一种循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统和方法

1.本发明属于混凝土再生细骨料固碳的技术领域，具体涉及烘干废气中二氧化碳循环收集和再生混凝土细骨料在烘干过程中固定二氧化碳的设备和方法，特别是涉及一种循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统和方法。


背景技术：

2.从上个世纪开始，随着工业化进程加速以及全球人口的爆炸性增长，全球气候发生了显著的变化。以大气温度为例，从1970年到2012年，全球气温已经上升了0.5℃。如果保持目前气温上升的趋势，到本世纪末，全球气温会在2012年的基础上进一步上升1.4℃～5.8℃。而具体到大气中的co2浓度，随着化石燃料的大幅度使用，其浓度也在一路攀升，如果不控制全球范围内的co2气体排放量，到本世纪末，大气中co2浓度可能会达到1964mg/m3。为应对大气中co2不断积累导致的温室效应，从而引发一系列环境问题，随着双碳概念提出，除了节能减排外，固碳成为各行各业的热点研究。
3.传统工业生产过程中的co2直接排放至大气中，好的情况也只是进行简单短期封存。在建筑材料行业中，有些研究人员是可以将工业生产过程中排放的co2捕集后提纯，继而投入到新的建筑材料生产过程中，进行循环再利用，而不是简单进行封存，或者直接排放，那么首先会产生良好的生态效益；其次进行co2碳化后的再生骨料，在性能方面有所提高，其吸水率降低，表观密度提升和压碎指标降低，使用碳化后骨料生产出的混凝土，抗压强度提高，且在耐久性方面有明显改善，氯离子渗透率降低，抗碳化性能明显提高。所以利用该系统加工后的再生骨料，在后续的建筑生产中也会产生较良好的经济效益。
4.但是存在以下的问题，具体为，混凝土再生细骨料做干粉砂浆的原料时，需要烘干分级，烘干过程往往采用天然气加热，产生大量二氧化碳，传统烘干系统则将废气直接排放至大气中。该废气中二氧化碳浓度高，其中也含有水蒸气和余热。若利用该废气进行混凝土再生细骨料固碳应用时，存在二氧化碳浓度不足、水蒸气含量不足、温度较低等不利于碳化的诸多问题，造成固碳效率低。如果将该废气中二氧化碳捕集提纯再投入固碳应用中，则存在碳捕集设备投入大和捕集能耗高的问题。另外，一次固碳后仍存在废气的排放问题，依然造成二氧化碳的排放。循环使用废气，使得最终排放的气体中二氧化碳含量较以往明显降低。


技术实现要素：

5.技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明提出一种利用混凝土再生细骨料烘干过程，进行二氧化碳固定的方法，充分利用烘干废气中的二氧化碳，且循环捕集燃烧排放的二氧化碳再次投入碳化过程，而且，通过调节各环节装置的气体流量、温度、湿度，达到快速高效碳化混凝土再生细骨料的目的，在烘干再生细骨料的过程中，实现固定二氧化碳。
6.本发明具体提供了一种循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，包括烘干碳化装置，燃烧废气收集装置，水蒸气提供装置和碳化废气收集回用装置；其中，所述烘
干碳化装置，用于对内部放置待烘干碳化的再生细骨料烘干碳化，产生的碳化废气输送至碳化废气收集回用装置，产生的燃烧废气输送至燃烧废气收集装置；所述碳化废气收集回用装置，处理和提纯碳化废气后循环输送回烘干碳化装置；所述水蒸气提供装置，用于产生水蒸气，输送至烘干碳化装置；所述燃烧废气收集装置，用于收集产生的燃烧废气后再输送回烘干碳化装置。
7.作为改进，所述烘干碳化装置包括烘干碳化内筒、转动电机、支撑滚轮；所述烘干碳化内筒为中空筒体结构，内部放置有待烘干碳化的再生细骨料；所述转动电机安装在烘干碳化内筒的一侧，为烘干碳化内筒转动提供动力；所述支撑滚轮安装在烘干碳化内筒底部，辅助转动电机完成转动。
8.作为改进，所述烘干碳化装置还包括可燃燃料、燃料燃烧组件；所述可燃燃料通过燃料燃烧组件输送和点燃，燃烧的火焰在烘干碳化内筒底部，用于对烘干碳化内筒进行加热。
9.作为改进，其中燃料燃烧组件能够调节可燃燃料的流量，流量为2-6g/min；烘干碳化内筒外表面温度为60-350℃，转动速度为15-60转/分钟。
10.作为改进，水蒸气提供装置包括水蒸气输送管和水蒸气发生器；所述水蒸气发生器用于产生水蒸气，通过水蒸气输送管一端连通水蒸气发生器出口，另一端连通烘干碳化内筒。
11.作为改进，燃烧废气收集装置包括废气收集外筒、燃烧废气收集器及电机、燃烧废气输送管道；所述废气收集外筒罩设在碳化烘干装置的外部，顶部设置为燃烧废气收集器及电机，一侧为燃烧废气输送管道；所述燃烧废气收集器及电机，用于通过电机驱动吸收收集产生的废气；所述燃烧废气输送管道一端连通废气收集外筒，另一端连通至烘干碳化内筒。
12.作为改进，碳化废气收集回用装置包括碳化废气排出管、二氧化碳吸收池、二氧化碳释放池、释放二氧化碳输送管；所述碳化废气排出管一端连通烘干碳化内筒，另一端连通至二氧化碳吸收池；所述二氧化碳吸收池用于吸收碳化废气排出管排出的二氧化碳；所述二氧化碳释放池与二氧化碳吸收池连通，用于释放出二氧化碳吸收池吸收的二氧化碳，通过释放二氧化碳输送管连通至烘干碳化内筒。
13.作为改进，碳化废气收集回用装置还包括加热装置，所述加热装置放置在二氧化碳释放池底部。
14.作为改进，所述二氧化碳吸收池内部放置有机胺液体，用于吸收二氧化碳；所述加热装置用于对吸收了二氧化碳的有机胺加热，使得释放出二氧化碳，进入释放二氧化碳输送管。
15.作为本发明的具体实施方式，本发明还提供了上述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统的方法，具体步骤为：
16.(一)工作前预处理
17.将一定直径尺寸的混凝土再生细骨料放置在烘干碳化内筒内，通过调节可燃燃料连通的燃料燃烧组件使得可燃燃料为合适的气体流量，烘干碳化内筒的外表面温度调到合适温度，电机转速为合适转速；调节水蒸气发生器，获得合适相对湿度的水蒸气。
18.(二)烘干碳化及循环反应
19.开启电机使其转动，点燃可燃燃料，输送水蒸气，使的烘干碳化内筒内部开始工作，筒内产生的气体通过碳化废气排出管进入二氧化碳吸收池，通过二氧化碳吸收池内部放置的有机胺吸收二氧化碳，再进入二氧化碳释放池内部，通过加热装置加热释放出二氧化碳，二氧化碳通过释放二氧化碳输送管再进入烘干碳化内筒；废气收集外筒收集的废气通过顶部的燃烧废气收集器及电机收集后，通过燃烧废气输送管道进入烘干碳化内筒；重复步骤(二)的循环过程，则充分利用燃烧废气中二氧化碳。
20.(三)取料
21.烘干碳化完成后可以关闭可燃燃料的阀门停止燃烧，关闭转动电机使得烘干碳化内筒停止转动，关闭水蒸汽发生器停止水蒸气的传输。系统完全停止运作后，再调节转动电机使得烘干碳化内筒进行反转，将内筒中碳化的再生细骨料倒出，收集并重新添加混凝土再生细骨料准备进行下一次烘干碳化。
22.有益效果：本发明提出的系统与现有的常规相比，具有以下的优势：
23.(1)经过碳化后的再生混凝土骨料在性能方面有一定提高，包括压碎指标、强度等，碳化后再生骨料生产的建筑产品在稳定性上也有提升。粒径为2.36-4.75mm的再生骨料经过碳化后，其压碎值降低22％，经过烘干碳化处理后，0.3-0.6mm的再生细骨料的吸水率可降低28％，使用碳化后再生混凝土细骨料浇筑成的砂浆强度最高能提升70％；(2)通过循环装置对系统中废气重复使用，循环使用co2，不排放co2，实现真正意义上的绿色生产。(3)利用再生混凝土骨料进行固碳，绿色生产，实现建筑行业在双碳政策上的落实。
附图说明
24.图1为本发明的结构示意图。
25.图中：1.烘干碳化内筒；2.转动电机；3.支撑滚轮；4.可燃燃料；5.燃料燃烧组件；6.燃烧废气收集外筒；7燃烧废气收集器及电机；8.燃烧废气输送管道；9.水蒸气输送管10.水蒸气发生器；11.碳化后余气排出管；12.二氧化碳吸收池；13.二氧化碳释放池；14.二氧化碳释放池加热装置；15.释放二氧化碳输送管；16.待烘干碳化的再生细骨料。
具体实施方式
26.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
27.见图1所示，本发明的系统主要由烘干碳化装置，燃烧废气收集装置，水蒸气提供装置和碳化废气收集回用装置组成。
28.碳化烘干装置包括烘干碳化内筒1；转动电机2；支撑滚轮3；可燃燃料4，可以为燃气；燃料燃烧组件5，可以选择燃气燃烧嘴完成可燃燃料的燃烧。
29.具体地：烘干碳化内筒1在转动电机2驱动下和支撑滚轮3支撑下持续转动，可以带动内部待烘干碳化的再生细骨料16翻动。进一步，燃气连接到燃气燃烧嘴上燃烧喷出火焰，对烘干碳化内筒1加热，烘干其内部的待烘干碳化的再生细骨料16。燃气燃烧嘴可调节火焰大小，实现烘干碳化内筒1的外表面温度60摄氏度到350摄氏度变化。驱动电机转速可调节，实现烘干碳化内筒1的转动速度在15转/分钟到60转/分钟内可变化，且实现反转出料。
30.燃烧废气收集装置包括废气收集外筒6，燃烧废气收集器及电机7，燃烧废气输送
管道8。燃烧废气被布置在燃烧废气收集外筒6顶部的燃烧废气收集器及电机7所收集，并通过燃烧废气输送管道8输送到烘干碳化内筒1的内部，在高二氧化碳浓度和高温度的作用下，待烘干碳化的再生细骨料16发生快速的碳化反应，实现固定二氧化碳。燃烧废气收集器及电机转速7可调节，实现燃烧废气中二氧化碳浓度2％-13％(通过调节电机转速改变收集废气速率)。
31.水蒸气提供装置包括水蒸气输送管9和水蒸气发生器10，由于碳化反应需要水蒸气的参与，如果待烘干碳化的再生细骨料16被快速烘干，则碳化反应变缓，为了调节提高碳化效率，增加水蒸气提供装置，由水蒸气发生器10提供水蒸气，经水蒸气输送管9输送到烘干碳化内筒1的内部。水蒸气浓度和流量可调节，具体可以设置为浓度40g/m3，流速4-20m/min，流量2-10l/min。
32.碳化废气收集回用装置包括碳化废气排出管11；二氧化碳吸收池12；二氧化碳释放池13；加热装置14；释放二氧化碳输送管15。烘干碳化内筒1内部的待烘干碳化的再生细骨料16并不能将通过通进来二氧化碳8全部反应，碳化废气从碳化废气排出管11排出进入二氧化碳吸收池12，二氧化碳吸收池12中为有机胺液体，能吸收二氧化碳，吸收了二氧化碳的有机胺流入二氧化碳释放池13，13二氧化碳释放池底部配置加热装置14，有机胺经加热释放出二氧化碳经由释放二氧化碳输送管15输送回到烘干碳化内筒1的内部，继续与待烘干碳化的再生细骨料16发生碳化反应。
33.下面通过具体的实施例进行对本发明系统的方法进行详细的说明和介绍。
34.实施例1：
35.通过调节燃气流量为1.5l/分钟使燃气燃烧嘴至较小火苗，使烘干碳化内筒的外表面温度达到60摄氏度，调节燃烧废气收集装置电机转速至20转/分钟，气体流量15l/分钟，二氧化碳浓度2％，调节水蒸汽发生器使得通入气体的相对湿度92％，烘干碳化内筒转速15转/分钟。对4.75mm以下的混凝土再生细骨料经过30、60、90、120分钟碳化，其碳化程度分别为19％，52％，78％，89％；吸水率分别降低3.7％，17.1％，19.8％，22.3％。
36.实施例2：
37.通过调节燃气流量为1.2l/分钟使燃气燃烧嘴至较小火苗，使烘干碳化内筒的外表面温度达到50摄氏度，调节燃烧废气收集装置电机转速至10转/分钟，气体流量为7l/分钟，二氧化碳浓度5％，调节水蒸汽发生器使得通入气体的相对湿度达92％，烘干碳化内筒转速15转/分钟。对4.75mm以下的混凝土再生细骨料经过30、60、90、120分钟碳化，其碳化程度分别为42％，72％，83％，92％；吸水率分别降低15.2％，19.7％，23.8％，25.7％。
38.实施例3：
39.通过调节燃气流量为1.8l/分钟使燃气燃烧嘴至火苗，使烘干碳化内筒的外表面温度达到150摄氏度，调节燃烧废气收集装置电机转速至10转/分钟，气体流量为7l/分钟，二氧化碳浓度5％，调节水蒸汽发生器使得通入气体的相对湿度达94％，烘干碳化内筒转速15转/分钟。对4.75mm以下的混凝土再生细骨料经过30、60、90、120分钟碳化，其碳化程度分别为32％，41％，44％，46％；吸水率分别降低11.2％，13.9％，14.4％，14.5％。
40.实施例4：
41.通过调节燃气流量为2.2l/分钟使燃气燃烧嘴至火焰，使烘干碳化内筒的外表面温度达到250摄氏度，调节燃烧废气收集装置电机转速至8转/分钟，气体流量为5l/分钟，二
氧化碳浓度8％，调节水蒸汽发生器使得通入气体的相对湿度达95％，烘干碳化内筒转速35转/分钟。对4.75mm以下的混凝土再生细骨料经过30、60、90、120分钟碳化，其碳化程度分别为19％，21％，22％，23％；吸水率分别降低6.9％，7.0％，7.1％，7.1％。
42.实施例5：
43.通过调节燃气流量为2.5l/分钟使燃气燃烧嘴至喷焰，使烘干碳化内筒的外表面温度达到350摄氏度，调节燃烧废气收集装置电机转速至6转/分钟，气体流量为4l/分钟，二氧化碳浓度13％，调节水蒸汽发生器使得通入气体的相对湿度达96％，烘干碳化内筒转速60转/分钟。对4.75mm以下的混凝土再生细骨料经过30、60、90、120分钟碳化，其碳化程度分别为17％，19％，20％，21％；吸水率分别降低5.7％，6.8％，7.1％，7.0％。
44.实施例6：
45.通过调节燃气流量为1.6l/分钟使燃气燃烧嘴至较小火焰，使烘干碳化内筒的外表面温度达到100摄氏度，调节燃烧废气收集装置电机转速至10转/分钟，气体流量为8l/分钟，二氧化碳浓度6％，调节水蒸汽发生器使得通入气体的相对湿度达94％，烘干碳化内筒转速60转/分钟。对4.75mm以下的混凝土再生细骨料经过30、60、90、120分钟碳化，其碳化程度分别为51％，79％，87％，94％，吸水率分别降低14.9％，21.1％，25.4％，29.1％。
46.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：包括烘干碳化装置，燃烧废气收集装置，水蒸气提供装置和碳化废气收集回用装置；其中，所述烘干碳化装置，用于对内部放置待烘干碳化的再生细骨料(16)烘干碳化，产生的碳化废气输送至碳化废气收集回用装置，产生的燃烧废气输送至燃烧废气收集装置；所述燃烧废气收集装置，用于收集产生的燃烧废气后再输送回烘干碳化装置；所述水蒸气提供装置，用于产生水蒸气，输送至烘干碳化装置；所述碳化废气收集回用装置，处理碳化废气后循环输送回烘干碳化装置。2.根据权利要求1所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：所述烘干碳化装置包括烘干碳化内筒(1)、转动电机(2)、支撑滚轮(3)；所述烘干碳化内筒(1)为中空筒体结构，内部放置有待烘干碳化的再生细骨料(16)；所述转动电机(2)安装在烘干碳化内筒(1)的一侧，为烘干碳化内筒(1)转动提供动力；所述支撑滚轮(3)安装在烘干碳化内筒(1)底部，辅助转动电机(2)完成转动。3.根据权利要求2所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：所述烘干碳化装置还包括可燃燃料(4)、燃料燃烧组件(5)；所述可燃燃料(4)通过燃料燃烧组件(5)输送、点燃在烘干碳化内筒(1)外侧底部，用于对烘干碳化内筒(1)进行加热，同时产生含co2的废气。4.根据权利要求3所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：其中燃料燃烧组件(5)能够调节可燃燃料(4)的流量，流量为2～6g/min；烘干碳化内筒(1)外表面温度为60-350℃，转动速度为15-60转/分钟。5.根据权利要求1所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：水蒸气提供装置包括水蒸气输送管(9)和水蒸气发生器(10)；所述水蒸气发生器(10)用于产生水蒸气，通过水蒸气输送管(9)一端连通水蒸气发生器(10)出口，另一端连通烘干碳化内筒(1)。6.根据权利要求1所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：燃烧废气收集装置包括废气收集外筒(6)、燃烧废气收集器及电机(7)、燃烧废气输送管道(8)；所述废气收集外筒(6)罩设在碳化烘干装置的外部，顶部连接燃烧废气收集器及电机(7)，一侧为燃烧废气输送管道(8)；所述燃烧废气收集器及电机(7)，用于通过电机驱动吸收收集产生的废气；所述燃烧废气输送管道(8)一端连通废气收集外筒(6)，另一端连通至烘干碳化内筒(1)。7.根据权利要求1所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：碳化废气收集回用装置包括碳化废气排出管(11)、二氧化碳吸收池(12)、二氧化碳释放池(13)、释放二氧化碳输送管(15)；所述碳化废气排出管(11)一端连通烘干碳化内筒(1)，另一端连通至二氧化碳吸收池(12)；所述二氧化碳吸收池(12)用于吸收碳化废气排出管(11)排出的二氧化碳；所述二氧化碳释放池(13)与二氧化碳吸收池(12)连通，用于释放出二氧化碳吸收池(12)吸收的二氧化碳，通过释放二氧化碳输送管(15)连通至烘干碳化内筒(1)。8.根据权利要求7所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：碳化废气收集回用装置还包括加热装置(14)，所述加热装置(14)放置在二氧化碳释放池(13)底部。9.根据权利要求8所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，其特征在于：
所述二氧化碳吸收池(12)内部放置有机胺，用于捕集二氧化碳；所述加热装置(14)用于对捕集二氧化碳后的有机胺池加热，使得释放出二氧化碳，进入释放二氧化碳输送管(15)。10.一种根据权利要求1-9任一所述循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统的方法，其特征在于：具体步骤为(一)工作前预处理将一定直径尺寸的混凝土再生细骨料放置在烘干碳化内筒(1)内，通过调节可燃燃料(4)连通的燃料燃烧组件(5)使得通入的可燃燃料(4)为合适的气体流量，烘干碳化内筒的外表面温度调到合适温度，电机转速为合适转速；调节水蒸气发生器(10)，获得合适相对湿度的水蒸气；(二)烘干碳化及循环反应打开可燃燃料(4)阀门，点燃燃料，开启转动电机(2)使烘干碳化内筒(1)转动，开启水蒸汽发生器(10)输送水蒸气，使得烘干碳化内筒(1)内部开始工作，筒内产生的气体通过碳化废气排出管(11)进入二氧化碳吸收池(12)，通过二氧化碳吸收池(12)内部放置的有机胺吸收二氧化碳，再进入二氧化碳释放池(13)内部，通过加热装置(14)加热释放出二氧化碳，二氧化碳通过释放二氧化碳输送管(15)再进入烘干碳化内筒(1)；废气收集外筒(6)收集的废气通过顶部的燃烧废气收集器及电机(7)收集后，通过燃烧废气输送管道(8)进入烘干碳化内筒(1)；重复步骤(二)的循环过程，其中产生的燃烧废气中二氧化碳含量为5-13％，燃烧废气收集器及电机(7)处理后燃烧废气中二氧化碳的可调节浓度为2-13％；(三)取料烘干碳化完成后可以关闭可燃燃料(4)的阀门停止燃烧，关闭转动电机(2)使得烘干碳化内筒(1)停止转动，关闭水蒸汽发生器(12)停止水蒸气的传输；系统完全停止运作后，再调节转动电机(2)使得烘干碳化内筒(1)进行反转，将内筒中碳化的再生细骨料倒出，收集并重新添加混凝土再生细骨料准备进行下一次烘干碳化。

技术总结
本发明提供了一种循环利用烘干废气碳化混凝土再生细骨料的系统，包括烘干碳化装置，燃烧废气收集装置，水蒸气提供装置和碳化废气收集回用装置；烘干碳化装置，用于对内部放置待烘干碳化的再生细骨料烘干碳化，产生的碳化废气输送至碳化废气收集回用装置，产生的燃烧废气输送至燃烧废气收集装置；碳化废气收集回用装置，处理碳化废气后循环输送回烘干碳化装置；水蒸气提供装置，用于产生水蒸气；燃烧废气收集装置，用于收集产生的燃烧废气后再输送回烘干碳化装置。另外，还包括该系统的方法，能够进行固碳，绿色生产，以及对系统产生废气重复使用，循环使用CO2，不排放CO2，实现真正意义上的绿色生产，实现建筑行业在双碳政策上的落实。实。


技术研发人员：刘琼 史焕聪 汤辉林 谭颖恩 卢鹏 赵明明
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/7/21