CN108261902B - 一种炭化炉尾气处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炭化炉尾气处理装置，包括三段式反应炉，所述三段式反应炉包括依次连接的还原室、冷却室及氧化室，所述还原室连接燃烧机，还原室设有第一尾气进气口与第二尾气进气口，所述第一尾气进气口通过第一尾气进气管连接高温炭化炉，所述第二尾气进气口通过第二尾气进气管连接低温炭化炉，所述氧化室连接供气风机，氧化室设有排气口，所述排气口通过排气管连接排气烟囱，所述冷却室连接液体喷雾器。与现有技术相比，本发明的炭化炉尾气处理装置对氰化氢的去除率达到99.9%，三段式反应炉内三个反应室的设置有效的抑制了氮氧化合物的生成，确保了处理后的尾气能够满足国家的排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及尾气处理领域，具体涉及一种炭化炉尾气的处理装置及其应用方法。
背景技术
碳纤维是一种质量轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳的高性能纤维材料，碳纤维生产过程中的关键一步是炭化炉的炭化过程，炭化炉分为低温炭化炉炭化（300-1000℃）和高温炭化炉炭化（1000-1800℃），炭化炉采用氮气作为保护气，炭化炉排出的尾气除了氮气外，主要含有氰化氢、氨气、一氧化碳、焦油及碳氢化合物。氰化氢是一种剧毒物质，氨气刺激性大且难闻，一氧化碳会导致煤气中毒、焦油亦对环境有害，所以炭化炉的尾气必须经过净化才能排放。
由于炭化炉尾气温度高、有害性大、废气总量小、有害成分浓度高、有害成分含氮量大、尾气惰性高，所以一般的净化方法很难彻底处理。目前，燃烧处理一种可行的办法，但是在燃烧的过程中废气发生化学反应生成氮氧化合物，但国家相应的废气排放标准非常严，例如氰化氢标准限值为1.9mg/Nm³以及氮氧化合物标准限值150mg/Nm³，普通燃烧设备处理后炭化炉尾气很难达到国标的排放要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种炭化炉尾气处理装置，它可以解决现有技术中炭化炉尾气处理装置氰化氢去除率低及氮氧化合物排放浓度高的问题。为此，本发明还要提供一种炭化炉尾气处理方法。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种炭化炉尾气处理装置，包括三段式反应炉，所述三段式反应炉包括依次连接的还原室、冷却室及氧化室，所述还原室连接燃烧机，还原室设有第一尾气进气口与第二尾气进气口，所述第一尾气进气口通过第一尾气进气管连接高温炭化炉，所述第二尾气进气口通过第二尾气进气管连接低温炭化炉，所述氧化室连接供气风机，氧化室设有排气口，所述排气口通过排气管连接排气烟囱，所述冷却室连接液体喷雾器。
优选的技术方案，所述第一尾气进气管与第二尾气进气管分别通过第一支管与第二支管连接旁通管，所述旁通管连接排气烟囱，所述第一尾气进气管、第二尾气进气管靠近所述第一尾气进气口、第二尾气进气口的一侧分别设有第一尾气入口通断阀与第二尾气入口通断阀，所述第一支管、第二支管分别设有第一尾气旁通阀与第二尾气旁通阀，所述旁通管连接旁通风机。
进一步的技术效果，若三段式反应炉因故障停机，第一尾气入口通断阀与第二尾气入口通断阀关闭，第一尾气旁通阀、第二尾气旁通阀及旁通风机打开，炭化炉尾气经旁通管排出，避免发生安全事故。
优选的技术方案，所述排气管与所述排气口的连接处设有波纹膨胀节，所述排气管上依次设有高温换热器、低温换热器及系统送风机，所述高温换热器的热端入口连接所述波纹膨胀节，热端出口连接所述低温换热器的热端入口，冷端入口连接车间送风机，冷端出口连接车间进气室，所述低温换热器的热端出口连接系统送风机的入口，冷端入口连接助燃风机，冷端出口连接所述燃烧机，所述系统送风机的出口连接排气烟囱。
进一步的技术效果，所述波纹膨胀结吸收三段式反应炉的膨胀热，包装三段式反应炉能够长期稳定的运行，高温换热器与低温换热器回收利用尾气处理时的大部分热能，降低了炭化炉尾气处理装置的运行成本。
优选的技术方案，所述第一尾气入口通断阀、第二尾气入口通断阀、第一尾气旁通阀、第二尾气旁通阀及旁通风机分别连接PLC。
进一步的技术效果，PLC根据三段式反应炉的运行状况控制第一尾气入口通断阀、第二尾气入口通断阀、第一尾气旁通阀、第二尾气旁通阀及旁通风机的关闭与开启，控制过程相对人工控制更加灵敏。
本发明的第二方面，提供一种炭化炉尾气处理方法，采用上述炭化炉尾气处理装置，包括以下步骤：
步骤一、高温炭化炉与低温炭化炉产生的尾气分别通过第一尾气进气管与第二尾气进气管进入还原室，尾气中的碳氢化合物、氰化氢及氨气发生还原反应，分解生成氮气、氢气、一氧化碳、水；
步骤二、经步骤一处理后的尾气进入冷却室，液体喷雾器向冷却室内喷洒水喷雾，水汽化过程吸收尾气中的热量，使尾气温度降低；
步骤三、经步骤二处理后的尾气进入氧化室，供气风机开启，向氧化室内注入空气，步骤一反应生成的氢气发生氧化反应生成水，步骤一反应生成的一氧化碳发生氧化反应生成二氧化碳，步骤一中未反应完的碳氢化合物发生氧化反应生成水及二氧化碳，经氧化室处理后的尾气经排气烟囱排放。
优选的技术方案，所述步骤一中还原室内尾气的温度为1200℃-1300℃，所述步骤二中冷却室内的尾气的温度为750℃-760℃，所述步骤三中氧化室内的温度为800℃-980℃。
优选的技术方案，尾气在所述还原室内的停留时间为1s-2s,尾气在所述氧化室内的停留时间为1s-2s。
经高温炭化炉与低温炭化炉产生的尾气中主要成分为氮气、氰化氢、氨气、一氧化碳、焦油及碳氢化合物，尾气中氮气含量高，还原室内的反应过程处于贫氧状态，氰化氢在1200℃以上的高温下发生分解反应，生成氢气、氮气及碳，碳在贫氧状态下生成一氧化碳；氨气在高温下还原生成氮气与氢气；碳氢化合物在高温下分解生成碳氢自由基，碳氢自由基与氮气反应生成氰化氢与氮气，氰化氢进一步反应生成氢气、氮气及一氧化碳。经冷却室冷却后的尾气进入氧化室，供气风机向氧化室内通入空气，还原室内生成的氢气发生氧化反应生成水、一氧化碳发生氧化反应生成二氧化碳、未反应完的碳氢化合物氧化生成二氧化碳和水，由于氧化室内的温度控制于980℃以下，反应过程中有效的避免了氮氧化物的产生。
与现有技术相比，本发明的炭化炉尾气处理装置对氰化氢的去除率达到99.9%，三段式反应炉内三个反应室的设置有效的抑制了氮氧化合物的生成，确保了处理后的尾气能够满足国家的排放标准。
附图说明
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明炭化炉尾气处理装置的结构示意图。
其中，附图标记具体说明如下：第一尾气进气管1、第二尾气进气管2、旁通管3、三段式反应炉4、波纹膨胀节5、高温换热器6、低温换热器7、排气烟囱8、系统送风机9、助燃风机10、供气风机11、旁通风机12、车间送风机13、燃烧机14、第一尾气入口通断阀15、第二尾气入口通断阀16、第一尾气旁通阀17、第二尾气旁通阀18、高温炭化炉19、低温炭化炉20、还原室21、冷却室22、氧化室23、天然气进气口24、液体喷雾器25、车间进气室26、第一支管27、第二支管28、排气管29。（其中：PLC未在图中示出）。
具体实施方式
如图1所示，一种炭化炉尾气处理装置，包括三段式反应炉4，三段式反应炉4包括依次连接的还原室21、冷却室22及氧化室23，还原室21连接燃烧机14，燃烧机14连接天然气进气口24，还原室21设有第一尾气进气口与第二尾气进气口，第一尾气进气口通过第一尾气进气管1连接高温炭化炉19，第二尾气进气口通过第二尾气进气管2连接低温炭化炉20，还原室21与冷却室22的连接处设有扼流环，扼流环使燃烧机14喷出的热气流与尾气充分的混合。氧化室23连接供气风机11，氧化室23的含氧量由供气风机11控制，保证含氧量为3%，氧化室23设有排气口，排气口通过排气管29连接排气烟囱8，排气管29与排气口的连接处设有波纹膨胀节5。冷却室22连接液体喷雾器25，冷却室22采用文丘里式设计，可以最大限度的混合热的尾气与冷却液体。第一尾气进气管1与第二尾气进气管2分别通过第一支管27与第二支管28连接旁通管3，旁通管3连接排气烟囱8，第一尾气进气管1、第二尾气进气管2靠近所述第一尾气进气口、第二尾气进气口的一侧分别设有第一尾气入口通断阀15与第二尾气入口通断阀16，第一支管27、第二支管28设有第一尾气旁通阀17与第二尾气旁通阀18，旁通管3连接旁通风机12，第一尾气入口通断阀15、第二尾气入口通断阀16、第一尾气旁通阀17、第二尾气旁通阀18及旁通风机12分别连接PLC。排气管29上依次设有高温换热器6、低温换热器7及系统送风机9，高温换热器6的热端入口连接所述波纹膨胀节5，热端出口连接低温换热器7的热端入口，冷端入口连接车间送风机13，冷端出口连接车间进气室26。低温换热器7的热端出口连接系统送风机9的入口，冷端入口连接助燃风机10，冷端出口连接燃烧机14，系统送风机9的出口连接排气烟囱8。
工作过程：第一尾气入口通断阀15、第二尾气入口通断阀16打开，第一尾气旁通阀17、第二尾气旁通阀18关闭，高温炭化炉19产生的尾气经第一尾气进气管1进入三段式反应炉4，低温炭化炉20产生的尾气经第二尾气进气管2进入三段式反应炉4，经三段式反应炉4净化后的尾气经过高温换热器6与低温换热器7的换热作用后由排气烟囱8排放，高温换热器6将吸收的热量传递至车间送风机13送入的空气，并将加热后的空气输送至车间进气室26，供给车间使用，低温换热器7将吸收的热量传递至助燃风机10送入的空气，并将加热后的空气输送至燃烧机14，起到助燃的作用。
当三段式反应炉4出现故障停机，PLC关闭第一尾气入口通断阀15、第二尾气入口通断阀16，打开第一尾气旁通阀17、第二尾气旁通阀18及旁通风机12，高温炭化炉19与低温炭化炉20产生的尾气经旁通管3输送至排气烟囱8排出。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (6)
1.一种炭化炉尾气处理装置，其特征在于，包括三段式反应炉(4)，所述三段式反应炉(4)包括依次连接的还原室(21)、冷却室(22)及氧化室(23)，所述还原室(21)连接燃烧机(14)，还原室(21)设有第一尾气进气口与第二尾气进气口，所述第一尾气进气口通过第一尾气进气管(1)连接高温炭化炉(19)，所述第二尾气进气口通过第二尾气进气管(2)连接低温炭化炉(20)，所述氧化室(23)连接供气风机(11)，氧化室(23)设有排气口，所述排气口通过排气管(29)连接排气烟囱(8)，所述冷却室(22)连接液体喷雾器(25)。
2.如权利要求1所述的一种炭化炉尾气处理装置，其特征在于：所述第一尾气进气管(1)与第二尾气进气管(2)分别通过第一支管(27)与第二支管(28)连接旁通管(3)，所述旁通管(3)连接排气烟囱(8)，所述第一尾气进气管(1)、第二尾气进气管(2)靠近所述第一尾气进气口、第二尾气进气口的一侧分别设有第一尾气入口通断阀(15)与第二尾气入口通断阀(16)，所述第一支管(27)、第二支管(28)分别设有第一尾气旁通阀(17)与第二尾气旁通阀(18)，所述旁通管(3)连接旁通风机(12)。
3.如权利要求1所述的一种炭化炉尾气处理装置，其特征在于：所述排气管(29)与所述排气口的连接处设有波纹膨胀节(5)，所述排气管(29)上依次设有高温换热器(6)、低温换热器(7)及系统送风机(9)，所述高温换热器(6)的热端入口连接所述波纹膨胀节(5)，热端出口连接所述低温换热器(7)的热端入口，冷端入口连接车间送风机(13)，冷端出口连接车间进气室(26)，所述低温换热器(7)的热端出口连接系统送风机(9)的入口，冷端入口连接助燃风机(10)，冷端出口连接所述燃烧机(14)，所述系统送风机(9)的出口连接排气烟囱(8)。
4.如权利要求2所述的一种炭化炉尾气处理装置，其特征在于：所述第一尾气入口通断阀(15)、第二尾气入口通断阀(16)、第一尾气旁通阀(17)、第二尾气旁通阀(18)及旁通风机(12)分别连接PLC。
5.一种炭化炉尾气处理方法，采用权利要求1-4任一项所述的炭化炉尾气处理装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、高温炭化炉(19)与低温炭化炉(20)产生的尾气分别通过第一尾气进气管(1)与第二尾气进气管(2)进入还原室(21)，尾气中的碳氢化合物、氰化氢及氨气发生还原反应，分解生成氮气、氢气、一氧化碳、水；
步骤二、经步骤一处理后的尾气进入冷却室(22)，液体喷雾器(25)向冷却室(22)内喷洒水喷雾，水汽化过程吸收尾气中的热量，使尾气温度降低；
步骤三、经步骤二处理后的尾气进入氧化室(23)，供气风机(11)开启，向氧化室(23)内注入空气，步骤一反应生成的氢气发生氧化反应生成水，步骤一反应生成的一氧化碳发生氧化反应生成二氧化碳，步骤一中未反应完的碳氢化合物发生氧化反应生成水及二氧化碳，经氧化室(23)处理后的尾气经排气烟囱(8)排放；
所述步骤一中还原室(21)内尾气的温度为1200℃-1300℃，所述步骤二中冷却室(22)内的尾气的温度为750℃-760℃，所述步骤三中氧化室(23)内的温度为800℃-980℃。
6.如权利要求5所述的一种炭化炉尾气处理方法，其特征在于：尾气在所述还原室(21)内的停留时间为1s-2s,尾气在所述氧化室(23)内的停留时间为1s-2s。
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