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1、(10)申请公布号 CN 103575118 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103575118 A (21)申请号 201310476624.6 (22)申请日 2013.10.14 F27D 17/00(2006.01) F25J 3/02(2006.01) (71)申请人 广州金发碳纤维新材料发展有限公 司 地址 510555 广东省广州市中新广州知识城 九佛建设新街 18 号自编 210 室 申请人 金发科技股份有限公司 (72)发明人 黄有平 黄险波 陈大华 陈涛 梁杰栋 张凡 宋威 (74)专利代理机构 广州致信伟盛知识产权代理 有限公司 44253 代理人 伍。
2、嘉陵 (54) 发明名称 一种碳化处理装置 (57) 摘要 本发明公开了一种碳化处理装置， 包括第一 供氮回路， 还包括第一排出废气通道 ； 还包括第 二供氮回路， 所述第二供氮回路包括液氮罐， 以及 通过管道连接所述析氰精馏塔， 再输送至碳化炉 通过所述第一排出废气通道排出的回路 ； 还包括 第三供氮回路， 所述第三供氮回路包括液氮罐， 以 及通过管道连接所述析氨精馏塔， 再输送至碳化 炉通过所述第一排出废气通道排出的回路 ； 本发 明的装置能够利用液氮气化时所提供的冷量将碳 化炉碳化过程中产生的废气中的焦油、 CO、 HCN 和 NH3有毒有害物质冷凝析出， 转化为达到排放标准 后的无毒无。
3、害的气体排入大气中 ； 既充分利用了 液氮罐通过三个供氮回路液氮产生的冷量， 又能 全面处理碳化过程中产生的废气， 对环境影响小， 节能环保。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103575118 A CN 103575118 A 1/2 页 2 1. 一种碳化处理装置， 包括第一供氮回路， 所述第一供氮回路包括液氮罐 （1） ， 以及通 过管道连接用于将液氮气化成氮气的气化器 （9） ， 在所述气化器 （9） 内气化的氮气通过管 。
4、道输送至碳化炉 （5） 再排出的回路 ； 其特征在于 ： 还包括第一排出废气通道， 所述第一排出 废气通道包括通过管道连接有燃烧器 （6） 、 过滤器 （7） 和引风机 （8） ， 以及通过管道串联连 接有用于析出 HCN 的析氰精馏塔 （2） 和 / 或用于析出 NH3的析氨精馏塔 （3） ， 所述析氰精馏 塔 （2） 和 / 或所述析氨精馏塔 （3） 设有排气出口 ； 还包括第二供氮回路， 所述第二供氮回路 包括液氮罐 （1） ， 以及通过管道连接所述析氰精馏塔 （2） ， 在所述析氰精馏塔 （2） 内气化的 氮气输送至碳化炉 （5） 通过所述第一排出废气通道排出的回路 ； 还包括第三供氮。
5、回路， 所 述第三供氮回路包括液氮罐 （1） ， 以及通过管道连接所述析氨精馏塔 （3） ， 在所述析氨精馏 塔 （3） 内气化的氮气输送至碳化炉 （5） 通过所述第一排出废气通道排出的回路。 2. 根据权利要求 1 所述的碳化处理装置， 其特征在于， 所述析氰精馏塔 （2） 的排气出口 设在塔顶部， 且通过管道与所述析氨精馏塔 （3） 相连通 ； 所述析氨精馏塔 （3） 的排气出口设 在塔顶部， 且通过管道与烟囱 （4） 相连通。 3.根据权利要求1或2所述的碳化处理装置， 其特征在于， 所述第一供氮回路包括液氮 罐 （1） ， 与设置在液氮罐 （1） 底部的带第一阀门 （11） 的第一液氮。
6、管道 （101） 相连通， 第一液 氮管道 （101） 与设置有第二阀门 （12） 的第二液氮管道 （102） 相连通， 第二液氮管道 （102） 与 气化器 （9） 底部相连通， 气化器 （9） 底部与设置有第三阀门 （13） 的第一氮气管道 （103） 相 连通， 第一氮气管道 （103） 与第二氮气管道 （113） 相连通， 第二氮气管道 （113） 与所述碳化 炉 （5） 相连通。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的碳化处理装置， 其特征在于， 所述第二供氮回路包括液 氮罐 （1） ， 与设置在液氮罐 （1） 底部的带第一阀门 （11） 的第一液氮管道 （101） 相连通， 第一 。
7、液氮管道 （101） 与第三液氮管道 （104） 相连通， 第三液氮管道 （104） 与设置有第四阀门 （14） 的第四液氮管道 （105） 相连通， 第四液氮管道 （105） 与析氰精馏塔 （2） 相连通， 析氰精馏塔 （2） 与带有第五阀门 （15） 的第三氮气管道 （106） 相连通， 第三氮气管道 （106） 与第二氮气 管道 （113） 相连通， 第二氮气管道 （113） 与所述碳化炉 （5） 相连通。 5. 根据权利要求 1 或 2 所述的碳化处理装置， 其特征在于， 所述第三供氮回路包括液 氮罐 （1） ， 与设置在液氮罐 （1） 底部的带第一阀门 （11） 的第一液氮管道 （1。
8、01） ， 第一液氮管 道 （101） 与第三液氮管道 （104） 相连通， 第三液氮管道 （104） 与设置有第六阀门 （16） 的第 四液氮管道 （107） 相连通， 第四液氮管道 （107） 与析氨精馏塔 （3） 相连通， 析氨精馏塔 （3） 与带有第七阀门 （17） 的第四氮气管道 （108） 相连通 ； 第四氮气管道 （108） 与第二氮气管道 （113） 相连通， 第二氮气管道 （113） 与所述碳化炉 （5） 相连通。 6. 根据权利要求 1 或 2 所述的碳化处理装置， 其特征在于， 所述第一排出废气通道包 括通过第一废气管道 （109） 与燃烧器 （6） 、 过滤器 （7） 。
9、、 引风机 （8） 相连通， 引风机 （8） 端部 通过第二废气管道 （110） 与析氰精馏塔 （2） 相连通， 析氰精馏塔 （2） 塔顶部通过第三废气管 道 （111） 与析氨精馏塔 （3） 相连通， 析氨精馏塔 （3） 塔顶部通过第四废气管道 （112） 与烟囱 （4） 底部相连通。 7.根据权利要求6所述的碳化处理装置， 其特征在于 ： 所述第二废气管道 （110） 与析氰 精馏塔 （2） 塔底部的三分之一位置处相连通， 析氰精馏塔 （2） 塔顶部与第三废气管道 （111） 相连通。 权 利 要 求 书 CN 103575118 A 2 2/2 页 3 8. 根据权利要求 6 所述的碳纤。
10、维生产的液氮应用及废气综合净化处理利用装置， 其特 征在于 ： 所述第三废气管道 （111） 与析氨精馏塔 （3） 塔底部的三分之一位置处相连通， 析氨 精馏塔 （3） 塔顶部通过第四废气管道 （112） 与烟囱 （4） 相连通。 9.根据权利要求1所述的碳化处理装置， 其特征在于 ： 所述析氰精馏塔 （2） 塔底部设置 有带第八阀门 （18） 的液态 HCN 管道， 液态 HCN 管道与贮存容器 （10） 相连通。 10. 根据权利要求 1 所述的碳化处理装置， 其特征在于 ： 所述析氨精馏塔 （3） 塔底部设 置有带第九阀门 （19） 的液态 NH3管道， 液态 NH3管道与贮存容器 （1。
11、1） 相连通。 权 利 要 求 书 CN 103575118 A 3 1/4 页 4 一种碳化处理装置 技术领域 0001 本发明涉及一种废气处理装置， 特别是涉及一种用于碳纤维的碳化工序中的碳 化处理装置。 背景技术 0002 在碳纤维生产过程中碳化工序是重要的生产工序， 碳化工序通过碳化炉进行， 温 度控制在4001500之间。 发生碳化时， 预氧丝在惰性气体的保护下在炉内发生裂解， 产生 HCN、 NH3、 CnHn、 CO、 焦油等有毒有害物质。目前， 在碳纤维生产行业中， 对碳化时产生的废气 主要采用直燃法、 化学吸收法等方式进行处理， 以达到排放要求。 0003 直燃法的优点是 H。
12、CN、 NH3、 焦油等可以同时进行处理， 且燃烧后有毒有害物质分解 较完全， 并生成 CO2、 N2、 H2O 等无毒气体等。其缺点的燃烧温度要求较高， 燃烧温度在 800 以上时 HCN、 NH3才能完全分解， 因此燃耗高， 处理成本高。另外一个缺点是废气中的主要成 分是保护性气体 N2， 含量达到 70% 以上， N2在高温下极可能生产 NxOx。一旦 NxOx 含量超过 排放标准， 则必须进行脱硝处理。 0004 在中国专利CN 102921285 A中提供了一种化学吸收法处理碳纤维废气的方法， 此 方法对废气中的 HCN、 NH3等提出了吸收处理的方法， 但对废气中焦油等物质未提供处。
13、理方 法。 发明内容 0005 为了克服现有技术的缺陷与不足， 本发明的目的在于提供一种液氮冷量利用率 高、 对环境影响小、 且能全面处理碳化产生的废气进行综合净化处理的装置。 0006 一种碳化处理装置， 包括第一供氮回路， 所述第一供氮回路包括液氮罐， 以及通过 管道连接用于将液氮气化成氮气的气化器， 在所述气化器内气化的氮气通过管道输送至碳 化炉再排出的回路 ； 还包括第一排出废气通道， 所述第一排出废气通道包括通过管道连接 有燃烧器、 过滤器和引风机， 以及通过管道串联连接有用于析出HCN的析氰精馏塔和/或用 于析出 NH3的析氨精馏塔， 所述析氰精馏塔和 / 或所述析氨精馏塔设有排气。
14、出口 ； 还包括第 二供氮回路， 所述第二供氮回路包括液氮罐， 以及通过管道连接所述析氰精馏塔， 在所述析 氰精馏塔内气化的氮气输送至碳化炉通过所述第一排出废气通道排出的回路 ； 还包括第三 供氮回路， 所述第三供氮回路包括液氮罐， 以及通过管道连接所述析氨精馏塔， 在所述析氨 精馏塔内气化的氮气输送至碳化炉通过所述第一排出废气通道排出的回路。 0007 优选地， 所述析氰精馏塔的排气出口设在塔顶部， 且通过管道与所述析氨精馏塔 相连通 ； 所述析氨精馏塔的排气出口设在塔顶部， 且通过管道与烟囱相连通。 0008 进一步地， 第一排出废气通道包括通过第一废气管道与燃烧器、 过滤器、 引风机相 。
15、连通， 引风机端部通过第二废气管道与析氰精馏塔相连通， 析氰精馏塔塔顶部通过第三废 气管道与析氨精馏塔相连通， 析氨精馏塔塔顶部通过第四废气管道与烟囱底部相连通。 0009 在碳纤维碳化过程中， 液氮罐内的液氮通过三个供氮回路气化为氮气作为保护气 说 明 书 CN 103575118 A 4 2/4 页 5 体通入碳化炉， 且通过第一排出废气管道再排出 ： 第一供氮回路 ： 包括液氮罐， 与设置在液氮罐底部的带第一阀门的第一液氮管道相连 通， 第一液氮管道与设置有第二阀门的第二液氮管道相连通， 第二液氮管道与气化器底部 相连通， 气化器底部与设置有第三阀门的第一氮气管道相连通， 第一氮气管道与。
16、第二氮气 管道相连通， 第二氮气管道与所述碳化炉相连通。 0010 第二供氮回路 ： 包括液氮罐， 与设置在液氮罐底部的带第一阀门的第一液氮管道 相连通， 第一液氮管道与第三液氮管道相连通， 第三液氮管道与设置有第四阀门的第四液 氮管道相连通， 第四液氮管道与析氰精馏塔相连通， 析氰精馏塔与带有第五阀门的第三氮 气管道相连通， 第三氮气管道与第二氮气管道相连通， 第二氮气管道与所述碳化炉相连通。 0011 第三供氮回路 ： 包括液氮罐， 与设置在液氮罐底部的带第一阀门的第一液氮管道， 第一液氮管道与第三液氮管道相连通， 第三液氮管道与设置有第六阀门的第四液氮管道相 连通， 第四液氮管道与析氨精。
17、馏塔相连通， 析氨精馏塔与带有第七阀门的第四氮气管道相 连通 ； 第四氮气管道与第二氮气管道相连通， 第二氮气管道与所述碳化炉相连通。 0012 碳化炉在碳化过程中会产生含有焦油、 CO、 HCN 和 NH3的温度为 400以上的高温 废气， 含有焦油和 CO 的高温废气在通过第一废气管道进入温度为 450500的燃烧器内被 点燃， 将废气中的焦油、 CO 等可燃性物质点燃， 点燃后的高温废气因可燃性物质较多可持 续自燃， 从而分解成无毒无害的气体随高温废气排出 ； 燃烧后的高温废气经过耐 500以 上的过滤器将高温废气中的固态物质及未燃尽的焦油过滤除去 ； 过滤后的高温废气通过耐 500以上。
18、的高温风机的驱动， 经过第二废气管道到达析氰精馏塔， 高温废气进入析氰精馏 塔后与由第二回路通道进入析氰精馏塔的液氮发生热交换， 温度高的废气被冷却， 而由第 二回路通道进入析氰精馏塔的液氮吸收废气中的热量后发生气化形成氮气， 通过控制第四 阀门的开度来控制析氰精馏塔内的温度为 025， 废气中 HCN 发生液化并从废气中析出， 液态 HCN 暂存在塔底部 ； 已析出 HCN 的废气经过第三废气管道进入析氨精馏塔后与由第三 回路通道进入析氨精馏塔的液氮发生热交换， 废气再次被冷却， 而由第三回路通道进入析 氨精馏塔的液氮吸收废气中的热量后发生气化形成氮气， 通过控制第六阀门的开度来控制 析氨精。
19、馏塔内的温度为 -60-32时， 废气中的 NH3发生液化并从废气中析出， 液态 NH3暂 存在塔底部 ； 经过析氰精馏塔和析氨精馏塔的两级精馏冷却的废气达到排放标准后通过烟 囱排入大气。 0013 优选地， 所述第二废气管道与析氰精馏塔塔底部的三分之一位置处相连通， 析氰 精馏塔塔顶部与第三废气管道相连通， 从而使废气从析氰精馏塔塔底部的三分之一位置处 进入， 在析氰精馏塔中与由第二路通道的液氮进行充分热交换， 温度高的废气被冷却， 废气 中的 HCN 发生液化并从废气中析出， 析出 HCN 的废气从析氰精馏塔塔顶部出去。 0014 同样优选地， 所述第三废气管道与析氨精馏塔塔底部的三分之一。
20、位置处相连通， 析氨精馏塔塔顶部通过第四废气管道与烟囱相连通， 从而使废气从析氨精馏塔塔底部的三 分之一位置处进入， 在析氨精馏塔中与由第三路通道的液氮进行充分热交换， 温度高的废 气被再次冷却， 废气中的 NH3发生液化并从废气中析出， 析出 NH3的废气从析氨精馏塔塔顶 部出去。 0015 所述析氰精馏塔塔底部设置有带第八阀门的液态 HCN 管道， 液态 HCN 管道与贮存 容器相连通， 当析氰精馏塔塔底部暂存的液态 HCN 达到一定的量后， 则打开塔底部第八阀 说 明 书 CN 103575118 A 5 3/4 页 6 门， 将析出的液态 HCN 排放到贮存容器内， 排放完成后关闭第八。
21、阀门。 0016 所述析氨精馏塔3塔底部设置有带第九阀门的液态NH3管道， 液态NH3管道与贮存 容器相连通， 当析氨精馏塔 3 塔底部暂存的液态 NH3达到一定的量后， 则打开塔底部第九阀 门， 将析出的液态 NH3排放到贮存容器内， 排放完成后第九阀门。 0017 在碳纤维的碳化过程中， 本发明的碳化处理装置能够利用液氮通过三个供氮回路 气化成氮气时所提供的冷量将碳纤维碳化过程中产生的废气中的焦油、 CO、 HCN 和 NH3有毒 有害物质冷凝析出， 转化为达到排放标准后的无毒无害的气体排入大气中 ； 既充分利用了 液氮罐通过三个供氮回路输出的液氮产生的冷量， 又能全面处理碳纤维碳化过程中。
22、产生的 废气， 对环境影响小， 节能环保。 附图说明 0018 图 1 为本发明装置的流程示意图。 具体实施方式 0019 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明， 以下实施例为本发明较佳的实施方 式， 但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。 0020 实施例 1 如图 1 所示， 一种碳化处理装置， 包括第一供氮回路， 所述第一供氮回路包括液氮罐 1， 与设置在液氮罐 1 底部的带第一阀门 11 的第一液氮管道 101 相连通， 第一液氮管道 101 与 设置有第二阀门12的第二液氮管道102相连通， 第二液氮管道102与气化器9底部相连通， 气化器 9 底部与设置有第三阀门 13 的第。
23、一氮气管道 103 相连通， 第一氮气管道 103 与第二 氮气管道113相连通， 第二氮气管道113与所述第一排出废气通道相连通 ； 还包括第一排出 废气通道， 所述第一排出废气通道包括通过第一废气管道109与燃烧器6、 过滤器7、 引风机 8 相连通， 引风机 8 端部通过第二废气管道 110 与析氰精馏塔 2 相连通， 析氰精馏塔 2 塔顶 部通过第三废气管道 111 与析氨精馏塔 3 相连通， 析氨精馏塔 3 塔顶部通过第四废气管道 112与烟囱4底部相连通 ； 还包括第二供氮回路， 所述第二供氮回路包括液氮罐1， 与设置在 液氮罐 1 底部的带第一阀门 11 的第一液氮管道 101 。
24、相连通， 第一液氮管道 101 与第三液氮 管道 104 相连通， 第三液氮管道 104 与设置有第四阀门 14 的第四液氮管道 105 相连通， 第 四液氮管道 105 与析氰精馏塔 2 相连通， 析氰精馏塔 2 与带有第五阀门 15 的第三氮气管道 106 相连通， 第三氮气管道 106 与第二氮气管道 113 相连通， 第二氮气管道 113 与所述碳化 炉 5 相连通 ； 还包括第三供氮回路， 所述第三供氮回路包括液氮罐 1， 与设置在液氮罐 1 底 部的带第一阀门11的第一液氮管道101， 第一液氮管道101与第三液氮管道104相连通， 第 三液氮管道 104 与设置有第六阀门 16 。
25、的第四液氮管道 107 相连通， 第四液氮管道 107 与析 氨精馏塔 3 相连通， 析氨精馏塔 3 与带有第七阀门 17 的第四氮气管道 108 相连通 ； 第四氮 气管道 108 与第二氮气管道 113 相连通， 第二氮气管道 113 与所述碳化炉 5 相连通。 0021 碳化炉在碳化过程中会产生含有焦油、 CO、 HCN 和 NH3的温度为 400以上的高温 废气， 含有焦油和 CO 的高温废气在通过第一废气管道进入温度为 450500的燃烧器内被 点燃， 将废气中的焦油、 CO 等可燃性物质点燃， 点燃后的高温废气因可燃性物质较多可持 续自燃， 从而分解成无毒无害的气体随高温废气排出 。
26、； 燃烧后的高温废气经过耐 500以 说 明 书 CN 103575118 A 6 4/4 页 7 上的过滤器将高温废气中的固态物质及未燃尽的焦油过滤除去 ； 过滤后的高温废气通过耐 500以上的高温风机的驱动， 经过第二废气管道到达析氰精馏塔， 高温废气进入析氰精馏 塔后与由第二回路通道进入析氰精馏塔的液氮发生热交换， 温度高的废气被冷却， 而由第 二回路通道进入析氰精馏塔的液氮吸收废气中的热量后发生气化形成氮气， 通过控制第四 阀门的开度来控制析氰精馏塔内的温度为 025， 废气中 HCN 发生液化并从废气中析出， 液态 HCN 暂存在塔底部 ； 已析出 HCN 的废气经过第三废气管道进入。
27、析氨精馏塔后与由第三 回路通道进入析氨精馏塔的液氮发生热交换， 废气再次被冷却， 而由第三回路通道进入析 氨精馏塔的液氮吸收废气中的热量后发生气化形成氮气， 通过控制第六阀门的开度来控制 析氨精馏塔内的温度为 -60-32时， 废气中的 NH3发生液化并从废气中析出， 液态 NH3暂 存在塔底部 ； 经过析氰精馏塔和析氨精馏塔的两级精馏冷却的废气达到排放标准后通过烟 囱排入大气。 0022 另外， 通过烟囱 4 排入大气的废气中仍含有少量的有毒有害物质， 最终废气中的 HCN和NH3的排放含量可通过调节析氰精馏塔2和析氨精馏塔3内的温度来控制废气中HCN 和 NH3的排放含量， 以达到排放要求。
28、。 0023 实施例 2 所述第二废气管道 110 与析氰精馏塔 2 塔底部的三分之一位置处相连通， 析氰精馏塔 2 塔顶部与第三废气管道 111 相连通 ； 所述第三废气管道 111 与析氨精馏塔 3 塔底部的三 分之一位置处相连通， 析氨精馏塔 3 塔顶部通过第四废气管道 112 与烟囱 4 相连通， 其它同 实施例 1。 0024 实施例 3 所述析氰精馏塔 2 塔底部设置有带第八阀门 18 的液态 HCN 管道， 液态 HCN 管道与贮存 容器 10 相连通 ； 所述析氨精馏塔 3 塔底部设置有带第九阀门 19 的液态 NH3管道， 液态 NH3 管道与贮存容器 11 相连通， 其它同实施例 1。 说 明 书 CN 103575118 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103575118 A 8 。