一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于水硬性胶凝材料生产领域，涉及一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法。该水硬性胶凝材料主要含有石膏，并添加少量熟石灰，可作为一种廉价且韧性良好的硅酸盐水泥的水硬性胶凝材料替代品。该水硬性凝胶材料的制备装置使用太阳能驱动的流化床设备作为生产装置，可部分或全部替代生产所需的化石燃料供能，生产过程中温室气体排放低，减少了对环境的污染和处理固废的成本。

A kind of hydraulic cementitious material and its preparation device and method

【技术实现步骤摘要】
一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法
本专利技术属于水硬性胶凝材料生产领域，涉及一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法，具体涉及一种石膏基水硬性胶凝材料以及利用太阳能制备该石膏基水硬性胶凝材料的装置及方法。
技术介绍
水硬性胶凝材料(hydraulicbinder，HB)主要有水泥、石膏等种类。目前全世界硅酸盐水泥的产量约为10亿吨/年，由此可假定人均年消费量约为170公斤。随着人口的增长和人民生活水平的提高，发展中国家人均硅酸盐水泥年消费量可达到500公斤，年总产量将超过20亿吨。硅酸盐水泥主要分为两个不同的应用领域，分别是占全球水泥消费量60％左右的混凝土领域和占40％左右的砂浆领域。当建筑物墙壁或设施对强度的要求较低时，硅酸盐水泥的使用在技术上不是必须，甚至还有一些弊端。硅酸盐水泥硬度过高，硬化后会阻碍砂浆跟随土壤沉降或地震的运动。砂浆缺乏韧性是在土地运动下建筑物开裂和弱化的原因之一。现有的水泥、石膏等水硬性胶凝材料韧性不足，使用时易出现墙壁开裂等问题，并且其生产都是利用焦炭、燃料、甲烷、垃圾等可燃物的燃烧来进行的，会产生大量温室气体(CO2等)，且化石能源是有限的，为了应对全球变暖，迫切需要开发环境友好的水硬性胶凝材料生产工艺。现有的水硬性胶凝材料主要成分β-半水石膏是在120-200℃的干燥条件下煅烧二水硫酸钙制得；工业常用的煅烧炉热损失高，且气体中含水量大，导致煅烧过程的燃料消耗量很高，尽管理论上二水硫酸钙分解为半水合物仅需约476kJ/kg，其实际能耗甚至高于1250kJ/kg。因此，目前存在的问题是需要研究开发一种既能满足水硬性凝胶材料的要求，又具有较好的韧性，制备过程中能耗低，燃料消耗量小的、廉价、环保的水硬性凝胶材料的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术目标之一是提供一种水硬性胶凝材料。该水硬性胶凝材料廉价且环保，可用于替代常用的硅酸盐水泥，其主要成分为石膏，可添加少量石灰。该水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，该抗压强度可承载5-10层建筑，同时可以很好地保证建筑部件的高韧性。本专利技术的目标之二是提供一种用于制备上述水硬性胶凝材料的方法。该方法以一种环保的方式制备上述石膏基水硬性胶凝材料，具体地，该方法使用太阳能不间断地生产所述石膏基水硬性胶凝材料，可以有效减少温室气体的产生。本专利技术的目标之三是提供一种用于制备上述水硬性胶凝材料的装置。利用该装置可以以一种环保的方式制备上述石膏基水硬性胶凝材料，该装置充分利用太阳能，化石能源消耗较低，操作弹性较大。本专利技术第一方面提供了一种水硬性胶凝材料，其主要成分为石膏，所述水硬性胶凝材料还任选地含有石灰。根据本专利技术，在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为60％-100％，优选为60％-95％；所述石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，进一步优选为20％-40％。本专利技术中，所述石灰包括生石灰和/或熟石灰。本专利技术中，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙。在本专利技术的一些优选的实施例中，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％。本专利技术中，所述水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×107Pa。本专利技术第二方面提供了一种用于制备水硬性胶凝材料的装置，其包括供热系统和流化床系统，所述供热系统包括导热油储罐、为导热油储罐供热的热源，以及下游导热油循环系统，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统与流化床系统相连，并为流化床系统供热。在本专利技术的一些具体实施例中，所述下游导热油循环系统包括设置在导热油储罐内的导热油储罐换热器、设置在流化床系统内的流化床换热器、分别与导热油储罐换热器的两端和流化床换热器的两端相连的流化床换热器进油管路和流化床换热器出油管路；优选地，所述下游导热油循环系统还包括设置于流化床换热器进油管路或流化床换热器出油管路的换热器进油泵。根据本专利技术的一些具体的实施方式，所述热源包括上游太阳能集热系统，其包括上游太阳能集热器，所述上游太阳能集热器内含有导热油，外壁具有集热面；所述上游太阳能集热系统通过上游太阳能集热器为上游导热油循环系统供热，并进一步通过上游导热油循环系统为导热油储罐供热。在本专利技术的一些具体实施例中，所述上游导热油循环系统包含上游太阳能集热器、分别与上游太阳能集热器的两端和导热油储罐相连的上游太阳能集热器进油管路和上游太阳能集热器出油管路，以及导热油储罐；优选地，所述上游导热油循环系统还包含设置于上游太阳能集热器进油管路的上游太阳能集热器进油泵。本专利技术中，所述上游太阳能集热系统包括聚光型上游太阳能集热系统和/或非聚光型上游太阳能集热系统。在本专利技术一些优选的实施例中，所述非聚光型上游太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统。在本专利技术另一些优选的实施例中，所述聚光型上游太阳能集热系统包括槽式太阳能集热系统、塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统。本专利技术中，所述聚光型上游太阳能集热系统包含上游太阳能聚光装置和上游太阳能集热器。在本专利技术的一些实施例中，所述上游太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在上游太阳能集热器的集热面上。根据本专利技术的另一些具体的实施方式，所述热源包括电加热装置，其通过设置于导热油储罐外部的供电装置以及设置于导热油储罐内部的一个或多个电加热管为导热油储罐供热。本专利技术中，所述供电装置包括太阳能光伏电池组件和/或交流电源。根据本专利技术，所述流化床系统包括流化床反应器，所述流化床反应器内设置有反应器床层，且在反应器床层内设置有流化床换热器。本专利技术中，所述流化床反应器为卧式流化床反应器。在本专利技术的一些实施例中，所述卧式流化床反应器的床层的长度与高度比值为5-20。在本专利技术的另一些实施例中，所述流化床反应器床层的高度≤1m。根据本专利技术，所述卧式流化床反应器顶部设置有排气口，底部设置有气体分布器，所述气体分布器通过进气通道依次与进气风机和流化床进气口相连；所述卧式流化床反应器的上游端顶部设置有反应物进料口，其下游端设置有产物出料口，且在产物出料口设置有用于控制流化床反应器床层高度的溢流板。根据本专利技术的一些优选的实施方式，所述卧式流化床反应器还配置有流化床太阳能集热系统，其包括设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面。本专利技术中，所述流化床太阳能集热系统包括聚光型流化床太阳能集热系统和/或非聚光型流化床太阳能集热系统。在本专利技术的一些优选的实施例中，所述非聚光型流化床太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统。在本专利技术的一些另优选的实施例中，所述聚光型流化床太阳能集热系统包括塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统；本专利技术中，所述聚光型流化床太阳能集热系统包含流化床太阳能聚光装置和设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面。在本专利技术的一些优选的实施例中，所述流化床太阳能聚光装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水硬性胶凝材料，其主要成分为石膏，所述水硬性胶凝材料还任选地含有石灰；优选地，在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为60％-100％，优选为60％-95％；所述石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，更优选为20％-40％；和/或，所述石灰包括生石灰和/或熟石灰；和/或，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙；进一步优选地，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％；和/或，所述水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×10

【技术特征摘要】
1.一种水硬性胶凝材料，其主要成分为石膏，所述水硬性胶凝材料还任选地含有石灰；优选地，在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为60％-100％，优选为60％-95％；所述石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，更优选为20％-40％；和/或，所述石灰包括生石灰和/或熟石灰；和/或，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙；进一步优选地，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％；和/或，所述水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×107Pa。


2.一种用于制备水硬性胶凝材料的装置，其包括供热系统和流化床系统，所述供热系统包括导热油储罐、为导热油储罐供热的热源，以及下游导热油循环系统，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统与流化床系统相连，并为流化床系统供热；
优选地，所述下游导热油循环系统包括设置在导热油储罐内的导热油储罐换热器、设置在流化床系统内的流化床换热器、分别与导热油储罐换热器的两端和流化床换热器的两端相连的流化床换热器进油管路和流化床换热器出油管路；进一步优选地，所述下游导热油循环系统还包括设置于流化床换热器进油管路或流化床换热器出油管路的换热器进油泵。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述热源包括上游太阳能集热系统，其包括上游太阳能集热器，所述上游太阳能集热器内含有导热油，外壁具有集热面；所述上游太阳能集热系统通过上游太阳能集热器为上游导热油循环系统供热，并进一步通过上游导热油循环系统为导热油储罐供热；
所述上游导热油循环系统包含上游太阳能集热器、分别与上游太阳能集热器的两端和导热油储罐相连的上游太阳能集热器进油管路和上游太阳能集热器出油管路，以及导热油储罐；优选地，所述上游导热油循环系统还包含设置于上游太阳能集热器进油管路的上游太阳能集热器进油泵；
所述上游太阳能集热系统包括聚光型上游太阳能集热系统和/或非聚光型上游太阳能集热系统；
优选地，所述非聚光型上游太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统；和/或，所述聚光型上游太阳能集热系统包括槽式太阳能集热系统、塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统；
进一步优选地，所述聚光型上游太阳能集热系统包含上游太阳能聚光装置和上游太阳能集热器；所述上游太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在上游太阳能集热器的集热面上。


4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述热源包括电加热装置，其通过设置于导热油储罐外部的供电装置以及设置于导热油储罐内部的一个或多个电加热管为导热油储罐供热；所述供电装置包括太阳能光伏电池组件和/或交流电源。


5.根据权利要求2-4中任意一项所述的装置，其特征在于，
所述流化床系统包括流化床反应器，所述流化床反应器内设置有反应器床层，且在反应器床层内设置有流化床换热器；
优选地，所述流化床反应器为卧式流化床反应器；
进一步优选地，所述卧式流化床反应器的床层的长度与高度比值为5-20；和/或，所述流化床反应器床层的高度≤1m；
更进一步优选地，所述卧式流化床反应器顶部设置有排气口，底部设置有气体分布器，所述气体分布器通过进气通道依次与进气风机和流化床进气口相连；所述卧式流化床反应器的上游端顶部设置有反应物进料口，其下游端设置有产物出料口，且在产物出料口设置有用于控制流化床反应器床层高度的溢流板。


6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述卧式流化床反应器还配置有流化床太阳能集热系统，其包括设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面；
所述流化床太阳能集热系统包括聚光型流化床太阳能集热系统和/或非聚光型流化床太阳能集热系统；
优选地，所述非聚光型流化床太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统；和/或，所述聚光型流化床太阳能集热系统包括塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统；
进一步优选地，所述聚光型流化床太阳能集热系统包含流化床太阳能聚光装置和设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面；所述流化床太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在流化床集热面上；
和/或；在气体分布器和进气风机之间的进气通道还设置有进气通道太能集热系统，其包含进气通道太阳能集热器，所述进气通道太阳能集热器内含气相介质，外部具有进气通道集热面；
所述进气通道太阳能集热系统包括聚光型进气通道太阳能集热系统和/或非聚光型进气通道太阳能集热系统；
优选地，所述非聚光型进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张会丽，杜蒙特·菲利普，贝延斯·扬，
申请(专利权)人：北京化工大学，新型石灰发展有限公司，贝延斯·扬，
类型：发明
国别省市：北京;11