KR102216266B1

KR102216266B1 - 배기 가스 처리 방법, 배기 가스 처리 장치 및 탄소 섬유 제조 시스템

Info

Publication number: KR102216266B1
Application number: KR1020197000879A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 야마모토; 요시유키 하기하라; 키미오 이이노; 토모노부 아베
Original assignee: 다이요 닛산 가부시키가이샤
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2021-02-16
Also published as: TW201809548A; TWI706111B; EP3460328A1; JP2018013292A; EP3460328A4; US20190284728A1; CN109477636B; KR20190016576A; JP6491147B2; EP3460328B1; WO2018016583A1; CN109477636A

Abstract

탄소 섬유의 제조 공정에 있어서 배출되는 배기 가스의 처리에 있어서, 배기 가스 처리량의 증가에 의한 비용 증가를 억제하는 것이 가능한 배기 가스 처리 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 하여, 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기 중에서 탄소화하는 탄소화로로부터 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 제1 연소 공정과, 공기 분위기 중에서 내염화하는 내염화로로부터 배출되는 내염화 공정 배기 가스를 처리하는 제2 연소 공정을 포함하는 배기 가스 처리 방법으로서, 탄소화로를 불활성 가스 분위기로 하기 위한 질소와 제1 연소 공정에 있어서 탄소화 공정 배기 가스를 연소 처리하기 위한 산소 부화 공기를, 공기를 원료로 하여 얻는 공기 분리 공정을 구비하는 배기 가스 처리 방법을 제공한다.

Description

배기 가스 처리 방법, 배기 가스 처리 장치 및 탄소 섬유 제조 시스템

본 발명은 탄소 섬유 제조에 있어서의 배기 가스 처리 방법 및 배기 가스 처리 장치, 그리고 탄소 섬유 제조 시스템에 관한 것이다.

탄소 섬유는 비강도, 비탄성률, 내열성, 내약품성 등이 우수하기 때문에, 각종 소재의 강화재로서 사용되고 있다. 일반적으로, 탄소 섬유를 제조할 때에는 원하는 특성을 얻기 위해, 복수의 공정으로 이루어지는 처리가 실시된다. 예를 들면, 탄소 섬유의 전구체로서 아크릴 섬유를 사용한 경우, 우선, 공기 분위기에서 200∼300℃의 온도에서 예비 산화함으로써 내염화 섬유를 얻는다(내염화 공정). 다음으로, 불활성 가스 분위기에서 300∼2,000℃의 온도에서 탄소화함으로써 탄소 섬유를 얻는다(탄소화 공정). 또한, 고탄성률 섬유를 얻는 경우는, 불활성 가스 분위기에서 2,000∼3,000℃의 온도에서 흑연화 한다(흑연화 공정).

그런데, 내염화 공정, 탄소화 공정 및 흑연화 공정의 각 공정을 행했을 때, 배기 가스가 발생한다. 구체적으로는, 탄소화 공정 및 흑연화 공정은 불활성 가스 분위기에서 행해지기 때문에, 질소 등의 불활성 가스를 베이스 가스로 한 내염화 섬유의 분해 성분인 시안화수소, 암모니아, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 타르 성분 등을 포함하는 가스가 발생한다(이하, 탄소화 공정 및 흑연화 공정에 의해 발생하는 배기 가스를 「탄소화 공정 배기 가스」 및 「흑연화 공정 배기 가스」로 정의한다)(특허문헌 3).

한편, 내염화 공정은 공기 중에서 행해지기 때문에, 산소, 질소, 아르곤을 베이스 가스로 한 아크릴 섬유의 분해물인 시안화수소, 암모니아, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 타르 성분 등을 포함하는 가스가 발생한다(이하, 내염화 공정에 의해 발생하는 배기 가스를 「내염화 공정 배기 가스」로 정의한다)(특허문헌 2, 4).

이와 같이, 내염화 공정, 탄소화 공정 및 흑연화 공정에 의해 발생하는 배기 가스는 시안화수소나 암모니아 등의 독성이 높은 가스를 포함한다. 이 때문에, 상기 공정에 의해 발생한 배기 가스를 무해화하기 위한 배기 가스 처리 방법이 필요하다.

종래의 배기 가스 처리 방법으로는, 하나의 처리로(연소실)에 내염화 공정 배기 가스와 탄소화 공정 배기 가스를 취입하여, 공기 연소에 의해 분해 처리하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 또한, 다른 처리 방법으로는, 내염화 공정 배기 가스와 탄소화 공정 배기 가스를 각각 다른 처리로에서 공기 연소에 의해 분해 처리하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2).

일본 공개특허공보 2011-021779호 일본 공개특허공보 2001-324119호 일본 공개특허공보 2012-067419호 일본 공개특허공보 2003-113538호

그런데, 내염화 공정 배기 가스와, 탄소화 공정 배기 가스 및 흑연화 공정 배기 가스에서는 시안화수소 등의 농도가 상이함과 함께, 베이스 가스의 조성(산소의 유무)이 상이하다. 이 때문에, 내염화 공정 배기 가스와, 탄소화 공정 배기 가스 및 흑연화 공정 배기 가스를 하나의 처리로에서 분해 처리하는 경우, 시안화수소나 암모니아 등을 충분히 분해할 수 없고, 또한, 분해에 수반하여 NO_X가 대량으로 발생된다는 문제가 있었다.

또한, 처리 설비의 대형화에 의해 각 공정의 배기 가스의 처리량이 증가하면, 연소 처리에 필요한 공기 등을 증량해야 하기 때문에, 종래 기술에서는 처리 가스 집진기·배기 송풍기의 능력 향상이 필요하다.

또한, 처리 능력 향상을 목적으로 공기 대신에 산소 부화 공기를 사용하는 경우, 산소 공급원이 필요해지므로, 처리를 위한 비용 증가가 염려된다. 비용 증가를 억제하기 위해서는, 배기 가스 처리 시스템 전체의 적정화가 필요하다.

또한, 내염화 공정 배기 가스, 탄소화 공정 배기 가스 및 흑연화 공정 배기 가스를 각각 다른 처리로에서 분해 처리하는 경우, 시안화수소나 암모니아 등을 충분히 분해할 수 있지만, 연소시 사용하는 연료의 양이 많아진다는 문제가 있었다. 또한, 처리 설비가 증가하기 때문에, 설비 비용 및 보수 비용이 높아진다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, NO_X의 발생을 억제하고, 또한 적은 연료로 내염화 공정 배기 가스 및 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 것이 가능한 배기 가스 처리 방법, 그리고 적은 연료로 내염화 공정 배기 가스 및 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 것이 가능한 배기 가스 처리 장치를 제공함과 함께, 배기 가스 처리량의 증가에 의한 비용 증가를 억제하는 배기 가스 처리 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 배기 가스 처리 방법, 배기 가스 처리 장치 및 배기 가스 처리 시스템을 제공한다.

(1) 섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 배출되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리 장치로서,

상기 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하는 탄소화 공정에서 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제1 연소로와, 당해 제1 연소로의 후단에 형성되고, 상기 섬유상 물질을 공기 분위기에서 내염화 처리하는 내염화 공정에서 배출되는 내염화 공정 배기 가스와 상기 제1 연소로로부터 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제2 연소로를 구비하며,

상기 제1 연소로와 상기 제2 연소로는 조임부를 개재하여 연통되어 있고,

상기 제1 연소로에는 연료와 산소 부화 공기로 탄소화 공정 배기 가스를 연소시키기 위한 제1 버너가 형성되며,

상기 탄소화 공정에 있어서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 버너에 공급하는 산소 부화 공기를 얻기 위한 공기 분리 장치를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.

(2) 상기 제2 연소로에 연료를 공급하기 위한 제2 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 배기 가스 처리 장치.

(3) 섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 배출되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리 방법으로서,

상기 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하는 탄소화 공정에서 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 제1 연소 공정과,

상기 섬유상 물질을 공기 분위기에서 내염화 처리하는 내염화 공정에서 배출되는 내염화 공정 배기 가스와 상기 제1 연소 공정에서 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스를 처리하는 제2 연소 공정을 구비하며,

상기 제1 연소 공정에 있어서는, 상기 탄소화 공정 배기 가스를, 연료와 산소 부화 공기에 의해 산소비 0.8 이하의 저산소비로 연소시키고,

상기 제2 연소 공정에 있어서는, 상기 제1 연소 공정 배기 가스와 상기 내염화 공정 배기 가스를 상기 제1 연소 공정 배기 가스의 열을 이용하여 연소시키며,

상기 탄소화 공정에 대해 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 연소 공정에 있어서 사용하는 상기 산소 부화 공기를, 공기를 분리함으로써 얻는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 방법.

(4) 상기 제2 연소 공정에 있어서 연료를 공급함으로써, 상기 제1 연소 공정 배기 가스와 상기 내염화 공정 배기 가스의 연소를 촉진하는 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 배기 가스 처리 방법.

(5) 섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하기 위한 설비와 당해 설비로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 처리 설비를 포함하는 탄소 섬유 제조 설비로서,

상기 섬유상 물질을 공기 분위기에 있어서 예비 산화하여 내염화 처리하기 위한 내염화로와,

당해 내염화로의 후단에 배치되고, 내염화 처리된 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하기 위한 탄소화로와,

당해 탄소화로로부터 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제1 연소로와,

당해 제1 연소로와 조임부를 개재하여 연통되고, 상기 제1 연소로로부터 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스와, 상기 내염화로로부터 배출되는 내염화 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제2 연소로와,

상기 탄소화 공정 배기 가스를 연료와 산소 부화 공기로 연소 처리하기 위해 상기 제1 연소로에 형성된 제1 버너와,

상기 탄소화로에서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 버너에 공급하는 상기 산소 부화 공기를, 공기로부터 제조하기 위한 공기 분리 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 제조 설비.

(6) 섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하는 공정과 당해 공정에서의 배기 가스를 처리하는 공정을 포함하는 탄소 섬유 제조 시스템으로서,

상기 섬유상 물질을 200∼300℃의 공기 분위기에서 예비 산화하여 내염화 처리하는 내염화 공정과,

내염화 공정을 거친 상기 섬유상 물질을 300∼2000℃의 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하는 탄소화 공정과,

상기 탄소화 공정에서 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를, 산소 부화 공기와 연료를 산소비 0.8 이하의 저산소비로 연소시켜 처리하는 제1 연소 공정과,

상기 제1 연소 공정에서 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스와 상기 내염화 공정에서 배출되는 내염화 공정 배기 가스를, 제1 연소 공정 배기 가스의 열을 이용하여 연소시켜 처리하는 제2 연소 공정을 구비하며,

상기 탄소화 공정에서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 연소 공정에서 사용하는 상기 산소 부화 공기를, 공기를 원료로 하여 얻는 공기 분리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 제조 시스템.

본 발명에 의하면, NO_X의 발생을 억제하고, 또한 적은 연료로 내염화 공정 배기 가스 및 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 것이 가능한 배기 가스 처리 방법, 그리고, 적은 연료로 내염화 공정 배기 가스 및 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 것이 가능한 배기 가스 처리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 탄소화 공정 배기 가스를 연소 처리하기 위한 산소원으로서, 탄소화 공정에 있어서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소를 공기로부터 분리한 후의 산소 부화 공기를 사용함으로써, 배기 가스 처리량의 증가에 의한 비용 증가를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 실시형태에 있어서의 탄소 섬유 제조 프로세스에서의 배기 가스 처리 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명을 적용한 실시형태에 있어서의 탄소 섬유 제조 프로세스에서의 배기 가스 처리 장치의 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명을 적용한 실시형태인 탄소 섬유 제조 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 배기 가스 처리 장치로부터 배출되는 배기 가스 중의 NH₃, NO_X 농도와 산소비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 반응 해석에 의한 HCN의 분해 거동과, NO의 생성·분해 거동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 반응 해석에 의한 NO를 첨가했을 경우의 NO 분해 거동을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태인 탄소 섬유 제조 프로세스에 있어서의 배기 가스 처리 방법에 대해서, 이에 사용하는 배기 가스 처리 장치와 함께, 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 한편, 이하의 설명에서 사용하는 도면은 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 편의상 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일한 것으로 한정되지는 않는다.

＜제1 실시형태＞

(배기 가스 처리 장치)

우선, 본 발명을 적용한 제1 실시형태인 배기 가스 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명을 적용한 제1 실시형태인 배기 가스 처리 장치를 포함하는 탄소 섬유 제조 설비의 도면이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치는 제1 연소로(10), 탄소화 공정 배기 가스 도입구(11), 제1 버너(30), 조임부(50), 제2 연소로(20), 내염화 공정 배기 가스 도입구(21)와, 배기구(22)에 의해 개략 구성되어 있다.

본 실시형태의 배기 가스 처리 장치를 이용함으로써, 후술하는 배기 가스 처리 방법을 실시할 수 있다. 구체적으로는, 제1 연소로(10)에 있어서, 탄소화로(2)로부터 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 처리하고, 제2 연소로(20)에 있어서, 내염화로(1)로부터 배출되는 내염화 공정 배기 가스를 처리할 수 있다.

제1 연소로(10)는 탄소화 공정 배기 가스를 연소함으로써, 탄소화 공정 배기 가스에 포함되는 시안화수소, 암모니아 등의 유해 가스를 연소 분해하기 위한 통 형상(예를 들면, 원통 형상)의 노이다. 이 제1 연소로(10)의 재질로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 예를 들면, 알루미나질 내화물, 알루미나-실리카질 내화물 등을 사용할 수 있다.

제1 연소로(10)에는 제1 버너(30)와, 제1 온도계(도시 생략)와, 탄소화 공정 배기 가스 도입구(11)가 형성되어 있다.

제1 버너(30)는 제1 연소로(10)와 동축상이 되도록 제1 연소로(10)의 단부에 형성되어 있다. 제1 버너(30)는 연료와 지연성 가스에 의해 제1 연소로의 내부 공간에 화염을 형성한다. 탄소화 공정 배기 가스 도입구(11)는 제1 연소로(10)의 측벽에, 제1 버너(30)와 근접하여 설치되어 있다. 제1 연소로(10)에 도입된 탄소화 공정 배기 가스는 제1 버너(30)의 화염에 의해 연소 처리할 수 있다.

제1 버너(30)에 공급되는 지연성 가스는 탄소화로(2)에 공급하는 질소를 제조하기 위한 공기 분리 장치(100)에 있어서 질소를 분리한 후인 산소 부화 공기의 일부를 사용한다.

연료 및 산소 부화 공기의 유량을 조정함으로써, 후술하는 연소량 및 산소비를 제어할 수 있다. 산소비를 제어함으로써, 탄소화 공정 배기 가스를 효율적으로 연소 처리하기 위한 환원성 분위기의 화염을 형성할 수 있다.

연료로는, 특별히 한정되지 않지만, 도시 가스, LPG 등의 기체 연료나, 등유, A 중유 등의 액체 연료 등을 사용하는 것이 바람직하다.

분해 속도 향상의 관점에서, 산소 농도가 높은 가스를 사용하고 싶은 경우는 지연성 가스 조정 설비(101)에서 순산소를 첨가함으로써 산소 농도의 조정을 행하여 제1 버너(30)에 공급해도 된다.

산소 농도가 고농도로 되면 제1 연소로(10) 내의 온도를 올릴 수 있어 분해 속도를 빠르게 할 수 있다. 그 결과, 탄소화 공정 배기 가스의 연소로 내 체류 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 제1 연소로(10)를 작게 할 수 있다.

본 실시형태의 배기 가스 처리 장치 설비에는 제1 연소로(10)의 노내 온도 및 제2 연소로(20)의 노내 온도를 기초로 제1 버너(30)의 연소량을 제어하기 위한 제어부(도시 생략)가 형성되어 있다.

도 1에는 제1 연소로(10)에 탄소화 공정 배기 가스 도입구(11)를 형성한 경우를 도시하고 있지만, 제1 버너(30)에 탄소화 공정 배기 가스의 공급로를 형성해도 된다. 이로써, 제1 버너(30)는 제1 연소로 내에 환원성 분위기의 화염을 형성하면서, 탄소화 공정 배기 가스를 제1 연소로(10)에 공급할 수도 있다.

제2 연소로(20)는 제1 연소로(10)의 후단에 형성되어 있다. 제2 연소로(20)는 내염화 공정 배기 가스를 연소함으로써, 내염화 공정 배기 가스에 포함되는 시안화수소, 암모니아 등의 유해 가스를 연소 분해하기 위한, 통 형상(예를 들면, 원통 형상)의 노이다. 이 제2 연소로(20)의 재질로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제1 연소로(10)와 동일하게, 예를 들면, 알루미나질 내화물, 알루미나-실리카질 내화물 등을 사용할 수 있다.

제1 연소로(10)와 제2 연소로(20)는 조임부(50)를 개재하여 연통되어 있다. 조임부(50)에 의해, 제2 연소로(20)에서의 연소 가스가 제1 연소로(10)에 침입하는 것을 막을 수 있어, 제1 연소로(10) 내를 환원성 분위기로 유지할 수 있다.

조임부(50)를 개재하여, 제2 연소로(20)에는 제1 연소로(10)에 있어서 탄소화 공정 배기 가스를 연소시킨 후의 배기 가스가 공급된다(이하, 제1 연소로(10)에서 연소된 후의 탄소화 공정 배기 가스를 「제1 연소 공정 배기 가스」로 정의한다).

제2 연소로(20)에서는 이 제1 연소 공정 배기 가스의 열을 사용하여 내염화 공정 배기 가스를 연소할 수 있어, 내염화 공정 배기 가스에 포함되는 시안화수소 등의 유해 가스를 연소 분해할 수 있다.

제2 연소로(20)에는 내염화 공정 배기 가스 도입구(21)와, 배기구(22)가 형성되어 있다.

내염화 공정 배기 가스 도입구(21)는 제2 연소로(20)의 측벽의 조임부(50)측에 형성되어 있다. 내염화 공정 배기 가스 도입구(21)로부터, 내염화 공정 배기 가스를 제2 연소로에 공급할 수 있다. 내염화 공정 배기 가스 도입구(21)는 제2 연소로(20)의 측벽의 접선 방향으로 내염화 공정 배기 가스를 취입할 수 있도록 형성되어 있다. 이로써, 제2 연소로(20) 내에, 내염화 공정 배기 가스에 의한 선회류를 형성할 수 있다. 선회류가 된 내염화 공정 배기 가스는 조임부로부터 도입되는 제1 연소 공정 배기 가스를 휘감아, 내염화 공정 배기 가스 중에 포함되는 유해 가스를 효율적으로 연소 분해할 수 있다.

한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제2 연소로(20)의 측벽으로서 내염화 공정 배기 가스 도입구(21)와 상대되는 위치에 제2 버너(31)를 형성해도 된다. 제2 버너(31)에 연료를 공급하여 연소시킴으로써, 제2 연소로(20)의 온도 조정을 보다 세밀하게 제어할 수 있다.

제2 연소로(20)의, 조임부(50)와는 반대측의 단벽에 형성된 배기구(22)에서는, 제2 연소로(20) 내에서 연소된 가스를 외부로 배출할 수 있다.

(배기 가스 처리 방법)

다음으로, 상술한 배기 가스 처리 장치를 포함하는 탄소 섬유 제조 시스템에 있어서의 본 실시형태의 배기 가스 처리 방법을 도 1을 이용하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 탄소 섬유 제조 시스템에서는, 내염화로(1)에 있어서 공기 분위기에서 200∼300℃로 섬유상 물질을 내염화 처리하는 내염화 공정과, 내염화로(1)의 후단에 형성된 탄소화로(2)에 있어서 불활성 가스 분위기에서 300∼2,000℃로 탄소화 처리를 하는 탄소화 공정을 포함한다.

탄소화로(2)를 불활성 가스 분위기로 하기 위해, 공기 분리 장치(100)를 이용하여 공기로부터 질소를 분리하고, 그 질소를 탄소화로(2)에 공급한다.

탄소화로(2)에 있어서 발생한 탄소화 공정 배기 가스는 제1 연소로(10)에 있어서의 제1 연소 공정에 의해 처리하고, 내염화로(1)에 있어서 발생한 내염화 공정 배기 가스는 제2 연소로(20)에 있어서의 제2 연소 공정에 의해 처리한다.

제1 연소 공정은 탄소화 공정 배기 가스를 산소비가 0.8 이하인 저산소비로 연소하는 공정이다. 구체적으로는, 제1 연소 공정에서는 탄소화로(2)에 있어서의 탄소화 공정에서 발생한 고농도의 시안화수소나 암모니아 등을 포함하는 질소 가스를 베이스로 한 배기 가스(탄소화 공정 배기 가스)를 탄소화 공정 배기 가스 도입구(11)를 개재하여 제1 연소로(10)에 공급한다. 제1 연소로(10)에 설치된 제1 버너(30)에 있어서, 연료와 지연성 가스를 1000∼1,600℃의 온도 범위에서 연소시켜 화염을 형성한다.

제1 버너(30)에 공급되는 지연성 가스는 공기 분리 장치(100)에서 원료 공기로부터 질소를 분리한 후의 산소 부화 공기를 사용한다. 이 산소 부화 공기와 연료를 사용하여 제1 버너(30)로 형성한 화염에 의해, 제1 연소로(10) 내에서 탄소화 공정 배기 가스를 연소 처리한다.

이 때, 탄소화 공정 배기 가스는 제1 버너(30)로부터 제1 연소로(10)에 공급되도록 해도 된다.

제1 연소로(10)의 내부 온도는 제1 온도계(도시 생략)에 의해 측정되고 있고, 또한, 제2 연소로(20)의 내부 온도는 제2 온도계(도시 생략)에 의해 측정되고 있다. 측정한 온도에 기초하여, 제어부(도시 생략)에서 제1 버너(30)의 연소량을 제어함으로써, 연소 온도를 조정한다. 연소량은 연료 가스 및 지연성 가스의 공급량을 조정함으로써 제어할 수 있다.

여기서, 「연소량」이란, 연료를 연소함으로써 발생한 단위 시간당 열량이다. 연소량이 많을수록, 단위 시간당 발생하는 열량이 많아지기 때문에, 연소로 내의 온도가 높아진다.

그런데, 제1 연소로(10)에서 처리하는 탄소화 공정 배기 가스는 시안화수소, 암모니아 등을 고농도로 함유하는 질소 베이스의 배기 가스이기 때문에, 양론비 부근보다 산소비가 높은 조건(산소비 0.8보다 높은 조건)으로 연소 처리하면 대량의 NO_x가 생성된다. 이 때문에, 제1 연소로(10)에서는 산소비 0.8 이하의 연소 조건으로 환원성 분위기를 형성하면서 처리를 행한다. 이로써 NO_x의 생성을 억제하면서 연소 분해하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 본 실시형태의 배기 가스 처리 방법에서는 연료 가스에 대한 지연성 가스에 포함되는 산소의 비율을 줄임으로써, 산소비를 0.8 이하로 제어하고 있다.

여기서, 「산소비」란, 버너에 공급되는 산소량을 버너에 공급되는 연료를 연소시키는데 필요한 이론 필요 산소량으로 나눈 값을 말한다. 따라서, 이론적으로는 산소비 1.0인 상태가 산소를 과부족 없이 사용하여 완전 연소하는 것이 가능한 상태라고 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 연소로(10)에서는 탄소화 공정 배기 가스에 포함되는 시안화수소, 암모니아 등의 유해 가스를 연소 분해한다. 연소에 의해 발생한 제1 연소 공정 배기 가스를 조임부(50)를 개재하여 제2 연소로(20)에 공급한다.

제2 연소 공정은 제2 연소로(20)에 있어서, 제1 연소 공정에 의해 배출된 제1 연소 배기 가스와 내염화 공정 배기 가스를 제1 연소 배기 가스의 열을 이용하여 연소하는 공정이다.

그런데, 내염화 공정 배기 가스는 시안화수소, 암모니아를 함유하는 공기 베이스의 배기 가스이며, 탄소화 공정 배기 가스와 비교하여 배출량이 매우 많다. 이 때문에, 탄소화 공정 배기 가스와 동일하게 산소비를 0.8 이하로 낮춰 연소 분해하려고 했을 경우, 대량의 연료를 사용할 필요가 발생한다.

또한, 시안화수소나 암모니아는 산소가 존재하는 분위기에 있어서도, 낮은 온도로 연소 처리함으로써, NO_x의 생성을 억제하면서 분해할 수 있다.

이에, 본 실시형태의 배기 가스 처리 방법에서는 내염화 공정 배기 가스를 700∼1,200℃의 온도 범위에서 연소시킴으로써, NO_x의 생성을 억제하면서 시안화수소, 암모니아를 분해한다.

우선, 제1 연소로(10)로부터 조임부(50)를 개재하여 공급된 제1 연소 공정 배기 가스를 제2 연소로(20)에 형성된 내염화 공정 배기 가스 도입구(21)로부터 공급되는 내염화 공정 배기 가스와 혼합한다. 혼합하는 방법의 일 예로서, 내염화 공정 배기 가스를 원통 형상인 제2 연소로의 측벽으로부터, 측벽의 접선 방향으로 도입한다.

이와 같이 도입된 내염화 공정 배기 가스는 제1 연소 공정 배기 가스를 휘감으면서 선회류를 형성한다. 이로써, 제1 연소 공정 배기 가스와, 내염화 공정 배기 가스를 충분히 혼합할 수 있다. 또한, 내염화 공정 배기 가스를 선회류로 함으로써, 제2 연소로(20)에서의 체류 시간을 연장시킬 수도 있다.

제2 연소로(20)에서 내염화 공정 배기 가스와 제1 연소 공정 배기 가스가 혼합되면, 제1 연소 공정 배기 가스에 포함되는 CO나 H₂ 등의 가스와 내염화 공정 배기 가스에 포함되는 산소가 연소되고, 연소에 의해 발생한 열과 제1 연소 공정 배기 가스가 보유하고 있던 열에 의해, 제2 연소로(20) 내의 온도를 700℃ 이상으로 올릴 수 있다. 제2 연소로(20) 내의 온도가 700℃ 이상이 되면, 내염화 공정 배기 가스에 포함되는 시안화수소 등의 유해 가스가 연소 분해된다. 이와 같이, 제2 연소 공정에서는 제1 연소 공정에 의해 배출한 제1 연소 공정 배기 가스의 열(배기 가스의 연소 열량)을 유효하게 이용할 수 있다.

제2 연소 공정을 효율적으로 행하기 위한 열량이 부족할 때에는 제2 연소로(20)에, 예를 들면 제2 버너(31)를 형성하고, 이에 연료를 공급함으로써 온도를 올릴 수도 있다.

또한, 제2 연소로(20)의 내주벽에 제2 버너(31)를 형성함으로써, 내염화 공정 배기 가스와 제1 연소 공정 배기 가스의 연소를 안정적으로 행할 수 있다. 제2 버너(31)에는 연료를 공급하고, 연료의 유량을 조정함으로써 연소량을 제어할 수 있다. 또한, 제2 버너(31)에 연료와 지연성 가스를 공급하여 연소 상태를 제어할 수도 있다. 제2 버너(31)는 상시 연소시키지 않아도 되고, 제2 연소로(20)의 내부 온도가 소정의 온도 이하가 되었을 경우에 점화되도록 해도 된다.

한편, 제2 연소로(20)의 내부 온도는 제2 온도계(도시 생략)에 의해 측정되고 있다. 측정한 온도에 기초하여, 제어부(도시 생략)에 의해 제1 버너(30)의 산소비를 제어함으로써, 제2 연소로(20)로 유입되는 미연 가스량을 제어한다. 이로써, 제2 연소로(20)의 내부 온도를 제어할 수도 있다.

그리고, 제2 연소로(20) 내에서의 연소에 의해 발생한 배기 가스를 배기구(22)로부터 외부에 배출함으로써, 본 실시형태의 배기 가스 처리 방법이 완료된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치를 포함하는 탄소 섬유 제조 설비는 섬유상 물질을 공기 분위기에서 내염화 처리하는 내염화로(1)와, 내염화 처리한 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하는 탄소화로(2)와, 탄소화로(2)에 공급하는 질소를 공기로부터 분리하는 공기 분리 장치(100)와, 탄소화로(2)에서 발생한 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 제1 연소로(10)와, 제1 연소로에 형성되어 공기 분리 장치(100)로부터의 산소 부화 공기와 연료를 연소시키는 제1 버너(30)와, 내염화로에서 발생한 내염화 공정 배기 가스를 처리하는 제2 연소로(20)를 구비하며, 제1 연소로(10)의 후단에 제2 연소로(20)가 형성되어 있으면서, 제1 연소로(10)와 제2 연소로(20)가 조임부(50)를 개재하여 연통되어 있고, 제1 연소로(10)에서 연소된 후의 제1 연소 공정 배기 가스를 제2 연소로(20)에 공급할 수 있다. 제2 연소로(20)에는 내염화 공정 배기 가스 도입구(21)가 제2 연소로의 측벽의 접선 방향으로 내염화 공정 배기 가스를 도입하도록 형성되어 있으며, 내염화 공정 배기 가스는 제2 연소로(20)에 있어서 선회류를 형성하고, 조임부(50)로부터 제2 연소로(20)에 공급되는 제1 연소 공정 배기 가스와 혼합됨으로써 연소된다.

제2 연소로(20)에서는 제1 연소 공정 배기 가스의 열을 이용할 수 있어, 내염화 공정 배기 가스를 효율적으로 연소 처리할 수 있다. 그 결과, 탄소화 공정 배기 가스 및 내염화 공정 배기 가스를 처리하기 위해 필요로 하는 연료의 사용량을 저감할 수 있다. 추가로, 탄소화 공정 배기 가스 및 내염화 공정 배기 가스를 하나의 장치에 의해 처리할 수 있기 때문에, 설비 비용 및 보수 비용을 저감할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 처리 장치(1)에 의하면, 제2 연소로(20)가 조임부(50)를 개재하여 제1 연소로(10)와 연통되어 있기 때문에, 제2 연소로(20) 내의 산소를 포함하는 가스가 제1 연소로(10)에 침입하는 것을 막을 수 있어, 제1 연소로(10)를 환원성 분위기로 유지할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태의 배기 가스 처리 방법에 의하면, 불활성 가스 분위기에 있어서 탄소화 공정을 행하기 위해 사용하는 질소 가스를 공기 분리 장치(100)에서 제조하여, 공기로부터 질소를 분리한 나머지 산소 부화 공기를 제1 연소 공정에서 사용하는 지연성 가스로서 사용함으로써, 탄소 섬유 제조 시스템의 대형화에 수반하는 비용 증가를 저감할 수 있다.

또한, 제1 연소 공정에 있어서, 탄소화 공정 배기 가스를 산소비가 0.8 이하인 저산소비로 연소하기 때문에, NO_x의 생성을 억제하면서 탄소화 공정 배기 가스를 처리할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 처리 방법에 의하면, 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 제1 연소 공정에 의해 배출된 제1 연소 배기 가스의 열을 이용하여, 제1 연소 배기 가스와 내염화 공정 배기 가스를 연소시키는 제2 연소 공정으로 하기 때문에, 버너의 연료 사용량을 저감할 수 있다. 추가로, 탄소화 공정 배기 가스와 내염화 공정 배기 가스를 연속되는 공정에 의해 처리할 수 있기 때문에, 설비 비용이나 보수 비용을 저감할 수 있다.

＜제2 실시형태＞

다음으로, 본 발명을 적용한 제2 실시형태인 탄소 섬유 제조 설비에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명을 적용한 제2 실시형태인 탄소 섬유 제조 시스템이다. 여기서는, 제1 실시형태와 다른 부분을 중심으로 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 탄소 섬유 제조 설비는 흑연화로(3)가 탄소화로(2)의 후단에 형성되어 있는 점이 제1 실시형태와 상이하다.

흑연화로(3)에 있어서는, 탄소화 처리한 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 2,000∼3,000℃로 가열함으로써, 고탄성 탄소 섬유를 얻을 수 있다.

흑연화 처리는 탄소화 처리와 동일하게 불활성 가스 분위기에서 행하기 때문에, 흑연화로(3)에도 공기 분리 장치(100)에서 제조한 질소의 일부를 도입한다.

흑연화 공정 배기 가스는 질소 가스 베이스로 고농도의 시안화수소, 암모니아 등을 포함하고 있다. 이에, 흑연화 공정 배기 가스는 탄소화 공정 배기 가스와 함께 제1 연소로(10)에서 처리할 수 있다. 흑연화 공정 배기 가스는 탄소화 공정 배기 가스와 혼합한 후 제1 연소로(10)에 도입해도 되고, 혹은 별도로 도입해도 된다. 도 3에는 흑연화 공정 배기 가스와 탄소화 공정 배기 가스를 버퍼 탱크(도시 생략) 등에서 혼합한 후, 흑연화 공정 배기 가스 도입구(11)로부터, 이들 가스를 도입하는 경우를 나타내고 있다.

한편, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들면, 상술한 실시형태의 배기 가스 처리 설비에서는 제2 연소로(20)에서 연소된 배기 가스를 배기구(22)를 개재하여 외부에 배출하는 예를 설명했지만, 배기구(22)에 열교환기를 접속하고, 배기구(22)로부터 배출되는 처리 후 배기 가스의 열을 이용하여, 각 연소로에 도입되는 배기 가스를 예열해도 된다. 이로써, 각 연소로에 공급하고 있는 버너의 연소량을 낮추는 것이 가능해져, 사용 연료를 감소시킬 수 있다.

＜실시예 1＞

(직연 방식과의 비교)

도 1에 나타내는 배기 가스 처리 장치 및 종래 기술인 직연 방식의 배기 가스 처리 장치를 이용하여, 탄소화로 및 흑연화로로부터 배출되는 탄소화 공정 및 흑연화 공정 배기 가스, 그리고 내염화로로부터 배출되는 내염화 공정 배기 가스의 모의 가스를 사용하여 처리 시험을 행했다.

표 1에 탄소화 공정 및 흑연화 공정 배기 가스의 모의 가스(여기서는, 「모의 가스 A」라고 한다)와 내염화 공정 배기 가스의 모의 가스(여기서는, 「모의 가스 B」라고 한다)의 조성과 유량을 나타낸다. 모의 가스에는 HCN의 대체로서 NO를 사용한다(NO를 모의 가스로서 사용하는 것의 타당성에 대해서는 후술한다). 본 처리 시험에서는 모의 가스에 대해 3가지 조건에 의해 연소 실험을 행했다(조건 1-1, 1-2, 1-3).

표 2에 도 1의 배기 가스 처리 장치와, 비교예로서 직연 방식의 배기 가스 처리 장치의 버너의 연소 조건을 나타낸다.

한편, 본 실시예에서는, 제1 버너(30)에서는 지연성 가스로서 산소 농도 40％인 산소 부화 공기를 사용하여 산소비 0.7로 연소시켰다. 연소로의 온도는 제1 연소로(10)가 1,600℃, 제2 연소로(20)가 1,000℃였다.

또한, 직연 방식의 처리 장치에서는 1000℃로 처리를 행했다.

표 3에 시험 결과를 나타낸다. 표에서는, 도 1의 배기 가스 처리 장치의 결과를 본 발명 1∼3으로서, 직연식 배기 가스 처리 장치의 결과를 비교예 1∼3으로서 나타낸다.

본 결과로부터, 도 1의 배기 가스 처리 장치에서는 NO와 NH₃를 가장 고농도로 첨가한 조건 1-1에 있어서도, 암모니아(NH₃)를 극저농도까지 분해할 수 있어 NO_x의 생성을 90ppm 정도로 억제할 수 있음을 확인했다.

한편, 직연 방식의 배기 가스 처리 장치에서는 NO와 NH₃를 분해하려고 하면, NO_x 농도가 높아짐을 확인했다.

또한, 도 1의 배기 가스 처리 장치에서는, 직연 방식의 배기 가스 처리 장치에 비해 적은 연료로 탄소화 공정, 흑연화 공정 및 내염화 공정의 배기 가스를 처리할 수 있음을 확인했다.

＜실시예 2＞

(산소비의 영향)

실시예 1과 동일하게 도 1의 배기 가스 처리 장치를 이용하여, 표 4에 나타내는 바와 같이 제1 버너(30)의 산소비를 변경하고, 표 3의 조건 1-2에 나타내는 모의 가스 A 및 모의 가스 B를 처리한 후의 배기 가스에 포함되는 NH₃, NO_x의 농도를 확인했다.

도 4에, 배기 가스 처리 장치의 배기구(22)로부터 배출된 처리 후 배기 가스 중의 NH₃, NO_x의 농도와 산소비의 관계를 나타낸다.

본 결과로부터, NH₃는 모든 조건에서 0.1ppm 이하이며, 거의 전부 분해할 수 있음을 확인했다.

또한, 제1 버너(30)의 산소비를 0.8보다 크게 하면, NO_x가 급격히 증가하는 경향이 있어, 산소비를 0.8 이하로 함으로써, NO_x의 생성을 억제하면서, 모의 가스 A(탄소화 공정 및 배기 가스)를 처리할 수 있음을 확인했다.

＜실시예 3＞

(파일럿 설비에서의 시험)

도 1의 배기 가스 처리 장치를 이용하여, 파일럿 설비에서 배기 가스 처리를 행했다.

표 5에 탄소화 처리 공정 및 흑연화 처리 공정 배기 가스의 모의 가스 A 및 내염화 처리 공정 배기 가스의 모의 가스 B의 조성과 유량을 나타낸다. 모의 가스 B의 유량은 300, 600, 900N㎥/h의 3가지 조건으로 실시했다(조건 3-1, 3-2, 3-3). 또한, 표 6에 상기 각 배기 가스 조건에 있어서의 버너 연소 조건을 나타낸다.

표 7에, 배기 가스 처리 장치의 배기구(22)로부터 배출된, 처리 후의 배기 가스 중의 NH₃, NO_x의 농도를 나타낸다. 본 결과로부터, 도 1의 배기 가스 처리 장치에서는 NH₃를 극저농도까지 분해할 수 있고, 또한, 연소에 수반하는 NO_x의 생성을 억제할 수 있음을 확인했다.

＜실시예 4＞

(모의 가스의 타당성 검증에 대해서)

HCN을 대체하는 모의 가스로서 NO를 사용했다. 모의 가스에 NO를 사용하는 것의 타당성을 시뮬레이션에 의한 반응 해석에 의해 검토했다.

반응 해석은 CHEMKIN-PRO(Reaction Design사 제조, 상세 화학 반응 해석 지원 소프트웨어)를 이용하여 행했다. 해석 조건을 표 8에 나타낸다. 조건 4-1은 환원 연소 분위기 하의 제1 연소로(10)에 HCN을 첨가했을 경우를 나타내고, 조건 4-2는 NO를 첨가했을 경우를 나타낸다.

도 5에, 조건 4-1의 반응 해석에 의한 HCN의 분해 거동과, NO의 생성·분해 거동을 나타낸다. 또한, 도 6에, 조건 4-2의 반응 해석에 의한 NO를 첨가했을 경우의 NO 분해 거동을 나타낸다.

도 5로부터, 환원 연소 분위기 하에 있어서 HCN은 급격히 분해되고, 이에 따라 NO_X가 급격히 생성된 후, 서서히 분해되는 것을 나타내고 있음을 알 수 있다. 도 5와 도 6의 NO의 농도 변화를 비교하면, 분해 거동은 동일한 경향을 나타내고 있으며, NO를 모의 가스로서 사용함으로써, HCN의 분해에 수반하여 생성되는 NO의 분해 거동을 평가할 수 있다.

＜실시예 5＞

도 2에 나타내는 탄소 섬유 제조 설비에 있어서, 공기 분리 장치(100)에서 원료 공기로부터 분리한 질소를 탄소화 공정에 도입하고, 원료 공기로부터 질소를 분리한 나머지 산소 부화 공기를 탄소화 공정 배기 가스를 연소시키기 위한 지연성 가스로서 사용하는 경우의 예를 나타낸다.

본 실시예에서는, 제1 버너(30)에서는 도시 가스와 산소 농도 40％인 산소 부화 공기를 사용하여 산소비 0.65로 연소시켰다. 연소로의 온도는 제1 연소로(10)가 1600℃, 제2 연소로(20)가 1000℃였다.

＜실시예 6＞

도 3에 나타내는 탄소 섬유 제조 설비에 있어서, 공기 분리 장치(100)에서 공기로부터 분리한 질소를 탄소화 공정 및 흑연화 공정에 도입하고, 원료 공기로부터 질소를 분리한 나머지 산소 부화 공기를 탄소화 공정 및 흑연화 공정 배기 가스를 연소시키기 위한 지연성 가스로서 사용하는 경우의 예를 나타낸다.

본 발명의 배기 가스 처리 방법 및 배기 가스 처리 장치는 시안화수소, 암모니아 등을 포함하는 배기 가스를 처리하기 위한 장치 및 방법으로서 바람직하다.

특히, NO_X의 발생을 억제하고, 또한 적은 연료로 탄소 섬유 제조에 있어서의 내염화 공정 배기 가스 및 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 것이 가능하고, 배기 가스 처리량의 증가에 의한 비용 증가를 억제할 수 있다.

1 내염화로
2 탄소화로
3 흑연화로
10 제1 연소로
11 탄소화 공정 배기 가스 도입구
20 제2 연소로
21 내염화 공정 배기 가스 도입구
22 배기구
30 제1 버너
31 제2 버너
50 조임부
100 공기 분리 장치
101 지연성 가스 조정 설비

Claims

섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 배출되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리 장치로서,
상기 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하는 탄소화 공정에서 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제1 연소로와,
당해 제1 연소로의 후단에 형성되고, 상기 섬유상 물질을 공기 분위기에서 내염화 처리하는 내염화 공정에서 배출되는 내염화 공정 배기 가스와 상기 제1 연소로로부터 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제2 연소로를 구비하며,
상기 제1 연소로와 상기 제2 연소로는 조임부를 개재하여 연통되어 있고,
상기 제1 연소로에는 연료와 산소 부화 공기에 의해 탄소화 공정 배기 가스를 연소시키기 위한 제1 버너가 형성되며,
상기 탄소화 공정에 있어서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 버너에 공급하는 산소 부화 공기를 얻기 위한 공기 분리 장치를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 연소로에 연료를 공급하기 위한 제2 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.
섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하는 공정에서 배출되는 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리 방법으로서,
상기 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하는 탄소화 공정에서 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 처리하는 제1 연소 공정과,
상기 섬유상 물질을 공기 분위기에서 내염화 처리하는 내염화 공정에서 배출되는 내염화 공정 배기 가스와 상기 제1 연소 공정에서 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스를 처리하는 제2 연소 공정을 구비하며,
상기 제1 연소 공정에 있어서는, 상기 탄소화 공정 배기 가스를, 연료와 산소 부화 공기에 의해 산소비 0.8 이하의 저산소비로 연소시키고,
상기 제2 연소 공정에 있어서는, 상기 제1 연소 공정 배기 가스와 상기 내염화 공정 배기 가스를 상기 제1 연소 공정 배기 가스의 열을 이용하여 연소시키며,
상기 탄소화 공정에 있어서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 연소 공정에 있어서 사용하는 상기 산소 부화 공기를, 공기를 분리함으로써 얻는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 연소 공정에 있어서 연료를 공급함으로써, 상기 제1 연소 공정 배기 가스와 상기 내염화 공정 배기 가스의 연소를 촉진하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 방법.
섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하기 위한 설비와 당해 설비로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 처리 설비를 포함하는 탄소 섬유 제조 설비로서,
상기 섬유상 물질을 공기 분위기에 있어서 예비 산화하여 내염화 처리하기 위한 내염화로와,
당해 내염화로의 후단에 배치되고, 내염화 처리된 섬유상 물질을 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하기 위한 탄소화로와,
당해 탄소화로로부터 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제1 연소로와,
당해 제1 연소로와 조임부를 개재하여 연통되고, 상기 제1 연소로로부터 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스와, 상기 내염화로로부터 배출되는 내염화 공정 배기 가스를 연소 처리하는 제2 연소로와,
상기 탄소화 공정 배기 가스를 연료와 산소 부화 공기로 연소 처리하기 위해 상기 제1 연소로에 형성된 제1 버너와,
상기 탄소화로에서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 버너에 공급하는 상기 산소 부화 공기를, 공기로부터 제조하기 위한 공기 분리 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 제조 설비.
섬유상 물질로부터 탄소 섬유를 제조하는 공정과, 당해 공정에서의 배기 가스를 처리하는 공정을 포함하는 탄소 섬유 제조 방법으로서,
상기 섬유상 물질을 200∼300℃의 공기 분위기에서 예비 산화하여 내염화 처리하는 내염화 공정과,
내염화 공정을 거친 상기 섬유상 물질을 300∼2,000℃의 불활성 가스 분위기에서 탄소화 처리하는 탄소화 공정과,
상기 탄소화 공정에서 배출되는 탄소화 공정 배기 가스를, 산소 부화 공기와 연료를 산소비 0.8 이하의 저산소비로 연소시켜 처리하는 제1 연소 공정과,
상기 제1 연소 공정에서 배출되는 제1 연소 공정 배기 가스와 상기 내염화 공정에서 배출되는 내염화 공정 배기 가스를, 제1 연소 공정 배기 가스의 열을 이용하여 연소시켜 처리하는 제2 연소 공정을 구비하며,
상기 탄소화 공정에서 불활성 가스 분위기를 형성하기 위한 질소와 상기 제1 연소 공정에서 사용하는 상기 산소 부화 공기를, 공기를 원료로 하여 얻는 공기 분리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 제조 방법.