CN203927948U - 一种用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置，其包括依次连接的氧化炉、低温碳化炉、高温碳化炉和表面处理槽、与氧化炉连接的预热器、与预热器连接的焚烧炉、与焚烧炉连接的燃烧头、与燃烧头并联连接的第一燃烧器和第二燃烧器、与第一燃烧器和第二燃烧器均循环连接的油箱、与燃烧头连接的第一风机、与预热器连接的第二风机和第三风机、与第三风机连接的喷淋吸收塔、与喷淋吸收塔循环连接的碱液池以及与喷淋吸收塔连接的烟囱和第四风机，所述低温碳化炉和高温碳化炉均与燃烧头连接，所述表面处理槽与第四风机连接，本实用新型采用焚烧炉及喷淋吸收塔两级处理废气，废气处理效果佳，还可以保证生产的产品质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及聚丙烯腈基碳纤维生产领域，更具体地涉及一种用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置。
背景技术
聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的生产工艺流程如下：将聚丙烯腈原丝放置在退丝架上，然后送入氧化炉通入热空气进行不燃化处理，制得预氧丝。再连续通过低温碳化炉和高温碳化炉进行碳化处理制得碳纤维，碳化处理过程是在氮气保护、绝氧状态下进行。出氧化炉和碳化炉的气体进入焚烧炉处理，制得的碳纤维则进入表面处理系统。表面处理系统由表面处理槽、水清洗槽、干燥器组成，表面处理采用阳极电解氧化法，电解质采用含量为5%的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液易分解产生NH3和CO2。碳纤维表面通过氧化引入了含氧官能团，使碳纤维表面官能团发生变化。经表面处理后的碳纤维用水进行清洗，烘出水分送至上胶系统。先进行上胶、再通过干燥去除水分，最后通过络筒机卷绕制成产品。
预氧化丝（俗称预氧丝）在惰性气体保护下，在800～1500℃范围内发生碳化反应。纤维中的非碳原子如N、H、O等元素被裂解出去，预氧化时形成的梯形大分子发生交联，转变为稠环状结构。纤维中的含碳量从60%提高到92%以上。碳化时保护气体采用高纯度氮气（含量为99.99～99.999%）。碳化过程中，低温时（600℃以下），氢主要以HCN、NH3、H2O和CH4的形式从纤维中分离出来，氮主要以HCN、NH3的形式从纤维中分离出来。高温时（600℃以上），氢主要以HCN、CH4分离出来，氮主要以HCN和氮气的形式分离出来。氧在700℃时以H2O、CO2和CO的形式分离出来。这些热解产物应及时排除，否则粘附在纤维上造成表面缺陷，甚至造成纤维断裂。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种有效处理废气且保证碳纤维质量的用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种技术方案：一种用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置，其包括依次连接的氧化炉、低温碳化炉、高温碳化炉和表面处理槽、与氧化炉连接的预热器、与预热器连接的焚烧炉、与焚烧炉连接的燃烧头、与燃烧头并联连接的第一燃烧器和第二燃烧器、与第一燃烧器和第二燃烧器均循环连接的油箱、与燃烧头连接的第一风机、与预热器连接的第二风机和第三风机、与第三风机连接的喷淋吸收塔、与喷淋吸收塔循环连接的碱液池以及与喷淋吸收塔连接的烟囱和第四风机，所述低温碳化炉和高温碳化炉均与燃烧头连接，所述表面处理槽与第四风机连接。
所述第一燃烧器和第二燃烧器与油箱之间设有共用的进油管和回油管，进油管上设有第一过滤器。
所述碱液池包括与喷淋吸收塔连接的第一碱液池和第二碱液池，所述第一碱液池和第二碱液池与喷淋吸收塔之间设有共用的进液管和回液管。
所述第二风机还连接有第二过滤器。
所述氧化炉包括依次连接的第一氧化炉和第二氧化炉，所述第二氧化炉与低温碳化炉连接；所述预热器包括依次连接的第一预热器和第二预热器，所述第一预热器与焚烧炉连接；所述第一氧化炉和第二氧化炉均与第一预热器和第二预热器连接。
本实用新型通过废气处理装置还包括与氧化炉连接的预热器、与预热器连接的焚烧炉、与焚烧炉连接的燃烧头、与燃烧头并联连接的第一燃烧器和第二燃烧器、与第一燃烧器和第二燃烧器均循环连接的油箱、与燃烧头连接的第一风机、与预热器连接的第二风机和第三风机、与第三风机连接的喷淋吸收塔、与喷淋吸收塔循环连接的碱液池以及与喷淋吸收塔连接的烟囱和第四风机，所述低温碳化炉和高温碳化炉均与燃烧头连接，所述表面处理槽与第四风机连接，本实用新型采用焚烧炉及喷淋吸收塔两级处理废气，废气处理效果佳，还可以保证生产的产品质量。
附图说明
图1是本实用新型废气处理装置的结构示意图。
图中：氧化炉1、低温碳化炉2、高温碳化炉3、表面处理槽4、预热器5、焚烧炉6、燃烧头7、第一燃烧器8、第二燃烧器9、油箱10、第一风机11、第二风机12、第三风机13、喷淋吸收塔14、碱液池15、烟囱16、第四风机17、第一氧化炉18、第二氧化炉19、进油管20、回油管21、第一过滤器22、第一碱液池23、第二碱液池24、进液管25、回液管26、第二过滤器27、第一预热器28、第二预热器29。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型揭示一种用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置，其包括依次连接的氧化炉1、低温碳化炉2、高温碳化炉3、表面处理槽4、与氧化炉1连接的预热器5、与预热器5连接的焚烧炉6、与焚烧炉6连接的燃烧头7、与燃烧头7并联连接的第一燃烧器8和第二燃烧器9、与第一燃烧器8和第二燃烧器9均循环连接的油箱10、与燃烧头7连接的第一风机11、与预热器5连接的第二风机12和第三风机13、与第三风机13连接的喷淋吸收塔14、与喷淋吸收塔14循环连接的碱液池15以及与喷淋吸收塔14连接的烟囱16和第四风机17。
所述氧化炉1包括依次连接的第一氧化炉18和第二氧化炉19。所述第二氧化炉19与低温碳化炉2连接。聚丙烯腈（PAN）原丝送入第一氧化炉18和第二氧化炉19且通入热空气进行不燃化处理，即制得预氧丝。
所述低温碳化炉2和高温碳化炉3均与燃烧头7连接。预氧丝再连续通过低温碳化炉2和高温碳化炉3进行碳化处理制得碳纤维，碳化处理过程是在氮气保护、绝氧状态下进行。
所述表面处理槽4与第四风机17连接。
所述第一燃烧器8和第二燃烧器9与油箱10之间设有共用的进油管20和回油管21。进油管20上设有第一过滤器22。
所述碱液池15包括与喷淋吸收塔14连接的第一碱液池23和第二碱液池24。所述第一碱液池23和第二碱液池24与喷淋吸收塔14之间设有共用的进液管25和回液管26。
所述第二风机12还连接有第二过滤器27。
所述预热器5包括依次连接的第一预热器28和第二预热器29。所述第一预热器28与焚烧炉6连接。所述第一氧化炉18和第二氧化炉19均与第一预热器28和第二预热器29连接。即第一氧化炉18和第二氧化炉19均与第一预热器28连接；第一氧化炉18和第二氧化炉19也均与第二预热器29连接。
本实用新型的一种用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置的工艺流程：
1、预氧化工序要加入大量的热空气，预氧化过程是在一定的温度下聚丙烯腈原丝在有氧存在的情况下，链断裂聚合环化的过程，聚丙烯腈原丝内有—CN基团，—CN由于是不饱和参件，有很高的活性，易发生环化聚合反应。PAN大分子链侧基—CN不会百分百的发生环化反应，分子链中会随机的残留一些未环化的单元，这些单元将成为活化点，也是引起失重的原因。聚丙烯腈基纤维发生环化反应的过程中还发生脱氢反应。链断裂过程会产生HCN和少量氨，由于第一氧化炉18和第二氧化炉19的温度较低，本实用新型的废气处理装置便将废气引入第一预热器28和第二预热器29进行预热后，再进入焚烧炉6燃烧，以节省能量。
2、碳化过程是在高温下将预氧丝内非碳元素如N、H、O等从纤维中排出，在低温碳化区，分子间产生脱氢、脱O而交联，生成碳网结构，末端链分解放出NH3；预氧化过程中未环化的—CN也可产生分子间交联，生成HCN气体；在高温碳化区，环开裂，分子间交联，生成HCN、N2，纤维中氮含量逐步降低，排放的HCN和氨随保护气（氮气）一起进入焚烧炉系进行处理。低温碳化炉2产生废气的温度约为500-600℃，从燃烧头7侧面进入焚烧炉6；高温碳化炉3产生废气的温度约800-900℃，从燃烧头7正面进入焚烧炉6燃烧。焚烧炉6的温度控制在约850℃，通过温度控制燃烧器的功率及柴油燃烧量。第一燃烧器8和第二燃烧机9互为备用，通过油箱10的进油管20供给柴油，剩余柴油再通过回油管21回流至油箱10。当焚烧炉6中氧气含量较低时，通过第一风机11补充适量空气，以补充氧含量。
3、第二预热器27通过第二风机12和第二过滤器27补充适量空气，并预热空气后供给第一氧化炉18和第二氧化炉19生产使用，以节省能量。
4、焚烧炉6焚烧后，去除了95%以上的HCN及焦油等，再进一步通过喷淋吸收塔14吸收剩余的HCN、NH3等易溶气体后通过烟囱16达标排放。
5、表面处理槽4产生废气的温度为20-50℃，因不含HCN，且温度较低，直接引入喷淋吸收塔14吸收其中的NH3后排放。
6、喷淋吸收塔14中的碱液循环使用一段时间后，需及时更换，第一碱液池23或第二碱液池24通过进液管25向吸收塔14提供吸收液，再通过回液管26回流到相应的碱液池中，第一碱液池23和第二碱液池24互为备用。当碱液池吸收液中HCN浓度达到一定值后，需及时更换，并将更换后的废液委托有资质单位进行处理。
本实用新型充分利用了原有废气本身的热量，采用焚烧法，能彻底去除HCN、CO、焦油及其它碳氢化合物，再通过喷淋吸收法，能保证废气稳定达标排放。比单纯用喷淋吸收法节能、大大减小了废水处理量、大大减小了不稳定达标的风险，且HCN溶于水后，具有较大的挥发性，故对操作工人的身体健康也大有益处。
Claims (5)
1.一种用于聚丙烯腈基碳纤维生产的废气处理装置，其包括依次连接的氧化炉、低温碳化炉、高温碳化炉和表面处理槽，其特征在于：所述废气处理装置还包括与氧化炉连接的预热器、与预热器连接的焚烧炉、与焚烧炉连接的燃烧头、与燃烧头并联连接的第一燃烧器和第二燃烧器、与第一燃烧器和第二燃烧器均循环连接的油箱、与燃烧头连接的第一风机、与预热器连接的第二风机和第三风机、与第三风机连接的喷淋吸收塔、与喷淋吸收塔循环连接的碱液池以及与喷淋吸收塔连接的烟囱和第四风机，所述低温碳化炉和高温碳化炉均与燃烧头连接，所述表面处理槽与第四风机连接。
2.如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述第一燃烧器和第二燃烧器与油箱之间设有共用的进油管和回油管，进油管上设有第一过滤器。
3.如权利要求2所述的废气处理装置，其特征在于：所述碱液池包括与喷淋吸收塔连接的第一碱液池和第二碱液池，所述第一碱液池和第二碱液池与喷淋吸收塔之间设有共用的进液管和回液管。
4.如权利要求3所述的废气处理装置，其特征在于：所述第二风机还连接有第二过滤器。
5.如权利要求4所述的废气处理装置，其特征在于：所述氧化炉包括依次连接的第一氧化炉和第二氧化炉，所述第二氧化炉与低温碳化炉连接；所述预热器包括依次连接的第一预热器和第二预热器，所述第一预热器与焚烧炉连接；所述第一氧化炉和第二氧化炉均与第一预热器和第二预热器连接。
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