TW201809548A - 廢氣處理方法、廢氣處理裝置及碳纖維製造系統 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種可在處理碳纖維之製造步驟中所排出之廢氣時，抑制因廢氣處理量之增加所致的成本上升之廢氣處理方法，該廢氣處理方法係包含：第1燃燒步驟，係處理從使纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化之碳化爐中所排出之碳化步驟廢氣；以及，第2燃燒步驟，係處理從在空氣環境進行耐火焰化之耐火焰化爐中所排出之耐火焰化步驟廢氣；並且具備：空氣分離步驟，其係以空氣作為原料而獲得用以使碳化爐形成惰性氣體環境之氮、及用以在第1燃燒步驟中使碳化步驟廢氣進行燃燒處理之富氧化空氣。

Description

廢氣處理方法、廢氣處理裝置及碳纖維製造系統
本發明係關於碳纖維製造中之廢氣處理方法及廢氣處理裝置、以及碳纖維製造系統。
碳纖維因比強度、比彈性率、耐熱性、耐藥品性等優異，故使用作為各種材料之強化材。一般而言，製造碳纖維時，為獲得所希望之特性，實施由複數步驟所構成之處理。例如，使用丙烯酸纖維(acrylic fiber)作為碳纖維之前驅物時，最初，藉由在空氣環境中以200至300℃之溫度進行預備氧化而獲得耐火焰化纖維(耐火焰化步驟)。然後，藉由在惰性氣體環境下以300至2,000℃之溫度進行碳化以獲得碳纖維(碳化步驟)。進而，獲得高彈性率纖維時，在惰性氣體環境以2,000至3,000℃之溫度進行石墨化(石墨化步驟)。
此外，進行耐火焰化步驟、碳化步驟、及石墨化步驟之各步驟時，會產生廢氣。具體而言，碳化步驟及石墨化步驟係在惰性氣體環境下實施，故會產生含有 以氮等之惰性氣體作為基底氣體之屬於耐火焰化纖維的分解成分的氰化氫、氨、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油成分等之氣體。(以下，將因碳化步驟及石墨化步驟產生之廢氣定義為「碳化步驟廢氣」及「石墨化步驟廢氣」)(專利文獻3)
另一方面，由於耐火焰化步驟係在空氣中進行，故會產生含有以氧、氮、氬作為基底氣體之屬於丙烯酸纖維的分解生成物的氰化氫、氨、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油成分等之氣體。(以下，將因耐火焰化步驟產生之廢氣定義為「耐火焰化步驟廢氣」)(專利文獻2、4)
如此，因耐火焰化步驟、碳化步驟、及石墨化步驟產生發生之廢氣，包含氰化氫、氨等毒性高的氣體。因此，必須有為使因上述步驟產生之廢氣進行無害化之廢氣處理方法。
習知之廢氣處理方法已知有將耐火焰化步驟廢氣與碳化步驟廢氣吹入一座處理爐(燃燒室)，藉由空氣燃燒進行分解處理之方法(例如專利文獻1)。又，其他之處理方法已知有使耐火焰化步驟廢氣與碳化步驟廢氣分別在個別處理爐藉由空氣燃燒進行分解處理之方法(例如專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-021779號公報
[專利文獻2]日本特開2001-324119號公報
[專利文獻3]日本特開2012-067419號公報
[專利文獻4]日本特開2003-113538號公報
在耐火焰化步驟廢氣、碳化步驟廢氣及石墨化步驟廢氣中，氰化氫等之濃度相異，以及基底氣體之組成(氧之有無)相異。因此，當將耐火焰化步驟廢氣與碳化步驟廢氣及石墨化步驟廢氣以一座處理爐進行分解處理時，無法充分使氰化氫、氨等充分分解，而有伴隨分解，大量產生NOx之問題。
又，若藉由處理設備之大型化增加各步驟廢氣之處理量，則必須增加在燃燒處理時所需之空氣，故在習知技術中，必須提升處理氣體集塵機/排氣鼓風爐之能力。
又，就處理能力提升之目的而使用富氧化空氣取代空氣時，必須有氧供給源，故擔心處理用之成本增加。為了抑制成本增加，必須使廢氣處理系統整體優化。
又，將耐火焰化行程廢氣、碳化步驟廢氣及石墨化步驟廢氣分別以各別之處理爐進行分解處理時，可使氰化氫或氨等充分分解，但有燃燒時使用之燃料的量變多之問題。進一步，因處理設備增加，故有設備成本及儲存成本變高之問題。
本發明係有鑑於上述情形而創作者，其課題在於提供：一種抑制NOx之發生，且可以較少之燃料處 理耐火焰化步驟廢氣及碳化步驟廢氣之廢氣處理方法；一種可以較少之燃料處理耐火焰化步驟廢氣及碳化步驟廢氣之廢氣處理裝置；以及一種抑制因廢氣處理量增加所致之成本上昇的廢氣處理系統。
為解決上述課題，本發明提供下述之廢氣處理方法、廢氣處理裝置、及廢氣處理系統。
(1)一種廢氣處理裝置，係處理從由纖維狀物質製造碳纖維之步驟中所排出之廢氣的廢氣處理裝置，其具備：第1燃燒爐，其係對從將前述纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化處理之碳化步驟中所排出之碳化步驟廢氣進行燃燒處理；以及第2燃燒爐，其係設於該第1燃燒爐之後段，且對從將前述纖維狀物質在空氣環境進行耐火焰化處理之耐火焰化步驟中所排出之耐火焰化步驟廢氣、及從前述第1燃燒爐所排出之第1燃燒步驟廢氣進行燃燒處理；其中，前述第1燃燒爐與前述第2燃燒爐係透過縮流部而連通，在前述第1燃燒爐設有用以藉由燃料與富氧化空氣而使碳化步驟廢氣燃燒之第1燃燒器，該廢氣處理裝置更具有：空氣分離裝置，係用以獲得用以在前述碳化步驟形成惰性氣體環境之氮、及供給至前述第1燃燒器之富氧化空氣。
(2)如(1)項所述之廢氣處理裝置，其具備用 以對前述第2燃燒爐供給燃料之第2燃燒器。
(3)一種廢氣處理方法，係處理從由纖維狀物質製造碳纖維之步驟中所排出之廢氣的廢氣處理方法，其具備：第1燃燒步驟，係處理從將前述纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化處理之碳化步驟中所排出之碳化步驟廢氣；以及第2燃燒步驟，係處理從將前述纖維狀物質在空氣環境進行耐火焰化處理之耐火焰化步驟中所排出之耐火焰化步驟廢氣、及從前述第1燃燒步驟中所排出之第1燃燒步驟廢氣；其中，在前述第1燃燒步驟中，藉由燃料及富氧化空氣使前述碳化步驟廢氣以氧比0.8以下之低氧比燃燒，在前述第2燃燒步驟中，利用前述第1燃燒步驟廢氣之熱而使前述第1燃燒步驟廢氣及前述耐火焰化步驟廢氣燃燒，藉由使空氣分離而獲得用以在前述碳化步驟形成惰性氣體環境之氮、及在前述第1燃燒步驟中使用之前述富氧化空氣。
(4)如(3)項所述之廢氣處理方法，其係藉由在前述第2燃燒步驟供給燃料，以促進前述第1燃燒步驟廢氣與前述耐火焰化步驟廢氣之燃燒。
(5)一種碳纖維製造設備，係包含用以由纖維狀物質製造碳纖維之設備、及用以處理來自該設備之廢 氣的廢氣處理設備，且具備：耐火焰化爐，係用以將前述纖維狀物質在空氣環境中進行預備氧化而進行耐火焰化處理；碳化爐，係設置於該耐火焰化爐之後段，且用以將經耐火焰化處理之纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化處理；第1燃燒爐，係將從該碳化爐所排出之碳化步驟廢氣進行燃燒處理；第2燃燒爐，係透過縮流部而與該第1燃燒爐連通，且將從前述第1燃燒爐所排出之第1燃燒步驟廢氣、及從前述耐火焰化爐所排出之耐火焰化步驟廢氣進行燃燒處理；第1燃燒器，係設於前述第1燃燒爐，用以藉由燃料及富氧化空氣將前述碳化步驟廢氣進行燃燒處理；以及空氣分離裝置，係用以從空氣製造出用以在前述碳化爐形成惰性氣體環境之氮、及供給至前述第1燃燒器之前述富氧化空氣。
(6)一種碳纖維製造系統，係包含由纖維狀物質製造碳纖維之步驟、及處理來自該步驟之廢氣的步驟之碳纖維製造系統，且具備下述步驟：耐火焰化步驟，係將前述纖維狀物質在200至300℃之空氣環境進行預備氧化而進行耐火焰化處理；碳化步驟，係將經過耐火焰化步驟之前述纖維狀物質在300至2000℃之惰性氣體環境進行碳化處理； 第1燃燒步驟，係以氧比0.8以下之低氧比使富氧化空氣及燃料燃燒而處理從前述碳化步驟所排出之碳化步驟廢氣：以及第2燃燒步驟，係利用第1燃燒步驟廢氣之熱而使從前述第1燃燒步驟所排出之第1燃燒步驟廢氣、及從前述耐火焰化步驟所排出之耐火焰化步驟廢氣燃燒而進行處理；且更具有：空氣分離步驟，係以空氣作為原料而獲得用以在前述碳化步驟形成惰性氣體環境之氮、及使用在前述第1燃燒步驟之前述富氧化空氣。
藉由本發明，可提供：一種抑制NOx之發生，且可以較少之燃料處理耐火焰化步驟廢氣及碳化步驟廢氣之廢氣處理方法；及一種可以較少之燃料處理耐火焰化步驟廢氣及碳化步驟廢氣之廢氣處理裝置。又，根據本發明，藉由使用從空氣中分離用以在碳化步驟形成惰性氣體環境之氮後之富氧化空氣，作為用以將碳化步驟廢氣進行燃燒處理的氧源，從而可抑制因廢氣處理量增加所致之成本上升。
1‧‧‧耐火焰化爐
2‧‧‧碳化爐
3‧‧‧石墨化爐
10‧‧‧第1燃燒爐
11‧‧‧碳化步驟廢氣導入口
20‧‧‧第2燃燒爐
21‧‧‧耐火焰化步驟廢氣導入口
22‧‧‧排氣口
30‧‧‧第1之燃燒器
31‧‧‧第2之燃燒器
50‧‧‧縮流部
100‧‧‧空氣分離裝置
101‧‧‧助燃性氣體調整設備
第1圖係表示適用本發明之實施形態中之碳纖維製造製程的廢氣處理裝置之構成圖。
第2圖係表示適用本發明之實施形態中之碳纖維製造 製程的廢氣處理裝置之另一構成圖。
第3圖係表示適用本發明之實施形態之碳纖維製造製程的構成圖。
第4圖係表示從廢氣處理裝置所排出之廢氣中的NH3、NOx濃度與氧比之關係的圖表。
第5圖係表示藉由反應解析所得之HCN的分解行為、及NO之生成/分解行為之圖表。
第6圖係表示藉由反應解析所得之添加NO時之NO分解行為的圖表。
以下，針對本發明之一實施形態的碳纖維製造製程中之廢氣處理方法，及其所使用之廢氣處理裝置，使用圖式而詳細說明。又，在以下之說明使用之圖式，為容易理解特徵，權宜上有放大特徵之部分而表示之情形，各構成要素之尺寸比率等並非與實際相同。
<第1實施形態> (廢氣處理裝置)
首先，說明適用發明之第1實施形態的廢氣處理裝置。第1圖係包含適用本發明之第1實施形態的廢氣處理裝置之碳纖維製造設備圖。
如第1圖所示，本實施形態之廢氣處理裝置係大致上由第1燃燒爐10、碳化步驟廢氣導入口11、第1燃燒器30、縮流部50、第2燃燒爐20、耐火焰化步驟廢氣導入口 21、及排氣口22而構成。
藉由使用本實施形態之廢氣處理裝置，可實施後述之廢氣處理方法。具體而言，可在第1燃燒爐10中，處理從碳化爐2所排出之碳化步驟廢氣，並可在第2燃燒爐20中，處理從耐火焰化爐1所排出之耐火焰化步驟廢氣。
第1燃燒爐10係藉由燃燒碳化步驟廢氣，以使碳化步驟廢氣中所含之氰化氫、氨等之有害氣體燃燒分解之筒狀(例如圓筒狀)之爐。該第1燃燒爐10之材質無特別限定，但具體而言，例如可使用氧化鋁質耐火物、氧化鋁-氧化矽質耐火物等。
第1燃燒爐10係設有第1燃燒器30、第1溫度計(圖示省略)、及碳化步驟廢氣導入口11。
第1燃燒器30係以與第1燃燒爐10成為同軸上之方式設於第1燃燒爐10之端部。第1燃燒器30係藉由燃料與助燃性氣體在第1燃燒爐之內部空間形成火焰。碳化步驟廢氣導入口11係設於第1燃燒爐10之側壁而與第1燃燒器30接近。導入於第1燃燒爐10之碳化步驟廢氣係可藉由第1燃燒器30之火焰而燃燒處理。
供給至第1燃燒器30之助燃性氣體係使用在為了製造出要供給至碳化爐2之氮的空氣分離裝置100中分離氮後之富氧化空氣之一部分。
藉由調整燃料及富氧化空氣之流量，可控制後述之燃燒量及氧比。藉由控制氧比，可形成用以使碳化步驟廢氣 有效率地燃燒處理之還原性環境的火焰。
燃料係無特別限定，但以使用都市煤氣、LPG等之氣體燃料、燈油、A重油等之液體燃料等為較佳。
從分解速度提升之觀點而言，使用氧濃度高之氣體時，可在助燃性氣體調整設備101加入純氧，以進行氧濃度之調整，而供給至第1燃燒器30。
若氧濃度變成高濃度，可提升第1燃燒爐10內之溫度，並可加快分解速度。其結果，可縮短碳化步驟廢氣之燃燒爐內滯留時間，故可縮小第1燃燒爐10。
在本實施形態之廢氣處理裝置設備中係設有控制部(圖示省略)，恐控制部係依據第1燃燒爐10之爐內溫度及第2燃燒爐20之爐內溫度而控制第1燃燒器30之燃燒量。
第1圖係表示在第1燃燒爐10設有碳化步驟廢氣導入口11之情形的圖，但在第1燃燒器30亦可設有碳化步驟廢氣之供給路。藉此，第1燃燒器30係亦可於第1燃燒爐內形成還原性環境之火焰，並將碳化步驟廢氣供給至第1燃燒爐10。
第2燃燒爐20係設於第1燃燒爐10之後段。第2燃燒爐20係藉由燃燒耐火焰化步驟廢氣，以使耐火焰化步驟廢氣所含之氰化氫、氨等之有害氣體進行燃燒分解之筒狀(例如圓筒狀)的爐。該第2燃燒爐20之材質係無特別限定，但與第1燃燒爐10同樣，可使用例如氧化鋁質耐火物、氧化鋁-氧化矽質耐火物等。
第1燃燒爐10與第2燃燒爐20係經由縮流部50而連通。藉由縮流部50，可防止在第2燃燒爐20之燃燒氣體侵入於第1燃燒爐10之情形，可使第1燃燒爐10內維持於還原性環境。
經由縮流部50，向第2燃燒爐20供給在第1燃燒爐10使碳化步驟廢氣燃燒後之廢氣。(以下，將在第1燃燒爐10燃燒後之碳化步驟廢氣定義為「第1燃燒步驟廢氣」。)
在第2燃燒爐20中係可使用該第1燃燒步驟廢氣之熱，使耐火焰化步驟廢氣燃燒，並可使耐火焰化步驟廢氣所含之氰化氫等之有害氣體進行燃燒分解。
在第2燃燒爐20設有耐火焰化步驟廢氣導入口21、及排氣口22。
耐火焰化步驟廢氣導入口21係設於第2燃燒爐20之側壁之縮流部50側。從耐火焰化步驟廢氣導入口21可將耐火焰化步驟廢氣供給至第2燃燒爐。耐火焰化步驟廢氣導入口21係設成朝第2燃燒爐20之側壁之切線方向吹入耐火焰化步驟廢氣。藉此，可在第2燃燒爐20內形成由耐火焰化步驟廢氣所產生之旋轉流。成為旋轉流之耐火焰化步驟廢氣係可捲入從縮流部導入之第1燃燒步驟廢氣，使耐火焰化步驟廢氣中所含之有害氣體有效率地進行燃燒分解。
又，如第2圖所示，在第2燃燒爐20之側壁且與耐火焰化步驟廢氣導入口21相對向之位置可設有第2燃燒器 31。對第2燃燒器31供給燃料並使其燃燒，可更詳細地控制第2燃燒爐20之溫度調整。
從第2燃燒爐20之設於與縮流部50為相反側之端壁的排氣口22係可將在第2燃燒爐20內燃燒後之氣體排出於外部。
(廢氣處理方法)
其次，使用第1圖說明含有上述廢氣處理裝置之碳纖維製造系統中之本實施形態之廢氣處理方法。
本實施形態中之碳纖維製造系統中，包含：在耐火焰化爐1中，於空氣環境以200至300℃使纖維狀物質進行耐火焰化處理之耐火焰化步驟；以及，在設於耐火焰化爐1之後段的碳化爐2中，在惰性氣體環境以300至2000℃進行碳化處理之碳化步驟。
為使碳化爐2形成惰性氣體環境，係使用空氣分離裝置100從空氣中分離出氮，將該氮供給至碳化爐2。
在碳化爐2產生之碳化步驟廢氣係在第1燃燒爐10中藉由第1燃燒步驟進行處理，在耐火焰化爐1產生之耐火焰化步驟廢氣係在第2燃燒爐20中藉由第2燃燒步驟進行處理。
第1燃燒步驟係使碳化步驟廢氣以氧比為0.8以下之低氧比燃燒之步驟。具體而言，在第1燃燒步驟中，係將在碳化爐2中碳化步驟時產生之以含有高濃度之氰化氫、氨等之氮氣作為基底之廢氣(碳化步驟廢氣)，透 過碳化步驟廢氣導入口11而供給至第1燃燒爐10。設置在第1燃燒爐10之第1燃燒器30中，使燃料與助燃性氣體以1000至1600℃之溫度範圍燃燒，形成火焰。
供給至第1燃燒器30之助燃性氣體係使用在空氣分離裝置100中從原料空氣分離氮後之富氧化空氣。藉由使用該富氧化空氣與燃料在第1燃燒器30形成之火焰，在第1燃燒爐10內使碳化步驟廢氣進行燃燒處理。
此時，碳化步驟廢氣係亦可從第1燃燒器30供給至第1燃燒爐10。
第1燃燒爐10之內部溫度係以第1溫度計(圖示省略)測定，又，第2燃燒爐20之內部溫度係以第2溫度計(圖示省略)測定。依據測定之溫度，以控制部(圖示省略)控制第1燃燒器30之燃燒量，藉此調整燃燒溫度。燃燒量係可藉由調整燃料氣體及助燃性氣體之供給量來控制。
又，所謂「燃燒量」係藉由使燃料燃燒所產生之每單位時間的熱量。燃燒量愈多，每單位時間產生之熱量愈多，故燃燒爐內之溫度變高。
另外，在第1燃燒爐10處理之碳化步驟廢氣，因為是以高濃度含有氰化氫、氨等之氮基底的廢氣，故以氧比高於計量比附近之條件(較氧比0.8更高之條件)進行燃燒處理時，會生成大量之NOx。因此，在第1燃燒爐10中，係以氧比0.8以下之燃燒條件一邊形成還原性環境一邊進行處理。藉此，可一邊控制NOx之生成，一邊進行燃燒分解。因此，在本實施形態之廢氣處理方法中，對 於燃料氣體減少助燃性氣體所含之氧的比率，以將氧比控制於0.8以下。
此外，所謂「氧比」係指將供給至燃燒器的氧量除以使供給至燃燒器的燃料燃燒時所需之理論需氧量而得之值。因此，理論上，氧比1.0之狀態係指不會在過與不足下使用氧而可進行完全燃燒之狀態。
如上述，在第1燃燒爐10中，將碳化步驟廢氣所含之氰化氫、氨等之有害氣體進行燃燒分解。將因燃燒所產生之第1燃燒步驟廢氣經由縮流部50而供給至第2燃燒爐20。
第2燃燒步驟係在第2燃燒爐20中，利用第1燃燒廢氣之熱而使藉由第1燃燒步驟所排出之第1燃燒廢氣與耐火焰化步驟廢氣進行燃燒之步驟。
此外，耐火焰化步驟廢氣係含有氰化氫、氨之空氣基底的廢氣，相較於碳化步驟廢氣，排出量非常多。因此，欲以與碳化步驟廢氣相同之方式將氧比降至0.8以下而進行燃燒分解時，會需要使用大量之燃料。
又，即使在氧存在之環境中，氰化氫、氨亦可藉由在較低的溫度進行燃燒處理，而一邊抑制NOx之生成一邊進行分解。
因此，在本實施形態之廢氣處理方法係藉由使耐火焰化步驟廢氣在700至1,200℃之溫度範圍燃燒，一邊抑制NOx之生成，一邊使氰化氫、氨分解。
首先，將從第1燃燒爐10經由縮流部50 而供給之第1燃燒步驟廢氣、與從設於第2燃燒爐20之耐火焰化步驟廢氣導入口21所供給之耐火焰化步驟廢氣進行混合。進行混合之方法之一例，係將耐火焰化步驟廢氣從圓筒狀之第2燃燒爐之側壁往側壁之切線方向導入。如此所導入之耐火焰化步驟廢氣係一邊捲入第1燃燒步驟廢氣一邊形成旋轉流。藉此，可將第1燃燒步驟廢氣、與耐火焰化步驟廢氣充分混合。進一步，藉由使耐火焰化步驟廢氣成為旋轉流，亦可延長在第2燃燒爐20之滯留時間。
在第2燃燒爐20，若混合耐火焰化步驟廢氣與第1燃燒步驟廢氣，則第1燃燒步驟廢氣所含之CO及H2等之氣體與耐火焰化步驟廢氣所含之氧會燃燒，藉由因燃燒所產生之熱、及第1燃燒步驟廢氣持有之熱，可將第2燃燒爐20內之溫度提升至700℃以上。若第2燃燒爐20內之溫度變成700℃以上，則耐火焰化步驟廢氣所含之氰化氫等之有害氣體會燃燒分解。如此，在第2燃燒步驟中，可有效地利用藉由第1燃燒步驟排出之第1燃燒步驟廢氣之熱(廢氣之燃燒熱量)。
用以有效率地進行第2燃燒步驟之熱量不足時，亦可藉由在第2燃燒爐20設有例如第2燃燒器31，並對此供給燃料以提升溫度。
又，於第2燃燒爐20之內周壁設有第2燃燒器31，可使耐火焰化步驟廢氣與第1燃燒步驟廢氣之燃燒穩定地進行。對第2燃燒器31供給燃料，調整燃料之流量，藉此可控制燃燒量。又，亦可對第2燃燒器31供給燃料與助燃 性氣體而控制燃燒狀態。第2燃燒器31係亦可不常時不進行燃燒，亦可在第2燃燒爐20之內部溫度成為預定之溫度以下時進行點火。
又，第2燃燒爐20之內部溫度係藉由第2溫度計(圖示省略)測定。依據測定之溫度，藉由控制部(圖示省略)控制第1燃燒器30之氧比，藉此控制流入於第2燃燒爐20之未燃氣體量。藉此，亦可控制第2燃燒爐20之內部溫度。
繼而，使在第2燃燒爐20內之燃燒所產生之廢氣從排氣口22排出至外部，藉此結束本實施形態之廢氣處理方法。
如以上說明，含有本實施形態之廢氣處理裝置的碳纖維製造設備，係具備：耐火焰化爐1，係將纖維狀物質在空氣環境中進行耐火焰化處理；碳化爐2，係使經耐火焰化處理之纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化處理；空氣分離裝置100，係從空氣中分離出供給至碳化爐2之氮；第1燃燒爐10，係對該碳化爐2產生之碳化步驟廢氣進行處理；第1燃燒器30，係設於第1燃燒爐，且使來自空氣分離裝置100之富氧化空氣與燃料進行燃燒；第2燃燒爐20，係處理在耐火焰化爐產生之耐火焰化步驟廢氣。並在第1燃燒爐10之後段設有第2燃燒爐20，並且第1燃燒爐10與第2燃燒爐20係經由縮流部50而連通，可將在第1燃燒爐10燃燒後之第1燃燒步驟廢氣供給至第2燃燒爐20。於第2燃燒爐20設有耐火焰化步驟廢 氣導入口21，並使其向第2燃燒爐之側壁之切線方向導入耐火焰化步驟廢氣，耐火焰化步驟廢氣在第2燃燒爐20形成旋轉流，並與從縮流部50供給至第2燃燒爐20之第1燃燒步驟廢氣混合以進行燃燒。
在第2燃燒爐20中，可利用第1燃燒步驟廢氣之熱，而可有效率地使耐火焰化步驟廢氣進行燃燒處理。其結果，可減少處理碳化步驟廢氣及耐火焰化步驟廢氣時所需要之燃料之使用量。進一步，可藉由一個裝置處理碳化步驟廢氣及耐火焰化步驟廢氣，故可降低設備成本及儲存成本。
又，根據本實施形態之廢氣處理裝置1，第2燃燒爐20係經由縮流部50而與第1燃燒爐10連通，故可防止第2燃燒爐20內含有氧的氣體侵入於第1燃燒爐10之情形，可將第1燃燒爐10維持於還原性環境。
進一步，根據本實施形態之廢氣處理方法，在空氣分離裝置100製造出用以在惰性氣體環境進行碳化步驟時使用之氮氣，並將從空氣分離氮後殘留的富氧化空氣用作為在第1燃燒步驟使用之助燃性氣體，藉此可降低隨碳纖維製造系統之大型化的成本上升。
又，在第1燃燒步驟中，因為使碳化步驟廢氣以氧比為0.8以下之低氧比燃燒，故可一邊抑制NOx之生成，一邊處理碳化步驟廢氣。
又，根據本實施形態之廢氣處理方法，利用藉由處理碳化步驟廢氣之第1燃燒步驟所排出之第1燃 燒廢氣之熱，形成使第1燃燒廢氣與耐火焰化步驟廢氣燃燒之第2燃燒步驟，故可降低燃燒器之燃料之使用量。進一步，可藉由使碳化步驟廢氣與耐火焰化步驟廢氣連續之步驟進行處理，故可降低設備成本、儲存成本。
<第2實施形態>
其次，說明有關適用本發明之第2實施形態之碳纖維製造設備。第3圖係適用本發明之第2實施形態之碳纖維製造系統。在此，係以與第1實施形態相異之部分為中心進行說明。
如第3圖所示，本實施形態之碳纖維製造設備係將石墨化爐3設於碳化爐2之後段，此與第1之實施形態相異。
在石墨化爐3中，藉由將經碳化處理之纖維狀物質在惰性氣體環境以2000至3000℃進行加熱，可獲得高彈性之碳纖維。
石墨化處理係與碳化處理同樣在惰性氣體環境進行，故在石墨化爐3亦會導入以空氣分離裝置100製造之氮之一部。
石墨化步驟廢氣係以氮氣基底含有高濃度之氰化氫、氨等。因此，石墨化步驟廢氣係可與碳化步驟廢氣一起以第1燃燒爐10進行處理。石墨化步驟廢氣係可與碳化步驟廢氣混合後導入於第1燃燒爐10，或分別導入於第1燃燒爐10。第3圖係表示將石墨化步驟廢氣與碳化步驟廢氣以緩衝槽(圖示省略)等混合後，從碳化步驟及石墨化步 驟廢氣導入口11導入該等氣體的情形。
又，本發明之技術範圍係不限定於上述實施形態，在不超出本發明意旨之範圍內可施加各種變更。
例如，在上述之實施形態之廢氣處理設備中，雖然說明了使在第2燃燒爐20燃燒後之廢氣經由排氣口22而排出至外部之例，但亦可於排氣口22連接熱交換器，利用從排氣口22所排出之處理後廢氣之熱，而將導入於各燃燒爐之廢氣預熱。藉此，可將供給至各燃燒爐之燃燒器之燃燒量降低，以減少使用燃料。
<實施例1> (與直燃方式之比較)
使用第1圖所示之廢氣處理裝置、及習知技術之直燃方式之廢氣處理裝置，使用從碳化爐及石墨化爐排出之碳化步驟及石墨化步驟廢氣、以及從耐火焰化爐排出之耐火焰化步驟廢氣之模擬氣體，進行處理試驗。
表1係表示碳化步驟及石墨化步驟廢氣之模擬氣體(在此設為「模擬氣體A」)及耐火焰化步驟廢氣之模擬氣體(在此設為「模擬氣體B」)之組成與流量。在模擬氣體中使用NO來代替HCN(使用NO作為模擬氣體之合適性係後述)。本處理試驗係藉由3種條件對模擬氣體進行燃燒實驗(條件1-1、1-2、1-3)。
表2係表示第1圖之廢氣處理裝置、及作為比較例之直燃方式的廢氣處理裝置之燃燒器的燃燒條件。
又，在本實施例中，第1燃燒器30中係使用氧濃度40%之富氧化空氣作為助燃性氣體，並以氧比0.7進行燃燒。關於燃燒爐之溫度，第1燃燒爐10為1600℃、第2燃燒爐20為1000℃。
又，直燃方式之處理裝置係以1000℃進行處理。
於表3表示試驗結果。在表中，將第1圖之廢氣處理裝置之結果作為本發明1至3表示，而將直燃式之廢氣處理裝置之結果作為比較例1至3表示。
從本結果可確認到，第1圖之廢氣處理裝置中，即使在以最高濃度添加NO及NH3之條件1-1中，亦可將氨(NH3)分解至極低濃度，並可將NOx之生成抑制在約90ppm。
另一方面可確認到，直燃方式之廢氣處理裝置中，若欲使NO及NH3分解，則NOx濃度會變高。
又，可確認到，第1圖之廢氣處理裝置中，相較於直燃方式之廢氣處理裝置，可以較少之燃料處理碳化步驟、石墨化步驟、及耐火焰化步驟之廢氣。
<實施例2> (氧比之影響)
與實施例1同樣使用第1圖之廢氣處理裝置，並如表4所示，改變第1燃燒器30之氧比，確認表3之條件1-2 所示之模擬氣體A及模擬氣體B經處理後之廢氣中所含的NH3、NOx之濃度。
第4圖，係表示從廢氣處理裝置之排氣口22所排出之經處理後廢氣中之NH3、NOx之濃度及氧比之關係。
從本結果可確認到，NH3在所有的條件下為0.1ppm以下，幾乎可全部分解。
又，若使第1燃燒器30之氧比大於0.8，則NOx有急劇增加之傾向，藉由使氧比設為0.8以下，可一邊抑制NOx之生成，一邊處理模擬氣體A(碳化步驟及廢氣)。
<實施例3> (在試驗性設備之試驗)
使用第1圖之廢氣處理裝置，在試驗性設備進行廢氣處理。
表5中表示碳化處理步驟及石墨化處理步驟之廢氣之模擬氣體A及耐火焰化處理步驟廢氣之模擬氣體B之組成與流量。模擬氣體B之流量係以300、600、900Nm3/h之3種條件實施(條件3-1、3-2、3-3)。又，表6中表示上述各廢氣條件之燃燒器燃燒條件。
表7中表示從廢氣處理裝置之排氣口22所排出之經處理後的廢氣中之NH3、NOx之濃度。從本結果可確認到，第1圖之廢氣處理裝置中，可將NH3分解至極低濃度，並且可抑制伴隨燃燒之NOx之生成。
<實施例4> (有關模擬氣體之合適性驗證)
使用NO作為模擬氣體來替代HCN來。藉由以模擬所進行之反應解析而檢討於模擬氣體使用NO之合適性。
反應解析係使用CHEMKIN-PRO(Reaction Design公司製、詳細化學反應解析支援軟體)進行。將解析條件表示於表8。條件4-1係表示於還原燃燒環境下之第1燃燒爐10中添加HCN之情形，條件4-2係表示添加NO之情形。
第5圖中表示以條件4-1之反應解析所得之HCN分解行為、及NO之生成/分解行為。又，第6圖中表示以條件4-2之反應解析所得之添加NO時的NO分解行為。
從第5圖可知，其顯示出在還原燃燒環境下HCN被急劇分解，伴隨此情形，NOx係急劇生成之後而徐緩地分解。將第5圖與第6圖之NO之濃度變化進行比較，分解行為係表示同樣之傾向，藉由使用NO作為模擬氣體，可評估伴隨HCN之分解所生成之NO的分解行為。
<實施例5>
在第2圖所示之碳纖維製造設備中，係顯示了將在空氣分離裝置100從原料空氣分離出之氮導入於碳化步驟，並將從原料空氣分離氮後殘留之富氧化空氣，用作為用以使碳化步驟廢氣燃燒之助燃性氣體的情形之例。
本實施例中，係在第1燃燒器30使用都市煤氣與氧濃度40%之富氧化空氣，並以氧比0.65進行燃燒。燃燒爐之溫度中，第1燃燒爐10為1600℃，第2燃燒爐20為1000℃。
<實施例6>
在第3圖所示之碳纖維製造設備中，顯示了將在空氣分離裝置100從原料空氣分離出之氮導入於碳化步驟及石墨化步驟，並將從原料空氣分離氮後殘留之富氧化空氣，用作為用以使碳化步驟及石墨化步驟廢氣燃燒之助燃性氣體的情形之例。
[產業上之利用可能性]
本發明之廢氣處理方法及廢氣處理裝置較佳係作為用以處理含有氰化氫、氨等之廢氣之裝置及方法。
尤其是，可抑制NOx之產生，且以較少之燃料處理碳纖維製造時之耐火焰化步驟廢氣及碳化步驟廢氣，並可抑制因廢氣處理量之增加所致之成本上升。
1‧‧‧耐火焰化爐
2‧‧‧碳化爐
10‧‧‧第1燃燒爐
11‧‧‧碳化步驟廢氣導入口
20‧‧‧第2燃燒爐
21‧‧‧耐火焰化步驟廢氣導入口
22‧‧‧排氣口
30‧‧‧第1之燃燒器
50‧‧‧縮流部
100‧‧‧空氣分離裝置
101‧‧‧助燃性氣體調整設備

Claims (6)

  1. 一種廢氣處理裝置，係處理從由纖維狀物質製造碳纖維之步驟中所排出之廢氣的廢氣處理裝置，其具備：第1燃燒爐，其係對從使前述纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化處理之碳化步驟中所排出之碳化步驟廢氣進行燃燒處理；以及第2燃燒爐，其係設於該第1燃燒爐之後段，且對從使前述纖維狀物質在空氣環境進行耐火焰化處理之耐火焰化步驟中所排出之耐火焰化步驟廢氣、及從前述第1燃燒爐所排出之第1燃燒步驟廢氣進行燃燒處理；其中，前述第1燃燒爐與前述第2燃燒爐係透過縮流部而連通，在前述第1燃燒爐係設有用以藉由燃料與富氧化空氣使碳化步驟廢氣燃燒之第1燃燒器，該廢氣處理裝置更具有：空氣分離裝置，其係用以獲得用以在前述碳化步驟形成惰性氣體環境之氮、及供給至前述第1燃燒器之富氧化空氣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之廢氣處理裝置，其具備用以對前述第2燃燒爐供給燃料之第2燃燒器。
  3. 一種廢氣處理方法，係處理從由纖維狀物質製造碳纖維之步驟中所排出之廢氣的廢氣處理方法，其具備：第1燃燒步驟，係處理從將前述纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化處理之碳化步驟中所排出之碳化 步驟廢氣；以及第2燃燒步驟，係處理從將前述纖維狀物質在空氣環境進行耐火焰化處理之耐火焰化步驟中所排出之耐火焰化步驟廢氣、及從前述第1燃燒步驟所排出之第1燃燒步驟廢氣；其中，在前述第1燃燒步驟中，藉由燃料及富氧化空氣使前述碳化步驟廢氣以氧比0.8以下之低氧比燃燒，在前述第2燃燒步驟中，利用前述第1燃燒步驟廢氣之熱而使前述第1燃燒步驟廢氣及前述耐火焰化步驟廢氣燃燒；藉由使空氣分離而獲得用以在前述碳化步驟中形成惰性氣體環境之氮、及在前述第1燃燒步驟中使用之前述富氧化空氣。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之廢氣處理方法，其係藉由在前述第2燃燒步驟供給燃料，以促進前述第1燃燒步驟廢氣與前述耐火焰化步驟廢氣之燃燒。
  5. 一種碳纖維製造設備，係包含用以由纖維狀物質製造碳纖維之設備、及用以處理來自該設備之廢氣的廢氣處理設備，且具備：耐火焰化爐，係用以將前述纖維狀物質在空氣環境進行預備氧化而進行耐火焰化處理；碳化爐，係設置於該耐火焰化爐之後段，且用以將經耐火焰化處理之纖維狀物質在惰性氣體環境進行碳化處理； 第1燃燒爐，係將從該碳化爐所排出之碳化步驟廢氣進行燃燒處理；第2燃燒爐，係透過縮流部而與該第1燃燒爐連通，且將從前述第1燃燒爐所排出之第1燃燒步驟廢氣、及從前述耐火焰化爐所排出之耐火焰化步驟廢氣進行燃燒處理；第1燃燒器，係設於前述第1燃燒爐，用以藉由燃料及富氧化空氣將前述碳化步驟廢氣進行燃燒處理；以及空氣分離裝置，係用以從空氣製造出用以在前述碳化爐形成惰性氣體環境之氮、及供給至前述第1燃燒器之前述富氧化空氣。
  6. 一種碳纖維製造系統，係包含由纖維狀物質製造碳纖維之步驟、及處理來自該步驟之廢氣的步驟，且具備下述步驟：耐火焰化步驟，係將前述纖維狀物質在200至300℃之空氣環境進行預備氧化而進行耐火焰化處理；碳化步驟，係將經過耐火焰化步驟之前述纖維狀物質在300至2,000℃之惰性氣體環境進行碳化處理；第1燃燒步驟，係以氧比0.8以下之低氧比使富氧化空氣及燃料燃燒而處理從前述碳化步驟所排出之碳化步驟廢氣；以及第2燃燒步驟，係利用第1燃燒步驟廢氣之熱而使從前述第1燃燒步驟所排出之第1燃燒步驟廢氣、 及從前述耐火焰化步驟所排出之耐火焰化步驟廢氣燃燒而進行處理；且更具有：空氣分離步驟，係以空氣作為原料而獲得用以在前述碳化步驟形成惰性氣體環境之氮、及在前述第1燃燒步驟使用之前述富氧化空氣。
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