一种CO2/O2气氛下确定水泥生料分解特征温度和分解速率的方法技术

本发明专利技术公开了一种CO2/O2气氛下确定水泥生料分解特征温度和分解速率的方法，包括以下步骤：1)获取不同CO2/O2气氛下水泥生料的分解特征温度和反应动力学参数；构建并修正分解特征温度与CO2浓度之间的计算模型；构建反应动力学参数与CO2和O2浓度之间的预测模型；2)获得水泥实际生产过程中的CO2和O2浓度，根据步骤1)所得模型计算获得生料分解的特征温度和反应动力学参数；3)根据分解速率模型和步骤2)所得参数，得不同温度的转化率α，再根据分解速率计算模型得分解速率。本发明专利技术所述方法可简便、快速地获得水泥生料分解特性，有利于针对性地调整生产工艺参数，提高水泥生料生产效率、降低污染物排放等，适合应用。适合应用。

【技术实现步骤摘要】
一种CO2/O2气氛下确定水泥生料分解特征温度和分解速率的方法


[0001]本专利技术属于分析
，具体涉及一种CO2/O2气氛下确定水泥生料分解特征温度和分解速率的方法。

技术介绍

[0002]水泥生产过程中使用大量矿物燃料和碳酸盐原料，燃料燃烧、碳酸盐分解会生成大量的CO2，由此带来了巨大的碳排放。据统计，每生产1t水泥，CO2排放量约为0.7～1.1t，降低碳排放是水泥行业正在实施并大力发展的重要方向。
[0003]目前，水泥行业降低碳排放的方法主要包括更换原料、使用替代燃料、烟气中CO2捕集纯化等。烟气回掺技术是将烟气代替空气重新送入回转窑和分解炉，实现烟气中CO2富集，这将有利于CO2的捕集、纯化、压缩。研究表明，当烟气中CO2浓度大于70％后，CO2的捕集相对容易。因此，烟气回掺技术是水泥行业降低CO2的捕集排放的重要方向之一。
[0004]烟气回掺技术会导致CO2富集，使得水泥生产过程的分解炉中CO2的浓度大幅度提高，进而影响水泥生料的分解特性，需要针对性地调整生产工艺参数。进一步探索、优化气氛变化时对应水泥生料分解特性的确定方法，具有重要的研究和应用意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种CO2/O2气氛下确定水泥生料分解特征温度和分解速率的方法，计算获得不同气体浓度条件下的水泥生料分解特征温度和反应速度，获得对应条件下的水泥生料分解特性，从而对实际生产参数进行调整和优化。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：<br/>[0007]一种CO2/O2气氛下确定水泥生料分解特征温度和分解速度的方法，包括以下步骤：
[0008]1)获取不同CO2/O2气氛下水泥生料的分解特征温度和反应动力学参数值；采用化学计量方法构建分解特征温度与CO2浓度V
CO2
之间的预测模型，然后进一步构建分解特征温度与O2浓度V
O2
之间的修正模型；采用化学计量方法构建反应动力学参数与CO2浓度V
CO2
和O2浓度V
O2
之间的预测模型；其中，分解特征温度包括反应起始温度T
i
、反应终止温度T
f
和反应速率最大时对应的温度T
max
，反应动力学参数包括反应活化能E和反应指前因子A；
[0009]2)获得水泥实际生产过程中的CO2浓度V
CO2
和O2浓度V
O2
，根据步骤1)所得模型(分解特征温度与O2浓度V
O2
之间的修正模型和反应动力学参数与CO2浓度V
CO2
和O2浓度V
O2
之间的预测模型)计算获得生料分解的特征温度和反应动力学参数；
[0010]3)根据生料分解的机理函数积分模型，利用步骤2)所得反应动力学参数E、A和不同反应温度T进行积分，其中，每个待检测的反应温度T对应的积分起始点为T
i
、终止点为反应温度T，反应温度T的最大值为T
f
，求得不同反应温度T下的机理函数积分参数g(α)，根据公式计算不同反应温度T下的转化率α；然后根据转化率α对
时间求导的分解速率计算模型，获得生料分解过程中，不同反应温度T对应的分解速率。
[0011]上述方案中，步骤1)所述预测模型采用响应面法分析实验数据，构建计算特征温度和反应动力学参数的预测模型。
[0012]上述方案中，所述分解特征温度与CO2浓度V
CO2
之间的预测模型包括式(1)～(3)：
[0013][0014][0015][0016]式中，T
i初始
(预测模型中的反应起始温度T
i
)、T
f初始
(预测模型中的反应终止温度T
f
)、T
max初始
(预测模型中的反应速率最大时对应的温度T
max
)单位为℃；V
O2
、V
CO2
的单位为％；
[0017]进一步进行修正所得分解特征温度与O2浓度V
O2
之间的修正模型包括式(4)～(6)：
[0018][0019][0020][0021]上述方案中，所述反应动力学参数与CO2浓度V
CO2
和O2浓度V
O2
之间的预测模型包括式(7)～(8)：
[0022][0023][0024]式中，E单位为kJ/mol，A为无量纲量。
[0025]上述方案中，步骤1)中所述分解特征温度和反应动力学参数值采用已知N2、O2、CO2浓度的CO2/O2气氛下的热重实验得到。
[0026]上述方案中，步骤3)采用的机理函数积分模型为：其中β为升温速率，℃/min，取值1
‑
30℃/min(具体水泥生料分解实验中，调控保持固定的升温速率)。
[0027]上述方案中，步骤3)采用的分解速率计算模型见式(9)：
[0028][0029]式中，为分解速率，％/min；α为反应转化率，％；R为气体常数，8.314J/(mol
·
K)；T为反应温度，K。
[0030]上述方案中，水泥生料分解符合随机成核和随后生长机理，计算分解速率采用的机理函数为
[0031]进一步地，步骤3)所得不用温度下转化率α进行了归一化处理。
[0032]上述方案中，所述CO2/O2气氛包括O2、CO2和N2，其中CO2的浓度为0～100％，O2的浓度为0～50％。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0034]1)采用本专利技术所述方法可简便、快速地获得水泥生料分解特性，可准确地实时获得不同气氛下水泥生料分解的特征温度和动力学参数，有利于节约实际生产条件下的仪器成本并大幅度缩短数据获得周期。
[0035]2)本专利技术可利用获得的动力学参数和分解特征温度，求得不同CO2/O2气氛下和温度下水泥生料的分解反应转化率和分解速率，有利于针对性地调整生产工艺参数，提高水泥生料生产效率、降低污染物排放等。
附图说明
[0036]图1为应用例1所得分解速率预测曲线与实际反应速率曲线的对比图；
[0037]图2为应用例2所得分解速率预测曲线与实际反应速率曲线的对比图；
[0038]图3为应用例3所得分解速率预测曲线与实际反应速率曲线的对比图；
[0039]图4为应用例4所得分解速率预测曲线与实际反应速率曲线的对比图；
[0040]图5为应用例5所得分解速率预测曲线与实际反应速率曲线的对比图；
[0041]图6为对比例1所得分解速率预测曲线与实际反应速率曲线的对比图。
具体实施方式
[0042]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2/O2气氛下确定水泥生料分解特征温度和分解速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取不同CO2/O2气氛下水泥生料的分解特征温度和反应动力学参数值；构建分解特征温度与CO2浓度V
CO2
之间的预测模型，然后进一步构建分解特征温度与O2浓度V
O2
之间的修正模型；采用化学计量方法构建反应动力学参数与CO2浓度V
CO2
和O2浓度V
O2
之间的预测模型；其中，分解特征温度包括反应起始温度T
i
、反应终止温度T
f
和反应速率最大时对应的温度T
max
，反应动力学参数包括反应活化能E和反应指前因子A；2)获得水泥实际生产过程中的CO2浓度V
CO2
和O2浓度V
O2
，根据步骤1)所得模型计算获得生料分解的特征温度和反应动力学参数；3)根据生料分解的机理函数积分模型，利用步骤2)所得反应动力学参数E、A和不同反应温度T进行积分，其中，每个待检测的反应温度T对应的积分起始点为T
i
、终止点为反应温度T，反应温度T的最大值为T
f
，求得不同反应温度T下的机理函数积分参数g(α)和转化率α；然后根据转化率α对时间求导的分解速率计算模型，获得生料分解过程中，不同反应温度T对应的分解速率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述预测模型采用响应面法得到。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分解特征温度与CO2浓度V
CO2
之间的预测模型包括式(1)～(3)：测模型包括式(1)～(3)：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨虎，何峰，梅书霞，谢峻林，刘小青，张超，邓玉华，
申请(专利权)人：中材建设有限公司，
类型：发明
国别省市：