CN117942736A - 一种井下煤基固废co2矿化多参量反应控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，包括腔体、搅拌给气系统以及监测控制系统，腔体包括外壳和内胆，外壳设腔盖，外壳与内胆之间有热夹层，热夹层内填充传热介质并连通外部热循环系统；外部热循环系统用于调控热夹层内传热介质的温度；腔体上端、下端分别设有进料口和出料口；搅拌给气系统用于向内胆输入CO2并搅拌，监测控制系统包括气体压力传感器、安全阀、泄压阀、pH传感器、固液添加口、温度传感器和CO2矿化度传感器；气体压力传感器、安全阀、泄压阀和固液添加口通过腔盖与腔体相连，pH传感器与温度传感器位于内胆，CO2矿化度传感器置于出料口进口端。该装置能实现煤基固废CO2矿化程度的监测与控制。
Description
技术领域
本发明涉及煤基固废矿化CO2反应装置领域，具体涉及一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置。
背景技术
在减碳政策推动下，煤基固废处置将面临产业升级、规模化处置与资源化利用等全新的机遇与挑战，深入开展煤基固废绿色、高效、负碳处置等相关理论与技术研究迫在眉睫。煤基固废主要成分是Al2O3和SiO2，与沸石主要成分相似，利用煤基固废矿化CO2制备负碳充填材料，相比于将煤基固废堆积掩埋处理，既能解决煤基固废堆存带来的有毒微量元素浸出环境污染问题，又能达到碳减排效果，还可以实现煤基固废综合利用。利用煤基固废材料进行CO2吸附、矿化与封存，不仅是新时代煤炭产业绿色转型的必然要求，也是煤矿领域实现矿山固废资源化利用和快速迈进双碳目标的战略性选择。而现有矿化仪器矿化效率低，同时难以实现对煤基固废矿化程度的监测与调控，不能满足现代矿井负碳充填的要求。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其不仅可以实现煤基固废矿化CO2，还可以对煤基固废矿化CO2效果进行监测与调控。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，包括腔体、搅拌给气系统以及监测控制系统，所述腔体包括外壳和内胆，所述内胆设在外壳内并通过外壳开口的腔盖压紧固定，外壳的内壁与内胆的外壁之间留有热夹层，所述热夹层内填充有传热介质并连通外部热循环系统；所述外部热循环系统用于调控热夹层内传热介质的温度；所述腔体上端、下端分别设有连通内胆内腔的进料口和出料口；
所述搅拌系统包括固定在外壳底部的电机，所述电机的输出轴穿过内胆后深入其内腔并固定连接中空搅拌桨控制其转动，所述电机的输出轴外部还嵌套有中空气管，所述中空气管上端伸入内胆后转动连接在中空搅拌桨中部并与其内部腔体连通，所述中空气管下端固定在电机输出轴外围并接入有进气管，所述进气管连通外部CO2气源并设有进气调节阀；所述中空搅拌桨为十字形并且底部设有若干喷气嘴；
所述监测控制系统包括设在腔盖上并连通内胆腔体的气体压力传感器、安全阀、泄压阀和固液添加口；出料口靠近内胆的一端设有CO2矿化度传感器；在CO2矿化度传感器上方内胆的内壁上设有pH传感器、温度传感器；泄压阀所出气体与进气管相连，循环进入内胆的内腔。
优选地，所述外部热循环系统包括泵体，所述泵体输出端连通进水管，所述进水管上设有加热器与温度调节阀并连通热夹层入口，通过调节温度调节阀控制加热器改变矿化反应温度，通过调节泄压阀改变矿化反应压力条件。
优选地，所述固液添加口包括两个分别连通内胆的固相通道和液相通道，固相通道上端设有固相添加口，液相通道上端设有液相添加口，固相通道上设有固相阀门，液相通道上设有液相阀门。
优选地，所述中空搅拌桨包括柱形体，所述柱形体中空并且其外壁固定连接有四个与其内腔连通的桨杆，所述桨杆内部中空并且其底部设有喷气嘴，所述柱形体的底板中部固定连接电机的输出轴，中空气管上端嵌入柱形体内腔并与其转动连接。
优选地，所述外壳与腔盖通过螺栓连接固定，连接处设有密封圈。
优选地，所述腔盖上开有与内胆端口处适配的槽口，便于对其进行压紧，内胆端口设有环形支撑压紧在外壳开口处。
优选地，所述热夹层所用传热介质选用水。
优选地，所述外壳底部开有通孔用于固定电机。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明不仅可以实现煤基固废矿化CO2，还可以对煤基固废矿化CO2效果进行监测与调控。本装置可以通过改变内部温度、压力满足煤基固废矿化CO2的高温高压的要求，通过调节pH改变矿化的酸碱环境，实现煤基固废矿化CO2的矿化速率和矿化效果的调控，从而满足矿山对不同矿化度充填体的要求，在矿山井下负碳充填开采方面具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的中空搅拌桨的结构示意图。
附图标记说明：
1-外壳，2-热夹层，3-内胆，4-腔盖，5-螺栓，6-密封圈，7-进料口，8-出料口，9-中空搅拌桨，10-电机，11-中空气管，12-进气管，13-进气调节阀，14-CO2矿化度传感器，15-喷气嘴，16-气体压力传感器，17-安全阀，18-泄压阀，19-pH传感器，20-固液添加口，21-温度传感器，22-加热器，23-泵体，24-温度调节阀，25-固相添加口，26-液相添加口，27-固相阀门，28-液相阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图2所示，一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，尤其适用于矿山井下的负碳充填开采技术，包括腔体、搅拌给气系统以及监测控制系统，所述腔体包括外壳1和内胆3，所述内胆3设在外壳1内并通过外壳1开口的腔盖4压紧固定，所述外壳1与腔盖4通过螺栓5连接固定，连接处设有密封圈6；外壳1的内壁与内胆3的外壁之间留有热夹层2，所述热夹层2内填充有传热介质并连通外部热循环系统，传热介质选用水；所述外部热循环系统用于调控热夹层2内传热介质的温度；所述腔体上端、下端分别设有连通内胆3内腔的进料口7和出料口8；
所述搅拌系统包括固定在外壳1底部的电机10，所述电机10的输出轴穿过内胆3后深入其内腔并固定连接中空搅拌桨9控制其转动，所述电机10的输出轴外部还嵌套有中空气管11，所述中空气管11上端伸入内胆3后转动连接在中空搅拌桨9中部并与其内部腔体连通，所述中空气管11下端固定在电机10输出轴外围并接入有进气管12，所述进气管12连通外部CO2气源并设有进气调节阀13；所述中空搅拌桨9为十字形并且底部设有若干喷气嘴15；
所述监测控制系统包括设在腔盖4上并连通内胆3腔体的气体压力传感器16、安全阀17、泄压阀18和固液添加口20；出料口8靠近内胆3的一端设有CO2矿化度传感器14；在CO2矿化度传感器14上方内胆3的内壁上设有pH传感器19、温度传感器21；泄压阀18所出气体与进气管12相连，循环进入内胆3的内腔。
优选地，所述外部热循环系统包括泵体23，所述泵体23输出端连通进水管，所述进水管上设有加热器22与温度调节阀24并连通热夹层2入口，通过调节温度调节阀24控制加热器22改变矿化反应温度，通过调节泄压阀18改变矿化反应压力条件。
所述固液添加口20包括两个分别连通内胆3的固相通道和液相通道，固相通道上端设有固相添加口25，液相通道上端设有液相添加口26，固相通道上设有固相阀门27，液相通道上设有液相阀门28。
所述中空搅拌桨9包括柱形体，所述柱形体中空并且其外壁固定连接有四个与其内腔连通的桨杆，所述桨杆内部中空并且其底部设有喷气嘴15，所述柱形体的底板中部固定连接电机10的输出轴，中空气管11上端嵌入柱形体内腔并与其转动连接。
所述腔盖4上开有与内胆3端口处适配的槽口，便于对其进行压紧，内胆3端口设有环形支撑压紧在外壳1开口处。所述外壳1顶部开有通孔用于固定电机10。
在进料口7进料前，首先打开进气调节阀13，以免料浆堵塞喷气嘴15，在中空搅拌桨9搅拌料浆过程中，利用CO2矿化度传感器14监测煤基固废矿化CO2程度，通过调节温度调节阀24、泄压阀18改变矿化反应温度和压力条件，通过固液添加口20投放化学品等添加剂改变矿化反应酸碱度；在矿化度达到要求时，打开出料口8进行负碳充填工序。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，包括腔体、搅拌给气系统以及监测控制系统，所述腔体包括外壳(1)和内胆(3)，所述内胆(3)设在外壳(1)内并通过外壳(1)开口的腔盖(4)压紧固定，外壳(1)的内壁与内胆(3)的外壁之间留有热夹层(2)，所述热夹层(2)内填充有传热介质并连通外部热循环系统；所述外部热循环系统用于调控热夹层(2)内传热介质的温度；所述腔体上端、下端分别设有连通内胆(3)内腔的进料口(7)和出料口(8)；
所述搅拌系统包括固定在外壳(1)底部的电机(10)，所述电机(10)的输出轴穿过内胆(3)后深入其内腔并固定连接中空搅拌桨(9)控制其转动，所述电机(10)的输出轴外部还嵌套有中空气管(11)，所述中空气管(11)上端伸入内胆(3)后转动连接在中空搅拌桨(9)中部并与其内部腔体连通，所述中空气管(11)下端固定在电机(10)输出轴外围并接入有进气管(12)，所述进气管(12)连通外部CO2气源并设有进气调节阀(13)；所述中空搅拌桨(9)为十字形并且底部设有若干喷气嘴(15)；
所述监测控制系统包括设在腔盖(4)上并连通内胆(3)腔体的气体压力传感器(16)、安全阀(17)、泄压阀(18)和固液添加口(20)；出料口(8)靠近内胆(3)的一端设有CO2矿化度传感器(14)；在CO2矿化度传感器(14)上方内胆(3)的内壁上设有pH传感器(19)、温度传感器(21)；泄压阀(18)所出气体与进气管(12)相连，循环进入内胆(3)的内腔。
2.如权利要求1所述的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，所述外部热循环系统包括泵体(23)，所述泵体(23)输出端连通进水管，所述进水管上设有加热器(22)与温度调节阀(24)并连通热夹层(2)入口，通过调节温度调节阀(24)控制加热器(22)改变矿化反应温度，通过调节泄压阀(18)改变矿化反应压力条件。
3.如权利要求1所述的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，所述固液添加口(20)包括两个分别连通内胆(3)的固相通道和液相通道，固相通道上端设有固相添加口(25)，液相通道上端设有液相添加口(26)，固相通道上设有固相阀门(27)，液相通道上设有液相阀门(28)。
4.如权利要求1所述的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，所述中空搅拌桨(9)包括柱形体，所述柱形体中空并且其外壁固定连接有四个与其内腔连通的桨杆，所述桨杆内部中空并且其底部设有喷气嘴(15)，所述柱形体的底板中部固定连接电机(10)的输出轴，中空气管(11)上端嵌入柱形体内腔并与其转动连接。
5.如权利要求1所述的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，所述外壳(1)与腔盖(4)通过螺栓(5)连接固定，连接处设有密封圈(6)。
6.如权利要求1所述的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，所述腔盖(4)上开有与内胆(3)端口处适配的槽口，便于对其进行压紧，内胆(3)端口设有环形支撑压紧在外壳(1)开口处。
7.如权利要求1所述的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，所述热夹层(2)所用传热介质选用水。
8.如权利要求1所述的一种井下煤基固废CO2矿化多参量反应控制装置，其特征在于，所述外壳(1)底部开有通孔用于固定电机(10)。
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