CN114307527A - 一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统及方法；通过压力变送器监测固化炉内的压力值；通过压缩机将空气送入第一吸附器或第二吸附器，进行废气处理；通过真空泵对第一吸附器或第二吸附器进行真空脱附，并将脱附的VOCS通入天然气管路中，控制方法充分将固化炉的升温过程和废气处理过程结合起来，降低了能耗；系统关键部位的实时监控，保证了系统安全性；再生处理后的浓缩VOCS被固化炉本身的燃烧系统充分分解，解决了活性炭系统后处理的技术问题。

Description

一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统及方法

技术领域

本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统及方法。

背景技术

在碳纤维全缠绕氢气瓶的生产过程中，有两个重要工序是碳纤维缠绕和高温固化。首先将碳纤维浸入树脂，再将碳纤维缠绕在塑料内胆上。缠绕过程结束后，氢气瓶送去固化炉进行高温固化；在固化过程中，树脂及固化剂中的易挥发成分将会源源不断的挥发出来，随着时间的累积，有机废气(VOCS)的浓度越来越高，必须及时排出，以防止影响氢气瓶的性能，另外，排出的VOCS必须进行处理，否则会影响人的身体健康和对环境造成破坏。

目前的固化炉要么没有配备专有废气处理装置，要么配套的废气处理装置是独立运行的，没有结合固化处理工艺，与固化过程匹配程度差，造成了能源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统及方法，旨在解决现有技术中的固化炉没有结合固化处理工艺，与固化过程匹配程度差，造成了能源的浪费的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统，所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统包括固化炉、压力变送器、第一浓度检测仪、第二浓度检测仪、燃烧室、风机、控制子系统、真空泵、第一吸附器、第二吸附器、压缩机和开关阀子系统，所述固化炉与所述燃烧室连通，所述压力变送器设置于所述固化炉的内部，用于监控所述固化炉内的压力，所述风机与所述燃烧室管道连接，用于补充空气，所述控制子系统分别与所述压力变送器和所述风机电性连接，所述第一浓度检测仪设置于所述固化炉的内部，用于检测所述固化炉内的VOCS含量，所述开关阀子系统与所述第一浓度检测仪电性连接，所述压缩机的一端与所述固化炉管道连接，所述压缩机的另一端通过所述开关阀子系统分别与所述第一吸附器和所述第二吸附器管道连接，所述真空泵的一端通过所述开关阀子系统分别与所述第一吸附器和所述第二吸附器管道连接，所述真空泵的另一端与天然气管路连通，所述第二浓度检测仪与所述开关阀子系统管道连接。

其中，所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统还包括水冷却器，所述水冷却器设置于所述压缩机和所述开关阀子系统之间。

其中，所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统还包括第一热电阻、第二热电阻、第一热电偶和第二热电偶，所述第一热电阻设置于所述水冷却器和所述开关阀子系统之间，所述第二热电阻设置于所述固化室和所述燃烧室之间，所述第一热电偶设置于所述第二吸附器的内部，所述第二热电偶设置于所述第一吸附器的内部。

本发明还提供一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法，采用上述所述的碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统，包括如下步骤：

通过所述压力变送器监测所述固化炉内的压力值；

通过所述压缩机将空气送入所述第一吸附器或所述第二吸附器，进行废气处理；

通过所述真空泵对所述第一吸附器或所述第二吸附器进行真空脱附，并将脱附的VOCS通入天然气管路中。

其中，在通过所述压力变送器监测所述固化炉内的压力值的步骤中：

当所述压力变送器检测的压力值低于设定值时，所述控制子系统开启所述风机，通过管道向所述固化炉送入空气，使所述压力变送器监测的压力值达到设定值。

其中，在通过所述压缩机将空气送入所述第一吸附器或所述第二吸附器，进行废气处理的步骤中：

通过所述第一浓度检测仪监控所述固化炉内的VOCS含量，当VOCS含量超过设定值后，所述压缩机启动，将废气通入所述第一吸附器，所述第一吸附器内的活性炭将VOCS吸附，当所述第一吸附器内的活性炭饱和后，所述第二浓度检测仪的测量值超过设定值，所述开关阀子系统切换所述第二吸附器进行吸附。

其中，在通过所述真空泵对所述第一吸附器或所述第二吸附器进行真空脱附，并将脱附的VOCS通入天然气管路中的步骤中；

当所述第一吸附器饱和后，所述真空泵启动，所述固化炉内的高温气体通入所述第一吸附器内，在高温空气和抽真空的共同作用下，活性炭中吸附的VOCS被逐渐解析出来。

本发明的一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统及方法，可以将废气处理与固化炉的固化过程紧密结合起来，减少了废气处理系统的再生气加热问题，降低了工艺难度，减少了系统配置；控制方法充分将固化炉的升温过程和废气处理过程结合起来，降低了能耗；系统关键部位的实时监控，保证了系统安全性；再生处理后的浓缩VOCS被所述固化炉本身的燃烧系统充分分解，解决了活性炭系统后处理的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明提供的一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统的工艺流程图。

图2是本发明提供的实施例1的固化炉升温曲线。

图3是本发明提供的碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法的控制流程图。

图4是本发明提供的碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法的步骤流程图。

1-固化炉、2-压力变送器、31-第一浓度检测仪、32-第二浓度检测仪、4-燃烧室、5-风机、6-控制子系统、71-第一热电阻、72-第二热电阻、73-第一热电偶、74-第二热电偶、8-真空泵、91-第一吸附器、92-第二吸附器、10-压缩机、11-水冷却器、12-开关阀子系统、121-第二进气阀、122-第一进气阀、123-第二再生气出口阀、124-第一再生气出口阀、125-第二再生气进气阀、126-第一再生气进气阀、127-第二出口阀、128-第一出气阀。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提供一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统；所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统包括固化炉1、压力变送器2、第一浓度检测仪31、第二浓度检测仪32、燃烧室4、风机5、控制子系统6、真空泵8、第一吸附器91、第二吸附器92、压缩机10和开关阀子系统12，所述固化炉1与所述燃烧室4连通，所述压力变送器2设置于所述固化炉1的内部，用于监控所述固化炉1内的压力，所述风机5与所述燃烧室4管道连接，用于补充空气，所述控制子系统6分别与所述压力变送器2和所述风机5电性连接，所述第一浓度检测仪31设置于所述固化炉1的内部，用于检测所述固化炉1内的VOCS含量，所述开关阀子系统12与所述第一浓度检测仪31电性连接，所述压缩机10的一端与所述固化炉1管道连接，所述压缩机10的另一端通过所述开关阀子系统12分别与所述第一吸附器91和所述第二吸附器92管道连接，所述真空泵8的一端通过所述开关阀子系统12分别与所述第一吸附器91和所述第二吸附器92管道连接，所述真空泵8的另一端与天然气管路连通，所述第二浓度检测仪32与所述开关阀子系统12管道连接。

在本实施方式中，所述开关阀子系统12通过PLC进行控制，通过所述压力变送器2监控所述固化炉1内的压力值，当检测的压力值低于设定值时，所述控制子系统6开启所述风机5，通过管道向所述固化炉1送入空气，使所述压力变送器2监测的压力值达到设定值；通过所述第一浓度检测仪31监控所述固化炉1内的VOCS含量，当VOCS含量超过设定值后，所述压缩机10启动，将废气通入所述第一吸附器91，所述第一吸附器91内的活性炭将VOCS吸附，当所述第一吸附器91内的活性炭饱和后，所述第二浓度检测仪32的测量值超过设定值，所述开关阀子系统12切换所述第二吸附器92进行吸附；当所述第一吸附器91饱和后，所述真空泵8启动，所述固化炉1内的高温气体通入所述第一吸附器91内，在高温空气和抽真空的共同作用下，活性炭中吸附的VOCS被逐渐解析出来。

进一步的，所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统还包括水冷却器11，所述水冷却器11设置于所述压缩机10和所述开关阀子系统12之间。

在本实施方式中，通过所述水冷却器11将通入所述第一吸附器91和所述第二吸附器92的废气进行降温，提高吸附效果，保证活性炭系统安全。

进一步的，所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统还包括第一热电阻71、第二热电阻72、第一热电偶73和第二热电偶74，所述第一热电阻71设置于所述水冷却器11和所述开关阀子系统12之间，所述第二热电阻72设置于所述固化室和所述燃烧室4之间，所述第一热电偶73设置于所述第二吸附器92的内部，所述第二热电偶74设置于所述第一吸附器91的内部。

在本实施方式中，活性炭吸附VOCS是一个吸附放热的过程，会产生大量的吸附热，造成活性炭床层的温度上升，着火风险逐渐增大，所述第一热电偶73和所述第二热电偶74用于检测活性炭床的温度，所述第一热电阻71监控所述第一吸附器91和所述第二吸附器92吸入的废气温度，所述第二热电阻72监控所述燃烧室4通入所述固化炉1的气体温度。

请参阅图2至图4，本发明还提供一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法，采用上述所述的碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统，包括如下步骤：

S1：通过所述压力变送器2监测所述固化炉6内的压力值；

S2：通过所述压缩机10将空气送入所述第一吸附器91或所述第二吸附器92，进行废气处理；

S3：通过所述真空泵8对所述第一吸附器91或所述第二吸附器92进行真空脱附，并将脱附的VOCS通入天然气管路中。

在本实施方式中，将废气处理与固化炉1的固化过程紧密结合起来，减少了废气处理系统的再生气加热问题，降低了工艺难度，减少了系统配置；控制方法充分将固化炉1的升温过程和废气处理过程结合起来，降低了能耗；系统关键部位的实时监控，保证了系统安全性；再生处理后的浓缩VOCS被所述固化炉1本身的燃烧系统充分分解，解决了活性炭系统后处理的技术问题。

实施例1，氢气瓶在所述固化炉1中的固化是一个温度随时间变化的过程，以图2为例。所述固化炉1内部分三个保温阶段温度，分别为60℃、90℃和120℃，分别保持120分钟、360分钟和120分钟。三个保温阶段之间的升温速率是一致的，为2℃/min。在保温阶段Ⅰ，所述压缩机10开启，所述开关阀子系统12开启，通过调节所述水冷却器11的冷却水进水量，保证通入所述第一吸附器91的废气温度小于45℃，以保证活性炭在吸附过程的升温不会达到系统报警或者停机程度。此时第一进气阀122和第一出气阀128开启，其他阀门关闭。所述第一吸附器91开始持续吸附通入其中的VOCS。当所述固化炉1温度到达保温阶段Ⅲ时，第二再生气出口阀123及第二再生气进气阀125打开，引一路120℃的循环气体(流量约为待处理废气流量的1/8～1/10)从所述第二吸附器92的顶部通入，同时开启所述真空泵8，在高温空气和抽真空的共同作用下，所述第二吸附器92内已经吸附饱和VOCS的活性炭开始解析再生，通过所述真空泵8抽出的高浓度VOCS气体被通入燃烧室4的天然气管道内，在燃烧室4内被火焰充分燃烧。在所述固化炉1保温阶段Ⅲ结束时，所述第二吸附器92的再生过程也随之结束，相应阀门关闭，使其处于待机降温状态，等待下一个吸附过程。到了所述固化炉1循环开始下一个固化过程时，第二进气阀121和第二出口阀127开启，其他阀门关闭，吸附塔B开始吸附过程；到了保温阶段Ⅲ时，开启第一再生气出口阀124和第一再生气进气阀126，所述第一吸附器91开始再生。循环复始，从而保证废气处理过程的连续性。

在保温阶段Ⅰ开始废气吸附处理的原因是：此时废气温度较低，换热器将废气温度降低到45℃以下需要更少的冷却水量，降低了系统能耗。在保温阶段Ⅲ时进行再生的原因是活性炭吸附VOCS的最佳再生温度就是120℃左右，温度高了活性炭着火的危险增大，温度过低会降低再生效果，影响下一个吸附周期的VOCS吸附容量。将所述固化炉1循环管路上的高温气体引入吸附器对活性炭进行再生，节省了另外再配置再生气加热装置的成本，也同时降低了系统复杂程度。

但以上描述的控制子系统6逻辑并不是一成不变的。所述固化炉1上和吸附塔顶部出口管路上都配置了VOCS浓度检测仪，可实时监测炉内及废气处理装置出口处的VOCS浓度。当炉内的VOCS浓度超过了系统设定值时，可能此时所述固化炉1并不是处于保温阶段Ⅰ，但为了保证系统安全和产品性能，依然需要开启废气处理系统，对炉内气体进行快速处理；同理，若废气处理装置出口处的VOCS浓度超过了环保要求或者系统设定值，可能此时所述固化炉1并未处于保温阶段Ⅲ，但仍然需要开启废气处理装置，系统切换到另一个已经被再生好的吸附器进行废气处理，已经吸附饱和的这只吸附器则关闭底部和顶部的阀门，等待所述固化炉1到达保温阶段Ⅲ时，再进行再生。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统，其特征在于，

所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统包括固化炉、压力变送器、第一浓度检测仪、第二浓度检测仪、燃烧室、风机、控制子系统、真空泵、第一吸附器、第二吸附器、压缩机和开关阀子系统，所述固化炉与所述燃烧室连通，所述压力变送器设置于所述固化炉的内部，用于监控所述固化炉内的压力，所述风机与所述燃烧室管道连接，用于补充空气，所述控制子系统分别与所述压力变送器和所述风机电性连接，所述第一浓度检测仪设置于所述固化炉的内部，用于检测所述固化炉内的VOCS含量，所述开关阀子系统与所述第一浓度检测仪电性连接，所述压缩机的一端与所述固化炉管道连接，所述压缩机的另一端通过所述开关阀子系统分别与所述第一吸附器和所述第二吸附器管道连接，所述真空泵的一端通过所述开关阀子系统分别与所述第一吸附器和所述第二吸附器管道连接，所述真空泵的另一端与天然气管路连通，所述第二浓度检测仪与所述开关阀子系统管道连接。

2.如权利要求1所述的一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统，其特征在于，

所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统还包括水冷却器，所述水冷却器设置于所述压缩机和所述开关阀子系统之间。

3.如权利要求2所述的一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统，其特征在于，

所述碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统还包括第一热电阻、第二热电阻、第一热电偶和第二热电偶，所述第一热电阻设置于所述水冷却器和所述开关阀子系统之间，所述第二热电阻设置于所述固化室和所述燃烧室之间，所述第一热电偶设置于所述第二吸附器的内部，所述第二热电偶设置于所述第一吸附器的内部。

4.一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法，采用如权利要求3所述的碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理系统，其特征在于，包括如下步骤：

通过所述压力变送器监测所述固化炉内的压力值；

通过所述压缩机将空气送入所述第一吸附器或所述第二吸附器，进行废气处理；

通过所述真空泵对所述第一吸附器或所述第二吸附器进行真空脱附，并将脱附的VOCS通入天然气管路中。

5.如权利要求4所述的一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法，其特征在于，在通过所述压力变送器监测所述固化炉内的压力值的步骤中：

当所述压力变送器检测的压力值低于设定值时，所述控制子系统开启所述风机，通过管道向所述固化炉送入空气，使所述压力变送器监测的压力值达到设定值。

6.如权利要求4所述的一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法，其特征在于，在通过所述压缩机将空气送入所述第一吸附器或所述第二吸附器，进行废气处理的步骤中：

通过所述第一浓度检测仪监控所述固化炉内的VOCS含量，当VOCS含量超过设定值后，所述压缩机启动，将废气通入所述第一吸附器，所述第一吸附器内的活性炭将VOCS吸附，当所述第一吸附器内的活性炭饱和后，所述第二浓度检测仪的测量值超过设定值，所述开关阀子系统切换所述第二吸附器进行吸附。

7.如权利要求4所述的一种碳纤维全缠绕氢气瓶固化过程废气处理方法，其特征在于，在通过所述真空泵对所述第一吸附器或所述第二吸附器进行真空脱附，并将脱附的VOCS通入天然气管路中的步骤中；

当所述第一吸附器饱和后，所述真空泵启动，所述固化炉内的高温气体通入所述第一吸附器内，在高温空气和抽真空的共同作用下，活性炭中吸附的VOCS被逐渐解析出来。

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