[发明专利]一种碳纤维生产废气的综合处理利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维生产领域，特别涉及一种碳纤维生产废气的综合处理利用方法。

 

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，现有技术有通过净化器对废气进行净化处理，再循环使用的节能方式，但是该处理方式在净化过程中，造成大量的热损失，热量再利用效率较低；并且存在净化不完全的可能，因而可能导致产品性能下降或生产设备的损坏；废气中的有害气体未能被彻底处理，在排放过程中需要进行二次处理，增加了处理成本。

 

发明内容

本发明的发明目的，是为了克服现有技术的不足，提供一种碳纤维生产废气的综合处理利用方法。

本发明上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种碳纤维生产废气的综合处理利用方法，是将炭化阶段炉膛产生的高温废气经燃烧除去有害气体后，通过三级换热对其热量进行利用，所述的三级换热依次为：

（1）经燃烧除去有害气体后的炭化阶段炉膛产生的高温废气，与氧化阶段炉膛产生的废气进行一级换热；

（2）经过一级换热后的高温废气与炭化阶段所需的常温惰性气体进行二级换热；

（3）经过二级换热后的高温废气与氧化阶段所需的常温新鲜空气进行三级换热；

经过步骤（1）的一级换热后的氧化阶段炉膛产生的废气作为助燃气体，用于与未燃烧的炭化阶段炉膛产生的高温废气混合燃烧。

一般地，碳纤维生产过程包括氧化、炭化、表面处理几个主要步骤。而炭化阶段炉膛产生高温废气通常温度在850~1200℃左右，并且其中含有HCN、NH₃等有害气体。通过直接对其进行充分燃烧的方法，可以使这些有害气体转化为可吸收的氧化物，有利于对其的去除。同时，产生的热能也可以通过后续的热交换得到进一步的利用。

一般地，氧化阶段炉膛产生的废气的温度远较炭化阶段炉膛产生的高温废气的温度要低，通常在200~300℃，其中也含有HCN、NH₃等有害气体。需要进行燃烧处理后才能排放，而由于氧化阶炉膛产生的废气中含有较高含量的氧气，其能够作为助燃气体提高炭化阶段炉膛产生的高温废气燃烧时的热效率，应该对其加以合理的利用。然而，由于氧化阶段炉膛产生的废气温度较低，直接与炭化阶段炉膛产生的高温废气进行混合容易导致热损失，为了实现较高的热利用率，选择通过一级换热对氧化阶段炉膛产生的废气进行预热。经预热后的废气与未燃烧的炭化阶段炉膛产生的高温废气混合，再进行燃烧，可以最大程度的保证热量的利用。

发明人还发现，如果将燃烧后的废气直接用于与常温氮气进行热交换，由于二者的温差较大，虽然氮气也能得到预热，但是过程中热损失较大，因此，热量的利用率不高。氧化阶段炉膛产生的废气与燃烧后的废气的温差相对较小，因此，热交换的效率更高。

其中，所述燃烧为在850~1200℃下进行燃烧。较高的温度下进行燃烧，可以保证燃烧进行得更充分。

其中，步骤（1）中，经燃烧后的高温废气的温度≥850℃。

为了使燃烧进行得更充分，更合理的利用热能，其中，所述燃烧的时间为2~20s。燃烧时间的长短，主要影响废气中的残余氧化物的种类和含量。

其中，所述燃烧时间可选5~15s。

其中，经过一级换热后的高温废气的温度变为550~650℃，相应地，此时氧化阶段炉膛产生的废气也被预热至550~ 650℃。

炭化阶段需要高温及无氧的过程，因此需要大量的温度较高的惰性气体，利用高温废气中的热量对于常温惰性气体进行二级换热，可以实现对惰性气体的预热，降低炭化阶段的能耗，更合理利用废气中的热量。

其中，经过二级换热后的高温废气的温度变为大于等于450℃~小于550℃，相应地，此时炭化阶段所需的常温惰性气体被预热至大于等于450℃~小于550℃。

常用地，选择氮气作为炭化阶段所需的惰性气体。

氧化阶段需要加热以及新鲜空气，利用高温废气中的热量进行对常温新鲜空气进行三级换热，可以实现对新鲜空气的预热，可以降低氧化阶段的能耗，更合理利用废气中的热量。