JP2001324119A

JP2001324119A - 炭素化炉用排ガス処理装置および炭素化炉からの排ガス処理方法

Info

Publication number: JP2001324119A
Application number: JP2000140986A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Machida; 和之町田; Nobuyuki Yamamoto; 伸之山本
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】二次燃焼装置（脱臭炉）を設置する必要がな
く、燃料の消費量を低く抑えることができる炭素化炉用
排ガス処理装置および炭素化炉からの排ガス処理方法を
提供する。【解決手段】繊維状物質１を不活性雰囲気中で炭素化
する炭素化炉２から排出される排ガスを処理する装置で
あって、排ガス導入口２３、排ガス流量調整弁２６、空
気取入口２４および排気口２５が設けられた燃焼室１２
と、燃焼室１２内の排ガスに着火し、かつ燃焼室１２内
を加熱するバーナー１８と、温度計１９と、温度計１９
からの温度情報に基づいてバーナー１８を制御する制御
機構２１とを具備する炭素化炉用排ガス処理装置１０、
および燃焼室１２内の燃焼温度をバーナー１８によって
７５０℃以上に保ちながら、排ガスを燃焼させる炭素化
炉からの排ガス処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維状物質を不活
性雰囲気中で炭素化して炭素繊維を製造する際に発生す
る分解生成物が含まれた排ガスを処理する排ガス処理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維は、比強度、比弾性率、耐熱
性、耐薬品性等に優れ、各種素材の強化材として使用さ
れている。炭素繊維は、例えば、プレカーサとしてポリ
アクリロニトリル繊維を用いた場合、以下のようにして
製造される。まず、耐炎化工程にて、空気中、２００〜
３００℃の温度でプレカーサを予備酸化して耐炎繊維を
得る。次いで、炭素化工程にて、不活性雰囲気中、３０
０〜２０００℃の温度で耐炎繊維を炭素化して炭素繊維
を得る。

【０００３】図２は、炭素化工程において使用される炭
素繊維製造装置の概略構成図である。この炭素繊維製造
装置は、耐炎繊維等の繊維状物質１を炭素化する炭素化
炉２と、繊維状物質１を炭素化するときに発生する排ガ
スを炭素化炉２から排出する排ガス排気口３と、排ガス
を燃焼させる燃焼筒４およびこれから排出される排ガス
をさらに燃焼させて排ガスを脱臭する二次燃焼装置５
（脱臭炉）からなる排ガス処理装置６とを具備して概略
構成される。また、炭素化炉の入口および出口には、不
活性ガス供給口７を有し、炭素化炉２内の不活性雰囲気
を保持するためのシール機構８，８が設けられている。
また、炭素化工程では、必要に応じて、複数の炭素化炉
を、それぞれ設定温度を変えて使用することもある。

【０００４】炭素化工程において、繊維状物質１を炭素
化するときに発生する排ガス中には、繊維状物質１の分
解生成物である、シアン化水素、アンモニア、一酸化炭
素、二酸化炭素、メタン、気化したタール成分等が含ま
れている。これらの分解生成物、特にシアン化水素など
の有害物質を含む排ガスは、そのままでは大気中に放出
することができないので、分解生成物を排ガス処理装置
６において燃焼処理し酸化する必要がある。

【０００５】排ガスの燃焼処理は以下のようにして行わ
れる。まず、炭素化炉２内で発生した分解生成物を含む
排ガスは、燃焼筒４に送り込まれ、外部から取り込んだ
空気と混合される。空気と混合された排ガスは、燃焼筒
４内に設置された点火装置（図示略）によって着火され
ることにより、自燃する。炭素化炉２からの排ガスおよ
び外部からの空気を燃焼筒４内に供給し続ける間、排ガ
スは自燃し続ける。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、炭素化
炉２の運転を開始した直後、または炭素化工程における
トラブルなどで、炭素化炉２排ガスの供給が少ない場合
は、排ガスの燃焼温度は５００〜６００℃程度までしか
上がらない。この場合、約７５０℃以上でなければ燃焼
酸化できないシアン化水素などは燃焼酸化されないまま
燃焼筒４の排気口から排出されてしまう。そのため、従
来の排ガス処理装置６においては、さらにシアン化水素
などを燃焼させるために直焔式の燃焼装置９を設けた二
次燃焼装置５を設置する必要があった。そして、従来の
排ガス処理装置６には、二次燃焼装置５において常時、
灯油、ＬＮＧ、ＬＰＧなどの燃料を燃やす必要があり、
燃料の消費量が膨大になるという問題があった。

【０００７】よって、本発明の目的は、二次燃焼装置
（脱臭炉）を設置する必要がなく、燃料の消費量を低く
抑えることができる炭素化炉用排ガス処理装置および炭
素化炉からの排ガス処理方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の炭素
化炉用排ガス処理装置は、繊維状物質を不活性雰囲気中
で炭素化する炭素化炉から排出される排ガスを処理する
装置であって、炭素化炉からの排ガスを導入する排ガス
導入口および排ガス流量調整弁、排ガスを燃焼させるた
めの空気を取り入れる空気取入口および燃焼された排ガ
スを排気する排気口が設けられた燃焼室と、燃焼室内の
排ガスに着火し、かつ燃焼室内を加熱するバーナーと、
燃焼室内の温度を測定する温度計と、温度計からの温度
情報に基づいてバーナーを制御する制御機構とを具備す
ることを特徴とする。

【０００９】また、前記空気取入口は、前記排ガス導入
口よりも下方に設けられ、前記排気口は、前記排ガス導
入口よりも上方に設けられていることが望ましい。ま
た、前記バーナーは、前記排ガス導入口付近に設けられ
ていることが望ましい。また、前記温度計は、前記排気
口付近に設けられていることが望ましい。また、前記燃
焼室内にバッフル板が設けられていることが望ましい。

【００１０】また、本発明の炭素化炉からの排ガス処理
方法は、繊維状物質を不活性雰囲気中で炭素化する炭素
化炉から排出される排ガスを燃焼室内で燃焼させて処理
する方法であって、燃焼室内を加熱できるように設けら
れたバーナーによって燃焼室内の燃焼温度を７５０℃以
上に保ちながら、炭素化炉から排出される排ガスを燃焼
室の外部から供給される空気とともに燃焼室内において
燃焼させることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。図１は、本発明の炭素化炉用排ガス処理装置の一
例を示す断面図である。この炭素化炉用排ガス処理装置
１０は、繊維状物質１を炭素化するときに発生し、炭素
化炉２の排ガス排気口３から排気管１１を通って導入さ
れた排ガスを燃焼する燃焼室１２と、空気を供給する空
気ファン１３と、燃料配管１４を通って燃料源（図示
略）から供給される燃料および空気配管１５を通って空
気ファン１３から供給される空気の流量を調整し、これ
らの気体を混合する自動混合弁１６と、自動混合弁１６
から混合気体配管１７を通って供給される混合気体を燃
焼させることによって、燃焼室１２内の排ガスに着火
し、かつ燃焼室１２内を加熱するバーナー１８と、燃焼
室１２内の温度を測定する温度計１９と、燃焼室１２内
の排ガスの流れを調整するバッフル板２０，２０と、温
度計１９からの温度情報に基づいてバーナー１８の燃焼
を制御する制御機構２１とを具備して概略構成される。

【００１２】前記燃焼室１２は、耐火材２２で形成され
た筒状の炉であり、燃焼室１２には、排ガスを導入する
排ガス導入口２３と、排ガスを燃焼させるための空気を
取り入れる空気取入口２４，２４と、燃焼された排ガス
を排気する排気口２５とが設けられている。排ガス導入
口２３から導入される排ガスの流量は、排ガス導入口２
３内に挿入された排ガス流量調整弁２６によって調整さ
れ、空気取入口２４から取り入れられる空気の流量は、
空気取入口２４，２４に空気を供給する空気供給管２
７，２７に設けられた空気流量調整弁（図示略）によっ
て調整される。

【００１３】また、燃焼室１２において、空気取入口２
４，２４は、排ガス導入口２３よりも下方の、燃焼室１
２の底部に設けられている。また、排気口２５は、排ガ
ス導入口２３よりも上方の、燃焼室１２の上部に設けら
れている。このような位置関係で排ガス導入口２３、空
気取入口２４および排気口２５を設けることによって、
燃焼室１２外部の空気は、煙突効果によって自然に空気
供給管２７を通って燃焼室内１２に吸引される。

【００１４】また、燃焼室１２において、排ガス導入口
２３は、燃焼室１２の底部に近い、空気取入口２４の上
方近傍に設けられている。この位置に排ガス導入口２３
を設けることによって、排ガスと空気とを素早く混合す
ることができ、また、排ガスが燃焼室１２上部の排気口
２５から排気されるまでのできるだけ長い時間、排ガス
を燃焼させることができる。

【００１５】前記バーナー１８は、排ガス導入口２３よ
り導入された排ガスおよび空気取入口２４から煙突効果
によって取り入れられた空気が混合された直後に、これ
らを燃焼させられるように、排ガス導入口２３の上方近
傍に設けられている。この位置にバーナー１８を設ける
ことによって、容易に排ガスに着火できる。

【００１６】バーナー１８は、燃焼室１２内の排ガスに
着火することができ、かつ燃焼室１２内を加熱できるも
のであれば、特に限定はされないが、ラインバーナーの
様な火炎の短いものは適さない。バーナー１８の燃料と
しては、例えば、灯油、ＬＮＧ、ＬＰＧなどが挙げられ
る。

【００１７】前記温度計１９は、排気口２５の下方近傍
に設けられている。この位置に温度計１９を設けること
によって、燃焼室内の燃焼酸化温度を代表できる。前記
温度計１９は、燃焼室１２内の高温、具体的には１１０
０℃程度までの温度に耐えうるものであれば、特に限定
はされない。

【００１８】前記バッフル板２０は、排ガス導入口２３
より導入された排ガスが、燃焼室１２内の最短距離を通
って排気口２５へと抜けてしまうことを防止する平面状
の板である。このようなバッフル板２０を燃焼室１２内
に設けることによって、排ガスが燃焼室１２内に拡が
り、排ガスを十分に燃焼処理することができるようにな
る。

【００１９】前記制御機構２１は、処理部と、インター
フェース部とから概略構成される。処理部は、インター
フェース部を介して自動混合弁１６、バーナー１８およ
び温度計１９と電気的に接続されており、温度計１９か
らの温度情報に基づいて、燃焼室１２内の燃焼温度を設
定温度にするために必要なバーナー１８への燃料および
空気の供給量を計算し、この計算結果に基づいて、自動
混合弁１６における燃料および空気の流量、バーナー１
８の点火、消火等を制御するものである。

【００２０】なお、この処理部は専用のハードウエアに
より実現されるものであってもよく、また、この処理部
はメモリおよび中央演算装置（ＣＰＵ）によって構成さ
れ、処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリ
にロードして実行することによりその機能を実現させる
ものであってもよい。また、前記制御機構２１には、周
辺機器として、入力装置、表示装置等が接続されるもの
とする。ここで、入力装置とは、ディスプレイタッチパ
ネル、スイッチパネル、キーボード等の入力デバイスの
ことをいい、表示装置とは、ＣＲＴや液晶表示装置のこ
とをいう。

【００２１】また、制御機構２１と、排ガス流量調整弁
２６および空気供給管２７，２７に設けられた空気流量
調整弁とを電気的に接続し、制御機構２１によって、排
ガス導入口２３からの排ガスの導入量および空気取入口
２４からの空気取入量を自動的に制御してもよい。

【００２２】前記自動混合弁１６としては、前記制御機
構２１からの制御によって弁の開閉、流量の調整を行う
ことができる弁であればよく、例えば、電磁弁、電動弁
などが挙げられる。

【００２３】また、炭素化炉２から排出される排ガス中
に含まれる気化されたタール成分が排気管１１で凝縮
し、タール成分が排気管１１内に付着して、排気管１１
を閉塞してしまうことを防ぐために、排気管１１にヒー
ターを設けてもよい。このときの排気管１１の壁面温度
は、好ましくは７００℃以上である。それでも排気管１
１内にタール成分が付着してしまった場合には、排気管
１１のフランジ部分を封止している蓋体２８および蓋体
２９を取り外すことによって排気管１１内を掃除するこ
とができる。

【００２４】炭素化炉用排ガス処理装置１０で処理され
る排ガスを炭素化炉２から抜き取る位置は、特に限定は
されない。ただし、複数の炭素繊維製造装置を、それぞ
れの炭素化炉の設定温度を変えて使用する場合、３００
〜９００℃程度の比較的低い温度で炭素化を行う炭素化
炉では、炉内の温度が一番高いところ、すなわち炭素化
炉の最後の部分から排ガスを抜き取ることが好ましい。
炭素化炉の最初の部分や中間部分から排ガスを抜き取っ
た場合、炭素化炉の最後の部分で多量に発生する分解生
成物が、炭素化炉内を最初の部分に向けて逆流すること
になり、排ガスに含まれるタール成分が凝縮し、炭素化
炉内および繊維状物質に付着してしまうおそれがある。

【００２５】一方、９００〜２０００℃程度の比較的高
い温度で炭素化を行う炭素化炉では、炭素化炉の最初の
部分から排ガスを抜き取ることが好ましい。ここで炭素
化される繊維状物質は、９００〜１１００℃の炭素化炉
の最初の部分で一番多く分解生成物が生成するからであ
る。

【００２６】このような炭素化炉用排ガス処理装置１０
にあっては、燃焼室１２内を加熱できるバーナー１８を
設け、このバーナー１８を温度計１９の温度情報に基づ
いてて制御できる制御機構２１を有しているので、燃焼
室１２内の燃焼温度を７５０℃以上に保ちながら、排ガ
スを燃焼させることができる。これにより、排ガス中の
シアン化水素等の有害物質を完全に処理することができ
るので、別途、二次燃焼装置（脱臭炉）を設置する必要
がない。また、バーナー１８に供給される燃料の流量
を、燃焼室１２内の燃焼温度を７５０℃以上に保つため
に必要なだけの量に制御機構２１によって調整できるの
で、燃料の消費量を抑えることができる。

【００２７】次に、この炭素化炉用排ガス処理装置１０
を用いた炭素化炉からの排ガス処理方法について説明す
る。まず、炭素化炉２から排ガスを導入する前に、あら
かじめ燃焼室１２内の温度が７５０℃以上となるよう
に、バーナー１８によって燃焼室１２内を加熱してお
く。

【００２８】ついで、排ガス流量調整弁２６および空気
供給管２７，２７に設けられた空気流量調整弁を開い
て、燃焼室１２内に排ガスおよび空気を導入し、バーナ
ー１８によって着火する。一度着火した排ガスは、炭素
化炉２から安定して排ガスが導入され続ける間、燃焼室
１２内において７５０℃以上の燃焼温度で自燃し続け
る。また、一度着火した十分な量の排ガスは、燃焼室１
２内に滞在する間、シアン化水素等の分解生成物を燃焼
酸化できる温度領域にある。したがって、炭素化炉２か
ら安定して排ガスが導入され続ける間は、制御機構２１
によって自動混合弁１６を調整して、バーナー１８に供
給する燃料および空気の流量を減らす、または、バーナ
ー１８を消火することができる。

【００２９】運転開始直後の繊維状物質の処理量が少な
い時や、工程トラブルなどによって、炭素化炉２で炭素
化処理する繊維状物質１の時間当たりの処理量が減少
し、燃焼室１２内に導入される排ガスの量が減少する
と、燃焼室１２内の燃焼温度は低下する。この温度の低
下は、温度計１９から制御機構２１に随時、伝達される
温度情報に基づいて、制御機構２１で検知される。燃焼
室１２内の温度が低下し、７５０℃に近づいた際には、
制御機構２１によって、自動混合弁１６を調整して、バ
ーナー１８に供給する燃料および空気の流量を増やし、
バーナー１８を消火している場合はバーナー１８を点火
し、燃焼室１２内の加熱を行う。燃焼室１２内で燃焼さ
れ、無害化された排ガスは、排気口２５から排出され、
大気中に放出される。

【００３０】燃焼室１２内における排ガスの燃焼温度
は、７５０℃以上であり、好ましくは８００〜９００℃
である。排ガスの燃焼温度が７５０℃未満では、排ガス
中の分解生成物、特にシアン化水素が完全に燃焼酸化さ
れないおそれがある。一方、９００℃を超える温度で排
ガスを燃焼させても、バーナー１８用の燃料の消費量が
多くなる場合もあり、また、燃焼室１２の耐火材２２の
劣化を早めるだけであり、好ましくない。制御機構２１
によって、排ガス流量調整弁２６および空気供給管２
７，２７に設けられた空気流量調整弁を調整することに
よっても、燃焼室１２内の温度が上がりすぎないように
することは可能である。

【００３１】このような炭素化炉からの排ガス処理方法
にあっては、燃焼室１２内を加熱できるように設けられ
たバーナー１８によって、燃焼室１２内の燃焼温度を７
５０℃以上に保ちながら、排ガスを燃焼させているの
で、排ガスを燃焼させることができる。これにより、排
ガス中のシアン化水素等の有害物質を完全に処理するこ
とができるので、別途、二次燃焼装置（脱臭炉）による
処理を行う必要がない。また、燃焼室１２内の燃焼温度
を７５０℃以上に保つために必要なだけの量の燃料をバ
ーナー１８で燃焼させればよいので、燃料の消費量を低
く抑えることができる。

【００３２】

【実施例】炭素化炉からの排ガスを導入する排ガス導入
口、排ガスを燃焼させるための空気を取り入れる空気取
入口および排ガスの燃焼ガスを排気する排気口が設けら
れた燃焼室と、燃料源からの燃料および空気ファンから
の空気の流量を調整し、これらの気体を混合する自動混
合弁と、自動混合弁から供給される混合気体を燃焼させ
るバーナーと、燃焼室内の温度を測定する温度計と、燃
焼室内の排ガスの流れを調整するバッフル板と、排ガス
導入口において排ガスを導入量を調整する排ガス流量調
整弁と、温度計からの温度情報に基づいてバーナーの燃
焼を制御する制御機構を具備する、図１に示すような炭
素化炉用排ガス処理装置を、既存の炭素化炉の排ガス排
気口に接続した。

【００３３】ポリアクリロニトリル系のプレカーサを耐
炎化したフィラメントの繊維束からなる耐炎繊維を用
い、３００〜１８００℃の範囲で炭素化処理を行い、同
時に、炭素化炉から排出される排ガスの燃焼処理を、排
ガスの燃焼温度を８００℃以上に保ちながら行った。２
０日間連続して炭素化処理を、炭素化炉用排ガス処理装
置から排出される排ガス中のシアン化水素の濃度を測定
しながら行ったところ、炭素化処理中、炭素化炉用排ガ
ス処理装置から排出される排ガスには、シアン化水素は
検出されなかった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の炭素化炉
用排ガス処理装置は、炭素化炉からの排ガスを導入する
排ガス導入口および排ガス流量調整弁、排ガスを燃焼さ
せるための空気を取り入れる空気取入口および燃焼され
た排ガスを排気する排気口が設けられた燃焼室と、燃焼
室内の排ガスに着火し、かつ燃焼室内を加熱するバーナ
ーと、燃焼室内の温度を測定する温度計と、温度計から
の温度情報に基づいてバーナーを制御する制御機構とを
具備するので、二次燃焼装置（脱臭炉）を設置する必要
がなく、燃料の消費量を低く抑えることができる。

【００３５】また、前記空気取入口が、前記排ガス導入
口よりも下方に設けられ、前記排気口が、前記排ガス導
入口よりも上方に設けられていれば、空気を煙突効果に
よって効率よく燃焼室内１２に吸引することができる。
また、前記バーナーが、前記排ガス導入口付近に設けら
れていれば、容易に排ガスに着火できる。また、前記温
度計が、前記排気口付近に設けられていれば、燃焼によ
る酸化温度が確認できる。また、前記燃焼室内にバッフ
ル板が設けられていれば、排ガスが燃焼室内に拡がり、
排ガスを十分にかつ効率よく燃焼処理することができ
る。

【００３６】また、本発明の炭素化炉からの排ガス処理
方法は、燃焼室内を加熱できるように設けられたバーナ
ーによって燃焼室内の燃焼温度を７５０℃以上に保ちな
がら、炭素化炉から排出される排ガスを燃焼室の外部か
ら供給される空気とともに燃焼室内において燃焼させる
方法であるので、二次燃焼装置（脱臭炉）を設置する必
要がなく、燃料の消費量を低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素化炉用排ガス処理装置の一例を
示す断面図である。

【図２】従来の炭素繊維製造装置の一例を示す概略構
成図である。

【符号の説明】

１繊維状物質２炭素化炉１０炭素化炉用排ガス処理装置１２燃焼室１８バーナー１９温度計２０バッフル板２１制御機構２３排ガス導入口２４空気取入口２５排気口２６排ガス流量調整弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２３Ｇ 5/027 ＺＡＢＦ２３Ｇ 5/027 ＺＡＢＺ 5/16 ＺＡＢ 5/16 ＺＡＢＢＺＡＢＥＦターム(参考） 3K061 AA18 AA23 AB01 AC13 BA06 BA08 CA01 FA02 FA10 FA21 FA25 3K062 AA18 AA23 AB01 AC13 BA02 BB02 CB08 DA01 DB12 3K078 BA09 BA17 BA22 BA23 BA25 BA28 CA02 CA09 CA13 CA24 4L037 CS03 CT09 CT11 PC05 PC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維状物質を不活性雰囲気中で炭素化す
る炭素化炉から排出される排ガスを処理する装置であっ
て、炭素化炉からの排ガスを導入する排ガス導入口および排
ガス流量調整弁、排ガスを燃焼させるための空気を取り
入れる空気取入口および燃焼された排ガスを排気する排
気口が設けられた燃焼室と、燃焼室内の排ガスに着火し、かつ燃焼室内を加熱するバ
ーナーと、燃焼室内の温度を測定する温度計と、温度計からの温度情報に基づいてバーナーを制御する制
御機構とを具備することを特徴とする炭素化炉用排ガス
処理装置。
【請求項２】前記空気取入口が、前記排ガス導入口よ
りも下方に設けられ、前記排気口が、前記排ガス導入口
よりも上方に設けられていることを特徴とする請求項１
記載の炭素化炉用排ガス処理装置。
【請求項３】前記バーナーが、前記排ガス導入口付近
に設けられていることを特徴とする請求項１または請求
項２記載の炭素化炉用排ガス処理装置。
【請求項４】前記温度計が、前記排気口付近に設けら
れていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一
項に記載の炭素化炉用排ガス処理装置。
【請求項５】前記燃焼室内にバッフル板が設けられて
いることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に
記載の炭素化炉用排ガス処理装置。
【請求項６】繊維状物質を不活性雰囲気中で炭素化す
る炭素化炉から排出される排ガスを燃焼室内で燃焼させ
て処理する方法であって、燃焼室内を加熱できるように設けられたバーナーによっ
て燃焼室内の燃焼温度を７５０℃以上に保ちながら、炭
素化炉から排出される排ガスを燃焼室の外部から供給さ
れる空気とともに燃焼室内において燃焼させることを特
徴とする炭素化炉からの排ガス処理方法。