本發(fā)明屬于co2礦化，具體涉及一種高溫高壓含雜質(zhì)混合co2礦化反應(yīng)裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、氣體礦化(gas?mineralization)是一種新興的二氧化碳捕集與封存(ccs,carboncapture?and?storage)技術(shù)，通過將co2與包含礦物質(zhì)反應(yīng)生成穩(wěn)定的固態(tài)碳酸鹽，實現(xiàn)永久封存。近年來，氣候變化問題日益嚴峻，全球范圍內(nèi)對于co2排放的控制和減排需求日益增加，ccs技術(shù)在此背景下得到了廣泛關(guān)注和研究。目前，co2咸水層封存是應(yīng)對氣候變化和減少溫室氣體排放的重要技術(shù)手段，其基本原理是在地層中將捕集到的co2注入深層的咸水層(即含鹽水的地下水層)，以實現(xiàn)長期儲存和安全隔離。co2-咸水-巖石的反應(yīng)性對co2咸水層封存項目的監(jiān)測和驗證至關(guān)重要，這需要通過實驗室研究進行快速分析，特別是針對含雜質(zhì)co2與咸水和巖石的反應(yīng)實驗。

2、在實驗室實驗中，模擬地層溫壓條件下，含雜質(zhì)co2混合氣體與巖石和咸水的礦化反應(yīng)是關(guān)鍵步驟之一。然而，實際的地層條件通常涉及高溫高壓環(huán)境，不同地層內(nèi)的礦物成分和咸水化學成分復(fù)雜多變。因此，如何在實驗室或工業(yè)環(huán)境中準確模擬這些條件，并實現(xiàn)含雜質(zhì)co2氣體的高效礦化反應(yīng)，監(jiān)測反應(yīng)氣體含水量，成為技術(shù)研究和開發(fā)的重點。

3、為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員需要開發(fā)更為先進的實驗設(shè)備和技術(shù)，以能夠在高溫高壓下模擬地層條件。同時，反應(yīng)釜的設(shè)計也至關(guān)重要。反應(yīng)釜設(shè)計復(fù)雜，操作困難，尤其在處理含雜質(zhì)的氣體時，難以精確控制氣體混合和注入的速率與質(zhì)量。這導(dǎo)致氣體與固體/液體的混合不均勻，反應(yīng)效率較低，實驗重復(fù)性差。同時，現(xiàn)有技術(shù)也無法有效模擬地層水汽蒸發(fā)的環(huán)境，限制了對礦化反應(yīng)過程中氣體含水量的監(jiān)測。因此，提升反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計與控制精度是實現(xiàn)高效氣體礦化的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種高溫高壓含雜質(zhì)混合co2礦化反應(yīng)裝置和方法，本發(fā)明開發(fā)了能夠模擬地層水汽蒸發(fā)環(huán)境的裝置，以便在實驗中更真實地再現(xiàn)自然條件，這將有助于更好地理解礦化反應(yīng)在實際地質(zhì)條件下的表現(xiàn)，提高研究的實用性。

2、實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為：

3、一種高溫高壓含雜質(zhì)混合co2礦化反應(yīng)裝置，包括供氣模塊、氣體混合器、混合氣體分析模塊、礦化反應(yīng)器、抽真空模塊和尾氣處理模塊；

4、供氣模塊包括co2氣體供氣單元和一個以上的雜質(zhì)氣體供氣單元；

5、氣體混合器包括氣體混合器殼體、一級螺旋混氣管和混合氣體輸出管，一級螺旋混氣管呈螺旋狀，一級螺旋混氣管設(shè)有多個沿其長度方向均勻分布的出氣孔，一級螺旋混氣管固定于氣體混合器殼體內(nèi)，氣體混合器殼體上設(shè)有進氣口，co2氣體供氣單元和每個雜質(zhì)氣體供氣單元分別與進氣口入口連通，一級螺旋混氣管的一端與進氣口出口連通，一級螺旋混氣管的另一端封閉，氣體混合器殼體設(shè)有第一出氣口，混合氣體輸出管的一端與第一出氣口連通，混合氣體輸出管上設(shè)有增壓泵，混合氣體分析模塊與混合氣體輸出管連接；

6、礦化反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體，反應(yīng)器殼體內(nèi)設(shè)有放置巖樣的支架，反應(yīng)器殼體底部設(shè)有倒錐形的氣體注入口，反應(yīng)器殼體底部設(shè)有環(huán)形的盛放槽，盛放槽位于氣體注入口外圍，盛放槽上連接有注排水管，注排水管的一端與盛放槽連接，注排水管上設(shè)有第一控制閥，反應(yīng)器殼體上連接有壓力表和溫度傳感器，混合氣體輸出管的另一端與氣體注入口連通，抽真空模塊和尾氣處理模塊分別與反應(yīng)器殼體連接。

7、所述的co2氣體供氣單元包括co2氣瓶和第一供氣管，第一供氣管上設(shè)有第一氣體流量計，第一供氣管的一端與co2氣瓶出口連接，雜質(zhì)氣體供氣單元有兩個，兩個雜質(zhì)氣體供氣單元分別為so2氣體供氣單元和no2氣體供氣單元，so2氣體供氣單元包括so2氣瓶和第二供氣管，第二供氣管上設(shè)有第二氣體流量計，第二供氣管的一端與so2氣瓶出口連接，no2氣體供氣單元包括no2氣瓶和第三供氣管，第三供氣管上設(shè)有第三氣體流量計，第三供氣管的一端與no2氣瓶出口連接，第一供氣管、第二供氣管和第三供氣管的另一端通過四通閥與進氣口連接。

8、所述的氣體混合器還包括二級混氣腔和攪拌組件，二級混氣腔位于一級螺旋混氣管的螺旋空間內(nèi)，二級混氣腔上設(shè)有多個均勻分布的進氣孔，攪拌組件可對二級混氣腔內(nèi)的混合氣體進行攪拌，二級混氣腔上設(shè)有第二出氣口，第二出氣口上連接有出氣管，出氣管的一端與第二出氣口連接，出氣管貫穿第一出氣口，出氣管上設(shè)有第二控制閥，混合氣體輸出管的一端與出氣管的另一端連接。

9、所述的攪拌組件包括攪拌電機、攪拌軸和多個攪拌扇葉，攪拌電機位于氣體混合器殼體外，攪拌電機固定于氣體混合器殼體的一端面上，攪拌軸的一端與攪拌電機輸出軸連接，攪拌軸平行于一級螺旋混氣管的螺旋延伸方向，攪拌軸分別貫穿二級混氣腔相對的兩側(cè)，攪拌軸與二級混氣腔轉(zhuǎn)動連接，多個攪拌扇葉位于二級混氣腔內(nèi)，且多個攪拌扇葉沿著攪拌軸的長度方向均勻分布，

10、所述的礦化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有微孔濾板，微孔濾板密封盛放槽和氣體注入口頂部，微孔濾板固定于反應(yīng)器殼體底部上，氣體注入口頂部設(shè)有環(huán)形的密封圈槽，密封圈槽內(nèi)設(shè)有密封圈。

11、所述的氣體注入口尖端底部連接有氣體注入管，氣體注入管的一側(cè)固定于反應(yīng)器殼體底部上，且氣體注入管的一端與氣體注入口連通。

12、所述的抽真空模塊包括抽真空管和真空泵，抽真空管的一端與反應(yīng)器殼體連通，抽真空管的另一端與真空泵連接，抽真空管上設(shè)有第三控制閥。

13、還包括尾氣處理模塊，尾氣處理模塊包括尾氣管和尾氣處理裝置，尾氣管的一端與反應(yīng)器殼體連通，尾氣管的另一端與尾氣處理裝置連接。

14、還包括氣體取樣模塊，氣體取樣模塊包括氣體取樣容器、氣體取樣管、溫濕度傳感器和氣相色譜儀，氣體取樣管的兩端與反應(yīng)器殼體和氣體取樣容器連通，氣體取樣管上設(shè)有第四控制閥，溫濕度傳感器安裝于氣體取樣容器上，氣相色譜儀與氣體取樣容器連接。

15、還包括液體取樣模塊，液體取樣模塊包括液體取樣容器和液體取樣管，液體取樣管的一端與注排水管的另一端通過可拆卸的方式連接，液體取樣管的另一端與液體取樣容器連接。

16、所述的混合氣體分析模塊包括分析氣管和氣體分析儀，分析氣管上設(shè)有第五控制閥，分析氣管的兩端分別與混合氣體輸出管和氣體分析儀連接，分析氣管與混合氣體輸出管的連接處位于增壓泵和出氣管之間。

17、一種基于所述的高溫高壓含雜質(zhì)混合co2礦化反應(yīng)裝置的礦化方法，包括如下步驟：

18、s1、將待礦化的巖樣放入反應(yīng)器殼體內(nèi)；

19、s2、開啟co2氣體供氣單元和各雜質(zhì)氣體供氣單元，co2氣體和一種以上的雜質(zhì)氣體進入氣體混合器殼體內(nèi)進行混合，當co2氣體和各雜質(zhì)氣體進入氣體混合器殼體內(nèi)的量達到設(shè)定量時，關(guān)閉co2氣體供氣單元和各雜質(zhì)氣體供氣單元，co2氣體和一種以上的雜質(zhì)氣體在氣體混合器殼體內(nèi)充分混合均勻后，得到混合氣體；

20、s3、開啟混合氣體分析模塊和第二控制閥，對混合氣體的成分進行測試，若混合氣體的成分占比符合要求，則停止混合，若混合氣體的成分占比不符合要求，則繼續(xù)混合，直至混合氣體滿足測試要求，關(guān)閉混合氣體分析模塊和第二控制閥；

21、s4、開啟抽真空模塊，對反應(yīng)器殼體內(nèi)進行抽真空，待反應(yīng)器殼體內(nèi)達到真空狀態(tài)后，關(guān)閉抽真空模塊；

22、s5、打開第一控制閥，通過注排水管將環(huán)境模擬液注入盛放槽中，隨后關(guān)閉第一控制閥；

23、s6、對反應(yīng)器殼體進行加熱，待反應(yīng)器殼體達到設(shè)定溫度后保溫；

24、s7、打開第二控制閥和增壓泵，向反應(yīng)器殼體內(nèi)注入混合氣體，同時利用混合氣體對反應(yīng)器殼體進行加壓，當反應(yīng)器殼體內(nèi)壓力達到礦化反應(yīng)所需的壓力時，關(guān)閉第二控制閥和增壓泵；

25、s8、反應(yīng)器殼體內(nèi)開始進行礦化反應(yīng)，待礦化反應(yīng)結(jié)束后，停止對反應(yīng)器殼體進行加熱，開啟尾氣處理模塊對礦化反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣進行處理；

26、s9、待反應(yīng)器殼體內(nèi)壓力降至大氣壓，取出巖樣。

27、進一步，在礦化反應(yīng)過程中，如果需要對礦化反應(yīng)過程中混合氣體進行成分分析和監(jiān)測溫濕度，可打開第四控制閥，反應(yīng)器殼體內(nèi)的混合氣體進入氣體取樣容器，通過氣相色譜儀進行分析和溫濕度傳感器進行溫濕度監(jiān)測；如果需要對礦化反應(yīng)過程中放置槽內(nèi)的環(huán)境模擬液進行液體分析，打開第一控制閥，放置槽內(nèi)的環(huán)境模擬液流入液體取樣容器。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點與有益效果在于：

29、1、本發(fā)明的氣體混合器混合效果好，使得co2和雜質(zhì)氣體混合地更加均勻，而且本發(fā)明的氣體混合器能夠混合不同類型的氣體，適應(yīng)多種反應(yīng)需求，這種適應(yīng)性使得系統(tǒng)能夠在不同的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮作用，滿足多樣化的實驗室/市場需求。

30、2、本發(fā)明可以模擬純co2的礦化反應(yīng)，也可以模擬工業(yè)實際排放的co2尾氣(co2尾氣中可能包含各種雜質(zhì)，如硫化物、氮氧化物、碳氫化合物等)的礦化反應(yīng)，拓展了應(yīng)用范圍，具有很好地研發(fā)前景。

31、3、本發(fā)明包括水汽蒸發(fā)控制的設(shè)計，通過控制環(huán)境模擬液組分含量、反應(yīng)溫度和壓力模擬實際地層液態(tài)水-水汽共存環(huán)境并實現(xiàn)水汽蒸發(fā)控制，從而真實地再現(xiàn)co2礦化反應(yīng)的自然條件，提高模擬co2礦化反應(yīng)實驗結(jié)果的準確性和可靠性，從而提高了co2礦化反應(yīng)研究的價值。

32、4、本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)氣體的混合和礦化反應(yīng)，還可以對礦化反應(yīng)過程中的混合氣體和環(huán)境模擬液體進行取樣分析測試，這種多功能使得本發(fā)明的裝置在實驗過程中能夠靈活對應(yīng)不同的需求，提高了本發(fā)明應(yīng)用的廣泛性。