CN105163841A - 用于使用腐蚀保护层来减小反应器系统中的腐蚀的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于减小或消除包括超临界水气化系统的反应器系统的组件的腐蚀的系统和方法。腐蚀保护层可被构造为在反应器系统操作期间在组件表面和存在于一个或多个亚临界区域中的亚临界流体之间提供物理屏障。腐蚀保护系统可包括玻璃和碳化硅，并且可被定位在所述一个或多个亚临界区域内以阻止亚临界流体接触易于受存在于亚临界流体中的腐蚀离子腐蚀的组件表面。

Description

用于使用腐蚀保护层来减小反应器系统中的腐蚀的系统和方法
背景技术
超临界水气化通过使原料泥浆与超临界水反应来产生富氢合成气体。超临界水是这样的水，该水在高压(例如，大约22兆帕)下被加热到非常高的温度(例如，高于大约674开氏度)，以使得该水被阻止变成蒸汽。在该温度下，水变得反应性非常高，并且能够分解泥浆以产生富氢燃料。该燃料可被用于各种目的，诸如给引擎供电、生成电力以及产生热量。超临界水反应器系统的一个优点是，它们能够从被认为是废物的原料(诸如液态生物质)或不洁净的燃料源(包括煤和其它化石燃料)生成相对洁净的氢基燃料。
超临界水气化的效率和成本有效性受到组件(诸如加热器和反应器容器)、特别是这些组件的在高温下与水接触的区域的快速腐蚀的影响。管理腐蚀的常规技术涉及持续地更换被腐蚀的部分或者用抗腐蚀材料构造组件，这些可能是昂贵的，而且是极其无效的。因此，希望的是，通过使用便宜的而且可容易复制的组件最小化腐蚀的经济影响的方式来减小反应器系统中(诸如超临界水反应器系统中)的腐蚀。
发明内容
本公开不限于所述的特定系统、装置和方法，因为这些可以变化。本描述中所使用的术语仅仅是用于描述特定版本或实施例的目的，而非意图限制范围。
如本文件中所使用的，单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非上下文另有明确指示。除非另有定义，否则本文中所使用的所有技术术语和科学术语都具有与本领域的普通技术人员通常理解的意义相同的意义。本公开中没有任何内容被解释为承认本公开中所述的实施例由于在先发明而无权先于这样的公开内容。如本文件中所使用的，术语“包括”意指“包括但不限于”。
在实施例中，一种被构造为减小或消除其腐蚀的反应器系统包括系统容器，该系统容器包括内表面，并具有亚临界区域。亚临界区域可被构造为在亚临界条件下接收流体。至少一个包括玻璃和碳化硅的腐蚀保护层可被定位在亚临界区域内以提供保护内表面的至少一部分不被腐蚀的物理屏障。
在实施例中，一种用于制造被构造为减小其腐蚀的反应器系统的方法可包括提供系统容器和至少一个腐蚀保护层。系统容器可包括内表面，并具有亚临界区域。亚临界区域可被构造为在亚临界条件下接收流体。所述至少一个腐蚀保护层可包括玻璃和碳化硅。所述至少一个腐蚀保护层可被定位在系统容器内部、亚临界区域内，以提供保护内表面的至少一部分不被腐蚀的物理屏障。
在实施例中，一种使用晶体封装来制造反应器系统的腐蚀保护层的方法可包括提供模具，该模具被构造为使得在该模具内产生的腐蚀保护层基本上符合反应器系统的系统容器的至少一部分的大小和形状，以使得腐蚀保护层适配在其中。可将碳化硅晶体和熔化的玻璃放置到模具中。可旋转模具，直到熔化的玻璃硬化以在模具内形成腐蚀保护层为止。可从模具移除腐蚀保护层。
在实施例中，一种使用纤维缠绕来制造反应器系统的腐蚀保护层的方法可包括提供模具，该模具被构造为使得通过使用该模具进行纤维缠绕而产生的腐蚀保护层基本上符合反应器系统的系统容器的至少一部分的大小和形状，以使得腐蚀保护层适配在其中。可旋转模具，并且可在高张力下将碳化硅纤维涂覆到旋转的模具。可在将碳化硅纤维涂覆到旋转的模具期间将碳化硅纤维与熔化的玻璃一起浸渍。可响应于腐蚀保护层基本上符合系统容器的所述至少一部分的大小和形状，停止将碳化硅纤维涂覆到旋转的模具。可固化腐蚀保护层，并且可从腐蚀保护层内移除模具。
在实施例中，一种用于减小或消除反应器系统中的腐蚀的方法可包括提供具有系统容器的反应器系统，该系统容器包括内表面，并具有被构造为在亚临界条件下接收流体的亚临界区域。该方法还可包括：提供至少一个包括玻璃和碳化硅的腐蚀保护层；并将所述至少一个腐蚀保护层定位在亚临界区域内，以提供保护内表面的至少一部分不被流体腐蚀的物理屏障。
附图说明
图1描绘根据一些实施例的示意性超临界水系统。
图2A和图2B描绘根据一些实施例的包括腐蚀保护层的示意性超临界水反应器系统组件的不同视图。
图3A和图3B描绘通过使用不同大小的碳化硅晶体的封装制程而产生的示意性腐蚀保护层。
图4描绘根据一些实施例的用于超临界水反应器系统的示意性腐蚀减小方法的流程图。
图5描绘根据一些实施例的使用纤维缠绕制程来提供腐蚀保护层的示意性方法的流程图。
具体实施方式
本描述中所使用的术语仅仅是用于描述特定版本或实施例的目的，而非意图限制范围。
本公开一般地涉及用于减小或消除反应器系统中的腐蚀的系统和方法。反应器系统可包括超临界水反应器系统。具体地说，实施例提供腐蚀保护层，其被构造为在反应器系统中提供防御亚临界流体的物理屏障。亚临界流体包括处于亚临界条件或者处于低于用于超临界流体的温度的高温的流体。例如，亚临界水可包括在大约22兆帕的压强下为大约600开氏度至大约647开氏度的水。在实施例中，腐蚀保护层包括玻璃和碳化硅。本文中所述的系统和方法可提供在对热传递呈现最小屏障并且防止反应器系统中由亚临界流体造成的化学分解的同时、保护反应器系统组件(诸如超临界水反应器系统中的那些组件)不被腐蚀的、有效的且成本高效的方式。
相对于没有所述的腐蚀保护层、方法和系统的相同的或类似的反应器或反应器系统组件的操作而言，本文中所述的腐蚀保护层、方法和系统的使用可导致反应器或反应器系统组件中的腐蚀的减小或消除。腐蚀程度一般可减小任何量。例如，腐蚀程度可减小至少大约10％、至少大约20％、至少大约30％、至少大约40％、至少大约50％、至少大约60％、至少大约70％、至少大约80％、至少大约90％、至少大约95％、至少大约96％、至少大约97％、至少大约98％、至少大约99％，以及在理想的情况下，大约100％减小(完全消除腐蚀)。
图1描绘根据一些实施例的示意性超临界水反应器系统。如图1所示，超临界水反应器系统100可包括用于将泥浆155引入到系统中的原料入口130。泥浆155例如可包括高压泥浆进料。泥浆155可包括任何类型的能够经受超临界水气化的物质，包括但不限于生物质流体(例如，微藻类流体、生物残留物、生物废弃物等)、煤和其它化石燃料的泥浆、以及可氧化废弃物。因此，超临界水反应器系统100可被构造为作为各种气化系统中的任何一种进行操作，所述气化系统包括但不限于煤气化系统、生物质气化系统以及废弃物氧化系统。泥浆155与空气150和水135一起可被供给到加热器105，诸如燃气加热器。泥浆155可在加热器105中被加热。某些气体(诸如蒸汽140和烟道气145)可从加热器耗尽，例如以保持压强。泥浆155可被供给到反应器容器110中。
在反应器容器110内，泥浆155可在压力下被加热以变成超临界流体。用于产生超临界流体的温度和压强将取决于泥浆155的类型、其中所包括的任何流体、以及其组成(例如，在不同温度和压强下的离子的类型和浓度)。在实施例中，泥浆155可在高于大约22兆帕的压强下被加热到高于大约647开氏度，以使得泥浆内的流体变成超临界流体。根据一些实施例，泥浆155可在反应器容器110内在大约25兆帕的压强下被加热到大约920开氏度。超临界条件下的泥浆155包括腐蚀离子，诸如各种无机盐的离子。腐蚀离子对于超临界水反应器系统100的组件(诸如加热器105、反应器容器110和/或将组件连接在一起的任何管道的内表面)可能是有高度腐蚀性的。在实施例中，泥浆155内的流体可包括水。
超临界流体可在反应器容器110内与泥浆155的成分发生反应以产生反应器产品160。在实施例中，泥浆155可包括一种或多种被构造为促进反应的催化剂，诸如氯、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐。反应器产品160可移动通过一个或多个热交换器，诸如热回收热交换器115和冷却热交换器125。提供气体/液体分离器120来将反应器产品160分离为期望的燃料气体产品165和废弃产品170，诸如液体流出物、灰分和烧焦物。燃料气体产品165可包括能够响应于与超临界流体发生反应而从泥浆155产生的任何燃料。示意性燃料气体产品165包括但不限于富氢燃料，诸如H2和/或CH4。
在超临界水气化过程期间，泥浆155可在超临界水反应器系统100内在不同压强下被加热到各种温度。除了超临界条件之外，泥浆155可处于亚临界条件，其中，泥浆155内的流体在压力下处于高温，该高温低于超临界温度。在泥浆155内的流体包括水的实施例中，亚临界水可具有以下温度：大约550开氏度、570开氏度、600开氏度、大约610开氏度、大约620开氏度、大约630开氏度、大约647开氏度、或者这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内的温度。在泥浆155内的流体包括水的实施例中，亚临界温度的流体的压强可以为大约20兆帕、大约22兆帕、大约25兆帕、或者在这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内。亚临界条件下的泥浆155通常包括对于超临界水反应器系统100的组件具有高度腐蚀性的腐蚀离子。腐蚀离子的非限制性示例包括氯、硫磺(例如，二氧化硫)、磷等的各种离子。
超临界水反应器系统100可具有一个或多个亚临界区域，泥浆155在超临界水气化过程的至少一部分期间位于这些亚临界区域中。亚临界区域的非限制性示例包括但不限于反应器容器110的预热区域175和冷却区域180。根据一些实施例，反应器容器110的在预热区域175和冷却区域180之间的部分在超临界水气化过程期间可包括超临界水。尽管预热区域175和冷却区域180在图1中被描绘为在反应器容器110内，但是实施例可提供预热区域175和冷却区域180位于不同的组件中，诸如预加热器(用于预热区域)和热交换器(用于冷却区域和/或预热区域和冷却区域两者)。另外，亚临界区域不限于预热区域175和冷却区域180，因为超临界水反应器系统100的其中泥浆155存在于亚临界条件下的任何部分都可包括亚临界区域。
根据一些实施例，泥浆155在亚临界条件下可能比在超临界条件下更具腐蚀性。就这一点而论，实施例提供腐蚀保护层(图1中未示出；更多详情参见图2A、图2B、图3A和图3B)，其被构造为在亚临界区域内提供亚临界水和超临界水反应器系统100的组件之间的屏障。腐蚀保护层可被构造为承受在超临界水反应器系统100的组件内发生的热膨胀，诸如在组件壁材料的热膨胀容许水平内。另外，腐蚀保护层可被构造为承受超临界水反应器系统100所呈现的重复的加热和/或冷却循环。
图1中所描绘的超临界水反应器系统100仅仅是为了例示说明的目的而提供的，并且可根据需要包括更多的或更少的组件，诸如一个或多个阀、预加热器、反应器容器、用于将泥浆155泵送通过系统的泵、以及本领域的普通技术人员已知的其它组件。
图2A和图2B描绘根据一些实施例的包括腐蚀保护层的示意性反应器系统组件的不同视图。所述反应器系统可以是超临界水反应器系统。图2A描绘垂直于反应器系统组件200的纵轴的截面。例如，组件200可包括反应器容器(例如，反应器容器110)，图2A描绘了通过反应器容器的亚临界区域的截面，在该亚临界区域中，流体在超临界水气化过程期间在亚临界温度下存在(例如，预热部分175和冷却部分180)。如图2A所示，腐蚀保护层205可被定位在组件200的内表面和亚临界流体210之间。图2B描绘了带有如点线所指示的截断的组件200的侧视图，该侧视图示出了腐蚀保护层205，此时亚临界流体210流过腐蚀保护层。如图2A和图2B所描绘的，腐蚀保护层205可操作为在亚临界流体210和组件200的内表面之间提供物理屏障，从而操作为减小或消除组件的腐蚀。在实施例中，腐蚀保护层205可独立于组件200结构被移除和更换。
根据一些实施例，腐蚀保护层205可包括玻璃和碳化硅(SiC)。在亚临界条件下，碳化硅不会或者基本上不会由于腐蚀或其它化学反应而损失质量。当与各种参考材料(诸如SpecialMetalsCorporation的HaynesInternational,Inc,的B和C、钛(Ti)以及不锈钢)进行比较时，碳化硅也具有更高的导热性。除了其它作用之外，碳化硅的传热性允许腐蚀保护层205不干扰或者基本上不干扰在反应器系统的各种组件(诸如超临界水反应器系统的那些组件)中必须发生的热传递。
在实施例中，玻璃可包括硼硅酸盐玻璃。硼硅酸盐玻璃可包括以下中的至少一个：SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。在实施例中，硼硅酸盐玻璃可被构造为CorningIncorporated制造的(Corning代码7740)，其可包括(按照重量百分比)大约80.6％的SiO2、大约12.6％的B2O3、大约4.2％的Na2O、大约2.2％的Al2O3、大约0.04％的Fe2O3、大约0.1％的CaO、大约0.05％的MgO以及大约0.1％的Cl。
碳化硅无益于形成具有反应器系统的组件(例如，超临界水气化系统，诸如反应器容器、加热器和导管管道系统)的大小和形状的层。就这一点而论，实施例提供被形成为复合材料的腐蚀保护层，该复合材料包括作为将碳化硅封装在其中的粘合剂的玻璃。如下面更详细地描述的，实施例提供通过将碳化硅晶体涂覆到熔化的玻璃并且允许熔化的玻璃固化以形成腐蚀保护层来制作复合材料。
根据一些实施例，腐蚀保护层可包括各种比率的玻璃和碳化硅。在实施例中，腐蚀保护层可包括按体积计算至少大约20％的玻璃、按体积计算至少大约25％的玻璃、按体积计算至少大约30％的玻璃、按体积计算至少大约40％的玻璃、或者在这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内的玻璃。在实施例中，腐蚀保护层可包括按体积计算至少大约60％的碳化硅、按体积计算至少大约70％的碳化硅、按体积计算至少大约80％的碳化硅、或者在这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内的碳化硅。在实施例中，腐蚀保护层可包括这样比率的玻璃和碳化硅，该比率使得腐蚀保护层具有与单独的碳化硅相同或基本上相同的膨胀系数。实施例提供腐蚀保护层除了玻璃和碳化硅之外还可包括其它材料。
腐蚀保护层可包括各种大小的碳化硅晶体。图3A和图3B描绘通过使用不同大小或目(grit)的碳化硅晶体的封装制程而产生的示意性腐蚀保护层。在图3A中，由粗略晶体封装制程得到的腐蚀保护层320包括其中嵌入有适当大小的硅晶体310的玻璃层305。硅晶体310的大小可以是能够根据本文中所述的实施例并且根据任何系统要求(例如，热传递要求)进行操作的任何大小。在实施例中，用于粗略晶体封装的大小可包括大约5目、大约7目、大约10目、大约12目、或者在这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内。
如图3A所示，腐蚀保护层320被构造为提供系统组件300(例如，加热器105、反应器容器110、热交换器115等)的亚临界区域的内表面和组件300的内部区域315之间的物理屏障，其中，亚临界流体在超临界水气化过程期间是可以存在的。
可使用能够产生封装碳化硅晶体310的玻璃层305的各种制程，以可以定位在系统组件300的亚临界区域内的形状和大小制得腐蚀保护层320。在实施例中，粗略晶体封装制程可包括提供模具(例如，鼓型模具)，该模具的大小和形状与将容纳腐蚀保护层320的系统组件相同或基本上相同。模具的大小和形状不一定必须为与系统组件300相同的大小和形状，只要所得的腐蚀保护层320可被定位在系统组件内以在系统组件和亚临界流体之间提供物理屏障即可。适当大小(例如，12目)的碳化硅晶体310被引入到模具中，然后熔化玻璃(例如，玻璃层305的熔化形式)被浇注到模具中。递增地，旋转模具以产生符合或基本上符合模具的内表面的大小和形状的熔化玻璃层305。在玻璃层305完全硬化之前，可迫使碳化硅晶体310与模具接触。当熔化玻璃层305硬化时，碳化硅晶体310可被嵌入在玻璃层中。根据一些实施例，碳化硅晶体310的至少一部分可从玻璃层305的表面突出。以这种方式，各种水平的导热性可通过碳化硅晶体310的大小调整和定位来实现。
在图3B中，由精细晶体封装制程得到的腐蚀保护层325包括其中嵌入有适当大小的碳化硅晶体330的玻璃层305。碳化硅晶体330的大小可以是能够根据本文中所述的实施例并且根据任何系统要求(例如，热传递要求)进行操作的任何大小。在实施例中，用于精细晶体封装的碳化硅晶体330的大小可包括大约15目、大约20目、大约30目、大约40目、或者在这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内。在实施例中，精细晶体封装可在与上述用于粗略晶体封装的制程类似的制程中进行。在另一实施例中，精细晶体封装可通过在与玻璃化类似或基本上类似的制程中将精细碳化硅晶体330添加到包含大块熔化玻璃(例如，玻璃层305的熔化形式)的模具中来实现。
图4描绘根据一些实施例的用于反应器系统的示意性腐蚀减小方法的流程图。可在反应器系统(诸如超临界水反应器系统)内提供405系统容器。示意性系统容器是图1中所描绘的超临界水反应器系统100。系统容器可包括在超临界水反应器制程期间具有易于受亚临界流体中的腐蚀离子腐蚀的亚临界区域(例如，与亚临界流体接触的区域)的任何反应器系统组件，诸如超临界水反应器系统的组件。组件的非限制性示例包括反应器容器、加热器、预加热器、热交换器、导管和管道系统。
可提供410包括玻璃和碳化硅的腐蚀保护层。腐蚀保护层可根据能够制造根据本文中所述的实施例构造的腐蚀保护层的任何方法而制成。示意性的非限制性制造制程包括如分别关于图3A、图3B和图5描述的粗略晶体封装、精细晶体封装和纤维缠绕。腐蚀保护层可通过使用各种方法和/或元件而被定位在系统容器的亚临界区域内以使得它是静止的并且不从亚临界区域移走，所述各种方法和/或元件包括但不限于紧固件、锚、粘结剂、夹具、和/或调整腐蚀保护层的大小以使得它可被固定不动地嵌入在亚临界区域中(例如，通过腐蚀保护层和亚临界区域之间的紧密配合)。
可将反应器容器构造415为使得亚临界流体在系统容器的亚临界区域内被接收。例如，反应器容器的全部或基本上全部可包括亚临界区域，诸如其中亚临界流体一路通过其到达另一组件的管道。在另一示例中，系统容器可包括多个区域，其中一个或多个区域是亚临界区域，一个或多个其它的区域是非亚临界区域(例如，超临界区域、其中流体的温度低于亚临界温度的区域等)。如图1所示，反应器容器110可包括预热区域175和冷却区域180，在这些区域中，亚临界流体在超临界水气化制程期间是存在的。
腐蚀保护层可操作为在亚临界区域内在流体和系统容器的内表面之间提供420物理屏障。如上所述，系统容器的内表面可能易于受存在于亚临界流体中的腐蚀离子腐蚀。腐蚀保护层可减小或消除存在于亚临界流体内的腐蚀离子和反应器系统(诸如超临界水气化系统)的组件之间的接触。因为腐蚀离子不能与受到腐蚀保护层保护的表面接触和发生反应以引起腐蚀，所以受到保护的系统组件的腐蚀从而减小。
图5描绘根据一些实施例的使用纤维缠绕制程来提供腐蚀保护层的示意性方法的流程图。可在反应器系统(诸如超临界水反应器系统)内提供505系统容器。系统容器可包括具有亚临界区域的任何反应器系统组件。可提供510模具，该模具的大小和形状基本上符合系统容器在亚临界区域内的内部的大小和形状。以这种方式，使用该模具制造的腐蚀保护层可适配在系统容器内。
可旋转515模具，并且可在张力下将碳化硅纤维涂覆520到旋转的模具的外部。在实施例中，碳化硅纤维的涂覆520可采用或基本上采用本领域的普通技术人员已知的纤维缠绕制程。例如，可小心地控制碳化硅纤维的张力，以使得较高的张力可产生具有高刚性和强度的腐蚀保护层，较低的张力可提供具有更大柔性的腐蚀保护层。在另一示例中，细丝的定向可为后续的层的定向不同于前面的层，从而影响腐蚀保护层的强度。例如，高角度“箍形”模式可提供“压碎”强度，而较低角度的“闭合”或“螺旋形”模式可提供更大的拉伸强度。在实施例中，由纤维缠绕得到的碳化硅纤维的张力强度可以为大约0.2千帕、大约0.5千帕、大约1.0千帕、大约1.5千帕、大约2.0千帕、大约2.5千帕、大约3千帕、大约5千帕、以及在这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内。
可通过在将碳化硅纤维涂覆到模具期间将碳化硅纤维与熔化玻璃一起浸渍来形成525腐蚀保护层。在某些纤维缠绕制程中，将涂覆到模具的纤维与树脂一起浸渍，完成的层可以为按体积计算为大约60％的纤维至按体积计算大约80％的纤维。本文中所提供的一些实施例使用熔化玻璃(例如，硼硅酸盐玻璃、等)作为树脂。在实施例中，加热元件(诸如喷灯)可被用来当浸渍碳化硅纤维时对玻璃进行加热以使玻璃保持处于熔化状态。根据一些实施例，通过纤维缠绕形成525的腐蚀保护层可包括按体积计算大约60％的纤维、按体积计算大约70％的纤维、按体积计算大约80％的纤维、以及在这些值中的任何值之间的范围(包括端点)内的纤维，其余部分全部或基本上全部由玻璃形成。通过纤维缠绕形成525腐蚀保护层具有各种优点，除了其它优点之外，包括与其他制造制程相比结构强度非常大。
可响应于纤维缠绕制程生成基本上符合系统容器的内部的大小和形状的腐蚀保护层来固化530腐蚀保护层，以使得腐蚀保护层适配在其中。一般地，可通过停止纤维缠绕制程并且允许腐蚀保护层冷却来固化530腐蚀保护层。当腐蚀保护层达到使得它可根据特定安装方法而被定位535在系统容器的亚临界区域内的大小和形状时，腐蚀保护层基本上符合系统容器的内部的大小和形状。根据一些实施例，腐蚀保护层可通过使用各种方法而被固定不动地定位535在亚临界区域内，所述各种方法诸如紧固件、粘结剂、和/或调整腐蚀保护层的大小以使得它一旦被定位在亚临界区域内就将不会移动。
示例
示例1：超临界水生物质气化系统
超临界水反应器系统将被构造为从生物质原料产生包括H2、CO2、CH4和CO的合成气体。生物质原料将包括提供纤维素、半纤维素和木质素化合物的有机废弃物，诸如锯木屑、稻草、稻壳、麦秆、花生壳、玉米秆、玉米芯以及高粱茎杆。
生物质原料将为将与超临界水反应器系统的反应器容器中的超临界水发生反应以产生合成气体的水液生物质泥浆的形式。生物质原料将被引入到系统中，并且在进入反应器容器之前将在预加热器和加热器中被加热。预加热器将在大约22.1兆帕的压强下将生物质原料内的水加热到大约620开氏度的亚临界温度。生物质原料在进入加热器之前将流过热交换器。因此，预加热器和热交换器将包括超临界水反应器系统的第一亚临界区域。亚临界水将包括腐蚀离子，诸如各种无机盐(诸如NaCl)的离子。亚临界水将通过导管流到加热器，在加热器中，它在流到反应器容器中之前将在大约22.1兆帕的压强下被加热到大约920开氏度的超临界温度。导管将是超临界水反应器系统的第二亚临界区域。预加热器和导管将由不锈钢制造。
第一腐蚀保护层将被定位在预加热器和热交换器的第一亚临界区域内。第一腐蚀保护层将包括通过粗略晶体封装制程而被封装在按体积计算大约30％的内的、按体积计算大约70％的碳化硅晶体。碳化硅晶体将具有大约10目的大小。第一腐蚀保护层的较大的碳化硅晶体将在预加热器内提供高水平的热传递。
第二腐蚀保护层将被定位在导管的第二亚临界区域内。第二腐蚀保护层将包括通过精细晶体封装制程而被封装在按体积计算大约40％的内的、按体积计算大约60％的碳化硅晶体。碳化硅晶体将具有大约30目的大小。与第一腐蚀保护层相比，第二腐蚀保护层的更小的碳化硅晶体百分比和更大的玻璃百分比将在导管内提供更低水平的热传递。
第一腐蚀保护层和第二腐蚀保护层将提供减小或消除腐蚀离子接触预加热器、热交换器和导管的不锈钢内表面的物理屏障。因此，腐蚀离子不能与预加热器、热交换器和导管的内表面发生反应并且引起该内表面的腐蚀，相对于缺少腐蚀保护层的类似系统而言，延长了超临界水反应器系统内的这些组件的寿命。
示例2：具有亚临界区域和超临界区域的超临界水反应器系统反应器容器
超临界水煤气化系统将包括具有大约4米的长度和大约2米的直径的圆柱形反应器容器。泵将在大约23兆帕的压强下在大约600开氏度的亚临界温度下通过反应器容器的第一开口从加热器泵送煤泥浆。煤泥浆将在反应器容器内在大约25兆帕的压强下被加热到大约875开氏度的超临界温度。煤泥浆内的超临界水将与反应器容器内的煤泥浆的成分发生反应，并且所得的产品将通过第二开口流出反应器容器。反应器容器可以由C-22制造。
亚临界水将存在于反应器容器中的第一亚临界区域中的煤泥浆内，第一亚临界区域从加热区域中的第一开口延伸大约一米。超临界水将存在于反应器容器中的超临界区域中的煤泥浆内，超临界区域从第一亚临界区域的与第一开口相对的末端延伸到离第二开口大约一米半。第二亚临界区域将从第二开口延伸到反应器容器内大约一米半，在冷却区域内。
将通过纤维缠绕制程来制造两个腐蚀保护层，每个亚临界区域一个腐蚀保护层。模具将被用来缠绕与熔化玻璃浸渍在一起的碳化硅细丝。熔化玻璃将包括SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。第一腐蚀保护层和第二腐蚀保护层将分别通过在具有大约一米和大约一米半的长度的模具上使用纤维缠绕而制造。第一腐蚀保护层和第二腐蚀保护层均将具有这样的直径，该直径使得它们可由于反应器容器的内表面和每个腐蚀保护层的外表面之间的紧密适配而被固定不动地定位在反应器容器内。第一腐蚀保护层将包括按体积计算大约80％的碳化硅和按体积计算大约20％的玻璃以促进热传递。第二腐蚀保护层将包括按体积计算大约60％的碳化硅和按体积计算大约60％的玻璃以提供小于第一腐蚀保护层的热传递率。
第一腐蚀保护层和第二腐蚀保护层将被定位在反应器容器内。反应容器将被密封和连接在超临界水煤气化系统内。第一腐蚀保护层和第二腐蚀保护层将提供减小第一亚临界区域和第二亚临界区域中的亚临界流体和反应器容器的内表面之间的接触的物理屏障，从而与缺少腐蚀保护层的类似系统相比，减小反应器容器在超临界水煤气化制程期间的腐蚀。
在以上详述描述中，对附图进行参考，所述附图形成详细描述的一部分。除非上下文另外指示，否则在附图中，相似的符号通常标识相似的组件。在详细描述、附图和权利要求中描述的示意性实施例并不意味着是限制性的。在不脱离本文所提供的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例，以及可以进行其它改变。将易于理解的是，如在本文中一般地描述的和在图中示出的那样，本公开的各方面可以以广泛多样的不同配置被布置、替代、组合、分割和设计，所有这些在本文中都被明确地构想。
在本申请中所述的特定实施例(意图使其作为各方面的例证)方面，本公开不应当是受限的。如对本领域技术人员来说将显而易见的，在不脱离其精神和范围的情况下可以做出许多修改和改变。通过前述描述，本公开范围内的功能等价的方法和装置(除本文中所列举的那些之外)对于本领域技术人员来说将是显而易见的。意图使这样的修改和改变落在所附权利要求的范围内。本公开仅由所附权利要求的各项以及这样的权利要求所赋予的等同物的全部范围一起来限定。应当理解，本公开并不限于特定的方法、系统或组件(当然其可以变化)。还应当理解，本文中所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，且并不意图是限制性的。
关于基本上任何复数和/或单数术语在本文中的使用，本领域技术人员可以按照其适用于的情景和/或应用而从复数转化到单数和/或从单数转化到复数。为了清楚起见，在本文中可能明确地阐述了各种单数/复数变换。
本领域技术人员将理解的是，总之，本文中且尤其是所附权利要求(例如所附权利要求的主体)中所使用的术语通常意图是“开放的”术语(例如术语“包括”应当被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当被解释为“至少具有”，术语“包含”应当被解释为“包含但不限于”，等等)。虽然就“包括”各种组件或步骤(其被解释为意指“包括但不限于”)对各种组成、方法和装置进行了描述，但是这些组成、方法和装置也可“基本上由各种组件和步骤组成”或者“由各种组件和步骤组成”，这样的术语应被解释为基本上限定封闭成员组。本领域技术人员将进一步理解的是，如果所引入的权利要求叙述的特定数字是有意的，这样的意图将被明确叙述在权利要求中，并且在没有这样的叙述的情况下不存在这样的意图。例如，作为理解的辅助，下面所附的权利要求可以包含引入性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求叙述。然而，这样的短语的使用不应被解释为暗示着通过不定冠词“一”或“一个”引入权利要求叙述将包含这样引入的权利要求叙述的任何特定权利要求限定到包含只有一个这样的叙述的实施例，即使当该同一权利要求包括引入性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的不定冠词时也是这样(例如，“一”和/或“一个”应当被解释为意味着“至少一个”或“一个或多个”)；对于用来引入权利要求叙述的定冠词的使用来说情况是同样的。此外，即使明确记载了所引入的权利要求叙述的特定数字，本领域技术人员也将认识到，这样的记载应当被解释为意味着至少所记载的数字(例如，在没有其它修饰的情况下，“两个叙述”的直率叙述意味着至少两个叙述或者两个或更多叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C等中的至少一个”的惯例的那些实例中，通常这样的构造意图是本领域技术人员将理解该惯例的意义(例如，“具有A、B和C等中的至少一个的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B一起、具有A和C一起、具有B和C一起以及/或者具有A、B和C一起等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C等中的至少一个”的惯例的那些实例中，通常这样的构造意图是本领域技术人员将理解该惯例的意义(例如，“具有A、B或C等中的至少一个的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B一起、具有A和C一起、具有B和C一起以及/或者具有A、B和C一起等的系统)。本领域技术人员将进一步理解的是，实际上任何转折性词语和/或提供两个或更多替换术语的短语无论是在说明书、权利要求中还是在附图中都应当被理解为构想包括这些术语中的一个、这些术语中的任一个或这些术语两个的可能性。例如，短语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，在就马库什群组描述公开的特征或方面的情况下，本领域技术人员将认识到，由此也就马库什群组的任何单个成员或成员的子群组描述了公开。
如本领域技术人员将理解的，出于任何和所有目的，诸如在提供书面描述方面，本文中所公开的所有范围也涵盖任何和所有可能的子范围以及其子范围的组合。任何所列出的范围可被容易地理解为充分描述并使能被分解成至少相等的两半、三份、四份、五份、十份等的该同一范围。作为一非限制示例，本文中所讨论的每个范围都可被容易地分解成下三分之一、中间三分之一和上三分之一，等等。如本领域技术人员也将理解的，诸如“高达”、“至少”等的所有语言都包括所述的该数字并且指代随后可被分解成如上所讨论的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括每个单个成员。因此，例如，具有1-3个单元的群组指代具有1个、2个或3个单元的群组。相似地，具有1-5个单元的群组指代具有1个、2个、3个、4个或5个单元的群组，以此类推。
各种上述特征和功能以及其它特征和功能或者它们的替代可被组合到许多其它的不同系统或应用中。其中的各种目前未预见到的或未预料到的替代、修改、变化或改进可在后面被本领域技术人员做出，其中每个也意图被所公开的实施例包含。

Claims (84)

1.一种被构造为减小或消除其腐蚀的反应器系统，所述系统包括：
系统容器，其包括内表面，并具有被配置为在亚临界条件下接收流体的亚临界区域；以及
至少一腐蚀保护层，其包括玻璃和碳化硅，被定位在所述亚临界区域内以提供保护所述内表面的至少一部分不被所述流体腐蚀的物理屏障。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应器系统是超临界水反应器系统。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述内表面在所述反应器系统操作期间易于响应于与设置在所述流体内的腐蚀离子接触而腐蚀，并且
其中由所述至少一个腐蚀保护层提供的所述物理屏障被构造为减小所述腐蚀离子和所述内表面之间的接触以减小所述内表面的腐蚀。
4.根据权利要求1所述的系统，还包括被构造为将所述流体泵送通过所述系统容器的泵。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括设置在所述流体内的至少一种催化剂。
6.根据权利要求3所述的系统，其中所述催化剂包括以下中的至少一种的离子：氯、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括预加热器。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括热量交换器。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统容器被配置为反应器容器、预加热器和热量交换器中的一个。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应器系统被构造为超临界煤水气化器。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述流体包括煤泥浆。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应器系统被配置为从所述流体产生H2燃料。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应器系统被配置为从所述流体产生CH4燃料。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体的所述亚临界部分内的水具有低于大约647开氏度的温度。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体的所述亚临界部分内的水具有大约570开氏度和大约647开氏度之间的温度。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体的所述亚临界部分内的水具有大约25MPa的压强。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述流体的所述亚临界部分内的水具有大约620开氏度的温度和大约25MPa的压强。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述玻璃包括硼硅酸盐玻璃。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述硼硅酸盐玻璃包括以下中的至少一个：SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述硼硅酸盐玻璃包括SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
21.根据权利要求18所述的系统，其中所述硼硅酸盐玻璃包括按重量计算大约80.6％的SiO2、按重量计算大约12.6％的B2O3、按重量计算大约4.2％的Na2O、按重量计算大约2.2％的Al2O3、按重量计算大约0.04％的Fe2O3、按重量计算大约0.1％的CaO、按重量计算大约0.05％的MgO以及按重量计算大约0.1％的Cl。
22.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一腐蚀保护层被配置为包括至少部分被封装在所述玻璃中的碳化硅颗粒的复合层。
23.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算小于大约40％的玻璃。
24.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约20％的玻璃。
25.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约20％的玻璃至按体积计算大约40％的玻璃。
26.根据权利要求1所述的系统，其中至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约60％的碳化硅。
27.根据权利要求1所述的系统，其中至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约60％的碳化硅至按体积计算大约80％的碳化硅。
28.一种用于制造被配置为减小其腐蚀的反应器系统的方法，所述方法包括：
提供系统容器，所述系统容器包括内表面，并具有被配置为在亚临界条件下接收流体的亚临界区域；
提供包括玻璃和碳化硅的至少一腐蚀保护层；以及
将所述系统容器内部的所述至少一个腐蚀保护层定位在所述亚临界区域内，以提供保护所述内表面的至少一部分不被所述流体腐蚀的物理屏障。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述内表面在所述反应器系统操作期间易于响应于与设置在所述流体内的腐蚀离子接触而腐蚀，并且
其中由所述至少一腐蚀保护层提供的所述物理屏障被配置为减小所述腐蚀离子和所述内表面之间的接触以减小所述内表面的腐蚀。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述反应器系统是超临界水反应器系统。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述玻璃包括硼硅酸盐玻璃。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括以下中的至少一个：SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括按重量计算大约80.6％的SiO2、按重量计算大约12.6％的B2O3、按重量计算大约4.2％的Na2O、按重量计算大约2.2％的Al2O3、按重量计算大约0.04％的Fe2O3、按重量计算大约0.1％的CaO、按重量计算大约0.05％的MgO以及按重量计算大约0.1％的Cl。
35.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层被配置为包括至少部分被封装在所述玻璃中的碳化硅颗粒的复合层。
36.根据权利要求28所述的方法，还包括通过粗略晶体封装制程形成所述至少一腐蚀保护层。
37.根据权利要求28所述的方法，还包括通过精细晶体封装制程形成所述至少一腐蚀保护层。
38.根据权利要求28所述的方法，还包括通过纤维缠绕制程形成所述至少一腐蚀保护层。
39.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一个腐蚀保护层包括按体积计算小于大约40％的玻璃。
40.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约20％的玻璃。
41.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约20％的玻璃至按体积计算大约40％的玻璃。
42.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约60％的碳化硅。
43.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约60％的碳化硅至按体积计算大约80％的碳化硅。
44.一种使用晶体封装来制造反应器系统的腐蚀保护层的方法，所述方法包括：
提供模具，所述模具被配置为使得在所述模具内产生的腐蚀保护层基本上符合所述反应器系统的系统容器的至少一部分的大小和形状，以使得所述腐蚀保护层适配在其中；
将碳化硅晶体和熔化的玻璃放置到所述模具中；
旋转所述模具，直到熔化的玻璃硬化以在所述模具内形成腐蚀保护层为止；以及
从所述模具移除所述腐蚀保护层。
45.根据权利要求44所述的方法，其中将碳化硅晶体和熔化的玻璃放置到模具中的步骤包括连续地将碳化硅晶体和熔化的玻璃放置到所述模具中，直到所述玻璃硬化为止。
46.根据权利要求44所述的方法，其中所述碳化硅晶体的至少一部分突出到所述玻璃之外。
47.根据权利要求44所述的方法，其中所述晶体约为30目。
48.根据权利要求44所述的方法，其中所述晶体为大约20目至大约30目。
49.根据权利要求44所述的方法，其中所述晶体约为12目。
50.根据权利要求44所述的方法，其中所述晶体为大约5目至12目。
51.根据权利要求44所述的方法，其中所述玻璃包括硼硅酸盐玻璃。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括以下中的至少一个：SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
53.根据权利要求51所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
54.根据权利要求51所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括按重量计算大约80.6％的SiO2、按重量计算大约12.6％的B2O3、按重量计算大约4.2％的Na2O、按重量计算大约2.2％的Al2O3、按重量计算大约0.04％的Fe2O3、按重量计算大约0.1％的CaO、按重量计算大约0.05％的MgO以及按重量计算大约0.1％的Cl。
55.根据权利要求44所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算小于大约40％的玻璃。
56.根据权利要求44所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约20％的玻璃。
57.根据权利要求44所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约20％的玻璃至按体积计算大约40％的玻璃。
58.根据权利要求44所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约60％的碳化硅。
59.根据权利要求44所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约60％的碳化硅至按体积计算大约80％的碳化硅。
60.一种使用纤维缠绕来制造反应器系统的腐蚀保护层的方法，所述方法包括：
提供模具，所述模具被配置为使得通过使用所述模具进行纤维缠绕而产生的腐蚀保护层基本上符合所述反应器系统的系统容器的至少一部分的大小和形状，以使得所述腐蚀保护层适配在其中；
旋转所述模具；
在高张力下将碳化硅纤维涂覆到旋转的模具；
在将所述碳化硅纤维涂覆到旋转的模具期间将所述碳化硅纤维与熔化的玻璃一起浸渍；
响应于所述腐蚀保护层基本上符合所述系统容器的所述至少一部分的大小和形状，停止将所述碳化硅纤维涂覆到旋转的模具；
固化所述腐蚀保护层；以及
从所述腐蚀保护层内移除所述模具。
61.根据权利要求60所述的方法，其中固化腐蚀保护层的步骤包括冷却熔化的玻璃，直到所述玻璃处于固态为止。
62.根据权利要求60所述的方法，还包括用加热元件对所述玻璃进行加热以产生熔化的玻璃。
63.根据权利要求60所述的方法，其中所述玻璃包括硼硅酸盐玻璃。
64.根据权利要求63所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括以下中的至少一个：SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
65.根据权利要求63所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括SiO2、B2O3、Na2O、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和Cl。
66.根据权利要求63所述的方法，其中所述硼硅酸盐玻璃包括按重量计算大约80.6％的SiO2、按重量计算大约12.6％的B2O3、按重量计算大约4.2％的Na2O、按重量计算大约2.2％的Al2O3、按重量计算大约0.04％的Fe2O3、按重量计算大约0.1％的CaO、按重量计算大约0.05％的MgO以及按重量计算大约0.1％的Cl。
67.根据权利要求60所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算小于大约40％的玻璃。
68.根据权利要求60所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约20％的玻璃。
69.根据权利要求60所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约20％的玻璃至按体积计算大约40％的玻璃。
70.根据权利要求60所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算至少大约60％的碳化硅。
71.根据权利要求60所述的方法，其中所述至少一腐蚀保护层包括按体积计算大约60％的碳化硅至按体积计算大约80％的碳化硅。
72.一种用于减小或消除反应器系统中的腐蚀的方法，所述方法包括：
提供具有系统容器的反应器系统，所述系统容器包括内表面，并具有被配置为在亚临界条件下接收流体的亚临界区域；
提供至少一包括玻璃和碳化硅的腐蚀保护层；以及
将所述至少一腐蚀保护层定位在所述亚临界区域内，以提供保护所述内表面的至少一部分在亚临界条件下不被所述流体腐蚀的物理屏障。
73.根据权利要求72所述的方法，还包括：
在所述亚临界区域内在亚临界温度和亚临界压强下提供其中设置有腐蚀离子的流体；以及
将所述流体移动通过所述系统容器以产生燃料。
74.根据权利要求72所述的方法，其中所述反应器系统是超临界水反应器系统。
75.根据权利要求72所述的方法，其中所述内表面在所述反应器系统操作期间易于响应于与设置在所述流体内的腐蚀离子接触而腐蚀，并且
其中由所述至少一腐蚀保护层提供的所述物理屏障被配置为减小所述腐蚀离子和所述内表面之间的接触以减小所述内表面的腐蚀。
76.根据权利要求72所述的方法，其中所述燃料包括煤泥浆。
77.根据权利要求72所述的方法，其中所述燃料包括H2燃料。
78.根据权利要求72所述的方法，其中所述燃料包括CH4燃料
79.根据权利要求72所述的方法，其中移动所述流体通过所述系统容器的步骤包括将泵配置为移动所述流体通过所述系统容器。
80.根据权利要求72所述的方法，其中所述亚临界温度低于大约647开氏度。
81.根据权利要求72所述的方法，其中所述亚临界温度在大约570开氏度和大约647开氏度之间。
82.根据权利要求72所述的方法，其中所述亚临界压强约为25MPz。
83.根据权利要求72所述的方法，其中所述亚临界温度约为620开氏度，亚临界压强约为25MPa。
84.根据权利要求69所述的方法，其中所述玻璃包括硼硅酸盐玻璃。
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