一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法
阅读：847发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 水 硬性胶凝材料生产领域，涉及一种 水硬性胶凝材料 及其制备装置与方法。该水硬性胶凝材料主要含有 石膏 ，并添加少量 熟石灰 ，可作为一种廉价且韧性良好的 硅 酸盐 水泥 的水硬性胶凝材料替代品。该水硬性凝胶材料的制备装置使用 太阳能 驱动的 流化床 设备作为生产装置，可部分或全部替代生产所需的化石 燃料 供能，生产过程中 温室 气体 排放低，减少了对环境的污染和处理固废的成本。，下面是一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法专利的具体信息内容。
1.一种水硬性胶凝材料，其主要成分为石膏，所述水硬性胶凝材料还任选地含有石灰；
优选地，在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为
60％-100％，优选为60％-95％；所述石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，更优选为
20％-40％；和/或，所述石灰包括生石灰和/或熟石灰；和/或，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙；进一步优选地，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％；和/或，所述水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×107Pa。
2.一种用于制备水硬性胶凝材料的装置，其包括供热系统和流化床系统，所述供热系统包括导热油储罐、为导热油储罐供热的热源，以及下游导热油循环系统，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统与流化床系统相连，并为流化床系统供热；
优选地，所述下游导热油循环系统包括设置在导热油储罐内的导热油储罐换热器、设置在流化床系统内的流化床换热器、分别与导热油储罐换热器的两端和流化床换热器的两端相连的流化床换热器进油管路和流化床换热器出油管路；进一步优选地，所述下游导热油循环系统还包括设置于流化床换热器进油管路或流化床换热器出油管路的换热器进油泵。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述热源包括上游太阳能集热系统，其包括上游太阳能集热器，所述上游太阳能集热器内含有导热油，外壁具有集热面；所述上游太阳能集热系统通过上游太阳能集热器为上游导热油循环系统供热，并进一步通过上游导热油循环系统为导热油储罐供热；
所述上游导热油循环系统包含上游太阳能集热器、分别与上游太阳能集热器的两端和导热油储罐相连的上游太阳能集热器进油管路和上游太阳能集热器出油管路，以及导热油储罐；优选地，所述上游导热油循环系统还包含设置于上游太阳能集热器进油管路的上游太阳能集热器进油泵；
所述上游太阳能集热系统包括聚光型上游太阳能集热系统和/或非聚光型上游太阳能集热系统；
优选地，所述非聚光型上游太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统；和/或，所述聚光型上游太阳能集热系统包括槽式太阳能集热系统、塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统；
进一步优选地，所述聚光型上游太阳能集热系统包含上游太阳能聚光装置和上游太阳能集热器；所述上游太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在上游太阳能集热器的集热面上。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述热源包括电加热装置，其通过设置于导热油储罐外部的供电装置以及设置于导热油储罐内部的一个或多个电加热管为导热油储罐供热；所述供电装置包括太阳能光伏电池组件和/或交流电源。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的装置，其特征在于，
所述流化床系统包括流化床反应器，所述流化床反应器内设置有反应器床层，且在反应器床层内设置有流化床换热器；
优选地，所述流化床反应器为卧式流化床反应器；
进一步优选地，所述卧式流化床反应器的床层的长度与高度比值为5-20；和/或，所述流化床反应器床层的高度≤1m；
更进一步优选地，所述卧式流化床反应器顶部设置有排气口，底部设置有气体分布器，所述气体分布器通过进气通道依次与进气风机和流化床进气口相连；所述卧式流化床反应器的上游端顶部设置有反应物进料口，其下游端设置有产物出料口，且在产物出料口设置有用于控制流化床反应器床层高度的溢流板。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述卧式流化床反应器还配置有流化床太阳能集热系统，其包括设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面；
所述流化床太阳能集热系统包括聚光型流化床太阳能集热系统和/或非聚光型流化床太阳能集热系统；
优选地，所述非聚光型流化床太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统；和/或，所述聚光型流化床太阳能集热系统包括塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统；
进一步优选地，所述聚光型流化床太阳能集热系统包含流化床太阳能聚光装置和设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面；所述流化床太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在流化床集热面上；
和/或；在气体分布器和进气风机之间的进气通道还设置有进气通道太能集热系统，其包含进气通道太阳能集热器，所述进气通道太阳能集热器内含气相介质，外部具有进气通道集热面；
所述进气通道太阳能集热系统包括聚光型进气通道太阳能集热系统和/或非聚光型进气通道太阳能集热系统；
优选地，所述非聚光型进气通道太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统；和/或，所述聚光型进气通道太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器；
进一步优选地，所述聚光型进气通道太阳能集热系统包含进气通道太阳能聚光装置和进气通道太阳能集热器；所述进气通道太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在进气通道太阳能集热器的集热面上；
和/或，所述卧式流化床反应器上部还设置有旋风分离器，所述旋风分离器进气口与流化床的排气口相连，所述旋风分离器的固体出料口与卧式流化床反应器顶部相连，所述旋风分离器顶部设置有排气口；
优选地，在进气通道太能集热系统和进气风机之间还依次设置有冷却换热器和气体干燥器，所述旋风分离器的排气口通过冷却换热器与气相介质进气通道相连和/或与冷却换热器出口相连通。
7.一种利用权利要求2-6中任意一项所述的装置制备水硬性胶凝材料的方法，其包括：
步骤K，利用热源为导热油储罐供热，使得导热油储罐内导热油升温；
步骤L，当导热油储罐内导热油升温到储罐设定温度时，下游导热油循环系统开启，使得流化床换热器内的导热油升温，并使得流化床反应器升温到反应温度；
步骤M，开启进气风机，使气相介质经由进气通道和气体分布器进入流化床反应器；
步骤N，含有生石膏的干燥或基本干燥的原料颗粒在流化床反应器中在气相介质的作用下形成流化态，并被流化床换热器加热，脱水，形成干粉状石膏基水硬性胶凝材料产品；
其中，所述热源包括上游太阳能聚光镜装置和/或电加热装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述热源包括上游太阳能集热系统，其通过上游太阳能集热器为上游导热油循环系统供热，且进一步通过上游导热油循环系统为导热油储罐供热；所述步骤K包括：
步骤S1，开启上游太阳能聚光镜装置，将导热油在上游太阳能集热器内加热到集热温度；
步骤S2，当导热油在上游太阳能集热器内加热到集热温度时，开启上游导热油循环系统，升温至集热温度的导热油在上游导热油循环系统中循环流动，为导热油储罐供热，使得导热油储罐内的导热油升温；
其中，在步骤S1中，集热温度设定为低于导热油分解温度10-20℃，优选集热温度为
140-350℃，进一步优选为140-250℃。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述热源包括电加热装置，所述步骤K包括：使用电加热装置通过设置于导热油储罐内部的一个或多个电加热管为导热油储罐供热，使得导热油储罐内的导热油升温。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述储罐设定温度为140℃；和/或，所述流化床反应器内原料颗粒的粒径为5μm-1cm；和/或，所述停留时间为10s-
1h；和/或，所述反应温度≥130℃；和/或，流化床换热器进口与出口的温差≤20℃，优选≤
10℃，进一步优选≤5℃。
11.根据权利要求7-10中任意一项所述的方法，其特征在于：所述原料包含CaSO4·
2H2O，以及任选的CaO；优选地，所述原料包含CaSO4·2H2O和CaO；更优选地，以所述原料总质量计，所述原料中CaO的质量含量≤30％；进一步优选地，所述原料中还任选地含有Ca(OH)2；更进一步优选地，以所述原料总质量计，所述原料中Ca(OH)2的质量含量≤5％。
12.根据权利要求7-11中任意一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括气相介质在进入流化床反应器之前先经过干燥和预热的步骤；优选的，气相介质进入流化床反应器前先经过气体干燥器干燥后再通过冷却干燥器预热和/或通过进气通道太阳能集热系统预热后进入流化床反应器；和/或，所述气相介质包括空气；进一步优选的，所述气相介质包括新鲜的经预热的空气和/或流化床系统排出的经过除湿的空气；和/或，在步骤K-N中开启流化床太阳能集热系统加热流化床反应器。
13.根据权利要求7-12中任意一项所述的方法，其特征在于：所述水硬性胶凝材料的主要成分为石膏，所述水硬性胶凝材料还任选地含有石灰；优选地，所述水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×107Pa；和/或，在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为60％-100％，更优选为60％-95％；所述熟石灰的质量含量为0-40％，进一步优选为5％-40％，更进一步优选为20％-40％；和/或，所述石灰包括生石灰和/或熟石灰；和/或，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙；
进一步优选地，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％。
一种水硬性胶凝材料及其制备装置与方法
技术领域
背景技术
[0002] 水硬性胶凝材料(hydraulic binder，HB)主要有水泥、石膏等种类。目前全世界硅酸盐水泥的产量约为10亿吨/年，由此可假定人均年消费量约为170公斤。随着人口的增长和人民生活水平的提高，发展中国家人均硅酸盐水泥年消费量可达到500公斤，年总产量将超过20亿吨。硅酸盐水泥主要分为两个不同的应用领域，分别是占全球水泥消费量60％左右的混凝土领域和占40％左右的砂浆领域。当建筑物墙壁或设施对强度的要求较低时，硅酸盐水泥的使用在技术上不是必须，甚至还有一些弊端。硅酸盐水泥硬度过高，硬化后会阻碍砂浆跟随土壤沉降或地震的运动。砂浆缺乏韧性是在土地运动下建筑物开裂和弱化的原因之一。
[0003] 现有的水泥、石膏等水硬性胶凝材料韧性不足，使用时易出现墙壁开裂等问题，并且其生产都是利用焦炭、燃料、甲烷、垃圾等可燃物的燃烧来进行的，会产生大量温室气体(CO2等)，且化石能源是有限的，为了应对全球变暖，迫切需要开发环境友好的水硬性胶凝材料生产工艺。现有的水硬性胶凝材料主要成分β-半水石膏是在120-200℃的干燥条件下煅烧二水硫酸钙制得；工业常用的煅烧炉热损失高，且气体中含水量大，导致煅烧过程的燃料消耗量很高，尽管理论上二水硫酸钙分解为半水合物仅需约476kJ/kg，其实际能耗甚至高于1250kJ/kg。
[0004] 因此，目前存在的问题是需要研究开发一种既能满足水硬性凝胶材料的要求，又具有较好的韧性，制备过程中能耗低，燃料消耗量小的、廉价、环保的水硬性凝胶材料的制备工艺。
发明内容
[0005] 本发明目标之一是提供一种水硬性胶凝材料。该水硬性胶凝材料廉价且环保，可用于替代常用的硅酸盐水泥，其主要成分为石膏，可添加少量石灰。该水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，该抗压强度可承载5-10层建筑，同时可以很好地保证建筑部件的高韧性。
[0006] 本发明的目标之二是提供一种用于制备上述水硬性胶凝材料的方法。该方法以一种环保的方式制备上述石膏基水硬性胶凝材料，具体地，该方法使用太阳能不间断地生产所述石膏基水硬性胶凝材料，可以有效减少温室气体的产生。
[0007] 本发明的目标之三是提供一种用于制备上述水硬性胶凝材料的装置。利用该装置可以以一种环保的方式制备上述石膏基水硬性胶凝材料，该装置充分利用太阳能，化石能源消耗较低，操作弹性较大。
[0008] 本发明第一方面提供了一种水硬性胶凝材料，其主要成分为石膏，所述水硬性胶凝材料还任选地含有石灰。
[0009] 根据本发明，在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为60％-100％，优选为60％-95％；所述石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，进一步优选为20％-40％。
[0010] 本发明中，所述石灰包括生石灰和/或熟石灰。
[0011] 本发明中，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙。
[0012] 在本发明的一些优选的实施例中，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％。
[0013] 本发明中，所述水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×107Pa。
[0014] 本发明第二方面提供了一种用于制备水硬性胶凝材料的装置，其包括供热系统和流化床系统，所述供热系统包括导热油储罐、为导热油储罐供热的热源，以及下游导热油循环系统，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统与流化床系统相连，并为流化床系统供热。
[0015] 在本发明的一些具体实施例中，所述下游导热油循环系统包括设置在导热油储罐内的导热油储罐换热器、设置在流化床系统内的流化床换热器、分别与导热油储罐换热器的两端和流化床换热器的两端相连的流化床换热器进油管路和流化床换热器出油管路；优选地，所述下游导热油循环系统还包括设置于流化床换热器进油管路或流化床换热器出油管路的换热器进油泵。
[0016] 根据本发明的一些具体的实施方式，所述热源包括上游太阳能集热系统，其包括上游太阳能集热器，所述上游太阳能集热器内含有导热油，外壁具有集热面；所述上游太阳能集热系统通过上游太阳能集热器为上游导热油循环系统供热，并进一步通过上游导热油循环系统为导热油储罐供热。
[0017] 在本发明的一些具体实施例中，所述上游导热油循环系统包含上游太阳能集热器、分别与上游太阳能集热器的两端和导热油储罐相连的上游太阳能集热器进油管路和上游太阳能集热器出油管路，以及导热油储罐；优选地，所述上游导热油循环系统还包含设置于上游太阳能集热器进油管路的上游太阳能集热器进油泵。
[0018] 本发明中，所述上游太阳能集热系统包括聚光型上游太阳能集热系统和/或非聚光型上游太阳能集热系统。
[0019] 在本发明一些优选的实施例中，所述非聚光型上游太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统。
[0020] 在本发明另一些优选的实施例中，所述聚光型上游太阳能集热系统包括槽式太阳能集热系统、塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统。
[0021] 本发明中，所述聚光型上游太阳能集热系统包含上游太阳能聚光装置和上游太阳能集热器。
[0023] 根据本发明的另一些具体的实施方式，所述热源包括电加热装置，其通过设置于导热油储罐外部的供电装置以及设置于导热油储罐内部的一个或多个电加热管为导热油储罐供热。
[0024] 本发明中，所述供电装置包括太阳能光伏电池组件和/或交流电源。
[0025] 根据本发明，所述流化床系统包括流化床反应器，所述流化床反应器内设置有反应器床层，且在反应器床层内设置有流化床换热器。
[0026] 本发明中，所述流化床反应器为卧式流化床反应器。
[0027] 在本发明的一些实施例中，所述卧式流化床反应器的床层的长度与高度比值为5-20。
[0028] 在本发明的另一些实施例中，所述流化床反应器床层的高度≤1m。
[0029] 根据本发明，所述卧式流化床反应器顶部设置有排气口，底部设置有气体分布器，所述气体分布器通过进气通道依次与进气风机和流化床进气口相连；所述卧式流化床反应器的上游端顶部设置有反应物进料口，其下游端设置有产物出料口，且在产物出料口设置有用于控制流化床反应器床层高度的溢流板。
[0030] 根据本发明的一些优选的实施方式，所述卧式流化床反应器还配置有流化床太阳能集热系统，其包括设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面。
[0031] 本发明中，所述流化床太阳能集热系统包括聚光型流化床太阳能集热系统和/或非聚光型流化床太阳能集热系统。
[0032] 在本发明的一些优选的实施例中，所述非聚光型流化床太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统。
[0033] 在本发明的一些另优选的实施例中，所述聚光型流化床太阳能集热系统包括塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统；
[0034] 本发明中，所述聚光型流化床太阳能集热系统包含流化床太阳能聚光装置和设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面。
[0035] 在本发明的一些优选的实施例中，所述流化床太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在流化床集热面上；
[0036] 根据本发明的另一些实施方式，在气体分布器和进气风机之间的进气通道还设置有进气通道太能集热系统，其包含进气通道太阳能集热器，所述进气通道太阳能集热器内含气相介质，外部具有进气通道集热面。
[0037] 本发明中，所述进气通道太阳能集热系统包括聚光型进气通道太阳能集热系统和/或非聚光型进气通道太阳能集热系统。
[0038] 在本发明的一些优选的实施例中，所述非聚光型进气通道太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统。
[0039] 在本发明的一些优选的实施例中，所述聚光型进气通道太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器。
[0040] 本发明中，所述聚光型进气通道太阳能集热系统包含进气通道太阳能聚光装置和进气通道太阳能集热器。
[0041] 在本发明的一些优选的实施例中，所述进气通道太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在进气通道太阳能集热器的集热面上。
[0042] 根据本发明的一些实施方式，所述卧式流化床反应器上部还设置有旋风分离器，所述旋风分离器进气口与流化床的排气口相连，所述旋风分离器的固体出料口与卧式流化床反应器顶部相连，所述旋风分离器顶部设置有排气口。
[0043] 在本发明的一些优选的实施例中，在进气通道太能集热系统和进气风机之间还依次设置有冷却换热器和气体干燥器，所述旋风分离器的排气口通过冷却换热器与气相介质进气通道相连和/或与冷却换热器出口相连通。
[0044] 本发明第三方面提供了一种利用如本发明第二方面所述的装置制备水硬性胶凝材料的方法，其包括：
[0045] 步骤K，利用热源为导热油储罐供热，使得导热油储罐内导热油升温；
[0046] 步骤L，当导热油储罐内导热油升温到储罐设定温度时，下游导热油循环系统开启，使得流化床换热器内的导热油升温，并使得流化床反应器升温到反应温度；
[0047] 步骤M，开启进气风机，使气相介质经由进气通道和气体分布器进入流化床反应器；
[0048] 步骤N，含有生石膏的干燥或基本干燥的原料颗粒在流化床反应器中在气相介质的作用下形成流化态，并被流化床换热器加热，脱水，形成干粉状石膏基水硬性胶凝材料产品；
[0049] 其中，所述热源包括上游太阳能聚光镜装置和/或电加热装置。
[0050] 根据本发明的一些具体的实施方式，所述热源包括上游太阳能集热系统，其通过上游太阳能集热器为上游导热油循环系统供热，且进一步通过上游导热油循环系统为导热油储罐供热；所述步骤K包括：
[0051] 步骤S1，开启上游太阳能聚光镜装置，将导热油在上游太阳能集热器内加热到集热温度；
[0052] 步骤S2，当导热油在上游太阳能集热器内加热到集热温度时，开启上游导热油循环系统，升温至集热温度的导热油在上游导热油循环系统中循环流动，为导热油储罐供热，使得导热油储罐内的导热油升温。
[0053] 在本发明的一些具体实施例中，在步骤S1中，集热温度设定为低于导热油分解温度10-20℃。
[0054] 在本发明的一些具体优选的实施例中，所述集热温度为140-350℃，优选为140-250℃。
[0055] 根据本发明的另一些具体的实施方式，所述热源包括电加热装置，所述步骤K包括：使用电加热装置通过设置于导热油储罐内部的一个或多个电加热管为导热油储罐供热，使得导热油储罐内的导热油升温。
[0056] 根据本发明方法，所述储罐设定温度为140℃。
[0057] 在本发明的一些实施例中，所述流化床反应器内原料颗粒的粒径为5μm-1cm。
[0058] 本发明中，所述停留时间为10s-1h。
[0059] 在本发明的一些实施例中，所述反应温度≥130℃。
[0060] 在本发明的一些实施例中，流化床换热器进出口的温差≤20℃，优选≤10℃，进一步优选≤5℃。
[0061] 本发明中，所述原料包含CaSO4·2H2O，以及任选的CaO。
[0062] 根据本发明的一些实施方式，所述原料包含CaSO4·2H2O和CaO。
[0063] 在本发明的一些实施例中，以所述原料总质量计，所述原料中CaO的质量含量≤30％。
[0064] 根据本发明的另一些实施方式，所述原料中还任选地含有Ca(OH)2。
[0065] 在本发明的一些实施例中，以所述原料总质量计，所述原料中Ca(OH)2的质量含量≤5％。
[0066] 根据本发明方法，所述方法还包括气相介质在进入流化床反应器之前先经过干燥和预热的步骤。
[0067] 在本发明的一些实施例中，气相介质进入流化床反应器前先经过气体干燥器干燥后再通过冷却干燥器预热和/或通过进气通道太阳能集热系统预热后进入流化床反应器。
[0068] 本发明中，所述气相介质包括空气。
[0069] 在本发明的一些优选的实施例中，所述气相介质包括新鲜的经预热的空气和/或流化床系统排出的经过除湿的空气。
[0070] 在本发明的另一些优选的实施例中，在上述步骤K-N中开启流化床太阳能集热系统加热流化床反应器。
[0071] 本发明中，所述水硬性胶凝材料的主要成分为石膏，所述水硬性胶凝材料还任选地含有石灰。
[0072] 根据本发明，在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为60％-100％，优选为60％-95％；所述熟石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，进一步优选为20％-40％。
[0073] 本发明中，所述石灰包括生石灰和/或熟石灰。
[0074] 本发明中，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙。
[0075] 在本发明的一些优选的实施例中，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％。
[0076] 本发明中，所述水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×107Pa。
[0077] 本发明的技术效果：
[0078] 1.所制得的石膏基水硬性胶凝材料产品较传统水泥胶凝材料韧性更高，不易开裂，且具备一定的抗震性。
[0079] 2.所制得石膏基水硬性胶凝材料产品由石膏与一定量的石灰在热脱水过程生产，且由于生产过程中添加了一定量的石灰，与传统石膏材料相比，其硬化后具有较好的抗水性。
[0080] 3.使用太阳能驱动的流化床设备作为生产装置，可部分或全部替代生产所需的化石燃料供能，降低能耗、减少温室气体排放
[0082] 下面结合附图来对本发明作进一步详细说明：
[0083] 图1为本发明中用于制备水硬性胶凝材料的装置的简明示意图。
[0084] 图2为本发明中用于制备水硬性胶凝材料的装置的示意图。
[0085] 图3为卧式流化床反应器沿垂直于物流方向的截面图。
[0086] 上述示意图仅供参考，其中同一参照物或编号表示相同或相近的含义或具有相似的功能，图中的附图标记说明如下：1上游太阳能集热系统；10上游太阳能集热器；10A上游太阳能集热器的集热面；10B上游太阳能聚光镜装置；20上游导热油循环系统；21导热油储罐；21A电加热管；21B导热油储罐减压安全阀；21C导热油储罐换热器；22A上游太阳能集热器进油管路；22B上游太阳能集热器进油泵；22C上游太阳能集热器出油管路；23供电装置；23A太阳能光伏电池组件；23B1太阳能光伏电池板；23B2太阳能蓄电池；23C电加热装置的交流电源；3流化床系统；3A流化床太阳能集热面；3B流化床太阳能聚光镜装置；3C流化床换热器；30流化床反应器；31进气通道；31A进气风机；31B气体分布器；31C流化床的进气口；32旋风分离器；32A旋风分离器的进气口；32B旋风分离器的过滤器；32C旋风分离器的排气口；
32D旋风分离器的固体出料口；33流化床的产物出料口；34冷凝换热器；35流化床的排气口；
36气体干燥器；38进气通道太阳能集热面；38A进气通道太阳能聚光镜装置；39反应物进料口；40下游导热油循环系统；41A流化床换热器进油管路；41B换热器进油泵；41C流化床换热器出油管路；50控制系统。
32D旋风分离器的固体出料口；33流化床的产物出料口；34冷凝换热器；35流化床的排气口；
36气体干燥器；38进气通道太阳能集热面；38A进气通道太阳能聚光镜装置；39反应物进料口；40下游导热油循环系统；41A流化床换热器进油管路；41B换热器进油泵；41C流化床换热器出油管路；50控制系统。
具体实施方式
[0087] 为使本发明容易理解，下面将结合附图详细说明本发明。但在详细描述本发明前，应当理解本发明不限于描述的具体实施方式。还应当理解，本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式，而并不表示限制性的。
[0088] Ⅰ、术语
[0089] 本发明所述用语“任选的”指选择性加入成分，指可以加入，也可以不加入。
[0091] 类似地，本发明中所述用语“下游”是指沿热量由高到低传递的方向靠近低热量处的位置，或者沿热源到传热目标的方向靠近传热目标的位置，或者沿流化床反应器内反应物料流动的方向靠近出料口的位置。
[0092] 本发明中所述用语“导热油储罐换热器”是指位于导热油储罐内的换热装置。
[0093] 本发明中所述用语“流化床换热器”是指设置于流化床反应器内的换热装置。
[0095] 本发明中所述用语“集热面”是指涂覆或包覆有太阳能吸收涂层，能够高效吸收太阳能聚光镜装置聚集的太阳能，并将太阳能转化为热能的表面或表层。
[0096] 本发明中所述用语“导热油循环系统”与“导热油循环回路”或“循环回路”可以互换使用。
[0097] Ⅱ、实施方案
[0098] 在传统的建筑行业中，由于石膏本身对水的敏感性较高，仅用于内部抹灰工作。现有的水泥、石膏等水硬性胶凝材料韧性不足，使用时易出现墙壁开裂等问题，难以满足水硬性凝胶材料的要求；并且，其生产都是利用焦炭、燃料、甲烷、垃圾等可燃物的燃烧来进行的，会产生大量温室气体(CO2等)；同时，其生产过程中能耗极高、燃料消耗量极大，而众所周知，化石能源是有限的。鉴于此，本发明人对于水硬性胶凝材料及其制备工艺进行了大量的研究。
[0099] 本发明人通过实验研究发现，在石膏中加入少量石灰(生石灰或熟石灰)可显著提高石膏胶粘剂硬化后的抗水性，从而满足水硬性凝胶材料的要求。
[0100] 进一步地，本发明人研究设计将太阳能集热系统与新型的水平流化床反应器有机结合，使用太阳能为水平流化床反应器供热，不间断地生产石膏基水硬性胶凝材料。该工艺可以大幅度降低石化燃料的消耗，并可以有效减少温室气体的产生。此法制备的水硬性石膏胶凝材料可以替代世界上约40％的硅酸盐水泥基胶凝材料消耗。
[0101] 同时，本发明人还注意到太阳能的主要限制因素是其仅可在白天获得，并且有波动性，本发明人通过引入补充设置导热油储罐和电加热可以很好地克服上述问题，实现水硬性石膏胶凝材料完全低能耗、低燃料消耗量的连续化环保生产，并且所制备的水硬性石膏胶凝材料性能很好。本发明正是基于上述发现和研究设计做出的。
[0102] 因此，本发明第一方面所涉及的水硬性胶凝材料为一种石膏基水硬性胶凝材料，其主要成分为石膏；该石膏基水硬性胶凝材料还任选地含有石灰。
[0103] 例如，在一些例子中，所述水硬性胶凝材料含有石膏。又如，在另一些实施例中，所述水硬性胶凝材料含有石膏和石灰。本发明人研究发现，在石膏中加入少量石灰，包括熟石灰和/或生石灰，可显著提高石膏胶粘剂硬化后的抗水性，从而满足水硬性凝胶材料的要求，其中尤以熟石灰效果最佳。
[0104] 本发明中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述水硬性胶凝材料的组成如下：
[0105] (1)所述石膏的质量含量为60％-100％，优选为60％-95％；
[0106] (2)所述石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，进一步优选为20％-40％。
[0107] 本发明中，所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙；优选地，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且以石膏总质量计，所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％。
[0108] 据研究，很多古建筑物，如我国的长城，尽管使用的胶粘剂抗压强度较低，仍能抵抗数千年的风蚀、地震而屹立不倒。事实上，这种持续数千年的抗性正是由胶粘剂低抗压强度、高韧性的特性提供的。
[0109] 本发明人通过试验证实，本发明所提供的水硬性石膏胶凝材料抗压强度为5.5-8.5MPa，布式硬度为(1.0-2.0)×107Pa，该抗压强度可承载5-10层建筑，甚至更高，同时很好地保证建筑部件的高韧性，对于50米以内建筑物可以满足要求，其安全系数可达2以上。
[0110] 本发明第二方面涉及一种用于制备水硬性胶凝材料的装置，该装置可用于制备如本发明第一方面所述的水硬性胶凝材料，但并不限于此。
[0111] 例如，图1为本发明中用于制备水硬性胶凝材料的装置的简明示意图；图2为本发明中用于制备水硬性胶凝材料的装置的示意图，其包含了本发明中一些较为具体的细节和特性装置和部件。从图1和图2可以看出，本发明所述用于制备水硬性胶凝材料的装置主要包括供热系统和流化床系统3，下文中将对其进行详细说明。
[0112] 1、供热系统
[0113] 所述供热系统包括导热油储罐21、为导热油储罐21供热的热源，以及下游导热油循环系统40，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统40与流化床系统3相连，并为流化床系统3供热。
[0114] 所述下游导热油循环系统40包括设置在导热油储罐21内的导热油储罐换热器21C、设置在流化床系统3内的流化床换热器3C、分别与导热油储罐换热器21C的两端和流化床换热器3C的两端相连的流化床换热器进油管路41A(相当于导热油储罐换热器出油管路)和流化床换热器出油管路41C(相当于导热油储罐换热器进油管路)。
[0115] 优选地，所述下游导热油循环系统还包括用于实现下游导热油循环的换热器进油泵，其既可以设置于流化床换热器进油管路41A(相当于导热油储罐换热器出油管路)，也可以设置于流化床换热器出油管路41C(相当于导热油储罐换热器进油管路)，优选设置于流化床换热器进油管路41A。
[0116] 本发明中，所述热源主要包括上游太阳能集热系统1，其包括上游太阳能集热器10，所述上游太阳能集热器10内含有导热油，外壁具有集热面10A；所述上游太阳能集热系统1通过上游太阳能集热器10为上游导热油循环系统20供热，并进一步通过上游导热油循环系统20为导热油储罐21供热。
[0117] 在本发明的一些具体实施例中，所述上游导热油循环系统20包含上游太阳能集热器10、分别与上游太阳能集热器10的两端(即进口、出口)和导热油储罐21相连的上游太阳能集热器进油管路22A和上游太阳能集热器出油管路22C，以及导热油储罐21。优选地，所述上游导热油循环系统20还包括设置于上游太阳能集热器进油管路22A的上游太阳能集热器进油泵22B，其用于实现上游导热油循环。
[0118] 本发明中对于上游太阳能集热系统1没有特别的限制，只要能够满足为流化床系统3供热的要求即可。例如，所述上游太阳能集热系统1通过上游太阳能集热器10为上游导热油循环系统20供热，且进一步通过上游导热油循环系统20为导热油储罐21供热，将导热油贮罐21中的导热油加热到140℃。因此，本发明中上游太阳能集热系统1主要采用中高温太阳能集热系统，其包括聚光型上游太阳能集热系统和/或非聚光型上游太阳能集热系统。
[0119] 本发明中所述非聚光型上游太阳能集热系统优选为平板型太阳能集热系统。其可以采用本领域常规的平板型太阳能集热技术制成，具有本领域常规的平板型太阳能集热器的基本结构，例如，本发明中构成上游太阳能集热系统的平板型太阳能集热器主要包括：
[0120] (1)集热板，其由内含导热油的集热管和金属板构成，其表面具有由太阳能吸收涂层形成的集热面，该集热面能够高效吸收太阳辐射能，并将其转化为热能，再将热能传递给集热管内部的导热油；
[0121] (2)在集热板的集热面还设置有透明盖板，其主要功能：一是透过太阳辐射，使其投射在集热板上；二是保护集热板的集热面，使其不受灰尘及雨雪侵蚀；三是形成温室效应，阻止集热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热；
[0122] (3)在集热板底部为隔热层，阻止集热板在温度升高后通过对流和辐射向周围环境散热；
[0124] 本发明中优选采用聚光型上游太阳能集热系统，其包含上游太阳能聚光装置和上游太阳能集热器。所述上游太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在上游太阳能集热器的集热面上。
[0125] 本发明中，所述聚光型上游太阳能集热系统包括槽式太阳能集热系统、塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统，优选为槽式太阳能集热系统、塔式太阳能集热系统。
[0126] 图1采用槽式太阳能集热系统作为上游太阳能集热系统1。图1中，上游太阳能集热系统1包括上游太阳能聚光镜装置10B和上游太阳能集热器10。其中，上游太阳能聚光镜装置10B包含一个或多个，优选为多个槽式抛物面反光镜，其将进入上游太阳能集热器采光口的太阳光线改变方向并聚集到上游太阳能集热器的集热面10A来提高上游太阳能集热器的集热面10A的太阳能能流密度。
[0127] 本发明中对于槽式抛物面反光镜没有特别的限制，可以采用本领域常规的槽式抛物面反光镜，所述槽式抛物面反光镜的数量可以根据生产规模进行计算。
[0128] 所述上游太阳能集热器10包括一根或多根，优选为多根集热管，所述集热管以并联和/或串联的方式连接于太阳能集热器进油管路22A和太阳能集热器出油管路22C之间，且各集热管设置于上游太阳能聚光镜装置10(槽式抛物面反光镜)的抛物面的轴线上。
[0129] 所述集热管的内部含有导热介质(即导热油)，其外表面由有太阳能吸收涂层形成集热面，所述集热面能够高效吸收上游太阳能聚光镜装置聚集的太阳能，并将太阳能转化为热能，且将热能传递给集热管内部的导热介质(即导热油)。
[0130] 图2采用塔式太阳能集热系统作为上游太阳能集热系统1。图2中，上游太阳能集热系统1包括上游太阳能聚光镜装置10B和上游太阳能集热器10。其中，上游太阳能聚光镜装置10B包含一个或多个，优选为多个定日镜，其对太阳的实时跟踪，并将太阳光反射到上游太阳能集热器的集热面10A来提高上游太阳能集热器的集热面10A的太阳能能流密度。
[0131] 本发明中对于定日镜没有特别的限制，例如，可以采用本领域常规的定日镜，所述定日镜的数量可以根据生产规模进行计算。
[0132] 所述上游太阳能集热器10包括集热罐，其进口和出口分别与上游太阳能集热器进油管路22A和上游太阳能集热器出油管路22C相连；所述集热罐作为上游太阳能集热器10设置于高塔上，内部含有导热油，其朝向定日镜的外表面由有太阳能吸收涂层形成集热面，所述集热面能够吸收上游太阳能聚光镜装置(定日镜)10B聚集的太阳能，并将太阳能转化为热能，且将热能传递给集热罐内的导热油。
[0133] 本发明中对于太阳能吸收涂层没有特别的限制，可以采用本领域常规太阳能吸收涂层，例如，其可以包括电镀涂层、电化学涂层和真空度涂层；其中，所述电镀涂层包括黑铬涂层、黑镍涂层和黑钴涂层等；所述电化学涂层包括铝阳极氧化涂层、CuO转化涂层等；所述真空镀涂层可以采用真空蒸发和磁控溅射技术制备选择吸收性能优良的涂层。
[0134] 从图2可以看出，本发明中所述热源还可以包括电加热装置，其通过设置于导热油储罐21外部的供电装置23以及设置于导热油储罐21内部的一个或多个电加热管21A为导热油储罐21供热；所述供电装置23包括太阳能光伏电池组件23A和/或交流电源23C。
[0135] 本发明中，所述太阳能光伏电池组件23A主要包括太阳能光伏电池板23B1、太阳能蓄电池23B2和逆变器(图中未示出)。
[0136] 本领域技术人员应该了解的是，图2中设置于导热油储罐21外部的作为供电装置23之一交流电源23C仅示意性的示出了交流电源23C的接口，并不代表其绝对的空间位置。
实际上，交流电源23C只要通过该接口能够与设置于导热油储罐21内的电加热管21A连接，能够满足为导热油储罐21内的导热油供热即可。
实际上，交流电源23C只要通过该接口能够与设置于导热油储罐21内的电加热管21A连接，能够满足为导热油储罐21内的导热油供热即可。
[0137] 本领域技术人员还应该了解的是，本发明中所述热源是指为导热油储罐21内的导热油供热，用于加热导热油储罐21内的导热油的装置，其既可以是设置于导热油储罐21内的，用于直接加热导热油储罐21内的导热油的电加热管21A，也可以是通过上游导热油循环系统20来间接加热导热油储罐21内的导热油的上游太阳能集热系统1。
[0138] 本发明中所述导热油储罐21为蓄热、导热及换热的核心装置，还配有一个膨胀罐(图中未示出)，其顶部设置有导热油储罐减压安全阀21B，用作安全调压装置，以保持导热油储罐21的压力在安全范围内。一方面，导热油储罐21通过上游循环回路20中导热油的循环流动接受并储存由上游太阳能集热系统10和/或由电加热装置供给的热能。另一方面，导热油储罐21又可作为下游导热油循环系统40中的供热装置(即热源)，其作为壳程与设置于其内部的作为管程的导热油储罐换热器21C换热，将热量传递给导热油储罐换热器21C内的导热油；导热油储罐换热器21C通过下游循环回路40中导热油的循环流动与设置于流化床反应器30内的流化床换热器3C进行换热，将来自导热油储罐21的热量输送给流化床反应器30，为流化床反应器30供热。也就是说，导热油储罐21作为蓄热、导热及换热的核心装置，通过下游循环系统40将上游太阳能集热系统1的热量间接输送给流化床反应器30，为流化床系统3供热。
[0139] 本发明中，运行时，所述导热油储罐21内含有足量的150℃以上(例如150℃至170℃)的导热油，以保证石膏基水硬性胶凝材料可在最低生产速率下连续生产20小时以上，24小时以上更佳。
[0140] 本发明中对于导热油的种类没有特别的限制，只要能够满足本发明中蓄热、导热及换热的要求即可。例如，可以采用合成型导热油，如烷基萘型导热油、烷基联苯型导热油、联苯和联苯醚低熔混合物型导热油、烷基联苯醚型导热油、甲基硅油(包括二甲基硅油)等等；又例如，也还可以采用长城矿物型导热油，如L-QB280、L-QB300或L-QC310等等；再例如，还可以采用植物油，如，大豆油、花生油、玉米油、冷压橄榄油、胡桃油等等。
[0141] 需要说明的是，实际运行过程中，本发明中水硬性胶凝材料生产装置具有较强的操作灵活性。例如，所述热源可以采用上游太阳能集热系统1，或者电加热装置，或者上游太阳能集热系统1和电加热装置。本发明的设计思想是：
[0142] (1)在日光充足的时段，主要采用上游太阳能集热系统1作为热源，其通过上游太阳能集热器的集热面10A吸收太阳能，并将光能转化为热能，再将热能传递给太阳能集热器10内的导热油，且通过上游导热油循环系统20为导热油储罐21供热。
[0143] 所上游太阳能集热器的集热面10A所吸收太阳能，例如，可以来自于上游太阳能聚光镜装置10B或直接来自于日光。
[0144] 同时，太阳能光伏电池板23B1将太阳能转化为电能为太阳能蓄电池23B2充电，太阳能蓄电池23B2吸收来自太阳能光伏电池板23B1的电能并转化成化学能进行存贮，在日光不充足的白天或夜晚，太阳能蓄电池23B2再将所存储的化学能转化成电能，再通过电加热管21A将电能转化为热能为导热油储罐21供热。
[0145] 此时段，所述供热系统包括导热油储罐21、通过上游太阳能集热系统1和导热循环流动为导热油储罐21供热的上游导热油循环系统20，以及下游导热油循环系统40，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统40与流化床系统3相连，并通过导热循环流动为流化床系统3供热。
[0146] (2)在日光不充足或没有日光的时段，采用电加热装置作为热源，其通过设置于导热油储罐21外部的供电装置23为设置于导热油储罐21内部的电加热装置(例如，一个或多个电加热管21A)提供电能，并通过电加热装置(例如，电加热管21A)将电能转化为热能为导热油储罐21供热。所述供电装置23包括太阳能光伏电池组件23A和/或交流电源23C。
[0147] 采用太阳能蓄电池23B2作为热源时，其将所存储的化学能转化成电能，再通过逆变器将直流电变为交流电，并将电能输送给电加热管21A，通过电加热管21A将电能转化为热能为导热油储罐21供热。
[0148] 采用交流电23C作为热源时，其将电能输送给电加热管21A，通过电加热管21A将电能转化为热能为导热油储罐21供热。
[0149] 此时段，所述供热系统包括导热油储罐21、直接为导热油储罐21供热的电加热装置(例如，电加热管21A)，以及下游导热油循环系统40，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统40与流化床系统3相连，并通过导热循环流动为流化床系统3供热。
[0150] (3)在日光不充足时段，同时采用上游太阳能集热系统1和电加热装置(例如，交流电23C)作为热源。
[0151] 此时段，所述供热系统包括导热油储罐21、通过上游太阳能集热系统1和导热循环流动为导热油储罐21供热的上游导热油循环系统20，直接为导热油储罐21供热的电加热装置(例如，电加热管21A)，以及下游导热油循环系统40，并且，所述供热系统通过下游导热油循环系统40与流化床系统3相连，且通过导热循环流动为流化床系统3供热。
[0152] 2、流化床系统：
[0153] 从图1和图2可以看出，所述流化床系统3包括流化床反应器30，所述流化床反应器30内设置有反应器床层，且在反应器床层内设置有流化床换热器3C。
[0154] 所述流化床换热器3C包含一套或多套导热油盘管，所述流化床换热器3C的两端(进口和出口)分别通过流化床换热器进油管路41A和流化床换热器出油管路41C与导热油储罐21内的导热油储罐换热器21C的两端(出口和进口)相连，并由此形成下游导热油循环系统40；且通过设置在流化床换热器进油管路41A的换热器进油泵41B实现导热油下游循环。
[0155] 本发明中所述流化床反应器30为卧式(水平式)流化床反应器。所述卧式流化床反应器30的床层的长度与高度比值为5-20。所述卧式流化床反应器30床层的高度在1m以内。
[0156] 具体地，所述卧式流化床反应器30顶部设置有排气口35，底部设置有气体分布器31B，所述气体分布器31B通过进气通道31依次与进气风机31A和流化床进气口31C相连；所述卧式流化床反应器30的上游端顶部设置有反应物进料口39，其下游端设置有产物出料口
33，且在产物出料口33设置有用于控制流化床反应器床层高度的溢流板(图中未示出)。
33，且在产物出料口33设置有用于控制流化床反应器床层高度的溢流板(图中未示出)。
[0157] 本发明中对于流化床反应器的产物出料口33的溢流板及其安装方式没有特别的限制，例如，可以采用本领域常规的溢流板及其安装方式，只要能够将卧式流化床反应器30床层的高度控制在1m以内即可。
[0158] 在本发明的一些优选的实施例中，还有一个或者多个排气风机设置于流化床侧壁(图中未示出)形成真空区帮助排出气相介质。
[0159] 为更好地满足流化床反应器的供热需求，流化床反应器还可以配置辅助热源。从图2可以看出，所述卧式流化床反应器30还配置有流化床太阳能集热系统，其可以用作流化床反应器30的辅助热源，其包括设置于卧式流化床反应器侧壁的流化床集热面3A。
[0160] 本发明中，所述流化床太阳能集热系统包括聚光型流化床太阳能集热系统和/或非聚光型流化床太阳能集热系统。
[0161] 在本发明的一些优选的实施例中，所述非聚光型流化床太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统，其主要包括：集热板，其主要由流化床反应器侧壁构成，具有由太阳能吸收涂层形成的集热面，该集热面能够高效吸收太阳辐射能，并将其转化为热能，再将热能传递给流化床反应器30内部的气相介质和反应物颗粒；以及设置于集热板集热面的透明盖板、集热板周围为隔热层和外壳(框架)。
[0162] 为了获得最大太阳光辐射量，流化床反应器侧壁上部倾斜设置，例如，可以设计为沿流化床反应器由外到内的方向与水平面的第Ⅰ夹角为28-45°，见图3。
[0163] 在本发明的另一些优选的实施例中，所述聚光型流化床太阳能集热系统包括塔式太阳能集热系统、蝶式太阳能集热系统；所述聚光型流化床太阳能集热系统包含流化床太阳能聚光装置3B和设置于卧式流化床反应器的侧壁的流化床太阳能集热面3A；所述流化床太阳能聚光装置3B包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在流化床太阳能集热面3A上。
[0164] 图2采用塔式太阳能集热系统作为流化床太阳能集热系统。图2中，流化床太阳能集热系统包括上游太阳能聚光装置3B和设置于卧式流化床反应器的侧壁且由太阳能吸收涂层形成的流化床太阳能集热面3A；其中，流化床太阳能聚光装置3B包含一个或多个，优选为多个定日镜，其通过对太阳的实时跟踪，并将太阳光反射到流化床集热面3A来提高流化床集热面3A的太阳能能流密度。
[0165] 本发明中对于定日镜没有特别的限制，例如，可以采用本领域常规的定日镜，所述定日镜的数量可以根据生产规模进行计算。
[0166] 所述流化床太阳能集热面3A由太阳能吸收涂层形成，其能够吸收流化床太阳能聚光镜装置(定日镜)3B聚集的太阳能，并将太阳能转化为热能，再将热能传递给流化床反应器30内部的气相介质和反应物颗粒。
[0167] 为了获得最大太阳光辐射量，流化床反应器侧壁下部可以设计为沿流化床反应器由内到外的方向与水平面的第Ⅱ夹角为45-90°，见图3。
[0168] 本发明人研究发现，气相介质在进入流化床反应器之间经过预热较有利于反应的进行。图2显示，在气体分布器31B和进气风机31A之间的进气通道31还设置有进气通道太能集热系统，其包含进气通道太阳能集热器，所述进气通道太阳能集热器内含气相介质，外部具有进气通道集热面38A，其可以用作气相介质的预热的热源。
[0169] 本发明中，所述进气通道太阳能集热系统包括聚光型进气通道太阳能集热系统和/或非聚光型进气通道太阳能集热系统。
[0170] 在本发明的一些优选的实施例中，所述非聚光型进气通道太阳能集热系统包括平板型太阳能集热系统，其结构与作为非聚光型上游太阳能集热系统的平板型太阳能集热系统类似，不同的是集热管中的传热介质为气相介质，而不是导热油。
[0171] 本发明中，所述聚光型进气通道太阳能集热系统包含进气通道太阳能聚光装置和进气通道太阳能集热器。所述进气通道太阳能聚光装置包含一个或多个太阳能聚光镜，其被布置为将太阳辐射线性地聚集在进气通道太阳能集热器的集热面上。
[0172] 在本发明的一些优选的实施例中，所述聚光型进气通道太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器，其结构与作为聚光型上游太阳能集热系统的槽式太阳能集热系统类似，所不同的是集热管中的传热介质为气相介质，而不是导热油，并且，优选采用一个进气通道太阳能聚光镜和一根具有进气通道集热面的进气通道集热管作为进气通道太阳能集热器。
[0173] 从图1和图2可以看出，本发明中所述卧式流化床反应器30上部还设置有旋风分离器32，所述旋风分离器进气口32A与流化床的排气口35相连，
[0174] 所述旋风分离器32的固体出料口32D与卧式流化床反应器30顶部相连，使得旋风分离器32所分离出来的固相颗粒能够返回流化床反应器30；所述旋风分离器顶部设置有排气口32C，用于放空气体。
[0175] 本发明装置优选采用上述流化床反应器排气口35与旋风分离器32和过滤器32B配合相连的安装方式，以避免粘合剂颗粒被带出并把粘合剂颗粒送回流化床，从旋风分离器排气口32C排出的空气可以回收用于加热进气通道内的气相介质。
[0176] 进一步地，从图2可以看出，在进气通道太阳能集热系统和进气风机31A之间还依次设置有冷却换热器34和气体干燥器36，其中，所述气体干燥器36用于保证气相介质循环进入流化床系统3前被充分干燥；所述旋风分离器32的排气口32C通过冷却换热器36与气相介质进气通道31相连和/或与冷却换热器出口相连通，其中，所述冷却换热器34可用于对来自于旋风分离器32的排气口32C的气体进行冷却，并对于来自于流化床进气口31C的气相介质进行预热。
[0177] 可能的情况是，来自旋风分离器32顶部的排气口32C的气相介质经冷凝换热器34冷凝干燥后部分回收，用于加热流化床反应器30内待加热的原料颗粒并保持原料颗粒的流态化，部分进一步放空；而同时，从流化床进气口31C进入的新鲜空气经气体干燥器36干燥后，经过冷凝换热器36进行预热，或者任选地再经过进气通道太阳能集热系统进行预热后，通过气体分布器31B进入流化床反应器30。
[0178] 本领域技术人员应该了解的是，图2中设置于流化床反应器30的侧壁的流化床太阳能集热面3A，以及相应地设置于其对面的流化床太阳能聚光镜装置3B仅为示意性的，并不代表其绝对的空间位置。实际上，流化床太阳能集热面3A所处位置只要能够满足高效且均匀地为流化床反应器30内的反应物及气相介质供热即可；相应地，流化床太阳能聚光镜装置3B的位置也是只要能够满足高效且均匀地为流化床太阳能集热面3A供热即可。
[0179] 类似地，图2中设置于进气通道31的进气通道太阳能集热面38，以及相应地设置于其对面的进气通道太阳能聚光镜装置38A也仅为示意性的，并不代表其绝对的空间位置。实际上，进气通道太阳能集热面38所处位置只要能够满足高效且均匀地为进气通道31内的气相介质供热即可；相应地，进气通道太阳能聚光镜装置38A的位置也是只要能够满足高效且均匀地为进气通道太阳能集热面38供热即可。
[0180] 本发明中对于进气通道没有特别的限制，可以采用本领域常规的气相介质通道，只要能够满足密闭和耐压的要求即可，例如，可以采用气体管路或其他通道。
[0181] 上述可以看出，本发明中气相介质的预热的热源主要设置于气体分布器31B和进气风机31A之间的进气通道31的进气通道太能集热系统和冷却换热器36，其中，进气通道太能集热系统通过进气通道太阳能集热面将太阳能转换成热能对气相介质进行预热，而冷却换热器36则是通过与来自流化床系统(例如，旋风分离器的排气口32D)的气体换热来对气相介质进行预热。
[0182] 此外，所述装置还可以增设一套与下游导热油循环系统类似的进气通道导热油循环系统，其将导热油储罐21作为热源，进气通道导热油循环系统与进气通道相连，并为进气通道供热，对气相介质进行预热。
[0183] 本发明中，所述流化床系统3包括至少一个，优选包括至少两个流化床反应器，且所述流化床反应器之间的连接方式包括：并联、串联或混合式。
[0184] 本发明上述流化床反应器为卧式(水平式)流化床反应器中的流化床可以理解为一种气泡床，其具有以下特点：
[0185] (1)床内颗粒式反应物(即反应物颗粒)可以和壁面或者内置式加热表面很好的换热。颗粒还可以通过与流化床太阳集热系统的集热面进行换热，从而进行反应过程。
[0186] (2)反应物颗粒在水平床内良好混合并循环，停留时间和固体流率可调。
[0188] (4)所述卧式流化床反应器的床层高度较低，其长度/高度比值在5-20范围内；而所述卧式流化床反应器床层的高度≤1m。
[0189] (5)反应物颗粒将从一侧(例如流化床反应器上游)进料，经过流化床后，从另一侧(例如流化床反应器下游)出料，流化床的高度通过产物出料口33的溢流板进行控制。给定的管长，颗粒的停留时间由颗粒流率和溢流板高度控制。
[0190] 本发明上述流化床反应器为卧式(水平式)流化床反应器，本发明人研究发现，其作为替代型新型水平流化床反应器，其具有以下优点：
[0191] (i)由于该反应器床层高度低(在1m以下)，不会出现活塞流现象，可以在全床范围内各操作条件下保持自由流化状态。颗粒混合和壁面-床层传热不会受到影响。
[0192] 在颗粒表观气速严格控制在2-8倍最小流化气速的前提下，活塞流的杜绝同时将扩大反应物的颗粒粒径范围。这表明，对于GeldartA型颗粒(粒径范围30-80微米)，如颗粒平均粒径50微米，最小流化气速0.5cm/s下，表观气速需要控制在1-4cm/s范围内。对于GeldartB型颗粒(粒径范围80-400微米)，如颗粒平均粒径200微米，最小流化气速3cm/s下，表观气速需要控制在6-24cm/s范围内。对于GeldartD型颗粒(粒径范围400微米以上)，如颗粒平均粒径500微米，最小流化气速20cm/s下，表观气速需要控制在0.5-1.6m/s范围内。
[0193] 水平流化床反应器的使用中，只要固体不属于GeldartC型颗粒(粒径小于30微米)，将不存在颗粒粒径和密度的局限性。GeldartC型颗粒由于颗粒相互作用造成的粘度较大，不利于颗粒的操作。
[0194] (ii)由于该反应器的填料高度在1m范围内，流化气体即可克服床高产生的压降，不需要额外控制流化床的压降。
[0195] (iii)水平流化床内固体的停留时间也通过示踪法进行了测定，长度/高度比在10以上时，停留时间在分钟甚至小时范围内很好的控制。其停留时间在不循环的条件下简单可控，颗粒粒径适应范围广，故而该水平流化床可以用作化学反应用反应器。
[0196] 本领域技术人员应该了解的是，前文中图1为本发明中用于制备水硬性胶凝材料的装置的简明示意图，是指为便于理解，图1仅示出本发明中用于制备水硬性胶凝材料的装置的主要组成部分，图1所示的安装方式亦可配置有图2中所述结构和特征。例如，在一些例子中，图1中所示的制备水硬性胶凝材料的装置的热源还可以包括电加热装置，其通过设置于导热油储罐21外部的供电装置23以及设置于导热油储罐21内部的一个或多个电加热管21A为导热油储罐21供热。所述供电装置23包括太阳能光伏电池组件23A和/或交流电源
23C，优选为太阳能光伏电池组件23A。又例如，在一些例子中，图1中所示的制备水硬性胶凝材料的装置还可以包括流化床太阳能集热系统和/或进气通道太阳能集热系统等。
23C，优选为太阳能光伏电池组件23A。又例如，在一些例子中，图1中所示的制备水硬性胶凝材料的装置还可以包括流化床太阳能集热系统和/或进气通道太阳能集热系统等。
[0197] 3、控制系统
[0198] 本发明中上游导热油循环系统20中的导热油流量主要是根据太阳辐照强度、导热油储罐21内的导热油与上游太阳能集热器10(集热管)内部的导热油的温度差、上游太阳能集热器10(集热管)内部的导热油与上游太阳能集热器10(集热管)的集热面10A的温度差，通过太阳能集热器进油泵22B进行控制。
[0199] 在一些优选的实施例中，本发明所述装置还包括采集导热油储罐21内、上游太阳能集热器10内，以及上游太阳能集热器的集热面10A上的温度的监测数据并根据导热油储罐21内的导热油与上游太阳能集热器10(集热管)内部的导热油的温度差、上游太阳能集热器10(集热管)内部的导热油与上游太阳能集热器10(集热管)的集热面10A的温度差产生控制导热油流量的控制信号的导热油流量伺服控制装置。
[0200] 优选地，导热油流量伺服控制装置通过分别设置在导热油储罐21内、上游太阳能集热器10内，以及上游太阳能集热器的集热面10A上的温度传感器来采集导热油储罐21内、上游太阳能集热器10内，以及上游太阳能集热器的集热面10A上的温度监测数据。
[0201] 本发明中，所述装置可以通过导热油流量伺服控制装置，根据太阳辐照强度、导热油储罐21的油温、上游太阳能集热器10内的油温及所述太阳能集热器的集热面10A的温度，利用太阳能集热器进油泵22B控制上游太阳能集热器10内导热油流量，进而控制导热油储罐21内的导热油温度。
[0202] 本发明中下游导热油循环系统40中的导热油流量主要是根据导热油储罐21内的导热油温度、导热油储罐换热器21C进出口温差、流化床换热器3C进出口温差，以及流化床反应器30内的温度通过流化床换热器进油泵41B进行控制。
[0203] 在一些具体优选的实施例中，所述用于制备水硬性胶凝材料的装置还包括采集导热油储罐21内温度、导热油储罐换热器21C进出口温度、流化床换热器3C进出口温度，以及流化床反应器内的温度监测数据并根据其互相之间的温差产生控制导热油流量的控制信号的下游循环系统的导热油流量伺服控制装置。
[0204] 优选地，下游导热油循环系统40的导热油流量伺服控制装置通过分别设置在导热油储罐21内、导热油储罐换热器21C进出口、流化床换热器3C进出口、流化床反应器内的温度传感器来采集相应各部分的温度的监测数据。
[0205] 本发明中，所述装置可以通过下游导热油循环回路导热油流量伺服控制装置，根据流化床反应器30内的待加热的反应物料的温度、导热油储罐换热器21C进出口温度、流化床换热器3C进出口的温度，以及导热油储罐21内导热油的温度之间的温度差，利用换热器进油泵41B控制换热器内导热油流量，进而控制流化床反应器30内的温度。
[0206] 本发明中所述装置还包括控制系统50，其为分别与上游导热油循环系统内的温度传感器、下游导热油循环系统内的温度传感器、流化床反应器内的温度传感器、气相介质通道内温度传感器、上游导热油流量伺服控制装置、下游导热油流量伺服控制装置等相连的计算机系统，用于控制导热油储罐21、导热油储罐换热器21C和流化床换热器3C的温度等。
[0207] 本发明中对于上述计算机系统与上述各部件的连接方式没有特别限制，可以采用本领域常规的连接方式。利用计算机系统可以通过温度检测、流量控制和不同操作模式的切换来实现整个装置的自动控制和灵活操作。
[0208] 本发明装置未运行时，装置内各组成部分的状态如下：
[0209] (1)太阳能集热器进油泵22B关闭，包含上游太阳能集热器10、导热油储罐21、上游太阳能集热器进油管路22A、上游太阳能集热器出油管路22C，以及上游太阳能集热器进油泵22B的上游导热油循环系统20处于非连通状态，导热油在上游导热油循环系统20中处于静止状态。导热油储罐21内含有足以保证石膏基水硬性胶凝材料可在最低生产速率下连续生产20小时以上，优选24小时以上的足量的常温导热油；
[0210] (2)流化床反应器30内换热器进油泵41B关闭，包含导热油储罐换热器21C、流化床换热器3C、流化床换热器进油管路41A、流化床换热器出油管路41C，以及换热器进油泵41B的下游导热油循环系统40处于非连通状态，导热油在下游导热油循环系统40中处于静止状态。
[0211] (3)流化床反应器30的反应物进料口39和产物出料口33，以及进气口31C和排气口35均关闭，进气风机31A关闭。
[0212] 本发明装置运行时，装置内各组成部分的状态如下：
[0213] (1)日光充足，上游太阳能集热器进油泵22B开启，上游太阳能聚光镜装置10B的凹面朝向上游太阳能集热器的集热面10A，将太阳能聚集在上游太阳能集热器的集热面10A，上游太阳能集热器的集热面10A高效吸收太阳能，并将其转化为热能传递给其内部的导热油；包含上游太阳能集热器10、导热油储罐21、上游太阳能集热器进油管路22A、上游太阳能集热器出油管路22C，以及上游太阳能集热器进油泵22B的上游导热油循环系统20处于连通状态，导热油在上游导热油循环系统20中循环流动，使得导热油储罐21内的导热油持续升温至储罐设定温度。导热油储罐21内含有足以保证石膏基水硬性胶凝材料可在最低生产速率下连续生产20小时以上，优选24小时以上的足量的150℃以上(如150℃至170℃)的导热油。
[0214] 同时，太阳能光伏电池板23B1将太阳能转化为电能为太阳能蓄电池23B2充电，太阳能蓄电池23B2吸收来自太阳能光伏电池板23B1的电能并转化成化学能进行存贮。
[0216] (3)流化床反应器30的反应物进料口39和产物出料口33，以及进气口31C和排气口35均开启，进气风机31A开启，气体介质通过气体分布器31B进入流化床反应器30，使得进入流化床反应器30的反应物颗粒处于流化状态，形成床层并维持床层高度在1m以内。
[0217] 优选地，旋风分离器32的进气口32A和排气口32C，来自旋风分离器32的气体通过冷却换热器34冷却后放空，或者与来自进气通道的经气体干燥器36干燥的气相介质汇合后通过气体分布器31B进入流化床反应器30。
[0218] (4)流化床换热器进油泵41B开启，含有导热油储罐换热器21C、流化床换热器3C、流化床换热器进油管路41A、流化床换热器出油管路41C，以及换热器进油泵41B的下游导热油循环系统40处于连通状态，导热油在下游导热油循环系统40中循环流动，加热流化床反应器30床层内的反应物颗粒和气体介质，干燥化床反应器30床层内的反应物颗粒。
[0219] 本发明第三方面涉及一种利用如本发明第二方面所述的装置制备水硬性胶凝材料的方法，其包括：
[0220] 步骤K，利用热源为导热油储罐21供热，使得导热油储罐21内导热油升温至其设定温度140℃；
[0221] 步骤L，当导热油储罐21内导热油升温到储罐设定温度140℃时，下游导热油循环系统40开启，使得流化床换热器3C内的导热油升温，并使得流化床反应器30升温到反应温度；
[0222] 步骤M，开启进气风机31A，使气相介质(优选为空气)经由进气通道31和气体分布器31B进入流化床反应器30；
[0223] 气相介质在进入流化床反应器30之前先经过干燥和预热的步骤；具体地，气相介质进入流化床反应器30前先经过气体干燥器36干燥后，通过换热冷却器34换热升温后，再经由进气通道太阳能集热系统加热后进入流化床反应器30；
[0224] 所述气相介质由流化床系统3排出的经过除湿的空气和新鲜的经预热的空气组成；具体地，所述气相介质可由流化床系统3排出的空气(部分或全部，需降低湿度)和新鲜的经预热的空气按一定配比组成；优选地，流化床系统3排出的空气与新鲜的经预热的空气配比根据混合后湿度小于5％来确定；
[0225] 步骤N，含有生石膏的干燥或基本干燥的原料颗粒在流化床反应器30中在气体介质的作用下形成流化态，并被流化床换热器3C加热，脱水，形成干粉状石膏基水硬性胶凝材料产品；
[0226] 其中，所述热源包括太阳能聚光镜装置10B和/或电加热装置。
[0227] 当所述热源为上游太阳能集热系统1时，所述上游太阳能集热系统1通过上游导热油循环系统20为导热油储罐21供热；所述步骤K包括：
[0228] 步骤S1，开启太阳能聚光镜装置10B，将导热油在上游太阳能集热器10内加热到集热温度；
[0229] 步骤S2，当导热油在上游太阳能集热器10内加热到集热温度时，开启上游导热油循环系统20，升温至集热温度的导热油在上游导热油循环系统20中循环流动，为导热油储罐21供热，使得导热油储罐21内的导热油升温。
[0230] 在步骤S1中，集热温度设定为低于导热油分解温度10-20℃；所述集热温度为140-350℃，优选为140-250℃。
[0231] 本发明中所述集热温度是指上游太阳能集热器内的导热油温度。
[0232] 本发明中所述流化床反应器温度是指流化床反应器内的温度，也可以理解为反应温度。
[0233] 在日光不足或没有日光的时段，当所述热源为电加热装置时，所述步骤K包括：使用电加热装置通过设置于导热油储罐21内部的一个或多个电加热管21A为导热油储罐21供热，使得导热油储罐21内导热油升温。
[0234] 优选地，在上述步骤K-N中开启流化床太阳能聚光镜装置3B加热流化床系统3。
[0235] 为了制备高性能水硬性胶凝材料，本发明人对于上述制备过程中的操作条件进行了研究，认为：
[0237] (2)工业应用要求连续的固体处理过程。
[0238] (3)稀释相的输运方式，循环流化床和旋转窑式的颗粒处理方式导致传热系数低，一般在100W/m2K，这个传热效率对于高通量和快速反应来说过低。另一方面，由于湍动受限，或者大气泡存在(传质界面小)导致气相或者蒸汽相的组分和颗粒相之间传质太低。
[0239] (4)气泡床只适用于Geldart A型或B型颗粒(注：Geldart颗粒分类主要是根据颗粒的粒径和密度进行)，对石英砂来说，其颗粒粒径在50-500微米之间。
[0240] (5)以上各个系统均无法实现气固反应体系所要求的较长和可控的停留时间(分钟级别)。
[0241] 本发明人通过实验进行了相关研究和验证，得到以下结论：
[0242] (1)气泡床的动力学效率随着颗粒粒径和/或密度的提高而显著下降，这就限制了气泡床在小粒径颗粒材料处理中的应用，典型的例子为GeldartA型颗粒，其平均粒径小于80微米。需要对反应器外加压力来实现稳定的颗粒流化。
[0243] (2)良好的传热，无论是从反应器壁面或反应器内的加热面到床内材料，都需要在表面处有良好的颗粒更新，即要求气泡床全高范围内气泡流化。当内容物为GeldartA或B型颗粒式，床高1米以上的范围内会出现活塞流或不对称活塞流，严重降低流化床内的传热。气泡床上侧区域的不良传热会导致加热表面温度过高，产生传热不良的问题，则反应器上侧部分将不能完成该气固转化。如果使用大粒径颗粒，如Geldart-D型颗粒，气体可能直接从床体中穿行，流化难度大，不能进行正常转化过程。
[0244] (3)在循环流化床或者稀相气动反应器内，流化的颗粒的停留时间通过示踪实验进行了测量。在给定空气流速和固体流率下，颗粒停留时间非常短，且很大程度上由固体流率控制。在常见固体循环速率下，颗粒的停留时间通常为数秒或数十秒，非常短，不能满足该气固反应体系的停留时间要求。如本专利中描述的硫酸钙的煅烧，对于100微米粒径的颗粒来说，其需要的停留时间在数分钟左右，如果反应物颗粒粒径增大，该反应时间将达到十几到几十分钟。如采用循环流化床需要颗粒循环十次以上，不利于反应进行，且能耗高，因此以上反应器不能用于该反应。
[0245] 因此，上述制备水硬性胶凝材料的过程中的典型操作条件如下：
[0246] (1)所述停留时间为10s-1h。
[0247] (2)流化速度为2-8倍的颗粒最小流化速度，其最小流化速度可由实验测定或根据经验公式计算。
[0248] (3)所述流化床反应器内的温度≥130℃。
[0249] (4)控制导热油在下游导热油循环系统中的循环，使得导热油换热器进出口的温差≤20℃，优选≤10℃，进一步优选≤5℃。
[0250] 本发明中用于制备水硬性胶凝材料的原料的特征如下：
[0251] (1)所述流化床反应器内原料颗粒的典型的粒径为5μm-1cm。
[0252] (2)所述原料包括CaSO4·2H2O，以及任选的CaO。
[0253] (3)所述原料为CaSO4·2H2O和CaO的混合物，且以CaSO4·2H2O和CaO的混合物总质量计，在所述CaSO4·2H2O和CaO的混合物中，所述CaO的质量含量≤30％。
[0254] (4)所述原料中还任选地含有Ca(OH)2，且以所述原料总质量计，所述原料中Ca(OH)2的质量含量≤5％。
[0255] 从上述可以看出，本发明方法利用太阳能这种可再生能源进行原料加工，在130℃以上煅烧干燥或基本干燥的粉末状生石膏(例如，二水硫酸钙)，生产干粉状石膏基水硬性胶凝材料。该生产工艺获得的产物中至少包含半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)和/或无水硫酸钙(CaSO4)等化合物，通过添加石灰后，可形成抗压强度为5.5-8.5MPa的石膏基水硬性胶凝材料，替代硅酸盐水泥，用于50米以下建筑。
[0256] 在水硬性胶凝材料中，以所述水硬性胶凝材料总质量计，所述石膏的质量含量为60％-100％，优选为60％-95％；所述熟石灰的质量含量为0-40％，优选为5％-40％，进一步优选为20％-40％。
[0257] 所述石膏包括半水硫酸钙和/或无水硫酸钙；优选地，所述石膏包括半水硫酸钙和无水硫酸钙，且所述石膏中半水硫酸钙的质量含量≥95％。
[0258] 综上，本发明利用太阳能在130℃以上煅烧干燥或基本干燥的粉末状生石膏(二水硫酸钙)生产干干粉状石膏基水硬性胶凝材料的工艺和生产装置，产物中至少包含半水硫酸钙CaSO4·1/2H2O和/或无水硫酸钙CaSO4等化合物。本发明通过添加少量石灰至该材料，可作为一种廉价且韧性良好的硅酸盐水泥的水硬性胶凝材料替代品，同时利用太阳能作为能量利用流化床进行生产，过程温室气体排放低，减少了对环境的污染和处理固废的成本。
[0259] Ⅲ、实施例
[0260] 以下通过具体实施例对于本发明进行具体说明。下文所述实验方法，如无特殊说明，均为实验室常规方法。下文所述实验材料，如无特别说明，均可由商业渠道获得。
[0261] 实施例1：制备水硬性胶凝材料I
[0262] 导热油储罐21(首选配有干燥装置的储罐，以处理可能存在的水分)里的导热油(例如，美国道康宁二甲基硅油PMX-200)通过上游太阳能集热系统1(例如，槽式太阳能集热系统)由太阳能加热至235℃。导热油储罐21的容积按至少满足石膏基水硬性胶凝材料连续生产24小时(即大于日均产量2.4吨)能耗设计(根据安装地太阳辐照条件和原料组成进行计算)。
[0263] 流化床反应器30填入的混合物料包括：(1)约120kg/h的磷石膏(磷酸工业生产时的副产物)，所述磷石膏约有质量分数20％的自由水；(2)约16kg/h的经粉碎的生石灰，其颗粒粒径小于2mm。
[0264] 上述混合物按基本稳定的速率填入流化床反应器30。
[0265] 下游导热油循环流量调至维持流化床反应器30内温度150℃，颗粒平均停留时间为20分钟。通过流化床换热器3C内导热油的循环，将流化床反应器30内温度严格控制在很小的波动范围内(如145-155℃间)。
[0267] 从流化床反应器30的产物出料口33流出的水硬性胶凝材料I基本符合以下组成(质量分数)：半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)75％，无水硫酸钙(CaSO4)5％，及氢氧化钙(Ca(OH)2)20％。
[0268] 所述水硬性胶凝材料I具有以下性质：
[0270] -产量(DIN 1164):111升/100千克干燥的材料；
[0272] -抗压强度(NBN 12401)：68×105Pa；
[0273] -布氏硬度(DIN 1168)：160×105Pa；
[0275] 实施例2：制备水硬性胶凝材料II
[0276] 实施例2与实施例1不同的是：(1)流化床反应器30填入的原料由120kg/h的天然石膏(含自由水质量分数为5％)和10kg/h经粉碎的粉末状生石灰组成；(2)反应混合物在流化床反应器30的整个停留时间(20分钟)内，温度维持在160℃(±2℃)。其余条件与实施例1相同。
[0277] 所述水硬性胶凝材料II含有以下组成成分(质量分数)：半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)80.7％，无水硫酸钙(CaSO4)7.3％，氢氧化钙(Ca(OH)2)12.0％。
[0278] 所述水硬性胶凝材料II具有以下性质：
[0279] -凝结时间(DIN 1168):初凝时间75分，终凝时间95分；
[0280] -产量(DIN 1164)：86升/100千克干燥的材料；
[0281] -与光滑混凝土表面粘结强度(7天后)：3.5×105Pa；
[0282] -抗压强度(NBN 12401)：72×105Pa；
[0283] -布氏硬度(DIN 1168)：185×105Pa；
[0284] -在多孔混凝土上开裂：否。
[0285] 实施例3：制备水硬性胶凝材料III
[0286] 实施例3与实施例2不同的是：(1)反应器填入的原料为130kg/h的脱硫石膏(烟气脱硫产物，上述脱硫石膏含质量分数18％的自由水以及质量分数7-8％未反应的氢氧化钙)；(2)反应混合物在反应器的整个停留时间(40分钟)内，温度维持在165℃(±2℃)。其余条件与实施例2相同。
[0287] 所述水硬性胶凝材料III含有以下组成成分(质量分数)：半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)78.2％，无水硫酸钙(CaSO4)12.1％，氢氧化钙(Ca(OH)2)10.0％。
[0288] 所述水硬性胶凝材料III具有以下性质：
[0289] -硬化时间(DIN 1168):初凝时间110分，终凝时间160分；
[0290] -产量(DIN 1164):95升/100千克干燥的材料；
[0291] -与光滑混凝土表面粘结强度(7天后)：4.8×105Pa；
[0292] -抗压强度(NBN 12401)：85×105Pa；
[0293] -布氏硬度(DIN 1168)：150×105Pa；
[0294] -在多孔混凝土上开裂：否。
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