CN105723017B - 利用旋转力减少反应器系统中的腐蚀的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于减少或消除反应器系统的组件的腐蚀的系统和方法，所述反应器系统包括超临界水气化系统。反应器系统可包括各种系统组件，诸如一个或多个预加热器、换热器和反应器容器。系统组件可构造为接收对其内表面有腐蚀性的反应器流体以及单独地接收具有较高密度且基本上不能与反应器流体混合的保护流体。旋转元件可构造为生成旋转力，该旋转力迫使保护流体的至少一部分在反应器流体与内表面的至少一部分之间的层中流动，该层通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。

Description

利用旋转力减少反应器系统中的腐蚀的系统和方法
背景技术
反应器系统可以通过使燃料源与反应器材料在特定温度和压力条件下反应而生成燃料。例如，超临界水气化系统可以通过使原料浆料与超临界水反应来产生富氢合成气体。超临界水是被加热到极高温度(例如，约400℃以上)且处于高压(例如，约22兆帕斯卡)下的水。在这些条件下，水变得反应性极强且能够分解浆料而生成富氢燃料。燃料可用于各种用途，诸如为发动机提供动力、产生电以及产生热。
反应器系统的一个优点在于，它们能够由被视为废物的原料(如液态生物质或包括煤和其它化石燃料在内的非清洁燃料源)来产生相对清洁的氢基燃料。一个缺点是，系统组件易于由于在反应过程中出现的严峻条件而发生腐蚀和分解。因此，反应器系统的效率和成本效益取决于系统组件的腐蚀率，系统组件诸如与反应器材料相接触的加热器和反应器容器。常规的管理腐蚀的技术涉及到被腐蚀零件的频繁更换或者由耐腐蚀材料构造组件，这可能比较昂贵且大多无效。因此，期望的是以通过保护系统组件的易损部分的廉价方法最小化腐蚀的经济影响的方式来减少反应器系统中的腐蚀。
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公开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，构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统可包括反应器容器和旋转元件，该反应器容器包括内表面，该旋转元件构造为在反应器容器内旋转。反应器容器可构造为接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和具有比反应器流体密度高的密度的稠密流体，所述反应器流体和稠密流体基本上不能混合。旋转元件的旋转可以生成旋转力，该旋转力迫使进入反应器容器的反应器流体的至少一部分在反应器容器内以反应器流体漩涡流流动以及迫使进入反应器容器的稠密流体的至少一部分以围绕反应器流体漩涡流的至少一部分的稠密流体漩涡流流动。稠密流体漩涡流通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
在实施例中，减少反应器系统中的腐蚀的方法可包括：提供包括内表面的反应器容器，以及提供旋转元件，该旋转元件构造为在反应器容器内旋转。反应器容器可构造为接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体以及接收具有比反应器流体密度高的密度且基本上不能与反应器流体混合的稠密流体。旋转元件可旋转以生成旋转力，该旋转力使得反应器流体的至少一部分在流经反应器容器时以反应器流体漩涡流流动并且使得稠密流体的至少一部分在流经反应器容器时以围绕反应器流体漩涡流的至少一部分的稠密流体漩涡流流动。稠密流体漩涡流通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障而起到减少腐蚀的作用。
在实施例中，制造构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统的方法可包括：提供包括内表面的反应器容器，以及构造所述反应器容器以容纳对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和具有比反应器流体密度高的密度且基本上不能与反应器流体混合的稠密流体。旋转元件可被提供，其构造为在反应器容器内旋转。旋转元件的旋转可以生成旋转力，该旋转力迫使反应器流体的至少一部分在反应器容器内以反应器流体漩涡流流动以及迫使稠密流体的至少一部分以围绕反应器流体漩涡流的至少一部分的稠密流体漩涡流流动。稠密流体漩涡流通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
在实施例中，构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统可包括：反应器容器，其包括内表面；以及构造为旋转反应器容器的反应器容器旋转器。反应器容器可构造为接收反应器流体和熔盐流体，所述反应器流体对内表面的至少一部分有腐蚀性。该反应器流体和熔盐流体可以基本不能相互混合。反应器容器旋转器可构造为以使得熔盐流体的至少一部分在内表面的至少一部分上形成熔盐层的速度来旋转反应器容器。熔盐层通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
在实施例中，减少反应器系统中的腐蚀的方法可包括：提供包括内表面的反应器容器；以及构造反应器容器以接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体以及接收与反应器流体基本上不能混合的熔盐流体。反应器容器可以使得熔盐流体的至少一部分在内表面的至少一部分上形成熔盐层的速度旋转。熔盐层通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
在实施例中，制造反应器系统的方法可包括：提供包括内表面的反应器容器；以及构造反应器容器以接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和基本上与反应器流体不能混合的熔盐流体。至少一个反应器容器旋转器可连接到反应器容器，该反应器容器旋转器构造为以使得熔盐流体的至少一部分在内表面的至少一部分上形成熔盐层的速度旋转反应器容器。熔盐层通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
在实施例中，构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统可包括：反应器容器，其包括内表面且构造为接收对内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和基本上与反应器流体不能混合的保护流体。旋转元件可构造为生成旋转力，该旋转力迫使保护流体的至少一部分在反应器流体与内表面的至少一部分之间的层中流动。该层通过在反应器流体与内表面的至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
附图说明
图1描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统。
图2A和2B分别描绘了根据一些实施例构造的系统组件的前视图和俯视图。
图3描绘了根据第一实施例的示例性的系统组件。
图4描绘了根据第二实施例的示例性的系统组件。
图5A描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统的第一概览。
图5B描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统的第二概览。
图6描绘了根据一些实施例的用于反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程图。
图7描绘了根据第一实施例的用于反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程图。
图8描绘了根据第二实施例的用于反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程图。
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。
所描述的技术一般涉及到用于减少或消除反应器系统中的腐蚀的系统和方法。该反应器系统可包括超临界水反应器系统，诸如超临界水气化系统。特别地，实施例提供了用于在腐蚀性流体与反应器系统组件的表面之间产生屏障的系统和方法。例如，一些实施例生成了构造为提供针对反应器系统的亚临界流体的物理屏障的腐蚀保护层。亚临界流体包括处于亚临界条件的或者处于超临界流体的温度以下的高温下的流体。例如，亚临界水可包含处于约325℃至约375℃、约22兆帕斯卡压力下的水。
所述技术的使用相比于不具有所描述的方法和材料的相同或相似反应器系统组件的操作而言能够使得减少或消除反应器系统组件中的腐蚀。腐蚀程度通常能够减少任意量。例如，腐蚀程度可以减少至少约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％，并且在理想情况下，减少约100％(完全消除腐蚀)。
在实施例中，诸如反应器容器的系统组件可以构造为接收对系统组件的表面具有腐蚀性的反应器流体和基本上不能与反应器流体混合的保护流体。旋转元件可构造为生成旋转力，该旋转力迫使保护流体在与系统组件的内表面毗邻的层中流动。反应器流体可以在由保护流体形成的层内流经系统组件。因此，通过保护流体形成的层通过在反应器流体与系统组件的内表面之间形成屏障来减少系统组件的腐蚀。
图1描绘了根据一些实施例的示例性的超临界水反应器系统。如图1所示，超临界水反应器系统100可包括用于将浆料155引入系统的原料入口130。浆料155例如可包括高压浆料进给(feed)。浆料155可包括能够经受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，微藻流体、生物残渣、生物废物或类似物)、煤浆料和其它化石燃料浆料(例如，粉煤和水)以及可氧化废物。因此，超临界水反应器系统100可构造为作为各种气化系统中的任一种而运行，包括但不限于煤气化系统、生物质气化系统和废物氧化系统。浆料155连同空气150和水135一起可进给到加热器105或诸如气体点火加热器的预加热器中。浆料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)可以从加热器中排出，例如，来维持压力。浆料155可进给到反应器容器110中。
在反应器容器110内，浆料155可以在压力下被加热而变成超临界流体。用于生成超临界流体的温度和压力将取决于浆料155的类型，其中包含的任何流体及其成分(例如，在不同温度和压力下离子的类型和浓度)。在实施例中，浆料155可在约22兆帕斯卡以上的压力下被加热到约375℃以上，使得浆料内的流体变成“超临界流体”。根据一些实施例，浆料155可在反应器容器110内约25兆帕斯卡的压力下被加热到约650℃。在超临界条件下的浆料155包括腐蚀性离子，诸如各种无机盐的离子。腐蚀性离子可能对超临界水反应器系统100的组件(诸如加热器105的内侧表面、反应器容器110、和/或将组件连接在一起的任何管道)具有极高腐蚀性，。在实施例中，浆料155内的流体可包含水。
超临界流体可在反应器容器110内与浆料155的成分反应以生成反应器产物160。在实施例中，浆料155可包含构造为利于反应的一种或多种催化剂，诸如氯、硫酸盐、硝酸盐、和磷酸盐。反应器产物160可以移动通过一个或多个换热器，诸如热回收型换热器115和冷却型换热器125。在实施例中，过滤器185可定位在反应器系统100内，诸如在反应器容器110与换热器115之间以对反应器产物160过滤。在实施例中，包含附加流体和/或构造为提供附加压力的储器190可以位于反应器系统100内。气体/液体分离器120可被提供以将反应器产物160分离成期望的燃料气体产物165和废物产物170(诸如废液、灰和炭)。燃料气体产物165可包括能够响应于与超临界流体反应而由浆料155生成的任何燃料。示例性的燃料气体产物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中，浆料155可在超临界水反应器系统100内在不同压力下被加热到各种温度。除了超临界条件之外，浆料155可处于亚临界条件，其中浆料155内的流体在升高的压力下处于低于超临界温度的升高的温度。在浆料155内的流体包含水的实施例中，亚临界水可具有约275℃、约300℃、约325℃、约350℃、约400℃、约425℃、约450℃、或者在这些值中的任意值之间的范围内(包含端点)的温度。在浆料155内的流体包含水的实施例中，处于亚临界温度下的流体的压力可以为约20兆帕斯卡、约22兆帕斯卡、约25兆帕斯卡、或者在这些值中的任意值之间的范围内(包含端点)。处于亚临界条件下的浆料155典型地包括对超临界水反应器系统100的组件具有极高腐蚀性的腐蚀性离子。腐蚀性离子的非限制示例包含氯、硫(例如，二氧化硫)、磷等各种离子。
超临界水反应器系统100可具有一个或多个亚临界区域，在超临界水气化过程的至少一部分期间浆料155位于亚临界区域中。亚临界区域的非限制示例包括但不限于反应器容器110的预加热区域175和冷却区域180。根据一些实施例，在超临界水气化过程中，反应器容器110的在预加热区域175与冷却区域180之间的部分可包含超临界水。虽然预加热区域175和冷却区域180在图1中描绘为位于反应器容器110内，但是实施例可提供位于不同的组件中的预加热区域和冷却区域，诸如位于预加热器(用于预加热区域)和换热器(用于冷却区域和/或预加热区域和冷却区域两者)中。另外，亚临界区域不限于预加热区域175和冷却区域180，因为超临界水反应器系统100的其中浆料155以亚临界条件存在的任何部分可包含亚临界区域。
根据一些实施例，浆料155可以在亚临界条件下比在超临界条件下更有腐蚀性。因此，实施例提供了流体形成的保护层(图1中没有示出；更多细节参见图2A、图2B、图3和图4)，其构造为在亚临界水与超临界水反应器系统100的组件之间形成屏障，例如在亚临界区域内形成屏障。
图1中描绘的超临界水反应器系统100被提供以仅用于示例的目的并且可包括根据需要以一种或多种构造、顺序、连接等布置的更多或更少的组件，诸如一个或多个阀、预加热器、反应器容器、用于泵送浆料155通过系统的泵和本领域普通技术人员已知的其它组件。
图2A和图2B分别描绘了根据一些实施例构造的系统组件的前视图和俯视图。如图2A所示，系统组件205可与旋转元件220相关联。系统组件205可包括需要腐蚀性保护的任何组件或者其部分，诸如加热器、预加热器、换热器、导管管道等。旋转元件220可构造为旋转且生成旋转力。在一些实施例中，旋转元件220可包括叶轮、转子或构造为以使得系统组件205内的流体的至少一部分以漩涡流流动的方式旋转的其它旋转设备(参见图3)。在一些实施例中，旋转元件220可包括转子、电机或者类似物，它们与系统组件205耦合且构造为使得反应器容器以使得位于其中的流体以漩涡流流动的方式旋转(参见图4)。一般地，漩涡流是包含了绕轴线旋转的流体涡流的流体的流。
系统组件205可构造为接收对反应器容器的内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体215。例如，反应器流体215可能由于包含在其中的腐蚀性离子而有腐蚀性。系统组件205还可构造为接收与反应器流体相比对系统组件205的内表面不具有腐蚀性或者实质上极小腐蚀性的保护流体210。在一些实施例中，保护流体210可基本上不能与反应器流体215混合，使得两种流体在各流体流经系统组件205时保持分离或者基本上分离。在一些实施例中，保护流体210可至少部分地能与反应器流体215混合。在这些实施例中，可提供过滤器(例如，图1的过滤器185)，其构造为根据需要而过滤保护流体210和/或反应器流体215，以便反应器系统过程的操作。例如，过滤器可构造为在已经完成反应过程后从反应器流体215中去除保护流体210的元素或者反之亦然。
根据一些实施例，保护流体210可具有比反应器流体215高的密度。在这些实施例中，更高密度的保护流体210可包含至少部分地由金属、金属合金、熔盐(例如，处于液相的盐)、烃液或它们的组合构造而成的流体。金属的非限制示例包含锡、锌、铝、铅、铋、铅-铋-共晶(例如，按重量计约44.5％的铅和按重量计约55.5％的铋)、镓、镉以及它们的任意组合的合金。熔盐的示例性的和非限制的示例包括：氟化锂和氟化铍的熔盐、氟化锂、氟化钠和氟化钾的熔盐、硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾的熔盐、氯化钾和氯化镁的熔盐、氯化铷和氟化锆的熔盐、或它们的任何组合的熔盐。
因为除其他因素外，形成盐的阴离子和阳离子之间的优先键合，熔盐在反应器系统内是稳定的。因此，反应器流体215(例如，水)与熔盐之间的反应性会基本上受限制。另外，由于熔盐所显现出的热稳定性，根据本文所描述的一些实施例构造的反应器系统的组件可在比不使用熔盐的反应器系统在更高的温度下和/或更宽的温度范围内运行。在反应过程中，处于超临界状态的反应器流体215具有有限可溶容量。因此，诸如那些用作根据一些实施例的熔盐的无机盐会在超临界条件下有效地不可溶，并且超过承载容量的任何盐会析出。在一些实施例中，引入反应器中作为浆料的部分的盐的至少一部分可通过熔盐从系统组件205被带走。
旋转元件220的操作可以在反应器容器内产生旋转流或涡流，诸如由流动线路225指示的涡流。涡流可起到迫使较高密度的保护流体210位于反应器容器的最外部分的作用。较低密度的反应器流体215可以在系统组件205的集中部分内流动。如图2B所示，在系统组件205内从最外部分到最内部分的所产生的流构造包括反应器容器的内表面、保护流体210和反应器流体215。通过这种方式，保护流体210在反应器流体215与系统组件205的内表面之间形成保护屏障。保护屏障通过防止反应器流体215的腐蚀性元素接触反应器容器的内表面且因此与其反应来减少系统组件205的腐蚀。
系统组件205可由各种材料形成，包括但不限于Special Metals Corporation的Haynes International公司(Huntington,West Virginia,USA)的N、钛(Ti)及其合金、不锈钢、金属、金属合金、锆(Zr)合金(例如，锆锡(Sn)、锆铌(Nb)和Zr-Sn-Nb)、镍(Ni)或其合金(例如镍-铜(Cu)、镍-钼(Mo)，镍-铁(Fe)-铬(Cr)-Mo、或Ni-Cr-Mo)、奥氏体不锈钢、或它们的组合。
图3描绘了根据第一实施例的示例性的系统组件。如图3所示，系统组件305可构造为大致筒状且垂直定向的反应器容器，诸如连续式或批处理式反应器容器。反应器流体335可以通过布置在系统组件底部的反应器流体入口320而进入系统组件305。反应器流体335可包括能够根据本文所描述的实施例操作的任何类型的流体，诸如煤浆料、生物质浆料或其它可氧化流体。反应器流体335可在高压下(例如在约20兆帕斯卡至约30兆帕斯卡之间)进入反应器容器310，并且可以从系统组件的底部流到顶部并且通过反应器流体出口350流出。
保护流体330可以在高腐蚀性区域355上方进入系统组件305且可以朝向系统组件的底部向下流，通过保护流体出口325离开。因此，一些实施例提供的是，保护流体330可以沿着与反应器流体335的流相反的方向流经系统组件。保护流体330可以具有比反应器流体335高的密度并且可以与反应器流体不能混合或者基本上不能混合。保护流体330的密度可使得重力可迫使保护流体沿向下的方向从保护流体入口315流到保护流体出口325。在实施例中，保护流体330可包括熔盐和/或熔盐流体，如本文所述的。
在实施例中，保护流体330可以通过围绕系统组件的周边布置的多个保护流体入口315和/或狭窄连续入口进入系统组件305。在实施例中，离开保护流体出口325的保护流体330可以被清除杂质(例如通过使用过滤器)，并且在反应器系统内再次使用。杂质会起到增加流体(诸如保护流体330和/或反应器流体335)的腐蚀性的作用，例如通过提高流体的氧化可能性。因此，去除杂质可起到降低系统组件305内包含的流体的腐蚀性的作用。
呈叶轮340形式的旋转元件可布置在系统组件305内。叶轮340可位于系统组件305的底部，例如，在其高腐蚀性区域355的下方。例如，高腐蚀性区域355可包括系统组件区域，在该区域中，反应器流体335处于约300℃到约350℃的温度下。系统组件305的这些区域可以由于高温、离子浓度和压力以及通常用于反应器工艺的浆料的磨损性而最易于受腐蚀影响。叶轮340可以旋转并且将旋转力传给在系统组件305内流动的流体330，335，如流动线路360所指示。
叶轮340可以由能够根据本文所描述的一些实施例操作的各种材料形成，包括但不限于黄铜、钛、铝、其合金或它们的组合。叶轮340可以由与其可操作地耦合的驱动机构(未示出)来驱动，诸如磁耦合驱动轴。在实施例中，迷宫式密封件可用于在连续驱动轴穿过系统组件305的壁时密封整个连续驱动轴以防止流体从驱动轴泄漏。叶轮340可构造为例如基于保护流体330的类型和/或系统组件305的尺寸而以各种速度旋转。例如，叶轮340可以每分钟大约20转、每分钟大约30转、每分钟大约50转、每分钟大约100转、每分钟大约200转、每分钟大约300转、每分钟大约500转、每分钟大约1000转、每分钟大约1500转、每分钟大约2000转、每分钟大约3000转、每分钟大约3500转、以及在这些值中的任意两个值之间的范围和值(包含端点)旋转。
在实施例中，反应器流体入口320可刚好位于叶轮340的下方并且可成角度而使得进入系统组件305的反应器流体335的流沿叶轮产生的旋转力的方向。反应器流体335可以在比高腐蚀性区域355内的温度低的温度(诸如小于约200℃)下进入系统组件305，随着其朝向系统组件的顶部流动而被加热。按类似的方式，保护流体入口315可定位成使得进入系统组件305的保护流体330的流促进了保护流体的漩涡流。
由叶轮340产生的旋转力可以起到迫使保护流体330和反应器流体335以漩涡流流经系统组件305的作用。如细节区域345所示，漩涡流可以迫使较稠密的保护流体330朝向系统组件305的最外部分，使得保护流体在与系统组件的内表面大致毗邻的区域中流动。较低密度的反应器流体335在系统组件305的最内部分中流动，反应器流体335通过保护流体330的漩涡流形成的屏障与系统组件的内表面分离。在实施例中，保护流体330可以恒定速率被引入系统组件305，使得系统组件的内表面受保护流体的基本上恒定的表面涂层保护。
在系统组件305构造为换热器的实施例中，入口315，320、出口325，350和叶轮340可定位成使得保护流体330和/或反应器流体335的流沿与上述的流体流的方向相反的方向发生。例如，反应器流体335可以通过位于系统组件305的顶部的反应器流体入口320进入。在该实施例中，反应器流体335可以在350℃以上的温度(例如，高腐蚀性区域355的最高温度)下进入系统组件305。随着反应器流体335移动通过系统组件305，其可以冷却到约300℃至约350℃之间的温度，并且可以并入由叶轮340产生的涡流并被收集到系统组件305的底部。通过这种方式，一些实施例可在反应器系统工艺的加热阶段和冷却阶段均提供腐蚀保护。在一些实施例中，诸如在系统组件305构造为换热器的实施例中，保护流体330可起到热传递介质的作用。
根据一些实施例，保护流体330可被选择而使得反应器流体335不会溶合到保护流体的部分中并且保护流体不会溶合到反应器流体的部分中。在实施例中，保护流体330可包括液态金属或熔融金属或其合金。例如，由于反应器流体335(诸如在超临界水气化过程中使用的反应器流体)的最小可溶性，金属或金属合金可被选为保护流体330。在实施例中，保护流体330可包括至少部分地由金属、金属合金、熔盐、烃液或它们的组合构造而成的液体。示例性的金属包括但不限于锡、锌、铝、铅、铋、镓、镉、和其任何组合的合金。根据一些实施例，并入反应器流体335中的保护流体330中的任何金属可在例如一个或多个过滤和/或相分离过程中被去除。
在实施例中，保护流体330可包括烃、化石燃料产生的废物(如煤焦油)、液体氟化聚合物、黑液(例如，来自造纸过程的富含木质素的废物)、或类似物。在该实施例中，保护流体330可在反应过程期间与反应器流体335的超临界水溶合。该烃基保护流体330可提供在超临界水气化过程的预临界阶段中的改进的相分离性质，并且由于非极性的性质，腐蚀性品种在反应器流体335中的溶合不会发生。
在实施例中，系统组件305的内表面的至少一部分可涂有对系统组件的内表面提供保护以免与保护流体330反应的一种或多种材料。例如，系统组件的内表面的至少一部分可涂有陶瓷耐火衬砌，例如如果保护流体330包含熔融金属。另外，系统组件305的内表面可包括构造为例如通过减少湍流以减少系统组件内表面的磨损来提高流动特性的各种结构。在实施例中，系统组件305的内表面可包括并入其中的肋条，诸如正弦形肋条。
根据一些实施例，保护流体330可以在反应器系统内连续循环。除了其他方面，不断的循环利于保护流体330用作热传递介质。例如，保护流体330可以在进入加热器/预加热器之前流经换热器，以通过将热量直接从通过反应器系统(诸如图1的反应器系统100)的流体流的冷却部分传递到加热部分来减少热损失。在另一示例中，保护流体330可用作热传导介质，在输入系统组件305的过程中被加热到高温以提高反应器流体335被加热的速率。在该示例中，一旦保护流体330从诸如换热器的系统组件305去除，则保护流体可被引导到第二系统组件(如加热器/预加热器)，允许废热立即用于实现反应器流体335的期望温度。
虽然图3所描绘的实施例示出了仅在高腐蚀区域355中形成保护流体330的屏障，但是实施例不限于此。事实上，在本文构思了在其它区域中形成保护流体屏障，诸如系统组件305的基本上整个内部区域。
图4描绘了根据第二实施例的示例性的系统组件。如图4所示，系统组件405可构造为接收保护流体410和反应器流体415。在实施例中，保护流体410可具有比反应器流体415高的密度并且可以不能与反应器流体混合或者基本上不能与其混合。在实施例中，保护流体410可包括熔盐。系统组件405可包括能够根据本文所描述的一些实施例运行的反应器系统的任意系统组件，例如反应器容器、加热器/预加热器或换热器。反应器流体415可包括在反应器系统中使用的流体，包括浆料，诸如煤浆料或生物质浆料。
系统组件405可与构造为将旋转力传给系统组件的旋转元件420耦合。旋转力可起到旋转系统组件405(如旋转线435所指示)的作用。旋转元件420可包括能够旋转根据一些实施例的系统组件405的任何类型的旋转设备。例如，旋转元件420可包括电机，诸如电动机或气体供动力式电机，其构造为旋转与系统组件405连接的轴和/或齿轮。在另一实例中，旋转元件420可包括涡轮叶片，其与系统组件405耦合且构造为使用高压保护流体410来旋转系统组件。在实施例中，通过旋转元件420旋转系统组件405所需的能量的至少一部分可作为热扩散到系统组件中，例如，以支持在其中发生的吸热反应。
系统组件405的旋转可以生成旋转力，该旋转力使得保护流体410和反应器流体415在每种流体流经系统组件时以漩涡流旋转。随着保护流体410以漩涡流旋转，保护流体被迫使到达系统组件405的最外部分，形成了与系统组件的内表面毗邻的保护流体层。反应器流体415在保护流体层内流经系统组件。因此，系统组件405的腐蚀基本上减少或消除，因为保护流体410的层防止了腐蚀性的反应器流体415接触到系统组件的内表面。在实施例中，系统组件405可包括在内表面的至少一部分上的内肋状件，来增加保护流体410与内表面之间的摩擦。旋转元件420可构造为以足以迫使保护流体410形成与系统组件的内表面毗邻的保护流体层的各种速度来旋转系统组件405。例如，旋转元件420可以如下速度旋转系统组件405：每分钟大约20转、每分钟大约30转、每分钟大约50转、每分钟大约100转、每分钟大约200转、每分钟大约300转、每分钟大约500转、每分钟大约1000转、每分钟大约1500转、每分钟大约2000转、每分钟大约3000转、每分钟大约3500转、以及这些值中的任意两个值之间的范围和值(包含端点)。
在实施例中，系统组件405可以定向在水平或大致水平方位。在该实施例中，旋转元件420可构造为以如下速度旋转：该速度足以在保护流体410的至少一部分上生成比重力加速度大的向心加速度，从而使得保护流体的漩涡流生成保护层。例如，对于具有约33厘米半径的200升的鼓状容器而言，鼓状容器需要以约50转每分钟的速率旋转。在该实施例中，保护流体410和/或反应器流体415可被加压以迫使流体通过系统组件405。上述的200升的鼓状容器被提供仅为了示例的目的，因为系统组件405的尺寸可取决于特定的反应性质(例如，反应器流体415完成反应的停留时间)和/或反应器系统的其它特性，以及其它因素。另外，系统组件405的旋转速度可以是系统组件的尺寸的产物。
在实施例中，系统组件405可以定向在垂直或大致垂直方位。在该实施例中，保护流体410可以通过位于用于保护流体的出口(未示出)的上方的入口(未示出)而进入系统组件405。保护流体410和/或反应器流体415可被加压和/或可以依赖于重力而移动通过系统组件405。保护流体410可以在其从入口流到出口时以漩涡流流动。
在实施例中，系统组件405可以布置在支撑结构425内，支撑结构构造为支撑系统组件且利于其旋转。支撑结构425可由金属合金(如镍合金)形成。旋转支撑元件430可布置在支撑结构425与系统组件405之间，以进一步利于系统组件的旋转，例如起到流体轴承的作用。根据一些实施例，旋转支撑元件430可包括旋转支撑流体(诸如熔盐)和/或陶瓷轴承。
图5A描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统的第一系统概览。如图5A所示，反应器系统500可包括布置在一个或多个环路或流动回路中的系统组件，诸如超临界反应环路530和合成气体冷却环路535。根据一些实施例，反应器系统500可分割成不同的环路530，535，从而提高反应器系统的效率以及其他方面。超临界反应环路530可构造为利于超临界水与源产物流体(诸如煤、生物质等浆料)的反应以产生气体产物。
超临界反应环路530可包括反应器容器520，其构造为以类似或基本类似于图4所描绘的系统组件405的方式旋转。反应器520可以与构造为将污染物从保护流体分离的分离器515流体连通。在实施例中，保护流体可包括熔盐。对于在超临界反应环路530中采用的高温，可以使用在较高温度下稳定的熔盐，诸如氟化锂和氟化铍的熔盐或者氟化锂、氟化钠和氟化钾的熔盐。根据一些实施例，可使用熔盐的共晶成分(具有最低熔点的成分)。
分离器515可构造为根据各种分离工艺来操作，包括但不限于过滤、蒸馏/蒸发/挥发分离、离心分离、使用金属过渡(metal transfer)的还原提取以及它们的组合。
分离器可以与清洁容器510流体连通，清洁容器510起到进一步清洁保护流体和/或反应器流体的作用。例如，清洁容器510可起到对诸如熔盐的保护流体进行电化学净化的作用。在实施例中，从保护流体和/或反应器流体去除的污染物可被回收，诸如石英、莫来石、赤铁矿、磁石、石灰、石膏、硅石、铝土等。清洁组件510可以与加热器525流体连通，加热器525构造为将保护流体和/或反应器流体在进入反应器容器520之前进行加热。根据一些实施例，保护流体可按照反应器容器520、分离器515、清洁容器510、加热器525以及返回反应器容器的顺序流经超临界反应环路530。在实施例中，泵(未示出)可构造为迫使保护流体通过反应器系统500。反应器流体和/或任何合成气体可从反应器容器520流到合成气体冷却环路535的换热器505，例如，通过分离器515或者直接从反应器容器520到换热器505。
在实施例中，流经超临界反应环路530的保护流体可以处于足以使得与其接触的水变得超临界的温度。通过这种方式，盐的水污染可被防止。在一些实施例中，保护流体可为约200℃至约650℃。在一些实施例中，保护流体可为约200℃至约250℃。在一些实施例中，保护流体可为约400℃至约600℃。
合成气体冷却环路535可构造为冷却反应器流体以及在超临界反应环路530中产生的任何合成气体产物。合成气体冷却环路535可包括与超临界反应环路530和反应器容器520流体连通的换热器505。反应器容器520可与分离器515流体连通，分离器515与清洁容器510流体连通。清洁容器510可与换热器505流体连通。在实施例中，保护流体可按以下顺序流经合成气体冷却环路535：反应器容器520、分离器515、清洁容器510、换热器505以及返回到反应器容器。由于在合成气体冷却环路535中采用的较低温度，可使用在较低温度下稳定的熔盐，诸如硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾的熔盐(例如，分别是7％，49％，44％摩尔溶液；也称为Hitec盐)。
根据一些实施例，流经合成气体冷却环路535的保护流体可起到对从超临界反应环路530进入合成气体冷却环路的合成气体和/或反应器流体(例如，水)进行冷却的作用。例如，进入反应器容器520的保护流体可以处于恰高于其相应熔点的温度并且一旦保护流体达到与合成气体和/或反应器流体的平衡就可被去除。例如，对于Hitec盐，熔点可为约142℃。另外，保护流体可用于通过利用换热器505对进入超临界反应环路530的反应器产物(例如，浆料)进行预热。
图5B描绘了根据一些实施例的示例性的反应器系统的第二系统概览。如图5B所示，浆料540(诸如煤浆料)可以在反应器容器520处进入反应器系统500并且可作为合成气体和水545而排出。随着浆料540在反应器系统500内被处理，热能550可以在换热器505与反应器容器520之间传递。例如，在合成气体冷却环路535内，热能550可从反应器容器520传递到换热器505。在超临界反应环路530内，热能550可用于对反应器容器520及其内容物加热。如图5B所示，在超临界反应环路530内，热能550可从换热器505传递到反应器容器520。
图6描绘了根据一些实施例的反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程图。系统容器可被提供(605)在诸如超临界水反应器系统的反应器系统内。示例的系统容器是图1所描绘的超临界水反应器系统100。系统容器可包括任何反应器容器组件，诸如超临界水反应器系统的组件，该组件具有亚临界区域，例如在超临界水反应过程中与亚临界流体接触的易于受亚临界流体中的腐蚀性离子腐蚀的区域。组件的非限制示例包括反应器容器、加热器、预加热器、换热器、导管和管道。
反应器容器可构造(610)为接收反应器流体，诸如浆料和/或水，其对反应器容器的内表面有腐蚀性。反应器容器还可构造(615)为接收基本上不能与反应器流体混合的保护流体。在实施例中，保护流体可包括熔盐和/或包含金属和/或金属合金的流体。在实施例中，保护流体可具有比反应器流体高的密度。通过旋转元件可生成(620)旋转力，旋转力迫使保护流体在反应器流体与内表面之间的层中流动。例如，旋转力可使得较高密度的保护流体在反应器容器的内部的最外部分处以漩涡流流动。反应器流体可以在保护流体的漩涡流内流经反应器容器。结果，通过起到减少内表面腐蚀的保护流体层，可以在反应器流体与内表面之间提供(625)屏障。
图7描绘了根据第一实施例的用于反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程图。反应器容器可设置(705)在反应器系统内。旋转元件可被提供(710)，其构造为在反应器容器内旋转。在实施例中，旋转元件可包括叶轮。反应器容器可以接收(715)对反应器容器的内表面有腐蚀性的反应器流体。例如，反应器流体可包括会腐蚀形成反应器容器的材料的腐蚀性离子。反应器容器还可以接收(720)具有较高密度且与反应器流体基本上不能混合的稠密流体。
可以通过旋转元件来生成(725)旋转力，该旋转力使得反应器流体在其流经反应器容器时以漩涡流流动并且使得稠密流体在其流经反应器容器时以围绕反应器流体的漩涡流的漩涡流流动。在实施例中，反应器流体和稠密流体可沿相反的方向流经反应器容器。稠密流体的漩涡流可以提供(730)反应器流体与内表面之间的屏障，该屏障起到减少内表面腐蚀的作用。
图8描绘了根据第二实施例的反应器系统的示例性的腐蚀减少方法的流程图。反应器容器可提供(805)在反应器系统内。反应器容器可以接收(810)对反应器容器的内表面有腐蚀性的反应器流体。反应器容器还可以接收(815)与反应器流体基本上不能混合的熔盐流体。在实施例中，熔盐流体可具有比反应器流体高的密度。反应器容器可以使得熔盐在内表面上形成熔盐层的速度旋转(820)。熔盐层可提供(825)反应器流体与内表面之间的屏障，其通过限制反应器流体与内表面之间的接触来减少内表面的腐蚀。
示例
示例1：具有稠密流体屏障的超临界水煤气化系统
超临界水反应器系统将构造为由粉煤和水形成的煤浆料生成包含H2和CH4的合成气体。煤浆料将为含水浆料的形式，其与超临界水反应器系统的反应器容器中的超临界水反应以生成合成气体。
煤浆料将在约200℃以下的温度下被导入系统且将在进入反应器容器之前在预加热器中进行加热。预加热器将由不锈钢制成且将具有大致筒状形状，具有约4米的高度以及约1.5米的直径。在预加热器内，煤浆料的温度将在高腐蚀区内达到约330℃至约350℃，在该高腐蚀区内，煤浆料内的腐蚀性离子将溶合并且使得煤浆料对预加热器的内表面极具腐蚀性。
包含构造为旋转四个黄铜叶片的磁耦合驱动轴的叶轮将位于预加热器内，距预加热器的底部约0.25米。煤浆料入口可位于叶轮下方，距预加热器的底部约0.15米，并且煤浆料出口可位于反应器容器的顶部，与反应器容器流体连通。稠密流体入口可刚好位于高腐蚀区的顶部上方，以允许包含熔融镍合金的稠密流体进入预加热器。稠密流体将基本上与反应器流体不能混合。稠密流体出口将位于叶轮下方，距反应器容器的底部大约0.2米，以允许稠密流体离开预加热器。稠密流体将在作为提供持续稠密流体流给预加热器的连续流系统的部分的系统内被再次捕获和再次使用。
叶轮将以每分钟大约1200转旋转且将使得稠密流体和煤浆料在单独的漩涡流中旋转。稠密流体漩涡流将位于预加热器的最外部分中，基本上与预加热器的内表面毗邻。煤浆料漩涡流将相对于稠密流体漩涡流位于预加热器的内部中。稠密流体漩涡流将包围高腐蚀区内的煤浆料并且将提供防止煤浆料接触到内表面的屏障。因此，煤浆料中的腐蚀性离子将不与预加热器的内表面反应或者引起预加热器的内表面的腐蚀，相对于缺少稠密流体屏障的类似系统延长了超临界水煤气化系统内的这些组件的使用寿命。
示例2：具有旋转反应器容器的超临界水生物质反应器系统
超临界水生物质气化系统将包括具有大约5米的长度和大约2米的直径的大致水平定向的筒状反应器容器。泵将处于大约350℃的亚临界温度、大约23兆帕斯卡的压力下的生物质浆料从预加热器泵送通过反应器容器的第一端处的浆料入口以及通过第二端处的浆料出口离开。浆料出口将与换热器流体连通。反应器容器将由 N制成且将包括在其内表面上具有陶瓷耐火衬砌的涂层。反应器容器将布置在由镍合金材料形成的支撑容器内。陶瓷轴承层将布置在反应器容器与支撑容器之间以支撑反应器容器的旋转。保护流体入口将允许包含氟化锂和氟化铍(FLiBe)的熔盐流体在第一端处进入反应器容器。FLiBe熔盐将通过在反应器容器的第二端处的保护流体出口离开。
气体供动力式电机将与连接到反应器容器的轴耦合。电机的接合将使得反应器容器以每分钟大约800转至每分钟大约1000转旋转。反应器容器的旋转速度将对熔盐流体上施以比重力加速度大的向心加速度，使得熔盐流体在基本上与反应器容器内表面毗邻的反应器容器的最外部分处的保护层中旋转。生物质浆料将在熔盐流体层内流经反应器容器，使得将防止生物质浆料内的腐蚀性离子接触内表面和/或陶瓷耐火衬砌。
熔盐流体层将提供减少或消除生物质浆料与反应器容器的内表面之间的接触的物理屏障，从而相对于缺少熔盐流体层的类似系统减少超临界水生物质气化过程中反应器容器的腐蚀。
在上面的详细说明中，参考了附图，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构造来布置、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案的示例。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。
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)。虽然根据“包括”各组件或步骤(解释为意指“包括，但不限于”)描述了各组成物、方法和设备，所述组成物、方法和设备还可以“主要由各组件和步骤构成”或者“由各组件和步骤构成”，并且这些术语应当解释为限定了实质上闭合成员组。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示不定冠词“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)。在使用类似于“A、B或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或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(Markush group)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”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。
上述公开的以及其他各特征和功能或其可选方案可以组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域技术人员随后可以做出各种在本文中当前未预见的或未预期的可选方案、改进方案、变型例或改进，其中每个也旨在由公开的实施例所涵盖。

Claims (121)

1.一种构造为减少反应器系统的部分的腐蚀的反应器系统，所述系统包括：
反应器容器，其包括内表面，并且构造为接收对所述内表面的至少一部分具有腐蚀性的反应器流体和具有比所述反应器流体密度高的密度的稠密流体，所述反应器流体和所述稠密流体基本上不能混合；
旋转元件，其构造为在所述反应器容器内旋转，从而生成旋转力，所述旋转力迫使进入所述反应器容器的所述反应器流体的至少一部分在所述反应器容器内以反应器流体漩涡流的方式流动，以及迫使进入所述反应器容器的所述稠密流体的至少一部分以围绕所述反应器流体漩涡流的至少一部分的稠密流体漩涡流的方式流动并且与所述反应器容器的所述内表面毗邻，所述稠密流体漩涡流通过在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用；
至少一个稠密流体入口，其构造为提供所述稠密流体进入到所述反应器容器中的入口；以及
至少一个稠密流体出口，其位于所述至少一个稠密流体入口下方且构造为将所述稠密流体排出所述反应器容器，所述至少一个稠密流体出口位于所述旋转元件的下方。
2.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述旋转元件包括叶轮。
3.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述旋转元件包括黄铜、陶瓷、镍合金、奥氏体铁合金、不锈钢合金和钛中的至少一种。
4.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为超临界水反应器系统。
5.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述反应器流体布置在所述反应器容器的至少一部分内。
6.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述稠密流体布置在所述反应器容器的至少一部分内。
7.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为煤气化系统、生物质气化系统和废物氧化系统中的一种。
8.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述反应器容器构造为加热器和换热器中的一种。
9.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为煤气化系统，并且所述反应器流体包括煤浆料。
10.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为生物质气化系统，并且所述反应器流体包括生物质浆料。
11.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述稠密流体包括金属、金属合金、熔盐、烃液、或它们的组合。
12.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述稠密流体包括锡、锌、铝、铅、铋、镓、镉、前述的任一种的合金、以及它们的组合中的至少一种。
13.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述稠密流体包括：
氟化锂和氟化铍；
氟化锂、氟化钠和氟化钾；
硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾；
氯化钾和氯化镁；
氯化铷和氟化锆；或者
它们的任意组合。
14.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述内表面的所述至少一部分包括陶瓷材料。
15.如权利要求1所述的反应器系统，进一步包括：
反应器流体入口，其位于所述旋转元件的下方、大致在所述反应器容器的底部；
反应器流体出口，其大致位于所述反应器容器的顶部、在所述至少一个稠密流体入口上方的位置处；以及
泵，其与所述反应器流体入口流体连通且构造为迫使来自所述反应器流体入口的通过所述反应器容器的反应器流体通过所述反应器流体出口离开。
16.如权利要求1所述的反应器系统，进一步包括构造为将杂质滤出所述稠密流体的稠密流体过滤器。
17.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述内表面的所述至少一部分位于所述反应器容器的构造为接收300摄氏度至350摄氏度的温度的所述反应器流体的区域中。
18.如权利要求1所述的反应器系统，其中所述稠密流体沿与所述反应器流体相反的方向流经所述反应器容器。
19.一种减少反应器系统中的腐蚀的方法，所述方法包括：
提供包括内表面的反应器容器；
提供构造为在所述反应器容器内旋转的旋转元件；
在所述反应器容器处接收对所述内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体；
在所述反应器容器处接收具有比所述反应器流体密度高的密度的稠密流体，所述稠密流体与所述反应器流体基本上不能混合；以及旋转所述旋转元件以生成旋转力，所述旋转力使得所述反应器流体的至少一部分在其流经所述反应器容器时以反应器流体漩涡流的方式流动以及使得所述稠密流体的至少一部分在其流经所述反应器容器时以围绕所述反应器流体漩涡流的至少一部分的稠密流体漩涡流的方式流动，所述稠密流体漩涡流通过在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述旋转元件包括叶轮。
21.如权利要求19所述的方法，其中构造所述反应器容器以接收所述稠密流体包括：
提供与所述反应器容器流体连通耦合的至少一个稠密流体入口；
通过所述至少一个稠密流体入口将所述稠密流体供给至所述反应器容器；
提供至少一个稠密流体出口，所述稠密流体出口与所述反应器容器流体连通耦合且定位在所述至少一个稠密流体入口的下方和所述旋转元件的下方；以及
通过所述至少一个稠密流体出口来排出所述稠密流体。
22.如权利要求21所述的方法，其中构造所述反应器容器以接收所述反应器流体包括：
提供至少一个反应器流体入口，所述至少一个反应器流体入口与所述反应器容器流体连通耦合并且位于所述旋转元件的下方、大致在所述反应器容器的底部；
通过所述反应器流体入口来供给所述反应器流体；
提供至少一个反应器流体出口，所述至少一个反应器流体出口与所述反应器容器流体连通耦合并且定位在所述至少一个稠密流体入口的上方、大致在所述反应器容器的顶部；
通过所述反应器流体出口排出所述反应器流体；以及
迫使来自所述反应器流体入口的通过所述反应器容器的反应器流体通过所述反应器流体出口离开。
23.如权利要求19所述的方法，进一步包括利用稠密流体过滤器将将杂质滤出所述稠密流体。
24.如权利要求19所述的方法，进一步包括构造所述反应器容器以将所述稠密流体漩涡流定位在所述反应器流体具有300摄氏度到350摄氏度的温度的区域中。
25.一种制造构造为减少反应器系统的部分的腐蚀的反应器系统的方法，所述方法包括：
提供包括内表面的反应器容器；
构造所述反应器容器以容纳对所述内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和具有比所述反应器流体密度高的密度的稠密流体，所述反应器流体和所述稠密流体基本上不能混合；以及
提供旋转元件，所述旋转元件构造为在所述反应器容器内旋转，其中所述旋转元件的旋转生成旋转力，所述旋转力迫使所述反应器流体的至少一部分在所述反应器容器内以反应器流体漩涡流的方式流动并且迫使所述稠密流体的至少一部分以围绕所述反应器流体漩涡流的至少一部分的稠密流体漩涡流的方式流动，所述稠密流体漩涡流通过在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间形成屏障而起到减少腐蚀的作用。
26.如权利要求25所述的方法，其中提供所述旋转元件包括将叶轮构造为所述旋转元件。
27.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为超临界水反应器系统。
28.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为煤气化系统、生物质气化系统和废物氧化系统中的一种。
29.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述反应器容器构造为加热器和换热器中的一种。
30.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为煤气化系统，所述煤气化系统构造为以煤浆料作为所述反应器流体而操作。
31.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为生物质气化系统，所述生物质气化系统构造为以生物质浆料作为所述反应器流体而操作。
32.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为以金属、金属合金或两者作为所述稠密流体而操作。
33.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为以锡、锌、铝、铅、铋、镓、镉、前述的任一种的合金、以及它们的组合中的至少一种作为所述稠密流体而操作。
34.如权利要求25所述的方法，进一步包括将所述内表面的所述至少一部分构造为包括陶瓷材料。
35.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
提供至少一个稠密流体入口，所述至少一个稠密流体入口构造为提供所述稠密流体进入所述反应器容器的入口；以及
提供至少一个稠密流体出口，所述至少一个稠密流体出口定位在所述至少一个稠密流体入口的下方并且构造为将所述稠密流体从所述反应器容器中排出，所述至少一个稠密流体出口定位在所述旋转元件的下方。
36.如权利要求35所述的方法，进一步包括：
提供至少一个反应器流体入口，所述至少一个反应器流体入口定位在所述旋转元件的下方、所述反应器容器的底部；
提供至少一个反应器流体出口，所述至少一个反应器流体出口大致定位在所述反应器容器的顶部、所述至少一个稠密流体入口上方的位置处；以及
将泵构造成与所述反应器流体入口流体连通，以迫使来自所述反应器流体入口的通过所述反应器容器的反应器流体通过所述反应器流体出口离开。
37.如权利要求25所述的方法，进一步包括提供构造为将杂质从所述稠密流体中滤出的过滤器。
38.一种构造为减少其部分腐蚀的反应器系统，所述系统包括：
反应器容器，其包括内表面，并且构造为接收反应器流体和熔盐流体，所述反应器流体对所述内表面的至少一部分有腐蚀性，所述反应器流体和所述熔盐流体基本上不能混合；以及
反应器容器旋转器，其构造为以使得所述熔盐流体的至少一部分在所述内表面的所述至少一部分上形成熔盐层的速度旋转所述反应器容器，所述熔盐层通过在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
39.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器容器布置在大致垂直方位上，
其中所述反应器容器构造为在所述反应器容器的顶部接收所述熔盐流体，使得在所述反应器容器旋转期间所述熔盐流体从所述反应器容器的顶部流到底部。
40.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器容器布置在大致水平方位上并且所述速度足以在所述熔盐流体的至少一部分上生成比进入所述反应器容器的熔盐流体的所述至少一部分上的重力加速度大的向心加速度。
41.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为超临界水反应器系统。
42.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为煤气化系统、生物质气化系统和废物氧化系统中的一种。
43.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器容器构造为加热器和换热器中的一种。
44.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为煤气化系统，并且所述反应器流体包括煤浆料。
45.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为生物质气化系统，并且所述反应器流体包括生物质浆料。
46.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器容器容纳在支撑结构中。
47.如权利要求46所述的反应器系统，进一步包括布置在所述支撑结构与所述反应器容器之间的旋转支撑元件，所述旋转支撑元件构造为利于所述反应器容器在所述支撑结构内的旋转。
48.如权利要求47所述的反应器系统，其中所述旋转支撑元件包括旋转支撑流体。
49.如权利要求48所述的反应器系统，其中所述旋转支撑流体包括熔盐流体。
50.如权利要求47所述的反应器系统，其中所述旋转支撑元件包括陶瓷轴承。
51.如权利要求46所述的反应器系统，其中所述支撑结构包括镍合金。
52.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述反应器容器包括在所述内表面的至少一部分上的内肋状件来增加所述熔盐流体与所述内表面的所述至少一部分之间的摩擦。
53.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述熔盐流体包括：
氟化锂和氟化铍；
氟化锂、氟化钠和氟化钾；
硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾；
氯化钾和氯化镁；
氯化铷和氟化锆；或者
它们的任意组合。
54.如权利要求38所述的反应器系统，其中所述至少一个反应器容器构造为以每分钟1转至每分钟1000转来旋转。
55.如权利要求38所述的反应器系统，进一步包括超临界反应环路，其中所述反应器流体包括超临界水和浆料流体，所述超临界水和浆料流体在所述反应器容器内反应以生成合成气体。
56.如权利要求55所述的反应器系统，其中所述熔盐流体处于响应于水接触到所述熔盐流体而生成超临界水的温度下。
57.如权利要求55所述的反应器系统，其中所述超临界反应环路包括：
与所述反应器容器流体连通的分离器；
与所述分离器流体连通的清洁容器；
与所述清洁容器和所述反应器容器流体连通的加热器；以及
泵，其构造为迫使所述熔盐流体按所述反应器容器、所述分离器、所述清洁容器、所述加热器以及返回所述反应器容器的顺序通过所述超临界反应环路。
58.如权利要求55所述的反应器系统，进一步包括合成气体冷却环路，其中所述反应器流体包括水和合成气体。
59.如权利要求56所述的反应器系统，其中所述合成气体冷却环路构造为维持所述熔盐流体处于冷却所述反应器流体中的合成气体的温度。
60.如权利要求56所述的反应器系统，其中所述合成气体冷却环路包括：
与所述反应器容器流体连通的分离器；
与所述分离器流体连通的清洁容器；
与所述清洁容器和所述反应器容器流体连通的换热器；以及
泵，其构造为迫使所述熔盐流体按所述反应器容器、所述分离器、所述清洁容器、所述换热器以及返回所述反应器容器的顺序通过所述合成气体冷却环路。
61.如权利要求60所述的反应器系统，其中所述合成气体冷却环路的所述换热器与所述超临界反应环路的所述反应器容器流体连通。
62.如权利要求60所述的反应器系统，其中在所述合成气体冷却环路中加热的所述熔盐流体的至少一部分流入所述超临界反应环路以加热所述浆料流体。
63.一种减少反应器系统中的腐蚀的方法，所述方法包括：
提供包括内表面的反应器容器；
在所述反应器容器处接收对所述内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体；
在所述反应器容器处接收熔盐流体，所述熔盐流体与所述反应器流体基本上不能混合；以及
使所述反应器容器以使得所述熔盐流体的至少一部分在所述内表面的所述至少一部分上形成熔盐层的速度而旋转，所述熔盐层通过在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
64.如权利要求63所述的方法，其中所述反应器容器布置在大致垂直方位上，
其中所述反应器容器构造为在所述反应器容器的顶部处接收所述熔盐流体，使得在所述反应器容器旋转期间所述熔盐流体从所述反应器容器的顶部流到底部。
65.如权利要求63所述的方法，其中所述反应器容器布置在大致水平方位上，并且所述速度足以在所述熔盐流体的至少一部分上生成比进入所述反应器容器的熔盐流体的所述至少一部分上的重力加速度大的向心加速度。
66.如权利要求63所述的方法，进一步包括提供支撑结构，其中所述反应器容器容纳在所述支撑结构内。
67.如权利要求66所述的方法，进一步包括提供布置在所述支撑结构与所述反应器容器之间以利于所述反应器容器在所述支撑结构内旋转的旋转支撑元件。
68.如权利要求67所述的方法，其中所述旋转支撑元件包括旋转支撑流体。
69.如权利要求68所述的方法，其中所述旋转支撑流体包括熔盐流体。
70.如权利要求67所述的方法，其中所述旋转支撑元件包括陶瓷轴承。
71.如权利要求63所述的方法，其中所述熔盐流体包括：
氟化锂和氟化铍；
氟化锂、氟化钠和氟化钾；
硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾；
氯化钾和氯化镁；
氯化铷和氟化锆；或者
它们的任意组合。
72.如权利要求63所述的方法，其中所述反应器容器以每分钟1转至每分钟1000转来旋转。
73.如权利要求63所述的方法，进一步包括将所述反应器容器定向在大致水平位置。
74.一种制造反应器系统的方法，所述方法包括：
提供包括内表面的反应器容器；
构造所述反应器容器以接收反应器流体和熔盐流体，所述反应器流体对所述内表面的至少一部分有腐蚀性，所述反应器流体和所述熔盐流体基本上不能混合；
将至少一个反应器容器旋转器连接到所述反应器容器，所述至少一个反应器容器旋转器构造为使所述反应器容器以使得所述熔盐流体的至少一部分在所述内表面的所述至少一部分上形成熔盐层的速度来旋转，所述熔盐层通过在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用。
75.如权利要求74所述的方法，其中所述反应器容器布置在大致垂直方位，
其中所述反应器容器构造为在所述反应器容器的顶部处接收所述熔盐流体，在所述反应器容器旋转期间所述熔盐流体从所述反应器容器的顶部流到底部。
76.如权利要求74所述的方法，其中所述反应器容器布置在大致水平方位，且所述速度足以在所述熔盐流体的至少一部分上生成比进入所述反应器容器的熔盐流体的所述至少一部分上的重力加速度大的向心加速度。
77.如权利要求74所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为超临界水反应器系统。
78.如权利要求74所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为煤气化系统、生物质气化系统和废物氧化系统中的一种。
79.如权利要求74所述的方法，进一步包括将所述反应器容器构造为加热器和换热器中的一种。
80.如权利要求74所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为煤气化系统，所述煤气化系统构造为以煤浆料作为所述反应器流体而操作。
81.如权利要求74所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为生物质气化系统，所述生物质气化系统构造为以生物质浆料作为所述反应器流体而操作。
82.如权利要求74所述的方法，进一步包括提供支撑结构，其中所述反应器容器容纳在所述支撑结构内。
83.如权利要求82所述的方法，进一步包括：
提供旋转支撑元件，所述旋转支撑元件布置在所述支撑结构与所述反应器容器之间；以及
构造所述旋转支撑元件以利于所述反应器容器在所述支撑结构内的旋转。
84.如权利要求83所述的方法，其中所述旋转支撑元件包括旋转支撑流体。
85.如权利要求84所述的方法，其中所述旋转支撑流体包括熔盐流体。
86.如权利要求83所述的方法，其中所述旋转支撑元件包括陶瓷轴承。
87.如权利要求83所述的方法，其中所述至少一个支撑结构包括镍合金。
88.如权利要求74所述的方法，进一步包括在所述反应器容器的所述内表面的至少一部分上设置内肋状件来增加所述熔盐流体与所述内表面之间的摩擦。
89.如权利要求74所述的方法，进一步包括将所述反应器系统构造为以如下作为所述熔盐流体来操作：
氟化锂和氟化铍；
氟化锂、氟化钠和氟化钾；
硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾；
氯化钾和氯化镁；
氯化铷和氟化锆；或者
它们的任意组合。
90.如权利要求74所述的方法，进一步包括将所述至少一个反应器容器构造为以每分钟1转至每分钟1000转来旋转。
91.如权利要求74所述的方法，进一步包括形成超临界反应环路，其中所述反应器流体包括超临界水和浆料流体，所述超临界水和浆料流体在所述反应器容器内反应以生成合成气体。
92.如权利要求91所述的方法，进一步包括将所述超临界反应环路构造为利用处于响应于水接触到所述熔盐流体而生成超临界水的温度下的熔盐流体而操作。
93.如权利要求91所述的方法，其中所述超临界反应环路包括：
与所述反应器容器液体连通的分离器；
与所述分离器液体连通的清洁容器；
与所述清洁容器和所述反应器容器液体连通的加热器；以及
泵，其构造为迫使所述熔盐流体按所述反应器容器、所述分离器、所述清洁容器、所述加热器以及返回所述反应器容器的顺序通过所述超临界反应环路。
94.如权利要求93所述的方法，进一步包括形成合成气体冷却环路，其中所述反应器流体包括水和合成气体。
95.如权利要求94所述的方法，进一步包括将所述合成气体冷却环路构造成利用处于构造为冷却所述反应器流体中的合成气体的温度的熔盐流体操作。
96.如权利要求94所述的方法，其中所述合成气体冷却环路包括：
与所述反应器容器液体连通的分离器；
与所述分离器液体连通的清洁容器；
与所述清洁容器和所述反应器容器液体连通的换热器；以及
泵，其构造为迫使所述熔盐流体按所述反应器容器、所述分离器、所述清洁容器、所述换热器以及返回所述反应器容器的顺序通过所述超临界反应环路。
97.如权利要求96所述的方法，进一步包括将所述合成气体冷却环路的所述换热器构造成与所述超临界反应环路的所述反应器容器液体连通。
98.如权利要求96所述的方法，进一步包括构造所述超临界反应环路和所述合成气体冷却环路，使得在所述合成气体冷却环路中加热的熔盐流体流入所述超临界反应环路以加热所述浆料流体。
99.一种构造为减少其部分的腐蚀的反应器系统，所述系统包括：
反应器容器，其包括内表面且构造为接收对所述内表面的至少一部分有腐蚀性的反应器流体和基本上不能与所述反应器流体混合的保护流体；以及
旋转元件，其构造为生成旋转力，所述旋转力迫使所述保护流体的至少一部分在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间的层中流动，所述层通过在所述反应器流体与所述内表面的所述至少一部分之间形成屏障来起到减少腐蚀的作用；
其中所述旋转元件包括反应器容器旋转器，所述反应器容器旋转器构造为使所述反应器容器以使得所述保护流体的所述至少一部分在所述内表面的所述至少一部分上形成所述层的速度来旋转。
100.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为超临界水反应器系统。
101.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为煤气化系统、生物质气化系统和废物氧化系统中的一种。
102.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为煤气化系统，并且所述反应器流体包含煤浆料。
103.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器系统构造为生物质气化系统，并且所述反应器流体包含生物质浆料。
104.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器容器构造为加热器和换热器中的一种。
105.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器流体布置在所述反应器容器的至少一部分内。
106.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述保护流体布置在所述反应器容器的至少一部分内。
107.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述内表面的所述至少一部分定位在所述反应器容器的构造为接收300摄氏度至350摄氏度的温度的反应器流体的区域中。
108.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述旋转元件包括叶轮。
109.如权利要求102所述的反应器系统，其中所述保护流体包括金属、金属合金、熔盐、烃液、或它们的组合。
110.如权利要求102所述的反应器系统，其中所述保护流体包括锡、锌、铝、铅、铋、镓、镉、前述的任一种的合金以及它们的组合中的至少一种。
111.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述保护流体包括熔盐流体。
112.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述熔盐流体包括：
氟化锂和氟化铍；
氟化锂、氟化钠和氟化钾；
硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸钾；
氯化钾和氯化镁；
氯化铷和氟化锆；或者
它们的任意组合。
113.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器容器布置在大致垂直方位上，
其中所述反应器容器构造为在所述反应器容器的顶部处接收所述保护流体，以使得在所述反应器容器旋转期间所述保护流体从所述反应器容器的顶部流到底部。
114.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器容器布置在大致水平方位上，并且所述速度足以在所述保护流体的至少一部分上生成比进入所述反应器容器的保护流体的所述至少一部分上的重力加速度大的向心加速度。
115.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述反应器容器容纳在支撑结构内。
116.如权利要求115所述的反应器系统，进一步包括布置在所述支撑结构与所述反应器容器之间的旋转支撑元件，所述旋转支撑元件构造为利于所述反应器容器在所述支撑结构内的旋转。
117.如权利要求116所述的反应器系统，其中所述旋转支撑元件包括旋转支撑流体。
118.如权利要求117所述的反应器系统，其中所述旋转支撑流体包括熔盐流体。
119.如权利要求117所述的反应器系统，其中所述旋转支撑元件包括陶瓷轴承。
120.如权利要求115所述的反应器系统，其中所述支撑结构包括镍合金。
121.如权利要求99所述的反应器系统，其中所述至少一个反应器容器构造为以每分钟1转至每分钟1000转来旋转。
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