一种气液循环式碳中和用热处理炉的制作方法

1.本实用新型涉及二氧化碳中和技术领域，尤其涉及一种气液循环式碳中和用热处理炉。


背景技术：

2.随人类工业活动的不断发展，大气层中二氧化碳浓度逐渐增大，导致全球出现极端天气、海平面上升、物种灭绝和生态系统恶化等问题，严重威胁了人类未来的生命安全，需要寻求有效且低成本的碳减排方案，并积极推进二氧化碳捕集和封存(ccs)技术。其中，碳中和是该技术的核心，并主要分为地质封存、海洋封存和矿物封存技术。相较而言，矿物封存技术具有环保、安全和永恒等特点，且二氧化碳矿物封存原料来源丰富、储量巨大、价格低廉，具有大规模碳中和潜力和良好经济效益。
3.然而矿物在自然环境下与二氧化碳的反应速率较低，因此常需采用特殊热处理工艺或对矿物进行改性处理，如减小矿物原料粒径和对矿物原料进行酸处理等。传统工艺的步骤繁琐，通常先对矿物原料进行破碎并将其倒入酸溶液中进行搅拌，再对其进行热处理，需要进行频繁的物料转移，极大地影响了工作效率。而且在制备过程中有较多工业废液产生，易污染环境；此外，出料时还会有部分二氧化碳随炉排出，导致碳中和率降低。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种气液循环式碳中和用热处理炉，其解决了现有技术中存在的生产效率低、易污染环境、排放部分废气导致碳中和率降低的问题。
5.根据本实用新型的实施例，一种气液循环式碳中和用热处理炉，包括炉体、设置在炉体顶部的物料处理装置和设置在炉体侧面的液体循环装置、气体循环装置，所述炉体包括从外至内依次设置的外壳、隔热层和反应容器，其中隔热层与反应容器之间设有一定的间距形成热处理炉膛，所述热处理炉膛顶部设置有发热体，炉体侧面设有对应反应容器的炉门；
6.所述物料处理装置包括从上至下依次连通设置的混料仓、固液处理仓和储料仓；所述液体循环装置包括储液罐，所述储液罐分别设有进液管和出液管与反应容器内部连通；所述气体循环装置包括二氧化碳气罐，所述二氧化碳气罐上设有进气管和出气管与反应容器内部连通。
7.进一步的，所述混料仓顶部设有进料口，混料仓内部设置有第一加热装置和搅拌组件，所述固液处理仓内部设有相互连通的第一固液分离器和第一废液罐，所述储料仓内连通的设置有水箱，储料仓通过管道连通至反应容器内部。
8.进一步的，所述出气管上靠近反应容器一端设有气压传感器，靠近二氧化碳气罐一端设有过滤增压器；所述进气管上设置有第二加热装置。
9.进一步的，所述出液管上还设有导流阀，所述导流阀连接有分流管，并通过分流管
连接至设置于炉体外部的第二废液罐。
10.进一步的，所述反应容器内部还设有第二固液分离器，所述第二固液分离器将反应容器沿竖直方向分隔为两个部分，所述进液管连通至第二固液分离器上方的空间，所述出液管连通至第二固液分离器下方的空间。
11.进一步的，所述搅拌组件包括设置在混料仓上方的电动机和竖直设置在混料仓内部的搅拌器，所述电动机通过联轴器与搅拌器连接。
12.进一步的，所述第一固液分离器为封闭式结构的分子筛过滤器，第一固液分离器的内部通过管道与第一废液罐连通。
13.进一步的，所述反应容器顶部设有喷口朝下的高压喷头，所述储料仓连通至反应容器后与高压喷头连接。
14.进一步的，所述第二固液分离器为可调式膜分离器，所述第二固液分离器的孔径调节范围是0.5μm～3mm。
15.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
16.1、本实用新型中配合炉体设置有物料处理装置、液体循环装置和气体循环装置，可以实现物料的破碎、混合、加热、酸化的一体化加工，然后直接注入到反应容器中，避免了物料在不同设备中转运带来的时间浪费和物料损失，极大地提高了工作效率；
17.2、本实用新型将矿物原料改性后，以浆料的形式注入到反应容器中，有利于提升矿物与二氧化碳的反应速率，进而提升了碳中和的工艺效率；
18.3、本实用新型中的液体循环装置和气体循环装置可以分别将反应后产生的废液和废气进行过滤回收，从而对二氧化碳气体和反应废液进行多次重复利用，节约成本的同时增大了碳中和率；此外，还针对性的设置有多个废液收纳罐，防止废液直接排放污染环境，提升了工艺的环保性。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例的结构示意图。
20.上述附图中：1、第二加热装置；2、进气管；3、二氧化碳气罐；4、气压传感器；5、过滤增压罐；6、出气管；7、保温隔热砖；8、炉体；9、储料仓；10、第一废液罐；11、搅拌器；12、第一加热装置；13、进料漏斗；14、电动机；15、联轴器；16、混料仓；17、第一固液分离器；18、固液处理仓；19、水箱；20、压缩机；21、发热体；22、热处理炉膛；23、高压喷头；24、导流阀；25、进液管；26、储液罐；27、出液管；28、分流管； 29、第二废液罐；30、减震垫；31、反应容器；32、炉门；33、第二固液分离器。
具体实施方式
21.下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。
22.如图1所示，本实用新型实施例提出了一种气液循环式碳中和用热处理炉，包括炉体 8、设置在炉体8顶部的物料处理装置和设置在炉体8侧面的液体循环装置、气体循环装置。本实施例中所述炉体8为方形结构，包括从外至内依次设置的不锈钢外壳、隔热层和反应容器31，其中隔热层与反应容器31之间设有一定的间距形成热处理炉膛22，所述热处理炉膛22顶部设置有发热体21，炉体8侧面设有对应反应容器31的炉门32。本实施例中，隔热
层为保温隔热砖7，材质为轻质刚玉、莫来石、镁铝尖晶石或碳化硅中的至少一种，优选的采用碳化硅砖。发热体21为电热结构，材质为硅钼或碳化硅中的至少一种，优选为硅钼。本实施例还在外壳的底部设置有橡胶材质的减震垫30，从而减轻设备工作时对地面产生的震动。
23.本实用新型中，所述物料处理装置包括从上至下依次连通设置的混料仓16、固液处理仓18和储料仓9，混料仓16、固液处理仓18和储料仓9之间分别通过可开闭的仓门连接，本实施例中仓门为外拉式结构，采用旋转式锁头进行封闭。所述混料仓16顶部设有进料口，进料口处设置有锥形的进料漏斗13以便加快进料速度。混料仓16内部设置有第一加热装置12和搅拌组件，其中第一加热装置12为电热丝结构。搅拌组件包括设置在混料仓 16上方的电动机14和竖直设置在混料仓16内部的搅拌器11，所述电动机14通过联轴器 15与搅拌器11连接，从而带动搅拌器11旋转。所述固液处理仓18内部设有相互连通的第一固液分离器17和第一废液罐10，第一固液分离器17的为中空的封闭式结构，其整个表面均为分离面，外部的溶液与第一固液分离器17外表面接触时，小分子穿透第一固液分离器17进入其内部，大分子则留在外侧。第一固液分离器17采用现有技术中的封闭式结构的分子筛过滤器，其分子筛的孔径为0.5μm，第一固液分离器17的内部通过管道与第一废液罐10连通，配合设置在第一废液罐10内部的抽水机，就能将筛出的废水排放至第一废液罐10中。剩余含有少量水分的半流体物质，则排入储料仓9中。
24.优选的方案中，所述储料仓9还连通的设置有水箱19，本实施例中储料仓内部分割出部分空间作为内置的水箱19来使用，水箱19与储料仓9之间设有电磁阀。储料仓9通过管道连通至反应容器31内部，所述储料仓9外部还配合设置有压缩机20，可对储料仓9 内部浆料进行加压，使其快速喷射到反应容器31中。与之配合的，所述反应容器31顶部设有喷口朝下的高压喷头23，所述储料仓9连通至反应容器31后与高压喷头23连接，通过压缩机20和高压喷头23配合，可以让储料仓9内部的物料向反应容器31中快速、大范围的喷出，在提升进料速度的同时，也让物料更为分散，利于矿物浆料与二氧化碳气体充分接触和反应。高压喷头23可调节为脉冲模式、混合模式和雨淋模式，这种喷头结构为现有技术，参考箭牌淋浴花洒等产品即可，此处不作赘述。分别具有由强变弱的喷射力和由集中到分散的喷射范围，从而适应不同含水量的物料加入需求。
25.本实施例进一步的方案中，所述液体循环装置包括储液罐26，所述储液罐26分别设有进液管25和出液管27且与反应容器31内部连通。所述出液管27上还设有导流阀24，导流阀24采用二通阀即可。所述导流阀24连接有分流管28，并通过分流管28连接至设置于炉体8外部的第二废液罐29，导流阀24可控制出液的流向，使不同的废液分别回收至储液罐26内部或者收集到第二废液罐29中。优选的方案中，所述反应容器31内部还设有第二固液分离器33，第二固液分离器33为可调式膜分离器，其孔径的调节范围是0.5 μm～3mm。本实施例中选用陶瓷膜分离器，根据设置的不同孔径的陶瓷膜和对应的切换阀门，即可实现不同的筛出需求，因其结构为现有技术，此处不再赘述。所述第二固液分离器33将反应容器31沿竖直方向分隔为两个部分，所述进液管25连通至第二固液分离器 33上方的空间，所述出液管27连通至第二固液分离器33下方的空间。即被第二固液分离器33筛出的废水用于回收或排入第二废液罐29。
26.所述气体循环装置包括二氧化碳气罐3，所述二氧化碳气罐3上设有进气管2和出
气管6且与反应容器31内部连通。所述出气管6上靠近反应容器31一端设有气压传感器4，靠近二氧化碳气罐3一端设有过滤增压罐5，过滤增压罐5中包括有过滤器和增压器，其中过滤器内部填充吸附水蒸气、固体颗粒物的硅胶和活性炭等，对回收的含二氧化碳废气进行过滤除杂；增压器为气体压缩机，通过增压让排出的废气可以回收至高压环境的气罐内部。所述进气管2上设置有第二加热装置1，本实施例中第二加热装置1优选的采用环绕进气管2设置的电热丝结构，以便对加入反应容器31的二氧化碳进行预加热，提升二氧化碳的反应活性，进一步加快反应速率。
27.在实际使用时，先将碳中和用的矿物原料与改性溶液由进料漏斗13倒入混料仓16内部，电动机14通过联轴器15带动搅拌器11对混合料进行搅拌，同时第二加热装置1根据需求可选择性的对混料仓16内部进行加热。待原料混合均匀后，开启仓门，在重力作用下流入固液处理仓18中，并通过第一固液分离器17完成固液分离，废液流入第一废液罐 10中，含少量水分的固体原料落入储料仓9中，并打开水箱19上设置的电磁阀，往储料仓9中加入适量的水与固体原料混合进行洗涤，得到改性反应原料的浆料。
28.在热处理过程中，改性反应原料的浆料由高压喷头23喷入反应容器31中；同时气体由二氧化碳气罐3内经进气管2进入反应容器31中，当气压传感器4检测到炉内气压大于设置值时，出气管6将自动打开，多余气体经过滤增压罐5过滤加压后重新流入二氧化碳气罐3内回收。需要说明的是，气压传感器4对应连接有位于出气管6内部的电磁阀，以便调节出气管6的开启或关闭。此外，根据不同矿石的碳化反应需求，可选择打开储液罐26，使内部储存的盐酸、硫酸等溶液经进液管25流入反应容器31中与改性反应原料的浆料混合，在反应过程中，设置第二固液分离器33中过滤膜的中位孔径为0.5μm，此时仅滤出小颗粒杂质和水，即可将多余的溶液经第二固液分离器33过滤后由出液管27重新流入储液罐26中，实现溶液的循环利用，而大颗粒的反应沉淀物则被留下。
29.反应结束后，对反应产物进行低温烘干，待冷却至室温后，高压喷头23喷射水箱19 中注入的纯净水，清洗反应容器31和产物；同时，设置第二固液分离器33中过滤膜的中位孔径为3mm，此时大颗粒的沉淀物和其他细小杂质也可以随水一起通过滤膜，再打开导流阀24，使废液经第二出液管27流入第二废液罐29中。最后进行二次烘干，完毕后打开炉门32取出固碳完成的产物即可。
30.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。