一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法。該方法包括將炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣經(jīng)燃燒除去有害氣體后，通過三級(jí)換熱對(duì)其熱量進(jìn)行利用。所述方法可以最大程度地利用了炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣中的熱量，在極大程度上降低了整個(gè)碳纖維生產(chǎn)所需的能耗，高溫廢氣的熱量在碳纖維生產(chǎn)中的再利用率在90%以上，從而也極大地降低了碳纖維的生產(chǎn)成本；所述方法還可以全面解決碳纖維生產(chǎn)的氧化階段、炭化階段、表面處理階段等各階段產(chǎn)生的廢氣的處理問題，燃燒的方式還能合理地將HCN、NH3等有害氣體轉(zhuǎn)化為容易處理的氧化物，經(jīng)該方法處理后的廢氣對(duì)環(huán)境影響少，是一種環(huán)保的處理利用方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及碳纖維生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及。
技術(shù)介紹
21世紀(jì)，碳纖維以其作為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)異性能，廣泛地被應(yīng)用于航天航空、國防軍工、文體器材、醫(yī)用器材、新能源和土木建筑等領(lǐng)域，高性能碳纖維的需求量也快速加大。碳纖維制造過程包括預(yù)氧化、炭化、表面處理等步驟，每一步都對(duì)碳纖維的品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。碳纖維生產(chǎn)能耗高、生產(chǎn)廢氣較難處理問題一直困擾著碳纖維生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)，造成了碳纖維的生產(chǎn)成本一直居高不下。為了在碳纖維生產(chǎn)過程中節(jié)約能耗，現(xiàn)有技術(shù)有通過凈化器對(duì)廢氣進(jìn)行凈化處理，再循環(huán)使用的節(jié)能方式，但是該處理方式在凈化過程中，造成大量的熱損失，熱量再利用效率較低；并且存在凈化不完全的可能，因而可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降或生產(chǎn)設(shè)備的損壞；廢氣中的有害氣體未能被徹底處理，在排放過程中需要進(jìn)行二次處理，增加了處理成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的，是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供。本專利技術(shù)上述目的通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) ，是將炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣經(jīng)燃燒除去有害氣體后，通過三級(jí)換熱對(duì)其熱量進(jìn)行利用，所述的三級(jí)換熱依次為 (1)經(jīng)燃燒除去有害氣體后的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣，與氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行一級(jí)換熱； (2)經(jīng)過一級(jí)換熱后的高溫廢氣與炭化階段所需的常溫惰性氣體進(jìn)行二級(jí)換熱； (3)經(jīng)過二級(jí)換熱后的高溫廢氣與氧化階段所需的常溫新鮮空氣進(jìn)行三級(jí)換熱； 經(jīng)過步驟(I)的一級(jí)換熱后的氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣作為助燃?xì)怏w，用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒。一般地，碳纖維生產(chǎn)過程包括氧化、炭化、表面處理幾個(gè)主要步驟。而炭化階段爐膛產(chǎn)生高溫廢氣通常溫度在85(Tl20(TC左右，并且其中含有HCN、NH3等有害氣體。通過直接對(duì)其進(jìn)行充分燃燒的方法，可以使這些有害氣體轉(zhuǎn)化為可吸收的氧化物，有利于對(duì)其的去除。同時(shí)，產(chǎn)生的熱能也可以通過后續(xù)的熱交換得到進(jìn)一步的利用。一般地，氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣的溫度遠(yuǎn)較炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣的溫度要低，通常在20(T30(TC，其中也含有HCN、NH3等有害氣體。需要進(jìn)行燃燒處理后才能排放，而由于氧化階爐膛產(chǎn)生的廢氣中含有較高含量的氧氣，其能夠作為助燃?xì)怏w提高炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣燃燒時(shí)的熱效率，應(yīng)該對(duì)其加以合理的利用。然而，由于氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣溫度較低，直接與炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進(jìn)行混合容易導(dǎo)致熱損失，為了實(shí)現(xiàn)較高的熱利用率，選擇通過一級(jí)換熱對(duì)氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行預(yù)熱。經(jīng)預(yù)熱后的廢氣與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合，再進(jìn)行燃燒，可以最大程度的保證熱量的利用。專利技術(shù)人還發(fā)現(xiàn)，如果將燃燒后的廢氣直接用于與常溫氮?dú)膺M(jìn)行熱交換，由于二者的溫差較大，雖然氮?dú)庖材艿玫筋A(yù)熱，但是過程中熱損失較大，因此，熱量的利用率不高。氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣與燃燒后的廢氣的溫差相對(duì)較小，因此，熱交換的效率更高。其中，所述燃燒為在85(ri20(TC下進(jìn)行燃燒。較高的溫度下進(jìn)行燃燒，可以保證燃燒進(jìn)行得更充分。其中，步驟(I)中，經(jīng)燃燒后的高溫廢氣的溫度彡850°C。為了使燃燒進(jìn)行得更充分，更合理的利用熱能，其中，所述燃燒的時(shí)間為2 20s。燃燒時(shí)間的長短，主要影響廢氣中的殘余氧化物的種類和含量。其中，所述燃燒時(shí)間可選5 15s。其中，經(jīng)過一級(jí)換熱后的高溫廢氣的溫度變?yōu)?5(T650°C，相應(yīng)地，此時(shí)氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣也被預(yù)熱至55(T 650°C。炭化階段需要高溫及無氧的過程，因此需要大量的溫度較高的惰性氣體，利用高溫廢氣中的熱量對(duì)于常溫惰性氣體進(jìn)行二級(jí)換熱，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)惰性氣體的預(yù)熱，降低炭化階段的能耗，更合理利用廢氣中的熱量。其中，經(jīng)過二級(jí)換熱后的高溫廢氣的溫度變?yōu)榇笥诘扔?50°C 小于550°C，相應(yīng)地，此時(shí)炭化階段所需的常溫惰性氣體被預(yù)熱至大于等于450°C 小于550°C。常用地，選擇氮?dú)庾鳛樘炕A段所需的惰性氣體。氧化階段需要加熱以及新鮮空氣，利用高溫廢氣中的熱量進(jìn)行對(duì)常溫新鮮空氣進(jìn)行三級(jí)換熱，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新鮮空氣的預(yù)熱，可以降低氧化階段的能耗，更合理利用廢氣中的熱量。其中，經(jīng)過三級(jí)換熱后的高溫廢氣的溫度變?yōu)?0(T25(TC，相應(yīng)地，此時(shí)氧化階段所需的新鮮空氣被預(yù)熱至10(T250°C。在體系的熱量得到合理的傳遞利用后，本申請(qǐng)還提供對(duì)生產(chǎn)過程中低溫廢氣的處理方式在步驟(3)之后將三級(jí)換熱后的高溫廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣，收集合并，并采用堿液進(jìn)行噴淋吸收處理。這里所述的其它廢氣，是指除爐膛產(chǎn)生的廢氣以外的廢氣，包括但不限于爐的其它部位產(chǎn)生的廢氣，這些廢氣的溫度一般在10(T200°C之間。上述這些廢氣中，含有較大量的氧化物，采用堿液進(jìn)行噴淋吸收處理，一方面可以對(duì)其進(jìn)行降溫，另一方面可以對(duì)氧化物進(jìn)行吸收。經(jīng)噴淋吸收處理后的廢氣溫度約為5(Tl20°C。其中，噴淋的方式可以為霧化噴淋。其中，所述堿液為摩爾濃度在0. 2^1. 5mol/L的堿液。其中，所述堿液為NaOH水溶液。經(jīng)噴淋吸收處理后的廢氣可以直接進(jìn)行排放。本專利技術(shù)中，所述的炭化階段所需的常溫惰性氣體及氧化階段所需的常溫新鮮空氣的量，均為正常生產(chǎn)所需要的量。本專利技術(shù)通過選擇最合理的熱交換方式，充分利用燃燒后高溫氣體所含的熱量對(duì)生產(chǎn)過程中所需要用的氣體進(jìn)行預(yù)熱，達(dá)到高的再利用率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益效果 本專利技術(shù)所述方法可以最大程度地利用了炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣中的熱量，在極大程度上降低了整個(gè)碳纖維生產(chǎn)所需的能耗，高溫廢氣的熱量在碳纖維生產(chǎn)中的再利用率均在90%以 上，從而也極大地降低了碳纖維的生產(chǎn)成本；所述方法還可以全面解決碳纖維生產(chǎn)的各階段(包括氧化階段、炭化階段、表面處理階段)產(chǎn)生的廢氣的處理問題，燃燒的方式還能合理地將HCN、NH3等有害氣體轉(zhuǎn)化為容易處理的氧化物，經(jīng)該方法處理后的廢氣對(duì)環(huán)境影響少，是一種環(huán)保的處理利用方法。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合一些具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)方法做進(jìn)一步描述。具體實(shí)施例為進(jìn)一步詳細(xì)說明本專利技術(shù)，非限定本專利技術(shù)的保護(hù)范圍，實(shí)施例中，所涉及的溫度值為平均值。高溫廢氣的熱量再利用率按下列公式估算。假設(shè)噴淋后廢水的熱量得到100%的利用。 燃燒后 fiil 1.體崎3 A .I,淋后瘦 I的 3度.k %IA < Jirc i I .. 熱.量再Ii用季--------------------L * I mi*#■絳后SiS V本的S瘦實(shí)施例I ，包括以下步驟 (1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為850°C的高溫廢氣，在850°C的溫度條件下燃燒2s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> 8500C ； (2)一級(jí)換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為200°C的廢氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進(jìn)行熱交換，氧化爐廢氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級(jí)換熱后的溫度降低至550°C ； 將已預(yù)熱至550°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒； (3)二級(jí)換熱將炭化階段所需的常溫氮?dú)馀c溫度降低至550°C的燃燒后的廢氣進(jìn)行熱交換，氮?dú)獗活A(yù)熱至450°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級(jí)換熱后的溫度本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于：炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣經(jīng)燃燒除去有害氣體后，通過三級(jí)換熱對(duì)其熱量進(jìn)行利用，所述的三級(jí)換熱依次為：（1）經(jīng)燃燒除去有害氣體后的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣，與氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行一級(jí)換熱；（2）經(jīng)過一級(jí)換熱后的高溫廢氣與炭化階段所需的常溫惰性氣體進(jìn)行二級(jí)換熱；（3）經(jīng)過二級(jí)換熱后的高溫廢氣與氧化階段所需的常溫新鮮空氣進(jìn)行三級(jí)換熱；經(jīng)過步驟（1）的一級(jí)換熱后的氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣作為助燃?xì)怏w，用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：雷震，宋威，蔡彤旻，黃險(xiǎn)波，黃有平，辛偉，馬雷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：金發(fā)科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：