲金属颗粒来播种输入流”，其中牺牲金属颗粒通过例如SCWG反应器的高压注入流播种到一个或多个材料输入流中，例如图1中的气体点火加热器102或者浆料馈送104。
框622之后可以是框624，“在下游收集金属氧化物”，其中播种牺牲反应的沉淀析出的金属氧化物产物可以通过例如取回模块109在SCWG反应器的下游分离并被收集。
框624之后可以是框626，“将金属氧化物重加工成播种金属颗粒”，其中收集到的播种牺牲反应的金属氧化物产物可以在熔炉中重加工成播种金属颗粒以便为另外的过程所用。
图7示出了依照本文所描述的至少一些实施例布置的示例的计算机程序产品的框图。
在一些示例中，如图7所示，计算机程序产品700可以包括信号承载介质702，其还可以包括一个或多个机器可读指令704，当通过例如处理器执行时，指令可以提供本文所描述的功能。如此，例如，参考图5中的处理器504，过程管理控制器522、SCWG模块525和播种金属控制模块526可以响应于介质702传送到处理器504的指令704而承担图7所示的一个或多个任务，从而实施与如上所述控制SCWG反应器相关的动作。根据本文所描述的至少一些实施例，那些指令中的一些指令可以包括例如，用牺牲金属颗粒来播种输入流，在下游收集金属氧化物，以及将金属氧化物重加工成播种金属颗粒。
在一些实施方式中，图7所示的信号承载介质702可以包含计算机可读介质706，诸如但不限于硬盘驱动器、固态驱动器、压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、数字带、存储器等。在一些实施方式中，信号承载介质702可以包含可记录介质708，诸如但不限于存储器、读/写(R/W)CD、R/WDVD等。在一些实施方式中，信号承载介质702可以包含通信介质710，诸如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。因此，例如，程序产品700可通过RF信号承载介质传送到处理器704的一个或多个模块，其中通过无线通信介质710(例如，符合IEEE802.11标准的无线通信介质)传送信号承载介质702。
根据一些示例，提供了一种用于减轻超临界水气化中的腐蚀的方法。该方法可以包括：用金属颗粒将一个或多个材料输入流播种到超临界水气化(SCWG)反应器中，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀。该方法可以进一步包括从SCWG反应器收集金属氧化物。
根据其他示例，该方法可以进一步包括在SCWG反应器的下游收集金属氧化物，或者在熔炉中将收集到的金属氧化物重加工成金属颗粒。材料输入流可以包括水输入以及煤浆、沥青、沥青砂、重油、生物燃料和/或废油输入。该方法还可以包括：在播种之后以及收集之前将金属颗粒分布在SCWG反应器内，以确保在SCWG反应器壁上应对腐蚀的基本上均匀的保护。
根据另外的示例，该方法可以包括：选择金属颗粒的类型、密度、氧化性质、量、尺寸和形状中的一项或多项来增强SCWG反应器内金属颗粒的腐蚀。金属颗粒可以包括镁、铝、铁、钢、铜和钛中的一种或多种。该方法可以进一步包括：基于SCWG反应器内的反应剂的化学组成，在播种之前选择金属颗粒的组成，基本上使得播种之前金属颗粒的表面面积最大化，或者在播种之前选择金属颗粒的组成以进一步减轻为SCWG反应器馈料的一个或多个泵中的腐蚀。
根据另外的示例，该方法可以包括：在播种之前从具有不同氧化性质的两种或更多种不同金属中选择金属颗粒。用金属颗粒播种一个或多个材料输入流可以包括：连续地注入金属颗粒，其中可以连续地或者在一个或多个预定义时间段内收集金属颗粒。用金属颗粒来播种一个或多个材料输入流还可以包括：在一个或多个预定义时间段内注入金属颗粒，其中可以连续地或者在一个或多个预定义时间段内收集金属颗粒。
根据其他的示例，描述了一种腐蚀减轻的超临界水气化(SCWG)反应器系统。SCWG反应器系统可以包括SCWG反应器，其可以配置为将包含水的混合物加热至超临界点以上。SCWG反应器系统可以进一步包括：第一输入，其构造为将混合物提供给SCWG反应器；第二输入，其构造为将水提供给SCWG反应器；以及输出，其构造为将反应混合物从SCWG反应器中取出。第一输入和第二输入中的一个或多个可以通过金属颗粒来播种，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀，并且可以从SCWG反应器来收集金属氧化物。
根据一些示例，混合物可以包括如下中的一种或多种：煤、沥青、沥青砂、重油、生物燃料和/废油。可以在SCWG反应器的下游收集金属氧化物。收集到的金属氧化物可以经过重加工而变成金属颗粒。在播种之后以及收集之前，金属颗粒可以分布在SCWG反应器内，以便确保SCWG反应器壁上应对腐蚀的基本上均匀的保护。可以选择金属颗粒的类型、密度、氧化性质、量、尺寸和形状中的一项或多项以增强SCWG反应器内金属颗粒的腐蚀。
根据另外的示例，金属颗粒可以包括镁、铝、铁、钢、铜和钛中的一种或多种。基于SCWG反应器内的反应剂的化学组成，在播种之前选择金属颗粒的组成。金属颗粒的表面面积可以在播种之前基本上最大化。在播种之前可以选择金属颗粒的组成以减轻为SCWG反应器馈料的一个或多个泵中的腐蚀。可以在播种之前从具有不同氧化性质的两种或更多种不同金属中选择金属颗粒。
根据另外的示例，描述了一种用于超临界水气化(SCWG)反应器系统的控制器。该控制器可以包括与SCWG反应器的一个或多个材料输入流耦合的一个或多个注入模块，其中注入模块可构造为通过金属颗粒来播种一个或多个材料输入流，使得金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物并且在超临界点以上沉淀。该控制器可进一步包括与SCWG反应器的输出耦合的至少一个取回模块，其中取回模块可构造为从SCWG反应器收集金属氧化物。
根据一些示例，取回模块可构造为在SCWG反应器的下游收集金属氧化物。控制器还可以包括重加工模块，其构造为将收集到的金属氧化物重加工成金属颗粒。注入模块可以进一步构造为：在播种之后以及收集之前，将金属颗粒分布在SCWG反应器内，以确保在SCWG反应器壁上应对腐蚀的基本上均匀的保护。注入模块可以构造为：在播种之后以及收集之前，通过进入一个或多个材料输入流的高压注入将金属颗粒分布在SCWG反应器内。
根据其他的示例，注入模块可构造为在SCWG反应器内形成涡流。注入模块可进一步构造为选择金属颗粒的类型、密度、氧化性质、量、尺寸和形状中的一项或多项以增强金属颗粒在SCWG反应器内的腐蚀。金属颗粒可以包括镁、铝、铁、钢、铜和钛中的一种或多种。注入模块可以进一步构造为：基于SCWG反应器内的反应剂的化学组成，在播种之前来选择金属颗粒的组成。在播种之前，金属颗粒的表面面积可基本上最大化。
根据另外的示例，注入模块可进一步构造为：在播种之前选择金属颗粒的组成以减轻为SCWG反应器馈料的一个或多个泵中的腐蚀。注入模块可进一步构造为：在播种之前，从具有不同氧化性质的两种或更多种不同金属中选择金属颗粒。注入模块可构造为通过金属颗粒连续地播种一个或多个材料输入流，其中取回模块可构造为连续地或者在一个或多个预定义期间内收集金属氧化物。注入模块还可构造为：在一个或多个预定义期间内用金属颗粒来播种一个或多个材料输入流，其中取回模块可构造为连续地或者在一个或多个预定义期间内收集金属氧化物。
示例
下面是如何可实现一些实施例的示范性的示例，不意在以任何方式限制实施例的范围。
示例1：铝颗粒牺牲播种(sacrificialseeding)以减轻在将挤压的葡萄酒残渣和温室生物燃料转换成富氢气体的SCWG过程中的腐蚀
挤压葡萄酒残渣和温室生物燃料可用作通过SCWG过程来生产富氢燃料气体的原料。为防止在整个过程中的腐蚀，通过SCWG反应器上游的高压注入，直径为6nm的球状铝颗粒可连续地播种到水和生物燃料的材料输入中。在上游播种颗粒可以防止连续SCWG过程的昂贵的停机，允许连续添加颗粒。铝颗粒可以遍布在SCWG反应器内的加工流体均匀地分布并且在反应器内形成的高压和高温下牺牲地腐蚀。由于加工流体混合物在恰在腐蚀最有侵略性的临界点以下的高度电解的性质以及在临界点以上水的非极性状态，氧化铝、铝的金属氧化物会沉淀析出且在SCWG反应器的输出处被收集。一旦收集到，氧化铝可以在熔炉中重加工以生产出铝，然后铝可以用于SCWG过程的进一步牺牲播种。氧化铝还可以出售给外界的熔炼者以补偿铝的成本。
示例2：钢颗粒牺牲播种以减轻在将富湿气生物燃料转换成可再生氢气的SCWG过程的腐蚀
可以实现SCWG过程以将富湿气生物燃料转换成清洁的、可再生氢气。为防止在整个过程中的腐蚀，通过SCWG反应器上游的高压注入，片状的钢颗粒9nmx12nm可以在批量过程中播种到水和生物燃料的材料输入中。每次批量注入之间的时间量以及每次批量注入中的钢颗粒的量可以取决于SCWG反应器的镍合金反应器壁的内部的腐蚀速率以及生物燃料和水的吞吐量。钢颗粒可以通过高压注入而在SCWG反应器内的加工流体中均匀地分布并且在反应器内形成的高温和高压下牺牲地腐蚀。水合氧化铁和/或赤铁矿、钢的金属氧化物会沉淀析出且在SCWG反应器的下游被收集。一旦收集到，水合氧化铁和/或赤铁矿可以在熔炉中重加工以生产出钢，随后钢可再次用于SCWG过程的进一步的牺牲播种。
示例3：铝颗粒和钛颗粒的牺牲播种以减轻将甘油转换成甲醇的SCWG过程中的腐蚀
利用甲醇以及植物油和催化剂作为原料，SCWG过程可以实施以在超临界水中再形成甘油。再形成的产物随后可以合成为可再生超甲醇。为防止整个过程中的腐蚀，可以将不同类型的播种金属添加到具有不同反应速率的过程中以在过程的不同阶段控制腐蚀。通过SCWG反应器上游的高压注入，直径为6nm的球状铁颗粒可最初连续播种到水和沥青的材料输入中。然后，直径为9nm的球状钛颗粒可以通过比初始播种铁颗粒更靠下游的高压注入来批量播种，因此作为活性较差的金属的钛可以随后在任何换热器下游提供腐蚀保护。金属颗粒可以均匀地分布在SCWG反应器内的加工流体中并且在反应器内形成的高温和高压下牺牲地腐蚀。由于加工流体混合物在恰在腐蚀最有侵略性的临界点以下的高度电解的性质以及在临界点以上水的非极性状态，分别由铁和钛生成的金属氧化物，即氧化铁和二氧化钛会沉淀析出且在SCWG反应器的下游被收集。一旦收集到，氧化铁和二氧化钛可以在熔炉中重加工以分别生产出铁和钛，然后铁和钛可用于SCWG过程的进一步牺牲播种。
在系统方面的硬件实现和软件实现之间保留了极小的区别；硬件或软件的使用通常是(但并不总是，因为在一些背景下硬件和软件之间的选择会变得重要)表示成本相对于效率权衡的设计选择。存在各种可以实现(例如，硬件、软件和/或固件)本文所描述的过程和/或系统和/或其它技术的媒介物，并且优选的媒介物将随着部署过程和/或系统和/或其它技术的背景而变化。例如，如果实施者判定速度和精度重要，则实施者可以选择主硬件和/或固件媒介物；如果灵活性重要，则实施者可以选择主软件实现；或者，另外可选地，实施者可以选择硬件、软件和/或固件的一些组合。
前面的详细说明已经通过框图、流程图和/或示例阐述了设备和/或过程的各个实施例。在这些框图、流程图和/或示例包含一项或多项功能和/或操作的程度上，本领域技术人员将理解的是可以通过各种各样的硬件、软件、固件或几乎其任意组合来单独地和/或统一地实现这些框图、流程图或示例内的每项功能和/或操作。在一个实施例中，本文所描述的主题的多个部分可经由专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其它集成格式来实现。然而，本领域技术人员将离解的是，在本文公开的实施例的一些方案可以整体地或部分地等同地实现为集成电路、在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序)、在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)、固件、或几乎任何组合，并且根据本公开的内容，设计电路和/或编写用于软件和/或固件的代码将在本领域技术人员的技能范围内。
本公开不受在本申请中所描述的特定实施例限制，这些特定实施例意在为各个方面的示例。本领域技术人员显而易见的是，能够进行各种改进和变型，而不偏离其精神和范围。根据前面的说明，除了本文列举的那些之外，在本公开范围内的功能上等同的方法和装置对于本领域技术人员而言将是显而易见的。旨在这些改进方案和变型例落在随附权利要求书的范围内。连同这些权利要求书所给予权利的等同方案的整个范围内，本公开仅受随附权利要求书限制。将理解的是，本公开不限于特定的方法、试剂、化合物组成或生物系统，当然这些可以变化。还应理解的是，本文所使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不意在限制。
另外，本领域技术人员将理解的是，本文所描述的主题的机制能够以各种形式分布为程序产品，并且本文所描述的主题的示例性实施例适用，无论实际上用于实施分布的特定类型的信号承载介质如何。信号承载介质的示例包括但不限于以下：可记录型介质，诸如软盘、硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、数字带、计算机存储器等；以及传输型介质，诸如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
本领域技术人员将理解的是，在本领域内常见的是以本文阐述的方式来描述设备和/或过程，此后利用工程实践将这些所描述的设备和/或过程集成到数据处理系统中。也即，本文所描述的设备和/或过程的至少一部分可以通过合理量的实验集成到数据处理系统中。本领域技术人员将理解的是，典型的数据处理系统通常包括如下中的一种或多种：系统单元壳体、视频显示设备、诸如易失性和非易失性存储器的存储器、诸如微处理器和数字信号处理器的处理器、诸如操作系统的计算实体、驱动器、图形用户接口、和应用程序、诸如触摸板或触摸屏的一个或多个交互设备、和/或包括反馈环和控制电动机(例如，用于感测门架系统的位置和/或速度的反馈；用于移动和/或调整部件和/或量的控制电动机)的控制系统。
系统可利用任何适合的商业上提供的部件来实现，诸如在水气化系统中常见的部件。本文所描述的主题有时说明了包含在不同的其它部件内的不同部件或与不同的其它部件连接的不同部件。应理解的是，这些所描绘的体系结构仅是示例性的，并且实际上可以实施实现相同功能的许多其它体系结构。在概念意义上，实现相同功能的任何部件的布置有效地“关联”，使得实现期望功能。因此，在此处组合以实现特定功能的任何两个部件可视为彼此“关联”，使得实现期望功能，无论体系结构或中间部件如何。同样，任意两个如此关联的部件还可视为彼此“可操作地连接”、或“可操作地耦合”以实现期望的功能，并且能够如此关联的任意两个部件还可视为彼此“能够可操作地耦合”以实现期望功能。能够可操作耦合的具体示例包括但不限于能够物理上连接和/或物理交互的部件和/或能够无线交互和/或无线交互的部件和/或逻辑上交互和/或能够逻辑上交互的部件。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员能够根据上下文和/或应用适当地从复数变换成单数和/或从单数变换成复数。为了清晰的目的，本文中明确地阐明了各单数/复数的置换。
本领域技术人员将理解，一般地，本文所使用的术语，尤其是随附权利要求(例如，随附权利要求的主体)中所使用的术语，通常意在为“开放式”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，等等)。本领域技术人员还理解，如果意图表达引导性权利要求记述项的具体数量，该意图将明确地记述在权利要求中，并且在不存在这种记述的情况下，不存在这样的意图。例如，为辅助理解，下面的随附权利要求可能包含了引导性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引导权利要求记述项。然而，这种短语的使用不应解释为暗指不定冠词“一”或“一个”引导权利要求记述项将包含该所引导的权利要求记述项的任何特定权利要求局限于仅包含一个该记述项的实施例，即使当同一权利要求包括了引导性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如不定冠词“一”或“一个”的(例如，“一”和/或“一个”应当解释为表示“至少一个”或“一个或多个”)；这同样适用于对于用于引导权利要求记述项的定冠词的使用。另外，即使明确地记述了被引导的权利要求记述项的具体数量，本领域技术人员将理解到这些记述项应当解释为至少表示所记述的数量(例如，没有其它修饰语的裸记述“两个记述项”表示至少两个记述项或两个以上的记述项)。
此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯用法的那些实例中，通常这样的构造旨在表达本领域技术人员理解该惯用法的含义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等等的系统)。本领域技术人员将进一步理解，呈现两个以上可选项的几乎任何分离词和/或短语，无论是在说明书、权利要求或附图中，都应理解为设想包括一项、任一项或两项的可能性。例如，术语“A或B”将理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
另外，在根据马库什组(Markushgroup)描述本公开的特征或方案的情况下，本领域技术人员将理解的是本公开也因此以马库什组的任何独立成员或成员的子组来描述。
本领域技术人员将理解的是，为了任何以及全部的目的，诸如在提供所撰写的说明书方面，本文所公开的全部范围也涵盖了任何和全部的可能的子范围及其子范围的组合。能够容易地认识到任何所列范围都充分地描述了同一范围并且使同一范围分解成至少均等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等等。作为非限制示例，本文所论述的每个范围能够容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。本领域技术人员还将理解的是，诸如“多达”、“至少”、“大于”、“小于”等所有的语言包括所记述的数量并且是指如上文所论述的随后能够分解成子范围的范围。最后，本领域技术人员将理解的是，范围包括每个独立的成员。因此，例如，具有1-3个单元的组是指具有1个、2个或3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组是指具有1个、2个、3个、4个、或5个单元的组，等等。
虽然本文公开了各个方面和实施例，但是其它的方面和实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，本文所公开的各个方面和实施例是为了示例的目的而不意在限制，真正的范围和精神是通过随附的权利要求表示的。

Claims (46)

1.一种减轻超临界水气化中的腐蚀的方法，所述方法包括：
用金属颗粒将一个或多个材料输入流播种到超临界水气化(SCWG)反应器中，使得所述金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀；以及
从所述SCWG反应器收集所述金属氧化物。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述SCWG反应器下游收集金属氧化物。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在熔炉中将收集的金属氧化物重加工成金属颗粒。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述材料输入流包括水输入以及煤浆、沥青、沥青砂、重油、生物燃料和/或废油输入中的一种。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在播种之后以及收集之前将所述金属颗粒分布在所述SCWG反应器内，以确保在所述SCWG反应器壁上应对腐蚀的基本上均匀的保护。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：选择金属颗粒的类型、密度、氧化性质、量、尺寸和形状中的一项或多项来增加所述金属颗粒在所述SCWG反应器内的腐蚀。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述金属颗粒包括镁、铝、铁、钢、铜和钛中的一种或多种。
8.如权利要求7述的方法，进一步包括：
基于所述SCWG反应器内反应剂的化学组成，在播种之前选择所述金属颗粒的组成。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在播种之前基本上使得所述金属颗粒的表面面积最大化。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在播种之前选择所述金属颗粒的组成以减轻为所述SCWG反应器馈料的一个或多个泵中的腐蚀。
11.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在播种之前从具有不同氧化性质的两种或更多种不同金属中选择所述金属颗粒。
12.如权利要求1所述的方法，其中用金属颗粒播种所述一个或多个材料输入流包括连续地注入所述金属颗粒。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
连续地收集所述金属颗粒。
14.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
在一个或多个预定义时间段内收集所述金属颗粒。
15.如权利要求1所述的方法，其中用金属颗粒播种所述一个或多个材料输入流包括在一个或多个预定义时间段内注入所述金属颗粒。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
连续地收集所述金属颗粒。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
在一个或多个预定义时间段内收集所述金属颗粒。
18.一种腐蚀减轻的超临界水气化(SCWG)反应器系统，所述SCWG反应器系统包括：
SCWG反应器，其构造为将包含水的混合物加热至超临界点之上；
第一输入，其构造为将所述混合物提供给所述SCWG反应器；
第二输入，其构造为将水提供给所述SCWG反应器；以及
输出，其构造为将反应混合物从所述SCWG反应器中取出，其中用金属颗粒来播种所述第一输入和第二输入中的一个或多个，使得所述金属颗粒腐蚀成在SCWG反应器壁上的金属氧化物且在所述超临界点以上沉淀，并且
所述金属氧化物从所述SCWG反应器被收集。
19.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中所述混合物包括如下中的一种或多种：煤浆、沥青、沥青砂、重油、生物燃料和/或废油。
20.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中在所述SCWG反应器的下游收集所述金属氧化物。
21.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中收集的金属氧化物重加工成所述金属颗粒。
22.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中在播种之前以及收集之后所述金属颗粒分布在所述SCWG反应器内，以确保在所述SCWG反应器壁上应对腐蚀的基本上均匀的保护。
23.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中选择金属颗粒的类型、密度、氧化性质、量、尺寸和形状中的一项或多项来增加所述金属颗粒在所述SCWG反应器内的腐蚀。
24.如权利要求23所述的SCWG反应器系统，其中所述金属颗粒包括镁、铝、铁、钢、铜和钛中的一种或多种。
25.如权利要求24所述的SCWG反应器系统，其中所述金属颗粒的组成是基于所述SCWG反应器内的反应剂的化学组成在播种之前选择的。
26.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中所述金属颗粒的表面面积在播种之前基本上最大化。
27.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中在播种之前选择所述金属颗粒的组成以减轻为所述SCWG反应器馈料的一个或多个泵中的腐蚀。
28.如权利要求18所述的SCWG反应器系统，其中所述金属颗粒是在播种之前从具有不同氧化性质的两种或更多种不同金属中选出的。
29.一种用于腐蚀减轻的超临界水气化(SCWG)反应器系统的控制器，所述控制器包括：
一个或多个注入模块，其与SCWG反应器的一个或多个材料输入流耦合，所述注入模块构造为用金属颗粒来播种所述一个或多个材料输入流，使得所述金属颗粒在SCWG反应器壁上腐蚀成金属氧化物且在超临界点以上沉淀；以及
至少一个取回模块，其与所述SCWG反应器的输出耦合，所述取回模块构造为从所述SCWG反应器中收集所述金属氧化物。
30.如权利要求29所述的控制器，其中所述至少一个取回模块构造为在所述SCWG反应器下游收集所述金属氧化物。
31.如权利要求29所述的控制器，进一步包括重加工模块，所述重加工模块构造为将收集的金属氧化物重加工成所述金属颗粒。
32.如权利要求29所述的控制器，其中所述注入模块进一步构造为在播种之后以及在收集之前将所述金属颗粒分布在所述SCWG反应器内以确保所述SCWG反应器壁上应对腐蚀的基本上均匀的保护。
33.如权利要求32所述的控制器，其中所述注入模块构造为在播种之后以及在收集之前通过高压注入所述一个或多个材料输入流来将所述金属颗粒分布在所述SCWG反应器内。
34.如权利要求32所述的控制器，其中所述注入模块构造为在所述SCWG反应器内产生涡流。
35.如权利要求29所述的控制器，其中所述注入模块进一步构造为选择金属颗粒的类型、密度、氧化性质、量、尺寸和形状中的一项或多项来增加所述金属颗粒在所述SCWG反应器内的腐蚀。
36.如权利要求35所述的控制器，其中所述金属颗粒包括镁、铝、铁、钢、铜和钛中的一种或多种。
37.如权利要求36所述的控制器，其中所述注入模块进一步构造为在播种之前基于所述SCWG反应器内的反应剂的化学组成来选择所述金属颗粒的组成。
38.如权利要求29所述的控制器，其中所述金属颗粒的表面面积在播种之前基本上最大化。
39.如权利要求29所述的控制器，其中所述注入模块进一步构造为在播种之前选择所述金属颗粒的组成以减轻为所述SCWG反应器馈料的一个或多个泵中的腐蚀。
40.如权利要求29所述的控制器，其中所述注入模块进一步构造为在播种之前从具有不同氧化性质的两种或更多种不同金属中选择所述金属颗粒。
41.如权利要求29所述的控制器，其中所述注入模块构造为连续地用所述金属颗粒来播种所述一个或多个材料输入流。
42.如权利要求41所述的控制器，其中所述取回模块构造为连续地收集所述金属氧化物。
43.如权利要求41所述的控制器，其中所述取回模块构造为在一个或多个预定义时间段内收集所述金属氧化物。
44.如权利要求29所述的控制器，其中所述注入模块构造为在一个或多个预定义时间段内用所述金属颗粒来播种所述一个或多个材料输入流。
45.如权利要求44所述的控制器，其中所述取回模块构造为连续地收集所述金属氧化物。
46.如权利要求44所述的控制器，其中所述取回模块构造为在一个或多个预定义时间段内收集所述金属氧化物。
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