CN202876641U - 碳纤维生产废气处理利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种碳纤维生产废气处理利用装置，包括炉体和喷淋吸收塔；所述炉体包括内部为空腔的内层和设置在内层外的第一保温层；所述内层依次包括废气焚烧段、一级换热段、二级换热段和三级换热段；所述三级换热段与喷淋吸收塔相连；所述一级换热段、二级换热段和三级换热段各包括独立的换热管道，用于与废气焚烧段处理后产生的高温废气进行热交换。本实用新型所述装置通过废气焚烧段燃烧去除炭化炉废气中含有的HCN、NH₃等有害气体，减少环境污染；且燃烧会产生热量。本装置依次进行三次热交换，对高温废气的热量利用率高达98%，极大地降低了整个碳纤维生产所需的能耗，进而降低了碳纤维的生产成本。

Description

碳纤维生产废气处理利用装置

技术领域

本实用新型涉及一种废气处理装置，尤其涉及一种碳纤维生产废气的处理利用装置。

背景技术

21世纪，碳纤维以其作为纤维增强复合材料的优异性能，广泛地被应用于航天航空、国防军工、文体器材、医用器材、新能源和土木建筑等领域，高性能碳纤维的需求量也快速加大。碳纤维制造过程包括预氧化、炭化、表面处理等步骤，每一步都对碳纤维的品质有着至关重要的影响。碳纤维生产能耗高、生产废气较难处理问题一直困扰着碳纤维生产制造产业，造成了碳纤维的生产成本一直居高不下。

为了在碳纤维生产过程中节约能耗，中国专利CN100451190C提供了一种加热气体循环使用高效节能装置，通过一个气体净化器将碳纤维生产设备排出的高热量废气净化后，再通入碳纤维生产设备循环使用，在一定程度上降低了生产能耗。

但是，上述专利文献中的装置仅仅涉及了碳纤维生产中高温废气热量的循环利用，表面处理过程产生的常温废气未有提及，不能全面地解决碳纤维整个生产过程中所产生废气的处理问题；而且，其净化处理高温废气的过程中，高温废气中的热量会有很大的损失，因此对高温废气的热量再利用效率较低；其次，对废气进行净化处理以再利用，就不可避免地会存在净化不完全的可能性，净化不完全的气体进入碳纤维生产设备，不仅会降低碳纤维产品的性能，更甚者会损坏碳纤维生产设备，造成极大的经济损失；再者，高温废气通过气体净化器的净化虽然吸收了废气中的有害物质，但有害气体仍然存在，废气未能被彻底地处理，这就需要进行二次处理，极大地增加了处理成本，否则这些有害物质的直接排放将对环境造成极大的污染。

实用新型内容

鉴于以上所述，有必要提供一种高温废气热量利用率高、对环境影响小、且能全面处理碳纤维生产中产生的废气的装置。

一种碳纤维生产废气处理利用装置，包括炉体和喷淋吸收塔；所述炉体包括内部为空腔的内层和设置在内层外的第一保温层；所述内层依次包括废气焚烧段、一级换热段、二级换热段和三级换热段；所述三级换热段与喷淋吸收塔相连；所述一级换热段、二级换热段和三级换热段各包括独立的换热管道，依次使分别充入在各独立的换热管道内的氧化炉废气、惰性气体、空气与废气焚烧段处理后产生的高温废气进行热交换。

其中，所述废气焚烧段用于燃烧碳纤维生产过程中产生的废气且在所述废气焚烧段中产生高温废气。

其中，所述一级换热段用于加热氧化炉产生的废气以及向所述废气焚烧段提供加热后的氧化炉产生的废气。

其中，所述二级换热段用于加热炭化炉所需的惰性气体。

其中，所述三级换热段用于加热氧化炉所需的空气。

其中，所述喷淋吸收塔用于对换热后的高温废气和/或碳纤维生产中不超过100℃的废气进行中和处理。

其中，炭化炉产生的废气中所含的HCN、NH₃等有害气体在所述废气焚烧段中燃烧生成氧化物并产生热量。

其中，所述炉体还包括一外层，所述外层设于所述第一保温层表面。

其中，所述第一保温层由单层或多层保温材料组成。

其中，所述废气焚烧段中的换热管道包括第一进气管、第二进气管以及第三进气管；所述第一进气管与炭化炉的废气排放管相连通；第三进气管与所述一级换热段连接。

碳纤维生产过程中的炭化炉废气通过所述第一进气管从所述炭化炉进入到所述废气焚烧段。所述第二进气管用于向所述废气焚烧段提供助燃物。所述废气焚烧段内部空腔用于燃烧并产生高温废气。所产生的高温废气从所述废气焚烧段依次经过所述一级换热段、所述二级换热段以及所述三级换热段。

其中，所述一级换热段中的换热管道包括第四进气管、第一出气管以及一级换热管；所述一级换热管设于所述一级换热段的内部，所述一级换热管与第四进气管、第一出气管相连通；所述第四进气管与氧化炉的废气排放管相连；所述第一出气管与所述第三进气管相连通。

进一步地，所述一级换热管是由一条管道多次曲折回转而成的；或是由多条管道贯通连接而成的，以便延长氧化炉废气与燃烧后的高温废气的热交换时间，增大氧化炉废气的接触面积，提高热量利用率。

氧化炉产生的废气经过一氧化炉废气排放管从第四进气管进入一级换热管进行一级热交换，加热后的氧化炉产生的废气从所述第一出气管经所述第三进气管进入所述废气焚烧段，与所述废气焚烧段中的炭化炉产生的废气混合、燃烧，产生高温废气。

其中，所述二级换热段中的换热管道包括第五进气管、第二出气管以及二级换热管；所述二级换热管设于所述二级换热段的内部，所述二级换热管与第五进气管、第二出气管相连通；所述第二出气管与碳化炉的惰性气体进气管相连。

进一步地，所述二级换热管是由一条管道多次曲折回转而成的；或是由多条管道贯通连接而成的，以便延长惰性气体与燃烧后的高温废气的热交换时间，增大惰性气体的接触面积，提高热量利用率。

炭化炉所需的惰性气体从第五进气管进入二级换热管进行二级热交换，加热后的炭化炉所需的惰性气体从所述第二出气管经所述碳化炉的惰性气体进气管进入碳纤维生产的炭化炉。

其中，所述三级换热段中的换热管道包括第六进气管、第三出气管以及三级换热管；所述三级换热管设于所述三级换热段的内部，所述三级换热管与第六进气管、第三出气管相连通；所述第三出气管与氧化炉的空气进气管相连。

进一步地，所述三级换热管是由一条管道多次曲折回转而成的；或是由多条管道贯通连接而成的，以便延长空气与燃烧后的高温废气的热交换时间，增大空气的接触面积，提高热量利用率。

氧化炉所需的空气从第六进气管进入三级换热管进行三级热交换，加热后的氧化炉所需的空气从所述第六进气管经所述氧化炉的空气进气管进入碳纤维生产的氧化炉。

其中，所述喷淋吸收塔包括第七进气管以及第八进气管；通过所述第七进气管将所述喷淋吸收塔与所述三级换热段相连；第八进气管与输送不超过100℃的废气的废气输送管相连。

碳纤维生产过程中，表面处理工艺产生的常温废气、氧化炉炉端产生的废气以及炭化炉炉端产生的废气等不超过100℃的废气，均可通过第八进气管进入喷淋吸收塔中进行中和处理。

所述第八进气管可设有一根或多根。

炉体中的废气经过所述第七进气管进入所述喷淋吸收塔。碳纤维生产中不超过100℃的废气经过废气输送管从所述第八进气管进入喷淋吸收塔。所述废气焚烧段中燃烧后产生的高温废气经过三次热交换后，其温度降低且含有氧化物，采用碱液喷淋吸收后，可达到工业排放要求，可直接排放，对环境的影响小。

其中，所述喷淋吸收塔可包括一个或多个。

优选地，所述喷淋吸收塔至少有两个，所第七进气管和第八进气管分别设于两个喷淋吸收塔上。

其中，所述碳纤维生产废气处理利用装置还包括一烟囱，所述烟囱通过一排放管与所述喷淋吸收塔相连接。

其中，所述第一进气管、所述第二进气管、所述第三进气管、所述第四进气管、所述第一出气管、所述第五进气管、所述第二出气管、所述第六进气管以及所述第三出气管外均包括第二保温层。

其中，所述第二保温层由保温材料制成。

其中，所述炉体、所述喷淋吸收塔以及所述烟囱均由耐高温、耐腐蚀性材料制成。

其中，氧化炉产生的废气在所述一级换热段中的流动方向、炭化炉所需的惰性气体在所述二级换热段中的流动方向以及氧化炉所需的空气在所述三级换热段中的流动方向均与燃烧后的高温废气在所述内层中的流动方向是逆向的，提高热交换的效率。

采用本实用新型所述碳纤维生产废气处理利用装置对所述高温废气的热量利用率达到98%以上。

相较现有技术，本实用新型碳纤维生产废气处理利用装置，全面地解决了碳纤维生产中所产生的氧化炉废气、炭化炉废气和表面处理的常温废气等的处理问题，使处理后的碳纤维生产废气达到了国家废气排放标准的规定；而且，本实用新型的废气处理利用装置，进行了三次热交换，能够最大程度地利用高温废气中的热量，高温废气的热量在碳纤维生产中的再利用率高达98%，在极大程度上降低了整个碳纤维生产所需的能耗，从而也极大地降低了碳纤维的生产成本；再者，炭化炉废气经过燃烧处理，炭化炉废气中的HCN、NH₃等有害气体转化为无害的氧化物，不会污染环境，是一种高效节能环保的碳纤维生产废气处理利用装置。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的碳纤维生产废气处理利用装置。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实用新型公开一种碳纤维生产废气处理利用装置100，用于处理碳纤维生产过程中产生的废气，将废气中含有的HCN、NH₃等有害气体除去，并且利用废气中的热量，降低碳纤维生产能耗，该装置100包括炉体10以及喷淋吸收塔20。所述炉体10与喷淋吸收塔20相连，所述炉体10包括外层11、内部为一空腔的内层12以及位于所述外层11与所述内层12之间的第一保温层13。所述内层12依次包括废气焚烧段121、一级换热段122、二级换热段123以及三级换热段124。所述一级换热段122、二级换热段123和三级换热段124各包括独立的换热管道，依次使分别充入在各独立的换热管道内的氧化炉废气、惰性气体、空气与废气焚烧段121处理后产生的高温废气依次进行热交换；所述三级换热段124与喷淋吸收塔20相连。所述废气焚烧段121用于燃烧碳纤维生产过程中产生的废气且在废气焚烧段121中产生高温废气。所述一级换热段122用于加热氧化炉产生的废气以及向所述废气焚烧段121提供加热后的氧化炉产生的废气。所述二级换热段123用于加热炭化炉所需惰性气体。所述三级换热段124用于加热氧化炉所需的空气。所述喷淋吸收塔20用于对换热后的高温废气以及碳纤维生产中不超过100℃的废气进行中和处理。

所述第一保温层13主要用于隔绝内层12内环境与内层12外环境，避免内层12内的热量向内层12外传递，起隔热保温作用。所述第一保温层13可为保温材料制成。

所述废气焚烧段121中的换热管道包括第一进气管1211、第二进气管1212以及第三进气管1213。所述第一进气管1211与炭化炉的废气排放管（图未示）相连，第三进气管1213与所述一级换热段122连接。碳纤维生产过程中的炭化炉废气从炭化炉废气排放管经过所述第一进气管1211进入到所述废气焚烧段121。所述第二进气管1212用于向所述废气焚烧段121提供使废气燃烧的助燃物。所述废气焚烧段121内部空腔用于燃烧并产生高温废气。所产生的高温废气从所述废气焚烧段121依次经过所述一级换热段122、所述二级换热段123以及所述三级换热段124。

所述一级换热段122中的换热管道包括第四进气管1221、第一出气管1222以及一级换热管1223。所述一级换热管1223设于所述一级换热段122的内部，所述一级换热管1223与第四进气管1221、第一出气管1222相连通。所述第四进气管1221与氧化炉的废气排放管（图未示）相连；所述第一出气管1222与所述第三进气管1213相连通。碳纤维生产过程中的氧化炉废气通过第四进气管1221进入到所述一级换热管1223，经过一级换热后的氧化炉废气通过所述第一出气管1222从所述一级换热管1223进入到所述废气焚烧段121中，燃烧并释放热量。所述一级换热管1223是由一条管道多次曲折回转而成的；或是由多条管道贯通连接而成的，以便延长氧化炉废气与燃烧后的高温废气的热交换时间，增大氧化炉废气的接触面积，提高热量利用率。

所述二级换热段123中的换热管道包括第五进气管1231、第二出气管1232以及二级换热管1233。所述二级换热管1233设于所述二级换热段123的内部，所述二级换热管1233与第五进气管1231、第二出气管1232相连通。碳纤维生产中所需的惰性气体通过所述第五进气管1231进入到所述二级换热管1233。所述第二出气管1232与碳化炉的惰性气体进气管（图未示）相连；用于提供炭化炉所需的惰性气体。所述二级换热管1233是由一条管道多次曲折回转而成的；或是由多条管道贯通连接而成的，以便延长惰性气体与燃烧后的高温废气的热交换时间，增大惰性气体的接触面积，提高热量利用率。

所述三级换热段124中的换热管道包括第六进气管1241、第三出气管1242以及三级换热管1243。所述三级换热管1243设于所述三级换热段124的内部，所述三级换热管1243与第六进气管1241、第三出气管1242相连通。碳纤维生产中氧化炉所需的空气通过所述第六进气管1241进入到所述三级换热管1243。所述第三出气管1242与氧化炉的空气进气管（图未示）相连；用于提供氧化炉所需的空气。所述三级换热管1243是由一条管道多次曲折回转而成的；或是由多条管道贯通连接而成的，以便延长空气与燃烧后的高温废气的热交换时间，增大空气的接触面积，提高热量利用率。

所述喷淋吸收塔20用于将炉体10中的废气和/或碳纤维生产中表面处理产生的常温废气用碱液中和处理。所述喷淋吸收塔20包括第七进气管21以及第八进气管22。通过所述第七进气管21将所述喷淋吸收塔20与所述三级换热端124相连；第八进气管22与输送不超过100℃的废气的废气输送管相连。炉体10中的废气经过所述第七进气管21进入所述喷淋吸收塔20。碳纤维生产中表面处理工艺产生的常温废气、氧化炉炉端产生的废气和/或炭化炉炉端产生的废气经过所述第八进气管22进入喷淋吸收塔20。所述第八进气管22可设有一根或多根，可分别与表面处理工艺产生的常温废气的废气输送管、氧化炉炉端产生的废气的废气输送管和/或炭化炉炉端产生的废气的废气输送管相连。喷淋吸收塔20可包括一个或多个。本实施例中，包括两个所述喷淋吸收塔20。所述废气焚烧段121中燃烧后产生的高温废气经过三次热交换后，其温度降低且含有氧化物，本实用新型采用碱液喷淋吸收后，可达到工业排放要求，可直接排放，对环境的影响小。

前述的氧化炉产生的废气在一级换热管1223中的流动方向、炭化炉所需的惰性气体在二级换热管1233中的流动方向以及氧化炉所需的空气在三级换热管1243中的流动方向均与燃烧后的高温废气在所述内层12中的流动方向是逆向的，提高热交换的效率。

进一步地，所述碳纤维生产废气处理利用装置100还包括烟囱30。所述烟囱30用于将处理后的废气直接排放到环境中。所述烟囱30一端通过一排放管31与所述喷淋吸收塔20连接。

本实用新型中碳纤维生产废气处理利用装置100中，所述第一进气管1211、所述第二进气管1212、所述第三进气管1213、所述第四进气管1221、所述第一出气管1222、所述第五进气管1231、所述第二出气管1232、所述第六进气管1241以及所述第三出气管1242外均包括一第二保温层。

其中，所述第二保温层由保温材料制成。

碳纤维生产过程中，炭化炉产生的废气通过所述第一进气管1211进入所述废气焚烧段121，空气通过所述第二进气管1212进入所述废气焚烧段121，炭化炉产生的废气与空气燃烧，除去炭化炉产生的废气中含有的HCN、NH₃等有害气体并产生高温废气。氧化炉生产过程中产生的废气经过所述第四进气管1221进入所述一级换热管1223，所产生的高温废气从所述废气焚烧段121到所述一级换热段122，并与在所述一级换热管1223内的氧化炉产生的废气进行一级热交换。经过所述一级热交换后的氧化炉产生的废气通过第一出气管1222进入所述废气焚烧段121，并与所述废气焚烧段121中的炭化炉产生的废气混合燃烧生产高温废气。高温废气一级热交换后又流经二级换热段123，与炭化炉所需的惰性气体进行二级热交换，加热后的惰性气体通过所述第二出气管1232进入炭化炉。同样地，二级热交换后的高温废气经过二级换热段123后又流经三级换热段124，与氧化炉所需的空气进行三级热交换，加热后的氧化炉所需的空气通过所述第三出气管1242进入氧化炉。依次进行所述一级、二级、三级热交换对燃烧后的高温废气的热量利用率高。经过三级热交换后的废气温度降低，通过喷淋吸收塔20碱液中和废气中的氧化物并进一步降低废气的温度。碳纤维生产过程中的表面处理步骤产生的常温废气、氧化炉炉端产生的废气和/或炭化炉炉端产生的废气也通过所述第八进气管22进入所述喷淋吸收塔20中进行碱液中和处理。经喷淋吸收塔20处理后的废气可通过烟囱30向外环境直接排放。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：包括炉体（10）和喷淋吸收塔（20）；所述炉体（10）包括内部为空腔的内层（12）和设置在内层外的第一保温层（13）；所述内层（12）依次包括废气焚烧段（121）、一级换热段（122）、二级换热段（123）和三级换热段（124）；所述三级换热段（124）与喷淋吸收塔（20）相连；所述一级换热段（122）、二级换热段（123）和三级换热段（124）各包括独立的换热管道，依次使分别充入在各独立的换热管道内的氧化炉废气、惰性气体、空气与废气焚烧段（121）处理后产生的高温废气进行热交换。

2.如权利要求1所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述第一保温层（13）由单层或多层保温材料组成。

3.如权利要求1所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述炉体（10）还包括一外层（11），所述外层（11）设于所述第一保温层（13）表面。

4.如权利要求1-3中任一项权利要求所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述废气焚烧段（121）中的换热管道包括第一进气管（1211）、第二进气管（1212）以及第三进气管（1213）；所述第一进气管（1211）与炭化炉的废气排放管相连；第三进气管（1213）与所述一级换热段（122）连接。

5.如权利要求4所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述一级换热段（122）中的换热管道包括第四进气管（1221）、第一出气管（1222）以及一级换热管（1223）；所述一级换热管（1223）设于所述一级换热段（122）的内部，所述一级换热管（1223）与第四进气管（1221）、第一出气管（1222）相连通；所述第四进气管（1221）与氧化炉的废气排放管相连；所述第一出气管（1222）与所述第三进气管（1213）相连通。

6.如权利要求1-3中任一项权利要求所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述二级换热段（123）中的换热管道包括第五进气管（1231）、第二出气管（1232）以及二级换热管（1233）；所述二级换热管（1233）设于所述二级换热段（123）的内部，所述二级换热管（1233）与第五进气管（1231）、第二出气管（1232）相连通；所述第二出气管（1232）与碳化炉的惰性气体进气管相连。

7.如权利要求1-3中任一项权利要求所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述三级换热段（124）中的换热管道包括第六进气管（1241）、第三出气管（1242）以及三级换热管（1243）；所述三级换热管（1243）设于所述三级换热段（124）的内部，所述三级换热管（1243）与第六进气管（1241）、第三出气管（1242）相连通；所述第三出气管（1242）与氧化炉的空气进气管相连。

8.如权利要求1-3中任一项权利要求所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述喷淋吸收塔（20）包括第七进气管（21）以及第八进气管（22）；通过所述第七进气管（21）将所述喷淋吸收塔（20）与所述三级换热段（124）相连；第八进气管（22）与输送不超过100℃的废气的废气输送管相连。

9.如权利要求8所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述喷淋吸收塔（20）至少有两个，所述第七进气管（21）和第八进气管（22）分别设于两个喷淋吸收塔（20）上。

10.如权利要求1-3中任一项权利要求所述碳纤维生产废气处理利用装置，其特征在于：所述碳纤维生产废气处理利用装置（100）还包括一烟囱（30），所述烟囱（30）通过一排放管（31）与所述喷淋吸收塔（20）相连接。

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