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%?；炷潦堑厍蛏鲜褂煤軓V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(huì)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(chǔ)存而不會(huì)導(dǎo)致全球變暖。預(yù)制混凝土比現(xiàn)澆混凝土能夠儲(chǔ)存更多的CO₂?，F(xiàn)場(chǎng)澆鑄可將其總質(zhì)量的高達(dá) 3.8% 儲(chǔ)存在 CO₂中，而預(yù)制件可將其總質(zhì)量的多達(dá) 9.6%儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(huì)通過PLC或計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)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(huì)發(fā)出信號(hào)。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(cè)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(hào)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?；蛘?，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(duì)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(hào)，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(shì)。

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)。