CN114768741A - 一种水热碳化一体化建材制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程试验技术领域，尤其涉及一种水热碳化一体化建材制备装置，包括：反应釜，其包括用于调节反应釜内部温度的加热套和冷却装置；温度时间控制器，其一端与所述反应釜接通，另一端与电源接通；二氧化碳储气罐，其用于向反应釜提供二氧化碳气体；气泵，其一端与所述反应釜接通，另一端与二氧化碳储气罐连通，从而将二氧化碳储气罐中的二氧化碳气体输送至反应釜中。发明通过反应釜为水热反应提供一定的高温高压环境，从而使得建材模型内部产生水热反应，最终在其内部形成托勃莫来石结构的建筑材料，并通过调节气泵将不同压力的二氧化碳气体通入反应釜参与碳化，实现水热碳化一体化制备建材。

Description

一种水热碳化一体化建材制备装置

技术领域

本发明涉及土木工程试验技术领域，尤其涉及一种水热碳化一体化建材制备装置。

背景技术

随着工业化和城镇化的快速发展，建筑垃圾等固体废物产生量巨大，建筑渣土和废弃泥是产生量最大的城镇固体废弃物。建筑渣土和废弃泥附加值低，特别是我省沿海沿江城市建设产生建筑渣土具有含泥量大、含水率高的特点，难以直接利用。目前多采用简易填埋的处置方式，这不仅是资源的浪费，而且是对生态环境的伤害。现存的建筑固废资源化利用方式多为制砖，但传统制造过程中会产生大量温室气体，造成全球变暖。因此，急需研发新的绿色建筑固废资源化利用技术，促进人与自然和谐发展。

通常情况下对城市渣土粉的利用可以采用对其再次烧结的方式对其进行二次利用。但是，二次烧结过程中所需要的能源消耗较大，同时还会产生较大的污染，这显而与绿色建筑固废资源化利用技术的初衷相违背。

例如申请号为CN202120964654.1公开了一种烧结砖制备装置，包括支撑主体，支撑主体包括顶板，在顶板底部四个拐角处设有支腿，每两个距离较近的支腿的底部设有底板，每个底板的底部两侧均设有万向轮，在顶板顶部设有制备装置壳体，在制备装置壳体顶部设有电机罩，在电机罩内部设有旋转电机，在制备装置壳体顶部位于电机罩一侧设有进料口，在制备装置壳体前端设有观察窗，在观察窗下方设有抽拉板，在制备装置壳体内部设有搅拌箱，在搅拌箱下方设有烘干箱，在制备装置壳体一侧设有可以对加工过程中产生的废气进行过滤处理的气体处理装置，通过设置的气体处理装置，可以将产生的废气进行过滤，防止污染环境。

申请号为CN201710659560.1公开了一种陈腐垃圾焚烧暨制建材系统，包括开挖机筛选设备、RDF制备装置、腐殖土制坯装置和煅烧成品装置；开挖机筛选设备用于将陈腐垃圾分为筛上物和筛下物，筛上物中一部分为具有一定热值的轻质物质，筛下物为腐殖土；RDF制备装置用于将筛上的可燃物制成RDF；腐殖土制坯装置用于将筛下物制成坯料；煅烧成品装置以RDF为燃料对坯料进行煅烧制成建材成品；本申请以陈腐垃圾中的腐殖土制成坯料，以陈腐垃圾中的具有一定热值的轻质物质制成RDF作为烧制该坯料的热源，可以做到治理环境和资源利用的完美结合。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的建材在制备过程中所需要的能源消耗较大，同时还会产生较大的污染的缺陷，因此本发明提供了一种水热碳化一体化建材制备装置以克服上述缺陷。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种水热碳化一体化建材制备装置，包括：

反应釜，其包括用于调节反应釜内部温度的加热套和冷却装置；

温度时间控制器，其一端与所述反应釜接通，另一端与电源接通；

二氧化碳储气罐，其用于向反应釜提供二氧化碳气体；

气泵，其一端与所述反应釜接通，另一端与二氧化碳储气罐连通，从而将二氧化碳储气罐中的二氧化碳气体输送至反应釜中。

经过本申请发明人的研究后发现，城市渣土粉中通常含有含量较高的二氧化硅，当其与钙质添加剂中的钙元素相复配后在水热条件下，二氧化硅与钙质添加剂能够反应形成强度较高的托勃莫来石。

因此本发明针对这一原理，对建材制备装置进行了一定的改造，本发明中采用反应釜作为建材制造的容器，当将城市渣土粉与其他的原料模塑成建材模型之后，置于反应釜中后，能够通过反应釜上的加热套和冷却装置实现反应釜内部的高温高压高湿条件，从而使得建材模型内部产生水热反应，最终在其内部形成托勃莫来石结构的建筑材料。

较于现有技术中的而言，通过这种方式制备得到的渣土砖其具有以下优势：（1）水热反应消耗能量较少，同时在反应过程中不会排放污染环境的物质；（2）通过水热反应后的渣土砖其结构强度更高，同时内部缺陷更少；（3）在渣土砖制备过程城市渣土粉中的二氧化硅与钙质添加剂结合形成托勃莫来石的效率更好。

同时，为了使得最终得到的建筑材料的性能更加，本发明还配套添加了二氧化碳储气罐以及气泵，本发明申请人还在水热反应结束后，向反应釜中通入二氧化碳气体，其可与水热反应后的渣土砖中含钙活性成分一起反应，从而形成强度更高的石灰石，因此能够进一步提升制备得到的渣土砖的力学性能。同时，在与二氧化碳反应过后，还能够有效降低渣土砖的反应活性，使得制备得到的渣土砖的稳定性能够得到有效提升。

作为优选，所述反应釜还包括反应釜本体；以及，

设置在反应釜本体上端可开合的釜盖。

本发明中的反应釜包括反应釜本体以及可开合的釜盖，从而能够方便向反应釜中添加建筑材料模具。

作为优选，所述加热套套设在反应釜本体的外部；

所述冷却装置设置在釜盖的内侧。

由于本发明中的加热釜在使用过程中需要用到高温高压的条件，因此在反应釜内部的建材在堆积中无法填满整个反应釜的内部空间，因此在反应釜的顶部留存有一定的空间。因此，本发明中为了实现反应釜内部空间的最大化，将冷却装置设置在釜盖的内侧后正好能够将冷却装置放置在反应釜的顶部，避免占用宝贵的釜内空间。

作为优选，所述冷却装置包括一根冷却管；

所述冷却管的管身位于反应釜本体内部；

所述冷却管的进口端与出口端分别穿过釜盖与外界连通。

作为优选，所述冷却管为多圈环状冷却管，从而有效增大冷却管与釜内空气的接触面积，保证降温的效率。

本发明中的冷却管在使用过程中能够向其中通入冷却介质，从而通过冷却介质的流动带走反应釜内部的热量。

作为优选，所述釜盖上还设置有一个温度传感器套管以及第一数显压力传感器；

所述温度传感器套管向下延伸至反应釜本体内部。

设置温度传感器套管以及第一数显压力传感器能够有效帮助检测反应釜内的温度以及压力等实验参数。

作为优选，所述温度传感器套管内部插设有温度传感器；

所述温度传感器与温度时间控制器电路连接。

作为优选，所述釜盖上还连接设置有气体进出气管路；

所述气体进出气管路包括进气管路和出气管路；其中，

所述进气管路的第一端与所述反应釜本体内部连通，第二端与气泵连通；

所述出气管路的第一端与所述反应釜本体内部连通，第二端与反应釜本体外界连通；

所述进气管路与出气管路的第二端分别连接有具有可启闭功能的通气阀。

本发明在釜盖上设置气体进出气管路，并且在进气管路与出气管路的第二端分别连接有具有可启闭功能的通气阀，从而实现了进气管路以及出气管路的单独启闭，有利于控制反应釜内的气体氛围以及反应釜内的压力。

作为优选，所述进气管路连接有保压阀。

设置保压阀能够有效保证反应釜内部压力的稳定性，使得建材在成型过程中的条件能够保持稳定。

作为优选，所述二氧化碳储气罐的出口连接有第二数显压力传感器。

设置第二数显压力传感器能够有效直观的显示二氧化碳储气罐中的压力，保证二氧化碳的供应。

作为优选，所述反应釜还包括用于支撑反应釜的支撑架；

所述反应釜的底部还设有可启闭的排液口。

本发明在反应过程中需要水蒸气的参与，当水热反应结束后，水蒸气则会被冷却管冷却冷凝成液态水，因此在反应釜的底部设置排液口能够有效保证冷凝后的水排出。

因此，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过反应釜为水热反应提供一定的高温高压环境，从而使得建材模型内部产生水热反应，最终在其内部形成托勃莫来石结构的建筑材料，并通过调节气泵将不同压力的二氧化碳气体通入反应釜参与碳化，实现水热碳化一体化制备建材；

（2）水热反应消耗能量较少，同时在反应过程中不会排放污染环境的物质，并且通过水热反应后的渣土砖其结构强度更高，同时内部缺陷更少，使得制备得到的渣土砖的稳定性能够得到有效提升；

（3）本发明能够有效提升反应釜内部的空间利用率，避免占用宝贵的釜内空间。

附图说明

图1是本发明实施例中反应釜装置的俯视图。

图2是本发明实施例中反应釜装置的正剖面图。

图3是本发明实施例中水热碳化一体化装置的正视图。

其中：反应釜本体10、釜盖20、反应釜100、加热套101、冷却装置102、冷却管103、管身1031、进口端1032、出口端1033、温度传感器套管104、温度传感器105、气体进出气管路106、进气管路1061、出气管路1062、通气阀107、保压阀108、第一数显压力传感器109、支撑架110、排液口111、温度时间控制器200、二氧化碳储气罐300、气泵400。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1~3所示，一种水热碳化一体化建材制备装置，本装置包括反应釜100、气泵400、二氧化碳储气罐300，气泵400可实现反应釜100和二氧化碳储气罐300之间的连通或阻断，从而控制二氧化碳气体参与反应的开始时间、参与反应的持续时间和参与反应的压力，实现不同气压下水热反应开始前、进行中和结束后碳化的多种反应情况探究。

其中：高温高压反应釜100包括反应釜本体10、釜盖20、支撑架110。釜盖20的边沿与反应釜本体10的顶端口沿上设有用于固定二者的法兰。釜盖20能够打开，且能够与反应釜本体10密封固定为密闭的反应容器。支撑架110固定在高温高压反应釜10的底端，用于对反应釜本体10进行支撑固定。反应釜本体10的外壁上套接有加热套101，用于对反应提供温度环境。

反应釜100上的釜盖20上连接有冷却装置102、气体进出气管路106、第一数显压力传感器109、温度时间控制器200。

所述的冷却装置102设置在釜盖20的内侧，将冷却装置102放置在反应釜的顶部，避免占用宝贵的反应釜100的釜内空间。所述冷却装置102由一根冷却管101组成，为了有效增大冷却管与釜内空气的接触面积，保证降温的效率，在本实施例中可将冷却管101设置成多圈环状冷却管。具体地，所述冷却管101包括管身1031、进口端1032和出口端1033，所述冷却管103的管身1031位于反应釜本体10内部，而冷却管103的进口端1032与出口端1033分别穿过釜盖20与外界连通，当反应结束后即可通入冷水对反应釜100进行降温。

气体进出气管路106包括进气管路1061和出气管路1062，用以反应中通入二氧化碳气体和反应后降低高温高压反应釜100内部气压。气体进出气管路106的出气管路1062与反应釜100连接处设置可启闭的通气阀107，气体进出气管路106的进气管路1061与反应釜100的连接处设置可启闭的保压阀108，可实时监测反应釜100的气压，当内部气压低于某一设定值，保压阀108会自动打开，进行供气，当气压等于设定值时会自动关闭保压阀108，实现保压功能。第一数显压力传感器109可实时测量反应釜100内部气压。

温度时间控制器200，其一端与所述反应釜100接通，另一端与电源接通。其还包括向下延伸至反应釜本体10内部的温度传感器套管104，通过设置在温度传感器套管104内的温度传感器105与温度时间控制器200电路连接，从而实现可实时监测反应釜100内部温度的目的，并通过设定一定温度和加热时间来控制整个反应釜100部环境。

二氧化碳储气罐300的出口连接有第二数显压力传感器301和可启闭的通气阀107，第二数显压力传感器301可实时监测二氧化碳储气罐300内部二氧化碳的含量，以便及时补充二氧化碳。可启闭的通气阀107可控制二氧化碳通入反应釜100。可以理解地，整个装置除了实现水热碳化一体化建材制备，还可以单独使用反应釜100进行水热制备建材或者直接碳化试件。

气泵400得出气管路与保压阀108连通，气泵进气管路与二氧化碳储气罐300连通，通过调节气泵400的压力阀，控制反应釜100内部碳化反应二氧化碳的气压。进一步地，气泵400出气管路采用耐高温低导热率材料，防止反应釜100温度过高时，导热影响气泵400。

应用例

一种再生渣土砖的制备方法，包括以下步骤：

（S.1）将需要处理的城市渣土送入60℃烘箱烘至恒重，将上述烘干的城市渣土送入破碎机内进行破碎，将上述破碎的城市渣土粉末进行XRD分析，得出城市渣土粉末中硅质成分合钙质成分含量，按重量份数，取100份上述城市渣土，向城市渣土粉中加入氧化钙，使得钙元素与硅元素物质的量之比为0.5，混合均匀后再加入城市渣土粉与氧化钙质量总和的0.01wt的氨乙基哌嗪，然后加水10%wt搅拌2分钟得到浆料；

（S.2）将浆料装入模具中，用液压机对上述装有浆料的模具施加20MPa的压力，加压持续时间5分钟；

（S.3）拆除上述模具得到成型试件，并将成型试件放入反应釜100中，进行水热反应，反应釜100内温度为200℃、蒸汽压为1.5MPa、水热时间24h；

（S.4）水热反应结束后，降低向冷却管103中通入冷却水，从而将反应釜100中温度至65℃，通过气泵400将二氧化碳从储气罐300中沿进气管路1061输送至反应釜100中，直至向其中通入0.35MPa的二氧化碳气体，进行炭化反应12h，反应结束后二氧化碳气体沿出气管路1062排出，打开釜盖20得到水热试件；

（S.5）将水热试件在60℃下烘干至恒重，得到成品。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

包括：

反应釜（100），其包括用于调节反应釜（100）内部温度的加热套（101）和冷却装置（102）；

温度时间控制器（200），其一端与所述反应釜（100）接通，另一端与电源接通；

二氧化碳储气罐（300），其用于向反应釜（100）提供二氧化碳气体；

气泵（400），其一端与所述反应釜（100）接通，另一端与二氧化碳储气罐（300）连通，从而将二氧化碳储气罐（300）中的二氧化碳气体输送至反应釜（100）中。

2.根据权利要求1所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述反应釜（100）还包括反应釜本体（10）；以及，

设置在反应釜本体（10）上端可开合的釜盖（20）。

3.根据权利要求2所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述加热套（101）套设在反应釜本体（10）的外部；

所述冷却装置（102）设置在釜盖（20）的内侧。

4.根据权利要求3所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述冷却装置（102）包括一根冷却管（103）；

所述冷却管（103）的管身（1031）位于反应釜本体（10）内部；

所述冷却管（103）的进口端（1032）与出口端（1033）分别穿过釜盖（20）与外界连通。

5.根据权利要求2~4中任意一项所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述釜盖（2）上还设置有一个温度传感器套管（104）以及第一数显压力传感器（109）；

所述温度传感器套管（104）向下延伸至反应釜本体（10）内部。

6.根据权利要求5中任意一项所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述温度传感器套管（104）内部插设有温度传感器（105）；

所述温度传感器（105）与温度时间控制器（200）电路连接。

7.根据权利要求2~4中任意一项所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述釜盖（20）上还连接设置有气体进出气管路（106）；

所述气体进出气管路（106）包括进气管路（1061）和出气管路（1062）；其中，

所述进气管路（1061）的第一端与所述反应釜本体（10）内部连通，第二端与气泵（400）连通；

所述出气管路（1062）的第一端与所述反应釜本体（10）内部连通，第二端与反应釜本体（10）外界连通；

所述进气管路（1061）与出气管路（1062）的第二端分别连接有具有可启闭功能的通气阀（107）。

8.根据权利要求7中任意一项所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述进气管路（1061）连接有保压阀（108）。

9.根据权利要求1所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述二氧化碳储气罐（300）的出口连接有第二数显压力传感器（301）。

10.根据权利要求1所述的一种水热碳化一体化建材制备装置，其特征在于，

所述反应釜（100）还包括用于支撑反应釜（100）的支撑架（110）；

所述反应釜（100）的底部还设有可启闭的排液口（111）。

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