一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及气固反应技术领域，具体为一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法。一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，包括大流量气体控制模块，小流量气体控制模块，主流量调节器，水蒸汽控制模块，主控制阀一，气固反应控制模块，主控制阀二，真空泵，以及尾气处理控制模块；所述大流量气体控制模块用于提供恒定流量的大流量气体，其包括第一气罐，第一控制阀，第一流量调节器和第二控制阀。本发明专利技术将气体介质分为大流量气体和小流量气体，并通过大流量气体控制模块和小流量气体控制模块进行分别接入，小流量气体先在气体混合器中充分混合之后再与大流量气体逐步混合，可防止大流量气体流速过快而影响小流量气体的流量稳定性。流量稳定性。流量稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法


[0001]本专利技术涉及气固反应
，具体为一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法。

技术介绍

[0002]材料高温气固反应研究的问题在工程应用中一直存在，例如，研究金属在表面增加哪种元素（如碳、氮、硫）可以提高表面硬度或降低摩擦系数；研究金属材料在沿海环境中服役，高温、高水蒸汽含量、高腐蚀离子的环境会不会加速材料的失效；研究复杂气氛条件下的金属表面渗氮，分析金属材料在特定气氛环境中水蒸汽氧化对渗氮的改善作用；研究保护气氛条件下的金属表面氧化问题，分析金属材料在高温热处理环境中，气氛中低含量水蒸汽造成金属氧化的问题；研究弱氧化气氛条件下的金属表面氧化问题，分析金属材料在高温环境中，水蒸汽对金属的选择性氧化问题等等。而如何实现水蒸汽与其他气体按特定比例混合并在在高温条件下与材料发生气固反应以满足科研人员的研发以及生产应用需要是材料高温气固反应研究的技术难题。
[0003]申请号为CN201610038538.0的专利公开了一种用于研究气固反应动力学的实验系统，包括气固反应单元、蒸汽发生单元、反应气供给单元和产品气体处理单元，气固反应单元包括气固反应器和温度闭环控制装置；蒸汽发生单元的蒸汽发生器与气体进口相连；反应气供给单元包括第一气体钢瓶组、第二气体钢瓶组、电磁阀组、延迟控制器和气体预热器，第一气体钢瓶组和第二气体钢瓶组分别与电磁阀组相连，电磁阀组通过延迟控制器控制反应气体的瞬间切换。该实验系统能够初步实现水蒸汽与其他气体按特定比例混合并在在高温条件下与材料发生气固反应，且其具有温度控制精确、加热速度快、气态产品易分离等优点，但是，该实验系统的待反应气体的流量稳定性差，导致实验研究的气固反应效果差。且没有反馈控制系统，无法实现输入气体的控制，对于某些需要保持产物气体恒定的气固反应无法有效控制。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题，提出了一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法，能够提供流量精准度高、稳定性好的待反应气体，从而有效提高了气固反应的实验效果。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，包括大流量气体控制模块，小流量气体控制模块，主流量调节器，水蒸汽控制模块，主控制阀一，气固反应控制模块，主控制阀二，真空泵，以及尾气处理控制模块；所述大流量气体控制模块用于提供恒定流量的大流量气体，其包括第一气罐，第一控制阀，第一流量调节器和第二控制阀；所述第一控制阀的第一阀口与所述第一气罐的罐口通过管道连接，所述第一控制阀的第二阀口与所述第一流量调节器的进口通过管道连接；所述第一流量调节器的出口与所述第二控制阀的第一阀口通过管道连接；所述第二控
制阀的第二阀口与所述主流量调节器的进口通过管道连接；所述小流量气体控制模块用于提供恒定流量的小流量混合气体，其包括多个第二气罐，与所述第二气罐数量相同的第三控制阀，与所述第二气罐数量相同的第二流量调节器，气体混合器和第四控制阀；所述第三控制阀的第一阀口与所述第二气罐的罐口通过管道连接、第二阀口与所述第二流量调节器的进口通过管道连接；所述气体混合器的进口与全部所述第二流量调节器的出口通过管道连接，所述气体混合器的出口与所述第四控制阀的第一阀口连接；所述第四控制阀的第二阀口与所述第二控制阀的第二阀口通过管道连接；所述水蒸汽控制模块设置在所述主流量调节器与所述主控制阀一之间；所述水蒸汽控制模块用于提供恒定流量的水蒸汽，并将水蒸汽与所述主流量调节器出口出来的混合气体一同输送至所述主控制阀一的第一阀口；所述气固反应控制模块用于进行水蒸汽混合气氛高温气固反应，其包括气固反应炉和设置在所述气固反应炉内部的固体样品；所述气固反应炉的气体进口与所述主控制阀一的第二阀口通过管道连接，所述气固反应炉的气体出口与所述主控制阀二的第一阀口通过管道连接，所述主控制阀二的第二阀口与所述真空泵通过管道连接；所述气固反应炉还设有压力检测表；所述尾气处理控制模块包括尾气处理器和第十控制阀；所述第十控制阀的第一阀口与所述气固反应炉的气体出口通过管道连接，所述第十控制阀的第二阀口与所述尾气处理器的第二进口通过管道连接。
[0006]本专利技术将气体介质分为大流量气体和小流量气体，并通过具有不同类型流量调节器及管道的大流量气体控制模块和小流量气体控制模块进行分别接入，小流量气体先在气体混合器中充分混合之后再与大流量气体逐步混合，可防止大流量气体流速过快而影响小流量气体的流量稳定性，从而提高了总混合气体的流量稳定性，进而可提高气固反应的效果。
[0007]作为优选，所述水蒸汽控制模块包括第一水蒸汽发生器，以调节液态水流量的方式来控制水蒸汽流量；第五控制阀，其第一阀口与所述第一水蒸汽发生器的蒸汽出口通过管道连接；储水容器，通过管道与所述第五控制阀的第二阀口连接并通过管道与所述第一水蒸汽发生器的水进口连接；蒸汽压力表，其第一端口与所述第一水蒸汽发生器的蒸汽出口通过蒸汽供应管道连接；第六控制阀，其第一阀口与所述蒸汽压力表的第二端口通过蒸汽供应管道连接，所述第六控制阀的第二阀口与所述主流量调节器的出口通过蒸汽供应管道连接；第一恒温控制部件，设置在所述蒸汽供应管道上。
[0008]作为优选，所述水蒸汽控制模块包括第二水蒸汽发生器，以利用不同温度下液态水与水蒸汽的平衡蒸汽压的方式来控制水蒸汽流量；恒温槽，与所述第二水蒸汽发生器的底部连接；第七控制阀，其第一阀口分别与所述第二水蒸汽发生器的蒸汽进出口及所述主控
制阀一的第一阀口通过蒸汽供应管道连接，所述第七控制阀的第二阀口与所述主流量调节器的出口通过管道连接；第八控制阀，其第一阀口与所述第七控制阀的第二阀口通过管道连接，所述第八控制阀的第二阀口与所述第二水蒸汽发生器的蒸汽进出口之间通过管道连接；第二恒温控制部件，设置在所述蒸汽供应管道上。
[0009]作为优选，所述尾气处理控制模块还包括第九控制阀，尾气预处理器和尾气监测及控制器；所述第九控制阀的第一阀口与所述主控制阀二的第二阀口通过管道连接，所述第九控制阀的第二阀口与所述尾气预处理器的进口通过管道连接，所述尾气预处理器的出口与所述尾气监测及控制器的进口通过管道连接，所述尾气监测及控制器的出口与所述尾气处理器的第一进口通过管道连接；所述尾气监测及控制器还与所述第二流量调节器连接。
[0010]一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应控制方法，包括以下步骤S1选择气固反应所需的气体并将各气体根据气固反应所需流量接入大流量气体控制模块或小流量气体控制模块；S2根据气固反应中各气体与总混合气体的配比，将第一流量调节器及第二流量调节器调节至所需流量值；根据气固反应中总混合气体与水蒸汽的配比，将主流量调节器调节至所需流量值；S3根据气固反应中总混合气体与水蒸汽的配比对水蒸汽控制模块进行参数设置，水蒸汽控制模块根据设置好的参数产生所需流量值的水蒸汽；S4打开第一控制阀以使第一气罐中的气体流至第二控制阀的第一阀口处；打开第三控制阀以使第二气罐中的气体流至气体混合器进行充分混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，其特征在于：包括大流量气体控制模块，小流量气体控制模块，主流量调节器（7
‑
1），水蒸汽控制模块，主控制阀一（7
‑
2），气固反应控制模块，主控制阀二（7
‑
3），真空泵（7
‑
4），以及尾气处理控制模块；所述大流量气体控制模块用于提供恒定流量的大流量气体，其包括第一气罐（1
‑
1），第一控制阀（1
‑
2），第一流量调节器（1
‑
3）和第二控制阀（1
‑
4）；所述第一控制阀（1
‑
2）的第一阀口与所述第一气罐（1
‑
1）的罐口通过管道连接，所述第一控制阀（1
‑
2）的第二阀口与所述第一流量调节器（1
‑
3）的进口通过管道连接；所述第一流量调节器（1
‑
3）的出口与所述第二控制阀（1
‑
4）的第一阀口通过管道连接；所述第二控制阀（1
‑
4）的第二阀口与所述主流量调节器（7
‑
1）的进口通过管道连接；所述小流量气体控制模块用于提供恒定流量的小流量混合气体，其包括多个第二气罐（2
‑
1），与所述第二气罐（2
‑
1）数量相同的第三控制阀（2
‑
2），与所述第二气罐（2
‑
1）数量相同的第二流量调节器（2
‑
3），气体混合器（2
‑
4）和第四控制阀（2
‑
5）；所述第三控制阀（2
‑
2）的第一阀口与所述第二气罐（2
‑
1）的罐口通过管道连接、第二阀口与所述第二流量调节器（2
‑
3）的进口通过管道连接；所述气体混合器（2
‑
4）的进口与全部所述第二流量调节器（2
‑
3）的出口通过管道连接，所述气体混合器（2
‑
4）的出口与所述第四控制阀（2
‑
5）的第一阀口连接；所述第四控制阀（2
‑
5）的第二阀口与所述第二控制阀（1
‑
4）的第二阀口通过管道连接；所述水蒸汽控制模块设置在所述主流量调节器（7
‑
1）与所述主控制阀一（7
‑
2）之间；所述水蒸汽控制模块用于提供恒定流量的水蒸汽，并将水蒸汽与所述主流量调节器（7
‑
1）出口出来的混合气体一同输送至所述主控制阀一（7
‑
2）的第一阀口；所述气固反应控制模块用于进行水蒸汽混合气氛高温气固反应，其包括气固反应炉（5）和设置在所述气固反应炉（5）内部的固体样品（6）；所述气固反应炉（5）的气体进口与所述主控制阀一（7
‑
2）的第二阀口通过管道连接，所述气固反应炉（5）的气体出口与所述主控制阀二（7
‑
3）的第一阀口通过管道连接，所述主控制阀二（7
‑
3）的第二阀口与所述真空泵（7
‑
4）通过管道连接；所述气固反应炉（5）还设有压力检测表（5
‑
1）；所述尾气处理控制模块包括尾气处理器（8
‑
4）和第十控制阀（8
‑
5）；所述第十控制阀（8
‑
5）的第一阀口与所述气固反应炉（5）的气体出口通过管道连接，所述第十控制阀（8
‑
5）的第二阀口与所述尾气处理器（8
‑
4）的第二进口通过管道连接。2.根据权利要求1所述的一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，其特征在于：所述水蒸汽控制模块包括第一水蒸汽发生器（3
‑
1），以调节液态水流量的方式来控制水蒸汽流量；第五控制阀（3
‑
2），其第一阀口与所述第一水蒸汽发生器（3
‑
1）的蒸汽出口通过管道连接；储水容器（3
‑
3），通过管道与所述第五控制阀（3
‑
2）的第二阀口连接并通过管道与所述第一水蒸汽发生器（3
‑
1）的水进口连接；蒸汽压力表（3
‑
4），其第一端口与所述第一水蒸汽发生器（3
‑
1）的蒸汽出口通过蒸汽供应管道连接；第六控制阀（3
‑
5），其第一阀口与所述蒸汽压力表（3
‑
4）的第二端口通过蒸汽供应管道连接，所述第六控制阀（3
‑
5）的第二阀口与所述主流量调节器（7
‑
1）的出口通过蒸汽供应管
道连接；第一恒温控制部件（3
‑
6），设置在所述蒸汽供应管道上。3.根据权利要求1所述的一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，其特征在于：所述水蒸汽控制模块包括第二水蒸汽发生器（4
‑
1），以利用不同温度下液态水与水蒸汽的平衡蒸汽压的方式来控制水蒸汽流量；恒温槽（4
‑
2），与所述第二水蒸汽发生器（4
‑
1）的底部连接；第七控制阀（4
‑
3），其第一阀口分别与所述第二水蒸汽发生器（4
‑
1）的蒸汽进出口及所述主控制阀一（7
‑
2）的第一阀口通过蒸汽供应管道连接，所述第七控制阀（4
‑
3）的第二阀口与所述主流量调节器（7
‑
1）的出口通过管道连接；第八控制阀（4
‑
4），其第一阀口与所述第七控制阀（4
‑
3）的第二阀口通过管道连接，所述第八控制阀（4
‑
4）的第二阀口与所述第二水蒸汽发生器（4
‑
1）的蒸汽进出口之间通过管道连接；第二恒温控制部件（4
‑
5），设置在所述蒸汽供应管道上。4.根据权利要求1所述的一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，其特征在于：所述尾气处理控制模块还包括第九控制阀（8
‑
1），尾气预处理器（8
‑
2）和尾气监测及控制器（8
‑
3）；所述第九控制阀（8
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘蔚，钱炯，蔡志刚，孟凡江，杨义忠，矫明，苏诚，王宝顺，钟强，沈金李，
申请(专利权)人：上海核工程研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：