水泥（混凝土中的粘合元素）的生產(chǎn)占全球二氧化碳 (CO2) 排放總量的 7%,。混凝土是地球上使用很廣泛的資源之一,，全球每年生產(chǎn)總量約 260 億噸。由于全球需求增長,，預(yù)計(jì)生產(chǎn)至少在未來二十年內(nèi)不會放緩,。
混凝土由骨料（主要是巖石和沙子）以及水泥和水組成。由于混凝土約 80% 的碳足跡來自水泥成分,，研究人員一直在努力尋找更合適的材料來減少此類碳排放,。除了開發(fā)混合水泥和藻基水泥以減少CO2排放外，研究人員和私營公司還致力于探索新方法,，將捕獲的 CO2作為水泥本身的成分,，將其鎖定并防止其進(jìn)入水泥廠。
什么是碳調(diào)節(jié)和CO2固化,？
目前,，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，CO2或者在混合期間通過稱為碳調(diào)節(jié)的過程注入,，或者在混凝土澆注后通過稱為碳化固化或CO2固化的過程添加到骨料中,。這些過程將氣態(tài)CO2轉(zhuǎn)化為碳酸鹽礦物，可以無限期地儲存而不會導(dǎo)致全球變暖,。預(yù)制混凝土比現(xiàn)澆混凝土能夠儲存更多的CO2?，F(xiàn)場澆鑄可將其總質(zhì)量的高達(dá) 3.8% 儲存在 CO2中，而預(yù)制件可將其總質(zhì)量的多達(dá) 9.6%儲存在 CO2中,。
除了減少 CO2排放量外,，該工藝還可以將混凝土的強(qiáng)度提高約 10% 至 20%（具體取決于混合物）,。因此，使用CO2養(yǎng)護(hù)制成的混凝土實(shí)際上需要更少的水泥,，進(jìn)一步減少了相關(guān)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產(chǎn)成本并增加收入,。
下面，我們將解釋碳調(diào)節(jié)和碳固化過程,，以及 Alicat 的MC 系列質(zhì)量流量控制器如何為這些應(yīng)用提供一體化計(jì)量解決方案,。
使用 MC 系列質(zhì)量流量控制器進(jìn)行碳調(diào)節(jié)
在碳調(diào)節(jié)中，CO2在混合階段直接注入骨料中,。
對于該工藝,，可以使用具有不同優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的不同CO2源，包括純CO2氣體,、煙道氣或混合氣體混合物,。雖然純 CO2儲罐成本更高，并且必須從外部購買或使用 CO2分離程序在內(nèi)部創(chuàng)建,，但煙道氣和混合氣體是更經(jīng)濟(jì)的選擇,，可以回收工業(yè)過程中的直接排放。相反,，純CO2氣體提供更快的反應(yīng)時(shí)間并且更容易儲存,。
無論使用哪種CO2源，骨料都被放入溫度和濕度受控的固化室中,，然后使用壓力控制器（例如在壓力控制模式下運(yùn)行的艾里卡特MC系列質(zhì)量流量控制器）通過氣源加壓,。根據(jù)使用的氣源，該壓力通常在 150 kPaG-500 kPaG 范圍內(nèi)變化（盡管有時(shí)使用環(huán)境條件）,。更大的壓力將允許更快的反應(yīng),。MC 系列質(zhì)量流量控制器在獲取質(zhì)量流量和溫度數(shù)據(jù)的同時(shí)調(diào)節(jié)過程壓力。
開放式入口系統(tǒng)
在開放式入口系統(tǒng)或持續(xù)流動(dòng)的系統(tǒng)中,，由于新鮮CO2不斷取代封存的CO2,，反應(yīng)期間室壓和溫度大致不變。因此,，當(dāng)氣體流速下降到接近零時(shí),，反應(yīng)結(jié)束，這表明混凝土中不能儲存更多的CO2,。此外,，溫度下降也確定該過程已結(jié)束。一旦達(dá)到這些預(yù)定的流量或溫度端點(diǎn)，以壓力控制模式運(yùn)行的質(zhì)量流量控制器就會通過PLC或計(jì)算機(jī)發(fā)出信號以關(guān)閉氣體供應(yīng),。
Alicat 的MC 系列質(zhì)量流量控制器在壓力控制模式下運(yùn)行,，可以通過 PID 控制回路提供連續(xù)、快速響應(yīng)的壓力控制,，實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化,，同時(shí)記錄關(guān)鍵溫度和質(zhì)量流量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)還可以通過以下方式監(jiān)視和控制過程： PLC或計(jì)算機(jī),。
封閉式入口系統(tǒng)
在封閉入口系統(tǒng)中,，添加CO2直至達(dá)到腔室壓力設(shè)定點(diǎn)，之后關(guān)閉氣體供應(yīng),。由于系統(tǒng)在加壓和氣密后是封閉的,，所以腔室內(nèi)的溫度、CO2濃度和氣壓將隨著混凝土吸收CO2而降低,。當(dāng)所有 CO2已用完且所有剩余氣體通過電動(dòng)閥排出時(shí),，連接到腔室的CO2傳感器會發(fā)出信號。然后添加新的CO2氣體并循環(huán)重復(fù)該過程,，直到CO2傳感器仍可檢測到CO2并且不再觀察到顯著的溫度或壓力變化,。
除了控制循環(huán)氣體流量外，就像在開放式入口系統(tǒng)中一樣,，Alicat 的 MC 系列質(zhì)量流量控制器在壓力控制模式下運(yùn)行,，在封閉式入口系統(tǒng)中使用 CO2傳感器在過程結(jié)束時(shí)向控制回路發(fā)出信號溫度或壓力數(shù)據(jù)。當(dāng)壓力和溫度不再隨時(shí)間下降并且CO2水平不再下降至零時(shí),，控制回路結(jié)束該過程,。或者,，當(dāng)溫度和壓力隨時(shí)間下降但CO2水平下降至零時(shí)，控制回路通過電動(dòng)閥排出剩余的腔室氣體并添加更多CO2,。
使用 PC3 系列壓力控制器進(jìn)行碳調(diào)節(jié)
或者,，Alicat PC3 系列壓力控制器可以僅根據(jù)壓力設(shè)定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化。在開放式入口過程中,，PC3 系列壓力控制器設(shè)置腔室壓力,，并在壓力開始上升到設(shè)定值以上時(shí)結(jié)束過程。在封閉入口配置中,，PC3 系列對腔室加壓,，然后隨著腔室壓力降低且 CO2水平隨著時(shí)間的推移而降低，批量添加更多 CO2,。當(dāng)腔室壓力和 CO2水平保持恒定時(shí),，PC3 向控制回路發(fā)出信號，通過電動(dòng)閥排出所有剩余氣體并結(jié)束該過程。
為了跟蹤開放式入口或封閉式入口系統(tǒng)中使用的CO2或混合氣體的量,，Alicat 的 MC 系列包括累加器和配料選項(xiàng),，可以輕松、自動(dòng)地計(jì)算被封存的CO2量,，從而創(chuàng)建一個(gè)可追溯的記錄可能因稅收優(yōu)惠等原因有用,。
使用 PC3 系列控制器的 MC 系列進(jìn)行CO2固化
碳化固化或CO2固化描述了混合階段后整個(gè)混凝土塊中CO2的封存。除了這一差異之外,，該過程與碳調(diào)節(jié)類似,。正如在碳調(diào)節(jié)系統(tǒng)配置中一樣，濕度,、溫度和壓力受控室與CO2氣源,、壓力傳感器或控制器以及CO2傳感器結(jié)合使用。
正如在碳調(diào)節(jié)中一樣,，Alicat 的MC 系列質(zhì)量流量控制器可以幫助獲得 CO2固化的全部優(yōu)勢,。
l 精度高達(dá)讀數(shù)的 ±0.5% 和滿量程的 ±0.1%
l 重復(fù)性高達(dá)讀數(shù)的 ±0.1% + 滿量程的 0.02%
l 響應(yīng)時(shí)間快至 1 毫秒
Alicat 的PC3 系列壓力控制器有助于實(shí)現(xiàn) CO2固化的自動(dòng)化。
l 精度高達(dá)滿量程的 ±0.125%
l 重復(fù)性高達(dá)滿量程的 ±0.08%
l 控制范圍為滿量程的 0.01–100%
l 傳感器響應(yīng)時(shí)間 <1 ms
此外,，Alicat 的設(shè)備與多種通信選項(xiàng)兼容,，在使用計(jì)算機(jī)或 PLC 時(shí)允許各種自動(dòng)化選項(xiàng)。
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