[發明專利]一種可指示碳化程度的固液兩用高溫高壓碳化反應釜

有效

• 申請號: 202010563208.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111715146B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 蔣正武;楊巧
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B01J3/04
• 分類號: B01J3/04;B01J3/02;C01F11/18;C01F5/24
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種可指示碳化程度的固液兩用高溫高壓碳化反應釜，包括支撐架、反應釜體、釜蓋、攪拌件、加熱件、試件支架與碳化程度指示儀，其中，所述的反應釜體固定安置在支撐架上，所述的釜蓋蓋設在反應釜體上，并可與反應釜體組成密閉反應空腔，在釜蓋上可拆卸安裝伸入所述反應空腔的所述攪拌件，所述的加熱件設置在反應釜體內，所述的試件支架上可放置待反應的固體試件，在反應釜體內還安裝有對反應空腔冷卻的冷卻水盤管，所述碳化程度指示儀用于顯示反應釜內的試件的碳化程度，并連接伸入到反應釜體的反應空腔內的壓力傳感器。與現有技術相比，本發明通過簡單的設計可以實現多物料、適應多條件且可以高效調控的碳化反應，利用率高，成本低。

技術領域

本發明屬于碳化反應釜設備技術領域，涉及一種可指示碳化程度的固液兩用高溫高壓碳化反應釜。

背景技術

近年來利用碳封存手段減少二氧化碳氣體排放成為目前國內外普遍關注的減緩溫室氣體排放的重要技術之一。目前，國內外學者對各種具有碳化潛能的礦物質做了大量的研究，其研究通常采用加速碳化技術，總結起來主要分為液相碳化反應和固體的氣相碳化反應兩種。

碳封存主要是利用具有碳化活性的礦物質，如鈣、鎂類礦物質，與二氧化碳反應生成碳酸鹽物質，將二氧化碳以碳酸鹽的形式固定，形成粉狀或塊狀材料。液相碳化反應的基本原理是向含碳化活性礦物質的懸濁液中通入二氧化碳，通過持續攪拌的方式，在晶形控制劑或晶種的作用下制備出碳酸鹽，主要是獲得粉狀的碳酸鹽物質，如納米碳酸鈣等產物，也稱為氣液法。固相碳化反應是將粉狀的原材料制成塊狀的固體材料置于反應裝置中，通入二氧化碳，在一定的濕度環境下進行碳化，制備出塊體材料，也稱為氣固法。

常溫常壓下的自然碳化需要很長時間，因此在研究中主要采用加速碳化方式，提高反應溫度和壓力來加快碳化反應進程。目前使用的碳化反應裝置通常只能單用于氣液法或單用于氣固法，因此在研究中可能需要配備兩套設備，從而增加投入，占用更多場地，造成一定的浪費和管理上的麻煩。并且通常的碳化反應釜無法對釜內反應物料的碳化效果進行有效調控。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可指示碳化程度的固液兩用高溫高壓碳化反應釜。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明提出了一種可指示碳化程度的固液兩用高溫高壓碳化反應釜，包括支撐架、反應釜體、釜蓋、攪拌件、加熱件、試件支架以及碳化程度指示儀，其中，所述的反應釜體固定安置在支撐架上，所述的釜蓋蓋設在反應釜體上，并可與反應釜體組成密閉反應空腔，在釜蓋上可拆卸安裝伸入所述反應空腔的所述攪拌件，所述的加熱件設置在反應釜體內，并對反應空腔內部的反應體系加熱，所述的試件支架上可放置待反應的固體試件，并可安置在所述反應空腔內，在反應釜體內還安裝有對反應空腔冷卻的冷卻水盤管，所述的碳化程度指示儀還連接伸入到反應空腔內的壓力傳感器；

當攪拌件安裝在釜蓋上并伸入反應空腔內時，反應空腔適于進行氣液法碳化，當攪拌件從釜蓋上取下且將試件支架置于反應空腔內時，反應空腔適于進行氣固法碳化。

進一步的，該碳化反應釜還包括碳化程度指示儀，以及伸入到反應釜體內的反應空腔內并與碳化程度指示儀相連接的壓力傳感器，其中，碳化程度指示儀所顯示的碳化程度α與壓力傳感器所檢測的反應空腔內的壓力變化值Δp的關系具體為：

式中，Δp為反應空腔內的壓力變化值，kPa；V為反應空腔的容積，L；M_W為物料中發生碳化反應的元素的摩爾質量(當為混合物料時，即為平均摩爾質量)，R為氣體常數，8.314J/(mol·K)；T為反應溫度，K；m為碳化反應的物料的質量，g；W為物料中發生碳化反應的元素的質量分數。碳化程度指示儀可以由常規的顯示儀與處理器等組成，具體工作時，可以通過處理器接收壓力傳感器反饋的壓力信號并經上述公式處理成碳化程度信號輸出至顯示儀顯示。若固體試件為鎂質物料，則對應的摩爾質量與質量分數則為Mg的摩爾質量與質量分數；若固體試件為鈣質物料，則對應的摩爾質量與質量分數則為Ca的摩爾質量與質量分數。