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在混凝土中封存二氧化碳

更新时间:2024-06-27点击次数:121

水泥(混凝土中的粘合元素)的生产占全球二氧化碳 (CO2) 排放总量的 7%。混凝土是地球上使用很广泛的资源之一,全球每年生产总量约 260 亿吨。由于全球需求增长,预计生产至少在未来二十年内不会放缓。  


混凝土由骨料(主要是岩石和沙子)以及水泥和水组成。由于混凝土约 80% 的碳足迹来自水泥成分,研究人员一直在努力寻找更合适的材料来减少此类碳排放。除了开发混合水泥和藻基水泥以减少CO2排放外,研究人员和私营公司还致力于探索新方法,将捕获的 CO2作为水泥本身的成分,将其锁定并防止其进入水泥厂。


什么是碳调节和CO2固化?

目前,为了实现这一点,CO2或者在混合期间通过称为碳调节的过程注入,或者在混凝土浇注后通过称为碳化固化或CO2固化的过程添加到骨料中。这些过程将气态CO2转化为碳酸盐矿物,可以无限期地储存而不会导致全球变暖。预制混凝土比现浇混凝土能够储存更多的CO2。现场浇铸可将其总质量的高达 3.8% 储存在 CO2中,而预制件可将其总质量的多达 9.6%储存在 CO2中。  


除了减少 CO2排放量外,该工艺还可以将混凝土的强度提高约 10% 20%(具体取决于混合物)。因此,使用CO2养护制成的混凝土实际上需要更少的水泥,进一步减少了相关的CO2排放量。此外,由于需要更少的材料,CO2固化可以降低混凝土制造商的生产成本并增加收入。


下面,我们将解释碳调节和碳固化过程,以及 Alicat MC 系列质量流量控制器如何为这些应用提供一体化计量解决方案。  


使用 MC 系列质量流量控制器进行碳调节

在碳调节中,CO2在混合阶段直接注入骨料中。


对于该工艺,可以使用具有不同优点和缺点的不同CO2源,包括纯CO2气体、烟道气或混合气体混合物。虽然纯 CO2储罐成本更高,并且必须从外部购买或使用 CO2分离程序在内部创建,但烟道气和混合气体是更经济的选择,可以回收工业过程中的直接排放。相反,CO2气体提供更快的反应时间并且更容易储存。


无论使用哪种CO2源,骨料都被放入温度和湿度受控的固化室中,然后使用压力控制器(例如在压力控制模式下运行的艾里卡特MC系列质量流量控制器)通过气源加压。根据使用的气源,该压力通常在 150 kPaG-500 kPaG 范围内变化(尽管有时使用环境条件)。更大的压力将允许更快的反应。MC 系列质量流量控制器在获取质量流量和温度数据的同时调节过程压力。


开放式入口系统

在开放式入口系统或持续流动的系统中,由于新鲜CO2不断取代封存的CO2,反应期间室压和温度大致不变。因此,当气体流速下降到接近零时,反应结束,这表明混凝土中不能储存更多的CO2。此外,温度下降也确定该过程已结束。一旦达到这些预定的流量或温度端点,以压力控制模式运行的质量流量控制器就会通过PLC或计算机发出信号以关闭气体供应。


Alicat MC 系列质量流量控制器在压力控制模式下运行,可以通过 PID 控制回路提供连续、快速响应的压力控制,实现过程自动化,同时记录关键温度和质量流量数据,这些数据还可以通过以下方式监视和控制过程: PLC或计算机。

在混凝土中封存二氧化碳


封闭式入口系统

在封闭入口系统中,添加CO2直至达到腔室压力设定点,之后关闭气体供应。由于系统在加压和气密后是封闭的,所以腔室内的温度、CO2浓度和气压将随着混凝土吸收CO2而降低。当所有 CO2已用完且所有剩余气体通过电动阀排出时,连接到腔室的CO2传感器会发出信号。然后添加新的CO2气体并循环重复该过程,直到CO2传感器仍可检测到CO2并且不再观察到显着的温度或压力变化。


除了控制循环气体流量外,就像在开放式入口系统中一样,Alicat MC 系列质量流量控制器在压力控制模式下运行,在封闭式入口系统中使用 CO2传感器在过程结束时向控制回路发出信号温度或压力数据。当压力和温度不再随时间下降并且CO2水平不再下降至零时,控制回路结束该过程。或者,当温度和压力随时间下降但CO2水平下降至零时,控制回路通过电动阀排出剩余的腔室气体并添加更多CO2


使用 PC3 系列压力控制器进行碳调节

或者,Alicat PC3 系列压力控制器可以仅根据压力设定点实现过程自动化。在开放式入口过程中,PC3 系列压力控制器设置腔室压力,并在压力开始上升到设定值以上时结束过程。在封闭入口配置中,PC3 系列对腔室加压,然后随着腔室压力降低且 CO2水平随着时间的推移而降低,批量添加更多 CO2。当腔室压力和 CO2水平保持恒定时,PC3 向控制回路发出信号,通过电动阀排出所有剩余气体并结束该过程。  

为了跟踪开放式入口或封闭式入口系统中使用的CO2或混合气体的量,Alicat MC 系列包括累加器和配料选项,可以轻松、自动地计算被封存的CO2量,从而创建一个可追溯的记录可能因税收优惠等原因有用。


使用 PC3 系列控制器的 MC 系列进行CO2固化

碳化固化或CO2固化描述了混合阶段后整个混凝土块中CO2的封存。除了这一差异之外,该过程与碳调节类似。正如在碳调节系统配置中一样,湿度、温度和压力受控室与CO2气源、压力传感器或控制器以及CO2传感器结合使用。


正如在碳调节中一样,Alicat MC 系列质量流量控制器可以帮助获得 CO2固化的全部优势。


l 精度高达读数的 ±0.5% 和满量程的 ±0.1%

l 重复性高达读数的 ±0.1% + 满量程的 0.02%

l 响应时间快至 1 毫秒


Alicat PC3 系列压力控制器有助于实现 CO2固化的自动化。


l 精度高达满量程的 ±0.125%

l 重复性高达满量程的 ±0.08%

l 控制范围为满量程的 0.01100%

l 传感器响应时间 <1 ms


此外,Alicat 的设备与多种通信选项兼容,在使用计算机或 PLC 时允许各种自动化选项。