CN211865006U - 一种co2矿化反应过程动态监测一体化反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于矿化反应装置技术领域，具体涉及一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器。本实用新型的目的是为了解决现有装置矿化反应过程中的固碳率和反应速率不能在线监测的问题，本实用新型提供一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，利用天平对矿化反应过程中质量变化进行在线监测，从而计算矿化反应效率。利用pH计对矿化反应过程中pH值变化进行在线监测，从而计算矿化反应速率，本实用新型包括质量变化监测系统、加热系统、pH值监测装置、气体给料装置、固体给料装置、液体给料装置、搅拌装置和排料系统，通过设置天平，可以对矿化反应过程中质量变化实现实时监测从而来计算矿化反应的固碳率。
Description
技术领域
本实用新型属于矿化反应装置技术领域，具体涉及一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器。
背景技术
由于全球变暖导致的自然灾害频繁发生，温室气体CO2越来越受到人们的关注，CO2的减排及资源化利用迫在眉睫。CO2减排及资源化利用的方法有很多，包括源头减排、捕集填埋、化学转化、生物转化和矿化。其中，CO2矿化因成本低、规模大、反应活性高、生成的产物稳定性强等优点，越来越受到重视。CO2矿化是指CO2气体与含钙镁的天然矿石或碱性工业固废发生碳酸化反应，生成稳定碳酸盐的过程。此反应在实现CO2减排的同时可以生成高附加值的产品CaCO3或MgCO3。矿化反应过程中涉及到的参数有温度、压力、反应时间、搅拌速度、通气速度、固液比等，这些参数需要在设计的矿化反应器中同时实现优化控制，同时需要对固碳率和反应速率进行在线监测，这就需要开发一种新的一体化矿化反应器。
CN 206965503 U公开了“一种二氧化碳矿化反应装置”，其特征在于利用气体分布管道和喷嘴在反应器内的优化布置，增强气液固三相反应的强度，提高反应效率；同时助推浆体沿搅拌方向旋流，有利于减少搅拌器的动力消耗，节约能源；温度控制采用热水或导热油介质换热，有利于保证反应器内温度均匀，实现反应温度的精准控制。
CN 104907010 A公开了“一种用于氨介质体系强化钙基固废矿化固定二氧化碳的反应器及使用方法”，其特征在于将加压环流反应器用于氨介质体系强化钙基固废矿化固定二氧化碳过程，该反应器的优点在于：采用气动搅拌代替机械搅拌，能耗低。但是，该反应器由于缺乏机械搅拌动力，使得气、固、液三相反应强度降低，矿化反应效率降低。
CN 209076652 U公开了“一种二氧化碳增湿矿化的气流床装置”，其特征在于通过原料预处理、烟气配湿和反应器内部喷湿结合的方式进行增湿提高矿化脱除CO2效率，采用气流床反应器提高反应接触效率。
以上所列专利的共同缺点在于矿化反应过程中的固碳率和反应速率不能在线监测。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有装置矿化反应过程中的固碳率和反应速率不能在线监测的问题，本实用新型提供一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，利用天平对矿化反应过程中质量变化进行在线监测，从而计算矿化反应效率。利用pH计对矿化反应过程中pH值变化进行在线监测，从而计算矿化反应速率，提供一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，包括质量变化监测系统、加热系统、pH值监测装置、气体给料装置、固体给料装置、液体给料装置、搅拌装置和排料系统，所述质量变化监测系统包括底座，在所述底座上设有天平，在所述天平上设有减震垫，在所述减震垫上设有反应器，所述加热系统包括电炉丝和热电偶，所述电炉丝设置在反应器的底部内，所述热电偶插装在反应器的顶部，并使得热电偶的探头延伸至反应器的内腔，所述pH值监测装置设在反应器的顶部，并使得pH值监测装置的探头延伸至反应器的内腔，所述气体给料装置插装在反应器的顶部，并使得气体给料装置延伸至反应器的内腔，所述固体给料装置插装在反应器的顶部，并使得固体给料装置延伸至反应器的内腔，所述液体给料装置插装在反应器的顶部，并使得液体给料装置延伸至反应器的内腔，在所述反应器的顶部设有压力计、安全阀和泄压阀，且使得压力计、安全阀和泄压阀延伸至反应器的内腔，所述搅拌装置设置在反应器的顶部中心，并位于反应器的内腔，所述搅拌装置通过电机带动其转动，所述排料系统包括排料口、排料管、排料泵和排料阀，所述排料口设置在反应器的侧面底部，所述排料管的进料口与排料口连接，所述排料管的出料口与排料泵的进料口连接，所述排料阀设置在排料泵的出料口上。通过设置天平，可以对矿化反应过程中质量变化实现实时监测从而来计算矿化反应的固碳率；通过设置减震垫使得天平的读数更精确，更稳定，通过设置pH监测装置，可以对矿化反应过程中pH变化实现实时监测从而来计算矿化反应的反应速率。另外，具有设备结构简单、反应效率高、控制稳定、操作灵活、便于清洗、易于实现规模化生产和应用等优点。
所述pH值监测装置为pH计，通过pH计实时、在线监测pH值的变化，来反应矿化反应的速率。
所述天平的量程为0-10.00kg，量程的确定依据实验室每次实验所加入的反应物的量来定的。
所述电炉丝加热的温度范围为20.0-80.0℃，矿化反应一般在这个温度范围内进行。
所述搅拌装置包括搅拌桨，所述搅拌桨到反应器内腔底面的距离10-50mm，搅拌桨如果设置太高，会导致反应原料在反应器底部沉积，搅拌不起来，使固碳率降低。
所述气体给料装置为气体进管，在所述气体进管上，位于反应器外部设有气体调节阀，气体调节阀用来调节进样量。
所述固体给料装置为固体给料管，在所述固体给料管上，位于反应器外部设有固体调节阀，固体调节阀用来调节进样量。
所述液体给料装置为液体给料管，在所述液体给料管上，位于反应器外部设有液体调节阀，液体调节阀用来调节进样量。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1.本实用新型通过设置质量监测系统，质量监测系统包括底座、天平、减震垫和反应器，可以对矿化反应过程中质量变化实现实时监测从而来计算矿化反应的固碳率；通过设置减震垫使得天平的读数更精确，更稳定，通过设置pH监测装置，可以对矿化反应过程中pH变化实现实时监测从而来计算矿化反应的反应速率。另外，具有设备结构简单、反应效率高、控制稳定、操作灵活、便于清洗、易于实现规模化生产和应用等优点。
2.本实用新型所述pH值监测装置为pH计，通过pH计实时、在线监测pH值的变化，来反应矿化反应的速率。
3.本实用新型所述搅拌装置包括搅拌桨，所述搅拌桨到反应器内腔底面的距离10-50mm，搅拌桨如果设置太高，会导致反应原料在反应器底部沉积，搅拌不起来，使固碳率降低。
附图说明
图1是本实用新型正视结构示意图；
图2是本实用新型俯视结构示意图；
图中：1-底座、2-天平、3-减震垫、4-反应器、5-电炉丝、6-热电偶、7-气体进管、8-气体调节阀、9-固体给料管、10-固体调节阀、11-液体给料管、12-液体调节阀、13-压力计、14-安全阀、15-泄压阀、16-搅拌桨、17-排料口、18-排料管、19-排料泵、20-排料阀、21-pH值监测装置。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
如图1-2所示，一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，包括质量变化监测系统、加热系统、pH计4、气体进管7、固体给料管9、液体给料管11、搅拌装置和排料系统，所述质量变化监测系统包括底座1，在所述底座1上设有天平2，在所述天平2上设有减震垫3，在所述减震垫3上设有反应器4，所述加热系统包括电炉丝5和热电偶6，所述电炉丝5设置在反应器4的底部内，所述热电偶6插装在反应器4的顶部，并使得热电偶6的探头延伸至反应器4的内腔，所述pH计设在反应器4的顶部，并使得pH计的探头延伸至反应器4的内腔，所述气体进管7插装在反应器4的顶部，并使得气体进管7延伸至反应器4的内腔，在所述气体进管7上，位于反应器4外部设有气体调节阀8，所述固体给料管9插装在反应器4的顶部，并使得固体给料管9延伸至反应器4的内腔，在所述固体给料管9上，位于反应器4外部设有固体调节阀10，所述液体给料管11插装在反应器4的顶部，并使得液体给料管11延伸至反应器4的内腔，在所述液体给料管11上，位于反应器4外部设有液体调节阀12，在所述反应器4的顶部设有压力计13、安全阀14和泄压阀15，且使得压力计13、安全阀14和泄压阀15延伸至反应器4的内腔，所述搅拌装置设置在反应器4的顶部中心，并位于反应器4的内腔，所述搅拌装置通过电机带动其转动，所述排料系统包括排料口17、排料管18、排料泵19和排料阀20，所述排料口17设置在反应器4的侧面底部，所述排料管18的进料口与排料口17连接，所述排料管18的出料口与排料泵19的进料口连接，所述排料阀20设置在排料泵19的出料口上。
本实施例中所述天平2的量程为0-10.00kg，所述电炉丝5加热的温度范围为20.0-80.0℃，所述搅拌装置包括搅拌桨16，所述搅拌桨16到反应器4内腔底面的距离为10～50mm。
a、记录矿化反应未开始即t0时，天平的显示值m0，单位为g；记录矿化反应任意时间t1时，天平的显示值m1，单位为g，则矿化反应的固碳效率可以根据公式(1)进行计算：
其中
表示矿化反应固定下来的CO2的质量；m固体原料表示参加矿化反应的固体原料的质量。
b、因矿化反应的本质是酸碱中和反应，故反应速率等同于pH值的变化速率。记录矿化反应未开始即t0时，pH计的显示值pH0；记录矿化反应任意时间t1时，pH计的显示值pH1，则矿化反应的速率可以根据公式(2)进行计算：
工作原理：首先将一定量的固体料，如钢渣粉、电石渣粉、粉煤灰等碱性物质和液体料，如水和助剂等通过固体给料管9和液体给料管11，分别加入反应器4的腔体中，启动搅拌装置16进行搅拌混合，待pH计21显示pH值稳定后通过气体进管7通入CO2气体，继续搅拌，同时通过控制系统监测反应体系的质量变化、pH值变化、浆体的温度、反应器压力和搅拌桨16的转速。通过预先设定的方案，调节搅拌桨16的转速、温度、反应器压力，使CO2矿化反应在优化条件下进行。待天平2的显示值稳定不动时，矿化反应完成，自动关闭气源，开启排料泵19和排料阀20，排出反应物料后，完成单次矿化反应。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：包括质量变化监测系统、加热系统、pH值监测装置(21)、气体给料装置、固体给料装置、液体给料装置、搅拌装置和排料系统，所述质量变化监测系统包括底座(1)，在所述底座(1)上设有天平(2)，在所述天平(2)上设有减震垫(3)，在所述减震垫(3)上设有反应器(4)，所述加热系统包括电炉丝(5)和热电偶(6)，所述电炉丝(5)设置在反应器(4)的底部内，所述热电偶(6)插装在反应器(4)的顶部，并使得热电偶(6)的探头延伸至反应器(4)的内腔，所述pH值监测装置设在反应器(4)的顶部，并使得pH值监测装置的探头延伸至反应器(4)的内腔，所述气体给料装置插装在反应器(4)的顶部，并使得气体给料装置延伸至反应器(4)的内腔，所述固体给料装置插装在反应器(4)的顶部，并使得固体给料装置延伸至反应器(4)的内腔，所述液体给料装置插装在反应器(4)的顶部，并使得液体给料装置延伸至反应器(4)的内腔，在所述反应器(4)的顶部设有压力计(13)、安全阀(14)和泄压阀(15)，且使得压力计(13)、安全阀(14)和泄压阀(15)延伸至反应器(4)的内腔，所述搅拌装置设置在反应器(4)的顶部中心，并位于反应器(4)的内腔，所述搅拌装置通过电机带动其转动，所述排料系统包括排料口(17)、排料管(18)、排料泵(19)和排料阀(20)，所述排料口(17)设置在反应器(4)的侧面底部，所述排料管(18)的进料口与排料口(17)连接，所述排料管(18)的出料口与排料泵(19)的进料口连接，所述排料阀(20)设置在排料泵(19)的出料口上。
2.根据权利要求1所述的一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：所述pH值监测装置(21)为pH计。
3.根据权利要求1所述的一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：所述天平(2)的量程为0-10.00kg。
4.根据权利要求1所述的一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：所述电炉丝(5)加热的温度范围为20.0-80.0℃。
5.根据权利要求1所述的一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：所述搅拌装置包括搅拌桨(16)，所述搅拌桨(16)到反应器(4)内腔底面的距离为10～50mm。
6.根据权利要求1所述的一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：所述气体给料装置为气体进管(7)，在所述气体进管(7)上，位于反应器(4)外部设有气体调节阀(8)。
7.根据权利要求1所述的一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：所述固体给料装置为固体给料管(9)，在所述固体给料管(9)上，位于反应器(4)外部设有固体调节阀(10)。
8.根据权利要求1所述的一种CO2矿化反应过程动态监测一体化反应器，其特征在于：所述液体给料装置为液体给料管(11)，在所述液体给料管(11)上，位于反应器(4)外部设有液体调节阀(12)。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN113634114A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-11-12 | 中煤科工清洁能源股份有限公司 | 一种利用粉煤灰捕集烟气中co2的方法 |
| CN115228277A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-10-25 | 武汉科技大学 | 一种基于页岩提钒尾渣的矿化封存co2的方法 |
| CN115228414A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-10-25 | 武汉科技大学 | 一种用于钒尾渣矿化封存co2的反应器 |
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