CN108072039A - 一种碳纤维生产废气处理装置及方法 - Google Patents

一种碳纤维生产废气处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及碳纤维生产领域，具体而言，涉及一种碳纤维生产废气处理装置和碳纤维生产废气处理方法。本发明提供了一种碳纤维生产废气处理装置，其用于处理碳纤维生产中产生的废气。碳纤维生产中会产生多种有害废气，直接排放不仅污染环境还可能会造成排烟管道的堵塞，本实施例中碳纤维生产废气处理装置与低温碳化炉连接，将废气收集依次进行焚烧、冷却、除尘和脱销，最后将达标废气排出。该碳纤维生产废气处理装置既保证了生产的连续性，又避免了对环境造成的污染。本发明还提供了一种碳纤维生产废气处理方法，其利用上述碳纤维生产废气处理装置对碳纤维生产中产生的废气进行处理，能够很好的对碳纤维生产中产生的废气进行处理，保护环境且能耗低。

Description

一种碳纤维生产废气处理装置及方法
技术领域
本发明涉及碳纤维生产领域，具体而言，涉及一种碳纤维生产废气处理装置和碳纤维生产废气处理方法。
背景技术
在聚丙烯腈基(PAN)碳纤维生产过程中，包含原材料纯化、聚合、纺丝，纺丝的成品PAN纤维经预氧化处理后，再经低温碳化炉和高温碳化炉处理，得到碳纤维。
在对原材料进行纯化和聚合时产生大量的不凝气，这些尾气含有二甲基亚砜和丙烯腈，若不经处理排放会对环境造成污染及对人体造成伤害；纤维在低温碳化阶段，预氧化纤维发生脱水、脱氢以及主链、侧链和末端基分解，H、O、N非碳元素以HCN、NH3、CO、CO2、H2、N2和H2O等方式释放，这一阶段预氧纤维失重40％～45％，这些混合气高温气体剧毒高污染，必须处理后才可以排放；在高温炭化主要脱除氮元素的过程，900～1500℃时氮元素以N2、NH3和HCN脱除。
特别是炭化废气处理不完全，在废气管道内迅速沉积，甚至导致废气管道堵塞，清理频次高、难度大，每批次必须对管道进行疏通，增加停车时间影响产量，且没有进一步提高产能的余量。
综上所述，对碳纤维生产废气的处理系统的研究进行优化炭化废气处理效果，已经成为制约碳纤维产量的关键因素。同时，如果直接排放上述含有毒有害气体的废气，影响周围环境的空气质量，甚至可能危害到附近居民的健康。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种碳纤维生产废气处理装置，其用于处理碳纤维生产中产生的废气。碳纤维生产中会产生多种有害废气，直接排放不仅污染环境还可能会造成排烟管道的堵塞，本实施例中碳纤维生产废气处理装置与低温碳化炉连接，将废气收集依次进行焚烧、冷却、除尘和脱销，最后将达标废气排出。该碳纤维生产废气处理装置既保证了生产的连续性，又避免了对环境造成的污染。
本发明还提供了一种碳纤维生产废气处理方法，其利用上述碳纤维生产废气处理装置对碳纤维生产中产生的废气进行处理，能够很好的对碳纤维生产中产生的废气进行处理，保护环境且能耗低。
本发明的实施例是这样实现的：
一种碳纤维生产废气处理装置，其用于处理碳纤维生产中产生的废气，其包括依次连接的焚烧室、冷却室、除尘室和脱硝室；
焚烧室包括助燃热源；冷却室内设有换热装置；
焚烧室与低温碳化炉连接。
该碳纤维生产废气处理装置既保证了生产的连续性，又避免了对环境造成的污染。
本发明的一种实施例中：
碳纤维生产的碳纤维生产废气处理装置还包括混合室；混合室与焚烧室连接；混合室被构造成将废气混合后通入焚烧室内。
本发明的一种实施例中：
废气包括电解/热风干燥废气、氧化废气、炭化废气和纯化/聚合不凝气中的至少一种。
本发明的一种实施例中：
焚烧室通过变频风机与冷却室连接。
本发明的一种实施例中：
碳纤维生产的碳纤维生产废气处理装置还包括空气换热系统；空气换热系统与冷却室连接；空气换热系统远离冷却室的一端与焚烧室连接。
本发明的一种实施例中：
焚烧室内还包括焚烧催化剂；焚烧催化剂包括钾元素碳酸盐或钾元素氢氧化物。
本发明的一种实施例中：
除尘室设有除尘网和除尘口；除尘口开设与除尘室底部。
本发明的一种实施例中：
脱硝室内设有脱硝催化剂；脱硝催化剂包括碱金属。
本发明的一种实施例中：
焚烧室内还包括焚烧炉风机；焚烧炉风机与低温碳化炉中的炉压控制装置电连接。
一种碳纤维生产废气处理方法，其用于处理碳纤维生产中产生的废气，其包括以下步骤：
步骤a：电解/热风干燥废气、氧化废气、炭化废气和纯化/聚合不凝气中的至少一种通入混合室内进行混合，得到第一废气；
步骤b：将第一废气通入焚烧室内，利用焚烧室内助燃热源对第一废气进行燃烧，燃烧后得到第二废气；
步骤c：第二废气在变频风机带动下进入冷却室；利用换热装置和空气换热系统对第二废气进行降温，得到第三废气；空气换热系统经过冷却室后得到的高温气体分别通入氧化新风系统和焚烧室内；
步骤d：第三废气依次经过除尘室和脱硝室；除尘室内除尘网将第三废气中粉尘过滤后沉降在除尘室中；第三废气在脱硝室内脱硝催化剂的催化下将第三废气中氮氧化物进行分解后得到第四废气；
步骤e：第四废气通过烟囱排出。
其能够很好的对碳纤维生产中产生的废气进行处理，保护环境且能耗低。
本发明的技术方案至少具备以下有益效果：
本发明提供了一种碳纤维生产废气处理装置，其用于处理碳纤维生产中产生的废气。碳纤维生产中会产生多种有害废气，直接排放不仅污染环境还可能会造成排烟管道的堵塞，本实施例中碳纤维生产废气处理装置与低温碳化炉连接，将废气收集依次进行焚烧、冷却、除尘和脱销，最后将达标废气排出。该碳纤维生产废气处理装置既保证了生产的连续性，又避免了对环境造成的污染。
本发明还提供了一种碳纤维生产废气处理方法，其利用上述碳纤维生产废气处理装置对碳纤维生产中产生的废气进行处理，能够很好的对碳纤维生产中产生的废气进行处理，保护环境且能耗低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1中碳纤维生产废气处理装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1中除尘室的结构示意图。
图中：100-碳纤维生产废气处理装置；110-焚烧室；120-冷却室；130-除尘室；131-除尘网；133-除尘口；140-脱硝室；111-助燃热源；121-换热装置；150-混合室；160-变频风机；170-空气换热系统；171-管道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
参考图1，图中为本实施例提供的一种碳纤维生产废气处理装置100，其用于处理碳纤维生产中产生的废气。碳纤维生产中会产生多种有害废气，直接排放不仅污染环境还可能会造成排烟管道的堵塞，本实施例中碳纤维生产废气处理装置100与低温碳化炉连接，将废气收集依次进行焚烧、冷却、除尘和脱销，最后将达标排放。该碳纤维生产废气处理装置100既保证了生产的连续性，又避免了对环境造成的污染。
本实施例中的碳纤维生产废气处理装置100具体是这样实现的：
碳纤维生产的碳纤维生产废气处理装置100包括依次连接的焚烧室110、冷却室120、除尘室130和脱硝室140。焚烧室110包括助燃热源111；冷却室120内设有换热装置121，废气依次经过焚烧室110进行完全燃烧，然后进入冷却室120利用换热装置121冷却后，进入除尘室130和脱硝室140进行除尘和氮氧化物的分解，最后达到排放标准，排放至大气中。
其中焚烧室110与低温碳化炉连接，将低温碳化炉中废气直接通入焚烧室110中进行燃烧，解决了低温炭化炉的排废引起的断丝难题，提高碳纤维产品的收率和质量，降低碳纤维的生产成本。
在实际生产中，废气不仅仅包括低温碳化炉中产生的气体，要增加碳纤维生产废气处理装置100的适应性，增加废气处理效率，在进入焚烧室110进行燃烧前，需要将各种废气充分混合，故在本实施例中，碳纤维生产废气处理装置100还包括混合室150，混合室150与焚烧室110连接。混合室150被构造成将废气混合后，通入焚烧室110内。混合后的气体在后续进入焚烧室110中能够充分的燃烧，减少污染。
进一步的，在对原材料进行纯化和聚合时产生大量的不凝气，这些尾气含有二甲基亚砜和丙烯腈，若不经处理排放会对环境造成污染及对人体造成伤害；纤维在低温碳化阶段，预氧化纤维发生脱水、脱氢以及主链、侧链和末端基分解，H、O、N非碳元素以HCN、NH3、CO、CO2、H2、N2和H2O等方式释放，这一阶段预氧纤维失重40％～45％，这些混合气高温气体剧毒高污染，必须处理后才可以排放；在高温炭化主要脱除氮元素的过程，900～1500℃时氮元素以N2、NH3和HCN脱除。故在本实施例中，废气包括电解/热风干燥废气、氧化废气、炭化废气和纯化/聚合不凝气中的至少一种。在本实施例中，根据实际生产流程的影响，废气包括上述电解/热风干燥废气、氧化废气、炭化废气和纯化/聚合不凝气。
废气混合后在焚烧室110内利用助燃热源111进行燃烧后，需要将高温气体通入冷却室120内，在本实施例中，焚烧室110通过变频风机160与冷却室120连接。变频风机160为本领域常用装置，再次不过多赘述。需要说明的是，在其他具体实施方式中，上述变频风机160还可以利用负压机或鼓风机等及其他装置替代。
在本实施例中，冷却室120内除了用于对燃烧后废气进行降温的换热装置121，还包括空气换热系统170，该空气换热系统170与冷却室120连接，带动空气经过冷却室120，使空气温度升高，同时降低冷却室120内燃烧后废气的温度。空气换热系统170远离冷却室120的一端与焚烧室110连接。空气在经过冷却室120后，被加热至200-300摄氏度，此时一部分空气经由管道171供给氧化新风系统，另一部分重新通入焚烧室110，用作助燃空气。将冷却中的余热重新带入焚烧室110内，大大的节约了燃烧说需要的燃料，保证了热量的循环，节约了废气处理的成本。
为了使焚烧的过程中，废气的燃烧更加完全，减少有害物的产生，在本实施例中，焚烧室110内还包括焚烧催化剂，通过该焚烧催化剂加快废气中的物质进行分解。具体的，焚烧催化剂包括钾元素碳酸盐或钾元素氢氧化物。需要说明的是，在其他具体实施方式中，上述焚烧催化剂还可以是其他具备脆化性质的物质，此外，在其他具体实施方式中，还可以不设置上述焚烧催化剂。
废气燃烧以及冷却后，进入除尘室130内，为了减少废气中的粉尘以达到排放标准，参考图2，在本实施例中，除尘室130内设有除尘网131和除尘口133。利用除尘网131使废气中粉尘过滤，另外粉尘在重力的作用下会沉积在除尘室130底部。除尘口133开设于除尘室130底部。在整个碳纤维生产废气处理装置100运行一段时间后，操作者可以直接将除尘口133打开，对除尘室130进行清洁。该除尘室130对粉尘过滤效果好，且便于清洁，避免了烟尘堵塞的情况，保证了生产的连续化。
在废气中含有大量氮氧化物，直接排放会影响周围环境的空气质量，甚至可能危害到附近居民的健康。故在脱硝室140内还设有脱销催化剂，利用脱硝催化剂使废气中当氧化物分解，达到国家标准后排出。在本实施例中，脱销催化剂包括碱金属。此外，在其他具体实施方式中，上述脱硝催化剂还可以是其他具有脱销效果的物质。
在本实施例中，焚烧室110内还包括焚烧炉风机，利用风机进行供风并保证整个碳纤维生产废气处理装置100的工作效率。为了对整个装置实现智能化控制，保证炉内温度场以及气流分布。焚烧炉风机与低温碳化炉中的炉压控制装置电连接。具体的，将焚烧炉风机与低温碳化炉中炉压控制装置连锁，在控制系统中直接进行控制。需要说明的是，上述控制系统为常见设备，其可以是单片机、PLC或微型计算机，在本实施例中选用PLC进行控制。
在本实施例中，整个碳纤维生产废气处理装置100管线均设有保温层，利用保温层保证整个装置中废气的流动时热量散失较小，节约能源的同时，保证废气处理的效果。
本实施例中的碳纤维生产废气处理装置100，其既保证了生产的连续性，又避免了对环境造成的污染。此外，该碳纤维生产废气处理装置100智能化程度高，能耗低，降低企业废气处理的成本。
本实施例还提供的一种碳纤维生产废气处理方法，其利用上述碳纤维生产废气处理装置100对碳纤维生产中产生的废气进行处理，其包括以下步骤：
步骤a：电解/热风干燥废气、氧化废气、炭化废气和纯化/聚合不凝气中的至少一种通入混合室150内进行混合，得到第一废气。
步骤b：将第一废气通入焚烧室110内，利用焚烧室110内助燃热源111对第一废气进行燃烧，燃烧后得到第二废气。
步骤c：第二废气在变频风机160带动下进入冷却室120；利用换热装置121和空气换热系统170对第二废气进行降温，得到第三废气；空气换热系统170经过冷却室120后得到的高温气体分别通入氧化新风系统和焚烧室110内。
步骤d：第三废气依次经过除尘室130和脱硝室140；除尘室130内除尘网131将第三废气中粉尘过滤后沉降在除尘室130中；第三废气在脱硝室140内脱硝催化剂的催化下将第三废气中氮氧化物进行分解后得到第四废气。
步骤e：第四废气达到排放标准后即可通过烟囱排出。
该碳纤维生产废气处理方法针对性强，且整个过程可控，其能够很好的对碳纤维生产中产生的废气进行处理，保护环境且能耗低。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维生产废气处理装置，其用于处理碳纤维生产中产生的废气，其特征在于：
所述碳纤维生产的碳纤维生产废气处理装置包括依次连接的焚烧室、冷却室、除尘室和脱硝室；
所述焚烧室包括助燃热源；所述冷却室内设有换热装置；
所述焚烧室与低温碳化炉连接。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述碳纤维生产的碳纤维生产废气处理装置还包括混合室；所述混合室与所述焚烧室连接；所述混合室被构造成将废气混合后通入所述焚烧室内。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述废气包括电解/热风干燥废气、氧化废气、炭化废气和纯化/聚合不凝气中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述焚烧室通过变频风机与所述冷却室连接。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述碳纤维生产的碳纤维生产废气处理装置还包括空气换热系统；所述空气换热系统与所述冷却室连接；所述空气换热系统远离所述冷却室的一端与所述焚烧室连接。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述焚烧室内还包括焚烧催化剂；所述焚烧催化剂包括钾元素碳酸盐或钾元素氢氧化物。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述除尘室设有除尘网和除尘口；所述除尘口开设与所述除尘室底部。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述脱硝室内设有脱硝催化剂；所述脱硝催化剂包括碱金属。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产废气处理装置，其特征在于：
所述焚烧室内还包括焚烧炉风机；所述焚烧炉风机与所述低温碳化炉中的炉压控制装置电连接。
10.一种碳纤维生产废气处理方法，其用于处理碳纤维生产中产生的废气，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a：电解/热风干燥废气、氧化废气、炭化废气和纯化/聚合不凝气中的至少一种通入混合室内进行混合，得到第一废气；
步骤b：将所述第一废气通入焚烧室内，利用焚烧室内助燃热源对第一废气进行燃烧，燃烧后得到第二废气；
步骤c：所述第二废气在变频风机带动下进入冷却室；利用换热装置和空气换热系统对所述第二废气进行降温，得到第三废气；所述空气换热系统经过所述冷却室后得到的高温气体分别通入氧化新风系统和所述焚烧室内；
步骤d：所述第三废气依次经过除尘室和脱硝室；所述除尘室内除尘网将第三废气中粉尘过滤后沉降在所述除尘室中；所述第三废气在所述脱硝室内脱硝催化剂的催化下将所述第三废气中氮氧化物进行分解后得到第四废气；
步骤e：所述第四废气通过烟囱排出。
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