一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收系统和工艺的制作方法

本发明涉及二氧化碳回收利用领域，尤其涉及一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收系统和工艺。

背景技术：

1、碳化反应是碳材料制备及改性过程中的关键工序，广泛应用于活性炭活化、化学气相沉积、超临界流体处理及二氧化碳矿化等领域。在碳化反应过程中，二氧化碳（co2）常作为反应物、活化剂或气氛调节剂被通入碳化反应釜中，以调控碳材料的微观结构及表面性能。然而，由于碳化反应通常在高温高压条件下进行，且co2的实际转化率有限，反应结束后釜内仍残留大量未反应的co2气体。

2、现有技术中，针对碳化反应后残余co2的处理方式主要包括直接排放和增压冷冻回收两种；直接排放不仅造成温室气体污染，还导致昂贵的co2原料浪费，不符合绿色制造与碳中和的发展要求。而增压冷冻回收法虽然能够实现co2的回收利用，但其工艺流程复杂、设备投资高昂；一方面，增压冷冻回收需配备多级压缩机将低压尾气增压至临界压力以上，再经深冷装置液化分离，压缩与制冷环节能耗巨大；另一方面，碳化反应尾气中往往夹带水分、粉尘及微量有机挥发物，在低温高压条件下极易结冰堵塞管路或腐蚀设备，导致系统频繁停机维护，回收效率随运行时间延长而显著下降。此外，增压冷冻法为间歇式批次操作，与碳化反应釜的周期性生产节奏难以匹配，无法实现co2的即时缓存与连续供给，进一步限制了生产效率的提升。因此，现有碳化反应co2回收技术中存在能耗大、效率低、运行稳定性差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收系统，其设有气柜活塞装置、碳化反应釜、二氧化碳供应器、干燥装置和泵体，可以根据连通状态构成抽真空功能模块、二氧化碳缓存功能模块、二氧化碳补充功能模块或二氧化碳回收模块，能实现低能耗且高效率地回收及循环使用二氧化碳。

2、本发明还提出一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收工艺，其使用了上述的二氧化碳循环供给回收系统。

3、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收系统，包括：气柜活塞装置、碳化反应釜、二氧化碳供应器、干燥装置和泵体；

5、所述气柜活塞装置的输出端通过气柜输出管连通于所述碳化反应釜的输入端，所述二氧化碳供应器的输出端通过供气管路连通于所述气柜输出管；

6、所述碳化反应釜的输出端通过干燥输入管连通于所述干燥装置的输入端，所述干燥装置的输出端通过干燥输出管连通于所述泵体的输入端，所述泵体的输出端通过储存输入管连通于所述气柜活塞装置的输入端；

7、所述碳化反应釜、干燥装置和泵体三者在依次连通时组成抽真空功能模块，用于在所述碳化反应釜装入碳化反应物后对所述碳化反应釜抽真空；

8、所述碳化反应釜和气柜活塞装置两者在连通时组成二氧化碳缓存功能模块，用于将所述气柜活塞装置储存的二氧化碳输出至所述碳化反应釜；

9、所述碳化反应釜和二氧化碳供应器两者在连通时组成二氧化碳补充功能模块，用于将所述二氧化碳供应器的二氧化碳输出至所述碳化反应釜；

10、所述碳化反应釜、干燥装置、泵体和气柜活塞装置四者在依次连通时组成二氧化碳回收模块，用于将四者之间的二氧化碳储存于所述气柜活塞装置。

11、可优化地，所述干燥装置设有冷冻式干燥机。

12、可优化地，所述泵体为水环真空泵。

13、可优化地，还包括：干燥排空模块；

14、所述干燥排空模块包括：干燥排空管和干燥排空阀；

15、所述干燥排空管的输入端连通于所述泵体的其中一个输出端；所述干燥排空阀安装于所述干燥排空管。

16、可优化地，还包括：反应釜排空模块；

17、所述反应釜排空模块包括：反应釜排空管和釜排空阀；

18、所述反应釜排空管的输入端连通于所述碳化反应釜的其中一个输出端；所述釜排空阀安装于所述反应釜排空管。

19、可优化地，还包括：电控阀组件；

20、所述电控阀组件包括：供应阀、气柜输入阀、气柜输出阀、反应釜输入阀、反应釜输出阀和干燥输出阀；

21、所述供应阀安装于所述供气管路；

22、所述气柜输入阀安装于所述储存输入管；所述气柜输出阀安装于所述气柜输出管，并位于所述供气管路的输出端与气柜活塞装置的输出端之间；

23、所述反应釜输入阀安装于所述气柜输出管，并位于所述供气管路的输出端与碳化反应釜的输入端之间；所述反应釜输出阀安装于所述干燥输入管；所述干燥输出阀安装于所述干燥输出管。

24、可优化地，所述气柜输入阀、气柜输出阀、反应釜输入阀、反应釜输出阀和干燥输出阀为单向阀。

25、可优化地，还包括：控制板；

26、所述控制板通讯连接于所述电控阀组件；所述供应阀、气柜输入阀、气柜输出阀、反应釜输入阀、反应釜输出阀和干燥输出阀为电控阀。

27、一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收工艺，使用上述的一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收系统，包括以下步骤：

28、（1）将碳化反应物置于碳化反应釜，调用抽真空功能模块，启动干燥装置和泵体，对碳化反应釜进行抽真空处理；

29、（2）关闭抽真空功能模块，调用二氧化碳缓存功能模块，气柜活塞装置向碳化反应釜输送二氧化碳；

30、（3）关闭二氧化碳缓存功能模块，调用二氧化碳补充功能模块，二氧化碳供应器将二氧化碳补充输出至碳化反应釜，直至碳化反应釜中二氧化碳达到设定压力，关闭二氧化碳补充功能模块，碳化反应釜开始碳化反应；

31、（4）在碳化反应釜在碳化反应后，调用二氧化碳回收模块，泵体将气柜输出管、碳化反应釜和干燥装置之间的二氧化碳经储存输入管输出并储存至气柜活塞装置。

32、具体地，包括以下步骤：

33、（1）将碳化反应物置于碳化反应釜，关闭釜排空阀和反应釜输入阀，打开反应釜输出阀、干燥输出阀和干燥排空阀，调用抽真空功能模块，启动干燥装置和泵体，对碳化反应釜进行抽真空处理，泵体将抽真空功能模块的杂质通过干燥排空管排出；

34、（2）关闭反应釜输出阀、干燥输出阀、干燥排空阀和气柜输入阀，关闭抽真空功能模块，调用二氧化碳缓存功能模块，打开气柜输出阀和反应釜输入阀，气柜活塞装置向碳化反应釜输送二氧化碳；

35、（3）关闭气柜输出阀，关闭二氧化碳缓存功能模块，打开供应阀，调用二氧化碳补充功能模块，二氧化碳供应器将二氧化碳补充输出至碳化反应釜，直至碳化反应釜中二氧化碳达到设定压力，关闭气柜输出阀和反应釜输入阀，关闭二氧化碳补充功能模块，碳化反应釜开始碳化反应；

36、（4）在碳化反应釜在碳化反应后，打开反应釜输出阀、干燥输出阀和气柜输入阀，调用二氧化碳回收模块，泵体将气柜输出管、碳化反应釜和干燥装置之间的二氧化碳经储存输入管输出并储存至气柜活塞装置。

37、与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下有益效果：

38、本方案提供一种应用于碳化反应的二氧化碳循环供给回收系统，其设有气柜活塞装置、碳化反应釜、二氧化碳供应器、干燥装置和泵体，可以根据连通状态构成抽真空功能模块、二氧化碳缓存功能模块、二氧化碳补充功能模块或二氧化碳回收模块，能实现低能耗且高效率地回收及循环使用二氧化碳，解决了现有碳化反应采用增压冷冻法回收二氧化碳导致能耗大且回收效率低的问题。