CN116816504A - 调节表面的ζ电位以减少燃料和油系统中的焦炭 - Google Patents

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Abstract

用于减少烃流体输送期间焦炭形成的部件和系统。该部件包括接触表面，所述接触表面被配置为与烃流体接触。调节接触表面的ζ电位允许选择性吸引和/或排斥存在于烃流体中的焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃和/或焦炭前体。用于减少烃流体输送期间焦炭形成的方法，所述方法包括：调节部件的接触表面的ζ电位；以及通过系统注入或循环烃流体，使得接触表面选择性吸引和/或排斥焦炭存在于烃流体中的焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃和/或焦炭前体。

Description

调节表面的ζ电位以减少燃料和油系统中的焦炭
技术领域
本公开涉及与烃流体接触的部件和系统(特别是用于飞行器的燃气涡轮发动机的部件)及其制备方法。
背景技术
燃气涡轮发动机包括与烃流体(例如燃料和润滑油)接触的表面。当在高温下暴露于烃流体时，这些表面上可能会形成碳质沉积物(也称为焦炭)，导致碳在与燃料或油接触的表面上附着并积累成沉积物。
附图说明
如附图所示，通过以下各种示例性实施方式的描述，本公开的特征和优点将变得显而易见，附图中相似的附图标记通常表示相同、功能相似和/或结构相似的要素。
图1为根据本公开的一个实施方式的飞行器的示意性透视图，该飞行器具有用于减少焦炭形成的部件。
图2为根据本公开的一个实施方式的用于减少烃流体输送期间焦炭形成的系统的示意图。
具体实施方式
本公开的特征、优点和实施方式通过考虑以下详细描述、附图和权利要求得以阐述或变得显而易见。此外，以下详细描述是示例性的并且意在提供进一步解释而不限制要求保护的本公开的范围。
术语“上游”和“下游”指关于流体路径中流体流动的相对方向。例如，“上游”指流体流自的方向，“下游”指流体流向的方向。术语“流体”可以为气体或液体。术语“流体连通”指流体能够在指定区域之间建立连接。
除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接至”等指直接联接、固定或附接，以及通过一个以上中间部件或特征间接联接、固定或附接。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数引用。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开来，而不意在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”指燃气涡轮发动机或载具内的相对位置，并且指燃气涡轮发动机或载具的正常运行高度。例如，对于燃气涡轮发动机，“前”指更靠近发动机入口的位置，而“后”指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修饰任何可允许变化而不会导致与之相关的基本功能发生变化的定量表示。因此，由诸如“约”、“大约”和“基本上”之类术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。例如，近似语言可以表示在单个值、值的范围和/或定义值范围的端点的1％、2％、4％、5％、10％、15％或20％差额内。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限定可以进行组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则此类范围是确定的并且包括其中包含的所有子范围。
如本文所用，术语“ζ电位(zeta potential)”指分散介质和附着于分散颗粒的流体的静止层之间的电位差。
如本文所用，术语“表面电位”指分散介质和分散颗粒表面之间的电位差。
下文详细讨论了各种实施方式。尽管讨论了特定实施方式，但这仅是出于说明目的。相关领域的技术人员将认识到不偏离本公开的精神和范围的情况下可以使用其他部件和设置。
如上所述，焦炭沉积可能发生在高温下暴露于烃流体(例如燃料和润滑油)的燃气涡轮发动机的表面上。如果流体回路在没有清除剩余的停滞燃料的情况下运行或关闭，则可能会形成此种碳沉积物。随着沉积物聚集，它们会变得足够大以减少甚至阻碍流体流动。在燃料回路的情况下，此种碳沉积物会导致发动机性能下降、传热效率降低、压降增加以及材料侵蚀速率增加，所有这些均可能需要使用昂贵的除焦程序、甚至更换燃料喷嘴。本公开讨论了防止与烃流体接触的部件(特别是飞行器的燃气涡轮发动机中使用的此种部件)表面上的此种碳沉积物的方法。本文所述的优选实施方式涉及用于防止烃流体在高温下产生碳沉积物的部件、系统和方法。特别地，实施方式涉及对被烃流体润湿或接触的内表面进行改性。
烃流体可能包含源自在烃流体的制造、储存或运输期间接触金属部件的烃流体的金属离子杂质。尽管这些金属离子杂质可能以痕量存在(十亿分之几或百万分之几的数量级)，但这些痕量足以加速燃料氧化和焦炭沉积。金属离子杂质的非限制性实例包括重金属和过渡金属(例如铅、铜、锌、钴、铁、镍、铬、锰和钒)的阳离子以及碱土金属(例如镁)的阳离子。
烃流体可能包含含有杂原子(例如硫、氮和/或氧)的极性物质，该极性物质在合适的流体应力条件下可以形成可溶性和/或不溶性焦炭前体(也含有杂原子)，最终可能形成可沉积在表面上的焦炭。尽管这些极性物质可能以痕量存在(十亿分之几或百万分之几的数量级)，但这些痕量足以形成焦炭沉积物。极性物质的非限制性实例包括非芳香族杂原子烃和芳香族杂原子烃。非芳香族杂原子烃的非限制性实例包括：取代或未取代的氮丙啶、环氧乙烷、硫杂环丙烷、氧杂环丁烷、氮杂环丁烷、硫杂环丁烷、四氢呋喃、1,2-二恶烷、1,4-二恶烷、吡咯烷、哌啶、硫醇(R-S-H)、硫醚(R-S-R)、二硫醚(R-S-S-R')及它们的衍生物(式中R可以为烷基或芳基)。芳香族杂原子烃的非限制性实例包括：取代或未取代的呋喃、吡咯、噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、吡啶、吲哚、苯并呋喃、咔唑、喹啉、异喹啉、咪唑、恶唑、吡唑、哒嗪、嘧啶、嘌呤、苯酚、苯胺及它们的衍生物。此类杂原子烃可能导致焦炭前体和/或焦炭的形成，其可具有例如如下所示的类沥青质结构：
对接触表面的表面电位或ζ电位进行化学调节以使烃流体系统中的各种组分具有预定的表面电位或ζ电位，允许在烃流体流动路径的各个部分中选择性地吸引或排斥溶解或悬浮材料以减少焦炭形成和/或沉积。例如，烃流体中具有正ζ电位或表面电位的焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃和/或焦炭前体通过静电吸引吸附到具有负ζ电位或表面电位的材料上，从而去除烃流体中的这些物质。同时，具有负ζ电位或表面电位的表面排斥带负电的焦炭前体以防止这些材料的沉积。另一方面，具有正ζ电位或表面电位的表面排斥带正电的焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃和/或焦炭前体。同时，带负电的杂原子烃和/或焦炭前体通过静电引力吸附到具有正ζ电位或表面电位的材料上，从而去除烃流体中的这些材料。
本文所讨论的部件、系统和方法特别适用于发动机，例如飞行器上使用的燃气涡轮发动机。图1为可以实施本公开各个方面的飞行器10的透视图。飞行器10包括机身12、连接至机身12的机翼14和机尾16。飞行器10还包括推进系统，其产生在飞行中、滑行操作期间等推进飞行器10所需的推进推力。图1所示的飞行器10的推进系统包括一对发动机50。在此实施方式中，每个发动机50通过处于翼下设置的挂架18连接至机翼14中的一个。尽管图1中发动机50被显示为以翼下设置的方式连接至机翼14，但在其他实施方式中，发动机50可以具有替代设置并联接至飞行器10的其他部分。例如，发动机50可以附加地或替代地包括联接至飞行器10的其他部分(例如机尾16和机身12)的一个以上方面。
如将在下文参考图2进一步描述的，图1中所示的发动机50为燃气涡轮发动机，每个发动机均能够选择性地为飞行器10产生推进推力。推进推力的量可以至少部分地基于经由燃料系统100提供给发动机50的燃料体积来控制。本文讨论的实施方式中的航空涡轮燃料是具有所需碳数的可燃的烃液体燃料(例如煤油型燃料)、Jet A、Jet A1、JP-8、JP8+100、JP-5、可持续航空燃料(SAF)和脱氧燃料。燃料储存在燃料系统100的燃料罐110中。如图1所示，燃料罐110的至少一部分位于每个机翼14中，燃料罐110的一部分位于机翼14之间的机身12中。不过，燃料罐110可位于机身12或机翼14中的其他合适位置。燃料罐110也可完全位于机身12或机翼14内。燃料罐110也可以为分开的罐，而不是单个一体主体，例如各自位于相应机翼14内的两个罐。
尽管图1中所示的飞行器10为飞机，但是本文所述实施方式也可以适用于其他飞行器10，包括例如直升机和无人驾驶飞行器(UAV)。优选地，本文讨论的飞行器为固定翼飞行器或旋翼飞行器，其通过作用在例如固定翼(例如机翼14)或旋翼(例如直升机的旋翼)上的空气动力产生升力，并且是重于空气的飞行器，而不是轻于空气的飞行器(例如飞艇)。
发动机50可与燃料系统100一起运行并接收来自燃料系统100的燃料流。燃料系统100包括与燃料罐110下游流体接触的燃料输送组件120，燃料输送组件120提供从燃料罐110到发动机50的燃料流。燃料输送组件120包括管、管道等，以将燃料系统100的各个部件流体连接至发动机50。燃料系统100还可以包括与燃料输送组件120中的燃料流体连接的燃料泵(未显示)。燃料泵用于引导燃料通过燃料输送组件120流至发动机50。通常，燃料泵可以为燃料罐110和发动机50之间的燃料输送组件120中压力升高的主要来源。可选地，燃料输送组件120可以包括化学捕集器122以去除(消除)金属离子、带电杂原子烃和/或焦炭前体。化学捕集器122可以为模块化和/或可更换的。可选地，燃料输送组件120可以包括过滤器124以防止燃料输送组件120堵塞。过滤器124可以为模块化和/或可更换的。化学捕集器122和过滤器124可以从本体(bulk)烃流体中去除焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃和/或焦炭前体，从而防止焦炭形成。防止焦炭形成进而防止沉积和相关问题。化学捕集器122和过滤器124还可以直接排斥或吸引来自烃流体流动路径中适当改性的表面的带电焦炭催化材料、金属离子、带电杂原子烃和/或带电焦炭前体(如果形成)。
燃料经由喷嘴组件130(与燃料输送组件120下游流体接触)注入压缩空气中并与压缩的一次空气混合。喷嘴组件130将燃料注入一次空气的湍流中，湍流促进燃料与一次空气的快速混合。燃料和压缩空气的混合物在燃烧室中燃烧，产生燃烧气体(燃烧产物)，其随着燃烧气体离开燃烧室而加速。随着产物通过燃烧室的出口排出，燃烧产物被加速以驱动发动机50。燃料的非限制性实例包括Jet A、Jet A1、JP-8、JP8+100、JP-5、SAF和脱氧燃料。
发动机50还包括各种附件系统以帮助发动机50和/或包括发动机50的飞行器的运行。例如，发动机50可以包括润滑系统(未显示)，润滑系统被配置为向例如位于发动机50的各种部件处的轴承和齿轮啮合提供润滑剂。由润滑系统提供的润滑剂可以增加此种部件的使用寿命，并且可以从此类部件220去除一定量的热量。此外，润滑系统为电子发电机(未显示)提供润滑，以及为电子发电机提供冷却/散热。电子发电机可以向例如用于发动机50的启动电动机和/或发动机50的各种其他电子部件和/或包括发动机50的飞行器提供电力。用于发动机50的润滑系统可以使用烃流体(例如油)进行润滑，其中油循环通过油清除管线的内表面。油的非限制性实例包括航空涡轮中使用的润滑油，例如MIL-PRF-23699和SAEAS5780规格涵盖的II型油、陆基和海基动力涡轮中使用的润滑油，以及汽车中使用的发动机和变速箱润滑油。
本文讨论的发动机50仅以示例方式提供。在其他实施方式中，任何其他合适的发动机可以与本公开的方面一起使用。例如，在其他实施方式中，发动机可以为任何其他合适的燃气涡轮发动机，例如涡扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。以此种方式，在其他实施方式中，燃气涡轮发动机可以具有其他合适的配置，例如其他合适数量或设置的轴、压缩机、涡轮、风扇等。在一些实施方式中，发动机50可以为直接驱动的固定螺距涡扇发动机。在其他实施方式中，燃气涡轮发动机可以为齿轮式燃气涡轮发动机、可以为可变螺距燃气涡轮发动机等。此外，在替代实施方式中，本公开的方面可以结合到或以其他方式与如上所述的任何其他类型的发动机(例如往复式发动机)一起使用。此外，在其他示例性实施方式中，示例性发动机50可以包括或可操作地连接至任何其他合适的附件系统。附加地或替代地，示例性发动机50可以不包括或可操作地连接至一个以上的上述附件系统。
如上所述，发动机50的各种部件在升高的温度下接触烃流体(例如燃料和油)。例如，如图2所示，燃料系统100的各种部件与烃流体接触。例如，该部件可以为燃料罐110、燃料输送组件120、喷嘴组件130、化学捕集器122、过滤器124和润滑系统，和/或被配置为与烃流体接触的任何其他部件，无论该部件为在发动机50中还是在另一个系统中。
例如，如图2所示，喷嘴组件130包括流体通道134(烃流体通过流体通道134来定位和流动)和容纳壁136。容纳壁136包括接触表面132。接触表面132可形成流体通道134的边界，因此可以为被流体通道134中的烃流体润湿/接触的润湿表面或接触表面。接触表面132的ζ电位或表面电位可以通过表面官能化或涂层来定制，使得接触表面132可以根据需要选择性地排斥或吸引流体通道134(和烃流体流动路径的其他部分(未显示))中的带电焦炭催化材料、金属离子、带电杂原子烃和/或带电焦炭前体，以减少焦炭形成和沉积。ζ电位或表面电位的可调节性可取决于选择的化学端基。可以定制烃流体流动路径的其他部分的表面的ζ电位或表面电位以减少焦炭形成和沉积。此外，化学捕集器122或过滤器124可以位于喷嘴组件130的上游，防止在本体烃流体中的焦炭形成。除调节化学捕集器122或过滤器124的表面的ζ电位或表面电位之外，捕集器或过滤材料的功效可以通过使用在化学或物理上改性孔和/或表面区域的手段得以提高。具有负ζ电位或表面电位的表面可以排斥任何带负电的焦炭前体(如果形成)。相反，具有正ζ电位或表面电位的表面可以根据需要排斥喷嘴组件130的内壁或位于流动路径中的化学捕集器122或过滤器124的表面上的任何带正电的物质或甚至双重电荷(dual charge)。除调节ζ电位或表面电位以具有预定的ζ电位或表面电位之外，还可以通过调节表面结构(例如根据焦炭前体分子的大小具有适当孔径的通道)来实现双重电荷排斥行为。
接触表面132可以包括钴铬合金、钴基合金、镍基合金、铁基合金或其他能够承受高温的合适材料。钴铬合金的非限制性实例包括司太立合金(例如Stellite-6B)。钴基合金的非限制性实例包括188。镍基合金的非限制性实例包括/>600、/>625、/>718、/>X-750、Rene N2、N4、N5、N500和/>X。铁基合金的非限制性实例包括不锈钢，例如SS-304、SS-316、SS-340、SS-321和SS-440。本领域技术人员将认识到，某些合金(例如ReneN5、N500、N4、N2、/>718、/>X和/>188)被称为能够承受高运行温度的超合金。
在一个实施方式中，发动机50的各种部件的温度可能为25至430℃、或50至300℃、或90至200℃、或25至100℃、或100至200℃、或200至300℃、或300至430℃。
在一个实施方式中，配置为与烃流体接触的部件的接触表面的ζ电位或表面电位为负。接触表面的ζ电位或表面电位可以为-500mV至0mV、或-400mV至0mV、或-300mV至0mV、或-200mV至0mV、或-100mV至0mV、或-80mV至0mV、或-60mV至0mV、或-40mV至0mV、或-20mV至0mV。接触表面的负ζ电位或表面电位允许吸附烃流体中存在的任何带正电的材料，并允许排斥烃流体中存在的任何带负电的材料。例如，接触表面的表面官能化或涂层允许其ζ电位或表面电位被负向调节，其中，烃流体中具有正的ζ电位或表面电位的焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃和/或焦炭前体可以通过静电引力吸附到具有负ζ电位或表面电位的接触表面上，从而将它们从本体烃流体中消除。
在一个实施方式中，表面官能化可以诱导接触表面的负ζ电位或表面电位。可以诱导负ζ电位或表面电位的官能团的非限制性实例包括：羧基、羟基、过氧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基和卤基。羧基官能化材料的非限制性实例包括：2-乙基己酸氧锆、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠。羟基官能化材料的非限制性实例包括：直接合成为氢氧化物的陶瓷，例如Zr(OH)4·xH2O、Al(OH)3·xH2O和Ti(OH)4·xH2O；或羟基氧化物，例如ZrO(OH)n·xH2O。过氧基官能化材料的非限制性实例包括直接合成为过氧化物的陶瓷，例如通过使氢氧化钛与过氧化氢反应得到的过氧化钛。硫酸基官能化材料的非限制性实例包括烷基硫酸钠[CH3-(CH2)n-1-O-SO3Na]，例如十二烷基硫酸钠(C12H25SO4Na)。磺酸基官能化材料的非限制性实例包括烷烃-1-磺酸钠[CH3-(CH2)n-1-SO3Na]，例如十二烷基磺酸钠(C12H25SO3Na)、十二烷基苯磺酸钠和二辛基磺基琥珀酸钠。磷酸基官能化材料的非限制性实例包括十二烷基磷酸酯、12-羟基十二烷基磷酸酯和十八烷基磷酸酯(C18H37OPO(OH)2)。卤化物官能化材料的非限制性实例包括：氢氟酸、盐酸、氢溴酸、F2、Cl2、Br2、三氟甲烷、三氯甲烷、四氯乙烯和六氟丙烯。这些官能化材料可以以粉末形式、分离形式、水性形式、悬浮液形式或烃溶剂化形式存在。将这些官能化材料引入燃料系统100或润滑系统可以在烃流体注入或循环之前或与烃流体注入或循环结合发生。
在一个实施方式中，带负电的陶瓷涂层可引起接触表面的负ζ电位或表面电位。带负电荷的陶瓷的非限制性实例包括二氧化硅衍生物(SiO-)、硅酸盐和铝硅酸盐。在铝硅酸盐中，用Al3+代替Si4+会导致粘土材料带负电荷。这些陶瓷可以以粉末形式、分离形式、水性形式、悬浮液形式或烃溶剂化形式存在。将这些陶瓷引入燃料系统100或润滑系统可以在烃流体注入或循环之前或与烃流体注入或循环结合发生。
在一个实施方式中，带负电的聚合物的涂层可引起接触表面的负ζ电位或表面电位。带负电荷的聚合物的非限制性实例包括聚酰胺和聚酰亚胺。这些聚合物可以以粉末形式、分离形式、水性形式、悬浮液形式或烃溶剂化形式存在。将这些聚合物引入燃料系统100或润滑系统可以在烃流体注入或循环之前或与烃流体注入或循环结合发生。
在一个替代实施方式中，配置为与烃流体接触的部件的接触表面的ζ电位或表面电位为正。接触表面的ζ电位或表面电位可以为0mV至500mV、或0mV至400mV、或0mV至300mV、或0mV至200mV、或0mV至100mV、或0mV至80mV、或0mV至60mV、或0mV至40mV、或0mV至20mV。接触表面的正ζ电位或表面电位允许吸附烃流体中存在的任何带负电荷的材料，并允许排斥烃流体中存在的任何带正电荷的材料。例如，接触表面的表面官能化或涂层允许正向调节其ζ电位或表面电位，其中，烃流体中具有负ζ电位或表面电位的焦炭前体可以通过静电引力吸附到具有正ζ电位或表面电位的接触表面上，从而将它们从本体烃流体中消除。
在一个实施方式中，表面官能化可以诱导接触表面的正ζ电位或表面电位。可以诱导正ζ电位或表面电位的官能团的非限制性实例包括胺基。胺基官能化材料的非限制性实例包括永久带电的季铵盐，例如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵和二甲基二十八烷基氯化铵、乙二胺和尿素(包括陶瓷氧化物，例如在尿素存在下由YCl3·6H2O合成的Y2O3)。这些官能化材料可以以粉末形式、分离形式、水性形式、悬浮液形式或烃溶剂化形式存在。将这些官能化材料引入燃料系统100或润滑系统可以在烃流体注入或循环之前或与烃流体注入或循环结合发生。
在一个实施方式中，带正电的陶瓷涂层可以引起接触表面的正ζ电位或表面电位。带正电的陶瓷的非限制性实例包括陶瓷氧化物，例如在尿素存在下由各自金属盐(例如氯化物)合成的氧化钇、氧化铝和氧化锆。
在一个实施方式中，带正电的聚合物的涂层可以诱导接触表面的正ζ电位或表面电位。带正电荷的聚合物的非限制性实例包括：具有可进行质子化的伯胺、仲胺或叔胺官能团的聚合物，以及具有季胺基的聚合物。这些聚合物可以以粉末形式、分离形式、水性形式、悬浮液形式或烃溶剂化形式存在。将这些聚合物引入燃料系统100或润滑系统可以在烃流体注入或循环之前或与烃流体注入或循环结合发生。
用于改变部件的接触表面(配置为与烃流体接触)的ζ电位或表面电位的其他合适材料的非限制性实例包括：陶瓷，例如氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铁、氧化锌、稀土氧化物、其他过渡金属氧化物和尖晶石氧化物(例如铁素体)；聚合物，例如聚甲基倍半硅氧烷、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑和三聚氰胺；石墨烯；氧化石墨烯；MAX相，例如Ti3AlC2；MXene，例如Ti3C2Tx，式中T为表面官能团，包括O、OH、H和Li；磷烯；以及单壁或多壁的碳纳米管。这些材料各自可以原样、以改性形式或以官能化形式单独使用或与任何上述材料结合使用。这些材料可以以粉末形式、分离形式、水性形式、悬浮液形式或烃溶剂化形式存在。将这些材料引入燃料系统100或润滑系统可以在烃流体注入或循环之前或与烃流体注入或循环结合发生。
在一个实施方式中，接触表面可以具有双重电荷。双重电荷表面可以包括带负电荷的官能团和带正电荷的官能团。带负电荷的官能团和带正电荷的官能团可以存在于同一分子中形成两性离子结构。或者，带负电荷的官能团和带正电荷的官能团各自独立地存在于不同的分子中。双重电荷表面可以包括微通道(例如沸石型通道)。微通道的官能化或带电内部具有正ζ电位或表面电位，微通道的官能化或带电外部具有负ζ电位或表面电位。或者，微通道的官能化或带电内部具有负ζ电位或表面电位，微通道的官能化或带电外部具有正ζ电位或表面电位。
在一个实施方式中，接触表面表现出双重电荷排斥行为。除调节ζ电位或表面电位以具有预定的ζ电位或表面电位之外，这还可以通过使用在化学或物理上改性表面结构(例如根据焦炭前体分子的大小具有适当孔径的通道)的手段来实现。此种接触表面可以防止表面沉积和过滤器堵塞。
有利地，用于改变接触表面的ζ电位或表面电位的材料可在燃料系统100或润滑系统的宽工作温度范围内免于分解。
有利地，本公开的方面涉及化学调节燃料/油系统中内表面、化学捕集器或过滤器的ζ电位或表面电位以具有预定的ζ电位或表面电位，使得它们可以根据需要选择性地吸引或排斥流动路径的各个部分中的溶解的材料或“不溶物”，以减轻焦炭的形成和沉积。烃流体中带有正表面电荷的焦炭催化材料、金属离子、杂原子化合物和焦炭前体可通过静电吸引吸附到具有负ζ电位或表面电位的材料上，从而将它们从本体烃流体中消除。此外，可以通过烃流体输送系统上游的化学捕集器或过滤器(可以定期更换)来减少焦炭的形成和沉积，从而防止在本体烃流体中形成焦炭。具有负ζ电位或表面电位的表面也可以排斥任何带负电荷的焦炭前体(如果形成)。相反，可以定制表面以根据需要排斥流动路径中烃流体喷嘴组件的内壁、化学捕集器或过滤器表面的带正电的物质或甚至双重电荷。可以通过化学改性和/或涂层方法根据所需的表面电荷在表面上结合化学端基，来调节表面的ζ值。化学物质的选择可以确保在宽温度范围和各种烃流体组成上的可操作性和耐用性。
本公开的其他方面由以下条款的主题来提供。
部件，所述部件被配置为与烃流体接触，所述部件包括壁，所述壁具有接触表面，所述接触表面被配置为与烃流体接触，其中，所述接触表面具有预定ζ电位或表面电位，使得所述接触表面选择性排斥或吸引焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
根据前述条款所述的部件，其中，所述接触表面的预定ζ电位或表面电位为负。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面用官能团官能化，所述官能团包括羧基、羟基、过氧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基或卤化物中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面包括二氧化硅、硅酸盐或铝硅酸盐中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面包括聚酰胺或聚酰亚胺。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面的预定ζ电位或表面电位为正。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面用胺基官能化。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面包括具有质子化的伯胺基、仲胺基、叔胺基，或季胺基的聚合物。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面具有双重电荷。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面包括带负电的官能团和带正电的官能团。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面包括微通道，微通道的内部与微通道的外部带相反电荷。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述烃流体包含Jet A、JetA1、JP-8、JP8+100、JP-5、SAF、航空涡轮中使用的润滑油、动力涡轮中使用的润滑油或汽车中使用的发动机和变速箱润滑油中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述接触表面包含钴铬合金、钴基合金、镍基合金或铁基合金中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述烃流体包含铅、铜、锌、钴、铁、镍、铬、锰、钒或镁中的至少一种的阳离子。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体包含：氮丙啶、环氧乙烷、硫杂环丙烷、氧杂环丁烷、氮杂环丁烷、硫杂环丁烷、四氢呋喃、1,2-二恶烷、1,4-二恶烷、吡咯烷、哌啶、硫醇(R-S-H)、硫醚(R-S-R)、二硫醚(R-S-S-R')或它们的衍生物中的至少一种的非芳香族杂原子烃。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种包含：氮丙啶、环氧乙烷、硫杂环丙烷、氧杂环丁烷、氮杂环丁烷、硫杂环丁烷、四氢呋喃、1,2-二恶烷、1,4-二恶烷、吡咯烷、哌啶、硫醇(R-S-H)、硫醚(R-S-R)、二硫醚(R-S-S-R')或它们的衍生物中的至少一种的非芳香族杂原子烃。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体包含：呋喃、吡咯、噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、吡啶、吲哚、苯并呋喃、咔唑、喹啉、异喹啉、咪唑、恶唑、吡唑、哒嗪、嘧啶、嘌呤、苯酚、苯胺或它们的衍生物中的至少一种的芳香族杂原子烃。
根据前述条款中任一项所述的部件，其中，所述焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种包含：呋喃、吡咯、噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩、吡啶、吲哚、苯并呋喃、咔唑、喹啉、异喹啉、咪唑、恶唑、吡唑、哒嗪、嘧啶、嘌呤、苯酚、苯胺或它们的衍生物中的至少一种的芳香族杂原子烃。
燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括喷嘴组件，其中，前述条款中任一项所述的部件为喷嘴组件，接触表面为所述喷嘴组件的内表面。
系统，所述系统用于减少焦炭形成，所述系统包括：罐，所述罐具有第一预定ζ电位或表面电位；燃料输送组件，所述燃料输送组件流体连接至相对于所述罐的下游；以及喷嘴组件，所述喷嘴组件流体连接至相对于所述燃料输送组件的下游；其中，前述条款中任一项所述的部件为燃料输送组件和喷嘴组件中的一种以上，接触表面为燃料输送组件和喷嘴组件中的一种以上的内表面，所述接触表面具有不同于第一预定ζ电位的第二预定ζ电位，使得所述接触表面选择性排斥或吸引焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
系统，所述系统用于减少焦炭形成，所述系统包括：罐，所述罐具有第一预定ζ电位；燃料输送组件，所述燃料输送组件流体连接至相对于所述罐的下游；以及喷嘴组件，所述喷嘴组件流体连接至相对于所述燃料输送组件的下游；其中，前述条款中任一项所述的部件为燃料输送组件和喷嘴组件中的一种以上，接触表面为燃料输送组件和喷嘴组件中的一种以上的内表面，所述接触表面具有不同于第一预定ζ电位的第二预定ζ电位，使得所述接触表面选择性排斥或吸引焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
根据前述条款所述的系统，其中，所述燃料输送组件包括化学捕集器，所述化学捕集器的ζ电位或表面电位为负，使得从所述系统中去除焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
根据前述条款所述的系统，其中，所述燃料输送组件包括化学捕集器，所述化学捕集器的ζ电位为负，使得从所述系统中去除焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的系统，其中，所述燃料输送组件包括双重电荷过滤器。
部件，所述部件被配置为与烃流体接触，所述部件包括壁，所述壁具有接触表面，所述接触表面被配置为与烃流体接触，其中，所述接触表面具有预定表面电位，使得所述接触表面选择性排斥或吸引焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
用于减少烃流体输送期间焦炭形成的方法，所述方法包括：调节部件的接触表面的ζ电位或表面电位；以及注入或循环烃流体，使得所述接触表面与烃流体接触；其中，所述接触表面选择性地吸引或排斥烃流体中存在的焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
根据前述条款所述的方法，其中，所述接触表面的ζ电位或表面电位为负。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面用官能团官能化，所述官能团包括羧基、羟基、过氧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基或卤化物中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面包括二氧化硅、硅酸盐或铝硅酸盐中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面包括聚酰胺或聚酰亚胺。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面的ζ电位或表面电位为正。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面用胺基官能化。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面包括具有质子化的伯胺基、仲胺基、叔胺基，或季胺基的聚合物。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面具有双重电荷。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面包括带负电的官能团和带正电的官能团。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面包括微通道，所述微通道的内部与微通道的外部带相反电荷。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述烃流体包括Jet A、Jet A1、JP-8、JP8+100、JP-5、SAF、航空涡轮中使用的润滑油、动力涡轮中使用的润滑油或汽车中使用的发动机和变速箱润滑油中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述接触表面包括钴铬合金、钴基合金、镍基合金或铁基合金中的至少一种。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述烃流体包含铅、铜、锌、钴、铁、镍、铬、锰、钒或镁中的至少一种的阳离子。
根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体包括：氮丙啶、环氧乙烷、硫杂环丙烷、氧杂环丁烷、氮杂环丁烷、硫杂环丁烷、四氢呋喃、1,2-二恶烷、1,4-二恶烷、吡咯烷、哌啶、硫醇(R-S-H)、硫醚(R-S-R)、二硫醚(R-S-S-R')或它们的衍生物中的至少一种的非芳香族杂原子烃。
尽管前面的描述针对各种示例性实施方式，但是应注意，可以在不偏离本公开的精神或范围的情况下进行其他变化和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。此外，结合一个实施方式描述的特征可以结合其他实施方式使用，即使上文没有明确说明。

Claims (10)

1.部件，所述部件被配置为与烃流体接触，所述部件包括：
壁，所述壁具有接触表面，所述接触表面被配置为与烃流体接触，其中，所述接触表面具有预定ζ电位，使得所述接触表面选择性排斥或吸引焦炭催化材料、金属离子、杂原子烃或焦炭前体中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的部件，其中，所述接触表面的预定ζ电位为负。
3.根据权利要求2所述的部件，其中，所述接触表面用官能团官能化，所述官能团包含羧基、羟基、过氧基、硫酸基、磺酸基、磷酸基或卤化物中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的部件，其中，所述接触表面包含二氧化硅、硅酸盐或铝硅酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的部件，其中，所述接触表面包含聚酰胺或聚酰亚胺。
6.根据权利要求1所述的部件，其中，所述接触表面的预定ζ电位为正。
7.根据权利要求6所述的部件，其中，所述接触表面用胺基官能化。
8.根据权利要求6所述的部件，其中，所述接触表面包含具有质子化的伯胺基、仲胺基、叔胺基，或季胺基的聚合物。
9.根据权利要求1所述的部件，其中，所述接触表面具有双重电荷。
10.根据权利要求9所述的部件，其中，所述接触表面包含带负电的官能团和带正电的官能团。
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