專利名稱：：碳纖維氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及工業(yè)生產(chǎn)碳纖維過程氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝。
背景技術(shù)：
：碳纖維是由木質(zhì)素、聚丙烯睛、酚醛、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚酷、粘膠纖維、瀝青等中的任一種為原料，經(jīng)過預(yù)氧化和碳化過程，再經(jīng)表面處理而得到的。碳纖維合成過程中產(chǎn)生兩股尾氣，分別為氧化單元尾氣和碳化單元尾氣。碳纖維合成過程中氧化單元尾氣具有如下特點尾氣流量大、濃度低、直接燃燒燃料耗量大；尾氣含有氰化氫等劇毒物質(zhì)，處理難度大；尾氣含有易使催化劑中毒的硅油等組分，常規(guī)催化劑易中毒；尾氣流量、有機物含量波動大，系統(tǒng)穩(wěn)定運行難度大。國內(nèi)外廣泛采用熱氧化法，如熱力焚燒工藝和蓄熱式熱氧化工藝，來處理其中的氧化單元尾氣。但熱力焚燒工藝和蓄熱式熱氧化工藝處理氧化單元尾氣的缺點是需消耗燃料，運行成本較高，焚燒排氣量較大，而且熱氧化過程中會有部分氨、氰化氫被氧化成氮氧化物，造成二次污染。采用一般尾氣處理工藝處理碳纖維過程氧化單元尾氣不能滿足環(huán)保要求。
發(fā)明內(nèi)容針對熱氧化法和蓄熱式熱氧化法處理碳纖維氧化單元尾氣的不足，本發(fā)明提出一種工藝簡單、系統(tǒng)阻力小、不需加輔助燃料、運行成本低、無二次污染、尾氣處理徹底的碳纖維氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種碳纖維氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝，其創(chuàng)新點在于碳纖維氧化單元尾氣首先經(jīng)過鼓風(fēng)機增壓后，再經(jīng)過除雜器常溫吸附脫除硅油、粉塵等雜質(zhì)后進入催化氧化反應(yīng)器，所述除雜器和催化氧化反應(yīng)器的催化劑固定床層中分別置有鐵氧化物或者錳氧化物或者兩者混合物催化劑，催化氧化反應(yīng)器內(nèi)在壓力-1530kPa(G)，入口溫度為100450°C，出口溫度為200550。C下進行催化氧化反應(yīng)，將氨、氰化氫等有害的揮發(fā)性有機物轉(zhuǎn)化為氮氣、二氧化碳和水，凈化氣經(jīng)空氣預(yù)熱器回收熱量，最后經(jīng)尾氣引風(fēng)機排入大氣。本發(fā)明所述催化氧化反應(yīng)器的入口溫度最好為220°C;出口溫度最好在30(TC以下。作為本發(fā)明的機理，除雜器中的催化劑作為吸附劑使用，催化氧化反應(yīng)器中主要發(fā)生了如下化學(xué)反應(yīng)4NH3+302=2N2+6H204CmHn+(4m+n)02=4mC02+2nH204N0+4NH3+02=4N2+6H206N02+8NH3=7N2+12H204HCN+502=2N2+2H20+4C022C0+02=2C02所述空氣預(yù)熱器為焊接板式換熱器、或熱管換熱器、或翅片管換熱器、或管殼換熱器。所述的除雜器和催化氧化反應(yīng)器采用固定床催化反應(yīng)器，該固定床催化反應(yīng)器由位于反應(yīng)器上端的氣孔入口、位于反應(yīng)器下端的氣體出口及位于反應(yīng)器中央的催化劑固定床層組成，二個人孔位于反應(yīng)器左右側(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用除雜技術(shù)，消除碳纖維氧化單元尾氣中硅油、粉塵對催化劑的影響，避免催化劑中毒；催化氧化工藝簡單、系統(tǒng)阻力小、正常運行過程中無需附加燃料、運行成本低；尾氣處理徹底、無二次污染，檢測結(jié)果完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)?？刂埔?；操作范圍非常寬廣，可保證碳纖維氧化單元尾氣中氨、氰化氫含量變化時，系統(tǒng)能穩(wěn)定操作；采用的催化劑，使用壽命長；最后，本發(fā)明采用高效空氣預(yù)熱器回收反應(yīng)熱，加熱進氧化爐的空氣，降低企業(yè)能耗。圖1為碳纖維氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝流程圖2為除雜器和催化氧化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中l(wèi)-除雜器；2-催化氧化反應(yīng)器；3_空氣預(yù)熱器；4_尾氣引風(fēng)機；5_煙囪；6、7-人孔；8-氣體入口；9-氣體出口；10-排污口；ll一催化劑固定床層。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的工藝作進一步的闡述。工藝流程示于圖1、除雜器及催化氧化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其特征在于碳纖維氧化單元尾氣進入除雜器1常溫吸附脫除硅油、粉塵等雜質(zhì)后進入催化氧化反應(yīng)器2，所述除雜器1和催化氧化反應(yīng)器2的催化劑固定床層11中分別置有鐵氧化物或者錳氧化物或者兩者混合物催化劑，催化氧化反應(yīng)器2在壓力-1530kPa(G)，入口溫度為100450°C，出口溫度為20055(TC條件下進行催化氧化反應(yīng)，將氨、氰化氫等有害的有機物轉(zhuǎn)化為氮氣、二氧化碳和水，凈化氣經(jīng)空氣預(yù)熱器3回收熱量，最后經(jīng)尾氣引風(fēng)機4從煙囪5排入大氣。所述催化氧化反應(yīng)器2入口溫度優(yōu)選為220°C，出口溫度優(yōu)選為300°C以下。所述空氣預(yù)熱器3為焊接板式換熱器、或熱管換熱器、或翅片管換熱器、或管殼式換熱器。所述的除雜器1和催化氧化反應(yīng)器2采用固定床催化反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，該固定床催化反應(yīng)器由二個人孔6和7、氣孔入口8、氣體出口9及催化劑固定床層ll組成，催化劑固定床11位于反應(yīng)器中央，氣體入口8位于反應(yīng)器上端，氣體出口9位于反應(yīng)器下側(cè)。圖2中二個人孔6和7是供人員進出除雜器1和催化氧化反應(yīng)器2，維修、清理內(nèi)部結(jié)構(gòu)時用的出入孔。實施例1本發(fā)明碳纖維氧化單元尾氣的來源于某公司聚丙烯腈合成碳纖維生產(chǎn)裝置，工況條件如表l所示。表1某公司聚丙烯腈合成碳纖維氧化單元尾氣組成4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>聚丙烯腈合成碳纖維氧化單元尾氣經(jīng)除雜器1除去硅油、粉塵等雜質(zhì)后進入催化氧化反應(yīng)器2。除雜器1和催化氧化反應(yīng)器2分別采用三氧化二鐵和氧化錳的混合物為催化劑，上述尾氣在催化氧化反應(yīng)器2中進行催化氧化反應(yīng)，在壓力約為_3kPa(G)，入口溫度約為22(TC，出口溫度約為30(TC下，將氨、氰化氫等有害的揮發(fā)性有機物轉(zhuǎn)化為氮氣、二氧化碳和水，凈化氣從催化氧化反應(yīng)器2氣體出口9進入空氣預(yù)熱器3回收熱量后，經(jīng)氧化單元尾氣引風(fēng)機4煙囪5排空。處理后的排放氣取樣，送入實驗室檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表2所示。表2某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注排放濃度為多次采樣的平均值。實施例2除雜器1采用氧化亞鐵催化劑，催化氧化反應(yīng)器2采用二氧化錳催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為-15kPa(G)，入口溫度約為ll(TC，出口溫度約為22(TC，其余同實施例1。處理后的排放氣取樣，送入實驗室檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表3所示。表3某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例3除雜器1和催化氧化反應(yīng)器2分別采用四氧化三鐵催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為-5kPa(G)，入口溫度約為16(TC，出口溫度約為28(TC，其余同實施例1。處理后的排放氣取樣，送入實驗室檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表4所示。表4某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例4除雜器1和催化氧化反應(yīng)器2分別采用四氧化錳催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為5kPa(G)，入口溫度約為24(TC，出口溫度約為34(TC，其余同實施例1。對處理后的排放氣取樣，送入實驗室檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表5所示。表5某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例5本發(fā)明碳纖維氧化單元尾氣的來源于某公司瀝青合成碳纖維生產(chǎn)裝置，工況條件如表6所示。表6某公司瀝青合成碳纖維氧化單元尾氣組成<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>除雜器1采用氧化亞鐵催化劑，催化氧化反應(yīng)器2采用二氧化錳催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為10kPa(G)，入口溫度約為26(TC，出口溫度約為36(TC，其余同實施例1。對處理后的排放氣取樣送入實驗室檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表7所示。表7某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例6除雜器1采用四氧化三鐵催化劑，催化氧化反應(yīng)器2采用七氧化二錳催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為10kPa(G)，入口溫度約為290°C，出口溫度約為390°C，其余同實施例1。對處理后的排放氣取樣后送入實驗室進行檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表8所示。表8某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例7除雜器1采用氧化錳催化劑，催化氧化反應(yīng)器2采用三氧化二鐵和氧化錳混合催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為15kPa(G)，入口溫度約為320°C，出口溫度約為430°C，其余同實施例1。對處理后的排放氣取樣送入實驗室檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表7所示。表9某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例8本發(fā)明碳纖維氧化單元尾氣的來源于某公司粘膠纖維合成碳纖維生產(chǎn)裝置，工況條件如表10所示。除雜器1采用三氧化二鐵和氧化錳混合催化劑，催化氧化反應(yīng)器2采用氧化錳催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為18kPa(G)，入口溫度約為360°C，出口溫度約為450°C，其余同實施例1。對處理后的排放氣取樣后送入實驗室進行檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表11所示。表10某公司粘膠纖維合成碳纖維氧化單元尾氣組成<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表11某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例9除雜器1采用三氧化二鐵和氧化錳混合催化劑，催化氧化反應(yīng)器2采用三氧化二鐵催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為18kPa(G)，入口溫度約為36(TC，出口溫度約為45(TC，其余同實施例1。對處理后的排放氣取樣后送入實驗室進行檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表12所示。表12某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)污染物名稱排放濃度(mg/m3)評價標(biāo)準(zhǔn)(mg/m3)非甲烷總烴90120氨1.21.5氰化氫1.41.9氮氧化物127240實施例10除雜器1和催化氧化反應(yīng)器2分別采用三氧化二鐵和氧化錳混合催化劑，催化氧化反應(yīng)器2內(nèi)壓力約為25kPa(G)，入口溫度約為41(TC，出口溫度約為520°C，其余同實施例1。對處理后的排放氣取樣送入實驗室檢測，凈化尾氣中非甲烷總烴、氨、氰化氫和氮氧化物的含量檢測結(jié)果如表13所示。表13某省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)污染物名稱排放濃度(mg/m3)評價標(biāo)準(zhǔn)(mg/m3)非甲烷總烴100120氨1.41.510<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>結(jié)論本發(fā)明采用除雜技術(shù)，消除碳纖維氧化單元尾氣中硅油、粉塵對催化劑的影響，避免催化劑中毒；催化氧化工藝簡單、催化劑使用壽命長，操作范圍非常寬廣，系統(tǒng)穩(wěn)定操作；尾氣處理徹底、無二次污染，從上述省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指標(biāo)檢測結(jié)果表可以看出，本發(fā)明完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)保控制要求。權(quán)利要求碳纖維氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝，其特征在于碳纖維氧化單元尾氣經(jīng)除雜器(1)常溫吸附除雜后進入催化氧化反應(yīng)器(2)，所述除雜器(1)和催化氧化反應(yīng)器(2)的催化劑固定床層(11)中分別置有鐵氧化物或者錳氧化物或者兩者混合物催化劑，催化氧化反應(yīng)器(2)內(nèi)在壓力-15～30kPa(G)，入口溫度為100～450℃，出口溫度為200～550℃下進行催化氧化反應(yīng)，將氨、氰化氫等有害的揮發(fā)性有機物轉(zhuǎn)化為氮氣、二氧化碳和水，凈化氣經(jīng)空氣預(yù)熱器(3)回收熱量，最后經(jīng)尾氣引風(fēng)機(4)排入大氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝，其特征在于催化氧化反應(yīng)器(2)入口溫度優(yōu)選為220°C，出口溫度優(yōu)選為30(TC以下。3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣預(yù)熱器(3)，其特征在于所述空氣預(yù)熱器(3)為焊接板式換熱器、或熱管換熱器、或翅片管換熱器、或管殼換熱器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維氧化單元尾氣處理工藝，其特征在于在所述的除雜器(1)和催化氧化反應(yīng)器(2)采用固定床催化反應(yīng)器，所述固定床催化反應(yīng)器由位于反應(yīng)器上端的氣孔入口(8)、反應(yīng)器下側(cè)的氣體出口(9)，以及位于反應(yīng)器中央的催化劑固定床層(11)組成。全文摘要本發(fā)明提出的一種碳纖維氧化單元尾氣的催化氧化處理工藝，其創(chuàng)新點在于碳纖維氧化單元尾氣首先經(jīng)過除雜器常溫吸附脫除硅油、粉塵等雜質(zhì)后進入催化氧化反應(yīng)器，所述除雜器和催化氧化反應(yīng)器的催化劑固定床層中分別置有鐵氧化物或錳氧化物或兩者混合物催化劑，催化氧化反應(yīng)器內(nèi)在壓力-15～30kPa(G)，入口溫度為100～450℃，出口溫度為200～550℃，將氨、氰化氫等有害的揮發(fā)性有機物轉(zhuǎn)化為氮氣、二氧化碳和水，凈化氣回收熱量后經(jīng)尾氣引風(fēng)機排入大氣。本發(fā)明的優(yōu)點是采用除雜技術(shù)，消除尾氣中雜質(zhì)對催化劑的影響，避免催化劑中毒；工藝簡單、系統(tǒng)阻力小、運行過程中無需附加燃料、運行成本低；尾氣處理徹底、無二次污染，檢測結(jié)果滿足國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。文檔編號B01D53/54GK101785970SQ20101012397公開日2010年7月28日申請日期2010年3月12日優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日發(fā)明者趙苑西申請人:上海東化環(huán)境工程有限公司