[发明专利]一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法

说明书

本发明涉及气固反应技术领域，具体为一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法。一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，包括大流量气体控制模块，小流量气体控制模块，主流量调节器，水蒸汽控制模块，主控制阀一，气固反应控制模块，主控制阀二，真空泵，以及尾气处理控制模块；所述大流量气体控制模块用于提供恒定流量的大流量气体，其包括第一气罐，第一控制阀，第一流量调节器和第二控制阀。本发明将气体介质分为大流量气体和小流量气体，并通过大流量气体控制模块和小流量气体控制模块进行分别接入，小流量气体先在气体混合器中充分混合之后再与大流量气体逐步混合，可防止大流量气体流速过快而影响小流量气体的流量稳定性。

技术领域

本发明涉及气固反应技术领域，具体为一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法。

背景技术

材料高温气固反应研究的问题在工程应用中一直存在，例如，研究金属在表面增加哪种元素（如碳、氮、硫）可以提高表面硬度或降低摩擦系数；研究金属材料在沿海环境中服役，高温、高水蒸汽含量、高腐蚀离子的环境会不会加速材料的失效；研究复杂气氛条件下的金属表面渗氮，分析金属材料在特定气氛环境中水蒸汽氧化对渗氮的改善作用；研究保护气氛条件下的金属表面氧化问题，分析金属材料在高温热处理环境中，气氛中低含量水蒸汽造成金属氧化的问题；研究弱氧化气氛条件下的金属表面氧化问题，分析金属材料在高温环境中，水蒸汽对金属的选择性氧化问题等等。而如何实现水蒸汽与其他气体按特定比例混合并在在高温条件下与材料发生气固反应以满足科研人员的研发以及生产应用需要是材料高温气固反应研究的技术难题。

申请号为CN201610038538.0的专利公开了一种用于研究气固反应动力学的实验系统，包括气固反应单元、蒸汽发生单元、反应气供给单元和产品气体处理单元，气固反应单元包括气固反应器和温度闭环控制装置；蒸汽发生单元的蒸汽发生器与气体进口相连；反应气供给单元包括第一气体钢瓶组、第二气体钢瓶组、电磁阀组、延迟控制器和气体预热器，第一气体钢瓶组和第二气体钢瓶组分别与电磁阀组相连，电磁阀组通过延迟控制器控制反应气体的瞬间切换。该实验系统能够初步实现水蒸汽与其他气体按特定比例混合并在在高温条件下与材料发生气固反应，且其具有温度控制精确、加热速度快、气态产品易分离等优点，但是，该实验系统的待反应气体的流量稳定性差，导致实验研究的气固反应效果差。且没有反馈控制系统，无法实现输入气体的控制，对于某些需要保持产物气体恒定的气固反应无法有效控制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置及控制方法，能够提供流量精准度高、稳定性好的待反应气体，从而有效提高了气固反应的实验效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种含水蒸汽的混合气氛高温气固反应装置，包括大流量气体控制模块，小流量气体控制模块，主流量调节器，水蒸汽控制模块，主控制阀一，气固反应控制模块，主控制阀二，真空泵，以及尾气处理控制模块；

所述大流量气体控制模块用于提供恒定流量的大流量气体，其包括第一气罐，第一控制阀，第一流量调节器和第二控制阀；所述第一控制阀的第一阀口与所述第一气罐的罐口通过管道连接，所述第一控制阀的第二阀口与所述第一流量调节器的进口通过管道连接；所述第一流量调节器的出口与所述第二控制阀的第一阀口通过管道连接；所述第二控制阀的第二阀口与所述主流量调节器的进口通过管道连接；

所述小流量气体控制模块用于提供恒定流量的小流量混合气体，其包括多个第二气罐，与所述第二气罐数量相同的第三控制阀，与所述第二气罐数量相同的第二流量调节器，气体混合器和第四控制阀；所述第三控制阀的第一阀口与所述第二气罐的罐口通过管道连接、第二阀口与所述第二流量调节器的进口通过管道连接；所述气体混合器的进口与全部所述第二流量调节器的出口通过管道连接，所述气体混合器的出口与所述第四控制阀的第一阀口连接；所述第四控制阀的第二阀口与所述第二控制阀的第二阀口通过管道连接；