CN105377769B - 利用电磁场来减少反应器***中的腐蚀的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请描述了用于减少诸如超临界水气化***的反应器***的组件的腐蚀的***和方法。载流元件可以围绕***组件的外表面布置，***组件诸如为阀门、导管、加热器、预加热器、反应器容器和/或换热器。载流元件可以为连续螺线管、环件、管道或棒的形式，包含诸如铜的导电材料。电流可以施加到载流元件上以在***组件内产生电磁场。电流可以在***组件内产生电磁场。电磁场可以迫使在流经***组件的流体内移动的腐蚀性离子在远离***组件的内表面的路径中移动。

Description

利用电磁场来减少反应器***中的腐蚀的***和方法
背景技术
超临界水气化***能够由通常视为废物的(诸如生物废料)或非清洁燃料源(包含煤和其他化石燃料在内)的原料来生产相对清洁的氢基燃料。在超临界水气化处理中，水在防止水转变成蒸汽的高压(例如，约22兆帕斯卡)下被加热到极高的温度(例如，超过约647开尔文)。在该温度下，水变得反应性极强并且能够将原料浆料分解以生成富氢燃料。由于水被加热到这些高温，所以水(“超临界水”)会由于腐蚀性离子的析出而腐蚀性极高(例如，在约570开尔文到约647开尔文的温度范围内)。
用来管理由于超临界水引起的腐蚀的常规技术涉及到不断更换被腐蚀的零件或者由耐腐蚀材料构造***组件，其中耐腐蚀性材料昂贵且大多无效。这些技术可能过于耗时且成本过高，因为腐蚀性离子仍然接触***组件的表面，这最终会导致表面毁坏。因此，尚没有这样一种通过影响腐蚀性离子流动经过超临界水气化***的组件来防止腐蚀性离子接触组件表面而运行的减少腐蚀的方法。
发明概述
本公开不限于所描述的特定的***、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型或实施例的目的，不意在限制范围。
如在该文件中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文明确做出规定。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发明而先于本公开的权利。如在该文件中使用的，术语“包括”意思是“包含，但不限于”。
在实施例中，构造为减少其腐蚀的反应器***可以包括至少一个载流元件，其布置成接近反应器***的至少一部分的表面。至少一个泵可构造为迫使其中布置有腐蚀性离子的流体通过所述反应器***的至少一部分。该***可以包括电流发生器，该电流发生器构造为使电流通过至少一个载流元件以在反应器***内产生电磁场，其中电磁场起到通过迫使腐蚀性离子的至少一部分远离反应器***的内表面来减少腐蚀的作用。
在实施例中，用于反应器***的腐蚀减少方法可以包括：提供反应器***，该反应器***具有接近反应器***的至少一部分的表面的至少一个载流元件。其中布置有腐蚀性离子的流体可以移动通过反应器***的至少一部分。电流可以通过至少一个载流元件而在反应器***的至少一部分内产生电磁场，由此电磁场迫使腐蚀性离子的至少一部分远离反应器***的内表面。
在实施例中，构造为减少其腐蚀的反应器***的制造方法可以包括：提供反应器***，该反应器***具有接近反应器***的至少一部分的表面的至少一个载流元件。至少一个泵可构造为迫使其中布置有腐蚀性离子的流体通过反应器***的至少一部分。至少一个载流元件可连接到电流发生器，该电流发生器构造为使电流通过至少一个载流元件，使得在反应器***内产生电磁场，电磁场起到通过迫使腐蚀性离子中的至少一部分远离反应器***的内表面来减少腐蚀的作用。
在实施例中，减少煤气化超临界水反应器***中的腐蚀的方法可以包括：围绕超临界水反应器***的反应器容器的亚临界区的至少一部分布置至少一个载流元件。其中布置有腐蚀性离子的煤浆料可以从亚临界区到超临界区移动通过反应器容器。电流可以通过至少一个载流元件而在反应器容器内产生电磁场。电磁场可以迫使腐蚀性离子中的至少一部分远离反应器容器的内表面。
附图说明
图1描绘了根据一些实施例的示例性的超临界水***。
图2A描绘了根据第一实施例的与载流元件相关联的***组件。
图2B描绘了根据第二实施例的与载流元件相关联的***组件。
图2C描绘了根据第三实施例的与载流元件相关联的***组件。
图3描绘了根据实施例构造的示例性超临界水气化***的部分。
图4A和4B描绘了根据一些实施例的***组件内的磁场的一些效应的具体视图。
图5描绘了根据一些实施例的载流元件产生的示例性磁场的俯视图。
图6描绘了根据一些实施例的载流元件产生的示例性磁场的剖视图。
图7描绘了通过根据一些实施例构造的具有缩小直径的载流元件所产生的示例性磁场的剖视图。
图8描绘了通过根据实施例构造的具有缩小直径的***组件所产生的示例性磁场的剖视图。
图9A描绘了根据第一实施例的包括电磁体的示例性载流元件。
图9B描绘了根据第二实施例的包括电磁体的示例性载流元件。
图10描绘了根据第三实施例的包括电磁体的示例性载流元件。
图11描绘了减少超临界水气化***中的腐蚀的示例性方法的流程图。
发明详述
在说明书中使用的术语仅为了描述特定的变型或实施例的目的，而不意在限制范围。
本公开一般地涉及一种用于减少包含在超临界水反应***中的反应器***内的腐蚀的***和方法。特别地，实施例提供了对流经诸如超临界水反应器***以及超临界水气化***中的反应器***组件(“***组件”)的流体施加电磁影响，电磁影响起到迫使存在于流体中的腐蚀性离子远离***组件表面的作用。对流体的电磁影响起到实现磁泳的作用，磁泳是在磁场的影响下分散磁性粒子和/或带电粒子相对于流体的运动。根据一些实施例，***组件可以与载流元件相关联，该载流元件构造为响应于电流通电而在***组件内产生电磁场。电磁场可以起到对穿过***组件的诸如超临界流体的流体内的离子的路径产生影响的作用。在实施例中，本领域普通技术人员公知的洛伦兹力可以通过电磁场来产生以影响离子的路径。通过这种方式，***组件表面的腐蚀可减轻，这是因为可以防止在反应器***运行期间存在的流体内的腐蚀性离子与表面材料反应而引起腐蚀。在一些实施例中，反应器可以是超临界水反应器。
图1描绘了根据一些实施例的示例性的超临界水气化***。如图1所示，超临界水气化***100可以包括用于将浆料155引入***的原料入口130。例如，浆料155可以包括高压浆料给料。浆料155可以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，微藻液、生物残渣、生物废物或类似物)、煤浆料以及其他化石燃料，以及可氧化废物。因此，超临界水气化***100可构造为作为各种气化***运行，这些气化***包括但不限于煤气化***、生物质气化***、废物氧化***、氢处理反应器和增压水反应器。浆料155连同空气150和流体135一起，可以馈送到加热器105中，加热器诸如为气体点火加热器。在实施例中，流体135可以包括水。浆料155与流体135的组合可以在加热器105中加热。诸如蒸汽140和烟道气体145的一些气体可以从加热器105排出，例如，保持加热器105内的压力。浆料155与流体135的组合可以馈送到反应器容器110中。
在反应器容器110内，流体135可以在压力下加热而变成超临界流体。用于产生超临界流体的温度和压力可取决于流体及其组分的类型(例如，在不同温度和压力下离子的类型和浓度)。在流体135包括水的实施例中，流体可以在至少约23兆帕斯卡的压力下被加热到至少约647开尔文而变成超临界流体。在超临界水气化过程中，流体135可以被加热到其他的温度而变成超临界流体，包括约650开尔文、约700开尔文、约800开尔文、约900开尔文、约950开尔文、或者在这些值中的任意两个值之间的范围(包括端点)。处于超临界温度下的流体135在超临界水气化处理中可以处于各种压力，诸如约22兆帕斯卡，约23兆帕斯卡，约24兆帕斯卡，约25兆帕斯卡，约30兆帕斯卡，或者在这些值中的任意两个值之间的值(包括端点)。
处于超临界条件下的流体135(“超临界流体”)包括腐蚀性离子，诸如各种无机盐的离子。腐蚀性离子可对超临界水气化***100的组件具有强腐蚀性，这些部件诸如为***组件的内表面，***组件包括加热器105、反应器容器110，和/或将组件连接在一起的任何管道。在实施例中，腐蚀性离子可以包括负离子和/或正离子。负离子的非限制性的示例包括氯离子、氟离子、二价硫离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子、磷酸根离子、硝酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、氢氧离子、氧离子和氰离子。
超临界流体135可以与反应器容器110内的浆料155反应以产生反应器产物160。在实施例中，流体135可以包括被构造为利于反应的一种或多种催化剂，诸如氯、硫酸盐、硝酸盐以及磷酸盐。反应器产物160可以移动通过一个或多个换热器，诸如热回收换热器115以及冷却换热器125。可以提供气体/流体分离器120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，诸如流体废液、灰和炭。燃料气体产物165可以包括任何能够在超临界条件下响应于与流体135反应而由浆料155产生的燃料。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。
在超临界水气化处理期间，流体135可以在超临界水气化***100内在不同的压力下被加热到上述超临界温度之外的各种温度。除了超临界条件之外，流体135可以处于亚临界条件，其中流体135在压力下处于超临界温度以下的高温。在流体135包含水的实施例中，亚临界水的温度可以是约600开尔文、约610开尔文、约620开尔文、约630开尔文、约647开尔文、或者在这些值中的任意值之间的范围内(包含端点)的温度。在流体135包含水的实施例中，处于亚临界温度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)。亚临界流体135还可以包括对于超临界水气化***100的***组件具有强腐蚀性的腐蚀性离子。
提供图1所示的超临界水反应器***100仅为示例性的目的，其可以根据需要包含更多或更少的组件，诸如一个或多个阀门、预加热器、反应器容器、用于泵送流体135通过***的泵以及本领域普通技术人员已知的其他组件。
图2A描绘了根据第一实施例的与载流元件相关联的***组件。如图2A所示，载流元件210可以围绕***组件205的外表面布置。***组件205可以包括各种***组件，其构造为在超临界水气化处理期间接收其中布置有腐蚀性离子的流体。在该实施例中，载流元件210可构造为包含一个或多个电线的棒或管。载流元件210可构造为由纵向的载有直流的电线环绕***组件205的一部分。在实施例中，电线可以具有较低的电阻以及较高的电容容量。在实施例中，电线可以独立地绝缘，每根电线可以载有沿相同方向的电流。
对载流元件210通电可以起到在***组件205内产生电磁场的作用。环绕电线的场的组合可以产生磁场，诸如图5和图6所示的磁场。该组合场的强度及其到***组件205以及任何在其中流动的流体的贯入度可取决于流经每根电线的电流量、电线数量和/或***组件直径，以及其他因素。所需的棒、管和/或电线的数量可取决于***组件205的各种特性，诸如***组件的周长以及提供穿过***组件的充足电流容量所需的电线直径。实施例提供的是，一些或全部的载流元件210可以绝缘或者非绝缘，并且可以定位在***组件205的外表面上或者周围，或者嵌入***组件的壁内。
在实施例中，载流元件210的棒、管和/或电线可以紧密地包装在一起以产生均匀的内场。在该实施例中，低电压可足以允许传导以及保持由电阻产生可管控水平的热。在实施例中，大直径铜棒和/或管可以允许增加电流量，例如过大105安培的数量级；然而，根据本文所描述的实施例，较低的电流水平也可用于产生磁场。
通电后的载流元件210会产生热。在实施例中，一些或全部的过量热可用来加热***组件205内的流体。在另一实施例中，一些或全部的载流元件210可以在外部进行冷却，例如，通过将热引导至现有的换热器或者通过由于使浆料通过***组件205而冷却。线圈的电阻越低，电阻热损低效性以及所需的线圈冷却越少。
图2B和2C分别描绘了根据第二实施例和第三实施例的与载流元件相关联的***组件。如图2B和图2C所示，***组件205可以具有与其相关联的载流元件215、220。载流元件215、220可以包括围绕***组件205的外表面定位的一个或多个同心环件。根据一些实施例，载流元件215、220可以包括单个整体式螺线管，其中每个环件连接到至少一个其他的环件上。根据其他实施例，载流元件215可以包括多个分离的环件。在图2B所示的第二实施例中，每个环件具有相同或基本相同的尺寸。
在图2C所示的第三实施例中，环件被定不同的尺寸以产生锥形的载流元件220。在实施例中，锥形载流元件220可构造为围绕***组件205的外表面缠绕的锥形螺旋线线圈。在另一实施例中，锥形的载流元件220可构造为具有不同直径的一套环件。根据一些实施例，锥形的载流元件220的线圈可以在***组件205的流体入口处具有较大的直径，其在线圈末尾处稳定地减小至较小的直径。通过这种方式，锥形的载流元件220的线圈可构造为围绕***组件205的敏感区域以及距离敏感区域任一侧较小距离。在实施例中，锥形的载流元件220的线圈可由与图2B所示的第二实施例中的传导电线相同或相似的绝缘高传导率材料构成。
对载流元件215、215、220通电可以起到在***组件205内产生磁场的作用。下面描述的图6描绘了由于对图2A和图2B所描绘的一个载流元件和/或多个载流元件210、215通电所产生的示例性的电磁场。下面描述的图7描绘了由于对诸如图2C所示载流元件220的锥形的载流元件通电而得到的示例性的电磁场。
载流元件或***210、215、220可构造为产生各种强度的磁场。电流以及线圈密度越大，磁场越强。例如，线圈密度必须高以便产生均匀的磁场。在实施例中，线圈密度可以是每米包含约100匝线圈。另外，实现特定的磁场所要求的电量可以取决于各种因素，包括***组件705和/或载流元件或***210、215、220的尺度、结构和位置。根据一些实施例，磁场的强度可以为约10微特斯拉，约100微特斯拉、0.5特斯拉、约1特斯拉、约2特斯拉、约3特斯拉，或在这些值中的任意两个值之间的范围内(包含端点)。可以利用各种方法对载流元件215、215、220通电，包括但不限于直流、交流和高频交流。根据实施例，高频交流可以为约100千赫、约200千赫、约300千赫、约400千赫、约500千赫、或者在这些值中的任意两个值之间的范围内(包含端点)。
图3描绘了根据实施例构造的示例性超临界水气化***的一部分。如图3所示，超临界水气化***可以包括加热器310，该加热器与反应器容器305流体连通，反应器容器305与换热器315流体连通。流体325可以在被馈送到反应器容器305之前在加热器310中进行加热。根据一些实施例，流体325可以在加热器310和换热器315内处于亚临界状态，并且可以在反应器容器305的至少一部分内处于超临界状态。可以从反应器容器305中释放浆料与超临界水反应的各种副产物330，诸如熔渣。可以从换热器中释放通过超临界水气化处理产生的增压合成气体335。
组件305、310、315中的一个或多个可以与载流元件320相关联。组件305、310、315中的一个或多个可以由各种材料制成，诸如常见的耐腐蚀金属，包括但不限于镍合金、铬-钼合金、非磁性铁基合金、和/或一些陶瓷材料。这些材料通常是不可磁化的，典型地不具有高磁导率，和/或不能将内部处理屏蔽于大的磁场。如图3所示，载流元件320可以围绕加热器310的外表面和换热器315来布置(例如，超临界水气化***的前超临界区和后超临界区或者前亚临界区和后亚临界区)。利用通过对载流元件320通电所产生的磁场来限制溶液中载有的离子是一种防止破坏性离子反应物接触到***组件的内表面的可靠的方法，***组件诸如为加热器310和换热器315。
图4A描绘了根据一些实施例的***组件内的磁场的一些效应的具体视图。如图4A所示，载流元件410可以围绕***组件405的外表面布置。图4B所示的图4A的详细视图425图示出流经***组件405的流体中的新溶解的离子的流路415。如图4B所示，响应于通过对载流元件410的线圈430通电所产生的磁场而生成的洛伦兹力，流路415远离***组件405的内表面420流动。由于流路415的方向远离内表面420，所以离子浓度435从***组件405的中心到内表面420逐渐降低。
因此，载流元件410可以起到将磁敏感粒子从大量流体(例如，浆料)中分离出的作用。磁敏感粒子可以包括负离子、正离子、铁磁粒子和/或非铁磁粒子。根据一些实施例，负离子可以磁敏感粒子中腐蚀性最强的一种，因此，与其他磁敏感粒子相比，最小化负离子与组件表面接触可以对减轻腐蚀具有更大的影响。在一些其他的实施例中，所有的磁敏感粒子可以对组件表面具有基本相同的腐蚀效果。
通过对诸如图4B所示线圈430的载流元件410通电而产生的磁场可以包括各种特性。例如，可以基于***组件和/或任何流体(例如，浆料、超临界水、亚临界水等)的特点来选择磁场的特性。在实施例中，交流电磁场可用来通过感应这些运动而消除对经过***组件的、外部驱动的直接且恒定的离子流的依赖。交流场还可以产生***组件(例如，加热器或熔炉)的内容物的介电物及离子阻力加热，并且感应在其外壳中的电阻性加热。通过这种方式，交流场可以贡献于在超临界水气化***内水、浆料和/或其他流体的加热。
图5描绘了根据一些实施例的载流元件产生的示例性磁场的俯视图。如图5所示，***组件515可以具有围绕其外表面布置的载流元件505。例如，载流元件505可以包括与图2所描绘的载流元件210的多个元件相同或相似的多个棒。在实施例中，载流元件505可以包括多个载有直流的电线。在图5所示的实施例中，经过多个棒的电流的方向流入页面，从而产生包括多条磁场线的磁场510。随着载有腐蚀性离子的流体流经磁场510，一些或全部腐蚀性离子的流动方向会受磁场影响，例如，远离***组件515的内表面。
图6描绘了根据一些实施例的载流元件产生的示例性磁场的剖视图。如图6所示，***组件605可以具有围绕其外表面布置的载流元件610。例如，载流元件610可以包括类似于图2A所示的载流元件210的多个棒。载流元件610可以由电源(未示出)来通电，产生磁场620。在图6中，依照电流方向625，点表示磁场指向页面外，x指示磁场指向页面内。磁场620可以起到影响离子在自离子溶解点650起的流体内的路径615的作用。
在图6所示的实施例中，***组件605可以包括反应器容器，其中流体沿特定的方向630流经多个区635、640、645。所述多个区可以包括但不限于低腐蚀区645、高腐蚀区640以及超临界区635。在低腐蚀区645中，流体可以处于比500开尔文低的温度，离子浓度可以相对于高腐蚀区645和超临界区635低。在高腐蚀区640中，流体(例如，煤浆料)可以处于约570开尔文至约647开尔文的温度。高腐蚀区640中的离子浓度例如在约624开尔文显著增大。在该温度以上，离子会开始析出，离子产物可以减少，使得在高腐蚀区640内得到更具腐蚀性的流体。在超临界区635中，流体可以处于约647开尔文以上的温度，腐蚀性离子已经从流体中去除。
如图6所示，均匀循环磁场620在垂直于场行进的移动溶质负离子上的磁泳作用可起到改变离子的路径615的作用。例如，当电流正在特定的电流方向625上流动时，负离子被迫进入净漂移区而远离***组件605的内表面。在电流方向与电流方向625相反的实施例中，正离子会受到相同的效应。磁场随着远离电线而弱化，因此磁场随着远离内表面而弱化。根据一些实施例，仅需要防止与内表面接触以及相互作用。因此，磁场梯度可允许仅在需要的地方存在高强度场且可以减少螺旋对着内表面的离子的入射。
图7描绘了由根据一些实施例构造的具有缩减直径的载流元件所产生的示例性磁场的剖视图。如图7所示，***组件720可以具有围绕其外表面布置的载流元件705。例如，载流元件705可以包括与图2C所示的锥形载流元件220相同或相似的螺旋线圈。载流元件705可以由电源(未示出)通电，产生磁场710。磁场710可以起到影响离子在源自离子溶解点745的流体内的路径715的作用。
***组件720可以包括反应器容器，其中流体沿特定方向725流经多个区730、735、740。根据一些实施例，***组件720可以包括连续超临界水煤气化***的反应器容器。所述多个区可以包括但不限于低腐蚀区740、高腐蚀区735以及超临界区730，类似于上文参考图6所描述的区645、640、635。如图7所示，由具有缩小直径的载流元件705产生的磁场710会产生收敛，保持现有的离子处于中央位置且引起新溶解离子745的中央迁移。载流元件705的每个“环件”可以由数百或数千匝一定长度绝缘线的绕组构成，例如，按照类似于本领域普通技术人员公知的电感器的方式。因此，载流元件705能够由于大数量的绕组而根据适当的电流产生大的磁场。根据一些实施例，沿着与线圈中相同的角方向均匀地围绕这些环件流动的电流可以起到产生具有相同或基本相同形状的总体场的作用。在实施例中，可以通过在超导条件下使用这些环件来实现性能增益。
由于作用于***组件720内的移动的带电粒子(例如，流体中的腐蚀性离子)上的洛伦兹力，通过载流元件705产生的强磁场710可以起到当粒子流方向和磁场平行时将带电粒子限制为绕着磁场线振荡的作用，如图7所示。图7所示的磁场710可以起到限制溶液中的负离子和正离子的作用。
横过螺线管内径的磁场几乎恒定，并且其磁通密度随着直径减小而增加。载流元件705的螺线管或离散环件的锥形直径可以使得磁场线的方向随着磁场直径缩减且***组件705的直径保持恒定而移动远离***组件720的内表面。因此，现有的和新溶解的离子745由于实现的离子漂移被移除而不在敏感区中与内表面相接触，最小化暴露幅度和持续时间。在实施例中，可以施加连续的直流以产生具有图7所示的形状的静态磁场710。该磁场710对带电粒子745的影响源自于由于流体的流动而引起的粒子通过***组件720的运动。所实现的磁泳会使得离子朝向***组件720的中央且远离其内表面漂移。
图7所示的离子漂移可以利用各种可选的***构造来实现。例如，图8描绘了根据实施例的由具有缩小直径的***组件产生的示例性磁场的剖视图。如图8所示，***组件820可以具有围绕其外表面布置的载流元件805。例如，载流元件805可以包括与图2B所示的载流元件215相同或相似的螺旋线圈。载流元件705可以由电源(未示出)来通电，产生磁场810。磁场810可起到影响离子在源自于离子溶解点845的流体内的路径815的作用。
***组件820可以包括反应器容器，其中流体沿特定的方向845流经多个区825、830、835。所述多个区可以包括但不限于低腐蚀区835、高腐蚀区830以及超临界区825，分别类似于上文参考图6和图7所描述的区645、640、635以及区730、735、740。***组件820可以成锥形，例如在低腐蚀区835中具有较小的直径，通过高腐蚀区830具有渐增的直径。***组件820可以在超临界区825内的点处停止成锥形，对于***组件的其余长度，直径可保持恒定。
图9A和图9B分别描绘了根据第一实施例和第二实施例的包括电磁体的示例性载流元件。如图9A所示，载流元件910可以围绕***组件915的外表面布置，***组件诸如为反应器容器或加热器。载流元件910可以由一个或多个电磁体925构成。电磁体925的示例性的以及非限制的示例包括铁芯电磁体、铁氧体芯电磁体以及超导磁体。根据一些实施例，超导磁体可以包括铌钛和/或铌锡。
根据一些实施例，由于对载流元件910通电而产生的磁场可以在靠近***组件915的内表面的区域中最强。因此，磁场可以对于流体流920的方向提供如离子路径905所指示的对抗移动的带电离子的强斥力，引起朝向中央的漂移和横过***组件915直径的离子浓度梯度，最低的浓度靠近***组件的内表面。根据一些实施例，由于对载流元件910通电引起的磁场可以起到抵抗溶质离子的径向运动的作用，在类似于同步加速器四极和多极聚焦阵列的运行模式下，在***组件915的内表面处效果最强。
实施例提供的是，可以调节载流元件910内的电磁体925的数量和/或一些特性以及环件的数量以提供各种磁场特性。例如，这种磁场特性可以包括在***组件915内的更加均匀和/或更大的磁场。例如，可以选择电磁体925的形状沿着***组件915的长度沿纵向延伸以免除对于多级的需要。在另一实例中，例如当平衡内表面的壁保护与功率需求时，可以调节由电流所确定的每个电磁体925的强度以提供适当的贯入流体的深度。
图9B所示的载流元件930包括较大数量的较小电磁体935。根据一些实施例，载流元件930的结构可起到在***组件915内提供更均匀磁场的作用。
图10描绘了根据第三实施例的包括电磁体的示例性载流元件。如图10所示，载流元件1000可以包括纵向伸长的四极子。每个四极子可以包括绕着磁芯材料1005缠绕的线圈1010。***组件(未示出)可以布置在载流元件1000的中央孔内。根据一些实施例，由于载流元件1000的每个电磁体产生的磁场的叠加可以在***组件内产生总体内磁场，其使得离子迁移到***组件的中心，从而减少接触其内表面的腐蚀性离子的数量。
图11描绘了减少超临界水气化***中的腐蚀的示例性方法的流程图。载流元件可以设置成接近***组件的表面，1105。例如，包括铜丝的连续螺线管可以围绕加热器的外表面布置。***组件可构造成接收其中布置有腐蚀性离子的流体，使得流体流经***组件，1110。例如，加热器可以包括入口，该入口构造为接收通过超临界水气化***借助一个或多个泵泵送的浆料。加热器可构造为例如在浆料馈送到反应器容器之前加热浆料。浆料可以具有腐蚀性离子，诸如氯离子、氟离子和/或二价硫离子。
电流可以通过载流元件以在***组件内产生电磁场，1115。例如，电源可以将直流提供给被构造为螺线管的载流元件。穿过螺线管的直流可以起到在***组件内产生电磁场的作用。电磁场可以迫使腐蚀性离子的至少一部分远离***组件的内表面，1120。例如，电磁场可以提供使得离子远离***组件的内表面且朝向***组件的中央区域流经***组件的洛仑兹力。通过这种方式，接触内表面的腐蚀性离子减少或消除，减轻内表面腐蚀的原因。
示例
示例1：连续螺线管载流元件
超临界水煤气化***将构造为由煤-水浆料产生合成气体，该合成气体包含按体积计量的至少约50％的H2。煤-水浆料将在由镍合金材料制成的预加热器容器内加热到约900开尔文的超临界温度。煤-水浆料将流经预加热器容器，在约450开尔文下进入低腐蚀区，移动通过高腐蚀区，在该腐蚀区中，煤-水浆料在被加热到超临界区内的超临界温度之前被加热到约570开尔文。预加热器容器内的压力将保持在约25兆帕斯卡。煤-水浆料将包含对预加热器容器的镍合金内表面有腐蚀性的离子，最高的浓度在高腐蚀区内。腐蚀性离子将包含氯离子、氟离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、氢氧离子、硫酸根离子和氧离子。
载流元件将围绕高腐蚀区的外表面布置。载流元件将包含紧密缠绕的铜丝的连续螺线管。电源通过提供沿着与煤-水浆料流经预加热器容器的方向相同的方向行进的直流来对载流元件通电。
在超临界水煤气化处理期间，煤-水浆料将流经预加热器容器。通电的载流元件将在预加热器容器内产生约2特斯拉的磁场。磁场将迫使磁敏感粒子在远离预加热器容器的内表面且朝向预加热器容器的大致中央区域的路径中流动。磁敏感粒子包括腐蚀性离子，包括正离子和负离子，诸如氯离子、氟离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、氢化物离子和氧离子。接触内表面的腐蚀性离子的数量将基本上消除，延长了反应器容器的使用寿命。
示例2：载流棒元件
超临界水煤气化***将构造为由煤-水浆料来产生包含H2和CH4的合成气体。煤-水浆料将在由铬钼材料制成的反应器容器内被加热至约850开尔文的超临界温度。煤-水浆料将流经反应器容器，在约450开尔文下进入低腐蚀区，移动通过高腐蚀区，在高腐蚀区中，煤-水浆料在被加热到超临界区内的超临界温度之前被加热到约570开尔文。反应器容器内的压力将保持在约25兆帕斯卡。煤-水浆料将包含对反应器容器的铬钼合金内表面有腐蚀性的离子，最高浓度在在高腐蚀区内。腐蚀性离子将包含负离子和正离子。
载流元件将围绕高腐蚀区的外表面布置。载流元件将包含被嵌入反应器容器的表面中的载流棒。载流单元将连接到第一电源，该第一电源将通过提供沿着与煤-水浆料流经反应器容器的方向相同的方向行进的直流来对载流元件通电。
在超临界水煤气化处理期间，煤-水浆料将流经反应器容器。响应于第一电源被通电，载流元件将在反应器容器内产生约1.5特斯拉的磁场。磁场将迫使煤浆料中的溶解的负离子在远离反应器容器的内表面且朝向大致中央区域的路径中流动。响应于第二电源通电，载流元件将在反应器容器内产生大约1.5特斯拉的磁场。磁场将迫使煤浆料中的溶解的正离子在远离反应器容器的内表面且朝向大致中央区域的路径中流动。接触内表面的包含正离子和负离子在内的腐蚀性离子的数量将基本上消除，延长了反应器容器的使用寿命。
示例3：锥形的螺线管载流元件
废物氧化气化***将构造为由废物浆料产生包含H2的合成气体。废物浆料将在约510开尔文下在亚临界区内进入加热器，并且将在流入与加热器流体连通的反应器容器之前被加热到约600开尔文。在510开尔文下，腐蚀性离子将溶解在废物浆料中，腐蚀性离子对加热器的内表面有腐蚀性。
载流元件将布置在亚临界区的外表面周围。载流元件将包含紧密缠绕的铜丝的锥形螺线管。电源通过提供沿着与煤-水浆料流经反应器容器的方向相同的方向行进的直流来对载流元件通电。通电的载流元件将产生约1.75特斯拉的磁场。磁场将引起离子漂移，离子漂移迫使溶解的离子移向加热器的中央，这保持了溶解离子的中央位置且引起新溶解离子的中央迁移。加热器中的废物浆料的腐蚀性效应将减轻，缩减了加热器的腐蚀。
示例4：电磁体载流元件
超临界水气化***将构造为由生物质-水原料来产生合成气体，合成气体包含H2、CO2、CH4和CO。生物质-水原料将处于液态生物质浆料的形式，其将在超临界水气化***的反应器容器中与超临界水反应而产生合成气体。生物质-水浆料将被导入***中且将在进入反应器容器之前在加热器中加热。加热器由非磁性铁基合金制造而成且将具有约2.5米的高度和约1.5米的周长。在将水-生物质流体馈送到反应器容器之前，加热器将水-生物质浆料在约22.1兆帕斯卡的压力下加热到约620开尔文的亚临界温度。在该亚临界温度下，水-生物质浆料将包含腐蚀性离子，诸如二价硫离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子、磷酸根离子、硝酸盐离子和氰离子。
包括以四个均匀间隔的电磁体成环布置的16个电磁体的载流元件，将围绕加热器的外表面布置。电磁体将包含铁芯电磁体。在超临界水气化处理期间对电磁体通电以在加热器内产生约2.5特斯拉的电磁场。电磁场将在加热器内部穿透约0.25米。流经加热器的二价硫离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子、磷酸根离子、硝酸盐离子和氰离子的路径将被迫远离加热器的内表面且朝向中央，使得接触内表面的这些离子的数量大幅度减少。
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，并且在不偏离本文呈现的主题的精神或范围的前提下，可以做出其它改变。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，能够在不偏离其精神和范围的前提下进行各种改进和变型。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，旨在使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、组分或生物***，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“包含”应解释为“包含但不限于”，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***”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***)。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***”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***)。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***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 (73)

1.一种构造为减少其腐蚀的反应器***，所述***包括：
至少一个载流元件，其布置成接近所述反应器***的至少一部分的表面，其中所述至少一个载流元件包括围绕所述反应器***的所述至少一部分布置的至少一个环件，所述至少一个环件被设定成不同的尺寸以成锥形，并且其中所述至少一个载流元件还包括布置在围绕所述反应器***的所述至少一部分布置的所述至少一个环件中的多个纵向伸长的四极子，其中所述多个纵向伸长的四极子中的每个纵向伸长的四极子包括绕着磁芯材料缠绕的线圈；
至少一个泵，其构造为迫使其中布置有腐蚀性离子的流体通过所述反应器***的所述至少一部分；以及
电流发生器，其构造为使电流通过所述至少一个载流元件以在所述反应器***内产生电磁场，其中所述电磁场运行以通过迫使所述腐蚀性离子的至少一部分远离所述反应器***的内表面来减少腐蚀。
2.如权利要求1所述的***，其中所述反应器***构造为超临界水反应器***。
3.如权利要求1所述的***，其中所述反应器***构造为如下中的一种：煤气化***、生物质气化***、废物氧化***、加氢处理反应器以及增压水反应器。
4.如权利要求1所述的***，其中所述流体包括如下中的一种：煤浆料和湿生物质。
5.如权利要求1所述的***，其中所述至少一个载流元件包括电线。
6.如权利要求5所述的***，其中所述电线包括绝缘高载流电线。
7.如权利要求5所述的***，其中所述电线包括李兹线。
8.如权利要求1所述的***，其中所述反应器***的所述至少一部分包括如下中的一个的至少一部分：反应器容器、预加热器、阀门、导管以及换热器。
9.如权利要求1所述的***，其中所述至少一个载流元件围绕预加热器的至少一部分布置。
10.如权利要求1所述的***，其中所述至少一个载流元件围绕换热器的至少一部分布置。
11.如权利要求1所述的***，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的至少一部分布置。
12.如权利要求1所述的***，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的超临界区的至少一部分布置。
13.如权利要求1所述的***，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的亚临界区的至少一部分布置。
14.如权利要求1所述的***，其中所述电磁场构造为通过洛伦兹力迫使所述腐蚀性离子中的至少一部分远离所述内表面。
15.如权利要求1所述的***，其中所述电磁场构造为迫使所述腐蚀性离子中的至少一部分远离所述内表面且进入所述反应器***的所述至少一部分的成为中央的区域。
16.如权利要求1所述的***，其中所述腐蚀性离子中的所述至少一部分包括负离子。
17.如权利要求16所述的***，其中所述负离子包括如下中的至少之一：氯离子、氟离子、二价硫离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子、磷酸根离子、硝酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、氢氧离子、氧离子和氰离子。
18.如权利要求1所述的***，其中所述腐蚀性离子中的所述至少一部分包括负离子和正离子。
19.如权利要求1所述的***，其中所述电流包括直流。
20.如权利要求19所述的***，其中所述电磁场包括静态磁场。
21.如权利要求1所述的***，其中所述电流包括交流。
22.如权利要求21所述的***，其中所述交流为约100千赫至约500 千赫。
23.如权利要求1所述的***，其中所述电磁场为约0.5特斯拉至约4特斯拉。
24.如权利要求1所述的***，其中所述电磁场为约2特斯拉。
25.如权利要求1所述的***，其中所述表面包括非可磁化材料。
26.如权利要求1所述的***，其中所述表面包括如下中的至少之一：镍合金、铬钼合金、非磁性铁基合金以及陶瓷。
27.一种用于反应器***的腐蚀减少方法，所述方法包括：
提供反应器***，所述反应器***具有接近所述反应器***的至少一部分的表面的至少一个载流元件，其中所述至少一个载流元件包括围绕所述反应器的所述至少一部分布置的至少一个环件，所述至少一个环件被设定成不同的尺寸以成锥形，并且其中所述至少一个载流元件还包括布置在围绕所述反应器***的所述至少一部分布置的所述至少一个环件中的多个纵向伸长的四极子，其中所述多个纵向伸长的四极子中的每个纵向伸长的四极子包括绕着磁芯材料缠绕的线圈；
使得其中布置有腐蚀性离子的流体移动通过所述反应器***的所述至少一部分；以及
使电流通过所述至少一个载流元件以在所述反应器***的所述至少一部分内产生电磁场，由此所述电磁场迫使所述腐蚀性离子的至少一部分远离所述反应器***的内表面。
28.如权利要求27所述的方法，进一步包括：将所述反应器***配置为超临界水反应器***。
29.如权利要求27所述的方法，进一步包括：将所述反应器***构造为如下中的一个：煤气化***、生物质气化***、废物氧化***、氢处理反应器以及增压水反应器。
30.如权利要求27所述的方法，其中所述流体包括煤气化处理的煤浆料。
31.如权利要求27所述的方法，其中所述流体包括生物质气化处理的湿生物质。
32.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个载流元件包括电线。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述电线包括绝缘高载流电线。
34.如权利要求32所述的方法，其中所述电线包括李兹线。
35.如权利要求27所述的方法，其中所述反应器***的所述至少一部分包括如下中的一个的至少一部分：反应器容器、预加热器、阀门、导管以及换热器。
36.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕预加热器的至少一部分布置。
37.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕换热器的至少一部分布置。
38.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的至少一部分布置。
39.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕所述反应器容器的超临界区的至少一部分布置。
40.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的亚临界区的至少一部分布置。
41.如权利要求27所述的方法，其中所述电磁场运行以通过洛伦兹力迫使所述腐蚀性离子中的至少一部分远离所述内表面。
42.如权利要求27所述的方法，其中所述电磁场运行，以迫使所述腐蚀性离子中的至少一部分远离所述内表面且进入所述反应器***的所述至少一部分的成为中央的区域。
43.如权利要求27所述的方法，其中所述腐蚀性离子中的所述至少一部分包括负离子。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述负离子包括如下中的至少之一：氯离子、氟离子、二价硫离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子、磷酸根离子、硝酸根离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、氢氧离子、氧离子和氰离子。
45.如权利要求27所述的方法，其中所述腐蚀性离子中的至少一部分包括负离子和正离子。
46.如权利要求27所述的方法，其中所述电流包含直流。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述电磁场包括静态磁场。
48.如权利要求27所述的方法，其中所述电流包含交流。
49.如权利要求48所述的方法，其中所述交流为约100千赫至约500千赫。
50.如权利要求49所述的方法，其中所述电磁场为约0.5特斯拉至约4特斯拉。
51.如权利要求27所述的方法，其中所述表面包含非可磁化材料。
52.如权利要求27所述的方法，其中所述表面包括如下中的至少之一：镍合金、铬钼合金、非磁性铁基合金以及陶瓷。
53.如权利要求27所述的方法，其中，当所述电流正通过所述至少一个载流元件时，由于所述流体导致的所述内表面的腐蚀速率较低，而当所述电流没有通过所述至少一个载流元件时，所述腐蚀速率较高。
54.一种制造被构造为减少其腐蚀的反应器***的方法，所述方法包括：
提供反应器***，所述反应器***具有接近所述反应器***的至少一部分的表面的至少一个载流元件，其中所述至少一个载流元件包括围绕所述反应器***的所述至少一部分布置的至少一个环件，所述至少一个环件被设定成不同的尺寸以成锥形，并且其中所述至少一个载流元件还包括布置在围绕所述反应器***的所述至少一部分布置的所述至少一个环件中的多个纵向伸长的四极子，其中所述多个纵向伸长的四极子中的每个纵向伸长的四极子包括绕着磁芯材料缠绕的线圈；
构造至少一个泵，以迫使其中布置有腐蚀性离子的流体通过所述反应器***的所述至少一部分；以及
将所述至少一个载流元件连接到电流发生器，所述电流发生器构造为使电流通过所述至少一个载流元件，使得在反应器内产生电磁场，所述电磁场运行以通过迫使所述腐蚀性离子的至少一部分远离所述反应器***的内表面来减少腐蚀。
55.如权利要求54所述的方法，进一步包括将所述反应器***构造为超临界水反应器***。
56.如权利要求54所述的方法，进一步包括将所述反应器***构造为如下中的至少之一：煤气化***、生物质气化***、废物氧化***、氢处理反应器以及增压水反应器。
57.如权利要求 54 所述的方法，其中所述至少一个载流元件包括电线。
58.如权利要求54所述的方法，其中所述反应器***的所述至少一部分包括如下中的至少一个的至少一部分：反应器容器、预加热器、阀门、导管以及换热器。
59.如权利要求54所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕预加热器的至少一部分布置。
60.如权利要求54所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕换热器的至少一部分布置。
61.如权利要求54所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的至少一部分布置。
62.如权利要求54所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的超临界区的至少一部分布置。
63.如权利要求54所述的方法，其中所述至少一个载流元件围绕反应器容器的亚临界区的至少一部分布置。
64.如权利要求54所述的方法，其中所述电流发生器构造为提供直流。
65.如权利要求54所述的方法，其中所述电流发生器构造为提供交流。
66.如权利要求54所述的方法，其中所述表面包含非可磁化材料。
67.如权利要求54所述的方法，其中所述表面包括镍合金。
68.一种减少煤气化超临界水反应器***中的腐蚀的方法，所述方法包括：
围绕所述超临界水反应器***的反应器容器的亚临界区的至少一部分布置至少一个载流元件，其中所述至少一个载流元件包括围绕所述反应器容器的所述至少一部分布置的至少一个环件，所述至少一个环件被设定成不同的尺寸以成锥形，并且其中所述至少一个载流元件还包括布置在围绕所述反应器***的所述至少一部分布置的所述至少一个环件中的多个纵向伸长的四极子，其中所述多个纵向伸长的四极子中的每个纵向伸长的四极子包括绕着磁芯材料缠绕的线圈；
使得其中布置有腐蚀性离子的煤浆料从所述亚临界区到超临界区移动通过所述反应器容器；
使电流通过所述至少一个载流元件以在所述反应器容器内产生电磁场；以及
经由所述电磁场迫使所述腐蚀性离子中的至少一部分远离所述反应器容器的内表面。
69.如权利要求68所述的方法，进一步包括：将所述反应器容器构造成，保留由于所述腐蚀性离子与所述电磁场之间的相互作用而产生的热以加热所述煤浆料。
70.如权利要求69所述的方法，其中所述煤浆料移动通过所述超临界水反应器容器的所述至少一部分，起到冷却所述至少一个载流元件的作用。
71.如权利要求68所述的方法，进一步包括：围绕所述超临界水反应器***的预加热器组件布置至少一个载流元件。
72.如权利要求68所述的方法，进一步包括：围绕所述超临界水反应器***的换热器组件布置至少一个载流元件。
73.如权利要求68所述的方法，其中，当所述电流正通过所述至少一个载流元件时，由于所述煤浆料导致的所述内表面的腐蚀速率较低，而当所述电流没有通过所述至少一个载流元件时，所述腐蚀速率较高。
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