专利名称：：碳纤维氧化单元尾气的催化氧化处理工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及工业生产碳纤维过程氧化单元尾气的催化氧化处理工艺。
背景技术：
：碳纤维是由木质素、聚丙烯睛、酚醛、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚酷、粘胶纤维、沥青等中的任一种为原料，经过预氧化和碳化过程，再经表面处理而得到的。碳纤维合成过程中产生两股尾气，分别为氧化单元尾气和碳化单元尾气。碳纤维合成过程中氧化单元尾气具有如下特点尾气流量大、浓度低、直接燃烧燃料耗量大；尾气含有氰化氢等剧毒物质，处理难度大；尾气含有易使催化剂中毒的硅油等组分，常规催化剂易中毒；尾气流量、有机物含量波动大，系统稳定运行难度大。国内外广泛采用热氧化法，如热力焚烧工艺和蓄热式热氧化工艺，来处理其中的氧化单元尾气。但热力焚烧工艺和蓄热式热氧化工艺处理氧化单元尾气的缺点是需消耗燃料，运行成本较高，焚烧排气量较大，而且热氧化过程中会有部分氨、氰化氢被氧化成氮氧化物，造成二次污染。采用一般尾气处理工艺处理碳纤维过程氧化单元尾气不能满足环保要求。
发明内容针对热氧化法和蓄热式热氧化法处理碳纤维氧化单元尾气的不足，本发明提出一种工艺简单、系统阻力小、不需加辅助燃料、运行成本低、无二次污染、尾气处理彻底的碳纤维氧化单元尾气的催化氧化处理工艺。为了解决上述技术问题，本发明提出的一种碳纤维氧化单元尾气的催化氧化处理工艺，其创新点在于碳纤维氧化单元尾气首先经过鼓风机增压后，再经过除杂器常温吸附脱除硅油、粉尘等杂质后进入催化氧化反应器，所述除杂器和催化氧化反应器的催化剂固定床层中分别置有铁氧化物或者锰氧化物或者两者混合物催化剂，催化氧化反应器内在压力-1530kPa(G)，入口温度为100450°C，出口温度为200550。C下进行催化氧化反应，将氨、氰化氢等有害的挥发性有机物转化为氮气、二氧化碳和水，净化气经空气预热器回收热量，最后经尾气引风机排入大气。本发明所述催化氧化反应器的入口温度最好为220°C;出口温度最好在30(TC以下。作为本发明的机理，除杂器中的催化剂作为吸附剂使用，催化氧化反应器中主要发生了如下化学反应4NH3+302=2N2+6H204CmHn+(4m+n)02=4mC02+2nH204N0+4NH3+02=4N2+6H206N02+8NH3=7N2+12H204HCN+502=2N2+2H20+4C022C0+02=2C02所述空气预热器为焊接板式换热器、或热管换热器、或翅片管换热器、或管壳换热器。所述的除杂器和催化氧化反应器采用固定床催化反应器，该固定床催化反应器由位于反应器上端的气孔入口、位于反应器下端的气体出口及位于反应器中央的催化剂固定床层组成，二个人孔位于反应器左右侧。本发明的优点在于采用除杂技术，消除碳纤维氧化单元尾气中硅油、粉尘对催化剂的影响，避免催化剂中毒；催化氧化工艺简单、系统阻力小、正常运行过程中无需附加燃料、运行成本低；尾气处理彻底、无二次污染，检测结果完全满足国家标准规定的环保控制要求；操作范围非常宽广，可保证碳纤维氧化单元尾气中氨、氰化氢含量变化时，系统能稳定操作；采用的催化剂，使用寿命长；最后，本发明采用高效空气预热器回收反应热，加热进氧化炉的空气，降低企业能耗。图1为碳纤维氧化单元尾气的催化氧化处理工艺流程图2为除杂器和催化氧化反应器的结构示意图；图中l-除杂器；2-催化氧化反应器；3_空气预热器；4_尾气引风机；5_烟囱；6、7-人孔；8-气体入口；9-气体出口；10-排污口；ll一催化剂固定床层。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明的工艺作进一步的阐述。工艺流程示于图1、除杂器及催化氧化反应器的结构如图2所示，其特征在于碳纤维氧化单元尾气进入除杂器1常温吸附脱除硅油、粉尘等杂质后进入催化氧化反应器2，所述除杂器1和催化氧化反应器2的催化剂固定床层11中分别置有铁氧化物或者锰氧化物或者两者混合物催化剂，催化氧化反应器2在压力-1530kPa(G)，入口温度为100450°C，出口温度为20055(TC条件下进行催化氧化反应，将氨、氰化氢等有害的有机物转化为氮气、二氧化碳和水，净化气经空气预热器3回收热量，最后经尾气引风机4从烟囱5排入大气。所述催化氧化反应器2入口温度优选为220°C，出口温度优选为300°C以下。所述空气预热器3为焊接板式换热器、或热管换热器、或翅片管换热器、或管壳式换热器。所述的除杂器1和催化氧化反应器2采用固定床催化反应器，其结构如图2所示，该固定床催化反应器由二个人孔6和7、气孔入口8、气体出口9及催化剂固定床层ll组成，催化剂固定床11位于反应器中央，气体入口8位于反应器上端，气体出口9位于反应器下侧。图2中二个人孔6和7是供人员进出除杂器1和催化氧化反应器2，维修、清理内部结构时用的出入孔。实施例1本发明碳纤维氧化单元尾气的来源于某公司聚丙烯腈合成碳纤维生产装置，工况条件如表l所示。表1某公司聚丙烯腈合成碳纤维氧化单元尾气组成4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>聚丙烯腈合成碳纤维氧化单元尾气经除杂器1除去硅油、粉尘等杂质后进入催化氧化反应器2。除杂器1和催化氧化反应器2分别采用三氧化二铁和氧化锰的混合物为催化剂，上述尾气在催化氧化反应器2中进行催化氧化反应，在压力约为_3kPa(G)，入口温度约为22(TC，出口温度约为30(TC下，将氨、氰化氢等有害的挥发性有机物转化为氮气、二氧化碳和水，净化气从催化氧化反应器2气体出口9进入空气预热器3回收热量后，经氧化单元尾气引风机4烟囱5排空。处理后的排放气取样，送入实验室检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表2所示。表2某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注排放浓度为多次采样的平均值。实施例2除杂器1采用氧化亚铁催化剂，催化氧化反应器2采用二氧化锰催化剂，催化氧化反应器2内压力约为-15kPa(G)，入口温度约为ll(TC，出口温度约为22(TC，其余同实施例1。处理后的排放气取样，送入实验室检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表3所示。表3某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例3除杂器1和催化氧化反应器2分别采用四氧化三铁催化剂，催化氧化反应器2内压力约为-5kPa(G)，入口温度约为16(TC，出口温度约为28(TC，其余同实施例1。处理后的排放气取样，送入实验室检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表4所示。表4某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例4除杂器1和催化氧化反应器2分别采用四氧化锰催化剂，催化氧化反应器2内压力约为5kPa(G)，入口温度约为24(TC，出口温度约为34(TC，其余同实施例1。对处理后的排放气取样，送入实验室检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表5所示。表5某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例5本发明碳纤维氧化单元尾气的来源于某公司沥青合成碳纤维生产装置，工况条件如表6所示。表6某公司沥青合成碳纤维氧化单元尾气组成<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>除杂器1采用氧化亚铁催化剂，催化氧化反应器2采用二氧化锰催化剂，催化氧化反应器2内压力约为10kPa(G)，入口温度约为26(TC，出口温度约为36(TC，其余同实施例1。对处理后的排放气取样送入实验室检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表7所示。表7某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例6除杂器1采用四氧化三铁催化剂，催化氧化反应器2采用七氧化二锰催化剂，催化氧化反应器2内压力约为10kPa(G)，入口温度约为290°C，出口温度约为390°C，其余同实施例1。对处理后的排放气取样后送入实验室进行检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表8所示。表8某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例7除杂器1采用氧化锰催化剂，催化氧化反应器2采用三氧化二铁和氧化锰混合催化剂，催化氧化反应器2内压力约为15kPa(G)，入口温度约为320°C，出口温度约为430°C，其余同实施例1。对处理后的排放气取样送入实验室检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表7所示。表9某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>实施例8本发明碳纤维氧化单元尾气的来源于某公司粘胶纤维合成碳纤维生产装置，工况条件如表10所示。除杂器1采用三氧化二铁和氧化锰混合催化剂，催化氧化反应器2采用氧化锰催化剂，催化氧化反应器2内压力约为18kPa(G)，入口温度约为360°C，出口温度约为450°C，其余同实施例1。对处理后的排放气取样后送入实验室进行检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表11所示。表10某公司粘胶纤维合成碳纤维氧化单元尾气组成<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表11某省环境监测中心站监测数据和控制指标<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>实施例9除杂器1采用三氧化二铁和氧化锰混合催化剂，催化氧化反应器2采用三氧化二铁催化剂，催化氧化反应器2内压力约为18kPa(G)，入口温度约为36(TC，出口温度约为45(TC，其余同实施例1。对处理后的排放气取样后送入实验室进行检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表12所示。表12某省环境监测中心站监测数据和控制指标污染物名称排放浓度(mg/m3)评价标准(mg/m3)非甲烷总烃90120氨1.21.5氰化氢1.41.9氮氧化物127240实施例10除杂器1和催化氧化反应器2分别采用三氧化二铁和氧化锰混合催化剂，催化氧化反应器2内压力约为25kPa(G)，入口温度约为41(TC，出口温度约为520°C，其余同实施例1。对处理后的排放气取样送入实验室检测，净化尾气中非甲烷总烃、氨、氰化氢和氮氧化物的含量检测结果如表13所示。表13某省环境监测中心站监测数据和控制指标污染物名称排放浓度(mg/m3)评价标准(mg/m3)非甲烷总烃100120氨1.41.510<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>结论本发明采用除杂技术，消除碳纤维氧化单元尾气中硅油、粉尘对催化剂的影响，避免催化剂中毒；催化氧化工艺简单、催化剂使用寿命长，操作范围非常宽广，系统稳定操作；尾气处理彻底、无二次污染，从上述省环境监测中心站监测数据和控制指标检测结果表可以看出，本发明完全满足国家标准规定的环保控制要求。权利要求碳纤维氧化单元尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于碳纤维氧化单元尾气经除杂器(1)常温吸附除杂后进入催化氧化反应器(2)，所述除杂器(1)和催化氧化反应器(2)的催化剂固定床层(11)中分别置有铁氧化物或者锰氧化物或者两者混合物催化剂，催化氧化反应器(2)内在压力-15～30kPa(G)，入口温度为100～450℃，出口温度为200～550℃下进行催化氧化反应，将氨、氰化氢等有害的挥发性有机物转化为氮气、二氧化碳和水，净化气经空气预热器(3)回收热量，最后经尾气引风机(4)排入大气。2.根据权利要求1所述的碳纤维氧化单元尾气的催化氧化处理工艺，其特征在于催化氧化反应器(2)入口温度优选为220°C，出口温度优选为30(TC以下。3.根据权利要求3所述的空气预热器(3)，其特征在于所述空气预热器(3)为焊接板式换热器、或热管换热器、或翅片管换热器、或管壳换热器。4.根据权利要求1所述的碳纤维氧化单元尾气处理工艺，其特征在于在所述的除杂器(1)和催化氧化反应器(2)采用固定床催化反应器，所述固定床催化反应器由位于反应器上端的气孔入口(8)、反应器下侧的气体出口(9)，以及位于反应器中央的催化剂固定床层(11)组成。全文摘要本发明提出的一种碳纤维氧化单元尾气的催化氧化处理工艺，其创新点在于碳纤维氧化单元尾气首先经过除杂器常温吸附脱除硅油、粉尘等杂质后进入催化氧化反应器，所述除杂器和催化氧化反应器的催化剂固定床层中分别置有铁氧化物或锰氧化物或两者混合物催化剂，催化氧化反应器内在压力-15～30kPa(G)，入口温度为100～450℃，出口温度为200～550℃，将氨、氰化氢等有害的挥发性有机物转化为氮气、二氧化碳和水，净化气回收热量后经尾气引风机排入大气。本发明的优点是采用除杂技术，消除尾气中杂质对催化剂的影响，避免催化剂中毒；工艺简单、系统阻力小、运行过程中无需附加燃料、运行成本低；尾气处理彻底、无二次污染，检测结果满足国家环保标准。文档编号B01D53/54GK101785970SQ20101012397公开日2010年7月28日申请日期2010年3月12日优先权日2010年3月12日发明者赵苑西申请人:上海东化环境工程有限公司