專利名稱：石墨化碳纖維過濾介質的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種石墨化碳纖維過濾介質，所述石墨化碳纖維過濾介質具有極好的耐高溫、耐腐蝕性并具有極好的強度，為對現(xiàn)有技術中已有的耐高溫耐腐蝕過濾介質的進ー步改進。
技術背景 現(xiàn)有技術中，高溫流體中的微小固體顆粒一般采用高溫過濾介質如玻璃絲織物纏繞層和不銹鋼維纖絲層進行過濾，但當被過濾的高溫流體含有S02、HCN、HF等腐蝕性物質吋，這些過濾介質可能會被腐蝕而無法長期穩(wěn)定使用。因此，需要開發(fā)ー種可以過濾高溫腐蝕性流體中的微小固體顆粒的過濾介質。石墨化碳纖維是ー種主要是由碳元素組成的特種纖維，一般由含碳量較高、在熱處理過程中不熔融的人造化學纖維經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化處理等エ藝制成，其含碳量一般在90%以上。除了具有一般碳素材料的特性如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等以外，石墨化碳纖維還具有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物等特點，并且沿纖維軸方向還表現(xiàn)出很高的強度，即具有很好的拉伸抗張力。另外，石墨化碳纖維的比重較小，因此有很高的比強度。鑒于石墨化碳纖維優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕以及高強度的特點，設計人嘗試用石墨化碳纖維來制造過濾介質，以改進高溫腐蝕性流體的過濾效果。

實用新型內容因此，本實用新型的目的在于提供一種可以在高溫下使用并可用于可能有腐蝕性的流體的過濾介質，具體提供ー種石墨化碳纖維過濾介質。具體地，本實用新型提供ー種石墨化碳纖維過濾介質，所述石墨化碳纖維過濾介質為由石墨化碳纖維長絲織造或由石墨化碳纖維短絲搟氈形成的單層或多層過濾介質，介質總厚度為5-50mm,優(yōu)選為8-40mm,更優(yōu)選為10-30mm,介質形狀為平板狀或中空管狀,和當為中空管狀時，所述中空管的外徑為25-150mm，優(yōu)選為40_125臟，更優(yōu)選為60_100mm。按照本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質，當所述石墨化碳纖維過濾介質為多層過濾介質時，可以在所述多層的外層和/或層間設有長絲編織網(wǎng)套進行保護，以使整個過濾介質的強度更好。按照本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質，其中所述石墨化碳纖維可以為任何合適的石墨化碳纖維，例如可以選自聚丙烯腈基石墨化碳纖維、浙青基石墨化碳纖維和黏膠基石墨化碳纖維，優(yōu)選為聚丙腈基石墨化碳纖維；進一歩，當所述石墨化碳纖維為聚丙腈基石墨化碳纖維時，所述聚丙烯腈優(yōu)選為丙烯腈-甲基丙烯酸酯-衣康酸的三元共聚物，其中丙烯腈含量為93±1. 5wt%,甲基丙烯酸酯含量為6± lwt*%,和衣康酸含量為1±0. 5wt%,其中衣康酸作為共聚単體使用可以使丙烯腈聚合過程的環(huán)化活化能降低，進而使后續(xù)制造石墨化碳纖維的預氧化過程在エ藝上可控。[0009]按照本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質，其中所述石墨化碳纖維的纖維原絲直徑為5-15 iim，優(yōu)選為7-12iim，更優(yōu)選為11-12 或7. 5-9. 0 y m，纖維原絲密度為
I.60-2. 20g/cm3，優(yōu)選為I. 70-2. 00g/cm3，更優(yōu)選為I. 76-1. 85g/cm3，和纖維微晶軸向取向度為80-98%，優(yōu)選為85-97%，更優(yōu)選為90-95% ;另外，還優(yōu)選所述石墨化碳纖維纖維絲的截面為圓形。按照本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質，其中所述石墨化碳纖維的纖維絲另外經(jīng)硼酸浸潰和/或涂覆有Sic、TiC、HfC或ZnC涂層，以進ー步改進所述石墨化碳纖維的耐高溫性能。 對于本實用新型而言，由于石墨化碳纖維良好的耐高溫和抗腐蝕性，因此，所述石墨化碳纖維過濾介質可以用于含有微量腐蝕性物質的高溫流體，例如，所述石墨化碳纖維過濾介質可以在最高達2000°c的高溫下用于含有微量腐蝕性氣體的氣體；另外，由于石墨化碳纖維具有很好的拉伸強度，因此，所述石墨化碳纖維過濾介質可以在較高的反吹壓力下反復使用，例如，所述石墨化碳纖維過濾介質可以承受小于或等于l_2Mpa的壓差進行反吹濾餅的操作，據(jù)此可以明顯減小過濾器的尺寸。本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質可以由石墨化碳纖維長絲織造形成，在這種情況下，可以對已經(jīng)經(jīng)過表面處理例如已經(jīng)經(jīng)表面浸潰或涂覆有特定涂層的石墨化碳纖維長絲進行ニ維和三維纏繞且編織形成平板狀或中空管狀過濾介質，這種石墨化碳纖維過濾介質可以在高達2000°C的溫度下操作，而且可以很好地耐受氧氣氧化，但略微不利的是這種石墨化碳纖維長絲的成本較高。本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質也可以由石墨化碳纖維短絲搟氈形成，在這種情況下，可以對剪切后的特定長度如5-50_的短纖維進行梳毛、鋪網(wǎng)和搟氈形成平板狀或中空管狀過濾介質，這種石墨化碳纖維過濾介質也可以在高溫例如400-800°C下穩(wěn)定エ作，而且在這種情況下，由于所述石墨化碳纖維短絲可以由大量的石墨化碳纖維廢絲獲得，因此，成本相對而言要低得多。如上所述，本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質可以由石墨化碳纖維長絲織造或石墨化碳纖維短絲搟氈形成，即此時使用的是成品石墨化碳纖維纖維絲，石墨化碳纖維本身的制造工作已經(jīng)在上游完成，但對于本實用新型而言，也可以由非成品石墨化碳纖維原絲如長絲織造或短絲搟氈形成所述平板狀或中空管狀過濾介質，然后再對所形成的過濾介質整體進行相應的制備石墨化碳纖維的加工エ序，視情況而定，可以進行預氧化和/或碳化和/或石墨化工序，從而獲得所述石墨化碳纖維過濾介質。當然，對于石墨化碳纖維加工エ序在后的過濾介質制造過程，也是使用短絲相對而言成本較低。對于大批量制造低成本的石墨化碳纖維過濾介質而言，采用在后進行過濾介質整體石墨化碳纖維化的エ序是比較適合的。另外，無論石墨化碳纖維的加工エ序在前還是在后，對于本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質來說，都可以針對所要過濾的目標流體中固體顆粒的粒度分布來選擇性控制在長絲織造過程中或短絲搟氈過程中的致密度或壓實度，從而使所獲得的過濾介質可用于相應的目標流體。下面大致介紹ー下石墨化碳纖維的加工エ序，從最原始的石墨化碳纖維原絲開始，形成石墨化碳纖維一般經(jīng)歷如下步驟[0017]預氧化，預氧化過程實現(xiàn)纖維聚合物大分子的鏈內環(huán)化和鏈間交聯(lián)，具體地，預氧化在預氧化爐內進行，預氧化溫度為180-280°C,絲束運行速度為約2-5m/min，優(yōu)選為約3m/min，熱空氣的平均速度為2_5m/s，優(yōu)選為3m/s，和在預氧化爐內的停留時間大致為60-120 分鐘；碳化，碳化操作一般包括低溫碳化段(約300-1000°C )和高溫碳化段(約1100-1600°C )，所述兩段碳化均在碳化爐內在保護氣體如氮氣存在下進行，保護氣體如氮氣一般先要通過孔徑為I Pm左右的過濾器過濾掉焦油霧滴和毛絲(循環(huán)使用的熱保護氣也要進行過濾且要進行熱量回收)，然后以0. 07-0. 5m/s的表觀速度垂直穿過纖維絲層，碳化過程的持續(xù)時間一般為3-15分鐘；和石墨化，石墨化操作一般在石墨化爐內在保護氣體如氬氣存在下進行，石墨化溫度一般為1600-1800°C，和在石墨化爐內的停留時間一般為5-50秒。 另外，需要指出的是，對于上述預氧化、碳化和石墨化操作來說，一般在操作過程中均需要對被加工原件進行軸向牽伸，所述軸向牽伸カー般為0-3g/d，牽伸カ的作用是增大纖維微晶的軸向取向度，從而使最終的石墨化程度更完全。

圖I是實用新型的平板狀結構的石墨化碳纖維過濾介質圖；圖2是實用新型的中空管狀結構的石墨化碳纖維過濾介質圖。
具體實施方式
下面參照附圖進ー步詳細描述本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質。附圖I中所述平板狀過濾介質為單層過濾介質，所述平板的兩維尺寸為IOOOmmX 1500mm,和所述平板的厚度為5-30mm。附圖2中所述中空管狀過濾介質亦為單層過濾介質，所述中空管的長度為1500mm,所述中空管的外徑為25-150mm,和所述中空管的管壁厚度為5_30mm。本實用新型的這種石墨化碳纖維過濾介質預期可以用于氣相法三聚氰胺制備過程。當采用尿素作為原料通過流化床反應器制備三聚氰胺時，所得到的高溫產物氣體(約400-450°C )中通常含有三聚氰胺蒸氣、CO2, NH3、聚合物和微量催化劑粉末及微量腐蝕性氣體如HCN，為了獲得較高純度的三聚氰胺產品，首先要把所述高溫產物氣體冷卻到350-400°C，從而使其中的聚合物凝固為固體粉末，然后在該溫度下進行過濾以濾掉粉末狀的聚合物及所述微量催化劑，過濾后的氣體可以進一歩降溫以回收得到較高純度的三聚氰胺產品，而CO2和NH3則可以重新利用。這時雖然所述待過濾的高溫氣體中可能含有微量腐蝕性氣體如HCN，但本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質仍可長時間穩(wěn)定地操作，并且過濾效果很好。另外，本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質還預期可以用于燃煤的燃氣ー蒸汽聯(lián)合發(fā)電過程，以進ー步提高熱電轉換效率。在這種情況下，利用本實用新型的石墨化碳纖維可以除去高溫燃氣(約1300°C )中的煤灰微粒，然后所述高溫燃氣可以用于燃氣輪機發(fā)電，再用于發(fā)生蒸汽和發(fā)電，而不用擔心燃氣輪機的葉片會受到氣體中的固體微粒侵蝕。這ー操作成功的關鍵就在于本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質在高溫條件下極好的抗氧化能力。
權利要求1.ー種石墨化碳纖維過濾介質，其特征在于所述石墨化碳纖維過濾介質為由石墨化碳纖維長絲織造或由石墨化碳纖維短絲搟氈形成的單層或多層過濾介質，介質總厚度為5-50mm,介質形狀為平板狀或中空管狀，和當為中空管狀時，所述中空管的外徑為25-150mmo
2.按照權利要求I所述的石墨化碳纖維過濾介質，其特征在于當所述石墨化碳纖維過濾介質為多層過濾介質時，在所述多層過濾介質的外層和層間設有長絲編織網(wǎng)套進行保護。
3.按照權利要求I所述的石墨化碳纖維過濾介質，其特征在于所述石墨化碳纖維的纖維原絲直徑為5-15 ii m，纖維原絲密度為1. 60-2. 20g/cm3,和纖維微晶軸向取向度為80-98%。
4.按照權利要求I所述的石墨化碳纖維過濾介質，其特征在于所述石墨化碳纖維纖維絲的截面為圓形。
5.按照權利要求4所述的石墨化碳纖維過濾介質，其特征在于所述石墨化碳纖維的纖維絲進ー步經(jīng)硼酸浸潰和/或涂覆有SiC、TiC、HfC或ZnC涂層。
專利摘要本實用新型提供一種石墨化碳纖維過濾介質，所述石墨化碳纖維過濾介質為由石墨化碳纖維長絲織造或由石墨化碳纖維短絲搟氈形成的單層或多層過濾介質，介質總厚度為5-50mm，優(yōu)選為8-40mm，更優(yōu)選為10-30mm，介質形狀為平板狀或中空管狀，和當為中空管狀時，所述中空管的外徑為25-150mm，優(yōu)選為40-125mm，更優(yōu)選為60-100mm。本實用新型的石墨化碳纖維過濾介質具有極好的耐高溫、耐腐蝕性并具有極好的強度，可以對高溫腐蝕性流體進行過濾。
文檔編號B01D39/20GK202398223SQ20112029831
公開日2012年8月29日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者金涌 申請人:金涌