专利名称：一种连续制取co的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制取CO2的装置，尤其是一种通过化学方法连续制取CO2气的灭火系统。本发明还涉及使用该装置制备CO2的方法。
背景技术：
现有技术中使用的CO2灭火器主要是通过CO2高压储气瓶作为CO2气源灭火，其缺点是储气量有限，高压危险，使用不方便。煤矿井下煤炭自燃火灾灭火，目前普遍采用的是燃油废气灭火和高压分离制氮机制氮灭火。其共同的缺点是，灭火用的惰性气体中含有氧气成份，不安全，并且惰气温度高，安全性能差，使用不方便，费工料，能耗高，污染重。
目前，现有技术中也有使用以化学方法连续制取CO2的装置进行灭火的装置。
通常用的原料是浓硫酸和碳酸氢铵，反应方程式如下H2SO4+2NaHCO3→Na2SO4+2CO2↑+2H2O现有化学法连续制备CO2的设备的共同特征是设置两个独立的容器，其中一个在上的容器中盛放浓硫酸，在硫酸容器上设置硫酸装料口，另一个在下的容器盛放糊状的碳酸氢铵，在碳酸氢铵容器上设置碳酸氢铵装料口。通过阀门、管路连接这两个容器，使得在上的容器中的硫酸流到在下的容器中与碳酸氢铵反应，在两个容器之间设有连通管作为压力平衡管，通过压力平衡管联接两个容器。在碳酸氢铵容器上端设置CO2出口，在该CO2出口上设置气体输出阀，碳酸氢铵容器下端设置残留物排料口。
这种装置的缺点是1)一次加料产气量有限，需要反复加料。而反应过程使用浓硫酸，频繁的加料增加了操作的危险性。
2)硫酸容器中的硫酸通过与碳酸氢铵容器连接的管道进入碳酸氢铵容器与其中的碳酸氢铵反应，生成CO2气，为了保证两个容器之间的压力平衡，使得硫酸能够全部顺利地排放到碳酸氢铵容器中，在两罐之间设有连通管作为压力平衡管，如果碳酸氢铵容器中产生的CO2较多而用量较小时，多余的气体会通过压力平衡管进入硫酸容器中，其对于罐中的硫酸进入碳酸氢铵容器起到推进的作用。由于采用的化学反应比较剧烈，没有控制装置，操作的安全性、稳定性不易掌握，产气的连续性也就不能保证。
3)产气过程会产生压力并使用浓硫酸，而设备承压措施、防腐措施远远不够，一旦发生爆炸或者硫酸泄露会对操作人员造成严重伤害。
发明内容
本发明的目的是改进现有技术的缺陷，提供一种体积小、快速、稳定、灵活、机动性能好、安全性高、可操作性强的使用已知的化学方法生成CO2的连续制取CO2灭火系统。
本发明另一个目的在于提供使用上述系统制备CO2的方法。
本发明的目的是这样实现的本发明提供的连续制取CO2灭火系统包括一个二氧化碳发生罐和两个硫酸原料罐，所述两个硫酸原料罐分别设置在所述二氧化碳发生罐的上方和下方，在所述发生罐和上方硫酸原料罐之间设置气体平衡管，在上方硫酸原料罐和下方硫酸原料罐之间设置连通管，在下方硫酸原料罐中设置一个第一进料管，其从发生罐的底部伸进，在该第一进料管的处于发生罐罐内的端部连接第一布料装置，其上设有出料孔；在下方硫酸原料罐的底部设出料口连接第二进料管，其从发生罐的底部伸进，在该第二进料管的处于发生罐罐内的端部连接第二布料装置，其上也设有出料孔，或同样连接到所述第一布料装置上；在所述二氧化碳发生罐上设有包括气体平衡管、连通管、第一进料管和第二进料管上均设有阀门；所述发生罐上设有包括CO2出气口、排污口和碳酸氢铵原料加料口，CO2出气口上连接排气管，在两个所述硫酸原料罐上均设有加料口；至少在发生罐和上方硫酸原料罐上设有压力表，在发生罐上设有安全阀。
为了防止罐内布料装置上的出料孔被物料，尤其是生成物堵塞，所述布料装置为布料管，其上的出料孔设置在布料管朝上的最多半个圆周上。制取二氧化碳气时，浓硫酸从布料管的向上的布料口中冒出，然后向下滴落在布料管下面的碳酸氢铵上，反应制气。所述布料管可以是在发生罐的罐体水平面上设置的盘管。
所述布料管上的出料孔面积的总和最好小于或等于所述进料管的管截面积。
用本发明提供的连续制取CO2灭火系统制取二氧化碳的方法是步骤1关闭二氧化碳发生罐上的排污管、排气管、连通管、第一进料管、第二进料管以及压力平衡管上的阀门，通过加料口向两个硫酸原料罐中加入所需量的硫酸，然后密封加料口；步骤2通过碳酸氢铵原料加料口将所需量的碳酸氢氨、水配成的糊状物加入到发生罐中，物料的加入量为使得所述物料的上表面位于发生罐中设置的两个布料装置的下面，然后封闭该加料口；步骤3打开压力平衡管、连通管、第一进料管上的阀门，第一硫酸原料罐中的硫酸通过连通管进入第二硫酸原料罐并通过第一进料管进入发生罐，从布料装置流出，滴落在位于布料装置下面的碳酸氢铵上，当发生罐内压力达到安全阀开启的程度，打开排气管上的阀门；步骤4当第一硫酸原料罐内的硫酸完全用完时，关闭连通管和压力平衡管上的阀门，这时，第一硫酸原料罐1中充满了CO2气体，并具有一定的压力，同时，停止向发生罐中输送硫酸。使得发生罐中的产气反应暂时停止；步骤5当发生罐内压力降到常压时，关闭第一进料管上的阀门，打开连通管和第二进料管上的阀门，使得第二硫酸原料罐中的硫酸被压入发生罐中，开始继续进行反应；当发生罐与第一硫酸原料罐之间压力基本平衡时，打开压力平衡管，让发生罐产生的CO2气体的一部分再次进入第一硫酸原料罐中，压力上升到一定值时关闭压力平衡管、连通管上的阀门；当发生罐中压力降低，重复上面操作，直到第二硫酸原料罐内硫酸反应完毕。
步骤6排污、清洗设备，重新加料，留作下一次使用。
本连续制取CO2灭火系统和现有技术设备相比具有以下优点1)一次加料产气量大，避免了反复加料。增强了操作的安全性。
2)产气压力更大，使用本发明提供的设备用本方法制备的CO2气通过管路输送到着火点，中途管道的阻力不会降低CO2气的压力，即使管子有些破损，有一些泄漏，输气也能满足灭火的需要。
3)在基本上没有增加设备尺寸的前提下产气量得到增大。
4)使用自身产气作为物料输送的动力，在一定阶段可以实现反应自控。
5)盘管滴加式布料装置，不会残存硫酸，因为本设备的结构可有效避免生成物将出料孔堵塞的问题，利于设备防腐。并且在布料装置上增加了防止硫酸进入过快的缓冲措施，即进料口截面总和小于或等于进料管的管截面，使产气更加平稳、连续、安全。由于采用双进料管，更利于控制反应速度。
由此，本连续制取CO2灭火系统可根据不同地点、不同条件下的火灾及灭火要求，能快速、稳定、安全、灵活、方便地提供充足的CO2，满足灭火的需求。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明提供的连续制取CO2灭火系统的结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供的CO2灭火系统包括一个二氧化碳二氧化碳发生罐2和两个硫酸原料罐1、3，两个上方的第一硫酸原料罐1、下方的第二硫酸原料罐3分别设置在二氧化碳二氧化碳发生罐2的上方和下方，在二氧化碳二氧化碳发生罐2和上方的第一硫酸原料罐1之间设置气体平衡管6，在上方的第一硫酸原料罐1和下方的第二硫酸原料罐3之间设置连通管5，在下方的第二硫酸原料罐3中设置一个第一进料管4，其一端至于罐底，其另一端从罐的顶部伸出，并从二氧化碳发生罐1的底部伸进二氧化碳发生罐，其端部连接第一布料装置16，其上设有出料孔；在下方的第二硫酸原料罐3的底部设出料口连接第二进料管8，其从二氧化碳二氧化碳发生罐2的底部伸进，其端部连接第二布料装置17，其上也设有出料孔；在气体平衡管6、连通管5、第一进料管4和第二进料管8上均设有阀门；二氧化碳发生罐上设有CO2出气口和排污口，其上分别设置排气管7、排污管9，其上均设有阀门，二氧化碳发生罐上还设有原料加料口14，在两个硫酸原料罐上分别设有加料口13、15；各加料口上均设有密封盖。在二氧化碳二氧化碳发生罐2和上方的第一硫酸原料罐1上分别设有压力表11、12，在二氧化碳二氧化碳发生罐2上设有安全阀10。
使用上述连续制取CO2灭火系统的制备CO2的方法是步骤1关闭二氧化碳发生罐上的排污管9、排气管7、连通管5、第一进料管4、第二进料管8以及压力平衡管6上的阀门，通过进料口13、15向两个硫酸原料罐1、3中加入所需量的硫酸，然后密封加料口13、15。
步骤2通过碳酸氢铵原料加料口14将所需量的碳酸氢氨、水配成的糊状物加入到二氧化碳发生罐2中，然后封闭加料口14。物料的加入量为使得所述物料的上表面位于发生罐中设置的两个布料装置的下面，步骤3打开压力平衡管6、连通管5、第一进料管4上的阀门，第一硫酸原料罐1中的硫酸通过连通管5进入第二硫酸原料罐3并通过第一进料管4进入二氧化碳发生罐2，从布料装置16流出，滴落在位于布料装置16下面的碳酸氢铵上，此时物料开始反应，并有气体生成，随着气体量增大二氧化碳发生罐内压力增大，观察压力表11，当达到安全阀10开启的程度，打开排气管7上的阀门，此时气体会源源不断的输出到需要气体的地方。
步骤4由于反应比较剧烈，用气量即从排气管7排出的CO2一般低于产气量，并且因为设有压力平衡管，CO2气体会通过压力平衡管6进入第一硫酸原料罐1中，同时，发生罐1内的压力也会随之升高，观察第一硫酸原料罐1上的压力表12。通过压力表11的示数降低并接近大气压为0.1MPa时，可认为第一硫酸原料罐1中的硫酸完全用完。第一硫酸原料罐1内的硫酸完全流出的时间是可以测算的；通过设备设计的计算、操作时的阀门控制，不会出现发生罐中的压力过大的情况。当第一硫酸原料罐1内的硫酸完全用完时，关闭连通管5和压力平衡管6上的阀门。这时，第一硫酸原料罐1中充满了CO2气体，并具有一定的压力。同时，停止向二氧化碳发生罐2中输送硫酸。使得发生罐中的产气反应暂时停止。
步骤5随着二氧化碳发生罐2中CO2气体的不断排出被使用，其内的压力不断下降，当降到接近常压时，关闭第一进料管4上的阀门，打开连通管5和第二进料管8上的阀门，此时由于第一硫酸原料罐1和二氧化碳发生罐2之间存在压差，在该压差的作用下，使得第二硫酸原料罐3中的硫酸被压入二氧化碳发生罐2中，开始继续进行反应。此过程注意观察压力表11、12。当压力接近平衡时，打开压力平衡管6，让发生罐1产生的CO2气体的一部分再次进入第一硫酸原料罐1中，压力上升到一定值时关闭压力平衡管6、连通管5上的阀门。当二氧化碳发生罐2中压力降低，重复上面操作，直到第二硫酸原料罐3内硫酸反应完毕。
5)排污、清洗设配，重新加料，留作下一次使用。
根据上面的描述可知，本发明提供的连续制取CO2灭火系统分成两个阶段，第一阶段是第一硫酸原料罐1向二氧化碳发生罐2中送入硫酸，通过液位差作为输液动力。当第一硫酸原料罐1中的料用完后，第一硫酸原料罐1成为储气罐，同时作为第二硫酸原料罐中硫酸进入发生罐的推动力。通过调控平衡管6、连通管5和第二进料管8上的阀门，可以有效控制硫酸的进料量，从而控制反应的速度。
控制反应速度的还有设置在发生器1中连接第一进料管4和第二进料管8的两个布料装置16、17，该布料装置16、17最好是一在二氧化碳发生罐2内整个水平长度范围内的横管或盘管，布料管上设置若干个小孔，该小孔最好分布在布料管的朝上的半个罐壁上，所述出料孔的总面积小于或等于布料管路的截面积。小孔的总面积最好小于布料管路的截面积。例如，布料孔的总面积为布料管截面积的50-85％。这样，可以很好地控制硫酸的进入量，从而控制产气量，适应使用和安全的需要。
为了保证在下的第二硫酸原料罐中物料能全部顺利输入发生罐中，且使得本灭火系统结构合理稳定，第二硫酸原料罐3的体积最好小于第一硫酸原料罐1，比例为1/2～1/3。第一硫酸原料罐1与二氧化碳发生罐2的体积比可以是1/7.5～1/5。
第二硫酸原料罐3的体积小于第一硫酸原料罐1，这是因为第一硫酸原料罐1除了作为硫酸容器以外，还要储存尽可能多的足够压力的气体，保证能把第二硫酸原料罐3内的硫酸压入二氧化碳发生罐2。
第二进料管8可以安装在第二硫酸原料罐3的底部，也可以安装在第二硫酸原料罐3的左侧封头的下部。以保证第二硫酸原料罐3中的硫酸可以进入二氧化碳2为了实现在设备尺寸不大的情况下，产气量、产气压力都提高，本发明采用了上下两个硫酸原料罐，两个小容器(第一、第二硫酸原料罐1、3)、一个大容器(二氧化碳发生罐2)，其间通过管路和阀门相连接的结构。反应开始阶段，当开启相应的管路阀门，设备最上面的第一硫酸原料罐1中的硫酸进入中间二氧化碳发生罐2，反应开始气体产生并进入最上面第一硫酸原料罐1。当第一硫酸原料罐1内的硫酸完全流尽时，其内会储存一定量的第二阶段所需压力的气体。如果关闭连接第一硫酸原料罐1上的所有阀门，此时其即是个CO2储气罐。待第一硫酸原料罐中输入发生罐1中的硫酸逐渐与发生罐1中的碳酸氢铵反应，产生的CO2气体的不断排出，二氧化碳发生罐2内的压力将不断下降至常压，这时，换由第二硫酸原料罐向发生罐1中输送硫酸。方法非常简单，即关闭第一进料管4上的阀门，打开连通管5、第二进料管8上的阀门，此时由第一硫酸原料罐1、二氧化碳发生罐2之间存在压差，在此压差的推动力推动下，第二硫酸原料罐3中的硫酸会被压入二氧化碳发生罐2，反应继续进行。
本发明采用了双管路双阀门进料。实现设备的可操作性强、安全性高、布局结构合理紧凑的目的，并且在于进料管路连结的布料管路上经过严密计算设计了若干漏点即布料孔，漏点的总面积小于布料管路的截面积。实现了对硫酸进料速度的控制，从而实现了对化学反应速度的控制，进一步保证了设备的可操作性强、安全性高、布局结构合理紧凑。使设备能够连续、平稳、安全、快速的的产生灭火所需要的CO2气体。
权利要求
1.一种连续制取CO2灭火系统，其特征在于，包括一个二氧化碳发生罐和两个硫酸原料罐，所述两个硫酸原料罐分别设置在所述二氧化碳发生罐的上方和下方，在所述发生罐和上方的第一硫酸原料罐之间设置气体平衡管，在上方的第一硫酸原料罐和下方的第二硫酸原料罐之间设置连通管，在下方的第二硫酸原料罐中设置一个第一进料管，其从二氧化碳发生罐的底部伸进，在该第一进料管的处于二氧化碳发生罐罐内的端部连接第一布料装置，其上设有出料孔；在下方的第二硫酸原料罐的底部设出料口连接第二进料管，其从二氧化碳发生罐的底部伸进，在该第二进料管的处于二氧化碳发生罐罐内的端部连接第二布料装置，其上也设有出料孔，或同样连接到所述第一布料装置上；在所述气体平衡管、连通管、第一进料管和第二进料管上均设有阀门；所述发生罐上设有CO2出气口、排污口和原料加料口，在两个所述硫酸原料罐上均设有加料口；至少在发生罐和上方硫酸原料罐上设有压力表，在二氧化碳发生罐上设有安全阀。
2.根据权利要求1所述连续制取CO2灭火系统，其特征在于，连接所述第一进料管和第二进料管的所述布料装置是在所述发生罐内整个水平长度范围内的横管或盘管，布料管上设置若干个小孔作为所述出料孔。
3.根据权利要求2所述的连续制取CO2灭火系统，其特征在于，该出料孔分布在布料管的朝上的最多半个圆周上壁上。
4.根据权利要求2或3所述的连续制取CO2灭火系统，其特征在于，所述出料孔的总面积小于或等于布料管路的截面积。
5.根据权利要求1所述的连续制取CO2灭火系统，其特征在于，所述第二硫酸原料罐的小于第一硫酸原料罐。
6.根据权利要求5所述的连续制取CO2灭火系统，其特征在于，所述第二硫酸原料罐体积与第一硫酸原料罐体积的比例为1/2～1/3。
7.根据权利要求1或5所述的连续制取CO2灭火系统，其特征在于，所述第一硫酸原料罐与二氧化碳发生罐的体积比是1/7.5～1/5。
8.根据权利要求1所述的连续制取CO2灭火系统，其特征在于，所述第二进料管安装在第二硫酸原料罐的底部，或安装在第二硫酸原料罐的侧封头的下部。
9.一种使用如权项1所述的连续制取CO2灭火系统制备CO2的方法其特征在于；步骤1关闭二氧化碳发生罐上的排污管、排气管、连通管、第一进料管、第二进料管以及压力平衡管上的阀门，通过加料口向两个硫酸原料罐中加入所需量的硫酸，然后密封加料口；步骤2通过碳酸氢铵原料加料口将所需量的碳酸氢氨、水配成的糊状物加入到发生罐中，物料的加入量为使得所述物料的上表面位于发生罐中设置的两个布料装置的下面，然后封闭该加料口；步骤3打开压力平衡管、连通管、第一进料管上的阀门，第一硫酸原料罐中的硫酸通过连通管进入第二硫酸原料罐并通过第一进料管进入发生罐，从布料装置流出，滴落在位于布料装置下面的碳酸氢铵上，当发生罐内压力达到安全阀开启的程度，打开排气管上的阀门；步骤4当第一硫酸原料罐内的硫酸完全用完时，关闭连通管和压力平衡管上的阀门，这时，第一硫酸原料罐1中充满了CO2气体，并具有一定的压力，同时，停止向发生罐中输送硫酸。使得发生罐中的产气反应暂时停止；步骤5当发生罐内压力降到常压时，关闭第一进料管上的阀门，打开连通管和第二进料管上的阀门，使得第二硫酸原料罐中的硫酸被压入发生罐中，开始继续进行反应；当发生罐与第一硫酸原料罐之间压力基本平衡时，打开压力平衡管，让发生罐产生的CO2气体的一部分再次进入第一硫酸原料罐中，压力上升到一定值时关闭压力平衡管、连通管上的阀门；当发生罐中压力降低，重复上面操作，直到第二硫酸原料罐内硫酸反应完毕；步骤6排污、清洗设备，重新加料，留作下一次使用。
全文摘要
本发明提供的连续制取CO
文档编号A62C35/58GK101058016SQ20071006466
公开日2007年10月24日 申请日期2007年3月22日 优先权日2007年3月22日
发明者常建, 杨晓燕 申请人:常建