專利名稱：一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳纖維生產(chǎn)領(lǐng)域，特別涉及一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)，碳纖維以其作為纖維增強復(fù)合材料的優(yōu)異性能，廣泛地被應(yīng)用于航天航空、國防軍工、文體器材、醫(yī)用器材、新能源和土木建筑等領(lǐng)域，高性能碳纖維的需求量也快速加大。碳纖維制造過程包括預(yù)氧化、炭化、表面處理等步驟，每一步都對碳纖維的品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。碳纖維生產(chǎn)能耗高、生產(chǎn)廢氣較難處理問題一直困擾著碳纖維生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)，造成了碳纖維的生產(chǎn)成本一直居高不下。為了在碳纖維生產(chǎn)過程中節(jié)約能耗，現(xiàn)有技術(shù)有通過凈化器對廢氣進行凈化處理，再循環(huán)使用的節(jié)能方式，但是該處理方式在凈化過程中，造成大量的熱損失，熱量再利用效率較低；并且存在凈化不完全的可能，因而可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降或生產(chǎn)設(shè)備的損壞；廢氣中的有害氣體未能被徹底處理，在排放過程中需要進行二次處理，增加了處理成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的，是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法。本發(fā)明上述目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，是將炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣經(jīng)燃燒除去有害氣體后，通過三級換熱對其熱量進行利用，所述的三級換熱依次為
(1)經(jīng)燃燒除去有害氣體后的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣，與氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣進行一級換熱；
(2)經(jīng)過一級換熱后的高溫廢氣與炭化階段所需的常溫惰性氣體進行二級換熱；
(3)經(jīng)過二級換熱后的高溫廢氣與氧化階段所需的常溫新鮮空氣進行三級換熱；
經(jīng)過步驟(I)的一級換熱后的氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣作為助燃?xì)怏w，用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒。一般地，碳纖維生產(chǎn)過程包括氧化、炭化、表面處理幾個主要步驟。而炭化階段爐膛產(chǎn)生高溫廢氣通常溫度在85(Tl20(TC左右，并且其中含有HCN、NH3等有害氣體。通過直接對其進行充分燃燒的方法，可以使這些有害氣體轉(zhuǎn)化為可吸收的氧化物，有利于對其的去除。同時，產(chǎn)生的熱能也可以通過后續(xù)的熱交換得到進一步的利用。一般地，氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣的溫度遠(yuǎn)較炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣的溫度要低，通常在20(T30(TC，其中也含有HCN、NH3等有害氣體。需要進行燃燒處理后才能排放，而由于氧化階爐膛產(chǎn)生的廢氣中含有較高含量的氧氣，其能夠作為助燃?xì)怏w提高炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣燃燒時的熱效率，應(yīng)該對其加以合理的利用。然而，由于氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣溫度較低，直接與炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進行混合容易導(dǎo)致熱損失，為了實現(xiàn)較高的熱利用率，選擇通過一級換熱對氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣進行預(yù)熱。經(jīng)預(yù)熱后的廢氣與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合，再進行燃燒，可以最大程度的保證熱量的利用。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，如果將燃燒后的廢氣直接用于與常溫氮氣進行熱交換，由于二者的溫差較大，雖然氮氣也能得到預(yù)熱，但是過程中熱損失較大，因此，熱量的利用率不高。氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣與燃燒后的廢氣的溫差相對較小，因此，熱交換的效率更高。其中，所述燃燒為在85(ri20(TC下進行燃燒。較高的溫度下進行燃燒，可以保證燃燒進行得更充分。其中，步驟(I)中，經(jīng)燃燒后的高溫廢氣的溫度彡850°C。為了使燃燒進行得更充分，更合理的利用熱能，其中，所述燃燒的時間為2 20s。燃燒時間的長短，主要影響廢氣中的殘余氧化物的種類和含量。其中，所述燃燒時間可選5 15s。其中，經(jīng)過一級換熱后的高溫廢氣的溫度變?yōu)?5(T650°C，相應(yīng)地，此時氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣也被預(yù)熱至55(T 650°C。炭化階段需要高溫及無氧的過程，因此需要大量的溫度較高的惰性氣體，利用高溫廢氣中的熱量對于常溫惰性氣體進行二級換熱，可以實現(xiàn)對惰性氣體的預(yù)熱，降低炭化階段的能耗，更合理利用廢氣中的熱量。其中，經(jīng)過二級換熱后的高溫廢氣的溫度變?yōu)榇笥诘扔?50°C 小于550°C，相應(yīng)地，此時炭化階段所需的常溫惰性氣體被預(yù)熱至大于等于450°C 小于550°C。常用地，選擇氮氣作為炭化階段所需的惰性氣體。氧化階段需要加熱以及新鮮空氣，利用高溫廢氣中的熱量進行對常溫新鮮空氣進行三級換熱，可以實現(xiàn)對新鮮空氣的預(yù)熱，可以降低氧化階段的能耗，更合理利用廢氣中的熱量。其中，經(jīng)過三級換熱后的高溫廢氣的溫度變?yōu)?0(T25(TC，相應(yīng)地，此時氧化階段所需的新鮮空氣被預(yù)熱至10(T250°C。在體系的熱量得到合理的傳遞利用后，本申請還提供對生產(chǎn)過程中低溫廢氣的處理方式在步驟(3)之后將三級換熱后的高溫廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣，收集合并，并采用堿液進行噴淋吸收處理。這里所述的其它廢氣，是指除爐膛產(chǎn)生的廢氣以外的廢氣，包括但不限于爐的其它部位產(chǎn)生的廢氣，這些廢氣的溫度一般在10(T200°C之間。上述這些廢氣中，含有較大量的氧化物，采用堿液進行噴淋吸收處理，一方面可以對其進行降溫，另一方面可以對氧化物進行吸收。經(jīng)噴淋吸收處理后的廢氣溫度約為5(Tl20°C。其中，噴淋的方式可以為霧化噴淋。其中，所述堿液為摩爾濃度在0. 2^1. 5mol/L的堿液。其中，所述堿液為NaOH水溶液。經(jīng)噴淋吸收處理后的廢氣可以直接進行排放。
本發(fā)明中，所述的炭化階段所需的常溫惰性氣體及氧化階段所需的常溫新鮮空氣的量，均為正常生產(chǎn)所需要的量。本發(fā)明通過選擇最合理的熱交換方式，充分利用燃燒后高溫氣體所含的熱量對生產(chǎn)過程中所需要用的氣體進行預(yù)熱，達到高的再利用率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果
本發(fā)明所述方法可以最大程度地利用了炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣中的熱量，在極大程度上降低了整個碳纖維生產(chǎn)所需的能耗，高溫廢氣的熱量在碳纖維生產(chǎn)中的再利用率均在90%以 上，從而也極大地降低了碳纖維的生產(chǎn)成本；所述方法還可以全面解決碳纖維生產(chǎn)的各階段(包括氧化階段、炭化階段、表面處理階段)產(chǎn)生的廢氣的處理問題，燃燒的方式還能合理地將HCN、NH3等有害氣體轉(zhuǎn)化為容易處理的氧化物，經(jīng)該方法處理后的廢氣對環(huán)境影響少，是一種環(huán)保的處理利用方法。
具體實施例方式下面結(jié)合一些具體實施方式
對本發(fā)明方法做進一步描述。具體實施例為進一步詳細(xì)說明本發(fā)明，非限定本發(fā)明的保護范圍，實施例中，所涉及的溫度值為平均值。高溫廢氣的熱量再利用率按下列公式估算。假設(shè)噴淋后廢水的熱量得到100%的利用。
燃燒后 fiil 1.體崎3 A .I,淋后瘦 I的 3度.k %IA < Jirc i I ..
熱.量再Ii用季--------------------L * I mi*#
■絳后SiS V本的S瘦實施例I
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為850°C的高溫廢氣，在850°C的溫度條件下燃燒2s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> 8500C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為200°C的廢氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進行熱交換，氧化爐廢氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至550°C ；
將已預(yù)熱至550°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至550°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至450°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至450°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至450°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至100°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至IOO0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度0. 2mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至80°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為80°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為94. 1%。實施例2一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為850°C的高溫廢氣，在850°C的溫度條件下燃燒11s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度彡8500C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為200°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至550°C ；
將已預(yù)熱至550°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至550°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至450°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至450°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至450°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至150°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至150。。；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度0. 8mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至50°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為50°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為97. 6%。實施例3
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為850°C的高溫廢氣，在850°C的溫度條件下燃燒20s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> 8500C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為200°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至550°C ；
將已預(yù)熱至550°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至550°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至450°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至450°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至450°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至100°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至IOO0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度I. 5mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至50°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為50°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為97. 6%。實施例4
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為1000°c的高溫廢氣，在1000°c的溫度條件下燃燒2s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> IOOO0C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為200°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> IOOO0C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至650°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至650°C ；
將已預(yù)熱至650°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進行燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至650°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至550°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至550°C的燃燒后的廢氣 進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至250°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至250 0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度0. 2mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至120°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為120°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為91%。實施例5
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為1000°c的高溫廢氣，在1000°c的溫度條件下燃燒11s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度彡IOOO0C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為300°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> IOOO0C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至650°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至650°C ；
將已預(yù)熱至650°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進行燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至650°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至500°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至500°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至500°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至100°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至IOO0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度0. 8mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至80°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為80°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為95%。實施例6
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(I)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為1000°c的高溫廢氣，在1000°c的溫度條件下燃燒20s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> IOOO0C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為250°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至600°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至600°C ；
將已預(yù)熱至600°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進行燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至600°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至500°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至500°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至500°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至200°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至·200 0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度I. 5mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至100°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為100°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為93%。實施例7
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為1200°C的高溫廢氣，在1200°C的溫度條件下燃燒15s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度彡12000C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為200°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> 1200°C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至550°C ；
將已預(yù)熱至550°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進行燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至550°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至450°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至450°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至450°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至100°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至IOO0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度0. 2mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至80°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為80°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為95. 8%。實施例8
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(I)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為1200°C的高溫廢氣，在1200°C的溫度條件下燃燒11s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度彡12000C ；(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為200°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> 1200°C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至550°C ；
將已預(yù)熱至550°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進行燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至550°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至500°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至500°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至5 00°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至250°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至250 0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度0. 8mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至120°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為120°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為92. 5%。實施例9
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為1200°C的高溫廢氣，在1200°C的溫度條件下燃燒5s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> 12000C ；
(2)一級換熱將碳纖維生產(chǎn)中氧化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為300°C的高溫廢氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進行熱交換，氧化爐高溫廢氣被預(yù)熱至650°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至650°C ；
將已預(yù)熱至650°C的氧化爐廢氣作為助燃?xì)怏w，回用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣進行燃燒；
(3)二級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣與溫度降低至650°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至450°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至450°C ；
(4)三級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至450°C的燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至200°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)三級換熱后的溫度降低至200 0C ；
(5)廢氣的集中噴淋處理將三級換熱后的高溫廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣集中收集起來，使用摩爾濃度I. 5mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至100°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為100°C的廢氣安全排放。本實施例中，高溫廢氣的熱量再利用率為94. 2%。對比例I
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為850°C的高溫廢氣，在850°C的溫度條件下燃燒2s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> 8500C ；
(2)一級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至700°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至700°C ；
(3)廢氣的噴淋處理將一級換熱后的高溫廢氣，使用摩爾濃度0. 2mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至680°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為680°C的廢氣需要經(jīng)過進一步降溫處理，才能進行安全排放。本對比例中，高溫廢氣的熱量再利用率為23. 5%。對比例2
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為850°C的高溫廢氣，在850°C的溫度條件下燃燒2s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> 8500C ；
(2)一級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣，與燃燒后的溫度> 8500C的廢氣進行熱交換，空氣被預(yù)熱至550°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至550°C ；
(3)廢氣的噴淋處理將一級換熱后的高溫廢氣，使用摩爾濃度0.2mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至530°C
(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為530°C的廢氣需要經(jīng)過進一步降溫處理，才能進行安全排放。本對比例中，高溫廢氣的熱量再利用率為41. 2%。對比例3
一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，包括以下步驟
(1)高溫廢氣燃燒將碳纖維生產(chǎn)中炭化階段爐膛所產(chǎn)生的溫度為850°C的高溫廢氣，在850°C的溫度條件下燃燒20s，經(jīng)燃燒后的廢氣溫度> 8500C ；
(2)一級換熱將炭化階段所需的常溫氮氣，與燃燒后的溫度> 850°C的廢氣進行熱交換，氮氣被預(yù)熱至700°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)一級換熱后的溫度降低至700°C ；
(3)二級換熱將氧化階段所需的常溫新鮮空氣與溫度降低至700°C的一級換熱后的高燃燒后的廢氣進行熱交換，新鮮空氣被預(yù)熱至350°C，相應(yīng)地，燃燒后的廢氣經(jīng)二級換熱后的溫度降低至350°C ；
(5)廢氣的噴淋處理將二級換熱后的高溫廢氣，使用摩爾濃度0. 2mol/L的霧化NaOH水溶液進行噴淋吸收，經(jīng)堿液噴淋吸收后廢氣溫度降至330°C。(6)廢氣排放將噴淋吸收處理后溫度為330°C的廢氣需要經(jīng)過進一步降溫處理，才能進行安全排放。本對比例中，高溫廢氣的熱量再利用率為64. 7%。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣經(jīng)燃燒除去有害氣體后，通過三級換熱對其熱量進行利用，所述的三級換熱依次為 (1)經(jīng)燃燒除去有害氣體后的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣，與氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣進行一級換熱； (2)經(jīng)過一級換熱后的高溫廢氣與炭化階段所需的常溫惰性氣體進行二級換熱； (3)經(jīng)過二級換熱后的高溫廢氣與氧化階段所需的常溫新鮮空氣進行三級換熱； 經(jīng)過步驟(I)的一級換熱后的氧化階段爐膛產(chǎn)生的廢氣作為助燃?xì)怏w，用于與未燃燒的炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣混合燃燒。
2.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于，所述燃燒為在85(Tl20(TC下進行燃燒。
3.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于，經(jīng)燃燒后的高溫廢氣的溫度≥850°C。
4.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于所述燃燒的時間為2 20S。
5.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于所述經(jīng)過一級換熱后的高溫廢氣的溫度為55(T650°C。
6.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于所述經(jīng)過二級換熱后的高溫廢氣的溫度為大于等于450°C 小于550°C。
7.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于經(jīng)過三級換熱后的高溫廢氣的溫度為10(T250°C。
8.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于在步驟(3)之后還進一步包括收集三級換熱后的高溫廢氣、炭化階段產(chǎn)生的其它廢氣、氧化階段產(chǎn)生的其它廢氣和表面處理階段產(chǎn)生的廢氣，并用堿液進行噴淋吸收處理。
9.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于所述堿液的摩爾濃度為0. 2 I. 5mol/L。
10.如權(quán)利要求I所述碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法，其特征在于經(jīng)噴淋吸收處理后的廢氣直接進行排放。
全文摘要
本發(fā)明公開一種碳纖維生產(chǎn)廢氣的綜合處理利用方法。該方法包括將炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣經(jīng)燃燒除去有害氣體后，通過三級換熱對其熱量進行利用。所述方法可以最大程度地利用了炭化階段爐膛產(chǎn)生的高溫廢氣中的熱量，在極大程度上降低了整個碳纖維生產(chǎn)所需的能耗，高溫廢氣的熱量在碳纖維生產(chǎn)中的再利用率在90%以上，從而也極大地降低了碳纖維的生產(chǎn)成本；所述方法還可以全面解決碳纖維生產(chǎn)的氧化階段、炭化階段、表面處理階段等各階段產(chǎn)生的廢氣的處理問題，燃燒的方式還能合理地將HCN、NH3等有害氣體轉(zhuǎn)化為容易處理的氧化物，經(jīng)該方法處理后的廢氣對環(huán)境影響少，是一種環(huán)保的處理利用方法。
文檔編號F27D17/00GK102954700SQ20121040641
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者雷震, 宋威, 蔡彤旻, 黃險波, 黃有平, 辛偉, 馬雷 申請人:金發(fā)科技股份有限公司